JP2012530018A - 自動車における電池の安全な配置構成 - Google Patents

Abstract

本発明は、自動車（１０）における電池（１４）の配置構成に関し、これは、自動車（１０）内に配置される電池（１４）の収容部（１２）と、取付け方向に従って取付け位置まで垂直方向に収容部（１２）内に挿入される電池（１４）と、を含む配置構成であって、水平なすべての方向に電池（１４）を動かないように固定するため、取付け位置にある電池（１４）の周囲に接触するように収容部（１２）に対して固定された少なくとも１つの楔面（３２）を、収容部（１２）が備えることを特徴とする。

Description

本発明は、自動車における蓄電池列の配置構成に関するものである。

本発明は、より具体的には、自動車における以下のものを含む電池の配置構成に関する。
‐ 車両内に配置される電池の収容部。
‐ 取付け方向に従って取付け位置まで垂直方向に収容部内に挿入される電池。

電気モータで動く車両は、大量の電力を必要とし、例えば、１００から１５０ｋｍの距離を走行するのに１５から２０ｋＷｈを必要とする。

その電源は、一般的に、少なくとも一列の蓄電池列で構成されている。以下、“電池”という用語は、蓄電池列と解釈される。

家庭用コンセントのような通常の電源は３から４ｋＷを供給することができ、これにより、そのような蓄電池列を約５時間で充電することができる。この充電の間は、車を動かすことはできない。

この問題を解決するため、充電が必要な電池を、充電済みの予備の電池で置き換えることが知られている。この場合、放電した電池は車両から取り外されて、予備の電池と取り替えられる。このようにして、使用済みの電池の充電を待つことなく自動車を使用することができる。このようなサービスは、例えば、内燃エンジンを備える車両のための既存のガソリンスタンドと同様のスタンドで提供することができる。

しかしながら、この種の電池は非常に重く、例えば２００から３００ｋｇの重さがあり、また、非常にかさばるものであり、例えば、高さと幅が８００ｍｍ、長さが１０００ｍｍのブロックである。これらの特徴は、車両の中で電池を固定する簡単で効果的なシステムを設計する上で問題となる。既存の固定装置が複雑であることが、電池の交換作業を長く、厄介なものとしている。

また、例えば高速での正面衝突の際などに自動車に急ブレーキがかかると、電池は、水平方向の加速度、一般的には前後方向の加速度を受けやすく、それは重力加速度の５０倍に達する。このような状況では、電池がその収容部から抜け出て、車両から切り離される危険性がある。

既存の配置構成において、電池のロック機構は、電池の水平方向の係止を少なくともいくらか配慮している。そのようなロック機構は、特に事故の際にロック機構が電池から受けやすい水平方向の荷重のために、複雑で製造費がかさむものとなる。

これらの問題を解決するため、本発明は、上述のような、車両における電池の配置構成を提案するものであり、これは、水平なすべての方向に電池を動かないように固定するため、取付け位置にある電池の周囲に接触するように収容部に対して固定された少なくとも１つの楔面を、収容部が備えることを特徴とする。

本発明の他の特徴によると、
‐ 楔面は、電池を水平に取り囲む剛性環を成す環状の内面によって構成されており、これは、その全長に渡って、取付け位置にある電池の外周に接触することにより、電池の水平なすべての方向の動きを阻止する。
‐ 弾性変形可能な材料でできた少なくとも１つのパッドが、プレストレスを与えられた状態で、上記環状内面と、取付け位置にある電池との間に水平に介在されており、これにより、電池と環状内面との間の取付け間隙を吸収して、電池を自動車のシャーシに対して水平なすべての方向に動かないように固定している。
‐ 各楔面は、自動車のシャーシに固定された剛性フレームの内面によって構成されている。
‐ 当該配置構成は、垂直当接手段を備え、これに対して、取付け位置において電池が当接する。
‐ 環状楔面は、電池を水平に取り囲む相方部分と協働する円錐台形状を有しており、これによって、電池が取付け位置にあるときに、その垂直な取付け方向の動きを阻止する。
‐ 上記相方部分は、電池と一体に形成されている。
‐ 上記相方部分は、電池の垂直面から外側に水平に突き出しているリムの円錐台形状の外面で構成されている。
‐ 当該配置構成は、電池を取付け位置にロックするロック手段を備え、これにより、電池の取付け方向と反対方向の垂直な動きを阻止する。
‐ ロック手段は、電池が垂直方向に自由にスライドできる開放位置と、電池が収容部内で取付け位置に拘束されるロック位置との間で枢動可能に取り付けられた少なくとも１つのフック状の係止部を有している。
‐ フック状係止部は、そのロック位置にあるときに、上記リムの自由リップの下側に係合するように構成されている。
‐ フック状係止部は、そのロック位置にあるときに、電池が保持するリングに係合するように構成されている。
‐ 係止部の枢軸は、電池とロック位置にある係止部との間の接触点と、重力の方向に沿って揃った位置に配置されている。

その他の特徴および効果は、その理解のために添付の図面を参照して、以下の詳細な説明を読むことでから明らかになるであろう。

図１は、本発明の教示に従って構成された電池収容部を備える自動車を示す平面図である。 図２は、図１の車両、および取付け前に車両の下に配置された電池を示す側面図である。 図３は、図２を拡大して、車両内の電池およびその収容部を示す詳細図である。 図４は、収容部内に取り付けられ、本発明の第１の実施形態により構成された固定手段によって固定された電池を示す、図３と同様の詳細図である。 図５は、収容部内に取り付けられ、本発明の第２の実施形態により構成された固定手段によって固定された電池を示す、図４と同様の詳細図である。 図６は、取付け前の電池を示す、図４と同様の図である。 図７は、図６の側面図である。 図８は、取付け位置にある電池を示す図６と同様の図である。 図９は、図８の側面図である。

以下の説明において、図面の中で座標系“Ｌ，Ｖ，Ｔ”で示す前後方向、垂直方向、および横方向は、限定することなく用いられる。ここでは、垂直方向は、重力と反対方向を指している。

以下の説明において、類似、同一、または同様の機能をもつ要素は、同一の参照符号で示すものとする。

図１は、電気モータ（図示せず）で動く、あるいは電気モータを一部使用して作動するハイブリッド推進装置によって動く自動車１０を示している。

自動車１０は、蓄電池列１４を収容するように構成された収容部１２を備えている。収容部１２は、自動車１０の下で車両１０の重心にほぼ一致した位置に配置されて、下向きに開口している。このように、電池１４は、取付け方向に従って取付け位置まで垂直方向上向きに収容部１２内に挿入されるようになっている。

蓄電池列１４は、蓄電池、ウルトラキャパシタ、あるいはそれと同等のものなど、電気エネルギー貯蔵素子（図示せず）を格納しているケースで構成されている。特に規定しない限り、以下の説明において、電池１４は電池ケースに収められたものとする。

電池１４は、直方体形状をしている。それは、水平上面１６と水平下面１８により垂直方向に画定されており、一対の横方向垂直面２０と一対の前後方向垂直面２２により水平方向に画定されている。

本発明の教示によれば、収容部１２は、水平なすべての方向に電池１４を動かないように固定するため、取付け位置にある電池１４の周囲に接触するように収容部１２に対して固定された少なくとも１つの楔面３２を備えている。

収容部１２は、ここでは、自動車１０のシャーシ２６に固定された剛性の水平フレーム２４を備えている。フレーム２４は、電池１４の水平形状をほぼ補完する長方形状を有している。

フレーム２４は、例えば４つの金属ビーム、すなわち２つの前後方向部材２８と２つの横方向部材３０で構成されており、これらは接合して互いに直角に固定されており、その各々がフレーム２４の一辺を形成している。

図３に示すように、フレーム２４は、ここでは、その上面で車両１０のシャーシ２６にしっかりと固定されている。このようにして、フレーム２４とシャーシ２６は、車両１０が高速での正面衝突の際に受けるような非常に激しい衝撃に耐えることができる一体のユニットを構成している。

楔面は、ここでは、フレーム２４の環状の内面３２によって構成されており、これは、取付け位置にある電池１４を水平に取り囲むように構成された剛性環を成している。楔面３２は、より具体的には、その全長に渡って、取付け位置にある電池１４の垂直外周面２０、２２に直接または間接的に接触するように構成されており、これにより、電池１４の水平なすべての方向の動きをしっかりと阻止する。

本発明の図示していない変形例によれば、収容部は、４つの分離された楔面を備えており、これらは、それぞれ電池の４つの垂直面の１つに接触するように構成されている。

この配置構成は、取付け位置にある電池１４の垂直方向上向きの動きを阻止するための垂直当接手段を備えている。

垂直当接手段は、収容部１２の固定面によって構成されている。

効果的には、フレーム２４の環状楔面３２は、下部に向かって広がる、ここではピラミッド形である円錐台形状を有し、これは、電池１４を水平に取り囲む相方部分３４と協働することで、電池が取付け位置にあるときに、水平方向の阻止機能を確保しながら、電池１４の垂直な取付け方向の動きを阻止する。

その相方部分は、電池１４を水平に取り囲むリム３６の円錐台形状の外面３４で構成されている。ここでは、リム３６は、電池１４の高さのほぼ真ん中に配置されて、電池１４の垂直面２０、２２から水平に突き出している。

リム３６は、ここでは、電池１４と一体に形成されている。

電池の図示していない変形例によれば、リムは、電池の周りに装着されて、いずれかの適当な固定手段により電池に剛固定された第２のフレームで構成される。

リム３６は、収容部１２のフレーム２４の楔面３２を補完する円錐台形状の外面３４を有している。

弾性変形可能な材料でできた少なくとも１つのパッド３８が、プレストレスを与えられた状態で、フレーム２４の環状楔面３２と、取付け位置にある電池１４との間に水平に介在されており、これにより、電池１４と環状楔面３２との間の取付け間隙を吸収して、電池１４を車両１０のシャーシ２６に対して水平なすべての方向に動かないように固定している。

また、このパッド３８は、例えば車両１０がでこぼこの路面を走行することによって生じることがある電池１４の振動を即座に吸収することができる。

この構成配置は、例えば、４つのパッド３８を備えており、その各々は、リム３６の外面３４の関連する側の全長に渡って取り付けられている。

図６から９に示す本発明の実施形態の変形例によれば、パッド３８はフレーム２４の楔面３２に取り付けられる。

リム３６が電池１４の重量に耐える能力を向上するため、図３に示すように、縦リブ４０が設けられており、これらは、ここではリム３６の関連する側の下面と電池１４の関連する垂直面２０とを接続している。

このようにして、電池によって加えられることがある垂直方向上向きまたは水平なすべての方向の荷重が、フレーム２４によって完全に吸収される。

さらに、電池１４の端子（図示せず）との電気接続手段（図示せず）が、収容部１２の内部に設けられている。

電気接続手段に水が接触することを防止するため、リム３６とフレーム２４との間に封止ガスケット４４が介在される。

この目的のため、フレーム２４は水平な下面４６を有しており、これは、リム３６の外面３４を取り囲む自由な水平環状リップ４８に向き合うように配置されている。ガスケット４４は、例えば、この水平リップ４８の上面に取り付けられる。このようにして、電池１４がその取付け位置にあるときに、封止ガスケット４４は、電池１４のリップ４８の上面とフレーム２４の下面４６との間で垂直方向に圧迫される。

リム３６の自由リップ４８は、リム３６の外面３４の下底から環状の自由縁まで水平方向外向きに延出している。

さらに、剛性フレーム２４は、電池１４へ電気接続手段を保持している。電気接続手段は、例えば、フレーム２４のいずれかの側面２８，３０から垂直方向上向きに延びる直立部と、電気コネクタを保持するアームとを含むブラケットにより構成される。

電気接続手段はフレーム２４に対して固定されて、これにより、収容部１２に垂直方向に挿入された電池１４が電気的に接続されるようになっている。この目的のため、電気コネクタは、電池１４の対応する端子と垂直に向き合うように配置されている。

さらに、図４に示すように、この配置構成は、電池１４を取付け位置にロックするためのロック手段を備えており、これにより、取付け方向とは反対方向に、すなわち、図示の実施形態では重力と反対方向に、電池１４が垂直に動くことを阻止している。ロック手段は、電池１４の垂直方向下向きの動きのみを阻止するものである。電池１４の水平方向の動きは、実際に固定フレーム２４によって既に阻止されている。

ロック手段は、少なくとも１つのフック状の係止部５０を含んでおり、これは、ここでは前後方向の軸である水平軸“Ａ”の周りに枢動可能に取り付けられて、これにより、電池１４が垂直方向に自由にスライドできるように係止部５０が外側に引っ込んでいる開放角度位置と、電池１４が収容部１２内で取付け位置に拘束されるロック角度位置との間で枢動する。係止部５０は、ここでは、例えばバネにより形成される弾性戻し手段５２によって、そのロック位置に弾性的に付勢されている。

係止部５０の自由下端は、係止部５０の枢動平面内で、フレーム２４の内側に向かってフック状に湾曲している。

枢軸“Ａ”は、フレーム２４の前後方向部材２８の外側垂直面に支持されている。枢軸“Ａ”は、取付け位置にある電池１４の対向する自由リップ４８の垂直方向上方にあるように配置されている。

係止部５０は、取付け位置にある電池１４の対向する自由リップ４８の下側に係合するようになっており、これにより、電池１４をその重量に対抗して保持する。

車両１０は、複数のロック手段、例えば４つのロック手段を備え、これにより、電池１４が複数の係止部５０に安定して支えられ、電池１４の重量が複数の係止部５０に分散されるようになっている。

効果的には、係止部５０の湾曲端部はスロープ状の下面５４を有し、これにより、電池１４の取り付けの際には、係止部５０は電池１４のリップ４８と接触することで、その開放位置に自動的に押し戻され、電池が挿入されると係合が可能である。

ロック手段のこの第１の実施形態では、係止部５０の枢軸“Ａ”は、電池１４の対向するリップ４８から外側に向かって、ここでは横方向である水平方向にオフセットされている。

枢軸“Ａ”のこのような配置によって、水平面においてコンパクトなロック手段を得ることが可能である。

しかし、この場合、電池１４の重量によって、バネ５２の弾性復元力に対抗する回転モーメントが係止部５０に生じやすい。このため、バネ５２は、それに応じた構成のものとする必要がある。

電池１４を取付け位置にロックするロック手段の第２の実施形態を図５に示している。この実施形態は、先のものと類似しているので、以下で相違点についてのみ述べることとする。

この第２の実施形態では、係止部５０の枢軸“Ａ”は、その係止部５０に関連付けられた電池１４のリップ４８の垂直方向上方で、その真上の揃った位置に配置されている。より具体的には、枢軸“Ａ”は、係止部５０上での電池１４の支持点から垂直方向に真っ直ぐの揃った位置に配置されている。この場合、電池１４の重量によって生じる荷重は枢軸“Ａ”を通って伝わり、これによって、電池１４が取付け位置にロックされているときの係止部における回転モーメントの発生が回避される。

図６から９に示す係止手段の第３の実施形態によれば、係止部５０は、取付け位置にある電池１４のリップ４８の上面から垂直方向上向きに延びるリング５６に係合するようになっている。

この第３の実施形態によると、設計者は、係止部５０およびその枢軸“Ａ”を垂直軸に関して自由な向きとすることが可能である。そこで、係止部５０の枢軸“Ａ”を、ここでは、電池１４の関連付けられた側面に対して垂直な向きとしている。

取り付けの際には、電池１４が収容部１２の下に配置される。そして、電池１４を、取付け方向に従って垂直方向上向きに並進移動させて、収容部１２内に配置することにより取り付けられる。

係止部５０は、電池１４のリップ４８との接触により、その開放位置に押し戻される。そして、電池１４の取り付けがその取付け位置に達するまで続けられると、係止部５０は、そのロック位置に弾性的に戻されて、電池１４のリップ４８に係合する。

これにより、パッド３８および封止ガスケット４４は、電池１４のリム３６の外面３４と、収容部１２のフレーム２４の楔面３２との間で圧迫される。

このようにして、電池１４は、剛性フレーム２４により、水平なすべての方向に遊びなくしっかりと保持される。

フレーム２４は、車両１０の激しい衝撃の際に電池１４の慣性によって変形することがないように、十分に強い材料で作られている。

このように、フレーム２４は、電池の非常に大きい重量にもかかわらず、最も厳しい状況であっても電池１４をその収容部１２内に保持することが可能である。フレーム２４は、このようにして、緊急停止状況や事故の際に電池１４が水平方向に抜け出ることを防いでいる。

また、係止部５０は、車両１０がでこぼこの路面上を走行しているときに破損することがないように、十分な強度になっている。

本発明の配置構成の結果、係止部５０は、垂直方向下向きの荷重、すなわち電池の重量のみを支持し、その他の水平方向または垂直方向上向きの荷重は、フレーム２４によって吸収される。このため、ロック手段５０は設計が簡単である。

また、ロック手段は、ほとんどの場合、例えば電池の重量の１０倍までの荷重しか受けないのに対して、フレームは、電池の重量の５０倍までの荷重を受ける可能性が高い。このため、ロック手段は製造費がそれほどかからない。

Claims (13)

1. 自動車（１０）における電池（１４）の配置構成であって、
   前記自動車（１０）内に配置される電池（１４）の収容部（１２）と、
   取付け方向に従って取付け位置まで垂直方向に前記収容部（１２）内に挿入される電池（１４）と、を含み、
   水平なすべての方向に前記電池（１４）を動かないように固定するため、前記取付け位置にある前記電池（１４）の周囲に接触するように前記収容部（１２）に対して固定された少なくとも１つの楔面（３２）を、前記収容部（１２）が備えることを特徴とする、配置構成。
2. 前記楔面は前記電池（１４）を水平に取り囲む剛性環を成す環状の内面（３２）によって構成されており、これは、その全長に渡って、前記取付け位置にある前記電池（１４）の外周に接触することにより、前記電池（１４）の水平なすべての方向の動きを阻止することを特徴とする、請求項１に記載の配置構成。
3. 弾性変形可能な材料でできた少なくとも１つのパッド（３８）が、プレストレスを与えられた状態で、前記環状内面（３２）と、前記取付け位置にある前記電池（１４）との間に水平に介在し、これにより、前記電池（１４）と前記環状内面（３２）との間の取付け間隙を吸収して、前記電池（１４）を前記自動車（１０）のシャーシ（２６）に対して水平なすべての方向に動かないように固定していることを特徴とする、請求項２に記載の配置構成。
4. 前記楔面（３２）は、前記自動車（１０）のシャーシ（２６）に固定された剛性フレーム（２４）の内面によって構成されていることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の配置構成。
5. 垂直当接手段（３２，３４）を備え、これに対して、前記取付け位置において前記電池（１４）が当接することを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の配置構成。
6. 前記環状楔面（３２）は、前記電池（１４）を水平に取り囲む相方部分（３４）と協働する円錐台形状を有しており、これによって、前記電池（１４）が前記取付け位置にあるときに、その垂直な取付け方向の動きを阻止することを特徴とする、請求項２ないし４のいずれか１項との組み合わせによる請求項５に記載の配置構成。
7. 前記相方部分（３４）は、前記電池（１４）と一体に形成されていることを特徴とする、請求項６に記載の配置構成。
8. 前記相方部分（３４）は、前記電池（１４）の垂直面（２０，２２）から外側に水平に突き出しているリム（３６）の円錐台形状の外面で構成されていることを特徴とする、請求項６および７のいずれか１項に記載の配置構成。
9. 前記電池（１４）を前記取付け位置にロックするロック手段（５０）を備え、これにより、前記取付け方向と反対方向の垂直な前記電池（１４）の動きを阻止することを特徴とする、請求項１ないし８のいずれか１項に記載の配置構成。
10. 前記ロック手段は、前記電池（１４）が垂直方向に自由にスライドできる開放位置と、前記電池（１４）が前記収容部（１２）内で前記取付け位置に拘束されるロック位置との間で枢動可能に取り付けられた少なくとも１つのフック状の係止部（５０）を有していることを特徴とする、請求項９に記載の配置構成。
11. 前記フック状係止部（５０）は、そのロック位置にあるときに、前記リム（３６）の自由リップ（４８）の下側に係合するように構成されていることを特徴とする、請求項８との組み合わせによる請求項１０に記載の配置構成。
12. 前記フック状係止部（５０）は、そのロック位置にあるときに、前記電池（１４）が保持するリング（５６）に係合するように構成されていることを特徴とする、請求項１０に記載の配置構成。
13. 前記係止部（５０）の枢軸（Ａ）は、前記電池（１４）と前記ロック位置にある前記係止部（５０）との間の接触点と、重力の方向に沿って揃った位置に配置されていることを特徴とする、請求項１０ないし１２のいずれか１項に記載の配置構成。

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