JP7209528B2 - 電池収容構造体及びその取付構造 - Google Patents
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Description
本発明は、車両に駆動用電池を搭載するための電池収容構造体に関し、その車両への取り付け構造に係る。
電気自動車やハイブリッド自動車等の分野においては、一回の充電にて走行可能な距離の長距離化を図るには、駆動用の二次電池の搭載量を多くせざるを得ない。
その一方で、車両の軽量化と二次電池の搭載スペースの省スペース化が要求されている。
そこで、この駆動用電源となる電池を車両のフロア下に搭載することが検討されている。
しかし、車両のフロア下に搭載する場合には、気密性，水密性が要求されるとともに、走行時等の外部からの衝撃に対して保護する必要がある。
その一方で、車両の軽量化と二次電池の搭載スペースの省スペース化が要求されている。
そこで、この駆動用電源となる電池を車両のフロア下に搭載することが検討されている。
しかし、車両のフロア下に搭載する場合には、気密性，水密性が要求されるとともに、走行時等の外部からの衝撃に対して保護する必要がある。
金属部材を用いて、電池を車両に搭載するための構造体を検討した場合に、気密性，水密性を確保するためには、部材間の接合方法が課題となる。
例えば特許文献１には、一方の金属部材の端面を他方の金属部材の裏面に突き合せて摩擦攪拌接合を行い、内側の隅から溶接を行うことで気密性，水密性を確保する技術を開示する。
しかし、同公報に開示する技術は、ケース体の内隅の全周に亘って補強のための溶接が必要であり、溶接のための工数が増大となり、高コストになるだけでなく、溶接時の熱歪みの影響も大きい。
また、蓋を枠体の内側に嵌め込んだ状態で摩擦攪拌接合しようとすると、三次元的な治具が必要となり、治具構造が複雑になる。
例えば特許文献１には、一方の金属部材の端面を他方の金属部材の裏面に突き合せて摩擦攪拌接合を行い、内側の隅から溶接を行うことで気密性，水密性を確保する技術を開示する。
しかし、同公報に開示する技術は、ケース体の内隅の全周に亘って補強のための溶接が必要であり、溶接のための工数が増大となり、高コストになるだけでなく、溶接時の熱歪みの影響も大きい。
また、蓋を枠体の内側に嵌め込んだ状態で摩擦攪拌接合しようとすると、三次元的な治具が必要となり、治具構造が複雑になる。
本発明は、気密性，水密性に優れるとともに、簡単な構造で軽量化を図るのに有効な電池収容構造体の提供を目的とする。
また、この電池収容構造体を車両に取り付ける場合の保護構造の提供を目的とする。
また、この電池収容構造体を車両に取り付ける場合の保護構造の提供を目的とする。
本発明に係る電池収容構造体は、車両に駆動用電池を搭載するための電池収容構造体であって、側壁を形成した枠体と、前記枠体の少なくとも一方の開口部を密閉したパネル体を備え、前記枠体は複数の部材を溶接接合したものであり、前記パネル体と前記枠体とは摩擦攪拌接合してあることを特徴とする。
ここで駆動用電池は、繰り返し充電使用が可能な二次電池をいい、電池モジュール，電池パック等と称されている。
本発明に係る電池収容構造体は、複数の部材をアーク溶接等の溶接方法を用いて溶接することで、両側が開口した枠体を製作し、この枠体の開口部の少なくとも一方をパネル体で塞ぐことで、電池を収容できるケース体を製作したものである。
本発明において摩擦攪拌接合とは、ＦＳＷ：Friction Stir Weldingと称される固相接合法の１つである。
一般的には、先端部にプローブとこのプローブの根元側にショルダを有するツールを高速回転させながら摩擦熱で接合する方法である。
また、アーク溶接は材料を溶かしながら接合する。
一般的には、先端部にプローブとこのプローブの根元側にショルダを有するツールを高速回転させながら摩擦熱で接合する方法である。
また、アーク溶接は材料を溶かしながら接合する。
パネル体は前記枠体の全周にわたって、且つパネル体側から摩擦攪拌接合してあるのが好ましく、さらには枠体を構成する複数の部材は一方の部材に設けた外側方向の折り曲げリブを他方の部材の内側に突き当てて溶接接合してあり、当該溶接接合による溶接ビードと前記パネル体の摩擦攪拌接合部との重なり部を有するのが好ましい。
また、本発明に係る電池収容体の車両取付構造にあっては、請求項１～３のいずれかに記載の電池収容構造体を車両のフロアの下側に取り付けてあり、前記電池収容構造体の取付部より前方側にガード部材を有することを特徴とする。
この場合に、ガード部材は車両の走行に伴って生じる走行風の方向を制御するための走行風制御手段を有するのが好ましい。
このような車両への取付構造にあっては、各種電池収容構造体に適用することができ、本発明に係る電池収容構造体に限定する必要はないが、本発明に係る電池収容構造体と組み合せることで、より軽量な構造となる。
この場合に、ガード部材は車両の走行に伴って生じる走行風の方向を制御するための走行風制御手段を有するのが好ましい。
このような車両への取付構造にあっては、各種電池収容構造体に適用することができ、本発明に係る電池収容構造体に限定する必要はないが、本発明に係る電池収容構造体と組み合せることで、より軽量な構造となる。
本発明に係る電池収容構造体にあっては、複数の部材を溶接接合することで、枠体を形成し、その開口部をパネル体で塞ぐ際に、パネル体側からＦＳＷにより接合するものであるため、簡単な構造でありながら気密性，水密性を確保することができる。
特に、部材間の溶接接合部と、パネル体のＦＳＷの接合部とに重なり部を設けると、３つの部材間の接合部での気密性，水密性に優れる。
特に、部材間の溶接接合部と、パネル体のＦＳＷの接合部とに重なり部を設けると、３つの部材間の接合部での気密性，水密性に優れる。
駆動用の電池を車両のフロア下に搭載する際に、この電池の搭載部の前方側にガード部材を設けることで、外部からの衝撃から電池を保護することができる。
本発明に係る電池収容構造体１００の構造例を以下、図に基づいて説明する。
本発明において、枠体及びパネル体の材質に制限はない。
図１に示した実施例は、枠体を形成する部材として４つのアルミ製の部材１１～１４を用いて枠体を形成し、その開口部を塞ぐようにアルミ製のパネル体２０を重ね、摩擦攪拌接合（以下ＦＳＷという。）にて、枠体の開口部全周にわたって、パネル体側（図１（ｂ）では下面側）から接合した例になっている。
本発明において、枠体及びパネル体の材質に制限はない。
図１に示した実施例は、枠体を形成する部材として４つのアルミ製の部材１１～１４を用いて枠体を形成し、その開口部を塞ぐようにアルミ製のパネル体２０を重ね、摩擦攪拌接合（以下ＦＳＷという。）にて、枠体の開口部全周にわたって、パネル体側（図１（ｂ）では下面側）から接合した例になっている。
部材１１～１４は、アルミニウム合金の押出材からなり、断面略コ字形状にした例であり、ケース体の側壁となる側壁部（１１ａ，１２ａ，１３ａ，１４ａ）から外側に向けて略直角に折り返した第１リブ（１１ｂ，１２ｂ，１３ｂ，１４ｂ）と、第２リブ（１１ｃ，１２ｃ，１３ｃ，１４ｃ）とを有する。
本実施例では、部材１３とそれに対向する部材１４のそれぞれ第２リブ１３ｂ，１４ｃに車両のフロア下に取り付けるための取付孔１３ｄ，１４ｄを設けた例である。
本実施例では、部材１３とそれに対向する部材１４のそれぞれ第２リブ１３ｂ，１４ｃに車両のフロア下に取り付けるための取付孔１３ｄ，１４ｄを設けた例である。
図２に接合の手順例を示す。
図２（ａ）に示すように、４つのアルミ製の部材（以下、単にアルミ部材と称する。）からなる枠体１０の第２リブに重なるように、パネル体２０を配置する。
図２（ｂ）に示すように、パネル体２０側から枠体１０の全周（４つの第２リブ）にわたって、ＦＳＷ接合してある。
また、４つのアルミ部材１１～１４は、例えば図２（ｃ）にアルミ部材１２とアルミ部材１４とのコーナー部を透視図で示したように、アルミ部材１４の端部をアルミ部材１２の内側の側面に突き当てた状態で、アルミ部材１４のコ字形状の内側に沿ってアーク溶接により、内側の突き合せ部を溶接することで溶接部Ｗ（ビード部）を形成する。
そのＡ－Ａ線断面図を図２（ｄ）に示す。
アルミ部材１２とアルミ部材１４との溶接部Ｗと、ＦＳＷによる接合部Ｆとが交差するように重なり部Ｏが形成されることで、２つのアルミ部材とパネル体２０の３部材の重なり部が溶接とＦＳＷにて接合される。
これにより、最も気密性，水密性の確保が難しい３点部材の連結部が相互に接合されるので、コンパクトな構造でありながら気密性，水密性に優れる。
この場合に、４つのアルミ部材を予めアーク溶接にて枠体１０を形成した後に、パネル体２０をＦＳＷにて接合してもよいが、ＦＳＷは固相接合であるのに対して、アーク溶接はアルミ材を溶かした接合なので接合性が高い。
そこで、枠体１０を予め製作する場合にあっては、第２リブ１１ｃ～１４ｃの部分を残してアーク溶接し、パネル体２０を枠体１０の第２リブにＦＳＷ接合した後に、第２リブをアーク溶接するのが好ましい。
さらには、図３（ａ）に示すように第２リブ１４ｃに孔部１４ｅを予め形成しておき、図３（ｂ）に示すようにアーク溶接による溶け込みが、パネル体２０のＦＳＷ接合部Ｆまで到達するようにすると、さらに気密性，水密性の確保がしやすい。
図２（ａ）に示すように、４つのアルミ製の部材（以下、単にアルミ部材と称する。）からなる枠体１０の第２リブに重なるように、パネル体２０を配置する。
図２（ｂ）に示すように、パネル体２０側から枠体１０の全周（４つの第２リブ）にわたって、ＦＳＷ接合してある。
また、４つのアルミ部材１１～１４は、例えば図２（ｃ）にアルミ部材１２とアルミ部材１４とのコーナー部を透視図で示したように、アルミ部材１４の端部をアルミ部材１２の内側の側面に突き当てた状態で、アルミ部材１４のコ字形状の内側に沿ってアーク溶接により、内側の突き合せ部を溶接することで溶接部Ｗ（ビード部）を形成する。
そのＡ－Ａ線断面図を図２（ｄ）に示す。
アルミ部材１２とアルミ部材１４との溶接部Ｗと、ＦＳＷによる接合部Ｆとが交差するように重なり部Ｏが形成されることで、２つのアルミ部材とパネル体２０の３部材の重なり部が溶接とＦＳＷにて接合される。
これにより、最も気密性，水密性の確保が難しい３点部材の連結部が相互に接合されるので、コンパクトな構造でありながら気密性，水密性に優れる。
この場合に、４つのアルミ部材を予めアーク溶接にて枠体１０を形成した後に、パネル体２０をＦＳＷにて接合してもよいが、ＦＳＷは固相接合であるのに対して、アーク溶接はアルミ材を溶かした接合なので接合性が高い。
そこで、枠体１０を予め製作する場合にあっては、第２リブ１１ｃ～１４ｃの部分を残してアーク溶接し、パネル体２０を枠体１０の第２リブにＦＳＷ接合した後に、第２リブをアーク溶接するのが好ましい。
さらには、図３（ａ）に示すように第２リブ１４ｃに孔部１４ｅを予め形成しておき、図３（ｂ）に示すようにアーク溶接による溶け込みが、パネル体２０のＦＳＷ接合部Ｆまで到達するようにすると、さらに気密性，水密性の確保がしやすい。
図４（ａ）に車両１のフロア２の下側に電池収容構造体１００を取り付けた例を示す。
この場合に、図４（ｂ）に示すように電池収容構造体１００の車両走行方向前方側にガード部材３０を取り付けた例になっている。
ガード部材３０をこの電池収容構造体１００の前方側に取り付けることで、車両の走行時の路面の突起物や飛石等から電池を保護することができる。
本実施例では、ガード部材３０の一部又は全部がリンク機構３１により、回動制御されている。
これにより、電池が熱い状態ではガード部材３０が図４（ｃ）に示すように、前方に向けて開くように回動することで、走行風が電池収容構造体に当たり、冷却される。
逆に、外気温が低い等、電池を冷却したくない場合には、図４（ｄ）に示すようにガード部材３０が閉じ、走行風が矢印で示すように電池収容構造体１００に当たらないようにすることもできる。
この走行風の方向の制御機構は、図５に示すようにガード部材４０に開閉制御されたルーバー４１～４３を設けてもよい。
なお、ガード部材は電池収容構造体と一体的に設けてもよく、別体として車両側に設けてもよい。
この場合に、図４（ｂ）に示すように電池収容構造体１００の車両走行方向前方側にガード部材３０を取り付けた例になっている。
ガード部材３０をこの電池収容構造体１００の前方側に取り付けることで、車両の走行時の路面の突起物や飛石等から電池を保護することができる。
本実施例では、ガード部材３０の一部又は全部がリンク機構３１により、回動制御されている。
これにより、電池が熱い状態ではガード部材３０が図４（ｃ）に示すように、前方に向けて開くように回動することで、走行風が電池収容構造体に当たり、冷却される。
逆に、外気温が低い等、電池を冷却したくない場合には、図４（ｄ）に示すようにガード部材３０が閉じ、走行風が矢印で示すように電池収容構造体１００に当たらないようにすることもできる。
この走行風の方向の制御機構は、図５に示すようにガード部材４０に開閉制御されたルーバー４１～４３を設けてもよい。
なお、ガード部材は電池収容構造体と一体的に設けてもよく、別体として車両側に設けてもよい。
１０ 枠体
１１ 部材
１３ 部材
２０ パネル体
１００ 電池収容構造体
Ｆ 摩擦攪拌接合部
Ｏ 重なり部
Ｗ 溶接部
１１ 部材
１３ 部材
２０ パネル体
１００ 電池収容構造体
Ｆ 摩擦攪拌接合部
Ｏ 重なり部
Ｗ 溶接部
Claims (2)
- 車両に駆動用電池を搭載するための電池収容構造体であって、
側壁を形成した枠体と、前記枠体の少なくとも一方の開口部を密閉したパネル体を備え、
前記枠体は複数の部材を溶接接合したものであり、
前記パネル体と前記枠体とは摩擦攪拌接合してあり、
前記枠体を構成する複数の部材は一方の部材に設けた外側方向の折り曲げリブを他方の部材の内側に突き当てて溶接接合してあり、当該溶接接合による溶接ビードと前記パネル体の摩擦攪拌接合部との重なり部を有することを特徴とする電池収容構造体。 - 前記パネル体は前記枠体の全周にわたって、且つパネル体側から摩擦攪拌接合してあることを特徴とする請求項１記載の電池収容構造体。
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