(57)【要約】【課題】水没時に流れるショート電流を減少して、水没時の安全性を確保する。【解決手段】電源装置１００は、外装ケース３０内に複数の二次電池１を水平方向に並べて配置しており、外装ケース３０の対向面に配置してなる第１及び第２の対向プレート３９には貫通穴４０を設けており、さらに、第１の対向プレート３９Ａと第２の対向プレート３９Ｂの貫通穴４０Ａ、４０Ｂは、その下縁を上下に位置ずれして配置している。【選択図】図６
2018037244.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外装ケース内に複数の二次電池を水平方向に並べて配置してなる電源装置であって、
前記外装ケースの対向面に配置してなる第１及び第２の対向プレートが貫通穴を有し、
前記第１の対向プレートと第２の対向プレートの前記貫通穴が、下縁を上下に位置ずれして配置してなることを特徴とする電源装置。
【請求項２】
請求項１に記載される電源装置であって、
前記外装ケースが、複数の二次電池を接続してなる電池ユニットとして内部に配置しており、
前記外装ケース内に、第１の対向プレート側と前記第２の対向プレート側とに前記電池ユニットが配置され、
前記第１の対向プレートの前記貫通穴の下縁は、前記第２の対向プレートの前記貫通穴の下縁よりも下方に配置しており、
第１の対向プレート側に配置してなる前記電池ユニットが、前記第２の対向プレート側に配置してなる前記電池ユニットよりも下方に配置されてなることを特徴とする電源装置。
【請求項３】
請求項２に記載される電源装置であって、
前記外装ケースの底プレートが、第１の対向プレート側に配置してなる下段プレート部と、第２の対向プレート側に配置してなる上段プレート部とを有し、
前記下段プレート部は前記上段プレート部よりも下方に配置されて、
前記下段プレート部と前記上段プレート部に前記電池ユニットが配置されて、前記電池ユニットが上下に位置ずれして配置されてなることを特徴とする電源装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載される電源装置であって、
前記貫通穴が、前記外装ケース内に配置している前記二次電池に送風して冷却する送風開口であることを特徴とする電源装置。
【請求項５】
請求項３又は４に記載される電源装置であって、
前記底プレートが、前記下段プレート部と上段プレート部との間に区画壁を設けてなることを特徴とする電源装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載される電源装置であって、
前記二次電池を収納してなる防水構造の電池ケースを備え、
前記電池ケースは二次電池に送風するインナー開口を有し、
前記電池ケースは前記外装ケースの周壁内側に収納されると共に、
前記インナー開口が、前記外装ケースに設けてなる前記貫通穴との対向位置に配置され、
前記貫通穴と前記インナー開口を通過する冷却空気が電池ケース内に送風されて二次電池を冷却するようにしてなることを特徴とする電源装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の電源装置を備える車両。
【請求項８】
請求項７に記載される電源装置を備える車両であって、
前記電源装置が、車両のシャーシーとシートとの間に配設されてなることを特徴とする車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源装置及び電源装置を備える車両に関し、例えばハイブリッドカーや電気自動車等の電動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装置と、電動車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
充放電できる電池セルを複数、直列や並列に接続した電源装置が、車両を走行されるモータに電力を供給する電源装置として使用されている。このような電源装置では、多数の電池セルや回路基板等の高電圧部品を、外装ケースに収納して車両に搭載している。車両用の電源装置は、多数の電池セルを直列に接続して出力電圧を高く、またモータに大電力を供給できるように出力や充放電容量を相当に大きくしている。車両は、きわめて広範囲に使用環境において高い安全性が要求される。たとえば、車両が浸水して電源装置が水没する状態においても、充分な安全性が要求される。この種の電源装置は、出力電圧が高く、しかも大電流を出力できる特性から、水没する状態では導電性のある水を介して大きなショート電流が流れる。水没による大きなショート電流は安全性を低下させる原因となるので、大出力の電源装置は水没に対して安全性を確保する対策を必要とする。
【０００３】
電池を水密構造の密閉ケースに収納して、電池自体を防水構造とすることはできる。しかしながら、電池自体を防水構造としても、電源装置の出力端子からモータに電力を供給し、また電池を充電するためのラインを外部に接続するので、完全な絶縁構造とすることが難しい。さらに、ケース内に空気を強制送風する構造の電源装置にあっては、内部に冷却空気を送風する必要があって、電池を完全な密閉構造のケースに収納できない。
【０００４】
この弊害を防止するために、水没状態で電源装置を保護する構造が開発されている。（特許文献１参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１７６６６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
水没対策の電源装置は、図Ａに示すように、上部に空気溜まりができる密閉ケースの上部に電池を収納している。この図の密閉ケースは、下部を開口して引出線を配線して上部を密閉するので、水没状態で内部の空気が上部に溜まり、この部分に電池を配置して、電池を水没から防止できる。
【０００７】
この構造の電源装置は、水没状態で電池を保護できる。しかしながら、空気溜まりに電池を配置するので、密閉ケースの内容容積を大きく、特に高くする必要があるので、車両の搭載位置に制約を受ける欠点がある。電動車両は、車両のスペースをいかに少なくして、大出力の電源装置を搭載することが大切なことから、大きな収納スペースを必要とする電源装置は搭載できる車両が制限される。
【０００８】
さらにこの構造の電源装置は、出力ラインを密閉ケースから外部に引き出してモータや発電機に接続するので、電池の水没は免れるが、出力ラインが水没して大きなショート電流が流れる欠点がある。とくに、水没されない電池は大電流を流すことができる正常な状態にあるので、出力ラインが水没すると極めて大きなショート電流が流れて安全性を確保できない欠点もある。
【０００９】
本発明は、さらに以上の問題点を解決するためになされたものである。本発明の目的の一は、水没時に出力側に流れるショート電流を減少して、水没時の安全性を確保する電源装置と、この電源装置を備える車両とを提供することにある。
【課題を解決するための手段及び効果】
【００１０】
電源装置は、外装ケース内に複数の二次電池を水平方向に並べて配置して。外装ケースは対向面に配置している第１及び第２の対向プレートに貫通穴を設けており、第１の対向プレートと第２の対向プレートの貫通穴は、下縁を上下に位置ずれして配置している。
【００１１】
以上の電源装置は、水没時に出力側に流れるショート流を減少して、水没時に高い安全性を実現できる特徴がある。それは、以上の電源装置が、二次電池を収納している外装ケースが、対向面に配置している対向プレートに開口している貫通穴の下縁を上下に位置ずれして配置しているからである。車両に浸水して電源装置が水没すると、二次電池を収納している外装ケースには貫通穴から水が浸入するが、以上の外装ケースは、対向面に設けている貫通穴の下縁を上下に位置ずれして配置するので、水没する状態において、水は対向面に設けている両方の貫通穴から浸入することがなく、片方の貫通穴から浸入する。水没状態で両方の貫通穴から水が浸入すると、外装ケース内の全ての二次電池が一緒に水に浸かって大きなショート電流が流れる。以上の電源装置は、貫通穴の下縁を上下に位置ずれして配置するので、水は同時に両方の貫通穴から浸入しない。片側から浸入する水は、全ての二次電池を同時に水没させることがなく、一部の二次電池から順番に水没させる。全ての二次電池が同時に水没すると、高電圧の出力端子が水を介してショートされて大きなショート電流が流れるが、以上の電源装置は、全ての二次電池を同時に水没させないので、水没する一部の二次電池が水を介してショート電流を流して放電する。一部の二次電池の出力電圧は、全体の二次電池の出力電圧よりも低いので、水によるショート電流は小さくなる。さらに、以上の電源装置は、水没する電池から順番に、ショート電流を流して放電させるので、全ての電池が水没する状態では先に水没した電池は既に放電されて残容量が減少している。したがって、全ての電池が水没してショート電流が流れる状態では、既に放電された電池があってショート電流は小さくなる。
【００１２】
以上の電源装置は、電池を水没させない構造でショート電流を減少するのではない。全ての電池を一緒に水没させることなく、一部の電池を水没して、ショート電流を小さくして電池を放電させながら次々と電池を水没させてショート電流を増加させるので、水没する電池が多くなって、ショート電流が増加しても、先に水没して既に放電された電池でもってショート電流を小さくできる。
【００１３】
電源装置が水没して、一時に過大なショート電流が流れると、大きなショート電流が水が電気分解して可燃ガスの水素を多量に発生し、空気中の水素濃度が一定の濃度になると過大なショート電流の発生熱で発火するので安全性を確保できない。この弊害は水没時のショート電流を減少し、電気分解による発生する水素量を少なくして解消できる。それは、水素の発生量を少なくして、水素濃度を爆発限界以下にできるからである。
【００１４】
以上の電源装置は、一部の電池のみを水没させて水没電池をショート電流で放電するが、この状態でのショート電流は、全体を水没させる状態に比較して相当に減少できる。それは、ショート電流が、直列に接続された電池の水没個数に比例して高くなるトータル電圧に比例して増加するからである。水没した電池の個数が少ないと、水没した電池のトータル電圧が低くなって、ショート電流は小さく制限される。水没された電池は、制限されたショート電流で放電されて放電能力が低下する。したがって、全ての電池が水没される状態では、先に水没され、放電されて放電できる能力の低下した電池が含まれる。このため、全ての電池が同時に水没する状態に比較して、ショート電流を相当に小さくでき、大きなショート電流による安全性の低下を防止できる特徴がある。
【００１５】
本発明の電源装置の外装ケースは、複数の二次電池を接続して電池ユニットとし、この電池ユニットの状態で外装ケース内に配置して、外装ケース内には、第１の対向プレート側と第２の対向プレート側とに電池ユニットを配置して、第１の対向プレートの貫通穴の下縁を、第２の対向プレートの貫通穴の下縁よりも下方に配置し、さらに、第１の対向プレート側に配置している電池ユニットを、第２の対向プレート側に配置している電池ユニットよりも下方に配置することができる。
【００１６】
以上の電源装置は、第１の対向プレート側の貫通穴の下縁を第２の対向プレート側の貫通穴の下縁よりも下方に配置して、第１の対向プレート側に配置してなる電池ユニットを、第２の対向プレート側に配置している電池ユニットよりも下方に配置するので、第１の対向プレート側に配置している電池ユニットを先に水没させて電池ユニットをショート電流で放電するので、この状態におけるショート電流を、全体の電池の水没状態の半分に制限でき、またこの状態で下段に配置している電池ユニットを放電させて放電能力を低下させた後、第２の対向プレート側に配置している電池ユニットを水没して、全体の電池ユニットを水没させるので、全ての電池が水没する状態においては、既に放電された電池によってショート電流を少なく、また完全に放電するまでの時間を短縮して過大なショート電流による弊害を防止して安全性を高くできる。
【００１７】
本発明の電源装置は、外装ケースの底プレートを、第１の対向プレート側に配置してなる下段プレート部と、第２の対向プレート側に配置してなる上段プレート部とを設け、下段プレート部を上段プレート部よりも下方に配置して、下段プレート部と上段プレート部に電池ユニットを配置して、電池ユニットを上下に位置ずれして配置することができる。
【００１８】
以上の電源装置は、下段プレート部に配置している電池ユニットを先に水没して全ての電池の水没状態の１／２のショート電流で放電した後、両方の電池ユニットを水没して放電するので、下段プレート部の電池ユニットが水没する状態でのショート電流を少なくでき、さらに、両方の電池ユニットが水没する状態では、既に放電した下段プレート部の電池ユニットに上段プレート部の電池ユニットを接続して放電するので、この状態におけるショート電流も少なく、またショート電流が流れる時間も短縮して安全性を向上できる。
【００１９】
本発明の電源装置は、対向プレートに設けている貫通穴を、外装ケース内に配置している電池ユニットの二次電池に送風して冷却する送風開口とすることができる。
【００２０】
本発明の電源装置は、底プレートに、下段プレート部と上段プレート部との間に区画壁を設けている。
以上の電源装置は、下段プレート部に配置する電池ユニットと、上段プレート部に配置する電池ユニットとを区画壁で区画するので、下段プレート部の電池ユニットが浸水される状態で、上段プレート部の電池ユニットの浸水を防止して、最初のショート電流を確実に安定して少なく制限できる特徴がある。
【００２１】
本発明の電源装置は、二次電池を防水構造の電池ケースに収納して、電池ケースを介して外装ケース内に配置し、電池ケースには二次電池に送風するインナー開口を設け、このインナー開口を、外装ケースの貫通穴との対向位置に配置して、貫通穴とインナー開口を通過する冷却空気を電池ケース内に送風して二次電池を冷却することもできる。
【００２２】
以上の電源装置は、二次電池を防水構造の電池ケースに収納するので、防水構造の電池ケースでもって、電池の浸水を制限して安全性をさらに向上できる特徴がある。それは、外装ケースが浸水する水が、防水構造の電池ケース内に浸水して、二次電池が水没されるからである。
【００２３】
さらに、本発明の電源装置は、車両のシャーシーとシートとの間に配設することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態１に係る電源装置を前方の斜め上方から見た斜視図である。
【図２】図１の電源装置を背面側から見た斜視図である。
【図３】図１の電源装置を前方の斜め下方から見た斜視図である。
【図４】図１の電源装置を後方の斜め下方から見た斜視図である。
【図５】図１の電源装置の背面図である。
【図６】図１の電源装置の外装ケースの概略断面図である。
【図７】図１の電源装置から外装ケースを外した分解斜視図である。
【図８】図７から電池ケースを分解した状態を示す分解斜視図である。
【図９】図８の背面側を示す電池ケースの分解斜視図である。
【図１０】図８から電池ユニットを分解した状態を示す分解斜視図である。
【図１１】電源装置を車両内に配置した様子を示す斜視図である。
【図１２】電源装置内部に冷却気体を導入、排出する経路を示す水平模式断面図である。
【図１３】電源装置内部に冷却気体を導入、排出する経路を示す垂直模式断面図である。
【図１４】電池セルとセパレータを示す分解斜視図である。
【図１５】電源装置の回路図である。
【図１６】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１７】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。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１〜図１０に電源装置は、車載用の電源装置の例を示している。具体的には、この電源装置１００は、主としてハイブリッド車や電気自動車等の電動車両に搭載されて、車両の走行モータに電力を供給して、車両を走行させる電源に使用される。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電動車両に使用でき、また電動車両以外の大出力が要求される用途、たとえば蓄電装置や無停電装置等にも使用できる。電動車両に搭載される電源装置は、車両に浸水して水没され、蓄電装置や無停電装置に使用される電源装置は、集中豪雨などで建物内に浸水して水没されることがある。電源装置が水没する最大の原因は集中豪雨による。集中豪雨による水没は、水面レベルが地面から次第に上昇して電源装置が浸水する状態で発生する。
（電源装置１００）
【００２６】
電源装置１００は、図７〜図９の分解斜視図に示すように、細長い略箱形の外装ケース３０と、この外装ケース３０内に電池ケース２０を介して配置している複数の二次電池１とを備える。この電源装置１００は、複数の二次電池１を接続して電池ユニット１０とし、複数の電池ユニット１０を電池ケース２０内に配置している。これ等の図の電源装置１００は、４組の電池ユニット１０を電池ケース２０を介して外装ケース３０内に配置している。４組の電池ユニット１０は、角形電池を積層して積層方向に細長い形状で、平行な姿勢で２列に並べている。長手方向に直線状に配置される２組の電池ユニット１０の間にはスペースを設けて、２組の電池ユニット１０を外装ケース３０の両端部に配置している。
（外装ケース３０）
【００２７】
外装ケース３０は、電池ケース２０を介して、複数の電池ユニット１０を水平方向に並べて周壁２０Ａの内側に配置している。外装ケース３０は細長い箱形で、長手方向を車両の幅方向として水平姿勢で車両に搭載される。図１１の電動車両は、シートＳＴとシャーシー９２との間の隙間に外装ケース３０を固定して、ここに電源装置１００を配置している。図の電動車両はフロントシートＳＴの下に電源装置１００を配置している。
【００２８】
外装ケース３０は、底プレート３５の周囲に周壁３７を設けて、この周壁３７の内側に電池ケース２０を介して、複数の二次電池１からなる電池ユニット１０を収納している。外装ケース３０は、底プレート３５の両側の対向面に側面プレート３８を、両端の対向面には第１及び第２の対向プレート３９を連結して、側面プレート３８と対向プレート３９とで周壁３７を構成している。さらに図の外装ケース３０は、上方開口部の一部を蓋プレート３４で閉塞している。
【００２９】
外装ケース３０の蓋プレート３４と底プレート３５は、金属板をプレス加工で折曲して製作される。また剛性を高めるため、部分的に折曲した凹凸やリブを形成することもできる。この金属板は、剛性及び熱伝導に優れた高抗張力鋼、一般鋼、ステンレス、アルミ合金、マグネシウム合金等あるいはその組み合わせが利用できる。図の外装ケース３０は、底プレート３５の両端部を直角に折曲して第１及び第２の対向プレート３９を両端部に連結し、両側を直角に折曲して側面プレート３８を設けている。側面プレート３８と蓋プレート３４は、側面の固定片３６を介してねじ等により連結している。底プレート３５は、金属板をプレス加工して、対向プレート３９と側面プレート３８とを一体構造とするが、複数の金属板を溶接して製作することもできる。
【００３０】
図の外装ケース３０の周壁３７は、長手方向の両端の対向面に設けている第１及び第２の対向プレート３９と、両側に設けている側面プレート３８とからなる。第１及び第２の対向プレート３９は、水の流入をコントロールする位置に貫通穴４０を設けている。図の電源装置１００は、第１及び第２の対向プレート３９に設けた貫通穴４０を、外装ケース３０の内部に配置する電池ユニット１０に強制送風して冷却する送風開口としている。ただし、本発明の電源装置は、対向プレート３９に設けた貫通穴４０を送風開口に特定するものではなく、軽量化のために設けられる徐肉開口部とすることもできる。
【００３１】
図の外装ケース３０は、第１及び第２の対向プレート３９に設けた貫通穴４０から内部に冷却空気を供給して電池ユニット１０を構成する二次電池１を冷却し、二次電池１を冷却した冷却空気を電池ケースに設けた排気口５２から外部に排気している。以上の電源装置１００は、第１及び第２の対向プレート３９に設けた貫通穴４０を、冷却空気の流入口とするが、この貫通穴４０を冷却空気の排出口とすることもでき、また、各対向プレート３９に設けた複数の貫通穴４０の一方を冷却空気の流入口として、他方の貫通穴４０を排気口とすることもできる。
【００３２】
外装ケース３０の対向プレート３９に設けた貫通穴４０は、車両が水没するときに内部に水を流入させる流路となる。図の電源装置１００は、水没状態で貫通穴４０からの水の流入をコントロールするために、図６の断面図に示すように、第１の対向プレート３９Ａの貫通穴４０Ａと、第２の対向プレート３９Ｂに設けた貫通穴４０Ｂの位置、正確には貫通穴４０Ａ、４０Ｂの下縁の位置を上下に位置ずれするように配置して、下縁にレベル差Ｄを設けている。電源装置１００が水没して全ての貫通穴４０から同時に水が流入しないようにするためである。レベル差Ｄは、たとえば２０ｍｍとして、一方の電池ユニットを流入する水でショートして充分に放電させた後、他方の電池ユニットを流入する水でショートさせる。貫通穴下縁のレベル差Ｄを大きくして、片方の電池ユニットを流入する水でショートして充分に放電した後、他方の電池ユニットを流入する水でショートしてより安全性を向上できる。ただし、対向プレートの高さに制限があるので、レベル差Ｄは、例えば１０ｍｍ以上、好ましくは１５ｍｍ以上、さらに好ましくは２０ｍｍ以上とし、対向プレートの高さの例えば５０％以下、好ましくは４０％以下、さらに好ましくは３０％以下とする。
【００３３】
電源装置が水没して外装ケース内に水が流入する状態は、集中豪雨で地面に水が溢れて水面レベルが徐々に上昇して車両が水に浸かる状態と、車両が水中に飛び込んで電源装置が瞬間的に水没する状態とがある。集中豪雨で電源装置が水没するのは、車両に搭載される電源装置に限らない。建物内に設置される蓄電装置や無停電電源装置等も、集中豪雨で床下浸水して水没することがある。電源装置が水没する状態は、集中豪雨等で徐々に水が流入する状態と、瞬間的に全体が水中に沈む状態とがある。瞬間的に全体が水没する状態は、電池ユニット全体が一時に水中に沈むので、水が電池ユニットを保護するシールド作用をして安全性は確保される。これに対して、集中豪雨のように、水面レベルが徐々に上昇して、外装ケースに水が浸入する状態は、外装ケースに水が流入しても、電池ユニット全体が水中に沈んだ状態とならないので、水による安全性を保障できないことがある。それは、外装ケース３０内に浸入する水が電池をショートして大きなショート電流を流し、ショート電流が水が電気分解して可燃ガスの水素が発生し、さらに、大きなショート電流がジュール熱で発熱して発火することがあるからである。とくに、浸入する水が全ての電池をショートすると、ショート電流が大きくなって、安全性を阻害する弊害がある。
【００３４】
以上の弊害を解消するために、外装ケース３０は全ての貫通穴４０から同時に水を流入させず、第１の対向プレート３９Ａの貫通穴４０Ａは、第２の端部プレート３９Ｂの貫通穴４０Ｂの下縁よりも下方に配置している。この電源装置１００は、水没されるとき、最初には第２の端部プレート３９Ｂの貫通穴４０Ｂからは水を浸入させず、下縁を下方に配置している第１の対向プレート３９Ａの貫通穴４０Ａのみから水を流入させる。第１の対向プレート３９Ａの貫通穴４０Ａのみから流入する水は、第１の対向プレート３９Ａ側に配置している二次電池をショートさせ、第２の端部プレート３９Ｂ側に配置している二次電池を水でショートさせない。つまり、第１の対向プレート３９Ａの貫通穴４０Ａのみから流入する水により、第１の対向プレート３９Ａ側に配置している二次電池が放電される。
【００３５】
第１の対向プレート３９Ａ側の二次電池１のみをショートするのをより確実にするために、図の電源装置１００は、第１の対向プレート３９Ａ側に配置している電池ユニット１０を、第２の対向プレート３９Ｂ側に配置している電池ユニット１０よりも下方に配置している。さらに、図の電池ユニット１０は、底プレート３５に段差を設けて、第１の対向プレート３９Ａ側の電池ユニット１０と、第２の対向プレート３９Ｂ側の電池ユニット１０とを上下に配置している。この底プレート３５は、第１の対向プレート３９Ａ側に配置している下段プレート部３５Ａと、第２の対向プレート３９Ｂ側に配置してなる上段プレート部３５Ｂとを設けて、下段プレート部３５Ａを上段プレート部３５Ｂよりも下方に配置している。下段プレート部３５Ａと上段プレート部３５Ｂに電池ユニット１０を配置して、電池ユニット１０を上下に位置ずれして配置している。第１の対向プレート３９Ａ側に下段プレート部３５Ａを設けてここに電池ユニット１０を配置するので、第１の対向プレート３９Ａ側の電池ユニット１０は、第２の対向プレート３９Ｂ側に配置している電池ユニット１０よりも下方に配置される。
【００３６】
さらに、底プレート３５は、下段プレート部３５Ａと上段プレート部３５Ｂとの間に区画壁３５Ｃを設けて、区画壁３５Ｃの両側に電池ユニット１０を配置している。この外装ケース３０は、区画壁３５Ｃでもって、下段プレート部３５Ａと上段プレート部３５Ｂとを区画して、下段プレート部３５Ａに配置する電池ユニット１０と、上段プレート部３５Ｂに配置する電池ユニット１０とを区画する。この構造は、第１の対向プレート３９Ａの貫通穴４０Ａから下段プレート部３５Ａに浸水して、ここに下段に配置している電池ユニット１０が浸水する状態で、上段プレート部３５Ｂの電池ユニット１０への浸水をより確実に防止できる。このため、下段プレート部３５Ａの電池ユニット１０が浸水する状態で、上段プレート部３５Ｂの電池ユニット１０を水でショートすることなく、この状態におけるショート電流を確実に少なくできる。区画壁３５Ｃの高さは、たとえば、第２の対向プレート３９Ｂに設けている貫通穴４０Ｂの下縁のレベルにほぼ等しくする。この外装ケース３０は、第２の対向プレート３９Ｂの貫通穴４０Ｂから水が流入するタイミングと、下段プレート部３５Ａから区画壁３５Ｃを越えて上段プレート部３５Ｂに流入するタイミングとをほぼ等しくして、両方から下段プレート部３５Ａに水を流入させて、ここに配置している電池ユニット１０を速やかに水中に沈ませて、安全な状態にできる特徴がある。ただし、区画壁３５Ｃは、第１の対向プレート３９Ａの対向プレートの貫通穴４０の下縁よりも高く、あるいは低くして、第２の対向プレート３９Ｂの貫通穴４０Ｂから上段プレート部３５Ｂに水が流入するタイミングと、下段プレート部３５Ａの水が上段プレート部３５Ｂに流入するタイミングとをずらせることもできる。
【００３７】
第１の対向プレート３９Ａの貫通穴４０Ａの下縁は、第２の対向プレート３９Ｂの貫通穴４０Ｂの下縁よりも下方に配置しているので、第１の対向プレート３９Ａ側に配置している電池ユニット１０の二次電池１は流入する水で先にショートされ、ショート電流で放電される。この状態で、第１の対向プレート３９Ａ側の電池ユニット１０の二次電池１のみが流入する水でショートされるので、全体の二次電池１をショートするショート電流に比べて、ショート電流を半分に制限できる。この状態で下段に配置している電池ユニット１０の二次電池１は放電されて残容量が低下し、放電能力は低下する。その後、第２の対向プレート３９Ｂ側の貫通穴４０Ｂから水が流入して、ここに配置している電池ユニット１０の二次電池１も水でショートされる。この状態で全体の電池ユニット１０の二次電池１はショートされるが、先に放電された下段側の電池ユニット１０によってショート電流は少なくなる。また、先に下段側の電池ユニット１０をショート電流で放電しているので、完全に放電するまでの時間は短縮される。
【００３８】
図の電源装置１００は、外装ケース３０の側面プレート３８に、軽量化のための貫通穴として徐肉開口部４０Ｃを設けている。徐肉開口部４０Ｃは水没状態で水を流入させる流路となる。電源装置１００が水没する状態で、対向プレート３９に設けた貫通穴４０よりも先に徐肉開口部４０Ｃから水が流入されると、対向プレートの貫通穴４０からの水の流入をコントロールして、特定の二次電池１から順番にシートさせて放電できず、水の流入を正常にコントロールできなくなる。この弊害を防止するために、側面プレート３８に設けた全ての徐肉開口部４０Ｃの下縁は、対向プレート３９に設けた貫通穴４０の最も下方に配置する下縁よりも高く配置して、下縁を最も下方に配置する貫通穴４０から外装ケース３０内に水を流入して、特定の二次電池１をショート電流で放電する構造とする。対向プレート３９に設けられて、下縁を最下部に配置する貫通穴４０から水を流入して、一部の二次電池１をショート電流で放電した後は、対向プレート３９の貫通穴４０Ｂと側面プレート３８に設けた徐肉開口部４０Ｃから水を流入させて残りの二次電池１をショート電流で放電する。図の電源装置１００は、第１の対向プレート３９Ａの貫通穴４０Ａの下縁を第２の対向プレート３９Ｂの貫通穴４０Ｂの下縁よりも下方に配置するので、側面プレート３８の徐肉開口部４０Ｃの下縁は、第２の対向プレート３９Ｂに貫通穴４０と同じ位置に、あるいはこれよりも上方に配置されて、第２の対向プレート３９Ｂの貫通穴４０Ｂと同じタイミングで、あるいは第１の対向プレート３９Ａの貫通穴４０Ａよりも遅れて水を流入させる。
【００３９】
図の外装ケース３０は、必ずしも全体を閉鎖構造とする必要はない。図の外装ケース３０は、上方開口部の全体を蓋プレート３４で閉塞しない。蓋プレート３４は、上方開口部の両端部を閉塞して中間部を開放して、電池ケース２０を露出させている。この構造の外装ケース３０は、上方開口部を閉塞する蓋プレート３４を小さくして、閉塞しない部分に相当する金属板の重量を軽量化できる。
【００４０】
図７、図８の例では、蓋プレート３４を第１プレート３１と第２プレート３２に分割し、これら第１プレート３１と第２プレート３２との間に開口部を設けている。これにより、第１プレート３１と第２プレート３２の間で、電池ケース２０の一部を表出させた表出領域２３が形成される。表出領域２３においては、軽量化と薄型化とが図られる。特に、図１１の斜視図に示すように隣接する２つのシートＳＴの下面に跨がって電源装置１００を配置するような構成においては、強度が求められるシートＳＴの下面に相当する部分に第１プレート３１、第２プレート３２をそれぞれ配置する一方、これらの間の部分は外装ケース３０を省略して、必要な部材の配置空間を確保し車内スペースを効率よく利用することができる。
（固定片３６）
【００４１】
また外装ケース３０は、外側に突出する固定片３６を有し、この固定片３６に開口したねじ穴でもって蓋プレート３４と底プレート３５をボルトとナットで固定している。図１の例では、平面視において上下左右の４箇所に固定片３６が設けられている。さらに固定片３６は、車両のクロスメンバー９１に固定されて、電源装置１００を車両に固定している。車両は幅方向に伸びるクロスメンバー９１をシャーシー９２に固定して剛生を高くしている。２列のクロスメンバー９１の間に電源装置１００を配置し、両側の固定片をクロスメンバー９１に固定して、電源装置１００はシートの下にできるスペースに固定される。
（電池ケース２０）
【００４２】
電池ケース２０は、図８、図９、図１０の分解斜視図に示すように、その内部に電池ユニット１０を収納している。電池ユニット１０は、二次電池１を積層した電池積層体１１や回路基板４２等で構成される。
【００４３】
電池ケース２０は樹脂製として、様々な形状に成形できるので、防水構造を実現しやすい。電池ケース２０を外装ケース３０に収納して、電源装置１００は機械的な強度を確保している。また、金属製の外装ケース３０で周囲を囲むことにより、放熱性を高めると共に、金属板のシールド効果によって電池ケース２０内の電子回路のノイズ耐性も向上させることができる。
【００４４】
電池ケース２０は、図８〜図９の分解斜視図に示すように、上ケース２１と下ケース２２に二分割している。電池ケース２０は樹脂製とすることで、比較的複雑な形状でも樹脂成形によって容易に構成できる利点が得られる。また軽量で安価であり、絶縁性にも優れる利点が得られる。このような樹脂材としてはＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＡ（ポリアミド／ナイロン（登録商標））またはそれらの樹脂とガラス繊維・ガラスビーズ等の複合材、さらには炭素繊維樹脂を用いることもできる。さらには電磁ノイズ耐性をより高めるために、樹脂成型時に、金属メッシュ、金属板等を樹脂で挟み込んで一体成型した樹脂−金属複合材料等を利用することもできる。
【００４５】
上ケース２１と下ケース２２を接合させる接合界面においては、勘合構造を設ける。これにより、密閉性が高められる。さらに嵌合構造に弾性部材２４を配置することで、一層の防水性を図ることができる。図８の例では、上ケース２１と下ケース２２の接合界面には、弾性部材２４としてパッキンを介在させている。このようにして電池ケース２０を防水し、電池ケース２０内部の二次電池１や電子回路を意図しない短絡等から保護する。
【００４６】
電池ケース２０内には、電池積層体１１と回路基板４２とＤＣ／ＤＣコンバータ４１を収納している。電池積層体１１は、複数枚の二次電池１を、絶縁性のセパレータを介して積層している。積層体の両側端面をエンドプレートで被覆し、エンドプレート同士をバインドバーで締結している。回路基板４２は、電池積層体１１の充放電を制御する制御回路や保護回路等の電子回路を実装している。
（ＤＣ／ＤＣコンバータ４１）
【００４７】
ＤＣ／ＤＣコンバータ４１は、電池積層体１１の出力を所定の電圧に変換するための部材である。ここでは、車両の電装部品への給電用に、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１でもって電池積層体１１の出力を１２Ｖや２４Ｖ等に変換している。また第２プレート３２で覆われた領域には、回路基板４２を配置している。これにより、回路基板４２に実装された回路群の発熱を第２プレート３２を介して放熱させることができる。また、回路基板４２を金属製の第２プレート３２で覆うことで、回路基板４２に実装された電子回路に対するシールド効果も得られ、耐ノイズ性も高められる。
【００４８】
なお上記の例では第１プレート３１側にＤＣ／ＤＣコンバータ４１を、第２プレート３２側に回路基板４２を配置した例を説明したが、本発明はこの構成に限られるものでなく、例えば第１プレート側に回路基板を、第２プレート側にＤＣ／ＤＣコンバータを、それぞれ配置した構成としてもよいことはいうまでもない。
（冷却構造）
【００４９】
さらに電池ケース２０は、内部の部材を放熱するための冷却機構を備えている。図８の例では、外部から冷却空気を採り入れ、二次電池１の表面に強制送風して冷却する空冷式としている。具体的には、電池ケース２０の一部に、冷却空気を内部に取り入れるための吸気口５１と、熱交換された冷却空気を排出するための排気口５２５２を開口している。
【００５０】
吸気口５１は、外装ケース３０に設けた貫通穴４０との対向位置に配置される。図の電源装置１００は、吸気口５１との対向位置に対向プレート３９の貫通穴４０を設けている。この電源装置１００は、外装ケース３０の貫通穴４０を通過する冷却気体を電池ケース２０の吸気口５１に通過させる。電池ケース２０は、二次電池１を冷却した冷却空気を排出するための排気口５２を設けている。排気口５２は、側面プレート３８の上方であって、蓋プレート３４の開放部分に開口している。この排気口５２は、電池ケース２０の表面から上方に突出させて形成される。この排気口５２は開口面積を増やして冷却空気の風量を大きくし、冷却能力を向上できる。図２、図５等の例では、電池ケース２０の背面側に排気口５２を開口させつつ、電池ケース２０の上面から上方に高さｄだけ突出させて排気口５２を形成している。このような排気口５２は、電池ケース２０の上ケース２１と一体的に成形される。また、図１等に示すように、電池ケース２０の上面において、排気口５２に向かって徐々に大きくなるよう、突出部分に勾配を設けている。
【００５１】
電源装置１００は、図１２の模式水平断面図に示すように送風して、電池ユニット１０の二次電池１を冷却する。この例では、二次電池１を積層している電池積層体１１を電池ケース２０内の上下左右に４つ配置しており、図において左右の側面の上下からそれぞれ吸気された冷却空気を、上下方向に折曲させて電池積層体１１を通過させて熱交換すると共に、この冷却空気をさらに長手方向の中央に案内する。そして左右から中央に集められた冷却空気は、上方（背面側）に開口された排気口５２から、電池ケース２０の外部に排出される。冷却空気を案内するため、電池ケース２０の内部には送風ダクト等が適宜設けられる。また排気口５２の近傍には、送風ファン５６が設けられている。送風ファン５６は、電池ケース２０内部に採り入れた冷却空気を強制的に、排気口５２から外部に排出する。この構成では、特に吸気口５１を複数設けて冷却空気を多くの部位に供給する一方、排気口５２を共通化することにより、送風ファン５６の数を低減できる。特に一の送風ファン５６でもって複数の電池積層体１１の冷却空気を電池ケース２０内に吸気、排気できる。
【００５２】
さらに、冷却空気の一部は、電池ケース２０内の他の部材を冷却するために用いられる。特に、第一熱源であるＤＣ／ＤＣコンバータ４１や第二熱源である回路基板４２に実装された回路群を冷却するためにも利用できる。図２、図９等に示す例では、電池ケース２０の側面の内、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１を配置した側の側面に、第一熱源用吸気口５３を開口させている。第一熱源用吸気口５３はＤＣ／ＤＣコンバータ４１に連通されており、これによって第一熱源用吸気口５３から冷却空気を電池ケース２０内に採り入れて、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１と熱交換して冷却できる。また熱交換された冷却空気は、送風ファン５６でもって電池ケース２０の外部に排出される。冷却空気の排出経路は、上述の通り電池積層体１１を冷却した冷却空気の排出経路と統合させることができる。このため電池ケース２０内部においては、電池積層体１１用の冷却空気経路と、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１用の冷却空気経路とを区画するための区画壁５８を設けている。
【００５３】
また上記の例では、電池ケース２０の側面側の開口を吸気口５１とし、表出領域２３の背面側に形成した開口を排気口５２とする構成を説明したが、本発明はこの構成に限らず、例えば電池ケース２０の側面側の開口を排気口５２とし、表出領域の背面側に形成した開口を吸気口とすることもできる。この場合は、送風ファンが吸気口側となり、各部位に冷却空気を強制的に送出する。
（凹部２５）
【００５４】
さらに電池ケース２０は、表出領域２３において、表面を窪ませた凹部２５を一以上形成している。このような凹部２５を利用して、電源装置１００の位置決めや固定に利用できる。凹部２５は、電池ケース２０の上面側に設けている。このように凹部２５を電池ケース２０の表面に設けることで、電池ケース２０を両側で位置決めすることにより、固定の安定性や作業の効率化が図られる。
（電池ユニット１０）
【００５５】
電池ユニット１０は、電池積層体１１や回路基板４２等で構成される。電池ユニット１０の分解斜視図を図１０に示す。この例では、電池ユニット１０は４つの電池積層体１１を備えている。電池積層体１１は、長手方向が隣接するように並べた２つの電池積層体１１を、電池ケース２０の長手方向に２組配置している。ただ、電池積層体の個数やレイアウトは、この例に限定されない。
【００５６】
以上のように、強度を担保するための最低限の外装ケース３０構造を残しつつ、外装ケース３０の内側に樹脂製の電池ケース２０を配置することで、強度と軽量化のバランスを図りつつ、防水構造も実現できる。すなわち、電池ケース２０を樹脂製としたことで、密閉構造としやすく、防塵や防水機能を高めることが可能となる。また電源装置１００の底面側や側面側の絶縁性が高められる結果、二次電池１の表面を露出させた構造を採ることが可能となる。さらに電源装置１００の軽量化にも資する。
（電池積層体１１）
【００５７】
各電池積層体１１は、複数の二次電池１と、複数の二次電池１同士を積層する主面間に介在させて、二次電池１間を絶縁するセパレータ２と、複数の二次電池１とセパレータ２を交互に積層した積層方向の端面に配置された一対のエンドプレート３と、電池積層体１１の両側の側面に配置され、エンドプレート３同士を締結する金属製の複数の締結部材４を備えている。
【００５８】
この二次電池１は、外装缶を表出させている。上述の通り、樹脂製の電池ケース２０内に電池積層体１１を収納する構成により、絶縁性が高められる。ただ、二次電池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１の電極部分を除く外装缶の表面を熱溶着させてもよい。
（締結部材４）
【００５９】
締結部材４は、図１０に示すように、対向面にエンドプレート３が積層された電池積層体１１の側面側に配置され、一対のエンドプレート３に固定されて電池積層体１１を締結する。この締結部材４は、電池積層体１１の側面のほぼ全面を覆う大きさに形成している。また、冷却空気を二次電池１同士の間に送風できるよう、貫通穴４０分を設けている。なお締結部材は、他の形状とすることもできる。例えば、帯状に延長された金属板の対向面を断面視コ字状に折曲した形状としてもよい。また締結部材を設ける位置は、電池積層体１１の側面とする他、上面とすることもできる。また締結部材をエンドプレートに固定する構造も、ねじ止めに限らず、リベットやかしめ、溶接、接着等、既知の固定構造が適宜利用できる。
（二次電池１）
【００６０】
二次電池１は、図１４の分解斜視図に示すように、その外形を構成する外装缶を、幅よりも厚さを薄くした角形のリチウムイオン二次電池である。リチウムイオン二次電池等の非水系電解液二次電池は容量と重量に対する充放電容量を大きくできる。ただ、本発明は二次電池をリチウムイオン二次電池等の非水系電解液二次電池には特定しない。二次電池にはリチウムイオン二次電池１以外の全ての充電できる電池を使用できる。
（セパレータ２）
【００６１】
セパレータ２は、図１４の分解斜視図に示すように、隣接する二次電池１の、対向する主面同士の間に介在されてこれらを絶縁する。このセパレータ２は、二次電池１の主面の全面もしくは大部分を被覆できる大きさに形成される。またセパレータは、二次電池１同士の間に冷却空気を通過させる冷却隙間を設けている。各セパレータは、二次電池１との間に冷却隙間２ｂができる形状となるよう、垂直断面視において凹凸状に折曲させている。これにより電池積層体１１は、複数の二次電池１を冷却隙間２ｂができる状態で積層している。冷却隙間は、空気や冷却ガス等の冷却空気を強制送風して冷却する冷却機構と連結される。さらに、このセパレータ２は、両面に二次電池１を嵌着構造で連結している。二次電池１に嵌着構造で連結されるセパレータ２を用いることで、隣接する二次電池１の位置ずれを阻止して積層できる。
【００６２】
セパレータの材質は、絶縁性とする。例えばプラスチック等の樹脂製とすることで、軽量で安価に構成できる。また硬質の部材とする他、可撓性を有する部材としてもよい。特に、冷却隙間を設けない形態のセパレータは、テープ状とする等可撓性のある薄い材質とできる。テープ状として片面に接着面を塗布したセパレータを使用すれば、二次電池１の主面や側面の一部といった絶縁が必要な領域に貼付することが容易となる。加えて、テープ製とすることでセパレータの薄型化が容易となり、電池積層体１１の厚さや重量が増すことも抑制できる。
【００６３】
以上の構成を備える電源装置１００とすることで、樹脂製の電池ケース２０で密閉性を確保しつつ、部分的に外装ケース３０を残すことで強度を担保し、強度維持と防水性の発揮、軽量化が図られる。
【００６４】
図１５は、電源装置１００の回路図を示す。この電源装置１００は、直列に接続している電池ユニット１０の間にヒューズを接続している。この電源装置１００は、２組の電池ユニット１０を直列して１組の組電池とし、２組の組電池をヒューズ１２を介して直列に接続している。従来の電源装置１００は、装置の出力側に直列にヒューズ１２を接続しているので、水没されてヒューズ１２が溶断されても、電池ユニット１０の出力側の電圧は４組の電池ユニット１０の電圧の加算値、すなわち各電池ユニット１０の電圧の４倍の電圧となる。このため、電源装置１００が水没してヒューズ１２が溶断されても、電池ユニット１０の出力側の電圧は４倍電圧でショート電流が流れる。図１５の電源装置１００は、水没してヒューズ１２が溶断されると、２組の組電池が切り離されて、各組電池の出力電圧は、２組の電池ユニット１０の加算値、すなわち電池ユニット１０の２倍電圧となる。したがって、電源装置１００が水没してヒューズ１２が溶断されると、各組電池に流れるショート電流は１／２に低減して、水没時の安全性をより高くできる。
【００６５】
以上の電源装置１００は、車載用の電源として利用できる。電源装置１００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。
（ハイブリッド車用電源装置１００）
【００６６】
図１６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１００を搭載する例を示す。この図に示す電源装置１００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１００と、電源装置１００の電池を充電する発電機９４とを備えている。電源装置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、電源装置１００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、電源装置１００の電池を充電する。
（電気自動車用電源装置１００）
【００６７】
また図１７に、モータのみで走行する電気自動車に電源装置１００を搭載する例を示す。この図に示す電源装置１００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１００と、この電源装置１００の電池を充電する発電機９４とを備えている。モータ９３は、電源装置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、電源装置１００の電池を充電する。
【００６８】
以上、本発明の実施形態乃至実施例を図面に基づいて説明した。ただ、上記の実施形態乃至実施例は、本発明の技術思想を具体化するための例示であって、本発明は上記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。さらに以上の説明において、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。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明に係る電源装置を備える車両は、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。また電源装置は、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】
【００７０】
１…二次電池
２…セパレータ        ２ｂ…冷却隙間
３…エンドプレート
４…締結部材
１０…電池ユニット
１１…電池積層体
１２…ヒューズ
２０…電池ケース
２１…上ケース
２２…下ケース
２３…表出領域
２４…弾性部材
２５…凹部
３０…外装ケース      
３１…第１プレート
３２…第２プレート
３４…蓋プレート
３５…底プレート    ３５Ａ…下段プレート部
３５Ｂ…上段プレート部
３５Ｃ…区画壁
３６…固定片
３７…周壁
３８…側面プレート
３９…対向プレート  ３９Ａ…第１の対向プレート
３９Ｂ…第２の対向プレート
４０…貫通穴        ４０Ａ…第１の対向プレートの貫通穴
４０Ｂ…第２の対向プレートの貫通穴
４０Ｃ…徐肉開口部
４１…ＤＣ／ＤＣコンバータ
４２…回路基板
５１…吸気口
５２…排気口
５３…第一熱源用吸気口
５６…送風ファン
５８…上下区画壁
９１…クロスメンバー
９２…シャーシー
９３…モータ
９４…発電機
９５…ＤＣ／ＡＣインバータ
９６…エンジン
１００…電源装置
Ｄ…４０Ａと４０Ｂのレベル差
ｄ…高さ
ＳＴ…座席
ＨＶ…ハイブリッド自動車
ＥＶ…電気自動車
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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