KR20160102350A - 차량 탑재 전지 - Google Patents

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KR20160102350A
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고이치 나가미네
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도요타 지도샤（주）
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Abstract

자동차의 최후부 좌석 후방의 공간 내 전방에 탑재된 차량 탑재 전지는, 차량 전후방향에 대해 후측면에 배치된 전극 단자를 갖는 세트 전지와, 세트 전지를 수용하는 전지 케이스를 포함한다. 전지 케이스의 후측의 면을 형성하는 케이스 후면 부재에는, 차량 전후방향에 있어서, 세트 전지 후측면의 적어도 일부에 전극 단자를 피하여 대향하고, 세트 전지를 향해 융기하는 융기부가 설치되어 있다. 케이스 후면 부재가 세트 전지를 향해 이동할 때 케이스 후면 부재가 전극 단자에 힘을 미치기 전에 융기부가 세트 전지에 맞닿는다.

Description

차량 탑재 전지{ONBOARD BATTERY}
본 발명은, 자동차에 탑재된 차량 탑재 전지에 관한 것이고, 특히 자동차가 충돌했을 때의 차량 탑재 전지의 보호에 관한 것이다.
하이브리드 자동차 등, 차량 구동용 원동기로서 전동기를 구비한 자동차에 있어서는, 이 전동기에 전력을 공급하기 위한 전지가 탑재되어 있다. 전지는, 예를 들면 트렁크 내의 전방 부분에 배치된다. 이와 같이 전지가 배치된 자동차가 급감속하면, 트렁크의 적재물이 전방으로 이동하여 전지에 부딪치는 경우가 있다.
일본 공개특허 특개2013-8524에는, 전지(100)에 프로텍터(6)를 설치하여, 충돌시에 변형된 플로어(200)가 케이스(120)를 통해 전지의 전극 단자(21)에 힘을 미치는 것을 방지하는 기술이 나타내어져 있다. 프로텍터(6)를 전극 단자(21)보다 돌출하여 형성함으로써, 플로어(200) 및 케이스(120)가 전극 단자(21)에 도달하는 것을 저지하고 있다. 프로텍터(6)는, 전지 셀(2)과 함께 적층된 엔드 플레이트(3)와 수지 프레임(4)에 고정되어 있다.
또한, 일본 공개특허 특개2013-26111에는, 전지군(1)을 수용하는 팩 케이스(3)에, 자신이 변형하여 충격을 흡수하는 단차 형상부(51)를 설치하는 기술이 나타내어져 있다. 팩 케이스의 어퍼 케이스(31)가 변형되어 양극 단자(14)에 맞닿은 경우, 양극 단자(14)에 맞닿는 부분에 설치된 단차 형상부(51)가 변형하여 충돌의 충격이 흡수된다.
또한, ( ) 안의 부호는 해당 특허문헌에서 이용되어 있는 부호이고, 본원의 실시형태에서 사용되는 부호와는 관련되지 않는다.
일본 공개특허 특개2013-8524에 있어서는, 프로텍터를 전지에 설치하기 위해 전지 셀의 사이에 배치되는 수지 프레임을 이용하고 있다. 따라서, 전지의 적층방향의 치수가 수지 프레임의 두께만큼 길어진다.
본 발명은, 전지의 치수 증가를 억제하면서, 케이스 등이 전극 단자에 힘을 미치는 것을 억제할 수 있는 차량 탑재 전지를 제공한다.
본 발명의 어느 양태는, 자동차에 탑재되는 차량 탑재 전지에 관한 것이다. 차량 탑재 전지는, 자동차의 최후부 좌석 후방의 공간 내 전방에 탑재된다. 차량 탑재 전지는 세트 전지와, 세트 전지를 수용하는 전지 케이스를 포함한다. 세트 전지 후측면에는 전지의 전극 단자가 배치되어 있다. 전지 케이스는, 후측의 면을 형성하는 케이스 후면 부재를 가지고, 세트 전지 후측면의 적어도 일부에 전후방향에 있어서 대향하고, 세트 전지를 향해 융기하는 융기부가 설치되어 있다. 또, 융기부는, 전극 단자를 피하여 세트 전지 후측면에 대향하고 있다. 케이스 후면 부재가 세트 전지를 향해 이동할 때, 케이스 후면 부재가 전극 단자에 힘을 미치기 전에 융기부가 세트 전지에 맞닿는다.
또한, 세트 전지 후측면으로부터 떨어져 대향하도록 할 수 있고, 케이스 후면 부재는 당해 케이스 후면 부재의 하연부(下緣部)에서 차체에 고정되도록 할 수 있다.
전극 단자를 피하여 융기부를 설치한 것에 의해, 전지 케이스가 전극에 접촉하는 것이 억제된다. 또, 케이스 후면 부재를, 그 하연부에서 차체에 고정하고, 융기부를 세트 전지 후측면으로부터 이격하여 둠으로써, 트렁크 적재물이 케이스 후면 부재에 부딪쳤을 때, 케이스 후면 부재를 앞으로 기울어지게 할 수 있다. 앞으로 기울어진 케이스 후면 부재를 따라 트렁크 적재물이 이동함으로써, 세트 전지가 받는 충격이 저감된다.
본 발명의 실시형태의 특징, 장점 및 기술적 및 산업적 중요성은 첨부한 도면(도면 내 동일한 숫자는 동일 요소를 나타냄)을 참고하여 아래에 서술한다.
도 1은, 자동차의 후부의 주요부를 나타내는 측방 단면도이다.
도 2는, 차량 탑재 전지, 특히 세트 전지와 전지 케이스를 나타내는 사시도이다.
도 3은, 차량 탑재 전지의 단면을 나타내는 도면이다.
도 4는, 트렁크의 적재물이 차량 탑재 전지에 부딪친 상태를 나타내는 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 따라 설명한다. 도 1은, 하이브리드 자동차 등 차량 구동용의 원동기로서 전동기를 구비한 자동차(10)의 후부를 측방으로부터 투시하여, 주요부를 나타낸 측방 투시도이다. 도 1에 있어서, 화살표 FR로 나타내는 방향이 자동차(10)의 전방, 화살표 UP로 나타내는 방향이 상방이다. 이후의 도면에 있어서도, 자동차의 전방, 상방을 화살표 FR, UP로 나타낸다. 또, 이후의 설명에 있어서, 전후 좌우 상하, 측방 등의 방향 및 방위를 나타내는 어구는, 특별한 언급이 없는 한 자동차(10)를 기준으로 한 방향 및 방위를 나타낸다.
자동차(10)는, 앞좌석(도시 생략), 뒷좌석(12)을 갖는 승용차이다. 또한, 뒷좌석(12)의 후방에 트렁크(14)를 가지고 있다. 뒷좌석(12)의 배면(16)이 트렁크(14)의 전단(前端)을 규정하고 있다. 트렁크(14) 내의 전방 부분에 전지(18)가 탑재되어 있다. 이하, 전지(18)를 차량 탑재 전지(18)라고 기재한다. 차량 탑재 전지(18)를 수용하는 공간과 실제로 짐을 싣기 위한 공간의 사이에 격벽을 설치하고, 이들 공간이 구분되도록 해도 된다. 이와 같은 양태의 경우, 차량 탑재 전지(18)를 수용하는 공간과 짐을 싣기 위한 공간이, 이 실시형태의 트렁크(14)에 상당한다. 또, 이 실시형태에서는, 앞좌석과 뒷좌석을 갖는 승용차를 예로 들어 뒷좌석으로부터 후방의 공간을 트렁크(14)로 하고 있으나, 앞좌석뿐인 자동차에 있어서는, 앞좌석이 당해 자동차의 최후부의 좌석이 되어, 그 후방의 공간이 트렁크(14)에 상당한다. 차량 탑재 전지(18)는, 뒷좌석(12)의 바로 후방에 배치할 수 있고, 도 1에서는, 트렁크(14)의 바닥면(20)(이하, 트렁크 바닥면(20)이라고 기재한다.)에 놓여지도록 배치되어 있다. 차량 탑재 전지(18)의, 이 탑재 위치는, 좌우 후륜의 휠 하우스의 사이의 위치이기도 하다. 차량 탑재 전지(18)는, 세트 전지(22)와, 세트 전지(22)를 수용하는 전지 케이스(24)를 포함한다. 차량 탑재 전지(18)로부터 차량 구동용의 전동기에 전력이 공급되고, 또 회생 제동 등에 의해 전동기에서 발전된 전력이 차량 탑재 전지(18)에 충전된다.
도 2는, 차량 탑재 전지(18)의 주요부 구성을 나타내는 분해 사시도이다. 세트 전지(22)는, 두께를 갖는 대략 장방형 형상의 전지 모듈(26)이 그 두께방향으로 적층되어 형성되어 있다. 전지 모듈(26)의 적층방향은, 차량 탑재 전지(18)가 자동차(10)에 탑재되었을 때의 좌우방향에 일치한다. 개개의 전지 모듈(26)은, 직렬 접속된 복수, 예를 들면 6개의 셀을 포함하고, 전체로서 두께를 갖는 대략 장방형 형상을 가진다. 전지 모듈(26) 내에는, 음양의 전극과 전해액이 수용되고, 전지 모듈(26)의 장방형의 짧은 변에 대응하는 면으로부터 전극 단자(28, 30)가 돌출하도록 설치되어 있다. 전극 단자(28)는 전측의 짧은 변에 설치된 단자이고, 전극 단자(30)가 후측의 짧은 변에 설치된 단자이다. 전극 단자(28, 30)는, 전지 모듈(26) 내의 직렬 접속된 셀의 양단(兩端) 전극과 각각 접속하고 있다. 세트 전지(22)는 대략 직방체이고, 이 직방체의 전방을 향한 면을 전측면(32), 후방을 향한 면을 후측면(34)이라고 기재한다. 전측면(32)및 후측면(34)은 대략 연직의 면이다. 전극 단자(28)는 전측면(32)의 상부 상연(上緣)을 따라, 전극 단자(30)는 후측면(34)의 상부에, 상연을 따라 배열된다.
세트 전지(22)를 수용하는 전지 케이스(24)는, 상부 케이스(36)와 하부 케이스(38)를 포함한다. 상부 케이스(36)는, 강판으로 일체로 형성되고, 세트 전지(22)의 전측면(32)에 대향하도록 위치하는 케이스 전면(前面) 부재(40)와, 후측면(34)에 대향하도록 위치하는 케이스 후면 부재(42)를 가지고, 세트 전지(22)의 상면에 대향하도록 위치하는 케이스 상면 부재(44)를 더 갖는다. 케이스 전면 부재(40) 및 케이스 후면 부재(42)는, 대략 연직으로 배치되고, 케이스 상면 부재(44)는, 대략 수평으로 배치된다. 하부 케이스(38)는, 세트 전지(22)의 하면에 대향한다. 상부 케이스(36)와 하부 케이스(38)에 의해 대략 장방형 단면의 통이 형성되고, 이 통의 양단은 도시 생략의 부재에 의해 닫혀 있다. 이 통의 양단에 배치되는 부재와, 상부 케이스(36) 및 하부 케이스(38)에 의해 전지 케이스(24)가 형성된다. 케이스 후면 부재(42)의 내측, 즉 세트 전지의 후측면(34)에 대향하는 면에는, 융기부(46)가 설치되어 있다. 융기부(46)는, 전극 단자(30)를 피하도록 배치되고, 특히, 후측면(34)의, 전극 단자(30)가 배치되어 있지 않은, 전극 단자(30)보다 하측의 부분에 대향하여 설치되어 있다. 또, 융기부(46)는, 전극 단자(30)가 배열된 좌우방향의 범위와 대략 동일한 범위 전체에 걸쳐 연장하여 설치할 수 있다. 또한, 융기부(46)는, 전극 단자(30)의 배열된 범위의 일부에, 또한 간격을 두고 좌우방향으로 배열하여 설치하도록 해도 된다.
도 3은, 차량 탑재 전지(18)의 보다 상세한 구조를 나타내는 종단면도이다. 세트 전지(22)는, 후측면(34)을 따라 좌우방향으로 연장되는 단자 커버(48)와 와이어 하니스 홀더(50)를 포함한다. 단자 커버(48)와 와이어 하니스 홀더(50)는, 세트 전지(22)의 좌우방향의 전체에 걸쳐 설치되어도 된다. 단자 커버(48)는, 전극 단자(30)의 후방측을 덮고 있다. 또, 와이어 하니스 홀더(50)는, 전지 모듈(26)과의 사이에 공간을 형성하고, 그 공간 내에 각종 센서의 신호를 전달하는 와이어 하니스를 유지하고 있다. 단자 커버(48)와 와이어 하니스 홀더(50)는, 일체의 수지 부품으로서 형성할 수 있고, 전지 모듈(26)에 장착되어 있다. 전지 모듈(26)의 후방의 단면(端面), 단자 커버(48) 및 와이어 하니스 홀더(50)로, 세트 전지(22)의 후측면(34)이 형성된다.
케이스 후면 부재(42)와 케이스 상면 부재(44)가 형성하는 모서리의 부분에는 도풍판(導風板)(52)이 용접 등에 의해 고정되어 있다. 이 도풍판(52) 및 상면 부재(44)로 구성되는 상부 케이스(36)의 천정면은 대략 볼록 형상으로 되어 있다. 볼록 형상의 돌출 부분은, 세트 전지(22)의 상면에 대응하여 설치되고, 세트 전지(22)와의 사이에 상부 도풍로(54)가 형성되어 있다. 도풍판(52)은, 기류가 흐르는 범위를 전지 모듈(26)의 상면으로 규제하고 있다. 기류는, 상부 도풍로(54) 내를 도 3의 지면(紙面)을 관통하는 방향으로 흐르고, 이 기류에 의해 세트 전지(22)가 냉각된다. 하부 케이스(38)는, 세트 전지(22)의 하면에 대응하여 오목부가 형성되어 있다. 오목부의 바닥면(56)과 세트 전지(22)의 하면은 간격이 벌어져 있다. 또, 오목부의 가장자리부(58, 60)가 세트 전지(22)의 하면 전연(前緣), 후연(後緣)을 지지하고, 여기에서 볼트 등에 의해 고정되어 있다. 하부 케이스(38)의 오목부에 의해, 세트 전지(22)의 하면과의 사이에 하부 도풍로(62)가 형성되어 있다. 기류는, 하부 도풍로(62) 내를 도 3의 지면을 관통하는 방향으로 흐르고, 이 기류에 의해 세트 전지(22)가 냉각된다.
하부 케이스(38)는, 차체에 용접 등에 의해 고정되어 있다. 도 3에 있어서는, 가장자리부(60)에서 차체의 크로스 멤버(64)에 고정되어 있는 것이 나타내어져 있다. 하부 케이스(38)는, 다른 복수 개소에서 차체에 고정되어 있다. 크로스 멤버(64)의 상면의 높이가 트렁크 바닥면(20)의 높이와 대략 일치하고 있다. 이 때문에, 하부 케이스(38)의 가장자리부(60)의 높이, 즉 세트 전지(22)의 하면의 높이가 트렁크 바닥면(20)의 높이와 대략 동일해진다.
상부 케이스(36)와 하부 케이스(38)는, 전연 및 후연에서 서로 결합되어 있다. 후연에 있어서는, 하부 케이스(38)의 가장자리부(60)에 용접된 L자형의 복수의 브래킷(66)에, 각각 볼트(68)에 의해 케이스 후면 부재(42)의 하연부가 결합되어 있다. 브래킷(66)은, 1매의 강판으로 하부 케이스(38)와 함께 성형되어도 된다. 케이스 후면 부재(42)는, 그 하연부에서 하부 케이스(38) 및 브래킷(66)을 통해 차체에 고정된다. 또, 케이스 후면 부재(42)는, 그 하연에 있어서, 직접 차체에 고정되어도 되고, 또한, 차체에 직접 고정된 브래킷을 통해 고정되어도 된다. 케이스 후면 부재(42)의 하연은, 트렁크 바닥면(20)과 대략 동일한 높이에 위치한다. 케이스 후면 부재(42)의 하연과 트렁크 바닥면(20)의 상하방향의 위치 관계에 대해서는, 동일한 높이가 아니어도 되고, 예를 들면 트렁크 바닥면(20)이 높게 위치해도 된다.
융기부(46)는 케이스 후면 부재(42)에 용접 등에 의해 고정되어 있다. 융기부(46)는, 세트 전지(22)의 후측면(34)에 대향하는 후방으로 경사진 면(70)을 갖는다. 이 면(70)을 경사면(70)이라고 기재한다. 경사면(70)은, 후측면(34)과 이격되어 있고, 그 하연(70U)이, 상연(70L)보다 전후방향에 있어서 세트 전지(22)에 접근하고 있다. 융기부(46)를 구성하는 판재는, 케이스 후면 부재를 형성하는 판재와 함께, 볼트(68)에 의해 브래킷(66)에 고정되어 있다.
도 4는, 트렁크(14) 내의 적재물(72)이 차량 탑재 전지(18)에 부딪쳤을 때의 모습을 나타내는 도면이다. 자동차(10)가 전방 충돌하는 등 하여 급감속한 경우, 트렁크(14) 내의 적재물(72)은 관성에 의해 전방으로 이동하고, 트렁크(14) 내의 전방에 위치하는 차량 탑재 전지(18)의 케이스 후면 부재(42)에 부딪친다. 적재물(72)로부터 받는 힘이 크면, 케이스 후면 부재(42)는 전방으로 이동하려고 한다. 이때, 케이스 후면 부재(42)는, 하연에서 고정되어 있는 반면, 상연에서 구속되어 있지 않고, 또한 융기부(46)와 세트 전지(22)의 사이에 간극이 있기 때문에, 하연을 축으로 하여 회전 운동한다. 케이스 후면 부재(42)가 앞으로 기울어지는 방향으로 회전 운동하면, 융기부(46)가 세트 전지의 후측면(34), 특히 이 실시형태에서는 와이어 하니스 홀더(50)에 맞닿아, 회전 운동이 멈춘다. 이때, 케이스 후면 부재(42) 또는 케이스 후면 부재(42)로부터 힘을 받은 단자 커버(48)는, 전극 단자(30)에 도달하고 있지 않아, 전극 단자(30)가 힘을 받을 일이 없다. 한편, 와이어 하니스 홀더(50)와 융기부의 경사면(70)의 서로 접촉하고 있는 부분은, 도 4에 있어서 대략 평행으로 되어 있다. 이로 인해, 와이어 하니스 홀더(50)는, 상하방향에 있어서 넓은 범위에서 융기부(46)로부터의 힘을 받을 수 있어, 하중의 집중을 억제할 수 있다.
케이스 후면 부재(42)가 앞으로 기울어짐으로써, 전지 케이스(24)의 후면이 경사면이 된다. 융기부(46)가 세트 전지의 후측면(34)에 맞닿았을 때의 케이스 후면 부재(42)의 경사 각도는, 연직방향에 대해 10∼20°, 특히 10∼15°이다. 평상시의 융기부의 경사면(70)의 뒤로 기울어지는 각도는 이 각도에 대응시킨다. 케이스 후면 부재(42)가 앞으로 기울어짐으로써, 충돌하여 온 적재물(72)은, 일점쇄선으로 나타내는 적재물(72’)과 같이 경사진 전지 케이스(24)의 후면을 따라 이동한다. 이로 인해, 적재물(72)이 부딪쳤을 때의 힘의 일부가 회피되어, 차량 탑재 전지(18)에 가해지는 힘을 저감할 수 있다.
전극 단자(30)는, 전지 모듈(26)의 내부로 연장되어 있고, 전극 단자(30)에 큰 힘이 가해지면, 전지 모듈(26) 내부에 힘이 전해져, 전지 모듈(26)이 손상될 가능성이 있다. 이에 대해, 전지 모듈(26)은, 전극 단자(30) 이외의 부분으로부터의 입력에 대해서는 비교적 강고하고, 융기부(46)를 설치함으로써, 전극 단자(30) 이외의 부분에서 힘을 받아, 전지 모듈(26)의 손상을 방지하고 있다. 또, 이 차량 탑재 전지(18)에 있어서는, 융기부(46)를 와이어 하니스 홀더(50)에 맞닿게 함으로써, 전지 모듈(26)에 전해지는 힘을 분산하고 있다. 적재물(72)은, 전지 케이스(24)의 좌우방향 전체에 걸쳐 균일하게 부딪치는 것으로 한정할 수 없고, 전지 케이스(24)의 일부에 부딪치면, 그 부분 근방의 융기부(46)만이 와이어 하니스 홀더(50)에 맞닿는다. 와이어 하니스 홀더(50)는 좌우방향으로 연장되어 있으므로, 융기부(46)로부터 받은 힘을 좌우방향에 전하여, 보다 많은 전지 모듈(26)에 힘을 전한다. 이로 인해, 하나의 전지 모듈(26)이 받는 힘이 저감된다. 세트 전지(22)에, 와이어 하니스 홀더(50)와 같이 좌우방향으로 연장되고, 융기부(46)로부터의 힘을 받는 부재를 설치하도록 함으로써 힘을 보다 많은 전지 모듈(26)에 분산할 수 있다.
본 발명에 관련되는 다른 양태에 대하여 서술한다. 다른 양태에 관련되는 차량 탑재 전지는, 세트 전지와, 세트 전지를 수용하는 전지 케이스를 포함한다. 전지 케이스는, 세트 전지의 전극 단자가 배치된 단자 배치면에 대향하는 면을 형성하는 면 부재를 갖는다. 이 면 부재는, 세트 전지를 향해 융기하는 융기부를 갖는다. 융기부는, 단자 배치면의 적어도 일부에, 전극 단자를 피하여 대향하고 있다. 융기부를 갖는 면 부재가 세트 전지에 이동할 때, 면 부재가 전극 단자에 힘을 미치기 전에 융기부가 세트 전지에 맞닿는다.

Claims (3)

  1. 자동차의 최후부 좌석 후방의 공간 내 전방에 탑재된 차량 탑재 전지에 있어서,
    차량 전후방향에 대해 후측면에 배치된 전극 단자를 갖는 세트 전지와,
    세트 전지를 수용하는 전지 케이스를 포함하고,
    전지 케이스의 후측의 면을 형성하는 케이스 후면 부재에는, 차량 전후방향에 있어서, 세트 전지 후측면의 적어도 일부에 전극 단자를 피하여 대향하고, 세트 전지를 향해 융기하는 융기부가 설치되고, 케이스 후면 부재가 세트 전지를 향해 이동할 때 케이스 후면 부재가 전극 단자에 힘을 미치기 전에 융기부가 세트 전지에 맞닿는 것을 특징으로 하는 차량 탑재 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    융기부는 세트 전지 후측면으로부터 떨어져 대향하고, 케이스 후면 부재는 당해 케이스 후면 부재의 하연부에서 차체에 고정되어 있는 차량 탑재 전지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    융기부는, 세트 전지 후측면에 대해 경사진 경사면을 가지고, 경사면은, 세트 전지에 맞닿았을 때, 세트 전지의 맞닿은 면과 평행해지는 차량 탑재 전지.
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