JP2014110225A

JP2014110225A - 電池パック

Info

Publication number: JP2014110225A
Application number: JP2012265573A
Authority: JP
Inventors: Wen Leon Lu; ルー・ウェン・レオン; Seiichi Takasaki; 静一高崎
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2012-12-04
Filing date: 2012-12-04
Publication date: 2014-06-12
Anticipated expiration: 2032-12-04
Also published as: JP5790628B2; CN103855341B; CN103855341A; EP2741343A1; EP2741343B1

Abstract

【課題】設定強度の変更が容易であり、かつ、製造コストを低減できる電池パックを提供する。
【解決手段】電池パック１は、トレイ１１と、複数の電池セル１２と、補強金具１３とを備える。トレイ１１は、リブ１１１及びこのリブ１１１で仕切られた複数の収納部１１２を有する。電池セル１２は、収納部１１２に配置される。補強金具１３は、リブの延在方向に沿ってリブ１１１の縁１１１Ａに装着される。
【選択図】図２

Description

本発明は、電気自動車等の動力源として搭載される電池パックであって、複数の電池セルを収納する電池パックに関する。

電気自動車やハイブリッド車両等に搭載されて動力源として使用される電池パックは、複数の電池セルと、これらを収納するケースとを備える。ケースは、電気絶縁性を有する例えば合成樹脂によって成形されたトレイ部材及びカバー部材を有する。複数の電池セルが組み合わされた大容量の電池パックである場合、ケースは、電池セルそのものの重量だけでなく衝突荷重にも耐える充分な強度を必要とする。

特許文献１に記載された電気自動車に搭載されるバッテリユニットのケースは、トレイ部材を形成する合成樹脂の中にインサート部材を入れている。インサート部材は、金属製の枠部材及び補強プレートで構成されている。枠部材は、トレイ部材の外周壁の中に埋め込まれ、補強プレートは、電池セルの間を通るように設けられた仕切り壁の中に埋め込まれている。

金属製のインサート部材とその外周を覆う合成樹脂は、温度変化に伴う線膨張係数が異なっている。電池セルは充電や放電の際に温度が上がるので、インサート部材と合成樹脂の境界面に剪断応力が加わる。長期間にわたって使用する場合、この境界面に繰り返し応力が加わることが懸念されるため、特許文献１では、境界面が剥離することを防止するために、補強プレートを横切る孔を設けている。

特許第４９１０９６４号公報

ところで、計算通りの設計強度をインサート部材に発揮させるためには、インサート部材を合成樹脂に埋め込む際に所望する位置に配置されなければならない。したがって、インサート部材に対して高い精度の製造較差が要求されるとともに、合成樹脂を金型で成形する際にインサート部材をハンドリングするための治具や金型にインサート部材を組み込む作業などの付随する作業に製造コストが掛る。

また、電池パックは、車種によって搭載される位置や向きが異なる。したがって、電池パックに要求される強度は、車種ごとに異なる。つまり、ある車種に対して設計された電池パックは、そのまま他の車種に適用できない。車種に応じた電池パックの設計が行われ、それぞれに強度解析や評価試験などが必要となる。そして、車種ごとに異なる個別の生産ラインが必要になり、製造コストが上がってしまう。

さらに、車両の他の部分の設計変更に伴い、電池パックの強度を見直さなければならなくなることもある。このような場合、インサート部材によって強度を補っている電池パックは、製造し直さなければならない。また、設計変更されたインサート部材の形状によっては、合成樹脂を成形するための金型の形状も変更する必要が生じる。したがって、軽微な設計変更であっても製造コストに大きく影響することもある。

そこで、本発明は、設定強度の変更が容易であり、かつ、製造コストを低減できる電池パックを提供する。

本発明に係る一実施形態の電池パックは、トレイと、複数の電池セルと、補強金具とを備える。トレイは、リブ及びこのリブで仕切られた複数の収納部を有する。電池セルは、収納部に配置される。補強金具は、リブの延在方向に沿ってリブの縁に装着される。

また、電池パックは、電池セルとトレイとを連結するブラケットをさらに備える。トレイは、リブの近傍の収納部の内周壁から突出した台座と、この台座に埋設されたアンカーを有し、補強金具及びブラケットは、このアンカーに連結される。そして、ブラケットは、台座から露出したアンカーの上端に固定され、補強金具は、台座から露出したアンカーの軸に装着される。

また、電池パックは、トレイが搭載され車両に固定されるサポートをさらに備える。トレイは、下方からアンカーに取り付けられる締結部材によってサポートに固定される。

さらに、トレイは、車両の進行方向に沿って配置されるリブを含む。または、トレイは、車両の進行方向を横切る方向に沿って配置されるリブを含む。

本発明に係る電池パックによれば、複数の電池セルの間に形成されたリブの延在方向に沿って補強金具が装着されている。したがって、電池セルがトレイの収納部内で移動して内壁に衝突するような外力が加わった場合、リブに沿って作用する引張荷重は、補強金具によって受け止められる。内壁とリブの接合部に引張荷重が集中して破断されることを防止できる。

また、必要な強度に合わせた補強金具を取り付けることによって、目的に応じた強度を有した電池パックにすることができる。補強金具は別体に設けられているので、最終組み立ての段階で、所望する強度の補強金具に付け替えることも容易である。車両の設計変更に伴って電池パックに要求される強度が変更されても、補強金具を取り換えるだけで対応することができるので、製造コストの増加を抑えることができる。

また、強度の異なる補強金具を選択することで、電池パックの強度を変えることができるので、車種ごとに異なる強度が要求される場合でも、対応する強度の補強金具を取り付けることで、この電池パックを様々な車種に適用することもできる。

リブの近傍の収納部の内周壁から突出した台座にアンカーが埋設されており、このアンカーに補強金具及びブラケットが連結される発明の電池パックによれば、電池パックに作用する荷重がブラケットから補強金具に直接的に伝達される。したがって、トレイにかかる負荷が軽減される。

ブラケットを台座から露出したアンカーの上端に固定し、補強金具を台座から露出したアンカーの軸に装着した発明の電池パックによれば、電池セルの質量に起因する荷重が、ブラケットから補強金具に伝達される際に捩じれ応力が軽減される。

トレイが搭載され車両に固定されるサポートを備え、下方からアンカーに取り付けられる締結部材でトレイがサポートに固定される発明の電池パックによれば、電池セルの質量に起因する荷重がアンカーを介してサポートにも分散される。

トレイに設けられるリブに車両の進行方向に沿って配置されるリブを含む発明の電池パックによれば、この電池パックが搭載される車両が前方衝突した場合または追突された場合、リブに沿う方向に作用する荷重を補強金具に伝達することで、リブに加わる荷重を軽減することができる。

トレイに設けられるリブに車両の進行方向を横切る方向に沿って配置されるリブを含む発明の電池パックによれば、この電池パックが搭載される車両の車体構造上において、前方衝突よりも側方衝突によって受ける衝撃荷重の方が大きい場合に効果的である。

本発明に係る第１の実施形態の電池パックを搭載する車両を示す斜視図。図１の電池パックの分解斜視図。図１の電池パックのカバーを外した平面図。図３中のＦ４−Ｆ４線に沿う断面図。図４中のＦ５−Ｆ５線に沿う断面図。図３中のＦ６部を拡大した斜視図。図３中のＦ７部を拡大した斜視図。本発明に係る第２の実施形態の電池パックの分解斜視図。

本発明に係る第１の実施形態の電池パック１について、車両１００に搭載した場合を例に、図１から図７を参照して説明する。図１に示す車両１００は、この電池パック１を２つ搭載している。車両１００は、電気自動車あるいはハイブリッド車両のいずれであってもよい。本実施形態の場合、車両１００は、前輪１０１の間及び後輪１０２の間にそれぞれ１つずつ電池パック１を配置している。車両１００のサイドメンバやクロスメンバなどのフレーム構造体に対して、電池パック１のサポートである板金井桁２０が固定される。

電池パック１は、図２に示すように、トレイ１１と電池セル１２と補強金具１３とブラケット１４とカバー１５と板金井桁２０とを備えている。なお、この明細書における説明の便宜上、車両１００の進行方向を基準に運転者から見て「前」、「後」、「右」、「左」をそれぞれ定義する。また、重力を基準に「上」、「下」を定義する。

トレイ１１は、少なくとも１つのリブ１１１と、このリブ１１１で仕切られた複数の収納部１１２を有する。本実施形態においてトレイ１１は、トレイ１１の内部をほぼ３等分に分割するように平行に配置された２つのリブ１１１を有している。リブ１１１によって仕切られた収納部１１２にそれぞれ電池セル１２が配置される。

このトレイ１１は、圧縮応力に対して高い強度を有した合成樹脂、本実施形態では、ガラス繊維強化ポリプロピレン樹脂（ＰＰＧＦ）で一体に成形されている。トレイ１１は、カバー１５と接合されるフランジ１１Ａを外周縁に有している。フランジ１１Ａは、図４に示すようにガスケットを装着するための溝１１Ｂを有している。

各収納部１１２は、図２、図３、図６及び図７に示すように、リブ１１１の近傍の内周壁１１３に台座１１４を有している。この台座１１４は、内周壁１１３から突出しており、上面１１４Ａは、リブ１１１の縁１１１Ａよりもやや高い。トレイ１１は、リブの近傍以外にも台座１１４を有している。これらの台座１１４には、図５に示すように、それぞれアンカー１１５が埋設されている。

アンカー１１５の上端１１５Ａは、図４及び図５に示すように、台座１１４から露出している。アンカー１１５は、下端１１５Ｂがトレイ１１の底面と面一になるように配置されている。アンカーの１１５の中間部分は、合成樹脂の台座１１４から抜けないように外周部に溝１１５Ｃを有している。溝１１５Ｃの代わりに突起が形成されていてもよいし、全体にわたってローレット加工が施されていてもよい。

補強金具１３は、電池セル１２の間に形成されたリブ１１１の延在方向に沿ってこのリブ１１１の上側の縁１１１Ａに装着されている。補強金具１３は、金属製の平坦なプレートである。端部１３１には、アンカー１１５の上端１１５Ａに連結される孔１３１Ａが設けられている。補強金具１３は、台座１１４から露出したアンカー１１５の軸に装着される。台座１１４は、リブ１１１よりもやや高いので、図４、図６及び図７に示すように補強金具１３は、リブ１１１の縁１１１Ａに対して隙間を有して配置される。また、図４及び図５に示すように、台座１１４から露出したアンカー１１５の寸法は、補強金具１３の厚みよりも大きい。したがって、図６及び図７に示すように、補強金具１３をアンカー１１５の軸に装着した状態で、アンカー１１５の上端１１５Ａは、補強金具１３の上面から突出する。

ブラケット１４は、図４に示すように、トレイ１１の内周壁に対面する電池セル１２の側壁に設けられた取付部１２１とアンカー１１５の上端１１５Ａとの間に取り付けられる。これにより、ブラケット１４は、電池セル１２をトレイ１１に連結する。図２及び図４に示すように、取付部１２１は、スタッドボルト１２２を有している。ブラケット１４は、スタッドボルト１２２に通されナット１２３で固定される。また、図５、図６及び図７に示すように、アンカー１１５の上端１１５Ａにはネジ穴１１５Ｄが設けられており、ボルト１１５Ｅでブラケット１４が固定される。台座１１４から露出したアンカー１１５の寸法は、補強金具１３の厚みよりも大きいので、図４及び図５に示すように補強金具１３とブラケット１４の間には、隙間ができる。

カバー１５は、トレイ１１に補強金具１３及び電池セル１２が装着され、ブラケット１４が取り付けられた後、これらを覆うように取り付けられる。カバー１５は、トレイ１１のフランジ１１Ａに対応するフランジ１５Ａを有している。トレイ１１のフランジ１１Ａとカバー１５のフランジ１５Ａは、板バネで作られたクリップあるいはファスナによって、しっかり固定される。

板金井桁２０は、図２及び図４に示すように、トレイ１１の外形に概ね沿った形状を有している。カバー１５が取り付けられたトレイ１１は、図２、図４及び図５に示すように、板金井桁２０に搭載される。板金井桁２０は、トレイ１１のアンカー１１５に対応する位置にボルト孔２０１を有している。トレイ１１は、図４及び図５に示すように、固定孔となるボルト孔２０１を通して下方からアンカー１１５に取り付けられる締結部材としてボルト２０２で板金井桁２０に固定される。アンカー１１５がボルト孔２０１に通されるスタッドボルトを有し、このスタッドボルトにナットで締め付けられることによって、トレイ１１が板金井桁２０に固定されていてもよい。アンカー１１５が板金井桁２０に接続されることによって、アンカー１１５に加わる荷重を板金井桁２０にも伝達させる。

以上のように構成された電池パック１は、図１に示す向きで車両１００に搭載された場合、車両１００の進行方向に沿ってリブ１１１が配置される。車両１００が前方衝突した場合、電池セル１２の質量に起因する荷重がブラケット１４を介してアンカー１１５に伝達される。このときの荷重は、車両１００の前側のリブ１１１と内周壁１１３の接合部に対して引張応力を発生する方向に作用する。この電池パック１の場合、補強金具１３をリブ１１１の延在方向に沿ってリブ１１１の上側の縁１１１Ａに配置しているので、アンカー１１５に伝達された荷重は、補強金具１３に伝達される。その結果、リブ１１１に作用する荷重は軽減される。

また、この電池パック１の場合、補強金具１３がリブ１１１に沿って装着されているので、車両１００の細部の設計変更に伴って電池パック１により高い強度が求められるようになった場合でも、補強金具１３を適合する強度のものに交換することで、要求を容易に満足させることができる。電池パック１に対する設計変更やそれに付随する強度計サインの見直しなどが簡略化されるため、製造コストへの影響を最小限に抑えることができる。

また、図３、図６及び図７に示すように、電池パック１内に配設されるケーブル等のレイアウトの都合により、車両１００の進行方向に前側に位置するアンカー１１５からリブ１１１までの距離と、車両１００の進行方向に後ろ側に位置するアンカー１１５からリブ１１１までの距離が異なっていてもよい。本実施形態では、車両１００の進行方向に前側に位置するアンカー１１５は、車両１００の進行方向の後ろ側に位置するアンカー１１５よりもリブ１１１に近い位置に配置されている。図６は、車両１００の後ろ側に位置するアンカー１１５及び補強金具１３の端部１３１を示す。図７は、車両１００の前側に位置するアンカー１１５及び補強金具１３の端部１３１を示す。

このように、車両１００の進行方向に前側に位置するアンカー１１５からリブ１１１までの距離に対して、車両１００の進行方向の後ろ側に位置するアンカー１１５からリブ１１１までの距離が異なっている場合、アンカー１１５からリブ１１１までの距離が大きい側、すなわち本実施形態において図６に示す車両１００の進行方向の後ろ側、に位置するアンカー１１５どうしの間に、リブ１１１の縁１１１Ａから延びて補強金具１３に係合するストッパー１１１Ｂを設けてもよい。ストッパー１１１Ｂは、リブ１１１の縁１１１Ａの一部が上方に突出したフックのように形成される。具体的には、車両１００の進行方向に後ろ側に向いた部分がリブ１１１の縁１１１Ａからほぼ垂直に立ちあがっているとともに、車両１００の進行方向に前側に向いた部分がリブ１１１の縁１１１Ａから上に向うにしたがって後方へ斜めに傾いている。すなわち、リブ１１１に沿う方向の断面は、後部側の部分が垂直になった台形に形成されている。

補強金具１３は、このストッパー１１１Ｂに対応する位置に、このストッパー１１１Ｂの後部側の端部に係合する孔１３２が形成されている。孔１３２は、ストッパー１１１Ｂよりも車両１００の進行方向の前方に少し大きく形成されている。孔１３２の後部側の内面は、リブ１１１の縁１１１Ａから垂直に立ちあがったストッパー１１１Ｂの後部側の端部に接するように配置される。

ストッパー１１１Ｂを有していることにより、電池セル１２の質量に起因する荷重は、アンカー１１５に加えてストッパー１１１Ｂにも分散して伝達される。したがって、アンカー１１５からリブ１１１までの距離が比較的離れている場合でも、ストッパー１１１Ｂが設けられているので、アンカー１１５の間の補強金具１３に対して車両１００の進行方向、この場合は、前方に向かう方向へ作用する荷重を軽減することができる。つまり、補強金具１３が前方へ引っ張られた場合に、後部側のアンカー１１５どうしの間の補強金具１３の端部１３１が車両１００の前方に向かって屈曲することを防ぐことができる。このように、アンカー１１５からリブ１１１までの距離が離れている場合は、リブ１１１の淵１１１Ａにストッパー１１１Ｂを設けることが好ましい。

本実施形態では、車両１００の進行方向の後ろ側に位置するアンカー１１５どうしの間のリブ１１１にストッパー１１１Ｂを設けている例を示した。車両１００の進行方向に前側に位置するアンカー１１５からリブ１１１までの距離が大きい場合は、車両１００の進行方向に前側に位置するアンカー１１５どうしの間のリブ１１１にストッパー１３２を設けてもよい。その場合、車両１００の前方側に面したストッパー１３２の端部が垂直になるように配置し、補強金具１３に設ける孔に係合させる。また、アンカー１１５からリブ１１１までの距離が一定以上離れている場合は、車両１００の進行方向に前側及び後ろ側の両方に、このストッパー１３２を設けてもよい。

本発明に係る第２の実施形態の電池パック１について図８を参照して説明する。第１の実施形態において、第１の実施形態の電池パック１と同じ機能を有する構成は、第１の実施形態における構成と同じ符号を付し、詳細な説明は、第１の実施形態の電池パック１の対応する説明を参酌する。また、図８では、電池セル１２を省略している。電池セル１２は、リブ１１１で仕切られた収納部１１２にそれぞれ配置される。電池セル１２をトレイ１１に固定するブラケット１４の形状は、図２、図３、図４を参照する。また、アンカー１１５の細部は、図５を参照する。

図８に示す第２の実施形態の電池パック１は、車両１００の進行方向に沿って配置されたリブ１１１と、車両１００の進行方向を横切る方向に沿って配置されたリブ１１１Ｌ（１１１）の両方のリブ１１１をトレイ１１に有している。リブ１１１の端部には、収納部１１２に突出した台座１１４が形成されており、それぞれの台座１１４にはアンカー１１５が埋設されている。各リブ１１１の上側には、補強金具１３が装着される。

以上のように構成された第２の実施形態の電池パック１は、車両１００が前方衝突した場合、電池セル１２の質量に起因する荷重は、車両１００の進行方向に沿うリブ１１１の延在方向に沿ってリブ１１１の縁１１１Ａの上側に配置された補強金具１３に伝達されるため、トレイ１１が破損することを防止することができる。また、この車両１００が側方から別の車両に衝突をされた場合にも、車両１００の進行方向を横切る方向に沿うリブ１１１Ｌに対して補強金具１３が装着されている。したがって、前方衝突した場合と同様に、トレイ１１に加わる荷重が補強金具１３に伝達されトレイ１１が破損することを防止できる。

さらに、車両１００の設計変更に伴い電池パック１に要求される荷重が大きくなった場合は、補強金具１３を適合するものに取り換えることで、簡単に要求を満たすように変更することができる。

１…電池パック、１１…トレイ、１１１…リブ、１１１Ａ…縁、１１２…収納部、１１３…内周壁、１１４…台座、１１５…アンカー、１２…電池セル、１３…補強金具、１４…ブラケット、２０…板金井桁（サポート）、１００…車両。

Claims

リブ及びこのリブで仕切られた複数の収納部を有するトレイと、
前記収納部に配置される複数の電池セルと、
前記リブの延在方向に沿って前記リブの縁に装着される補強金具と、を備える
ことを特徴とする電池パック。
前記電池セルと前記トレイとを連結するブラケットをさらに備え、
前記トレイは、前記リブの近傍の前記収納部の内周壁から突出した台座と、この台座に埋設されたアンカーと、を有し、
前記補強金具及び前記ブラケットは、前記アンカーに連結される
ことを特徴とする請求項１に記載された電池パック。
前記ブラケットは、前記台座から露出した前記アンカーの上端に固定され、
前記補強金具は、前記台座から露出した前記アンカーの軸に装着される
ことを特徴とする請求項２に記載された電池パック。
前記トレイが搭載され車両に固定されるサポートをさらに備え、
前記トレイは、下方から前記アンカーに取り付けられる締結部材によって前記サポートに固定される
ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載された電池パック。
前記トレイは、前記車両の進行方向に沿って配置される前記リブを含む
ことを特徴とする請求項４に記載された電池パック。
前記トレイは、前記車両の進行方向を横切る方向に沿って配置される前記リブを含む
ことを特徴とする請求項４に記載された電池パック。