JP2012181970A - 電源装置及び電源装置を備える車両 - Google Patents

Abstract

【課題】電池セルが膨張しても、締結の緩みの発生を抑制する。
【解決手段】複数の角形電池セル１を積層してなる電池積層体５と、電池積層体５の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５の端面でエンドプレート３同士を締結するための金属製の複数のバインドバー４とを備え、各バインドバー４は、それぞれ両端部を第一方向に折曲してなる折曲片４ａを備えており、折曲片４ａは、さらに第一方向と逆の第二方向に突出させた係止片４ｆを設けており、エンドプレート３は、係止片４ｆを設けた折曲片４ａを挿入可能なスリット７を開口しており、スリット７は、その内面の内、電池積層体５から遠い側の内面に、係止片４ｆを係止可能な係止孔を開口しており、折曲片４ａをスリット７に挿入しつつ、係止片４ｆを係止孔に係止して、電池積層体５をバインドバー４で締結している。
【選択図】図４

Description

本発明は、主として、ハイブリッド車や電気自動車等の自動車を駆動するモータの電源用、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及びこのような電源装置を備える車両に関する。

車両用の組電池等、出力を高くした電源装置が求められている。このような電源装置では、多数の電池セルを直列に接続して出力電圧を高く、出力電力を大きくしている。また、体積に対する充電容量を大きくすることから、多数の角形電池セルを積層状態に配置する組電池が開発されている（特許文献１及び２参照）。

特許文献１に記載される組電池は、図２２に示すように角形電池セル２０１を、絶縁性のセパレータ２０２を介在させて積層状態で締結するために、バインドバー２０４で固定している。バインドバー２０４は、ストリップ状の金属板で形成され、両端を折曲して折曲片２０４ａを設け、断面視コ字状に形成される。積層された角形電池セル２０１の両端面に配置されたエンドプレート２０３で電池積層体２０５を狭持した状態で、バインドバー２０４の折曲片２０４ａをエンドプレート２０３の外側面に螺合し、エンドプレート２０３同士で狭持する状態に固定される。

特開２００８−２８２５８２号公報 特開２００７−２９４４０７号公報

このようにバインドバーのエンドプレートへの固定は、従来は図２２に示すように、折曲片２０４ａに開口されたねじ穴２０４ｂにねじ２０６を螺合することで行われていた。しかしながら、この方法では螺合の手間がかかり、特にバインドバーの数が多くなるほど螺合すべき数も増え、組立時の工数がかかるという問題があった。特に車載用途の組電池においては、振動や衝撃に晒される頻度が多いため、バインドバーによる固定には強固で高い信頼性が求められる。また、高出力化のため角形電池セルの積層数が増える傾向にあり、積層数が多くなるほどバインドバーによる固定が困難となって、その分、高い強度と信頼性が求められるところである。このため螺合時にはトルク管理が行われており、この点においても煩雑になるという問題があった。

また、ねじを用いずに金属板の折曲でエンドプレートに固定することも提案されている（特許文献２参照）。この方法では、ねじ止めの手間を省くことができる。しかしながら、電池セルは大電流で充放電すると、外装缶が膨張するため、多数の電池セルを積層した組電池では、変形が蓄積されて大きくなり、折曲された金属板が変形される可能性がある。例えば、図２３（ａ）に示す電池積層体２０５の端面で折曲された金属製のバインドバー２０４の折曲片２０４ａが、図２３（ｂ）に示すように電池積層体２０５で押し上げられて変形すると、エンドプレート２０３の狭持が弱まり締結が緩む方向に作用するため、角形電池セル２０１の締結力が不十分となる可能性がある。例えば車載用の電源装置においては、振動や衝撃に晒されるため、締結で固定された組電池は、締結が弱まると角形電池セルが上下方向に位置ずれし易くなる問題があった。

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。本発明の主な目的は、電池セルが膨張しても、締結の緩みの発生を抑制可能とした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

上記の目的を達成するために、本発明の第１の側面に係る電源装置によれば、複数の角形電池セルを積層してなる電池積層体と、電池積層体の積層方向の端面に配置された一対のエンドプレートと、電池積層体の端面でエンドプレート同士を締結するための金属製の複数のバインドバーとを備える電源装置であって、各バインドバーは、それぞれ両端部を第一方向に折曲してなる折曲片を備えており、折曲片は、さらに第一方向と逆の第二方向に突出させた係止片を設けており、エンドプレートは、係止片を設けた折曲片を挿入可能なスリットを開口しており、スリットは、その内面の内、電池積層体から遠い側の内面に、係止片を係止可能な係止孔を開口しており、折曲片をスリットに挿入しつつ、係止片を係止孔に係止して、電池積層体をバインドバーで締結できる。これにより、電池積層体の角形電池セルが膨張して折曲片が拡張する方向、すなわち折曲片の折曲方向と逆方向に押し拡げられたとしても、折曲方向とは逆向きに突出された係止片がより突出する方向に変形されるので、係止孔に押し込まれる方向に変形することとなり締結力が向上する方向に作用し、締結の緩みを回避でき安定的に使用できる利点が得られる。

また第２の側面に係る電源装置によれば、折曲片を、エンドプレートの端面で断面視コ字状に略直角に折曲して構成できる。これにより、コ字状の開口にて電池積層体を狭持できる。

さらに第３の側面に係る電源装置によれば、スリットを電池積層体の側面側に開口できる。これにより、電池積層体の側面で両側からバインドバーで締結できる。

さらにまた第４の側面に係る電源装置によれば、係止孔を貫通孔として形成できる。これにより、係止孔の形成を容易にすると共に、外部から係止状態を目視できるので信頼性の向上にも資する。

さらにまた第５の側面に係る電源装置によれば、係止片を円柱状に形成できる。これにより、円柱状係止片を係止孔に圧入して確実に結合できる。

さらにまた第６の側面に係る電源装置によれば、折曲片の一部を折曲して係止片を形成できる。これにより、係止片の形成を容易に行える利点が得られる。

さらにまた第７の側面に係る電源装置によれば、エンドプレートが、電池積層体の端面を被覆する本体プレートと、本体プレートの、電池積層体を被覆する面と反対側の外面を被覆するカバープレートとを備え、本体プレートとカバープレートとの間にスリットを形成できる。これにより、エンドプレートにスリットを容易に形成できる。

さらにまた第８の側面に係る電源装置によれば、本体プレートが、カバープレートを案内するレール状の本体ガイドを形成しており、カバープレートが、本体ガイドに摺動されるカバーガイドを形成しており、本体ガイドにカバーガイドを挿入することで、本体プレートをカバープレートに連結できる。これにより、本体プレートとカバープレートの連結を容易に且つ強固に行うことができる。

さらにまた第９の側面に係る電源装置によれば、バインドバーが変形可能な変形部を備えることができる。これにより、電池セルの膨張によって電池積層体の厚さが変形しても、変形部によってこのような変形を吸収でき、バインドバーによる電池積層体の締結力を維持できる。

さらにまた、第１０の側面に係る車両によれば、上記いずれかの電源装置を備えることができる。

本発明の実施例１に係る電源装置を備える電源装置の斜視図である。 図１に示す電源装置の上ケースを外した状態を示す斜視図である。 図３の組電池を示す斜視図である。 図３に示す組電池からバインドバーを取り外した分解斜視図である。 エンドプレートにバインドバーを固定する構造を示す分解斜視図である。 図５でエンドプレートにバインドバーを挿入した状態（バインドバー変形前）を示す拡大斜視図である。 図６でバインドバーが変形した状態を示す拡大斜視図である。 図６の水平断面図である。 図７の水平断面図である。 バインド治具でエンドプレートを狭持する状態を示す模式平面図である。 図１０の状態でバインドバーを装着する状態を示す模式平面図である。 図１１の状態でバインドバーを装着した状態を示す模式平面図である。 図１２の状態でバインド治具を外し、バインドバーを変形させた状態を示す模式平面図である。 変形例に係るバインドバーを示す分解斜視図である。 変形例に係るエンドプレートを示す分解斜視図である。 図１５のカバープレートを本体プレートにスライドさせる状態を示す斜視図である。 図１６でカバープレートを本体プレートに装着した状態でねじ止めする様子を示す斜視図である。 図１７でねじ止めした様子を示す斜視図である。 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。 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。 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。 従来の組電池を示す分解斜視図である。 図２３（ａ）はバインドバーの折曲片で電池積層体の端面を締結する状態、図２３（ｂ）は図２３（ａ）の電池積層体が膨張して折曲片が変形する状態を示す模式平面図である。 さらに他の変形例に係るバインドバーを示す分解斜視図である。 さらにまた他の変形例に係るバインドバーを示す模式平面図である。 図２５の状態でバインド治具を外した状態を示す模式平面図である。

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車両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車両を以下のものに特定しない。また、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。

図１〜図４に基づいて、実施例１に係る電源装置１００として、車載用の電源装置１００に適用した例を説明する。これらの図に示す電源装置１００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最適である。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、また、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。
（電源装置１００）

電源装置１００の外観は、図１の斜視図に示すように、上面を長方形状とする箱形である。この電源装置１００は、図１及び図２に示すように、箱形の外装ケース７０を二分割して、内部に複数の組電池１０を収納している。外装ケース７０は、下ケース７１と、上ケース７２と、これらの下ケース７１、上ケース７２の両端に連結している端面プレート７３とを備えている。上ケース７２と下ケース７１は、外側に突出する鍔部７４を有し、この鍔部７４をボルトとナットで固定している。外装ケース７０は、鍔部７４を外装ケース７０の側面に配置している。また、図２に示すように組電池１０を長手方向に２つ、横方向に２列、計４個下ケース７１に収納している。各組電池１０は、下ケース７１に止ネジ等で固定して、外装ケース７０内部の定位置に固定している。端面プレート７３は、下ケース７１と上ケース７２の両端に連結されて、外装ケース７０の両端を閉塞している。
（組電池１０）

組電池１０は、図３〜図４に示すように、複数の角形電池セル１と、複数の角形電池セル１同士を積層する面に介在させて、角形電池セル１間を絶縁するセパレータと、複数の角形電池セル１とセパレータを交互に積層した電池積層体５の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５の両端面でエンドプレート３同士を締結する金属製の複数のバインドバー４とを備えている。この組電池１０は、複数の角形電池セル１を、絶縁性のセパレータを介して積層して電池積層体５とし、この電池積層体５の両端面に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をバインドバー４で連結している。以上の図に示す組電池は、互いに隣接する角形電池セル１を絶縁するセパレータを角形電池セル１同士の積層面に介在させて、複数の角形電池セル１とセパレータとを交互に積層した電池積層体５としている。

なお組電池は、必ずしも角形電池セルの間にセパレータを介在させる必要はない。例えば角形電池セルの外装缶を絶縁材で成形し、あるいは角形電池セル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、互いに隣接する角形電池セル同士を絶縁することによって、セパレータを不要とできる。さらに、角形電池セルの間にセパレータを介在させない組電池は、角形電池セルの間に冷却風を強制送風して角形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角形電池セルを冷却できる。
（角形電池セル１）

角形電池セル１は、図４に示すように、外形を、幅よりも厚さを薄くした角形とする外装缶で構成され、外装缶を閉塞する封口板に正負の電極端子を設けると共に、電極端子の間に安全弁を設けている。安全弁は、外装缶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。安全弁の開弁により、外装缶の内圧上昇を停止することができる。この角形電池セル１を構成する素電池は、リチウムイオン電池、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である。とくに、角形電池セル１にリチウムイオン電池を使用すると、パック電池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。

図４の角形電池セル１は、所定の厚さを有する四角形で、上面の両端部には正負の電極端子を突出して設けており、上面の中央部には安全弁の開口部を設けている。積層される角形電池セル１は、隣接する正負の電極端子をバスバー（図示せず）で連結して互いに直列に接続している。隣接する角形電池セル１を互いに直列に接続する組電池１０は、出力電圧を高くして出力を大きくできる。ただ、組電池は、隣接する角形電池セルを並列に接続することもできる。また角形電池セル１は、金属製の外装缶で製作している。この角形電池セル１は、隣接する角形電池セル１の外装缶のショートを防止するために絶縁材のセパレータを挟着している。なお、角形電池セルの外装缶は、プラスチックなどの絶縁材で製作することもできる。この場合、角形電池セルは外装缶を絶縁して積層する必要がないので、セパレータを金属製とすることもできる。
（セパレータ）

セパレータは、隣接する角形電池セル１を電気的、熱的に絶縁して積層するスペーサである。このセパレータはプラスチック等の絶縁材で製作しており、互いに隣接する角形電池セル１同士の間に配置されて、隣接する角形電池セル１を絶縁している。セパレータは、図４に示すように、角形電池セル１を冷却するために、角形電池セル１との間に、空気などの冷却気体を通過させる送風隙間を設けている。図のセパレータは、角形電池セル１との対向面に、両側縁まで延びる溝を設けて、角形電池セル１との間に送風隙間を設けている。図のセパレータは、複数の溝を、互いに平行に所定の間隔で設けている。また、このセパレータは、両面に溝を設けており、互いに隣接する角形電池セル１とセパレータとの間に送風隙間を設けている。この構造は、セパレータの両側に形成される送風隙間で、両側の角形電池セル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、角形電池セルとセパレータとの間に送風隙間を設けることもできる。図の送風隙間は、電池積層体５の左右に開口するように水平方向に設けている。以上のように、送風隙間に強制送風される空気は、角形電池セル１の外装缶を直接に効率よく冷却する。この構造は、角形電池セル１の熱暴走を有効に阻止しながら、角形電池セル１を効率よく冷却できる特徴がある。
（エンドプレート３）

角形電池セル１とセパレータとを交互に積層した電池積層体５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で電池積層体５を締結している。エンドプレート３は、十分な強度を発揮する材質、例えば金属製とする。
（バインドバー４）

バインドバー４は、図４〜図５に示すように、両端にエンドプレート３が積層された電池積層体５の両側面に配置されて、一対のエンドプレート３に固定されて電池積層体５を締結する。このバインドバー４は、電池積層体５の積層方向に延長され、かつ電池積層体５の表面に沿う所定の幅を有するストリップ状の金属板である。図４の組電池１０は、ストリップ状に形成された複数のバインドバー４を電池積層体５の側面において、上下に離間して配置している。すなわち、組電池１０は、電池積層体５の各側面で２本のバインドバー４により締結しており、左右の側面で計４本のバインドバー４により電池積層体５を結束している。この組電池１０は、電池積層体５の側面の上下に２本のバインドバー４を配置するので、電池積層体５の側面の中央部を開放して、角形電池セル１の間に効率よく冷却風を送風できる。ただ、バインドバーは、電池積層体の上下面に配置することもできる。この組電池は、電池積層体の側面の全体を開放して、角形電池セルの間にさらに効率よく冷却風を送風できる。また、バインドバーは電池積層体の側面に上下２本のバインドバーを設ける構成に限られず、一体化して設けることもできる。また一枚のバインドバーで、電池積層体の側面全体を覆う形状としても良い。このような例を図２４に示す。バインドバーの形状や配置する数などは特に限定せず、例えばエンドプレートの片端面にのみバインドバーの折曲片が配置するように、断面視がコ字形状の１本のバインドバーを設けることもできる。
（折曲片４ａ）

各バインドバー４は、ストリップ状本体４ｂの両端部をほぼ直角に折曲して折曲片４ａを設けている。すなわち、ストリップ状本体４ｂを両端で折曲して、折曲片４ａがほぼ平行となるようにして断面視が略コ字状となる略コ字状開口４ｄを形成している。バインドバー４は、この略コ字状開口４ｄを、両端にエンドプレート３が積層された電池積層体５の側面側に嵌入すると共に、両端の折曲片４ａで挟み込むようにエンドプレート３に連結して、一対のエンドプレート３で電池積層体５を挟持している。バインドバー４は、両端にエンドプレート３が積層された電池積層体５の側面側に略コ字状開口４ｄを嵌入できるように、ストリップ状本体４ｂの全長を、両端にエンドプレート３が積層された電池積層体５の側面の全長とほぼ等しくしている。
（変形部４ｃ）

またバインドバー４は、好ましくは変形可能な変形部４ｃを持たせる。すなわち、角形電池セル１の膨張によって電池積層体５の厚さが変形しても、変形部４ｃによってこのような変形を吸収できる構成とする。図４〜図９の例では、このような変形部４ｃとして、ストリップ状本体４ｂと折曲片４ａとの間にＵ字状に折曲された湾曲部を形成している。湾曲部が変形することで、バインドバー４にばね性が付与され、電池積層体５の厚さが多少変化しても変化分を吸収できる。
（傾斜面４ｅ）

また折曲片４ａの先端は、図５〜図７に示すように、先細り状に傾斜された傾斜面４ｅとすることが好ましい。これにより、エンドプレート３のスリット７に折曲片４ａを挿入しやすくできる。傾斜面４ｅは、電池積層体５の対向面と反対面に設けることが好ましい。折曲片４ａの内、電池積層体５との対向面は平面状とすることで、電池積層体５を締結する押圧力をより効果的に発揮でき、その一方で反対面をテーパ状とすることで、上述のようにスリット７への挿入を容易にでき、締結力と挿入しやすさを両立できる。
（係止片４ｆ）

さらに折曲片４ａには、係止片４ｆを設けている。係止片４ｆは、折曲片４ａの折曲方向と逆向きに、すなわち略コ字状開口４ｄの外側に向かって突出されている。言い換えると、折曲片４ａの内、電池積層体５と対向する面と反対側の面から突出させている。このようにすることで、後述するエンドプレート３側の係止孔８に係止片４ｆを係止すると共に、仮に角形電池セル１の膨張などによって折曲片４ａが変形しても、図７に示すように係止片４ｆが係止孔８に挿入される方向に変形するため、締結が強固となり、変形による締結の緩みが生じる事態を回避できる。

図５〜図７に示す例では、係止片４ｆを円柱状に形成している。またこの円柱状係止片４ｆは、傾斜面４ｅから突出させている。ここでは、円柱状係止片４ｆを、傾斜面４ｅにおいて上下に離間して２つ設けている。このような円柱状の係止片４ｆは、好ましくは折曲片４ａと一体的に成形される。
（スリット７）

一方でエンドプレート３側には、スリット７を開口している。このスリット７は、係止片４ｆを設けた折曲片４ａを挿入可能な幅に開口される。なお、折曲片４ａの挿入の際に係止片４ｆをスリット７に圧入しやすいよう、係止片４ｆの端縁を面取りあるいはテーパ状に形成することもできる。
（係止孔８）

さらにスリット７には、バインドバー４の係止片４ｆを係止可能な係止孔８を開口している。これにより、折曲片４ａをスリット７に挿入することに加え、係止片４ｆを係止孔８に係止して、バインドバー４がエンドプレート３から脱落する事態を回避できる。また、従来のようなバインドバー４とエンドプレート３とのねじ止め作業を省いて、容易に連結できるため、組み立て作業の省力化も実現される。

係止孔８は、スリット７の内面の内、電池積層体５から遠い側の内面に開口される。これにより、図７〜図９に示すように、角形電池セル１の膨張などによって電池積層体５の厚さが、変形部４ｃでは対応できない程に増加して折曲片４ａが押し拡げられたとしても、係止片４ｆを係止孔８に一層挿入しようとする方向、いいかえると締結が強固となる方向に作用するため、変形による締結の緩みを回避できる。

係止孔８は、係止片４ｆを挿入できる形状及び大きさに設計される。ここでは、円柱状係止片４ｆを挿入できるよう、係止孔８が円筒形に開口されている。また、スリット７から連通するように係止孔８が開口される。図５〜図７の例では、係止孔８を貫通孔としている。貫通孔の係止孔８は、形成を容易に行え、また係止片４ｆの係止状態を係止孔８を通じて視認できる利点がある。また、折曲片４ａが広がる方向に変形された際に、確実に係止片４ｆが係止孔８に挿入されるよう、係止孔８を、折曲片４ａの拡開方向に沿って斜めに開口させることもできる。ただ、係止孔を貫通孔とせず、スリット７から連通する凹部として設け、この凹部に係止片を挿入するようにしても良い。
（バインドバー４の装着方法）

以下、図４等に示すバインドバー４をエンドプレート３に装着する手順を、図１０〜図１３に基づいて説明する。まず、図１０に示すように角形電池セル１を積層し、電池積層体５の端面に一対のエンドプレート３を配置して、バインド治具ＪＧを用いて電池積層体５を狭着した状態とする。バインド治具ＪＧは、エンドプレート３の中央部分など、バインドバー４の装着を妨げない位置にセットされる。また、電池積層体５の長さが、バインドバー４で狭持する長さか、これよりも僅かに小さい長さに、バインド治具ＪＧで電池積層体５を狭持する。この状態で、図１１に示すように電池積層体５の側面から、バインドバー４をそれぞれ装着する。バインドバー４は上述の通り略コ字状開口４ｄを、電池積層体５を装着できる大きさに設計されている。さらに折曲片４ａを挿入するスリット７は、係止片４ｆを有する折曲片４ａが挿入できる大きさに設計されている。このため、バインド治具ＪＧで電池積層体５を狭持した状態で、バインドバー４を電池積層体５の両側面に装着できる。なお、バインドバー４の装着方向は、側面からに限られない。例えば、図１１に示すように折曲片を挿入するスリットが、エンドプレートの上面及び下面を貫通するように設けられている場合には、バインドバーを電池積層体の上面及び下面から装着することもできる。この構造によれば、係止片の突出長さを側面から装着する時よりも長くすることができるため、係止片を係止孔に強固に固定できる特徴がある。

この状態で、図１２に示すようにバインド治具ＪＧによる狭持を解除すると、電池積層体５の両端面でエンドプレート３が拡張する方向に力が働く。これにより図１３に示すように、エンドプレート３で折曲片４ａが押し上げられ、左右に拡張する方向に変形される。このとき、折曲片４ａの係止片４ｆが、係止孔８に挿入されると共に、折曲片４ａの押し上げによって係止孔８に強く圧入される状態となって、確実に係止される。このように、電池積層体５が拡張しようとする力を利用して、バインドバー４とエンドプレート３との連結がより強固となるように変形させ、バインドバー４の緩みを回避できる。また、この構造による連結によれば、角形電池セル１の膨張などによって折曲片４ａが押し上げられたとしても、折曲片４ａの係止片４ｆが係止孔８に一層挿入しようとする方向、いいかえると締結が強固となる方向に作用するため、さらに係止片４ｆが係止孔８に強く圧入される状態となって、変形による締結の緩みを回避できる。
（係止片の変形例）

また、係止片の形状は、このような円柱状に限定されるものでなく、係止構造が実現可能な種々の形状が適宜利用できる。例えば、図１４に示す変形例に係るバインドバー４Ｂでは、係止片４ｆ’を爪状に形成される。爪状の係止片４ｆ’は、例えば折曲片４ａの先端を折曲して形成できる利点が得られる。また、このような爪状係止片４ｆ’を係止できるよう、エンドプレート３’のスリット７’に連通して設けられた係止孔８’も、これに応じた形状に設計される。図１４の例では、係止孔８’をスリット状に形成している。爪状の係止片４ｆ’及び係止孔８’は、上下方向の製造公差に対応しやすい利点が得られる。

さらに、以上の例ではスリットをエンドプレートの側面から、上下方向に連通して開口させているが、エンドプレートの側面のみに開口させてもよい。例えば図２４に示すように、エンドプレート３”の側面で、上下端縁から離間させてスリット７”を開口させている。この例では、バインドバー４Ｃを幅広の１枚で構成している。またバインドバー４Ｃの幅広に応じて、係止片４”も幅広に形成され、さらにこの係止片４”を係止する係止孔８”も同様に幅広に形成されており、より強固な連結構造を得ることができる。
（バインドバーの変形例）

以上の例では、電池積層体の両側にそれぞれバインドバーを配置して締結する構成を説明した。ただ、バインドバーを一体に構成することもできる。一体的に構成したバインドバーは、例えば断面視コ字状に形成する。このような例を、図２５〜図２６の変形例に示す。これらの図に示すバインドバー４Ｄは、電池積層体５を側面で締結すると共に、一方の端縁同士を連結して断面視コ字状としている。すなわち、バインドバー４Ｄは図２５において下側のエンドプレート３Ｂを捲回して、上側のエンドプレート３Ｃと結合される。この構成では、エンドプレートとバインドバーとの連結を、一方のエンドプレートとのみ行えば足りるので、連結構造を一面のみに集中して管理できる利点が得られる。

またこの形状のバインドバー４Ｄは、電池積層体５の上方から挿入、嵌合できるように、予めエンドプレート３Ｂには、バインドバー４Ｄが挿入できる挿入スリット９が形成され、さらにエンドプレート３Ｃのスリット７Ｃは、上方からバインドバー４Ｄの折曲片４ａ’を挿入できるよう、上方に開口され、かつスリット７Ｃに連通される係止孔８Ｃは、スリット７Ｃの内面からエンドプレート３Ｃの端面側に貫通するように開口される。さらにまた折曲片４ａ’の係止片４ｆ”は、好ましくはバインド治具ＪＧで電池積層体５を狭持した状態で、係止孔８Ｃに係止片４ｆ”を挿入できるように突出量を調整する。図２５に示すよう例では、係止片４ｆ”を長めに形成することで、狭持された電池積層体５に対して予め係止片４ｆ”を所定の位置に案内するガイドとして係止孔８Ｃを利用できる。加えて、係止片を長く形成することで、角形電池セル１の膨張量が小さい場合でも、バインドバーがエンドプレートの係止孔から外れる事態を回避できる利点が得られる。

この折曲片４ａ’をスリット７Ｃに挿入した状態で、図２６に示すようにバインド治具ＪＧを解除すると、エンドプレート３Ｃが拡張する方向に作用する結果、バインドバー４Ｄが押し上げられて折曲片４ａ’が変形され、係止片４ｆ”が係止孔８Ｃに圧入される方向に作用するため、上記と同様、信頼性を高めることができる。なお図２５、図２６の例では、下側のバインド治具を壁面状としている。このようにすることで、上方のバインド治具ＪＧのみを可動させて電池積層体を狭持できる。ただ、上述した図１０等と同様にクランプ式のバインド治具を用いてもよいことはいうまでもない。
（エンドプレートの変形例）

以上のエンドプレートは一枚板で構成する例を説明したが、複数の部材に分割して構成することも可能である。このような変形例を図１５〜図１８に示す。これらの図に示すエンドプレート３Ｂは、電池積層体５の端面を被覆する本体プレート３１と、本体プレート３１の、電池積層体５を被覆する面と反対側の外面を被覆するカバープレート３２で構成される。そして本体プレート３１とカバープレート３２との間にスリット７を形成することで、スリット７の形成が容易となる。この例では、本体プレート３１の外面に、折曲片４ａを配置するための段差部３１ａを形成し、さらにカバープレート３２は、この段差部３１ａを閉塞するように閉塞部３２ａを設けている。このエンドプレート３Ｂは、本体プレート３１とカバープレート３２とを接合することで、段差部３１ａと閉塞部３２ａとによりスリット７が形成される。

さらにカバープレート３２と本体プレート３１との接合にも、好ましくはねじ止め以外の連結構成を採用することで、組み立て作業の省力化を阻害しない。図１５などの例では、スライド式にカバープレート３２を本体プレート３１に装着する構成としている。すなわち、本体プレート３１には、カバープレート３２を案内するためのレール状の本体ガイド３１ｂを形成している。この本体ガイド３１ｂは、断面視略Ｔ字状に形成している。

またカバープレート３２側には、この本体ガイド３１ｂに摺動されるカバーガイド３２ｂを形成している。カバーガイド３２ｂは、Ｔ字状の本体ガイド３１ｂを挿入できる形状及び大きさの、Ｔ字状の空間が形成される。Ｔ字状本体ガイド３１ｂをこのカバーガイド３２ｂに挿入することで、図１６に示すように本体プレート３１をカバープレート３２に容易に且つ強固に連結できる。また、図１７、図１８に示すように、本体プレート３１にカバープレート３２を連結した状態で、ねじ３３などにより固定することで、カバープレート３２の位置ずれを避け、固定状態を安定させることができる。また、この程度のねじ止めであれば、従来のバインドバーを個別にねじ止めする構成と比べ、飛躍的にねじ止めの数を低減できる。

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。
（ハイブリッド車用電源装置）

図１９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）

また図２０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。
（蓄電用電源装置）

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、載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、太陽光や深夜電力などで充電し、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などにも利用できる。このような例を図２１に示す。この図に示す電源装置１００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。このため電源装置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を介して電源装置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、電源装置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から電源装置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、電源装置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、電源装置１００への充電を同時に行うこともできる。

電源装置１００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１００と接続されている。電源装置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、電源装置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、電源装置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２１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。

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、子側パック接続端子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、子側パック接続端子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。

さらにこの電源装置１００は、電池ユニット８２の均等化のための均等化モードを備える。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。このため電源コントローラ８４に制御される均等化回路８６を備えている。均等化回路８６によって、複数の電池ユニット８２間の電池残存容量のばらつきを抑制される。

本発明に係る電源装置及びこれを備える車両は、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、電気自動車など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、信号機などのバックアップ電源用などの用途にも適宜利用できる。

１００…電源装置
１…角形電池セル
３、３Ｂ、３’、３”、３Ｂ、３Ｃ…エンドプレート
４、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ…バインドバー
４ａ、４ａ’…折曲片；４ｂ…ストリップ状本体；４ｃ…変形部；４ｄ…略コ字状開口
４ｅ…傾斜面；４ｆ、４ｆ’、４ｆ”…係止片
５…電池積層体
７、７’、７”、７Ｃ…スリット
８、８’、８”、８Ｃ…係止孔
９…挿入スリット
１０…組電池
３１…本体プレート；３１ａ…段差部；３１ｂ…本体ガイド
３２…カバープレート；３２ａ…閉塞部；３２ｂ…カバーガイド
３３…ねじ
７０…外装ケース
７１…下ケース
７２…上ケース
７３…端面プレート
７４…鍔部
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
８６…均等化回路
９３…モータ
９４…発電機
９５…ＤＣ／ＡＣインバータ
９６…エンジン
２０１…角形電池セル
２０２…セパレータ
２０３…エンドプレート
２０４…バインドバー
２０４ａ…折曲片
２０４ｂ…穴
２０５…電池積層体
２０６…ねじ
ＪＧ…バインド治具
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…子側パック接続端子

Claims (10)

1. 複数の角形電池セルを積層してなる電池積層体と
   電池積層体の積層方向の端面に配置された一対のエンドプレートと、
   電池積層体の端面でエンドプレート同士を締結するための金属製のバインドバーと、
   を備える電源装置であって、
   前記バインドバーは、両端部を第一方向に折曲してなる折曲片を備えており、
   前記折曲片は、さらに第一方向と逆の第二方向に突出させた係止片を設けており、
   前記エンドプレートは、前記係止片を設けた前記折曲片を挿入可能なスリットを開口しており、
   前記スリットは、その内面の内、前記電池積層体から遠い側の内面に、前記係止片を係止可能な係止孔を開口しており、
   前記折曲片を前記スリットに挿入しつつ、前記係止片を前記係止孔に係止して、前記電池積層体を前記バインドバーで締結してなることを特徴とする電源装置。
2. 請求項１に記載の電源装置であって、
   前記折曲片が、前記エンドプレートの端面で断面視コ字状に略直角に折曲されてなり、
   前記係止片が、前記電池積層体から遠ざかる方向に突出されてなることを特徴とする電源装置。
3. 請求項１又は２に記載の電源装置であって、
   前記スリットが、前記電池積層体の側面側に開口されてなることを特徴とする電源装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか一に記載の電源装置であって、
   前記係止孔が、貫通孔に形成されてなることを特徴とする電源装置。
5. 請求項１ないし４のいずれか一に記載の電源装置であって、
   前記係止片が、円柱状に形成されてなることを特徴とする電源装置。
6. 請求項１ないし５のいずれか一に記載の電源装置であって、
   前記係止片が、前記折曲片の一部を折曲して形成されてなることを特徴とする電源装置。
7. 請求項１ないし６のいずれか一に記載の電源装置であって、
   前記エンドプレートが、
   前記電池積層体の端面を被覆する本体プレートと、
   前記本体プレートの、電池積層体を被覆する面と反対側の外面を被覆するカバープレートと、
   を備え、
   前記本体プレートとカバープレートとの間に、前記スリットが形成されてなることを特徴とする電源装置。
8. 請求項７に記載の電源装置であって、
   前記本体プレートが、前記カバープレートを案内するレール状の本体ガイドを形成しており、
   前記カバープレートが、前記本体ガイドに摺動されるカバーガイドを形成しており、
   前記本体ガイドに前記カバーガイドを挿入することで、前記本体プレートを前記カバープレートに連結してなることを特徴とする電源装置。
9. 請求項１ないし８のいずれか一に記載の電源装置であって、
   前記バインドバーは、変形可能な変形部を備えることを特徴とする電源装置。
10. 請求項１ないし９のいずれかに記載の電源装置を搭載してなる車両。

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