JP2016072004A - 電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、車両の後方からの衝突時に電池スタックに外力が作用することを抑制でき、かつ車両の上下方向における高さを抑えることができる電池パックを提供することを目的とする。【解決手段】本発明の電池パックは、車両のラゲッジスペースの下方に配置される電池パックであって、車両の上下方向に並んで、互いに接続された上段ケースおよび下段ケースと、上段ケースに収納された上段電池スタックと、下段ケースに収納された下段電池スタックと、を有し、下段ケースは、下段ケースの上端において、車両の左右方向に延びるとともに、車両の前後方向において並んで配置され、上段ケースを支持する一対のフレームを有しており、一対のフレームの間に、下段電池スタックの一部が位置しており、一対のフレームのうち、車両の後方側に配置されたフレームは、上段電池スタックおよび下段電池スタックよりも車両の後方に位置している。【選択図】図４

Description

本発明は、車両に搭載され、上下段に電池スタックが積層配置される電池パックに関する。

従来、複数の単電池が一方向に積層配置される電池スタックと、電池スタックを収納するケースとを備える電池パックが用いられる。電池パックは、例えばハイブリッド自動車等の車両において、ラゲッジスペースの下方に配置される。

特許文献１では、電池パックは、車体の前後方向に延びる左右のサイドフレームの一方に片寄って配置されており、側面衝突時における電池パックに対する衝撃が、サイドフレームによって保護されるようになっている。

特開２００７−００８４４３号公報

しかしながら、特許文献１の構造は、車両後方からの衝突に対するものではない。車両後方からの衝突によって、電池パックに過度の外力が作用することもあり、この場合にも電池パック内の電池スタックを保護しなければならない。

ところで、近年、電池パックの大容量化を図るため、電池スタックを上下段に積層配置することが検討されている。上下段に電池スタックを積層配置する電池パックにおいては、車両後方からの衝突に対する電池スタックの保護構造を備えることに加え、車両の上下方向における電池パックの高さを抑制できる構造となっていることが望ましい。

本発明の電池パックは、車両のラゲッジスペースの下方に配置される電池パックであって、車両の上下方向に並んで、互いに接続された上段ケースおよび下段ケースと、上段ケースに収納された上段電池スタックと、下段ケースに収納された下段電池スタックと、を有する。下段ケースは、下段ケースの上端において、車両の左右方向に延びるとともに、車両の前後方向において並んで配置され、上段ケースを支持する一対のフレームを有している。一対のフレームの間に、下段電池スタックの一部が位置している。一対のフレームのうち、車両の後方側に配置されたフレームは、上段電池スタックおよび下段電池スタックよりも車両の後方に位置している。

本発明によれば、一対のフレームの間に下段電池スタックの一部を位置させているため、下段電池スタックの上方に一対のフレームを配置する場合に比べて、車両の上下方向において、電池パックを小型化できる。また、本発明では、車両の後方側に配置されたフレームが、上段電池スタックおよび下段電池スタックよりも車両の後方に位置するので、車両の後突時に発生する外力をフレームによって受け止めることができ、上段電池スタックや下段電池スタックに外力が作用することを抑制できる。

車両の後部の構造を示す概略図である。 下段ケースおよび上段ケースの構造を模式的に示す斜視図である。 車両の左右方向における電池パックの断面を示す概略図である。 車両の前後方向における電池パックの断面を示す概略図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、車両１００の後部の構造を示す概略図である。図１において、矢印ＦＲは車両の前方を示し、矢印ＲＲは車両の後方を示す。矢印ＵＰＲは車両の上方を示し、矢印ＬＷＲは車両の下方を示す。矢印ＲＨは車両の前方ＦＲに向かって右側を示す。なお、車両の前方ＦＲに向かって左側を矢印ＬＨで示す。

電気自動車やハイブリッド自動車等の車両１００において、乗員が搭乗するスペースである車室Ｃ内には、リアシート等のシート１１０が設けられる。シート１１０より車両１００の後方（矢印ＲＲの方向）の空間Ｓには、該空間Ｓを上下に区画するラゲッジボード１２０が設けられる。ラゲッジボード１２０の上方（矢印ＵＰＲの方向）の空間はラゲッジスペースＬＳとなる。ラゲッジスペースＬＳでは、ラゲッジボード１２０が、荷物が配置される床面となる。ラゲッジボード１２０の下方の空間ＢＳには電池パック２が設けられる。

電池パック２は、後述する複数の下段電池スタック５（図３参照）を収納する下段ケース３と、後述する複数の上段電池スタック６（図３参照）を収納する上段ケース４とを備える。下段ケース３上に上段ケース４が設置される。ラゲッジスペースＬＳの下方（矢印ＬＷＲの方向）のフロアパン部１３０には凹部１４０が形成される。凹部１４０には下段ケース３の下側部分が配置される。

図２は、下段ケース３および上段ケース４の構造を模式的に示す斜視図である。
下段ケース３は金属で形成できる。下段ケース３は、収納部３１と、第１下段フレーム３２（本発明のフレームに相当する）と、第２下段フレーム３３と、連結フレーム３４とを備える。

収納部３１は、前面部３１１、後面部３１２、一対の側面部３１３、底面部３１４を有し、天面部が無い箱状に形成される。すなわち、収納部３１は、上方に開口する開口部３１５を上部に有する。開口部３１５は、前面部３１１、後面部３１２、および一対の側面部３１３の上端部を含んで構成される。前面部３１１および後面部３１２は、車両１００の前後方向（矢印ＦＲ、ＲＲの方向）において対向し、一対の側面部３１３は、車両１００の左右方向において対向する。

底面部３１４は、前面部３１１、後面部３１２、および一対の側面部３１３の下端部に接続する。底面部３１４上には、車両１００の左右方向に延びるレールフレーム３１６が、車両１００の前後方向に間隔を空けて複数配置される。

第１下段フレーム３２は、一対あり、それぞれ車両１００の左右方向に延びる。一対の第１下段フレーム３２は、車両１００の前後方向に並んで配置される。車両１００の前方側の第１下段フレーム３２は、前面部３１１に接続するとともに、前面部３１１より車両１００の前方側に配置される。車両１００の後方側の第１下段フレーム３２は、後面部３１２に接続するとともに、後面部３１２より車両１００の後方側に配置される。一対の第１下段フレーム３２は、収納部３１を支持する。収納部３１は、車両１００の前後方向において一対の第１下段フレーム３２の間に位置する。

第２下段フレーム３３は、一対あり、それぞれ車両１００の前後方向に延びる。第２下段フレーム３３は、車両１００の左右方向に並んで配置され、車両１００の前後方向における第２下段フレーム３３の両端が一対の第１下段フレーム３２に接続する。一対の第２下段フレーム３３は、それぞれ側面部３１３に接続するとともに、側面部３１３より車両１００の左右方向の外側に配置される。一対の第２下段フレーム３３は、収納部３１を支持する。収納部３１は、車両１００の左右方向において一対の第２下段フレーム３３の間に位置する。

連結フレーム３４は、一対あり、車両１００の前後方向に延び、車両１００の左右方向における各第１下段フレーム３２の両端部の下側に接続される。

各フレーム３２〜３４，３１６は、下段ケース３の強度を確保するために用いられ、下段ケース３の骨格となる。各フレーム３２〜３４，３１６の構造は、中空の閉断面構造にできる。

上段ケース４は、金属で形成できる。図２では、上段ケース４の内面側を図示するために、上段ケース４の一部を省略する。上段ケース４は、前面部４１（図４参照）、後面部４２、一対の側面部４３、底面部４４、および天面部４５（図４参照）を備え、箱状に形成される。前面部と後面部４２は、車両１００の前後方向において対向し、底面部４４および天面部４５は、車両１００の上下方向において対向する。

底面部４４上には、車両１００の前後方向に延びるレールフレーム４６が、車両１００の左右方向に間隔をあけて複数配置される。
上段ケース４は、下段ケース３より車両１００の前後方向に長く、下段ケース３の収納部３１より車両１００の左右方向に長い。

図３は、車両１００の左右方向における電池パック２の断面を示す概略図である。
フロアパン部１３０上において、凹部１４０の車両１００の左右方向には一対のブラケット９１が設置される。一対の連結フレーム３４がそれぞれブラケット９１に固定されることで、下段ケース３は、フロアパン部１３０に対して固定される。このとき、収納部３１は、吊り下げられた状態となり、凹部１４０の内壁面から離れている。収納部３１内には、複数の下段電池スタック５が収納される。

上段ケース４の底面部４４は、第１下段フレーム３２および第２下段フレーム３３に固定され、下段ケース３上に設置される。ここで、第１下段フレーム３２および第２下段フレーム３３は、上段ケース４を支持する。また、上段ケース４の底面部４４は、収納部３１の開口部３１５を閉塞する。

上段ケース４の内部には、複数の上段電池スタック６が設置される。各上段電池スタック６は、車両１００の左右方向に並ぶレールフレーム４６の間に設置される。複数の上段電池スタック６は、直列または並列に接続できる。上段電池スタック６の数は適宜でよい。

上段電池スタック６は、車両１００の前後方向（図３の紙面垂直方向）に積層配置される複数の単電池６１と、各単電池６１を直列に接続するバスバーモジュール６２と、各単電池６１から排出されるガスを上段ケース４の外部に導く排ガスダクト６３とを備える。単電池６１として、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池を用いることができる。バスバーモジュール６２および排ガスダクト６３は、各単電池６１の上側に配置される。

車両１００の前後方向における各上段電池スタック６の両端には、一組の不図示のエンドプレートが設けられる。一組のエンドプレートは、車両１００の前後方向に延びる連結部材を介して互いに連結され、複数の単電池６１を拘束する。一組のエンドプレートには不図示のブラケットが取り付けられる。各上段電池スタック６は、このブラケットを介して上段ケース４の底面部４４に固定される。

図４は、車両１００の前後方向における電池パック２の断面を示す概略図である。
上段ケース４の後面部４２は、下段ケース３の車両１００の後方側の第１下段フレーム３２上に設置される。上段ケース４は、前面部４１がシート１１０に当接するまで車両１００の前方側に突出し、ブラケット９２を介してフロアパン部１３０に対して固定される。

下段ケース３の内部において、車両１００の前後方向に並ぶレールフレーム３１６の間には、各下段電池スタック５が設置される。複数の下段電池スタック５は、直列または並列に接続できる。下段電池スタック５の数は適宜でよい。下段電池スタック５および上段電池スタック６は、直列または並列に接続できる。

下段電池スタック５は、車両１００の左右方向（図４の紙面垂直方向）に積層配置される複数の単電池５１と、各単電池５１を直列に接続するバスバーモジュール５２と、各単電池５１から排出されるガスを下段ケース３の外部に導く排ガスダクト５３とを備える。単電池５１として、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池を用いることができる。バスバーモジュール５２および排ガスダクト５３は、各単電池５１の上側に配置される。

車両１００の左右方向における各下段電池スタック５の両端には、一組の不図示のエンドプレートが設けられる。一組のエンドプレートは、車両１００の左右方向に延びる連結部材を介して互いに連結され、複数の単電池５１を拘束する。一組のエンドプレートには不図示のブラケットが取り付けられる。各下段電池スタック５は、このブラケットを介して下段ケース３の底面部３１４に固定される。

このような電池パック２において、車両１００の前後方向における一対の第１下段フレーム３２の間には、単電池５１の上端部、バスバーモジュール５２、および排ガスダクト５３が位置する。

ここで、車両１００の後方側の第１下段フレーム３２は、後面部３１２に比べて剛性が高く、車両１００の後方からの衝突時に矢印Ｆで示す方向の外力が加わった際に後面部３１２に比べて変形しづらい。また、図４で示すように、第１下段フレーム３２は、上段電池スタック６や下段電池スタック５よりも、車両１００の後方ＲＲに配置されている。本実施形態では、車両１００の後方からの衝突時において、第１下段フレーム３２が外力Ｆを受けるようになっている。このため、外力Ｆが上段電池スタック６や下段電池スタック５に作用することを抑制できる。

また、本実施形態では、車両１００の上下方向における一対の第１下段フレーム３２の位置と同じ位置に下段電池スタック５の一部が位置するので、一対の第１下段フレーム３２よりも車両１００の下方に下段電池スタック５を配置する場合に比べ、下段ケース３の高さを低くできる。これにより、ラゲッジボード１２０の位置を下げることができ、ラゲッジスペースＬＳを広げることができる。

加えて、本実施形態では、第１下段フレーム３２が収納部３１の外側に配置されているので、第１下段フレーム３２を収納部３１の内側に配置する場合に比べ、第１下段フレーム３２が下段電池スタック５に干渉しにくく、下段電池スタック５を収納部３１内に配置しやすい。

（変形例）
前記実施形態では、電池パック２は、第１下段フレーム３２が車両１００の左右方向に沿って配置される姿勢で設置された。しかしながら、電池パック２は、電池パック２の向きを前記実施形態と水平方向において９０度回転させた姿勢で設置されてもよい。すなわち、電池パック２は、第２下段フレーム３３が車両１００の左右方向に沿って配置される姿勢で設置されてもよい。この場合、一対の第２下段フレーム３３が本発明の一対のフレームに相当する。

下段電池スタック５および上段電池スタック６は、車両１００の前後方向および左右方向のいずれに沿って配置されてもよい。下段電池スタック５および上段電池スタック６は、前記実施形態のように、互いに直交する方向に沿って配置されてもよいし、同一方向に沿って配置されてもよい。

２…電池パック、３…下段ケース、４…上段ケース、５…下段電池スタック、６…上段電池スタック、３２…下段フレーム、１００…車両、ＦＲ，ＲＲ…車両の前後方向、ＬＨ，ＲＨ…車両の左右方向、ＬＳ…ラゲッジスペース。

Claims (1)

1. 車両のラゲッジスペースの下方に配置される電池パックであって、
   前記車両の上下方向に並んで、互いに接続された上段ケースおよび下段ケースと、
   前記上段ケースに収納された上段電池スタックと、
   前記下段ケースに収納された下段電池スタックと、を有し、
   前記下段ケースは、前記下段ケースの上端において、前記車両の左右方向に延びるとともに、前記車両の前後方向において並んで配置され、前記上段ケースを支持する一対のフレームを有しており、
   前記一対のフレームの間に、前記下段電池スタックの一部が位置しており、
   前記一対のフレームのうち、前記車両の後方側に配置されたフレームは、前記上段電池スタックおよび前記下段電池スタックよりも前記車両の後方に位置している
   ことを特徴とする電池パック。