(57)【要約】  電池セルの膨張を吸収しながら、電池セル間の熱伝導を遮断して熱暴走の誘発を防止するために、電源装置は、複数の電池セル（１）を積層してなる電池積層体と、各電池セル（１）同士の間に配置されたセパレータ（２）と、電池積層体を積層方向に締結するための固定部材とを備えている。セパレータ（２）は、外周枠（３）と、外周枠（３）の開口部（３Ｘ）に設けられてなる断熱基材（４）とからなる。外周枠（３）は、電池セル（１）の積層面（１Ａ）の外周部に配置されて、内側に開口部（３Ｘ）を設けており、断熱基材（４）は、電池セル（１）の膨張する積層面（１Ａ）に加圧されて変形する可撓性を有している。外周枠（３）は断熱基材（４）よりも高い剛性を有し、外周枠（３）が積層してなる隣接する電池セル（１）の間隔を特定し、可撓性のある断熱基材（４）が電池セル（１）の積層面（１Ａ）の膨張を吸収する構造としている。
2019155713.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池セルを積層してなる電池積層体と、
各電池セル同士の間に配置されたセパレータと、
前記電池積層体を積層方向に締結するための固定部材と、を備える電源装置であって、
前記セパレータが、外周枠と、前記外周枠の開口部に設けられてなる断熱基材とからなり、
前記外周枠は、前記電池セルの積層面の外周部に配置されて、内側に開口部を設けており、
前記断熱基材は、前記電池セルの膨張する積層面に加圧されて変形する可撓性を有し、
前記外周枠は前記断熱基材よりも高い剛性を有し、
前記外周枠が積層してなる隣接する前記電池セルの間隔を特定し、
可撓性のある前記断熱基材が前記電池セル積層面の膨張を吸収する構造であ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、
前記外周枠がプラスチック製であることを特徴とする電源装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載される電源装置であって、
前記断熱基材が、無数の空隙を有する絶縁基材と、前記絶縁基材の空隙に充填されてなる絶縁ゲルとからなることを特徴とする電源装置。
【請求項４】
請求項３に記載される電源装置であって、
前記絶縁基材が、難燃繊維が立体的に方向性なく集合されて、難燃繊維の間に無数の隙間を設けてなる繊維集合基材であることを特徴とする電源装置。
【請求項５】
請求項３に記載される電源装置であって、
前記絶縁基材が、連続気泡を有する発泡体であることを特徴とする電源装置。
【請求項６】
請求項３ないし５のいずれかに記載される電源装置であって、
前記絶縁ゲルがエアロゲルであることを特徴とする電源装置。
【請求項７】
請求項６に記載される電源装置であって、
前記エアロゲルがシリカエアロゲルであることを特徴とする電源装置。
【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であって、
前記外周枠が、前記電池セルの積層面の４辺に沿う枠形状としてなることを特徴とする電源装置。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれかに記載の電源装置を備える電動車両であって、
前記電源装置と、該電源装置から電力供給される走行用のモータと、該電源装置及び前記モータを搭載してなる車両本体と、該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源装置を備える電動車両。
【請求項１０】
請求項１ないし８のいずれかに記載の電源装置を備える蓄電装置であって、
前記電源装置と、該電源装置への充放電を制御する電源コントローラとを備えており、
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池セルへの充電を可能とすると共に、該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、複数の電池セルを積層した電源装置に関し、特にハイブリッド自動車、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装置と、この電源装置を備える電動車両及び蓄電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の電池セルを積層してなる電源装置が種々の用途に採用されている。この種の電源装置は、高容量であることが好ましく、近年、電池セルの高容量化が検討されている。特に、体積あたりのエネルギー密度を向上させることが目的とされている。電池セルの容量が大きくなると、１個あたりの電池セルが持つエネルギー量が増加するため、熱暴走の連鎖を防止する技術の重要性が高まっている。【０００３】
また、一般的に、充放電や劣化、短絡などの異常時などに、電池セルの外装缶が膨張することが知られているが、体積あたりのエネルギー密度が高くなると、膨張量が大きくなる傾向がある。このため、複数の電池セルからなる組電池を構成する際に、電池セルの膨張を防止するための拘束構造に求められる強度が高くなる問題がある。したがって、組電池の拘束構造にかかる負荷を低減する技術が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１０９８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、従来のこのような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、電池セルの膨張を吸収しながら、電池セル間の熱伝導を遮断して熱暴走の誘発を防止できる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様の電源装置は、複数の電池セルを積層してなる電池積層体と、各電池セル同士の間に配置されたセパレータと、前記電池積層体を積層方向に締結するための固定部材とを備えている。前記セパレータは、外周枠と、前記外周枠の開口部に設けられてなる断熱基材とからなる。前記外周枠は、前記電池セルの積層面の外周部に配置されて、内側に開口部を設けており、前記断熱基材は、前記電池セルの膨張する積層面に加圧されて変形する可撓性を有している。前記外周枠は前記断熱基材よりも高い剛性を有し、前記外周枠が積層してなる隣接する前記電池セルの間隔を特定し、可撓性のある前記断熱基材が前記電池セルの積層面の膨張を吸収する構造としている。【０００７】
さらに、以上の態様の構成要素を備えた電源装置を備える電動車両は、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、該電源装置及び前記モータを搭載してなる車両本体と、該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ている。【０００８】
さらに、以上の態様の構成要素を備えた電源装置を備える蓄電装置は、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、前記電源コントローラが外部からの電力による前記角形電池セルへの充電を可能とすると共に、該電池セルに対し充電を行うよう制御している。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の電源装置は、電池セルの膨張を吸収しながら、電池セル間の熱伝導を遮断して熱暴走の誘発を有効に防止できる特徴がある。それは、以上の電源装置が、電池セルの間に積層しているセパレータを、外周枠と断熱基材とで構成し、外周枠を電池セルの積層面の外周部に配置して内側に開口部を設ける形状とし、断熱基材を、電池セルの膨張する積層面に加圧されて変形する可撓性のある基材として、外周枠を断熱基材よりも高い剛性として、外周枠でもって積層している隣接電池セルの間隔を特定し、可撓性のある断熱基材で電池セル積層面の膨張を吸収する構造としているからである。【００１０】
とくに、本発明の電源装置は、外周枠の開口部に配置している断熱基材を、電池セルの膨張で変形する基材とするので、断熱基材を電池セルの表面に密着させる状態で電池セルの膨張を吸収できる。この構造は、電池セルとセパレータとの間に空気層を設けることなく断熱でき、また、断熱基材を厚くして電池セルの膨張を吸収できるので、セパレータによる断熱特性を向上させながら、電池セルの膨張による種々の弊害、たとえば、電池ブロックが膨れて寸法精度が低下したり、両端のエンドプレートを強く押圧して変形させ、あるいは両端のエンドプレートを連結しているバインドバーに強い引っ張り力が作用して変形し、損傷させる等の弊害も防止できる特徴がある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施の形態にかかる電源装置の斜視図である。
【図２】図１の電源装置の分解斜視図である。
【図３】電池セルとセパレータの分解斜視図である。
【図４】電池セルとセパレータの積層構造を示す分解断面図である。
【図５】断熱基材の一例を示す分解斜視図である。
【図６】セパレータの他の一例を示す分解断面図であって、電池セルとセパレータの積層構造を示す図である。
【図７】セパレータの他の一例を示す分解断面図であって、電池セルとセパレータの積層構造を示す図である。
【図８】エンジンとモータで走行するハイブリッドカーに電源装置を搭載する例を示すブロック図である。
【図９】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１０】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。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
まず、本発明の一つの着目点について説明する。特許文献１に開示される電源装置によると、隣接する電池セルの間に積層されるセパレータの中央部に穴部を設けているので、この穴部により電池セルの膨張を吸収することができる。ただ、このセパレータでは、中央部に比較的大きな空間が形成されるため、空気の対流を抑制することができず、隣接する電池セル同士の伝熱を抑制することが難しい問題がある。したがって、隣接する電池セル間に隙間を設けることなく、電池セルの膨張を吸収でき、しかも電池セル間の熱伝導を遮断して熱暴走の誘発を防止できる構造を検討することが重要である。
【００１３】
本発明のある態様の電源装置は、以下の構成により特定されてもよい。電源装置は、複数の電池セル１を積層してなる電池積層体９と、各電池セル１同士の間に配置されたセパレータ２と、電池積層体９を積層方向に締結するための固定部材６とを備えている。セパレータ２は、外周枠３と、この外周枠３の開口部３Ｘに設けられてなる断熱基材４とからなる。外周枠３は、電池セル１の積層面１Ａの外周部に配置されて、内側に開口部３Ｘを設けている。断熱基材４は、電池セル１の膨張する積層面１Ａに加圧されて変形する可撓性を有している。外周枠３は断熱基材４よりも高い剛性を有し、外周枠３が積層してなる隣接する電池セル１の間隔を特定し、可撓性のある断熱基材４が電池セル１の積層面１Ａの膨張を吸収する構造としている。
【００１４】
外周枠３は、プラスチック製とすることが好ましい。断熱基材４は、無数の空隙を有する絶縁基材と、この絶縁基材の空隙に充填されてなる絶縁ゲルとで構成してもよい。絶縁基材は、難燃繊維を立体的に方向性なく集合して、難燃繊維の間に無数の隙間を設けてなる繊維集合基材としてもよい。絶縁基材は、連続気泡を有する発泡体としてもよい。絶縁ゲルは、エアロゲルとしてもよい。エアロゲルは、シリカエアロゲルとすることが好ましい。外周枠３は、電池セル１の積層面１Ａの４辺に沿う枠形状としてもよい。
【００１５】
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。
【００１６】
本発明の実施の形態に係る電源装置を図１〜図４に示す。これらの図において、図１は電源装置の斜視図、図２は図１の電源装置の分解斜視図、図３は電池セルとセパレータの分解斜視図、図４は電池セルとセパレータの積層構造を示す分解断面図をそれぞれ示している。この電源装置１００は、主としてハイブリッド自動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、ハイブリッド自動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、例えば蓄電装置用の電源としても使用できる。
【００１７】
図１〜図４に示す電源装置１００は、複数の電池セル１を積層してなる電池積層体９と、各電池セル１同士の間に配置された絶縁性を有するセパレータ２と、電池積層体９を積層方向に締結するための固定部材６とを備えている。図に示す電源装置１００は、電池積層体９を固定部材６で締結して電池ブロック１０としている。
【００１８】
（電池セル１）
電池セル１は、図３に示すように、その外形を構成する外装缶１ｘを、厚さに比べて幅が広い、言い換えると幅よりも薄い角形としている。さらに、電池セル１は、角形で有底の外装缶１ｘの開口部を封口板１ａで閉塞している。ここで、外装缶１ｘの外形を角形とする電池セル１は、有底の外装缶１ｘの底側の面となる底面１Ｄと、互いに積層される電池セル１同士の対向面となる、幅方向に広がる積層面１Ａと、電池積層体９の両側面を構成する面となる、電池セル１の厚さ方向に広がる側面１Ｂと、外装缶１ｘの開口部を閉塞する封口板１ａで構成される面となる天面１Ｃとを備えている。角形の電池セル１は、複数個が厚さ方向に積層されて電池積層体９を構成している。
なお、本明細書において、電池セル１の上下方向は、図面で示す方向、すなわち、外装缶１ｘの底側を下方向、封口板１ａ側を上方向とする。
【００１９】
電池セル１は、リチウムイオン電池である。ただし、電池セル１は、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等の充電可能な二次電池とすることもできる。電池セル１にリチウムイオン二次電池を使用する電源装置は、電池セル全体の体積や質量に対する充電容量を大きくできる特長がある。
【００２０】
さらに、電池セル１は、外装缶１ｘを閉塞する封口板１ａの両端部に正負の電極端子１ｂを設けると共に、一対の電極端子１ｂの間に安全弁１ｃを設けている。安全弁１ｃは、外装缶１ｘの内圧が所定値以上に上昇した際に開弁して、内部のガスを放出できるように構成される。この電池セル１は、安全弁１ｃの開弁により、外装缶１ｘの内圧上昇を停止することができる。
【００２１】
ここで、電池セル１は、外装缶を金属製としている。このため、隣接する電池セル１の外装缶同士が接触してショートするのを防止するために、各電池セル１の間に絶縁性のセパレータ２を介在させている。このように、セパレータ２で絶縁して積層される電池セル１は、外装缶をアルミニウムなどの金属製にできる。また、結露等による短絡を防止するために、外装缶を絶縁フィルムで覆ったり、外装缶を絶縁コーティングしたりする構成としても良い。この場合、電池セルの絶縁性をより高めて高い信頼性を実現できる。
【００２２】
（セパレータ２）
セパレータ２は、電池セル１の間に積層されて、隣接する電池セル１間を断熱し、また積層される電池セル１間の隙間を一定に保持する。セパレータ２は隣接する電池セル１間に積層されて、隣接する電池セル１を絶縁する。このセパレータ２は絶縁材で製作される。ただ、並列接続している電池セル１間に積層されるセパレータ２は、必ずしも隣接電池セル１を絶縁する必要がなく、導電性のあるセパレータとすることもできるが、並列接続する電池セル１間に絶縁性のセパレータ２を積層することもできる。電源装置は、全ての電池セル１を直列に接続して出力電圧を高く、また、隣接する複数の電池セル１を並列に接続し、並列接続した電池セル１を直列に接続して出力電流と出力電圧を高くしている。
【００２３】
セパレータ２は、外周枠３と断熱基材４からなり、外周枠３の開口部３Ｘに断熱基材４を配置している。このセパレータ２は、外周枠３で隣接する電池セル１の間隔を特定し、断熱基材４で電池セル１間を断熱して、電池セル１の膨張を吸収する。外周枠３は、開口部３Ｘを断熱基材４の外形に等しくして、開口部３Ｘを断熱基材４で閉塞することができる。ただ、外周枠３は、開口部３Ｘを断熱基材４の外形よりもわずかに大きくして、断熱基材４の外側に僅かに隙間を設けることもでき、また、開口部３Ｘを断熱基材４よりも小さくして、断熱基材４を表面に重ねて配置することもできる。
【００２４】
（外周枠３）
外周枠３は、電池セル１の積層面１Ａの外周部に配置されて、内側には開口部３Ｘを設けている。外周枠３は、耐熱性と絶縁性のある硬質プラスチックやセラミックで製作される。外周枠３は、ポリカーボネートやＰＢＴ樹脂などのエンプラ（エンジニアリング・プラスチック）で安価に多量生産できる。ただ、外周枠３は、耐熱特性に優れる樹脂、たとえば、ＰＰＳ、ポリプロピレン、ナイロン、ＰＥＴ、ポリ塩化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン等の熱可塑性樹脂、あるいはポリイミド、フッ素樹脂、ＰＤＡＰ、シリコン樹脂、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂で製作される。図３の外周枠３は、四角形である電池セル１の積層面１Ａの４辺に沿う枠形状に成形している。外周枠３は、積層される電池セル１の間に挟まれて、電池セル１の間隔を特定する剛性のある絶縁材で成型される。セパレータ２は、外周枠３の内側に配置している断熱基材４を変形させて、電池セル１の積層面１Ａの膨張を吸収し、外周枠３で電池セル１の間隔を特定するので、外周枠３は断熱基材４よりも高い剛性のある絶縁材で製作される。断熱基材４よりも高い剛性の外周枠３は、電池セル１の間に挟まれて、複数の電池セル１を積層している電池ブロック１０の積層方向の寸法を一定にする。
【００２５】
電池ブロック１０は、電池セル１とセパレータ２を積層して電池積層体９とし、電池積層体９の両端面にエンドプレート７を配置し、両端面のエンドプレート７をバインドバー８で連結して、電池セル１を加圧する状態に積層して固定される。バインドバー８は、電池積層体９を加圧する状態でエンドプレート７に固定されて、電池セル１を加圧状態に固定する。外周枠３の厚さ（ｔ）、すなわち積層方向の寸法は、断熱基材４が押し潰される方向に変形して、電池セル１の積層面１Ａの膨張を吸収できるように、例えば１ｍｍ以上、好ましくは２ｍｍ以上、さらに好ましくは２．５ｍｍ以上とする。外周枠３が厚いと電池ブロック１０の積層方向の寸法が大きくなるので、外周枠３の厚さ（ｔ）は、電池ブロック１０の寸法を考慮して、たとえば５ｍｍ以下、好ましくは４．５ｍｍ以下、最適には約３ｍｍ〜４ｍｍとする。
【００２６】
外周枠３の幅（ｈ）は、電池セル１の積層面１Ａとの接触面積を特定し、接触面積は加圧状態で積層される電池セル１の積層面１Ａの単位面積の加圧力、すなわち圧力を特定する。積層面１Ａにはたらく圧力が大きすぎると、電池セル１の積層面１Ａを局部的に強い圧力で押圧して変形させる原因となるので、外周枠３の幅（ｈ）は、電池セル１の積層面１Ａとの接触面積を考慮して、たとえば３ｍｍ以上、好ましくは４ｍｍ以上、さらに好ましくは５ｍｍ以上とする。外周枠３の幅（ｈ）が広すぎると、開口部３Ｘに配置される断熱基材４の外形が小さくなって、断熱基材４が積層面１Ａの変形を吸収する面積が小さくなるので、外周枠３の幅（ｈ）は、電池セル１の積層面の圧力による変形を防止しながら、断熱基材４が積層面１Ａの膨張を効率よく吸収できるように、好ましくは５ｍｍ〜３０ｍｍ以下、さらに好ましくは８ｍｍ〜２０ｍｍとする。
【００２７】
（断熱基材４）
断熱基材４は、断熱性に加えて、膨張する電池セル１の積層面１Ａに加圧されて変形する可撓性のある基材である。断熱基材４は、膨張する電池セル１に押圧されて変形し、電池セル１の膨張を吸収する。セパレータ２は、可撓性のある断熱基材４で電池セル１の膨張を吸収し、電池セル１に押圧されて変形しない外周枠３で電池セル１の間隔を一定に保持する。したがって、外周枠３は断熱基材４よりも高い剛性を有し、外周枠３で電池セル１間の寸法を一定に保持する。セパレータ２は、外周枠３で電池ブロック１０の寸法安定性を実現して、断熱基材４で電池セル１の膨張を吸収する。
【００２８】
断熱基材４は、熱暴走した電池セル１の熱エネルギーを遮断する断熱性と、膨張する電池セル１に押されて変形する可撓性のある全ての基材が使用できる。また、難燃性と耐熱性のある断熱基材４は、電池セル１が熱暴走して高温に加熱される状態で安定して電池セル１の熱伝導を遮断できる。断熱基材４は、無数の空隙を有する絶縁基材と、絶縁基材の空隙に充填されてなる絶縁ゲルとで構成することができる。最適な断熱基材４は、難燃繊維を立体的に方向性なく集合して、繊維の間に無数の空隙を設けた繊維集合基材とし、この繊維集合基材の空隙にシリカエアロゲルを充填したものである。シリカエアロゲルは、９０〜９８％が空気で、熱伝導率は０．０１７Ｗ／（ｍ・Ｋ）と極めて優れており、さらに融点が１２００℃と高いので、電池セル１が熱暴走して高温に加熱されても、安定して熱エネルギーの伝導を遮断して、熱暴走の誘発を阻止できる。とくに、シリカエアロゲルは、微細な中空シリカで断熱するので、対流、伝導、放射のほとんどを遮断して、極めて優れた断熱特性を実現する。また、立体的に集合している難燃繊維の空隙にシリカエアロゲルを充填している断熱基材４は、膨張する電池セル１に押圧されて変形する可撓性を示し、電池セル１を断熱しながら膨張を吸収できる優れた特性を実現する。
【００２９】
ただ、断熱基材４は、繊維集合基材の空隙に、シリカエアロゲルに代わってアルミナエアロゲル等の他の絶縁ゲルを充填したものも使用できる。さらに、断熱基材４には、繊維を立体的に集合した繊維集合基材に代わって、無数の空隙があって可撓性のある連続気泡のある発泡体を絶縁基材として、この絶縁基材の空隙にシリカエアロゲルなどの絶縁ゲルを充填したものも使用できる。
【００３０】
図５の断熱基材４は、絶縁基材の空隙に絶縁ゲルを充填してなる基材本体４Ａの両面に保護シート４Ｂを積層して接着している積層基材としている。保護シート４Ｂは、織布や不織布である。この断熱基材４は、両面に接着している保護シート４Ｂによって、絶縁ゲルの漏れを防止できる特徴がある。また、繊維集合基材の空隙にシリカエアロゲルを充填している高性能な基材本体４Ａは力学強度に乏しく、脆性の大きい物質であるため電池セル１の変位を規制するのが難しいが、両面に保護シート４Ｂを接着することでこの弊害を防止できる。剛性が低くて平面状に保持する保形性が弱い断熱基材４は、電池セル１の間に挟んで使用すると、位置ずれしたり、皺がよったりするおそれがあって、作業性が著しく低下する問題があるが、この断熱基材４は、基材本体４Ａの表面に積層、接着する保護シート４Ｂを、断熱基材４よりも剛性の高い形状維持性のある保形シートとして問題を解消できる。この保形シートは、シリカエアロゲルが絶縁基材から脱離するのを有効に防止する。また、断熱基材４が、基材本体４Ａよりも剛性の高い形状維持性の保形シートを積層して積層基材とすることで、積層基材の断熱性能を損なうことなく、剛性を高めることができるので、作業性をさらに向上させることができる。
【００３１】
保形シートには、たとえばプラスチックシートを使用する。プラスチックシートは厚さで保形性を調整できるので、保形シートには、たとえば、厚さを０．１ｍｍとする硬質プラスチックシートを使用する。断熱基材４は、基材本体４Ａの両面に保形シートを接着して保形性をより高くできる。ただ、保形シートは、基材本体４Ａの片側面にのみ接着することもできる。
【００３２】
さらに、断熱基材４は、表面を撥水処理することで、吸湿性を少なくすることで表面に結露水が付着する漏電等の弊害を防止できる。また、断熱基材４は、複数枚の基材本体４Ａを積層して厚くすることで、断熱特性をより向上できる特徴もある。複数の基材本体４Ａは接着剤や粘着剤を介して接着し、あるいは繊維集合基材の繊維を部分的に溶融して接着できる。
【００３３】
以上のように、外周枠３と断熱基材４からなるセパレータ２は、外周枠３の開口部３Ｘに断熱基材４が配置される状態で隣接する電池セル１同士の間に配置される。図４に示すセパレータ２は、断熱基材４の外形を外周枠３の開口部３Ｘの内形と略等しくし、あるいはやや小さくして、開口部３Ｘの内側に断熱基材４を配置できるようにしている。さらに、図４に示すセパレータ２は、外周枠３の開口部３Ｘに断熱基材４を固定するために、外周枠３の片側の表面に沿って開口部３Ｘの内側方向に突出する固定リブ３ａを一体成形して設けている。この外周枠３は、開口部３Ｘに配置される断熱基材４の外周縁部を固定リブ３ａの表面に接着することで、断熱基材４を定位置に固定している。固定リブ３ａは、外周枠３の厚さ（ｔ）に対して薄く成形されており、開口部３Ｘに配置される断熱基材４の両面をセパレータ２の両側に積層される電池セル１の積層面１Ａに接触できるようにしている。
【００３４】
このセパレータ２は、開口部３Ｘに断熱基材４が固定された外周枠３を介して隣接する電池セル１の間隔を特定すると共に、外周枠３の開口部３Ｘに配置される断熱基材４の両面が、対向する電池セル１の積層面１Ａに接近する状態で、言い換えると隙間なく配置される。さらに、このセパレータ２は、膨張する電池セル１の積層面１Ａの膨れを、変形する断熱基材４で吸収しながら、隣接する電池セル１同士を断熱基材４で断熱する。
【００３５】
さらに、セパレータ２は、図６に示すように、外周枠３の開口部３Ｘに配置される断熱基材４を粘着テープ１５により固定することもできる。このセパレータ２は、開口部３Ｘの内側に配置された断熱基材４の外周縁部と外周枠３の表面とに跨がって粘着テープ１５を貼着することで、断熱基材４を外周枠３の内側に固定している。断熱基材４は、少なくとも対向する周縁部を粘着テープ１５を介して外周枠に固定することができる。ただ、断熱基材４は、外周縁の４辺を粘着テープ１５を介して外周枠３に固定することもできる。
【００３６】
以上のセパレータ２は、外周枠３に断熱基材４を固定することで、断熱基材４を外周枠３の定位置に配置するが、断熱基材４は、外周枠３に固定することなく、電池セル１の積層面１Ａに固定することもできる。この構造は、図７に示すように、電池セル１の積層面１Ａの中央部の定位置に断熱基材４を接着した後、この電池セル１を外周枠３に積層することで、断熱基材４を外周枠３の開口部３Ｘに配置する。このように、電池セル１の積層面１Ａに断熱基材４を接着する構造は、電池セル１に断熱基材４を貼り付けてから組み付けることで、複数の電池セル１を集合化して電池ブロック１０とする際に、断熱基材４が電池セル１に対して位置ずれしたり、皺がよったりすることを防止できる。図に示す断熱基材４は、両面接着テープ１６を介して、電池セル１の積層面１Ａに貼着しているが、断熱基材４は接着剤を介して電池セル１の積層面１Ａに固定することもできる。
【００３７】
（電池積層体９）
電池積層体９は、複数の電池セル１とセパレータ２とを交互に積層している。この電池積層体９は、互いに隣接する電池セル１の間に、セパレータ２を介在する状態で積層して、隣接する電池セル１同士の間隔をセパレータ２で特定している。積層されて電池積層体９を構成する複数の電池セル１は、正負の電極端子１ｂを接続して互いに直列及び／又は並列に接続される。電池積層体９は、隣接する電池セル１の正負の電極端子１ｂを、バスバー（図示せず）を介して互いに直列及び／又は並列に接続する。
【００３８】
図３に示す電池ブロック１０は、１８個の電池セル１を３並６直に接続している。隣接する電池セル１同士を並列に接続し、並列接続された電池セル１を互いに直列に接続する電池ブロック１０は、出力電流を大きくしながら、出力電圧を高くして出力を大きくできる。ただ、本発明は、電池積層体を構成する電池セル１の個数とその接続状態を特定しない。電池ブロックは、並列と直列に接続する電池セル１の個数を種々に変更することができ、あるいは全ての電池セル１を直列に接続することも並列に接続することもできる。
【００３９】
さらに、図の電源装置は、電池積層体９の両端に配置される電池セル１の外側に、エンドセパレータ１４を介して、固定部材６を構成するエンドプレート７を配置している。この構造は、エンドプレート７を金属製としながら、外装缶１ｘを金属製とする電池セル１を、絶縁性を有するエンドセパレータ１４で絶縁して積層できる。この構成によると、積層される複数の電池セル１の絶縁を確実に行うことができ、より信頼性の高い電源装置を提供できる。
【００４０】
（固定部材６）
複数の電池セル１とセパレータ２とを積層してなる電池積層体９は、固定部材６を介して積層方向に締結されている。図１と図２に示す固定部材６は、電池積層体９の両端に配置されたエンドプレート７と、このエンドプレート７に固定されて、エンドプレート７を介して電池積層体９を積層方向に締結するバインドバー８とからなる。ただ、固定部材は、必ずしもエンドプレート７とバインドバー８とに特定しない。固定部材は、電池積層体を積層方向に締結できる他の全ての構造が使用できる。
【００４１】
（エンドプレート７）
エンドプレート７は、図２に示すように、電池ブロック１０の両端であって、エンドセパレータ１４の外側に配置されている。エンドプレート７は、電池セル１の外形とほぼ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９を両端面から挟着している。エンドプレート７は、全体を金属で製作している。金属製のエンドプレート７は、優れた強度と耐久性を実現できる。電池ブロック１０の両端に配置される一対のエンドプレート７は、図１と図２に示すように、電池積層体９の両側面に配置される一対のバインドバー８を介して締結される。
【００４２】
（バインドバー８）
バインドバー８は、電池積層体９の両端面に配置されたエンドプレート７に固定されて、このエンドプレート７を介して電池積層体９を積層方向に締結する。バインドバー８は、電池積層体９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。このバインドバー８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８は、図１と図２に示すように、電池積層体９の側面に沿って配置されて、両端が一対のエンドプレート７に固定されて、電池積層体９を積層方向に締結する。
【００４３】
以上の電源装置は、電動車両を走行させるモータに電力を供給する車両用の電源装置に最適である。電源装置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。
【００４４】
（ハイブリッド車用電源装置）
図８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１００と、電源装置１００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。
【００４５】
（電気自動車用電源装置）
また、図９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１００と、この電源装置１００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。
【００４６】
（蓄電用電源装置）
さらに、本発明は電源装置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蓄電装置用の電源装置として使用でき、また深夜電力を蓄電する蓄電装置用の電源装置のように、大電力を蓄電する全ての用途に使用できる。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１０に示す。なお、図１０に示す蓄電装置としての使用例では、所望の電力を得るために、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、高出力の蓄電装置８０を構築した例として説明する。
【００４７】
図１０に示す蓄電装置８０は、複数の電源装置１００をユニット状に接続して電源ユニット８２を構成している。各電源装置１００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。各電源装置１００は、電源コントローラ８４により制御される。この蓄電装置８０は、電源ユニット８２を充電用電源ＣＰで充電した後、負荷ＬＤを駆動する。このため蓄電装置８０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を介して蓄電装置８０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、蓄電装置８０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から蓄電装置８０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、蓄電装置８０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、蓄電装置８０への充電を同時に行うこともできる。
【００４８】
蓄電装置８０で駆動される負荷ＬＤは、放電スイッチＤＳを介して蓄電装置８０と接続されている。蓄電装置８０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、蓄電装置８０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、蓄電装置８０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９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。
【００４９】
各電源装置１００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、他の電源装置１００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は他の電源装置１００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、電源装置１００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、電源装置１００同士を直列、並列に接続するための端子である。また電源ユニット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】
【００５０】
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、携帯電話等の無線基地局用のバックアップ電源、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】
【００５１】
１００…電源装置、１…電池セル、１Ａ…積層面、１Ｂ…側面、１Ｃ…天面、１Ｄ…底面、１ａ…封口板、１ｂ…電極端子、１ｃ…安全弁、１ｘ…外装缶、２…セパレータ、３…外周枠、３Ｘ…開口部、３ａ…固定リブ、４…断熱基材、４Ａ…基材本体、４Ｂ…保護シート、６…固定部材、７…エンドプレート、８…バインドバー、９…電池積層体、１０…電池ブロック、１４…エンドセパレータ、１５…粘着テープ、１６…両面接着テープ、８０…蓄電装置、８２…電源ユニット、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、ＨＶ…車両、ＥＶ…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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【国際調査報告】
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