(57)【要約】【課題】多数の扁平形二次電池を加圧状態に積層しながら、電池積層体の耐振動強度を向上する。【解決手段】バッテリシステムは、複数の扁平形二次電池１が厚さ方向に積層され、かつ隣接する扁平形二次電池１の電極端子１３をバスバー１４で接続してなる電池積層体２と、この電池積層体２の積層方向の両端面に配置してなる一対のエンドプレート３と、一対のエンドプレート３に連結されて、扁平形二次電池１を積層方向に加圧して固定してなるバインドバー４とを備えている。さらに、バッテリシステムは、電池積層体２を構成している扁平形二次電池１の間に配置してなる中間補強プレート５を備えており、この中間補強プレート５がバインドバー４に固定されて、エンドプレート３及び中間補強プレート５でもって、積層された扁平形二次電池１を加圧状態に固定している。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の扁平形二次電池が厚さ方向に積層され、かつ隣接する扁平形二次電池の電極端子をバスバーで接続してなる電池積層体と、
この電池積層体の積層方向の両端面に配置してなる一対のエンドプレートと、
一対のエンドプレートに連結されて、扁平形二次電池を積層方向に加圧して固定してなるバインドバーとを備えるバッテリシステムであって、
前記電池積層体を構成している扁平形二次電池の間に配置してなる中間補強プレートを備え、
この中間補強プレートが前記バインドバーに固定されて、前記エンドプレート及び前記中間補強プレートでもって、積層された前記扁平形二次電池を加圧状態に固定してなるバッテリシステム。
【請求項２】
前記電池積層体を載置してなるベースプレートを備え、
前記エンドプレートと前記中間補強プレートの両方を前記ベースプレートに固定してなる請求項１に記載されるバッテリシステム。
【請求項３】
前記扁平形二次電池が、所定の内圧で開弁する排出弁を備え、前記電池積層体が、前記排出弁を第１の表面に配置して各扁平形二次電池を積層しており、
前記電池積層体の第１の表面に配置されて、前記排出弁の開口部に連結してなる排出ダクトを備えており、
該排出ダクトの中間部を前記中間補強プレートに固定してなる請求項１または２に記載されるバッテリシステム。
【請求項４】
前記中間補強プレートの熱容量が前記エンドプレートよりも大きい請求項１から３のいずれかに記載されるバッテリシステム。
【請求項５】
前記中間補強プレートが、前記エンドプレートよりも厚くて熱容量の大きいプレートである請求項４に記載されるバッテリシステム。
【請求項６】
前記中間補強プレートが、前記エンドプレートよりも熱容量の大きい金属板である請求項４に記載されるバッテリシステム。
【請求項７】
前記中間補強プレートが、表面に冷却隙間を設けてなる請求項１から６のいずれかに記載されるバッテリシステム。
【請求項８】
前記中間補強プレートが、扁平形二次電池の長手方向に延びる冷却貫通孔を有する請求項１から７のいずれかに記載されるバッテリシステム。
【請求項９】
前記バッテリシステムが、車両に搭載されて、車両を走行させるモータに電力を供給する電源装置である請求項１から８のいずれかに記載されるバッテリシステム。
【請求項１０】
前記バッテリシステムが、車両に搭載されて、車両を走行させるモータに電力を供給する電源装置で、前記ベースプレートが車両のシャーシである請求項２に記載されるバッテリシステム。
【請求項１１】
前記バッテリシステムが、自然エネルギーと深夜電力の何れかを蓄電する電源装置である請求項１ないし８のいずれかに記載されるバッテリシステム。
【請求項１２】
請求項１から１０のいずれかに記載のバッテリシステムを備えてなる電動車両であって、
前記バッテリシステムと、該バッテリシステムから電力供給される走行用のモータと、前記バッテリシステム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を特徴とするバッテリシステムを備える電動車両。
【請求項１３】
請求項１から８、及び１１のいずれかに記載のバッテリシステムを備えてなる蓄電装置であって、
前記バッテリシステム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扁平形二次電池への充電を可能とすると共に、前記扁平形二次電池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、複数の扁平形二次電池を積層して、その両端にエンドプレートを配置して、エンドプレートをバインドバーで連結してなるバッテリシステム及びバッテリシステムを備える電動車両並びに蓄電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多数の扁平形二次電池を積層して、その両端面にエンドプレートを配置し、エンドプレートをバインドバーで連結して、一対のエンドプレートで扁平形二次電池を加圧積層状態に固定しているバッテリシステムは開発されている。（特許文献１参照）
【０００３】
以上のバッテリシステムは、図１に示すように、ベースプレート２０９の上に、複数の扁平形二次電池２０１を積層するように配置して電池積層体２０２とし、電池積層体２０２の両端にエンドプレート２０３を配置して、エンドプレート２０３をバインドバー（図示せず）で連結して、扁平形二次電池２０１を積層状態に固定している。さらに、このバッテリシステムは、中央部の扁平形二次電池２０１が高温になって温度差ができる欠点を解消するために、中央部に放熱プレート２０５を配置している。放熱プレート２０５は、電池積層体２０２の中央部を放熱して、電池積層体２０２の温度差を少なくする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２４９２０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１に示すように、多数の扁平形二次電池を積層して電池積層体とするバッテリシステムは、多数の扁平形二次電池を直列に接続して出力電圧を高く、また並列に接続して出力電流を大きくして出力を大きくできる。また、複数の扁平形二次電池を積層して積層状態に固定するので、容積効率を高くして、容積に対する充放電容量を大きくできる特徴もある。この特徴が生かされることから、この構造のバッテリシステムは、車両を走行させるモータに電力を供給する電源装置や、自然エネルギーや深夜電力を蓄電する蓄電装置の電源として最適な状態で使用される。
【０００６】
種々の用途に使用されるバッテリシステムは、比較的強い振動を受ける場合がある。特に、車両に搭載されるバッテリシステムは、常に振動にさらされるため、充分な耐振動強度が要求される。一方で、出力を大きくするために、扁平形二次電池が大型化されると、種々の用途において充分な耐振動強度を実現するのがさらに難しくなる。このような種々の用途で使用されるバッテリシステムであって、充分な耐振動強度を実現できないバッテリシステムが振動を受けると、扁平形二次電池が相対的に運動して種々の弊害を与える。たとえば、隣接する扁平形二次電池は、電極端子に金属板のバスバーを溶接等の方法で固定しているので、隣の扁平形二次電池が相対的に運動すると、バスバーと電極端子との連結部や電極端子と扁平形二次電池の外装ケースとの連結部等に無理な応力が作用して、これ等の連結部を損傷し、あるいは変形させる等の弊害が発生する。また、扁平形二次電池の開閉弁に連結するように、たとえば電池積層体に上面に排出ダクトを固定しているバッテリシステムにあっては、排出ダクトと扁平形二次電池との位置がずれて、排出弁からの排気ガスを確実に排出ダクトに連結できなくなる等の弊害が発生する。また、扁平形二次電池を加圧状態に積層して、隣の扁平形二次電池が相対的に運動すると、扁平形二次電池の間に配置しているスペーサなどを損傷し、あるいは又、扁平形二次電池の加圧面に表面と平行な方向に強い歪み力が作用して、扁平形二次電池の外装ケースを損傷する等の弊害も発生する。
【０００７】
本発明は、扁平形二次電池を積層している以上のバッテリシステムの欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、多数の扁平形二次電池を加圧状態に積層しながら、電池積層体の耐振動強度を向上できるバッテリシステム及びバッテリシステムを備える電動車両並びに蓄電装置を提供することにある。とくに、本発明の大切な目的は、大型の扁平形二次電池を積層しながら、電池積層体の耐振動強度を向上できるバッテリシステム及びバッテリシステムを備える電動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】
【０００８】
本発明のバッテリシステムは、複数の扁平形二次電池１が厚さ方向に積層され、かつ隣接する扁平形二次電池１の電極端子１３をバスバー１４で接続してなる電池積層体２、３２と、この電池積層体２、３２の積層方向の両端面に配置してなる一対のエンドプレート３と、一対のエンドプレート３に連結されて、扁平形二次電池１を積層方向に加圧して固定してなるバインドバー４とを備えている。さらに、バッテリシステムは、電池積層体２、３２を構成している扁平形二次電池１の間に配置してなる中間補強プレート５、３５を備えており、この中間補強プレート５、３５がバインドバー４に固定されて、エンドプレート３及び中間補強プレート５、３５でもって、積層された扁平形二次電池１を加圧状態に固定している。
【０００９】
以上のバッテリシステムは、多数の扁平形二次電池を加圧状態に積層しながら、電池積層体の耐振動強度を向上できるという優れた特徴を実現する。とくに、以上のバッテリシステムは、扁平形二次電池が大きく、重くなっても、電池積層体の耐振動強度を向上できる。それは、以上のバッテリシステムが、複数の扁平形二次電池を積層している電池積層体の中間部に中間補強プレートを配置して、この中間補強プレートをバインドバーに固定して、エンドプレートと中間補強プレートで積層している扁平形二次電池を加圧状態に固定しているからである。
【００１０】
本発明のバッテリシステムは、電池積層体２を載置してなるベースプレート９を備えて、エンドプレート３と中間補強プレート５の両方をベースプレート９に固定することができる。
以上のバッテリシステムは、電池積層体をベースプレートに載置して、中間補強プレートとエンドプレートの両方をベースプレートに固定するので、電池積層体の耐振動強度をさらに向上できる特徴がある。
【００１１】
本発明のバッテリシステムは、扁平形二次電池１が、所定の内圧で開弁する排出弁１１を備え、電池積層体２が、排出弁１１を第１の表面２Ａに配置して各扁平形二次電池１を積層すると共に、電池積層体２の第１の表面２Ａに配置されて、排出弁１１の開口部に連結してなる排出ダクト６を備えて、この排出ダクト６の中間部を中間補強プレート５に固定することができる。
以上のバッテリシステムは、電池積層体の耐振動強度を向上しながら、排出ダクトと電池積層体の相対的に位置ずれを防止できる。それは、細長い排出ダクトの中間部を中間補強プレートに固定しているからである。この排出ダクトは、扁平形二次電池の開弁する排出弁から排出されるガスや電解液を確実に排気できる特徴がある。
【００１２】
本発明のバッテリシステムは、中間補強プレート５の熱容量を、エンドプレート３よりも大きくすることができる。
以上のバッテリシステムは、電池積層体の中間部の熱エネルギーを中間補強プレートで効率よく吸熱して、扁平形二次電池の温度差を少なくできる。
【００１３】
本発明のバッテリシステムは、中間補強プレート５を、エンドプレート３よりも厚くて熱容量の大きいプレートとすることができる。
以上のバッテリシステムは、中間補強プレートをエンドプレートより厚くして熱容量を大きくするので、中間補強プレートを充分な強度としながら、すなわち、電池積層体の耐振動強度を向上しながら、扁平形二次電池の温度差を少なくできる特徴も実現する。
【００１４】
本発明のバッテリシステムは、中間補強プレート５を、エンドプレート３よりも熱容量の大きい金属板とすることができる。
以上のバッテリシステムは、中間補強プレートをエンドプレートよりも熱容量の大きい金属板とするので、中間補強プレートを充分な強度の金属板として、電池積層体の耐振動強度を向上し、さらに扁平形二次電池の温度差を少なくできる特徴も実現する。
【００１５】
本発明のバッテリシステムは、中間補強プレート５が、扁平形二次電池１との間に冷却隙間１６を備えることができる。
以上のバッテリシステムは、中間補強プレートに設けた冷却隙間に送風して、中間補強プレートと扁平形二次電池とを冷却できるので、扁平形二次電池の温度差をより少なくして電池積層体の温度を均等化できる。
【００１６】
本発明のバッテリシステムは、中間補強プレート３５が、扁平形二次電池１の長手方向に延びる冷却貫通孔３５Ａを有することができる。
以上のバッテリシステムは、中間補強プレートに設けた冷却貫通孔に送風し、あるいは冷却液体を循環して中間補強プレートを冷却できるので、中間補強プレートで電池積層体の中間部を冷却して、扁平形二次電池の温度差をより少なくできる。
【００１７】
本発明のバッテリシステムは、車両に搭載されて、車両を走行させるモータ９３に電力を供給する電源装置とすることができる。
以上のバッテリシステムは、振動を受ける車両に搭載されて充分な耐振動強度を実現する。したがって、車両に搭載されて、長期間にわたって安定して車両の走行用モータに電力を供給でき、劣化を少なく寿命を長くできる特徴を実現する。
【００１８】
本発明のバッテリシステムは、車両に搭載されて、車両を走行させるモータ９３に電力を供給する電源装置として、ベースプレート９を車両のシャーシ９２とすることができる。
以上のバッテリシステムは、車両のシャーシをベースプレートに併用して、電池積層体を固定するので、扁平形二次電池を車両のシャーシで効率よく冷却し、さらに、専用のベースプレートを省略して部品コストを低減するにもかかわらず、車両のシャーシでもって電池積層体の耐振動強度を向上できる。
【００１９】
本発明のバッテリシステムは、自然エネルギーと深夜電力の何れかを蓄電する電源装置とすることができる。
以上のバッテリシステムは、大電力を蓄電する電源装置に使用しながら、振動による弊害を防止できる。
【００２０】
本発明の電動車両は、上記のいずれかのバッテリシステム１００と、このバッテリシステム１００から電力供給される走行用のモータ９３と、バッテリシステム１００及びモータ９３を搭載してなる車両本体９０と、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。
以上の電動車両は、車両に搭載されて振動を受けるバッテリシステムの充分な耐振動強度を実現できる。このため、車両に搭載されるバッテリシステムから、長期間にわたって安定して車両の走行用モータに電力を供給して、安定した走行を実現できる。
【００２１】
本発明の蓄電装置は、上記のいずれかのバッテリシステム１００を備えると共に、バッテリシステム１００への充放電を制御する電源コントローラ８４を備えている。この電源コントローラ８４は、外部からの電力により扁平形二次電池１への充電を可能とすると共に、扁平形二次電池１に対し充電を行うよう制御することができる。
以上の蓄電装置は、大電力を蓄電するバッテリシステムを使用しながら、振動による弊害を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】従来のバッテリシステムの斜視図である。
【図２】本発明の一実施の形態にかかるバッテリシステムの斜視図である。
【図３】図２に示すバッテリシステムの垂直縦断面図である。
【図４】図２に示すバッテリシステムの分解斜視図である。
【図５】図４に示す電池積層体の分解斜視図である。
【図６】扁平形二次電池とスペーサの積層構造を示す分解斜視図である。
【図７】他の構造のスペーサと扁平形二次電池とを積層してなる電池積層体の分解斜視図である。
【図８】中間補強プレートを強制的に冷却する一例を示す分解斜視図である。
【図９】中間補強プレートを強制的に冷却する他の一例を示す斜視図である。
【図１０】エンジンとモータで走行するハイブリッドカーにバッテリシステムを搭載する例を示すブロック図である。
【図１１】モータのみで走行する電気自動車にバッテリシステムを搭載する例を示すブロック図である。
【図１２】蓄電装置にバッテリシステムを使用する例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するためのバッテリシステム及びバッテリシステムを備える電動車両並びに蓄電装置を例示するものであって、本発明はバッテリシステム及びバッテリシステムを備える電動車両並びに蓄電装置を以下のものに特定しない。さらに、この明細書は、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。
【００２４】
図２ないし図６に示すバッテリシステム１００は、複数の扁平形二次電池１を厚さ方向に積層して、隣接する扁平形二次電池１の電極端子１３をバスバー１４で接続している電池積層体２と、この電池積層体２の積層方向の両端部に配置している一対のエンドプレート３と、一対のエンドプレート３に連結されて、扁平形二次電池１を積層方向に加圧して固定しているバインドバー４とを備える。
【００２５】
扁平形二次電池１は、図５と図６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の電池で、厚さ方向に積層されて電池積層体２としている。この扁平形二次電池１は、リチウムイオン二次電池である。ただし、扁平形二次電池は、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池等の二次電池とすることもできる。図の扁平形二次電池１は、幅の広い両表面を四角形とする電池で、両表面を対向するように積層して電池積層体２としている。
【００２６】
扁平形二次電池１は、外形を角形とする外装ケース１０に、電極体（図示せず）を収納して電解液を充填している。外装ケース１０は、底を閉塞する筒状に金属板をプレス加工している外装缶１０Ａと、この外装缶１０Ａの開口部を気密に閉塞している封口板１０Ｂとを備えている。封口板１０Ｂは平面状の金属板で、その外形を外装缶１０Ａの開口部の形状としている。この封口板１０Ｂはレーザー溶接して外装缶１０Ａの外周縁に固定されて外装缶１０Ａの開口部を気密に閉塞している。外装缶１０Ａに固定される封口板１０Ｂは、その両端部に正負の電極端子１３を固定しており、さらに正負の電極端子１３の中間にはガス排出口１２を設けている。ガス排出口１２の内側には、所定の内圧で開弁する排出弁１１を設けている。図４と図５に示す電池積層体２は、複数の扁平形二次電池１を、排出弁１１を設けた面が略同一面に位置する姿勢で積層して、各扁平形二次電池１の排出弁１１を第１の表面２Ａに配置している。図の電池積層体２は、排出弁１１を設けている封口板１０Ｂを上面とする姿勢で、複数の扁平形二次電池１を積層している。
【００２７】
排出弁１１は、扁平形二次電池１の内圧が設定圧力よりも高くなると開弁して、内圧の上昇を防止する。この排出弁１１は、ガス排出口１２を閉塞する弁体（図示せず）を内蔵している。弁体は、設定圧力で破壊される薄膜、あるいは設定圧力で開弁するように弾性体で弁座に押圧されている弁である。排出弁１１が開弁されると、ガス排出口１２を介して扁平形二次電池１の内部が外部に開放され、内部のガスを放出して内圧の上昇が防止される。
【００２８】
互いに積層される複数の扁平形二次電池１は、正負の電極端子１３を接続して互いに直列及び／又は並列に接続される。バッテリシステムは、隣接する扁平形二次電池１の正負の電極端子１３を、バスバー１４を介して互いに直列及び／又は並列に接続する。隣接する扁平形二次電池を互いに直列に接続するバッテリシステムは、出力電圧を高くして出力を大きくでき、隣接する扁平形二次電池を並列に接続して、充放電の電流を大きくできる。
【００２９】
図３〜図５に示す電池積層体２は、１４個の扁平形二次電池１を、スペーサ７を介して互いに積層しており、これらの扁平形二次電池１を直列に接続している。図の電池積層体２は、互いに隣接する扁平形二次電池１同士を逆向きに並べており、その両側において隣接する電極端子１３同士をバスバー１４で連結して、隣り合う２個の扁平形二次電池１を直列に接続して、すべての扁平形二次電池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扁平形二次電池の個数とその接続状態を特定しない。
【００３０】
電池積層体２は、図３、図５、及び図６に示すように、積層している扁平形二次電池１の間にスペーサ７を挟着している。スペーサ７は、隣接する扁平形二次電池１を絶縁する。図に示すスペーサ７は、プラスチックを板状に成形した絶縁プレートである。このスペーサ７は、扁平形二次電池１を嵌着して定位置に配置する形状として、隣接する扁平形二次電池１を位置ずれしないように積層できる。
【００３１】
また、プラスチックで成形されるスペーサは、空気などの冷却気体を通過させる冷却隙間を表面に設けて、扁平形二次電池を冷却することもできる。この構造は、冷却隙間に空気を強制送風させて、扁平形二次電池の外装缶を直接に効率よく冷却できる。さらに、熱伝導率の小さい材質のプラスチックで成形されるスペーサは、隣接する扁平形二次電池の熱暴走を効果的に防止できる効果もある。
【００３２】
以上のように、スペーサ７で絶縁して積層される扁平形二次電池１は、外装缶をアルミニウムなどの金属製にできる。ただ、電池積層体は、必ずしも扁平形二次電池の間にスペーサを介在させる必要はない。例えば、扁平形二次電池の外装缶を絶縁材で成形し、あるいは扁平形二次電池の外装缶の外周を絶縁シートや絶縁塗料等で被覆する等の方法で、互いに隣接する扁平形二次電池同士を絶縁することによって、スペーサを不要とできるからである。さらに、扁平形二次電池の間にスペーサを介在させない電池積層体は、扁平形二次電池の間に冷却風を強制送風して扁平形二次電池を冷却する空冷式を採用することなく、冷媒等を用いて直接冷却する方式を採用して扁平形二次電池を冷却できる。
【００３３】
さらに、スペーサ７は、図３と図６に示すように、扁平形二次電池１を効果的に冷却するために、扁平形二次電池１との間に挟着される部分に、空気などの冷却気体を通過させる冷却隙間１６を設けている。図３と図６のスペーサ７は、扁平形二次電池１との対向面に、両側縁まで延びる溝１５を設けて、扁平形二次電池１との間に冷却隙間１６を設けている。図のスペーサ７は、複数の溝１５を、互いに平行に所定の間隔で設けている。図のスペーサ７は、両面に溝１５を設けており、互いに隣接する扁平形二次電池１とスペーサ７との間に冷却隙間１６を設けている。この構造は、スペーサ７の両側に形成される冷却隙間１６で、両側の扁平形二次電池１を効果的に冷却できる特長がある。ただ、セパレータは、片面にのみ溝を設けて、扁平形二次電池とセパレータとの間に冷却隙間を設けることもできる。図の冷却隙間１６は、電池積層体２の左右に開口するように水平方向に設けている。冷却隙間１６に強制送風される空気は、扁平形二次電池１の外装缶１０Ａを直接に効率よく冷却する。この構造は、扁平形二次電池１の熱暴走を有効に阻止しながら、扁平形二次電池１を効率よく冷却できる特徴がある。
【００３４】
以上のスペーサ７は、扁平形二次電池１との間に冷却隙間１６を設けて、この冷却隙間１６に冷却用の空気などの冷却気体を強制的に送風して、扁平形二次電池１を冷却できる。ただ、スペーサは、必ずしも扁平形二次電池との間に冷却隙間を設ける必要はなく、図７に示すように、スペーサ３７を電池積層体３２の表面に露出する長さとして、露出部３７Ａを冷却プレート２０に熱結合状態に連結する構造とすることもできる。このバッテリシステムは、冷却プレート２０を冷却し、冷却プレート２０でスペーサ３７を冷却して、スペーサ３７で扁平形二次電池１を冷却することができる。冷却プレート２０は、表面に放熱フィン（図示せず）を設けて冷却し、あるいは、内部に冷却用の冷媒や冷却液を循環させて強制的に冷却できる。さらに、図示しないが、扁平形二次電池の間にスペーサを配置することなく、扁平形二次電池の表面を絶縁して絶縁することもできる。
【００３５】
さらに、以上のバッテリシステム１００は、複数の扁平形二次電池１を積層している電池積層体２の中間部に、中間補強プレート５を配置している。また、電池積層体２をベースプレート９の上に載せて、エンドプレート３と中間補強プレート５とをベースプレート９に固定している。このバッテリシステムは、扁平形二次電池１をベースプレート９に垂直姿勢に配置して、エンドプレート３と中間補強プレート５の両方をベースプレート９に固定して、エンドプレート３と中間補強プレート５とで複数の扁平形二次電池１を積層加圧状態に固定している。
【００３６】
中間補強プレート５は、扁平形二次電池１の間に配置されて両面に扁平形二次電池１を配置している。すなわち、中間補強プレート５は、両面に扁平形二次電池１を配置して、扁平形二次電池１に挟まれるように配置される。この中間補強プレート５は、バインドバー４に固定されて、エンドプレート３と中間補強プレート５とが、積層している複数の扁平形二次電池１を加圧積層状態に固定している。
【００３７】
エンドプレート３は、バインドバー４に連結されて、電池積層体２を両端面から加圧して、扁平形二次電池１を積層方向に加圧する。エンドプレート３は、バインドバー４に固定されて、電池積層体２の各扁平形二次電池１を所定の締め付け圧で加圧状態に固定する。エンドプレート３の外形は、扁平形二次電池１の外形にほぼ等しく、あるいはこれよりもわずかに大きく、四隅部にバインドバー４を連結して、電池積層体２を加圧状態に固定して変形しない四角形の板状である。このエンドプレート３は、四隅部にバインドバー４を連結して、扁平形二次電池１の表面に面接触状態に密着し、扁平形二次電池１を均一な圧力で加圧状態に固定する。バッテリシステムは、電池積層体２の両端部にエンドプレート３を、中間部に中間補強プレート５を配置し、両端のエンドプレート３をプレス機で加圧して、扁平形二次電池１を積層方向に加圧する状態に保持し、この状態でエンドプレート３と中間補強プレート５にバインドバー４を固定して、電池積層体２を所定の締め付け圧に保持して固定する。エンドプレート３と中間補強プレート５とがバインドバー４に連結された後、プレス機の加圧状態は解除される。
【００３８】
中間補強プレート５は、電池積層体２の中間に配置されて、電池積層体２の耐振動強度を向上する。中間補強プレート５はバインドバー４の中間部に固定されて、細長い電池積層体２を複数のブロックに区画して耐振動強度を向上する。また、中間補強プレート５は、両面に積層される扁平形二次電池１から熱エネルギーを吸収して、電池積層体２の温度差を均等化する。中間補強プレート５は、好ましくは金属で製作される。金属製の中間補強プレート５は、耐振動強度を向上する強度と、両側に配置している扁平形二次電池１から効率よく熱エネルギーを吸収する特性に優れている。金属製の中間補強プレート５は、アルミニウムやアルミニウム合金で製造される。この中間補強プレート５は、軽くて優れた強度と冷却特性を実現する。ただ、中間補強プレートは、必ずしもアルミニウムやアルミニウム合金で製造する必要はなく、他の金属で製造することができ、また、熱伝導の優れた材料で製作することもできる。
【００３９】
中間補強プレート５は、エンドプレート３よりも熱容量を大きくして、両面に積層される扁平形二次電池１から効果的に熱エネルギーを吸収する。エンドプレート３より中間補強プレート５の熱容量を大きくするには、中間補強プレート５をエンドプレート３よりも厚く、あるいは比熱と重量の積が大きい材料で製作する。例えば、中間補強プレート５を金属で製作し、エンドプレート３をプラスチックで製作することにより、中間補強プレート５の熱容量をエンドプレート３よりも大きくできる。また、中間補強プレート５とエンドプレート３の両方を金属で製作して、中間補強プレート５をエンドプレート３よりも厚く成形することにより、中間補強プレート５の熱容量をエンドプレート３よりも大きくできる。また、中間補強プレート５は、全体を金属板とし、エンドプレート３はプラスチックに薄い金属板を積層する構造として、中間補強プレート５の熱容量をエンドプレート３よりも大きくできる。
【００４０】
中間補強プレート５は、両面に扁平形二次電池１に熱結合状態に配置して、エンドプレート３は、片面に扁平形二次電池１を熱結合状態に配置するので、中間補強プレート５の熱容量をエンドプレート３よりも大きく、好ましくは熱容量を約２倍として、電池積層体２の温度差を理想的な状態で均等化できる。電池積層体２の中央部に配置する扁平形二次電池１の発熱を中間補強プレート５で効果的に放熱できるからである。
【００４１】
バッテリシステムは、充放電される電流で発熱し、電流が大きくなると発熱量も大きくなる。ただ、バッテリシステムを充放電させる電流は常に一定とは限らない。たとえば、ハイブリッドカーや電気自動車の電源装置に使用されるバッテリシステムは、車両を加速するときに大電流で放電され、また回生制動するとき、とくに急ブレーキのときに大電流で充電される。車両の加速時間や急ブレーキ時の回生制動の時間は短く、大電流で放電され、また大電流で充電されても、大電流が流れる時間は相当に短い。短時間の大電流は、扁平形二次電池１を一時的に発熱させるが、連続して発熱することはないので、この発熱エネルギーのトータル量は所定のエネルギーに制限される。したがって、この状態で発熱する熱エネルギーを中間補強プレート５に吸収して、電池積層体２の温度差を少なくできる。
【００４２】
さらに、バッテリシステムは、中間補強プレート５を強制的に冷却する構造として、電池積層体２の中央部の温度上昇をより有効に制限できる。図８に示す中間補強プレート５は、両面に冷却隙間１６を設けている。この図のバッテリシステムは、スペーサ７に冷却溝１５を設けて、冷却隙間１６を設けているが、中間補強プレートの表面に冷却溝を設けて、冷却隙間１６を設けることもできる。冷却隙間１６は空気などの冷却気体を強制送風する送風機構（図示せず）に連結される。送風機構が冷却隙間１６に強制送風して、中間補強プレート５を強制的に冷却する。送風機構は、中間補強プレート５の温度や、その両面に配置される扁平形二次電池１の温度を検出し、検出温度が設定値よりも高くなると、冷却隙間１６に強制送風して、中間補強プレート５や扁平形二次電池１を強制冷却する。
【００４３】
さらに、図９の中間補強プレート３５は、扁平形二次電池１の長手方向に延びる冷却貫通孔３５ａを設けている。冷却貫通孔３５ａは、空気などの冷却気体を強制送風し、あるいは冷媒を循環させる冷却機構（図示せず）に連結される。冷却機構は、冷却気体や冷媒を冷却貫通孔３５ａに供給して、中間補強プレート３５を強制的に冷却する。冷媒は冷却された液体、あるいは冷却貫通孔３５ａの内部で気化し、気化熱で中間補強プレート３５を強制的に冷却する。この中間補強プレート３５は、冷却機構で強制的に冷却されて、電池部中央部の温度上昇を少なくする。とくに、冷媒の気化熱で冷却される中間補強プレート３５は、低温に冷却されて両面に配置される扁平形二次電池１を効果的に冷却する。
【００４４】
エンドプレート３と中間補強プレート５はバインドバー４に固定されて、電池積層体２を加圧状態に固定する。バインドバー４は、横断面形状をＬ字状とする金属板で、両端には、エンドプレート３の外側面に接触する端部プレート４Ａを設けて、中間部には中間補強プレート５に連結する固定部４Ｂを設けている。端部プレート４Ａは、バインドバー４のＬ字状端面に連結されて、エンドプレート３の外側面に接触する。このバインドバー４は、端部プレート４Ａをエンドプレート３の外側面に配置して、エンドプレート３に連結される。このバインドバー４は、端部プレート４Ａをエンドプレート３に連結して、エンドプレート３でもって扁平形二次電池１を加圧状態に固定する。さらに、バインドバー４は、エンドプレート３の外周面にネジ止めなどの方法で固定される。バインドバー４の固定部４Ｂは、幅広部として固定ネジ２５を挿通する貫通孔４ｂを設けている。この貫通孔４ｂに挿通される固定ネジ２５は、中間補強プレート５に設けられた貫通孔５ｂを貫通してベースプレート９に固定されて、バインドバー４が中間補強プレート５に固定される。
【００４５】
以上のバッテリシステム１００は、バインドバー４の両端を一対のエンドプレート３に固定し、中間部を中間補強プレート５に固定して、エンドプレート３と中間補強プレート５とで電池積層体２を挟んで、各扁平形二次電池１を所定の締め付け圧で積層方向に加圧して固定する。扁平形二次電池１の締め付け圧は、扁平形二次電池１の両面に作用する単位面積当たりの押圧力である。締め付け圧は、［エンドプレート３と中間補強プレート５とが電池積層体２を積層方向に加圧する押圧力］／［扁平形二次電池１の扁平部の面積］で演算される。この締め付け圧は、好ましくは、１０ｋＰａ以上で１ＭＰａ以下に設定される。締め付け圧が弱すぎると、扁平形二次電池１の膨張を効果的に抑制できず、反対に強すぎると扁平形二次電池１の外装ケース１０を損傷する弊害が発生する。したがって、締め付け圧は、扁平形二次電池１の種類や大きさ、さらに外装ケース１０の材質、形状、肉厚、大きさ、電極体の物性などを考慮して前述の範囲で最適値に設定される。
【００４６】
さらに、図２〜図４に示す電池積層体２は、扁平形二次電池１の排出弁１１が配置された第１の表面２Ａ（図において電池積層体２の上面）に排出ダクト６を配置している。排出ダクト６は扁平形二次電池１との対向面を開口する溝型で、開口部を排出弁１１のガス排出口１２に配置している。排出ダクト６は、中間部を中間補強プレート５の上面にネジ止めして固定している。排出ダクト６は、開口部の両側に突出するリブ６Ａを有する。リブ６Ａと電池積層体２との間には、ゴム状弾性体のパッキン（図示せず）が挟着されて、排出ダクト６と電池積層体２との間の隙間を閉塞している。排出ダクト６は、リブ６Ａを貫通する止ネジ２６で中間補強プレート５に固定される。止ネジ２６は、リブ６Ａを貫通して、中間補強プレート５の雌ねじ孔５ｃにねじ込まれて、排出ダクト６を中間補強プレート５に固定する。さらに、排出ダクト６はその両端部をエンドプレート３にネジ止めしてより確実に電池積層体２に固定される。
【００４７】
図３の断面図に示すバッテリシステム１００は、電池積層体２を載置しているベースプレート９を備える。このベースプレート９は、エンドプレート３と中間補強プレート５の両方を固定している。ベースプレート９に固定するために、エンドプレート３と中間補強プレート５は、扁平形二次電池１と平行な方向に延びる、図において上下方向に延びる貫通孔３ａ、５ｂを両側に設けている。この貫通孔３ａ、５ｂには止ネジ２３、２５が挿入され、止ネジ２３、２５は先端部をベースプレート９に固定して、エンドプレート３と中間補強プレート５をベースプレート９に固定する。止ネジ２３、２５は、ベースプレート９に設けた雌ねじ孔９ａ、９ｂ、にねじ込まれて、ベースプレート９に固定され、あるいはベースプレートの底面に設けたナットにねじ込まれて、ベースプレートに固定される。
【００４８】
図１０に示すように、車両に搭載されて、車両を走行させるモータ９３に電力を供給するバッテリシステム１００は、ベースプレート９を車両のシャーシ９２とすることができる。このバッテリシステム１００は、車両のシャーシ９２の上に載せられ、エンドプレート３と中間補強プレート５に設けた貫通孔３ａ、５ｂに止ネジ２３、２５を挿通し、止ネジ２３、２５をシャーシ９２に設けた雌ねじ孔（図示せず）にねじ込んで、車両のシャーシ９２に固定される。以上のバッテリシステムは、ベースプレート９を車両のシャーシ９２とするが、ベースプレートは必ずしも車両のシャーシには特定しない。たとえば、図１１に示すように、金属板でベースプレート９を製作して、このベースプレート９の上にバッテリシステム１００を固定することができる。このバッテリシステム１００は、ベースプレート９を車両のシャーシ９２の上に固定して、車両に搭載できる。
【００４９】
以上のバッテリシステムは、電動車両を走行させるモータに電力を供給する電源装置に最適である。ただ、本発明はバッテリシステムの用途を電動車両に搭載する電源装置には特定せず、たとえば、太陽光発電、風力発電などの自然エネルギーを蓄電する電源装置として使用でき、また深夜電力を蓄電する電源装置等の電源装置のように、大電力を蓄電する全ての用途に最適である。
【００５０】
バッテリシステムを搭載する電動車両としては、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッド自動車やプラグインハイブリッド自動車、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、これらの電動車両の電源として使用される。
【００５１】
（ハイブリッド自動車用バッテリシステム）
図１０は、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッド自動車にバッテリシステムを搭載する例を示す。この図に示すバッテリシステムを搭載した車両ＨＶは、車両ＨＶ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に電力を供給するバッテリシステム１００と、バッテリシステム１００の扁平形二次電池を充電する発電機９４と、エンジン９６、モータ９３、バッテリシステム１００、及び発電機９４を搭載してなる車両本体９０と、エンジン９６又はモータ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。バッテリシステム１００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、バッテリシステム１００の扁平形二次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、バッテリシステム１００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、バッテリシステム１００の扁平形二次電池を充電する。
【００５２】
（電気自動車用バッテリシステム）
また、図１１は、モータのみで走行する電気自動車にバッテリシステムを搭載する例を示す。この図に示すバッテリシステムを搭載した車両ＥＶは、車両ＥＶを走行させる走行用のモータ９３と、このモータ９３に電力を供給するバッテリシステム１００と、このバッテリシステム１００の扁平形二次電池を充電する発電機９４と、モータ９３、バッテリシステム１００、及び発電機９４を搭載してなる車両本体９０と、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。バッテリシステム１００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。モータ９３は、バッテリシステム１００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、バッテリシステム１００の扁平形二次電池を充電する。
【００５３】
（蓄電装置用バッテリシステム）
さらに、このバッテリシステムは、移動体用の動力源としてのみならず、定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１２に示す。この図に示すバッテリシステム１００は、複数の電池ブロック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。各電池ブロック８１は、複数の扁平形二次電池が直列及び／又は並列に接続されている。各電池ブロック８１は、電源コントローラ８４により制御される。このバッテリシステム１００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。このためバッテリシステム１００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を介してバッテリシステム１００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、バッテリシステム１００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からバッテリシステム１００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、バッテリシステム１００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、バッテリシステム１００への充電を同時に行うこともできる。
【００５４】
バッテリシステム１００で駆動される負荷ＬＤは、放電スイッチＤＳを介してバッテリシステム１００と接続されている。バッテリシステム１００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、バッテリシステム１００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、バッテリシステム１００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１２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。
【００５５】
各電池ブロック８１は、信号端子と電源端子を備える。信号端子は、入出力端子ＤＩと、異常出力端子ＤＡと、接続端子ＤＯとを含む。入出力端子ＤＩは、他の電池ブロック８１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、接続端子ＤＯは他の電池ブロック８１に対して信号を入出力するための端子である。また異常出力端子ＤＡは、電池ブロック８１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、電池ブロック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】
【００５６】
本発明のバッテリシステムは、大電力が要求される車両のモータに電力を供給する電源装置や、自然エネルギーや深夜電力を蓄電する蓄電装置に最適に使用される。
【符号の説明】
【００５７】
１００…バッテリシステム
１…扁平形二次電池
２…電池積層体              ２Ａ…第１の表面
３…エンドプレート          ３ａ…貫通孔
４…バインドバー            ４Ａ…端部プレート
４Ｂ…固定部
４ｂ…貫通孔
５…中間補強プレート        ５ｂ…貫通孔
５ｃ…雌ねじ孔
６…排出ダクト              ６Ａ…リブ
７…スペーサ
９…ベースプレート          ９ａ…雌ねじ孔
９ｂ…雌ねじ孔
１０…外装ケース            １０Ａ…外装缶
１０Ｂ…封口板
１１…排出弁
１２…ガス排出口
１３…電極端子
１４…バスバー
１５…冷却溝
１６…冷却隙間
２０…冷却プレート
２３…止ネジ
２５…止ネジ
２６…止ネジ
３２…電池積層体
３５…中間補強プレート      ３５ａ…冷却貫通孔
３７…スペーサ              ３７Ａ…露出部
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
９２…シャーシ
９３…モータ
９４…発電機
９５…ＤＣ／ＡＣインバータ
９６…エンジン
９７…車輪
２０１…扁平形二次電池
２０２…電池積層体
２０３…エンドプレート
２０５…放熱プレート
２０９…ベースプレート
ＥＶ…車両
ＨＶ…車両
ＬＤ…負荷
ＣＰ…充電用電源
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】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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