电源装置和使用该电源装置的电动车辆以及蓄电装置、电源装置用紧固构件、电源装置的制造方法、电源装置用紧固构件的制造方法与流程

1.本发明涉及电源装置和使用该电源装置的电动车辆以及蓄电装置、电源装置用紧固构件、电源装置的制造方法、电源装置用紧固构件的制造方法。


背景技术：

2.电源装置用于电动车辆的驱动用的电源装置、蓄电用的电源装置等。在这样的电源装置中层叠有多片能够充放电的多个二次电池单体。通常，如图8的立体图所示，电源装置900在层叠方形的外装罐的二次电池单体901而成的电池层叠体的两侧的端面分别配置有端板903，并且利用金属制的束紧条904对端板903彼此进行紧固。
3.二次电池单体在反复进行充放电时外装罐会膨胀、收缩。特别是，随着近年来的高容量化的要求，单片二次电池单体的高容量化不断发展，其结果，膨胀量也倾向于变大。在层叠并紧固有多片这样的二次电池单体的电池层叠体中，在膨胀时会被施加较强的负载。其结果认为，会对束紧条和端板的接合部分作用较强的剪切应力而发生断裂。因此，要求提高束紧条的强度。
4.然而，通常在提高金属材料的强度时其拉伸性会降低。在二次电池单体膨胀时会在束紧条延伸的方向上施加负载，但若拉伸性降低，则反而会存在对于膨胀的抵抗性降低这样的相反的问题。
5.现有技术文献
6.专利文献
7.专利文献1：日本特开平9
‑
120808号公报


技术实现要素：

8.发明要解决的问题
9.本发明的目的之一在于提供电源装置和使用该电源装置的电动车辆以及蓄电装置、电源装置用紧固构件、电源装置的制造方法、电源装置用紧固构件的制造方法，该电源装置能提高层叠多片二次电池单体而成的电池层叠体的紧固的强度并且也能确保该紧固的拉伸性。
10.用于解决问题的方案
11.本发明的一个方面的电源装置具有：多个二次电池单体，该多个二次电池单体的外装罐设为方形；一对端板，该一对端板将层叠所述多个二次电池单体而成的电池层叠体的两侧端面覆盖；以及金属制的多个紧固构件，该多个紧固构件是沿着所述多个二次电池单体的层叠方向延长的板状并且分别配置于所述电池层叠体的相对的侧面从而对所述端板彼此进行紧固，其中，构成为，所述多个紧固构件分别具有在长度方向上的两端分别与所述端板固定的由第一金属构成的紧固部分、以及将所述紧固部分彼此之间连结的由与所述
第一金属不同的第二金属构成的中间部分，所述第一金属的强度比所述第二金属的强度高，所述第二金属的拉伸性比所述第一金属的拉伸性高。
12.本发明的一个方面的电动车辆具有上述电源装置、自该电源装置被供给电力的行驶用的电动机、搭载所述电源装置和所述电动机的车辆主体、以及由所述电动机驱动而使所述车辆主体行驶的车轮。
13.本发明的一个方面的蓄电装置具有上述电源装置、以及对向该电源装置的充放电进行控制的电源控制器，利用所述电源控制器能够利用来自外部的电力向所述二次电池单体充电，并且利用该电源控制器进行控制从而对该二次电池单体进行充电。
14.本发明的一个方面的电源装置用紧固构件用于对一对端板彼此进行紧固，该一对端板对层叠外装罐设为方形的多个二次电池单体而成的电池层叠体的两侧端面进行覆盖，其中，构成为，所述电源装置用紧固构件具有在长度方向上的两端分别与所述端板固定的由第一金属构成的紧固部分、以及将所述紧固部分彼此之间连结的由与所述第一金属不同的第二金属构成的中间部分，所述第一金属的强度比所述第二金属的强度高，所述第二金属的拉伸性比所述第一金属的拉伸性高。
15.本发明的一个方面的电源装置用紧固构件的制造方法是用于对一对端板彼此进行紧固的电源装置用紧固构件的制造方法，该一对端板对层叠外装罐设为方形的多个二次电池单体而成的电池层叠体的两侧端面进行覆盖，其中，所述电源装置用紧固构件的制造方法包括如下工序：准备在长度方向上的两端分别与所述端板固定的由第一金属构成的紧固部分、以及将所述紧固部分彼此之间连结的由与所述第一金属不同的第二金属构成的中间部分且是以所述第一金属的强度比所述第二金属的强度高并且所述第二金属的拉伸性比所述第一金属的拉伸性高的方式构成的所述紧固部分和所述中间部分的工序；以及通过搅拌摩擦焊而将所述紧固部分和所述中间部分接合的工序。
16.针对本发明的一个方面的电源装置的制造方法而言，该电源装置具备：多个二次电池单体，该多个二次电池单体的外装罐设为方形；一对端板，该一对端板将层叠所述多个二次电池单体而成的电池层叠体的两侧端面覆盖；以及金属制的多个紧固构件，该多个紧固构件是沿着所述多个二次电池单体的层叠方向延长的板状并且分别配置于所述电池层叠体的相对的侧面从而对所述端板彼此进行紧固，其中，所述电源装置的制造方法包括如下工序：通过搅拌摩擦焊而将在长度方向上的两端分别与所述端板固定的由第一金属构成的紧固部分、以及将所述紧固部分彼此之间连结的由与所述第一金属不同的第二金属构成的中间部分且是以所述第一金属的强度比所述第二金属的强度高并且所述第二金属的拉伸性比所述第一金属的拉伸性高的方式构成的所述紧固部分和所述中间部分接合的工序；以及利用一对所述端板覆盖所述电池层叠体的两侧端面并利用电源装置用紧固构件对该端板彼此进行紧固的工序。
17.发明的效果
18.根据上述结构，能通过提高对电池层叠体进行紧固的紧固构件的紧固部分的强度来提高对于二次电池单体的膨胀的抵抗性，并且能提高中间部分的拉伸性从而能够兼顾强度和拉伸性这样的相反的特性。
附图说明
19.图1是表示实施方式1的电源装置的立体图。
20.图2是图1的电源装置的分解立体图。
21.图3是图1的电源装置的iii
‑
iii线的水平剖视图。
22.图4是表示图2的紧固构件的立体图。
23.图5是从背面观察图4的紧固构件而观察到的立体图。
24.图6是图5的紧固构件的分解立体图。
25.图7a～图7c是表示制造紧固构件的工序的示意图。
26.图8是表示现有的电源装置的分解立体图。
27.图9是表示申请人先前开发出的电源装置的分解立体图。
28.图10是表示现有的电源装置的紧固构件的弯曲加工部的放大剖视图。
29.图11是图4的xi
‑
xi线的水平放大截面图。
30.图12是实施方式2的紧固构件的水平放大截面图。
31.图13是表示在利用发动机和电动机进行行驶的混合动力车搭载电源装置的例子的框图。
32.图14是表示在仅利用电动机进行行驶的电动汽车搭载电源装置的例子的框图。
33.图15是表示应用于蓄电用的电源装置的例子的框图。
具体实施方式
34.本发明的一个形态的电源装置除了上述的结构以外，也可以如以下这样构成。
35.本发明的一实施方式的电源装置具有：多个二次电池单体，该多个二次电池单体的外装罐设为方形；一对端板，该一对端板将层叠所述多个二次电池单体而成的电池层叠体的两侧端面覆盖；以及金属制的多个紧固构件，该多个紧固构件是沿着所述多个二次电池单体的层叠方向延长的板状并且分别配置于所述电池层叠体的相对的侧面从而对所述端板彼此进行紧固，其中，构成为，所述多个紧固构件分别具有在长度方向上的两端分别与所述端板固定的由第一金属构成的紧固部分、以及将所述紧固部分彼此之间连结的由与所述第一金属不同的第二金属构成的中间部分，所述第一金属的强度比所述第二金属的强度高，所述第二金属的拉伸性比所述第一金属的拉伸性高。
36.另外，在本发明的另一实施方式的电源装置中，所述紧固构件的所述紧固部分和所述中间部分的接合分界面通过搅拌摩擦焊而接合。根据上述结构，使用能够进行异种金属接合的搅拌摩擦焊，能够不伴随构件的熔解地进行接合，能够抑制接合部的热影响。另外，不易生成金属间化合物，能够发挥较高的强度。
37.再者，在本发明的另一实施方式的电源装置中，所述第一金属由铁系金属构成，所述第二金属由铝系金属构成。根据上述结构，能够通过使第一金属为铁系金属来提高紧固部分的强度，并且通过使第二金属为铝系金属来提高中间部分的拉伸性。另外，通过将由第二金属构成的中间部分设为铝系金属，能够实现紧固构件整体的轻量化。
38.此外，在本发明的另一实施方式的电源装置中，所述紧固部分和所述中间部分设为相同厚度。根据上述结构，使金属制的紧固构件整体的厚度均匀，从而能够将紧固构件的内侧面和外侧面这两者形成为同一平面状。由此，能够利用平面覆盖电池层叠体的侧面，并
且能够将紧固构件形成为没有高度差的外观。
39.此外，在本发明的另一实施方式的电源装置中，所述紧固构件还具有固定于所述紧固部分的卡定块，所述端板形成有用于在被所述紧固构件紧固着的状态下卡定所述卡定块的台阶部，所述紧固部分和所述卡定块通过焊接而被固定。根据上述结构，能够通过在由强度比第二金属的强度高的第一金属构成的紧固部分焊接卡定块而发挥充分的焊接强度，并且能够在由拉伸性比第一金属的拉伸性高的第二金属构成的中间部分处确保拉伸性，从而能够应对对于二次电池单体的膨胀而言的变形，能够兼顾强度和拉伸性。
40.此外，在本发明的另一实施方式的电源装置中，所述卡定块由所述第一金属构成。根据上述结构，能够提高卡定块的强度，能够提高与端板的连结部分的强度。另外，能够通过将紧固部分和卡定块设为同一金属来实现优异的焊接强度。
41.以下，基于附图说明本发明的实施方式。不过，以下所示的实施方式是用于使本发明的技术思想具体化的例示，本发明不限定于以下的实施方式。另外，本说明书绝不是将权利要求书所示的构件限定为实施方式的构件。特别是，对于实施方式中记载的构成构件的尺寸、材质、形状、其相对配置等，只要没有特别限定的记载，就并非旨在将本发明的范围仅限定于此，而只是说明例。此外，存在为了明确说明而对各附图所示的构件的大小、位置关系等进行夸张的情况。再者，在以下的说明中，相同的名称、附图标记表示相同或者实质相同的构件，对其适当省略详细说明。再者，构成本发明的各要素既可以设为由同一个构件构成多个要素而由一个构件兼用作多个要素的方式，也能够反之由多个构件分担并实现一个构件的功能。另外，在一部分实施例、实施方式中已说明的内容中也存在能够用于其他实施例、实施方式等的内容。
42.实施方式的电源装置用于搭载于混合动力车、电动汽车等电动车辆并向行驶用电动机供给电力的电源、对太阳能发电、风力发电等的自然能源的发电电力进行蓄积的电源、或者对深夜电力进行蓄积的电源等各种用途，特别是能够用作适合于大电力、大电流的用途的电源。在以下的例子中，对应用于电动车辆的驱动用的电源装置的实施方式进行说明。
43.[实施方式1]
[0044]
图1示出了本发明的实施方式1的电源装置100的立体图，图2示出了其分解立体图，图3示出了图1的电源装置100的iii
‑
iii线的水平剖视图，图4示出了表示图2的紧固构件15的立体图，图5示出了从背面观察图4的紧固构件15而观察到的立体图，图6示出了图5的紧固构件15的分解立体图。这些图所示的电源装置100具有层叠多个二次电池单体1而成的电池层叠体10、将该电池层叠体10的两侧端面覆盖的一对端板20、以及对端板20彼此进行紧固的多个紧固构件15。
[0045]
电池层叠体10具有：多个二次电池单体1，其具有正负的电极端子2；以及汇流条(未图示)，其与这些多个二次电池单体1的电极端子2连接而将多个二次电池单体1并联且串联地连接。借助这些汇流条将多个二次电池单体1并联、串联地连接。二次电池单体1是能够充放电的二次电池。在电源装置100中，多个二次电池单体1被并联地连接而构成并联电池组，并且，多个并联电池组被串联地连接，从而将多个二次电池单体1并联且串联地连接。在图1～图3所示的电源装置100中，层叠多个二次电池单体1而形成电池层叠体10。另外，在电池层叠体10的两端面配置有一对端板20。将紧固构件15的端部固定于该端板20彼此，从而将层叠状态下的二次电池单体1固定为加压状态。
[0046]
(二次电池单体1)
[0047]
二次电池单体1是将宽幅面即主表面的外形设为四边形的方形电池，其厚度比宽度薄。再者，二次电池单体1是能够充放电的二次电池，设为锂离子二次电池。不过，本发明不将二次电池单体限定为方形电池，也不限定为锂离子二次电池。二次电池单体也能够使用可充电的所有电池，例如锂离子二次电池以外的非水系电解液二次电池、镍氢二次电池单体等。
[0048]
如图2所示，在二次电池单体1中，将层叠正负的电极板而成的电极体收纳于外装罐1a，填充电解液并气密地密闭。外装罐1a成形为底部封闭的四方筒状，其上方的开口部由金属板即封口板1b气密地封闭。外装罐1a是通过对铝、铝合金等的金属板进行深拉深加工而制成的。封口板1b与外装罐1a同样地由铝、铝合金等的金属板制成。封口板1b插入于外装罐1a的开口部，对封口板1b的外周和外装罐1a的内周的分界照射激光束，将封口板1b激光焊接于外装罐1a从而气密地进行固定。
[0049]
(电极端子2)
[0050]
在二次电池单体1中，将作为顶面的封口板1b设为端子面1x，在该端子面1x的两端部固定有正负的电极端子2。电极端子2的突出部设为圆柱状。不过，突出部不一定必须设为圆柱状，也能够设为多棱柱状或椭圆柱状。
[0051]
在二次电池单体1的封口板1b固定的正负的电极端子2的位置设为正极和负极成为左右对称的位置。由此，通过将二次电池单体1左右反转地层叠并利用汇流条将相邻地靠近的正极和负极的电极端子2连接，从而能够将相邻的二次电池单体1彼此串联地连接。
[0052]
(电池层叠体10)
[0053]
多个二次电池单体1以各二次电池单体1的厚度方向成为层叠方向的方式进行层叠而构成电池层叠体10。在电池层叠体10中，以设有正负的电极端子2的端子面1x也就是图2中的封口板1b成为同一平面的方式对多个二次电池单体1进行层叠。
[0054]
在电池层叠体10中，也可以在相邻地层叠的二次电池单体1彼此之间夹设绝缘隔板16。绝缘隔板16由树脂等绝缘材料制作成较薄的板状或片状。绝缘隔板16设为与二次电池单体1的相对面大致相等大小的板状。将该绝缘隔板16层叠于彼此相邻的二次电池单体1之间，从而能够使相邻的二次电池单体1彼此绝缘。此外，作为配置于相邻的二次电池单体1之间的隔板，也能够使用在二次电池单体1与隔板之间形成有冷却气体的流路的形状的隔板。另外，也能够利用绝缘材料覆盖二次电池单体1的表面。例如，也可以利用pet树脂等的收缩软管对二次电池单体的外装罐的表面的除了电极部分以外的部分进行热熔接。在该情况下，也可以省略绝缘隔板。另外，在将多个二次电池单体并联多个、串联多个地连接的电源装置中，在相互串联地连接的二次电池单体彼此之间夹着绝缘隔板从而彼此绝缘，另一方面，针对相互并联地连接的二次电池单体彼此而言，相邻的外装罐彼此不会产生电压差，因此也能够省略这些二次电池单体之间的绝缘隔板。
[0055]
再者，在图2所示的电源装置100中，在电池层叠体10的两端面配置有端板20。此外，也可以在端板20与电池层叠体10之间夹着端面隔板17，从而使它们绝缘。端面隔板17也是，能够由树脂等绝缘材料制作成较薄的板状或片状。
[0056]
在电池层叠体10中，在相邻的二次电池单体1的正负的电极端子2连接有金属制的汇流条，借助该汇流条将多个二次电池单体1并联且串联地连接。在电池层叠体10中，针对
相互并联地连接而构成并联电池组的多个二次电池单体1而言，以设于端子面1x的两端部的正负的电极端子2成为左右同向的方式进行层叠，针对相互串联地连接的构成并联电池组的二次电池单体1彼此而言，以设于端子面1x的两端部的正负的电极端子2成为左右反向的方式对多个二次电池单体1进行层叠。不过，本发明不限定构成电池层叠体的二次电池单体的个数及其连接状态。也能够还包括后述的其他实施方式在内地对构成电池层叠体的二次电池单体的个数及其连接状态进行各种变更。
[0057]
在实施方式的电源装置100中，在多个二次电池单体1相互层叠的电池层叠体10中，利用汇流条将彼此相邻的多个二次电池单体1的电极端子2彼此连接，从而将多个二次电池单体1并联且串联地连接。另外，也可以在电池层叠体10与汇流条之间配置汇流条保持件。通过使用汇流条保持件，能够使多个汇流条相互绝缘并且使二次电池单体的端子面与汇流条绝缘，并且能够将多个汇流条配置于电池层叠体的上表面的固定位置。
[0058]
(汇流条)
[0059]
通过对金属板进行裁切、加工而将汇流条制造成预定的形状。构成汇流条的金属板能够使用电阻较小且轻量的金属，例如，铝板、铜板或者它们的合金。不过，汇流条的金属板也能够使用电阻较小且轻量的其他金属、它们的合金。
[0060]
(端板20)
[0061]
如图1～图3所示，端板20配置于电池层叠体10的两端，并且被沿着电池层叠体10的两侧面配置的左右一对紧固构件15紧固。端板20配置于电池层叠体10的二次电池单体1的层叠方向上的两端且是端面隔板17的外侧，从而自两端夹着电池层叠体10。
[0062]
(台阶部20b)
[0063]
端板20形成有台阶部20b，该台阶部20b用于在端板20被紧固构件15紧固着的状态下对设于紧固构件15的卡定块15b进行卡定。台阶部20b形成为能够对后述的紧固构件15的卡定块15b进行卡定的大小和形状。在图2的例子中形成有凸缘状的台阶部20b，使得端板20在水平剖视图中成为字母t形。另外，在台阶部20b的附近开设有端板螺纹孔20c。
[0064]
(紧固构件15)
[0065]
紧固构件15的两端固定于在电池层叠体10的两端面配置的端板20。利用多个紧固构件15对端板20进行固定，从而在层叠方向上对电池层叠体10进行紧固。如图4、图5、图6等所示，各紧固构件15是具有沿着电池层叠体10的侧面的预定宽度和预定厚度的金属板，与电池层叠体10的两侧面相对地配置。
[0066]
紧固构件15具有在长度方向上的两端分别与端板20固定的紧固部分15c以及将紧固部分15c彼此之间连结的中间部分15a。紧固部分15c由第一金属构成，中间部分15a由与第一金属不同的第二金属构成。对作为异种金属的第一金属和第二金属分别选择具有紧固部分15c和中间部分15所要求的特性的金属，由此实现紧固构件15所要求的强度和拉伸性。
[0067]
在本实施方式中，构成紧固部分15c的第一金属的强度比构成中间部分15a的第二金属的强度高，构成中间部分15a的第二金属的拉伸性比构成紧固部分15c的第一金属的拉伸性高。通过选择这样的异种金属，使紧固部分15c具有强度，使中间部分15a具有拉伸性。由此，在紧固构件15中，能提高紧固部分15的强度而发挥电池层叠体10的紧固力，并且能在中间部分15a提高拉伸性从而在二次电池单体1膨胀时易于变形，由此兼顾强度和拉伸性这样的相反的特性。
[0068]
在紧固构件15中，能够使用铁系金属来作为构成紧固部分15c的第一金属，使用铝系金属来作为构成中间部分15a的第二金属。第一金属能够使用例如铁、铁合金、sus等，第二金属能够使用例如铝、铝合金等。由铁系金属构成的紧固部分15c能够实现比由铝系金属构成的中间部分15b优异的强度，能够提高与端板20的连结部分的强度。另外，由铝系金属构成的中间部分15b能够实现比由铁系金属构成的紧固部分15c优异的拉伸性，在二次电池单体1膨胀时易于变形，从而能够提高对于电池层叠体10的较大的反作用力而言的抵抗性。特别是，通过将中间部分15b设为铝系金属，也能够使紧固构件整体的重量变轻而实现轻量化。
[0069]
(异种接合材料)
[0070]
优选的是，由异种接合材料来构成紧固构件15的由异种金属构成的紧固部分15c和中间部分15a。异种接合材料是指局部材质不同的材料。具体而言，异种接合材料是将材质不同的多个金属板(坯料)接合而成的材料。作为接合方法，能够采用搅拌摩擦焊、激光焊接、mig焊接等焊接、摩擦压接、电磁压接、超声波接合的压接、激光钎焊、mig钎焊等钎焊等各种方法。由此，能够利用不同的金属构成紧固部分15c和中间部分15a，对由第一金属构成的紧固部分15c使用强度较高的金属，对由第二金属构成的中间部分15a使用拉伸性较高的金属，从而能够获得以往难以实现的兼顾强度和拉伸性的紧固构件15。以下，以对材质不同的多个金属板(坯料)进行搅拌摩擦焊而形成紧固构件15的结构为例进行说明。
[0071]
(搅拌摩擦焊)
[0072]
由异种接合材料构成的紧固部分15c和中间部分15a的接合分界面优选通过搅拌摩擦焊进行接合。如图7a所示，针对紧固构件而言，对材料厚度一定的金属板(坯料)即展开图的状态下的紧固部分15c和中间部分15a在如图7b所示地结合的状态下进行搅拌摩擦焊，如图7c所示得到紧固构件15。在上述搅拌摩擦焊中，特别是如图7b所示，优选呈连续的线状地进行接合。呈连续的线状地进行接合的结构具有能够提高多个金属板的连结强度的特征。具体而言，接合沿着紧固部分15c和中间部分15a的接合分界面进行。其结果，如图4的立体图所示，在紧固部分15c与中间部分15a之间形成接合部15g。通过这样的接合，与点焊等相比，能够以较高的可靠性将异种金属彼此接合。
[0073]
在搅拌摩擦焊中，在第一金属和第二金属的接合分界面插入高速旋转的工具，并且使旋转的工具沿着第一金属和第二金属的分界线移动，由此，利用此时产生的摩擦热和由旋转实现的搅拌使接合分界面消失而进行接合。根据该接合方法，能够使接合过程中的最高温度为比金属的熔融温度低的温度，因此能够在不使金属熔融的前提下进行接合。因此，能够抑制接合部分的热影响，能够防止生成金属间化合物并且实现较高的连结强度。再者，搅拌摩擦焊沿着紧固部分15c和中间部分15a的接合分界面进行，但能够通过像这样将接合部15g设为连续的线状从而提高连结强度。另外，采用搅拌摩擦焊还具有使接合部15g不明显而能够设为美丽的外观的特征。
[0074]
不过，由异种接合材料构成的紧固部分15c和中间部分15a也能够通过搅拌摩擦焊以外的接合方法进行接合。例如，紧固部分15c和中间部分15a也能够通过激光焊接等焊接进行接合。
[0075]
由异种接合材料构成的紧固部分15c和中间部分15a优选设为相同厚度。针对使紧固部分15c和中间部分15a的厚度相等的紧固构件15而言，例如，能够使紧固构件整体的厚
度均匀，使紧固构件15的内侧面和外侧面这两者形成为同一平面状而设为没有高度差的表面形状。由此，即使由多个构件构成紧固构件15，也能够用平面覆盖电池层叠体的侧面，并且能够使紧固构件15的外观美丽。
[0076]
不过，也能够将紧固构件的由异种接合材料构成的紧固部分和中间部分设为不同的厚度。在该紧固构件中，能根据紧固部分所要求的强度和中间部分所要求的拉伸性来调整紧固部分和中间部分的厚度。例如，也能够通过使由强度优异的第一金属构成的紧固部分形成为较厚来进一步提高强度，并且通过使由拉伸性优异的第二金属构成的中间部分形成为较薄来进一步提高拉伸性。
[0077]
再者，如图7b所示，针对紧固构件15而言，在通过搅拌摩擦焊等将紧固部分15c和中间部分15a接合之后，在冲压工序中将其冲压成型为预定形状。在图7c所示的紧固构件15中，通过对上下的端缘部进行弯折加工而形成弯折片15d。上下的弯折片15d设为在电池层叠体10的左右的两侧面自角部覆盖电池层叠体10的上下表面的形状。
[0078]
(卡定块15b)
[0079]
图6示出了紧固构件15的分解立体图。该图所示的紧固构件15具有中间部分15a、紧固部分15c、以及块状的卡定块15b。中间部分15a是板状的构件，在其长度方向上的两端接合有紧固部分15c。卡定块15b固定于紧固部分15c的端缘部的内表面。卡定块15b是具有预定厚度的板状，其以向紧固部分15c的内侧突出的姿势被固定，在将紧固构件15与端板20连结的状态下，该卡定块15b卡定于在端板20设置的台阶部20b，从而将紧固构件15配置于电池层叠体10的两侧的固定位置。卡定块15b通过点焊、激光焊接等焊接而固定于紧固部分15c。
[0080]
图中所示的卡定块15b开设有紧固侧贯通孔15bc，使得该紧固侧贯通孔15bc在对端板20进行了紧固的状态下与端板螺纹孔20c一致。另外，紧固部分15c在与紧固侧贯通孔15bc对应的位置开设有紧固主表面侧贯通孔15ac。紧固侧贯通孔15bc和紧固主表面侧贯通孔15ac被设计为在将卡定块15b固定在紧固部分15c的状态下一致。
[0081]
将开设于卡定块15b的紧固侧贯通孔15bc沿着卡定块15b的延长方向开设多个。同样地，也将紧固主表面侧贯通孔15ac沿着紧固部分15c的端缘或者卡定块15b的延长方向开设多个。与此相应地，也将端板螺纹孔20c沿着端板20的侧面形成多个。
[0082]
卡定块15b借助多个螺栓15f固定于端板20的外周面。此外，上述紧固构件15与卡定块15b、端板20的固定不一定限于使用螺栓而实现的螺纹结合，也可以采用销、铆钉等。
[0083]
卡定块15b能够使用铁、铁合金、sus、铝、铝合金等。卡定块15b优选使用第一金属，设为由与紧固部分15c相同的金属制成。由此，能够容易地进行卡定块15b和紧固部分15c的焊接，并且能够提高连结强度。另外，能够将卡定块15b的电池层叠方向上的横向宽度设为10mm以上。
[0084]
如此，并不是将紧固构件15在长度方向上的左右端部即电池层叠体10的层叠层方向上的两端部处弯折而自端板20的主表面侧进行螺纹结合，而是如图1～图3所示，将紧固构件15在电池层叠体10的层叠方向上设为平板状而不设置弯折部，通过由端板20的台阶部20b和卡定块15b实现的卡定构造和螺纹结合来对电池层叠体10进行紧固，从而能够提高强度，能够缓和由二次电池单体1的膨胀引起的断裂等危险。
[0085]
在层叠有多个二次电池单体1的电源装置中，构成为，利用紧固构件15将配置于由
多个二次电池单体1构成的电池层叠体10的两端的端板20连结，由此对多个二次电池单体1进行约束。通过借助具有较高的强度的端板20、紧固构件15对多个二次电池单体1进行约束，从而能够抑制由与充放电、劣化相伴的二次电池单体1的膨胀、变形、相对移动、振动引起的故障等。
[0086]
另一方面，在利用端板对电池层叠体的两端进行固定的现有的电源装置中，构成紧固构件的束紧条的端部向内侧弯折而成的字母l形部分固定于端板的外侧面。例如，在图8的分解立体图所示的电源装置900中，隔着隔板902层叠有多个方形的二次电池单体901，在端面配置端板903并利用束紧条904进行紧固。隔板902由硬质的树脂等构成。如该图所示，成为这样的结构：将束紧条904的两端缘弯折而形成字母l形，利用螺栓906将该字母l形部分904b固定于端板903的主表面侧。
[0087]
在这样的构造中，将金属板的束紧条904的端部呈字母l形地进行弯折加工而设为字母l形部分，并将该字母l形部分固定于端板903的外侧表面，因此字母l形部分成为与束紧条904相同厚度的金属板。针对束紧条904而言使用的是对二次电池单体901的膨胀力所产生的拉伸力能进行承受的拉伸强度的金属板。与弯曲强度相比金属板的拉伸强度相当强，束紧条904例如使用1mm～2mm左右的金属板。固定于端板903的外侧表面的字母l形部分会在束紧条904的拉伸力的作用下被作用弯曲应力，但端板903所使用的金属板的弯曲应力与拉伸应力相比相当弱，在作用于字母l形部分的弯曲应力的作用下字母l形部分的弯曲加工部会超出屈服强度、断裂强度而变形、破坏。若在字母l形部分的弯曲加工部与端板903之间没有间隙，则弯曲加工部的内侧面会与端板903的角部接触，无法进行组装。
[0088]
这样，施加于束紧条的拉伸力的增加会导致如下情况：在束紧条的弯曲加工部内侧和端板角部会进一步局部地集中有强大的应力而导致束紧条、端板变形或损伤。因此，申请人开发出图9所示的电源装置800。该电源装置800具有层叠多个二次电池单体801而成的电池层叠体810、配置于电池层叠体810的层叠方向上的两端部的一对端板820、以及两端部与一对端板820连结的紧固构件815。紧固构件815具有沿着电池层叠体810的层叠方向延长的紧固主表面815a、以及设于该紧固主表面815a并且朝向与端板820的外周面相对的相对面突出的卡定块815b。卡定块815b在插入在设于紧固主表面815a的固定孔815g的状态下固定于固定孔815g的内周面。端板820在外周面具有引导卡定块815b的嵌合部820c，在嵌合部820c的电池层叠体810侧设有突起状的台阶部来作为与卡定块815b卡合的止挡部820c。在电源装置800中，将卡定块815b向嵌合部820c引导，并且将卡定块815b固定于端板820的外周面。
[0089]
在该构造的电源装置中，将卡定块向嵌合部引导并由止挡部来阻止位置偏移，进而将卡定块固定于端板，因此不会像现有的紧固构件的字母l形部分那样因弯曲应力而变形，能够利用卡定块和止挡部将紧固构件在不变形的前提下固定于端板。特别是，由于是将卡定块向端板的嵌合部引导并由止挡部来阻止位置偏移，因此能够防止由作用于紧固构件的较强的拉伸力导致的紧固构件和端板的变形，能够抑制端板的移动。
[0090]
对于紧固构件而言，作为二次电池单体的膨胀力的反作用而被作用有较强的拉伸力，但在以往的电源装置900中，构成紧固构件的束紧条904的拉伸力在弯曲加工部处会作为弯曲应力进行作用而导致变形。在图10中，当束紧条904因弯曲应力而变形时，作为弯曲加工部的字母l形部分904b的内侧面会与端板903的角部903a紧密贴合，从而使束紧条904
成为实质上伸长了的状态。若成为该状态，则存在超出材料的屈服强度、强度而发生断裂的可能性。
[0091]
与此相对地，在图9的构造的电源装置中，将设于紧固构件815的卡定块815b向端板820的嵌合部820c引导，进而利用止挡部820b来阻止被引导至此处的卡定块815b的位置偏移。对于在该构造中固定于端板820的紧固构件815而言，即使在卡定块815b与端板820之间存在间隙，也不会像以往那样针对字母l形部分的弯曲应力进行支承，而是利用将卡定块815b向嵌合部820c引导并由止挡部820b将该卡定块815b配置于固定位置的构造，针对紧固构件815的剪切应力进行支承。对于紧固构件815而言，与针对拉伸力的强度相比，其针对剪切应力的强度相当强，不会因作用于紧固构件815的较强的拉伸力而变形，并且能抑制端板820的移动。
[0092]
另一方面，在由紧固主表面和卡定块构成的紧固构件中，需要对紧固主表面和卡定块进行固定。通常，由金属构件构成的紧固主表面和卡定块大多通过激光的点焊来进行焊接固定。在该情况下，为了对金属构件进行点焊，需要一定程度的厚度。在此，若加厚紧固主表面的金属板则强度变高，结果是拉伸性降低。对紧固构件要求的是能够追随二次电池单体膨胀时的变形，但金属板通常弹性较低，并且越加厚则强度越高，从而越难以变形。然而，若将紧固主表面形成为较薄，则这样与卡定块的点焊的强度会降低，紧固强度的可靠性会降低。这样，由于紧固构件所需要的强度和拉伸性的要求是相反的，因此难以兼顾。
[0093]
因此，在本实施方式中，由局部不同的金属来构成紧固构件15，从而成功地兼顾了强度和拉伸性。具体而言，如上所述，将紧固构件15划分为紧固部分15c和中间部分15a，并且，将紧固部分15c设为强度优异的金属而提高与卡定块15b的连结强度。另外，为了焊接卡定块而将紧固部分15c设为充分厚度的金属板，并且，为了提高中间部分15a的拉伸性而对中间部分15a使用了拉伸性较高的金属板。具体而言，使紧固部分15c由第一金属构成，使中间部分15a由与第一金属不同的第二金属构成，并且使第一金属的强度比第二金属的强度高，使第二金属的拉伸性比第一金属的拉伸性高，由此，将紧固部分15c设为充分厚度的金属板从而设为能够可靠地焊接卡定块的构造，并且提高了中间部分的拉伸性。特别是，能使紧固部分15c和中间部分15a的厚度大致相等并且实现以上的特性。其结果，在紧固部分15c处能够确保点焊所需的充分的厚度和强度，能够发挥与卡定块15b的接合强度。另一方面，通过对中间部分15a使用拉伸性优异的金属，从而能在二次电池单体1膨胀时使中间部分15a变形而确保追随性。
[0094]
如图11的水平截面图所示，针对紧固构件15的厚度而言，使中间部分15a的厚度t1和紧固部分15c的厚度t2大致相等。另外，在紧固构件15的两侧面将紧固部分15c和中间部分15a的分界面设为同一平面状。另一方面，在紧固构件15的固定有卡定块15b的厚度t3的部分处，将紧固构件15的外侧设为同一平面并且使卡定块15b向内侧突出。由此，使卡定块15b卡定于端板20的台阶部20b从而提高对于剪切应力的抵抗性，并且即使紧固部分15c成为厚壁也不会对电池层叠体10侧产生影响。
[0095]
将卡定块15b点焊于紧固构件15的位置也就是将卡定块15b固定于紧固构件15的固定区域15h设于紧固侧贯通孔15bc彼此之间。另外，也可以使固定区域15h向二次电池单体1的层叠方向上的内侧也就是向靠近中间部分15a的方向偏移。这样，通过将固定区域15h配置于比紧固侧贯通孔15bc更远离端板20的方向上，能够使开口于卡定块15b的紧固侧贯
通孔15bc和固定区域15h之间的距离增大，能够缓和应力的集中。另外，通过使固定区域15h不位于将作为螺纹孔的紧固主表面侧贯通孔15ac彼此的中心连结的第一直线l1上而是使其位于与第一直线l1错开的第二直线l2上，能够将用于点焊的面积确保为较大。由于紧固主表面侧贯通孔15ac为圆形，因此通过使该固定区域15h偏移易于确保较大的面积，能够增大点焊的面积，结果也能够提高焊接的接合强度。
[0096]
优选的是，使固定区域15h自第一直线l1偏移的方向设为远离紧固构件15的两端缘的方向，且是靠近设于端板20的台阶部20b的方向。在图6所示的分解立体图的例子中，使多个固定区域15h向电池层叠体10的中央方向偏移。由此，能够在各固定区域15h承受二次电池单体1膨胀时的应力，从而能够有助于所施加的应力的分散而有助于提高紧固构件15的强度。
[0097]
如上所述，根据本实施方式的电源装置100，因二次电池单体1的膨胀而产生的欲在电池层叠方向上扩展的应力除了施加于紧固部分15c本身以外，还施加于由台阶部20b和卡定块15b实现的卡合、紧固部分15c和卡定块15b的焊接、由螺栓15f实现的螺纹结合的各构件。因此，通过提高上述各构件的强度而使应力适度地分散，能够实现提高整体上的强度从而能够应对二次电池单体1的膨胀、收缩的电源装置100。
[0098]
[实施方式2]
[0099]
在以上的例子中，对通过点焊来对卡定块进行接合的例子进行了说明，但本发明不限于该结构，也可以利用差厚材料来成形具有卡定块的紧固构件。将这样的例子作为实施方式2并示于图12的水平截面图。在该图所示的紧固构件15’中，例如，将中间部分15a和紧固部分15c’设为异种接合材料，并通过搅拌摩擦焊来将中间部分15a的端面和紧固部分15c’的一个端面接合，并且将紧固部分15c’和卡定块15b’设为由同一金属构成的差厚材料，进一步通过激光焊接等将卡定块15b’接合于紧固部分15c’的另一个端面。预先将该卡定块15b’形成为比紧固部分15c’厚，换言之形成为，使其自紧固部分15c’的内表面突出的突出量成为卡定于端板20的台阶部20b的突出量。另外，与图11的例子相比，紧固部分15c’形成为窄出了卡定块15b’的宽度的量。若为该方法，则能够通过焊接将中间部分15a、紧固部分15c’、以及卡定块15b’同时接合，因此得到了能够简化制造工序的优点。
[0100]
以上的电源装置能够用作向使电动车辆行驶的电动机供给电力的车辆用的电源。作为搭载电源装置的电动车辆，能够使用利用发动机和电动机这两者进行行驶的混合动力汽车、插电式混合动力汽车、或者仅利用电动机进行行驶的电动汽车等电动车辆，以上的电源装置能用作上述车辆的电源。此外，对构筑了电源装置100的例子进行说明，该电源装置100是为了获得驱动车辆的电力而将上述的电源装置串联、并联地连接许多个并且还附加了必要的控制电路而得到的大容量、高输出的电源装置。
[0101]
(混合动力车用电源装置)
[0102]
图13示出了在利用发动机和电动机这两者进行行驶的混合动力汽车搭载电源装置的例子。该图所示的搭载有电源装置的车辆hv具有车辆主体91、使该车辆主体91行驶的发动机96和行驶用的电动机93、由这些发动机96和行驶用的电动机93驱动的车轮97、向电动机93供给电力的电源装置100、以及对电源装置100的电池进行充电的发电机94。电源装置100借助dc/ac逆变器95连接于电动机93和发电机94。在车辆hv中对电源装置100的电池进行充放电并且利用电动机93和发动机96这两者进行行驶。电动机93在发动机效率较差的
区域例如加速时、低速行驶时被驱动而使车辆行驶。自电源装置100向电动机93供给电力而驱动电动机93。发电机94由发动机96驱动，或者由对车辆施加制动时的再生制动驱动，从而对电源装置100的电池进行充电。此外，如图13所示，车辆hv也可以具有用于对电源装置100进行充电的充电插头98。能够通过将该充电插头98与外部电源连接从而对电源装置100进行充电。
[0103]
(电动汽车用电源装置)
[0104]
另外，图14示出了在仅利用电动机进行行驶的电动汽车搭载电源装置的例子。该图所示的搭载有电源装置的车辆ev具有车辆主体91、使该车辆主体91行驶的行驶用的电动机93、由该电动机93驱动的车轮97、向该电动机93供给电力的电源装置100、以及对该电源装置100的电池进行充电的发电机94。电源装置100借助dc/ac逆变器95连接于电动机93和发电机94。自电源装置100向电动机93供给电力而驱动电动机93。发电机94由对车辆ev进行再生制动时的能量驱动，对电源装置100的电池进行充电。另外，车辆ev具有充电插头98，能够将该充电插头98与外部电源连接而对电源装置100进行充电。
[0105]
(蓄电装置用的电源装置)
[0106]
再者，本发明不将电源装置的用途限定为使车辆行驶的电动机的电源。实施方式的电源装置也能够用作利用由太阳能发电、风力发电等产生的电力对电池进行充电并蓄电的蓄电装置的电源。图15示出了利用太阳能电池82对电源装置100的电池进行充电并蓄电的蓄电装置。
[0107]
图15所示的蓄电装置利用由配置于住宅、工厂等建筑物81的屋顶、屋顶平台等的太阳能电池82产生的电力对电源装置100的电池进行充电。在该蓄电装置中，在将太阳能电池82作为充电用电源并利用充电电路83对电源装置100的电池进行了充电之后，借助dc/ac逆变器85向负载86供给电力。因此，该蓄电装置具有充电模式和放电模式。在图中所示的蓄电装置中，将dc/ac逆变器85和充电电路83分别借助放电开关87和充电开关84而与电源装置100连接。放电开关87和充电开关84的接通/断开由蓄电装置的电源控制器88进行切换。在充电模式中，电源控制器88将充电开关84切换为接通，将放电开关87切换为断开，允许自充电电路83向电源装置100进行充电。另外，当充电完成而成为满电状态时，或者在已充电预定值以上的容量的状态下，电源控制器88使充电开关84断开并使放电开关87接通从而切换到放电模式，允许自电源装置100向负载86进行放电。另外，也能够根据需要，将充电开关84设为接通并将放电开关87设为接通，同时进行向负载86的电力供给和向电源装置100的充电。
[0108]
再者，虽未图示，但电源装置也能够用作利用夜间的深夜电力对电池进行充电并蓄电的蓄电装置的电源。由深夜电力充电的电源装置能够利用发电站的剩余电力即深夜电力进行充电，并在电力负载较大的昼间输出电力，将昼间的峰值电力限制为较小。再者，电源装置也能够用作利用太阳能电池的输出和深夜电力这两者进行充电的电源。该电源装置能够有效地利用由太阳能电池产生的电力和深夜电力这两者，能够在考虑天气、消耗电力的同时高效地蓄电。
[0109]
以上那样的蓄电装置能够恰当地用于能够搭载于计算机服务器的机架的备用电源装置、手机等无线基站用的备用电源装置、家庭内用或工厂用的蓄电用电源、路灯的电源等、与太阳能电池组合而成的蓄电装置、信号设备、道路用的交通显示器等的备用电源等用
途。
[0110]
产业上的可利用性
[0111]
本发明的电源装置和使用该电源装置的电动车辆以及蓄电装置、电源装置用紧固构件、电源装置的制造方法、电源装置用紧固构件的制造方法能够恰当地用作对混合动力汽车、燃料电池汽车、电动汽车、电动摩托车等电动车辆进行驱动的电动机的电源等所使用的大电流用的电源。例如，可以举出能够切换ev行驶模式和hev行驶模式的插电式混合动力电动汽车、混合动力式电动汽车、电动汽车等的电源装置。另外，也能够恰当地利用于能够搭载于计算机服务器的机架的备用电源装置、手机等无线基站用的备用电源装置、家庭内用、工厂用的蓄电用电源、路灯的电源等、与太阳能电池组合而成的蓄电装置、信号设备等的备用电源等用途。
[0112]
附图标记说明
[0113]
100、电源装置；1、电池单体；1x、端子面；1a、外装罐；1b、封口板；2、电极端子；10、电池层叠体；15、15’、紧固构件；15a、中间部分；15b、15b’、卡定块；15c、15c’、紧固部分；15ac、紧固主表面侧贯通孔；15bc、紧固侧贯通孔；15d、弯折片；15f、螺栓；15g、接合部；15h、固定区域；16、绝缘隔板；17、端面隔板；20、端板；20b、台阶部；20c、端板螺纹孔；81、建筑物；82、太阳能电池；83、充电电路；84、充电开关；85、dc/ac逆变器；86、负载；87、放电开关；88、电源控制器；91、车辆主体；93、电动机；94、发电机；95、dc/ac逆变器；96、发动机；97、车轮；98、充电插头；800、电源装置；801、二次电池单体；810、电池层叠体；815、紧固构件；815a、紧固主表面；815b、卡定块；815g、固定孔；820、端板；820b、止挡部；820c、嵌合部；900、电源装置；901、二次电池单体；902、隔板；903、端板；903a、角部；904、束紧条；904b、字母l形部分；906、螺栓；l1、第一直线；l2、第二直线；hv、ev、车辆。