(57)【要約】  電池セルの意図しない部位からガスが排出される事態を回避する。  電源装置は、複数の電池セルと、複数の電池セルを積層してなる電池積層体を締結すると共に、電池セルの積層方向に延長される締結手段とを備える。各電池セルは、幅よりも厚さを薄くした角形の外装缶を備える。外装缶は、その内部に電解液を注液するための電解液注液口と、該電解液注液口を閉塞する閉塞栓とを有している。電解液注液口は、電池積層体の同一面側に位置する姿勢で、電池セルが積層される。締結手段は、電解液注液口又は閉塞栓と重なる位置に配置されている。
2014024426.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池セルと、
前記複数の電池セルを積層してなる電池積層体を締結すると共に、前記電池セルの積層方向に延長される締結手段とを備える電源装置であって、
前記各電池セルは、幅よりも厚さを薄くした角形の外装缶を備えており、
前記外装缶は、
その内部に電解液を注液するための電解液注液口と、
該電解液注液口を閉塞する閉塞栓とを有しており、
前記電解液注液口が、前記電池積層体の同一面側に位置する姿勢で、前記電池セルが積層されており、
前記締結手段は、前記電解液注液口又は閉塞栓と重なる位置に配置されてなることを特徴とする電源装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電源装置であって、
前記電解液注液口は、前記電池セルの上面において、該電池セルの積層方向と交差する方向における中心から偏心した位置に設けられてなることを特徴とする電源装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電源装置であって、
前記電池セルは、その上面であって、前記ガス排出弁及び電解液注液口を設けた位置と異なる位置に、一対の出力端子を設けており、
前記一対の出力端子の各々は、前記電池セルの上面において、該電池セルの積層方向と交差する方向における中心に対して互いに対称な位置に設けられてなることを特徴とする電源装置。
【請求項４】
請求項３に記載の電源装置であって、
前記締結手段として、平行な一対の締結手段が、前記電池積層体の上面において、前記出力端子と抵触しない位置であって、かつ該電池セルの積層方向と交差する方向における中心に対して互いに対称な位置に設けられており、
前記複数の電池セルを、前記電解液注液口の偏心方向が逆向きとなる姿勢で積層させた際に、前記一対の締結手段の各々が、該偏心方向が分散された電解液注液口をそれぞれ被覆するよう構成してなることを特徴とする電源装置。
【請求項５】
請求項４に記載の電源装置であって、
前記締結手段は、前記出力端子同士の間に配置されてなることを特徴とする電源装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一に記載の電源装置であって、
前記電池セルは、前記外装缶の上面であって、かつ前記電解液注液口が設けられる位置と異なる位置に設けられた、前記外装缶内の圧力が高くなった際に開弁するガス排出弁を備えており、
前記電池積層体は、前記電解液注液口及びガス排出弁が電池積層体の一面に位置するように前記電池セルを積層してなり、
前記電源装置はさらに、前記電池積層体の一面に設けられ、前記ガス排出弁を覆って、該ガス排出弁から排出されるガスが流れる流路を形成するガスダクトを備えており、
前記締結手段は、前記電池積層体を締結すると共に、前記ガスダクトを前記電池積層体の一面に固定することを特徴とする電源装置。
【請求項７】
請求項６に記載の電源装置であって、
前記ガスダクトが、前記電池セルの積層方向に延長される形状であって、その延長方向における断面を、横長の矩形状に形成してなることを特徴とする電源装置。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の電源装置であって、
前記ガスダクトは、内部に流路が形成されると共に、前記ガス排出弁を設けた位置と対応する位置に、それぞれ連結開口が設けられることを特徴とする電源装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一に記載の電源装置であって、
前記ガスダクトを、樹脂製としてなることを特徴とする電源装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一に記載の電源装置であって、
前記閉塞栓が、ブラインドリベットで構成されてなることを特徴とする電源装置。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか一に記載の電源装置を備える電動車両であって、
前記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を特徴とする電動車両。
【請求項１２】
請求項１から１０のいずれか一に記載の電源装置を備える蓄電装置であって、
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電源装置への充電を可能とすると共に、前記電源装置に対し充電を行うよう制御可能としてな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、電池を複数接続した電源装置、及びこの電源装置を備える電動車両及び蓄電装置に関し、特にハイブリッド車、燃料電池自動車、電気自動車、電動オートバイ等の電動車両に搭載されて車両を走行させるモータの電源装置、あるいは家庭用、工場用の蓄電用途等に使用される大電流用の電源に電力を供給する電源装置、及び電源装置を備える電動車両並びに蓄電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の電池セルを備える電源装置は、ハイブリッド自動車や電気自動車など車両用の電源装置や、工場用、家庭用などの蓄電システムの電源などに利用されている（例えば特許文献１参照）。このような電源装置の一例を図１５の分解斜視図に示す。この図に示す電源装置は、多数の電池セル１５０１を、絶縁性のスペーサ１５１５を介して積層した電池積層体１５０２の端面に、それぞれエンドプレート１５０３を配置し、エンドプレート１５０３同士をバインドバー１５０４で締結している。各電池セル１５０１は、内部の圧力が上昇した際に開弁して内部のガスを排出するためのガス排出弁を、上面に設けている。さらに電池積層体１５０２の上面には、このようにして排出されたガスを案内するためのガスダクト１５０６を配置している。ガスダクト１５０６の下面には、各電池セル１５０１のガス排出弁と対応する位置にそれぞれ、連結開口を開口している。またガスダクト１５０６の上面には、回路基板１５０９を固定している。【０００３】
また、このような電源装置を構成する電池セルの斜視図を、図１６に示す。電池セル１６０１は、上面を開口した有底筒状とした外装缶１６０１ａと、この外装缶１６０１ａの開口面を閉塞する封口板１６１０とで構成される。封口板１６１０には、上述したガス排出弁１６１１の他、内部に電解液を充電するための電解液注液口１６３０を開口している。電池セル１６０１の組み立て時においては、外装缶１６０１ａの内部に内部電極を収納して、封口板１６１０で外装缶１６０１ａを閉塞した後、電解液注液口１６３０から電解液を注液する。電解液の注液後は、電解液注液口１６３０を閉塞する必要がある。ここでは、図１６に示すように円柱形状の栓型に形成された金属製の閉塞栓１６３２を、封口板１６１０の外側から電解液注液口１６３０に圧入している。【０００４】
この電池セル１６０１は、内圧が異常に高くなると、図１７に示すように封口板１６１０に設けられたガス排出弁１６１１が内圧によって破断、開放されて、内部のガスを放出し、ガスダクト１６０６に案内する。ガスダクト１６０６に案内された高圧ガスは、ガスダクト１６０６に接続されたガス配管に従って、安全に外部に排出される。【０００５】
しかしながら、外装缶内の内圧が異常に高くなると、電解液注液口の閉塞栓も押し出されるおそれがあった。この部分は、本来的に開栓されることを想定していないため、電解液注液口が開放されてしまうと、意図しない部位から高圧ガスが放出されたり、外装缶内部の電解液が飛散されたりすることとなり、信頼性、安全性等の面から好ましくない。【０００６】
尚、特許文献１の電源装置は、ガス排出弁を備えているが、ガス排出弁を設けない構成の電源装置も存在する。このような構成の場合であっても、開栓されることを想定していない閉塞栓が高圧ガス等によって開栓されることは、信頼性、安全性等の面から好ましくない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−０８０１３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、従来のこのような問題点を解決すべくなされたものである。本発明の主な目的は、電池セルの意図しない部位からガスが排出される事態を回避可能とした電源装置及びこれ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】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明の電源装置によれば、複数の電池セルと、複数の電池セルを積層してなる電池積層体を締結すると共に、電池セルの積層方向に延長される締結手段とを備える。各電池セルは、幅よりも厚さを薄くした角形の外装缶を備える。外装缶は、その内部に電解液を注液するための電解液注液口と、該電解液注液口を閉塞する閉塞栓とを有している。電解液注液口は、電池積層体の同一面側に位置する姿勢で、電池セルが積層される。締結手段は、電解液注液口又は閉塞栓と重なる位置に配置されている。上記構成によって、電池セルを締結する締結手段を、電解液注液口を上面から被覆する部材にも兼用でき、もって閉塞栓が外装缶内部の高圧によって意図せず押し出される事態を抑制でき、信頼性を向上できる利点が得られる。
【００１０】
また他の電源装置によれば、前記電解液注液口を、前記電池セルの上面において、該電池セルの積層方向と交差する方向における中心から偏心した位置に設けることができる。電池セルは、外装缶の中央部分が特に膨張するため、電池セルの上面においては、中心部分が最も膨張による負荷がかかる。そのため、この構成によると、万が一締結部材による締結が破断したとしても、電解液注液口を中心から偏心した位置に設けることで、外装缶の膨張による負荷が電解液注液口にかかるのを抑制することができる。
【００１１】
さらに他の電源装置によれば、前記電池セルが、その上面であって、前記ガス排出弁及び電解液注液口を設けた位置と異なる位置に、一対の電極端子を設けており、前記一対の電極端子の各々を、前記電池セルの上面において、該電池セルの積層方向と交差する方向における中心に対して互いに対称な位置に設けることができる。
【００１２】
さらにまた、他の電源装置によれば、前記締結手段として、平行な一対の締結手段が、前記電池積層体の上面において、前記電極端子と抵触しない位置であって、かつ該電池セルの積層方向と交差する方向における中心に対して互いに対称な位置に設けられており、前記複数の電池セルを、前記電解液注液口の偏心方向が逆向きとなる姿勢で積層させた際に、前記一対の締結手段の各々が、該偏心方向が分散された電解液注液口をそれぞれ被覆するよう構成できる。上記構成により、一対の締結手段を対称な位置に配置して、電池セルの上面に偏心して開口された電解液注液口が、電池セルを反転させて積層したことで左右に分散したいずれの位置であっても被覆できる。この結果、電池セルを反転させて積層してもすべての電解液注液口を被覆できるので、電池セルを反転させた姿勢での積層が許容され、これによって電池セルの電極端子同士を接続する際、電池セル同士の接続形態が直列又は並列に応じて、反転させて積層できるため、電極端子同士を最短距離で接続できる。
【００１３】
さらにまた、他の電源装置によれば、前記締結手段を、前記電極端子同士の間に配置することができる。上記構成により、電池積層体上面の限られたスペースにおいて、締結手段を不必要に突出させることなく、高さを抑えた姿勢で効率よく電池積層体上に配置できる。
【００１４】
さらにまた、他の電源装置によれば、前記電池セルは、前記外装缶の上面であって、前記電解液注液口が設けられる位置と異なる位置に設けられた、外装缶内の圧力が高くなった際に開弁するガス排出弁を備えている。前記電池積層体は、前記電解液注液口及びガス排出弁が電池積層体の一面に位置するように前記電池セルを積層している。また電源装置はさらに、前記電池積層体の一面に設けられ、前記ガス排出弁を覆って、ガス排出弁から排出されるガスが流れる流路を形成するガスダクトを備えている。前記締結手段は、前記電池積層体を締結すると共に、前記ガスダクトを前記電池積層体の一面に固定している。上記構成により、ガスダクトの固定機構と電池積層体の締結機構を共通化して省スペース化、構成の簡素化に貢献できるうえに、ガスダクトを押さえる力が閉塞栓に加わるため、閉塞栓が外装缶内部の高圧によって意図せず押し出される事態をより効果的に抑制でき、信頼性を向上できる利点が得られる。
【００１５】
さらにまた、他の電源装置によれば、前記ガスダクトが、前記電池セルの積層方向に延長される形状であって、その延長方向における断面を、横長の矩形状に形成できる。上記構成により、高さを抑えたスペース効率に優れた電源装置を得ることができる。
【００１６】
さらにまた、他の電源装置によれば、前記ガスダクトは、内部に流路が形成されると共に、前記ガス排出弁を設けた位置と対応する位置に、それぞれ連結開口が設けられるように構成することができる。上記構成によると、封止部分を小さくすることができるので、ガスダクトの連結開口とガス排出弁との気密性を比較的容易に向上させることができる。
【００１７】
さらにまた、他の電源装置によれば、前記ガスダクトを、樹脂製とすることができる。上記構成により、軽量で安価にガスダクトを構成できる。
【００１８】
さらにまた、他の電源装置によれば、前記閉塞栓を、ブラインドリベットで構成できる。上記構成により、電解液注液口を外部から容易に閉塞できる。
【００１９】
さらに、本発明に係る電動車両によれば、上記の電源装置を備えることができる。この車両は、前記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。
【００２０】
さらに、本発明に係る蓄電装置によれば、上記の電源装置を備えることができる。この蓄電装置は、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電源装置への充電を可能とすると共に、前記電源装置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】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る電源装置を示す分解斜視図である。
【図２】図１の電源装置からガスダクトを外した状態を示す平面図である。
【図３】図１の電源装置の垂直断面図である。
【図４】電解液注液口を閉塞栓で閉塞する様子を示す模式断面図である。
【図５】本発明の実施例１に係る電源装置の斜視図である。
【図６】図５に示す電源装置のＶＩ−ＶＩ線断面図である。
【図７】図５に示す電源装置のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面に相当する一部拡大断面図である。
【図８】図５の電源装置を斜め下方から見た斜視図である。
【図９】図５に示す電源装置の分解斜視図である。
【図１０】図９に示す電源装置の電気積層体の分解斜視図である。
【図１１Ａ】電池セルを示す斜視図である。
【図１１Ｂ】図１１Ａの電池セルのガス排出弁が開弁した状態を示す斜視図である。
【図１２】エンジンとモータ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ブロック図である。
【図１３】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ブロック図である。
【図１４】蓄電装置に電源装置を使用する例を示すブロック図である。
【図１５】従来の電源装置を示す分解斜視図である。
【図１６】図１５の電源装置を構成する電池セルを示す斜視図である。
【図１７】図１６の電池セルのガス排出弁が作動する状態を示す模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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電源装置及びこれ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、本発明は電源装置及びこれ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。なお、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。特に実施の形態に記載されている構成部材の寸法、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も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。また、一部の実施例、実施形態において説明された内容は、他の実施例、実施形態等に利用可能なものもある。
（実施の形態１）
【００２３】
本発明の実施の形態１に係る電源装置１００の分解斜視図を図１に、図１の電源装置１００からガスダクト６を外した状態の垂直断面図を図２に、図１の電源装置１００の平面図を図３に、それぞれ示す。これらの図に示す電源装置１００は、複数枚の電池セル１を積層した電池積層体２と、ガスダクト６を備える。電池積層体２は、複数枚の電池セル１を、スペーサ１５を介して積層し、さらに端面にエンドプレート３を配置して、エンドプレート３同士を締結手段５で締結している。スペーサ１５は、電池セル１同士を絶縁するため、絶縁性の部材で構成される。またエンドプレート３は、電池積層体２を積層した状態で締結するため、金属製等の剛性の高い部材で構成される。さらに締結手段５は、同様に剛性の高い金属板などで構成される。ここでは、金属板を断面視コ字状に折曲して、端部をエンドプレート３にねじ止め等により固定している。
【００２４】
図２の締結手段５は、電池セル１の積層方向に延長されており、電池セル１を複数積層した電池積層体２を締結する。この締結手段５は、電池積層体２の上面に配置される。この締結手段５は、２本の締結手段５を、ガスダクト６の両側に配置している。また締結手段５を、ガスダクト６を電池積層体２の上面に固定する手段に兼用することもできる。例えばガスダクト６の左右に鍔部を設け、鍔部を上面から締結手段５で押圧することにより、ガスダクト６の左右で電池積層体２に固定できる。
（電池セル１）
【００２５】
また各電池セル１は、角形の外装缶１ａを有している。外装缶１ａは、その幅よりも厚さを薄くした薄型としている。外装缶１ａの上面にはガス排出口１２を開口しており、さらにガス排出口１２をガス排出弁１１で閉塞している。ガス排出弁１１は、外装缶１ａの内圧が高くなったことに反応して、開弁するよう構成される。
（電解液注液口３０）
【００２６】
加えて外装缶１ａの上面には、電解液注液口３０が開口されている。電解液注液口３０は、電池セル１の組み立て時において、外装缶１ａ内部に電解液を注液した後、図４に示すように閉塞栓３２により閉塞される。この電解液注液口３０は、電池セル１の上面において、電池セル１の積層方向と交差する方向における中心から偏心した位置に設けられている。これによって、外装缶の内圧が上昇した際に、外装缶の封口板が膨張して大きな負荷がかかることになる中央部分を外して、電解液注液口を設けることができ、電解液注液口の保護が図られる。
（閉塞栓３２）
【００２７】
電解液注液口３０は、閉塞栓３２でもって閉塞される。閉塞栓３２には、図４に示すように挿入後に片側から引き抜くこと固定可能なブラインドリベットが好適に利用できる。この方法であれば、電解液注液口３０を外装缶１ａの外側から効果的に閉塞できる。
（電極端子１３）
【００２８】
また電池セル１の上面には、ガス排出弁１１及び電解液注液口３０を設けた位置とは異なる位置に、一対の電極端子１３を設けている。電極端子１３は正負の電極であり、離間させて設けられる。好ましくは、電池セル１の積層方向と交差する方向における中心に対して、互いに対称な位置に、正負の電極端子１３をそれぞれ設ける。電極端子１３は、電池セル１を積層させた状態で、バスバー１４でもって他の電極端子１３と接続される。バスバー１４は、導電性に優れた金属板などで構成される。電極端子１３を棒状とする場合は、棒状の電極端子１３と適合する開口がバスバー１４に形成され、溶接や螺合を容易にしている。
（ガスダクト６）
【００２９】
ガスダクト６は、電池積層体２の上面において、この電池セル１の積層方向と交差する方向における中心に配置される。このガスダクト６は、電池セル１の積層方向に延長された中空の角柱状で、端部にガス排出口１２を開口している。ガスダクト６の底面側には、各電池セル１のガス排出弁１１と対応する位置に、連結開口６ｂが開口されている。連結開口６ｂはそれぞれ、ガス排出弁１１が開弁された状態でガス排出口１２と連通され、電池セル１から排出される高圧のガスが、ガスダクト６内に案内されるよう構成されている。さらにガスダクト６の内部は、一方の端部を閉塞し、他方の端部にダクト排出部６ｘを開口させている。ダクト排出部６ｘは、ガス排出路３６と連結されて、ガスを安全に外部に排出する。なおガスダクト６の内部形状は、その延長方向における断面を、横長の矩形状に形成する他、管状、あるいは逆Ｕ字状、Ｕ字状等、任意の形状とできる。
【００３０】
このガスダクト６は、軽量で安価な樹脂製とできる。ガスダクト６を構成する樹脂は、ある程度の耐熱性、剛性を発揮できる素材が好ましい。また、金属製のガスダクトを使用することもできる。
（締結手段５）
【００３１】
締結手段５は、図２の平面図に示すように、外装缶１ａの上面において、電解液注液口３０と重複する位置であって、かつガス排出弁１１を塞がない位置に配置されている。このようにすることで、締結手段５を電池セル１の締結のみならず、閉塞栓３２が電解液注液口３０から抜け落ちないように保持する部材にも兼用できる。例えば、いずれかの電池セル１の内圧が上昇しても、閉塞栓３２の上面を締結手段５で被覆しているため、図３に示すようにガス排出口１２が開弁される程の高圧で閉塞栓３２が電解液注液口３０から押し出されそうになったとしても、締結手段５でこれを阻止でき、電解液注液口３０から閉塞栓３２が意図せず押し出されて外装缶１ａ内部の電解液が飛散される事態を回避できる。このように、別部材を設けることなく電解液注液口３０の閉塞状態の維持を図ることが可能となり、電源装置の信頼性を向上できる。
【００３２】
さらに締結手段５は、複数設けることが好ましい。図２の例では、平行な一対の締結手段５を用いている。一対の締結手段５は、電池積層体２の上面において、電極端子１３と抵触しない位置であって、かつ電池セル１の積層方向と交差する方向における中心に対して、互いに対称な位置に設けている。
【００３３】
上述の通り、電池セル１に設けられた電解液注液口３０は、幅方向における中心でなく偏心して設けられている。一方で電池セル１は、複数枚を積層する際に、各電池セル１の電極端子１３である正極と負極の位置が、直列接続や並列接続などの接続形態に応じて、互いに隣接させる組み合わせを調整するように、反転させることがある。この結果、電池積層体２の上面において、電解液注液口３０の位置が必ずしも一列に並ばず、反転姿勢に応じて２箇所に分散されることとなる。そこで、図２の平面図に示すように、電池セル１がいずれの姿勢で積層されても、電解液注液口３０の部位が締結手段５で覆われるように、一対の締結手段５の各々が、電解液注液口３０をそれぞれ被覆するように配置している。これによって、電池セル１の反転姿勢に依らず、すべての電解液注液口３０を締結手段５で被覆できる。この結果、電池セル１の反転が許容されることから、バスバー１４で電極端子１３同士を最短距離で接続できる。
【００３４】
なお、図１〜図２の例では、締結手段５を２本、個別に設けているが、これらを一体的に構成することもできる。例えば２本の締結手段の端部で互いに連結して、中央を開口させた一の締結手段とできる。この場合は、例えばガスダクトの周囲に設けた鍔部を、締結手段の開口端縁で押圧して、ガスダクトを電池積層体に固定できる。
【００３５】
さらに締結手段５は、電池セル１の電極端子１３同士の間に配置している。このようにすることで、電池積層体２上面の限られたスペースにおいて、締結手段５を不必要に突出させることなく、高さを抑えた姿勢で効率よく電池積層体２上に配置できる。
（実施例１）
【００３６】
以下、本発明の実施例１に係る電源装置として車載用の電源装置に適用した例を、図５〜図１１Ｂに基づいて説明する。これらの図において、図５は電源装置１０００の斜視図、図６は図５の電源装置１０００のＶＩ−ＶＩ線断面図、図７は図５の電源装置１０００のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面に相当する一部拡大断面図、図８は図５の電源装置１０００を斜め下方から見た斜視図、図９は図５の電源装置１０００の分解斜視図、図１０は電池積層体２の分解斜視図、図１１Ａは電池セル１の斜視図、図１１Ｂは図１１Ａの電池セル１のガス排出弁１１が開弁した状態を示す斜視図を、それぞれ示している。これらの図に示す電源装置１０００は、主として、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッド車や、モータのみで走行する電気自動車などの電動車両の電源に好適である。ただ、本発明の電源装置は、ハイブリッド車や電気自動車以外の車両に使用したり、あるいは電動車両以外の大出力が要求される用途にも使用できる。
【００３７】
図５〜図１１Ｂに示す電源装置１０００は、ガス排出弁１１を有するガス排出口１２を封口板１０に設けている複数の電池セル１と、これらの電池セル１を積層してなる電池積層体２と、この電池積層体２の一面に、各電池セル１のガス排出口１２と連結するように固定されたガスダクト６とを備えている。さらに電源装置１０００は、電池積層体２の両端面に配置されたエンドプレート３と、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を積層方向に締結する側面締結手段４を備える。側面締結手段４はさらに、電池積層体２の一面であって、ガスダクト６が固定される面に対向して配置されるようにエンドプレート３に固定されると共に、このエンドプレート３を介して電池積層体２を積層方向に締結する上面締結手段５’を備えている。図９の電源装置１０００は、この上面締結手段５’を介して、ガスダクト６を電池積層体２の定位置に配置している。
（電池積層体２）
【００３８】
図５〜図１１Ｂに示す電源装置１０００は、外形を角形とする複数の電池セル１を積層して電池積層体２としている。各電池セル１は、角形の外装缶１ａを有しており、この外装缶１ａの内部で発生したガスを排出するためのガス排出弁１１を備えている。電池セル１は、ガス排出弁１１からガスを排出するためのガス排出口１２を外装缶１ａの表面に設けている。図１０に示す電池積層体２は、複数の電池セル１を、封口板１０を略同一面に配置する姿勢で積層して、複数のガス排出口１２を第１の表面２Ａに配置している。また電池積層体２は、ガス排出弁１１を設けている封口板１０を上面とする姿勢で、複数の電池セル１を積層している。
（電池セル１）
【００３９】
電池セル１は、図１０及び図１１Ａの斜視図に示すように、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としている。この電池セル１を複数枚、厚さ方向に積層して電池積層体２とする。各電池セル１は、リチウムイオン二次電池である。ただし、電池セルは、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１０の電池セル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。各電池セル１は、上面である封口板１０の両端部に正負の電極端子１３を突出して設けて、中央部にはガス排出弁１１のガス排出口１２を設けている。角形の電池セル１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１ａの開口部を、封口板１０で閉塞して密閉している。封口板１０は平面状の金属板で、その外形を外装缶１ａの開口部の形状としている。この封口板１０はレーザ溶接して外装缶１ａの外周縁に固定されて外装缶１ａの開口部を気密に閉塞している。外装缶１ａに固定される封口板１０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の内部にはガス排出弁１１を設けている。
（ガス排出弁１１）
【００４０】
ガス排出弁１１は、通常時では図６の断面図に示すようにガス排出口１２を閉塞している。一方、電池セル１の内圧が設定圧力よりも高くなると、ガス排出弁１１が開弁される。すなわち、外装缶１ａの内圧が所定の圧力に達すると、図１１Ａ及び図１１Ｂに示すようにガス排出弁１１が破断されて、ガス排出口１２を開放させる。ガス排出弁１１が開弁されると、ガス排出口１２を介して電池セル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。
【００４１】
図１１Ａの例では、封口板１０の長手方向の中心に、トラック状に破断部１２Ａを形成してガス排出弁１１としている。このガス排出弁１１は、設定圧力で破断部１２Ａが破断されてトラック状のガス排出口１２を開弁させる。トラック状のガス排出口１２は、その長手方向が、封口板１０の長手方向と一致する姿勢に形成される。
【００４２】
さらにガス排出口１２の長手方向の中心にも、第二破断部１２Ｂを設けている。そして、第二破断部１２Ｂを、トラック状破断部１２Ａよりも破断し易くしている。具体的には、封口板１０の厚さを肉薄にすることでトラック状破断部１２Ａ及び第二破断部１２Ｂを形成しつつ、第二破断部１２Ｂの厚さを、トラック状破断部１２Ａよりも薄くなるように構成する。これによって、肉薄とすることで強度を弱くした第二破断部１２Ｂが、トラック状破断部１２Ａよりも先に破断される。この結果、図１１Ｂに示すように第二破断部１２Ｂで破断されたガス排出弁１１は、中央部分から裂けるようにして観音開き状に開弁される。この構成は、ガス排出弁１１の開弁動作を無理なく確実に行える利点が得られる。
【００４３】
また、破断されたガス排出弁１１は、封口板１０から分離しないままとすることが好ましい。このため、トラック状破断部１２Ａは、その端縁部分を他の部分よりも肉厚とすることが好ましい。これにより、ガス排出弁１１とガス排出口１２との連結は、ガス排出弁１１の端縁部分で破断され難くなって、ガス排出弁１１を構成する金属片がガスダクト６内に侵入する可能性を低減できる。すなわち、破断部を構成する薄肉部を、中央の第二破断部１２Ｂで薄く、周囲のトラック状破断部１２Ａで厚くし、特にガス排出弁１１の付け根の部分で厚くする。これにより、高圧時にガス排出口１２の中央で破断して開弁し易くすると共に、付け根の部分を残して、ガス排出弁１１が外装缶１ａから引き千切られる可能性を低減できる。
【００４４】
なお図１１Ａの例では、ガス排出弁１１を封口板１０と一体的に形成しているが、ガス排出弁を別部材とし、溶接や接着などにより封口板に予め開口されたガス排出口に固定することも可能であることはいうまでもない。
【００４５】
積層される複数の電池セル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。電源装置は、隣接する電池セル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。隣接する電池セルを互いに直列に接続する電源装置は、出力電圧を高くして出力を大きくでき、隣接する電池セルを並列に接続して、充放電の電流を大きくできる。
【００４６】
さらに電池セル１は、図１１Ａに示すように、外装缶１ａの上面において、ガス排出口１２と一方の電極端子１３との間に、電解液注液口３０を開口している。電池セル１の組立工程において、内部電極等を外装缶１ａに開口部から収納して、封口板１０で外装缶１ａの開口部を閉塞した後、電解液注液口３０から電解液を外装缶１ａ内に注液する。その後、閉塞栓３２でもって、この電解液注液口３０を閉塞し、電解液が外装缶１ａから漏れることを阻止する。閉塞栓３２は、柱状で外装缶１ａの外部から圧入して電解液注液口３０を閉塞できることが、組み立て時の作業性から望ましい。例えば、ブラインドリベットが好適に利用できる。さらに電解液注液口３０は、電池積層体２を上面締結手段５’で締結する際、上面締結手段５’で電解液注液口３０が覆われるように設計される。
【００４７】
図９と図１０に示す電池積層体２は、１２個の電池セル１を、スペーサ１５を介して互いに積層しており、これらの電池セル１を直列に接続している。図の電池積層体２は、互いに隣接する電池セル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個の電池セル１を直列に接続して、すべての電池セル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電池セルの個数とその接続状態を特定しない。
（スペーサ１５）
【００４８】
電池積層体２は、図１０に示すように、積層している電池セル１の間にスペーサ１５を挟着している。スペーサ１５は、隣接する電池セル１を絶縁する。図に示すスペーサ１５は絶縁シートである。この絶縁シートには、例えば、プラスチックシートが使用できる。プラスチック製の絶縁シートからなるスペーサ１５は、厚さを薄くできるので、電池積層体２の全長を短くして全体をコンパクトにできる特徴がある。ただ、スペーサには、プラスチックを板状に成形したものも使用できる。このスペーサは、電池セルを嵌着して定位置に配置する形状として、隣接する電池セルを位置ずれしないように積層できる。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、電池セル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、電池セルの外装缶１ａ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、隣接する電池セルの熱暴走を効果的に防止できる効果もある。
【００４９】
以上のように、スペーサ１５で絶縁して積層される電池セル１は、外装缶１ａ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、必ずしも電池セルの間にスペーサを介在させる必要はない。例えば、電池セルの外装缶を絶縁材で成形し、あるいは電池セルの外装缶の外周を絶縁カバーや絶縁塗料等で被覆する等の方法で、互いに隣接する電池セル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、電池セルの間にスペーサを介在させない電池積層体は、電池セルの間に冷却風を強制送風して電池セル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電池セルを冷却できる。
（エンドプレート３）
【００５０】
電池積層体２の両端面には一対のエンドプレート３を配置して、一対のエンドプレート３で両端から挟着して電池積層体２を締結している。エンドプレート３は、電池セル１の外形と同じ形状と寸法の四角形として、積層している電池積層体２を両端面から挟着している。図９のエンドプレート３は、全体を金属で製作している。金属製のエンドプレートは、全体を強固にして安定して電池積層体を両端から挟持できる。ただ、エンドプレートは、全体をプラスチック製とすることも、あるいはプラスチック製の本体部に補強金具を固定して補強する構造とすることもできる。
【００５１】
図に示すエンドプレート３は、側面締結手段４や上面締結手段５’を定位置に固定できるように、外側表面に側面締結手段４と上面締結手段５’の嵌着凹部３Ａ、３Ｂを設けている。図のエンドプレート３は、側面締結手段４を定位置に配置して固定するために、外側表面の四隅のコーナー部に、側面締結手段４の両端に設けた連結部４Ｂを嵌着する連結凹部３Ａを設けている。図に示すエンドプレート３は、この嵌着凹部３Ａの形状を側面締結手段４の連結部４Ｂを嵌着できる形状としている。さらに、エンドプレート３は、上面締結手段５’を定位置に配置して固定するために、外側表面の上端部に、上面締結手段５’の両端に設けた連結部５Ｂを嵌合させる嵌着凹部３Ｂも設けている。図に示すエンドプレート３は、この嵌着凹部３Ｂの形状を上面締結手段５’の連結部５Ｂを嵌合できる形状としている。
【００５２】
さらに、図に示すエンドプレート３は、側面締結手段４と上面締結手段５’の両端部を固定する止ネジ１８、１９をねじ込む雌ネジ孔３ａ、３ｂを外周面に設けている。図に示すエンドプレート３は、電池積層体２の両側面２Ｂの上端部に配置される一対の側面締結手段４を固定する止ネジ１８を挿通する雌ネジ孔３ａを、エンドプレート３の上面の左右の両端部に設けている。また、エンドプレート３は、電池積層体２の両側面２Ｂの下端部に配置される一対の側面締結手段４を固定する止ネジ１８を挿通する雌ネジ孔３ｂを、エンドプレート３の両側面の下端部に設けている。さらに、エンドプレート３は、電池積層体２の第１の表面２Ａに配置される上面締結手段５’を固定する止ネジ１９を挿通する雌ネジ孔３ｂを、エンドプレート３の上面の中央部に設けている。以上の構造は、エンドプレート３にねじ込まれる止ネジ１８、１９の軸方向と電池積層体２の積層方向とが交差する方向となる。このため、電源装置が外部から力を受けて振動する状態において、エンドプレート３にねじ込まれる止ネジ１８、１９の軸部に作用するせん断力を低減して、止ネジ１８、１９を保護しながら、より強固な連結強度を実現できる。また、止ネジ１８、１９の全長をエンドプレート３の厚さよりも大きくして、すなわち、止ネジ１８、１９の全長を長くして、より強固に連結できる特徴もある。
（側面締結手段４）
【００５３】
側面締結手段４は、図５と図８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、両端がエンドプレート３に固定されて、電池積層体２を積層方向に締結する。図に示す側面締結手段４は、電池積層体２の第１の表面２Ａと異なる両側面２Ｂに対向して配置されている。このように、側面締結手段４を電池積層体２の両側面２Ｂに配置して締結する構造は、複数の電池セル１をより確実に積層方向に締結できる。ただ、締結手段は、必ずしも電池積層体の両側面に配置する必要はない。締結手段は、電池積層体の両側面に加えて上面や底面に配置することも、両側面に配置することなく、上面や底面にのみ配置することもできる。
【００５４】
側面締結手段４は、電池積層体２の表面に沿う所定の幅と所定の厚さを有する金属板である。この側面締結手段４には、鉄などの金属板、好ましくは、鋼板が使用できる。金属板からなる側面締結手段４は、バインド部４Ａの両端に、エンドプレート３に連結する連結部４Ｂを設けている。図の側面締結手段４は、その両端部を、エンドプレート３の外側面に沿うようにほぼ直角に折曲加工して、連結部４Ｂを設けている。この側面締結手段４は、両端の連結部４Ｂをエンドプレート３に連結することにより、側面締結手段４の連結部４Ｂが電池積層体２の両端に配置された一対のエンドプレート３に係止され、一対のエンドプレート３が所定の間隔となるようにして、電池積層体２を両端から挟着している。図９の側面締結手段４は、エンドプレート３の四隅部に設けた嵌着凹部３Ａに連結部４Ｂを連結して、４本の側面締結手段４で一対のエンドプレート３を連結している。したがって、側面締結手段４の連結部４Ｂは、エンドプレート３の嵌着凹部３Ａに沿うように折曲加工されている。さらに、側面締結手段４は、その両端部を止ネジ１８でエンドプレート３に固定している。図の側面締結手段４は、バインド部４Ａの両端部に、止ネジ１８を挿入する貫通孔を開口して設けている。側面締結手段４は、両端の連結部４Ｂをエンドプレート３の嵌着凹部３Ａに連結する状態で、貫通孔に止ネジ１８を挿入し、この止ネジ１８をエンドプレート３の外周面に設けた雌ネジ孔３ａにねじ込んで一対のエンドプレート３に固定している。
【００５５】
この構成によると、上述の通り、エンドプレート３にねじ込まれる止ネジ１８、１９の軸方向と電池積層体２の積層方向とが交差する方向となり、止ネジ１８、１９を保護しながら、より強固な連結強度を実現できるが、これに加え、側面締結手段４の連結部４Ｂがエンドプレート３に係止される構成とすることで、電池積層体２の積層方向に対しても、強固な連結強度を実現することができる。また、この構成では、止ネジ１８、１９が電池積層体２の積層方向に位置しないので、電源装置の大型化を抑制することができる。具体的には、エンドプレート３の寸法は、電池セル１の外装缶１ａの大きさと同程度であるため、エンドプレート３の上下方向には、電池セル１の電極端子１３の寸法分だけ余裕があり、上記構成とすることで、電源装置の大型化を抑制することができる。
【００５６】
さらに、図６と図９に示す側面締結手段４は、バインド部４Ａの横断面形状をＬ字状として、電池積層体２の四隅のコーナー部に配置している。この形状のバインド部４Ａは、内面を電池積層体２のコーナー部に沿う状態で配置して、互いに積層される電池セル１の上下左右の振動を抑制できる。それは、電池積層体２の側面２Ｂに沿う垂直部で電池セル１の左右方向の振動を防止し、電池積層体２の上面と底面に沿う水平部で電池セル１の上下方向の振動を防止できるからである。さらに、横断面形状をＬ字状とすることで、バインド部４Ａの曲げ強度を強くできる特徴もある。ただ、締結手段は、必ずしもすべてのバインド部の横断面形状をＬ字状とする必要はなく、上側の締結手段のみ横断面形状をＬ字状として、電池積層体の上側のコーナー部に配置することも、下側の締結手段のみ横断面形状をＬ字状として、電池積層体の下側のコーナー部に配置することもできる。また、締結手段は、必ずしも電池積層体のコーナー部に沿って配置する必要はなく、電池積層体の両側面に沿って配置することも、両側面と底面に沿って配置することもできる。さらにまた、締結手段は、電池積層体の側面に沿う板状とすることもできる。板状のメイン固定具は、開口部を開口することもできる。
（ガスダクト６）
【００５７】
ガスダクト６は、ガス排出弁１１から放出されるガスを電源装置の外部に案内するように、各電池セル１のガス排出口１２と対向する姿勢で、電池積層体２の上面である第１の表面２Ａに配置されている。ガスダクト６は、高圧、高温のガスが排出された際に破壊されない十分な強度に設計され、好ましくは耐熱性、耐薬品製に優れたプラスチック製、例えば、ポリブチレンテレフタラート製とすることができる。ただ、ガスダクトは、ナイロン樹脂、エポキシ樹脂などのプラスチック製とすることもできる。なお、ガスダクトを樹脂で成形する構成には、加工性に優れ、設計上の制約が少ないという利点がある。
【００５８】
図６と図７に示すガスダクト６は、中空状に形成されており、電池積層体２との対向面であって、各電池セル１のガス排出口１２と対向する位置に、ガス排出口１２に連結される連結開口６ｂを設けている。図に示すガスダクト６は、内部に柱状のガス経路４６を設けており、電池セル１のガス排出口１２から排出されるガスを、連結開口６ｂを通過させてガス経路４６に流入するようにしている。
（ダクト排出部６ｘ）
【００５９】
さらに、ガスダクト６は、図７ないし図９に示すように、一方の端部に、ガスダクト６の内部のガスを外部に排出するダクト排出部６ｘを設けている。図に示すガスダクト６は、上面から突出する中空の凸部に、内部のガス経路４６に連通してなる筒状のパイプを連結してダクト排出部６ｘとしている。図７に示すガスダクト６は、このダクト排出部６ｘに外部のガス排出路３６を連結して、ガスダクト６から流入されるガスを外部に排出するようにしている。
【００６０】
ダクト排出部６ｘは、その内径が、ガス排出弁１１である金属片の外径よりも小さくなるように形成されている。これによって、高圧ガスによって破断されたガス排出弁１１の破片がガスダクト６内に侵入した場合でも、ガス排出路まで送出される事態を回避できる。このため、例えばゴム製のチューブでガス排出路を構成した場合でも、ガス排出弁１１の破片によってガス排出経路が破断される事態を回避できる。
【００６１】
さらに、ガスダクト６は、ガス排出口１２から排出される高温のガスに対して耐性を向上するために、内面に金属層１７を設けている。ガスダクト６は、その内面であって、ガス排出口１２との対向面に、すなわち連結開口６ｂを設けた面と対向する内面に金属層１７を設けている。図６〜図７に示すガスダクト６は、内部に角柱状のガス経路４６を設けており、このガス経路４６の天面６ｔであって、連結開口６ｂを設けた底面と対向する内面にのみ金属層１７を設けて、他の面は金属層１７を設けることなくガスダクト６の内面を露出させている。この構造は、ガス排出口１２から排出される高温のガスを、直接に金属層１７に衝突させて、ガスダクト６の天面６ｔを確実に保護できる。ガス排出口１２から噴射される高温のガスは、通常、電池セル１の封口板１０に対して垂直方向に噴射されるので、高温のガスが直接噴射される天面６ｔ側が最も熱による影響を受けやすくなる。したがって、この部分にのみに金属層１７を設けることで、必要最小限の部位にのみ金属層１７を設けて、その耐性を維持することができる。ただ、ガスダクトは、連結開口と対向する内面以外の面、例えば、側壁の内面にも金属層を設けることもできる。
【００６２】
図６〜図７に示すガスダクト６は、金属シート１７Ａをガスダクト６の内面に固定して金属層１７を設けている。ただ、金属層は、金属シートに替えて、薄い金属板をガスダクトの内面に固定して設けることもできる。金属シート１７Ａや薄い金属板からなる金属層１７は、片側の面に接着層を設けて、この接着層を介してガスダクト６の内面に貼付し、あるいは、接着材や両面テープ等を介してガスダクト６の内面に貼付することができる。
【００６３】
図９に示すガスダクト６は、第１のダクト６Ａと第２のダクト６Ｂとに分割して製作している。第１のダクト６Ａと第２のダクト６Ｂは、電池セル１の封口板１０に垂直な方向に分割されており、第２のダクト６Ｂを第１のダクト６Ａと電池積層体２との間に配置している。このガスダクト６は、第１のダクト６Ａと第２のダクト６Ｂを互いに連結して内部に柱状のガス経路４６を形成している。図６に示す第１のダクト６Ａは、内側に溝形凹部６ｄを有する形状に成形しており、この溝形凹部６ｄの開口部を、電池セル１のガス排出口１２に対向する姿勢として配置している。また第１のダクト６Ａは、溝形凹部６ｄの内面であって、ガス経路４６の天面６ｔに金属層１７を設けている。さらに、図６に示す第１のダクト６Ａは、後述する上面締結手段５’を介して電池積層体２に固定するために、この溝形凹部６ｄの開口縁に沿って、外側に突出する鍔部６ａを一体成形して設けている。
【００６４】
第２のダクト６Ｂは、電池積層体２の第１の表面２Ａに沿って配置される板状で、第１のダクト６Ａの鍔部６ａを嵌着する段差凹部６ｃを表面に設けている。第２のダクト６Ｂは、この段差凹部６ｃに、第１のダクト６Ａの鍔部６ａを嵌着させて、第１のダクト６Ａと第２のダクト６Ｂとを連結して中空状のガスダクト６としている。このガスダクト６は、第１のダクト６Ａと第２のダクト６Ｂを振動溶着し、あるいは超音波溶着し、あるいはまた接着して気密に固定することができる。ただ、第１のダクトと第２のダクトは、必ずしも溶着や接着して固定する必要はなく、段差凹部と鍔部との境界にパッキン（図示せず）を配置し、このパッキンを挟着する状態で連結して、第１のダクトと第２のダクトとを気密に連結することもできる。
【００６５】
さらに、第２のダクト６Ｂは、各々の電池セル１のガス排出口１２に連結される連結開口６ｂを設けており、この連結開口６ｂをガス排出口１２に連結している。図６の第２のダクト６Ｂは、電池セル１のガス排出口１２と対向する位置に、角形の連結開口６ｂを開口して設けている。ただ、連結開口は、電池セルのガス排出口に沿う長円形状や楕円形状とすることもできる。
【００６６】
以上のように、ガスダクト６を第１のダクト６Ａと第２のダクト６Ｂに分割する構造は、第１のダクト６Ａと第２のダクト６Ｂを異なる材質のプラスチックとすることができる。このガスダクト６は、第１のダクト６Ａを耐熱性に優れたプラスチックで成形して、第２のダクト６Ｂを絶縁性に優れたプラスチックで成形することができる。この第１のダクト６Ａは、ポリブチレンテレフタラートや、ガラス繊維やカーボン繊維を埋設して補強しているナイロン樹脂やエポキシ樹脂などのプラスチックで製作し、第２のダクト６Ｂは、ナイロン樹脂やエポキシ樹脂などの絶縁性のプラスチックで製作することができる。絶縁性のプラスチックで成形してなる第２のダクトは、電池セルの表面に接触しても、電池セルの外装缶をショートすることはない。
（バスバーホルダ）
【００６７】
さらに、図６、図７及び図９に示す電源装置は、電池積層体２の第１の表面２Ａにバスバーホルダ８を配置しており、このバスバーホルダ８で互いに積層される電池セル１の封口板１０をカバーしている。このバスバーホルダ８は、電池積層体２の上面に沿う外形に成形している。ここで、図に示す電源装置は、このバスバーホルダ８を、ガスダクト６の第２のダクト６Ｂに兼用している。すなわち、図に示すバスバーホルダ８は、電池積層体２の中央部に配置された複数のガス排出口１２と対向する部分を第２のダクト６Ｂに兼用して複数の連結開口６ｂを設けている。したがって、このバスバーホルダ８は、ナイロン樹脂、エポキシ樹脂などの絶縁性のプラスチックで成形している。
【００６８】
さらに、バスバーホルダ８は、図６と図９に示すように、電池セル１の電極端子１３と対向する位置にバスバー１４を配置するための開口窓２４を開口して設けている。図のバスバーホルダ８は、第２ダクト６Ｂを構成する中央部の両側であって、電池積層体２の両側部に沿って、複数の開口窓２４を設けている。開口窓２４は、バスバー１４を定位置に案内しながら電極端子１３に接続できるように、バスバー１４の外形に沿う大きさと形状している。バスバーホルダ８の開口窓２４に配置されるバスバー１４は、電池セル１の電極端子１３にレーザ溶接等の溶着によって固定されて、複数の電池セル１を所定の接続状態に接続する。ただ、電源装置は、必ずしも電池積層体の第１の表面にバスバーホルダを配置する必要はない。以上のバスバーホルダ８は、ガスダクト６を電池積層体２に連結する上面締結手段５’を介して電池積層体２の第１の表面に固定される。
【００６９】
以上のように、電池積層体２の第１の表面２Ａに配置されるバスバーホルダ８をガスダクト６に兼用する構造は、部品点数を低減して簡単かつ低コストにガスダクト６を配設できる。さらに、バスバーホルダ８を第２ガスダクト６Ｂに兼用する構造は、電源装置の組立工程において、側面締結手段４を介して、電池積層体２を予め締結した状態で、第１ガスダクト６Ａを連結させることができるので、第１ガスダクト６Ａをより確実に、第２ガスダクト６Ｂと気密状態に連結させることができる。ただ、本発明の電源装置は、バスバーホルダをガスダクトに兼用することなく、ガスダクトを別部材として電池積層体の第１の表面に配置することもできる。
（上面締結手段５’）
【００７０】
以上のガスダクト６は、電池積層体２のガス排出口１２に対向して配置されて、電池積層体２の第１の表面２Ａに配置される上面締結手段５’を介して定位置に固定される。上面締結手段５’は、図９に示すように、電池積層体２の第１の表面２Ａに対向して配置されて、ガスダクト６を電池積層体２の定位置に配置している。この上面締結手段５’も、両端がエンドプレート３に固定されて電池積層体２を第１の表面２Ａで締結する。上面締結手段５’は、所定の幅と厚さを有する金属板で、鉄などの金属板、好ましくは、鋼板が使用できる。金属板からなる上面締結手段５’は、バインド部５Ａの両端に、エンドプレート３の外側表面に連結する連結部５Ｂを設けている。
【００７１】
図に示す上面締結手段５’は、２列のバインド部５Ａと、これらのバインド部５Ａの両端を連結してなる連結部５Ｂとを備えている。２列のバインド部５Ａは、ガスダクト６の両側に沿って配置されている。２列のバインド部５Ａは、ガスダクト６の両側に設けられた鍔部６ａを押圧できるように、所定の間隔で配置されている。上面締結手段５’は、２列のバインド部５Ａの間にガスダクト６を配置する状態でエンドプレート３に固定されて、２列のバインド部５Ａで鍔部６ａを押圧している。２列のバインド部５Ａは両端を連結部５Ｂで連結しており、この連結部５Ｂをほぼ直角に折曲して、エンドプレート２に連結している。上面締結手段５’は、両端の連結部５Ｂをエンドプレート３に設けた嵌着凹部３Ｂに連結することにより、一対のエンドプレート３を所定の間隔として、電池積層体２を両端から挟着する。さらに、上面締結手段５’は、その両端部を止ネジ１９でエンドプレート３に固定している。図の上面締結手段５’は、バインド部５Ａの両端部に、止ネジ１９を挿入する貫通孔を開口して設けている。上面締結手段５’は、両端の連結部５Ｂをエンドプレート３の嵌着凹部３Ｂに連結する状態で、貫通孔に止ネジ１９を挿入し、この止ネジ１９をエンドプレート３の外周面に設けた雌ネジ孔３ｂにねじ込んで一対のエンドプレート３に固定している。
【００７２】
図に示す上面締結手段５’は、２列のバインド部５Ａと両端の連結部５Ｂとを一体的に成形しているが、上面締結手段５’は、２本に分割することもできる。２本に分割される上面締結手段５’は、図示しないが、各々をガスダクトの両側に沿って配置して、各々のバインド部でガスダクトの両側から突出する鍔部を沿う敦手を押圧することができる。
【００７３】
さらに、上面締結手段５’は、図示しないが、２列のバインド部を、中間に設けた橋渡し部で連結し、この橋渡し部をガスダクトの上面に配置することもできる。この上面締結手段５’は、橋渡し部でガスダクトの上面を押圧して、ガスダクトを電池積層体の第１の表面の定位置に配置できる。さらに、上面締結手段５’は、図示しないが、１列のバインド部を備えて、このバインド部でガスダクトの上面を押圧して、ガスダクトを電池積層体の第１の表面の定位置に配置することもできる。
【００７４】
さらに上面締結手段５’は、図９の分解斜視図に示すように、バスバーホルダ８を介在させた状態で、電池セル１に設けられた電解液注液口３０を閉塞するように位置決めされる。これによってバスバーホルダ８を介して電解液注液口３０の上面を上面締結手段５’で押圧できるので、電解液注液口３０に圧入された閉塞栓３２がここから意図せず外れる事態を阻止でき、電解液の飛散を防止できる。特に、この構成によると、上面締結手段５’は、電池セルの上面にガスダクト６やバスバーホルダ８を押さえる方向に力が働くように構成されているため、バスバーホルダ８を介して、電解液注液口３０に圧入されている閉塞栓３２を効果的に押さえることができる。
（締結手段５）
【００７５】
締結手段５は、図２の平面図に示すように、外装缶１ａの上面において、電解液注液口３０と重複する位置であって、かつガス排出弁１１を塞がない位置に配置されている。このようにすることで、締結手段５を電池セル１の締結のみならず、閉塞栓３２が電解液注液口３０から抜け落ちないように保持する部材にも兼用できる。例えば、いずれかの電池セル１の内圧が上昇しても、閉塞栓３２の上面を締結手段５で被覆しているため、図３に示すようにガス排出口１２が開弁される程の高圧で閉塞栓３２が電解液注液口３０から押し出されそうになったとしても、締結手段５でこれを阻止でき、電解液注液口３０から閉塞栓３２が意図せず押し出されて外装缶１ａ内部の電解液が飛散される事態を回避できる。このように、別部材を設けることなく電解液注液口３０の閉塞状態の維持を図ることが可能となり、電源装置の信頼性を向上できる。
（回路基板）
【００７６】
さらに、図６と図９に示す電源装置は、電池積層体２に接続している回路基板９を備えており、この回路基板９をガスダクト６の上方であって、トップカバー２０との間に配置している。図に示すトップカバー２０は、上面側に回路基板９を収納する収納凹部２１を設けており、この収納凹部２１に回路基板９を収納している。回路基板９は、電池セル１の保護回路を実現する電子部品（図示せず）等を実装している。この回路基板９は、各々の電池セル１に接続されてセル電圧を検出する電圧検出回路、電池セル１の温度を検出する温度検出回路等を実装しており、セル電圧を検出して電池セル１の過充電や過放電を防止するように制御し、あるいは電池セル１の異常な温度上昇を防止するように充放電を制御する。これらの回路を実現する電子部品は、回路基板９に配置されて、収納凹部２１に収納される。
【００７７】
図に示す回路基板９は、上面締結手段５’を介してガスダクト６の上面の定位置に配置している。図６、図７、及び図９に示す上面締結手段５’は、回路基板９を固定するために、バインド部５Ａの上面に複数のナット２６を固定している。図の電源装置は、回路基板９を貫通する止ネジ２５を上面締結手段５’に設けたナット２６にねじ込んで、回路基板９をガスダクト６の上面の定位置に配置している。この電源装置は、回路基板９と電池積層体２との間に金属板からなる上面締結手段５’を配置するので、上面締結手段５’の金属板でもって、回路基板９を電池積層体２からシールドできる。さらに、この電源装置は、ガスダクト６の内面に金属層１７を設けているので、この金属層１７によっても回路基板９を電池積層体２からシールドできる。電池積層体２は大電流で充放電され、とくに大きなパルス電流で充放電されることから、パルス性のノイズが放射される。上面締結手段５’の金属板やガスダクト６の金属層１７は、回路基板９と電池積層体２との間にあって、電池積層体２から放射されるパルス性の誘導ノイズから回路基板９をシールドして、回路基板９の誘導ノイズによる誤動作を防止できる特徴がある。特に、金属板である上面締結手段５’をアースラインに接続することで、電池積層体２からの誘導ノイズをより効果的にシールドできる。
（トップカバー）
【００７８】
さらに、図６と図７の電源装置は、上面にトップカバー２０を配置している。このトップカバー２０は、バスバーホルダ８の上面をカバーして、電池積層体２に接続されたバスバー１４や回路基板９をカバーして保護する。したがって、トップカバー２０は、バスバーホルダ８の上面をカバーできる外形であって、内部に回路基板９を収納できる空間を有する形状にプラスチックで成形している。図６のトップカバー２０は、全体を下側開口の浅い容器形状に成形しており、中央部を周囲よりも一段深く成形して、回路基板９を収納するための収納凹部２１を設けている。
【００７９】
さらに、トップカバー２０は、図５に示すように、一方の端部に、ガスダクト６のダクト排出部６ｘを外部に突出させるための切欠部２２を設けている。このトップカバー２０は、図５に示すように、電池積層体２の上面に連結される状態で、この切欠部２２からダクト排出部６ｘを外部に表出させる。さらにまた、図５に示すトップカバー２０は、両端部に出力用の端子窓２３を開口している。電池積層体２は、両端に配置される電池セル１の電極端子１３に出力用端子板１６を接続している。トップカバーは、これらの出力用端子板１６を外部に表出させるための端子窓２３を両端に開口して設けている。
【００８０】
以上のトップカバー２０は、止ネジ２７を介してガスダクト６に固定している。図９に示すガスダクト６は、トップカバー２０を定位置に固定するために、上面に連結ボス２８を一体成形して設けている。図９の連結ボス２８は、ガスダクト６の両端部の上面に突出して設けられている。トップカバー２０は、連結ボス２８と対向する位置に貫通孔２９を開口しており、この貫通孔２９に挿通される止ネジ２７がガスダクト６の連結ボス２８にねじ込まれて電池積層体２の定位置に固定されている。トップカバー２０を備えた電源装置は、高電圧となる電池セル１同士の接続部分や、回路基板９等が露出することを防止することができ、例えば、メンテナンスの際などに、不用意に電池セル１同士の接続部分や、回路基板９等に接触し、回路が短絡したりすることを防止できる。また、簡易的な防水効果も得られる。
【００８１】
以上の実施形態の電源装置は、ガスダクト６を、上面締結手段５’を介して電池積層体２の第１の表面２Ａに固定している。ただ、ガスダクトは、必ずしも上面締結手段５’を介して電池積層体に固定する必要はなく、他の連結構造を介して電池積層体に固定することもできる。
【００８２】
電源装置の冷却は、例えば電池積層体の底面に冷却プレートを配置して、冷却プレートに伝熱させることで行われる。冷却プレートの内部に冷媒を循環させるなどして、冷却プレートを強制的に冷却して、熱交換により効率よく冷却できる。また、冷却プレートに代えて、例えば車載用の電源装置であれば、車のシャーシに電池積層体を固定し、シャーシとの熱交換で自然放熱させてもよい。また、このような冷却プレート等の固定位置は、必ずしも電池積層体の底面とする必要はなく、側面など他の面とすることもできる。あるいはまた、電池セルに冷却空気を流す空冷式としてもよい。例えば、電池セル同士の間に配置されたスペーサに、上述の通り冷却空気の流路を設けて、ここに冷却空気を流すことで電池セルを効果的に空冷できる。
【００８３】
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、これらの車両の電源として使用される。
（ハイブリッド車用電源装置）
【００８４】
図１２に、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に電力を供給する電源装置１０００と、電源装置１０００の電池を充電する発電機９４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）
【００８５】
また、図１３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。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）
【００８６】
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、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１４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。
【００８７】
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１４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。
【００８８】
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。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明に係る電源装置及びこれを備える電動車両並びに蓄電装置は、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、街路灯の電源等の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】
【００９０】
１００、１０００…電源装置
１…電池セル；１ａ…外装缶
２…電池積層体；２Ａ…第１の表面；２Ｂ…側面
３…エンドプレート；３Ａ…嵌着凹部；３Ｂ…嵌着凹部
３ａ…雌ネジ孔；３ｂ…雌ネジ孔
４…側面締結手段；４Ａ…バインド部；４Ｂ…連結部
５…締結手段；５’…上面締結手段；
５Ａ…バインド部；５Ｂ…連結部
６…ガスダクト；６Ａ…第１のダクト；６Ｂ…第２のダクト
６ａ…鍔部；６ｂ…連結開口；６ｃ…段差凹部；６ｄ…溝形凹部
６ｅ…リブ；６ｔ…天面；６ｘ…ダクト排出部
７…パッキン；７ｂ…貫通孔
８…バスバーホルダ
９…回路基板
１０…封口板
１１…ガス排出弁
１２…ガス排出口；１２Ａ…トラック状破断部；１２Ｂ…第二破断部
１３…電極端子
１４…バスバー
１５…スペーサ
１６…出力用端子板
１７…金属層；１７Ａ…金属シート
１８…止ネジ
１９…止ネジ
２０…トップカバー
２１…収納凹部
２２…切欠部
２３…端子窓
２４…開口窓
２５…ナット
２６…止ネジ
２７…止ネジ
２８…連結ボス
３０…電解液注液口
３２…閉塞栓
３６…ガス排出路
４６…ガス経路
８１…電池パック
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
９３…モータ
９４…発電機
９５…ＤＣ／ＡＣインバータ
９６…エンジン
１５０１…電池セル
１５０２…電池積層体
１５０３…エンドプレート
１５０４…バインドバー
１５０６…ガスダクト
１５０９…回路基板
１５１５…スペーサ
１６０１…電池セル
１６０１ａ…外装缶
１６０６…ガスダクト
１６１０…封口板
１６１１…ガス排出弁
１６３０…電解液注液口
１６３２…閉塞栓
ＥＶ、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…パック入出力端子
ＤＡ…パック異常出力端子
ＤＯ…パック接続端子
【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】
2014024426.tif 000011
【図１０】
2014024426.tif 000012
【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
2014024426.tif 000014
【図１２】
2014024426.tif 000015
【図１３】
2014024426.tif 000016
【図１４】
2014024426.tif 000017
【図１５】
2014024426.tif 000018
【図１６】
2014024426.tif 000019
【図１７】
2014024426.tif 000020
【国際調査報告】
2014024426.tif 000021
2014024426.tif 000022