(57)【要約】【課題】バインドバーの変形を防止することで、二次電池セルの積層体を締結する締結力を高めた電源装置等を提供する。【解決手段】電源装置１００は、複数の角型の二次電池セルと、二次電池セルを積層した電池積層体２の端面にそれぞれ配置される一対のエンドプレート３と、電池積層体２の各側面の少なくとも一部を被覆するバインドバー主面４１を有すると共に、エンドプレート３同士を締結する一対のバインドバー４と、バインドバー４を貫通してエンドプレート３に圧入されて固定されるノックピン８とを備える。ノックピン８を、電池積層体２の積層方向に沿うバインドバー主面４１から、エンドプレート３の側面に圧入させる。これにより、バインドバー４とエンドプレート３の固定を、バインドバー主面４１側で行うと共に、ノックピン８を使用することで電池積層体２の膨張時に作用する荷重に対する剛性を高めることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の角型の二次電池セルと、
前記二次電池セルを積層した電池積層体の端面にそれぞれ配置される一対のエンドプレートと、
前記電池積層体の各側面の少なくとも一部を被覆するバインドバー主面を有すると共に、前記エンドプレート同士を締結する一対のバインドバーと、
前記バインドバーを貫通して前記エンドプレートに圧入されて固定されるノックピンと、
を備え、
前記ノックピンが、前記電池積層体の積層方向に沿う前記バインドバー主面から、前記エンドプレートの側面に圧入されてなる電源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電源装置であって、さらに、
前記バインドバーを前記エンドプレートに固定するためのバインドバー固定ボルトを備える電源装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電源装置であって、
前記バインドバー固定ボルトは、前記電池積層体の積層方向に沿う前記バインドバー主面から、前記バインドバーを貫通して前記エンドプレートの側面に螺合されて固定されてなる電源装置。
【請求項４】
請求項３に記載の電源装置であって、
前記ノックピンを中空状とし、
前記バインドバー固定ボルトを、前記ノックピンの中空に挿入して固定するよう構成してなる電源装置。
【請求項５】
請求項４に記載の電源装置であって、
前記ノックピンと前記バインドバー固定ボルトの間には、隙間が形成されている電源装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の電源装置であって、
前記バインドバー主面が、電池積層体の側面を、それぞれ被覆する大きさに形成されると共に、前記バインドバー主面は前記電池積層体の積層方向において、少なくとも前記ノックピン同士の間を平板状に形成されてなる電源装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の電源装置であって、
前記エンドプレートが、その側面に、前記ノックピンを圧入するエンドプレート側ピン用穴をそれぞれ形成しており、
前記ノックピンが、前記エンドプレート側ピン用穴に圧入されてなる電源装置。
【請求項８】
請求項７に記載の電源装置であって、
前記バインドバーが、その端部に、前記ノックピンを挿入するバインドバー側ノックピン用穴をそれぞれ形成しており、
前記ノックピンが、前記エンドプレート側ピン用穴に圧入された状態で、前記エンドプレートの側面から部分的に突出して、前記バインドバー側ノックピン用穴に係合されてなる電源装置。
【請求項９】
請求項７又は８に記載の電源装置であって、
前記エンドプレートが、前記エンドプレート側ピン用穴から連通して、該エンドプレート側ピン用穴よりも内径を小さくした固定ボルト用穴を形成すると共に、
前記エンドプレート側ピン用穴と固定ボルト用穴との界面において、前記エンドプレート側ピン用穴の端縁を曲面状に形成してなる電源装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の電源装置であって、
前記ノックピンが、前記エンドプレートの厚さ方向において、中心又はこれよりも前記電池積層体から遠ざかる方向に偏心されて配置されてなる電源装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の電源装置であって、
前記ノックピンが、先端に向かって先細り形状となるテーパ状に形成されてなる電源装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の電源装置であって、
前記ノックピンが、前記バインドバーを組み付けた状態において、該バインドバーの端面より突出しないように構成してなる電源装置。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の電源装置であって、
前記エンドプレートが、前記ノックピンを挿入する側の端縁を面取りしてなる電源装置。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の電源装置であって、
前記ノックピンが、金属製である電源装置。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか一項に記載の電源装置であって、さらに、
前記バインドバーと前記電池積層体の間に介在される絶縁シートを備える電源装置。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか一項に記載の電源装置であって、
車両の駆動用の電源装置である電源装置。
【請求項１７】
請求項１〜１５のいずれか一に記載の電源装置を備えてなる車両であって、
前記電源装置と、該電源装置から電力供給される走行用のモータと、前記電源装置及び前記モータを搭載してなる車両本体と、前記モータで駆動されて前記車両本体を走行させる車輪とを備える車両。
【請求項１８】
請求項１〜１５のいずれか一に記載の電源装置を備えてなる蓄電装置であって、
前記電源装置と、該電源装置への充放電を制御する電源コントローラを備えており、
前記電源コントローラでもって、外部からの電力により前記二次電池セルへの充電を可能とすると共に、前記二次電池セルに対し充電を行うよう制御することを特徴とする蓄電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源装置及びこれを備える車両並びに蓄電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多数の二次電池を直列、並列に接続した電源装置は、車両の駆動用等の用途で用いられている。このような電源装置の一例を図１６の分解斜視図に示す。この図に示す電源装置９００は、角形の二次電池セル９０１をスペーサ９０２を介して多数積層して、端面にエンドプレート９０３を配置し、バインドバー９０４で締結している。スペーサ９０２は、硬質の樹脂等で構成されている。
【０００３】
二次電池セルは、充放電によって膨張することが知られている。特に近年の電池に対する高出力の要求に伴い、二次電池セルの高容量化が進められている結果、膨張量も大きくなる傾向にある。よって、高容量の二次電池セルの膨張を抑制するためには、従来よりも二次電池セルの積層体を締結する締結力を高める必要がある。
【０００４】
上述した電源装置においては、図１７の水平断面図に示すように、バインドバー９０４の両端縁を折り曲げてＬ字状とし、このＬ字状部分９０４ｂをボルト９０６でエンドプレート９０３の主面側に固定していた。この構造において、膨張量が大きい二次電池セルを採用すると、バインドバー９０４の折り曲げ部分に応力が集中することになり、バインドバーが変形してしまうおそれがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−８４３３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、その目的の一は、バインドバーの変形を防止することで、二次電池セルの積層体を締結する締結力を高めた電源装置及びこれを備える車両並びに蓄電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００７】
本発明の第１の形態に係る電源装置によれば、複数の角型の二次電池セルと、前記二次電池セルを積層した電池積層体の端面にそれぞれ配置される一対のエンドプレートと、前記電池積層体の各側面の少なくとも一部を被覆するバインドバー主面を有すると共に、前記エンドプレート同士を締結する一対のバインドバーと、前記バインドバーを貫通して前記エンドプレートに圧入されて固定されるノックピンとを備え、前記ノックピンを、前記電池積層体の積層方向に沿う前記バインドバー主面から、前記エンドプレートの側面に圧入させることができる。上記構成により、エンドプレートの側面に設けられたノックピンとバインドバーの係合構造により、二次電池セルの膨張を防止する構成となるため、バインドバーに対して荷重が引っ張り方向のみにかかることになる。そのため、バインドバーの引張強度を効果的に利用できる
【０００８】
また、第２の構成に係る電源装置によれば、上記構成に加えて、さらに前記バインドバーを前記エンドプレートに固定するためのバインドバー固定ボルトを備えることができる。
【０００９】
さらに、第３の構成に係る電源装置によれば、上記何れかの構成に加えて、前記バインドバー固定ボルトは、前記電池積層体の積層方向に沿う前記バインドバー主面から、前記バインドバーを貫通して前記エンドプレートの側面に螺合されて固定することができる。ノックピン単体では、バインドバーが外れるおそれがあるが、さらにバインドバー固定ボルトを備えることでバインドバーの固定を実現することができる。二次電池セルの膨張に伴う荷重はノックピンで受け、ボルトでバインドバーを固定することで、バインドバーの外れ防止することができる。この構成では、ボルトには、実質的に二次電池セルの膨張に伴う荷重がかからないようになっている。
【００１０】
さらにまた、第４の構成に係る電源装置によれば、上記何れかの構成に加えて、前記ノックピンを中空状とし、前記バインドバー固定ボルトを、前記ノックピンの中空に挿入して固定するよう構成することができる。上記構成により、ノックピンとバインドバー固定ボルトを同じ部位に設けることで、スペース効率を向上させることができ、エンドプレートの厚さを薄くすることができる。
【００１１】
さらにまた、第５の構成に係る電源装置によれば、上記何れかの構成に加えて、前記ノックピンと前記バインドバー固定ボルトの間に、隙間を形成することができる。
【００１２】
さらにまた、第６の構成に係る電源装置によれば、上記何れかの構成に加えて、前記バインドバー主面は、電池積層体の側面を、それぞれ被覆する大きさに形成されると共に、前記バインドバー主面は前記電池積層体の積層方向において、少なくとも前記ノックピン同士の間を平板状に形成することができる。上記構成により、バインドバーを折曲して折曲片部分を固定する構造のように、応力が折曲部分に集中し易くなる構成を避け、バインドバー自体の材質や厚さを変更することなく、電池積層体を締結する剛性を高めることが可能となる。加えて、ノックピンを二次電池セルの積層方向に沿う面上に配置したことで、二次電池セルの膨張等により作用する剪断力に対して交差する方向に配置して剪断応力をノックピンで受けることができ、バインドバー固定ボルトのみで負荷を受ける構成に比べ剛性を高めることができる。
【００１３】
さらにまた、第７の構成に係る電源装置によれば、上記何れかの構成に加えて、前記エンドプレートが、その側面に、前記ノックピンを圧入するエンドプレート側ピン用穴をそれぞれ形成しており、前記ノックピンを、前記エンドプレート側ピン用穴に圧入することができる。上記構成により、ノックピンをエンドプレートの側面に圧入して、エンドプレートを確実に位置決め状態で固定することが可能となる。
【００１４】
さらにまた、第８の構成に係る電源装置によれば、上記何れかの構成に加えて、前記バインドバーが、その端部に、前記ノックピンを挿入するバインドバー側ノックピン用穴をそれぞれ形成しており、前記ノックピンを、前記エンドプレート側ピン用穴に圧入された状態で、前記エンドプレートの側面から部分的に突出させて、前記バインドバー側ノックピン用穴に係合させることができる。ノックピンにより剪断方向で荷重を受ける用に構成することで、バインドバー自体には、実質的に引っ張り方向にのみ応力がかかるように構成することができる。
【００１５】
さらにまた、第９の構成に係る電源装置によれば、上記何れかの構成に加えて、前記エンドプレートが、前記エンドプレート側ピン用穴から連通して、該エンドプレート側ピン用穴よりも内径を小さくした固定ボルト用穴を形成すると共に、前記エンドプレート側ピン用穴と固定ボルト用穴との界面において、前記エンドプレート側ピン用穴の端縁を曲面状に形成することができる。上記構成により、エンドプレート側ピン用穴の底面が断面視直角になっている場合と比べ、剪断応力の集中を緩和してエンドプレートの破断を回避できる。
【００１６】
さらにまた、第１０の構成に係る電源装置によれば、上記何れかの構成に加えて、前記ノックピンを、前記エンドプレートの厚さ方向において、中心又はこれよりも前記電池積層体から遠ざかる方向に偏心させることができる。
【００１７】
さらにまた、第１１の構成に係る電源装置によれば、上記何れかの構成に加えて、前記ノックピンを、先端に向かって先細り形状となるテーパ状に形成することができる。上記構成により、ノックピンを圧入し易い形状として組立時の作業性が向上される。
【００１８】
さらにまた、第１２の構成に係る電源装置によれば、上記何れかの構成に加えて、前記ノックピンを、前記バインドバーを組み付けた状態において、該バインドバーの端面より突出しないように構成することができる。上記構成により、ノックピンに挿入されるバインドバー固定ボルトの座面がバインドバーにあたることで、強固な接続が実現される。
【００１９】
さらにまた、第１３の構成に係る電源装置によれば、上記何れかの構成に加えて、前記エンドプレートの、前記ノックピンを挿入する側の端縁を面取りすることができる。上記構成により、ノックピンの端縁に応力が集中してエンドプレートを破損する事態を抑制できる。
【００２０】
さらにまた、第１４の構成に係る電源装置によれば、上記何れかの構成に加えて、前記ノックピンを金属製とできる。
【００２１】
さらにまた、第１５の構成に係る電源装置によれば、上記何れかの構成に加えてさらに、前記バインドバーと前記電池積層体の間に介在される絶縁シートを備えることができる。
【００２２】
さらにまた、第１６の構成に係る電源装置によれば、上記何れかの構成に加えて、車両の駆動用の電源装置に利用することができる。
【００２３】
さらにまた、第１７の側面に係る電源装置を備える車両は、上記何れかの構成を備える電源装置と、該電源装置から電力供給される走行用のモータと、前記電源装置及び前記モータを搭載してなる車両本体と、前記モータで駆動されて前記車両本体を走行させる車輪とを備えることができる。
【００２４】
さらにまた、第１８の側面に係る電源装置を備える蓄電装置によれば、上記何れかの構成を備える電源装置と、前記電源装置への充放電を制御する電源コントローラを備えており、前記電源コントローラでもって、外部からの電力により前記二次電池セルへの充電を可能とすると共に、前記二次電池セルに対し充電を行うよう制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態１に係る電源装置を示す斜視図である。
【図２】図１に示す電源装置の分解斜視図である。
【図３】図１の電源装置のＩＩＩ−ＩＩＩ線における水平断面図である。
【図４】図３の要部拡大断面図である。
【図５】図５Ａ〜図５Ｂはノックピンの外観形状の例を示す斜視図である。
【図６】実施形態２に係る電源装置を示す斜視図である。
【図７】図６に示す電源装置の分解斜視図である。
【図８】図６の電源装置のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線における水平断面図である。
【図９】図８の要部拡大平面図である。
【図１０】図１０Ａ〜図１０Ｂはノックピンの外観形状の例を示す斜視図である。
【図１１】変形例に係る電源装置の要部拡大平面図である。
【図１２】変形例に係る電源装置の要部拡大断面図である。
【図１３】エンジンとモータで走行するハイブリッド自動車にバッテリ装置を搭載する例を示すブロック図である。
【図１４】モータのみで走行する電気自動車にバッテリ装置を搭載する例を示すブロック図である。
【図１５】蓄電装置にバッテリ装置を使用する例を示すブロック図である。
【図１６】従来の電源装置を示す分解斜視図である。
【図１７】Ｌ字状のバインドバーへの応力集中を示す模式水平断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための例示であって、本発明は以下のものに特定されない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一若しくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
（実施形態１）
【００２７】
本発明の実施形態１に係る電源装置１００の斜視図を図１に、その分解斜視図を図２に、
図１の電源装置１００のＩＩＩ−ＩＩＩ線における水平断面図を図３に、図３の要部拡大断面図を図４に、それぞれ示す。これらの図に示す電源装置１００は、複数の二次電池セル１を積層している電池積層体２と、この電池積層体２の両端に配置された一対のエンドプレート３と、一対のエンドプレート３に両端が連結されて、電池積層体２を締結する一対のバインドバー４とを備えている。各バインドバー４と電池積層体２との間には、絶縁シート７が介在される。
（二次電池セル１）
【００２８】
二次電池セル１は、図２に示すように、厚さに比べて幅が広い、言い換えると幅よりも薄い角形電池で、厚さ方向に積層されて電池積層体２としている。二次電池セル１はリチウムイオン二次電池である。ただし、二次電池セルは、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等、充電できる全ての二次電池とすることもできる。二次電池セル１は、密閉構造の外装缶に正負の電極板を電解液と共に収容している。外装缶は、アルミニウムやアルミニウム合金等の金属板を角形にプレス成形され、開口部を封口板で気密に密閉している。封口板は、外装缶と同じアルミニウムやアルミニウム合金で、両端部に正負の電極端子を固定している。さらに、封口板は、正負の電極端子の間に、ガス排出弁を設けている。
【００２９】
複数の二次電池セル１は、各二次電池セル１の厚み方向が積層方向となるように積層されて電池積層体２を構成している。二次電池セル１は、正負の電極端子を設けている端子面１０を同一平面に配置して、複数の二次電池セル１を積層して電池積層体２としている。
（セパレータ１２）
【００３０】
電池積層体２は、図２に示すように、積層している二次電池セル１の間にセパレータ１２を挟着している。図のセパレータ１２は、絶縁材で薄いプレート状またはシート状に製作されている。図に示すセパレータ１２は、二次電池セル１の対向面とほぼ等しい大きさのプレート状としており、このセパレータ１２を互いに隣接する二次電池セル１の間に積層して、隣接する二次電池セル１同士を絶縁している。なお、セパレータ１２とは別に、隣接する二次電池セル１間に第二スペーサを配置しても良い。二次電池セル１とスペーサの間に冷却気体の流路が形成される形状のスペーサを用いることで、二次電池セル１を冷却することができる。また、二次電池セル１の表面を絶縁材で被覆することもできる。例えばＰＥＴ樹脂等のシュリンクチューブで二次電池セルの電極部分を除く外装缶の表面を熱溶着させてもよい。
（電池積層体２）
【００３１】
電池積層体２は、隣接する二次電池セル１の正負の電極端子に金属製のバスバー（図示せず）が接続されて、バスバーでもって複数の二次電池セル１を直列又は並列に、あるいは直列と並列に接続される。図に示す電池積層体２は、１２個の二次電池セル１を直列に接続している。ただ、本発明は、電池積層体を構成する二次電池セルの個数とその接続状態を特定しない。
【００３２】
電池積層体２は、両端面に端面スペーサ１３を挟んでエンドプレート３を配置している。端面スペーサ１３は、図２に示すように、電池積層体２とエンドプレート３との間に配置されてエンドプレート３を電池積層体２から絶縁する。端面スペーサ１３は、上述したセパレータ１２と同様の材質で構成することができる。
（エンドプレート３）
【００３３】
エンドプレート３は、図１及び図２に示すように、電池積層体２の両端に配置されると共に、電池積層体２の両側面に沿って配置されるバインドバー４を介して締結される。エンドプレート３は、電池積層体２の二次電池セル１の積層方向における両端であって、端面スペーサ１３の外側に配置されて電池積層体２を両端から挟着している。エンドプレート３は、アルミニウム合金製としている。アルミニウム合金としては、Ａｌ−Ｃｕ−Ｍｇ系、Ａｌ−Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍｇ系、Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ系、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｍｇ系、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ−Ｎｉ−Ｍｇ系等が利用できる。このアルミニウム合金製のエンドプレート３は、熱処理型合金である。またアルミニウム合金製のエンドプレート３は、ダイキャストで成型される。またアルミニウム合金製のエンドプレート３は、溶体化処理、焼入れ及び時効熱処理等を含む熱処理によって調質されることが好ましい。
【００３４】
エンドプレート３は、外形を四角形としており、電池積層体２の端面に対向して配置されている。図１及び図２に示すエンドプレート３は、二次電池セル１の外形とほぼ等しい外形としている。ずなわち、図に示すエンドプレート３は、左右方向の幅を二次電池セル１の幅と等しくすると共に、上下方向の高さを二次電池セル１の高さと等しくしている。なお、本明細書において、上下方向とは図における上下方向とし、左右方向は、図における左右方向であって、二次電池セルの積層方向と直交する水平方向を意味するものとする。
【００３５】
さらに、図２に示すエンドプレート３は、バインドバー４と固定するためのノックピン８を圧入するエンドプレート側ピン用穴３３を左右の側面にそれぞれ開口させている。このエンドプレート３は、複数のエンドプレート側ピン用穴３３を上下方向に離間させて開口させている。図２の例では、エンドプレート３の両側に沿って３個ずつ、全体で６個のエンドプレート側ピン用穴３３を設けている。このエンドプレート３は、ノックピン８をエンドプレート側ピン用穴３３に圧入して固定される。これにより、ノックピン８をエンドプレート３の側面に圧入して、エンドプレート３を確実に位置決め状態で固定することが可能となる。
（バインドバー４）
【００３６】
電池積層体２の側面は、一対のバインドバー４でそれぞれ被覆されて、電池積層体２の各側面においてエンドプレート３同士をバインドバー４でそれぞれ締結している。各バインドバー４は、電池積層体２の側面をほぼ被覆する大きさに形成したバインドバー主面４１を有する。このバインドバー主面４１は、電池積層体２の積層方向において端縁まで平板状に形成される。またこのバインドバー４は、バインドバー主面４１の端縁をＬ字状に折曲してエンドプレート３の外側面にボルトなどで固定される折曲片４２を形成している。ただし、折曲片４２がボルトを介して、バインドバー４がエンドプレート３に固定することができるようになっているが、二次電池セルの膨張に起因する荷重は、ノックピン８でもって受ける構造となっており、折曲片４２には、二次電池セルの膨張に起因する荷重が実質的にかからないようになっている。そのため、バインドバーの折り曲げ部分に応力が
【００３７】
一方で折曲片４２は、エンドプレート３にボルトなどで固定されることで、バインドバー４が電池積層体２の側面から外れないように固定する役目を果たしている。すなわち、従来のようにバインドバーをボルトなどで締結する構成においては、ボルトを通す穴よりもボルト頭を大きくすることで、バインドバーが外れる事態を阻止できる。これに対して、ノックピンのようなボルト頭に相当する径の太い部分を有しない構成においては、言い換えるとバインドバー側ピン用穴よりも外径の大きい部分を有しないピンを用いる場合は、バインドバーがノックピンから外れる事態を阻止できない。そこで、バインドバー４が外れないように、バインドバー４の端縁に折曲片４２を設け、この折曲片４２でもってエンドプレート３に固定することにより、ノックピン８を使用しつつもバインドバー４が外れないように固定できる。いいかえると、ノックピン８で荷重に対する耐性を高め、折曲片４２にはその役目は負わせない一方で、バインドバー４の固定を担わせることで、効率良く役割分担させて剛性の向上と脱離の防止を図ることが可能となる。この構成であれば、折曲片４２はバインドバー４の脱離を防止できればよく、大きな負荷がかかることが無いことから、簡単な固定構造とすることができ、コスト面でも有利となる。そして、ボルト頭のような径の太い部分を有しないノックピンを利用してもバインドバーの固定を維持できることで、さらにコスト面での優位性が発揮される。
【００３８】
バインドバー４は、図１及び図２に示すように、電池積層体２の積層方向に延長されており、両端が電池積層体２の両端面に配置されたエンドプレート３に固定されて、このエンドプレート３を介して電池積層体２を積層方向に締結している。バインドバー４は、電池積層体２の側面に沿う所定の幅と所定の厚さを有する金属板で、電池積層体２の両側面に対向して配置されている。このバインドバー４には、鉄などの金属板、好ましくは、鋼板が使用できる。金属板からなるバインドバー４は、プレス成形等により折曲加工されて所定の形状に形成される。
【００３９】
バインドバー４は、電池積層体２の側面に沿って配置されるバインドバー主面４１と、このバインドバー主面４１の両端部を除く中間部分の上端部及び下端部に沿って、電池積層体２の上面及び下面を保持する上下折曲部４４を備えている。バインドバー主面４１は、電池積層体２と、その両端に配置されるエンドプレート３のほぼ全体を被覆する大きさの矩形状としている。図１に示すバインドバー主面４１は、電池積層体２の側面のほぼ全面を隙間なく被覆している。ただ、バインドバー主面は、一以上の開口部を設けて、電池積層体の側面の一部を表出させることもできる。バインドバー主面に開口部を形成することで、電池積層体を表出させて空冷したり、冷却気体を供給することができる。なお、冷却気体をバインドバー主面に開口部から供給する必要がない場合であっても、バインドバー主面に開口部を形成してもよい。この構成により、バインドバーの軽量化を図ることができる。
【００４０】
また上下折曲部４４は、電池積層体２を構成する二次電池セル１の上面及び下面を保持して、各二次電池セル１の端子面１０の位置が上下方向に位置ずれするのを抑制している。さらに上下折曲部に、電源装置を被固定対象物、例えば車輌に固定するためのボルト穴を形成してもよい。
【００４１】
バインドバー４は、バインドバー主面４１と上下折曲部４４の内面に絶縁シート７を配置して、この絶縁シート７により、電池積層体２の二次電池セル１とバインドバー４とを絶縁している。さらにバインドバーは、図示しないが、バインドバー主面の両端部の内面に緩衝材を配置して、エンドプレートの両側面を振動等の衝撃から保護することもできる。
【００４２】
本実施形態においては、上述の通りバインドバーを長手方向において端縁をＬ字状に折曲して、エンドプレートの側面から端面にかけての隅部に係止した上で折曲片側で固定する構成とせず、バインドバー４の平板状の主面とエンドプレート３の側面との界面にノックピン８を圧入する構成としたことで、バインドバー４の折曲部分への応力集中を回避し、剛性を高めることができる。
【００４３】
すなわち、従来のようなバインドバーの端縁をＬ字状に折曲してエンドプレートの主面側で固定する構成では、図１７の水平断面図において破線の円で示すように、電池積層体１４０２の膨張時にエンドプレート１４０３が押し拡げられた際、バインドバー１４０４の折曲部分に曲げモーメントが印加されて応力が集中してしまい、曲げが開いたり、破断する可能性があった。
【００４４】
これに対して、バインドバー４の長手方向に平板状としたバインドバー主面４１側でもってエンドプレート３と固定する構成としたことで、剪断の加重が折曲部でなく直線状に印加される状態として、応力の集中を避けて、同じ材質や厚さのバインドバーを使用しつつも剛性を高めることが可能となる。すなわち、図３の水平断面図に示すように、バインドバー主面４１の、折曲部分に至る手前側で固定したことで、剪断応力の集中が生じ易い折曲部分をなくし、言い換えるとバインドバー４に印加される応力を特定の部位に集中させずに均一化させることで、バインドバー４の引っ張り方向で力を受けるようにして、同じバインドバーを使用しつつも剛性を高めることが可能となる。
（ノックピン８）
【００４５】
ノックピン８は、金属製の中実なピン状とする。好ましい材質としては、ステンレス鋼、鉄等が挙げられる。その外形は、図５Ａに示すノックピン８のように円柱状としたり、あるいは図５Ｂに示すノックピン８’のように先端に進むに従って先細りとしたテーパ状や逆円錐形状等としてもよい。このようにノックピン８を圧入し易い形状とすることで、ノックピン８の抜け落ちを抑制し、また組立時の作業性が向上される。
【００４６】
各バインドバー４は、バインドバー主面４１に、ノックピン８を圧入するためのバインドバー側ピン用穴４６を形成している。バインドバー側ピン用穴４６は、電池積層体２の積層方向に対して交差する方向に並べて複数開口されている。
【００４７】
一方、各エンドプレート３は、その側面に、ノックピン８を圧入するためのエンドプレート側ピン用穴３３を形成している。エンドプレート側ピン用穴３３も、バインドバー側ピン用穴４６と対応させて、電池積層体２の積層方向に対して交差する方向に並べて複数開口されている。
【００４８】
ノックピン８でバインドバー４とエンドプレート３を固定する連結部分の拡大水平断面図を図４に示す。このようにノックピン８は、バインドバー主面４１のバインドバー側ピン用穴４６を貫通して、エンドプレート側面側のエンドプレート側ピン用穴３３に圧入して固定される。これにより、バインドバー４とエンドプレート３の固定を、バインドバー主面４１側で行うと共に、ノックピン８を使用することで、従来のようなボルトのみでの固定と比べ、容易にノックピンの径を太くできるため、電池積層体の膨張時に作用する剪断荷重に対する剛性を高めることができる。
（補強部５）
【００４９】
さらに各エンドプレート３とバインドバー４の間に、補強部５を介在させてもよい。
図３、図４に示す例では、バインドバー４側の、エンドプレート３との界面に補強部５を設けている。これにより、バインドバー４の、エンドプレート３の固定箇所の肉厚を容易に調整でき、製造コストを低減できる。すなわち、バインドバー自体は従来の材質で構成しながら、必要な部位のみを肉厚にできるようになるので、バインドバーの全体を肉厚とする必要が無く、バインドバーの重量増加を抑えることができる。この補強部５は、バインドバー４と一体に形成することができるなお、補強部は必ずしも必須でなく、例えばバインドバーを切削等によって、予め係止段差を形成する部位を肉厚にした形状に形成してもよい。
（実施形態２）
【００５０】
以上の例では、ノックピン８でもってバインドバー４とエンドプレート３を固定している。ただ本発明は、バインドバーとエンドプレートを固定する部材をノックピンのみに限定せず、これに加えてボルトを用いてもよい。例えば、電池積層体の積層方向に沿うバインドバー主面から、バインドバーを貫通してエンドプレートの側面に螺合されて固定されるバインドバー固定ボルトを設ける。このようにノックピンとバインドバー固定ボルトを組み合わせることで、ノックピン側で剪断応力に対する剛性を高め、バインドバー固定ボルト側でバインドバーとエンドプレートの位置決めを行うことができる。いいかえると、従来のようにボルトのみでバインドバーとエンドプレートを固定する構成では、ボルト単独で耐剪断応力を持たせる必要があることから、ボルトの径を太くしたり強度の高い材質のボルトを使用せねばならなかったところ、位置決めと耐剪断応力の機能を、それぞれボルトとノックピンに分担させることで、このような高価なボルトを使用することなく剛性を高め、電池積層体の膨張に適応可能な電源装置を実現できる。
【００５１】
バインドバー固定ボルトは、好ましくはノックピンの近傍に配置する。より好ましくは、バインドバー固定ボルトをノックピンと同じ位置に配置する。例えばノックピンを中空状とし、バインドバー固定ボルトを、ノックピンの中空に挿入して固定するよう構成する。このようにすることで、固定位置を増やすことなく、従来とほぼ同様の構成、すなわち一箇所の固定位置でもってノックピンで剪断荷重に対する剛性を増すことが可能となる。このような例を実施形態２として、図６〜図９に基づいて説明する。これらの図において、図６は実施形態２に係る電源装置２００を示す斜視図、図７は図６に示す電源装置２００の分解斜視図、図８は図６の電源装置２００のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線における水平断面図、図９は図８の要部拡大平面図を、それぞれ示している。これらの図に示す電源装置２００は、バインドバー４Ｂとエンドプレート３Ｂの固定構造を除いて、上述した実施形態１に係る電源装置２００とほぼ同じ構成としており、同じ部材については同じ符号を付して詳細説明を省略する。
【００５２】
図６〜図９に示す電源装置２００は、バインドバー主面４１Ｂ側においてノックピン８Ｂをバインドバー側ピン用穴４６Ｂ及びエンドプレート側ピン用穴３３Ｂに圧入してバインドバー４Ｂをエンドプレート３Ｂ側面に固定すると共に、ノックピン８Ｂに形成された中空の穴部８ｂにバインドバー固定ボルト６を挿通して、エンドプレート３Ｂと螺合している。
【００５３】
各ノックピン８Ｂは、図１０Ａに示すように中空の円筒状としている。中空の穴部８ｂの大きさは、ノックピン８Ｂを挿通できる大きさに開口される。なおノックピン８Ｂの外形は、図１０Ａに示すノックピン８Ｂのように、ほぼ円柱状とする他、図１０Ｂに示すノックピン８Ｂ’のように、先端に進むほど先細りのテーパ状あるいは逆円錐形などとすることもできる。このノックピン８Ｂの材質も、上述した通り、ステンレス鋼、鉄等が利用できる。
【００５４】
またバインドバー固定ボルト６は、このノックピン８Ｂの中空の穴部８ｂに挿入してエンドプレート３Ｂに固定される。このためエンドプレート３Ｂの側面には、図９の拡大水平断面図に示すように、エンドプレート側ピン用穴３３Ｂに連通して、固定ボルト用穴３５が開口されている。固定ボルト用穴３５は、エンドプレート側ピン用穴３３Ｂよりも内径を小さくすると共に、内面にバインドバー固定ボルト６を螺合するためのねじ溝を形成している。すなわちノックピン８Ｂとバインドバー固定ボルト６との間には、隙間が形成されており、若干の変形を許容する。なおバインドバー固定ボルト６は、その先端にねじ溝を形成すれば足り、側面の全面にねじ溝を切る必要はない。
【００５５】
またエンドプレート３Ｂは、エンドプレート側ピン用穴３３Ｂから固定ボルト用穴３５に連なる界面を、図９のように断面視において階段状とする構成に限られない。例えば図１１の変形例に示すように、ノックピン８Ｃを圧入するためのエンドプレート側ピン用穴３３Ｃから固定ボルト用穴３５Ｃに近付くにつれてなだらかな曲面状とすることが好ましい。このように、エンドプレート側ピン用穴３３Ｃの端縁の内壁を面取りすることで、エンドプレート側ピン用穴の底面が断面視直角になっている場合と比べ、電池積層体の膨張時における剪断応力の集中を緩和して、エンドプレートの破断を回避乃至抑制できる。
【００５６】
また、エンドプレートの側面においてエンドプレート側ピン用穴を設ける位置は、図９に示したようなエンドプレートの厚さ方向の略中心とする構成に限られない。例えば別の変形例として図１２の水平断面図に示すように、エンドプレート３Ｄの側面においてエンドプレート側ピン用穴３３Ｄや固定ボルト用穴３５Ｄを設ける位置を、中心よりも電池積層体２から遠ざかる方向に偏心させてもよい。このようにすることで、エンドプレート３Ｄの内、電池積層体２の膨張時に応力が印加されるエンドプレート３Ｄの主面とノックピン８との間ｄ1を、エンドプレート３Ｂの厚さ方向の略中心にノックピン８Ｂを配置した場合の厚さｄ0よりも大きくして、剪断荷重に対する剛性を高めることが期待できる。
【００５７】
なおノックピンは、バインドバーを組み付けた状態において、このバインドバーの端面より突出しないようにすることが好ましい。このようにすることで、ノックピンに挿入されるバインドバー固定ボルトの座面がバインドバーから浮いてしまうことを避け、バインドバーに直接接触することで、座面における接触抵抗が高められ強固な接続が実現される。
【００５８】
以上のように、ノックピンを中空状とし、バインドバー固定ボルトを挿通する構成としたことで、バインドバー固定ボルトを同じ部位に設けて固定箇所を増やすことなく従来と同様の構成としつつも、上記実施例１と同様、ノックピンで剪断応力を受けて、二次電池セルの拘束と、バインドバーの固定の機能を分担させ、バインドバー固定ボルトに剪断方向の負荷が過度に印加される事態を避け、強度を高めることが可能となる。このように、ノックピンで負荷を分散させてバインドバー側に逃がすことで、剪断にかかる部分のみ補強することができ、ボルトの全体の径を太くする必要をなくして、低コストで効率良く合成を改善できる。
【００５９】
また実施形態２では、バインドバー４Ｂを、その長手方向の端縁において、Ｌ字状に折曲しない非折曲端縁としている。このようにバインドバー主面４１Ｂを、電池積層体２の積層方向において端縁まで平板状に形成したことで、上述の通り、バインドバーの長手方向において端縁をＬ字状に折曲した上でエンドプレートの側面から端面にかけての隅部に係止する構成と比べ、折曲部分のような応力が集中する部位の発生を回避して、剛性を高めることができる。
【００６０】
またバインドバー４Ｂの上下折曲部４４Ｂに、電源装置を被固定対象物、例えば車輌に固定するためのボルト穴を形成してもよい。図７等の例では、下側の上下折曲部４４Ｂに、ボルト穴４５を形成している。
【００６１】
以上の電源装置は、車載用の電源として利用できる。電源装置を搭載する車両としては、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッド車やプラグインハイブリッド車、あるいはモータのみで走行する電気自動車等の電動車両が利用でき、これらの車両の電源として使用される。なお、車両を駆動する電力を得るために、上述した電源装置を直列や並列に多数接続して、さらに必要な制御回路を付加した大容量、高出力の電源装置１０００を構築した例として説明する。
（ハイブリッド車用電源装置）
【００６２】
図１３に、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッド車に電源装置を搭載する例を示す。この図に示す電源装置を搭載した車両ＨＶは、車両本体９０と、車両本体９０を走行させるエンジン９６及び走行用のモータ９３と、モータ９３に電力を供給する電源装置１０００と、電源装置１０００の電池を充電する発電機９４と、モータ９３とエンジン９６で駆動されて車両本体９０を走行させる車輪９７とを備えている。電源装置１０００は、ＤＣ／ＡＣインバータ９５を介してモータ９３と発電機９４に接続している。車両ＨＶは、電源装置１０００の電池を充放電しながらモータ９３とエンジン９６の両方で走行する。モータ９３は、エンジン効率の悪い領域、例えば加速時や低速走行時に駆動されて車両を走行させる。モータ９３は、電源装置１０００から電力が供給されて駆動する。発電機９４は、エンジン９６で駆動され、あるいは車両にブレーキをかけるときの回生制動で駆動されて、電源装置１０００の電池を充電する。
（電気自動車用電源装置）
【００６３】
また図１４に、モータのみで走行する電気自動車に電源装置を搭載する例を示す。この図に示す電源装置を搭載した車両ＥＶは、車両本体９０と、車両本体９０を走行させる走行用のモータ９３と、このモータ９３に電力を供給する電源装置１０００と、この電源装置１０００の電池を充電する発電機９４、モータ９３で駆動されて車両本体９０を走行させる車輪９７とを備えている。モータ９３は、電源装置１０００から電力が供給されて駆動する。発電機９４は、車両ＥＶを回生制動する時のエネルギーで駆動されて、電源装置１０００の電池を充電する。
（蓄電用電源装置）
【００６４】
さらに、この電源装置は、移動体用の動力源としてのみならず、載置型の蓄電用設備としても利用できる。例えば家庭用、工場用の電源として、太陽光や深夜電力等で充電し、必要時に放電する電源システム、あるいは日中の太陽光を充電して夜間に放電する街路灯用の電源や、停電時に駆動する信号機用のバックアップ電源等にも利用できる。このような例を図１５に示す。この図に示す電源装置１０００は、複数の電池パック８１をユニット状に接続して電池ユニット８２を構成している。各電池パック８１は、複数の二次電池セルが直列及び／又は並列に接続されている。各電池パック８１は、電源コントローラ８４により制御される。この電源装置１０００は、電池ユニット８２を充電用電源ＣＰで充電した後、負荷ＬＤを駆動する。このため電源装置１０００は、充電モードと放電モードを備える。負荷ＬＤと充電用電源ＣＰはそれぞれ、放電スイッチＤＳ及び充電スイッチＣＳを介して電源装置１０００と接続されている。放電スイッチＤＳ及び充電スイッチＣＳのＯＮ／ＯＦＦは、電源装置１０００の電源コントローラ８４によって切り替えられる。充電モードにおいては、電源コントローラ８４は充電スイッチＣＳをＯＮに、放電スイッチＤＳをＯＦＦに切り替えて、充電用電源ＣＰから電源装置１０００への充電を許可する。また充電が完了し満充電になると、あるいは所定値以上の容量が充電された状態で負荷ＬＤからの要求に応じて、電源コントローラ８４は充電スイッチＣＳをＯＦＦに、放電スイッチＤＳをＯＮにして放電モードに切り替え、電源装置１０００から負荷ＬＤへの放電を許可する。また、必要に応じて、充電スイッチＣＳをＯＮに、放電スイッチＤＳをＯＮにして、負荷ＬＤの電力供給と、電源装置１０００への充電を同時に行うこともできる。
【００６５】
電源装置１０００で駆動される負荷ＬＤは、放電スイッチＤＳを介して電源装置１０００と接続されている。電源装置１０００の放電モードにおいては、電源コントローラ８４が放電スイッチＤＳをＯＮに切り替えて、負荷ＬＤに接続し、電源装置１０００からの電力で負荷ＬＤを駆動する。放電スイッチＤＳはＦＥＴ等のスイッチング素子が利用できる。放電スイッチＤＳのＯＮ／ＯＦＦは、電源装置１０００の電源コントローラ８４によって制御される。また電源コントローラ８４は、外部機器と通信するための通信インターフェースを備えている。図１５の例では、ＵＡＲＴやＲＳ−２３２Ｃ等の既存の通信プロトコルに従い、ホスト機器ＨＴと接続されている。また必要に応じて、電源システムに対してユーザが操作を行うためのユーザインターフェースを設けることもできる。
【００６６】
各電池パック８１は、信号端子と電源端子を備える。信号端子は、パック入出力端子ＤＩと、パック異常出力端子ＤＡと、パック接続端子ＤＯとを含む。パック入出力端子ＤＩは、他のパック電池や電源コントローラ８４からの信号を入出力するための端子であり、パック接続端子ＤＯは子パックである他のパック電池に対して信号を入出力するための端子である。またパック異常出力端子ＤＡは、パック電池の異常を外部に出力するための端子である。さらに電源端子は、電池パック８１同士を直列、並列に接続するための端子である。また電池ユニット８２は、並列接続スイッチ８５を介して出力ラインＯＬに接続されて互いに並列に接続されている。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明に係る電源装置及びこれを備える車両、蓄電装置並びに電源装置用セパレータは、ＥＶ走行モードとＨＥＶ走行モードとを切り替え可能なプラグイン式ハイブリッド電気自動車やハイブリッド式電気自動車、電気自動車等の電源装置として好適に利用できる。またコンピュータサーバのラックに搭載可能なバックアップ電源装置、携帯電話等の無線基地局用のバックアップ電源装置、家庭内用、工場用の蓄電用電源、街路灯の電源等、太陽電池と組み合わせた蓄電装置、信号機等のバックアップ電源用等の用途にも適宜利用できる。
【符号の説明】
【００６８】
１００、２００、９００…電源装置
１…二次電池セル
２、１４０２…電池積層体
３、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ、１４０３…エンドプレート
４、４Ｂ、１４０４…バインドバー
５…補強部
６…バインドバー固定ボルト
７…絶縁シート
８、８’、８Ｂ、８Ｂ’、８Ｃ…ノックピン；８ｂ…穴部
１０…端子面
１２…セパレータ
１３…端面スペーサ
３３、３３Ｂ、３３Ｃ、３３Ｄ…エンドプレート側ピン用穴
３５、３５Ｃ、３５Ｄ…固定ボルト用穴
４１、４１Ｂ…バインドバー主面
４２…折曲片
４４、４４Ｂ…上下折曲部
４５…ボルト穴
４６、４６Ｂ、４６Ｃ…バインドバー側ピン用穴
８１…電池ブロック
８２…電池ユニット
８４…電源コントローラ
８５…並列接続スイッチ
９０…車両本体
９３…モータ
９４…発電機
９５…ＤＣ／ＡＣインバータ
９６…エンジン
９７…車輪
９０１…二次電池セル
９０２…スペーサ
９０３…エンドプレート
９０４…バインドバー；９０４ｂ…Ｌ字状部分
９０６…ボルト
１０００…電源装置
ＨＶ…車両
ＥＶ…車両
ＣＰ…充電用電源
ＬＤ…負荷
ＤＳ…放電スイッチ
ＣＳ…充電スイッチ
ＯＬ…出力ライン
ＨＴ…ホスト機器
ＤＩ…入出力端子
ＤＡ…異常出力端子
ＤＯ…接続端子
【図１】
2020140762.tif 000003
【図２】
2020140762.tif 000004
【図３】
2020140762.tif 000005
【図４】
2020140762.tif 000006
【図５】
2020140762.tif 000007
【図６】
2020140762.tif 000008
【図７】
2020140762.tif 000009
【図８】
2020140762.tif 000010
【図９】
2020140762.tif 000011
【図１０】
2020140762.tif 000012
【図１１】
2020140762.tif 000013
【図１２】
2020140762.tif 000014
【図１３】
2020140762.tif 000015
【図１４】
2020140762.tif 000016
【図１５】
2020140762.tif 000017
【図１６】
2020140762.tif 000018
【図１７】
2020140762.tif 000019