JP7596272B2 - 電源装置及びこれを用いた電動車両並びに蓄電装置 - Google Patents

Description

本発明は、電源装置及びこれを用いた電動車両並びに蓄電装置に関する。

電源装置は、電動車両の駆動用の電源装置や蓄電用の電源装置等に利用されている。このような電源装置は、充放電可能な複数の電池セルを複数枚積層している。また電池セルは、充放電によって外装缶が膨張することが知られている。そこで、電池セルを複数枚積層した電池積層体を、圧縮した状態に締結して保持する。一般的には、図１４の斜視図に示すように、電源装置９００は角型の外装缶の電池セル９０１を、絶縁性のスペーサ９０２と交互に積層した電池積層体の両側の端面に、それぞれエンドプレート９０３を配置し、エンドプレート９０３同士を金属製のバインドバー９０４で締結している。

また、このような電源装置では充放電によって電池積層体が発熱するため、放熱機構を設けている。放熱機構としては、電池積層体の下面に伝熱シートを介在させて放熱プレートを設けることが考えられる。

一方で、近年の高容量化の要求に伴い、電池積層体を構成する電池セルの積層数が増大する傾向にある。このような構成においては、伝熱シート上に電池積層体を熱結合状態で載置するため、多数の電池セルを積層した状態で圧縮している。しかしながら、電池セルの積層数が多くなると、バインドバー等の締結部材による締結に際して圧縮する際、圧縮の前後で電池積層体の全長の変化が大きくなる。この結果、図１５に示すように、最初に電池セルを積層する段階で、特に端部に位置する電池セルが、伝熱シート５５０の上に乗らない事態が生じうる。これを防ぐためには、長い伝熱シートを用いることが考えられるが、この場合は図１６に示すように、電池セル６０１を積層した電池積層体６１０を締結して圧縮する際にエンドプレート６２０が伝熱シート６４０と干渉して、伝熱シート６４０にしわが生じて熱結合状態に悪影響が生じる事態が考えられる。

特開２０１５－８４３３１号公報

本発明の目的の一は、電池セルの積層数が多くなった場合でも、伝熱シートで適切に熱結合状態させて放熱性を確保した電源装置及びこれを用いた電動車両並びに蓄電装置を提供することにある。

本発明のある側面に係る電源装置は、外装缶を角型とする複数の電池セルと、前記複数の電池セルを積層した電池積層体の両側端面を押圧する押圧面を有する一対のエンドプレートと、前記複数の電池セルの積層方向に沿って延長された板状で、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締結部材と、前記電池積層体を上面側に載置して、該電池積層体を放熱するための放熱プレートと、前記放熱プレートの上面と、前記電池積層体の下面との間に介在されて、前記放熱プレートと電池積層体とを熱結合状態とする伝熱シートとを備える電源装置であって、前記エンドプレートの下面であって、前記伝熱シートと対向する部位を、前記伝熱シートの上面と同じ高さか、これよりも上方に配置している。

以上の電源装置によれば、電池積層体を締結部材で締結する際に、電池積層体の両端面をエンドプレートの押圧面で圧縮する作業が、押圧面を伝熱シートの上側に配置したことにより、この伝熱シートで阻害される事態を回避できる。

実施形態１に係る電源装置を示す斜視図である。 図１の電源装置の分解斜視図である。 図１の電源装置の模式正面図である。 電池積層体を圧縮する状態を示す図３のＩＶ－ＩＶ線における模式断面図である。 変形例に係る伝熱シートを示す拡大断面図である。 実施形態２に係る電源装置を示す斜視図である。 図６の電源装置の分解斜視図である。 図７の電池積層体を締結する際に圧縮する様子を示す模式断面図である。 変形例に係る電源装置を示す垂直断面図である。 他の変形例に係る電源装置を示す垂直断面図である。 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。 従来の電源装置を示す分解斜視図である。 多数の電池セルを締結する際に圧縮する様子を示す模式断面図である。 多数の電池セルを締結する際、伝熱シートで圧縮が阻害される様子を示す模式断面図である。 図１７Ａ～図１７Ｂは伝熱シートの端面の形状の例を示す平面図である。

本発明の実施形態は、以下の構成によって特定されてもよい。

本発明の一実施形態に係る電源装置は、前記エンドプレートが、前記押圧面の両側にそれぞれ、前記伝熱シートの厚さ分突出されたスペーサ部を形成している。上記構成により、スペーサ部によって伝熱シートの厚さ分、押圧面を浮かせて放熱シート上に配置することが可能となる。

本発明の他の実施形態に係る電源装置は、前記エンドプレートが、前記押圧面とスペーサ部を一体に形成している。

また、本発明の他の実施形態に係る電源装置は、前記エンドプレートの下面に、前記押圧面とスペーサ部で凹部が形成されている。また前記凹部と前記伝熱シートとの間に、隙間が形成されている。上記構成により、電池積層体の膨張や収縮によってエンドプレートの位置が変位しても、エンドプレートの変位によって伝熱シートに干渉や負荷が加えられる事態を回避できる。

さらに、本発明の他の実施形態に係る電源装置は、前記エンドプレートの下面を、前記伝熱シートの端面から離間させている。

さらにまた、本発明の他の実施形態に係る電源装置は、さらに、前記電池積層体の中間に介在されて、両側面でそれぞれ電池積層体を中間から押圧する中間プレートを備えている。

さらにまた、本発明の他の実施形態に係る電源装置は、前記放熱プレートが、前記中間プレートの位置で分割されている。

さらにまた、本発明の他の実施形態に係る電源装置は、前記伝熱シートの上面に、前記電池積層体と摩擦抵抗を低減する低摩擦抵抗領域を設けている。

さらにまた、本発明の他の実施形態に係る電源装置は、前記低摩擦抵抗領域が、伝熱シートと電池積層体の間に介在される、前記伝熱シートよりも摩擦抵抗の少ない摺動シートである。上記構成により、伝熱シートの上面において電池積層体を構成する電池セルが膨張、収縮しても、摩擦抵抗の少ない摺動シートを介在させたことで伝熱シートの表面がしわになることを回避し、電池積層体と伝熱シートとの熱結合状態とを維持できる。

さらにまた、本発明の他の実施形態に係る電源装置は、前記伝熱シートが、弾性を有する絶縁性の部材で構成されている。

さらにまた、本発明の他の実施形態に係る電源装置は、前記放熱プレートが、内部に冷媒の循環経路を備えている。上記構成により、冷媒冷却によって効率良く電池積層体を放熱、冷却できると共に、伝熱シートによって電池積層体と放熱プレートの熱結合状態を好適に維持できる。

さらにまた、本発明の他の実施形態に係る車両は、上記いずれかの電源装置を備えている。この車両は、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、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。

さらにまた、本発明の他の実施形態に係る蓄電装置は、上記いずれかの電源装置を備えている。この蓄電装置は、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とを備えている。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。

さらにまた、本発明の他の実施形態に係る電源装置の製造方法は、外装缶を角型とする複数の電池セルと、前記複数の電池セルを積層した電池積層体の両側端面を押圧する押圧面を有する一対のエンドプレートと、前記複数の電池セルの積層方向に沿って延長された板状で、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締結部材と、前記電池積層体を上面側に載置して、該電池積層体を放熱するための放熱プレートと、前記放熱プレートの上面と、前記電池積層体の下面との間に介在されて、前記放熱プレートと電池積層体とを熱結合状態とする伝熱シートとを備える電源装置の製造方法である。この電源装置の製造方法は、前記放熱プレートの上面に、前記伝熱シートを載置し、さらに前記伝熱シートの上面に、前記電池積層体を載置した状態で、前記電池積層体の各端面を、前記押圧面の下辺が前記伝熱シートの上面と同じ高さかこれよりも上方に配置された前記エンドプレートで、それぞれ押圧する工程と、前記電池積層体が押圧された状態で、前記締結部材で締結する工程とを含む。これにより、電池積層体を締結部材で締結する際に、電池積層体の両端面をエンドプレートの押圧面で圧縮する作業が、押圧面を伝熱シートの上側に配置したことにより、この伝熱シートで阻害される事態を回避できる。

さらにまた、本発明の他の実施形態に係る電源装置の製造方法は、前記押圧工程において、前記エンドプレートが、前記放熱プレートの上面から、前記伝熱シートの厚さ分、治具により浮かせて保持させている。これにより、治具によって伝熱シートの厚さ分、押圧面を浮かせて放熱シート上に配置することが可能となる。

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材の寸法、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。

実施形態に係る電源装置は、ハイブリッド車や電気自動車などの電動車両に搭載されて走行用モータに電力を供給する電源、太陽光発電や風力発電などの自然エネルギーの発電電力を蓄電する電源、あるいは深夜電力を蓄電する電源など、種々の用途に使用され、とくに大電力、大電流の用途に好適な電源として使用される。以下の例では、電動車両の駆動用の電源装置に適用した実施形態について、説明する。
［実施形態１］

本発明の実施形態１に係る電源装置１００を、図１～図４にそれぞれ示す。これらの図において、図１は実施形態１に係る電源装置１００を示す斜視図、図２は図１の電源装置１００の分解斜視図、図３は図１の電源装置１００の模式正面図、図４は電池積層体を圧縮する状態を示す図３のＩＶ－ＩＶ線における模式断面図を、それぞれ示している。これらの図に示す電源装置１００は、複数の電池セル１を積層した電池積層体１０と、この電池積層体１０の両側端面を覆う一対のエンドプレート２０と、エンドプレート２０同士を締結する複数の締結部材１５と、電池積層体１０の下面に配置された伝熱シート４０と、伝熱シート４０の下面に配置された放熱プレート５０を備える。放熱プレート５０は、この上面に伝熱シート４０を介して載置された電池積層体１０を冷却する。また伝熱シート４０は、放熱プレート５０の上面と電池積層体１０の下面との間に介在されて、放熱プレート５０と電池積層体１０との熱結合状態を安定させる。これによって、電池セル１の充放電によって電池積層体１０が発熱しても、伝熱シート４０を介して放熱プレート５０に熱伝導して放熱する。

一方で電池セル１は、充放電によって外装缶が膨張、収縮することで、その厚さが変化する。このため、電池セル１を多数積層した電池積層体１０の全長が変化する。特に近年の電源装置の高容量化の要求に伴い、電池積層体を構成する電池セルの積層数が増大する傾向にあり、これに伴って電池積層体の変位も大きくなる傾向にある。このように電池セルが膨張や収縮によって放熱プレート５０の上面で多少移動しても、熱結合状態を維持する必要がある。

電源装置の組み立て時においては、多数の電池セルを積層した電池積層体の両端面を、エンドプレートでそれぞれ押圧した状態で、エンドプレート同士を締結部材で締結している。この際、電池積層体と放熱プレートの熱結合状態を発揮させるため、放熱プレートの上面に伝熱シートを配置し、さらにこの上に電池積層体を載置して、電池積層体を放熱プレート側に押圧した状態として、エンドプレートを締結部材で締結していた。しかしながら、上述の通り電池積層体の全長が電池セルの膨張や収縮によって変化する一方、伝熱シートはこのような熱による全長の変化が殆どない。加えて、電池セルの厚さの製造公差や伝熱シートの全長のばらつきもあり、伝熱シートを電池積層体の全長に合致させることが難しくなる。例えば伝熱シートが電池積層体よりも長くなると、図１６の断面図に示すように、放熱プレート６５０の上面に載置された電池積層体６１０の端面をエンドプレート６２０で押圧する際、電池積層体６１０の下部で伝熱シート６４０が突出して干渉してしまう。例えば伝熱シート６４０がエンドプレート６２０で押し込まれてしわになり、電池積層体６１０と放熱プレート６５０との熱結合状態が発揮され難くなる。

一方で、このような干渉を避けるために伝熱シートを短く設計すると、図１５の断面図に示すように、エンドプレート５２０と伝熱シート５４０との干渉は回避されるものの、電池積層体５１０の端部に位置する電池セル５０１の下面が、伝熱シート５４０に接触しなくなって、この電池セル５０１の放熱性能が低下し、一部の電池セルが劣化し易くなることが考えられる。かといって、伝熱シートの寸法を正確に設計することも困難であり、電池セルの膨張の度合いや製造公差、あるいは伝熱シート自体のばらつきなどの要因のため、現実的でなかった。

そこで本実施形態に係る電源装置では、エンドプレート２０の下面であって、伝熱シート４０と対向する部位を、伝熱シート４０の上面と同じ高さか、これよりも上方となるように設計している。このような構成により、電源装置の組み立て時において、電池積層体の両端面をエンドプレート２０の押圧面２１で圧縮する際、エンドプレート２０の下面を伝熱シート４０の上面と同じか、ここから浮かせた位置とすることにより、エンドプレート２０が伝熱シート４０と干渉する事態を回避して、伝熱シート４０による電池積層体と放熱プレート５０との熱結合状態の信頼性を高めることができる。以下、詳述する。
（電池積層体１０）

電池積層体１０は、図１～図２等に示すように、正負の電極端子２を備える複数の電池セル１と、これら複数の電池セル１の電極端子２に接続されて、複数の電池セル１を並列かつ直列に接続するバスバー（図示せず）を備える。これらのバスバーを介して複数の電池セル１を並列や直列に接続している。電池セル１は、充放電可能な二次電池である。電源装置１００は、複数の電池セル１が並列に接続されて並列電池グループを構成すると共に、複数の並列電池グループが直列に接続されて、多数の電池セル１が並列かつ直列に接続される。図１～図２に示す電源装置１００は、複数の電池セル１を積層して電池積層体１０を形成している。また電池積層体１０の両端面には一対のエンドプレート２０が配置される。このエンドプレート２０同士に、締結部材１５の端部を固定して、積層状態の電池セル１を押圧した状態に固定する。
（電池セル１）

電池セル１は、幅広面である主面の外形を四角形とし、一定のセル厚さを有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、例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。

電池セル１は、正負の電極板を積層した電極体を外装缶１ａに収納して、電解液を充填して気密に密閉している。外装缶１ａは、底を閉塞する四角い筒状に成形しており、この上方の開口部を金属板の封口板１ｂで気密に閉塞している。外装缶１ａ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て製作される。封口板１ｂは、外装缶１ａと同じように、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。封口板１ｂは、外装缶１ａの開口部に挿入され、封口板１ｂの外周と外装缶１ａの内周との境界にレーザ光を照射して、封口板１ｂを外装缶１ａにレーザ溶接して気密に固定している。
（電極端子２）

電池セル１は、図２等に示すように天面である封口板１ｂを端子面１Ｘとして、この端子面１Ｘの両端部に正負の電極端子２を固定している。電極端子２は、突出部を円柱状としている。ただ、突出部は、必ずしも円柱状とする必要はなく、多角柱状又は楕円柱状とすることもできる。

電池セル１の封口板１ｂに固定される正負の電極端子２の位置は、正極と負極が左右対称となる位置としている。これにより、図２等に示すように、電池セル１を左右反転させて積層し、隣接して接近する正極と負極の電極端子２をバスバーで接続することで、隣接する電池セル１同士を直列に接続できるようにしている。なお、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。後述する他の実施形態も含めて、電池積層体を構成する電池セルの個数、及びその接続状態を種々に変更することもできる。

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２を設けている端子面１Ｘ、図１～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。

電池積層体１０は、隣接して積層される電池セル１同士の間に、絶縁スペーサ１６を介在させてもよい。絶縁スペーサ１６は、樹脂等の絶縁材で薄いプレート状又はシート状に製作されている。絶縁スペーサ１６は、電池セル１の対向面とほぼ等しい大きさのプレート状とする。この絶縁スペーサ１６を互いに隣接する電池セル１の間に積層して、隣接する電池セル１同士を絶縁できる。なお、隣接する電池セル間に配置されるスペーサとしては、電池セルとスペーサの間に冷却気体の流路が形成される形状のスペーサを用いることもできる。また、電池セルの表面を絶縁材で被覆することもできる。例えばＰＥＴ樹脂等のシュリンクチューブ又はシュリンクフィルムで電池セルの電極部分を除く外装缶の表面を熱溶着させてもよい。この場合は、絶縁スペーサを省略してもよい。また、複数の電池セルを多並列、多直列に接続する電源装置においては、互いに直列に接続される電池セル同士の間に絶縁スペーサを介在させて絶縁する一方、互いに並列に接続される電池セル同士においては、隣接する外装缶同士に電圧差が生じないので、これらの電池セルの間の絶縁スペーサを省略することもできる。

さらに、図２に示す電源装置１００は、電池積層体１０の両端面にエンドプレート２０を配置している。なおエンドプレート２０と電池積層体１０の間に端面スペーサを介在させて、これらを絶縁してもよい。端面スペーサも、樹脂等の絶縁材で薄いプレート状又はシート状に製作できる。

実施形態１に係る電源装置１００は、複数の電池セル１が互いに積層される電池積層体１０において、互いに隣接する複数の電池セル１の電極端子２同士をバスバーで接続して、複数の電池セル１を並列かつ直列に接続する。また、電池積層体１０とバスバーとの間にバスバーホルダを配置してもよい。バスバーホルダを用いることで、複数のバスバーを互いに絶縁し、かつ電池セルの端子面とバスバーとを絶縁しながら、複数のバスバーを電池積層体の上面の定位置に配置できる。

バスバーは、金属板を裁断、加工して所定の形状に製造される。バスバーを構成する金属板には、電気抵抗が小さく、軽量である金属、例えばアルミニウム板や銅板、あるいはこれらの合金が使用できる。ただ、バスバーの金属板は、電気抵抗が小さくて軽量である他の金属やこれらの合金も使用できる。
（エンドプレート２０）

エンドプレート２０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締結部材１５を介して締結される。エンドプレート２０は、電池積層体１０の電池セル１の積層方向における両端であって、端面スペーサの外側に配置されて電池積層体１０を両端から挟着している。
（締結部材１５）

締結部材１５は、両端を電池積層体１０の両端面に配置されたエンドプレート２０に固定される。複数の締結部材１５でもってエンドプレート２０を固定し、もって電池積層体１０を積層方向に締結している。各締結部材１５は、図２等に示すように、電池積層体１０の側面に沿う所定の幅と所定の厚さを有する金属製で、電池積層体１０の両側面に対向して配置されている。この締結部材１５には、鉄などの金属板、好ましくは、鋼板が使用できる。金属板からなる締結部材１５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。

この締結部材１５は、電池積層体１０の積層方向の両端において、Ｌ字状に折曲させた折曲片を設けている。この折曲片を、エンドプレート２０に螺合するなどして、エンドプレート２０同士を固定する。なお、締結部材１５の形状や、エンドプレート２０との締結構造は、既知の構造を適宜利用できる。例えば締結部材の両端をＬ字状に折曲させることなく平板状とし、エンドプレートの側面と螺合するよう構成してもよい。あるいは締結部材がエンドプレートの側面と対向する部分を、段差状に係合する係合構造として、締結部材をエンドプレートの側面に係合構造でもって係合した状態で、さらに螺合させる構造としてもよい。

多数の電池セル１を積層している電源装置１００は、複数の電池セル１からなる電池積層体１０の両端に配置されるエンドプレート２０を締結部材１５で連結することで、複数の電池セル１を拘束するように構成されている。複数の電池セル１を、高い剛性をもつエンドプレート２０や締結部材１５を介して拘束することで、充放電や劣化に伴う電池セル１の膨張、変形、相対移動、振動による誤動作などを抑制できる。

また締結部材１５と電池積層体１０の間には、絶縁シート３０が介在される。絶縁シート３０は絶縁性を備える材質、例えば樹脂などで構成され、金属製の締結部材１５と電池セル１との間を絶縁している。

なお、電池積層体や電池積層体の表面が絶縁されている場合、例えば電池セルが絶縁性のケースに収納されていたり、樹脂製の熱収縮性チューブ又は熱収縮性フィルムで覆われている場合、又は締結部材の表面に絶縁性の塗料やコーティングが施されている場合、あるいは締結部材が絶縁性の材質で構成されている場合等は、絶縁シートを不要とできる。また絶縁シートは、上述したバスバーを保持するバスバーホルダと兼用するように構成してもよい。
（伝熱シート４０）

伝熱シート４０は、絶縁性を備えつつ、熱伝導性に優れた材質で構成される。また伝熱シート４０は弾性又は可撓性を有しており、放熱プレート５０と電池積層体１０との間で押圧されて変形し、これらの界面で隙間なく密着して、熱結合状態とする。このような伝熱シート４０としては、シリコーン樹脂などが好適に利用できる。また、熱伝導性を増すため酸化アルミニウムなどのフィラーを添加してもよい。
（低摩擦抵抗領域４２）

また伝熱シート４０の上面には、電池積層体１０と摩擦抵抗を低減する低摩擦抵抗領域４２を設けることが好ましい。このような低摩擦抵抗領域４２として、例えば図５の断面図に示すように、別部材の摺動シートを伝熱シート４０の上面に配置してもよい。摺動シートは、伝熱シート４０よりも摩擦抵抗の少ない材質とする。これによって、伝熱シート４０の上面で電池積層体１０が膨張、収縮によって変位する際、伝熱シート４０の上面を摺動させてしわの発生を避け、熱結合状態を維持できる。このような摺動シートとしては、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムが好ましく、特に２軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムが好適である。

また、伝熱シート４０の表面に、摩擦抵抗を限定する領域を設けてもよい。例えば伝熱シート４０の表面にフッ素樹脂コーティング等の表面処理や加工を施すことによって摩擦抵抗を低減させる。あるいは伝熱シート４０の表面にグリースやオイルなどを塗布してもよい。
（放熱プレート５０）

放熱プレート５０は、熱伝導性に優れた金属製の放熱板等が利用できる。また放熱プレート５０は、内部に冷媒の循環経路を備えるなど、冷却機構を備えてもよい。これにより、冷媒冷却によって効率良く電池積層体１０を放熱、冷却できると共に、伝熱シート４０によって電池積層体１０と放熱プレート５０の熱結合状態を好適に維持できる。
（スペーサ部２２）

エンドプレート２０は、電池積層体１０の両側端面を押圧する押圧面２１を有している。さらにエンドプレート２０は、図３の正面図に示すように、押圧面２１の両側にそれぞれ、伝熱シート４０の厚さ分だけ下面側に突出されたスペーサ部２２を形成している。スペーサ部２２は、エンドプレート２０の押圧面２１の左右端部から、それぞれ下方に突出されている。またスペーサ部２２同士の間隔ＷＳは、伝熱シート４０の幅ＷＴよりも広くしている。このようなスペーサ部２２を設けたことで、伝熱シート４０の厚さ分だけ押圧面２１を浮かせることができ、伝熱シート４０が電池積層体１０の長さよりも長くても、伝熱シート４０の端部がエンドプレート２０と干渉する事態を回避できる。

またエンドプレート２０は、押圧面２１とスペーサ部２２を一体に形成することが好ましい。図３の例では、金属板のエンドプレート２０の下面に凹部２３を形成して、凹部２３の左右を、この凹部２３を画成するスペーサ部２２としている。これにより、エンドプレート２０に押圧面２１とスペーサ部２２により凹部２３が形成される。

さらに凹部２３と伝熱シート４０との間には、隙間を形成することが好ましい。これにより、電池積層体１０の膨張、収縮によってエンドプレート２０の位置が変位しても、隙間によってエンドプレート２０と伝熱シート４０を離間させることにより、エンドプレート２０の変位によって伝熱シート４０に干渉や負荷が加えられる事態を回避し、伝熱シート４０による放熱プレート５０と電池積層体１０との熱結合状態を維持できる。

また、図１７Ａの平面図に示すように、伝熱シート４０の中間部分の幅ＷＴ１は、好ましくは電池セル１の幅と同程度とする。これにより、各電池セル１の底面で、放熱プレート５０との熱結合状態を確実に発揮できる。一方で、電池セル１の幅と同程度の伝熱シート４０の端縁を、エンドプレート２０の凹部２３に挿入しようとすれば、エンドプレート２０の幅を電池セル１の幅よりもスペーサ部２２の２個分だけ大きくする必要がある。この場合はエンドプレート２０で端面を保持した電池積層体１０の大型化につながる。これを回避するために、伝熱シートの端縁の形状を幅狭にしてもよい。例えば図１７Ｂに示す変形例に係る伝熱シート４０Ｂでは、端縁を中間部分で凸条に突出させた形状とし、この凸条部分の幅をＷＴとする。これによって、エンドプレート２０の幅を大きくすることなく、凹部２３に伝熱シート４０Ｂの端縁を通すことが可能となる。また図１７Ｃに示す変形例に係る伝熱シート４０Ｃのように、端縁部分を先細りとなる形状としてもよい。この構成でも、突出部分を幅狭として、エンドプレート２０の幅を大きくすることなく凹部２３に伝熱シート４０Ｃの端縁を通すことが可能となる。

なお、図１の斜視図の例では、伝熱シート４０を図示するため、伝熱シート４０が大きく凹部２３から飛び出した状態に誇張しているが、伝熱シート４０は凹部２３から突出している必要は必ずしもなく、例えば伝熱シート４０の端縁が凹部２３の内部で止まっている状態としてもよい。
［実施形態２］

以上の例では、スペーサ部２２によりエンドプレート２０の押圧面２１を伝熱シート４０よりも高い位置に保持する構成を示した。ただ本発明はこの構成に限られず、電池積層体の膨張、収縮によるエンドプレートと伝熱シートの干渉の発生を回避する他の構成を採用することができる。例えば、エンドプレートを物理的に放熱プレート５０の上面に離間させて配置してもよい。このような例を実施形態２に係る電源装置２００として、図６～図８に示す。これらの図において、図６は実施形態２に係る電源装置２００を示す斜視図、図７は図６の電源装置２００の分解斜視図、図８は図６の電源装置２００の垂直断面図を、それぞれ示している。これらの図に示す電源装置２００は、電池積層体１０と、伝熱シート４０と、放熱プレート５０を備えている。なお、上述した実施形態１に係る電源装置１００と同じ部材については同じ符号を付して、詳細説明を適宜省略する。

この電源装置２００は、図８の模式垂直断面図に示すように、エンドプレート２０Ｂの下面を、放熱プレート５０の上面から浮かせている。さらに伝熱シート４０の端面からも、エンドプレート２０Ｂの下面を離間させている。このような構成によっても、電源装置２００の組み立て時にエンドプレート２０Ｂでもって電池積層体１０を押圧し、締結部材１５で締結する際に、図１６に示したように伝熱シート４０の端面がエンドプレート６２０と干渉する事態を避け、伝熱シート４０による放熱プレート５０と電池積層体１０との熱結合状態をエンドプレート２０Ｂが阻害することがない。このようにエンドプレート２０Ｂを放熱プレート５０の上面から浮かせるため、例えばエンドプレート２０Ｂを治具やスペーサを用いて放熱プレート５０の上面と所定間隔で離間させるように固定している。図７の例では、エンドプレート２０Ｂと放熱プレート５０との界面にスペーサＳＰを介在させている。この構成であれば、エンドプレート２０Ｂの形状を変形させることなく、従来と同様の形状のエンドプレートを用いながら、伝熱シート４０との干渉を避けて電池積層体１０の放熱性能の信頼性を維持できる。

エンドプレート２０Ｂを放熱プレート５０の上面に浮かせた状態に保持するための構造としては、既知の構造が適宜利用できる。例えばエンドプレートを放熱プレート５０から離間させた状態に保持する治具を用いる。あるいはエンドプレートの上面を、トッププレートなどを用いて懸吊する。また、電源装置２００の組み立て時においてエンドプレート２０Ｂを締結部材１５に固定するまでは治具を用いてエンドプレート２０Ｂを保持しつつ、組み立て終了後には治具を外して、電池積層体１０でもってエンドプレート２０Ｂを離間姿勢に維持する構成としてもよい。
［変形例］

また以上の電源装置は、電池積層体の押圧をエンドプレートのみで行う構成について説明した。ただ本発明は、エンドプレート以外の部材で電池積層体を押圧させてもよい。例えば電池積層体で積層される中に中間プレートを介在させ、中間プレートを介してエンドプレートとの間で電池積層体の一部を押圧するよう構成してもよい。このような構成を、変形例に係る電源装置３００として図９に示す。この図に示す電源装置３００は、電池積層体１０の中間に中間プレート６０を備える。
（中間プレート６０）

中間プレート６０は、電池積層体１０の中間に介在されており、中間プレート６０の両側面でそれぞれ、エンドプレート２０Ｃとの間で電池積層体１０の一部を押圧する。図９の例では、電池積層体１０の中央で、この電池積層体１０を部分電池積層体１０ａ、１０ｂに二分割して、中間プレート６０でもって分割された部分電池積層体１０ａ、１０ｂをそれぞれ押圧している。また中間プレート６０と一方のエンドプレート２０Ｃ、中間プレート６０と他方のエンドプレート２０Ｃとは、それぞれ締結部材１５で締結される。この構造は、２つの電池積層体を、積層方向に一直線上に並べた構成において、中間で対向するエンドプレートを、共通の中間プレートとした構成と近似している。２つの電池積層体を並べる構成よりも、２つのエンドプレートを一の中間プレート６０で置き換える分だけ、全長を短くできる利点が得られる。このような構成においても、同様に部分電池積層体１０ａ、１０ｂをエンドプレート２０Ｃと中間プレート６０で押圧する際に、伝熱シートと干渉する問題が発生する。そこで、上述した実施形態と同様、中間プレート６０やエンドプレート２０Ｃの下面を伝熱シート４０の上面と同じ高さかこれよりも高く配置する構成を採用することで、伝熱シート４０との干渉を回避して、分割された各部分電池積層体１０ａ、１０ｂと放熱プレート５０との熱結合状態を良好な状態に維持できる。図９の例では、伝熱シート４０は、中間プレート６０によって部分伝熱シート４０ａ、４０ｂに二分割されている。なお中間プレート６０の形状は、上述した図３同様の形状や、図８と同様の離間構造を適宜採用できる。

また、図９の例では共通の長い放熱プレート５０の上面に、分割された各部分電池積層体１０ａ、１０ｂを配置する例について説明したが、本発明はこの構成に限らず、放熱プレートを分割してもよい。このような例を他の変形例に係る電源装置４００として、図１０の模式断面図に示す。このように放熱プレート５０を部分放熱プレート５０ａ、５０ｂに分割した構成とする場合においても、同様にエンドプレート２０Ｄと中間プレート６０Ｂで部分電池積層体１０ａ、１０ｂを押圧しつつ、各部分放熱プレート５０ａ、５０ｂと部分電池積層体１０ａ、１０ｂとの熱結合状態を、各部分伝熱シート４０ａ、４０ｂでもって良好に維持できる。図１０の例では、放熱プレート５０が、中間プレート６０Ｂの位置で部分放熱プレート５０ａ、５０ｂに分割されている。特に電池セルの積層数が多い場合など、長尺の放熱プレートを構成し難い場合や、長尺の放熱プレートで均等な放熱性能や冷却能力を発揮できない場合等は、放熱プレートを分割することで対応できる。また図１０の例では、中間プレート６０Ｂを一枚として電池積層体１０を２分割した例を示したが、この例に限らず、中間プレートを２枚以上使用して、電池積層体を３以上に分割してもよいことは言うまでもない。
（電源装置の製造方法）

次に、電源装置の製造方法を説明する。まず、放熱プレート５０の上面に、伝熱シート４０を載置し、さらに伝熱シート４０の上面に、電池積層体１０を載置した状態で、電池積層体１０の各端面を一対のエンドプレート２０で押圧する。この際、エンドプレート２０の押圧面２１の下辺が、伝熱シート４０の上面と同じ高さかこれよりも上方に配置された状態とする。このように電池積層体１０が押圧された状態で、エンドプレート２０同士を締結部材１５で締結する。これにより、電池積層体１０を締結部材１５で締結する際に、電池積層体１０の両端面をエンドプレート２０の押圧面２１で圧縮する作業が、押圧面２１を伝熱シート４０の上側に配置したことにより、この伝熱シート４０で阻害される事態を回避できる。

また、エンドプレート２０による押圧工程において、エンドプレート２０を、放熱プレート５０の上面から、伝熱シート４０の厚さ分、治具により浮かせて保持することができる。これにより、治具によって伝熱シート４０の厚さ分、押圧面２１を浮かせて放熱シート上に配置することが可能となる。

以上の電源装置１００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として利用できる。電源装置１００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、これらの車両の電源として使用される。なお、電動車両を駆動する電力を得るために、上述した電源装置１００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、高出力の電源装置を構築した例として説明する。
（ハイブリッド車用電源装置）

図１１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１００を搭載する例を示す。この図に示す電源装置１００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１１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。
（電気自動車用電源装置）

また、図１２は、モータのみで走行する電気自動車に電源装置１００を搭載する例を示す。この図に示す電源装置１００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。
（蓄電装置用の電源装置）

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１３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。

図１３に示す蓄電装置は、家屋や工場等の建物８１の屋根や屋上等に配置された太陽電池８２で発電される電力で電源装置１００の電池を充電する。この蓄電装置は、太陽電池８２を充電用電源として充電回路８３で電源装置１００の電池を充電した後、ＤＣ／ＡＣインバータ８５を介して負荷８６に電力を供給する。このため、この蓄電装置は、充電モードと放電モードを備えている。図に示す蓄電装置は、ＤＣ／ＡＣインバータ８５と充電回路８３を、それぞれ放電スイッチ８７と充電スイッチ８４を介して電源装置１００と接続している。放電スイッチ８７と充電スイッチ８４のＯＮ／ＯＦＦは、蓄電装置の電源コントローラ８８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８８は充電スイッチ８４をＯＮに、放電スイッチ８７をＯＦＦに切り替えて、充電回路８３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、電源コントローラ８８は充電スイッチ８４をＯＦＦに、放電スイッチ８７をＯＮにして放電モードに切り替え、電源装置１００から負荷８６への放電を許可する。また、必要に応じて、充電スイッチ８４をＯＮに、放電スイッチ８７をＯＮにして、負荷８６への電力供給と、電源装置１００への充電を同時に行うこともできる。

さらに、電源装置は、図示しないが、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。

以上のような蓄電システムは、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、家庭内用または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、信号機や道路用の交通表示器などのバックアップ電源用などの用途に好適に利用できる。

本発明に係る電源装置及びこれを備える車両は、ハイブリッド車、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を駆動するモータの電源用等に使用される大電流用の電源として好適に利用できる。例えば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が挙げられる。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、信号機等のバックアップ電源用等の用途にも適宜利用できる。

１００、２００、３００、４００…電源装置、１、５０１、６０１…電池セル、１Ｘ…端子面、１ａ…外装缶、１ｂ…封口板、２…電極端子、１０、５１０、６１０…電池積層体；１０ａ、１０ｂ…部分電池積層体、１５…締結部材、１６…絶縁スペーサ、２０、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ、５２０、６２０…エンドプレート、２１…押圧面、２２…スペーサ部、２３…凹部、３０…絶縁シート、４０、４０Ｂ、４０Ｃ、５４０、６４０…伝熱シート；４０ａ、４０ｂ…部分伝熱シート、４２…低摩擦抵抗領域、５０、５５０、６５０…放熱プレート；５０ａ、５０ｂ…部分放熱プレート、６０、６０Ｂ…中間プレート、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、９００…電源装置、９０１…電池セル、９０２…スペーサ、９０３…エンドプレート、９０４…バインドバー、ＷＳ…スペーサ部同士の間隔、ＷＴ…伝熱シートの幅、ＳＰ…スペーサ、ＨＶ、ＥＶ…車両

Claims (14)

1. 外装缶を角型とする複数の電池セルと、
   前記複数の電池セルを積層した電池積層体の両側端面を押圧する押圧面を有する一対のエンドプレートと、
   前記複数の電池セルの積層方向に沿って延長された板状で、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締結部材と、
   前記電池積層体を上面側に載置して、該電池積層体を放熱するための放熱プレートと、
   前記放熱プレートの上面と、前記電池積層体の下面との間に介在されて、前記放熱プレートと電池積層体とを熱結合状態とする伝熱シートと、
   を備える電源装置であって、
   前記エンドプレートが、下面側の左右端部から、それぞれ前記伝熱シートの厚さ分突出された一対のスペーサ部を形成しており、
   前記エンドプレートの下面であって、前記伝熱シートと対向する部位を、前記伝熱シートの上面と同じ高さか、これよりも上方に配置しており、
   前記一対のスペーサ部の間に、前記伝熱シートが介在されてなる電源装置。
2. 外装缶を角型とする複数の電池セルと、
   前記複数の電池セルを積層した電池積層体の両側端面を押圧する押圧面を有する一対のエンドプレートと、
   前記複数の電池セルの積層方向に沿って延長された板状で、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締結部材と、
   前記電池積層体を上面側に載置して、該電池積層体を放熱するための放熱プレートと、
   前記放熱プレートの上面と、前記電池積層体の下面との間に介在されて、前記放熱プレートと電池積層体とを熱結合状態とする伝熱シートと、
   を備える電源装置であって、
   前記エンドプレートの下面であって、前記伝熱シートと対向する部位を、前記伝熱シートの上面と同じ高さか、これよりも上方に配置しており、
   前記エンドプレートが、下面側の左右端部から、それぞれ前記伝熱シートの厚さ分突出されたスペーサ部を形成しており、
   前記エンドプレートが、前記スペーサ部を一体に形成してなる電源装置。
3. 請求項１又は２に記載の電源装置であって、
   前記エンドプレートの下面に、前記押圧面とスペーサ部で凹部が形成されており、
   前記凹部と前記伝熱シートとの間に隙間が形成されてなる電源装置。
4. 請求項１に記載の電源装置であって、
   前記エンドプレートの下面を、前記伝熱シートの端面から離間させてなる電源装置。
5. 請求項１～４のいずれか一項に記載の電源装置であって、さらに、
   前記電池積層体の中間に介在されて、両側面でそれぞれ電池積層体を中間から押圧する中間プレートを備えてなる電源装置。
6. 請求項５に記載の電源装置であって、
   前記放熱プレートが、前記中間プレートの位置で分割されてなる電源装置。
7. 外装缶を角型とする複数の電池セルと、
   前記複数の電池セルを積層した電池積層体の両側端面を押圧する押圧面を有する一対のエンドプレートと、
   前記複数の電池セルの積層方向に沿って延長された板状で、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締結部材と、
   前記電池積層体を上面側に載置して、該電池積層体を放熱するための放熱プレートと、
   前記放熱プレートの上面と、前記電池積層体の下面との間に介在されて、前記放熱プレートと電池積層体とを熱結合状態とする伝熱シートと、
   を備える電源装置であって、
   前記エンドプレートの下面であって、前記伝熱シートと対向する部位を、前記伝熱シートの上面と同じ高さか、これよりも上方に配置しており、
   前記伝熱シートの上面に、前記電池積層体と摩擦抵抗を低減する低摩擦抵抗領域を設けてなる電源装置。
8. 請求項７に記載の電源装置であって、
   前記低摩擦抵抗領域が、伝熱シートと電池積層体の間に介在される、前記伝熱シートよりも摩擦抵抗の少ない摺動シートである電源装置。
9. 請求項１～８のいずれか一項に記載の電源装置であって、
   前記伝熱シートが、弾性を有する絶縁性の部材で構成されてなる電源装置。
10. 請求項１～９のいずれか一項に記載の電源装置であって、
    前記放熱プレートが、内部に冷媒の循環経路を備えてなる電源装置。
11. 請求項１～１０のいずれか一に記載の電源装置を備える車両であって、
    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車両。
12. 請求項１～１０のいずれか一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蓄電装置。
13. 外装缶を角型とする複数の電池セルと、
    前記複数の電池セルを積層した電池積層体の両側端面を押圧する押圧面を有し、下面側の左右端部から、それぞれ下方に突出された一対のスペーサ部を形成する、一対のエンドプレートと、
    前記複数の電池セルの積層方向に沿って延長された板状で、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締結部材と、
    前記電池積層体を上面側に載置して、該電池積層体を放熱するための放熱プレートと、
    前記放熱プレートの上面と、前記電池積層体の下面との間に介在されて、前記放熱プレートと電池積層体とを熱結合状態とする伝熱シートと、
    を備える電源装置の製造方法であって、
    前記放熱プレートの上面に、前記伝熱シートを載置し、さらに前記伝熱シートの上面に、前記電池積層体を載置した状態で、前記電池積層体の各端面を、前記エンドプレートで、
    前記一対のスペーサ部を前記伝熱シートの厚さ分突出させることにより、
    前記押圧面の下辺が前記伝熱シートの上面と同じ高さかこれよりも上方に配置され、かつ
    前記一対のスペーサ部の間に、前記伝熱シートが介在された状態で、
    それぞれ押圧する工程と、
    前記電池積層体が押圧された状態で、前記締結部材で締結する工程と
    を含む電源装置の製造方法。
14. 請求項１３に記載の電源装置の製造方法であって、
    前記押圧工程において、前記エンドプレートが、前記放熱プレートの上面から、前記伝熱シートの厚さ分、治具により浮かせて保持されてなる電源装置の製造方法。

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