JP2020053273A - 車載用バッテリ - Google Patents

Abstract

【課題】車外から作用する衝撃から電池モジュールを保護することができる車載用バッテリを提供する。【解決手段】本発明の車載用バッテリ２０は、内部に複数の電池セルを有する電池モジュール２１と、複数のパネルが結合されることで形成され、電池モジュール２１が収納される収納ケース２２と、電池モジュール２１の下方に配設された温調プレート２８と、温調プレート２８の下方に配置されたシート状の断熱部材２９と、パネル２３の下方で、断熱部材２９を上方に向かって凸状に成型した凸状部３０と、を具備する。更に、上下方向に於いて、凸状部３０の少なくとも一部が、収納ケース２２のパネル２３と一致している。【選択図】図３

Description

本発明は、車載用バッテリに関し、特に、車両の底部近傍に配置される車載用バッテリに関する。

近年に於いては、自動車全体に対して電気自動車やハイブリッド自動車の占める割合が大きくなっており、電気自動車等では電力で回転するモータで車両が駆動されることから、高い蓄電機能を有する車載用バッテリが搭載される。

車載用バッテリは、収納ケースに電池モジュールが収納されている。ここで、電池モジュールは、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の複数の電池セルが配列されて構成されている。

車載用バッテリの構成の一例が特許文献１に記載されている。ここでは、多数の電池セルから電池積層体が形成され、電池積層体の上面および側面が緩衝部材および被覆部材により覆われ、電池積層体の下面は断熱部材で覆われている。また、断熱部材の上面には電池積層体を冷却するための流体が流通する冷却パイプが配置されている。係る構成とすることで、電池積層体を密封し、温度差に起因した結露を防止し、意図しない導通や腐食を回避することができる。

再表２０１２−１３３７０７号公報

しかしながら、上記した構成の車載用バッテリでは、車両走行時に衝撃が作用した際には、その衝撃に対する対策が必ずしも十分ではない課題があった。

例えば、電気自動車等では、連続走行距離を延伸させるために、大量の車載用バッテリを車両に搭載する必要があり、そのために車両の車体底部近傍に複数の車載用バッテリが並べて配置されることがある。

一方、比較的大きな凹凸が存在する未舗装道路を車両が走行した場合、道路の突部が車両の底面に衝突する事象が発生することがある。この場合、その衝突に対する対策を何ら施さないと、車両底部に配置された車載用バッテリに大きな衝撃が作用し、車載用バッテリが破損してしまう恐れがある。

ここで、車載用バッテリを保護するために、車両底面の全域を電池保護用の鋼板で覆えば、車載用バッテリを保護することができる。しかしながら、係る構成では電池保護用の鋼板を備えることで車重が大幅に増加してしまい、一回の充電で走行することができる連続走行距離が短くなってしまう恐れがある。

また、車両の他の部位に車載用バッテリを配置した場合であっても、衝突事故が発生した際に、その衝突に対する対策を施さなければ、車載用バッテリが破損してしまう恐れが大きい。

本発明は、このような問題点を鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、衝撃から電池モジュールを保護することができる車載用バッテリを提供することにある。

本発明の車載用バッテリは、内部に複数の電池セルを有する電池モジュールと、複数のパネルが結合されることで形成され、前記電池モジュールが収納される収納ケースと、前記電池モジュールの下方に配設された温調手段と、前記温調手段の下方に配置されたシート状の断熱部材と、前記パネルの下方で、前記断熱部材を上方に向かって凸状に成型した凸状部と、を具備し、上下方向に於いて、前記凸状部の少なくとも一部が、前記収納ケースの前記パネルと一致していることを特徴とする。

また、本発明の車載用バッテリでは、前記電池モジュール、前記収納ケース、前記温調手段および前記断熱部材は、車両の底面近傍に配設されることを特徴とする。

また、本発明の車載用バッテリでは、前記凸状部は前記断熱部材の両端部に形成され、前記凸状部は、前記電池セルが配列する方向に沿って伸びる前記パネルの下方に配置されることを特徴とする。

また、本発明の車載用バッテリでは、前記凸状部は、前記電池モジュールの長手方向に沿って延在していることを特徴とする。

また、本発明の車載用バッテリでは、前記断熱部材の前記凸状部が形成されていない部分を肉抜きにすることを特徴とする。

また、本発明の車載用バッテリでは、車体の骨格部分が形成されていない領域に於いて、前記断熱部材に前記凸状部を形成することを特徴とする。

本発明の車載用バッテリは、内部に複数の電池セルを有する電池モジュールと、複数のパネルが結合されることで形成され、前記電池モジュールが収納される収納ケースと、前記電池モジュールの下方に配設された温調手段と、前記温調手段の下方に配置されたシート状の断熱部材と、前記パネルの下方で、前記断熱部材を上方に向かって凸状に成型した凸状部と、を具備し、上下方向に於いて、前記凸状部の少なくとも一部が、前記収納ケースの前記パネルと一致していることを特徴とする。これにより、本発明の車載用バッテリによれば、断熱部材の凸状部と収納ケースのパネルとを上下方向で一致させることで、車両走行時における電池モジュールの破損を抑止することができる。具体的には、車両走行時に於いて下方から衝撃が作用した場合、電池モジュールの下方に配設された断熱部材に凸状部を設け、この凸状部をパネルと重畳させている。これにより、作用した衝撃は、断熱部材の凸状部を経由してパネルに伝達されて吸収されるので、電池モジュールが衝撃で破損してしまうことを防止することができる。

また、本発明の車載用バッテリでは、前記電池モジュール、前記収納ケース、前記温調手段および前記断熱部材は、車両の底面近傍に配設されることを特徴とする。これにより、本発明の車載用バッテリによれば、車両が走行する際に車体の下面に玉石による衝撃入力があったとしても、その衝撃入力は上記した断熱部材の凸状部およびパネルで吸収されるので、電池モジュールが破損してしまうことを防止できる。

また、本発明の車載用バッテリでは、前記凸状部は前記断熱部材の両端部に形成され、前記凸状部は、前記電池セルが配列する方向に沿って伸びる前記パネルの下方に配置されることを特徴とする。これにより、本発明の車載用バッテリによれば、断熱部材の両端部に凸状部を形成しているので、下方から作用する衝撃をより効率的にパネルに伝達させ、衝撃をより効果的に吸収することができる。

また、本発明の車載用バッテリでは、前記凸状部は、前記電池モジュールの長手方向に沿って延在していることを特徴とする。これにより、本発明の車載用バッテリによれば、長い凸状部で電池モジュールを保護することができ、電池モジュールに作用する衝撃を緩和する効果を顕著にすることができる。

また、本発明の車載用バッテリでは、前記断熱部材の前記凸状部が形成されていない部分を肉抜きにすることを特徴とする。これにより、本発明の車載用バッテリによれば、衝撃吸収に寄与しない部分の断熱部材を除去することで、断熱部材の軽量化を図ることができる。

また、本発明の車載用バッテリでは、車体の骨格部分が形成されていない領域に於いて、前記断熱部材に前記凸状部を形成することを特徴とする。これにより、本発明の車載用バッテリによれば、骨格部分が形成されている領域では、骨格部分により電池モジュールを保護し、骨格部分が形成されていない領域で凸状部により電池モジュールを保護することで、断熱部材の形状の簡素化および軽量化を図ることができる。

（Ａ）は本発明の実施の形態に係る車載用バッテリを備えた車両を示す斜視図であり、（Ｂ）は電池配置領域を示す平面図である。 本発明の実施の形態に係る車載用バッテリを示す図であり、（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）は分解斜視図である。 本発明の実施の形態に係る車載用バッテリを示す断面図である。 本発明の他の形態に係る車載用バッテリを示す断面図である。 本発明の実施の形態に係る車載用バッテリを示す図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は断面図である。 本発明の実施の形態に係る車載用バッテリを示す図であり、（Ａ）はストロークと荷重との関係を示すグラフであり、（Ｂ）はストロークとセル入力との関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態に係る車載用バッテリ２０を図面に基づき詳細に説明する。以下の説明に於いて、前方は車両１０の進行方向であり、後方は前方の反対方向であり、左右とは車両１０を前方から見た場合を示している。更に、以下の説明では、同一の部材には原則的に同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略する。

図１を参照して、本実施形態に係る車載用バッテリ２０を備えた車両１０を説明する。図１（Ａ）は車両１０の車体１１を下方から見た斜視図であり、図１（Ｂ）は電池配置領域１３を示す平面図である。

図１（Ａ）および図１（Ｂ）を参照して、車両１０は、車体１１と、車両１０の車両底面１２の近傍に配設された車載用バッテリ２０と、車載用バッテリ２０から供給される電力により駆動されるモータと、モータの駆動力で回転するタイヤとを有している。ここでは、モータおよびタイヤは図示していない。車両１０としては、モータの駆動力で駆動される電気自動車、モータまたはエンジンの駆動力で駆動されるハイブリッド自動車等を採用することができる。

図１（Ａ）に示すように、電池配置領域１３は、車両底面１２の近傍に規定されている。このようにすることで、より多くの車載用バッテリ２０を車両１０に配置することができ、車載用バッテリ２０から供給される電力で駆動される車両１０の連続走行距離を伸ばすことができる。

図１（Ｂ）を参照して、電池配置領域１３には、行列状に複数の車載用バッテリ２０が配置されている。各々の車載用バッテリ２０は、前後方向に沿う長手方向を有する略直方体形状を呈している。また、車載用バッテリ２０の下方には、左右方向に伸びる骨格部分３２が形成されている。

図２を参照して、車載用バッテリ２０の構造を詳述する。図２（Ａ）は車載用バッテリ２０を前側上方から見た斜視図であり、図２（Ｂ）は車載用バッテリ２０の分解斜視図である。

図２（Ａ）および図２（Ｂ）を参照して、車載用バッテリ２０は、電池モジュール２１と、収納ケース２２と、カバー２７と、温調プレート２８と、断熱部材２９と、を有する。

電池モジュール２１は、前後方向に沿って積層された複数の電池セル２６から構成されている。

収納ケース２２は、エンドプレート２４およびバインドバー２５から成るパネル２３から構成され、電池モジュール２１を、前方、後方、左方および右方から囲んでいる。

バインドバー２５は、板状に成形された樹脂または鋼板等から成り、電池モジュール２１の右側面および左側面を覆う部材である。バインドバー２５の上端部および下端部は、内側に向かって略直角に曲折加工されている。後述するように、バインドバー２５は、車両１０が走行する際に、路面から車両１０の底面に与えられる衝撃が伝達する部材でもある。

エンドプレート２４は、板状に成形された樹脂または鋼板等から成り、電池モジュール２１の前側面および後側面を覆う部材である。エンドプレート２４の左右方向に於ける端部は、バインドバー２５の前後方向に於ける端部と接続している。

カバー２７は、板状に成形された樹脂または鋼板等から成り、電池モジュール２１を上方から覆う部材である。カバー２７の左方側辺および右方側辺は、バインドバー２５の上面により支えられている。

温調プレート２８は、電池モジュール２１の下面の近傍に載置された温調手段である。温調プレート２８の内部には、水などの媒体が流通するパイプが配置されている。温調プレート２８を電池モジュール２１の下方に配置することで、電池モジュール２１の充放電時に於ける効率を向上することができる。即ち、電池モジュール２１の温度が適正温度帯域よりも高ければ、温調プレート２８に冷却媒体を流通させて電池モジュール２１を冷却し、電池モジュール２１の温度を適正温度帯域とする。一方、電池モジュール２１の温度が適正温度帯域よりも低ければ、温調プレート２８に加熱媒体を流通させて電池モジュール２１を昇温し、電池モジュール２１の温度を適正温度帯域とする。このようにすることで、電池モジュール２１の温度を適正温度帯域とし、電池モジュール２１が充放電を行う際の効率を向上することができる。

断熱部材２９は、温調プレート２８の下方に配置された板状の部材であり、例えば発泡ポリエチレン等の発泡合成樹脂から成る。断熱部材２９を温調プレート２８の下方に配置することで、温調プレート２８と外部とを断熱することができ、温調プレート２８の温調効果を増大することができる。ここでは、車載用バッテリ２０に個別の断熱部材２９が形成されているが、後述するように、複数の車載用バッテリ２０に対して１つの断熱部材２９が形成されても良い。

凸状部３０は、断熱部材２９の左右方向に於ける両端部近傍を上方に向かって突出させた部位である、凸状部３０は、断熱部材２９の前端部から後端部まで連続して形成されている。前後方向に於いて、凸状部３０の長さは、電池モジュール２１の長さと略等しい。凸状部３０は、車両１０の走行時に下方から入力する衝撃が電池モジュール２１に及ぶことを抑制するための部位であり、係る事項については後述する。

図３を参照して、車載用バッテリ２０の断面構成を説明する。図３は、図１（Ｂ）の切断面線Ａ−Ａに於ける断面図である。

この図を参照して、バインドバー２５の上端部を内側に向かって略直角に曲折させることで上側曲折部３４が形成されている。また、バインドバー２５の下端部を内側に向かって略直角に曲折させることで下側曲折部３５が形成されている。バインドバー２５が上側曲折部３４および下側曲折部３５を有することで、バインドバー２５の機械的強度が高められている。

上記したように、断熱部材２９を部分的に上方に向かって突出させることで凸状部３０が形成されている。凸状部３０の断面形状は例えば矩形であり、凸状部３０の上面は平坦に形成されている。

バッテリーガード３３は、断熱部材２９の下方に配置された鋼板などからなる板状材料であり、断熱部材２９を下方から被覆している。

本実施形態では、上下方向に於いて、断熱部材２９の凸状部３０は、バインドバー２５の下側曲折部３５と、少なくとも部分的に重なり合う位置に配置されている。凸状部３０と下側曲折部３５とは、部分的に重畳しても良いし、凸状部３０の全てが下側曲折部３５の下方に配置されても良い。凸状部３０の全てが下側曲折部３５の下方に配置されることで、凸状部３０を介してバインドバー２５に伝達される入力を大きくすることができ、電池モジュール２１を保護する効果を大きくすることができる。また、凸状部３０の上面は下側曲折部３５の下面に当接させても良いし、両者の間に僅かに間隙が形成されても良い。

このようにすることで、路面の凹凸が大きい悪路を車両１０が走行した際に、路面に存在する石などが車両１０の底部に衝突することで、車載用バッテリ２０に下方からの衝撃があったとしても、電池モジュール２１をその入力から保護することができる。具体的には、道路からの下方からの衝撃が車両１０に作用すると、その衝撃は、バッテリーガード３３、断熱部材２９および温調プレート２８を経由して、カバー２７に入力しようとする。本実施形態では、断熱部材２９の凸状部３０を、バインドバー２５の上側曲折部３４に当接させている。このようにすることで、この衝撃は、バッテリーガード３３、断熱部材２９、凸状部３０、下側曲折部３５（バインドバー２５）の順番で伝導し、更に、ここでは図示しないバインドバー２５を支持する車体１１に伝導する。よって、入力する衝撃が直接的に電池モジュール２１に作用することがないので、上記した衝撃により電池モジュール２１が破損することを防止できる。

図４を参照して、断熱部材２９の他の形態を説明する。図４は、図３と同じ切断面線に於ける車載用バッテリ２０の断面図である。

ここでは、電池モジュール２１の下方に於いて、凸状部３０が形成されていない部分の断熱部材２９に、下面から肉抜き部３１を設定している。即ち、電池モジュール２１の下方に於いては、凸状部３０が形成される部分を除外して、断熱部材２９の大部分に肉抜き部３１が形成されている。ここで、肉抜き部３１が形成された領域に於いても、断熱部材２９は、温調プレート２８から発生する熱が外部に放出されることを抑制できる厚みを残している。肉抜き部３１は、図１（Ｂ）に示した全ての車載用バッテリ２０に対して形成することができる。このようにすることで、肉抜き部３１が設定された部分で、断熱部材２９の薄型化を図り、断熱部材２９および車両１０を軽量化し、車両１０の連続走行距離を伸ばすことができる。

図５を参照して、断熱部材２９の凸状部３０の他の形態を説明する。図５（Ａ）は電池配置領域１３を示す平面図であり、図５（Ｂ）は図５（Ａ）の切断面線Ｂ−Ｂに於ける断面図である。

図５（Ｂ）を参照して、電池モジュール２１の下方には、電池モジュール２１を外部と断熱する断熱部材２９が形成されている。また、各電池モジュール２１の下方に於いて、断熱部材２９を部分的に上方に向かって隆起させることで凸状部３０が形成されている。更に、断熱部材２９の下方には、車体１１のフレームの一部である骨格部分３２が配置されている。骨格部分３２は、図５（Ａ）に示すように、左右方向に沿って伸びている。本実施形態は、下方からの衝撃が電池モジュール２１に及ぶことを抑制するために、電池モジュール２１の下方に凸状部３０を形成している。しかしながら、骨格部分３２が形成された部分では、電池モジュール２１の下方であっても、断熱部材２９には、凸状部３０を形成していない。即ち、電池モジュール２１の下方であって且つ骨格部分３２が配置された部分の断熱部材２９を、非突出領域３６としている。骨格部分３２が形成された領域では、下方からの入力を骨格部分３２が受け止めるので、断熱部材２９に凸状部３０を形成せずとも、電池モジュール２１が保護される。非突出領域３６は、図５（Ａ）に示す全ての車載用バッテリ２０に設定することができる。断熱部材２９に非突出領域３６を設定することにより、凸状部３０が形成される部分を少なくし、断熱部材２９および車両１０を軽量化することで車両１０の連続走行距離を延長することができる。

図６を参照して、上記した車載用バッテリ２０による効果を説明する。図６（Ａ）は、車両１０の車両底面１２に作用する衝撃によるストロークと、車両底面１２に作用する荷重との関係を示したグラフである。図６（Ｂ）は、車両１０の車両底面１２に作用する衝撃によるストロークと、電池モジュール２１の電池セル２６に入力する荷重との関係を示したグラフである。これらのグラフでは、図３に示した凸状部３０を形成した本実施形態の場合を実線で示し、凸状部３０を形成しない比較例を点線で示している。

図６（Ａ）を参照して、車両底面１２に下方から入力する衝撃によるストロークが大きくなるに伴い、車両底面１２に作用する荷重も大きくなる。ストロークと荷重とは正比例の関係にある。このような現象は、凸状部３０かある場合でも、凸状部３０が無い場合でも同様である。

図６（Ｂ）を参照して、点線で示す凸状部３０を有しない比較例の場合は、ストロークが１０ｍｍに至るまでは電池セル２６への入力は殆ど発生しないが、ストロークが１０ｍｍを超えたら、ストロークの増加に伴い電池セル２６の入力が正比例的に大きくなる。よって、凸状部３０を有しない比較例の場合は、車両底面１２に下方から作用する衝撃が大きくなると、電池セル２６に作用する衝撃も大きくなり、その衝撃により電池セル２６が破損してしまう恐れがある。

一方、本実施形態では、計測の範囲内に於いては、ストロークが増加しても、電池セル２６への入力が大きくなることがない。この理由は、図３に示したように、車両１０に下方からの衝撃が作用しても、その衝撃は、断熱部材２９、凸状部３０、下側曲折部３５、バインドバー２５を経由して、車両１０の車体１１の側に伝導し、電池モジュール２１（電池セル２６）に衝撃が直接的に作用しないからからである。

よって、本実施形態によれば、図３に示したように、断熱部材２９に凸状部３０を形成し、バインドバー２５の下側曲折部３５と凸状部３０とを重畳させるという簡素な構成で、効果的に電池モジュール２１を衝撃から守ることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更が可能である。

１０ 車両
１１ 車体
１２ 車両底面
１３ 電池配置領域
２０ 車載用バッテリ
２１ 電池モジュール
２２ 収納ケース
２３ パネル
２４ エンドプレート
２５ バインドバー
２６ 電池セル
２７ カバー
２８ 温調プレート
２９ 断熱部材
３０ 凸状部
３１ 肉抜き部
３２ 骨格部分
３３ バッテリーガード
３４ 上側曲折部
３５ 下側曲折部
３６ 非突出領域

Claims (6)

1. 内部に複数の電池セルを有する電池モジュールと、
   複数のパネルが結合されることで形成され、前記電池モジュールが収納される収納ケースと、
   前記電池モジュールの下方に配設された温調手段と、
   前記温調手段の下方に配置されたシート状の断熱部材と、
   前記パネルの下方で、前記断熱部材を上方に向かって凸状に成型した凸状部と、を具備し、
   上下方向に於いて、前記凸状部の少なくとも一部が、前記収納ケースの前記パネルと一致していることを特徴とする車載用バッテリ。
2. 前記電池モジュール、前記収納ケース、前記温調手段および前記断熱部材は、車両の底面近傍に配設されることを特徴とする請求項１に記載の車載用バッテリ。
3. 前記凸状部は前記断熱部材の両端部に形成され、
   前記凸状部は、前記電池セルが配列する方向に沿って伸びる前記パネルの下方に配置されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車載用バッテリ。
4. 前記凸状部は、前記電池モジュールの長手方向に沿って延在していることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の車載用バッテリ。
5. 前記断熱部材の前記凸状部が形成されていない部分を肉抜きにすることを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の車載用バッテリ。
6. 車体の骨格部分が形成されていない領域に於いて、前記断熱部材に前記凸状部を形成することを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の車載用バッテリ。
   
   

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