JP6724061B2 - バッテリパック - Google Patents

Description

本発明は、電動車両を駆動するバッテリをケースの内部に収納したバッテリパックに関する。

燃料電池システムボックスの底壁に車幅方向に延びるハット状断面の前側スタックフレームおよび後側スタックフレームを設け、燃料電池の前後両端部を前側スタックフレームおよび後側スタックフレームの上面に支持したものが、下記特許文献１により公知である。

特開２００６−１７６１０５号公報

ところで、上記従来のものは、燃料電池の端部をスタックフレーム上面に支持しているため、燃料電池の上面の位置が高くなってしまい、燃料電池システムボックスの上下方向厚さが増加して車両の床下への搭載が難しくなる可能性があった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、電動車両のバッテリを収納するバッテリパックの上下方向寸法を小型化することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、電動車両を駆動するバッテリをケースの内部に収納したバッテリパックであって、前記ケースの底壁に車幅方向に延びる骨格部材が設けられ、前記骨格部材の断面形状は上壁、一対の側壁および一対のフランジを有して下向きに開放するハット状断面であり、前記フランジが前記ケースの底壁に固定され、前記バッテリの底面が前記フランジの上面に固定されることを特徴とするバッテリパックが提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、折り曲げた板材で構成される補強部材が前記ケースの車幅方向外側部に沿って設けられ、前記補強部材の下部が前記ケースの底壁下面に回り込んで重合部で固定され、前記バッテリの他の一部が前記重合部の上方で前記ケースの底壁に支持されることを特徴とするバッテリパックが提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項１または請求項２の構成に加えて、前記バッテリは複数のバッテリセルを積層して構成したバッテリモジュールであり、前記バッテリモジュールのセル積層方向は前記骨格部材に対して平行な方向であることを特徴とするバッテリパックが提案される。

また請求項４に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記バッテリは複数のバッテリセルを積層して構成したバッテリモジュールであり、前記バッテリモジュールのセル積層方向は前記骨格部材に対して直交する方向であり、前記バッテリモジュールのセル積層方向両端部が前記骨格部材に支持されることを特徴とするバッテリパックが提案される。

請求項１の構成によれば、電動車両を駆動するバッテリをケースの内部に収納したバッテリパックは、ケースの底壁に車幅方向に延びる骨格部材が設けられ、骨格部材の断面形状は上壁、一対の側壁および一対のフランジを有して下向きに開放するハット状断面であり、フランジがケースの底壁に固定され、バッテリの底面がフランジの上面に固定されるので、側面衝突の衝撃に対してケースを補強するための骨格部材を利用してバッテリを固定することで、特別のバッテリ支持部材を不要にしてバッテリパックの小型軽量化を図ることができるだけでなく、骨格部材の上面にバッテリの一部を固定する場合に比べてバッテリパックの高さ方向寸法を小形化することができる。

また請求項２の構成によれば、折り曲げた板材で構成される補強部材がケースの車幅方向外側部に沿って設けられ、補強部材の下部がケースの底壁下面に回り込んで重合部で固定され、バッテリの他の一部が重合部の上方でケースの底壁に支持されるので、ケースの車幅方向外側部に沿って設けられた側面衝突用の補強部材を利用してバッテリの重量を支持することで、バッテリケースに特別の補強を施す必要をなくして軽量化を図ることができる。

また請求項３の構成によれば、バッテリは複数のバッテリセルを積層して構成したバッテリモジュールであり、バッテリモジュールのセル積層方向は骨格部材に対して平行な方向であるので、バッテリケース内に無駄スペースを発生させずに骨格部材でバッテリを確実に支持することができる。

また請求項４の構成によれば、バッテリは複数のバッテリセルを積層して構成したバッテリモジュールであり、バッテリモジュールのセル積層方向は骨格部材に対して直交する方向であり、バッテリモジュールのセル積層方向両端部が骨格部材に支持されるので、バッテリケース内に無駄スペースを発生させずに骨格部材でバッテリを確実に支持することができる。

カバーを外したバッテリパックの平面図である。（第１の実施の形態） バッテリモジュールの斜視図である。（第１の実施の形態） 図１の３−３線断面図である。（第１の実施の形態） 図１の４−４線断面図である。（第１の実施の形態） 図１の５−５線断面図である。（第１の実施の形態） カバーを外したバッテリパックの平面図である。（第２の実施の形態）

第１の実施の形態

以下、図１〜図５に基づいて本発明の第１の実施の形態を説明する。

図１に示すように、電動車両の床下に搭載されるバッテリパック１１は、上面が開放する容器状のケース１２と、ケース１２の上面開口部を閉塞するカバー１３とを備える。ケース１２の底壁１２ａ上に前後方向に所定間隔を有して車幅方向に延びる３本のクロスメンバ１４…が設けられ、ケース１２の中心線上には、３本のクロスメンバ１４…と直交するように前後方向に延びる縦フレーム１５…が設けられる。縦フレーム１５…は、３本のクロスメンバ１４…と交差する位置で四つの部分に分割される。またケース１２の底壁１２ａが車幅方向両側の側壁１２ｂ，１２ｂに接する部分には、左右各４個の支持ブラケット１６…が設けられる。そしてクロスメンバ１４…、縦フレーム１５…および支持ブラケット１６…の上面に、１２個の直方体状のバッテリモジュール１７…が支持される。

図２に示すように、各バッテリモジュール１７は、直方体状のバッテリセル１８…を複数個積層し、その両端に更に一対の端板１９，１９を積層したものを底板２０の上面に載置し、一対の側板２１，２１をバッテリセル１８…および端版１９，１９の両側面に沿わせた状態で、その両端部をボルト２２…で端板１９，１９に締結するとともに、ボルト（不図示）で底板２０に締結して構成される。端板１９，１９から突出する底板２０の両端部には、それぞれ２個のボルト孔２０ａ，２０ａが形成される。

図１に戻り、１２個のバッテリモジュール１７…は、それらの長手方向を車幅方向に沿わせた状態で、ケース１２の中心線の左側に６個が前後方向に並置され、ケース１２の中心線の右側に６個が前後方向に並置される。そして各バッテリモジュール１７の底板２０に設けられた４個のボルト孔２０ａ…のうち、２個のボルト孔２０ａ，２０ａがクロスメンバ１４に支持され、残りの２個のボルト孔２０ａ，２０ａが縦フレーム１５および支持ブラケット１６にそれぞれ支持される。

図３および図４に示すように、クロスメンバ１４は、ハット状断面の下部部材２３に逆Ｕ字状断面の上部部材２４を上方から嵌合させたもので、上壁１４ａと、一対の側壁１４ｂ，１４ｂと、一対のフランジ１４ｃ，１４ｃとを備える。クロスメンバ１４は、縦フレーム１５と交差する車幅方向中央部では上部部材２４の高さが減少して下部部材２３に隙間なく嵌合し（図３参照）、それ以外の部分では上部部材２４の高さが増加して下部部材２３との間に空間が形成される（図４参照）。

クロスメンバ１４の一対のフランジ１４ｃ，１４ｃは基本的にケース１２の底壁１２ａに溶接されるが、クロスメンバ１４の車幅方向中央部および車幅方向両端部でフランジ１４ｃ，１４ｃは底壁１２ａから浮き上がって隙間が形成されており、その隙間に頭部を収納したスタッドボルト２５…が上向きに突出する。スタッドボルト２５…の数は、各クロスメンバ１４の車幅方向中央部に４本、各クロスメンバ１４の車幅方向両端部にそれぞれ２本である。クロスメンバ１４の上部部材２４の車幅方向両端部には一対の１４ｃ，１４ｃ（図４参照）が形成され、それらのフランジ１４ｃ，１４ｃはケース１２の底壁１２ａ，１２ａに溶接される。

クロスメンバ１４の車幅方向に離間する４カ所において、上壁１４ａの下面に溶接したウエルドナット２６…に上方からボルト２７…が螺合しており、各ボルト２７の頭部と上壁１４ａの上面との間に、第１カラー２８、フロアパネル２９、第２カラー３０、カバー１３および第３カラー３１が挟まれる。これにより、ケース１２の上面開口部をカバー１３で閉塞したバッテリパック１１が、フロアパネル２９の下面に吊り下げ支持される。

クロスメンバ１４に対して直交するように配置されて前後方向に延びる各縦フレーム１５は、前後方向両端部がケース１２の底壁１２ａに溶接され、底壁１２ａから浮き上がる前後方向中間部の下方の隙間に頭部を収納した４本（あるいは２本）のスタッドボルト２５…が上向きに突出する。同様に、各支持ブラケット１６は、ケース１２の側壁１２ｂに沿う位置で前後方向両端部がケース１２の底壁１２ａおよび側壁１２ｂに溶接される、底壁１２ａから浮き上がる前後方向中間部の下方の隙間に頭部を収納した２本（あるいは１本）のスタッドボルト２５，２５が上向きに突出する。

以上のようにしてケース１２に固定されたスタッドボルト２５…のうち、クロスメンバ１４に固定された２本のスタッドボルト２５，２５と、縦フレーム１５に固定された１本のスタッドボルト２５と、支持ブラケット１６に固定された１本のスタッドボルト２５とに、各バッテリモジュール１７の底板２０の四隅の４個のボルト孔２０ａ…が嵌合してナット４１…で締結される。このとき、各スタッドボルト２５に嵌合するカラー３２およびグロメット３３が底板２０の下面とフランジ１４ｃの上面との間に挟まれ、このグロメット３３に弾性支持されたウオータジャケット３４が伝熱部材３５を介してバッテリモジュール１７の底板２０の下面に当接する。

このようにしてバッテリパック１１のケース１２に収納された各バッテリモジュール１７は、バッテリセル１８…の積層方向をクロスメンバ１４に沿わせた状態で、底板２０の４個のボルト孔２０ａ…のうちの２個が、クロスメンバ１４のフランジ１４ｃ上に支持されることになる。

図５に示すように、バッテリパック１１のケース１２の左右両側縁には、折り曲げた第１板材３６、第２板材３７および第３板材３８を結合して中空閉断面に構成した補強部材３９，３９がそれぞれ設けられる。断面Ｚ字状の第１板材３６は、縦壁部３６ａがケース１２の側壁１２ｂの外面に沿うように配置され、下部フランジ３６ｂがケース１２の底壁１２ａの下面に溶接され、上部フランジ３６ｃがケース１２の外周フランジ１２ｃの下面に対向する。断面Ｃ字状の第２板材３７は、縦壁部３７ａが第１板材３６の縦壁部３６ａの車幅方向外側に配置され、上部フランジ３７ｂが第１板材３６の上部フランジ３６ｃの下面に重ね合わされて溶接される。Ｊ字状断面の第３板材３８は、車幅方向に延びる下壁部３８ａがケース１２の底壁１２ａの下面、第１板材３６の下部フランジ３６ｂの下面および第２板材３７の下部フランジ３７ｃの下面に溶接され、その車幅方向外端で折り返されて車幅方向内側に延びる上壁部３８ｂの車幅方向内端に設けた上部フランジ３８ｃが、第２板材３７の縦壁部３７ａの車幅方向外面に溶接される。

第３板材３８がケース１２の底壁１２ａの下面および第１板材３６の下部フランジ３６ｂの下面に重ね合わされて溶接される重合部４０の上方には、底壁１２ａの上面に固定された４個の支持ブラケット１６…が位置している。

次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用を説明する。

車両が側面衝突を受けたとき、バッテリパック１１のケース１２の左右の側壁１２ｂ，１２ｂに設けた補強部材３９，３９の中空閉断面部分が潰れて衝突エネルギーを吸収し、更に底壁１２ａの上面に設けられて車幅方向に延びる３本のハット状断面のクロスメンバ１４がケース１２の変形を抑制することで、搭載したバッテリモジュール１７…を保護することができる。そしてバッテリパック１１のケース１２を補強する強度部材であるクロスメンバ１４を利用してバッテリモジュール１７…を支持したので、バッテリモジュール１７…を支持するための特別のフレームを設ける場合に比べて重量およびスペースを節減することができる。

ところで、クロスメンバ１４の上壁１４ａの上面にバッテリモジュール１７を支持すると、バッテリモジュール１７の位置が高くなってバッテリパック１１の上下方向寸法が増加する可能性があるが、本実施の形態ではクロスメンバ１４の最も低い位置にあるフランジ１４ｃの上面にバッテリモジュール１７を支持したので、クロスメンバ１４の高さ分だけバッテリモジュール１７の位置を低くしてバッテリパック１１の上下方向寸法を小形化することができる。

またバッテリモジュール１７の車幅方向外端部を支持する支持ブラケット１６は、補強部材３９の第３板材３８の下壁部３８ａがケース１２の底壁１２ａの下面に回り込んで溶接される重合部４０の上方に重なる位置に設けられるので、補強材部材３９を利用して支持ブラケット１６の剛性を高めることで、バッテリモジュール１７を一層強固に支持することができる。

第２の実施の形態

次に、図６に基づいて本発明の第２の実施の形態を説明する。

第１の実施の形態では、バッテリモジュール１７…をバッテリパック１１のケース１２に搭載するときにセル積層方向を車幅方向に沿わせているが、第２の実施の形態では、セル積層方向を前後方向に沿わせている。すなわち、各バッテリモジュール１７は、前側の２個のボルト孔２０ａ，２０ａが前側のクロスメンバ１４のフランジ１４ｃに支持され、後側の２個のボルト孔２０ａ，２０ａが後側のクロスメンバ１４のフランジ１４ｃに支持される。従って、本実施の形態によれば、第１の実施の形態の支持ブラケット１６…のスタッドボルト２５…や、縦フレーム１５のスタッドボルト２５…が不要になる。

本実施の形態によっても、第１の実施の形態と同様の作用効果を達成することが可能である。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、本発明の骨格部材は実施の形態のクロスメンバ１４に限定されるものではない。

また実施の形態ではクロスメンバ１４を下部部材２３および上部部材２４の二つの部材で構成しているが、それを単一の部材で構成しても良い。

１２ ケース
１２ａ 底壁
１４ クロスメンバ（骨格部材）
１４ａ 上壁
１４ｂ 側壁
１４ｃ フランジ
１７ バッテリモジュール（バッテリ）
１８ バッテリセル
３９ 補強部材
４０ 重合部

Claims (4)

1. 電動車両を駆動するバッテリ（１７）をケース（１２）の内部に収納したバッテリパックであって、
   前記ケース（１２）の底壁（１２ａ）に車幅方向に延びる骨格部材（１４）が設けられ、前記骨格部材（１４）の断面形状は上壁（１４ａ）、一対の側壁（１４ｂ）および一対のフランジ（１４ｃ）を有して下向きに開放するハット状断面であり、前記フランジ（１４ｃ）が前記ケース（１２）の底壁（１２ａ）に固定され、前記バッテリ（１７）の底面が前記フランジ（１４ｃ）の上面に固定されることを特徴とするバッテリパック。
   
2. 折り曲げた板材で構成される補強部材（３９）が前記ケース（１２）の車幅方向外側部に沿って設けられ、前記補強部材（３９）の下部が前記ケース（１２）の底壁（１２ａ）下面に回り込んで重合部（４０）で固定され、前記バッテリ（１７）の他の一部が前記重合部（４０）の上方で前記ケース（１２）の底壁（１２ａ）に支持されることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリパック。
3. 前記バッテリ（１７）は複数のバッテリセル（１８）を積層して構成したバッテリモジュール（１７）であり、前記バッテリモジュール（１７）のセル積層方向は前記骨格部材（１４）に対して平行な方向であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のバッテリパック。
4. 前記バッテリ（１７）は複数のバッテリセル（１８）を積層して構成したバッテリモジュール（１７）であり、前記バッテリモジュール（１７）のセル積層方向は前記骨格部材（１４）に対して直交する方向であり、前記バッテリモジュール（１７）のセル積層方向両端部が前記骨格部材（１４）に支持されることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリパック。