JP7284710B2 - 電源装置及び電源装置を備える車両並びに蓄電装置 - Google Patents
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Description
図1~図3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2と、この電池積層体2の積層方向の両端部に配置している一対のエンドプレート3と、両端部を一対のエンドプレート3に連結して、複数の電池セル1を積層方向に保持するバインドバー4とを備えている。
電池セル1は、図2に示すように、厚さに比べて幅が広い、言い換えると幅よりも薄い角形の電池で、厚さ方向に積層されて電池積層体2としている。電池セル1は、電池ケース10を金属ケースとする非水系電解液電池である。非水系電解液電池である電池セル1は、リチウムイオン二次電池である。ただし、電池セルは、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池等の二次電池とすることもできる。図の電池セル1は、幅の広い両表面を四角形とする電池で、両表面を対向するように積層して電池積層体2としている。
図2と図3に示す電池積層体2は、複数の電池セル1を、スペーサ7を介して互いに積層しており、これらの電池セル1を直列に接続している。図の電池積層体2は、互いに隣接する電池セル1同士を逆向きに並べており、その両側において隣接する電極端子13同士をバスバーで連結して、隣り合う2個の電池セル1を直列に接続して、すべての電池セル1を直列に接続している。ただ、本発明は、電池積層体を構成する電池セルの個数とその接続状態を特定しない。
エンドプレート3は、バインドバー4に連結されて、電池積層体2を両端面から挟んで、電池セル1を積層方向に固定している。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2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、全体を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2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20を設けている。板状バー6は電池積層体2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20はエンドプレート3の外側表面に固定される。
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2の片側に配置される板状バー6を、上縁が電池積層体2の上部に、下縁が電池積層体2の下部に配置する上下幅の金属板としている。この電源装置100は、電池積層体2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の両端部の内側面であって、エンドプレート3の外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の外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。係止ブロック5は、金属製であって、好ましくは、鉄または鉄合金、SUS、アルミニウムで製造される。金属製の係止ブロック5は、溶接構造で板状バー6の内側に固定している。溶接の場合は、バインドバー4と同じ材料が好ましい。このバインドバー4は、低コストに多量生産できる。係止ブロック5は、例えば、スポット溶接により板状バーに固定することができる。このように係止ブロック5を板状バー6にスポット溶接する構造は、係止ブロック5と板状バー6とを境界面で溶着できるので、境界縁を段差のない状態とすることができ、嵌合部3aに案内される係止ブロック5をストッパ部3bに密着する状態で配置できる特徴がある。ただ、係止ブロックは、リベット等の連結具を介して板状バーに固定し、あるいは連結具と溶接構造とを併用して板状バーに固定することもできる。
固定片20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、ボルト8を介してエンドプレート3の外側表面に固定される。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6bを設け、この折曲片6bを固定片20としている。固定片20は、バインドバー4の端部をエンドプレート3の外側表面に固定するが、固定片20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20には作用しないからである。図1及び図2に示すバインドバー4は、エンドプレート3に固定してなる先端の固定部に向かって実質的な横幅を狭くしてなる形状であって、正面視を略三角形状とする固定片20を上下に2つ設けている。このように、強い強度が要求されない固定片20は、先細り形状とすることで、バインドバー4を軽量化して低コストにできると共に、ボルト8で固定される固定箇所を少なくすることで部品点数を減らして低コストにできる。さらに、バインドバー4は、図示しないが、両端に先細り形状の固定片20を各々1つずつ設ける構造としてさらに低コストにすることもできる。さらにまた、図示しないが、バインドバー4の板状バー6は、電池積層体2の側面と対向する領域や折曲片6bに開口部を設けてさらに軽量化を図ることもできる。
以上のエンドプレート3は、段差形状の嵌合部3aを設けて、この嵌合部3aの電池積層体2側にストッパ部3bを設けている。ただ、エンドプレートは、図6に示すように、係止ブロック5を挿入できる溝状の嵌合部3aを設けることもできる。図6のエンドプレート3は、外側面の中央部に沿って上下方向に伸びる溝部3fを設けて嵌合部3aとしている。図のエンドプレート3は、嵌合部3aとなる溝部3fの横幅(H)を係止ブロック5の横幅(K)よりも広くし、また、溝部3fの深さであるストッパ部3bの高さ(d)を係止ブロック5の厚さ(t)よりも大きくしている。このエンドプレート3も、嵌合部3aに挿入される係止ブロック5がストッパ部3bを押圧する状態で連結される。さらに、図6に示すエンドプレート3は、固定片20の隅部内側に対向するコーナー部にテーパー状の切欠部3eを設けて、バインドバー4との間に非押圧隙間19を設けている。これによりバインドバー4の固定片20を無理なくエンドプレート3の外側面に配置して固定できるようにしている。
以上のバインドバー4は、板状バー6の内側面に係止ブロック5を固定するが、バインドバー4は、図7に示すように、板状バー6の両端部に固定穴6aを設けて、この固定穴6aに係止ブロック5を挿入して固定することもできる。図7に示すバインドバー4は、板状バー6を貫通して設けた固定穴6aに挿入される係止ブロック5の外周面と固定穴6aの内周面とを溶接して、係止ブロック5を板状バー6に固定している。このバインドバー4は、係止ブロック5の外形よりもわずかに大きい内形の固定穴6aを板状バー6に設け、この固定穴6aに係止ブロック5を挿入して、固定穴6aの内周縁と係止ブロック5の外周面とを溶接して、係止ブロック5を固定している。図7に示す係止ブロック5は、板状バー6の表面から僅かに突出する状態で固定穴6aに挿入され、係止ブロック5の突出部の外周面及び板状バー6との間に溶加材15を溶着している。係止ブロック5は全周を固定穴6aに溶接して固定される。この構造は、係止ブロック5と板状バー6とを確実に、しかも強い溶着強度で固定できる。板状バー6の固定穴6aに係止ブロック5を溶接して固定しているバインドバー4は、溶接構造と嵌合構造とで係止ブロック5と板状バー6とが一体構造となるので、固定穴6aを設けた部分の強度を低下させることなく強固に連結できる。
さらに、図8と図9に示すバインドバー4は、板状バー6の両端部を折曲加工してなる折曲片6bで固定片20を構成すると共に、折曲片6bの隅部にはU曲部6cを設けている。図に示す板状バー6は、係止ブロック5が固定される固定部よりも端部側であって、エンドプレート3のコーナー部と対向する部分を平面視においてU字状に湾曲してU曲部6cを設けており、このU曲部6cより先端側を固定片20としてボルト8を介してエンドプレート3に固定している。このバインドバー4は、U字状に湾曲されたU曲部6cにより、エンドプレート3との間に非押圧隙間19を設けている。このように固定片20の隅部にU曲部6cを設ける構造は、このU曲部6cにより応力を吸収することで、固定片20やエンドプレート3との締結点に強い力が作用するのを有効に防止できる。さらに、エンドプレート3のコーナー部に沿って上下に伸びるU曲部6cを形成することで、エンドプレート3のサイズを大きくすることなく、重量を増やすことなく、横幅(K)を長くとって係止ブロック5を補強できる効果もある。さらに、エンドプレート3は、図の鎖線で示すように、U曲部6cに対向するコーナー部に切欠部3eを設けて、バインドバー4との間に形成される非押圧隙間19を広くすることもできる。
以上のバインドバー4は、板状バー6の両端部に係止ブロック5を固定すると共に、この係止ブロック5よりも外側の端部を折曲加工することで固定片20を形成している。すなわち、板状バー6の両端部を折曲してなる折曲片6bにより固定片20を構成している。ただ、バインドバー4は、図13~図15に示すように、固定片20を係止ブロック5と一体構造に設けることもできる。これらの図に示すバインドバー4は、板状バー6の両端部に固定される係止ブロック5の端部を折曲して固定片20を設けている。
(1)所定の個数の電池セル1を、間にスペーサ7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2とする。
(2)電池積層体2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2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2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20がボルト8を介してエンドプレート3の外側表面に固定される。固定後、加圧は開放される。
(4)電池積層体2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。
(5)電池積層体2をベースプレート9の上面に配置して固定する。
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。
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。
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18に示す。なお、図18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。
Claims (16)
- 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部に配置してなる一対のエンドプレートと、
両端部を一対の前記エンドプレートに連結するバインドバーとを備える電源装置であって、
前記バインドバーが、前記電池積層体の積層方向に伸びる板状バーと、前記板状バーに固定されて、前記エンドプレートの外周面との対向面に突出してなる係止ブロックを有し、
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外周面に有し、
さらに、前記嵌合部の電池積層体側には、前記係止ブロックと当接するストッパ部を設けてなり、
前記バインドバーは、さらに、前記エンドプレートの表面に固定される固定片を両端部に有すると共に、前記固定片を前記板状バーの折曲片で構成しており、前記折曲片の隅部にU曲部が設けられて前記エンドプレートとの間に非押圧隙間を設けてなることを特徴とする電源装置。 - 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部に配置してなる一対のエンドプレートと、
両端部を一対の前記エンドプレートに連結するバインドバーとを備える電源装置であって、
前記バインドバーが、前記電池積層体の積層方向に伸びる板状バーと、前記板状バーに固定されて、前記エンドプレートの外周面との対向面に突出してなる係止ブロックを有し、
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外周面に有し、
さらに、前記嵌合部の電池積層体側には、前記係止ブロックと当接するストッパ部を設けてなり、
前記バインドバーは、さらに、前記エンドプレートの表面に固定される固定片を両端部に有しており、
前記固定片が前記係止ブロックと一体構造に設けられ、前記係止ブロックの端部が折曲されて前記固定片としてなり、前記固定片の隅部にU曲部が設けられて前記エンドプレートとの間に非押圧隙間を設けてなることを特徴とする電源装置。 - 請求項1または2に記載される電源装置であって、
前記固定片がボルトを介して前記エンドプレートの外側表面に固定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、
前記固定片の隅部内側と前記エンドプレートとの間に非押圧隙間を設けてなることを特徴とする電源装置。 - 請求項4に記載される電源装置であって、
前記エンドプレートが、前記固定片の隅部内側に対向するコーナー部に切欠部が設けられて、前記バインドバーとの間に前記非押圧隙間を設けてなることを特徴とする電源装置。 - 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部に配置してなる一対のエンドプレートと、
両端部を一対の前記エンドプレートに連結するバインドバーとを備える電源装置であって、
前記バインドバーが、前記電池積層体の積層方向に伸びる板状バーと、前記板状バーに固定されて、前記エンドプレートの外周面との対向面に突出してなる係止ブロックを有し、
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前記外周面に有し、
さらに、前記嵌合部の前記電池積層体側には、前記係止ブロックと当接するストッパ部を設けてなり、
前記バインドバーは、さらに、前記エンドプレートの表面に固定される固定片を両端部に有し、前記固定片が前記板状バーの折曲片であり、
前記固定片がボルトを介して前記電池積層体の積層方向の両端に位置する一対の前記エンドプレートの対向面とは反対側の外側表面に固定されてなり、
前記固定片の隅部内側と前記エンドプレートとの間に非押圧隙間を設けてなり、
前記エンドプレートは、前記係止ブロックが配置される前記嵌合部の一端であって、前記ストッパ部と反対側の端部を開放して、前記固定片の隅部内側に前記非押圧隙間を設けてなることを特徴とする電源装置。 - 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部に配置してなる一対のエンドプレートと、
両端部を一対の前記エンドプレートに連結するバインドバーとを備える電源装置であって、
前記バインドバーが、前記電池積層体の積層方向に伸びる板状バーと、前記板状バーに固定されて、前記エンドプレートの外周面との対向面に突出してなる係止ブロックを有し、
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前記外周面に有し、
さらに、前記嵌合部の前記電池積層体側には、前記係止ブロックと当接するストッパ部を設けてなり、
前記バインドバーは、さらに、前記エンドプレートの表面に固定される固定片を両端部に有し、前記固定片が前記板状バーの折曲片であり、
前記固定片がボルトを介して前記電池積層体の積層方向の両端に位置する一対の前記エンドプレートの対向面とは反対側の外側表面に固定されてなり、
前記固定片の隅部内側と前記エンドプレートとの間に非押圧隙間を設けてなり、
前記エンドプレートは、前記固定片の隅部内側に対向するコーナー部であって、前記エンドプレートの前記外側表面と前記外周面との境界部分に切欠部が設けられて、前記バインドバーとの間に前記非押圧隙間を設けてなることを特徴とする電源装置。 - 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部に配置してなる一対のエンドプレートと、
両端部を一対の前記エンドプレートに連結するバインドバーとを備える電源装置であって、
前記バインドバーが、前記電池積層体の積層方向に伸びる板状バーと、前記板状バーに固定されて、前記エンドプレートの外周面との対向面に突出してなる係止ブロックを有し、
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前記外周面に有し、
さらに、前記嵌合部の前記電池積層体側には、前記係止ブロックと当接するストッパ部を設けてなり、
前記バインドバーは、さらに、前記エンドプレートの表面に固定される固定片を両端部に有し、前記固定片が前記係止ブロックと一体構造に設けられ、前記係止ブロックの端部が折曲されて前記固定片としてなり、
前記固定片がボルトを介して前記電池積層体の積層方向の両端に位置する一対の前記エンドプレートの対向面とは反対側の外側表面に固定されてなり、
前記固定片の隅部内側と前記エンドプレートとの間に非押圧隙間を設けてなり、
前記エンドプレートは、前記固定片の隅部内側に対向するコーナー部であって、前記エンドプレートの前記外側表面と前記外周面との境界部分に切欠部が設けられて、前記バインドバーとの間に前記非押圧隙間を設けてなることを特徴とする電源装置。 - 請求項1ないし8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、前記エンドプレートに固定してなる先端の固定部に向かって実質的な横幅を狭くしてなる形状であることを特徴とする電源装置。 - 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、
前記係止ブロックが溶接構造で前記板状バーに固定されてなることを特徴とする電源装置。 - 請求項1ないし10のいずれかに記載される電源装置であって、
前記板状バーと前記係止ブロックが鉄、鉄合金、SUS、アルミニウム、アルミニウム合金のうちのいずれかであることを特徴とする電源装置。 - 請求項1ないし11のいずれかに記載される電源装置であって、
前記係止ブロックの厚さ(t)が1mm以上であることを特徴とする電源装置。 - 請求項1ないし12のいずれかに記載される電源装置であって、
前記係止ブロックの電池積層方向の横幅(K)が3mm以上であることを特徴とする電源装置。 - 請求項1ないし13のいずれかに記載される電源装置であって、
前記ストッパ部の電池積層方向の横幅(h)が3mm以上としてなることを特徴とする電源装置。 - 請求項1ないし14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1ないし14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。
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