JP7020365B2 - In-vehicle battery restraint structure - Google Patents

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Description

この発明は、車両に搭載される電池スタックの拘束構造に関する。 The present invention relates to a restraining structure of a battery stack mounted on a vehicle.

国際公開第２０１４／１２８８６９号は、一対のクロスメンバの間に電池ケースが配置された車体構造を開示する。クロスメンバは、車幅方向に伸びる車両骨格の一部である。電池ケースは、電池スタックと、エンドプレートと、を備えている。電池スタックは、車幅方向に積層されている。エンドプレートは、電池スタックの積層方向における両端面に設けられている。エンドプレートは、所定のプレートを介して、左右のロッカーパネルにそれぞれ接続される。ロッカーパネルは、車長方向に伸びる車両骨格の一部である。 International Publication No. 2014/128869 discloses a vehicle body structure in which a battery case is arranged between a pair of cross members. The cross member is a part of the vehicle skeleton extending in the vehicle width direction. The battery case includes a battery stack and an end plate. The battery stacks are stacked in the vehicle width direction. End plates are provided on both end faces in the stacking direction of the battery stack. The end plates are connected to the left and right rocker panels via predetermined plates, respectively. The rocker panel is a part of the vehicle skeleton extending in the direction of the vehicle length.

国際公開第２０１４／１２８８６９号International Publication No. 2014/128869 特開２０１７－１９３２８７号公報JP-A-2017-193287 特開２０１２－０９１６３５号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-091635 特開２０１８－０６９８７２号公報JP-A-2018-0698772

上記エンドプレートおよび所定のプレートは、電池スタックを拘束するための専用部材である。したがって、専用部材の重量の分だけ車体の重量が増加する。また、専用部材のコストも無視できない。 The end plate and the predetermined plate are dedicated members for restraining the battery stack. Therefore, the weight of the vehicle body increases by the weight of the dedicated member. Moreover, the cost of the dedicated member cannot be ignored.

本発明の１つの目的は、一対のクロスメンバの間に配置される電池スタックを拘束するための新しい技術を提供することにある。 One object of the present invention is to provide a new technique for constraining a battery stack placed between a pair of crossmembers.

本発明は、車載電池の拘束構造であり、次の特徴を有する。
前記拘束構造は、一対の剛性部材と、電池部と、を備える。
前記剛性部材は、車両の骨格の一部を形成する。
前記剛性部材は、車幅方向または車長方向に平行に設けられる。
前記電池部は、前記剛性部材の間に設けられる。
前記電池部は、電池スタックと、前記電池スタックを収容する絶縁ケースと、を備える。
前記電池スタックの積層方向は、前記車幅方向または車長方向である。
前記絶縁ケースの外周面は、前記積層方向に位置する第１および第２外周面を含む。
前記剛性部材の一方は、前記積層方向において前記第１外周面と対向する第１側面を有し、前記剛性部材の他方は、前記積層方向において前記第２外周面と対向する第２側面を有する。
前記第１外周面と前記第１側面とが接し、かつ、前記第２外周面と前記第２側面とが接することにより、前記剛性部材によって前記電池部が拘束される。 The present invention is a restraint structure for an in-vehicle battery and has the following features.
The restraint structure includes a pair of rigid members and a battery portion.
The rigid member forms a part of the skeleton of the vehicle.
The rigid member is provided in parallel with the vehicle width direction or the vehicle length direction.
The battery portion is provided between the rigid members.
The battery unit includes a battery stack and an insulating case for accommodating the battery stack.
The stacking direction of the battery stack is the vehicle width direction or the vehicle length direction.
The outer peripheral surface of the insulating case includes the first and second outer peripheral surfaces located in the stacking direction.
One of the rigid members has a first side surface facing the first outer peripheral surface in the stacking direction, and the other of the rigid members has a second side surface facing the second outer peripheral surface in the stacking direction. ..
The battery portion is restrained by the rigid member by the contact between the first outer peripheral surface and the first side surface and the contact between the second outer peripheral surface and the second side surface .

本発明によれば、電池スタックの積層方向に位置する絶縁ケースの第１外周面と、これに対向する一方の剛性部材の第１側面が接し、かつ、当該積層方向に位置する絶縁ケースの第２外周面と、これに対向するもう一方の剛性部材の第２側面とが接することにより、一対の剛性部材による電池部の拘束が実現される。そのため、上記専用部材の使用を省くことができる。したがって、専用部材の適用に伴う各種の課題を解決できる。

According to the present invention, the first outer peripheral surface of the insulating case located in the stacking direction of the battery stack and the first side surface of one of the rigid members facing the outer peripheral surface of the insulating case are in contact with each other and are located in the stacking direction. 2 The outer peripheral surface and the second side surface of the other rigid member facing the outer peripheral surface are in contact with each other, so that the pair of rigid members can restrain the battery portion . Therefore, the use of the above-mentioned dedicated member can be omitted. Therefore, it is possible to solve various problems associated with the application of the dedicated member.

電池スタックを収容するケースを導電性の材料から構成する場合は、この導電ケースと電池スタックの間にスペースを設けて絶縁する必要がある。この点、本発明によれば、電池スタックが絶縁ケースに収容される。そのため、上記スペースを省くことができる。したがって、上記スペースの分だけ電池部を小型化することができ、または、上記スペースの分だけ電池スタックのセル数を増やすことができる。絶縁処理に要するコストを削減することもできる。 When the case for accommodating the battery stack is made of a conductive material, it is necessary to provide a space between the conductive case and the battery stack to insulate the case. In this regard, according to the present invention, the battery stack is housed in an insulating case. Therefore, the above space can be omitted. Therefore, the battery unit can be downsized by the amount of the space, or the number of cells in the battery stack can be increased by the space. It is also possible to reduce the cost required for insulation treatment.

拘束構造が適用される車両の構成を説明する図である。It is a figure explaining the structure of the vehicle to which the restraint structure is applied. 拘束構造の第１の例を説明する図である。It is a figure explaining the 1st example of a constraint structure. 拘束構造の第２の例を説明する図である。It is a figure explaining the 2nd example of a constraint structure.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each figure, the same or corresponding parts are designated by the same reference numerals to simplify or omit the description.

１．拘束構造の要部構成
本実施の形態に係る拘束構造は、電気エネルギを動力源とするハイブリッド車、電気自動車等の車両に適用される。図１は、本実施の形態に係る拘束構造が適用される車両の構成を説明する図である。図１に示す車体１０は、第１クロスメンバ１２と、第２クロスメンバ１４と、フロアパネル１６と、左ロッカーパネル１８と、右ロッカーパネル２０と、を備えている。 1. 1. Main part configuration of the restraint structure The restraint structure according to the present embodiment is applied to vehicles such as hybrid vehicles and electric vehicles that use electric energy as a power source. FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a vehicle to which the restraint structure according to the present embodiment is applied. The vehicle body 10 shown in FIG. 1 includes a first cross member 12, a second cross member 14, a floor panel 16, a left rocker panel 18, and a right rocker panel 20.

第１クロスメンバ１２および第２クロスメンバ１４は、車幅方向（左右方向）に延びる一対の横骨格部材である。第１クロスメンバ１２および第２クロスメンバ１４は、車長方向（前後方向）に間隔を空けて平行に配置されている。第１クロスメンバ１２の一端は、左ロッカーパネル１８に溶接等により固定されている。左ロッカーパネル１８は、車長方向に延びる縦骨格部材である。第１クロスメンバ１２の他端は、右ロッカーパネル２０に固定されている。第２クロスメンバ１４は、第１クロスメンバ１２と同様に、左ロッカーパネル１８および右ロッカーパネル２０に固定されている。 The first cross member 12 and the second cross member 14 are a pair of cross skeleton members extending in the vehicle width direction (left-right direction). The first cross member 12 and the second cross member 14 are arranged in parallel with an interval in the vehicle length direction (front-rear direction). One end of the first cross member 12 is fixed to the left rocker panel 18 by welding or the like. The left rocker panel 18 is a vertical skeleton member extending in the vehicle length direction. The other end of the first cross member 12 is fixed to the right rocker panel 20. The second cross member 14 is fixed to the left rocker panel 18 and the right rocker panel 20 in the same manner as the first cross member 12.

フロアパネル１６は、車体の底部を構成する板状の部材である。フロアパネル１６は、車外空間と車室外空間とを隔てる。車室外空間は、車内空間の一部であり、図示しないフロアボードまたはフロアカーペットによって車室内空間から隔てられる。フロアパネル１６は、膨らみ部１６ａを有する。膨らみ部１６ａは、車体１０の中心軸に沿って車長方向に延びる。膨らみ部１６ａは、フロアパネル１６の下の車外空間にフロアトンネルを形成する。フロアトンネルには、図示しない排気管、触媒コンバータ、消音器などが収容される。 The floor panel 16 is a plate-shaped member constituting the bottom of the vehicle body. The floor panel 16 separates the space outside the vehicle from the space outside the vehicle interior. The vehicle interior space is a part of the vehicle interior space and is separated from the vehicle interior space by a floor board or floor carpet (not shown). The floor panel 16 has a bulge portion 16a. The bulging portion 16a extends in the vehicle length direction along the central axis of the vehicle body 10. The bulging portion 16a forms a floor tunnel in the vehicle exterior space under the floor panel 16. Exhaust pipes, catalytic converters, silencers, etc. (not shown) are housed in the floor tunnel.

図１に示す車体１０は、更に、電池部２２を備えている。電池部２２は、第１クロスメンバ１２、第２クロスメンバ１４および膨らみ部１６ａによって区画される空間に収容される。電池部２２は、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池などの二次電池の電池モジュールを複数個配置して構成される電池スタックを含んでいる。 The vehicle body 10 shown in FIG. 1 further includes a battery unit 22. The battery unit 22 is housed in a space partitioned by the first cross member 12, the second cross member 14, and the bulging portion 16a. The battery unit 22 includes a battery stack configured by arranging a plurality of battery modules of secondary batteries such as a nickel hydrogen battery and a lithium ion battery.

２．拘束構造の例
２．１ 第１の例
図２は、拘束構造の第１の例を説明する図である。第１の例では、電池部２２が、車長方向に積層される電池スタック２４を備えている。電池スタック２４は、電池ケース２６に収容されている。電池ケース２６は、電池スタック２４と共に電池部２２を構成する。電池ケース２６は、絶縁性の材料から構成される。電池ケース２６は、積層方向に第１外周面２６ａおよび第２外周面２６ｂを有している。第１外周面２６ａは、第１クロスメンバ１２の側面１２ａに対向している。第２外周面２６ｂは、第２クロスメンバ１４の側面１４ａに対向している。 2. 2. Example of Constrained Structure 2.1 First Example FIG. 2 is a diagram illustrating a first example of a constrained structure. In the first example, the battery unit 22 includes a battery stack 24 stacked in the vehicle length direction. The battery stack 24 is housed in the battery case 26. The battery case 26 constitutes the battery unit 22 together with the battery stack 24. The battery case 26 is made of an insulating material. The battery case 26 has a first outer peripheral surface 26a and a second outer peripheral surface 26b in the stacking direction. The first outer peripheral surface 26a faces the side surface 12a of the first cross member 12. The second outer peripheral surface 26b faces the side surface 14a of the second cross member 14.

第１外周面２６ａは側面１２ａに接し、第２外周面２６ｂは側面１４ａに接している。これにより、電池部２２は、第１クロスメンバ１２と第２クロスメンバ１４によって拘束される。公知の締結部材を設けることで、電池部２２の拘束度を高めてもよい。対向面の接触状態は、例えば、電池ケース２６の車長方向における長さを、側面１２ａと側面１４ａの間の距離と等しく設計することにより実現される。 The first outer peripheral surface 26a is in contact with the side surface 12a, and the second outer peripheral surface 26b is in contact with the side surface 14a. As a result, the battery unit 22 is constrained by the first cross member 12 and the second cross member 14. By providing a known fastening member, the degree of restraint of the battery unit 22 may be increased. The contact state of the facing surfaces is realized, for example, by designing the length of the battery case 26 in the vehicle length direction to be equal to the distance between the side surface 12a and the side surface 14a.

電池ケース２６に収容される電池スタック２４は、積層方向に膨張する。この膨張は、主に、二次電池が経年劣化した場合に起こる。二次電池が劣化していない場合でも、モジュール温度が上昇したときや、モジュール内部でガスが発生したときにも、膨張が起こる。膨張が起こると、電池スタック２４の周囲に膨張力が作用する。この反作用として、剛性の高い第１クロスメンバ１２および第２クロスメンバ１４から、第１外周面２６ａおよび第２外周面２６ｂが荷重を受ける。つまり、膨張が起こると、電池部２２が強く拘束される。 The battery stack 24 housed in the battery case 26 expands in the stacking direction. This expansion mainly occurs when the secondary battery deteriorates over time. Even if the secondary battery is not deteriorated, expansion occurs when the module temperature rises or when gas is generated inside the module. When expansion occurs, an expansion force acts around the battery stack 24. As a reaction to this, the first outer peripheral surface 26a and the second outer peripheral surface 26b are loaded from the first cross member 12 and the second cross member 14 having high rigidity. That is, when expansion occurs, the battery unit 22 is strongly restrained.

２．２ 第２の例
図３は、拘束構造の第２の例を説明する図である。電池スタック２４が電池ケース２６に収容される点は、第１の例と同じである。ただし、第２の例では、電池スタック２４が車幅方向に積層される。また、第２の例では、電池スタック２４の積層方向に、左ブレース２８および右ブレース３０が位置している。これらのブレースは、車長方向に延びる一対の骨格補強材である。これらのブレースは、車幅方向に間隔を空けて平行に配置されている。これらのブレースは、第１クロスメンバ１２および第２クロスメンバ１４に溶接等により固定されている。左ブレース２８の側面２８ａには、第１外周面２６ａが対向している。右ブレース３０の側面３０ａには、第２外周面２６ｂが対向している。 2.2 Second example FIG. 3 is a diagram illustrating a second example of the restraint structure. The point that the battery stack 24 is housed in the battery case 26 is the same as in the first example. However, in the second example, the battery stacks 24 are stacked in the vehicle width direction. Further, in the second example, the left brace 28 and the right brace 30 are located in the stacking direction of the battery stack 24. These braces are a pair of skeletal reinforcements extending in the vehicle length direction. These braces are arranged in parallel at intervals in the vehicle width direction. These braces are fixed to the first cross member 12 and the second cross member 14 by welding or the like. The first outer peripheral surface 26a faces the side surface 28a of the left brace 28. The second outer peripheral surface 26b faces the side surface 30a of the right brace 30.

第１外周面２６ａは側面２８ａに接し、第２外周面２６ｂは側面３０ａに接している。これにより、電池部２２は、左ブレース２８と右ブレース３０によって拘束される。公知の締結部材を設けることで、電池部２２の拘束度を高めてもよい。対向面の接触状態は、例えば、電池ケース２６の車長方向における長さを、側面２８ａと側面３０ａの間の距離と等しく設計することにより実現される。 The first outer peripheral surface 26a is in contact with the side surface 28a, and the second outer peripheral surface 26b is in contact with the side surface 30a. As a result, the battery unit 22 is restrained by the left brace 28 and the right brace 30. By providing a known fastening member, the degree of restraint of the battery unit 22 may be increased. The contact state of the facing surfaces is realized, for example, by designing the length of the battery case 26 in the vehicle length direction to be equal to the distance between the side surfaces 28a and the side surfaces 30a.

電池ケース２６の膨張が起こると、電池スタック２４の周囲に膨張力が作用する。この反作用として、剛性の高い左ブレース２８および右ブレース３０から、第１外周面２６ａおよび第２外周面２６ｂが荷重を受ける。つまり、膨張が起こると、電池部２２が強く拘束される。 When the battery case 26 expands, an expansion force acts around the battery stack 24. As a reaction to this, the first outer peripheral surface 26a and the second outer peripheral surface 26b are loaded from the highly rigid left brace 28 and right brace 30. That is, when expansion occurs, the battery unit 22 is strongly restrained.

３．拘束構造による効果
本実施の形態に係る拘束構造によれば、車体１０の剛性を利用して電池部２２の拘束荷重を担保することができる。そのため、電池部単体で電池スタックを強固に拘束する構造を採用せずに済むので、電池部の重量が増加するのを抑えることができる。また、拘束構造のコストを抑えることもできる。 3. 3. Effect of restraint structure According to the restraint structure according to the present embodiment, the restraint load of the battery unit 22 can be secured by utilizing the rigidity of the vehicle body 10. Therefore, it is not necessary to adopt a structure that firmly restrains the battery stack by the battery unit alone, so that it is possible to suppress an increase in the weight of the battery unit. In addition, the cost of the restraint structure can be suppressed.

仮に、導電性の電池ケースを使用した場合には、この電池ケースと電池スタックの間にスペースを設けて絶縁する必要がある。この点、本実施の形態に係る拘束構造によれば、絶縁性の電池ケースを使用できる。そのため、上記スペースを省くことができる。したがって、上記スペースの分だけ電池部を小型化することができ、または、上記スペースの分だけ電池スタックのセル数を増やすことができる。絶縁処理に要するコストを削減することもできる。 If a conductive battery case is used, it is necessary to provide a space between the battery case and the battery stack to insulate the battery case. In this regard, according to the restraint structure according to the present embodiment, an insulating battery case can be used. Therefore, the above space can be omitted. Therefore, the battery unit can be downsized by the amount of the space, or the number of cells in the battery stack can be increased by the space. It is also possible to reduce the cost required for insulation treatment.

なお、以上の実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、この実施の形態において説明する構造等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。 In addition, when the number, quantity, quantity, range, etc. of each element is referred to in the above-described embodiment, the reference is made unless it is clearly specified or the number is clearly specified in principle. The invention is not limited in number. In addition, the structure and the like described in this embodiment are not necessarily essential to the present invention, except when explicitly stated or clearly specified in principle.

１０ 車体
１２ 第１クロスメンバ
１４ 第２クロスメンバ
１６ フロアパネル
１６ａ 膨らみ部
１８ 左ロッカーパネル
２０ 右ロッカーパネル
２２ 電池部
２４ 電池スタック
２６ 電池ケース
２８ 左ブレース
３０ 右ブレース 10 Body 12 1st cross member 14 2nd cross member 16 Floor panel 16a Bulge part 18 Left rocker panel 20 Right rocker panel 22 Battery part 24 Battery stack 26 Battery case 28 Left brace 30 Right brace

Claims (1)

車両の骨格の一部を形成し、車幅方向または車長方向に平行に設けられる一対の剛性部材と、
前記剛性部材の間に設けられる電池部と、を備え、
前記電池部は、電池スタックと、前記電池スタックを収容する絶縁ケースと、を備え、
前記電池スタックの積層方向は、前記車幅方向または車長方向であり、
前記絶縁ケースの外周面は、前記積層方向に位置する第１および第２外周面を含み、
前記剛性部材の一方は、前記積層方向において前記第１外周面と対向する第１側面を有し、前記剛性部材の他方は、前記積層方向において前記第２外周面と対向する第２側面を有し、
前記第１外周面と前記第１側面とが接し、かつ、前記第２外周面と前記第２側面とが接することにより、前記剛性部材によって前記電池部が拘束される
ことを特徴とする車載電池の拘束構造。 A pair of rigid members that form a part of the skeleton of the vehicle and are provided parallel to the vehicle width direction or the vehicle length direction.
A battery unit provided between the rigid members is provided.
The battery unit includes a battery stack and an insulating case for accommodating the battery stack.
The stacking direction of the battery stack is the vehicle width direction or the vehicle length direction.
The outer peripheral surface of the insulating case includes the first and second outer peripheral surfaces located in the stacking direction.
One of the rigid members has a first side surface facing the first outer peripheral surface in the stacking direction, and the other of the rigid members has a second side surface facing the second outer peripheral surface in the stacking direction. death,
An in-vehicle battery characterized in that the battery portion is restrained by the rigid member by contacting the first outer peripheral surface with the first side surface and contacting the second outer peripheral surface with the second side surface. Restraint structure.
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