JP2018041642A

JP2018041642A - バッテリケース

Info

Publication number: JP2018041642A
Application number: JP2016175555A
Authority: JP
Inventors: 佐登代小鍜治; Satoyo Kokaji; 鈴井　康介; Kosuke Suzui; 康介鈴井
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-09-08
Filing date: 2016-09-08
Publication date: 2018-03-15
Anticipated expiration: 2036-09-08
Also published as: JP6690477B2

Abstract

【課題】ダクトが装着されていない状態で火災曝露されても、火炎等が、冷媒が通過する開口部からバッテリケース内に侵入することがなくて、バッテリケース内のバッテリが火災から保護され易いバッテリケースを提供すること。【解決手段】バッテリケースが、バッテリを冷却する冷媒を案内するダクトが装着されたときにダクトの内部スペースと連通する開口部６０を有すると共にバッテリを収容するケース本体と、ダクトがケース本体に装着された状態で空気がダクト内を流動しているときに開口部６０を開くように操作され、ダクトがケース本体から外されているときに開口部６０を閉じるように操作されるシャッタ機構７０と、を備えるようにする。【選択図】図７

Description

本発明は、バッテリを収容するバッテリケースに関する。

従来、バッテリケースとしては、特許文献１に記載されているものがある。このバッテリケースは、バッテリ収容部、カバー部材、及び板金カバーを備え、バッテリ収容部は、高さ方向の上側のみが開口するバッテリ収容凹部を有する。カバー部材がバッテリ収容部の上側に取り付けられて、バッテリ収容部の上側開口が塞がれると、バッテリを収容するバッテリ収容室が画定され、バッテリが外部から密閉される。

バッテリ収容部は、側壁部を有し、カバー部材の下端部は、当該側壁部の上端部に重ねられる。板金カバーは、バッテリ収容部とカバー部材との合わせ面を覆うように配置される。カバー部材は、その下端部がバッテリ収容部の上端部に当接している状態で板金カバーを介してバッテリ収容部に間接的に固定され、バッテリ収容部と一体化される。

特開２０１３−１７５４９０号公報（第３図）

バッテリケースが、バッテリを冷却する冷媒を案内するダクトが装着されたときにダクトの内部スペースと連通する開口部を有する場合がある。このような場合、バッテリケースが、ダクトが装着されていない状態で火災曝露されると、火炎等が当該開口部からバッテリケース内に侵入してバッテリを過熱する虞がある。

本発明の目的は、ダクトが装着されていない状態で火災曝露されても、火炎等が、冷媒が通過する開口部からバッテリケース内に侵入することがなくて、バッテリケース内のバッテリが火災から保護され易いバッテリケースを提供することにある。

本発明に係るバッテリケースは、バッテリを収容するバッテリケースであって、前記バッテリを冷却する冷媒を案内するダクトが装着されたときに前記ダクトの内部スペースと連通する開口部を有すると共に、前記バッテリを収容するケース本体と、前記ダクトが前記ケース本体に装着された状態で前記冷媒が前記ダクト内を流動しているときに前記開口部を開くように操作され、前記ダクトが前記ケース本体から外されているときに前記開口部を閉じるように操作されるシャッタ機構と、を備える。

なお、ダクトがケース本体に装着された状態で冷媒がダクト内を流動していないときには、開口部は、シャッタ機構によって、閉じられてもよく、開かれてもよい。また、シャッタ機構は、例えば、車載コンピュータからの制御信号で自動的に開閉してもよく、手動で開閉されてもよい。

本発明に係るバッテリケースによれば、バッテリを冷却する冷媒を案内するダクトが装着されたときにダクトの内部スペースと連通する開口部が、ダクトが外された状態でシャッタ機構によって塞がれる。したがって、バッテリケースが、ダクトが装着されていない状態で火災曝露されても、火炎等が当該開口部からバッテリケース内に侵入することがなく、バッテリケース内のバッテリが火災から保護され易い。

本発明の一実施形態に係るバッテリケースのケース本体の斜視図である。ケース本体に板金カバーを取り付けようとしている状態を示す図である。板金カバーが取り付けられたケース本体の斜視図である。板金カバーが存在しない参考例の電池パックが火炎曝露されている状態を示す模式図である。図４に示す電池パックの領域Ｒ周辺の模式斜視図である。領域Ｒ周辺が火炎曝露された際の火炎の侵入について説明する図である。図１において右側に配置される側板部をＸ方向外側から見たときの模式正面図である。ダクトが接続されたバッテリケースの模式斜視図である。Ｘ方向及びＺ方向を含みかつ開口部を通過する切断面で側板部を切断したときの、側板部の開口周辺部の模式断面図である。図９に示す開口周辺部の一部をＸ方向から見た時の模式正面図である。変形例のバッテリケースの天板部と側板部の接続部周辺の斜視図である。図１１にＢで示す切断面で切断したときの断面を矢印Ｃで示す方向から見たときの断面図である。

以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。以下において複数の実施形態や変形例などが含まれる場合、それらの特徴部分を適宜に組み合わせて新たな実施形態を構築することは当初から想定されている。また、以下の説明及び図面において、Ｘ方向は、バッテリケース１の幅方向を示し、Ｙ方向は、バッテリケース１の奥行き方向を示す。また、Ｚ方向は、バッテリケース１の高さ方向を示す。

図１は、本発明の一実施形態に係るバッテリケースのケース本体１０の斜視図であり、図２は、ケース本体１０に板金カバー３１を取り付けようとしている状態を示す図である。

図１に示すように、ケース本体１０は、底板部２１、後板部２２、２つの側板部２３、前板部２４、及び天板部（アッパカバー）２５を備える。例えば、底板部２１は、Ｙ方向の後側にＺ方向上方側に屈曲して延在する取付部を有し、この取付部は、後板部２２の背面に当接した状態でボルト等の締結部材で後板部２２に共締めされる。このようにして、底板部２１が、後板部２２に取り付けられ、後板部２２と一体化される。なお、底板部は、製造時に後板部と一体に成形されてもよい。

一体化された底板部２１及び後板部２２には、バッテリや機器類が所定位置に配設される。底板部２１及び後板部２２にバッテリ等を配置した状態で、２つの側板部２３及び天板部２５が、後板部２２に対する底板部２１の固定と同様の手法によって底板部２１及び後板部２２に共締めにより取り付けられる。底板部２１、後板部２２、２つの側板部２３、前板部２４、及び天板部２５が一体に取り付けられた際、各板部２１〜２５において密閉される側の内面は、バッテリを収容するバッテリ収容室を画定する。

ケース本体１０の強度担保のため、例えば、天板部２５は、亜鉛鋼鈑等の鋼鉄からなり、底板部２１、後板部２２及び２つの側板部２３は、アルミからなる。この場合、天板部２５と後板部２２との接触部の合わせ面は、異種材質からなる亜鉛鋼鈑とアルミ板とで構成される。

図２に示すように、ケース本体１０の天板部２５と各側板部２３との接続部には、板金カバー３１が当該接続部を覆うように配設される。板金カバー３１は、断面略Ｌ字状の形状を有し、板金カバー３１の存在方向の長さは、天板部２５のＹ方向長さと略一致する。

図３は、板金カバー３１が取り付けられたケース本体１０の斜視図である。板金カバー３１は、板形状の天板取付部３７と、板形状の側板取付部３８を有し、天板取付部３７及び側板取付部３８は、互いに略直交する。天板取付部３７が天板部２５に重なり、かつ、天板取付部３７と側板取付部３８の境にある角部が天板部２５と側板部２３との角部に対応するように、板金カバー３１を、ケース本体１０上に配置する。そして、天板取付部３７を天板部２５にボルト等の締結部材７７で共締めし、側板取付部３８を側板部２３にボルト等の締結部材７８で共締めすることによって、板金カバー３１をケース本体１０に取り付ける。

以下、ケース本体１０に板金カバー３１を取り付ける場合の優位性について図４〜図６を用いて説明する。

図４は、板金カバー３１が存在しない参考例の電池パック２５０が火炎曝露されている状態を示す模式図である。また、図５は、図４に示す電池パック２５０の領域Ｒ周辺の模式斜視図であり、図６は、領域Ｒ周辺が火炎曝露された際の火炎の侵入について説明する図である。

図４を参照して、電池パック２５０が火炎曝露されると、電池パック２５０全体が火炎に包まれるが、この際、火炎は、外側領域Ｒ_Hが内側領域Ｒ_Lよりも熱くて外側領域Ｒ_Hの外側が最も熱く、外側領域Ｒ_Hの温度は、例えば、９００℃〜１０００℃に達する。そのため、電池パック２５０のケース本体２１０における天板部２２５周辺が高温の炎に曝される。

天板部２２５と側板部２２３との接触部は、天板部２２５周辺に位置する。したがって、天板部２２５周辺が高温の炎に曝されるため、天板部２２５と側板部２２３との接触部も、高温の炎に曝される。よって、接触部は、異種金属が接触する構造となっているので、異種金属の線膨張係数の違いによって接触部の合わせ面に隙間が発生する。その結果、天板部２２５と側板部２２３との間に生じた隙間を介して火炎が図６に矢印Ａで示す方向に外部からケース本体２１０内に侵入してケース本体２１０内のバッテリが過熱されて熱劣化し易くなる。

これに対し、本実施例のバッテリケースでは、図３に示すように、板金カバー３１が天板部２５と側板部２３との接続部を覆うように配設される。したがって、火炎曝露時に接触部の合わせ面に隙間が生じても、板金カバー３１によって当該隙間が外部に連通するのが抑制される。よって、火炎曝露時に火炎が電池パック内部に浸入することを抑制でき、更には、被水時には、水が電池パック内部へ浸入することを抑制できる。

図７は、図１において右側に配置される側板部２３をＸ方向外側から見たときの模式正面図である。図７に示すように、側板部２３は、開口部６０を有し、この開口部６０の周辺にはバッテリを冷却する冷媒である空気を案内するダクトが接続される。側板部２３には、ダクトの着脱に応じて開口部６０を開閉するシャッタ機構７０が取り付けられる。シャッタ機構７０については、後で図９及び図１０を用いて詳細に説明する。

図８は、ダクト８０が接続されたバッテリケース１の模式斜視図である。図８に示すように、全ての開口部６０は、ダクト８０がバッテリケース１に接続された状態でダクト内スペースに連通し、ダクト８０によってダクト外スペースから遮断される。ダクト８０は、例えば次のように開口部６０周辺に接続される。詳しくは、ダクト８０は、側板部２３側に１つのフランジ部を有するか、又はダクト８０が複数のサブダクトに分岐する場合には、各サブダクト毎にフランジ部を有する。そして、各フランジ部のバッテリケース１側の開口は、１以上の開口部６０を覆う広さを有する。フランジ部をフランジ部の厚さ方向に貫通するボルト等の締結部材で側板部２３に共締めすることによって、ダクト８０が側板部２３に取り付けられる。なお、ダクトは、フランジ部を用いた共締め以外の如何なる手法でバッテリケースに取り付けられてもよく、例えば、掃除機のダクトを掃除機本体に接続する機構と同様な機構でバッテリケースに取り付けられてもよい。

図８に示す例では、Ｘ方向右側に配置されて右側の側板部２３ａに取り付けられたダクト８０ａはファン９０に取り付けられ、Ｘ方向左側に配置されて左側の側板部２３ｂに取り付けられたダクト８０ｂはファン９２に取り付けられる。ファン９０,９２に内蔵されたモータが、図示しない車両コンピュータからの制御信号で回動すると、空気が、夫々のファン９０,９２の空気取り込み口９１,９３から取り込まれて、ダクト８０ａ内をバッテリケース１側に流動する。その後、空気は、バッテリケース１内を流動してバッテリケース１内のバッテリや機器類を冷却し、その後、バッテリケース１の隙間から外部に流出する。この実施形態では、バッテリケース１のＸ方向の左右から冷却空気を均等にバッテリケース１内に取り入れることにより、バッテリ及び機器類を大局的かつ均等に冷却し、冷却効率を優れたものにしている。このような空気の流れで、バッテリの電池モジュールや機器類が空冷され、それらの熱劣化が抑制される。

これまで説明してきたように、バッテリケース１には、ダクト８０からの空気を通過させる開口部６０が設けられる。したがって、ダクト８０が接続されない電池パックの保管時や運搬時に電池パックが火炎曝露されると、火炎や粉塵が当該開口部６０を介してバッテリケース１内に侵入し、バッテリや機器類が係る火炎や粉塵で熱劣化する虞がある。更には、電池パックの被水時には、水が、開口部６０を介してバッテリケース１内に浸入し、バッテリケース１内の電気機器等をショートさせる虞等もある。係る課題を改善するため、シャッタ機構７０がケース本体１０に取り付けられる。

次に、図９及び図１０を用いて、シャッタ機構７０の一例について説明する。なお、図９及び図１０では、シャッタ機構７０が手動で動作する場合について説明するが、後の変形例で、シャッタ機構が、車載コンピュータからの制御信号によって自動で動作する場合についても説明を行う。

図９は、Ｘ方向及びＺ方向を含みかつ開口部６０を通過する切断面で側板部２３を切断したときの、側板部２３の開口周辺部の模式断面図である。また、図１０は、図９に示す開口周辺部の一部をＸ方向から見た時の模式正面図である。

図９及び図１０に示すように、シャッタ機構７０は、表側面の形状が略矩形の板材からなる扉５１を有する。また、図９に示すように、側板部２３の外方側には、Ｚ方向下方側のみにスリット状の矩形開口を有する扉収容室５２が設けられる。また、図１０に示すように、側板部２３における開口部６０のＹ方向両側には扉ガイド部５３が設けられる。各扉ガイド部５３は、断面略Ｕ字状の凹部を有する。その凹部は、直方体形状のスペースである。その凹部は、Ｙ方向の開口部６０側のみにスリット状の矩形の開口を有し、凹部の底５６は、Ｚ方向に延在する。

扉５１のＹ方向の縁５５は、凹部を画定する側壁部の先端５７よりもＹ方向外側に位置し、凹部の底５６よりもＹ方向の開口部６０側（Ｙ方向内側）に位置する。また、扉５１のＹ方向の縁５５は、凹部のＹ方向の底５６に略平行に延在し、凹部のＹ方向の底５６に僅かな隙間を介して対向する。その結果、扉５１は、扉ガイド部５３によってＹ方向の移動範囲が狭い範囲に制限され、かつ扉ガイド部５３からの離脱が不可能になる。

他方、扉５１は、Ｚ方向の所定範囲の移動が可能になっている。詳しくは、図９及び図１０に示すように、側板部２３には、開口部６０よりもＺ方向下方側に、Ｙ方向に延在すると共にＸ方向に突出する扉止め５９が設けられる。扉５１が扉止め５９に衝突することによって、扉５１がＺ方向下方側へ移動できなくなる。一方、扉５１には、表側面にＹ方向に延在すると共にＸ方向に突出する摘み５８が設けられる。ユーザは摘み５８を掴んで扉５１をＺ方向に上下移動させることができる。扉５１がＺ方向上方に移動すると、扉５１が扉収容室５２内に収容される。摘み５８が、扉収容室５２を画定する表側壁部６８の下端６９に衝突することによって、扉５１がＺ方向上方側へ移動できなくなる。

扉収容室５２は、扉５１に略対応する形状を有する。詳しくは、扉収容室５２のＹ方向寸法は、扉５１のＹ方向寸法よりも僅かに長く、扉収容室５２のＸ方向長さは、扉５１のＸ方向厚さよりも僅かに短くなっている。本実施例では、ユーザは、扉５１と扉収容室５２との間に生じる摩擦力よりも大きな力で扉をＺ方向上側に移動させるようになっている。摩擦力が、扉５１と扉収容室５２との間に働くので、扉５１はユーザからの力が消失した地点で静止する。

ユーザが、扉５１をＺ方向上方にある程度移動させると、開口部６０が開き、開口部６０が外部に露出する。他方、ユーザが、扉５１をＺ方向下方にある程度移動させると、開口部６０が扉５１によって覆われ、開口部６０が閉じる。シャッタ機構７０は、扉収容室５２を画定する表側壁部６８、表側壁部６８を側板部２３の本体部７１（図９参照）に連結する連結部７２（図９参照）、扉ガイド部５３、及び扉５１を含む。

本構成のシャッタ機構７０によれば、シャッタ機構７０を、高価な機械を用いずに簡単安価に構成できる。なお、扉収容室のＸ方向長さは、扉のＸ方向厚さより長くてもよい。そして、ユーザからの力が消失すると、扉が扉止めに衝突するまで重力で落下して、開口部が自動的に閉じる構成でもよい。

上記実施形態によれば、バッテリを冷却する空気を案内するダクト８０が装着されたときにダクト８０の内部スペースと連通する開口部６０が、ダクト８０が外された状態でシャッタ機構７０によって塞がれる。したがって、バッテリケース１が、ダクト８０が装着されていない状態で火災曝露されても、火炎等が開口部６０からバッテリケース１内に侵入することがなく、バッテリケース１内のバッテリが火災から保護され易い。

尚、本発明は、上記実施形態およびその変形例に限定されるものではなく、本願の特許請求の範囲に記載された事項およびその均等な範囲において種々の改良や変更が可能である。

例えば、上記実施形態では、シャッタ機構７０が機械を含まなくて、開口部６０が手動による扉５１の上下移動で開閉される場合について説明した。しかし、シャッタ機構は、機械を含み、車載コンピュータからの制御信号によって開閉する構成でもよい。例えば、シャッタ機構は、バッテリケース内に配置され、モータあるいはソレノイド等のアクチュエータによって、開口部を開閉してもよい。そして、バッテリを冷却する際に、車載コンピュータから出力される制御信号に基づいてアクチュエータが作動してシャッタ機構が開くことによって、送風ダクトから送られる冷却用空気が、開口部を介してバッテリケース内に供給されてもよい。又は、シャッタ機構は、カメラでシャッタを開閉する技術に基づいて開口部を開閉してもよい。

また、天板部２５と側板部２３との合わせ面を板金カバー３１で覆うことで、異種金属の線膨張係数の違いによって火炎曝露時に合わせ面に生じる隙間が外部に連通することを抑制する場合について説明した。しかし、火炎曝露時に合わせ面に生じる隙間が外部に連通するのを他の手段で抑制してもよい。

例えば、図１１は、変形例のバッテリケース１０１の天板部１２５と側板部１２３の接続部周辺の斜視図であり、図１２は、図１１にＢで示す切断面で切断したときの断面を矢印Ｃで示す方向から見たときの断面図である。ここで、図１２に示すように、側板部１２３が天板部１２５に取り付けられた状態で、側板部１２３の外面と天板部１２５の取付部１２９とが僅かな隙間を介してＸ方向に対向し、側板部１２３の上端と天板部１２５の下面とも僅かな隙間を介してＺ方向に対向するようにしてもよい。また、天板部１２５における側板部１２３よりＸ方向の内側に側板部１２３に僅かな隙間を空けてＺ方向に沿うようにＺ方向下側に突出する突出部１３６を設けてもよい。このようにして、天板部１２５と側板部１２３との間に細くて入りくんだ通路を設けて、天板部１２５と側板部１２３との間にラビリンス構造を設けてもよい。そして、このラビリンス構造により、火炎曝露時における外部からの火炎の侵入を抑制してもよく、被水時における外部からの水の浸入を抑制してもよい。なお、係るラビリンス構造と、上述の板金カバー３１を併用してもよいことは言うまでもない。

更には、開口部６０が、Ｘ方向両側の側板部２３ａ,２３ｂに設けられる場合について説明した。しかし、開口部は、バッテリケースの如何なる箇所に設けられてもよく、例えば、少なくとも１つの開口部が、天板部、前板部、又は後板部に設けられてもよい。また、バッテリケースは、如何なる数の開口部を有してもよい。また、冷媒は、空気と異なる流体、例えば、フロンガスや水等で構成されてもよく、冷媒は、バッテリケース内の所定の箇所を通過する管内を、開口部を構成する冷媒導入口から他の開口部を構成する冷媒導出口に流動してもよい。

１, １０１バッテリケース、１０ケース本体、６０開口部、７０シャッタ機構、８０ダクト。

Claims

バッテリを収容するバッテリケースであって、
前記バッテリを冷却する冷媒を案内するダクトが装着されたときに前記ダクトの内部スペースと連通する開口部を有すると共に、前記バッテリを収容するケース本体と、
前記ダクトが前記ケース本体に装着された状態で前記冷媒が前記ダクト内を流動しているときに前記開口部を開くように操作され、前記ダクトが前記ケース本体から外されているときに前記開口部を閉じるように操作されるシャッタ機構と、
を備える、バッテリケース。