WO2021079595A1 - 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

Abstract

電池セルを積層した電池積層体を用いた電源装置において、毛細管現象により水が入り込み、意図しない導通が生じ難いようにするために、電源装置は、電池積層体において、隣接する電池セル同士の間に介在されるスペーサと、電池積層体の端面を押圧するエンドプレート（２０）と、複数の電池セルの積層方向に沿って延長された板状で、電池積層体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）同士を締結する複数の締結部材と、複数の電池セルを直列及び／又は並列に接続した電力を出力する出力端子と、電池積層体の下面を覆う、金属製の下部プレートとを備える。電池積層体の上面側に、出力端子が配置され、下部プレート又は締結部材から出力端子に至る隙間の経路中に、毛細管現象が発生しない間隔に拡張された幅広領域が一以上形成されている。

Description

電源装置及びこれを用いた電動車両並びに蓄電装置

　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、これら複数の電池セルを直列や並列に接続して総出力端子から電力を取り出すように構成している。

　電源装置は、様々な環境下で使用されることから、電源装置の内部に水が浸入することがある。仮に密閉性の高い外装ケースを用いたとしても、温度差によって生じた結露水によって、外装ケース内に水が溜まることがある。電源装置の内部で水が溜まると、水を介して電位差のある電池セル間で短絡が生じることがある。

　このような電源装置においては、結露や外部から浸入した水等による意図しない導通を防ぐ必要がある。特に、多数の電池セルを積層する電池積層体を構成する電源装置においては、安全性を高めるため液絡を回避する構造が必要である。

　しかしながら、僅かな隙間でも水が入り込む毛細管現象により、液絡が発生すること阻止することは容易でなかった。また、結露を無くすことも困難であるため、従来は毛細管現象による意図しない導通を回避することは容易でなかった。

国際公開第２０１３／１７９７９６号

　本発明の目的の一は、電池セルを積層した電池積層体を用いた電源装置において、毛細管現象により水が入り込み、意図しない導通が生じ難いように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、それぞれが電極端子を備える複数枚の電池セルと、前記複数枚の電池セルを積層した電池積層体において、隣接する電池セル同士の間に介在されるスペーサと、前記電池積層体の端面を押圧するエンドプレートと、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、前記複数の電池セルを直列及び／又は並列に接続した電力を出力する出力端子と、前記電池積層体の下面を覆う、金属製の下部プレートと、を備える電源装置であって、前記電池積層体の上面側に、前記出力端子が配置され、前記下部プレート又は締結部材から前記出力端子に至る隙間の経路中に、毛細管現象が発生しない間隔に拡張された幅広領域が一以上形成されている。

　本発明の一側面に係る電源装置によれば、低電圧の下部プレートから高電圧の出力端子に至る隙間の経路中に、幅広の空間を設けたことで、毛細管現象を阻害して液絡の発生を抑え、安全性を向上できる。

実施形態１に係る電源装置を示す分解斜視図である。 図１の電源装置の分解斜視図である。 図１の電源装置のＩＩＩ－ＩＩＩ線における垂直断面図である。 図１の電源装置のＩＶ－ＩＶ線における垂直断面図である。 図１の電源装置から蓋部を外した状態を示す拡大分解斜視図である。 図２の電池積層体の側面図である。 スペーサと支持部の分解斜視図である。 変形例に係る電池積層体を示す側面図である。 電池積層体の分解斜視図である。 電源装置の要部拡大縦断面図である。 電池積層体の要部拡大斜視図である。 図５の電源装置のＸＩＩ－ＸＩＩ線における要部拡大縦断面図である。 図５の電源装置のＸＩＩＩ－ＸＩＩＩ線における要部拡大横断面図である。 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。 比較例に係る電源装置を示す側面図である。 図１７の電源装置の横断面を示す斜視図である。 図１７の電源装置の模式横断面図である。 図１７の電源装置の模式縦断面図である。

　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、さらに、前記出力端子を少なくとも部分的に被覆する、絶縁性の端子カバーを備えており、前記出力端子が、前記エンドプレートの上面に配置されており、前記端子カバーと、前記エンドプレートの上面との間に、前記幅広領域を設けている。上記構成により、エンドプレートと出力端子との界面の近傍において毛細管現象により液絡が発生する事態を、幅広領域によって抑制できる。

　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、前記端子カバーが、前記出力端子を中心として、左右に前記エンドプレートの上面に沿って延長されると共に、その上面を端部に向かって下り勾配とした傾斜面をそれぞれ有している。上記構成により、端子カバーの上面に結露等の水分が生じても、出力端子から遠ざかる方向に流下するように案内することができ、出力端子と液絡を生じる事態を回避できる。

　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、前記出力端子が、前記エンドプレートに固定するための第二ボルト及び第三ボルトを備えている。

　前記傾斜面が、前記第二ボルト及び第三ボルトを挿通する第二凹部及び第三凹部を形成すると共に、該第二凹部及び第三凹部は、前記傾斜面の端面に連通する切り欠きをそれぞれ形成している。上記構成により、第二凹部及び第三凹部に結露等の水分が生じても、切り欠きを通じて第二凹部及び第三凹部から排出することで水が溜ま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、上記いずれかの構成に加えて、前記端子カバーの上面が、前記エンドプレートの、前記電池積層体を押圧する面側から、背面側に向かって傾斜されている。上記構成により、端子カバーの上面に結露等の水分が生じても、電源装置の外側に向かって流れるように案内することができ、内部で液絡を生じ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は、上記いずれかの構成に加えて、前記出力端子が、前記エンドプレートの上面に螺合される金属製のボルトを備えている。

　さらにまた、本発明の他の実施形態に係る電源装置は、上記いずれかの構成に加えて、前記エンドプレートは、前記出力端子との界面において、前記ボルトの先端側に、下り勾配の傾斜を形成している。上記構成により、出力端子のボルトの周囲に結露等の水分が生じても、傾斜に沿って流下するようにして、出力端子の周辺から水分を遠ざけることで液絡を回避し安全性を高めることができる。

　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、さらに、前記電池積層体と、前記エンドプレートの間に、絶縁性の端面スペーサを備えている。

　さらにまた、本発明の他の実施形態に係る電源装置は、上記いずれかの構成に加えて、前記端面スペーサと、前記出力端子との間に、前記幅広領域を設けている。上記構成により、エンドプレートと電池積層体との界面の近傍において毛細管現象により液絡が発生する事態を、幅広領域によって抑制できる。

　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、さらに、前記複数の電池セルの内、前記電池積層体の端面に配置された電池セルの電極端子と、前記出力端子とを接続する出力バスバーを備えている。

　さらにまた、本発明の他の実施形態に係る電源装置は、上記いずれかの構成に加えて、前記出力端子が、前記エンドプレートの上面に配置されている。

　さらにまた、本発明の他の実施形態に係る電源装置は、上記いずれかの構成に加えて、前記出力バスバーと、前記電池積層体の間に、前記幅広領域を設けている。上記構成により、エンドプレートと電池積層体との界面の近傍において毛細管現象により液絡が発生する事態を、幅広領域によって抑制できる。

　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、前記スペーサが、前記電池セルの主面と接触させる平板部と、前記平板部の両側側面に形成され、前記平板部と接触された前記電池セルの側面を部分的に覆う横ガイド部とを備えている。

　さらにまた、本発明の他の実施形態に係る電源装置は、上記いずれかの構成に加えて、前記平板部の側面の内、前記横ガイド部の上部が形成された領域に、前記幅広領域として、前記平板部の両側側面を前記横ガイド部よりも内側に窪ませた凹部を形成している。上記構成により、結露等の水分が毛細管現象により横ガイド部を伝って下から上に登っていく事態を、横ガイド部の上部に凹部を形成したことで阻害し、液絡の回避を図ることができる。

　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、前記締結部材が、隣接する各々の前記電池セルの上面を押圧する押圧片を、前記電池セル毎に複数備えている。

　さらにまた、本発明の他の実施形態に係る電源装置は、上記いずれかの構成に加えて、さらに、前記スペーサの上端に配置された、前記複数の押圧片を支持する支持部を備えている。

　さらにまた、本発明の他の実施形態に係る電源装置は、上記いずれかの構成に加えて、前記支持部と、前記スペーサとの間に、前記幅広領域を形成している。上記構成により、締結部材の押圧片を受ける支持部をスペーサと別部材とし、これらの間に幅広領域を設けたことで、結露等の水分が毛細管現象によりスペーサを伝って締結部材に至る事態を避けることが可能となる。

　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、前記幅広領域が、１．８ｍｍ以上の空間である。

　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７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を示す分解斜視図、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ＩＩＩ－ＩＩＩ線における垂直断面図、図４は図１の電源装置１００のＩＶ－ＩＶ線における垂直断面図、図５は図１の電源装置１００から蓋部３５ｃを外した状態を示す拡大分解斜視図、図６は図２の電池積層体１０の側面図、図７はスペーサ１６と支持部１８の分解斜視図を、それぞれ示している。
（電源装置１００）

　電源装置１００は、図１～図６に示すように、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、この電池積層体１０の底面に配置される電池側プレート１４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を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下部プレート５０を備える。

　電池セル１は、充放電可能な二次電池である。図２、図４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。

　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、下部プレート５０の上面に電池積層体１０を載置した状態でエンドプレート２０同士を締結する。

　電池側プレート１４は、電池積層体１０の底面側に配置されると共に、締結部材１５と固定される。この電池側プレート１４は、金属板等で構成される。また電池側プレート１４と電池積層体１０の底面との間は、絶縁シート等を介して絶縁される。

　下部プレート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を放熱する。また伝熱シート４０は、下部プレート５０の上面と電池積層体１０の下面との間に介在されて、下部プレート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を介して下部プレート５０に熱伝導して放熱する。
（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、下部プレート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。
（電池積層体１０）

　電池積層体１０は、図１～図４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３を備える。これらのバスバー３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。

　バスバー３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３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３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。

　また、電池積層体１０とバスバー３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。
（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３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、図４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。
（スペーサ１６）

　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、スペーサ１６を介在させてもよい。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。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。また、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。あるいは、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部分を除く外装缶の表面を覆ってもよい。この場合は、スペーサを省略してもよい。

　図７に示すスペーサ１６は、平板部１６ａと横ガイド部１６ｂと上ガイド部１６ｃを備えている。平板部１６ａは、電池セル１の主面と接触させる板状の部材である。平板部１６ａ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しており、このスペーサ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同士を絶縁している。また平板部１６ａは電池セル１の対向面と概ね同様に、幅方向に長い長辺と短辺を有する矩形状としている。

　横ガイド部１６ｂは、平板部１６ａの両側側面に形成される。この横ガイド部１６ｂは、平板部１６ａと接触された電池セル１の側面の隅部を部分的に覆う。横ガイド部１６ｂは、下側の一端部が、隣接する一方の電池セル１に向かって若干突出し、平板部１６ａの底辺に沿って一部折り曲げられている。このような形状にすることにより、スペーサ１６を自立し易くすると共に、突出部分及び折り曲げられた部分で、隣接する電池セル１の下側角部を保持でき、隣接する電池セル１の狭着をより確実にすることができる。

　上ガイド部１６ｃは、平板部１６ａの上端縁に形成され、平板部１６ａと接触された電池セル１の封口板１ｂの隅部を部分的に覆う。

　またスペーサ１６は、平板部１６ａの側面の内、横ガイド部１６ｂの上部が形成された領域に、幅広領域６０として、平板部１６ａの両側側面を横ガイド部１６ｂよりも内側に窪ませた凹部１６ｄを形成している。なお図７の例では、電池セル１同士を絶縁するスペーサ１６は複数用意しつつ、支持部１８材は予め連結した状態に一体成型されている。
（端面スペーサ１７）

　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。さらにエンドプレート２０と電池積層体１０の間に端面スペーサ１７を介在させて、これらを絶縁している。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。
（エンドプレート２０）

　エンドプレート２０は、図２等に示すように、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、電池積層体１０の長手方向の両端でそれぞれエンドプレート２０同士を締結状態に固定する。この締結部材１５は、電池積層体１０の側面を覆う締結板１５ａと、締結板１５ａの両端でエンドプレート２０を固定する固定部１５ｂと、締結板１５ａの上縁から突出された複数の押圧片１５ｃを備える。固定部１５ｂは、図２の例では締結板１５ａの両端をＬ字状に折曲して、エンドプレート２０の主面側にボルトなどにより固定されている。ただ固定部は、締結板の端縁を直線状として、エンドプレートの側面にボルトなどにより固定する構成としてもよい。この場合、締結部の端縁に板材を固定するなどして締結部の端縁を厚くして段差状を形成し、この段差をエンドプレートに係止するように構成してもよい。また係止するエンドプレートの側面側にも、固定部の段差に応じた段差を形成して、段差同士を係合するように構成してもよい。

　また複数の押圧片１５ｃのそれぞれは、電池積層体１０の各電池セル１の上面と当接して、これを押圧する。これにより、各電池セル１を上下方向から押圧片１５ｃ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。

　この締結部材１５には、鉄などの金属板、好ましくは鋼板や鉄、鉄合金、ＳＵＳ、アルミニウム、アルミニウム合金等が使用できる。また、締結板１５ａと固定部１５ｂと押圧片１５ｃは、金属板で一体に形成することが好ましい。また締結部材１５を同一の部材で構成しつつ、固定部１５ｂや押圧片１５ｃの厚さを異ならせてもよい。
（出力端子３０）

　また電池積層体１０は、複数の電池セル１を直列及び／又は並列に接続した総出力を、出力端子３０と接続している。出力端子３０は、電源装置１００から電力を出力する総端子となる。出力端子３０は、電池積層体１０の上面側に配置されている。一方で電池積層体１０の下側には、下部プレート５０が配置されている。下部プレート５０は金属製で、グランドラインやアースラインとして利用されており、このため出力端子３０との間に電位差が生じている。同様に、締結部材１５も金属製で、出力端子３０との間に電位差が生じている。

　このような電源装置において、結露や外部から侵入した水等によって、電位差のある部位同士が意図せず導通されてしまうと、水による短絡すなわち液絡が発生する。一般に電源装置は、様々な環境下で使用されることから、電源装置の周囲が水に晒されて、内部に水が浸入することがある。仮に密閉性の高いケースで周囲を囲んだとしても、温度差によって生じた結露水によって、密閉ケース内部に水が溜まることがある。電源装置の内部で水が溜まると、水を介して電位差のある部位同士で短絡が生じる可能性がある。具体的には、部材同士の僅かな隙間に、毛細管現象により水が入り込んで、吸い上げられる状態となることがある。特に、電源装置の出力となる総出力端子が、水によって下部プレートや締結部材等の低電圧の部位と導通してしまうと、液絡が発生する。このような部材間の隙間を完全に無くすことは困難であるところ、僅かな隙間であっても水が這い上がるため、液絡を回避することは従来容易でなかった。

　例えば図１７の側面図や図１８の横断面斜視図に示すように、多数の電池セル９０１をスペーサ１６を介して積層した構成においては、電池積層体１０の側面において、スペーサ１６同士の間に僅かな隙間が存在することが避けられない。このような状態で下部プレート５０に水が溜まると、図１７の側面図、図１９の模式横断面図に示すように、スペーサ１６間の隙間を伝って、水が電池積層体１０の側面を使って上面に這い上がり、出力端子３０に至ることが考えられる。この結果、下部プレート５０と出力端子３０が導通されて液絡が発生する。特に水は、毛細管現象により細かな隙間でも入り込んでしまう性質を有する。部材間の隙間を完全に無くすことは製造公差などの関係から容易でなく、コストもかかる。
（幅広領域６０）

　そこで、本実施形態においては下部プレート５０や締結部材１５から出力端子３０に至る隙間の経路中に、毛細管現象が発生しない間隔に拡張された幅広領域６０を一以上形成している。毛細管現象は、狭い隙間で発生するものの、広い隙間では発生しない。そこで本実施形態においては、敢えて広い隙間を設けることで、却って水の侵入を阻害して液絡の発生を抑え、安全性を向上している。

　幅広領域６０は、毛細管現象が発生しない間隔である。毛細管現象の発生条件は、材質によっても異なるところ、発明者らの行った試験によれば、概ね１．８ｍｍ以上の空間を設けることで、殆どの毛細管現象を阻止できることを見出した。より好ましくは、幅広領域６０を２ｍｍ以上の空間とする。

　幅広領域６０の一例として、スペーサ１６の横ガイド部１６ｂの幅、すなわち電池セル１の積層方向における長さを、部分的に異ならせている。図７の分解斜視図に示す例では、スペーサ１６の横ガイド部１６ｂを、下部で一方向に突出させ、それ以外の領域では一定幅としている。これにより、横ガイド部１６ｂの下部の幅ｄ２よりも中間の幅ｄ１が狭くなる結果、このようなスペーサ１６を積層すると、図６の側面図に示すように隣接するスペーサ１６同士の間に、幅ｄ３（＝ｄ２－ｄ１）の幅広領域６０ａが形成される。スペーサ１６同士の間にこのような幅広領域６０ａが存在すると、毛細管現象が働かない。よって下部プレート５０上に万一水が溜まっても、スペーサ１６同士の隙間を伝って毛細管現象により水がスペーサ１６の上方まで吸い上げられる事態を回避できる。
（変形例）

　また以上の例ではスペーサ１６の下部で横ガイド部１６ｂの幅を広くし、他の部分で狭くする構成について説明したが、本発明はこのような構成に限定されるものでない。例えばスペーサ１６の横ガイド部１６ｂの幅を、下部で狭く、それ以外の部分で広く構成してもよい。このような例を変形例に係る電源装置２００として、図８の側面図に示す。このような構成においても、幅広の幅広領域６０ａ’を設けたことで、スペーサ１６’同士を積層した隙間が幅広となって毛細管現象の発生を阻害し、同様に水が這い上がる事態を回避できる。

　さらに以上の例では、幅広領域６０をスペーサ１６同士の界面において下部側に設けた例を説明したが、本発明はこの構成に限らず、例えば幅広領域をスペーサ同士の界面の上部側に設けたり、あるいは中間に設けてもよい。また、複数箇所に幅広領域を設けてもよい。

　さらに以上の例では、電池セル１の積層方向における、スペーサ１６間の隙間で毛細管現象が発生することを、幅広領域６０で阻止する構成について説明した。同様に、電池セル１の積層方向と交差する、幅方向においても、毛細管現象を阻害する幅広領域６０について、以下説明する。図１８に示した通り、電池積層体９１０の側面側において、電池セル９０１の側面とスペーサ９１６との界面の隙間で、毛細管現象により水が吸い上げられる状況が発生し得る。そこで本実施形態に係るスペーサ１６においては、図７に示すように、スペーサ１６の上部側面において、内側に窪ませた凹部１６ｄを形成している。このように構成したことで、図３の断面図に示すように、結露等の水分が毛細管現象により電池セル１の側面と横ガイド部１６ｂとの間を伝って下から上に登っていく経路を、横ガイド部１６ｂの上に凹部１６ｄを形成したことで遮断して、凹部１６ｄよりも上方に登ることを阻害して液絡の回避を図ることができる。

　さらに加えて、電池セル１間の隙間、すなわち電池セル１の主面とスペーサ１６の間の僅かな隙間を伝ってくる水を遮断する構成を、図１８～図２０に示す比較例を参照して説明する。具体的には、図１８の横断面斜視図及び図２０の模式縦断面図に示すように、電池セル９０１の主面とスペーサ９１６の間の隙間で毛細管現象が発生し、電池セル９０１の上面に至った水が、破線矢印で示すように電極端子９０２や出力端子と液絡することが考えられる。これに対して本実施形態に係る電源装置１００においては、従来においては一体構造であったスペーサ１６と、締結部材１５の押圧片１５ｃを受ける支持部１８とを分離して、別部材としている。すなわち図７の分解斜視図に示すように、スペーサ１６と支持部１８を別体で構成している。これによって、図９～図１１に示すように、電池セル１の上面と支持部１８との間に幅広の隙間とした幅広領域６０を形成することが可能となる。

　具体的には、図１０の縦断面図に示すように、スペーサ１６と電池セル１を交互に積層した状態の電池積層体１０で、各スペーサ１６の上ガイド部１６ｃと、電池セル１の上面との間に、幅広領域６０ｂを形成している。これによって、図１０において破線矢印で示す水の毛細管現象による這い上がり経路の内、電池セル１の上部で左側に曲がって進もうとする毛細管現象を阻害する。

　一方で、図１１の斜視図に示すように、スペーサ１６と電池セル１を交互に積層した状態の電池積層体１０に、別部材とした支持部１８を組み合わせた状態で、スペーサ１６の上部である上ガイド部１６ｃと支持部１８との間に隙間が形成されるようにしている。この隙間を、毛細管現象を阻害する幅広領域６０ｃとすることで、図９の斜視図において破線で示す水の毛細管現象の経路を阻害する。すなわち、締結部材１５は上述した通り、図２に示すように締結板１５ａの上面において、隣接する各々の電池セル１の上面を押圧する押圧片１５ｃを、電池セル１毎に複数設けている。一方でスペーサ１６の上部には、この複数の押圧片１５ｃを支持する支持部１８を設けている。このように、スペーサ１６と支持部１８とを別部材で構成することで、支持部１８とスペーサ１６との間に、幅広領域６０ｃを形成することが可能となる。この結果、結露等の水分が毛細管現象によりスペーサ１６を伝って締結部材１５に至る事態を避けることが可能となる。

　このようにして、毛細管現象が発生しない間隔に拡張された幅広領域６０が、支持部１８と電池セル１の上面との間に形成され、仮に電池セル１の上面まで水が毛細管現象により伝ってきたとしても、支持部１８と電池セル１の上面との間を進むことを阻害でき、電極側に水が進行することを阻止できる。
（出力端子３０）

　出力端子３０は、エンドプレート２０の上面に配置されている。この出力端子３０は、出力バスバー３４と、端子カバー３５と、蓋部３５ｃと、ボルト３１と、第二ボルト３２と第三ボルト３３で構成される。出力バスバー３４は、電池積層体１０の端部に位置する電池セル１の電極端子２と接続されており、複数の電池セル１が直列や並列に接続された電池集合体の総出力端子となる。
（端子カバー３５）

　端子カバー３５は、出力バスバー３４と金属製のエンドプレート２０とを絶縁する絶縁性の部材である。この端子カバー３５は樹脂で構成される。好ましくは、出力バスバー３４を端子カバー３５にインサート成型する。また出力バスバー３４を固定した端子カバー３５は、貫通孔を開口しており、金属製のボルト３１を貫通孔に挿通して、エンドプレート２０の上面に設けられたねじ穴に螺合される。さらに、端子カバー３５はエンドプレート２０の上面に沿って延長されており、その左右を第二ボルト３２及び第三ボルト３３で、同じくエンドプレート２０に螺合して固定する。また、蓋部３５ｃでボルト３１の上面を被覆する。

　図５の斜視図及び図１３の横断面図に示す例では、端子カバー３５は、出力端子３０を中心として、左右に延伸部３６を形成している。各延伸部３６の上面を、端部側に向かって下り勾配とした傾斜面としている。これにより、端子カバー３５の上面に結露等の水分が生じても、出力端子３０から遠ざかる方向に流下するように案内することができ、出力端子３０と液絡を生じる事態を回避できる。

　また延伸部３６は、傾斜面の下り部分に、第二ボルト３２及び第三ボルト３３を挿通する第二凹部３７及び第三凹部３８を形成している。これら第二凹部３７及び第三凹部３８は、延伸部３６の端面に連通する切り欠き３９をそれぞれ形成している。このような構成により、傾斜面の下りに形成された第二凹部３７及び第三凹部３８に水が流れ落ちてきたり、あるいは結露等の水が溜まったりしても、切り欠き３９を通じて第二凹部３７及び第三凹部３８から排出することで、水が溜まる事態を回避できる。

　さらに端子カバー３５は、図１２の縦断面図に示すように、エンドプレート２０が電池積層体１０を押圧する面とは反対側に向かって下り勾配となるように、その上面３５ａを傾斜させている。これにより、端子カバー３５の上面に水が溜まっても、電池積層体１０側でなく、電源装置１００の外側に向かって水を流下させるように案内して、液絡を防止できる。

　加えて図１３の横断面図に示すように、端子カバー３５と、エンドプレート２０の上面との間に、幅広領域６０ｄを設けている。これにより、エンドプレート２０と出力端子３０との界面の近傍において毛細管現象により液絡が発生する事態を、幅広領域６０によって抑制できる。

　さらにエンドプレート２０は、図１２の縦断面図に示すように、ボルト３１を螺合するねじ穴の底部３５ｂに、下り勾配の傾斜を形成している。これにより、出力端子３０のボルト３１の周囲に結露等の水分が生じても、傾斜に沿って流下するようにして、出力端子３０の周辺から水分を遠ざけることで液絡を回避し安全性を高めることができる。

　さらに端面スペーサ１７と、エンドプレート２０との間にも、幅広領域６０を設けることができる。図１２の縦断面図に示すように、端面スペーサ１７とエンドプレート２０の間の隙間を毛細管現象で水が登ってくる事態を、端面スペーサ１７とエンドプレート２０の接合界面の上部に幅広領域６０ｅを設けて阻止している。さらに端面スペーサ１７の上部においても、端面スペーサ１７の上端を電池積層体１０側に折曲させて、部分的に被覆している部分と、出力端子３０を構成する端子カバー３５との間に幅広領域６０ｆを設けることで、この部分に毛細管現象が発生することを阻止している。

　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１４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１５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１６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１６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…電源装置、１、９０１…電池セル；１Ｘ…端子面；１ａ…外装缶；１ｂ…封口板、２、９０２…電極端子、３…バスバー、１０、９１０…電池積層体、１４…電池側プレート、１５…締結部材；１５ａ…締結板；１５ｂ…固定部；１５ｃ…押圧片、１６、１６’、９１６…スペーサ、１６ａ…平板部、１６ｂ…横ガイド部、１６ｃ…上ガイド部、１６ｄ…凹部、１７…端面スペーサ、１８…支持部、２０…エンドプレート、３０…出力端子、３１…ボルト、３２…第二ボルト、３３…第三ボルト、３４…出力バスバー、３５…端子カバー；３５ａ…上面；３５ｂ…底部；３５ｃ…蓋部、３６…延伸部、３７…第二凹部、３８…第三凹部、３９…切り欠き、４０…伝熱シート、５０…下部プレート、６０、６０ａ、６０ａ’、６０ｂ、６０ｃ、６０ｄ、６０ｅ、６０ｆ…幅広領域、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、ｄ１、ｄ２、ｄ３…隙間ＨＶ、ＥＶ…車両

Claims (13)

1. 　それぞれが電極端子を備える複数枚の電池セルと、
   　前記複数枚の電池セルを積層した電池積層体において、隣接する電池セル同士の間に介在されるスペーサと、
   　前記電池積層体の端面を押圧するエンドプレートと、
   　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、
   　前記複数の電池セルを直列及び／又は並列に接続した電力を出力する出力端子と、
   　前記電池積層体の下面を覆う、金属製の下部プレートと、を備える電源装置であって、
   　前記電池積層体の上面側に、前記出力端子が配置され、
   　前記下部プレート又は締結部材から前記出力端子に至る隙間の経路中に、毛細管現象が発生しない間隔に拡張された幅広領域が一以上形成されてなる電源装置。
2. 　請求項１に記載の電源装置であって、さらに、
   　前記出力端子を少なくとも部分的に被覆する、絶縁性の端子カバーを備えており、
   　前記出力端子が、前記エンドプレートの上面に配置されており、
   　前記端子カバーと、前記エンドプレートの上面との間に、前記幅広領域を設けてなる電源装置。
3. 　請求項２に記載の電源装置であって、
   　前記端子カバーが、前記出力端子を中心として、左右に前記エンドプレートの上面に沿って延長されると共に、その上面を端部に向かって下り勾配とした傾斜面をそれぞれ有してなる電源装置。
4. 　請求項３に記載の電源装置であって、
   　前記出力端子が、前記エンドプレートに固定するための第二ボルト及び第三ボルトを備えており、
   　前記傾斜面が、前記第二ボルト及び第三ボルトを挿通する第二凹部及び第三凹部を形成すると共に、該第二凹部及び第三凹部は、前記傾斜面の端面に連通する切り欠きをそれぞれ形成してなる電源装置。
5. 　請求項２～４のいずれか一項に記載の電源装置であって、
   　前記端子カバーの上面が、前記エンドプレートの、前記電池積層体を押圧する面側から、背面側に向かって傾斜されてなる電源装置。
6. 　請求項２～５のいずれか一項に記載の電源装置であって、
   　前記出力端子が、前記エンドプレートの上面に螺合される金属製のボルトを備えており、
   　前記エンドプレートは、前記出力端子との界面において、前記ボルトの先端側に、下り勾配の傾斜を形成してなる電源装置。
7. 　請求項１～６のいずれか一項に記載の電源装置であって、さらに、
   　前記電池積層体と、前記エンドプレートの間に、絶縁性の端面スペーサを備えており、
   　前記端面スペーサと、前記出力端子との間に、前記幅広領域を設けてなる電源装置。
8. 　請求項１～７のいずれか一項に記載の電源装置であって、さらに、
   　前記複数の電池セルの内、前記電池積層体の端面に配置された電池セルの電極端子と、前記出力端子とを接続する出力バスバーを備えており、
   　前記出力端子が、前記エンドプレートの上面に配置されており、
   　前記出力バスバーと、前記電池積層体の間に、前記幅広領域を設けてなる電源装置。
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、
   　前記スペーサが、
   　　前記電池セルの主面と接触させる平板部と、
   　　前記平板部の両側側面に形成され、前記平板部と接触された前記電池セルの側面を部分的に覆う横ガイド部と、を備えており、
   　前記平板部の側面の内、前記横ガイド部の上部が形成された領域に、前記幅広領域として、前記平板部の両側側面を前記横ガイド部よりも内側に窪ませた凹部を形成してなる電源装置。
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、
    　前記締結部材が、隣接する各々の前記電池セルの上面を押圧する押圧片を、前記電池セル毎に複数備えており、
    　前記電源装置が、さらに、
    　前記スペーサの上端に配置された、前記複数の押圧片を支持する支持部を備えており、
    　前記支持部と、前記スペーサとの間に、前記幅広領域を形成してなる電源装置。
11. 　請求項１～１０のいずれか一項に記載の電源装置であって、
    　前記幅広領域が、１．８ｍｍ以上の空間である電源装置。
12. 　請求項１～１１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。
13. 　請求項１～１２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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