(57)【要約】【課題】バスバーを安価に多量生産できる構造としながら、バスバーの振動による損傷や断線を確実に防止する。【解決手段】電源装置は、複数の電池セル１を接続してなる電池ユニット２をバスバー６で直列又は並列に接続している。バスバー６は金属板で、両端の接続端子６ａの間に、互いに直交する縦面領域６ｘと横面領域６ｙとを連結する形状に加工しており、縦面領域６ｘと横面領域６ｙでもって、接続端子６ａを接続している電池ユニット２の相対的な縦方向と横方向の振動を吸収している。【選択図】図４
2013020855.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池セル(1)を接続してなる電池ユニット(2)をバスバー(6)で直列又は並列に接続してなる電源装置であって、
前記バスバー(6)が金属板で、両端の接続端子(6a)の間に、互いに直交する縦面領域(6x)と横面領域(6y)とを連結する形状に加工しており、前記縦面領域(6x)と横面領域(6y)でもって、接続端子(6a)を接続している電池ユニット(2)の相対的な縦方向と横方向の振動を吸収するようにしてなることを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記バスバー(6)が、横面領域(6y)の両端に縦面領域(6x)を連結する形状であって、縦面領域(6x)の先端に横面領域(6y)と平行な面内に位置する接続端子(6a)を連結している請求項１に記載される電源装置。
【請求項３】
前記バスバー(6)が、ジグザグ状に折曲加工してなるジグザグ領域(6z)を有する請求項１又は２に記載される電源装置。
【請求項４】
前記バスバー(6)が、ねじれ方向に折曲加工されて縦面領域(6x)と横面領域(6y)とを交互に連結する形状としてなる請求項１ないし３のいずれかに記載される電源装置。
【請求項５】
前記バスバー(6)が、銅、銅合金、銀、銀合金などの何れかである請求項１ないし４のいずれかに記載される電源装置。
【請求項６】
複数の電池ユニット(2)を収納する外装ケース(9)を備え、外装ケース(9)の底板(9a)に複数の電池ユニット(2)を固定してなる請求項１ないし５のいずれかに記載される電源装置。
【請求項７】
車両を走行させるモータに電力を供給する電源に使用される請求項１ないし６のいずれかに記載される電源装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載される電源装置を備える車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の電池ブロックをバスバーで直列や並列に接続して出力を大きくしてなる電源装置に関し、とくに、車両を走行させるモータに電力を供給する電源装置、あるいは、太陽電池等の自然エネルギーや深夜電力で充電される電源装置、あるいはまた、停電のバックアップ電源などに最適な電源装置、及び電源装置を備える車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の電池ユニットを直列に接続して出力を大きくしてる電源装置は開発されている。（特許文献１参照）
この電源装置は、図１に示すように、４組の電池ユニット１０２を外装ケース１０９に入れて、隣接する電池ユニット１０２をバスバー１０６で直列に接続している。電池ユニット１０２は、複数の電池セル１０１を積層してその両端をエンドプレート１０４で挟んで連結部材１０５で固定している。電池ユニット１０２の電池セル１０１はリード板（図示せず）で直列に接続している。この電源装置は、４組の電池ユニット１０２を、水平面内に縦横に並べて外装ケース１０９に固定している。隣の電池ユニット１０２を接続するために、電池ユニット１０２を金属板のバスバー１０６で接続している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１５７４５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図１に示すように、複数の電池ユニット１０２をバスバー１０６で接続している電源装置は、電池ユニット１０２の相対的な振動によってバスバー１０６には繰り返し曲げ応力が作用し、バスバー１０６が損傷し、さらに切断される等の弊害が発生するおそれがある。バスバーの振動による損傷は、多数の細線を束ねた可撓性のある撚り線とすることで解消できる。撚り線は、電気抵抗を小さくするために、多数の細線を束ねた構造とし、さらにこれを電池ユニットの出力端子に接続するために、両端に圧着端子を固定している。圧着端子は、撚り線を圧着して固定している。この構造のバスバーは、撚り線と圧着端子との接続部分の腐食等が原因で経時的に接触抵抗が増加することがある。この欠点は、圧着端子を撚り線に圧着し、さらに圧着部分をハンダ付けや蝋付けすることで防止できるが、このバスバーは製造に手間がかかって部品コストが極めて高くなる欠点がある。
【０００５】
本発明は、さらに以上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、バスバーを安価に多量生産できる構造としながら、バスバーの振動による損傷や断線を確実に防止できる電源装置及び電源装置を備える車両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】
【０００６】
本発明の電源装置は、複数の電池セル１を接続してなる電池ユニット２をバスバー６で直列又は並列に接続している。バスバー６は金属板で、両端の接続端子６ａの間に、互いに直交する縦面領域６ｘと横面領域６ｙとを連結する形状に加工しており、縦面領域６ｘと横面領域６ｙでもって、接続端子６ａを接続している電池ユニット２の相対的な縦方向と横方向の振動を吸収している。
【０００７】
以上の電源装置は、バスバーを安価に多量生産できる構造としながら、バスバーの振動による損傷や断線を確実に防止できる特徴がある。それは、以上の電源装置が、金属板を縦面領域と横面領域とを連結する形状に金属板を加工してバスバーとし、このバスバーで電池ユニットを連結しているからである。金属板は、幅を広くして断面積を大きくできるので、電気抵抗を小さくできる。このため、電池ユニットを大電流で充放電する状態において、バスバーが無駄に消費する電力を小さくできる特徴がある。ところで、バスバーで連結している隣接するふたつの電池ユニットは、相対的に上下方向に振動し、また左右方向にも振動する。本発明の電源装置に設けているバスバーは、縦面領域と横面領域とを連結するように金属板を加工しているので、縦面領域と横面領域とで縦振動と横振動の両方を吸収できる。それは、表面を折り畳む方向には曲げやすい金属板の性質を利用して、縦振動と横振動とを吸収するからである。すなわち、図４と図５において、金属板を上下方向に配置している縦面領域６ｘは矢印Ｘで示す方向の横振動で曲がりやすく、横方向に配置している横面領域６ｙは矢印Ｙで示す方向の縦振動で曲がりやすいからである。
【０００８】
本発明の電源装置は、バスバー６を、横面領域６ｙの両端に縦面領域６ｘを連結する形状として、縦面領域６ｘの先端に横面領域６ｙと平行な面内に位置する接続端子６ａを連結することができる。
以上の電源装置は、バスバーの中央部に設けている横面領域で縦振動を吸収し、その両端に設けている縦面領域で横振動を吸収して、電池ユニットの相対的な上下振動と横振動によるバスバーの損傷と切断を効果的に防止できる。
【０００９】
本発明の電源装置は、バスバー６が、ジグザグ状に折曲加工してなるジグザグ領域ｚを有することができる。
以上の電源装置は、ジグザグ領域で長手方向の変形を吸収できるので、電池ユニットの縦振動と横振動に加えて、互いに接近したり離れたりする方向の振動も吸収できる。すなわち、バスバーが、隣接する電池ユニットの立体的な振動を有効に吸収して損傷したり切断されるのを有効に防止できる。
【００１０】
本発明の電源装置は、バスバー６を、ねじれ方向に折曲加工して縦面領域６ｘと横面領域６ｙとを交互に連結する形状とすることができる。
以上の電源装置は、金属板をねじるように加工することで、バスバーを簡単かつ容易に、しかも安価に多量生産して、電池ユニットの相対的な振動による損傷を防止できる。
【００１１】
本発明の電源装置は、バスバー６を、銅、銅合金、銀、銀合金などの何れかとすることができる。
【００１２】
本発明の電源装置は、複数の電池ユニット２を収納する外装ケース９を備えて、外装ケース９の底板９ａに複数の電池ユニット２を固定することができる。
【００１３】
本発明の電源装置は、車両を走行させるモータに電力を供給する電源に使用することができる。
以上の電源装置は、車両の振動でバスバーが損傷されたり、切断される弊害を確実に防止できる。また、電源装置の電池を大電流で放電して車両を加速し、あるいは回生制動のエネルギーで電池を大電流充電しながら、バスバーの電力損失や発熱を少なくできる特徴がある。それは、バスバーを金属板で製作することで、その電気抵抗を小さくできるからである。バスバーの発熱と電力損失は、電流の二乗と電気抵抗の積に比例するので、電気抵抗を小さくして、発熱と電力損失を小さくできる。
【００１４】
本発明の車両は、以上のいずれかに記載の電源装置を備えている。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】従来の電源装置の電池ユニットの配列を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施例にかかる電源装置の構造を示す概略平面図である。
【図３】図２に示す電源装置の垂直縦断面図である。
【図４】バスバーの一例を示す斜視図である。
【図５】図４に示すバスバーの平面図である。
【図６】図４に示すバスバーの展開図である。
【図７】バスバーの他の一例を示す斜視図である。
【図８】図７に示すバスバーの平面図である。
【図９】図７に示すバスバーの展開図である。
【図１０】バスバーの他の一例を示す斜視図である。
【図１１】バスバーの他の一例を示す斜視図である。
【図１２】バスバーの他の一例を示す斜視図である。
【図１３】バスバーの他の一例を示す斜視図である。
【図１４】図１２に示すバスバーの使用状態の一例を示す斜視図である。
【図１５】図１３に示すバスバーの使用状態の一例を示す斜視図である。
【図１６】図２に示す電源装置の電池セルとスペーサの積層構造を示す分解斜視図である。
【図１７】電池ユニットとバスバーの連結構造を示す拡大断面図である。
【図１８】電池ユニットとバスバーの連結構造の他の一例を示す拡大断面図である。
【図１９】エンジンとモータ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ブロック図である。
【図２０】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２１】蓄電用の電源装置に適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】
【００１６】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための電源装置及び電源装置を備える車両を例示するものであって、本発明は電源装置及び電源装置を備える車両を以下のものに特定しない。さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００１７】
本発明の電源装置は、複数の電池ユニットを接続して出力を大きくしている電源、とくに、ハイブリッドカーや電気自動車など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装置、太陽電池等の自然エネルギーや深夜電力で充電される電源装置、あるいまた、停電のバックアップ電源などの電源装置として使用される。
【００１８】
図２と図３の電源装置は、複数の電池ユニット２をバスバー６で直列に接続している。この図の電源装置は、４組の電池ユニット２をバスバー６で直列に接続している。この電源装置は、電池ユニット２を直列に接続しているので出力電圧を高くできる。本発明の電源装置は、複数の電池ユニットを並列に接続して出力電流を大きくすることもできる。また、複数の電池ユニットを直列と並列とに接続して、出力電圧を高く、かつ出力電流を大きくすることもできる。
【００１９】
図２の電源装置は、４組の電池ユニット２を外装ケース９の底板９ａに固定している。電池ユニット２は、２組の電池ユニット２を直線状に並べてバスバー６で直列に接続している。さらに、これを２列に並べてバスバー６で直列に接続して、全ての電池ユニット２をバスバー６で直列に接続している。
【００２０】
バスバー６は、図４ないし図１５に示すように、金属板７で、両端の接続端子６ａの間に、互いに直交する縦面領域６ｘと横面領域６ｙとを連結する形状に加工して、縦面領域６ｘと横面領域６ｙでもって、接続端子６ａを接続している電池ユニット２の相対的な縦方向と横方向の振動を吸収するようにしている。バスバー６は、両端の接続端子６ａに貫通孔６ｂを設けている。バスバー６は、図２と図３に示すように、この貫通孔６ｂに挿通される止ネジ２５を介して電池ユニット２に連結される。バスバー６の金属板７は、負荷に供給する電力によって厚さと幅を最適寸法とする。たとえば、車両用の電源装置のバスバー６は、金属板７の厚さを１ｍｍ〜３ｍｍ、横幅を１ｃｍ〜３ｃｍとする。また、自然エネルギーや深夜電力で充電されて負荷に電力を供給する電源装置も、負荷に供給する電力を考慮して厚さと横幅を特定するが、たとえば、この用途に使用される電源装置のバスバー６は、厚さを０．５ｍｍ〜３ｍｍ、横幅１ｃｍ〜３ｃｍとする。金属板は、電気抵抗が小さくて可撓性に優れた金属、たとえば、銅板の表面をメッキしたものが使用できる。ただし、バスバー６の金属板は、銅合金、ニッケル、ニッケル合金等、電気抵抗が小さくて可撓性に優れる全ての金属板を使用できる。
【００２１】
バスバー６は、金属板を所定の形状に裁断して、これを折曲加工して製造される。図４と図５に示すバスバー６Ａは、横面領域６ｙの両端に縦面領域６ｘを連結する形状であって、縦面領域６ｘの先端に、横面領域６ｙと平行な面内に位置する接続端子６ａを連結している。バスバー６Ａは、横面領域６ｙの両端に連結される縦面領域６ｘを各々反対方向に延長すると共に、各々の縦面領域６ｘの先端に連結される接続端子６ａを互いに反対方向に向く姿勢で設けている。すなわち、図５に示す平面視において、点対称な形状となるように形成している。このバスバー６Ａの展開図を図６に示す。この展開図において、鎖線で示す位置を直角に折曲して、図４の斜視図に示すバスバー６Ａとしている。図６の展開図に示す金属板７Ａは、鎖線Ａで示す位置を山折りし、鎖線Ｂで示す位置を谷折りして、図４の斜視図に示すバスバー６Ａとなる。さらに、バスバー６Ａは、各折曲部分における曲率半径を調整して、縦振動と横振動に対する吸収の度合いを調整できる。図４に示すバスバー６Ａは、鎖線Ｂで示す位置で折曲する曲率半径（ｒ３）を、鎖線Ａで示す位置で折曲する曲率半径（ｒ１）、（ｒ２）よりも大きくして、横振動の吸収を向上している。このバスバー６Ａは、接続端子６ａを電池ユニット２に水平姿勢に固定する状態で、横面領域６ｙは水平面内に位置して、縦面領域６ｘは垂直面内に位置する。横面領域６ｙと縦面領域６ｘとは互いに直交する面内にあるので、一方が水平面内にあると他方は垂直面内にある。また、横面領域６ｙと縦面領域６ｘは、一方が水平面内に対して傾斜する姿勢にあるとき、他方も傾斜する姿勢にあるが、常に横面領域６ｙと縦面領域６ｘとは互いに直交する面内にある。
【００２２】
図７と図８に示すバスバー６Ｂは、縦面領域６ｘの両端に横面領域６ｙを連結する形状であって、横面領域６ｙの先端を接続端子６ａとしている。このバスバー６Ｂの展開図を図９に示す。この展開図において、鎖線で示す位置を直角に折曲して、図７の斜視図に示すバスバー６Ｂとしている。図９の展開図に示す金属板７Ｂは、鎖線Ａと鎖線Ｄで示す位置を山折りし、鎖線Ｂと鎖線Ｃで示す位置を谷折りして、図７の斜視図に示すバスバー６Ｂとなる。このバスバー６Ｂは、図９の展開図に示す金属板７Ｂを、鎖線Ａと鎖線Ｂで示す位置で互いに反対方向に折曲して、縦面領域６ｘの両端に横面領域６ｙを形成すると共に、縦面領域６ｘを鎖線Ｃと鎖線Ｄで示す位置で互いに反対方向に折曲して、横面領域６ｙの先端の接続端子６ａを互いに反対方向に向く姿勢としている。すなわち、図８に示す平面視において、点対称な形状となるように形成している。さらに、バスバー６Ｂは、各折曲部分における曲率半径を調整して、縦振動と横振動に対する吸収の度合いを調整している。図７に示すバスバー６Ｂは、鎖線Ｃと鎖線Ｄで示す位置で折曲する曲率半径（ｒ３）を、鎖線Ａと鎖線Ｂ示す位置で折曲する曲率半径（ｒ１）よりも大きくして、横振動の吸収を向上している。このバスバー６Ｂも、接続端子６ａを電池ユニット２に水平姿勢に固定する状態で、横面領域６ｙは水平面内に位置して、縦面領域６ｘは垂直面内に位置する。
【００２３】
ここで、図７と図８に示すバスバー６Ｂは、両端の接続端子６ａを互いに反対方向に設けているが、バスバーは、両端の接続端子６ａを、図１０に示すように、互いに同方向に向く姿勢で設けることもできる。図１０に示すバスバー６Ｃも、図９の展開図に示す金属板７Ｂを、鎖線で示す位置で直角に折曲加工して製造できるが、図７に示すバスバー７Ｂとは折曲する方向が異なる。このバスバー６Ｃは、図９の金属板７Ｂを、鎖線Ａと鎖線Ｂで示す位置で山折りし、鎖線Ｃと鎖線Ｄで示す位置で谷折りして、図１０の斜視図に示す形状に形成される。すなわち、このバスバー６Ｃは、図９の展開図に示す金属板７Ｂを、鎖線Ａと鎖線Ｂで示す位置で互いに同じ方向に折曲して、縦面領域６ｘの両端に横面領域６ｙを形成すると共に、縦面領域６ｘを鎖線Ｃと鎖線Ｄで示す位置で互いに同じ方向に折曲して、横面領域６ｙの先端の接続端子６ａを互いに同じ方向に向く姿勢としている。すなわち、図１０に示すバスバー６Ｃは、その平面視において、線対称な形状となるように形成している。このように、同じ形状の金属板７Ｂから接続端子６ａの向きが異なるバスバー６Ｂ、６Ｃを折曲加工する構造は、製造コストを低減しながら異なる種類のバスバー６Ｂ、６Ｃを多量生産できる特徴がある。図１０に示すバスバー６Ｃも、鎖線Ｃと鎖線Ｄで示す位置で折曲する曲率半径（ｒ３）を、鎖線Ａと鎖線Ｂ示す位置で折曲する曲率半径（ｒ１）よりも大きくして、横振動の吸収を向上している。
【００２４】
さらに、図１１に示すバスバー６Ｄは、金属板をジグザグ状に折曲加工しているジグザグ領域６ｚを設けている。このバスバー６Ｄは、縦面領域６ｘと横面領域６ｙの両方をジグザグ状に折曲してジグザグ領域６ｚを設けている。ただ、ジグザグ領域は、横面領域のみに設け、あるいは縦面領域にのみ設けることもできる。
【００２５】
さらに、図１２と図１３に示すバスバー６Ｅ、６Ｆは、金属板をねじれ方向に折曲加工して、縦面領域６ｘと横面領域６ｙとを交互に連結する形状としている。このバスバー６Ｅ、６Ｆは、金属板を所定の幅の直線状に裁断し、これをねじれ方向に折曲加工して製造している。図１２に示すバスバー６Ｅは、金属板を螺旋状に折曲加工して、縦面領域６ｘと横面領域６ｙとが交互に連結された形状としている。図１３に示すバスバー６Ｆは、金属板を部分的にねじれ方向に折曲加工して縦面領域６ｘを設けて、縦面領域６ｘと横面領域６ｙとが交互に連結された形状としている。これらのバスバー６Ｅ、６Ｆは、縦面領域６ｘと横面領域６ｙとが交互に連結された状態となるので、図１４と図１５に示すように、自由に変形して、その両端の接続端子６ａを電池ユニット２に接続できる。図１４と図１５に示バスバー６Ｅ、６Ｆは、図１２と図１３において、鎖線Ａと鎖線Ｂで示す位置で縦面領域６ｘを直角に折曲加工して両端の接続端子６ａを所定の向きに設けている。ここで、図１４に示すバスバー６Ｅは、両端の接続端子６ａを互いに反対方向に向く姿勢で設けている。また、図１５に示すバスバー６Ｆは、両端の接続端子６ａを互いに同方向に向く姿勢で設けている。
【００２６】
以上のバスバー６は、図２に示すように、両端の接続端子６ａを、互いに隣接する電池ユニット２の出力に接続して、これらの電池ユニット２を接続する。図４、図５、図７、図８、図１１、及び図１４に示すバスバー６Ａ、６Ｂ、６Ｄ、６Ｅは、両端の接続端子６ａを、互いに反対方向に向く姿勢としている。これらのバスバー６Ａ、６Ｂ、６Ｄ、６Ｅは、図２において、同じ列にあって隣接する電池ユニット２同士を連結するのに適している。ここで、図２に示す電源装置は、同じ列にあって隣接する電池ユニット２同士を図４と図５に示すバスバー６Ａで連結している。また、図１０と図１５に示すバスバー６Ｃ、６Ｆは、両端の接続端子６ａを、互いに同じ方向に向く姿勢としている。これらのバスバー６Ｃ、６Ｆは、図２において、隣り合う列にあって隣接する電池ユニット２同士を連結するのに適している。ここで、図２に示す電源装置は、隣り合う列にあって隣接する電池ユニット２同士を、図１０に示すバスバー６Ｃで連結している。ただ、バスバーは、接続される電池ユニットの数や配列、さらには、各電池ユニットを構成する電池セルの数やその接続状態等に応じて、電池ユニットを連結するバスバーの形状を種々に変更することができる。
【００２７】
バスバー６で直列に、あるいは並列に接続される電池ユニット２は、複数の電池セル１を積層状態に並べて直列に接続している。この電池ユニット２は、電池セル１を直列に接続して出力電圧を高くしているが、電池セルを並列に接続し、あるいは直列と並列に接続することもできる。
【００２８】
電池セル１は、図１６に示すように、角形のリチウムイオン電池である。ただし、電池セルには、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池などの充電できる全ての電池を使用できる。電池セル１は、図示しないが、正負の電極板を、セパレータを介して積層している電極体をケース１１に収納して電解液を充填したものである。さらに、電池セル１は、ケース１１に電流遮断機構（Current Interrupt Device）を内蔵することもできる。この電流遮断機構は、電池セル１の内圧が設定圧力よりも高くなると接続点を分離するように変形して電流を遮断する。
【００２９】
電池セル１のケース１１は、金属製、あるいは硬質のプラスチックを成形して製作される。金属製のケース１１は、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄や鉄合金で製作される。この金属ケース１１は、変形金属板を底の閉塞された筒状にプレス加工して外装缶１１Ａを製作し、この外装缶１１Ａの開口部を封口板１１Ｂで気密に閉塞して製作される。封口板１１Ｂは、レーザー溶接等の方法で外装缶１１Ａに固定される。外装缶１１Ａは、四角形の対向面を両面に有する四角い筒状に加工され、あるいは対向面の両側をＵ曲面で連結する筒状に加工して製作される。金属製の封口板１１Ｂは、上面の両端部に、正負の電極端子１２を絶縁状態で気密に貫通するように、絶縁材１４を介して固定している。
【００３０】
さらに、外装缶１１Ａの開口部を閉塞する封口板１１Ｂは、安全弁１５の開口部１６を設けている。安全弁１５は、ケース１１の内圧が設定値よりも高くなると開弁して、ケース１１が破損するのを防止する。電流遮断機構を内蔵する電池セルは、電池の内圧が上昇して安全弁を開弁する開弁圧を、電流遮断機構が電流を遮断する電流遮断圧よりも大きくする。すなわち、電池セルの内圧が上昇して、電流遮断圧よりも大きくなると、電流遮断機構が電池セルの電流を遮断する。この状態で、電池セルは、電流が遮断されて安全性が確保される。さらに、電流遮断機構が電流を遮断する状態から電池の内圧が上昇して、安全弁の開弁圧よりも大きくなると、安全弁が開弁される。安全弁が開弁すると内部のガスが封口板の開口部から外部に排出される。
【００３１】
図１６の電池セル１は、封口板１１Ｂに安全弁１５の開口部１６を設けている。この電池セル１は、開弁する安全弁１５の開口部１６からガスを排出できる。それは、ケース１１内の上部にガスが溜まっているからである。電池セルは、外装缶の底部や側部に安全弁の開口部を設けることもできる。ただ、この電池セルは、安全弁が開口するときに電解液が排出される。電解液は導電性の液体で、これが排出されると、接触部をショートさせることがある。ケース１１の封口板１１Ｂに安全弁１５を設ける電池セル１は、開口する安全弁１５からガスを排出して内圧を低下できる。このため、安全弁１５が開口するときに、電解液の排出を制限して、電解液による弊害を少なくできる。
【００３２】
電源装置は、図示しないが、安全弁１５から排出されるガスを外部に排気するために、電池ユニット２の上にガス抜きダクトを設けている。このガス抜きダクトは、下方の開口部を、安全弁１５の開口部１６に連結して、安全弁１５から排出されるガスを外部に排気する。この構造は、安全弁１５が開弁して電池セル１から排出されるガスを速やかに外部に排気できる。
【００３３】
電池セル１は、厚さに比べて幅が広い角形の電池セルで、四角形の対向面を互いに対向させる姿勢で積層されて電池ユニット２としている。積層される電池セル１は、隣接する電極端子１２を連結具２１で連結して、互いに直列に接続される。図２と図３の電池ユニット２は、隣接する電池セル１の正負の電極端子１２を連結具２１を介して互いに直列に接続している。電極端子１２は表面に雄ネジを設けたロッド状で、この雄ネジにナット２２がねじ込まれて連結具２１を固定している。さらに、各々の電池セル１の電極端子１２にはリード線（図示せず）が接続される。このリード線は、電池セル１の電圧を検出する保護回路を実装する回路基板（図示せず）に接続される。図示しないが、回路基板は、電源装置の上方に配設される。
【００３４】
互いに積層される電池セル１は、図３と図１６に示すように、その間にスペーサ１８を挟着している。スペーサ１８は、隣接する電池セル１の外装缶１１Ａを絶縁すると共に、電池セル１の間に、電池セル１を冷却する送風隙間１９を設ける。したがって、スペーサ１８は、プラスチック等の絶縁材を成形して制作される。スペーサ１８は、両面に送風溝１８ａを設けて、電池セル１の間に送風隙間１９を設ける。スペーサ１８は、水平方向、いいかえると電池セル１の両側に連結するように送風溝１８ａを設けている。このスペーサ１８で設けられる送風隙間１９は、空気を水平方向に送風して電池セル１を冷却する。
【００３５】
スペーサ１８を介して積層される電池セル１は、固定部品３で定位置に固定される。固定部品３は、積層している電池セル１の両端面に配置される一対のエンドプレート４と、このエンドプレート４に、端部を連結して積層状態の電池セル１を加圧状態に固定してなる連結部材５とからなる。電池ユニット２は、その両端面に配置される一対のエンドプレート４が連結部材５で連結されて、積層状態の電池セル１を対向面と直交する方向に加圧して固定している。
【００３６】
エンドプレート４は、硬質プラスチックを成形して制作され、あるいはアルミニウムやその合金などの金属で成形される。図２と図３のエンドプレート４は、プラスチック製の本体部４Ａの外側に補強金属４Ｂを固定して全体を補強している。このエンドプレート４は、補強金具４Ｂに連結部材５を固定している。この構造は、エンドプレート４を補強金具４Ｂで補強して強固な構造にでき、また、連結部材５を強固に連結できる特徴がある。とくに、この構造は、エンドプレート４をプラスチックで成形して、それ自体を強固にできる特徴がある。ただ、エンドプレートは、必ずしも補強金具で補強する必要はない。さらに、プラスチック製の本体部４Ａは、図示しないが、外側面に、縦横に伸びる補強リブを一体的に成形して設けて補強している。この本体部４Ａは、補強リブで曲げ強度を強くできる。曲げ強度の優れたエンドプレート４は、電池セル１の中央部分の膨張を有効に阻止できる。連結部材５に連結されるエンドプレート４が変形しないかぎり、電池セルの中央部分は膨張しないからである。
【００３７】
エンドプレート４は、広い面積で電池セル１を挟着するために、その外形を電池セル１の角形電池と同じ四角形としている。四角形のエンドプレート４は、電池セル１と同じ大きさに、あるいは電池セル１よりもわずかに大きくしている。さらに、図３のエンドプレート４は、電池セル１との対向面に送風溝４ａを設けて、電池セル１との間に送風隙間１９を設けている。ただ、エンドプレートは、電池セルとの対向面を平面状として、電池セル又はスペーサと面接触状態に接触させることもできる。プラスチック製のエンドプレート４は、直接に電池セルに積層され、金属製のエンドプレートは積層材を介して角形電池に積層される。
【００３８】
エンドプレート４には、連結部材５の端部が連結される。連結部材５は、止ネジ２９を介してエンドプレート４に連結され、あるいは端部を内側に折曲してエンドプレートに連結され、あるいはまた、連結部材の端部にナットをねじ込んで、あるいは、連結部材の端部をカシメてエンドプレートに連結する。止ネジ２９で連結部材５を連結するエンドプレート４は、止ネジ２９をねじ込む雌ネジ孔を設けている。雌ネジ孔は、エンドプレート４の外側表面に設けられて、連結部材５の折曲部５Ａを貫通する止ネジ２９をねじ込んで連結部材５を連結する。図３の電池ユニット２は、角形電池である電池セル１の上端部と下端部に沿って、それぞれ連結部材５をエンドプレート４に連結している。このエンドプレート４は、上端と下端であって、外側表面の両側部に雌ネジ孔を設けている。
【００３９】
連結部材５は、所定の厚さの金属板を所定の幅に加工して製作される。連結部材５は、端部をエンドプレート４に連結して、一対のエンドプレート４を連結して、その間に電池セル１を圧縮状態に保持する。連結部材５は、一対のエンドプレート４を所定の寸法に固定して、その間に積層される電池セル１を所定の圧縮状態に固定する。連結部材５は、たとえばＳＵＳ３０４等のステンレス板や鋼板等の金属板を十分な強度を有する幅と厚さに加工して製作される。さらに、連結部材は、金属板を溝形に加工することもできる。この形状の連結部材は、曲げ強度を強くできるので、幅を狭くしながら、積層する角形電池をしっかりと所定の圧縮状態に固定できる特長がある。
【００４０】
連結部材５は、端部に折曲部５Ａを設けて、折曲部５Ａをエンドプレート４に連結する。折曲部５Ａは、止ネジ２９の貫通孔を設けて、ここに挿入される止ネジ２９を介してエンドプレート４に固定される。
【００４１】
さらに、図２と図３の電源装置は、電池ユニット２を連結するバスバー６を直接には電池セル１の電極端子１２に接続しないで、中継連結具２３を介して電池セル１の電極端子１２に接続している。中継連結具２３は金属板で、図３と図１７に示すように、一端を電池ユニット２の出力となる電極端子１２に接続して、他端をバスバー６の接続端子６ａに接続している。バスバー６の接続端子６ａは、止ネジ２５とこの止ネジ２５がねじ込まれるナット２４とを介して中継連結具２３に接続している。図１７のエンドプレート４は、ナット２４を非回転状態に固定している。ナット２４は、プラスチック製のエンドプレート４を成形する工程でインサート成形して固定される。ただ、エンドプレートに、ナットを回転しないように嵌着できる凹部を設けて、ここに嵌着して回転しないように固定することもできる。図２のエンドプレート４は、バスバー６が連結される側の端部に、いいかえると電池ユニット２の出力側となる電極端子１２と対向する端部に、ナット２４をインサート成形して固定している。ただ、エンドプレートは、電池セルの両端の電極端子と対向する位置にナットを設けることもできる。このエンドプレートは、電池ユニットの出力側となる電極端子の位置に関係なく、中継連結具とバスバーとをいずれかのナットに連結できる。
【００４２】
以上のエンドプレート４は、図２７に示すように、電池ユニット２の出力側となる電極端子１２に一端が接続される中継連結具２３の他端とバスバー６の接続端子６ａとを貫通する止ネジ２５がナット２４にねじ込まれて、中継連結具２３とバスバー６とが電気接続されながら定位置に固定される。したがって、中継連結具２３は、一端を出力側の電極端子１２に、他端をエンドプレート４に固定されたナット２４に接続できる形状としている。さらに、中継連結具２３は、電極端子１２の位置と、ナット２４の位置とにそれぞれ貫通孔を設けている。
【００４３】
以上の電源装置は、エンドプレート４にナット２４を回転しないように固定し、このナット２４に止ネジ２５をねじ込んでバスバー６と中継連結具２３とを連結する構造としている。ただ、電源装置は、図１８に示すように、エンドプレート４に、ナットに代わって止ネジ２５を固定することもできる。このエンドプレート４は、止ネジ２５をインサート成形して固定している。止ネジ２５は、ネジ部２５Ａを上方に突出させる姿勢で、エンドプレート４に固定している。この構造は、止ネジ２５にナット２４をねじ込んで、中継連結具２３にバスバー６の接続端子６ａを接続して、エンドプレート４に固定できる。ナット２４がねじ込まれる止ネジ２５は、中継連結具２３の貫通孔とバスバー６の接続端子６ａの貫通孔６ｂにネジ部２５Ａを挿通して、中継連結具２３の上に接続端子６ａを積層する。すなわち、止ネジ２５を固定しているエンドプレート４の上に、止ネジ２５が貫通するように中継連結具２３と接続端子６ａとを積層し、この状態でナット２４をねじ込んで接続端子６ａを中継連結具２３に接続して、エンドプレート４に固定する。ナット２４を締め付けるとき、接続端子６ａは回転しないように保持される。この構造によっても、バスバー６の接続端子６ａは、中継連結具２３を介して電池ユニット２の出力である電極端子１２に接続される。
【００４４】
以上の電源装置は、複数の電池ユニット２を外装ケース９に収納している。外装ケース９は、下ケース９Ａと上ケース（図示せず）とで構成している。電源装置は、下ケース９Ａの底板９ａに、複数の電池ユニット２を縦横に並べて固定している。図に示す電源装置は、底板９ａの上に、２個の電池ユニット２を直列に並べて、これを２列に配置して、４組の電池ユニット２を収納している。２列に配置される電池ユニット２は、その間と両側とに空気ダクトができるように、互いに離して配設している。
【００４５】
以上の電源装置は、隣接する電池セル１の間に形成される送風隙間１９に空気などの冷却用の気体を強制送風して電池セル１を強制冷却する。この電源装置は、図示しないが、送風隙間９に連結する送風ダクトを対向位置に設けて、この送風ダクトを介して送風隙間９に冷却気体を強制送風して電池セル１を冷却する。ただし、電源装置は、電池ユニットの底面に冷却プレートを配置すると共に、この冷却プレートを冷却する冷却機構とを備えて、冷媒などで強制冷却される冷却プレートを介して電池ユニットの電池セルを底面から冷却することもできる。この電源装置は、必ずしもスペーサに送風隙間を設ける必要はない。
【００４６】
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など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。
【００４７】
（ハイブリッド車用電源装置）
図１９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電源装置を搭載する例を示す。この図に示す電源装置９０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９０と、電源装置９０の電池を充電する発電機９４とを備えている。電源装置９０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９０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、たと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９０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９０の電池を充電する。
【００４８】
（電気自動車用電源装置）
また、図２０は、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９０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９０と、この電源装置９０の電池を充電する発電機９４とを備えている。電源装置９０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９０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９０の電池を充電する。
【００４９】
（蓄電用電源装置）
さらに、本発明は、電源装置の用途を、車両を走行させるモータの電源には特定しない。本発明の電源装置は、太陽光発電や風力発電等で発電された電力で電池を充電して蓄電する蓄電装置用の電源として使用することができ、あるいは、夜間の深夜電力を利用して電池を充電して蓄電する蓄電装置用の電源として使用することもできる。深夜電力で充電される電源装置は、発電所の余剰電力である深夜電力で充電して、電力負荷の大きくなる昼間に電力を出力して、昼間のピーク電力を小さく制限することができる。さらに、電源装置は、太陽電池の出力と深夜電力の両方で充電する電源としても使用できる。この電源装置は、太陽電池で発電される電力と深夜電力の両方を有効に利用して、天候や消費電力を考慮しながら効率よく蓄電できる。
【００５０】
図２１に示す蓄電装置は、商用電源の深夜電力や太陽電池等の充電用電源８５で電源装置８０の電池を充電し、電源装置８０の電池を放電して負荷８１のＤＣ／ＡＣインバータ８２に電力を供給する。このため、図の蓄電装置は、充電モードと放電モードを備える。充電用電源８５は、充電スイッチ８６を介して電源装置８０に接続されており、ＤＣ／ＡＣインバータ８２は、放電スイッチ８４を介して電源装置８０に接続されている。放電スイッチ８４及び充電スイッチ８６のＯＮ／ＯＦＦは、電源装置８０の制御回路８７によって切り替えられる。充電モードにおいて、制御回路８７は充電スイッチ８６をＯＮに、放電スイッチ８４をＯＦＦに切り替えて、充電用電源８５から供給される電力で電源装置８０の電池を充電する。電源装置８０は、充電が完了して満充電になり、あるいは所定値以上の容量が充電されると、制御回路８７が充電スイッチ８６をＯＦＦに切り換えて充電を停止する。また、放電モードにおいて、制御回路８７は、放電スイッチ８４をＯＮに、充電スイッチ８６をＯＦＦに切り替えて、電源装置８０から負荷８１へ電力を供給する。電源装置８０から電力が供給される負荷８１は、ＤＣ／ＡＣインバータ８２を介して電源装置８０からの電力を電気機器８３に供給する。電源装置８０は、電池の残容量が所定の容量まで低下すると、制御回路８７が放電スイッチ８４をＯＦＦに切り換えて放電を停止する。さらに、蓄電装置は、必要に応じて、充電スイッチ８６と放電スイッチ８４の両方をＯＮにして、負荷８１への電力供給と、電源装置８０への充電を同時に行うこともできる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明に係る電源装置は、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、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】
【００５２】
１…電池セル
２…電池ユニット
３…固定部品
４…エンドプレート              ４Ａ…本体部
４ａ…送風溝
４Ｂ…補強金属
５…連結部材                    ５Ａ…折曲部
６…バスバー                    ６Ａ…バスバー
６Ｂ…バスバー
６Ｃ…バスバー
６Ｄ…バスバー
６Ｅ…バスバー
６Ｆ…バスバー
６ａ…接続端子
６ｂ…貫通孔
６ｘ…縦面領域
６ｙ…横面領域
６ｚ…ジグザグ領域
７…金属板                      ７Ａ…金属板
７Ｂ…金属板
９…外装ケース                  ９Ａ…下ケース
９ａ…底板
１１…ケース                    １１Ａ…外装缶
１１Ｂ…封口板
１２…電極端子
１４…絶縁材
１５…安全弁
１６…開口部
１８…スペーサ                  １８ａ…送風溝
１９…送風ダクト
２１…連結具
２２…ナット
２３…中継連結具
２４…ナット
２５…止ネジ                    ２５Ａ…ネジ部
２９…止ネジ
８０…電源装置
８１…負荷
８２…ＤＣ／ＡＣインバータ
８３…電気機器
８４…放電スイッチ
８５…充電用電源
８６…充電スイッチ
８７…制御回路
９０…電源装置
９３…モータ
９４…発電機
９５…ＤＣ／ＡＣインバータ
９６…エンジン
１０１…電池セル
１０２…電池ユニット
１０４…エンドプレート
１０５…連結部材
１０６…バスバー
１０９…外装ケース
ＥＶ…車両
ＨＶ…車両
【図１】
2013020855.tif 000003
【図２】
2013020855.tif 000004
【図３】
2013020855.tif 000005
【図４】
2013020855.tif 000006
【図５】
2013020855.tif 000007
【図６】
2013020855.tif 000008
【図７】
2013020855.tif 000009
【図８】
2013020855.tif 000010
【図９】
2013020855.tif 000011
【図１０】
2013020855.tif 000012
【図１１】
2013020855.tif 000013
【図１２】
2013020855.tif 000014
【図１３】
2013020855.tif 000015
【図１４】
2013020855.tif 000016
【図１５】
2013020855.tif 000017
【図１６】
2013020855.tif 000018
【図１７】
2013020855.tif 000019
【図１８】
2013020855.tif 000020
【図１９】
2013020855.tif 000021
【図２０】
2013020855.tif 000022
【図２１】
2013020855.tif 000023