WO2021199595A1 - 電源装置及びこれを備える車両並びに蓄電装置 - Google Patents

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雄佑 藤井
吉満 田代
拓也 江頭
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present disclosure relates to a power supply device, a vehicle equipped with the power supply device, and a power storage device.
  • Power supply devices such as battery modules and battery packs having a plurality of battery cells are used as power supplies for vehicles such as hybrid vehicles and electric vehicles, and power supply for power storage systems for factories and households (for example, patent documents). 1).
  • the battery cell constituting such a power supply device is provided with a gas discharge valve that opens and releases gas when the inside of the outer can becomes high pressure at the time of abnormality. If the inside of one of the battery cells becomes high pressure for some reason such as thermal runaway, high temperature and high pressure gas is discharged from the gas discharge valve.
  • One of the objects of one aspect of the present invention is to provide a power supply device capable of safely discharging gas to the outside when gas is discharged from a battery cell, a vehicle equipped with the power supply device, and a power storage device.
  • the power supply device includes a battery laminate in which a plurality of gas discharge valves that open when the internal pressure of the outer can rises and battery cells having electrode terminals formed on the upper surface are laminated, and an upper surface of the battery laminate.
  • a first cover provided in the above and opened at a position corresponding to the gas discharge valve, and a second cover provided on the upper surface of the first cover and defining a gas duct between the first cover and the first cover.
  • a power supply device including which, the gas duct forms a baffle plate between the first cover and the second cover, and the power supply device is further provided on the upper surface of the second cover, and the second cover is provided. It has a third metal cover that abuts the top surface of the cover.
  • the upper surface of the second cover is reinforced with a metal third cover to form a second cover. It is possible to prevent the formation of an unintended gas discharge path avoiding the obstruction plate by suppressing the deformation of the.
  • FIG. 5 is an enlarged schematic cross-sectional view showing a gas duct portion of the power supply device according to the first embodiment. It is a cross-sectional view of the power supply device which shows the conventional outer edge prevention structure.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a state in which gas is discharged in the power supply device of FIG.
  • FIG. 6 is an exploded perspective view of FIG.
  • FIG. 7 is an exploded perspective view of FIG. 7 viewed from diagonally below.
  • FIG. 5 is a plan view of the power supply device of FIG. 1 in which the reinforcing cover is seen through.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line XI-XI of FIG. 10 with an enlarged view of a main part.
  • It is an enlarged schematic cross-sectional view which shows the gas duct part of the power supply device which does not provide the communication rib.
  • It is an enlarged schematic cross-sectional view which shows the gas duct part of the power supply device which provided the communication rib.
  • the embodiment of the present invention may be specified by the following configuration.
  • the power supply device further includes an end plate that covers the side surface of the battery laminate, and the third cover is fixed to the end plate.
  • the third cover can be firmly fixed to the power supply device by using the end plate, and the third cover can prevent the deformation of the second cover.
  • the power supply device further comprises a pair of fastening members for fastening the end plates to each other on both side surfaces of the battery laminate.
  • the battery laminate is provided with the pair of fastening members and a third cover on the upper surface to fasten the plurality of battery cells.
  • a bus bar for connecting the electrode terminals of the battery cells constituting the battery laminate and a bus bar for connecting to the bus bar are further connected.
  • the third cover forms an exposed portion for exposing the total terminal pieces.
  • the third cover forms a bead.
  • the strength can be improved by a simple process of forming a bead on the third cover.
  • the first cover and the second cover are made of resin.
  • the electric vehicle includes any of the above power supply devices, a traveling motor to which power is supplied from the power supply device, the power supply device, and the motor. It includes a main body and wheels driven by the motor to drive the vehicle main body.
  • the power storage device includes any of the above power supply devices and a power supply controller that controls charging / discharging to the power supply device, and the power supply controller is used to generate electric power from the outside. Allows the battery cell to be charged and controls the battery cell to be charged.
  • each element constituting the present invention may be configured such that a plurality of elements are composed of the same member and the plurality of elements are combined with one member, or conversely, the function of one member is performed by the plurality of members. It can also be shared and realized.
  • the contents described in some examples and embodiments can be used in other embodiments and embodiments.
  • the power supply device is a power source mounted on an electric vehicle such as a hybrid vehicle or an electric vehicle to supply electric power to a traveling motor, a power source for storing electric power generated by natural energy such as solar power generation or wind power generation, or a power source for storing electric power generated by natural energy such as solar power generation and wind power generation. It is used for various purposes such as a power source for storing midnight power, and is particularly suitable as a power source suitable for high power and large current applications.
  • a power source for storing midnight power and is particularly suitable as a power source suitable for high power and large current applications.
  • FIGS. 1 and 2 show an exploded perspective view of the power supply device 100 according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows an exploded perspective view of the power supply device 100 according to the first embodiment
  • FIG. 2 shows an exploded perspective view of the power supply device 100 shown in FIG.
  • the power supply device 100 shown in these figures includes a battery laminate 10 in which a plurality of battery cells 1 are laminated, a pair of end plates 20 covering both end faces of the battery laminate 10, and a plurality of end plates 20 for fastening the end plates 20 to each other.
  • a fastening member 15 and a cover assembly 40 provided on the upper surface of the battery laminate 10 are provided.
  • the fastening member 15 is formed in a plate shape extending along the stacking direction of the plurality of battery cells 1.
  • the fastening members 15 are arranged on opposite side surfaces of the battery laminate 10 to fasten the end plates 20 to each other. (Battery laminate 10)
  • the battery laminate 10 is connected to a plurality of battery cells 1 having positive and negative electrode terminals 2 and electrode terminals 2 of the plurality of battery cells 1, and the plurality of battery cells 1 are arranged in parallel. It has a bus bar connected in series. A plurality of battery cells 1 are connected in parallel or in series via these bus bars.
  • the battery cell 1 is a rechargeable secondary battery.
  • a plurality of battery cells 1 are connected in parallel to form a parallel battery group, and a plurality of parallel battery groups are connected in series to connect a large number of battery cells 1 in parallel and in series.
  • a plurality of battery cells 1 are laminated to form a battery laminate 10. Further, a pair of end plates 20 are arranged on both end faces of the battery laminate 10. The ends of the fastening members 15 are fixed to the end plates 20, and the stacked battery cells 1 are fixed in a pressed state. (Battery cell 1)
  • the battery cell 1 is a square battery having a width wider than the thickness, in other words, a square battery thinner than the width, and is laminated in the thickness direction to form a battery laminate 10.
  • the battery cell 1 can be, for example, a lithium ion secondary battery. Further, the battery cell can be any rechargeable secondary battery such as a nickel hydrogen battery or a nickel cadmium battery.
  • positive and negative electrode plates are housed together with an electrolytic solution in an outer can 1a having a closed structure.
  • the outer can 1a is formed by press-molding a metal plate such as aluminum or an aluminum alloy into a square shape, and the opening is hermetically sealed with a sealing plate 1b.
  • the sealing plate 1b is made of the same aluminum or aluminum alloy as the square outer can 1a, and positive and negative electrode terminals 2 are fixed to both ends. Further, the sealing plate 1b is provided with a gas discharge valve 1c, which is a safety valve that opens according to a pressure change inside each of the battery cells 1, between the positive and negative electrode terminals 2.
  • the plurality of battery cells 1 are laminated so that the thickness direction of each battery cell 1 is the stacking direction to form the battery laminate 10. At this time, the output of the battery laminate 10 can be increased by increasing the number of layers to be larger than usual. In such a case, the battery laminate 10 becomes a long one extended in the stacking direction.
  • terminal surfaces 1X provided with positive and negative electrode terminals 2 are arranged on the same plane, and a plurality of battery cells 1 are laminated to form a battery laminate 10.
  • the upper surface of the battery laminate 10 is a surface provided with gas discharge valves 1c of a plurality of battery cells 1. (Electrode terminal 2)
  • the battery cell 1 has a sealing plate 1b, which is the top surface, as a terminal surface 1X, and positive and negative electrode terminals 2 are fixed to both ends of the terminal surface 1X.
  • the electrode terminal 2 has a columnar protrusion.
  • the protruding portion does not necessarily have to be cylindrical, and may be polygonal or elliptical.
  • the positions of the positive and negative electrode terminals 2 fixed to the sealing plate 1b of the battery cell 1 are such that the positive electrode and the negative electrode are symmetrical.
  • the battery cells 1 are flipped horizontally and stacked, and the electrode terminals 2 of the positive electrode and the negative electrode that are adjacent to each other are connected by a bus bar, so that the adjacent battery cells 1 are connected in series. I am trying to connect.
  • the present invention does not specify the number of battery cells constituting the battery laminate and the connection state thereof.
  • the number of battery cells constituting the battery laminate and the connection state thereof can be variously changed, including other embodiments described later.
  • the plurality of battery cells 1 are laminated so that the thickness direction of each battery cell 1 is the stacking direction to form the battery laminate 10.
  • a plurality of battery cells 1 are laminated so that the terminal surface 1X provided with the positive and negative electrode terminals 2 and the sealing plate 1b in FIG. 2 are flush with each other.
  • the battery laminate 10 may have an insulating spacer 16 interposed between the battery cells 1 stacked adjacent to each other.
  • the insulating spacer 16 is made of an insulating material such as resin in the form of a thin plate or sheet.
  • the insulating spacer 16 has a plate shape having a size substantially equal to that of the facing surface of the battery cell 1.
  • the insulating spacers 16 can be laminated between the battery cells 1 adjacent to each other to insulate the adjacent battery cells 1 from each other.
  • a spacer having a shape in which a flow path of a cooling gas is formed between the battery cells and the spacer can also be used. Further, the surface of the battery cell can be covered with an insulating material.
  • the surface of the outer can excluding the electrode terminal portion of the battery cell may be covered with a shrink film such as PET resin.
  • the insulating spacer may be omitted.
  • the battery cells connected in series with each other are insulated by interposing an insulating spacer between the battery cells connected in series with each other, while the battery cells connected in parallel with each other. Since there is no voltage difference between the adjacent outer cans, the insulating spacer between these battery cells can be omitted.
  • end plates 20 are arranged on both end surfaces of the battery laminate 10.
  • An end face spacer 17 may be interposed between the end plate 20 and the battery laminate 10 to insulate them.
  • the end face spacer 17 can also be manufactured in the form of a thin plate or sheet with an insulating material such as resin.
  • the bus bar holder may be arranged between the battery laminate 10 and the bus bar.
  • a plurality of bus bars can be arranged at a fixed position on the upper surface of the battery laminate while insulating the plurality of bus bars from each other and insulating the terminal surface 1X of the battery cell from the bus bar.
  • the cover assembly 40 described later may be integrated with the bus bar holder.
  • the bus bar is manufactured into a predetermined shape by cutting and processing a metal plate.
  • a metal plate constituting the bus bar a metal having low electric resistance and light weight, for example, an aluminum plate or a copper plate, or an alloy thereof can be used.
  • other metals with low electrical resistance and light weight and alloys thereof can also be used.
  • the end plates 20 are arranged at both ends of the battery laminate 10 and are fastened via a pair of left and right fastening members 15 arranged along both side surfaces of the battery laminate 10.
  • the end plates 20 are both ends of the battery laminate 10 in the stacking direction of the battery cells 1, and are arranged outside the end face spacer 17 to sandwich the battery laminate 10 from both ends. (Fastening member 15)
  • each fastening member 15 is made of metal having a predetermined width and a predetermined thickness along the side surface of the battery laminate 10, and is arranged so as to face both side surfaces of the battery laminate 10. There is.
  • a metal plate such as iron, preferably a steel plate, can be used for the fastening member 15.
  • the fastening member 15 made of a metal plate is bent by press molding or the like to form a predetermined shape.
  • the fastening member 15 is formed by bending the upper and lower sides of the plate-shaped fastening main surface 15a in a U-shape to form a bent piece 15d.
  • the upper and lower bent pieces 15d cover the upper and lower surfaces of the battery laminate 10 from the corners on the left and right side surfaces of the battery laminate 10.
  • the fastening member 15 is fixed to the outer peripheral surface of the end plate 20 by screwing bolts 15f into a plurality of screw holes opened in the fastening main surface 15a.
  • the fixing of the fastening main surface 15a and the end plate 20 is not necessarily limited to screwing using bolts, and may be a pin, a rivet, or the like.
  • a plurality of battery cells 1 are connected by connecting end plates 20 arranged at both ends of a battery laminate 10 composed of the plurality of battery cells 1 with fastening members 15. Is configured to constrain. By restraining the plurality of battery cells 1 via the end plate 20 and the fastening member 15 having high rigidity, it is possible to suppress expansion, deformation, relative movement, malfunction due to vibration, etc. of the battery cells 1 due to charge / discharge and deterioration. .. (Insulation sheet 30)
  • an insulating sheet 30 is interposed between the fastening member 15 and the battery laminate 10.
  • the insulating sheet 30 is made of an insulating material such as resin, and insulates between the metal fastening member 15 and the battery cell.
  • the insulating sheet 30 shown in FIG. 2 and the like is composed of a flat plate 31 that covers the side surface of the battery laminate 10 and bent covering portions 32 provided above and below the flat plate 31.
  • the bent covering portion 32 is bent in a U shape from the flat plate 31 so as to cover the bent piece 15d of the fastening member 15, and then further folded back.
  • the bent piece 15d can be covered with an insulating bent covering portion from the upper surface to the side surface and the lower surface, thereby avoiding unintended conduction between the battery cell 1 and the fastening member 15.
  • each battery cell 1 presses the upper surface and the lower surface of the battery cell 1 of the battery laminate 10 via the bent covering portion 32.
  • each battery cell 1 is pressed from the vertical direction by the bent piece 15d and held in the height direction, and even if vibration, impact, or the like is applied to the battery laminate 10, each battery cell 1 is positioned in the vertical direction. It can be maintained so that it does not shift.
  • the battery cell When the surface of the battery laminate or the battery laminate is insulated, for example, the battery cell is housed in an insulating case, covered with a heat-shrinkable resin film, or the fastening member. If the surface is coated with an insulating paint or coating, or if the fastening member is made of an insulating material, the insulating sheet can be unnecessary. Further, the insulating sheet 30 may also have the bent covering portion 32 formed only on the upper end side when it is not necessary to consider the insulation of the fastening member 15 with the bent piece 15d on the lower surface side of the battery laminate 10. For example, the case where the battery cell 1 is covered with a heat-shrinkable film is applicable. Further, the insulating sheet 30 may be configured to also serve as a bus bar holder for holding the bus bar described above. (Cover assembly 40)
  • the power supply device 100 is provided with a cover assembly 40 on the upper surface of the battery laminate 10.
  • the cover assembly 40 constitutes a gas discharge path for discharging the high-temperature and high-pressure gas to the outside of the power supply device 100 when the high-temperature and high-pressure gas is discharged from any of the battery cells 1 constituting the battery stack 10.
  • the cover assembly 40 may be configured to also serve as a bus bar holder for holding the bus bar.
  • the cover assembly 40 includes a first cover 41, a second cover 42, and a third cover 39, as shown in the schematic cross-sectional view of FIG.
  • the first cover 41 is provided on the upper surface of the battery laminate 10.
  • the first cover 41 has a gas introduction port 47 opened at a position corresponding to the gas discharge valve 1c of the battery cell 1 constituting the battery laminate 10.
  • the second cover 42 is provided on the upper surface of the first cover 41, and forms a gas duct 38 with the first cover 41.
  • a baffle plate 48 is formed between the first cover 41 and the second cover 42.
  • the third cover 39 is provided on the upper surface of the second cover 42, and is in contact with the upper surface of the second cover 42.
  • the third cover 39 is made of metal.
  • a large number of baffle plates 48 are provided in the gas duct 38, and the gas GS is bent so as to be discharged along the baffle plate 48. It is possible to reduce the momentum and also reduce the temperature so that it can be safely discharged to the outside.
  • the gas duct 38 is deformed by the gas pressure, and as a result, a gas discharge path avoiding the obstruction plate 48 is formed. It is conceivable that the gas GS is discharged to the outside of the power supply device at a high pressure and temperature.
  • the first cover 41 and the second cover 42 constituting the gas duct 38 are made of resin from the viewpoint of insulation and the like, there is a limit to the resistance to deformation.
  • deformation due to gas pressure can be suppressed by covering the upper surface of the second cover 42 with a metal third cover 39 as shown in FIG. can.
  • the rigidity against the expansion of the battery cell can be improved by the third cover 39. Since the battery cell 1 expands due to charging and discharging, such deformations are accumulated and the total length of the battery laminate 10 also changes. As shown in FIG. 2, the end plate 20 is arranged on the end surface of the battery laminate 10 so as to counter the swelling force of the battery laminate 10, and the end plate 20 is arranged on the side surface of the battery laminate 10 with the fastening member 15. We have concluded each other. By fixing the third cover 39 to the end plate 20, it is possible to improve the rigidity of the battery cell against the swelling force even on the upper surface of the battery laminate 10.
  • the first cover 41 and the second cover 42 are made of resin that ensures insulation and easily forms a baffle plate 48 inside the gas duct 38, and assigns different functions to each cover and assigns them to each cover. It is made of materials according to the functions provided.
  • FIG. 6 is an exploded perspective view showing a state in which the reinforcing cover 60 is removed from the cover assembly 40 of FIG. 2
  • FIG. 7 is an exploded perspective view of FIG. 6,
  • FIG. 9 is an exploded perspective view showing a state in which the reinforcing cover 60 is removed from the power supply device 100 of FIG. 1
  • FIG. 10 is a plan view of the power supply device 100 of FIG. 10 shows a cross-sectional view with an enlarged view of a main part on the XI-XI line of FIG.
  • the cover assembly 40 shown in these figures includes a lower cover 46, an upper cover 50, and a reinforcing cover 60.
  • the lower cover corresponds to the first cover 41 described above
  • the upper cover 50 corresponds to the second cover 42
  • the reinforcing cover 60 corresponds to the third cover 39. (Bottom cover 46)
  • the lower cover 46 is provided on the upper surface of the battery laminate 10 and defines a first gas duct that communicates with the gas discharge valve 1c. As shown in FIGS. 7 to 8, the lower cover 46 has a gas introduction port 47 opened at a position corresponding to the gas discharge valve 1c of the battery cell 1. Further, as shown in FIGS. 7 to 8, 11 and the like, the lower cover 46 forms a large number of baffle plates 48, and the baffle plate 48 rotates in the traveling direction until the high temperature and high pressure gas is discharged. By being modified, the momentum is reduced and the temperature is lowered. Further, the gas discharge path is provided not only in the stacking direction of the battery cells 1 but also in the direction intersecting the stacking direction.
  • the lower cover 46 is made of a resin having excellent insulating properties, for example, polycarbonate. (Intermediate plate 49)
  • An intermediate plate 49 is provided on the upper surface of the lower cover 46.
  • the intermediate plate 49 is provided in the center of the battery laminate 10 in the width direction, and is arranged so as to face the gas discharge valve 1c.
  • the intermediate plate 49 is made of a material having excellent strength, for example, metal.
  • the upper cover 50 is provided on the upper surface of the lower cover 46, and defines the second gas duct on the upper surface of the first gas duct.
  • the upper cover 50 is made of resin.
  • a plurality of communication holes 51 for communicating the first gas duct and the second gas duct are formed on the upper surface of the upper cover 50.
  • the communication holes 51 are not opened corresponding to all the battery cells, but are opened discretely so as to take charge of a plurality of battery cells. In the example of FIG. 7, etc., the communication holes 51 are opened at three locations in the stacking direction with respect to the battery laminate 10 in which the battery cells 1 of 12 cells are laminated.
  • the communication hole 51 is provided at an offset position, not at a position facing the gas discharge valve 1c. By not opening the communication hole 51 directly with respect to the gas discharge valve 1c, it is possible to facilitate the dispersion of gas.
  • the gas discharge valve 1c is provided in the center of the sealing plate 1b of the battery cell 1 in the example shown in FIG.
  • the communication holes 51 are opened at positions corresponding to the left and right of the sealing plate 1b of the battery cell 1.
  • the communication hole 51 is preferably formed in a slit shape.
  • the width and length of the slit, the height of the second gas duct, and the like can be adjusted to set the path area of the second gas duct, and the amount of gas discharged can be controlled.
  • the height of the second gas duct is defined by the height of the communication rib 52 described later. (Communication rib 52)
  • the upper cover 50 is provided with a communication rib 52 protruding toward the reinforcing cover 60 around the communication hole 51. By doing so, it is possible to prevent a situation in which the path for introducing gas into the second gas duct is obstructed.
  • the communication rib is not provided, when the high-pressure gas is discharged from the gas discharge valve 1c as in the power supply device 700 shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 12, the upper cover 50 is opened by the pressure of the gas. It is conceivable that the periphery of the communication hole 51 is deformed to block the gas discharge path. In this state, the gas is not guided to the second gas duct, and the gas cannot be dispersed and discharged through the second gas duct.
  • the communication rib 52 is provided not all around the communication hole 51 but a part thereof so as not to obstruct the inflow of gas into the second gas duct.
  • a pair of communication ribs 52 are provided so as to face both sides of the communication hole 51.
  • the communication rib 52 is integrally formed with the resin upper cover 50. With this configuration, the communication rib 52 can be easily formed by positioning the communication rib 52 around the communication hole 51.
  • a communication rib may be provided on the reinforcing cover side.
  • a communication rib may be provided on the reinforcing cover side.
  • the upper cover 50 is provided with a partition rib 53 for partitioning between adjacent communication holes 51.
  • the second gas duct can be partitioned for each communication hole 51, and the high-pressure gas introduced into the second gas duct from the communication hole 51 can be prevented from being concentrated and discharged in one place.
  • the battery laminate 10 in which the battery cells 1 of 12 cells are laminated is divided into three sections every four cells, and the battery cell 1 is further divided into two parts on the left and right sides, for a total of six sections. It is divided.
  • the partition ribs are projected on the upper surface of the upper cover 50, but the present invention is not limited to this configuration, and it goes without saying that the partition ribs may be projected from the reinforcing cover side, for example. ..
  • the gas discharge path is provided not only in the stacking direction of the battery cells 1 but also in the direction intersecting the stacking direction. By discharging the gas from the intersecting directions in this way, it is possible to efficiently discharge the gas to the outside of the power supply device and enhance the safety.
  • gas discharge paths are formed in the first gas duct and the second gas duct, respectively, so that the gas is also discharged in the vertical direction in the figure. (Reinforcing cover 60)
  • the reinforcing cover 60 is provided on the upper surface of the upper cover 50.
  • a second gas duct is formed between the reinforcing cover 60 and the upper cover 50. Further, the reinforcing cover 60 is in contact with the upper surface of the upper cover 50 via the communication rib 52.
  • the reinforcing cover 60 is fixed to the upper surface of the end plate 20 with bolts 29 or the like as shown in FIG.
  • the upper surface of the battery laminate 10 is also fastened with the reinforcing cover 60, and the end surface of the battery laminate 10 is pressed by the end plate 20.
  • the rigidity to be increased can be increased.
  • the reinforcing cover 60 is also used as an additional fastening member.
  • the reinforcing cover 60 may form a bead 61 in order to increase the rigidity.
  • a bead 61 is formed in the center along the longitudinal direction of the reinforcing cover 60. In this way, the strength can be improved by a simple process of forming the bead 61 on the reinforcing cover 60 of the metal plate. (Total terminal piece 70)
  • the power supply device includes a total terminal piece 70 that takes out the total output by connecting a plurality of battery cells 1 in series and in parallel via a bus bar.
  • the total terminal piece 70 is made of a metal plate having excellent conductivity.
  • the reinforcing cover 60 forms an exposed portion 62 that exposes the total terminal piece 70.
  • the exposed portion 62 can be an exposed cutout in which a corner portion of the reinforcing cover 60 is cut out so as to expose the total terminal piece 70.
  • the metal reinforcing cover 60 and the total terminal piece 70 are separated from each other in the horizontal plane so as not to overlap each other, and the safety is enhanced.
  • the display unit 62 may be a bay window for displaying all the terminal pieces.
  • the total terminal piece 70 is provided on one side surface side (lower side in the figure) of the upper surface of the end plate 20.
  • the exposed portion 62 is formed only in the lower corner portion of the end portion of the reinforcing cover 60, and may be provided on both sides of the end portion as shown in FIG. 9 or the like.
  • the above power supply device 100 can be used as a power source for a vehicle that supplies electric power to a motor that runs an electric vehicle.
  • an electric vehicle such as a hybrid vehicle or a plug-in hybrid vehicle that runs on both an engine and a motor, or an electric vehicle that runs only on a motor can be used, and is used as a power source for these vehicles. Will be done.
  • a large number of the above-mentioned power supply devices 100 are connected in series or in parallel, and a large-capacity, high-output power supply device to which a necessary control circuit is added is constructed. do. (Power supply for hybrid vehicles)
  • FIG. 15 shows an example in which the power supply device 100 is mounted on a hybrid vehicle traveling by both an engine and a motor.
  • the vehicle HV equipped with the power supply device 100 shown in this figure is driven by a vehicle main body 91, an engine 96 for running the vehicle main body 91, a running motor 93, and these engines 96 and a running motor 93. It includes wheels 97, a power supply device 100 that supplies electric power to the motor 93, and a generator 94 that charges the batteries of the power supply device 100.
  • the power supply device 100 is connected to the motor 93 and the generator 94 via the DC / AC inverter 95.
  • the vehicle HV runs on both the motor 93 and the engine 96 while charging and discharging the battery of the power supply device 100.
  • the motor 93 is driven to drive the vehicle in a region where the engine efficiency is low, for example, when accelerating or traveling at a low speed.
  • the motor 93 is driven by being supplied with electric power from the power supply device 100.
  • the generator 94 is driven by the engine 96 or by regenerative braking when braking the vehicle to charge the battery of the power supply device 100.
  • the vehicle HV may be provided with a charging plug 98 for charging the power supply device 100. By connecting the charging plug 98 to an external power source, the power supply device 100 can be charged. (Power supply for electric vehicles)
  • FIG. 16 shows an example in which the power supply device 100 is mounted on an electric vehicle traveling only by a motor.
  • the vehicle EV equipped with the power supply device 100 shown in this figure supplies electric power to the vehicle main body 91, the traveling motor 93 for running the vehicle main body 91, the wheels 97 driven by the motor 93, and the motor 93.
  • It includes a power supply device 100 for supplying power and a generator 94 for charging the battery of the power supply device 100.
  • the power supply device 100 is connected to the motor 93 and the generator 94 via the DC / AC inverter 95.
  • the motor 93 is driven by being supplied with electric power from the power supply device 100.
  • the generator 94 is driven by the energy used for regenerative braking of the vehicle EV to charge the battery of the power supply device 100. Further, the vehicle EV is provided with a charging plug 98, and the charging plug 98 can be connected to an external power source to charge the power supply device 100. (Power supply device for power storage device)
  • the present invention does not specify the use of the power supply device as the power supply of the motor that runs the vehicle.
  • the power supply device according to the embodiment can also be used as a power source for a power storage device that charges and stores a battery with electric power generated by solar power generation, wind power generation, or the like.
  • FIG. 17 shows a power storage device in which the battery of the power supply device 100 is charged by the solar cell 82 to store electricity.
  • the power storage device shown in FIG. 17 charges the battery of the power supply device 100 with the electric power generated by the solar cells 82 arranged on the roof or roof of a building 81 such as a house or factory.
  • This power storage device uses the solar cell 82 as a power source for charging, charges the battery of the power supply device 100 with the charging circuit 83, and then supplies power to the load 86 via the DC / AC inverter 85. Therefore, this power storage device has a charge mode and a discharge mode.
  • the DC / AC inverter 85 and the charging circuit 83 are connected to the power supply device 100 via the discharge switch 87 and the charging switch 84, respectively.
  • the ON / OFF of the discharge switch 87 and the charge switch 84 is switched by the power controller 88 of the power storage device.
  • the power controller 88 switches the charging switch 84 to ON and the discharge switch 87 to OFF to allow the charging circuit 83 to charge the power supply device 100.
  • the power controller 88 turns off the charging switch 84 and turns on the discharge switch 87 to switch to the discharge mode, and the power supply device 100 Allows discharge from to load 86.
  • the charge switch 84 can be turned on and the discharge switch 87 can be turned on to supply power to the load 86 and charge the power supply device 100 at the same time.
  • the power supply device can also be used as a power source for a power storage device that charges and stores batteries using midnight power at night.
  • a power supply device charged with midnight power can be charged with midnight power, which is surplus power of a power plant, and output power in the daytime when the power load is large, so that the peak power in the daytime can be limited to a small value.
  • the power supply can also be used as a power source for charging with both solar cell output and midnight power. This power supply device can effectively utilize both the power generated by the solar cell and the midnight power, and can efficiently store electricity while considering the weather and power consumption.
  • the above-mentioned power storage system includes a backup power supply device that can be mounted in a computer server rack, a backup power supply device for a wireless base station such as a mobile phone, a power storage power supply for home or factory use, a power supply for street lights, and the like. It can be suitably used for power storage devices combined with solar cells, backup power sources for traffic lights and road traffic indicators, and the like.
  • the power supply device is used as a power source for a large current used as a power source for a motor for driving an electric vehicle such as a hybrid vehicle, a fuel cell vehicle, an electric vehicle, or an electric motorcycle. It can be preferably used.
  • a power supply device for a plug-in type hybrid electric vehicle, a hybrid type electric vehicle, an electric vehicle, or the like that can switch between an EV driving mode and a HEV driving mode can be mentioned.
  • a backup power supply that can be mounted in a computer server rack, a backup power supply for wireless base stations such as mobile phones, a power storage device for home use and factories, a power supply for street lights, etc. , Can also be used as appropriate for backup power supplies such as traffic lights.

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Abstract

電源装置（１００）は、外装缶の内圧上昇時に開弁するガス排出弁（１ｃ）、及び電極端子（２）を上面に形成した電池セル（１）を、複数積層した電池積層体（１０）と、電池積層体（１０）の上面に設けられ、ガス排出弁（１ｃ）と対応する位置をそれぞれ開口させた第一カバー（４１）と、第一カバー（４１）の上面に設けられ、該第一カバー（４１）との間でガスダクト（３８）を画成する第二カバー（４２）とを備える。ガスダクト（３８）は、第一カバー（４１）と第二カバー（４２）との間に邪魔板（４８）を形成している。電源装置（１００）はさらに、第二カバー（４２）の上面に設けられ、該第二カバー（４２）の上面を当接する金属製の第三カバー（３９）を備えている。

Description

電源装置及びこれを備える車両並びに蓄電装置
　本開示は、電源装置及びこれを備える車両並びに蓄電装置に関する。
　複数の電池セルを備える電池モジュールや電池パックなどの電源装置は、ハイブリッド自動車や電気自動車など車両用の電源や、工場用、家庭用などの蓄電システムの電源などに利用されている（例えば特許文献１参照）。
　このような電源装置を構成する電池セルは、異常時に外装缶の内部が高圧になると、開弁してガスを放出するガス排出弁が設けられている。いずれかの電池セルが熱暴走など、何らかの理由で内部が高圧になると、ガス排出弁から高温、高圧のガスが放出される。
　このような事態を防止するため、図４の横断面図に示すように、ガスダクト内に邪魔板を設ける構成が提案されている。この構造によれば、ガスの排出経路を折曲させることで、勢いを低減させ、また温度も低下させて安全に外部に排出させることが可能となる。
　しかしながら、ガスの圧力が高いため、図５の横断面図に示すように、ガス圧でダクトが変形する結果、邪魔板を回避したガスの排出経路が形成されてしまい、高い圧力、温度のまま電源装置の外部に排出される可能性があった。
国際公開第２０１４／０２４４５２号
　本発明の一態様の目的の一は、電池セルからガスが排出された場合に、安全に外部に排出可能とした電源装置及びこれを備える車両並びに蓄電装置を提供することにある。
　本発明のある態様に係る電源装置は、外装缶の内圧上昇時に開弁するガス排出弁、及び電極端子を上面に形成した電池セルを、複数積層した電池積層体と、前記電池積層体の上面に設けられ、前記ガス排出弁と対応する位置をそれぞれ開口させた第一カバーと、前記第一カバーの上面に設けられ、該第一カバーとの間でガスダクトを画成する第二カバーとを備える電源装置であって、前記ガスダクトは、前記第一カバーと第二カバーとの間に邪魔板を形成しており、前記電源装置はさらに、前記第二カバーの上面に設けられ、該第二カバーの上面を当接する金属製の第三カバーを備えている。
　本発明のある態様に係る電源装置によれば、万一ガス排出弁から高温高圧のガスが排出されても、第二カバーの上面を金属製の第三カバーで補強することにより、第二カバーの変形を抑制して、邪魔板を避けた意図しないガスの排出経路が形成される事態を回避できる。
本発明の実施形態１に係る電源装置を示す斜視図である。 図１に示す電源装置の分解斜視図である。 実施形態１に係る電源装置のガスダクト部分を示す拡大模式断面図である。 従来の外縁防止構造を示す電源装置の横断面図である。 図４の電源装置において、ガスが排出される状態を示す横断面図である。 図２のカバー集合体から補強カバーを外した状態を示す分解斜視図である。 図６の分解斜視図である。 図７を斜め下方から見た分解斜視図である。 図１の電源装置から補強カバーを外した状態を示す分解斜視図である。 図１の電源装置で補強カバーを透視状態とした平面図である。 図１０のＸＩ－ＸＩ線における要部拡大図付き断面図である。 連通用リブを設けない電源装置のガスダクト部分を示す拡大模式断面図である。 連通用リブを設けた電源装置のガスダクト部分を示す拡大模式断面図である。 本発明の実施形態２に係る電源装置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。
　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、上記構成に加えて、さらに前記電池積層体の側面を覆うエンドプレートを備えており、前記第三カバーが、前記エンドプレートに固定されている。上記構成により、第三カバーをエンドプレートを利用して強固に電源装置に固定することができ、第三カバーでもって第二カバーの変形を阻止できる。
　本発明の他の実施形態に係る電源装置は、上記いずれかの構成に加えて、さらに、前記電池積層体は、前記エンドプレート同士を前記電池積層体の両側側面で締結する一対の締結部材を備えており、前記電池積層体は、前記一対の締結部材と、上面の第三カバーでもって前記複数の電池セルを締結している。上記構成により、複数の電池セルを積層状態に締結する締結部材に加えて、上面の第三カバーでも締結状態を維持できるので、第三カバーを締結部材としても利用して、より強固に電池積層体の締結状態を維持できる。
　また、本発明の他の実施形態に係る電源装置は、上記いずれかの構成に加えて、さらに、前記電池積層体を構成する前記電池セルの電極端子同士を接続するバスバーと、前記バスバーと接続された総端子片とを備えており、前記第三カバーは、前記総端子片を表出させる表出部を形成している。上記構成により、金属製の第三カバーを利用しつつも、総端子片と離間させることで絶縁距離を確保し、意図しない短絡が発生する虞を回避できる。
　さらに、本発明の他の実施形態に係る電源装置は、上記いずれかの構成に加えて、前記第三カバーが、ビードを形成している。上記構成により、第三カバーにビードを形成するという簡易な加工により強度を向上させることができる。
　さらにまた、本発明の他の実施形態に係る電源装置は、上記いずれかの構成に加えて、前記第一カバー及び第二カバーが、樹脂製である。
　さらにまた、本発明の他の実施形態に係る電動車両は、上記何れかの電源装置と、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、上記何れかの電源装置と、該電源装置への充放電を制御する電源コントローラと備えて、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。
　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２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の分解斜視図、図２は図１に示す電源装置１００の分解斜視図を、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の上面に設けられたカバー集合体４０を備える。
　締結部材１５は、複数の電池セル１の積層方向に沿って延長された板状に形成される。この締結部材１５は、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２０同士を締結する。
（電池積層体１０）
　電池積層体１０は、図２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、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電池で、厚さ方向に積層されて電池積層体１０としている。電池セル１は、例えば、リチウムイオン二次電池とすることができる。また、電池セルは、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等、充電できる全ての二次電池とすることもできる。電池セル１は、密閉構造の外装缶１ａに正負の電極板を電解液と共に収容している。外装缶１ａは、アルミニウムやアルミニウム合金等の金属板を角形にプレス成形され、開口部を封口板１ｂで気密に密閉している。封口板１ｂは、角型の外装缶１ａと同じアルミニウムやアルミニウム合金で、両端部に正負の電極端子２を固定している。さらに、封口板１ｂは、正負の電極端子２の間に、電池セル１のそれぞれ内部の圧力変化に応じて開弁する安全弁であるガス排出弁１ｃを設けている。
　複数の電池セル１は、各電池セル１の厚み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。この際、積層数を通常よりも多めにすることで、電池積層体１０の高出力化を図ることができる。斯かる場合、電池積層体１０は積層方向に延長された長尺のものとなる。電池セル１は、正負の電極端子２を設けている端子面１Ｘを同一平面に配置して、複数の電池セル１を積層して電池積層体１０としている。そして、電池積層体１０の上面を、複数の電池セル１のガス排出弁１ｃを設けた面としている。
（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フィルムで電池セルの電極端子部分を除く外装缶の表面を覆ってもよい。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１７を介在させて、これらを絶縁してもよい。端面スペーサ１７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１Ｘ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。また、後述するカバー集合体４０をバスバーホルダと統合してもよい。
　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２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１７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。
　締結部材１５は、板状の締結主面１５ａの上下をコ字状に折曲して、折曲片１５ｄを形成している。上下の折曲片１５ｄは、電池積層体１０の左右側面において、電池積層体１０の上下面を隅部から覆う。この締結部材１５は、締結主面１５ａに開口された複数のねじ穴にそれぞれボルト１５ｆを螺合し、エンドプレート２０の外周面に固定している。なお、締結主面１５ａとエンドプレート２０との固定は、必ずしもボルトを用いた螺合に限られず、ピンやリベット等としてもよい。
　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。
（絶縁シート３０）
　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と電池セルとの間を絶縁している。図２等に示す絶縁シート３０は、電池積層体１０の側面を覆う平板３１と、この平板３１の上下にそれぞれ設けられた折曲被覆部３２とで構成される。折曲被覆部３２は、締結部材１５の折曲片１５ｄを覆うように、平板３１からコ字状に折曲した後、さらに折り返している。これにより折曲片１５ｄは、上面から側面及び下面にかけて絶縁性の折曲被覆部で覆うことにより、電池セル１と締結部材１５の意図しない導通を回避することができる。
　また折曲片１５ｄは、折曲被覆部３２を介して、電池積層体１０の電池セル１の上面及び下面を押圧する。これにより、各電池セル１を上下方向から折曲片１５ｄで押圧して高さ方向に保持し、振動や衝撃等が電池積層体１０に印加されても、各電池セル１が上下方向に位置ずれしないように維持できる。
　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３０も、電池積層体１０の下面側で締結部材１５の折曲片１５ｄとの絶縁を考慮しなくてよい場合は、折曲被覆部３２を上端側にのみ形成してもよい。例えば電池セル１を熱収縮性フィルムで被覆している場合等が該当する。また絶縁シート３０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。
（カバー集合体４０）
　電源装置１００は、電池積層体１０の上面にカバー集合体４０を設けている。カバー集合体４０は、電池積層体１０を構成する電池セル１のいずれかから、高温高圧のガスが排出された場合に、このガスを電源装置１００の外部に排出するガス排出経路を構成する。なお、カバー集合体４０を、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。
　カバー集合体４０は、図３の模式断面図に示すように、第一カバー４１と第二カバー４２と第三カバー３９を備える。第一カバー４１は、電池積層体１０の上面に設けられている。この第一カバー４１は、電池積層体１０を構成する電池セル１のガス排出弁１ｃと対応する位置に、ガス導入口４７をそれぞれ開口させている。
　また第二カバー４２は、第一カバー４１の上面に設けられており、この第一カバー４１との間でガスダクト３８を画成している。ガスダクト３８内には、第一カバー４１と第二カバー４２との間に邪魔板４８を形成している。これにより、万一高温高圧のガスＧＳがガス排出弁１ｃから排出されても、電池積層体１０の側面側に排出するまでの間にガスＧＳの進行を妨げて、圧力を低下させ、温度を低下させて、安全に外部に排出する。
　さらに第三カバー３９が、第二カバー４２の上面に設けられており、この第二カバー４２の上面を当接している。第三カバー３９は金属製としている。このような構成とすることで、万一ガス排出弁１ｃから高温高圧のガスＧＳが排出されても、第二カバー４２の上面を金属製の第三カバー３９で補強することにより、第二カバー４２の変形を抑制して、邪魔板４８を避けた意図しないガスの排出経路が形成される事態を回避できる。
　図４の模式断面図に示す比較例に係る電源装置８００のように、ガスダクト３８内に多数の邪魔板４８を設けて、ガスＧＳを邪魔板４８に沿って排出させるように折曲させることで、勢いを低減させ、また温度も低下させて安全に外部に排出させることが可能となる。
　しかしながら、排出されるガスＧＳの圧力が高いと、図５の横断面図に示すように、ガス圧でガスダクト３８が変形する結果、邪魔板４８を回避したガスの排出経路が形成されてしまい、ガスＧＳが高い圧力、温度のまま電源装置の外部に排出されることが考えられる。特に、絶縁性などの観点からガスダクト３８を構成する第一カバー４１や第二カバー４２を樹脂製とする場合は、変形に対する耐性に限界があった。
　これに対して、本実施形態に係る電源装置１００においては、図３に示すように第二カバー４２の上面を金属製の第三カバー３９で覆うことにより、ガス圧による変形を抑制することができる。
　また電池セルが膨化することに対する剛性も、第三カバー３９でもって向上できる。電池セル１は充放電によって膨張するため、このような変形が累積されて電池積層体１０の全長も変化する。このような電池積層体１０の膨化力に対抗するよう、図２に示すように電池積層体１０の端面にエンドプレート２０を配置し、締結部材１５でもって電池積層体１０の側面でエンドプレート２０同士を締結している。第三カバー３９をエンドプレート２０に固定することで、電池積層体１０の上面においても電池セルの膨化力に対する剛性を向上させることができる。一方で、第一カバー４１や第二カバー４２は、絶縁性を確保し、またガスダクト３８の内部に邪魔板４８を形成し易い樹脂製として、各カバーに異なる機能を割り当てると共に、各カバーに割り当てられた機能に応じた材質で構成している。
　以下、カバー集合体４０の具体的な構成を、図６～図１１に基づいて説明する。これらの図において、図６は図２のカバー集合体４０から補強カバー６０を外した状態を示す分解斜視図、図７は図６の分解斜視図、図８は図７を斜め下方から見た分解斜視図、図９は図１の電源装置１００から補強カバー６０を外した状態を示す分解斜視図、図１０は図１の電源装置１００で補強カバー６０を透視状態とした平面図、図１１は図１０のＸＩ－ＸＩ線における要部拡大図付き断面図を、それぞれ示している。これらの図に示すカバー集合体４０は、下カバー４６と、上カバー５０と、補強カバー６０を備える。下カバーが、上述した第一カバー４１に、上カバー５０が第二カバー４２に、補強カバー６０が第三カバー３９に、それぞれ対応する。
（下カバー４６）
　下カバー４６は、電池積層体１０の上面に設けられており、ガス排出弁１ｃと連通する第一ガスダクトを画成している。下カバー４６は、図７～図８に示すように、電池セル１のガス排出弁１ｃと対応する位置に、ガス導入口４７を開口している。また下カバー４６は、図７～図８、図１１等に示すように、多数の邪魔板４８を形成しており、高温高圧のガスが排出されるまでの間に邪魔板４８で進行方向を変更されることにより、勢いを低減させ、温度を低下させる。またガスの排出経路は、電池セル１の積層方向のみならず、これと交差する方向にも設けている。この下カバー４６は、絶縁性に優れた樹脂製、例えばポリカーボネート製とする。
（中間プレート４９）
　また下カバー４６の上面には、中間プレート４９を設けている。中間プレート４９は、電池積層体１０の幅方向の中央に設けられ、ガス排出弁１ｃと対向するよう配置されている。また中間プレート４９は、強度に優れた材質、例えば金属製とする。これにより、高温高圧のガスがガス排出経路から排出されたとしても、樹脂製のカバーよりも高強度の金属製の中間プレート４９で受けることにより、ガスが電源装置１００を貫いて直接噴出される事態を回避する。
（上カバー５０）
　上カバー５０は、下カバー４６の上面に設けられ、第一ガスダクトの上面に第二ガスダクトを画成している。この上カバー５０は樹脂製とする。また上カバー５０の上面に、第一ガスダクトと第二ガスダクトとを連通する連通孔５１を複数形成している。このようにガスダクト３８を第一ガスダクトと第二ガスダクトの二層構造とすることで、万一電池セルからガスが排出された場合でも、ガスを第一ガスダクトと第二ガスダクトに分岐させて、分散して排出することにより、ガスが電源装置内部に滞留することを避けつつ、外部に排出されたガスが発火する事態を抑制できる。また、ガス排出用の排出口を複数設けたことで、一つあたりの断面積を小さくでき、万一高温ガスが排出された場合でも発火の虞を低減できる。
（連通孔５１）
　連通孔５１は、すべての電池セルに対応してそれぞれ開口するのでなく、複数の電池セルを受け持つように、離散的に開口することが好ましい。図７等の例では、１２セルの電池セル１を積層した電池積層体１０に対し、積層方向に３箇所、連通孔５１を開口している。
　また連通孔５１は、ガス排出弁１ｃと対向する位置でなく、オフセットさせた位置に設けることが好ましい。連通孔５１をガス排出弁１ｃに対して直接開口させないことで、ガスを分散させ易くすることができる。ガス排出弁１ｃは、図２に示す例では電池セル１の封口板１ｂの中央に設けられている。一方、連通孔５１は図７等に示すように、電池セル１の封口板１ｂの左右にあたる位置にそれぞれ開口されている。
　連通孔５１は、スリット状に形成することが好ましい。スリットの幅や長さ、また第二ガスダクトの高さなどを調整して第二ガスダクトの経路面積を設定し、排出されるガスの量を制御することができる。なお図１１等の例では、後述する連通用リブ５２の高さでもって、第二ガスダクトの高さを規定している。
（連通用リブ５２）
　上カバー５０は、連通孔５１の周囲に、補強カバー６０側に突出させた連通用リブ５２を設けている。このようにすることで、第二ガスダクトにガスを導入する経路が阻害される事態を阻止できる。連通用リブを設けない構成においては、図１２の模式断面図に示す電源装置７００のように、高圧のガスがガス排出弁１ｃから排出された際、ガスの圧力で上カバー５０に開口された連通孔５１の周囲が変形して、ガスの排出経路を塞いでしまうことが考えられる。この状態では、ガスが第二ガスダクトに案内されず、第二ガスダクトを通じてガスを分散させて排出することができなくなる。これに対して、図１３の模式断面図に示すように、連通孔５１の周囲に連通用リブ５２を設けることで、連通孔５１周囲の変形を阻止して、第二ガスダクトへの開口端が確保され、高圧のガスを第二ガスダクトに案内できるようになる。
　また連通用リブ５２は、ガスの第二ガスダクトへの流入を阻害しないよう、連通孔５１の全周でなく一部に設けられる。好ましくは、図１０の平面図に示すように、一対の連通用リブ５２を、連通孔５１の両側に対向するように設ける。スリット状の連通孔５１の場合は、スリットの長手方向に交差させるように、一対の連通用リブ５２を配置することが好ましい。またこの例では、樹脂製の上カバー５０に連通用リブ５２を一体に成形している。この構成であれば連通孔５１の周囲に連通用リブ５２を位置決めして簡単に形成できる。ただ、補強カバー側に連通用リブを設けてもよいことはいうまでもない。特に金属製の補強カバーに連通用リブをパンチング加工等で突出させることで、より強固で変形し難い連通用リブを形成できる。
（区画用リブ５３）
　さらに上カバー５０は、複数の連通孔５１が隣接する間を区画する区画用リブ５３を設けている。これにより、第二ガスダクトを連通孔５１毎に区画することができ、連通孔５１から第二ガスダクトに導入された高圧ガスが一箇所に集中して排出されないようにできる。
　図７等の例では、１２セルの電池セル１を積層した電池積層体１０に対し、４セル毎に３つに区画し、さらにこれを電池セル１の左右に２分割し、計６区画に分割している。また図７の例では、上カバー５０の上面に区画リブを突出させているが、本発明はこの構成に限らず、例えば補強カバー側から区画リブを突出させてもよいことはいうまでもない。
　さらにガス排出経路は、電池セル１の積層方向のみならず、これと交差方向にも設けることが好ましい。このようにガスの排出を交差させた方向からも行うことで、効率良く電源装置の外部に排出して安全性を高めることができる。図１０の例では、図において上下方向にもガスが排出されるようにガス排出経路が、第一ガスダクトと第二ガスダクトにそれぞれ形成されている。
（補強カバー６０）
　補強カバー６０は、上カバー５０の上面に設けられる。補強カバー６０と上カバー５０の間で、第二ガスダクトが形成される。また補強カバー６０は上カバー５０の上面を、連通用リブ５２を介して当接している。このような構成により、万一ガス排出弁１ｃから高温高圧のガスが排出されても、上カバー５０の上面を金属製の補強で補強することで、上カバー５０の変形を抑制できる。特に、上カバー５０が変形されると、邪魔板４８を避けた意図しないガスの排出経路が形成される虞があるところ、補強カバー６０で上カバー５０の変形阻止することで、このような事態を回避できる。
　補強カバー６０は、図８に示すようにエンドプレート２０の上面にボルト２９などで固定される。これによって、電池積層体１０の側面を締結部材１５で締結することに加えて、電池積層体１０の上面においても、補強カバー６０でもって締結し、エンドプレート２０で電池積層体１０の端面を押圧する剛性を増すことができる。換言すると、補強カバー６０を追加的な締結部材としても利用している。
　また補強カバー６０は、剛性を高めるためにビード６１を形成してもよい。図１４の斜視図に示す実施形態２に係る電源装置２００では、補強カバー６０の長手方向に沿って、中央にビード６１を形成している。このように金属板の補強カバー６０にビード６１を形成するという簡易な加工により強度を向上させることができる。
（総端子片７０）
　上述の通り、電池積層体１０を構成する各電池セル１の電極端子２同士はバスバーで接続されている。電源装置は、バスバーを介して複数の電池セル１を直列、並列に接続した総出力を取り出す総端子片７０を備えている。総端子片７０は、導電性に優れた金属板で構成される。金属製の補強カバー６０と総端子片７０を絶縁するため、図７、図８等に示すように、総端子片７０は補強カバー６０から表出されている。このため補強カバー６０は、総端子片７０を表出させる表出部６２を形成している。このようにすることで、金属製の補強カバー６０を利用しつつも、同じく金属製の総端子片７０と離間させて絶縁距離を確保し、意図しない短絡が発生する虞を回避できる。
　表出部６２は、図７等に示すように、総端子片７０を表出させるように補強カバー６０の隅部を切り欠いた表出切り欠きとできる。これにより、金属製の補強カバー６０と総端子片７０が重ならないように、水平面内で離間させて安全性が高められる。あるいは表出部６２は、総端子片を表出させる表出窓としてもよい。
　また総端子片７０は図９等の例では、エンドプレート２０上面の一方の側面側（図において下側）に設けている。表出部６２は、これに応じて補強カバー６０の端部の下側隅部のみに形成する他、図９等に示したように、端部の両側に設けてもよい。これによって、補強カバー６０を左右逆向きにしても取り付け可能となり、組み付けの作業性が向上する。
　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１５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１５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１６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１７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１７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並びに蓄電装置は、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、７００、８００…電源装置
１…電池セル
１Ｘ…端子面
１ａ…外装缶
１ｂ…封口板
１ｃ…ガス排出弁
２…電極端子
１０…電池積層体
１５…締結部材；１５ａ…締結主面；１５ｄ…折曲片
１５ｆ…ボルト
１６…絶縁スペーサ
１７…端面スペーサ
２０…エンドプレート
２９…ボルト
３０…絶縁シート；３１…平板；３２…折曲被覆部
３８…ガスダクト
３９…第三カバー
４０…カバー集合体
４１…第一カバー
４２…第二カバー
４６…下カバー
４７…ガス導入口
４８…邪魔板
４９…中間プレート
５０…上カバー
５１…連通孔
５２…連通用リブ
５３…区画用リブ
６０…補強カバー
６１…ビード
６２…表出部
７０…総端子片
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
ＧＳ…ガス
ＨＶ、ＥＶ…車両

Claims (8)

  1. 　外装缶の内圧上昇時に開弁するガス排出弁、及び電極を上面に形成した電池セルを、複数積層した電池積層体と、
    　前記電池積層体の上面に設けられ、前記ガス排出弁と対応する位置をそれぞれ開口させた第一カバーと、
    　前記第一カバーの上面に設けられ、該第一カバーとの間でガスダクトを画成する第二カバーと、
    を備える電源装置であって、
    　前記ガスダクトは、前記第一カバーと第二カバーとの間に邪魔板を形成しており、
    　前記電源装置はさらに、
    　　前記第二カバーの上面に設けられ、該第二カバーの上面を当接する金属製の第三カバーを備えてなる電源装置。
  2. 　請求項１に記載の電源装置であって、さらに、
    　前記電池積層体の側面を覆うエンドプレートを備えており、
    　前記第三カバーが、前記エンドプレートに固定されてなる電源装置。
  3. 　請求項２に記載の電源装置であって、さらに、
    　前記電池積層体は、前記エンドプレート同士を前記電池積層体の両側側面で締結する一対の締結部材を備えており、
    　前記電池積層体は、前記一対の締結部材と、上面の第三カバーでもって前記複数の電池セルを締結してなる電源装置。
  4. 　請求項１～３のいずれか一項に記載の電源装置であって、さらに、
    　前記電池積層体を構成する前記電池セルの電極同士を接続するバスバーと、
    　前記バスバーと接続された総端子片と
    を備えており、
    　前記第三カバーは、前記総端子片を表出させる表出部を形成してなる電源装置。
  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、
    　前記第三カバーは、ビードを形成してなる電源装置。
  6. 　請求項１～５のいずれか一項に記載の電源装置であって、
    　前記第一カバー及び第二カバーが、樹脂製である電源装置。
  7. 　請求項１～６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。
  8. 　請求項１～６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。
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