JP2023019329A - 車両用バッテリ - Google Patents

Abstract

【課題】車両用バッテリにおいて、エネルギー密度の低下を抑えつつ、バスバーの信頼性と蓋体の耐荷重性能とを確保する。【解決手段】車両用バッテリ１０は、バッテリモジュール１を駆動及び制御するための電子機器群９と、電子機器群９とバッテリモジュール１との間で電力を導通させるバスバー４と、フロアプート３１及び枠体３２からなるハウジング３と、バッテリモジュール１間に配置された第一補強部材２と、バッテリモジュール１を覆うように枠体３２の上方に設けられた蓋体７と、第一補強部材２と蓋体７との間に設けられた第二補強部材８とを含む。第二補強部材８は、バスバー４の配索用部材である。【選択図】図４

Description

本件は、複数のバッテリモジュールと、バッテリモジュールを駆動及び制御するための電子機器群とを含む車両用バッテリに関する。

近年、環境負荷を低減する観点から、乗用車だけでなくトラック等の商用車の分野においても、電動モータにより走行する電動車両（電気自動車、ハイブリッド自動車）の開発が行われている（特許文献１参照）。

特開２０１６－１１３０６３号公報

上記のような電動車両に搭載される駆動用のバッテリ（車両用バッテリ）では、航続距離の延長や搭載性の確保などの観点から、エネルギー密度（単位体積又は単位重量当たりのエネルギー量）を高めることが課題とされている。そこで、バッテリモジュールを駆動及び制御するための電子機器群とバッテリモジュールとを繋ぐバスバーをコンパクトに配置することが求められる。しかしながら、バスバーの振動に対する信頼性の確保のためにバスバーに専用の配索用部材を設けると、この配索用部材の体積及び重量により、エネルギー密度が低下する虞がある。

一方、バッテリモジュールを覆う蓋体には、点検や部品交換などの作業を行なうメンテナンス者が上に乗った場合にも耐えうる耐荷重性能が求められる。しかしながら、蓋体の耐荷重性能を確保するために蓋体に専用の補強部材を設けると、この補強部材の体積及び重量により、エネルギー密度が低下する虞がある。

本件は、上記のような課題に鑑み創案されたものであり、車両用バッテリにおいて、エネルギー密度の低下を抑えつつ、バスバーの信頼性と蓋体の耐荷重性能とを確保することを目的の一つとする。

本件は上記の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様又は適用例として実現できる。
本適用例に係る車両用バッテリは、車両を駆動するモータに電力を供給する複数のバッテリセルを有するバッテリモジュールと、前記バッテリモジュールを駆動及び制御するための電子機器群と、前記電子機器群と前記バッテリモジュールとの間で電力を導通させるバスバーと、複数の前記バッテリモジュールが載置されるフロアプレート及び前記フロアプレートの上方で複数の前記バッテリモジュールを囲む枠体からなるハウジングと、前記バッテリモジュール間に配置された第一補強部材と、前記バッテリモジュールを覆うように前記枠体の上方に設けられた蓋体と、前記第一補強部材と前記蓋体との間に設けられた第二補強部材と、を含み、前記第二補強部材が、前記バスバーの配索用部材であることを特徴としている。

このような車両用バッテリによれば、第一補強部材と蓋体との間に第二補強部材が設けられるため、第一補強部材及び第二補強部材で蓋体を下方から支持できる。これにより、蓋体に下方向の荷重が作用した場合であっても蓋体の変形が抑制されることから、蓋体の耐荷重性能を確保できる。
また、上記のように蓋体を補強する第二補強部材がバスバーの配索用部材であるため、バスバーの配索用部材として専用の部材を第二補強部材とは別に設ける場合と比べて、ハウジング内のスペース効率を高められるとともに重量増を抑制できる。これにより、バスバーの振動に対する信頼性を確保しつつ、エネルギー密度の低下を抑制できる。

本件によれば、車両用バッテリにおいて、エネルギー密度の低下を抑えつつ、バスバーの信頼性と蓋体の耐荷重性能とを確保できる。

電動車両の概略的な上面図である。 車両用バッテリの一部の構成を例示する分解斜視図である。 車両用バッテリにおける電子機器群の配置を説明する分解斜視図である。 車両用バッテリの分解斜視図である。 第二補強部材及びボルトの分解斜視図である。 車両用バッテリの要部断面図である。

図面を参照して、本件の実施形態について説明する。以下の実施形態はあくまでも例示に過ぎず、この実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。下記の実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。また、必要に応じて取捨選択でき、あるいは適宜組み合わせられる。

［１．構成］
図１に示すように、本実施形態に係るバッテリパック（車両用バッテリ）１０は、電気自動車又はハイブリッド自動車である電動車両（車両）２０に搭載されている。ここでは、電動車両２０として、キャブ２１及び荷箱２２を備えたトラック（電動トラック）を例示する。なお、図１では、キャブ２１及び荷箱２２を二点鎖線で示す。

本実施形態のバッテリパック１０は、外観形状が略直方体であって、上面視で略矩形状をなす。バッテリパック１０は、車長方向（前後方向）Ｄ１に延在する一対のサイドレール２３の下方に配置され、各サイドレール２３に支持される。ただし、バッテリパック１０の形状や配置や支持手法は、ここで例示するものに限定されない。また、ここでは一つのバッテリパック１０が搭載された電動車両２０を例示するが、電動車両２０に搭載されるバッテリパック１０の個数は二以上であってもよい。

図２に示すように、バッテリパック１０は、複数のバッテリモジュール１と、バッテリモジュール１を収容するハウジング３と、ハウジング３を補強する複数の補強プレート（第一補強部材）２とを含む。本実施形態では、車長方向Ｄ１に並ぶ四つのバッテリモジュール１が単一のハウジング３に収容されたバッテリパック１０を例示する。

各バッテリモジュール１は、互いに同様に構成される。具体的に言えば、各バッテリモジュール１は、所定の積層方向Ｄｏに積層された複数のバッテリセル（図示略）を有する。各バッテリモジュール１において、複数のバッテリセルは直列に接続される。バッテリモジュール１のバッテリセルは、電動車両２０を駆動する図示しないモータに電力を供給する。

本実施形態のバッテリモジュール１は、積層方向Ｄｏの寸法が、積層方向Ｄｏに直交する幅方向Ｄｗの寸法と、積層方向Ｄｏ及び幅方向Ｄｗの双方に直交する高さ方向Ｄｈの寸法とのいずれよりも長く、細長い直方体形状をなす。ただし、バッテリモジュール１の形状は、ここで例示する形状に限定されない。

バッテリパック１０において、複数のバッテリモジュール１は、積層方向Ｄｏが互いに平行となる姿勢で並列配置される。本実施形態では、積層方向Ｄｏが車幅方向（左右方向）Ｄ２と一致する姿勢で各バッテリモジュール１が配置されたバッテリパック１０を例示する。

ハウジング３は、複数のバッテリモジュール１が載置されるフロアプレート３１と、フロアプレート３１の上方で複数のバッテリモジュール１を囲む枠体３２とからなる。ここでは、矩形状をなすフロアプレート３１と、フロアプレート３１の外縁に対応する四辺から立設されて四角筒状をなす枠体３２とで容器状をなすハウジング３を例示する。

補強プレート２は、枠体３２において対向する一対の壁面間に延設され、バッテリモジュール１間に配置される。ここでは、車幅方向Ｄ２（すなわち積層方向Ｄｏ）に沿って延設された二つの板状の補強プレート２を例示する。二つの補強プレート２は、互いに車長方向Ｄ１に離隔して設けられる。

補強プレート２は、フロアプレート３１及び枠体３２の少なくとも一方に固定される。本実施形態の補強プレート２は、車幅方向Ｄ２の両端部が溶接により枠体３２に固定されている。
補強プレート２は、例えばアルミの押出成形品であって、車幅方向Ｄ２に延在する中空部２ａ（図６参照）を有する。本実施形態では、複数の中空部２ａが車高方向（上下方向）Ｄ３に並設された補強プレート２を例示する。

図３に示すように、本実施形態のバッテリパック１０は、バッテリモジュール１を駆動及び制御するための電子機器群９と、電子機器群９が図示しないブラケットを適宜介して載置される支持プレート４１とを更に含む。支持プレート４１は、フロアプレート３１よりも小さい矩形状に形成され、ハウジング３の中央部の上方に配置される。このように、本実施形態のバッテリパック１０は、比較的大きいハウジング３の上方に比較的小さい支持プレート４１が配置された二階建て構造をなす。

電子機器群９には、例えば、バッテリ制御ユニット（BCU；Battery Control Unit）、コンタクタ、ヒューズ、電流センサ、充電コネクタ等が含まれる。電子機器群９は、支持プレート４１上という限られたスペースにおいて高密度に（隙間をできるだけ詰めて）配置される。

本実施形態の支持プレート４１は、バッテリモジュール１の上方に配置されており、フレーム状の二つの支持ブラケット５を介して補強プレート２に支持されている。各支持ブラケット５は、補強プレート２に沿って（本実施形態では車幅方向Ｄ２に）延びる棒状の主部５ａと、主部５ａから突設された複数の台座部５ｂと、各台座部５ｂに形成されたネジ穴５ｃとを有する。支持ブラケット５は、補強プレート２の上方に配置され、例えばボルト（図示略）により補強プレート２に固定される。

本実施形態の支持プレート４１は、支持ブラケット５のネジ穴５ｃと重なる位置に形成された複数の貫通孔４５を有する。支持プレート４１は、貫通孔４５の各々に挿通されたボルト１１が支持ブラケット５のネジ穴５ｃに螺合することにより、支持ブラケット５に固定される。

本実施形態では、二つの支持ブラケット５の間に二つの補強フレーム６が延設されている。補強フレーム６は、支持ブラケット５の主部５ａと交差する方向（本実施形態では車長方向Ｄ１）に沿って延び、二つの支持ブラケット５どうしを接続する。補強フレーム６は、支持プレート４１の中央部の下方に配置され、支持プレート４１の中央部を支持する。

図４に示すように、バッテリパック１０は、バッテリモジュール１を覆うように枠体３２の上方に設けられた蓋体７と、電子機器群９とバッテリモジュール１との間で電力を導通させるバスバー４と、補強プレート２と蓋体７との間に設けられた補強ブラケット（第二補強部材）８とを含む。また、本実施形態のバッテリパック１０は、電子機器群９を覆うように蓋体７の上方に配置される補助蓋体４２を更に含む

本実施形態の蓋体７は、支持プレート４１を避けつつバッテリモジュール１を覆う平板部７ｂと、平板部７ｂから上方へ立設されて電子機器群９を囲む枠部７ｃとを有する。平板部７ｂは、枠体３２に対応する矩形の外縁形状をなす板部材で形成されている。一方、枠部７ｃは、支持プレート４１に対応する四角筒状に形成されている。枠部７ｃの上縁部は、電子機器群９へのアクセス口となる矩形状の開口７ａを画成する。

蓋体７は、平板部７ｂが枠体３２の上縁部に当接するとともに、枠部７ｃが電子機器群９を囲むように、ハウジング３に対して位置決めされる。そして、蓋体７は、図示しない固定具により、枠体３２に取り外し自在に固定される。
補助蓋体４２は、蓋体７の開口７ａに対応する矩形の板部材で形成される。補助蓋体４２は、蓋体７の枠部７ｃの上縁部に上方から当接配置され、図示しない固定具により、蓋体７の枠部７ｃに取り外し自在に固定される。

バスバー４は、通電性をもつ帯状の銅部材である。本実施形態では、四つのバッテリモジュールのうち、車長方向Ｄ１の両側に位置する二つのバッテリモジュール１を電子機器群９とそれぞれ繋ぐ二つのバスバー４を例示する。バスバー４は、ハウジング３内のスペース効率を高めるために、バッテリモジュール１間のスペースを利用して配置される。具体的にいえば、バスバー４は、バッテリモジュール１間のスペースと同様に車幅方向Ｄ２に沿って延びるように配索され、バッテリモジュール１間のスペース又はその近傍に配置される。

補強ブラケット８は、蓋体７を下方から支持する補強部材であると共に、バスバー４の配索用部材でもある。すなわち、補強ブラケット８は、蓋体７に加えられる下方向の荷重を支える補強部材としての機能と、バスバー４を配索するブラケットとしての機能とを兼ね備える。本実施形態では、二つの補強ブラケット８が設けられたバッテリパック１０を例示する。補強ブラケット８は、例えばプラスチックで形成される。

図５に示すように、本実施形態の補強ブラケット８は、略直体形状の台部８ａと、台部８ａの側面から一体に突設された板状の取付部８ｂとを有する。台部８ａの上面には、潰れ変形可能な発泡体８ｃが取り付けられている。また、台部８ａのうち、取付部８ｂと反対側の側面の一部は格子状に形成される（図４参照）。この格子状の側面には、例えばクリップを用いて、ハーネスなどの部品（図示略）が留め付けられてもよい。

本実施形態の台部８ａには、段付きの二つの貫通孔８ｄが形成されている。各々の貫通孔８ｄには、補強ブラケット８を補強プレート２に固定するためのボルト１２が挿通される。貫通孔８ｄは、ボルト１２のネジ部１３が通される小径部と、小径部よりも上側に形成されてボルト１２の頭部１４が配置される大径部とを有する。

取付部８ｂは、バスバー４を拘束し、バスバー４の振動を抑制する。ここでは、バスバー４の車幅方向Ｄ２に延びる部分を車高方向Ｄ３の両側から拘束する取付部８ｂを例示する。ただし、取付部８ｂは、バスバー４を固定できる構造を有していればよく、その具体的な形状は特に限定されない。

図６に示すように、本実施形態の補強ブラケット８は、台部８ａが補強プレート２と蓋体７の平板部７ｂとの間に介在するとともに、取付部８ｂがバッテリモジュール１の上方へ延出した姿勢で配置される。そして、補強ブラケット８は、貫通孔８ｄに挿通されたボルト１２により補強プレート２に固定される。このように配置された補強ブラケット８では、台部８ａが発泡体８ｃを介して蓋体７の平板部７ｂを下方から支持するとともに、取付部８ｂがバッテリモジュール１間及びバッテリモジュール１の上方の空間を利用してバスバー４を拘束する。なお、ボルト１２は、頭部１４が貫通孔８ｄ内に配置されることで、台部８ａの上面よりも上側に突出せずに設けられる。図６では、バッテリモジュール１の断面のハッチングを省略する。

［２．作用及び効果］
バッテリパック１０によれば、補強プレート２と蓋体７との間に補強ブラケット８が設けられるため、補強プレート２及び補強ブラケット８で蓋体７を下方から支持できる。これにより、蓋体７に下方向の荷重が作用した場合であっても蓋体７の変形が抑制されることから、蓋体７の耐荷重性能を確保できる。

また、上記のように蓋体７を補強する補強ブラケット８がバスバー４の配索用部材であるため、バスバー４の配索用部材として専用の部材を補強ブラケット８とは別に設ける場合と比べて、ハウジング３内のスペース効率を高められるとともに重量増を抑制できる。これにより、バスバー４の振動に対する信頼性を確保しつつ、エネルギー密度の低下を抑制できる。したがって、バッテリパック１０によれば、エネルギー密度の低下を抑えつつ、バスバー４の信頼性と蓋体７の耐荷重性能とを確保できる。

特に、本実施形態のようにサイドレール２３の下方に配置されたバッテリパック１０では、搭載性の観点から、電子機器群９が好ましくはハウジング３の中央部における上方（支持プレート４１上）に配置される。この場合には、点検や部品交換などを行なうメンテナンス者が電子制御群９にアクセスするために蓋体７の上に乗ることとなるため、蓋体７に更なる耐荷重性能が求められるとともに、電子機器群９とバッテリモジュール１とを繋ぐバスバー４をコンパクトに配置することが求められる。

これに対し、バッテリパック１０では、上記のとおり蓋体７が補強ブラケット８で補強されることから、メンテナンス者が蓋体７の上に乗った場合にも耐えうる耐荷重性能を確保できる。また、上記のとおり補強ブラケット８を利用してバスバー４が配索されることから、バスバー４の振動に対する信頼性を確保しつつもバスバー４をコンパクトに配置できる。よって、バッテリパック１０によれば、サイドレール２３の下方に配置される場合であっても、エネルギー密度の低下を抑えつつ、バスバー４の信頼性と蓋体７の耐荷重性能とを確保できる。

補強ブラケット８の台部８ａの上面に発泡体８ｃが設けられていれば、蓋体７と台部８ａとの直接的な接触を回避できるため、蓋体７及び台部８ａを保護できる。
補強ブラケット８の台部８ａの側面が格子状に形成されていれば、ハーネスなどの部品を補強ブラケット８にクリップ留めしやすくなるとともに、補強ブラケット８の軽量化を図れる。このため、補強ブラケット８をバスバー４以外の部品のブラケットとしても兼用しやすくなるとともに、エネルギー密度の向上に寄与する。

さらに、バッテリパック１０によれば、バッテリモジュール１間のデッドスペースを利用して補強プレート２が配置されるため、補強プレート２でハウジング３の剛性を高めつつも、バッテリパック１０の大型化を回避しながら出力を高められる。
また、バッテリモジュール１の上方に設けられる支持プレート４１が補強プレート２に支持されていれば、ハウジング３の補強部材である補強プレート２を支持プレート４１の台座部として利用できる。これにより、支持プレート４１を支持する大型な支持部材を別途配置したり、支持プレート４１を枠体３２に支持させるためにフロアプレート３１と同等のサイズまで延長したりする必要がなくなる。このため、バッテリパック１０の大型化や高重量化を抑制できる。よって、エネルギー密度を高められる。

また、本実施形態のように、支持プレート４１が補強プレート２の上方に配置された支持ブラケット５を介して補強プレート２に支持される構成であれば、支持ブラケット５の形状を変更するだけで、様々なタイプの補強プレート２に支持プレート４１を支持させることが可能となる。また、支持ブラケット４どうしを繋ぐ補強フレーム６が更に設けられれば、補強フレーム６によっても支持プレート４１を支持できるため、支持プレート４１の変形や変位を抑制できる。これにより、電子機器群９の位置ずれや振動が抑制されることから、バッテリパック１０の信頼性を高められる。

［３．変形例］
上記のバッテリパック１０の構成は一例である。電子機器群９は、上記の支持プレート４１上以外の位置に設けられてもよい。この場合には、支持プレート４１や蓋体７の枠部７ｃや補助蓋体４２が不要となる。
上記の補強ブラケット８の構成も一例である。補強ブラケット８は、例えば、格子状の側面が平面状に形成されてもよいし、発泡体８ｃが省略されてもよい。また、補強ブラケット８を補強プレート２に固定する構造は、上記のボルト１２を用いた構造に限定されない。なお、バスバー４及び補強ブラケット８の配置及び個数は適宜変更可能である。

バッテリパック１０に設けられるバッテリモジュール１の個数や、バッテリパック１０におけるバッテリモジュール１の姿勢は、上記の例示に限定されない。例えば、五つ以上のバッテリモジュール１がハウジング３に収容されてもよい。また、バッテリモジュール１は、積層方向Ｄｏが車長方向Ｄ１と一致する姿勢でハウジング３に収容されてもよい。

上記のハウジング３の形状は一例である。蓋体７の形状も、枠体３２の形状に応じて適宜設定されればよく、上記の例示に限定されない。蓋体７は、枠部７ｃや開口７ａを有しなくてもよい。
補強プレート２の延在方向、個数及び配置も、上記の例示に限定されない。補強プレート２は、アルミの押出成形品でなくてもよいし、中空部２ａを有していなくてもよい。
なお、バッテリパック１０は、トラック以外の車両に適用されてもよい。

１ バッテリモジュール
２ 補強プレート（第一補強部材）
２ａ 中空部
３ ハウジング
４ バスバー
５ 支持ブラケット
５ａ 主部
５ｂ 台座部
５ｃ ネジ穴
６ 補強フレーム
７ 蓋体
７ａ 開口
７ｂ 平板部
７ｃ 枠部
８ 補強ブラケット（第二補強部材）
８ａ 台部
８ｂ 取付部
８ｃ 発泡体
８ｄ 貫通孔
９ 電子機器群
１０ バッテリパック（車両用バッテリ）
１１ ボルト
１２ ボルト
１３ ネジ部
１４ 頭部
２０ 電動車両（車両）
２１ キャブ
２２ 荷箱
２３ サイドレール
３１ フロアプレート
３２ 枠体
４１ 支持プレート
４２ 補助蓋体
４５ 貫通孔
Ｄ１ 車長方向
Ｄ２ 車幅方向
Ｄ３ 車高方向
Ｄｈ 高さ方向
Ｄｏ 積層方向
Ｄｗ 幅方向

Claims (1)

1. 車両を駆動するモータに電力を供給する複数のバッテリセルを有するバッテリモジュールと、
   前記バッテリモジュールを駆動及び制御するための電子機器群と、
   前記電子機器群と前記バッテリモジュールとの間で電力を導通させるバスバーと、
   複数の前記バッテリモジュールが載置されるフロアプレート及び前記フロアプレートの上方で複数の前記バッテリモジュールを囲む枠体からなるハウジングと、
   前記バッテリモジュール間に配置された第一補強部材と、
   前記バッテリモジュールを覆うように前記枠体の上方に設けられた蓋体と、
   前記第一補強部材と前記蓋体との間に設けられた第二補強部材と、を含み、
   前記第二補強部材が、前記バスバーの配索用部材である
   ことを特徴とする車両用バッテリ。

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