JP7011632B2 - バッテリパック - Google Patents

Description

本発明は、電動車両などに搭載されるバッテリパックに関する。

近年、駆動源としてエンジンのみを搭載したガソリン車に代わって、モータを駆動源とする電気自動車、エンジン及びバッテリを駆動源とするハイブリッド自動車等の電動車両が知られている。これらの電動車両では、モータに電力を供給するバッテリを搭載する。例えば、特許文献１に記載の電動車両では、床下に複数のバッテリを収容したバッテリケースが搭載されている。

このような電動車両では、モータで走行できる走行距離を伸ばすために、より多くのバッテリを搭載する必要がある。より多くのバッテリを搭載するためには、それぞれバッテリを収容した２つのバッテリケースを上下方向に重ねて固定することで、１つのバッテリパックを構成することが考えられる。

特開２０１１－６０５４２号公報

しかしながら、２つのバッテリケースを上下方向に重ねて固定する場合、２つのバッテリケースに収容されるバッテリを避けた位置に固定部を設けると、バッテリパックの水平方向における寸法が大型化してしまう。また、２つのバッテリケースに収容されるバッテリの重複領域に固定部を設けると、バッテリパックの上下方向における寸法が大型化してしまう。

本発明は、上下に重ねて配置された第１ケースと第２ケースとを固定する固定部によって大型化することを抑制可能なバッテリパックを提供する。

本発明は、複数のバッテリセルが積層された下セル積層体と、
複数のバッテリセルが積層された上セル積層体と、
前記下セル積層体を収容する第１ケース本体と、該第１ケース本体の上方の開口部を覆う第１ケースカバーと、を備える第１ケースと、
前記第１ケースカバーの上方に設けられ、且つ、前記上セル積層体を収容する第２ケースと、を備えるバッテリパックであって、
前記上セル積層体は前記下セル積層体に対して上下方向に直交する第１方向の一方側に突出して配置され、
上方から見て、
前記上セル積層体及び前記下セル積層体は、前記上セル積層体及び前記下セル積層体が重なる重複領域を有し、
前記第１方向において前記重複領域よりも前記一方側、且つ、上方から見て前記上セル積層体と重なり前記下セル積層体と重ならない位置であって前記上セル積層体の下方に、前記第１ケースカバーと前記第２ケースのボトムプレートとを固定する第１固定部が設けられ、
前記第１方向において前記重複領域よりも他方側、且つ、上方から見て前記下セル積層体と重なり前記上セル積層体と重ならない位置であって前記下セル積層体の上方に、第１ケースカバーと前記第２ケースのボトムプレートとを固定する第２固定部が設けられ、
前記第１固定部では、前記第１ケースカバーが下方に突出し、
前記第２固定部では、前記ボトムプレートが上方に突出する。

本発明によれば、上下に重ねて配置された第１ケースと第２ケースとを固定する固定部によってバッテリパックが大型化することを抑制できる。

本発明の第１実施形態のバッテリパックの斜視図である。 図１のバッテリパックの分解斜視図である。 図１のバッテリパックの内部の上セル積層体と下セル積層体との位置関係を示す平面図である。 図３のＡ－Ａ断面図である。 図４の要部拡大図である。 第１実施形態の変形例のバッテリパックの要部断面図である。 本発明の第２実施形態のバッテリパックの分解斜視図である。 図７のバッテリパックの内部の上セル積層体と下セル積層体との位置関係を示す平面図である。 図８のＢ－Ｂ断面図である。

以下、本発明のバッテリパックの各実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図面には、バッテリパックの前方をＦｒ、後方をＲｒ、左側をＬ、右側をＲ、上方をＵ、下方をＤ、として示す。なお、このバッテリパックの前後左右上下は、バッテリパックが搭載される車両の前後左右上下とは無関係である。

＜第１実施形態＞
図１及び図２に示すように、本実施形態のバッテリパック１は、第１バッテリパック１０と、第１バッテリパック１０の上部に配置される第２バッテリパック２０と、を備える。

第１バッテリパック１０は、複数（この例では４つ）のバッテリモジュール（以下、「下バッテリモジュール」と称す）１１と、下バッテリモジュール１１を収容する第１ケース１０Ａと、を備える。第１ケース１０Ａは、第１ケース本体１２と、第１ケース本体１２の上方の開口部を塞ぐ第１ケースカバー１３と、により構成される。

図２及び図４に示すように、下バッテリモジュール１１は、前後方向に複数のバッテリセル１１ａを積層することで構成される下セル積層体４と、上部に配置された配電部材１４と、下セル積層体４の前後方向の両側に配置された一対のエンドプレート１５と、を備える。下バッテリモジュール１１は、前後方向と直交する左右方向に並べて配置されている。配電部材１４は、例えば、隣接する端子同士を連結する複数のバスバーを保持するバスバープレートである。

図１及び図２に示すように、第２バッテリパック２０は、２つのバッテリモジュール（以下、「上バッテリモジュール」と称す）２１と、上バッテリモジュール２１を収容する第２ケース２０Ａと、を備える。第２ケース２０Ａは、２つの上バッテリモジュール２１が設置されるボトムプレート２３と、ボトムプレート２３を覆う第２ケースカバー２４と、を備える。

各上バッテリモジュール２１は、それぞれ左右方向に複数のバッテリセル２１ａを積層することで構成される上セル積層体５と、上部に配置された配電部材と、を備える。上バッテリモジュール２１は、バッテリセル２１ａの積層方向と同じ方向である左右方向に並べて配置されている。

第１バッテリパック１０の上部に配置される第２バッテリパック２０は、第１バッテリパック１０の前方に配置される。そのため、バッテリパック１の高さは、前方で高く、後方で低くなっており、車両のシート座面に沿うようになっている。これにより、乗員の快適性を損なうことなく、バッテリパック１を車両のシート下に配置することができる。

図２に示すように、第１ケースカバー１３の左右方向の両端近傍には、第１連通孔１３ａ及び第２連通孔１３ｂが設けられている。第２バッテリパック２０のボトムプレート２３の左右方向の両端近傍には、第１ケースカバー１３の第１連通孔１３ａ及び第２連通孔１３ｂと連通する第１連通孔２３ａ及び第２連通孔２３ｂが設けられている。下バッテリモジュール１１と上バッテリモジュール２１とは、第１連通孔１３ａ、２３ａ及び第２連通孔１３ｂ、２３ｂを通る不図示の導通部材によって電気的に接続されている。

図３及び図４に示すように、上セル積層体５は下セル積層体４に対して前方側に突出して配置されており、上方から見て、上セル積層体５及び下セル積層体４は、互いに重なる重複領域Ｒ（図３の斜線部）を有している。

第１バッテリパック１０と第２バッテリパック２０とは、ボルト等の締結部材３３で互いに固定される。具体的には、第１ケース１０Ａの第１ケースカバー１３と第２ケース２０Ａのボトムプレート２３とが締結部材３３で固定される。ここで、上セル積層体５及び下セル積層体４の重複領域Ｒに固定部を設けると、バッテリパック１の寸法が大型化してしまう。一方、上セル積層体５及び下セル積層体４の重複領域Ｒを避けて上セル積層体５及び下セル積層体４よりも外側に張り出すフランジを設け、このフランジに固定部を配置することも可能であるが、フランジが水平方向に張り出すためバッテリパック１の寸法が大型化してしまう。

そこで、本実施形態のバッテリパック１では、図３～図５に示すように、重複領域Ｒよりも前方側、且つ、上セル積層体５の下方に、第１ケースカバー１３と第２ケース２０Ａのボトムプレート２３とを固定する第１固定部３１が設けられている。また、重複領域Ｒよりも後方側、且つ、下セル積層体４の上方に、第１ケースカバー１３と第２ケース２０Ａのボトムプレート２３とを固定する第２固定部３２が設けられている。

図４及び図５に示すように、第１固定部３１では、第１ケースカバー１３が下方に突出し、第２固定部３２では、ボトムプレート２３が上方に突出している。

上記構成によれば、上セル積層体５と下セル積層体４が重なる重複領域Ｒを避けた位置であって上セル積層体５の下方に第１固定部３１を配置し、該重複領域Ｒを避けた位置であって下セル積層体４の上方に第２固定部３２を配置することで、第１固定部３１及び第２固定部３２によってバッテリパック１の水平方向の寸法が大きくなるのを抑制できる。また、第１固定部３１では第１ケースカバー１３が下方に突出し、第２固定部３２ではボトムプレート２３が上方に突出するので、第１ケースカバー１３及びボトムプレート２３の全体を肉厚にする必要がなく、固定部３１、３２のみ突出させることで、バッテリパック１の上下方向の寸法が大きくなるのを抑制できる。

図５に示すように、下バッテリモジュール１１の上面１１ｓは第１固定部３１の下端３１ａより上方に位置している。この構成によれば、下バッテリモジュール１１の上面１１ｓと第１ケースカバー１３との間のクリアランスを小さくでき、バッテリパック１の高さ寸法を抑えることができる。

また、一対のエンドプレート１５の高さＨ１は、下セル積層体４の高さＨ２よりも低く、第１固定部３１は、重複領域Ｒよりも前方側に位置するエンドプレート１５の上方に位置している。この構成によれば、下セル積層体４より高さの低いエンドプレート１５を第１固定部３１の下方に位置させることで、エンドプレート１５の上方の空間を有効に活用して第１固定部３１を配置し、バッテリパック１の体積増加を抑えることができる。

また、第１ケースカバー１３とボトムプレート２３との間には、温調媒体が流れる温調流路４０が設けられている。温調媒体は、水、油、ＡＴＦ（Automatic Transmission Fluid）等の液状媒体であってもよく、空気等の気体であってもよい。言い換えると、温調流路４０は水冷式でもよく、空冷式でもよい。このように、第１ケースカバー１３とボトムプレート２３との間の空間に温調流路４０を設けることで、上セル積層体５を少ない部品点数で効果的に冷却することができる。また、温調流路４０は、前後方向において第１固定部３１と第２固定部３２との間に配置されているので、温調流路４０を流れる温調媒体の圧力で第１ケースカバー１３及びボトムプレート２３が撓むのを抑制できる。

図６は、第１実施形態の変形例を示すバッテリパックの要部断面図である。本変形例では、第１ケースカバー１３及びボトムプレート２３が温調流路４０を流れる温調媒体の圧力で撓むのをさらに防止するための撓み抑制構造が搭載されている。具体的に説明すると、第１ケースカバー１３には、温調流路４０内に上方に向かって延びる第１突起部１６が設けられ、ボトムプレート２３には、温調流路４０内に下方に向かって延びる第２突起部１７が設けられている。第１突起部１６及び第２突起部１７は、互いに前後方向に接触可能に隣接して配置されている。この構成によれば、第１ケースカバー１３の第１突起部１６とボトムプレート２３の第２突起部１７とが接触することによって、温調流路４０を流れる温調媒体の圧力で第１ケースカバー１３が撓むのを抑えることができる。なお、第１突起部１６及び第２突起部１７の数、形状、位置は適宜変更することができる。

＜第２実施形態＞
次に第２実施形態のバッテリパック１について図７～図９を参照しながら説明する。
第２実施形態のバッテリパック１は、第１バッテリパック１０の構成が第１実施形態とは異なる。なお、以下では、第１実施形態との相違点についてのみ説明し、第１実施形態と同一又は同等の構成については同一符号を付して説明を省略する。

本実施形態の第１バッテリパック１０は、図７に示すように、前部に２つの下バッテリモジュール１１（以下、前下バッテリモジュール１１Ｆとも称する。）が左右方向に並べて配置され、この２つの前下バッテリモジュール１１Ｆの後方に、４つの下バッテリモジュール１１（以下、後下バッテリモジュール１１Ｒとも称する。）が左右方向に並べて配置されている。前下バッテリモジュール１１Ｆの下セル積層体４は、左右方向に複数のバッテリセル１１ａを積層することで構成され、後下バッテリモジュール１１Ｒの下セル積層体４は、前後方向に複数のバッテリセル１１ａを積層することで構成される。

図８に示すように、上セル積層体５は前下バッテリモジュール１１Ｆの下セル積層体４に対して前方側に突出して配置されており、上方から見て、上セル積層体５及び前下バッテリモジュール１１Ｆの下セル積層体４は、互いに重なる重複領域Ｒ（図８の斜線部）を有している。

本実施形態のバッテリパック１においても、図８及び図９に示すように、重複領域Ｒよりも前方側、且つ、上セル積層体５の下方に、第１ケースカバー１３と第２ケース２０Ａのボトムプレート２３とを固定する第１固定部３１が設けられている。また、重複領域Ｒよりも後方側、且つ、下セル積層体４の上方に、第１ケースカバー１３と第２ケース２０Ａのボトムプレート２３とを固定する第２固定部３２が設けられている。また、第１固定部３１では、第１ケースカバー１３が下方に突出し、第２固定部３２では、ボトムプレート２３が上方に突出している。これにより、第１固定部３１及び第２固定部３２によってバッテリパック１の水平方向の寸法及び高さ寸法が大きくなるのを抑制できる。

第１ケース本体１２は、図９に示すように、重複領域Ｒよりも前方側に側壁（前壁）１２ａを有し、側壁１２ａは、上方に向かうに従って前方側に傾斜するように延設されている。上方から見て、第１固定部３１は、側壁１２ａと少なくとも一部が重なっている（図９の斜線部Ｑ）。このように、第１ケース本体１２の側壁１２ａを傾斜させて抜き勾配を設定することで第１ケース本体１２の製造を容易にできる。また、上方から見て、第１固定部３１が側壁１２ａと重なることで、バッテリパック１の体積増加を抑えることができる。

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
例えば、上記実施形態では、上セル積層体５は下セル積層体４に対して前方側に突出して配置され、重複領域Ｒよりも前方側に第１固定部３１が設けられ、重複領域Ｒよりも後方側に第２固定部３２が設けられているが、上セル積層体５は下セル積層体４に対して後方側に突出して配置され、重複領域Ｒよりも後方側に下方に突出する第１固定部３１が設けられ、重複領域Ｒよりも前方側に上方に突出する第２固定部３２が設けられてもよい。

また、本明細書には少なくとも以下の事項が記載されている。なお、括弧内には、上記した実施形態において対応する構成要素等を示しているが、これに限定されるものではない。

（１） 複数のバッテリセル（バッテリセル１１ａ）が積層された下セル積層体（下セル積層体４）と、
複数のバッテリセル（バッテリセル２１ａ）が積層された上セル積層体（上セル積層体５）と、
前記下セル積層体を収容する第１ケース本体（第１ケース本体１２）と、該第１ケース本体の上方の開口部を覆う第１ケースカバー（第１ケースカバー１３）と、を備える第１ケース（第１ケース１０Ａ）と、
前記第１ケースカバーの上方に設けられ、且つ、前記上セル積層体を収容する第２ケース（第２ケース２０Ａ）と、を備えるバッテリパック（バッテリパック１）であって、
前記上セル積層体は前記下セル積層体に対して上下方向に直交する第１方向（前後方向）の一方側（前方側）に突出して配置され、
上方から見て、
前記上セル積層体及び前記下セル積層体は、前記上セル積層体及び前記下セル積層体が重なる重複領域（重複領域Ｒ）を有し、
前記第１方向において、前記重複領域よりも前記一方側、且つ、前記上セル積層体の下方に、前記第１ケースカバーと前記第２ケースのボトムプレート（ボトムプレート２３）とを固定する第１固定部（第１固定部３１）が設けられ、
前記第１方向において、前記重複領域よりも他方側（後方側）、且つ、前記下セル積層体の上方に、第１ケースカバーと前記第２ケースのボトムプレートとを固定する第２固定部（第２固定部３２）が設けられ、
前記第１固定部では、前記第１ケースカバーが下方に突出し、
前記第２固定部では、前記ボトムプレートが上方に突出する、バッテリパック。

（１）によれば、上セル積層体と下セル積層体が重なる重複領域を避けた位置であって上セル積層体の下方に第１固定部を配置し、該重複領域を避けた位置であって下セル積層体の上方に第２固定部を配置することで、第１固定部及び第２固定部によってバッテリパックの水平方向の寸法が大きくなるのを抑制できる。また、第１固定部では第１ケースカバーが下方に突出し、第２固定部ではボトムプレートが上方に突出するので、第１ケースカバー及びボトムプレートの全体を肉厚にする必要がなく、固定部分のみ突出させることで、バッテリパックの上下方向の寸法が大きくなるのを抑制できる。

（２） （１）に記載のバッテリパックであって、
前記下セル積層体は、上部に配置された配電部材（配電部材１４）とともに下バッテリモジュール（下バッテリモジュール１１）を構成し、
前記下バッテリモジュールの上面（１１ｓ）は上下方向で前記第１固定部の下端（３１ａ）より上方に位置する、バッテリパック。

（２）によれば、下バッテリモジュールの上面は上下方向で第１固定部の下端より上方に位置するので、下バッテリモジュールの上面と第１ケースカバーとの間のクリアランスを小さくでき、バッテリパックの高さ寸法を抑えることができる。

（３） （１）又は（２）に記載のバッテリパックであって、
前記下セル積層体は、前記複数のバッテリセルが前記第１方向に積層して構成され、
前記下セル積層体は、前記第１方向において前記下セル積層体の両側に配置された一対のエンドプレート（エンドプレート１５）とともに下バッテリモジュールを構成し、
前記一対のエンドプレートの高さ（高さＨ１）は、前記下セル積層体の高さ（高さＨ２）よりも低く、
前記第１固定部は、前記第１方向において、前記重複領域よりも前記一方側に位置する前記エンドプレートの上方に位置している、バッテリパック。

（３）によれば、下セル積層体より高さの低いエンドプレートを第１固定部の下方に位置させることで、空間を有効に活用しバッテリパックの体積増加を抑えることができる。

（４） （１）又は（２）に記載のバッテリパックであって、
前記第１ケース本体は、前記第１方向において、前記重複領域よりも前記一方側に側壁（側壁１２ａ）を有し、
前記側壁は、上方に向かうに従って前記一方側に傾斜するように延設され、
上方から見て、
前記第１固定部は、前記側壁と少なくとも一部が重なっている、バッテリパック。

（４）によれば、第１ケース本体の側壁を傾斜させて抜き勾配を設定することで第１ケース本体の製造を容易にできる。また上方から見て、第１固定部が側壁と重なることで、バッテリパックの体積増加を抑えることができる。

（５） （１）～（４）のいずれかに記載のバッテリパックであって、
前記第１ケースカバーと前記ボトムプレートとの間には、温調媒体が流れる温調流路（温調流路４０）が設けられている、バッテリパック。

（５）によれば、第１ケースカバーとボトムプレートとの間の空間に温調流路を形成することで、上セル積層体を少ない部品点数で効果的に冷却することができる。

（６） （５）に記載のバッテリパックであって、
前記第１ケースカバーには、前記温調流路内に上方に向かって延びる第１突起部（第１突起部１６）が設けられ、
前記ボトムプレートには、前記温調流路内に下方に向かって延びる第２突起部（第２突起部１７）が設けられ、
前記第１突起部及び前記第２突起部は、前記上下方向と直交する方向に接触可能に隣接して配置されている、バッテリパック。

（６）によれば、第１ケースカバーの第１突起部とボトムプレートの第２突起部とが接触することによって、温調流路を流れる圧力で第１ケースカバーが撓むのを抑えることができる。

１ バッテリパック
４ 下セル積層体
５ 上セル積層体
１０Ａ 第１ケース
１１ 下バッテリモジュール
１１ａ バッテリセル
１２ 第１ケース本体
１２ａ 側壁
１３ 第１ケースカバー
１４ 配電部材
１５ エンドプレート
１６ 第１突起部
１７ 第２突起部
２０Ａ 第２ケース
２１ａ バッテリセル
２３ ボトムプレート
３１ 第１固定部
３２ 第２固定部
４０ 温調流路
Ｈ１ エンドプレートの高さ
Ｈ２ 下セル積層体の高さ
Ｒ 重複領域

Claims (6)

1. 複数のバッテリセルが積層された下セル積層体と、
   複数のバッテリセルが積層された上セル積層体と、
   前記下セル積層体を収容する第１ケース本体と、該第１ケース本体の上方の開口部を覆う第１ケースカバーと、を備える第１ケースと、
   前記第１ケースカバーの上方に設けられ、且つ、前記上セル積層体を収容する第２ケースと、を備えるバッテリパックであって、
   前記上セル積層体は前記下セル積層体に対して上下方向に直交する第１方向の一方側に突出して配置され、
   上方から見て、
   前記上セル積層体及び前記下セル積層体は、前記上セル積層体及び前記下セル積層体が重なる重複領域を有し、
   前記第１方向において前記重複領域よりも前記一方側、且つ、上方から見て前記上セル積層体と重なり前記下セル積層体と重ならない位置であって前記上セル積層体の下方に、前記第１ケースカバーと前記第２ケースのボトムプレートとを固定する第１固定部が設けられ、
   前記第１方向において前記重複領域よりも他方側、且つ、上方から見て前記下セル積層体と重なり前記上セル積層体と重ならない位置であって前記下セル積層体の上方に、第１ケースカバーと前記第２ケースのボトムプレートとを固定する第２固定部が設けられ、
   前記第１固定部では、前記第１ケースカバーが下方に突出し、
   前記第２固定部では、前記ボトムプレートが上方に突出する、バッテリパック。
2. 請求項１に記載のバッテリパックであって、
   前記下セル積層体は、上部に配置された配電部材とともに下バッテリモジュールを構成し、
   前記下バッテリモジュールの上面は上下方向で前記第１固定部の下端より上方に位置する、バッテリパック。
3. 請求項１又は２に記載のバッテリパックであって、
   前記下セル積層体は、前記複数のバッテリセルが前記第１方向に積層して構成され、
   前記下セル積層体は、前記第１方向において前記下セル積層体の両側に配置された一対のエンドプレートとともに下バッテリモジュールを構成し、
   前記一対のエンドプレートの高さは、前記下セル積層体の高さよりも低く、
   前記第１固定部は、前記第１方向において、前記重複領域よりも前記一方側に位置する前記エンドプレートの上方に位置している、バッテリパック。
4. 請求項１又は２に記載のバッテリパックであって、
   前記第１ケース本体は、前記第１方向において、前記重複領域よりも前記一方側に側壁を有し、
   前記側壁は、上方に向かうに従って前記一方側に傾斜するように延設され、
   上方から見て、
   前記第１固定部は、前記側壁と少なくとも一部が重なっている、バッテリパック。
5. 請求項１～４のいずれか１項に記載のバッテリパックであって、
   前記第１ケースカバーと前記ボトムプレートとの間には、温調媒体が流れる温調流路が設けられている、バッテリパック。
6. 請求項５に記載のバッテリパックであって、
   前記第１ケースカバーには、前記温調流路内に上方に向かって延びる第１突起部が設けられ、
   前記ボトムプレートには、前記温調流路内に下方に向かって延びる第２突起部が設けられ、
   前記第１突起部及び前記第２突起部は、前記上下方向と直交する方向に接触可能に隣接して配置されている、バッテリパック。

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