JP6400838B2 - 電源装置及びこれを備える車両 - Google Patents

Description

本発明は、電源装置及び電源装置を備える車両に関し、例えばハイブリッド車、電気自動車、電動オートバイ等の電動車両に搭載されて車両を走行させるモータの電源装置に関する。

二次電池セルを複数、直列や並列に接続した電源装置が、車載用途等に用いられている。このような電源装置では、二次電池セル等のモジュールや回路基板等の高電圧部品を、金属フレームや金属ケースに収納して固定する構造が主に用いられていた。特に車両用の電源装置では、重量物であるモジュールや高電圧部品を保持しつつ、振動や衝撃に耐え得る強度が求められており、このような高い剛性が求められる状況では金属製の部材でフレームやケースを構成することが一般的であった。

しかしながら、金属フレームやケース部品を使用する場合は、重量が重くなり、燃費や走行性能等の点で不利となる。また、金属製のケースでは複雑な形状とできず、防水性を図ることが難しいという問題もあった。

一方でケースを樹脂製とすることが考えられる。しかしながら樹脂製のケースでは、軽量化は図れるものの、強度が弱くなり、十分な耐性が得られないという問題があった。

特開２０１５−８１６１号公報

本発明は、従来のこのような問題点を解決するためになされたものである。本発明の目的の一は、剛性を高めつつ軽量化も図った電源装置を提供することにある。

本発明の第１の電源装置によれば、二次電池セルを積層した一以上の電池積層体と、前記電池積層体と電気的に接続された制御回路を実装した回路基板と、前記電池積層体及び回路基板を収納する樹脂製の電池ケースと、前記電池ケースの底面を覆う金属製の下フレームと、前記電池ケースの上面を覆う金属製の上フレームとを備える電源装置であって、前記電池ケースは防水構造を備えており、前記上フレームと下フレームとを連結して、前記電池ケースを狭持することができる。上記構成により、電池ケースを比較的複雑な形状でも成型が容易な樹脂製とすることで防水構造を図り易くしつつ、上下面を金属製のフレームで覆うことにより、強度を確保している。また、金属製のフレームで周囲を覆むことにより、放熱性を高めると共に、金属板のシールド効果によって電磁ノイズ（ＥＭＣ）耐性も向上させることができる。

また第２の電源装置によれば、前記上フレームは、第一フレームと第二フレームを含み、前記第一フレームと第二フレームとを離間して配置し、該第一フレームと第二フレームの間で前記電池ケースの一部を表出させた表出領域を設けることができる。上記構成により、第一フレームと第二フレームを離間させることで、これらのフレームからの放熱性を高めることができる。特に、各フレームに熱源となる部材を設置した場合、一方のフレーム側で発熱を完結させて、他方の部材に熱の影響が及ぶ事態を低減できる。

さらに第３の電源装置によれば、前記電源装置の外形を、平面視において一方向に延長させた矩形状としており、前記表出領域を、長手方向における中央に設けることができる。

さらにまた第４の電源装置によれば、さらに前記電池積層体の出力を所定の電圧に変換するためのＤＣ／ＤＣコンバータを備えており、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを、前記電池ケース内の、前記第一フレームで覆われた領域に配置することができる。上記構成により、ＤＣ／ＤＣコンバータを電池ケース内に内蔵してコンパクトに構成すると共に、ＤＣ／ＤＣコンバータを第一フレームで保護し、またＤＣ／ＤＣコンバータが発する発熱を第一フレームを介して電源装置の外部に放熱する放熱性能を高めることができる。特に、電池積層体の冷却構造を、ＤＣ／ＤＣコンバータの冷却に兼用することもでき、一層の構造のコンパクト化が図られる。

さらにまた第５の電源装置によれば、前記電池ケースの、前記第二フレームで覆われた領域に、前記回路基板を配置することができる。上記構成により、回路基板を金属製の第二フレームでシールドし、また第二フレームを介して放熱性も高めることができる。

さらにまた第６の電源装置によれば、前記電池ケースは、冷却気体を内部に取り入れるための吸気口と、熱交換された冷却気体を排出するための排気口を開口しており、前記吸気口及び排気口の少なくとも一方を、前記表出領域に設けることができる。上記構成により、金属製のフレームで電池ケースを覆いつつ、第一フレームや第二フレームのない領域を利用して開口させ、電池ケース内部と外部との冷却気体の連通を図ることが可能となる。

さらにまた第７の電源装置によれば、前記表出領域に設けられた前記吸気口及び排気口の少なくとも一方に、前記電池ケースの表面から突出して開口を形成することができる。上記構成により、開口を設ける部分から金属製のフレームを排除したことで、開口部分を大きく形成することが可能となり、開口部分を通過する冷却気体の風量を増して冷却能力を向上できる。

さらにまた第８の電源装置によれば、前記電池ケースの側面に、前記吸気口及び排気口の他方を開口することができる。

さらにまた第９の電源装置によれば、前記排気口を、前記表出領域に設けることができる。

さらにまた第１０の電源装置によれば、前記下フレーム及び上フレームは、電源装置を固定するための固定片を突出させることができる。

さらにまた第１１の電源装置によれば、前記電池ケースは、上ケースと下ケースに分割されると共に、前記上ケースと下ケースとの接合面に弾性部材を配置することができる。上記構成により、樹脂製の電池ケースの防水構造を容易に構築できる。

さらにまた第１２の電源装置によれば、前記電池ケースの、表出領域において、表面を窪ませた凹部を一以上形成することができる。上記構成により、凹部を位置決めや固定に利用できる。

さらにまた第１３の電源装置によれば、前記凹部は、前記電池ケースの表出領域において、該電池ケースの上面側に設けられた第一凹部と、該電池ケースの下面側に設けられた第二凹部とを含むことができる。上記構成により、凹部を電池ケースの上下面に設けることで、電池ケースを両側から位置決め等してより安定的な固定が図られる。

さらにまた第１４の電源装置によれば、前記電池ケースは、前記電池積層体を複数収納すると共に、該電池ケースの長手方向に、前記電池積層体を並べて配置しており、該電池ケースの長手方向に並べて配置された前記電池積層体同士の間に、前記凹部を形成することができる。

さらにまた第１５の電源装置によれば、前記下フレームを、複数の金属板を溶接して構成することができる。

さらにまた第１６の車両によれば、上記の電源装置を備えることができる。

本発明の実施形態１に係る電源装置を前方の斜め上方から見た斜視図である。 図１の電源装置を背面側から見た斜視図である。 図１の電源装置を前方の斜め下方から見た斜視図である。 図１の電源装置を後方の斜め下方から見た斜視図である。 図１の電源装置の背面図である。 図１の電源装置から金属フレームを外した分解斜視図である。 図６から電池ケースを分解した状態を示す分解斜視図である。 図７の背面側を示す電池ケースの分解斜視図である。 図７から電池集合体を分解した状態を示す分解斜視図である。 電源装置を車両内に配置した様子を示す斜視図である。 電源装置内部に冷却気体を導入、排出する経路を示す水平模式断面図である。 電源装置内部に冷却気体を導入、排出する経路を示す垂直模式断面図である。 二次電池セルとセパレータを示す分解斜視図である。 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。

本発明の実施形態１に係る電源装置１００を、図１〜図９に示す。これらの図に示す電源装置１００は、車載用の電源装置の例を示している。具体的には、この電源装置１００は、主としてハイブリッド車や電気自動車等の電動車両に搭載されて、車両の走行モータに電力を供給して、車両を走行させる電源に使用される。ただ、本発明の電源装置は、ハイブリッド車や電気自動車以外の電動車両に使用でき、また電動車両以外の大出力が要求される用途にも使用できる。
（電源装置１００）

電源装置１００の外観は、図１〜図６に示すように、一方向に延長された略箱形としている。この電源装置１００は、図６の分解斜視図に示すように、樹脂製の電池ケース２０の上下を、金属製のフレーム３０で覆う構造としている。金属フレーム３０は、電池ケース２０の底面を覆う金属製の下フレーム３５と、電池ケース２０の上面を覆う金属製の上フレーム３４を有する。一方樹脂製の電池ケース２０は、図７、図８、図９の分解斜視図に示すように、その内部に電池集合体１０を収納している。電池集合体１０は、二次電池セル１を積層した電池積層体１１や回路基板４２等で構成される。

このように、電池ケース２０を樹脂製とすることで、様々な形状に成形できるので、防水構造を実現しやすくできる。その一方で、上下面を金属フレーム３０で覆うことにより、機械的な強度を確保している。また、金属製のフレーム３０で周囲を覆むことにより、放熱性を高めると共に、金属板のシールド効果によって電池ケース内の電子回路のノイズ耐性も向上させることができる。
（金属フレーム３０）

電池ケース２０は、上フレーム３４と下フレーム３５とで上下面を狭持される。このため上フレーム３４と下フレーム３５は、側面の固定片３６を介してねじ等により連結される。上フレーム３４及び下フレーム３５は、金属板を折曲して形成される。また剛性を高めるため、部分的に折曲した凹凸やリブを形成することもできる。この金属板は、剛性及び熱伝導に優れた高抗張力鋼、一般鋼、ステンレス、アルミ合金、マグネシウム合金等あるいはその組み合わせが利用できる。また下フレーム３５は、複数の金属板を溶接して構成されている。なお、下フレーム３５は、必ずしも複数の金属板を溶接せず、プレス加工で一体成型で加工することも可能である。

また金属フレーム３０は、電池ケース２０の周囲をすべて覆うのでなく、必要な部分のみを被覆する構成とすることが望ましい。図６、図７の構成においては、金属フレーム３０の下フレーム３５は上面を開放した有底箱形状とする一方、上フレーム３４は電池ケース２０の上面の一部を露出させるような形状とする。また電池ケース２０の側面を金属フレーム３０で被覆させずに開放させてもよい。このように金属フレーム３０で電池ケース２０を部分的に被覆することで、強度が要求される部分には金属板を配置する一方で、強度が要求されない領域においてはこれを省略することで、金属板の必要な面積を低減して軽量化や低コスト化に資することができる。さらに、金属板を被覆しない表出領域においては、金属板の厚みに相当する分の薄型化を図ることもできる。

図６、図７の例では、上フレーム３４を第一フレーム３１と第二フレーム３２に分割し、これら第一フレーム３１と第二フレーム３２とを離間して配置している。これにより、第一フレーム３１と第二フレーム３２の間で、電池ケース２０の一部を表出させた表出領域２３が形成される。表出領域２３においては、薄型化が図られる。特に、図１０の斜視図に示すように車両の隣接する２つの座席ＳＴの下面に跨がって電源装置１００を配置するような構成においては、強度が求められる座席ＳＴの下面に相当する部分に第一フレーム３１、第二フレーム３２をそれぞれ配置する一方、これらの間の部分は金属フレームを省略して、必要な部材の配置空間を確保し車内スペースを効率よく利用することができる。

また金属フレーム３０でもって電池ケース２０の表面を少なくとも部分的に被覆することで、電池ケース２０からの放熱性を高める効果も得られる。特に電池ケースを樹脂製とする場合は、熱伝導性が相対的に低い。そこで熱伝導性に優れた金属フレーム３０を樹脂製の電池ケース２０の表面に配置して、放熱板としての機能を持たせる。特に第一フレーム３１や第二フレーム３２の直下に発熱する部材を配置することで、これらの金属フレーム３０を介して電池ケース２０内での発熱を効率よく放熱でき、機械的強度の向上に加えて放熱性も改善することで信頼性を一層向上できる。

さらに第一フレーム３１と第二フレーム３２を離間させることで、これらの金属フレーム３０間を熱的に分離できるという利点も得られる。例えば、電池ケース２０の内部に、熱源となる部材が複数存在する場合に、各熱源からの発熱が他の部材に与える影響を低減する必要がある。電池ケース２０内の熱源として第一熱源と第二熱源が存在する場合は、これらを離間して配置し、各熱源からの放熱性を確保する。これに加えて、第一熱源、第二熱源の位置に、第一フレーム３１、第二フレーム３２をそれぞれ配置して、各熱源からの放熱を各金属フレーム３０で担うようにする。これによって、各熱源からの放熱は電池ケース２０の内部に伝搬するよりも電池ケース２０を介して金属フレーム３０側に多くが伝搬され、電池ケース２０内部の部材を発熱から保護できる。特に第一熱源、第二熱源の発熱量が異なる場合、例えば第一熱源の発熱量が大きい場合は、第一熱源の発熱が第二熱源側にも伝熱されて影響を及ぼしたり、第二熱源からの放熱を阻害することが考えられるため、両者を熱的に分離することで、発熱量の大きい部材からの放熱を個別に行い、もって放熱性を改善できる。図６、図７等の例では、第一フレーム３１、第二フレーム３２を電池ケース２０の表面に配置するに際して、長手方向に離間させることで、第一フレーム３１と第二フレーム３２との間で電池ケース２０の一部を表出させた表出領域２３を形成し、熱的に分断している。そして第一フレーム３１と第二フレーム３２の下面に、それぞれ第一熱源、第二熱源を設置することで、各熱源の放熱を各フレームで担い、相互の発熱が干渉する影響を低減している。

第一フレーム３１と第二フレーム３２は、電池ケース２０の長手方向において、それぞれ端部に配置し、また表出領域２３を、長手方向の中央に設けている。これにより、限られた大きさの電池ケース２０内で第一熱源と第二熱源を極力離間させて配置すると共に、これらを効果的に熱的に分離できる。
（固定片３６）

また金属フレーム３０は、外側に突出する固定片３６を有し、この固定片３６に開口したねじ穴でもって上フレーム３４と下フレーム３５をボルトとナットで固定している。図１の例では、平面視において上下左右の４箇所に固定片３６が設けられている。さらに固定片３６のねじ穴を、電源装置１００の固定にも利用できる。例えば電源装置１００を固定する車両に、ねじ穴を利用してねじ止めする。
（電池ケース２０）

電池ケース２０は、図７〜図８の分解斜視図に示すように、上ケース２１と下ケース２２に二分割している。電池ケース２０は樹脂製とすることで、比較的複雑な形状でも樹脂成形によって容易に構成できる利点が得られる。また軽量で安価であり、絶縁性にも優れる利点が得られる。このような樹脂材としてはＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＡ（ポリアミド／ナイロン（登録商標））またはそれらの樹脂とガラス繊維・ガラスビーズ等の複合材、さらには炭素繊維樹脂を用いることもできる。さらには電磁ノイズ耐性をより高めるために、樹脂成型時に、金属メッシュ、金属板等を樹脂で挟み込んで一体成型した樹脂−金属複合材料等を利用することもできる。

上ケース２１と下ケース２２を接合させる接合界面においては、勘合構造を設ける。これにより、密閉性が高められる。さらに嵌合構造に弾性部材２４を配置することで、一層の防水性を図ることができる。図７の例では、上ケース２１と下ケース２２の接合界面には、弾性部材２４としてパッキンを介在させている。このようにして電池ケース２０を防水し、電池ケース２０内部の二次電池セル１や電子回路を意図しない短絡等から保護する。

電池ケース２０内には、電池積層体１１と回路基板４２とＤＣ／ＤＣコンバータ４１を収納している。電池積層体１１は、複数枚の二次電池セル１を、絶縁性のセパレータを介して積層している。ま積層体の両側端面をエンドプレートで被覆し、エンドプレート同士をバインドバーで締結している。回路基板４２は、電池積層体１１の充放電を制御する制御回路や保護回路等の電子回路を実装している。
（ＤＣ／ＤＣコンバータ４１）

ＤＣ／ＤＣコンバータ４１は、電池積層体１１の出力を所定の電圧に変換するための部材である。ここでは、車両の電装部品への給電用に、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１でもって電池積層体１１の出力を１２Ｖや２４Ｖ等に変換している。このようにＤＣ／ＤＣコンバータ４１を電池ケース２０内に内蔵することで、従来は別部材として配置していたＤＣ／ＤＣコンバータ４１の配置スペースを不要として、省スペース化に資する。また、後述する通り電池ケース２０内の電池積層体１１等の冷却機構を、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１の冷却にも兼用できるので、従来は別途必要であったＤＣ／ＤＣコンバータ用の冷却機構も省略でき、この点においても構造の簡素化、小型化、低コスト化が図られる。

好ましくは、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１は、電池ケース２０内の、第一フレーム３１で覆われた領域と重なるように配置される。図７等に示す例では、第一フレーム３１の直下にＤＣ／ＤＣコンバータ４１が位置するよう、予め第一フレーム３１の形状、電池ケース２０の内部構造やＤＣ／ＤＣコンバータ４１の大きさ、配置等が設計される。このようにすることで、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１を第一フレーム３１で機械的に保護すると共に、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１が発する発熱を第一フレーム３１を介して電源装置の外部に効率よく放熱できる。なお第一フレーム３１で覆われた領域内にＤＣ／ＤＣコンバータ４１が完全に収まるように配置することが好ましいが、ＤＣ／ＤＣコンバータの発熱源が第一フレームで覆われていれば放熱性は高められるので、電池ケースの平面視において第一フレームとＤＣ／ＤＣコンバータとが重複するように配置されておればよく、ＤＣ／ＤＣコンバータの一部が部分的に第一フレームからはみ出していてもよい。

また第二フレーム３２で覆われた領域には、回路基板４２を配置している。これにより、回路基板４２に実装された回路群の発熱を第二フレーム３２を介して放熱させることができる。また、回路基板４２を金属製の第二フレーム３２で覆うことで、回路基板４２に実装された電子回路に対するシールド効果も得られ、耐ノイズ性も高められる。

なお上記の例では第一フレーム３１側にＤＣ／ＤＣコンバータ４１を、第二フレーム３２側に回路基板４２を配置した例を説明したが、本発明はこの構成に限られるものでなく、例えば第一フレーム側に回路基板を、第二フレーム側にＤＣ／ＤＣコンバータを、それぞれ配置した構成としてもよいことはいうまでもない。
（冷却構造）

さらに電池ケース２０は、内部の部材を放熱するための冷却機構を備えている。図７の例では、外部から冷却気体を採り入れて、電池ケース２０内で熱交換させて排出する空冷式としている。具体的には、電池ケース２０の一部に、冷却気体を内部に取り入れるための吸気口５１と、熱交換された冷却気体を排出するための排気口５２を開口している。

好ましくは、これら吸気口５１及び排気口５２の少なくとも一方を、表出領域２３に設ける。これによって、電池ケース２０の表面を金属製のフレーム３０で覆いつつも、電池ケース２０内部を空冷するための開口部５４を設ける領域を確保できる。さらに、この開口部５４は、金属製フレームがないため、電池ケース２０の表面から突出させて形成することができる。この結果、開口部５４の開口面積を増やして冷却気体の風量を大きくし、冷却能力を向上できる。図２、図５等の例では、電池ケース２０の背面側に開口部５４を開口させつつ、電池ケース２０の上面から上方に高さｄだけ突出させて開口部５４を形成している。このような開口部５４は、電池ケース２０の上ケース２１と一体的に成形される。また、図１等に示すように、電池ケース２０の上面において、開口部５４に向かって徐々に大きくなるよう、突出部分に勾配を設けている。

このように第一フレーム３１と第二フレーム３２を、電池ケース２０の長手方向の左右に配置する構成においては、長手方向の中間に吸気又は排気のための開口を設けることで、第一フレーム３１側、第二フレーム３２側に冷却気体の経路を分岐させる構成を採用でき、効率よく電池ケース２０内部に冷却気体を導入、排出できる。

また、電池ケース２０の側面側には、吸気口及び排気口のいずれか他方を開口している。この例では、電池ケース２０の側面側の開口を吸気口５１とし、表出領域２３の背面側に形成した開口を排気口５２としている。このため下フレーム３５は、各吸気口５１と対応する隅部を、それぞれ開口している。この結果、冷却気体が電池ケース２０内に流入し排気される気体経路は、図１１の模式水平断面図に示すようになる。この例では、電池積層体１１を電池ケース２０内の上下左右に４つ配置しており、図において左右の側面の上下からそれぞれ吸気された冷却気体を、上下方向に折曲させて電池積層体１１を通過させて熱交換すると共に、この冷却気体をさらに長手方向の中央に案内する。そして左右から中央に集められた冷却気体は、上方（背面側）に開口された排気口５２から、電池ケース２０の外部に排出される。冷却気体を案内するため、電池ケース２０の内部には送風ダクト等が適宜設けられる。また排気口５２の近傍には、送風ファン５６が設けられている。送風ファン５６は、電池ケース２０内部に採り入れた冷却気体を強制的に、排気口５２から外部に排出する。この構成では、特に吸気口５１を複数設けて冷却空気を多くの部位に供給する一方、排気口５２を共通化することにより、送風ファン５６の数を低減できる。特に一の送風ファン５６でもって複数の電池積層体１１の冷却気体を電池ケース２０内に吸気、排気できる。

さらに、冷却気体の一部は、電池ケース２０内の他の部材を冷却するために用いられる。特に、第一熱源であるＤＣ／ＤＣコンバータ４１や第二熱源である回路基板４２に実装された回路群を冷却するためにも利用できる。図２、図８等に示す例では、電池ケース２０の側面の内、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１を配置した側の側面に、第一熱源用吸気口５３を開口させている。第一熱源用吸気口５３はＤＣ／ＤＣコンバータ４１に連通されており、これによって第一熱源用吸気口５３から冷却気体を電池ケース２０内に採り入れて、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１と熱交換して冷却できる。また熱交換された冷却気体は、送風ファン５６でもって電池ケース２０の外部に排出される。冷却気体の排出経路は、上述の通り電池積層体１１を冷却した冷却気体の排出経路と統合させることができる。このため電池ケース２０内部においては、電池積層体１１用の冷却気体経路と、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１用の冷却気体経路とを区画するための区画壁を設けている。例えば図１２の垂直模式断面図に示す例では、電池ケース２０内の下段側の電池積層体１１用の冷却気体経路と、電池ケース２０内の上段側のＤＣ／ＤＣコンバータ４１用の冷却気体経路とを区画する上下区画壁５８を形成している。このような構成によって、電池ケース２０内で熱交換前の冷却気体が上下に混じり合うことが回避され、電池積層体１１用とＤＣ／ＤＣコンバータ４１用の冷却気体経路を分離して風量のバランスが崩れることを回避できる。図１２の構成においては、電池ケース２０内部の下段側に配置された電池積層体１１を冷却した冷却気体は、電池ケース２０の長手方向の中央で上方に送られる。一方、電池ケース２０内部の上段側に配置されたＤＣ／ＤＣコンバータ４１を冷却した冷却気体も、電池ケース２０内の中央に送られ、下方から送出された電池積層体１１用の冷却気体と合流して、併せて図１２の背面側に設けられた排気口５２から排出される。このように、電池セルの冷却のための送風ファン５６を、回路等の発熱源の冷却にも兼用でき、構成の簡素化や小型化、コスト削減が図られる。なお図１２等の例では、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１の冷却機構を設ける一方、回路基板側を冷却するための吸気口を設けていないが、これを冷却するための冷却機構として第二熱源用吸気口等を設けてもよいことはいうまでもない。

また上記の例では、電池ケース２０の側面側の開口を吸気口５１とし、表出領域２３の背面側に形成した開口を排気口５２とする構成を説明したが、本発明はこの構成に限らず、例えば電池ケースの側面側の開口を排気口とし、表出領域の背面側に形成した開口を吸気口とすることもできる。この場合は、送風ファンが吸気口側となり、各部位に冷却気体を強制的に送出する。

冷却気体は、空気を好適に利用できる。ただ、空気に限らず冷媒気体を用いた空冷とすることもできる。さらに本発明は電源装置の冷却の手段を空冷式に限定するものでなく、これに代えて、あるいはこれに加えて、冷媒による冷却やペルチェ素子等を用いた冷却機構を用いることもできる。
（凹部２５）

さらに電池ケース２０は、表出領域２３において、表面を窪ませた凹部２５を一以上形成している。このような凹部２５を利用して、電源装置１００の位置決めや固定に利用できる。凹部２５は、電池ケース２０の上面側に設けられた第一凹部２６と、電池ケース２０の下面側に設けられた第二凹部２７とを含む。このように凹部２５を電池ケース２０の上下面に設けることで、電池ケース２０を両側で位置決めすることにより、固定の安定性や作業の効率化が図られる。また電池ケース２０の長手方向に、電池積層体１１を並べて配置する構成においては、長手方向における電池積層体１１同士の間に凹部２５、例えば第二凹部２７を形成することで、電池ケース２０内の電池積層体１１の配置スペースを確保しつつ、凹部を設けることが可能となる。この電源装置１００は、図１０に示すように車両のキャビン内において座席ＳＴの下部に配置される。上面に設けた第一凹部２６には、座席ＳＴのレールを配置する。このように、構成上必要な第一凹部２６を、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１と回路基板４２との間に設けることで、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１と回路基板４２とを離間させて熱的に分離させつつ、この空間に凹部２５を設けて他の部材を受ける構成とすることで、限られたスペースを効率よく利用できる。
（電池集合体１０）

電池集合体１０は、電池積層体１１や回路基板４２等で構成される。電池集合体１０の分解斜視図を図９に示す。この例では、電池集合体１０は４つの電池積層体１１を備えている。電池積層体１１は、長手方向が隣接するように並べた２つの電池積層体１１を、電池ケース２０の長手方向に２組配置している。ただ、電池積層体の個数やレイアウトは、この例に限定されない。

以上のように、強度を担保するための最低限の金属フレーム３０構造を残しつつ、金属フレーム３０の内側に樹脂製の電池ケース２０を配置することで、強度と軽量化のバランスを図りつつ、防水構造も実現できる。すなわち、電池ケース２０を樹脂製としたことで、密閉構造としやすく、防塵や防水機能を高めることが可能となる。また電源装置の底面側や側面側の絶縁性が高められる結果、二次電池セル１を表面を露出させた構造を採ることが可能となる。さらに電源装置の軽量化にも資する。
（電池積層体１１）

各電池積層体１１は、複数の二次電池セル１と、複数の二次電池セル１同士を積層する主面間に介在させて、二次電池セル１間を絶縁するセパレータ２と、複数の二次電池セル１とセパレータ２を交互に積層した積層方向の端面に配置された一対のエンドプレート３と、電池積層体１１の両側の側面に配置され、エンドプレート３同士を締結する金属製の複数の締結部材４を備えている。

この二次電池セル１は、外装缶を表出させている。上述の通り、樹脂製の電池ケース２０内に電池積層体１１を収納する構成により、絶縁性が高められる。ただ、二次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で二次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。
（締結部材４）

締結部材４は、図９に示すように、両端にエンドプレート３が積層された電池積層体１１の側面側に配置され、一対のエンドプレート３に固定されて電池積層体１１を締結する。この締結部材４は、電池積層体１１の側面のほぼ全面を覆う大きさに形成している。また、冷却気体を二次電池セル１同士の間に送風できるよう、開口部分を設けている。なお締結部材は、他の形状とすることもできる。例えば、帯状に延長された金属板の両端を断面視コ字状に折曲した形状としてもよい。また締結部材を設ける位置は、電池積層体１１の側面とする他、上面とすることもできる。また締結部材をエンドプレートに固定する構造も、ねじ止めに限らず、リベットやかしめ、溶接、接着等、既知の固定構造が適宜利用できる。
（二次電池セル１）

二次電池セル１は、図１３の分解斜視図に示すように、その外形を構成する外装缶を、幅よりも厚さを薄くした角形としている。外装缶は上方を開口した有底筒状に形成され、開口部分を封口板で閉塞している。外装缶には、電極組立体が収納される。封口板には正負の電極端子と、この電極端子の間にガス排出弁を設けている。
（セパレータ２）

セパレータ２は、図１３の分解斜視図に示すように、隣接する二次電池セル１の、対向する主面同士の間に介在されてこれらを絶縁する。このセパレータ２は、二次電池セル１の主面の全面もしくは大部分を被覆できる大きさに形成される。またセパレータは、二次電池セル１同士の間に冷却気体を通過させる冷却隙間を設けている。各セパレータは、二次電池セル１との間に冷却隙間２ｂができる形状となるよう、垂直断面視において凹凸状に折曲させている。これにより電池積層体１１は、複数の二次電池セル１を冷却隙間２ｂができる状態で積層している。冷却隙間は、空気や冷却ガス等の冷却気体を強制送風して冷却する冷却機構と連結される。さらに、このセパレータ２は、両面に二次電池セル１を嵌着構造で連結している。二次電池セル１に嵌着構造で連結されるセパレータ２を用いることで、隣接する二次電池セル１の位置ずれを阻止して積層できる。

セパレータの材質は、絶縁性とする。例えばプラスチック等の樹脂製とすることで、軽量で安価に構成できる。また硬質の部材とする他、可撓性を有する部材としてもよい。特に、冷却隙間を設けない形態のセパレータは、テープ状とする等可撓性のある薄い材質とできる。テープ状として片面に接着面を塗布したセパレータを使用すれば、二次電池セル１の主面や側面の一部といった絶縁が必要な領域に貼付することが容易となる。加えて、テープ製とすることでセパレータの薄型化が容易となり、電池積層体１１の厚さや重量が増すことも抑制できる。

以上の構成を備える電源装置とすることで、樹脂製の電池ケース２０で密閉性を確保しつつ、部分的に金属フレーム３０を残すことで強度を担保し、強度維持と防水性の発揮、軽量化が図られる。

以上の電源装置は、車載用の電源として利用できる。電源装置を搭載する車両としては、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッド車やプラグインハイブリッド車、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。
（ハイブリッド車用電源装置）

図１４に、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッド車に電源装置を搭載する例を示す。この図に示す電源装置を搭載した車両ＨＶは、車両ＨＶを走行させるエンジン９６及び走行用のモータ９３と、モータ９３に電力を供給する電源装置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。
（電気自動車用電源装置）

また図１５に、モータのみで走行する電気自動車に電源装置を搭載する例を示す。この図に示す電源装置を搭載した車両ＥＶは、車両ＥＶを走行させる走行用のモータ９３と、このモータ９３に電力を供給する電源装置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。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。

以上、本発明の実施形態乃至実施例を図面に基づいて説明した。ただ、上記の実施形態乃至実施例は、本発明の技術思想を具体化するための例示であって、本発明は上記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品の寸法、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。さらに以上の説明において、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。

本発明に係る電源装置及びこれを備える車両は、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として好適に利用できる。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。

１…二次電池セル、２…セパレータ、２ｂ…冷却隙間、３…エンドプレート、４…締結部材、１０…電池集合体、１１…電池積層体、２０…電池ケース、２１…上ケース、２２…下ケース、２３…表出領域、２４…弾性部材、２５…凹部、２６…第一凹部、２７…第二凹部、３０…金属フレーム、３１…第一フレーム、３２…第二フレーム、３４…上フレーム、３５…下フレーム、３６…固定片、４１…ＤＣ／ＤＣコンバータ、４２…回路基板、５１…吸気口、５２…排気口、５３…第一熱源用吸気口、５４…開口部、５６…送風ファン、５８…上下区画壁、９３…モータ、９４…発電機、９５…ＤＣ／ＡＣインバータ、９６…エンジン、１００…電源装置、ｄ…高さ、ＳＴ…座席、ＨＶ…ハイブリッド自動車、ＥＶ…電気自動車

Claims (15)

1. 二次電池セルを積層した一以上の電池積層体と、
   前記電池積層体と電気的に接続された制御回路を実装した回路基板と、
   前記電池積層体及び回路基板を収納する樹脂製の電池ケースと、
   前記電池ケースの底面を覆う金属製の下フレームと、
   前記電池ケースの上面を覆う金属製の上フレームとを備える電源装置であって、
   前記電池ケースは、防水構造を備えており、
   前記上フレームと下フレームとを連結して、前記電池ケースを狭持し、
   前記上フレームは、第一フレームと第二フレームを含み、
   前記第一フレームと第二フレームとを離間して配置し、該第一フレームと第二フレームの間で前記電池ケースの一部を表出させた表出領域を設けてなる電源装置。
2. 請求項１に記載の電源装置であって、
   前記電源装置の外形を、平面視において一方向に延長させた矩形状としており、
   前記表出領域を、長手方向における中央に設けてなる電源装置。
3. 請求項１又は２に記載の電源装置であって、さらに、
   前記電池積層体の出力を所定の電圧に変換するためのＤＣ／ＤＣコンバータを備えており、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記電池ケース内の、前記第一フレームで覆われた領域に配置されてなる電源装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一に記載の電源装置であって、
   前記電池ケースは、前記第二フレームで覆われた領域に、前記回路基板を配置してなる電源装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一に記載の電源装置であって、
   前記電池ケースは、冷却気体を内部に取り入れるための吸気口と、熱交換された冷却気体を排出するための排気口を開口しており、
   前記吸気口及び排気口の少なくとも一方は、前記表出領域に設けられてなる電源装置。
6. 請求項５に記載の電源装置であって、
   前記表出領域に設けられた前記吸気口及び排気口の少なくとも一方は、前記電池ケースの表面から突出して開口を形成してなる電源装置。
7. 請求項５又は６に記載の電源装置であって、
   前記電池ケースの側面に、前記吸気口及び排気口の他方を開口してなる電源装置。
8. 請求項５〜７のいずれか一に記載の電源装置であって、
   前記排気口を、前記表出領域に設けてなる電源装置。
9. 請求項１〜８のいずれか一に記載の電源装置であって、
   前記下フレーム及び上フレームは、電源装置を固定するための固定片を突出させてなる電源装置。
10. 請求項１〜９いずれか一に記載の電源装置であって、
    前記電池ケースは、上ケースと下ケースに分割されると共に、
    前記上ケースと下ケースとの接合面に弾性部材を配置してなる電源装置。
11. 請求項１〜１０のいずれか一に記載の電源装置であって、
    前記電池ケースは、前記表出領域において、表面を窪ませた凹部を一以上形成してなる電源装置。
12. 請求項１１に記載の電源装置であって、
    前記凹部は、前記電池ケースの表出領域において、該電池ケースの上面側に設けられた第一凹部と、該電池ケースの下面側に設けられた第二凹部とを含む電源装置。
13. 請求項１１又は１２に記載の電源装置であって、
    前記電池ケースは、前記電池積層体を複数収納すると共に、
    該電池ケースの長手方向に、前記電池積層体を並べて配置しており、
    該電池ケースの長手方向に並べて配置された前記電池積層体同士の間に、前記凹部を形成してなる電源装置。
14. 請求項１〜１３のいずれか一に記載の電源装置であって、
    前記下フレームが、複数の金属板を溶接して構成されてなる電源装置。
15. 請求項１〜１４のいずれか一に記載の電源装置を備える車両。

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