JP2015230862A - 組電池 - Google Patents

Abstract

【課題】組電池本体を安定的に保持することができる組電池を提供する。【解決手段】組電池１は、複数の電池モジュール１１１が積層されて固定された組電池本体１１と、一端部の第１の固定部１３２ｆで組電池本体１１の前方端部１１ｆに固定された第１のフレーム１３と、一端部の第２の固定部１４２ｆで組電池本体１１の後方端部１１ｒに固定された第２のフレーム１４と、を備えており、第２の固定部１４２ｆは、組電池本体１１の重心位置Ｇと実質的に同じ高さに位置している。【選択図】 図４

Description

本発明は、組電池に関するものである。

車両の幅方向に延在する中空部を有するフロントフレーム及びリアフレームに、ブラケットを介して電池モジュールが固定された電池モジュール搭載用構造体が知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２０１３−１２０６４２号公報

上記の電池モジュール搭載用構造体では、電池モジュールとフロントフレームとを固定するためのブラケットが当該電池モジュールの下部に取り付けられていると共に、電池モジュールとリアフレームとを固定するためのブラケットも当該電池モジュールの下部に取り付けられている。このため、車両が急停車等をした際は、慣性力によるモーメントが電池モジュールの重心で発生するので、当該電池モジュールを安定的に保持することができない場合があるという問題がある。

本発明が解決しようとする課題は、組電池本体を安定的に保持することができる組電池を提供することである。

本発明は、組電池本体の前方端部を第１の固定部で第１のフレームと固定すると共に、当該組電池本体の後方端部を第２の固定部で第２のフレームと固定する。そして、第１の固定部又は第２の固定部の少なくとも一方を組電池本体の重心位置と実質的に同じ高さとすることによって上記課題を解決する。

本発明によれば、第１の固定部又は第２の固定部の少なくとも一方が組電池本体の重心位置と実質的に同じ高さに位置しているため、揺れや振動等によって組電池本体の重心にモーメントが発生した場合においても、当該モーメントを吸収して組電池本体を安定的に保持することができる。

図１は、本発明の実施形態における組電池の車両への搭載状態を示す断面図である。 図２は、本発明の実施形態における組電池の上部筐体を省略した斜視図である。 図３は、本発明の実施形態における組電池が備える電池モジュールを示す分解斜視図である。 図４は、本発明の実施形態における組電池を示す断面図（図２のIV−IV線に沿った断面相当図）である。 図５は、本発明の実施形態における組電池が備える第１及び第２のフレームの第１変形例を示す断面図である。 図６は、本発明の実施形態における組電池が備える第１及び第２のフレームの第２変形例を示す断面図である。 図７は、本発明の実施形態における組電池が備える冷却ユニット及び送風ダクトを示す斜視図である。 図８は、本発明の実施形態における組電池において上部筐体を省略した斜視図である。 図９は、図４のIX部の拡大図である。 図１０は、本発明の実施形態における組電池を示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本実施形態における組電池を搭載した車両後部を示す断面図であり、図２は本実施形態における組電池の上部筐体を省略した斜視図であり、図３は本実施形態における組電池が備える電池モジュールを示す分解斜視図であり、図４は本実施形態における組電池を示す断面図である。

本実施形態における組電池１は、図１に示すように、車両のリアシートＲＳの後方（Ｒ方向）におけるフロアパネルＦＰの下方（Ｄ方向）に設置されており、この組電池１の下方にはマフラ１０が搭載されている。このマフラ１０は、楕円形状の断面を有しており、車幅方向（Ｗ方向）に長い筒形状である。

組電池１は、組電池本体１１と、支持パネル１２と、第１のフレーム１３と、第２のフレーム１４と、冷却ユニット１５と、送風ダクト１６と、筐体１７と、を備えている。

組電池本体１１は、図２に示すように、積層された複数（本例では２４個）の電池モジュール１１１から構成されている。なお、組電池本体１１を構成する電池モジュール１１１の数は、特に限定されない。

電池モジュール１１１は、図３に示すように、例えば相互に積層された単電池１１２と、単電池１１２の間に介装されたスペーサ１１３と、これら単電池１１２及びスペーサ１１３を収容するケース１１４と、を備えている。

単電池１１２は、例えば、リチウムイオン二次電池等のラミネート電池である。この単電池１１２は、特に図示しないが、セパレータを介して正極板と負極板を交互に積層してなる積層体と、当該積層体を電解液と共に封止するラミネートフィルムと、を有しており、正極板に接続された正極タブがラミネートフィルムの一端から導出していると共に、負極板に接続された負極タブがラミネートフィルムの反対側の端部から導出している。なお、単電池１１２は、ニッケル水素電池、鉛電池等で構成してもよい。

本実施形態では、隣り合う単電池１１２の正極タブと負極タブの向きを交互に反転させて単電池１１２を積層した後、当該正極タブと負極タブを直接接合することで各単電池１１２を直列に接続している。そして、接続された複数の当該単電池１１２の一端は、正極側、負極側それぞれの出力端子１１２ａ、１１２ｂと電気的に接続されている。なお、単電池１１２の電気的な接続関係は、特にこれに限定されない。

こうした複数の単電池１１２は、図３に示すように、隣接する単電池１１２同士の絶縁性を保つためのスペーサ１１３が介装された状態でケース１１４内に収められている。

ケース１１４は、箱形状を有するロアケース１１４ａ及び蓋形状を有するアッパーケース１１４ｂから構成され、これらロアケース１１４ａ及びアッパーケース１１４ｂは、例えばアルミニウム板から形成される。

なお、本実施形態では、８個の単電池１１２が積層されてケース１１４内に収められているが、積層される単電池１１２の数は特に限定されない。例えば、１個の単電池１１２をケース１１４内に収めてもよい。また、ケースの構造は特に上記のものに限定されず、ロアケースとアッパーケースをいずれも箱形状とし、それらの開口を合わせた構造としてもよい。

本実施形態において複数（本例において２４個）の電池モジュール１１１は、隣り合う電池モジュール１１１の正極端子１１２ａと負極端子１１２ｂとがそれぞれ互い違いに並ぶように、車幅方向に沿って積層されている。すなわち、複数の電池モジュール２は、交互に向きを反転して積層されている。それら複数の電池モジュール１１１は、組電池本体１１の幅方向（Ｗ方向）の長さを有する通しボルト１１５がそれぞれ挿通されることにより相互に固定されている。この電池モジュール１１１は、不図示の充電ポートやインバータ等に接続されている。なお、電池モジュール１１１同士の電気的接続関係は特に限定されない。また、複数の電池モジュール１１１が、車両の前後方向に沿って積層されていてもよい。また、組電池本体１１が、電池モジュール１１１の積層状態を補強するための補強材等を有していてもよい。

支持パネル１２は、第１及び第２のフレーム１３、１４を介して組電池本体１１を支持するための部材であり、図４に示すように、組電池本体１１の下方に配置されている。この支持パネル１２は、組電池本体１１全体の底面よりも大きな矩形状であり、当該支持パネル１２には、第１のフレーム１３及び第２のフレーム１４が取り付けられている。

第１のフレーム１３は、メンバ部１３１と、フランジ部１３２と、を有しており、例えば金属材料等から構成されている。メンバ部１３１は、支持パネル１２における組電池本体１１の前方に配置されており、不図示のボルト等で当該支持パネル１２に固定されている。このメンバ部１３１は、略矩形の断面形状を有しており、当該メンバ部１３１の上辺にはフランジ部１３２が取り付けられている。

フランジ部１３２は、図４に示すように、略Ｌ字の断面形状を有している。当該略Ｌ字の一辺はメンバ部１３１の上辺に不図示のボルト等で固定されていると共に、略Ｌ字の他辺は組電池本体１１の前方端部１１ｆに不図示のボルト等で固定されている。なお、メンバ部１３１と支持パネル１２との間、メンバ部１３１とフランジ部１３２との間、及びフランジ部１３２と組電池本体１１との間を固定する方法は特に限定されず、例えば溶接等によって固定してもよい。また、例えば、メンバ部１３１とフランジ部１３２とを一体的に形成してもよい。

第２のフレーム１４も、上述した第１のフレーム１３と同様の構成であり、メンバ部１４１と、フランジ部１４２と、を有している。メンバ部１４１は、支持パネル１２における組電池本体１１の後方に配置されており、不図示のボルト等で当該支持パネル１２に固定されている。このメンバ部１４１は、縦長台形の断面形状を有しており、当該メンバ部１４１の上辺にはフランジ部１４２が取り付けられている。なお、第２のフレーム１４の上端部は、車両のサイドメンバ（不図示）やバンパー２０の取付部２１の上端部よりも上方に位置していることが好ましい（図１参照）。本実施形態では、メンバ部１４１の後方（Ｒ方向）端部に、後述する連結部材１７３の第１のフランジ部１７３ａが取り付けられている（図９参照）。

フランジ部１４２は、第１のフレーム１３のフランジ部１３２と同様、略Ｌ字の断面形状を有している。当該略Ｌ字の一辺はメンバ部１４１の上辺に不図示のボルト等で固定されていると共に、略Ｌ字の他辺は組電池本体１１の後方端部１１ｒに不図示のボルト等で固定されている。なお、メンバ部１４１と支持パネル１２との間、メンバ部１４１とフランジ部１４２との間、及びフランジ部１４２と組電池本体１１との間を固定する方法は特に限定されず、例えば溶接等によって固定してもよい。また、例えば、メンバ部１４１とフランジ部１４２とを一体的に形成してもよい。

本実施形態において第１及び第２のフレーム１３、１４は、組電池本体１１の幅方向（Ｗ方向）の全域と対応する長さを有しているが、特にこれに限定されない。例えば、第１及び第２のフレーム１３、１４が、組電池本体１１の幅方向（Ｗ方向）の全域よりも短い長さであってもよい。また、例えば、１つのメンバ部１３１、１４１の上に複数のフランジ部１３２、１４２が幅方向（Ｗ方向）に沿ってそれぞれ配置されていてもよい。

本実施形態では、図４に示すように、第１のフレーム１３のフランジ部１３２と組電池本体１１との固定部１３２ｆは、組電池本体１１の重心位置Ｇよりも低い高さに位置している。一方、第２のフレーム１４のフランジ部１４２と組電池本体１１との固定部１４２ｆは、組電池本体１１の重心位置と実質的に同じ高さに位置している。なお、組電池本体１１を構成する電池モジュール１１１は、スペーサ１１３を介装して積層された複数の単電池１１２をケース１１４の中央に配置して構成されているため（図３参照）、当該組電池本体１１の重心位置Ｇは、組電池本体１１の高さ方向における中心に通常位置している。本実施形態における第１のフレーム１３のフランジ部１３２と組電池本体１１との固定部１３２ｆが、本発明の第１の固定部の一例に相当し、第２のフレーム１４のフランジ部１４２と組電池本体１１との固定部１４２ｆが、本発明の第２の固定部の一例に相当する。

なお、第１のフレーム１３と組電池本体１１との固定部１３２ｆ又は第２のフレーム１４と組電池１１との固定部１４２ｆの少なくとも一方が、組電池本体１１の重心位置Ｇと実質的に同じ高さに位置していればよく、固定部１３２ｆ、１４２ｆの位置関係は特に上記に限定されない。

例えば、図５に示すように、第１のフレーム１３と組電池本体１１との固定部１３２ｆが組電池１１の重心位置Ｇと実質的に同じ高さに位置している一方、第２のフレーム１４と組電池１１との固定部１４２ｆが組電池１１の重心位置Ｇよりも低い高さに位置していてもよい。また、例えば、図６に示すように、第１のフレーム１３と組電池本体１１との固定部１３２ｆ及び第２のフレーム１４と組電池本体１１との固定部１４２ｆの両方が、組電池１１の重心位置Ｇと実質的に同じ高さに位置していてもよい。

本実施形態において、支持パネル１２の下方には、図４に示すように、冷却ユニット１５が設けられている。この冷却ユニット１５は、冷媒が循環するエバポレータや送風機を内蔵しており、送風ダクト１６を介して組電池本体１１に冷却風を供給する機能を有している。

送風ダクト１６は、図４又は図７に示すように、送風導入部１６１と、水平ダクト部１６２と、立上ダクト部１６３と、を有しており、樹脂材料や金属材料で構成されている。図７は、本実施形態における組電池が備える冷却ユニット１５及び送風ダクト１６を示す斜視図である。

送風導入部１６１は、冷却ユニット１５から供給される冷却風を水平ダクト部１６２に送るための部位であり、水平ダクト部１６２に向かうに従って薄板状に形状が変化している。水平ダクト部１６２は、送風導入部１６１から供給される冷却風を立上ダクト部に送るための部位であり、組電池本体１１とマフラ１０との間で延在している。この水平ダクト部１６２は、図７に示すように、車両の後方に向かうに従って幅方向（Ｗ方向）に拡がる略扇形状に形成されている。

なお、水平ダクト部１６２を構成する組電池本体１１側のパネルの材料の熱伝導率は、マフラ１０の熱を遮蔽する効果の観点から、水平ダクト部１６２を構成するマフラ１０側のパネルの材料の熱伝導率よりも低いことが好ましい。このような熱伝導率の調整は、水平ダクト部１６２を構成するパネルの材料を変更したり、当該パネルの表面形状を変更したりすることにより行うことができる。

立上ダクト部１６３は、水平ダクト部１６２から供給される冷却風を、組電池本体１１の後方上部から吐出する機能を有している。この立上ダクト部１６３は、水平ダクト部１６２の後端部から車両上方に立ち上げられており、その上端部は組電池本体１１よりも僅かに上方位置に配置されていると共に、当該上端部は車両前方に向かって折り曲げられている。立上ダクト部１６３の上端部の幅（Ｗ方向の幅）は、図８に示すように、組電池本体１１の幅と略等しくなっており、当該上端部の先端には、全幅に亘って送風口１６３ａが形成されている。図８は、本実施形態における組電池において上部筐体を省略した斜視図である。

水平ダクト部１６２及び立上ダクト部１６３には、図７に示すように、貫通孔１６４が形成されている。この貫通孔１６４と冷却風の流路との間は隔壁されており、送風ダクト１６の内部を通る冷却風が当該貫通孔１６４から漏洩しないようになっている。貫通孔１６４において水平ダクト部１６２に形成された部分は、前方向（Ｆ方向）に向かって縦長の楕円弧状となっており、水平ダクト部１６２における車幅方向（Ｗ方向）の略中央部に形成されている。一方、貫通孔１６４において立上ダクト部１６３に形成された部分は、図７又は図２に示すように、上方に向かって先細りとなる形状となっている。

筐体１７は、上述した組電池本体１１、支持パネル、第１及び第２のフレーム１３、１４、冷却ユニット１５及び送風ダクトを収容しており、下部筐体１７１及び上部筐体１７２から構成されている。下部筐体１７１は、図４に示すように、前方側に形成された深底部１７１ａと、後方側に形成された浅底部１７１ｂと、を有しており、深底部１７１ａには冷却ユニット１５及び送風ダクト１６の送風導入部１６１が収容されている。下部筐体１７１の浅底部１７１ｂの底面近傍には、送風ダクト１６の水平ダクト部１６２が当該底面に沿って配置されている。

下部筐体１７１の浅底部１７１ｂの淵部１７１ｅは、図９に示すように、第２のフレーム１４のメンバ部１４１と連結部材１７３によって連結されている。図９は、図４のIX部の拡大図である。連結部材１７３は、断面Ｌ字状の第１のフランジ部１７３ａ及び第２のフランジ部１７３ｂから構成されている。

第１のフランジ部１７３ａは第２のフレーム１４のメンバ部１４１の後方側部に取り付けられている。第２のフランジ部１７３ｂは、下部筐体１７１の浅底部１７１ｂの淵部１７１ｅに取り付けられており、それら第１及び第２のフランジ部１７３ａ、１７３ｂは不図示のボルト等によって互いに固定されている。なお、第１のフランジ部１７３ａとメンバ部１４１との固定、及び第２のフランジ部１７３ｂと淵部１７１ｅとの固定の方法は特に限定されず、それらがそれぞれ一体的に形成されていてもよい。

本実施形態では、図２に示すように、車幅方向（Ｗ方向）の両端部付近及び中央部の合計３か所において、淵部１７１ｅとメンバ部１４１とが連結部材１７３によって連結されている。このうち、中央部における連結部材１７３ｃは、送風ダクト１６の立上ダクト部１６３に形成された貫通孔１６４内に配置されている。本実施形態における第２のフレーム１４及び連結部材１７３が本発明の「第２のフレーム」の一例に相当し、本実施形態における第２のフランジ部１７３ｂが本発明の「前記第１の固定部若しくは前記第２の固定部の一方を有する前記第１のフレーム若しくは前記第２のフレームの他端部」の一例に相当する。

上部筐体１７２は、図４又は図１０に示すように、組電池本体１１や送風ダクト１６の立上ダクト部１６３等を覆うように、下部筐体１７１の上方に取り付けられている。図１０は、本実施形態における組電池を示す斜視図である。下部筐体１７１及び上部筐体１７２を構成する材料としては、樹脂材料や金属材料等を例示することができる。

次に、本実施形態における組電池１の作用について説明する。

本実施形態における組電池１が備える組電池本体１１は、図４に示すように、第１のフレーム１３のフランジ部１３２と固定されていると共に、第２のフレーム１４のフランジ部１４２と固定されている。そして、第２のフレーム１４のフランジ部１４２と組電池本体１１との固定部１４２ｆは、組電池本体１１の重心位置と実質的に同じ高さに位置している。このため、組電池１を搭載した車両が急発進や急停車等をすることにより、当該車両の前後方向に沿って組電池本体１１に慣性力が働き、組電池本体１１の重心にモーメントが発生した場合においても、当該モーメントを吸収して組電池本体１１を安定的に保持することができる。なお、図５に示した実施形態においても同様の効果を奏することができる。また、図６に示した実施形態では、組電池本体１１をより安定的に保持することができる。

また、本実施形態では、車幅方向（Ｗ方向）の両端部付近及び中央部の合計３か所において、淵部１７１ｅとメンバ部１４１とが連結部材１７３によって連結されている。これにより、第２のフレーム１４の剛性を向上することができるため、組電池本体１１をより一層安定的に保持することができる。

さらに、組電池本体１１の中央部における連結部材１７３ｃは、送風ダクト１６の立上ダクト部１６３に形成された貫通孔１６４内に配置されている。これにより、第２のフレーム１４の剛性を向上しつつ、立上ダクト部１６３により組電池本体１１の上方から冷却風を供給し、組電池本体１１を効果的に冷却することができる。

また、本実施形態では、貫通孔１６４において送風ダクト１６の立上ダクト部１６３に形成された部分は、上方に向かって先細りとなる形状となっている。これにより、貫通孔１６４の存在が送風ダクト１６内を通る冷却風の流れの妨げとなることを抑制でき、冷却風を効率的に送風口１６３ａから組電池本体１１の上方に供給することができるため、組電池本体１１をより効果的に冷却することができる。また、この効果を用い、冷却風の流れを妨げることなく貫通孔１６４を大型化すると共に、当該貫通孔１６４内に配置される連結部材１７３ｃを大型化して第２のフレーム１４の剛性をさらに向上することにより、組電池本体１１をより一層安定的に保持することができる。

さらに、本実施形態では、第１のフレーム１３のフランジ部１３２と組電池本体１１との固定部１３２ｆは、組電池本体１１の重心位置Ｇよりも低い高さに位置している。このため、組電池本体１１にハーネス１１６等の電子機器を取り付けるための十分なスペースを当該組電池本体１１の前方に確保することができると共に、外部から加わる衝撃等によって当該電子機器が損傷することを抑制できる。なお、図５に示す実施形態では、電子機器を取り付けるための十分なスペースを組電池本体１１の後方に確保することができる。

また、本実施形態では、図１に示すように、第２のフレーム１４の上端部が車両のバンパー２０の取付部２１の上端部よりも上方に位置している。このため、車両の後方から強い衝撃等が加わった場合においても、第２のフレーム１４の存在によって当該衝撃が直接組電池本体１１等に伝達することを抑制し、組電池本体１１等が受ける損傷を最小限に抑えることができる。

なお、以上に説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

１・・・組電池
１１・・・組電池本体
１１ｆ・・・前方端部
１１ｒ・・・後方端部
１１１・・・電池モジュール
１１６・・・ハーネス
１２・・・支持パネル
１３・・・第１のフレーム
１３１・・・メンバ部
１３２・・・フランジ部
１３２ｆ・・・固定部
１４・・・第２のフレーム
１４１・・・メンバ部
１４２・・・フランジ部
１４２ｆ・・・固定部
１５・・・冷却ユニット
１６・・・送風ダクト
１６１・・・送風導入部
１６２・・・水平ダクト部
１６３・・・立上ダクト部
１６４・・・貫通孔
１７・・・筐体
１７１・・・下部筐体
１７３・・・連結部材
１７２・・・上部筐体

Claims (4)

1. 複数の電池モジュールが積層されて固定された組電池本体と、
   一端部の第１の固定部で前記組電池本体の前方端部に固定された第１のフレームと、
   一端部の第２の固定部で前記組電池本体の後方端部に固定された第２のフレームと、を備え、
   前記第１の固定部又は前記第２の固定部の少なくとも一方は、前記組電池本体の重心位置と実質的に同じ高さに位置していることを特徴とする組電池。
2. 請求項１に記載された組電池であって、
   前記第１の固定部又は前記第２の固定部の一方は、前記組電池本体の重心位置と実質的に同じ高さに位置しており、
   前記第１の固定部又は前記第２の固定部の他方は、前記組電池本体の重心位置よりも低い高さに位置していることを特徴とする組電池。
3. 請求項２に記載の組電池であって、
   前記組電池本体に冷却風を供給するための送風ダクトと、
   前記組電池本体、前記第１及び第２のフレーム及び前記送風ダクトを収容する筐体と、をさらに備え、
   前記送風ダクトは、前記組電池本体及び前記第１の固定部若しくは前記第２の固定部の一方を有する前記第１のフレーム若しくは前記第２のフレームと、前記筐体と、の間に配置されており、
   前記送風ダクトは、前記第１の固定部若しくは前記第２の固定部の一方を有する前記第１のフレーム若しくは前記第２のフレームと、前記筐体と、の間に形成された貫通孔を有し、
   前記第１の固定部若しくは前記第２の固定部の一方を有する前記第１のフレーム若しくは前記第２のフレームの他端部は、前記貫通孔に配置され、前記第１の固定部若しくは前記第２の固定部の一方を有する前記第１のフレーム若しくは前記第２のフレームと前記筐体とを連結する連結部材を含むことを特徴とする組電池。
4. 請求項３に記載の組電池であって、
   前記貫通孔は、上方に向かって先細りとなる形状であることを特徴とする組電池。

Images