電力用の電源装置及び電源装置を備える車両
【課題】アッセンブリーコストを低減しながら、高い安全性を確保する。
【解決手段】電力用の電源装置は、導電性を有する外装缶１１を備えた複数の角形電池１を、絶縁層２で絶縁して積層状態で配置してなる電池ブロック３と、この電池ブロック３の底面にあって各々の角形電池１に熱結合状態に配置されて、各角形電池１を底面から強制的に冷却する冷却プレート４と、この冷却プレート４を冷却する冷却機構５とを備えている。絶縁層２は、互いに嵌合する嵌合構造で定位置に積層される形状であると共に、外装缶１１と一体に形成されている。電池ブロック３は、絶縁層２と角形電池１とが一体構造となった電池ユニット１０を、複数積層して構成している。
【解決手段】電力用の電源装置は、導電性を有する外装缶１１を備えた複数の角形電池１を、絶縁層２で絶縁して積層状態で配置してなる電池ブロック３と、この電池ブロック３の底面にあって各々の角形電池１に熱結合状態に配置されて、各角形電池１を底面から強制的に冷却する冷却プレート４と、この冷却プレート４を冷却する冷却機構５とを備えている。絶縁層２は、互いに嵌合する嵌合構造で定位置に積層される形状であると共に、外装缶１１と一体に形成されている。電池ブロック３は、絶縁層２と角形電池１とが一体構造となった電池ユニット１０を、複数積層して構成している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車、電気自動車等の自動車を駆動するモータの電源用に使用され、あるいは太陽電池の電力を蓄える電力用の電源装置とこの電源装置を備える車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車を走行させるモータを駆動する電源装置や太陽電池で充電されて夜間に電力を供給し、あるいは昼間の電力需要の大きいときに電力を供給する電源装置は、大きな出力が要求される。この電源装置は、複数の電池を直列に接続して出力電圧を高くしている。この種の用途に使用される電源装置として、複数の角形電池を積層して、隣接する角形電池を直列に接続して出力電圧を高くする構造のものが開発されている。（特許文献１参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１５３１４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の電源装置は、複数の角形電池の間に絶縁セパレータを配置して、絶縁セパレータで隣の角形電池を絶縁して積層している。複数の角形電池を積層して電池ブロックとする構造は、隣の角形電池の外装缶との間に電位差ができる。したがって、隣の角形電池を絶縁して積層する必要がある。隣の角形電池を絶縁するために、角形電池の間にはプラスチックなどの絶縁材で成形している絶縁セパレータが配置される。すなわち、電池ブロックは、角形電池と絶縁セパレータとを交互に積層して電池ブロックとしている。この構造の電池ブロックは、角形電池と絶縁セパレータとを定位置に配置して、角形電池を積層状態に固定する必要がある。絶縁セパレータと角形電池との相対位置がずれて、隣の角形電池の外装缶が接触すると、大きなショート電流が流れて安全に使用できず、また電池自体に著しいダメージを与える弊害がある。このため、絶縁セパレータは角形電池の間に正確に、しかも位置ずれしないように配置する必要がある。したがって、多数の角形電池を積層している電池ブロックは組み立てに手間がかかり、また部品点数が多くなって、アッセンブリーコストが高くなる欠点がある。また、長期間使用され、また振動などで絶縁セパレータと角形電池との相対位置がずれると、角形電池に大きなショート電流が流れる弊害も発生する。
【０００５】
本発明は、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、アッセンブリーコストを低減しながら、高い安全性を確保できる電力用の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】
本発明の電力用の電源装置は、導電性を有する外装缶１１を備えた複数の角形電池１を、絶縁層２、４２、５２、６２で絶縁して積層状態で配置してなる電池ブロック３と、この電池ブロック３の底面にあって各々の角形電池１に熱結合状態に配置されて、各角形電池１を底面から強制的に冷却する冷却プレート４と、この冷却プレート４を冷却する冷却機構５とを備えている。絶縁層２、４２、５２、６２は、互いに嵌合する嵌合構造で定位置に積層される形状であると共に、外装缶１１と一体に形成されている。電池ブロック３は、絶縁層２、４２、５２、６２と角形電池１とが一体構造となった電池ユニット１０を、複数積層して構成している。
【０００７】
以上の電源装置は、アッセンブリーコストを低減しながら、高い安全性を確保できる特徴がある。それは、嵌合構造を有する絶縁層を外装缶と一体に形成して、角形電池と絶縁層とを一体構造の電池ユニットとすることで、従来の絶縁セパレータを備えない構成であっても、隣接する角形電池を確実に絶縁すると共に、角形電池の相対位置のずれを防止することができるからである。
【０００８】
本発明の電力用の電源装置は、絶縁層２、４２、５２、６２を、少なくとも外装缶１１の主面１Ｂを覆う形状とすることができる。
本明細書において、外装缶の主面とは、互いに積層される角形電池同士の対向面となる面を意味している。
以上の電源装置は、外装缶の主面が絶縁層によって覆われているため、積層された角形電池同士を確実に絶縁することができる。また、角形電池に結露が生じても、角形電池の主面が絶縁層によって覆われているため、角形電池の上面に備えられている出力端子に結露した水が伝わることを抑制することができる。
【０００９】
本発明の電力用の電源装置は、角形電池１を絶縁層２、４２、５２、６２にインサート成形して、角形電池１と絶縁層２、４２、５２、６２とを一体構造の電池ユニット１０とすることができる。
以上の電源装置は、簡単かつ容易に、角形電池の表面に絶縁層を設けて、隣接する角形電池を確実に絶縁できる。
【００１０】
本発明の電力用の電源装置は、電池ブロック３が、互いに積層してなる複数の電池ユニット１０を両側から一対のエンドプレート７で積層方向に挟着して、さらに、一対のエンドプレート７を連結具８で連結して、一対のエンドプレート７でもって複数の電池ユニット１０を積層状態に固定することができる。
以上の電力用の電源装置は、電池ユニットを冷却プレートの上に載せ、電池ブロックを両端をエンドプレートと連結具とで連結することで、電池ユニットを冷却プレートに熱結合状態で確実に固定できる。
【００１１】
本発明の電力用の電源装置は、電池ユニット１０とエンドプレート７とを嵌合構造で定位置に積層することができる。
以上の電源装置は、電池ユニットとエンドプレートとを位置ずれしない状態で確実に固定できる。
【００１２】
本発明の電力用の電源装置は、電池ユニット１０の絶縁層２、４２、５２、６２が、中央部を外周部よりも厚く成形することができる。
以上の電源装置は、電池ユニットの積層状態において、絶縁層の中央部が面接触状態で接触して、角形電池の外周部が強く押圧されるのを防止できる。このため、角形電池の外周部が変形する等の弊害を防止できる。
【００１３】
本発明の電力用の電源装置は、電池ブロック３と冷却プレート４との間に圧縮されて変形する熱伝導シート６を配置することができる。
以上の電源装置は、熱伝導シートを介して各々の角形電池を確実に安定して冷却プレートに熱結合状態に連結できる。このため、各々の角形電池を確実に温度差が少なくなるように冷却できる。
【００１４】
本発明の電力用の電源装置は、電池ユニット１０の絶縁層２、４２、５２、６２が、冷却プレート４との対向面である底面に、外装缶１１を露出させる開口部２２を有し、この開口部２２に絶縁材からなる熱伝導シート６を配置し、外装缶１１を、熱伝導シート６を介して冷却プレート４に熱結合状態に連結することができる
以上の電源装置は、熱伝導シートを絶縁層の定位置に位置ずれしないように配置して、これでもって、角形電池の外装缶の底面を冷却プレートに確実に熱結合状態に連結できる。このため、冷却プレートでもって、各々の角形電池を安定して温度差が少なくなるように冷却できる。
【００１５】
本発明の電力用の電源装置は、電池ユニット１０の絶縁層２、４２、５２、６２が、外装缶１１の底面１Ａの両端部をカバーするカバー部２３を有し、このカバー部２３の間に開口部２２を設けて、このカバー部２３と開口部２２との境界に位置する境界面２４を、角形電池１の底面１Ａから冷却プレート４の接触面に向かって開口面積を大きくするように傾斜してなる傾斜面とすることができる。
以上の電源装置は、絶縁層の開口部に配置される熱伝導シートを、角形電池の底面と冷却プレートとで挟着することで、熱伝導シートを拡開させながら、冷却プレートにより広い面積で熱結合状態に密着して、冷却プレートでもって、各々の角形電池を効率よく温度差が少なくなるように冷却できる。
【００１６】
本発明の電力用の電源装置は、車両を走行させるモータに電力を供給する装置とすることができる。
以上の電源装置は、出力を大きくしてモータに大電力を供給する構造としながら、多数の角形電池を電池ユニットとして定位置に確実に固定して使用できる。とくに、車両の振動などで角形電池や絶縁層の位置ずれを防止しながら、長期間にわたって多数の角形電池を定位置に固定し、安定に使用できる特徴がある。
【００１７】
本発明の電力用の電源装置は、太陽電池の電力で充電して、太陽電池の発電電力を蓄える装置とすることができる
以上の電源装置は、出力を大きくして太陽電池の大きな出力を充電できる構造としながら、多数の角形電池を電池ユニットとして定位置に確実に固定して使用できる。さらに、長期間にわたって多数の角形電池を安定して定位置に固定して使用できる特徴がある。
【００１８】
本発明の車両は、上記のいずれかの電源装置を備えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施例にかかる電力用の電源装置の斜視図である。
【図２】図１に示す電源装置の分解斜視図である。
【図３】図１に示す電源装置を背面下側から見た分解斜視図である。
【図４】図１に示す電源装置の水平断面図である。
【図５】図１に示す電源装置の垂直縦断面図である。
【図６】図１に示す電源装置の一部拡大垂直横断面図である。
【図７】図４に示す電源装置の要部拡大断面図である。
【図８】図５に示す電源装置の要部拡大断面図である。
【図９】電池ユニットの拡大斜視図である。
【図１０】複数の電池ユニットを積層する嵌合構造を示す分解断面図である。
【図１１】複数の電池ユニットを積層する嵌合構造の他の一例を示す分解断面図である。
【図１２】複数の電池ユニットを積層する嵌合構造の他の一例を示す分解断面図である。
【図１３】複数の電池ユニットを積層する嵌合構造の他の一例を示す分解斜視図である。
【図１４】本発明の一実施例にかかる電源装置をエンジンとモータで走行するハイブリッド車に搭載する例を示すブロック図である。
【図１５】本発明の一実施例にかかる電源装置をモータのみで走行する電気自動車に搭載する例を示すブロック図である。
【図１６】本発明の一実施例にかかる電源装置を蓄電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】
【００２０】
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力用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。
【００２１】
本発明の電力用の電源装置は、主として、ハイブリッド自動車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に使用され、あるいは太陽電池の電力を蓄えて夜間や昼間のピーク電力時に出力する電源装置に使用される。
【００２２】
図１ないし図８に示す電源装置は、導電性を有する外装缶１１を備えた複数の角形電池１を絶縁層２で絶縁して積層状態で配置している電池ブロック３と、この電池ブロック３を構成する角形電池１の外装缶１１を底面１Ａから冷却する冷却プレート４と、この冷却プレート４を冷却する冷却機構５とを備える。以上の電源装置の冷却機構５は、冷却プレート４に冷媒を循環して、冷却プレート４を冷却し、この冷却プレート４を外装缶１１に熱結合状態に連結して、角形電池１を強制的に冷却する。冷却機構５は、角形電池１の温度を検出して冷却プレート４の温度を制御する。冷却機構５は、角形電池１の温度が設定温度よりも高くなると、冷却プレート４に冷媒を循環させて冷却プレート４を介して角形電池１を冷却する。角形電池１の温度が設定温度よりも低くなると冷却機構５は冷却プレート４への冷媒の循環を停止する。
【００２３】
角形電池１はリチウムイオン二次電池である。ただし、角形電池はリチウムイオン二次電池には特定されず、充電できる全ての電池、たとえばニッケル水素電池なども使用できる。角形電池１は、正負の電極板を積層している電極体（図示せず）を外装缶１１に収納して電解液を充填して気密に密閉したものである。外装缶１１は、図６に示すように、底を閉塞する四角い筒状に成形したもので、上方の開口部を封口板１２で気密に閉塞している。外装缶１１は、アルミニウムやアルミニウム合金などの金属板を深絞り加工したもので、表面が導電性を有する。積層される角形電池１は、薄い角形に成形される。封口板１２もアルミニウムやアルミニウム合金などの金属板で製作される。この封口板１２は、正負の電極端子１３を両端部に、絶縁材１４を介して固定している。正負の電極端子１３は内蔵する正負の電極板（図示せず）に接続される。リチウムイオン二次電池は、外装缶１１を電極に接続しない。ただ、外装缶１１は電解液を介して電極板に接続されることから、正負の電極板の中間電位となる。ただし、角形電池は、一方の電極端子をリード線で外装缶に接続することもできる。この角形電池は、外装缶に接続される電極端子を絶縁することなく封口板に固定できる。さらに、封口板１２は、安全弁１５の開口部１６を設けている。安全弁１５は、外装缶１１の内圧が設定値よりも高くなると開弁して、外装缶１１が破損するのを防止する。安全弁１５が開弁すると内部のガスが封口板１２の開口部１６から外部に排出される。図６と図９の角形電池１は、封口板１２に安全弁１５の開口部１６を設けている。この角形電池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、外装缶１１の内部にはガスが溜まっているからである。角形電池は、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、この角形電池は、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。封口板１２に安全弁１５を設ける角形電池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。
【００２４】
積層される角形電池１は、図示しないが、隣接する電極端子１３を接続して、互いに直列又は並列に接続される。並列に接続される角形電池１は外装缶１１に電位差が発生しない。ただ、出力を大きくする電源装置は、全ての角形電池１を並列に接続することなく、直列に接続して出力電圧を高くしている。直列に接続される角形電池１は、隣の角形電池１の外装缶１１との間に電位差が発生する。したがって、電源装置は、隣の角形電池１の外装缶１１の間に絶縁層２を挟んで、隣の角形電池１を絶縁状態で積層している。さらに、各々の角形電池１の間に挟まれる絶縁層２は、隣の角形電池１を熱的に遮断して積層することで、いずれかの角形電池１の温度が異常に高くなって熱暴走する状態となっても、熱暴走が隣の角形電池１の熱暴走を誘発するのを防止する作用もある。したがって、並列に接続している角形電池の間にも絶縁層を配置している電池ブロックは、熱暴走の誘発を防止して、安全性を向上できる。
【００２５】
さらに、図示しないが、各々の角形電池１の電極端子１３にはリード線（図示せず）が接続される。このリード線は、角形電池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、図１において、電源装置の上方に配設される。
【００２６】
電池ブロック３は、互いに隣接する角形電池１の間に絶縁層２を配置している。絶縁層２は、少なくとも、互いに隣接する角形電池１の対向面となる外装缶１１の主面１Ｂのほぼ全体を覆う形状としている。絶縁層２は、隣接する角形電池１の外装缶１１を絶縁すると共に、隣接する角形電池１を熱的に遮断する。したがって、絶縁層２は、プラスチックを成形して製作される。ただし、絶縁層は、プラスチックに代わって、ゴム等の絶縁材を成形して製作することもできる。
【００２７】
絶縁層２は、角形電池１をインサート成形して、絶縁層２と角形電池１とを一体構造の電池ユニット１０としている。この電池ユニット１０は、絶縁層２を成形する金型の成形室に角形電池１を仮止めし、成形室にプラスチックを注入して製作される。絶縁層２は、図６ないし図９に示すように、角形電池１の外周面全体と、底面１Ａの両端部をカバーし、角形電池１の上面全体と、底面１Ａの両端部を除く領域を露出させる形状に成形される。
【００２８】
さらに、絶縁層は、図示しないが、軟質のプラスチックやゴム等のゴム状弾性体を角形電池の外形に沿う形状に成形した成形体で構成し、この成形体を角形電池の表面に装着して設けることもできる。この絶縁層は、たとえば、ゴム状弾性体で成形された成形体の内形を広げる状態として内側に角形電池を挿入し、外装缶の表面に弾性的に密着する状態で装着して角形電池を被覆する。これにより、絶縁層と外装缶とを一体的に形成して、絶縁層と角形電池とを一体構造の電池ユニットとすることができる。この絶縁層も、角形電池の外周面全体と、底面の両端部をカバーし、角形電池の上面全体と、底面の両端部を除く領域を露出させる形状とすることができる。
【００２９】
図６と図９の絶縁層２は、角形電池１の電極端子１３を設けている上面を露出させている。角形電池１は、上面の封口板１２に電極端子１３や安全弁１５の開口部１６を設けている。封口板１２の表面を露出させている電池ユニット１０は、電極端子１３の接続を簡単にできる。また安全弁１５の開口部１６を閉塞しないので、安全弁１５の開口部１６に排出ダクト（図示せず）などを連結できる。
【００３０】
絶縁層２は、電池ユニット１０の積層面１７の中央部をカバーする領域を、積層面１７の外周部よりも厚く成形して肉厚部２１を設けている。この電池ユニット１０は、積層面１７を互いに密着させる状態で積層して、絶縁層２の積層面１７の中央部に設けた肉厚部２１が面接触状態で接触して、角形電池１の対向面の外周部が強く押圧されるのを防止できる。
【００３１】
さらに、絶縁層２と角形電池１とを一体構造とする電池ユニット１０は、絶縁層２を嵌合構造として、定位置に積層される形状としている。絶縁層２の嵌合構造は、互いに隣接して積層される電池ユニット１０の対向する積層面１７に対向して設けた嵌着凸部２５と嵌入凹部２６とで構成している。この嵌合構造は、積層面１７から突出する嵌着凸部２５を、対向する嵌入凹部２６に案内して嵌合状態で連結する。ただ、嵌合構造は、嵌着凸部を案内する嵌入凹部にかわって、嵌合孔を設けることもできる。
【００３２】
図２と図３に示す電池ユニット１０の絶縁層２は、一方の積層面１７に嵌着凸部２５を設けて、他方の積層面１７には嵌着凸部２５を案内する嵌入凹部２６を設けている。すなわち、図２と図３において、互いに隣接して積層される電池ユニット１０の絶縁層２は、互いに対向する積層面１７の一方に嵌着凸部２５を設けて、他方にこの嵌着凸部２５を案内する嵌入凹部２６を設けている。図の絶縁層２は、一方の積層面１７に複数の嵌着凸部２５を設けると共に、この積層面１７と対向する積層面１７には、これらの嵌着凸部２５を案内する複数の嵌入凹部２６を設けており、互いに積層される電池ユニット１０の位置と姿勢とを特定できるようにしている。図の絶縁層２は、互いに対向する積層面１７であって、肉厚部２１の四隅部に位置して、嵌着凸部２５と嵌入凹部２６とを設けている。
【００３３】
図に示す絶縁層２は、嵌着凸部２５の外形を円形として、この円形の嵌着凸部２５を案内する嵌入凹部２６の内形を嵌着凸部２５の外形に沿う円形状としている。嵌入凹部２６の内形は、嵌着凸部２５の外形にほぼ等しくし、あるいはやや大きくして、嵌着凸部２５を嵌入凹部２６に嵌合状態で連結できるようにしている。このように、円形の嵌着凸部２５を嵌入凹部２６に案内して位置決めする嵌合構造は、積層面１７に複数の嵌着凸部２５と嵌入凹部２６を設けることで、電池ユニット１０の位置と姿勢とを特定して定位置に積層できる。ただ、嵌着凸部と嵌入凹部は、必ずしも円形とする必要はなく、多角形状とすることもできる。すなわち、嵌着凸部の外形を多角形状として、嵌入凹部の内形をこの嵌着凸部の外形に沿う多角形状とすることもできる。このように、多角形状の嵌着凸部を嵌入凹部に案内して位置決めする嵌合構造は、積層面に、１ないし複数の嵌着凸部と嵌入凹部を設けて、電池ユニットの位置と姿勢とを特定して定位置に積層できる。さらに、絶縁層の嵌合構造は、嵌着凸部を凸条として、この凸条の嵌着凸部を案内する嵌入凹部を溝状とすることもできる。この嵌合構造も電池ユニットの位置と姿勢とを特定しながら定位置に積層できる。
【００３４】
以上の嵌合構造は、図１０に示すように、隣接する電池ユニット１０同士の互いに対向する積層面１７の一方に設けた嵌着凸部２５を、他方に設けた嵌入凹部２６に案内して、複数の電池ユニット１０を定位置に位置決めしながら積層する。さらに、互いに積層される電池ユニット１０は、図１０に示すように、互いに隣接する電池セル１同士を直列に接続するために、隣接する電池セル１の正負の出力端子１３が逆向きとなるように、電池セル１を交互に左右反転する姿勢で積層している。したがって、図１０において上下に位置する電池ユニット１０と、中間に位置する電池ユニット１０とでは、電池セル１の正負の出力端子１３の配置に対して、絶縁層２に設ける嵌着凸部２５と嵌入凹部２６の配列を逆転させている。
【００３５】
さらに、絶縁層の嵌合構造は、図１１に示す構造とすることもできる。図１１に示す嵌合構造は、一方の積層面１７の両側に位置して嵌着凸部２５と嵌入凹部２６とを設けると共に、この積層面１７に積層される他方の積層面１７の両側の対向位置に、嵌入凹部２６と嵌着凸部２５とを設けて、互いに対向する嵌着凸部２５を嵌入凹部２６に案内して嵌合させる構造としている。図１１に示す電池ユニット１０は、絶縁層４２の対向する積層面１７に設ける嵌着凸部２５と嵌入凹部２６とを、平面視で点対称の配列となるようにそれぞれ配置している。この構造は、互いに隣接する電池セル１同士を直列に接続するために、隣接する電池セル１を交互に左右反転させて正負の出力端子１３が逆向きとなるように配置しても、積層面１７の対向位置に配置される嵌着凸部２５と嵌入凹部２６とを同じ配列にできる。したがって、同じ構造の電池ユニットを製造して、複数の電池セル１を直列に接続できる姿勢で、すなわち、交互に左右反転させながら積層できる。
【００３６】
さらに、絶縁層の嵌合構造は、嵌着凸部と嵌入凹部からなる以上の構造には特定されず、たとえば、図１２に示すように、絶縁層５２の両側にガイド片２７を設けて、このガイド片２７の内側に隣接する電池ユニット１０を案内する形状とすることもできる。図１２に示す絶縁層５２は、電池ユニット１０の両側面に位置して、電池ユニット１０の積層方向に突出するガイド片２７を一体成形して設けている。図の絶縁層５２は、両側のガイド片２７を一方向に突出させており、両側のガイド片２７の間に隣接する電池ユニット１０を案内して、積層される電池ユニット１０同士の左右方向の位置ずれを防止している。さらに、図に示す絶縁層５２は、隣接する電池ユニット１０のガイド片２７を定位置に連結するために、ガイド片２７を案内するガイド凹部２８をガイド片２７に対向して設けている。このガイド凹部２８に左右のガイド片２７を案内して、積層される電池ユニット１０同士の上下方向の位置ずれを防止している。さらに、図１２において、互いに積層される電池ユニット１０は、互いに隣接する電池セル１同士を直列に接続するために、隣接する電池セル１の正負の出力端子１３が逆向きとなるように、電池セル１を交互に左右反転する姿勢で積層している。したがって、図１２において上下に位置する電池ユニット１０と、中間に位置する電池ユニット１０とでは、電池セル１の正負の出力端子１３の配置に対して、絶縁層５２に設けるガイド片２７とガイド凹部２８の配列を逆転させている。
【００３７】
さらに、絶縁層に設けるガイド片は、図１３に示す構造とすることもできる。図１３に示す絶縁層６２は、電池ユニット１０の各側面において、互いに逆方向に突出するガイド片２７を上下に隣接して設けると共に、電池ユニット１０の両側面に設けるガイド片２７同士を、平面視で点対称の姿勢となるようにそれぞれ配置している。これにより、互いに積層される電池ユニット１０同士は、上下に位置して対向するガイド片２７同士を互いに当接させることで上下の位置ずれが防止されると共に、電池ユニット１０の両側面において同方向に突出するガイド片２７に挟着される状態で位置決めされて、左右方向の位置ずれが防止される。さらに、この構造は、互いに隣接する電池セル１同士を直列に接続するために、隣接する電池セル１を交互に左右反転させて正負の出力端子１３が逆向きとなるように配置しても、電池ユニット１０の両側面の対向位置に配置されるガイド片２７を同じ配列にできる。したがって、同じ構造の電池ユニットを製造して、複数の電池セル１を直列に接続できる姿勢で、すなわち、交互に左右反転させながら積層できる。
【００３８】
さらに、本発明の電源装置は、絶縁層の嵌合構造を、以上の構造には特定しない。絶縁層の嵌合構造は、互いに隣接して積層される電池ユニットを位置ずれしないように嵌合できる他の全ての形状とすることができる。
【００３９】
絶縁層２は、図３と図６に示すように、冷却プレート４との対向面である底面に、外装缶１１を露出させる開口部２２を設けている。この開口部２２に絶縁性の熱伝導シート６を配置して、外装缶１１を熱伝導シート６を介して冷却プレート４に熱結合状態に連結している。図３と図６の絶縁層２は、外装缶１１の底面１Ａの両端部をカバーするカバー部２３を有し、このカバー部２３の間に開口部２２を設けている。カバー部２３の厚さは、熱伝導シート６の厚さに等しく、カバー部２３と熱伝導シート６の両方を冷却プレート４の表面に密着させている。この構造は、カバー部２３を薄くして熱伝導シート６を薄くし、カバー部２３を厚くして熱伝導シート６を厚くする。熱伝導シート６は、薄くすることで、角形電池１をより効果的に冷却プレート４で冷却できる。ただ、熱伝導シートが薄すぎると充分な強度を実現することが難しくなるので、好ましくは熱伝導シートの厚さは０．５ｍｍ〜１．５ｍｍ程度とする。
【００４０】
さらに、カバー部２３は、図６の一部拡大断面図に示すように、開口部２２との境界に位置する境界面２４を、角形電池１の底面１Ａから冷却プレート４との接触面に向かって開口面積を大きくするように傾斜している傾斜面としている。この構造は、絶縁層２の開口部２２に配置する熱伝導シート６を、角形電池１の底面１Ａと冷却プレート４とで挟着して、押圧して変形できる熱伝導シート６を冷却プレート４の表面に沿って拡開させながら密着できる。このため、熱伝導シート６を冷却プレート４により広い面積で確実に密着させて、より好ましい熱結合状態にできる。このため、冷却プレート４でもって、各々の角形電池１を効率よく温度差が少なくなるように冷却できる。
【００４１】
熱伝導シート６は、電池ブロック３の角形電池１と冷却プレート４の間で圧縮されて変形して、角形電池１の底面１Ａと冷却プレート４の両面に面接触状態で密着する。熱伝導シート６は、その表面にシリコンオイル等の絶縁性の熱伝導ペーストを塗布することで、角形電池１の底面１Ａと冷却プレート４との表面により確実に安定して面接触状態に密着させることもできる。また、図示しないが、角形電池の底面を露出させる開口部に熱伝導ペーストを充填して、熱伝導ペーストを介して角形電池の底面を冷却プレートに熱結合状態に連結することもできる。この構造は、必ずしも熱伝導シートを使用することなく、熱伝導ペーストのみで角形電池を冷却プレートの表面に熱結合状態に連結できる。
【００４２】
以上の電源装置は、熱伝導シート６や熱伝導ペーストを介して各々の角形電池１の底面１Ａを確実に安定して冷却プレート４に熱結合状態に連結して、各々の角形電池１を温度差が少なくなるように効率よく冷却できる。ただし、本発明の電源装置は、角形電池の底面を露出させることなく絶縁層でカバーして、冷却プレートの表面に熱結合状態に連結することもできる。
【００４３】
積層される複数の電池ユニット１０は、図１ないし図６に示すように、積層している電池ユニット１０の両端面に配置される一対のエンドプレート７と、このエンドプレート７に、端部を連結している連結具８とで積層状態に固定される。
【００４４】
エンドプレート７は、硬質のプラスチックで成形され、あるいはアルミニウムやその合金などの金属で製作される。エンドプレート７は、広い面積で電池ユニット１０を挟着するために、その外形を電池ユニット１０と同じ四角形としている。四角形のエンドプレート７は、電池ユニット１０と同じ大きさに、あるいは電池ユニット１０よりもわずかに大きくしている。さらに、エンドプレート７は、電池ユニット１０との積層面１７を嵌合構造とすることで、電池ユニット１０と位置ずれしないように連結できる。この嵌合構造は、前述した電池ユニット１０の嵌合構造と同じ構造とすることができる。図２と図３に示すエンドプレート７は、電池ユニット１０の積層面１７に設けた嵌着凸部２５と対向する位置に、この嵌着凸部２５を案内する嵌入凹部２６を設けると共に、電池ユニット１０の積層面１７に設けた嵌入凹部２６と対向する位置に、この嵌入凹部２６に案内される嵌着凸部２５を設けている。以上の電源装置は、電池ユニット１０とエンドプレート７の積層面１７に対向して設けた嵌着凸部２５と嵌入凹部２６とを嵌合させて位置ずれしない状態で固定される。さらに、電池ユニットとエンドプレートの嵌合構造は、図示しないが、両側に設けたガイド片で構成することもできる。ただし、必ずしも電池ユニットの嵌合構造と同じ構造とする必要はなく、電池ユニットとエンドプレートとを位置ずれしないように嵌合できる全ての形状とすることができる。
【００４５】
エンドプレート７には、金属バンド８Ａからなる連結具８の端部が連結される。金属バンド８Ａは、止ネジ８Ｂを介してエンドプレート７に連結している。止ネジ８Ｂで金属バンド８Ａを連結するエンドプレート７は、止ネジ８Ｂをねじ込む雌ネジ孔７ａを設けている。雌ネジ孔７ａは、エンドプレート７の外側表面に設けられて、金属バンド８Ａの両端に設けた折曲部８ａを貫通する止ネジ８Ｂをねじ込んで金属バンド８Ａを連結する。図の金属バンド８Ａは、止ネジ８Ｂでエンドプレート７に固定しているが、金属バンドの端部を内側に折曲してエンドプレートに連結し、あるいはまた、端部をかしめてエンドプレートに連結することもできる。
【００４６】
図１ないし図３の電源装置は、電池ユニット１０の上端部に沿って配置される金属バンド８Ａと、電池ユニット１０の下端部に沿って配設される金属バンド８Ａをエンドプレート７に連結している。この電源装置は、エンドプレート７の上端と下端であって、外側表面の両側部に雌ネジ孔７ａを設けている。この電源装置は、電池ユニット１０の上下を金属バンド８Ａで固定する。電源装置は、図示しないが、金属バンドを上下の中間であって、中央部の上下に配設することもできる。金属バンド８Ａの端部を止ネジ８Ｂで固定するエンドプレート７は、雌ネジ孔７ａを金属バンド８Ａの連結位置に設けている。
【００４７】
金属バンド８Ａ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。金属バンド８Ａは、端部をエンドプレート７に連結して、一対のエンドプレート７を連結して、その間に複数の電池ユニット１０を圧縮状態に保持する。金属バンド８Ａは、一対のエンドプレート７を所定の寸法に固定して、その間に積層される角形電池１と絶縁層２を所定の圧縮状態に固定する。角形電池１の膨張圧力で金属バンド８Ａが伸びると、角形電池１の膨張を阻止できない。したがって、金属バンド８Ａには、角形電池１の膨張圧で伸びない強度の金属板、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、金属バンドは、金属板を溝形に加工することもできる。この形状の金属バンドは、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。
【００４８】
金属バンド８Ａは、端部に折曲部８ａを設けて、折曲部８ａをエンドプレート７に連結する。折曲部８ａは、止ネジ８Ｂの貫通孔を設けて、ここに挿入される止ネジ８Ｂを介してエンドプレート７に固定される。
【００４９】
冷却プレート４は、図１ないし図３、及び図６に示すように、内部に冷媒を循環させる冷媒路３１を設けている。冷媒路３１は、フレオンや炭酸ガスなどの冷媒が液状で供給され、内部で冷媒を気化させて気化熱で冷却プレート４を冷却する。この冷却プレート４は、冷媒路３１を冷却機構５に連結している。
【００５０】
冷却機構５は、図１に示すように、冷媒路３１で気化された気体状の冷媒を加圧するコンプレッサ３６と、このコンプレッサ３６で圧縮された冷媒を冷却して液化させる冷却熱交換器３７と、この冷却熱交換器３７で液化された冷媒を冷媒路３１に供給する膨張弁３８とを備える。膨張弁３８を介して供給される液状の冷媒は、冷却プレート４内の冷媒路３１で気化され、気化熱で冷却プレート４を冷却して冷却機構５に排出される。したがって、冷媒は冷却プレート４の冷媒路３１と冷却機構５とに循環して、冷却プレート４を冷却する。この冷却機構５は、冷媒の気化熱で冷却プレート４を低温に冷却するが、冷却プレートは、気化熱によらず冷却することもできる。この冷却プレートは、冷媒路には、低温に冷却されたブラインなどの冷媒を供給して、冷媒の気化熱でなくて、低温の冷媒で直接に冷却プレートを冷却する。
【００５１】
冷却機構５は、角形電池１の温度を検出する温度センサ（図示せず）で冷却プレート４の冷却状態をコントロールする。すなわち、角形電池１の温度があらかじめ設定している冷却開始温度よりも高くなると、冷却プレート４に冷媒を供給して冷却し、角形電池１が冷却停止温度よりも低くなると、冷却プレート４への冷媒の供給を停止して、角形電池１をあらかじめ設定している温度範囲にコントロールする。
【００５２】
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。
【００５３】
図１４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。
【００５４】
また、図１５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。
【００５５】
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。
【００５６】
図１６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。
【００５７】
以上のような蓄電装置は、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、家庭内用または工場用の蓄電用電源、街路灯の電源、信号機や道路用の交通表示器等の電源などの用途に好適に利用できる。
【符号の説明】
【００５８】
１…角形電池 １Ａ…底面
１Ｂ…主面
２…絶縁層
３…電池ブロック
４…冷却プレート
５…冷却機構
６…熱伝導シート
７…エンドプレート ７ａ…雌ネジ孔
８…連結具 ８Ａ…金属バンド
８ａ…折曲部
８Ｂ…止ネジ
１０…電池ユニット
１１…外装缶
１２…封口板
１３…電極端子
１４…絶縁材
１５…安全弁
１６…開口部
１７…積層面
２１…肉厚部
２２…開口部
２３…カバー部
２４…境界面
２５…嵌着凸部
２６…嵌入凹部
２７…ガイド片
２８…ガイド凹部
３１…循環路
３６…コンプレッサ
３７…冷却熱交換器
３８…膨張弁
４２…絶縁層
５２…絶縁層
６２…絶縁層
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
ＥＶ…車両
ＨＶ…車両
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車、電気自動車等の自動車を駆動するモータの電源用に使用され、あるいは太陽電池の電力を蓄える電力用の電源装置とこの電源装置を備える車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車を走行させるモータを駆動する電源装置や太陽電池で充電されて夜間に電力を供給し、あるいは昼間の電力需要の大きいときに電力を供給する電源装置は、大きな出力が要求される。この電源装置は、複数の電池を直列に接続して出力電圧を高くしている。この種の用途に使用される電源装置として、複数の角形電池を積層して、隣接する角形電池を直列に接続して出力電圧を高くする構造のものが開発されている。（特許文献１参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１５３１４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の電源装置は、複数の角形電池の間に絶縁セパレータを配置して、絶縁セパレータで隣の角形電池を絶縁して積層している。複数の角形電池を積層して電池ブロックとする構造は、隣の角形電池の外装缶との間に電位差ができる。したがって、隣の角形電池を絶縁して積層する必要がある。隣の角形電池を絶縁するために、角形電池の間にはプラスチックなどの絶縁材で成形している絶縁セパレータが配置される。すなわち、電池ブロックは、角形電池と絶縁セパレータとを交互に積層して電池ブロックとしている。この構造の電池ブロックは、角形電池と絶縁セパレータとを定位置に配置して、角形電池を積層状態に固定する必要がある。絶縁セパレータと角形電池との相対位置がずれて、隣の角形電池の外装缶が接触すると、大きなショート電流が流れて安全に使用できず、また電池自体に著しいダメージを与える弊害がある。このため、絶縁セパレータは角形電池の間に正確に、しかも位置ずれしないように配置する必要がある。したがって、多数の角形電池を積層している電池ブロックは組み立てに手間がかかり、また部品点数が多くなって、アッセンブリーコストが高くなる欠点がある。また、長期間使用され、また振動などで絶縁セパレータと角形電池との相対位置がずれると、角形電池に大きなショート電流が流れる弊害も発生する。
【０００５】
本発明は、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、アッセンブリーコストを低減しながら、高い安全性を確保できる電力用の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】
本発明の電力用の電源装置は、導電性を有する外装缶１１を備えた複数の角形電池１を、絶縁層２、４２、５２、６２で絶縁して積層状態で配置してなる電池ブロック３と、この電池ブロック３の底面にあって各々の角形電池１に熱結合状態に配置されて、各角形電池１を底面から強制的に冷却する冷却プレート４と、この冷却プレート４を冷却する冷却機構５とを備えている。絶縁層２、４２、５２、６２は、互いに嵌合する嵌合構造で定位置に積層される形状であると共に、外装缶１１と一体に形成されている。電池ブロック３は、絶縁層２、４２、５２、６２と角形電池１とが一体構造となった電池ユニット１０を、複数積層して構成している。
【０００７】
以上の電源装置は、アッセンブリーコストを低減しながら、高い安全性を確保できる特徴がある。それは、嵌合構造を有する絶縁層を外装缶と一体に形成して、角形電池と絶縁層とを一体構造の電池ユニットとすることで、従来の絶縁セパレータを備えない構成であっても、隣接する角形電池を確実に絶縁すると共に、角形電池の相対位置のずれを防止することができるからである。
【０００８】
本発明の電力用の電源装置は、絶縁層２、４２、５２、６２を、少なくとも外装缶１１の主面１Ｂを覆う形状とすることができる。
本明細書において、外装缶の主面とは、互いに積層される角形電池同士の対向面となる面を意味している。
以上の電源装置は、外装缶の主面が絶縁層によって覆われているため、積層された角形電池同士を確実に絶縁することができる。また、角形電池に結露が生じても、角形電池の主面が絶縁層によって覆われているため、角形電池の上面に備えられている出力端子に結露した水が伝わることを抑制することができる。
【０００９】
本発明の電力用の電源装置は、角形電池１を絶縁層２、４２、５２、６２にインサート成形して、角形電池１と絶縁層２、４２、５２、６２とを一体構造の電池ユニット１０とすることができる。
以上の電源装置は、簡単かつ容易に、角形電池の表面に絶縁層を設けて、隣接する角形電池を確実に絶縁できる。
【００１０】
本発明の電力用の電源装置は、電池ブロック３が、互いに積層してなる複数の電池ユニット１０を両側から一対のエンドプレート７で積層方向に挟着して、さらに、一対のエンドプレート７を連結具８で連結して、一対のエンドプレート７でもって複数の電池ユニット１０を積層状態に固定することができる。
以上の電力用の電源装置は、電池ユニットを冷却プレートの上に載せ、電池ブロックを両端をエンドプレートと連結具とで連結することで、電池ユニットを冷却プレートに熱結合状態で確実に固定できる。
【００１１】
本発明の電力用の電源装置は、電池ユニット１０とエンドプレート７とを嵌合構造で定位置に積層することができる。
以上の電源装置は、電池ユニットとエンドプレートとを位置ずれしない状態で確実に固定できる。
【００１２】
本発明の電力用の電源装置は、電池ユニット１０の絶縁層２、４２、５２、６２が、中央部を外周部よりも厚く成形することができる。
以上の電源装置は、電池ユニットの積層状態において、絶縁層の中央部が面接触状態で接触して、角形電池の外周部が強く押圧されるのを防止できる。このため、角形電池の外周部が変形する等の弊害を防止できる。
【００１３】
本発明の電力用の電源装置は、電池ブロック３と冷却プレート４との間に圧縮されて変形する熱伝導シート６を配置することができる。
以上の電源装置は、熱伝導シートを介して各々の角形電池を確実に安定して冷却プレートに熱結合状態に連結できる。このため、各々の角形電池を確実に温度差が少なくなるように冷却できる。
【００１４】
本発明の電力用の電源装置は、電池ユニット１０の絶縁層２、４２、５２、６２が、冷却プレート４との対向面である底面に、外装缶１１を露出させる開口部２２を有し、この開口部２２に絶縁材からなる熱伝導シート６を配置し、外装缶１１を、熱伝導シート６を介して冷却プレート４に熱結合状態に連結することができる
以上の電源装置は、熱伝導シートを絶縁層の定位置に位置ずれしないように配置して、これでもって、角形電池の外装缶の底面を冷却プレートに確実に熱結合状態に連結できる。このため、冷却プレートでもって、各々の角形電池を安定して温度差が少なくなるように冷却できる。
【００１５】
本発明の電力用の電源装置は、電池ユニット１０の絶縁層２、４２、５２、６２が、外装缶１１の底面１Ａの両端部をカバーするカバー部２３を有し、このカバー部２３の間に開口部２２を設けて、このカバー部２３と開口部２２との境界に位置する境界面２４を、角形電池１の底面１Ａから冷却プレート４の接触面に向かって開口面積を大きくするように傾斜してなる傾斜面とすることができる。
以上の電源装置は、絶縁層の開口部に配置される熱伝導シートを、角形電池の底面と冷却プレートとで挟着することで、熱伝導シートを拡開させながら、冷却プレートにより広い面積で熱結合状態に密着して、冷却プレートでもって、各々の角形電池を効率よく温度差が少なくなるように冷却できる。
【００１６】
本発明の電力用の電源装置は、車両を走行させるモータに電力を供給する装置とすることができる。
以上の電源装置は、出力を大きくしてモータに大電力を供給する構造としながら、多数の角形電池を電池ユニットとして定位置に確実に固定して使用できる。とくに、車両の振動などで角形電池や絶縁層の位置ずれを防止しながら、長期間にわたって多数の角形電池を定位置に固定し、安定に使用できる特徴がある。
【００１７】
本発明の電力用の電源装置は、太陽電池の電力で充電して、太陽電池の発電電力を蓄える装置とすることができる
以上の電源装置は、出力を大きくして太陽電池の大きな出力を充電できる構造としながら、多数の角形電池を電池ユニットとして定位置に確実に固定して使用できる。さらに、長期間にわたって多数の角形電池を安定して定位置に固定して使用できる特徴がある。
【００１８】
本発明の車両は、上記のいずれかの電源装置を備えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施例にかかる電力用の電源装置の斜視図である。
【図２】図１に示す電源装置の分解斜視図である。
【図３】図１に示す電源装置を背面下側から見た分解斜視図である。
【図４】図１に示す電源装置の水平断面図である。
【図５】図１に示す電源装置の垂直縦断面図である。
【図６】図１に示す電源装置の一部拡大垂直横断面図である。
【図７】図４に示す電源装置の要部拡大断面図である。
【図８】図５に示す電源装置の要部拡大断面図である。
【図９】電池ユニットの拡大斜視図である。
【図１０】複数の電池ユニットを積層する嵌合構造を示す分解断面図である。
【図１１】複数の電池ユニットを積層する嵌合構造の他の一例を示す分解断面図である。
【図１２】複数の電池ユニットを積層する嵌合構造の他の一例を示す分解断面図である。
【図１３】複数の電池ユニットを積層する嵌合構造の他の一例を示す分解斜視図である。
【図１４】本発明の一実施例にかかる電源装置をエンジンとモータで走行するハイブリッド車に搭載する例を示すブロック図である。
【図１５】本発明の一実施例にかかる電源装置をモータのみで走行する電気自動車に搭載する例を示すブロック図である。
【図１６】本発明の一実施例にかかる電源装置を蓄電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】
【００２０】
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力用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。
【００２１】
本発明の電力用の電源装置は、主として、ハイブリッド自動車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に使用され、あるいは太陽電池の電力を蓄えて夜間や昼間のピーク電力時に出力する電源装置に使用される。
【００２２】
図１ないし図８に示す電源装置は、導電性を有する外装缶１１を備えた複数の角形電池１を絶縁層２で絶縁して積層状態で配置している電池ブロック３と、この電池ブロック３を構成する角形電池１の外装缶１１を底面１Ａから冷却する冷却プレート４と、この冷却プレート４を冷却する冷却機構５とを備える。以上の電源装置の冷却機構５は、冷却プレート４に冷媒を循環して、冷却プレート４を冷却し、この冷却プレート４を外装缶１１に熱結合状態に連結して、角形電池１を強制的に冷却する。冷却機構５は、角形電池１の温度を検出して冷却プレート４の温度を制御する。冷却機構５は、角形電池１の温度が設定温度よりも高くなると、冷却プレート４に冷媒を循環させて冷却プレート４を介して角形電池１を冷却する。角形電池１の温度が設定温度よりも低くなると冷却機構５は冷却プレート４への冷媒の循環を停止する。
【００２３】
角形電池１はリチウムイオン二次電池である。ただし、角形電池はリチウムイオン二次電池には特定されず、充電できる全ての電池、たとえばニッケル水素電池なども使用できる。角形電池１は、正負の電極板を積層している電極体（図示せず）を外装缶１１に収納して電解液を充填して気密に密閉したものである。外装缶１１は、図６に示すように、底を閉塞する四角い筒状に成形したもので、上方の開口部を封口板１２で気密に閉塞している。外装缶１１は、アルミニウムやアルミニウム合金などの金属板を深絞り加工したもので、表面が導電性を有する。積層される角形電池１は、薄い角形に成形される。封口板１２もアルミニウムやアルミニウム合金などの金属板で製作される。この封口板１２は、正負の電極端子１３を両端部に、絶縁材１４を介して固定している。正負の電極端子１３は内蔵する正負の電極板（図示せず）に接続される。リチウムイオン二次電池は、外装缶１１を電極に接続しない。ただ、外装缶１１は電解液を介して電極板に接続されることから、正負の電極板の中間電位となる。ただし、角形電池は、一方の電極端子をリード線で外装缶に接続することもできる。この角形電池は、外装缶に接続される電極端子を絶縁することなく封口板に固定できる。さらに、封口板１２は、安全弁１５の開口部１６を設けている。安全弁１５は、外装缶１１の内圧が設定値よりも高くなると開弁して、外装缶１１が破損するのを防止する。安全弁１５が開弁すると内部のガスが封口板１２の開口部１６から外部に排出される。図６と図９の角形電池１は、封口板１２に安全弁１５の開口部１６を設けている。この角形電池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、外装缶１１の内部にはガスが溜まっているからである。角形電池は、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、この角形電池は、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。封口板１２に安全弁１５を設ける角形電池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。
【００２４】
積層される角形電池１は、図示しないが、隣接する電極端子１３を接続して、互いに直列又は並列に接続される。並列に接続される角形電池１は外装缶１１に電位差が発生しない。ただ、出力を大きくする電源装置は、全ての角形電池１を並列に接続することなく、直列に接続して出力電圧を高くしている。直列に接続される角形電池１は、隣の角形電池１の外装缶１１との間に電位差が発生する。したがって、電源装置は、隣の角形電池１の外装缶１１の間に絶縁層２を挟んで、隣の角形電池１を絶縁状態で積層している。さらに、各々の角形電池１の間に挟まれる絶縁層２は、隣の角形電池１を熱的に遮断して積層することで、いずれかの角形電池１の温度が異常に高くなって熱暴走する状態となっても、熱暴走が隣の角形電池１の熱暴走を誘発するのを防止する作用もある。したがって、並列に接続している角形電池の間にも絶縁層を配置している電池ブロックは、熱暴走の誘発を防止して、安全性を向上できる。
【００２５】
さらに、図示しないが、各々の角形電池１の電極端子１３にはリード線（図示せず）が接続される。このリード線は、角形電池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、図１において、電源装置の上方に配設される。
【００２６】
電池ブロック３は、互いに隣接する角形電池１の間に絶縁層２を配置している。絶縁層２は、少なくとも、互いに隣接する角形電池１の対向面となる外装缶１１の主面１Ｂのほぼ全体を覆う形状としている。絶縁層２は、隣接する角形電池１の外装缶１１を絶縁すると共に、隣接する角形電池１を熱的に遮断する。したがって、絶縁層２は、プラスチックを成形して製作される。ただし、絶縁層は、プラスチックに代わって、ゴム等の絶縁材を成形して製作することもできる。
【００２７】
絶縁層２は、角形電池１をインサート成形して、絶縁層２と角形電池１とを一体構造の電池ユニット１０としている。この電池ユニット１０は、絶縁層２を成形する金型の成形室に角形電池１を仮止めし、成形室にプラスチックを注入して製作される。絶縁層２は、図６ないし図９に示すように、角形電池１の外周面全体と、底面１Ａの両端部をカバーし、角形電池１の上面全体と、底面１Ａの両端部を除く領域を露出させる形状に成形される。
【００２８】
さらに、絶縁層は、図示しないが、軟質のプラスチックやゴム等のゴム状弾性体を角形電池の外形に沿う形状に成形した成形体で構成し、この成形体を角形電池の表面に装着して設けることもできる。この絶縁層は、たとえば、ゴム状弾性体で成形された成形体の内形を広げる状態として内側に角形電池を挿入し、外装缶の表面に弾性的に密着する状態で装着して角形電池を被覆する。これにより、絶縁層と外装缶とを一体的に形成して、絶縁層と角形電池とを一体構造の電池ユニットとすることができる。この絶縁層も、角形電池の外周面全体と、底面の両端部をカバーし、角形電池の上面全体と、底面の両端部を除く領域を露出させる形状とすることができる。
【００２９】
図６と図９の絶縁層２は、角形電池１の電極端子１３を設けている上面を露出させている。角形電池１は、上面の封口板１２に電極端子１３や安全弁１５の開口部１６を設けている。封口板１２の表面を露出させている電池ユニット１０は、電極端子１３の接続を簡単にできる。また安全弁１５の開口部１６を閉塞しないので、安全弁１５の開口部１６に排出ダクト（図示せず）などを連結できる。
【００３０】
絶縁層２は、電池ユニット１０の積層面１７の中央部をカバーする領域を、積層面１７の外周部よりも厚く成形して肉厚部２１を設けている。この電池ユニット１０は、積層面１７を互いに密着させる状態で積層して、絶縁層２の積層面１７の中央部に設けた肉厚部２１が面接触状態で接触して、角形電池１の対向面の外周部が強く押圧されるのを防止できる。
【００３１】
さらに、絶縁層２と角形電池１とを一体構造とする電池ユニット１０は、絶縁層２を嵌合構造として、定位置に積層される形状としている。絶縁層２の嵌合構造は、互いに隣接して積層される電池ユニット１０の対向する積層面１７に対向して設けた嵌着凸部２５と嵌入凹部２６とで構成している。この嵌合構造は、積層面１７から突出する嵌着凸部２５を、対向する嵌入凹部２６に案内して嵌合状態で連結する。ただ、嵌合構造は、嵌着凸部を案内する嵌入凹部にかわって、嵌合孔を設けることもできる。
【００３２】
図２と図３に示す電池ユニット１０の絶縁層２は、一方の積層面１７に嵌着凸部２５を設けて、他方の積層面１７には嵌着凸部２５を案内する嵌入凹部２６を設けている。すなわち、図２と図３において、互いに隣接して積層される電池ユニット１０の絶縁層２は、互いに対向する積層面１７の一方に嵌着凸部２５を設けて、他方にこの嵌着凸部２５を案内する嵌入凹部２６を設けている。図の絶縁層２は、一方の積層面１７に複数の嵌着凸部２５を設けると共に、この積層面１７と対向する積層面１７には、これらの嵌着凸部２５を案内する複数の嵌入凹部２６を設けており、互いに積層される電池ユニット１０の位置と姿勢とを特定できるようにしている。図の絶縁層２は、互いに対向する積層面１７であって、肉厚部２１の四隅部に位置して、嵌着凸部２５と嵌入凹部２６とを設けている。
【００３３】
図に示す絶縁層２は、嵌着凸部２５の外形を円形として、この円形の嵌着凸部２５を案内する嵌入凹部２６の内形を嵌着凸部２５の外形に沿う円形状としている。嵌入凹部２６の内形は、嵌着凸部２５の外形にほぼ等しくし、あるいはやや大きくして、嵌着凸部２５を嵌入凹部２６に嵌合状態で連結できるようにしている。このように、円形の嵌着凸部２５を嵌入凹部２６に案内して位置決めする嵌合構造は、積層面１７に複数の嵌着凸部２５と嵌入凹部２６を設けることで、電池ユニット１０の位置と姿勢とを特定して定位置に積層できる。ただ、嵌着凸部と嵌入凹部は、必ずしも円形とする必要はなく、多角形状とすることもできる。すなわち、嵌着凸部の外形を多角形状として、嵌入凹部の内形をこの嵌着凸部の外形に沿う多角形状とすることもできる。このように、多角形状の嵌着凸部を嵌入凹部に案内して位置決めする嵌合構造は、積層面に、１ないし複数の嵌着凸部と嵌入凹部を設けて、電池ユニットの位置と姿勢とを特定して定位置に積層できる。さらに、絶縁層の嵌合構造は、嵌着凸部を凸条として、この凸条の嵌着凸部を案内する嵌入凹部を溝状とすることもできる。この嵌合構造も電池ユニットの位置と姿勢とを特定しながら定位置に積層できる。
【００３４】
以上の嵌合構造は、図１０に示すように、隣接する電池ユニット１０同士の互いに対向する積層面１７の一方に設けた嵌着凸部２５を、他方に設けた嵌入凹部２６に案内して、複数の電池ユニット１０を定位置に位置決めしながら積層する。さらに、互いに積層される電池ユニット１０は、図１０に示すように、互いに隣接する電池セル１同士を直列に接続するために、隣接する電池セル１の正負の出力端子１３が逆向きとなるように、電池セル１を交互に左右反転する姿勢で積層している。したがって、図１０において上下に位置する電池ユニット１０と、中間に位置する電池ユニット１０とでは、電池セル１の正負の出力端子１３の配置に対して、絶縁層２に設ける嵌着凸部２５と嵌入凹部２６の配列を逆転させている。
【００３５】
さらに、絶縁層の嵌合構造は、図１１に示す構造とすることもできる。図１１に示す嵌合構造は、一方の積層面１７の両側に位置して嵌着凸部２５と嵌入凹部２６とを設けると共に、この積層面１７に積層される他方の積層面１７の両側の対向位置に、嵌入凹部２６と嵌着凸部２５とを設けて、互いに対向する嵌着凸部２５を嵌入凹部２６に案内して嵌合させる構造としている。図１１に示す電池ユニット１０は、絶縁層４２の対向する積層面１７に設ける嵌着凸部２５と嵌入凹部２６とを、平面視で点対称の配列となるようにそれぞれ配置している。この構造は、互いに隣接する電池セル１同士を直列に接続するために、隣接する電池セル１を交互に左右反転させて正負の出力端子１３が逆向きとなるように配置しても、積層面１７の対向位置に配置される嵌着凸部２５と嵌入凹部２６とを同じ配列にできる。したがって、同じ構造の電池ユニットを製造して、複数の電池セル１を直列に接続できる姿勢で、すなわち、交互に左右反転させながら積層できる。
【００３６】
さらに、絶縁層の嵌合構造は、嵌着凸部と嵌入凹部からなる以上の構造には特定されず、たとえば、図１２に示すように、絶縁層５２の両側にガイド片２７を設けて、このガイド片２７の内側に隣接する電池ユニット１０を案内する形状とすることもできる。図１２に示す絶縁層５２は、電池ユニット１０の両側面に位置して、電池ユニット１０の積層方向に突出するガイド片２７を一体成形して設けている。図の絶縁層５２は、両側のガイド片２７を一方向に突出させており、両側のガイド片２７の間に隣接する電池ユニット１０を案内して、積層される電池ユニット１０同士の左右方向の位置ずれを防止している。さらに、図に示す絶縁層５２は、隣接する電池ユニット１０のガイド片２７を定位置に連結するために、ガイド片２７を案内するガイド凹部２８をガイド片２７に対向して設けている。このガイド凹部２８に左右のガイド片２７を案内して、積層される電池ユニット１０同士の上下方向の位置ずれを防止している。さらに、図１２において、互いに積層される電池ユニット１０は、互いに隣接する電池セル１同士を直列に接続するために、隣接する電池セル１の正負の出力端子１３が逆向きとなるように、電池セル１を交互に左右反転する姿勢で積層している。したがって、図１２において上下に位置する電池ユニット１０と、中間に位置する電池ユニット１０とでは、電池セル１の正負の出力端子１３の配置に対して、絶縁層５２に設けるガイド片２７とガイド凹部２８の配列を逆転させている。
【００３７】
さらに、絶縁層に設けるガイド片は、図１３に示す構造とすることもできる。図１３に示す絶縁層６２は、電池ユニット１０の各側面において、互いに逆方向に突出するガイド片２７を上下に隣接して設けると共に、電池ユニット１０の両側面に設けるガイド片２７同士を、平面視で点対称の姿勢となるようにそれぞれ配置している。これにより、互いに積層される電池ユニット１０同士は、上下に位置して対向するガイド片２７同士を互いに当接させることで上下の位置ずれが防止されると共に、電池ユニット１０の両側面において同方向に突出するガイド片２７に挟着される状態で位置決めされて、左右方向の位置ずれが防止される。さらに、この構造は、互いに隣接する電池セル１同士を直列に接続するために、隣接する電池セル１を交互に左右反転させて正負の出力端子１３が逆向きとなるように配置しても、電池ユニット１０の両側面の対向位置に配置されるガイド片２７を同じ配列にできる。したがって、同じ構造の電池ユニットを製造して、複数の電池セル１を直列に接続できる姿勢で、すなわち、交互に左右反転させながら積層できる。
【００３８】
さらに、本発明の電源装置は、絶縁層の嵌合構造を、以上の構造には特定しない。絶縁層の嵌合構造は、互いに隣接して積層される電池ユニットを位置ずれしないように嵌合できる他の全ての形状とすることができる。
【００３９】
絶縁層２は、図３と図６に示すように、冷却プレート４との対向面である底面に、外装缶１１を露出させる開口部２２を設けている。この開口部２２に絶縁性の熱伝導シート６を配置して、外装缶１１を熱伝導シート６を介して冷却プレート４に熱結合状態に連結している。図３と図６の絶縁層２は、外装缶１１の底面１Ａの両端部をカバーするカバー部２３を有し、このカバー部２３の間に開口部２２を設けている。カバー部２３の厚さは、熱伝導シート６の厚さに等しく、カバー部２３と熱伝導シート６の両方を冷却プレート４の表面に密着させている。この構造は、カバー部２３を薄くして熱伝導シート６を薄くし、カバー部２３を厚くして熱伝導シート６を厚くする。熱伝導シート６は、薄くすることで、角形電池１をより効果的に冷却プレート４で冷却できる。ただ、熱伝導シートが薄すぎると充分な強度を実現することが難しくなるので、好ましくは熱伝導シートの厚さは０．５ｍｍ〜１．５ｍｍ程度とする。
【００４０】
さらに、カバー部２３は、図６の一部拡大断面図に示すように、開口部２２との境界に位置する境界面２４を、角形電池１の底面１Ａから冷却プレート４との接触面に向かって開口面積を大きくするように傾斜している傾斜面としている。この構造は、絶縁層２の開口部２２に配置する熱伝導シート６を、角形電池１の底面１Ａと冷却プレート４とで挟着して、押圧して変形できる熱伝導シート６を冷却プレート４の表面に沿って拡開させながら密着できる。このため、熱伝導シート６を冷却プレート４により広い面積で確実に密着させて、より好ましい熱結合状態にできる。このため、冷却プレート４でもって、各々の角形電池１を効率よく温度差が少なくなるように冷却できる。
【００４１】
熱伝導シート６は、電池ブロック３の角形電池１と冷却プレート４の間で圧縮されて変形して、角形電池１の底面１Ａと冷却プレート４の両面に面接触状態で密着する。熱伝導シート６は、その表面にシリコンオイル等の絶縁性の熱伝導ペーストを塗布することで、角形電池１の底面１Ａと冷却プレート４との表面により確実に安定して面接触状態に密着させることもできる。また、図示しないが、角形電池の底面を露出させる開口部に熱伝導ペーストを充填して、熱伝導ペーストを介して角形電池の底面を冷却プレートに熱結合状態に連結することもできる。この構造は、必ずしも熱伝導シートを使用することなく、熱伝導ペーストのみで角形電池を冷却プレートの表面に熱結合状態に連結できる。
【００４２】
以上の電源装置は、熱伝導シート６や熱伝導ペーストを介して各々の角形電池１の底面１Ａを確実に安定して冷却プレート４に熱結合状態に連結して、各々の角形電池１を温度差が少なくなるように効率よく冷却できる。ただし、本発明の電源装置は、角形電池の底面を露出させることなく絶縁層でカバーして、冷却プレートの表面に熱結合状態に連結することもできる。
【００４３】
積層される複数の電池ユニット１０は、図１ないし図６に示すように、積層している電池ユニット１０の両端面に配置される一対のエンドプレート７と、このエンドプレート７に、端部を連結している連結具８とで積層状態に固定される。
【００４４】
エンドプレート７は、硬質のプラスチックで成形され、あるいはアルミニウムやその合金などの金属で製作される。エンドプレート７は、広い面積で電池ユニット１０を挟着するために、その外形を電池ユニット１０と同じ四角形としている。四角形のエンドプレート７は、電池ユニット１０と同じ大きさに、あるいは電池ユニット１０よりもわずかに大きくしている。さらに、エンドプレート７は、電池ユニット１０との積層面１７を嵌合構造とすることで、電池ユニット１０と位置ずれしないように連結できる。この嵌合構造は、前述した電池ユニット１０の嵌合構造と同じ構造とすることができる。図２と図３に示すエンドプレート７は、電池ユニット１０の積層面１７に設けた嵌着凸部２５と対向する位置に、この嵌着凸部２５を案内する嵌入凹部２６を設けると共に、電池ユニット１０の積層面１７に設けた嵌入凹部２６と対向する位置に、この嵌入凹部２６に案内される嵌着凸部２５を設けている。以上の電源装置は、電池ユニット１０とエンドプレート７の積層面１７に対向して設けた嵌着凸部２５と嵌入凹部２６とを嵌合させて位置ずれしない状態で固定される。さらに、電池ユニットとエンドプレートの嵌合構造は、図示しないが、両側に設けたガイド片で構成することもできる。ただし、必ずしも電池ユニットの嵌合構造と同じ構造とする必要はなく、電池ユニットとエンドプレートとを位置ずれしないように嵌合できる全ての形状とすることができる。
【００４５】
エンドプレート７には、金属バンド８Ａからなる連結具８の端部が連結される。金属バンド８Ａは、止ネジ８Ｂを介してエンドプレート７に連結している。止ネジ８Ｂで金属バンド８Ａを連結するエンドプレート７は、止ネジ８Ｂをねじ込む雌ネジ孔７ａを設けている。雌ネジ孔７ａは、エンドプレート７の外側表面に設けられて、金属バンド８Ａの両端に設けた折曲部８ａを貫通する止ネジ８Ｂをねじ込んで金属バンド８Ａを連結する。図の金属バンド８Ａは、止ネジ８Ｂでエンドプレート７に固定しているが、金属バンドの端部を内側に折曲してエンドプレートに連結し、あるいはまた、端部をかしめてエンドプレートに連結することもできる。
【００４６】
図１ないし図３の電源装置は、電池ユニット１０の上端部に沿って配置される金属バンド８Ａと、電池ユニット１０の下端部に沿って配設される金属バンド８Ａをエンドプレート７に連結している。この電源装置は、エンドプレート７の上端と下端であって、外側表面の両側部に雌ネジ孔７ａを設けている。この電源装置は、電池ユニット１０の上下を金属バンド８Ａで固定する。電源装置は、図示しないが、金属バンドを上下の中間であって、中央部の上下に配設することもできる。金属バンド８Ａの端部を止ネジ８Ｂで固定するエンドプレート７は、雌ネジ孔７ａを金属バンド８Ａの連結位置に設けている。
【００４７】
金属バンド８Ａ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。金属バンド８Ａは、端部をエンドプレート７に連結して、一対のエンドプレート７を連結して、その間に複数の電池ユニット１０を圧縮状態に保持する。金属バンド８Ａは、一対のエンドプレート７を所定の寸法に固定して、その間に積層される角形電池１と絶縁層２を所定の圧縮状態に固定する。角形電池１の膨張圧力で金属バンド８Ａが伸びると、角形電池１の膨張を阻止できない。したがって、金属バンド８Ａには、角形電池１の膨張圧で伸びない強度の金属板、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、金属バンドは、金属板を溝形に加工することもできる。この形状の金属バンドは、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。
【００４８】
金属バンド８Ａは、端部に折曲部８ａを設けて、折曲部８ａをエンドプレート７に連結する。折曲部８ａは、止ネジ８Ｂの貫通孔を設けて、ここに挿入される止ネジ８Ｂを介してエンドプレート７に固定される。
【００４９】
冷却プレート４は、図１ないし図３、及び図６に示すように、内部に冷媒を循環させる冷媒路３１を設けている。冷媒路３１は、フレオンや炭酸ガスなどの冷媒が液状で供給され、内部で冷媒を気化させて気化熱で冷却プレート４を冷却する。この冷却プレート４は、冷媒路３１を冷却機構５に連結している。
【００５０】
冷却機構５は、図１に示すように、冷媒路３１で気化された気体状の冷媒を加圧するコンプレッサ３６と、このコンプレッサ３６で圧縮された冷媒を冷却して液化させる冷却熱交換器３７と、この冷却熱交換器３７で液化された冷媒を冷媒路３１に供給する膨張弁３８とを備える。膨張弁３８を介して供給される液状の冷媒は、冷却プレート４内の冷媒路３１で気化され、気化熱で冷却プレート４を冷却して冷却機構５に排出される。したがって、冷媒は冷却プレート４の冷媒路３１と冷却機構５とに循環して、冷却プレート４を冷却する。この冷却機構５は、冷媒の気化熱で冷却プレート４を低温に冷却するが、冷却プレートは、気化熱によらず冷却することもできる。この冷却プレートは、冷媒路には、低温に冷却されたブラインなどの冷媒を供給して、冷媒の気化熱でなくて、低温の冷媒で直接に冷却プレートを冷却する。
【００５１】
冷却機構５は、角形電池１の温度を検出する温度センサ（図示せず）で冷却プレート４の冷却状態をコントロールする。すなわち、角形電池１の温度があらかじめ設定している冷却開始温度よりも高くなると、冷却プレート４に冷媒を供給して冷却し、角形電池１が冷却停止温度よりも低くなると、冷却プレート４への冷媒の供給を停止して、角形電池１をあらかじめ設定している温度範囲にコントロールする。
【００５２】
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。
【００５３】
図１４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。
【００５４】
また、図１５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。
【００５５】
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。
【００５６】
図１６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。
【００５７】
以上のような蓄電装置は、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、家庭内用または工場用の蓄電用電源、街路灯の電源、信号機や道路用の交通表示器等の電源などの用途に好適に利用できる。
【符号の説明】
【００５８】
１…角形電池 １Ａ…底面
１Ｂ…主面
２…絶縁層
３…電池ブロック
４…冷却プレート
５…冷却機構
６…熱伝導シート
７…エンドプレート ７ａ…雌ネジ孔
８…連結具 ８Ａ…金属バンド
８ａ…折曲部
８Ｂ…止ネジ
１０…電池ユニット
１１…外装缶
１２…封口板
１３…電極端子
１４…絶縁材
１５…安全弁
１６…開口部
１７…積層面
２１…肉厚部
２２…開口部
２３…カバー部
２４…境界面
２５…嵌着凸部
２６…嵌入凹部
２７…ガイド片
２８…ガイド凹部
３１…循環路
３６…コンプレッサ
３７…冷却熱交換器
３８…膨張弁
４２…絶縁層
５２…絶縁層
６２…絶縁層
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
ＥＶ…車両
ＨＶ…車両
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性を有する外装缶(11)を備えた複数の角形電池(1)を、絶縁層(2;42;52;62)で絶縁して積層状態で配置してなる電池ブロック(3)と、この電池ブロック(3)の底面にあって各々の角形電池(1)に熱結合状態に配置されて、各角形電池(1)を底面から強制的に冷却する冷却プレート(4)と、この冷却プレート(4)を冷却する冷却機構(5)とを備える電力用の電源装置であって、
前記絶縁層(2;42;52;62)は、互いに嵌合する嵌合構造により定位置に積層される形状であると共に、前記外装缶(11)と一体に形成され、
前記電池ブロック(3)は、前記絶縁層(2;42;52;62)と前記角形電池(1)とが一体構造となった電池ユニット(10)を、複数積層して構成されることを特徴とする電力用の電源装置。
【請求項２】
前記絶縁層(2;42;52;62)は、少なくとも前記外装缶(11)の主面(1B)を覆う形状である請求項１に記載される電力用の電源装置。
【請求項３】
前記角形電池(1)が前記絶縁層(2;42;52;62)にインサート成形されて、角形電池(1)と絶縁層(2;42;52;62)とを一体構造の電池ユニット(10)としてなる請求項１または２に記載される電力用の電源装置。
【請求項４】
前記電池ブロック(3)が、互いに積層してなる複数の電池ユニット(10)を両側から一対のエンドプレート(7)で積層方向に挟着しており、さらに、一対のエンドプレート(7)を連結具(8)で連結して、一対のエンドプレート(7)でもって複数の電池ユニット(10)を積層状態に固定している請求項１ないし３のいずれかに記載される電力用の電源装置。
【請求項５】
前記電池ユニット(10)とエンドプレート(7)とが嵌合構造である請求項４に記載される電力用の電源装置。
【請求項６】
前記電池ユニット(10)の絶縁層(2;42;52;62)が、中央部を外周部よりも厚く成形してなる請求項１ないし５のいずれかに記載される電力用の電源装置。
【請求項７】
前記電池ブロック(3)と冷却プレート(4)との間に圧縮されて変形する熱伝導シート(6)を配置してなる請求項１ないし６のいずれかに記載される電力用の電源装置。
【請求項８】
前記電池ユニット(10)の絶縁層(2;42;52;62)が、冷却プレート(4)との対向面である底面に、外装缶(11)を露出させる開口部(22)を有し、この開口部(22)に絶縁材からなる熱伝導シート(6)が配置されて、外装缶(11)が熱伝導シート(6)を介して冷却プレート(4)に熱結合状態に連結されてなる請求項７に記載される電力用の電源装置。
【請求項９】
前記電池ユニット(10)の絶縁層(2;42;52;62)が、外装缶(11)の底面(1A)の両端部をカバーするカバー部(23)を有し、このカバー部(23)の間に開口部(22)を設けており、このカバー部(23)と開口部(22)との境界に位置する境界面(24)が、角形電池(1)の底面(1A)から冷却プレート(4)の接触面に向かって開口面積を大きくするように傾斜してなる傾斜面である請求項８に記載される電力用の電源装置。
【請求項１０】
電源装置が車両を走行させるモータに電力を供給する装置である請求項１ないし９のいずれかに記載される電力用の電源装置。
【請求項１１】
電源装置が太陽電池の電力で充電されて、太陽電池の発電電力を蓄える装置である請求項１ないし９のいずれかに記載される電力用の電源装置。
【請求項１２】
請求項１ないし１０のいずれか一に記載される電源装置を備える車両。
【請求項１】
導電性を有する外装缶(11)を備えた複数の角形電池(1)を、絶縁層(2;42;52;62)で絶縁して積層状態で配置してなる電池ブロック(3)と、この電池ブロック(3)の底面にあって各々の角形電池(1)に熱結合状態に配置されて、各角形電池(1)を底面から強制的に冷却する冷却プレート(4)と、この冷却プレート(4)を冷却する冷却機構(5)とを備える電力用の電源装置であって、
前記絶縁層(2;42;52;62)は、互いに嵌合する嵌合構造により定位置に積層される形状であると共に、前記外装缶(11)と一体に形成され、
前記電池ブロック(3)は、前記絶縁層(2;42;52;62)と前記角形電池(1)とが一体構造となった電池ユニット(10)を、複数積層して構成されることを特徴とする電力用の電源装置。
【請求項２】
前記絶縁層(2;42;52;62)は、少なくとも前記外装缶(11)の主面(1B)を覆う形状である請求項１に記載される電力用の電源装置。
【請求項３】
前記角形電池(1)が前記絶縁層(2;42;52;62)にインサート成形されて、角形電池(1)と絶縁層(2;42;52;62)とを一体構造の電池ユニット(10)としてなる請求項１または２に記載される電力用の電源装置。
【請求項４】
前記電池ブロック(3)が、互いに積層してなる複数の電池ユニット(10)を両側から一対のエンドプレート(7)で積層方向に挟着しており、さらに、一対のエンドプレート(7)を連結具(8)で連結して、一対のエンドプレート(7)でもって複数の電池ユニット(10)を積層状態に固定している請求項１ないし３のいずれかに記載される電力用の電源装置。
【請求項５】
前記電池ユニット(10)とエンドプレート(7)とが嵌合構造である請求項４に記載される電力用の電源装置。
【請求項６】
前記電池ユニット(10)の絶縁層(2;42;52;62)が、中央部を外周部よりも厚く成形してなる請求項１ないし５のいずれかに記載される電力用の電源装置。
【請求項７】
前記電池ブロック(3)と冷却プレート(4)との間に圧縮されて変形する熱伝導シート(6)を配置してなる請求項１ないし６のいずれかに記載される電力用の電源装置。
【請求項８】
前記電池ユニット(10)の絶縁層(2;42;52;62)が、冷却プレート(4)との対向面である底面に、外装缶(11)を露出させる開口部(22)を有し、この開口部(22)に絶縁材からなる熱伝導シート(6)が配置されて、外装缶(11)が熱伝導シート(6)を介して冷却プレート(4)に熱結合状態に連結されてなる請求項７に記載される電力用の電源装置。
【請求項９】
前記電池ユニット(10)の絶縁層(2;42;52;62)が、外装缶(11)の底面(1A)の両端部をカバーするカバー部(23)を有し、このカバー部(23)の間に開口部(22)を設けており、このカバー部(23)と開口部(22)との境界に位置する境界面(24)が、角形電池(1)の底面(1A)から冷却プレート(4)の接触面に向かって開口面積を大きくするように傾斜してなる傾斜面である請求項８に記載される電力用の電源装置。
【請求項１０】
電源装置が車両を走行させるモータに電力を供給する装置である請求項１ないし９のいずれかに記載される電力用の電源装置。
【請求項１１】
電源装置が太陽電池の電力で充電されて、太陽電池の発電電力を蓄える装置である請求項１ないし９のいずれかに記載される電力用の電源装置。
【請求項１２】
請求項１ないし１０のいずれか一に記載される電源装置を備える車両。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１２−２４８３３９（Ｐ２０１２−２４８３３９Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１７４１６（Ｐ２０１１−１１７４１６）
【出願日】平成２３年５月２５日（２０１１．５．２５）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２５日（２０１１．５．２５）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【Ｆターム（参考）】
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