JP2013032066A - 蓄電装置の搭載構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 蓄電装置に作用する外力に応じて、蓄電装置を車両本体に固定したままの状態としたり、蓄電装置を車両本体から外したりする。
【解決手段】 車両に搭載され、車両の走行に用いられるエネルギを出力する蓄電装置（１）と、車両本体と締結されるとともに、車両本体から離れた位置で蓄電装置と締結されるブラケット（７０）と、を有する。蓄電装置およびブラケットの少なくとも一方は、突起部（７２）を有する。突起部は、車両本体から離れた位置から車両本体に向かって突出しており、突起部の先端は、車両本体から離れている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、車両に対する蓄電装置の搭載構造に関するものである。

組電池を車両に搭載することにより、組電池から出力されるエネルギを用いて車両を走行させるものがある。組電池を車両に搭載させるための構造としては、各種の構造が提案されている。

特開２００７−２５３９３３号公報 特開２００７−０３０５６０号公報 特開２００７−２０３９１２号公報

組電池を車両に搭載した構造では、車両の衝突などによって組電池に荷重が加わったときに、組電池が車両から不用意に外れないようにしておく必要がある。一方、組電池に過大な荷重が加わったときには、組電池を保護するために、組電池を車両から外したほうが好ましいことがある。

本発明である蓄電装置の搭載構造は、車両に搭載され、車両の走行に用いられるエネルギを出力する蓄電装置と、車両本体と締結されるとともに、車両本体から離れた位置で蓄電装置と締結されるブラケットと、を有する。蓄電装置およびブラケットの少なくとも一方は、突起部を有する。突起部は、車両本体から離れた位置から車両本体に向かって突出しており、突起部の先端は、車両本体から離れている。

本発明によれば、蓄電装置が所定方向の外力を受けたときに、ブラケットなどの変形によって突起部を車両本体に突き当てることができる。突起部を車両本体に突き当てることにより、蓄電装置に作用する外力を吸収することができる。また、突起部が車両本体に突き当たっている状態において、蓄電装置に更なる外力が加わっているときには、ブラケットおよび蓄電装置の締結部分に荷重を集中させて、ブラケットおよび蓄電装置の締結を解除させることができる。これにより、蓄電装置をブラケット（車両本体）から外すことができ、蓄電装置に過度の負荷が加わるのを抑制することができる。

車両本体には、フロアパネルや、フロアパネルから上方に突出するクロスメンバが含まれる。ブラケットは、クロスメンバと締結するとともに、フロアパネルから離れた位置で蓄電装置と締結することができる。ここで、突起部は、フロアパネルに沿った方向でクロスメンバと隣り合う位置に配置することができる。

蓄電装置は、車両のラゲッジルームに配置することができる。この場合において、クロスメンバよりも車両の前方に、突起部を配置することができる。また、ブラケットおよび蓄電装置の締結位置は、クロスメンバよりも車両の前方とすることができる。このような構成では、車両の前方に向かう外力が蓄電装置に加わったときに、突起部を用いて外力を吸収したり、過度の外力が作用したときには、蓄電装置を車両本体から外したりすることができる。

蓄電装置には、ブラケットおよび車両本体の締結位置とは異なる位置において、車両本体と締結される脚部を設けることができる。これにより、ブラケットおよび脚部を用いて、蓄電装置を車両本体に搭載することができる。脚部には、外力に応じた変形によって車両本体との締結を解除する変形部を設けることができる。これにより、蓄電装置を車両本体から外す必要があるときには、変形部を変形させることにより、蓄電装置（脚部）および車両本体の締結を解除することができる。

本発明では、蓄電装置およびブラケットの少なくとも一方に突起部を設けているが、この構成に代えて、車両本体に突起部材を設けることができる。突起部材は、車両本体から蓄電装置およびブラケットの側に突出しており、突起部材の先端は、蓄電装置およびブラケットから離れている。

この構成であっても、本発明と同様の効果を得ることができる。すなわち、蓄電装置に外力が加わったときには、ブラケットの変形によって、蓄電装置やブラケットを突起部材に突き当てることにより、外力を吸収することができる。また、蓄電装置やブラケットが突起部材に突き当たっている状態において、蓄電装置に更なる外力が加わったときには、蓄電装置およびブラケットの締結を解除して、蓄電装置をブラケット（車両本体）から外すことができる。

電池パックが搭載された車両の外観図である。 電池パックの分解図である。 電池パックの内部構造と、車両に対する電池パックの搭載構造を示す側面図である。 車両に対する電池パックの搭載構造を示す斜視図である。 電池パックに第１の荷重が作用したときの側面図である。 電池パックに第２の荷重が作用したときの側面図である。

以下、本発明の実施例について説明する。

本発明の実施例１における車両について、図１を用いて説明する。図１において、矢印ＦＲで示す方向は、車両１００が前進する方向であり、矢印ＵＰで示す方向は、車両の上方向である。本実施例の車両１００は、電池パック（蓄電装置に相当する）１を有しており、電池パック１は、車両１００を走行させるためのエネルギを出力する。

車両１００としては、ハイブリッド自動車や電気自動車がある。ハイブリッド自動車は、車両１００を走行させるための動力源として、電池パック１に加えて、内燃機関や燃料電池といった他の動力源を備えた車両である。電気自動車は、車両１００の動力源として、電池パック１だけを備えた車両である。

電池パック１は、モータ・ジェネレータと接続されており、モータ・ジェネレータは、電池パック１から供給された電気エネルギを運動エネルギに変換する。モータ・ジェネレータによって生成された運動エネルギは、車輪に伝達され、車両１００を走行させることができる。

電池パック１およびモータ・ジェネレータの間の電流経路には、インバータや昇圧回路を配置することができる。インバータは、電池パック１からの直流電力を交流電力に変換するため、モータ・ジェネレータとして、交流モータを用いることができる。昇圧回路は、電池パック１の出力電圧を昇圧することができる。

車両１００が減速したり、停止したりするとき、モータ・ジェネレータは、車両の制動時に発生する運動エネルギを電気エネルギに変換する。モータ・ジェネレータによって生成された電気エネルギは、回生電力として、電池パック１に蓄えることができる。

本実施例において、電池パック１は、車両１００のラゲッジルームＬＲに配置されている。言い換えれば、電池パック１は、車両１００に搭載されたリアシートよりも、車両１００の後方に配置されている。ラゲッジルームＬＲに対して電池パック１を配置する位置は、適宜設定することができる。ラゲッジルームＬＲは、乗員が乗車するスペースとつながっていてもよいし、このスペースと仕切られていてもよい。

次に、電池パック１の構造について、図２を用いて説明する。図２は、電池パック１の分解斜視図である。図２において、矢印ＬＨは、車両１００の前進方向を向いたときの左側の方向を示している。また、矢印ＬＨの方向と逆の方向を、矢印ＲＨとしている。

電池パック１は、電池スタック１０と、電池スタック１０を収容するパックケース２０とを有する。電池スタック１０は、一方向に並んで配置された複数の電池モジュール１１を有する。複数の電池モジュール１１は、車両１００の横方向（矢印ＬＨ又は矢印ＲＨの方向）において並んでおり、電気的に直列に接続されている。電池スタック１０を構成する電池モジュール１１の数は、電池パック１の要求出力などを考慮して、適宜設定することができる。

複数の電池モジュール１１に対しては、複数の電池モジュール１１の配列方向に作用する拘束力を与えることができる。拘束力を与える構造としては、例えば、一対のエンドプレートおよび拘束バンドで構成することができる。一対のエンドプレートは、電池モジュール１１の配列方向において、電池スタック１０を挟む位置に配置される。拘束バンドは、電池モジュール１１の配列方向に延びており、拘束バンドの両端は、一対のエンドプレートに固定される。これにより、一対のエンドプレートが電池スタック１０を狭持することになり、電池モジュール１１に対して拘束力を与えることができる。

電池モジュール１１は、電気的に直列に接続された複数の発電要素（図示せず）を有しており、複数の発電要素は、電池モジュール１１の外装を構成するモジュールケースに収容されている。モジュールケースの内部は、各発電要素を収容するために仕切られており、各発電要素を収容するスペースには、電解液が充填されている。モジュールケースは、例えば、樹脂で形成することができる。

発電要素は、充放電を行う要素であり、正極素子と、負極素子と、正極素子および負極素子の間に配置されるセパレータとを有する。正極素子は、集電板と、集電板の表面に形成された正極活物質層とを有する。負極素子は、集電板と、集電板の表面に形成された負極活物質層とを有する。セパレータおよび活物質層には、電解液がしみ込んでいる。

発電要素の構成部材としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池で用いられる部材を用いることができる。また、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタ（コンデンサ）を用いることができる。なお、本実施例では、複数の電池モジュール１１を一方向に並べているが、これに限るものではない。例えば、１つの発電要素を収容した単電池を用意しておき、複数の単電池を一方向に並べることもできる。

電池モジュール１１は、正極端子（電極端子ともいう）１１ａおよび負極端子（電極端子ともいう）１１ｂを有する。電極端子１１ａ，１１ｂは、電池モジュール１１のうち、車両１００の前方側および後方側を向く２つの側面にそれぞれ設けられている。本実施例では、電池モジュール１１における２つの側面に、正極端子１１ａおよび負極端子１１ｂをそれぞれ配置しているが、電極端子１１ａ，１１ｂを配置する位置は適宜設定することができる。例えば、電池モジュール１１の上面に電極端子１１ａ，１１ｂを配置することができる。

複数の電池モジュール１１は、２つのバスバーモジュール３０によって電気的に直列に接続されている。一方のバスバーモジュール３０は、電池スタック１０に対して車両１００の前方側に配置されており、他方のバスバーモジュール３０は、電池スタック１０に対して車両１００の後方側に配置されている。

バスバーモジュール３０は、複数のバスバー（図示せず）と、複数のバスバーを保持するホルダとを有する。バスバーモジュール３０のホルダは、樹脂などの絶縁材料で形成されており、バスバーは、導電性材料で形成されている。バスバーは、隣り合って配置された２つの電池モジュール１１のうち、一方の電池モジュール１１の正極端子１１ａと、他方の電池モジュール１１の負極端子１１ｂとに接続される。これにより、複数の電池モジュール１１が電気的に直列に接続される。

パックケース２０は、アッパーケース２１およびロアーケース２２を有する。アッパーケース２１は、電池スタック１０の上面と対向する領域２１ａと、電池スタック１０のうち、電極端子１１ａ，１１ｂが設けられた面と対向する領域２１ｂとを有する。ロアーケース２２は、電池スタック１０の底面と対向している。アッパーケース２１は、フランジ２１ｃを有しており、フランジ２１ｃは、ロアーケース２２に対して固定される。

図３に示すように、電池スタック１０（電池モジュール１１）の上面およびアッパーケース２１の領域２１ａの間には、スペースＳ１が形成されている。スペースＳ１は、電池モジュール１１の温度調節に用いられる熱交換媒体が移動するスペースである。熱交換媒体としては、例えば、空気や、空気とは異なる成分の気体を用いることができる。

また、図３に示すように、電池スタック１０（電池モジュール１１）の底面およびロアーケース２２の間には、スペースＳ２が形成されている。スペースＳ２は、電池モジュール１１の温度調節に用いられる熱交換媒体が移動するスペースである。スペースＳ１，Ｓ２のうち、一方のスペースは、電池モジュール１１に熱交換媒体を供給する通路（供給通路）として用いることができ、他方のスペースは、電池モジュール１１からの熱交換媒体を排出する通路（排出通路）として用いることができる。

隣り合って配置される２つの電池モジュール１１の間には、スペースが形成されており、このスペースには、供給通路（スペースＳ１又はＳ２）から導かれた熱交換媒体が進入する。ここで、２つの電池モジュール１１における互いに向かい合う側面に突起を形成しておけば、２つの電池モジュール１１の間にスペースを形成することができる。２つの電池モジュール１１の間に形成されたスペースに進入した熱交換媒体は、排出通路（スペースＳ２又はＳ１）に向かって移動する。このとき、熱交換媒体は、電池モジュール１１との間で熱交換を行うことによって、電池モジュール１１の温度を調節することができる。

電池モジュール１１が発熱しているときには、冷却用の熱交換媒体（冷やされた熱交換媒体）を用いることにより、電池モジュール１１の温度上昇を抑制することができる。また、電池モジュール１１が過度に冷えているときには、加温用の熱交換媒体（温められた熱交換媒体）を用いることにより、電池モジュール１１の温度低下を抑制することができる。

図２に示すように、ロアーケース２２は、一対の支持部２２ａを有する。支持部２２ａは、ロアーケース２２の一部を曲げ加工することによって形成されており、電池スタック１０の側に突出している。支持部２２ａは、車両１００の横方向（矢印ＬＨ又は矢印ＲＨの方向）に延びている。ロアーケース２２のうち、支持部２２ａを除く領域は、平坦な面で構成されている。なお、支持部２２ａを除く領域には、凹凸が含まれていてもよい。

支持部２２ａの上面は、電池モジュール１１の底面と接触している。支持部２２ａおよび電池モジュール１１は、図３に示す締結位置Ｐ１，Ｐ２において互いに固定される。締結位置Ｐ１，Ｐ２は、複数設けられており、複数の締結位置Ｐ１，Ｐ２は、支持部２２ａの長手方向に沿って配置されている。

支持部２２ａおよび電池モジュール１１の締結構造としては、例えば、以下に説明する構造がある。電池モジュール１１の底面にネジ溝を形成するとともに、支持部２２ａの上面に開口部を形成する。そして、支持部２２ａの開口部を介して、電池モジュール１１のネジ溝にボルトを挿入する。これにより、電池モジュール１１がロアーケース２２（支持部２２ａ）に固定される。

電池スタック１０を構成する各電池モジュール１１を支持部２２ａに固定することができる。また、上述したように、電池スタック１０に拘束力を与えた構造では、特定の電池モジュール１１だけを支持部２２ａに固定することもできる。

ロアーケース２２の底面には、一対のリインフォース（脚部に相当する）４０が固定されている。リインフォース４０は、ロアーケース２２の強度を確保するために用いられており、支持部２２ａが延びる方向と直交する方向（矢印ＦＲの方向）に延びている。リインフォース４０およびロアーケース２２は、例えば、溶接によって固定することができる。リインフォース４０のうち、車両１００の後方側に位置する端部は、傾斜面４１を有している。傾斜面４１には、切り欠き部（変形部に相当する）４１ａが形成されている。

リインフォース４０の傾斜面４１は、フロアパネル５０に設けられた台座６０に固定される。図３に示すように、台座６０は、電池スタック１０よりも車両の後方に配置されている。傾斜面４１は、台座６０の斜面に沿っており、傾斜面４１および台座６０は、締結位置Ｐ３において、互いに固定される。傾斜面４１の切り欠き部４１ａと、台座６０に形成された開口部とに、ボルトを通すことにより、傾斜面４１および台座６０を固定することができる。

図３および図４に示すように、ロアーケース２２の底面には、ブラケット７０が固定される。ロアーケース２２およびブラケット７０は、締結位置Ｐ４において、互いに固定される。図４に示すように、ロアーケース２２およびブラケット７０は、開口部を有しており、これらの開口部にボルトを挿入することにより、ロアーケース２２およびブラケット７０を固定することができる。

ブラケット７０は、締結位置Ｐ５において、クロスメンバ８０に固定されている。クロスメンバ８０は、台座６０よりも車両１００の前方に配置されている。図４に示すように、ブラケット７０およびクロスメンバ８０は、締結位置Ｐ５において、開口部を有しており、これらの開口部にボルトを挿入することにより、ブラケット７０およびクロスメンバ８０を固定することができる。クロスメンバ８０は、車両１００の横方向に延びており、フロアパネル５０に固定されている。

ブラケット７０は、クロスメンバ８０に沿う方向に延びており、長手方向の両端において、脚部７１を有する。脚部７１は、フロアパネル５０に固定される。また、ブラケット７０は、フロアパネル５０に向かって突出する突起部７２を有する。突起部７２は、図３に示すように、クロスメンバ８０よりも車両１００の前方に位置しているとともに、距離Ｄの分だけフロアパネル５０から離れている。突起部７２およびクロスメンバ８０は、フロアパネル５０に沿った方向において並んでいる。

本実施例では、ブラケット７０に２つの突起部７２を設けているが、突起部７２の数は、適宜設定することができる。また、突起部７２は、図４に示すように、フロアパネル５０に向かって延びる領域７２ａと、フロアパネル５０に沿った領域７２ｂとを有しているが、これに限るものではない。突起部７２は、フロアパネル５０に向かって突出していればよく、突起部７２の形状は、適宜設定することができる。

次に、電池パック１に荷重が加わった場合について、図５および図６を用いて説明する。図５および図６は、電池パック１に対して、車両１００の前方に作用する荷重が加わったときの図である。車両１００の前方に作用する荷重は、例えば、車両１００の前進中に車両１００の前部が衝突したときや、車両１００の後部に対して他の車両が衝突してきたときに発生する。

図５において、電池パック１に対して第１の荷重Ｆ１が加わると、電池パック１は、車両１００の前方に変位する。これに伴ってブラケット７０やロアーケース２２が変形し、ブラケット７０の突起部７２は、フロアパネル５０に近づく方向に変位する。電池パック１の変位量によっては、突起部７２の先端（領域７２ｂ）がフロアパネル５０と接触する。ブラケット７０は、締結位置Ｐ５において、クロスメンバ８０に固定されているため、電池パック１が車両１００の前方に変位することに応じて、ブラケット７０の突起部７２は、フロアパネル５０に近づく方向に変位しやすくなる。

突起部７２がフロアパネル５０に突き当たることにより、第１の荷重Ｆ１を吸収することができる。ここで、電池パック１が第１の荷重Ｆ１を受けたとき、ロアーケース２２の支持部２２ａが図５に示すように変形することにより、第１の荷重Ｆ１を吸収することもできる。本実施例では、突起部７２およびフロアパネル５０の接触によって、第１の荷重Ｆ１を主に吸収することができ、電池パック１を車両１００に搭載したままの状態に維持することができる。

図６において、電池パック１に対して第２の荷重Ｆ２が加わると、電池パック１は、車両１００の前方に変位する。第２の荷重Ｆ２は、図５で説明した第１の荷重Ｆ１よりも大きな荷重である。第２の荷重Ｆ２が電池パック１に加わったときには、図５で説明したように、ブラケット７０の突起部７２がフロアパネル５０に突き当たる。第２の荷重Ｆ２は、突起部７２およびフロアパネル５０の接触によっては吸収することができない荷重である。このため、突起部７２がフロアパネル５０に突き当たった後も、電池パック１は、第２の荷重Ｆ２を受けて、車両１００の前方に向かって変位する。

リインフォース４０の傾斜面４１には、切り欠き部４１ａ（図２参照）が形成されているため、電池パック１が車両１００の前方に向かって変位すると、切り欠き部４１ａが変形することにより、傾斜面４１および台座６０の締結が解除される。傾斜面４１および台座６０が締結されているとき、傾斜面４１の切り欠き部４１ａには、ボルトが挿入されている。ここで、電池パック１（特に、リインフォース４０）が車両１００の前方に向かって変位すると、切り欠き部４１ａが変形することによってボルトから外れる。

切り欠き部４１ａは、リインフォース４０の端部まで延びており、変形しやすくなっている。切り欠き部４１ａが変形すれば、ボルトは、切り欠き部４１ａに沿って移動して、切り欠き部４１ａから外れやすくなる。ボルトが切り欠き部４１ａから外れることにより、傾斜面４１および台座６０の締結が解除される。

一方、ブラケット７０の突起部７２がフロアパネル５０に接触した後も、電池パック１が車両１００の前方に変位するときには、ロアーケース２２およびブラケット７０の締結部分（締結位置Ｐ４）に対して荷重が集中する。締結位置Ｐ４に荷重を集中させることにより、図６に示すように、ロアーケース２２およびブラケット７０の締結を解除することができる。リインフォース４０の傾斜面４１が台座６０から外れるとともに、ロアーケース２２がブラケット７０から外れることにより、電池パック１は、車両１００（フロアパネル５０、台座６０およびクロスメンバ８０）から外れる。

本実施例によれば、電池パック１に第１の荷重Ｆ１が加わったときには、ブラケット７０の突起部７２を用いて、第１の荷重Ｆ１を吸収することができ、電池パック１が車両から容易に外れてしまうのを阻止することができる。

また、第１の荷重Ｆ１よりも大きな第２の荷重Ｆ２が電池パック１に加わったときには、電池パック１を車両１００から外すことにより、電池パック１を保護することができる。電池パック１が車両１００に固定されたままの状態において、電池パック１に過大な荷重が加わると、電池スタック１０などが変形してしまうおそれがある。そこで、本実施例では、電池パック１を車両１００から外すことにより、電池スタック１０などに過度の負荷がかかるのを抑制することができる。

本実施例では、ブラケット７０に突起部７２を設けているが、これに限るものではない。例えば、本実施例の構成において、ブラケット７０の突起部７２を省略し、ブラケット７０と対向するフロアパネル５０の領域に、ブラケット７０に向かって突出する突起部材を設けることができる。この突起部材は、本実施例で説明した突起部７２と同様の機能を有する。このような構成であっても、本実施例と同様の効果を得ることができる。すなわち、電池パック１が車両１００の前方に向かって変位するとき、ブラケット７０がフロアパネル５０の突起部材と接触することにより、荷重を吸収することができる。

一方、ブラケット７０に突起部７２を設けるのではなく、ロアーケース２２に対して、突起部７２と同様の機能を有する突起部を設けることができる。この場合には、突起部は、ロアーケース２２からフロアパネル５０に向かって突出することになる。この場合にも、本実施例と同様の効果を得ることができる。なお、ブラケット７０に突起部７２を設けるとともに、ロアーケース２２に突起部を設けることもできる。

本実施例では、１つのブラケット７０を用いているが、これに限るものではない。例えば、本実施例で説明したブラケット７０を複数の部材に分割することもできる。

１：電池パック（蓄電装置） １０：電池スタック
１１：電池モジュール ２０：パックケース
２１：アッパーケース ２２：ロアーケース
２２ａ：支持部 ３０：バスバーモジュール
４０：リインフォース（脚部） ５０：フロアパネル
６０：台座 ７０：ブラケット
７１：脚部 ７２：突起部
８０：クロスメンバ

Claims (9)

1. 車両に搭載され、車両の走行に用いられるエネルギを出力する蓄電装置と、
   車両本体と締結されるとともに、車両本体から離れた位置で前記蓄電装置と締結されるブラケットと、を有し、
   前記蓄電装置および前記ブラケットの少なくとも一方は、車両本体から離れた位置から車両本体に向かって突出し、先端が車両本体から離れた突起部を有することを特徴とする蓄電装置の搭載構造。
2. 前記蓄電装置が外力を受けたとき、前記突起部は、前記ブラケットの変形によって車両本体に接触することを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置の搭載構造。
3. 前記蓄電装置および前記ブラケットの締結は、前記突起部が車両本体に接触している状態で受けた更なる外力によって解除されることを特徴とする請求項２に記載の蓄電装置の搭載構造。
4. 車両本体は、フロアパネルと、フロアパネルから上方に突出するクロスメンバとを有しており、
   前記ブラケットは、前記クロスメンバと締結されるとともに、前記フロアパネルから離れた位置で前記蓄電装置と締結されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の蓄電装置の搭載構造。
5. 前記突起部は、前記フロアパネルに沿った方向で前記クロスメンバと隣り合う位置に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の蓄電装置の搭載構造。
6. 前記蓄電装置は、車両のラゲッジルームに配置されており、
   前記突起部は、前記クロスメンバよりも車両の前方に位置していることを特徴とする請求項４又は５に記載の蓄電装置の搭載構造。
7. 前記ブラケットおよび前記蓄電装置の締結位置は、前記クロスメンバよりも車両の前方に位置していることを特徴とする請求項６に記載の蓄電装置の搭載構造。
8. 前記蓄電装置は、前記ブラケットおよび車両本体の締結位置とは異なる位置において、車両本体と締結される脚部を有することを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載の蓄電装置の搭載構造。
9. 前記脚部は、外力に応じた変形によって車両本体との締結を解除する変形部を有することを特徴とする請求項８に記載の蓄電装置の搭載構造。
   

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