JP2008226610A - 組電池の車両搭載構造 - Google Patents

Abstract

【課題】車体側面からの衝突といったケースにおいて、車体側面部と組電池との干渉を抑制する。
【解決手段】組電池の車両搭載構造は、車長方向に延在するサイドメンバー５が車幅方向両側下面に配設されたフロアパネル６と、フロアパネル６に載置される組電池１とを有する。この組電池１は、車高方向の下側位置よりも上側位置の方が、車幅方向の寸法が小さくなるようなアウトライン形状を有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、組電池の車両搭載構造に関する。

近年、電気を動力源とする電気自動車や、エンジンとモータとを組み合わせて走行するハイブリッドカーが注目を集めており、これらの車両に搭載する高出力型電池の開発が行われている。この高出力型電池としては、例えば、リチウムイオン電池があり、なかでも平板状の正極板と負極板とをセパレータを介在しつつ積層した発電要素を、一対の外装部材の間に電解質とともに収納し、外装部材の周縁部を接合して密封した積層型電池が知られている。

積層型電池を自動車の電源といった高電圧用の電池として用いる場合には、複数の積層型電池を並列または直列に接続して電池モジュールを構成し、この電池モジュールを直列的に複数接続した組電池として用いることで、出力電圧の高電圧化を図っている。組電池は、例えば、特許文献１に開示されるように、複数の電池モジュールが車幅方向および車高方向に沿ってマトリクス状にレイアウトされて、そのアウトライン形状が略直方体とされ、トランクルームのフロアパネル上に載置される。また、車体側面からの衝突によって、サイドパネルといった車体側面部がトランクルームの内側に変形することを考慮して、組電池は、通常、車幅方向においてトランクルームの中央に載置されている。
特開２００６−１４７５４６号公報

ところで、側面衝突時には、車体側面部と組電池とが干渉してしまうという不都合がある。これにより、組電池が変形してしまい、車両の修理代が高くなるという問題がある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、車体側面からの衝突といったケースにおいて、車体側面部と組電池との干渉を抑制することである。

かかる課題を解決するために、本発明は、組電池の車両搭載構造を提供する。この車両搭載構造は、車長方向に延在するフレームが車幅方向両側下面に配設されたフロアパネルと、フロアパネルに載置される組電池とを有する。ここで、組電池は、車高方向の下側位置よりも上側位置の方が、車幅方向の寸法が小さくなるようなアウトライン形状を有する。

本発明によれば、組電池と車体側面部との相対距離が、車高方向の上側位置の方が大きく、大きなクリアランスが確保されている。そのため、車体側の衝撃にともない車体側面部の上部がより大きく内側へと変形した場合であっても、車体側面部と組電池との干渉を抑制することができる。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態にかかる組電池の車両搭載構造を説明する説明図であり、車両後方より眺めたトランクルーム内の断面図を模式的に示している。この組電池１は、例えば、電気自動車またはハイブリット自動車における駆動用電源として車両に搭載されており、例えば、トランクルーム内のフロアパネル６上に載置されている。トランクルームにおいて、フロアパネル６の両側には、ホイールハウスを含む車体側面部（サイドパネル）４が配設されており、また、フロアパネル６の車幅方向（車両左右方向）両側下面には、車長方向（車両前後方向）に延在するフレームであるサイドメンバー５が通常の車両と同様に配設されている。

組電池１は、それぞれが同一形状を有する複数の電池モジュール（図示せず）が、車幅方向に沿って並列的に、かつ、車高方向（車両上下方向）に沿って積層的に配置されており、ハウジング内に収容されている。組電池１を構成する個々の電池モジュールは、電池モジュール同士において、負極側の電極端子と正極側の電極端子とが結線部材（例えば、バスバー）によってそれぞれ連結されることにより、電気的に直列接続されている。組電池１は、個々の電池モジュールの出力電圧等を考慮して、車両に要求される出力電圧を確保し得る程度の個数によって構成されている（本実施形態では、１５個の電池モジュールで構成されている）。

また、組電池１では、充放電に伴い個々の電池モジュールが発熱するため、冷却ファン８により冷却風を流入させることにより、組電池１、すなわち、個々の電池モジュールの冷却を行っている。

図２は、電池モジュールを構成する単電池１０の一例を模式的に示す斜視図である。組電池１を構成する個々の電池モジュールは、複数の単電池１０を電気的に並列または直列に接続して構成されている。電池モジュールを構成する各単電池１０は、矩形形状を有しており、厚み方向に積層されて、モジュールケースに収納され、電池モジュールとしてモジュール化されている。

単電池１０としては、例えば、積層型電池を用いることができる。積層型電池は、発電要素としての電極積層体（図示せず）と、この電極積層体を収納する電池外装とを主体に構成されている。電極積層体は、電池外装を構成する１対の金属複合フィルム１１，１２によって厚み方向に挟み込むようにして収納され、これらの金属複合フィルム１１，１２の周縁部位１３を溶着することにより、電解質と共に密封されている。

電極積層体は、複数枚の正極板と負極板とがセパレータを介在しつつ順次積層されて構成されており、その平面形状は略矩形となっている。正極板は、シート状の正極集電体の両面（或いは片面）に正極活物質を塗布したものであり、負極板は、シート状の負極集電体の両面（或いは片面）に負極活物質を塗布したものである。個々の正極板は、正極リードを介して、一方の電極端子としての正極タブ１４に接続されている。また、個々の負極板は、負極リードを介して、他方の電極端子としての負極タブ１５に接続されている。

電池外装を構成する一対の金属複合フィルム１１，１２は、電極積層体の形状に対応させて、この電極積層体よりも若干大きめの矩形状に成形されたシート状の部材である。一対の金属複合フィルム１１，１２のうち、電極積層体の上面側をカバーする一方の金属複合フィルム１１は、その中央部に電極積層体を収納する凹部が設けられたカップ形状を有しており、電極積層体の下面側をカバーする他方の金属複合フィルム１２は、その凹部を蓋するような平坦形状を有している。一対の金属複合フィルム１１，１２は、例えば、アルミニウム等よりなる金属層を基材とし、この金属層の内側にＰＥ（ポリエチレン）またはＰＰ（ポリプロピレン）等よりなる高分子樹脂層がコーティングされている。また、これらの金属複合フィルム１１，１２には、金属層の外側に接着層を介してナイロン等よりなる保護層が接着されている。

このような構成を有する積層型電池は、例えば、リチウムイオン電池としての適用が可能である。この場合、電極積層体の正極板を形成している正極活物質は、リチウムマンガン系複合酸化物、具体的には、例えば、一般式ＬｉｙＭｎ２−ｚＭ’ｚＯ４（ただし、０．９≦ｙ≦１．２、０．０１≦ｚ≦０．５であり、Ｍ’はＦｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ａｌ，Ｓｎ，Ｂ，Ｇａ，Ｃｒ，Ｖ，Ｔｉ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒの少なくとも一つである。）で表される化合物を含有する。なお、正極活物質は、リチウムマンガン系複合酸化物以外にも、例えば、一般式ＬｉＮｉ１−ｘＭｘＯ２（ただし、０．０１≦ｘ≦０．５であり、ＭはＦｅ，Ｃｏ，Ｍｎ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ａｌ，Ｓｎ，Ｂ，Ｇａ，Ｃｒ，Ｖ，Ｔｉ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒの少なくとも一つである。）で表せる化合物であるリチウムニッケル系複合酸化物や、一般式ＬｉＣｏ１−ｘＭｘＯ２（ただし、０．０１≦ｘ≦０．５であり、ＭはＦｅ，Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ａｌ，Ｓｎ，Ｂ，Ｇａ，Ｃｒ，Ｖ，Ｔｉ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒの少なくとも一つである。）で表せる化合物であるリチウムコバルト系複合酸化物等を含有することも可能である。

一方、電極積層体の負極板を形成している負極活物質としては、対リチウム電位が２．０Ｖ以下の範囲でリチウムをドープ・脱ドープすることが可能な材料であれば何れも使用可能である。具体的には、難黒鉛化性炭素材料、人造黒鉛、天然黒鉛、熱分解黒鉛類、ピッチコークスやニードルコークスや石油コークス等のコークス類、グラファイト、ガラス状炭素類、フェノール樹脂やフラン樹脂等を適当な温度で焼成して炭化した有機高分子化合物焼成体、炭素繊維、活性炭、カーボンブラック等の結晶性・非結晶性炭素質材料を使用することが可能である。

ここで、本実施形態の特徴の一つとして、組電池１は、車両後方より眺めた際、すなわち、車幅方向と車高方向とからなる二次元平面におけるアウトライン形状（すなわち、車幅方向における断面形状）が、車高方向の下側位置よりも上側位置の方が、車幅方向の寸法が小さくなっている。

図３は、第１の実施形態にかかる組電池１における電池モジュール２のレイアウトを模式的に示す断面図である。組電池１は、それぞれが同一形状を有する電池モジュール２の集合体であり、この電池モジュール２を車幅方向に複数並べた電池モジュール列のそれぞれを、車高方向に積層して構成されている。この組電池１において、電池モジュール列のそれぞれは、積層位置が上側の電池モジュール列ほど、この電池モジュール列を構成する電池モジュール２の個数が少なくなるように設定されている。本実施形態では、図３に示すように、最下層の電池モジュール列が６個の電池モジュール２によって構成され、その上の層の電池モジュール列が５つの電池モジュール２によって構成され、最上層の電池モジュール列が４個の電池モジュール２によって構成されている。ここで、各層の電池モジュール列は、その中央位置が、フロアパネル６の車幅方向中央に位置するように配置されている。

以下、本実施形態にかかる組電池の車両搭載構造による作用・効果を説明する。例えば、車体後方において側面から衝撃を受けた場合、衝撃にともなう力Ｆによって、サイドパネル４がトランクルームの内側へと変形する（変形後のサイドパネル４のアウトラインを二点鎖線で示す）。フロアパネル６の下面両側には、サイドメンバー５が配設されているため、サイドパネル４は、サイドメンバー５から遠ざかる程、すなわち、車高方向の上方へと向かう程、その変形量が大きくなる。

一方で、本実施形態にかかる組電池１とは逆に、組電池が、車高方向を上方に向かうに従って車幅方向の寸法が大きくなるようなアウトライン形状、或いは、車幅方向の寸法が同一のアウトライン形状を有していると考える。この場合には、車体側面への衝撃にともない変形したサイドパネルの上部が、組電池の上部と干渉して、組電池を変形してしまう虞がある。

この点、本実施形態によれば、組電池１は、積層位置が上側の電池モジュール列ほど、この電池モジュール列を構成する電池モジュール２の個数が少なくなるように設定されており、これにより、車高方向を上方に向かうに従って車幅方向の寸法が小さくなるアウトライン形状を有している。そのため、車体側面からの衝撃にともなうサイドパネル４の変形量が大きな部位ほど（本実施形態では、サイドメンバー５から遠ざかった車高方向上方の部位ほど）、組電池１との相対距離が大きくなり、大きなクリアランスが確保されている。換言すれば、組電池１は、車体側面からの衝撃にともなうサイドパネル４の変形量の大きさに対応して、このサイドパネル４とのクリアランスが大きくなるようなアウトライン形状を有している。よって、車体側面への衝撃にともないサイドパネル４がトランクルームの内側へと変形した場合であっても、それが組電池１と干渉するといった事態を抑制することができる。これにより、組電池１の変形を抑制することができ、車両の修理代が高くなるといった事態を抑制することができる。

なお、本実施形態では、個々の電池モジュール２は、フロアパネル６に載置される最下層の電池モジュール列を構成する電池モジュールの個数が最も多く、上層に向かうに従って、その電位モジュール列を構成する電池モジュール２の個数が段階的に少なくなっている。しかしながら、本発明はこの形態に限定されない。したがって、組電池１は、上側に積層された電池モジュール列と、下側に積層された電池モジュール列との比較において、上側の電池モジュール列を構成する電池モジュール２の個数が少なければよい。例えば、最下層の電池モジュールから上層にかけて、６個、６個、３個で構成される電池モジュール列で構成してもよい。

また、本実施形態では、組電池１のハウジングが、集合した複数の電池モジュール２を直線的に覆うような形状であるが、集合された電池モジュール２のアウトラインに沿って収容するような形状であってもよい。

（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態にかかる組電池の車両搭載構造を説明する説明図であり、車両後方より眺めたトランクルーム内の断面図を示している。第２の実施形態にかかる組電池の車両搭載構造が、第１の実施形態のそれと相違する点は、組電池１を構成する電池モジュール２のレイアウトである。なお、第１の実施形態と同様の構成については符号を引用することとし、重複する説明は省略する。

第２の実施形態において、組電池１は、第１の実施形態と同様に、車両後方より眺めた際、すなわち、車幅方向と車高方向とからなる二次元平面におけるアウトライン形状が、車高方向の下側位置よりも上側位置の方が、車幅方向の寸法が小さくなっている。

具体的には、組電池１は、互いに同一形状を有する複数の電池モジュール２の集合体であり、この電池モジュール２を車高方向に複数積層した電池モジュール群のそれぞれを、車幅方向に並べて構成されている。この組電池１において、電池モジュール群のそれぞれは、車幅方向において外側に位置する電池モジュール群ほど、この電池モジュール群を構成する電池モジュール２の積層数が少なく設定されている。本実施形態では、図４に示すように、最も外側に位置する一対の電池モジュール群が１個の電池モジュール２によって構成され、それらの内側に位置する一対の電池モジュール群が３つの電池モジュール２によって構成されている。また、中央に位置する一対の電池モジュール群のうち、一方の電池モジュール群（図中左側）は、３つの電池モジュール２によって構成され、他方の電池モジュール群（図中右側）は、４つの電池モジュール２によって構成されている。

このように本実施形態によれば、組電池１を構成する個々の電池モジュール２のレイアウトによって、車高方向を上方に向かうに従って車幅方向の寸法が小さくなるアウトライン形状を有しており、第１の実施形態に示す組電池１と同様の作用・効果を奏する。また、かかる構成によれば、個々の電池モジュール群は、電池モジュール２を車高方向へ積層して構成されるので、例えば、積層された電池モジュール２を上下方向に貫通する貫通ボルトを用いて電池モジュール２を固定するといったように、個々の電池モジュール２のフロアパネル６への固定が容易となる。また、組電池１の全体としての、車高方向における高さを調整することができるので、トランクルーム内の形状に対応するように組電池１を搭載することが容易となる。

（第３の実施形態）
図５は、第３の実施形態にかかる組電池の車両搭載構造を説明する説明図であり、車両後方より眺めたトランクルーム内の断面図を示している。第３の実施形態にかかる組電池の車両搭載構造が、第１または２の実施形態のそれと相違する点は、組電池１を構成する電池モジュール２のレイアウト手法である。なお、第１または２の実施形態と同様の構成については符号を引用することとし、重複する説明は省略する。

第２の実施形態において、組電池１は、第１の実施形態と同様に、車両後方より眺めた際、すなわち、車幅方向と車高方向とからなる二次元平面におけるアウトライン形状が、車高方向の下側位置よりも上側位置の方が、車幅方向の寸法が小さくなっている。

具体的には、組電池１は、電池モジュール２を車幅方向に複数並べた電池モジュール列のそれぞれを、車高方向に積層して構成されている。この組電池１において、電池モジュール列のそれぞれは、積層位置が上側の電池モジュール列ほど、この電池モジュール列を構成する各電池モジュール２に関する車幅方向の寸法が小さく設定されている。また、この場合には、電池モジュール列のそれぞれは、個々の電池モジュール２の容量を均一化するために、積層位置が上側の電池モジュール列ほど、この電池モジュール列を構成する各電池モジュール２に関する車高方向の寸法が大きく設定されていることが望ましい。すなわち、電池モジュール２を構成する単電池１０の大きさを、積層位置が上側の電池モジュール２を構成する単電池１０ほど車高方向の寸法が大きくなるように設定することにより、各電池モジュール２を構成する複数の単電池１０の体積の合計を均一化し、個々の電池モジュール２の容量を均一化している。本実施形態では、図５に示すように、各層の電池モジュール列は６個の電池モジュール２によって構成されており、最下層からその上層にかけて、電池モジュール２の車幅方向における寸法が順次小さくなるとともに、電池モジュール２の車高方向における寸法が順次大きくなるように設定されている。また、各層の電池モジュール列は、その中央位置が、車幅方向の中央に位置するように配置されている。

このように本実施形態によれば、組電池１を構成する電池モジュール２の幅方向の寸法を設定することにより、車高方向を上方に向かうに従って車幅方向の寸法が小さくなるアウトライン形状を有しており、第１の実施形態に示す組電池１と同様の作用・効果を奏する。また、組電池１を構成する電池モジュール２の車高方向の寸法を設定することにより、組電池１としての容量が低下してしまうといった不都合を抑制することができる。

なお、上述した各実施形態では、組電池１は複数の電池モジュール２により構成され、この電池モジュール２が複数の単電池１０により構成されているが、本発明はこれに限定されない。すなわち、車両に搭載される組電池１が、複数の電池要素である単位電池によって構成されていればよく、この単位電池は、上述した電池モジュール２であっても、単電池１０によって構成されてもよい。

本実施形態にかかる組電池の車両搭載構造を説明する説明図 電池モジュールを構成する単電池１０を模式的に示す斜視図 第１の実施形態にかかる組電池１における電池モジュール２のレイアウトを模式的に示す断面図 第２の実施形態にかかる組電池の車両搭載構造を説明する説明図 第３の実施形態にかかる組電池の車両搭載構造を説明する説明図

符号の説明

１ 組電池
２ 電池モジュール
３ サイドパネル
５ サイドメンバー
６ フロアパネル
８ 冷却ファン
１０ 単電池
１１ 金属複合フィルム
１２ 金属複合フィルム
１３ 周縁部位
１４ 正極タブ
１５ 負極タブ

Claims (6)

1. 組電池の車両搭載構造において、
   車長方向に延在するフレームが車幅方向両側下面に配設されたフロアパネルと、
   前記フロアパネルに載置される組電池とを有し、
   前記組電池は、車高方向の下側位置よりも上側位置の方が、車幅方向の寸法が小さくなるようなアウトライン形状を有することを特徴とする組電池の車両搭載構造。
2. 前記組電池は、互いに電気的に接続された複数の単位電池を有し、当該単位電池を車幅方向に複数並べた電池列のそれぞれを車高方向に積層して構成されており、
   前記電池列のそれぞれは、積層位置が車高方向上側の前記電池列ほど、当該電池列を構成する前記単位電池の個数が少なくなるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載された組電池の車両搭載構造。
3. 前記組電池は、互いに電気的に接続された複数の単位電池を有し、当該単位電池を車高方向に複数積層した電池群のそれぞれを車幅方向に並べて構成されており、
   前記電池群のそれぞれは、車幅方向において外側に位置する前記電池群ほど、当該電池群を構成する前記単位電池の積層数が少なくなるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載された組電池の車両搭載構造。
4. 前記組電池は、互いに電気的に接続された複数の単位電池を有し、当該単位電池を車幅方向に複数並べた電池列のそれぞれを車高方向に積層して構成されており、
   前記電池列のそれぞれは、積層位置が車高方向上側の前記電池列ほど、当該電池列を構成する各単位電池に関する車幅方向の寸法が小さくなるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載された組電池の車両搭載構造。
5. 前記電池列のそれぞれは、積層位置が車高方向上側の前記電池列ほど、当該電池列を構成する各単位電池に関する車高方向の寸法が大きくなるように設定されていることを特徴とする請求項４に記載された組電池の車両搭載構造。
6. 組電池の車両搭載構造において、
   車長方向に延在するフレームが車幅方向両側下面に配設されたフロアパネルと、
   前記フロアパネルに載置される組電池とを有し、
   前記組電池は、車体側面からの衝撃にともなう車体側面部の変形量の大きさに対応して、当該車体側面部とのクリアランスが大きくなるようなアウトライン形状を有することを特徴とする組電池の車両搭載構造。

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