JP2025035246A - 電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】電池を搭載した車両において、少ないクラッシュストロークであっても、衝撃から電池を保護できる技術を提供すること。【解決手段】電池パックは、電池モジュールと、電池モジュールに取り付けられるブラケットとを備える。電池モジュールの外殻部は、交差部において交差する第１側部と第２側部を備える。ブラケットは、交差部に接続されており、第１側部に対向するように配置される。ブラケットは、交差部を除いて前記第１側部から離間している。【選択図】図４

Description

本開示は、車両に搭載される電池パックに関する。

特許文献１は、車両のバッテリ搭載構造を開示している。車両のバッテリ搭載構造は、バッテリと車体間のブラケット接合により、衝撃時にバッテリが車体と干渉しないよう構成されている。

特開２０２０－８２８１８号公報

本願発明者は、車両に搭載される電池パックに関して、次のような課題を初めて認識した。それは、電池搭載量を増加すると、その代償として、衝撃が加わった際の余長であるクラッシュストロークが小さくなってしまい、結果として電池が損傷しやすくなる、ということである。電気自動車においては、電池搭載量を大きくすることで航続距離を長くできる。一方で、電池によって占められる空間が大きくなることは、クラッシュストロークが小さくなることを意味する。クラッシュストロークが小さくなることは、衝撃が加わった際に電池が損傷するリスクを高めることに他ならない。

本開示の１つの目的は、電池搭載量を大きくしても、すなわちクラッシュストロークが小さくても、衝撃から電池を保護できる技術を提供することである。

第１の観点は、車両に搭載される電池パックに関連する。
電池パックは、
電池モジュールと、
電池モジュールに取り付けられるブラケットと
を備える。
電池モジュールの外殻部は、交差部において交差する第１側部と第２側部を備える。
ブラケットは、第１側部に対向するように配置され、交差部に接続され、交差部を除いて前記第１側部から離間している。

第２の観点は、第１の観点に加えて、次の特徴を更に有する。
ブラケットは、脚部と脆弱部を有する。
脚部は、第１側部と第２側部の交差部に隣接する。
脆弱部は、脚部よりも第１側部から遠い位置に存在し、脚部より剛性が低い。

第３の観点は、第２の観点に加えて、次の特徴を更に有する。
ブラケットに設けられる脆弱部は、ブラケットにおいて第１側部から最も遠い位置に存在する。

第４の観点は、第１～３の観点のいずれかに加えて、次の特徴を更に有する。
第１側部と対向するブラケットの面は、アーチ形状を有している。

第５の観点は、第１～３の観点のいずれかに加えて、次の特徴を更に有する。
第１側部が、車両の側面に対向するように設置される。

第１の観点によれば、電池モジュール外殻部に取り付けられるブラケットと外殻部の第１側部は、交差部で接続し、交差部以外では離間している。したがって、電池モジュールの第１側部に向かって入力される荷重は、ブラケットと交差部を介して外殻部の第２側部に伝達される。第１側部の中心部への荷重伝達が抑制されるため、電池モジュール内の電池本体が衝撃から保護される。電池本体が衝撃から保護されやすくなるため、クラッシュストロークを減らすことが可能となる。このことは、電池搭載量の向上に寄与する。

第２の観点によれば、ブラケットに部分的に脆弱部が設けられる。脆弱部は、ブラケットの脚部と比較して、剛性が小さく設定されている。第１側部に向かって入力される荷重によってまず脆弱部が変形または破断する。脆弱部が変形または破断することにより衝撃エネルギーが吸収される。このことも電池モジュール内の電池本体の保護に寄与する。

第３の観点によれば、ブラケット内に存在する脆弱部は第１側部から最も遠い位置に設けられる。この位置は、外部に最も近い位置であるから、衝撃時の荷重を受けやすい位置である。したがって、第１側部から最も遠い位置に脆弱部を設け、衝撃エネルギーの吸収を図ることは、衝撃時の電池の保護に貢献する。

第４の観点によれば、ブラケットの第１側部に対向する面がアーチ形状となっている。アーチ形状とすることにより、アーチの頂部から交差部に向けて、効率よく荷重を伝達することができる。

第５の観点によれば、第１側部が、車両の側面に対向するように配置される。本開示は、車両前後方向と比較してクラッシュストロークが小さくなりやすい車両側面からの衝撃時に特に有効である。

電池パックを搭載した車両の一例を示す概略図である。 比較例を説明するための斜視図である。 課題を説明するための概略図である。 本開示の実施の形態に係る電池パックの構成例およびその効果を示す概略図である。 本開示の実施の形態に係るブラケットの構成例を示す斜視図である。 本開示の実施の形態に係る電池パックの他の構成例を示す概略図である。

添付図面を参照して、本開示の実施の形態を説明する。

１．主要構成
図１は、電池パック１を搭載した車両１００の概略図である。図１に示すｘ軸方向は、電池パック１を搭載した車両１００の前方向に相当する。同様に、ｙ軸方向は、車両１００の前方から見た時の左方向に、z軸方向は車両１００の上方向に向かう方向に相当する。電池パック１は、例えば、ＢＥＶ、ＰＥＶ、ＨＥＶ等の電気自動車の電源として用いられる。

電池パック１は、１つ以上の電池モジュール３０および電池ケース２を含んでいる。１つ以上の電池モジュール３０は、電池ケース２内に収容される。

図２は、比較例に係る電池モジュール３０の構成を示す概略図である。

図２中の（Ａ）に示されるように、電池モジュール３０は、電池スタック３００を収容可能であり、車両外部から入力される荷重に抵抗するための外殻部３１を備えている。つまり、電池スタック３００は、外殻部３１内に収容される。電池スタック３００は多数の電池セルが集積することにより構成される。電池セルは、充放電可能な二次電池、例えばリチウムイオン二次電池である。

外殻部３１は、第１側部１０と第２側部２０を備えている。第１側部１０と第２側部２０は、交差部１２において交差している。第１側部１０と第２側部２０は、交差部１２において直交していてもよい。図２に示される例では、第１側部１０は、車両側面と対向している。第１側部１０はエンドプレートと呼ばれることもある。また、外殻部３１は、第１側部１０と第２側部２０以外に、底面（図２におけるxy平面に沿った平面）および底面と平行な別の面を有し、略直方体形状であってもよい。

図２中の（Ｂ）に示されるように、電池モジュール３０は、外殻部３１に取り付けられたブラケット３２Ａを介して電池ケース２と接合具２Ａで接続されている。

２．課題
本願発明者は、上記のような電池パック１に関して、次のような課題を初めて認識した。それは、電池搭載量を増加すると、その代償として、衝撃が加わった際の余長であるクラッシュストロークが小さくなってしまい、結果として電池モジュール内の電池本体が損傷しやすくなる、ということである。

電気自動車においては、電池搭載量を大きくすることで航続距離を長くできる。一方で、電池によって占められる空間が大きくなることは、クラッシュストロークが小さくなることを意味する。クラッシュストロークが小さくなることは、衝撃が加わった際に電池本体が損傷するリスクを高めることに他ならない。したがって、電池搭載量を大きくしても、すなわちクラッシュストロークが小さくても、衝撃から電池本体を保護する構造が求められる。特に、電池本体と車両外部の距離が短い、車両側面方向からの衝撃時においてこのような構造が求められる。

比較例における側突時の荷重伝達の様子を説明する。図３に示されるように、比較例では、ブラケット３２Ａが第１側部１０の全体に渡って接続している。したがって、第１側部１０に向かって外部から荷重２００が加わる際、ブラケット３２Ａを通じて第１側部１０の全体に荷重２００が伝達してしまう。第１側部１０のブラケット３２Ａの反対側には、電池スタック３００が収容されているため、この場合、荷重２００が電池スタック３００に容易に伝達し、結果として電池スタック３００が損傷しやすい。

３．本開示の特徴
上段では、電池搭載量を大きくすることによる衝撃時の電池の損傷リスクについて言及した。そこで、本実施の形態では、ブラケット３２と第１側部１０とを離間させ、荷重２００を第１側部１０ではなく、第２側部２０へ伝達することで、電池スタック３００が受ける損傷を抑える構造を提案する。

図４は、本開示の実施の形態に係る電池パック１の構成例およびその効果を示す概略図である。

図４中の（Ａ）は本実施の形態を示す斜視図である。ブラケット３２は第１側部１０と第２側部２０の交差部１２と接続しており、交差部１２以外においては第１側部１０とブラケット３２は離間している。これにより、図４中の（Ｂ）に示されるように、第１側部１０に向かって加わる荷重２００は、ブラケット３２から交差部１２を経て第２側部２０に伝達される。これにより、衝撃時に電池スタック３００を保護する効果が期待できる。そして、電池スタック３００が衝撃から保護されやすくなるため、クラッシュストロークを減らすことが可能となる。このことは、電池搭載量の向上に寄与する。

図５は、本開示の実施の形態に係るブラケット３２の構成例を示す斜視図である。

図５中の（Ａ）に示されるように、ブラケット３２に部分的に脆弱部３２ａを設けてもよい。脆弱部３２ａは、ブラケット３２が第１側部１０と隣接している部分（脚部３２ｂ）と比較して、剛性が小さく設定されている。第１側部に向かって入力される荷重によってまず脆弱部３２ａが変形または破断する。脆弱部３２ａが変形または破断することにより衝撃エネルギーが吸収され、電池スタック３００の保護に寄与する。なお、脆弱部３２ａを実現する方法として、局所的に断面積を小さくしてもよいし、局所的に材質を変えてもよい。

更に、図５中の（Ａ）に示されるように、脆弱部３２ａを第１側部から最も遠い位置（位置Ｙ１）に設けてもよい。位置Ｙ１というのは、すなわち、車両外部に最も近い位置ということであるから、衝撃時の荷重を最も受けやすい位置である。したがって、位置Ｙ１に脆弱部を設け、衝撃エネルギーの吸収を図ることは、電池スタック３００を保護することに貢献する。

また、ブラケット３２の形状としては、図５中の（Ｂ）に示されるように、第１側部１０に対向する面３２ｃがアーチ形状であってもよい。アーチ形状とすることで、荷重を効率よく脚部３２ｂを経て第２側部２０へ伝達することができる。また、同図のような、長方形の板に対しアーチ形状の切り欠きを設ける形態においては、ブラケット３２に、幅が広い肩部３２ｄが形成される。肩部３２ｄは幅が広いため、ブラケット３２と電池ケース２を接合するための孔３２ｅを設けることができる。このことは、ブラケット３２と電池ケース２の接合を簡易に行うことができることを意味する。更に、アーチの頂部で最も断面積が小さくなるため、上述した脆弱部３２ａが形成されることとなり、衝撃エネルギーの吸収が期待でき、電池の保護に貢献する。

図６は、本開示の実施の形態に係る電池パック１の他の構成例を示す概略図である。

図６中（Ａ）には、より具体的な実施の形態が示されている。第１側部１０は交差部１２と隣接した凸部１３を有している。ブラケット３２は図５中の（Ｂ）に示した例のように、第１側部１０に対向する面３２ｃがアーチ形状を有しており、脚部３２ｂは、z軸方向に厚みを有している。脚部３２ｂの上面は、凸部１３の上面と段差が無いように組み合わされ、xy平面に沿った平面３３を形成する。平面３３には凸部１３と脚部３２ｂとの境界を跨ぐように接合プレート４０が設置される。凸部１３および脚部３２ｂは、接合プレート４０を貫通するボルト４１によって接続される。

なお、本開示の実施の形態を示す図４および図６中の（Ａ）においては、ブラケット３２と第１側部１０が接触しているが、交差部１２の態様として、図６中の（Ｂ）に示されるようにブラケット３２と第２側部２０が接触する形態であってもよい。すなわち、交差部１２を構成する第１側部１０および第２側部２０のどちらがブラケット３２と接触してもよく、第２側部２０がブラケット３２と接触する場合でも、本開示の効果を発揮することが可能である。

提案される電池パック１は、車両１００の前後方向と比較してクラッシュストロークが小さくなりやすい車両１００の側面からの衝撃時に特に有効である。ただし、電池パック１の配置方向や衝撃が加わる方向は、本実施の形態に限定されない。

１：電池パック、２：電池ケース、１０：第1側部、２０：第２側部、１２：交差部
１３：凸部、３０：電池モジュール、３１：外殻部、３２：ブラケット
３２ａ脆弱部、３２ｂ：脚部、４０：接合プレート、１００：車両、２００：荷重
３００：電池スタック

Claims (5)

1. 車両に搭載される電池パックであって、
   電池モジュールと、
   電池モジュールに取り付けられるブラケットと
   を備え、
   前記電池モジュールの外殻部は、交差部において交差する第１側部と第２側部を備え、
   前記ブラケットは、前記第１側部に対向するように配置され、前記交差部に接続され、前記交差部を除いて前記第１側部から離間している
   電池パック。
2. 請求項１に記載の電池パックであって、
   前記ブラケットは、脚部と脆弱部を有し、
   前記脚部は、前記交差部に隣接し、
   前記脆弱部は、前記脚部よりも前記第１側部から遠い位置に存在し、前記脚部より剛性が低い
   電池パック。
3. 請求項２に記載の電池パックであって、
   前記脆弱部は、前記ブラケットのうち前記第１側部から最も遠い位置に存在する
   電池パック。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電池パックであって、
   前記第１側部と対向する前記ブラケットの面は、アーチ形状を有している
   電池パック。
5. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電池パックであって、
   前記第１側部が、前記車両の側面に対向するように設置される
   電池パック。

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