JP2013157242A - 電池容器 - Google Patents

Abstract

【課題】軽量化を図り、しかも、衝突に対して十分な強度を備えた電池容器を提供すること。
【解決手段】電池容器１０は、車両１００の走行用の電池モジュール１６を収容して、車両１００のサイドフレーム１０２の間に取り付けられる。電池容器１０は、底板２６と、底板２６から立ち上げられた壁体２８とを備えている。そして、壁体２８のうち、サイドフレーム１０２に沿って設けられた右側方壁体３８と左側方壁体４０に外フレーム６２と内フレーム４２を設け、更に外フレーム６２と内フレーム４２とにより、閉断面構造を形成させている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気自動車の走行用モータを駆動させる電池を収容し、かかる電池を車体に搭載させる電池容器に関する。

電気自動車（内燃機関を備えた、いわゆるハイブリッド車両を含む）には、走行用モータを駆動させる走行用の電池が多数必要とされる。このような走行用の電池は、例えば金属製の容器（以下、その容器を「電池容器」とする）に収容し、電池を収容した電池容器を車両のフレームに取り付けるなどして、車両に搭載する例が知られている。

電池容器には、走行中に発生する振動や、車両の速度変動等によって取り付けに緩み等が生じないよう、電池を内部に確実に保持しておく保持力が必要とされる。又、電池容器には、万一車両事故が発生した場合でも、外力により容易に変形しない頑丈さと、仮に電池容器に変形が及んだ場合でも、電池の破損を最小限に抑えられる保護機能が必要とされる。

したがって、電池容器は、衝突事故に対して十分に対応できる強度等が求められる。電池容器の素材としては、金属板を芯材として周囲に樹脂を付着させた複合材料や、プレス加工により成形した金属板などが知られている。

特開２０１０−２８４９８４号公報

しかしながら、電池容器は、車両の走行性を向上させたり、電池での走行距離を延ばすため、軽量化が求められている。車両の衝突時に対応させるため、電池容器を厚い金属板から形成すると、重量が大きくなり好ましくない。一方、車両の一方向に対して適度な強度をもたらすように電池容器を形成すると、他方向に十分な強度や強靭性を形成できなくなるおそれがある。

本発明は、軽量で、かつ、十分な強度を備えた電池容器を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の一実施形態にかかる電池容器は、次のように構成されている。電池容器は、車両の走行用電池を収容し、車両に設けられた少なくとも２つのフレームの間に取り付けられる。底板と、底板の周囲に立ち上げられた壁体と、壁体のうち、フレームに沿って設けられた側方壁体の外側に取り付けられた外フレームと、側方壁体の内側に取り付けられた内フレームと、を備え、外フレーム及び内フレームは、側方壁体に沿って略同一方向に延在し、側方壁体は、外フレームと内フレームとによって狭持されることとする。

本発明によれば、電池容器の側方壁体が外フレームと内フレームにより強固になり、振動等を受けた場合でも、内部に収容した電池を確実に保持できる。又、外フレームと内フレームとが側方壁体に沿って略同一方向に延在して側方壁体を挟持しているので、側方壁体の強度が高まり、車両が外力を受けた場合に、電池容器に容易に損傷を生じさせない。

本発明にかかる第１実施形態の電池容器を示す分解斜視図。 同電池容器の車両への取付状態を示す斜視図。 同電池容器を示す平面図。 同電池容器の構成部材を示す分解斜視図。 同電池容器の容器本体を示す平面図。 同電池容器の容器本体を、図５のＦ６−Ｆ６線で破断して示す断面図。 第２実施形態の電池容器の容器本体を、ブラケットを通る面で破断して示す断面図。 第１実施形態の電池容器に収容される構成部材を示す分解斜視図。 走行用電池が収容された同電池容器を示す平面図。

本発明にかかる第１実施形態の電池容器について、図面を用いて説明する。図１は、電池容器１０を、容器本体１２から蓋体１４を開けて示す分解斜視図であり、図２は、電池容器１０と車両１００を示す斜視図であり、図３は、電池容器１０をサイドフレーム１０２に取り付けた状態を示す平面図であり、図４は、電池容器１０を分解して示す分解斜視図であり、図５は、電池容器１０の容器本体１２を示す平面図であり、図６は、容器本体１２の右側方壁体３８をブラケット５４を通る、図５のＦ６−Ｆ６線で破断して示す断面図であり、図７は、第２実施形態にかかる電池容器の容器本体１５をブラケット５４を通る面で破断して示す断面図であり、図８は、第１実施形態の電池容器１０に収容される構成部材を示す分解斜視図であり、図９は、走行用電池が収容された電池容器１０を示す平面図である。

電池容器１０は、図１に示すように、容器本体１２と蓋体１４とを備え、図２に示すように、車両１００の下方から車両１００に取り付けられる。以下、図２に示す車両１００の前方を基準に、電池容器１０の前方を定め、それを基準に、後方、及び左右を定める。又、重力の方向を下方とし、その逆を上方とし、更に、電池容器１０の周囲から中心に向かう方向を内方とし、その逆を外方として説明する。

電池容器１０は、図１に示すように、容器本体１２と、蓋体１４とを備え、内部に複数の電池モジュール１６が収納される。

蓋体１４は、例えば繊維強化合成樹脂材から成形され、周囲に縁部２０を備えている。縁部２０には、ボルト孔２２が適宜形成してあり、ボルト孔２２にボルト１８を通して、蓋体１４を容器本体１２に締結する。蓋体１４にはガスケット１９（図６参照）が設けてあり、ガスケット１９を介して蓋体１４をボルト１８により容器本体１２に取り付けて内部を密閉する。蓋体１４には、電池容器１０の内部換気を行うための吸排気機構が設けられていてもよい。

電池モジュール１６は、複数の単電池からなる集合体で、車両１００の走行用電池である。複数の電池モジュール１６が、電池容器１０に収納されている。電池容器１０は、内部に電池モジュール１６を収容すると、図２に示すように、車両１００の下方から車両１００に取り付けられる。

車両１００は、走行用のモータを備え、モータを走行用電池から供給される電力によって駆動させて走行する電気自動車である。図３に、電池容器１０を車両１００に取り付けた状態を示す。電池容器１０は、車両１００の左右両側に前後方向に延びているサイドフレーム１０２に、図３に示すようにブラケット５４等を介して取り付けられる。サイドフレーム１０２は、車両１００のメインフレームを構成する一部材である。

図４に、容器本体１２を分解して示す。容器本体１２は、トレー本体１３と、補強フレームとしての内フレーム４２及び外フレーム６２と、仕切板４４と、ブラケット５４を備えている。トレー本体１３は、底板２６と、底板２６の周囲に立ち上げられた壁体２８と、壁体２８の周囲に形成された縁部２４を備えている。トレー本体１３は、例えば金属板をプレス加工して一体に成形されている。

底板２６には、底板２６の裏面からクロスメンバ３０が取り付けられる。クロスメンバ３０は、底板２６の４箇所に、適度な間隔を設けて、スポット溶接により取り付けられる。クロスメンバ３０は、トレー本体１３に取り付けられると、先端が底板２６の左右から適宜突出する長さを有している。

壁体２８は、トレー本体１３の前方に設けられた前方壁体３４と、後方に設けられた後方壁体３６と、右方に設けられた右側方壁体３８と、左方に設けられた左側方壁体４０とを備えて形成されている。前方壁体３４は、両端が後方に屈曲して、右側方壁体３８および左側方壁体４０にそれぞれ連結している。後方壁体３６はほぼ直線状で、右側方壁体３８および左側方壁体４０になだらかに連結している。右側方壁体３８と左側方壁体４０は、ほぼ直線状に形成してある。右側方壁体３８と左側方壁体４０は、いずれもサイドフレーム１０２に沿って設けられた側方壁体である。

前方壁体３４と後方壁体３６、右側方壁体３８と左側方壁体４０は、それぞれの間隔が上方で拡がるように、図６の右側方壁体３８で示すように、底板２６に対して若干外方に傾斜している。

壁体２８の上端縁には、壁体２８の全周に渡り、外方に突出する縁部２４が、蓋体１４の縁部２０に対応して設けられている。縁部２４には、ボルト孔２３が、縁部２０のボルト孔２２に対応して設けられている。ボルト孔２３のそれぞれには、ナット２５が取り付けられている。

図５に容器本体１２の平面を示す。容器本体１２は、内部に、一対の内フレーム４２と、４枚の仕切板４４を備えている。内フレーム４２は、右側方壁体３８及び左側方壁体４０の内面の、ほぼ直線部分全体にわたる長さを有している。

次に、内フレーム４２について、右側方壁体３８に取り付けられている内フレーム４２を例にして説明する。図６に、図５のＦ６−Ｆ６線で破断した、容器本体１２の一部断面図を示す。内フレーム４２は、図６に示すように下板部材４６と、下板部材４６から立ち上げられた縦片部材４８と、縦片部材４８から下板部材４６と逆方向に屈曲した上板部材５０と、上板部材５０から立ち上げられた取付部材５２とを備えて形成されている。

下板部材４６は、底板２６の上面に、Ａの位置に行ったスポット溶接により、後述する外フレーム６２の下板部材６４とともに接合させてある。以下、スポット溶接を行った位置をＡ、あるいはＡ１、Ａ２等で示す。縦片部材４８は、下板部材４６とほぼ直角に屈曲しており、底板２６からほぼ垂直に立ち上げられている。

上板部材５０は、縦片部材４８とほぼ直角に屈曲しており、底板２６とほぼ平行に設けられている。上板部材５０には、ボルト孔５６が形成してあり、ボルト孔５６に合わせて裏面側にナット５８が固着してある。取付部材５２は、Ａで示す位置に行ったスポット溶接により、後述する外フレーム６２の取付部材７０とともに右側方壁体３８に一体に接合させてある。

内フレーム４２は、右側方壁体３８に取り付けられると、縦片部材４８と上板部材５０と右側方壁体３８と底板２６により、右側方壁体３８の内側に中空部分を備えた閉断面構造を形成する。左側方壁体４０にも、右側方壁体３８と同様に内フレーム４２が取り付けられている。左側方壁体４０については、右側方壁体３８と構成が同様であるので、説明は省略する。

仕切板４４は、左右の内フレーム４２の間に設けられている。仕切板４４は、ボルト孔５６に通したボルト５９により内フレーム４２の適宜の位置に取り付けられている。仕切板４４は、電池モジュール１６に対応して取り付けられ、仕切板４４で区画された内側に、複数の電池モジュール１６がほとんど隙間なく収納される。

図８、図９に示すように、電池モジュール１６は、ホルダ部材７２に覆われて保持されており、ホルダ部材７２は、ボルト孔７３が形成されたフランジ部７４を有している。前述した上板部材５０には、裏面側にナット５８が固着されたボルト孔５６が、フランジ部７４のボルト孔７３に対応する位置にも形成されている。

ボルト孔５６とフランジ部７４のボルト孔７３にボルト５９を通して、ホルダ部材７２が上板部材５０に締結される。これによって、電池モジュール１６がトレー本体１３に固定される。ここでのナット５８、ボルト５９が本発明で言う締結部材の一例であり、上板部材５０は、電池モジュール１６が締結部材によって固定される座面をなしている。

ここでは、ホルダ部材７２を介して電池モジュール１６を固定しているので、電池モジュール１６を安定性よく保持できる。又、図９に示すようにホルダ部材７２の外面に、電池モジュール１６を保持するホルダ部材７６を更に装着する。これにより、電池モジュール１６の保持力がより高められる。

ホルダ部材７６は、仕切板４４に対応する位置にボルト孔７７を複数形成しており、仕切板４４の上端には、これらホルダ部材７６のボルト孔７７に対応する位置に、裏面側にナットが固着されたボルト孔が形成されている。ホルダ部材７６のボルト孔７７にボルトを通して、ホルダ部材７６が仕切板４４の上端に締結される。これによって、電池モジュール１６は更に安定性よく保持される。

又、容器本体１２は、外方に、図４及び図６に示すように、一対の外フレーム６２を備えている。次に、外フレーム６２について、右側方壁体３８に取り付けられている外フレーム６２を例にして説明する。外フレーム６２は、図４に示すように、右側方壁体３８及び左側方壁体４０の外方の、ほぼ直線部分全体にわたる長さを有している。

外フレーム６２は、図６に示すように、下板部材６４と、下板部材６４から立ち上げられた縦片部材６６と、縦片部材６６から下板部材６４と同方向に屈曲した上板部材６８と、上板部材６８から立ち上げられた取付部材７０とを備えている。

外フレーム６２は、強度を高めるため、トレー本体１３を形成している部材の厚みより、厚い板材で形成されている。尚、外フレーム６２は、板厚を増大させることではなく、高強度の材料で形成して、その強度を高めてもよい。又、内フレーム４２の強度を、同様にして高めてもよい。

外フレーム６２の下板部材６４は、底板２６の下面に、Ａの位置に行ったスポット溶接により内フレーム４２の下板部材４６とともに接合させてある。縦片部材６６は、下板部材６４とほぼ直角に屈曲しており、下板部材６４からほぼ垂直に立ち上げられている。又、縦片部材６６は、蓋体１４を取り付けた際、縁部２４上に接触して電池容器１０内を密閉するガスケット１９の位置より内側に位置している。上板部材６８は、下板部材６４と同方向に屈曲されている。取付部材７０は、Ａの位置に行ったスポット溶接により、右側方壁体３８の外面に取付部材５２とともに接合させてある。

外フレーム６２は、右側方壁体３８に取り付けられると、下板部材６４と縦片部材６６と上板部材６８と取付部材７０と右側方壁体３８と底板２６により、右側方壁体３８の外方に中空部分を備えた閉断面構造を形成する。左側方壁体４０にも、右側方壁体３８と同様に外フレーム６２が取り付けられている。左側方壁体４０については、右側方壁体３８と構成が同様であるので、説明は省略する。

更に、外フレーム６２の外方には、ブラケット５４が取り付けられている。ブラケット５４は、左右それぞれの外フレーム６２に４箇所、計８箇所設けられている。ブラケット５４は、ブラケット基部８０とブラケット基部８０からＬ字状に屈曲した立上り部８２とを備えている。立上り部８２は、外フレーム６２の縦片部材６６にボルト８４によりねじ止めされている。ブラケット基部８０は、クロスメンバ３０に重ね合わせ、クロスメンバ３０とともにサイドフレーム１０２に取り付けられる。

次に、第１実施形態にかかる電池容器１０の作用、効果について説明する。電池容器１０には、仕切板４４で区画された区画域内に電池モジュール１６が収納される。電池モジュール１６は、接続線で電池モジュール１６の端子間が接続される。又、電池モジュール１６は、ホルダ部材７２で電池モジュール１６を上から押さえ、容器本体１２に固定する。電池モジュール１６を固定したなら、ガスケット１９を介して蓋体１４をボルト１８で容器本体１２に取り付け、電池容器１０の内部を密閉する。

図３に示すように、電池容器１０は、クロスメンバ３０とともにブラケット５４によりサイドフレーム１０２にねじで固定される。又、電池モジュール１６から延びる電源線は、車両１００の駆動機構等に接続される。これにより、電池容器１０には、電池モジュール１６が、互いに隙間がなく、密に配列された状態で収容され、車両１００に搭載される。

電池容器１０は、外フレーム６２に取り付けられたブラケット５４を介してサイドフレーム１０２に固定されるので、車両１００に強固に固定される。電池モジュール１６は、内フレーム４２の縦片部材４８により左右から押さえられた状態で電池容器１０に収納され、又、電池モジュール１６を仕切る仕切板４４が、内フレーム４２のボルト孔５６に通したボルト５９で固定されるので、走行中の振動等を受けた場合であっても位置ずれ等の支障を生じさせず、確実に保持される。

又、内フレーム４２の上板部材５０は、電池モジュール１６が締結部材によって固定される座面をなしている。このように、補強フレームとしての機能を持つ内フレーム４２に、電池モジュール１６を固定するための機能も兼ね備えさせることで、より効率的な電池容器設計が可能となる。

例えば万一、車両１００に右側方から他の車両が衝突したときには、電池容器１０の右側方壁体３８に内フレーム４２及び外フレーム６２が、右側方壁体３８に沿って略同一方向に延在し、右側方壁体３８を狭持するように取り付けられているので、右側方壁体３８が強固に保持され、衝突時に受ける外力に対して強固に対応できる。

又、内フレーム４２と外フレーム６２によって、閉断面構造が形成されているので、外力によって右側方壁体３８が容易に屈曲されない。又、右側方壁体３８が変形される程の大きな力が右側方壁体３８に加えられても、閉断面構造をなした中空状の内フレーム４２や外フレーム６２が変形し、衝突エネルギーを吸収するので、電池モジュール１６の損壊を低減できる。

又、内フレーム４２や外フレーム６２を、トレー本体１３より、強度の高い材質から形成したので、側方に所定の強度を有するとともに、電池容器１０を軽量化させることができる。

又、電池容器１０は、サイドフレーム１０２の間に取り付けられる構成とした。車両１００の前後には車輪や駆動機構等が設けられるため、電池容器１０の前後方向には、比較的大きな空間が形成されるが、電池容器１０の左右方向には、外力を吸収できる空間があまり形成されない。よって、本発明を適用することで、電池容器１０を厚い金属板で形成しなくとも、車両側面への衝突や、側面から電柱などに衝突する側突衝突事故に対して十分に対応できる強度を確保できる。

次に、第２実施形態の電池容器の容器本体１５について説明する。容器本体１５について、容器本体１２と同一の部材については、同一の符号を付し、説明を省略する。

容器本体１５は、図７に示すように、内フレーム４２と外フレーム６３の右側方壁体３８とのスポット溶接の位置Ａが異なっている。電池容器１０では、右側方壁体３８を挟んで内フレーム４２と外フレーム６２とを、一体にスポット溶接で接合させたが、容器本体１５は、内フレーム４２と右側方壁体３８をＡ１で示す位置で、又、外フレーム６３と右側方壁体３８をＡ２で示す位置で、それぞれ個別にスポット溶接している。

前述の第１実施形態では、外フレーム６２と内フレーム４２とで閉断面構造がなされている構成を示したが、本実施形態では、右側方壁体３８と内フレーム４２及び外フレーム６３との接合箇所がずれているため、外フレーム６２と内フレーム４２とで閉断面構造はなされていない。ただし、外フレーム６２と右側方壁体３８、及び内フレーム４２と右側方壁体３８とでは、それぞれ閉断面構造が形成された構成となっている。

本発明では、電池容器の容器本体１５を、このように形成してもよい。又、図７では、右側方壁体３８と内フレーム４２及び外フレーム６３との接合箇所をずらしたが、底板２６と内フレーム４２及び外フレーム６３との接合箇所をずらしてもよく、更に双方の位置をずらして接合させてもよい。又、前記接合方法は、スポット溶接に限らず、他の接合方法でもよい。

第１実施形態と第２実施形態とを比較すると、第１実施形態で示した、外フレーム６２と内フレーム４２とで閉断面構造を形成した構成の方が、中空状の閉断面構造をより大きく形成することができるので、より効率の良い衝突エネルギー吸収が可能となり、好ましい。

以上本発明を、第１実施形態と第２実施形態を用いて説明したが、本発明は前記実施形態に限るものではなく、発明の要旨を変更しない範囲で、変更してもよい。例えば、前記実施形態では、電池容器１０がサイドフレーム１０２に取り付けられる構成としたが、これに限られるものではなく、電池容器が車両の左右方向に延在する少なくとも２つのクロスフレームの間に取り付けられてもよい。

又、本発明は、仕切板４４、ホルダ部材７２、ホルダ部材７６を省略した構成であってもよい。前記実施形態では、ホルダ部材７２のフランジ部７４に形成されたボルト孔７３にボルト５９を通して、ホルダ部材７２を内フレーム４２の上板部材５０に締結し、ホルダ部材７２を介して電池モジュール１６を固定するようにした。しかし、これに限られず、電池モジュール１６に図示しないフランジ部を設けて、このフランジ部にボルト孔を形成し、このボルト孔にボルトを通して、電池モジュール１６を直接、内フレーム４２の上板部材５０に締結するようにしてもよい。

又、内フレーム４２の上板部材５０を電池モジュール１６を固定するための座面とする構成でなくてもよい。この場合は、仕切板４４の上端、もしくは電池容器１０内に設けた別の図示しない板部材の上端などを、電池モジュール１６が固定される座面として適宜設定してよい。

本発明は、電気自動車の走行用電池を収容する電池容器に利用可能である。

１０…電池容器、１２…容器本体、１３…トレー本体、１４…蓋体、１６…電池モジュール、２６…底板、２８…壁体、３０…クロスメンバ、３４…前方壁体、３６…後方壁体、３８…右側方壁体、４０…左側方壁体、４２…内フレーム、４４…仕切板、４６…下板部材、４８…縦片部材、５０…上板部材、５２…取付部材、５４…ブラケット、６２…外フレーム、６４…下板部材、６６…縦片部材、６８…上板部材、７０…取付部材、８０…ブラケット基部、８２…立上り部、１００…車両、１０２…サイドフレーム。

Claims (7)

1. 車両の走行用電池を収容し、前記車両に設けられた少なくとも２つのフレームの間に取り付けられる電池容器であり、
   底板と、
   前記底板の周囲に立ち上げられた壁体と、
   前記壁体のうち、前記フレームに沿って設けられた側方壁体の外側に取り付けられた外フレームと、
   前記側方壁体の内側に取り付けられた内フレームと、を備え、
   前記外フレームと前記内フレームは、前記側方壁体に沿って略同一方向に延在し、
   前記側方壁体は、前記外フレームと前記内フレームとによって狭持されることを特徴とする電池容器。
2. 前記外フレームと前記内フレームとで、閉断面構造を形成していることを特徴とする請求項１に記載の電池容器。
3. 前記外フレーム及び前記内フレームは、前記底板に接合される下板部材と、前記側方壁体に接合される取付部材とをそれぞれ有していることを特徴とする請求項２に記載の電池容器。
4. 前記外フレームと前記内フレームの前記取付部材及び前記下板部材は、前記側方壁体または前記底板を挟んで一体に溶着してあることを特徴とする請求項３に記載の電池容器。
5. 前記内フレームは、前記走行用電池が締結部材によって固定される座面を有していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電池容器。
6. 前記外フレームの厚みは、前記壁体の厚みより厚いことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電池容器。
7. 前記外フレームの外方に、前記フレームに取り付けられるブラケットが設けられることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の電池容器。

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