JP2021026956A - 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 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態1に係る電源装置100の斜視図を図1に、その分解斜視図を図2に、図1の電源装置100のIII−III線における水平断面図を図3に、図3の要部拡大図を図4にそれぞれ示す。これらの図に示す電源装置100は、複数の電池セル1を積層している電池積層体10と、この電池積層体10の積層方向の両端面を配置している一対のエンドプレート3と、電池積層体10の対向する側面にそれぞれ配置されて、エンドプレート3同士を締結する複数のバインドバーとを備えている。
電池セル1は、幅広面である主面の外形を四角形とする角形電池であって、幅よりも厚さを薄くしている。さらに、電池セル1は、充放電できる二次電池であって、リチウムイオン二次電池としている。ただ、本発明は、電池セルを角形電池には特定せず、またリチウムイオン二次電池にも特定しない。電池セルには、充電できる全ての電池、たとえばリチウムイオン二次電池以外の非水系電解液二次電池やニッケル水素電池セルなども使用できる。
複数の電池セル1は、各電池セル1の厚さ方向が積層方向となるように積層されて電池積層体10を構成している。電池積層体10は、正負の電極端子13を設けている端子面、図2においては封口板1bが同一平面となるように、複数の電池セル1を積層している。互いに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100は、隣接する電池セル1の正負の電極端子13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。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。
エンドプレート3は、図1〜図3に示すように、電池積層体10の両端に配置されると共に、電池積層体10の両側面に沿って配置される左右一対のバインドバー4を介して締結される。エンドプレート3の外形は、電池セル1の外形にほぼ等しく、あるいはこれよりもわずかに大きく、両側の外周面にバインドバー4を固定して、電池積層体10の膨化を抑制する四角形の板材である。このエンドプレート3は、全体をアルミニウムやアルミニウム合金、SUS、鉄等の金属製としている。ただし、エンドプレートは、図示しないが、プラスチックに金属板を積層する構造とし、あるいはまた、全体に補強繊維を埋設している繊維強化樹脂成形板としてもよい。
バインドバー4は、電池積層体10の積層方向に伸びる板状バー6と、この板状バー6に固定されてエンドプレート3の外周面との対向面に突出している係止ブロック5とを備え、両端部にはエンドプレート3に固定される固定片7を設けている。板状バー6は電池積層体10との対向面に配置され、係止ブロック5はエンドプレート3の嵌合部3aに案内され、固定片7はエンドプレート3の外側の主面3Aに固定される。
板状バー6は、強い引張力に耐える金属板、たとえば引張強度を400MPa以上とする高張力鋼などの金属板が使用される。高張力鋼の板状バー6は、例えば、厚さを1mm〜2mmとして、バインドバー4に作用する引張力Fに耐える強度を実現できる。図2のバインドバー4は、電池積層体10の片側に配置される板状バー6を、電池積層体10の側面を被覆する上下幅の金属板としている。金属板からなる板状バー6は、プレス成形等により折曲加工されて所定の形状に形成される。図に示す板状バー6は、上下の端縁部を折曲加工して、折曲片4aを形成している。上下の折曲片4aは、電池積層体10の左右の両側面において、電池積層体10の上下面を隅部から覆う形状としている。図の電源装置100は、電池積層体10の片側面に1枚の金属板からなる板状バー6を配置している。ただ、図示しないが、電源装置は、電池積層体の片側面に、上下に分割する2枚の金属板からなる板状バーを配置することもできる。
図1〜図3のバインドバー4は、板状バー6の両端部に係止ブロック5を固定している。このバインドバー4は、板状バー6の長手方向の両端部の内側面であって、エンドプレート3の側面に設けた嵌合部3aと対向する領域に係止ブロック5を固定している。図に示す係止ブロック5は、エンドプレート3の側面に沿って伸びる板状ないし角柱状に形成されており、エンドプレート3に設けた嵌合部3aに向かって突出する姿勢で固定されている。板状バー6の両端部に固定される一対の係止ブロック5は、エンドプレート3の側面に設けた嵌合部3aに案内されて、ストッパ部3bに係止される大きさと形状としている。この係止ブロック5は、バインドバー4をエンドプレート3に連結する状態では、嵌合部3aに案内されてストッパ部3bに係止され、バインドバー4を電池積層体10の両側の定位置に配置する。バインドバー4は、係止ブロック5をエンドプレート3の嵌合部3aに案内して、ストッパ部3bに係止させて剪断応力に対する耐性を高めている。
固定片7は、図1〜図4に示すように、バインドバー4の両端部に設けられており、エンドプレート3の外側の主面3Aに固定される。図のバインドバー4は、板状バー6の両端部を内側に90度折り曲げ加工して折曲片6aを設け、この折曲片6aを固定片7としている。固定片7は、バインドバー4の端部をエンドプレート3の主面3Aの表面に固定するが、固定片7には強い強度は要求されない。バインドバー4に作用する大きな引張力Fが、係止ブロック5とストッパ部3bとで支持されて、固定片7には作用しないからである。したがって、固定片7は、大きな引張力Fや、この引張力Fに起因する大きな曲げ応力に耐えうる強度を必要とせず、バインドバー4の係止ブロック5が嵌合部3aから離れるのを防止できる連結強度でエンドプレート3に固定される。
連結凸部8は、エンドプレート3の外側の主面3Aに設けられた柱状の凸部である。図に示すエンドプレート3は、固定片7と対向する位置に、主面3Aから突出する複数の連結凸部8を備えている。図のエンドプレート3は、主面の左右に2個ずつの連結凸部8を上下に離して設けている。ただ、エンドプレート3に設ける連結凸部8の個数や配置は種々に変更することができる。
バインドバー4の固定片7は、エンドプレート3に設けられた連結凸部8と対向する位置に、連結凸部8を案内する貫通孔7aを設けている。すなわち、図2に示す固定片7は、エンドプレート3の片側に設けた上下2個の連結凸部8を案内できるように、上下に離して2個の貫通孔7aを開口して設けている。貫通孔7aは、連結凸部8の外形とほぼ等しい内形を有しており、貫通孔7aに連結凸部8を案内することで、固定片7をエンドプレート3に対して位置決めしながら配置できるようにしている。図に示す連結凸部8は円柱状としているので、貫通孔7aは、その内形を円形状としている。連結凸部8は、円柱状以外の形状とすることもできるので、連結凸部8を案内する貫通孔7aは、連結凸部8を挿通できる形状と大きさにすることができる。
係止具9は、固定片7を貫通して突出する連結凸部8の先端部に連結されて、固定片7が連結凸部8から抜けないように保持する。このような係止具9として抜け止めリングや抜け止めピンが使用できる。抜け止めリングは、弾性を有する金属板や金属ロッドを環状に加工しており、全体もしくは部分的に弾性変形させることで連結凸部8に連結できる構造としている。このような抜け止めリングとして、例えば、一部を開口した環状に形成されたリング材や、環状のリング部の内側に複数の係止片を備えたナット材が使用できる。
(1)所定の個数の電池セル1を、間にスペーサ12を介在させる状態で、電池セル1の厚さ方向に積層して電池積層体10とする。
(2)電池積層体10の両端にエンドプレート3を配置し、一対のエンドプレート3を両側からプレス機(図示せず)で押圧して、エンドプレート3でもって、電池積層体10を所定の圧力で加圧し、電池セル1を圧縮して加圧状態に保持する。
(3)電池積層体10をエンドプレート3で加圧する状態で、一対のエンドプレート3にバインドバー4を連結して固定する。バインドバー4は、両端部の係止ブロック5が一対のエンドプレート3の嵌合部3aに案内されるように配置されると共に、両端の固定片7の貫通孔7aにエンドプレート3の主面3Aから突出する連結凸部7を挿入する。固定片7を貫通する連結凸部8の先端部に係止具9を固定し、固定片7をエンドプレート3の外側の主面3Aに固定する。エンドプレート3がバインドバー4に固定された後、プレス機の加圧状態は解除される。
この状態で、電池積層体10は、バインドバー4で所定の間隔に保持される一対のエンドプレート3を介して所定の締め付け圧に保持される。
(4)電池積層体10の両側部において、互いに隣接する電池セル1の対向する電極端子13同士をバスバー(図示せず)で連結する。バスバーは、電極端子13に固定されて、電池セル1を直列に接続し、あるいは直列と並列に接続する。バスバーは、電極端子13に溶接され、あるいはネジ止めされて電極端子13に固定される。
図10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を搭載した車両HVは、車両本体91と、この車両本体91を走行させるエンジン96及び走行用のモータ93と、これらのエンジン96及び走行用のモータ93で駆動される車輪97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。なお、車両HVは、図に示すように、電源装置100を充電するための充電プラグ98を備えてもよい。この充電プラグ98を外部電源と接続することで、電源装置100を充電できる。
また、図11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を搭載した車両EVは、車両本体91と、この車両本体91を走行させる走行用のモータ93と、このモータ93で駆動される車輪97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。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。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。また車両EVは充電プラグ98を備えており、この充電プラグ98を外部電源と接続して電源装置100を充電できる。
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。実施形態に係る電源装置は、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の電源として使用することもできる。図12は、電源装置100の電池を太陽電池82で充電して蓄電する蓄電装置を示す。
1…電池セル
1a…外装缶
1b…封口板
3…エンドプレート
3A…主面
3a…嵌合部
3b…ストッパ部
3c…固定穴
4…バインドバー
5…係止ブロック
6…板状バー
6a…折曲片
7…固定片
7a…貫通孔
8…連結凸部
8a…外周溝
8b…突起側貫通孔
9…係止具
9A…スナップリング
9B…Eリング
9C…スピードナット
9D…スナップピン
10…電池積層体
12…スペーサ
13…電極端子
15…固定ピン
18…隙間
21…リング部
22…開口
23…ジグ連結部
24…突出部
25…係止片
26…中心穴
27…挿通部
28…U曲部
29…弾性変形部
81…建物
82…太陽電池
83…充電回路
84…充電スイッチ
85…DC/ACインバータ
86…負荷
87…放電スイッチ
88…電源コントローラ
91…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
98…充電プラグ
HV、EV…車両
803…エンドプレート
803A…主面
803a…凹部
807…固定片
809…リベット
809a…筒部
809b…中心ロッド
809c…フランジ部
809d…形成フランジ部
900…電源装置
901…電池セル
902…スペーサ
903…エンドプレート
903A…主面
904…バインドバー
907…固定片
908…ボルト
910…電池積層体
Claims (12)
- 複数の電池セルを積層してなる電池積層体と、
前記電池積層体の積層方向の両端面に配置してなる一対のエンドプレートと、
前記電池積層体の対向する側面にそれぞれ配置されて、前記エンドプレート同士を締結する複数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、
前記電池積層体の積層方向に伸びる板状バーと、
前記板状バーの長手方向の両端部に固定されて、前記エンドプレートに向かって突出してなる係止ブロックとを備えると共に、
前記エンドプレートの外側の主面に固定される固定片を両端部に有しており、
前記エンドプレートは、
前記係止ブロックが案内される嵌合部を両側面に有すると共に、前記嵌合部の電池積層体側には、前記係止ブロックのストッパ部を設けており、さらに、
外側の前記主面であって、前記固定片と対向する位置には、該主面から突出する複数の連結凸部を備えており、
前記固定片は、前記連結凸部を貫通させる貫通孔を有しており、さらに、
前記固定片を貫通する前記連結凸部に固定される係止具を備えており、
前記係止ブロックが前記嵌合部に案内され、かつ前記固定片の前記貫通孔に、前記連結凸部を挿入した状態で、該連結凸部に前記係止具が連結されて前記バインドバーが前記エンドプレートに固定されるようにしてなる電源装置。 - 請求項1に記載される電源装置であって、
前記連結凸部が、前記エンドプレートに一体成型されてなることを特徴とする電源装置。 - 請求項1に記載される電源装置であって、
前記連結凸部が、前記エンドプレートに固定された固定ピンで構成されてなることを特徴とする電源装置。 - 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、
前記連結凸部が、円柱状に形成されると共に、該円柱状の外周面に前記係止具を案内する外周溝を形成してなる電源装置。 - 請求項1ないし4のいずれかに記載される電源装置であって、
前記係止具が、一部を開口した環状に形成されており、
前記貫通孔に前記連結凸部を挿入した状態で、前記係止具の開口を前記連結凸部に圧入して、前記バインドバーを前記エンドプレートに固定してなる電源装置。 - 請求項5に記載される電源装置であって、
前記係止具が、前記連結凸部に圧入されるスナップリングまたはEリングである電源装置。 - 請求項1ないし4のいずれかに記載される電源装置であって、
前記係止具が、前記連結凸部を圧入する開口を形成したスピードナットである電源装置。 - 請求項1ないし4のいずれかに記載される電源装置であって、
前記連結凸部が、円柱状に形成されると共に、円柱状の外周面に凸部貫通孔を形成しており、
前記係止具が、前記凸部貫通孔に圧入されるスナップピンである電源装置。 - 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、
前記連結凸部が前記エンドプレートの前記主面から突出する突出高さ(H)が5mm以下である電源装置。 - 請求項1ないし9のいずれかに記載される電源装置であって、
前記固定片が前記板状バーの折曲片であることを特徴とする電源装置。 - 請求項1ないし10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、
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1ないし10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、
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。
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