WO2021024773A1

WO2021024773A1 - 電源装置及びこれを用いた電動車両並びに蓄電装置

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Publication number: WO2021024773A1
Application number: PCT/JP2020/028026
Authority: WO
Inventors: 宏行高橋
Original assignee: 三洋電機株式会社
Priority date: 2019-08-07
Filing date: 2020-07-20
Publication date: 2021-02-11
Also published as: JPWO2021024773A1; CN114175375A; US20220255181A1

Abstract

電池積層体が長くなった場合でも、電動車両等に固定する固定構造に大きな負荷がかからないようにするため、電源装置（１００）は、電力供給対象機器（ＰＤ）に固定するための電源装置（１００）であって、外装缶を角型とする複数の電池セル（１）と、複数の電池セル（１）を積層した電池積層体の両側端面を覆う一対のエンドプレート（２０）と、複数の電池セル（１）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、一対のエンドプレート（２０）をそれぞれ電力供給対象機器（ＰＤ）に固定するためのブラケット（６０）と、エンドプレート（２０）とブラケット（６０）の界面の少なくとも一で、該エンドプレート（２０）を電池積層体を積層方向に摺動させるガイド機構（７０）と、エンドプレート（２０）とブラケット（６０）の少なくとも一の界面に配置された弾性体（７５）とを備える。

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いる。また電池セルは、充放電によって外装缶が膨張することが知られている。一般的には、図１２の斜視図に示すように、電源装置９００は角型の外装缶の電池セル９０１を、絶縁性のスペーサ９０２と交互に積層した電池積層体の両側の端面に、それぞれエンドプレート９０３を配置し、エンドプレート９０３同士を金属製のバインドバー９０４で締結している。

　また、このような電源装置９００は、図１３に示すようにエンドプレートやバインドバー９０４をブラケット９６０を介して電動車両等にボルトで締結するなどして固定されている。

　一方で、近年の高容量化の要求に伴い、電池積層体を構成する電池セルの積層数が増大する傾向にある。このような構成においては、各電池セルが膨張する膨化量が累積されて、電池積層体全体の伸び量が増える。この結果、電源装置を電動車両等に固定するブラケットの固定点に大きな負荷が掛かるという問題があった。例えば図１３の側面図に示すような長さの電源装置９００に対して、図１４の側面図に示す電源装置７００のように電池セルの積層数を増やすと、積層数に応じて延び量も累積されて大きくなる結果、電源装置を固定するブラケット７６０の固定点に印加される応力負荷も過大となって、疲労や劣化が懸念される。

　また電池積層体の長尺化が進むと、膨化力を受けるバインドバー７０４も長尺となって伸び量が増えるため、さらにブラケットに対する応力が大きくなる。このような伸び量に対応したブラケット７６０やボルトを準備しようとすると、ブラケット７６０の材質を高価なタイプに変更したり、板厚を増したりボルト径や本数が増えるなど、コストアップと重量増を招くという問題があった。

国際公開第２０１８／０１２２２４号

　本発明の目的の一は、電池積層体が長くなった場合でも、電動車両等に固定する固定構造に大きな負荷がかからな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、電力供給対象機器に固定するための電源装置であって、外装缶を角型とする複数の電池セルと、前記複数の電池セルを積層した電池積層体の両側端面を覆う一対のエンドプレートと、前記複数の電池セルの積層方向に沿って延長された板状で、前記電池積層体の対向する側面にそれぞれ配置されて、前記エンドプレート同士を締結する複数の締結部材と、前記一対のエンドプレートをそれぞれ電力供給対象機器に固定するためのブラケットと、前記エンドプレートと前記ブラケットの界面の少なくとも一で、該エンドプレートを前記電池積層体を積層方向に摺動させるガイド機構と、前記エンドプレートと前記ブラケットの少なくとも一の界面に配置された弾性体とを備える。

　上記構成により、電池セルの膨張によって電池積層体が変位しても、ガイド機構によってエンドプレートが積層方向に沿って移動することを許容しつつ、弾性体によって電池積層体を安定的に保持することが可能となる。よって、電池セルの積層数が増えて変位が大きくなっても、エンドプレートや締結部材の固定部分に過度の負荷がかかる事態を避けて、膨張や収縮を許容しながら安定的に電源装置を保持でき、信頼性が高められる。

実施形態１に係る電源装置を電力供給対象機器に固定した状態を示す模式側面図である。図１の電源装置の分解斜視図である。図２の電源装置のＩＩＩ－ＩＩＩ線における要部拡大断面図である。図２の電源装置の更なる分解斜視図である。電源装置の固定位置を示す断面図である。実施形態２に係る電源装置の要部拡大側面図である。実施形態３に係る電源装置の側面図である。実施形態４に係る電源装置の側面図である。エンジンとモータで走行するハイブリッド車に電源装置を搭載する例を示すブロック図である。モータのみで走行する電気自動車に電源装置を搭載する例を示すブロック図である。蓄電用の電源装置に適用する例を示すブロック図である。従来の電源装置を示す分解斜視図である。電源装置をブラケットを介して電動車両等に固定する様子を示す側面図である。電池積層体を長くした電源装置をブラケットを介して電動車両等に固定する様子を示す側面図である。

　本発明の実施形態は、以下の構成によって特定されてもよい。

　本発明の一実施形態に係る電源装置は、前記ガイド機構が、前記エンドプレートから突出させたガイド軸と、前記ブラケットに開口されたガイド筒とで構成されている。上記構成により、ガイド筒に挿入したガイド軸を摺動させることで、ブラケットとエンドプレートとの界面における変位をスムーズに行うことが可能となる。

　本発明の他の実施形態に係る電源装置は、前記ガイド筒が、前記ガイド軸を摺動自在に圧入したブッシュを備える。上記構成により、ガイド軸をブッシュに圧入してがたつきを低減し、安定した摺動が得られる。

　また、本発明の他の実施形態に係る電源装置は、前記弾性体が、ばね材である。

　さらにまた、本発明の他の実施形態に係る電源装置は、前記エンドプレートと前記ブラケットの界面のそれぞれに、前記ガイド機構と弾性体を設けている。上記構成により、電源装置の長手方向の両側で、電池積層体の伸縮を吸収しつつ安定的に保持できる。

　さらにまた、本発明の他の実施形態に係る電源装置は、前記電池積層体の、積層方向の中央を、電力供給対象機器に固定している。上記構成により、電池積層体の中央を固定した状態で、電池セルの膨張、収縮によって両側の端面に生じる変位を、ガイド機構と弾性体により吸収す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、さらに前記電池積層体の下面を覆う下部プレートを備えており、前記複数の締結部材は、前記下部プレートの上面に前記電池積層体を載置した状態で前記エンドプレート同士を締結している。

　さらにまた、本発明の他の実施形態に係る電源装置は、さらに、前記下部プレートの上面と、前記電池積層体の下面との間に介在されて、前記下部プレートと電池積層体とを熱結合状態とする伝熱シートを備えている。

　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。
［実施形態１］

　本発明の実施形態１に係る電源装置１００を、図１～図４にそれぞれ示す。これらの図において、図１は実施形態１に係る電源装置１００を電力供給対象機器ＰＤに固定した状態を示す模式側面図、図２は図１の電源装置１００の分解斜視図、図３は図２の電源装置１００のＩＩＩ－ＩＩＩ線における要部拡大断面図、図４は図２の電源装置１００の更なる分解斜視図を、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、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、一対のエンドプレート２０をそれぞれ電力供給対象機器ＰＤに固定するためのブラケット６０を備える。
（電力供給対象機器ＰＤ）

　電源装置１００は、電動車両等の電力供給対象機器ＰＤに固定するためのブラケット６０を備えている。ブラケット６０は、電源装置１００の長手方向、すなわち電池セル１の積層方向の端面に固定されている。図１の例では、電動車両に形成されたねじ穴ＢＨに、ブラケット６０に開口されたブラケット固定穴６３にプレート固定ボルト６２などを用いて螺合して固定している。これにより、電源装置１００の長手方向の両端が電力供給対象機器ＰＤに固定される。
（ブラケット６０）

　ブラケット６０は、図１～図３に示すように、Ｌ字状に折曲された金属片で構成される。ブラケット６０を各エンドプレート２０にそれぞれ固定した状態で、図１の側面図に示すように各ブラケット６０の底面と電池積層体１０の底面側がほぼ同一平面状となるように構成することで、電力供給対象機器ＰＤの平面上に載置して固定し易くできる。ただブラケット６０の形状は一例であり、電力供給対象機器に固定可能な任意の形状が利用できる。例えばエンドプレートの中間部分から突出させるようにブラケットを突出させて、電源装置を浮かせるようにして固定してもよい。また、ブラケットを利用することなく、電源装置を直接電力供給対象機器に固定する構造としてもよい。
（電源装置１００）

　電源装置１００は、図４の分解斜視図に示すように、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、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。

　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。

　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。
（電池積層体１０）

　電池積層体１０は、図４の分解斜視図に示すように、正負の電極端子２を備える複数の電池セル１と、これら複数の電池セル１の電極端子２に接続されて、複数の電池セル１を並列かつ直列に接続するバスバー（図示せず）を備える。これらのバスバーを介して複数の電池セル１を並列や直列に接続している。電池セル１は、充放電可能な二次電池である。電源装置１００は、複数の電池セル１が並列に接続されて並列電池グループを構成すると共に、複数の並列電池グループが直列に接続されて、多数の電池セル１が並列かつ直列に接続される。図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。
（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４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４等に示すように、電池セル１を左右反転させて積層し、隣接して接近する正極と負極の電極端子２をバスバーで接続することで、隣接する電池セル１同士を直列に接続できるようにしている。なお、本発明は、電池積層体を構成する電池セルの個数とその接続状態を特定しない。後述する他の実施形態も含めて、電池積層体を構成する電池セルの個数、及びその接続状態を種々に変更することもできる。

　複数の電池セル１は、各電池セル１の厚さ方向が積層方向となるように積層されて、電池積層体１０を構成している。電池積層体１０は、正負の電極端子２を設けている端子面１Ｘ、図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。

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

　さらに、図４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とバスバーとを絶縁しながら、複数のバスバーを電池積層体の上面の定位置に配置できる。

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

　エンドプレート２０は、図４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４に示すように、電池積層体１０の側面に沿う所定の幅と所定の厚さを有する金属製で、電池積層体１０の両側面に対向して配置されている。この締結部材１５には、鉄などの金属板、好ましくは、鋼板が使用できる。金属板からなる締結部材１５は、プレス成形等により折曲加工されて所定の形状に形成される。

　この締結部材１５は、図４の分解斜視図に示すように、締結主面１５ａの長手方向の端部、すなわち電池積層体１０の積層方向の両端において、Ｌ字状に折曲させたエンドプレート係止片１５ｂを設けている。このエンドプレート係止片１５ｂを、エンドプレート２０に螺合するなどして、エンドプレート２０同士を固定する。

　なお、締結部材１５の形状や、エンドプレート２０との締結構造は、既知の構造を適宜利用できる。例えば締結部材の両端をＬ字状に折曲させることなく平板状とし、エンドプレートの側面と螺合するよう構成してもよい。あるいは締結部材がエンドプレートの側面と対向する部分を、段差状に係合する係合構造として、締結部材をエンドプレートの側面に係合構造でもって係合した状態で、さらに螺合させる構造としてもよい。

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

　特に、電池セルの積層数が多い、図１４に示すような長尺の電源装置７００においては、電池セルの膨張や収縮による電池積層体の全長の変位量が大きいため、電源装置７００を電力供給対象機器ＰＤに固定するブラケット７６０に大きな負荷がかかる。例えば電池セルのセル数が１２セルから３６セルになると、伸び量が約２．７倍となり、応力負荷もこれに比例して大きくなる。このような長尺の電源装置に対して、上述したガイド機構と弾性体を有する電源装置は有利となる。具体的には、電池積層体の平面視における矩形状のアスペクト比が５以上の長尺の電源装置に対して、有効となる。例えば、電池積層体１０の長辺が概ね１ｍ～１ｍ２０ｃｍ程度、短辺が概ね１４０ｍｍ～１７０ｍｍ程度の電源装置１００に対して、電力供給対象機器ＰＤに固定する固定構造に大きな負荷が掛かる事態を回避できる。

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

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

　伝熱シート４０は、絶縁性を備えつつ、熱伝導性に優れた材質で構成される。また伝熱シート４０は弾性又は可撓性を有しており、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。

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

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

　下部プレート５０は、電池積層体１０の下面を覆う。この下部プレート５０には、熱伝導性に優れた金属製の放熱板等が利用できる。また下部プレート５０は、内部に冷媒の循環経路を備えるなど、冷却機構を備えてもよい。これにより、冷媒冷却によって効率良く電池積層体１０を放熱、冷却できると共に、伝熱シート４０によって電池積層体１０と下部プレート５０の熱結合状態を好適に維持できる。
（ガイド機構７０）

　さらに電源装置１００は、電池セル１の膨張、収縮により電池積層体１０が積層方向に伸縮しても、その変位を吸収してブラケット６０への負荷を軽減するよう、ガイド機構７０を設けている。ガイド機構７０は、図１の側面図及び図３の拡大断面図に示すように、エンドプレートとブラケット６０の界面に設けられる。

　ガイド機構７０は、例えばガイド軸７１と、このガイド軸７１を挿入するガイド筒７２の組み合わせとできる。図２等の例では、エンドプレートからガイド軸７１を突出させると共に、ブラケット６０側には、このガイド軸７１と対向する位置に、ガイド筒７２を開口している。これにより、ガイド筒７２に挿入したガイド軸７１を摺動させることで、ブラケット６０とエンドプレート２０との界面における変位をスムーズに行うことが可能となる。

　またガイド筒７２は、ガイド軸７１を摺動自在に圧入したブッシュとしてもよい。ブッシュを樹脂等の可撓性部材で構成することにより、ガイド筒７２の内面とガイド軸７１の外面との間のがたつきを低減してスムーズな摺動が得られる。また騒音の発生や摺動面の摩耗も低減される。

　ガイド筒７２の長さは、図３の例ではブラケット６０の厚さとしているが、これよりも長くしてもよい。例えばガイド筒をブラケットの背面側（図３において左側）に突出させてもよい。このような構成によって、ガイド軸のストロークを長くしても安定的にガイド筒で保持することが可能となる。
（弾性体７５）

　弾性体７５はエンドプレートとブラケット６０の界面に介在されて、これらの界面に反発力を付与する。特に図１の構成においては、ブラケット６０が電力供給対象機器ＰＤ側に固定されているため、弾性体７５はエンドプレート２０側を付勢する状態となる。これにより、電池積層体１０が膨張や収縮によって全長を変化させても、ブラケット６０同士の間でがたつきを生じることなく、安定的に保持される。

　弾性体７５は、ばね材が好適に利用できる。図２等の例では、コイルばねをブラケット６０とエンドプレート２０との界面に介在させている。コイルばねは両端をそれぞれブラケット６０及びエンドプレート２０と固定することで、コイルばねをブラケット６０とエンドプレート２０の界面で安定的に保持できる。

　弾性体７５は、図３の例ではコイルばねとする例を説明したが、本発明は弾性体の形状をこれに限定するものでなく、他の形状を適宜採用できる。例えば板バネやトーションばね、あるいはゴム状の円柱や角柱などのブロック状としてもよい。特にゴム状の弾性体は、金属製のばねに比べて絶縁性に優れ、安全性の観点から好ましい。

　なお図２の例では、電池積層体１０はその両側に配置されたブラケット６０の間で、弾性体７５によって付勢された状態に保持される。いいかえると、電池積層体１０自体は電力供給対象機器ＰＤに固定されていない状態となる。一方で、電池積層体１０を電力供給対象機器ＰＤに固定することもできる。特に重量のある電池積層体１０を電力供給対象機器ＰＤに安定的に固定するためには、電池積層体１０と電力供給対象機器ＰＤとの物理的な固定構造を付加することが有利となる。電池積層体１０を電力供給対象機器ＰＤに固定するには、例えば電池積層体１０の底面側を電力供給対象機器ＰＤに直接、あるいは治具などの固定部材を介して行うことができる。また、固定位置ＦＰは、図５の側面図に示すように、電池積層体１０の積層方向の中央とすることが好ましい。特に電池積層体１０の全長が、積層方向の両方向（図５において左右）に変化することを考慮すると、電池積層体１０の中央を固定することで、左右への伸縮を、各端面のエンドプレート２０に設けたガイド機構７０と弾性体７５によって吸収し、安定的に固定できる。なお電池積層体１０の固定位置は、電源装置１００’の長手方向の中心とする必要はなく、中心の近傍とすれば足りる。また、シミュレーション等により電池積層体１０の左右方向への伸縮量に差があると想定される場合には、これに応じて固定位置を調整してもよい。

　図２等の例では、ガイド軸７１やガイド筒７２を、ブラケット６０とエンドプレート２０との各界面において一箇所のみ設ける例を説明したが、本発明はこの構成に限られず、ブラケットとエンドプレートとの各界面で、ガイド軸とガイド筒の組み合わせを複数設けてもよい。これによって、ブラケットとエンドプレートとの摺動の強度と安定性を増し、平行姿勢を維持して高い信頼性で変位できる利点が得られる。複数のガイド軸とガイド筒を設ける配置例としては、ガイド軸とガイド筒の組を２つ、横並びに配置する他、ブラケットとエンドプレートの界面の四隅にそれぞれガイド軸とガイド筒の組を配置してもよい。また、ガイド軸とガイド筒の組に限らず、弾性体も複数個、ブラケットとエンドプレートの界面に配置してもよい。
［実施形態２］

　なお、図１の例では、エンドプレート２０側にガイド軸７１を設け、ブラケット６０側にガイド筒７２を設ける構成を示したが、本発明はこの構成に限らず、例えばエンドプレート側にガイド筒を設け、ブラケット側にガイド軸を設ける構成としてもよい。このような例を実施形態２に係る電源装置２００として、図６の拡大断面図に示す。この電源装置２００では、エンドプレート２０Ｂがガイド筒７２Ｂを備え、ブラケット６０Ｂがガイド軸７１Ｂを備える。このような構成であっても、同様にエンドプレート２０Ｂをガイド機構７０Ｂでもって直線的に変位させつつ、その変位をブラケット６０Ｂ側に伝達しないよう、弾性体７５で吸収することが可能となる。
［実施形態３］

　また、以上の例ではガイド機構７０と弾性体７５を別個の部材としてエンドプレート２０とブラケット６０との界面に設ける例を説明したが、本発明はこの構成に限られず、これらガイド機構と弾性体を一体的に構成してもよい。このような例を実施形態３に係る電源装置３００として、図７の拡大断面図に示す。この電源装置３００は、図３と同様、ガイド軸７１Ｃをエンドプレート２０Ｃ側から突出させ、ブラケット６０Ｃに開口したガイド筒７２Ｃに挿入する。一方で、弾性体７５Ｃをコイルばね状として、コイルばねのループをガイド筒７２Ｃの内径よりも大きくする。さらにコイルばねのループにガイド軸７１Ｃを通すように配置することで、図７に示すようにガイド軸７１Ｃの周囲でブラケット６０Ｃ及びエンドプレート２０Ｃを押圧して、ブラケット６０Ｃとエンドプレート２０Ｃとの界面を付勢し、ブラケット６０Ｃとエンドプレート２０Ｃとの距離の変化を許容しつつも、エンドプレート２０Ｃを保持できる。この構成であれば、ガイド機構７０Ｃと弾性体７５Ｃをコンパクトにまとめて省スペースに配置できる利点が得られる。
［実施形態４］

　なお、上述した例では、各エンドプレート２０とブラケット６０の間にそれぞれガイド機構７０と弾性体７５を設けた例を説明したが、本発明はこの構成に限らず、一方のエンドプレートとブラケットとの界面にのみ、ガイド機構と弾性体を設ける構成としてもよい。このような例を実施形態４に係る電源装置４００として図８の側面図に示す。この図に示す電源装置４００は、図において左側のエンドプレート２０とブラケット６０との界面に、ガイド機構７０と弾性体７５を配置しており、右側のエンドプレート２０とブラケット６０との界面にはこれらを配置していない。このような構成であっても、電池積層体１０の想定される変位量を、片側のガイド機構７０と弾性体７５で十分吸収可能であれば、適用できる。また、片側のみにガイド機構７０と弾性体７５を設けることで、構成を簡素化できる利点が得られる。

　このようにして、電池セル１の膨張によって電池積層体１０が変位しても、ガイド機構７０によってエンドプレート２０が積層方向に沿って移動することを許容しつつ、弾性体７５によって電池積層体１０を安定的に保持することが可能となる。よって、電池セル１の積層数が増えて変位が大きくなっても、エンドプレート２０や締結部材１５の固定部分に過度の負荷がかかる事態を避けて、膨張や収縮を許容しながら安定的に電源装置を保持でき、信頼性が高められる。

　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９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９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１０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１１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１１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、１００’、２００、３００、４００、７００、９００…電源装置、１…電池セル、１Ｘ…端子面、１ａ…外装缶、１ｂ…封口板、２…電極端子、１０…電池積層体、１５…締結部材；１５ａ…締結主面；１５ｂ…エンドプレート係止片、１６…絶縁スペーサ、１７…端面スペーサ、２０、２０Ｂ、２０Ｃ、５２０、６２０…エンドプレート、３０…絶縁シート、４０…伝熱シート、５０…下部プレート、６０、６０Ｂ、６０Ｃ、７６０…ブラケット、６２…プレート固定ボルト、６３…ブラケット固定穴、７０、７０Ｂ、７０Ｃ…ガイド機構、７１、７１Ｂ、７１Ｃ…ガイド軸、７２、７２Ｂ、７２Ｃ…ガイド筒、７５、７５Ｃ…弾性体、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、９０１…電池セル、９０２…スペーサ、９０３…エンドプレート、７０４、９０４…バインドバー、７６０、９６０…ブラケット、ＰＤ…電力供給対象機器、ＢＨ…ねじ穴、ＦＰ…固定位置、ＨＶ、ＥＶ…車両

Claims

　電力供給対象機器に固定するための電源装置であって、
　外装缶を角型とする複数の電池セルと、
　前記複数の電池セルを積層した電池積層体の両側端面を覆う一対のエンドプレートと、
　前記複数の電池セルの積層方向に沿って延長された板状で、前記電池積層体の対向する側面にそれぞれ配置されて、前記エンドプレート同士を締結する複数の締結部材と、
　前記一対のエンドプレートをそれぞれ電力供給対象機器に固定するためのブラケットと、
　前記エンドプレートと前記ブラケットの界面の少なくとも一で、該エンドプレートを前記電池積層体を積層方向に摺動させるガイド機構と、
　前記エンドプレートと前記ブラケットの少なくとも一の界面に配置された弾性体と、を備える電源装置。
　請求項１に記載の電源装置であって、
　前記ガイド機構が、
　　前記エンドプレートから突出させたガイド軸と、
　　前記ブラケットに開口されたガイド筒とで構成されてなる電源装置。
　請求項２に記載の電源装置であって、
　前記ガイド筒が、前記ガイド軸を摺動自在に圧入したブッシュを備える電源装置。
　請求項１～３のいずれか一項に記載の電源装置であって、
　前記弾性体が、ばね材である電源装置。
　請求項１～４のいずれか一項に記載の電源装置であって、
　前記エンドプレートと前記ブラケットの界面のそれぞれに、前記ガイド機構と弾性体を設けてなる電源装置。
　請求項１～５のいずれか一項に記載の電源装置であって、
　前記電池積層体の、積層方向の中央を、電力供給対象機器に固定してなる電源装置。
　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、
　前記電池積層体の下面を覆う下部プレートを備えており、
　前記複数の締結部材は、前記下部プレートの上面に前記電池積層体を載置した状態で前記エンドプレート同士を締結してなる電源装置。
　請求項７に記載の電源装置であって、さらに、
　前記下部プレートの上面と、前記電池積層体の下面との間に介在されて、前記下部プレートと電池積層体とを熱結合状態とする伝熱シートと、を備える電源装置。
　請求項１～８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。
　請求項１～８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。