JP2013105617A - バッテリパック - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリ支持部材と蓋部材とをシール部材を介して結合したバッテリケースの内圧が変動するのを防止し、バッテリケースの変形防止およびシール性能の確保を図る。
【解決手段】バッテリケース２４は、複数のバッテリ４２を下方から支持するバッテリ支持部材３８と、バッテリ支持部材３８にシール部材を介して結合されてバッテリ４２の上方を覆う蓋部材３９とからなるので、バッテリ４２の発熱および冷却によってバッテリケース２４の内部の気圧が増減するとシール機能に悪影響を及ぼす虞があるが、蓋部材３９にバッテリケース２４の内外を連通させる通気手段６１を設けたので、バッテリケース２４の内部の気圧の変動を抑制してシール機能を確保することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、複数のバッテリを下方から支持するバッテリ支持部材と、前記バッテリ支持部材にシール部材を介して結合されて前記複数のバッテリの上方を覆う蓋部材とからなるバッテリケースを備えるバッテリパックに関する。

下面に冷却フィンを有する台座の外周部に下面が開放した箱状のカバーをＯリングを介して結合し、台座およびカバーに囲まれた密閉空間に複数のバッテリセルを収納したものにおいて、前記密閉空間に乾燥空気を封入することでバッテリセルの結露を防止するものが、下記特許文献１により公知である。

特開２００８−２０４９９０号公報

ところで、上記特許文献１のものの如くシール部材でシールされた密閉空間にバッテリセルを収納すると、バッテリセルが充電や放電により温度上昇すると密閉空間の気圧が増加し、バッテリケースが過度に膨張変形して周辺部品との干渉やシール箇所の口開きが起きる可能性がある。またバッテリセルが充電や放電の停止により温度低下すると密閉空間の気圧が減少するため、バッテリケースの外側から内側へ水を吸い込む力が働き、シール部材の防水性能を超えてしまう可能性がある。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、バッテリ支持部材と蓋部材とをシール部材を介して結合したバッテリケースの内圧が変動するのを防止し、バッテリケースの変形防止およびシール性能の確保を図ることを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、複数のバッテリを下方から支持するバッテリ支持部材と、前記バッテリ支持部材にシール部材を介して結合されて前記複数のバッテリの上方を覆う蓋部材とからなるバッテリケースを備えるバッテリパックにおいて、前記蓋部材に、前記バッテリケースの内外を連通させる通気手段を設けたことを特徴とするバッテリパックが提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記通気手段は、前記蓋部材の外部を流れる冷却空気の流れ方向下流側を向く壁面に開口することを特徴とするバッテリパックが提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項２の構成に加えて、前記通気手段が開口する前記壁面は略鉛直方向に起立することを特徴とするバッテリパックが提案される。

また請求項４に記載された発明によれば、請求項１〜請求項３の何れか１項の構成に加えて、前記蓋部材は、前記バッテリケースの内部に冷却空気を導入する冷却空気導入口、あるいは前記バッテリケースの内部から冷却空気を排出する冷却空気排出口を備えるとともに、前記冷却空気導入口あるいは前記冷却空気排出口と前記通気手段との間を遮る遮蔽部を備えることを特徴とするバッテリパックが提案される。

尚、実施の形態のバッテリトレー３８は本発明のバッテリ支持部材に対応し、実施の形態のバッテリカバー３９は本発明の蓋部材に対応し、実施の形態の第３凸部３９ｅは本発明の遮蔽部に対応し、実施の形態のバッテリモジュール４２は本発明のバッテリに対応し、実施の形態の通気孔形成部材６１は本発明の通気手段に対応する。

請求項１の構成によれば、バッテリケースは、複数のバッテリを下方から支持するバッテリ支持部材と、バッテリ支持部材にシール部材を介して結合されて複数のバッテリの上方を覆う蓋部材とからなるので、バッテリの発熱および冷却によってバッテリケースの内部の気圧が増減するとシール機能に悪影響を及ぼす虞があるが、蓋部材にバッテリケースの内外を連通させる通気手段を設けたので、バッテリケースの内部の気圧の変動を抑制してシール機能を確保することができる。

また請求項２の構成によれば、通気手段は蓋部材の外部を流れる冷却空気の流れ方向下流側を向く壁面に開口するので、冷却空気に含まれる塵や水滴が通気手段からバッテリケースの内部に流入し難くすることができる。

また請求項３の構成によれば、通気手段が開口する壁面が略鉛直方向に起立するので、壁面を伝わって流れる雨水等が通気手段を通してバッテリケースの内部に流入し難くすることができる。

また請求項４の構成によれば、蓋部材の冷却空気導入口あるいは冷却空気排出口と通気手段との間を遮蔽部で遮ったので、冷却空気導入口の負圧や冷却空気排出口の正圧が通気手段に直接作用するのを防止することで、バッテリケースの内部の空気が吸い出されたり、バッテリケースの内部に空気が押し込まれたりするのを防止することができる。また冷却空気の排気が通気手段に直接作用するのを防止することで、塵や水滴が通気手段からバッテリケースの内部に流入し難くすることができる。

電気自動車の側面図。 車体フレームおよびバッテリパックの斜視図。 バッテリパックの斜視図。 図１の４方向矢視図 図４の５−５線断面図。 図４の６−６線断面図。 図４の７−７線断面図。 図４の８−８線断面図。 通気孔形成部材の斜視図。

以下、図１〜図９に基づいて本発明の実施の形態を説明する。

図１および図２に示すように、電気自動車の車体フレーム１１は、車体前後方向に延びる左右一対のフロアフレーム１２，１２と、フロアフレーム１２，１２の前端から上方に屈曲しながら前方に延びる左右一対のフロントサイドフレーム１３，１３と、フロアフレーム１２，１２の後端から上方に屈曲しながら後方に延びる左右一対のリヤサイドフレーム１４，１４と、フロアフレーム１２，１２の車幅方向外側に配置された左右一対のサイドシル１５，１５と、サイドシル１５，１５の前端をフロアフレーム１２，１２の前端に接続する左右一対のフロントアウトリガー１６，１６と、サイドシル１５，１５の後端をフロアフレーム１２，１２の後端に接続する左右一対のリヤアウトリガー１７，１７と、左右一対のフロントサイドフレーム１３，１３の前端部間を車幅方向に接続するフロントバンパービーム１８と、左右一対のフロアフレーム１２，１２の前端部間を車幅方向に接続するフロントクロスメンバ１９と、左右一対のフロアフレーム１２，１２の前後方向中間部間を車幅方向に接続するミドルクロスメンバ２０と、左右一対のリヤサイドフレーム１４，１４の前後方向中間部間を車幅方向に接続するリヤクロスメンバ２１と、左右一対のリヤサイドフレーム１４，１４の後端部間を車幅方向に接続するリヤバンパービーム２２とを備える。

電気自動車の走行用駆動源であるモータ・ジェネレータ２３の電源となるバッテリパック３１は車体フレーム１１の下面側から吊り下げ支持される。即ち、バッテリパック３１の下面には車幅方向に延びるフロント吊り下げビーム３２、ミドル吊り下げビーム３３およびリヤ吊り下げビーム３４が固定されており、フロント吊り下げビーム３２の両端が左右一対のフロアフレーム１２，１２の前部に固定され、ミドル吊り下げビーム３３の両端が左右一対のフロアフレーム１２，１２の後部に固定され、リヤ吊り下げビーム３４の両端が左右一対のリヤサイドフレーム１４，１４の前部から垂下する支持部材３５，３５の下端に固定される。またバッテリパック３１の前端の車幅方向中央部が前部ブラケット３６を介してフロントクロスメンバ１９に支持されるとともに、バッテリパック３１の後端の車幅方向中央部が後部ブラケット３７を介してリヤクロスメンバ２１に支持される。更に、バッテリパック３１は、フロント吊り下げビーム３２およびミドル吊り下げビーム３３の中間位置において、ミドルクロスメンバ２０の下面に支持される。

図３および図４に示すように、バッテリパック３１は、金属製のバッテリトレー３８と、バッテリトレー３８に上方から重ね合わされた合成樹脂製のバッテリカバー３９とを備える。バッテリトレー３８の周縁部とバッテリカバー３９の周縁部とは、シール部材４０を挟んで多数のボルト４１…で締結されており（図７参照）、従ってバッテリパック３１の内部は基本的に密閉された空間となる。バッテリトレー３８の上面には、複数のバッテリセルを直列に積層したバッテリモジュール４２…が複数個搭載される。バッテリトレー３８およびバッテリカバー３９は、本発明のバッテリケース２４を構成する。

バッテリトレー３８は、アッパープレート４３とロアプレート４４との間に凹凸を有するミドルプレート４５を挟んで結合したもので（図７参照）、それらの間に冷却空気が流れる空間が形成されており、アッパープレート４３の上面に接触するバッテリモジュール４２…との間で熱交換を行い、充放電により発熱するバッテリモジュール４２…を冷却する。

バッテリパック３１の後部に設けられた冷却装置４６は、図示せぬ電動モータで回転する左右一対の冷却ファン４７，４７を備える。左右一対の冷却ファン４７，４７の間に配置された吸入ダクト４８の下端はバッテリトレー３８の冷却空気通路の上流側に接続され、左右一対の冷却ファン４７，４７の車幅方向外側に配置された左右一対の排出ダクト４９，４９の下端はバッテリトレー３８の冷却空気通路の下流側に接続される。従って、冷却ファン４７，４７を駆動すると、吸入ダクト４８の冷却空気導入４８ａから吸入された冷却空気はバッテリトレー３８の内部に供給され、バッテリトレー３８の内部を流れる間にバッテリモジュール４２…とに間で熱交換を行った後、排出ダクト４９，４９から冷却ファン４７，４７を通過して冷却空気排出口４７ａ，４７ａから排出される。

バッテリケース２４のバッテリカバー３９は、その前部から後部にかけて、第１凸部３９ａ、凹部３９ｂ、第２凸部３９ｃおよび第３凸部３９ｄを備える。上向きに突出する第１凸部３９ａの内部には複数のバッテリモジュール４２…が収納される。第１凸部３９ａの上面から更に上向きに突出する隆起部３９ｅの内部にはバッテリパック３１のメインスイッチ（図示せず）が収納され、隆起部３９ｅの上面にはメインスイッチを操作するためのアクセスパネル３９ｆが設けられる。

第２凸部３９ｃの内部には複数のバッテリモジュール４２…が収納される。第３凸部３９ｄの内部には、その前側部分の一段高い位置に２個のバッテリモジュール４２…が収納され、その後側部分にジャンクションボード（図示せず）が収納される。凹部３９ｂは車幅方向に溝状に延びており、その部分でバッテリパック３１の上下方向の厚さは最も薄くなっている。

図３、図５および図６に示すように、バッテリカバー３９の凹部３９ｂとバッテリトレー３８との間には、上下方向に延びる３本のカラー５０…が配置される。カラー５０の下端はバッテリトレー３８のロアプレート４４およびその下面に固定された補強部材５１に固定され、カラー５０の中間部に形成したフランジ５０ａはバッテリトレー３８のアッパープレート４３の上面に固定した補強部材５２の下面に固定され、カラー５０の上部に設けたフランジ５０ｂとバッテリカバー３９の凹部３９ｂの下面との間にはシール部材５３が配置される。３本のカラー５０…を下から上に貫通する３本のボルト５４…は、フロアパネル５５の下面に固定されたミドルクロスメンバ２０の上面に溶接したウエルドナット５６…に螺合する。ボルト５４…の締結力はカラー５０…により支持されるため、バッテリケース２４は潰れることなくミドルクロスメンバ２０の下面に強固に固定される。

バッテリカバー３９の凹部３９ｂを挟んで前後に配置されたバッテリモジュール４２…の端子４２ａ…どうしが、逆Ω状に屈曲するバスバー５７…によって接続される。バスバー５７は金属線５８を合成樹脂の被覆材５９で覆ったもので、その両端がバッテリモジュール４２，４２の端子４２ａ，４２ａにボルト６０，６０で固定される。

図４、図８および図９に示すように、バッテリカバー３９の第１凸部３９ａの隆起部３９ｅの後側の略鉛直に起立する壁面３９ｇに、複数個の通気孔形成部材６１…が左右方向に並置される。通気孔形成部材６１は、円板状の本体部６１ａと、本体部６１ａの上部に連結部６１ｂを介して連結されて該本体部６１ａの表面側に対向する円板状のカバー部６１ｃと、本体部６１ａの裏面側から突出する３本の爪部６１ｄ…とを備えており、本体部６１ａの中央に形成された円形の通気孔６１ｅにゴアテックス（登録商標）等の通気部材６２が設けられる。通気部材６２は、空気を通過させて水分や埃の通過を阻止する機能を有する。

通気孔形成部材６１は、バッテリカバー３９の壁面３９ｇに形成した開口３０ｈに、Ｏリング６３を挟んだ状態で３本の爪部６１ｄ…によって固定される。壁面３９ｇに固定された通気孔形成部材６１の上部は、壁面３９ｇから後方に突出する庇部３９ｉによって覆われる。

次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用を説明する。

予めアセンブリとして組み立てたバッテリパック３１を車体フレーム１１に下方から取り付けるために、フロント吊り下げビーム３２の両端およびミドル吊り下げビーム３３の両端をフロアフレーム１２，１２に固定し、リヤ吊り下げビーム３４の両端を支持部材３５，３５を介してリヤサイドフレーム１４，１４に固定し、前部ブラケット３６および後部ブラケット３７をそれぞれフロントクロスメンバ１９およびリヤクロスメンバ２１に固定する。このとき、バッテリパック３１のバッテリカバー３９の前後方向中間部に凹部３９ｂが形成されているので、バッテリパック３１を車体フレーム１１に取り付けたときに、車体フレーム１１のミドルクロスメンバ２０がバッテリカバー３９の凹部３９ｂに嵌合することで、バッテリパック３１を車体フレーム１１と干渉することなく取り付けることができる。

ところで、バッテリケース２４は車体前後方向に長い形状であり、しかも合成樹脂製のバッテリカバー３９はバッテリケース２４の剛性に殆ど寄与しないため、厚さが小さいバッテリトレー３８がバッテリモジュール４２…の重量によって変形することで、バッテリケース２４の前後方向中間部が下向きに撓む問題がある。しかしながら、本実施の形態によれば、バッテリケース２４を、バッテリカバー３９の凹部３９ｂの位置でミドルクロスメンバ２０の下面に３本のボルト５４…で固定したので、バッテリパック３１の重量を高剛性の強度部材であるミドルクロスメンバ２０に支持させることで、バッテリケース２４の前後方向中間部が下向きに撓むのを確実に防止することができる。

またボルト５４…はバッテリケース２４のバッテリトレー３８およびバッテリカバー３９の両方を貫通してミドルクロスメンバ２０に固定するので、車両の衝突によってバッテリケース２４に衝突荷重が入力したときに、ボルト５４…によって凹部３９ｂの近傍のバッテリケース２４の強度を高めることで、凹部３９ｂを跨いで前後のバッテリモジュール４２…を電気的に接続するバスバー５７…を保護して地絡の発生を未然に防止することができる。しかもバッテリケース２４のバッテリカバー３９はバッテリモジュール４２…の端子４２ａ…に接近した位置に配置されるが、そのバッテリカバー３９が非導電性の合成樹脂で構成されるためバッテリモジュール４２…の端子４２ａ…がバッテリカバー３９を介して車体フレーム１１に地絡するのを防止することができる。

また冷却装置４６の冷却ファン４７，４７が作動すると、バッテリカバー３９の上面に沿って流れる冷却空気が、バッテリカバー３９の一部を構成する吸入ダクト４８の前面に開口する冷却空気導入口４８ａから吸い込まれるが、その冷却空気導入口４８ａの前方のバッテリカバー３９には車幅方向に延びる第２凹部３９ｄが存在するため、バッテリカバー３９の上面に沿って流れる冷却空気に含まれる塵や水滴を第２凹部３９ｄに捕獲し、バッテリケース２４の内部に吸い込まれるのを防止することができる。

ところで、バッテリケース２４は、バッテリトレー３８にシール部材４０を介してバッテリカバー３９を結合した密閉容器であるため、その内部に収納したバッテリモジュール４２…が充放電によって発熱すると内圧が増加し、充放電の停止によって冷却すると内圧が減少する。そのため、バッテリカバー３９の変形や、バッテリケース２４の内圧低下によるシール部材４０への水浸入方向の圧力の上昇により、シール部材４０のシール機能が低下してバッテリケース２４の内部に水や塵が入る可能性がある。

しかしながら本実施の形態によれば、バッテリケース２４の内圧が増加すると通気孔形成部材６１…の通気孔６１ｅ…を通して空気を排出し、バッテリケース２４の内圧が減少すると通気孔形成部材６１…の通気孔６１ｅ…を通して空気を吸入することで、バッテリケース２４の内圧を大気圧に維持してシール部材４０を保護することができる。このとき、通気孔形成部材６１…の通気孔６１ｅ…には空気を通過させて水分や埃を通過させない通気部材６２…が設けられるので、バッテリケース２４の内部への水分や埃の侵入を防止することができる。

また通気孔形成部材６１…は、バッテリカバー３９の第１凸部３９ａの後方の壁面３９ｇ、つまり冷却空気の流れ方向下流側を向く壁面３９ｇに設けられるので、冷却空気に含まれる塵や水滴が通気孔形成部材６１…からバッテリケース２４の内部に侵入し難くすることができる。しかも、前記壁面３９ｇは略鉛直方向に起立し、かつ上方に庇部３９ｉが張り出しているので、壁面３９ｇを伝わって流れる雨水等が通気孔形成部材６１…を通してバッテリケース２４の内部に流入し難くすることができる。更に、冷却装置４６の前向きに開口する冷却空気導入口４８ａと、第１凸部３９ａの後向きの壁面３９ｇに設けられた通気孔形成部材６１…とを結ぶ線を遮るように、バッテリケース２４の第３凸部３９ｄが起立するので、冷却空気導入口４８ａに発生する負圧が通気孔形成部材６１…に作用し難くすることで、バッテリケース２４の内部の空気が吸い出されるのを防止することができる。更にまた、通気孔形成部材６１…の通気孔６１ｅ…はカバー部６１ｃ…で覆われているので、雨水等を一層確実に遮ることができるだけでなく、蟻等の昆虫が侵入して通気部材６２…を食い破る等の被害を防止することができる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、本発明の通気手段は実施の形態の通気孔形成部材６１に限定されず、バッテリケース２４の内外を連通させる手段であれば良い。

また実施の形態では冷却空気導入口４８ａが前方に向けて開口させているが、冷却空気排出口４７ａを前方に向けて開口させても良い。この場合、冷却空気排出口４７ａの周囲に発生する高圧を遮蔽部である第３凸部３９ｄで遮り、通気孔形成部材６１からバッテリケース２４の内部に冷却空気が押し込まれるのを防止することができ、しかも冷却空気の排気による塵や水滴が通気孔形成部材６１からバッテリケース２４内に流入し難くすることができる。

２４ バッテリケース
３８ バッテリトレー（バッテリ支持部材）
３９ バッテリカバー（蓋部材）
３９ｄ 第３凸部（遮蔽部）
３９ｇ 壁面
４０ シール部材
４２ バッテリモジュール（バッテリ）
４７ａ 冷却空気排出口
４８ａ 冷却空気導入口
６１ 通気孔形成部材（通気手段）

Claims (4)

1. 複数のバッテリ（４２）を下方から支持するバッテリ支持部材（３８）と、前記バッテリ支持部材（３８）にシール部材（４０）を介して結合されて前記複数のバッテリ（４２）の上方を覆う蓋部材（３９）とからなるバッテリケース（２４）を備えるバッテリパックにおいて、
   前記蓋部材（３９）に、前記バッテリケース（２４）の内外を連通させる通気手段（６１）を設けたことを特徴とするバッテリパック。
2. 前記通気手段（６１）は、前記蓋部材（３９）の外部を流れる冷却空気の流れ方向下流側を向く壁面（３９ｇ）に開口することを特徴とする、請求項１に記載のバッテリパック。
3. 前記通気手段（６１）が開口する前記壁面（３９ｇ）は略鉛直方向に起立することを特徴とする、請求項２に記載のバッテリパック。
4. 前記蓋部材（３９）は、前記バッテリケース（２４）の内部に冷却空気を導入する冷却空気導入口（４８ａ）、あるいは前記バッテリケース（２４）の内部から冷却空気を排出する冷却空気排出口（４７ａ）を備えるとともに、前記冷却空気導入口（４８ａ）あるいは前記冷却空気排出口（４７ａ）と前記通気手段（６１）との間を遮る遮蔽部（３９ｄ）を備えることを特徴とする、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載のバッテリパック。

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