JP4742514B2 - 電池パックおよびその筐体 - Google Patents

Description

本発明は、電池パックの筐体構造に関し、特に、電池パックが搭載される位置および部位に応じて要求される剛性を有する筐体の構造に関する。

従来より、モータからの駆動力により走行するハイブリッド車、燃料電池車、電気自動車が知られている。このような車両には、モータに供給する電力を蓄えるため、電池パックが搭載されている。電池パックは、複数の電池モジュールが積層されて構成される。

たとえば、特開平１１−１２６５８５号公報（特許文献１）には、電池の重量エネルギ密度の減少を抑え、冷却効率を向上した組電池が開示される。この組電池は、正極、負極、電解液、電池容器、電池蓋を備えた角型形状の非水電解質２次電池を複数個配置し、かつ、直列または／および並列に電気的に接続される。組電池は、電池の電池蓋の上方に制御回路基板を設置し、かつ、両末端の２個の単電池の側面に当接した支持板と絶縁部品とで一体に連結されている。

特許文献１において開示され組電池によると、角型非水電解質２次電池を用いた組電池はコンパクトであり、放熱性に優れている。

また、上述のような電池パックは、内部の電池モジュールの保護を目的として、電池パックの筐体であるカバーを含む。電池パックのカバーには、カバーの剛性を向上させるために溝形状のビード等の補強構造が設けられる。
特開平１１−１２６５８５号公報

しかしながら、電池パックが搭載される位置および部位によって、衝突時に電池パックが受ける衝撃力は異なるという問題がある。すなわち、電池パックの全周に溝等の補強構造を形成すると、部位によっては、衝突による衝撃力は、電池パックの筐体の剛性が高すぎるために分散されず、電池パックの内部が大きな衝撃を受ける可能性がある。その一方で、筐体に補強構造が形成されないと、衝突による衝撃力は、電池パックの筐体の剛性が低すぎるために吸収しきれずに、電池パックの内部が大きな衝撃力を受ける可能性がある。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、電池パックの搭載位置および部位に応じて、筐体に必要な剛性を有する電池パックの筐体構造を提供することである。

第１の発明に係る電池パックの筐体構造は、車両に搭載される電池パックの筐体の構造である。筐体には、車両のホイールハウスの端部を基準に、車両の前後方向の後方側に設けられ、筐体の剛性を向上させる補強部を有する。補強部は、突設された溝である。

第１の発明によると、車両に搭載される電池パックの筐体には、車両のホイールハウスの端部を基準に、車両の前後方向の後方側に設けられ、筐体の剛性を向上させる補強部を有する。補強部は、突設された溝である。これにより、たとえば、側面から車両に衝撃力を受けた場合を想定すると、ホイールハウスの端部よりも車両の後方側においては、ホイールハウス、タイヤおよびタイヤにサスペンションを介して接続され、車両の下部に設けられるクロスメンバにより、電池パックが受ける衝撃力を分散させることができる。そのため、筐体に剛性が向上するように溝を設けると、筐体が受ける衝撃力を筐体の剛性により吸収することができる。また、後方からの衝突に対しては、軸圧縮方向に補強部が形成されているので有利に働く。その一方で、ホイールハウス端部よりも車両の前方側においては、ボディが衝撃力を受ける。ボディにおいては、ボディの変形により衝撃を吸収する。そのため、ボディの変形だけでは衝撃が吸収しきれない場合、電池パックの筐体がボディにおいて吸収しきれなかった衝撃力を受ける。このとき、電池ケースが受ける衝撃力は、ホイールハウスの端部より車両の後方側と比較して大きい。そのため、ホイールハウス端部よりも車両の前方側においては、溝等の補強構造を設けないため、ホイールハウス端部よりも車両の前方側の衝撃力を受ける部位においては、電池ケース自体が変形することにより、衝撃力を吸収できる。そのため、電池ケースに要求される剛性に応じて、必要な部分に溝等の補強部を形成させることができる。したがって、搭載位置および部位に応じて必要な剛性を有する電池パックの筐体構造を提供することができる。

第２の発明に係る電池パックの筐体構造においては、第１の発明の構成に加えて、電池パックは、複数の電池モジュールが予め定められた間隔を空けて積層されて形成される。溝は、電池モジュールの積層方向に垂直な方向に、間隔の底面に対向するように形成される。筐体内には、積層方向と垂直な方向に冷却風が供給される。

第２の発明によると、電池パックは、複数の電池モジュールが予め定められた間隔を空けて積層されて形成される。溝は、電池モジュールの積層方向に垂直な方向に、予め定められた間隔の底面に対向するように形成される。筐体内には、積層方向と垂直な方向に冷却風が供給される。これにより、電池パックの筐体の剛性を向上させる溝は、ホイールハウスの端部を基準に車両の前後方向の前方側に設けられないため、筐体内に溝が設けられることによる圧力損失の増加を抑制することができる。また、冷却風は溝が設けられる方向に供給されるため、冷却風の通路上において、溝による通路断面積の変化が少ない。そのため、通路における圧力損失の増加を抑制して、効率よく電池モジュールに対して冷却風を供給することができる。

第３の発明に係る電池パックの筐体構造においては、第２の発明の構成に加えて、筐体には、冷却風を筐体内に供給するための供給装置が設けられる。供給装置は、溝よりも、冷却風の下流側に設けられる。

第３の発明によると、筐体には、冷却風を筐体内に供給するための供給装置（たとえば、冷却ファン）が設けられる。供給装置は、溝よりも、冷却風の下流側に設けられる。これにより、溝よりも冷却風の下流側に冷却ファンが設けられると、筐体内部の冷却風の通路において、溝が設けらている通路よりも下流側の空気は排出されやすいため、冷却されやすい。一方、溝が設けられている通路よりも上流側においては、溝がホイールハウスの端部を基準に車両の前後方向の前方側に設けられない。そのため、筐体は、冷却風の上流側において電池モジュールを冷却する十分な空気量を取り込む空間を有する。したがって、上流側と下流側とにおける冷却温度のばらつきを低減することができる。そのため、均等に電池パックの冷却を行なうことができる。

第４の発明に係る電池パックの筐体構造においては、第１〜３のいずれかの発明の構成に加えて、溝の長さは、少なくともホイールハウスの端部からタイヤまでの間の車両の前後方向の長さを有する。

第４の発明によると、電池パックの筐体に設けられる溝の長さは、少なくともホイールハウスの端部からタイヤまでの間の車両の前後方向の長さを有する。たとえば、電池パックがホイールハウスの間に設けられる場合、ホイールハウス内には、タイヤが設けられる。そのため、側面からの衝突よる衝撃力は、タイヤにより吸収される。しかしながら、ホイールハウスの端部からタイヤまでの間における衝突による衝撃力を筐体が受ける可能性がある。そのため、少なくとも、ホイールハウスの端部からタイヤまでの間の車両の前後方向の長さの溝を筐体に設ける。すなわち、筐体に要求される剛性に応じて、必要な部分に溝を形成することができる。不必要な部分に溝を形成しないため、冷却風の通路上の圧力損失の増加を抑制することができる。

第５の発明に係る電池パックの筐体構造においては、第１〜４のいずれかの発明の構成に加えて、筐体は、車両の座席の下に搭載される。

第５の発明によると、電池パックは、車両の座席の下に搭載される。これにより、筐体内に供給される冷却風の通路形状の最適化と、筐体の剛性の向上との両立が図れる電池パックの筐体構造を、車両の座席の下に搭載される電池パックの筐体に適用することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態に係る電池パックの筐体構造について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。なお、本実施の形態に係る電池パックの筐体構造は、ハイブリッド車に適用する場合について説明するがこれに限定されない。たとえば、電気自動車に適用してもよいし、燃料電池車に適用してもよい。

図１に示すように、車両に搭載される電池パック１００は、車両の後方側であって、リアのタイヤ２００，２０２のホイールハウス３０２，３０６の間に設けられる。本実施の形態において、電池パック１００は、車両の後部座席の下側に設けられるが、特に限定されるものではない。たとえば、車両中央部に配置されてもよいし、乗員室の前側の座席下に配置されてもよい。

電池パック１００の筐体である電池ケース１０２には、車両前方側の乗員室に接続される吸気口（図示せず）が設けられる。電池ケース１０２の内部には、冷却ファン１０４が設けられる。

冷却ファン１０４は、その内部に配置された回転軸（図示せず）と、この回転軸の外周上に設置された複数の送風フィン（図示せず）と、この回転軸に接続されたモータ（図示せず）とから構成される。このモータが電力の供給を受けて回転することにより回転軸が回転し、電池ケース１０２の内部の空気を電池ケース１０２の外部に排出する。そして、電池ケース１０２の内部に負圧が生じることにより、乗員室の室内から吸気口を介して電池ケース１０２の内部に冷却風が供給される。吸気口から供給された冷却風は、電池ケース１０２の内部に収納する電池モジュールの集合体１０１に接触して冷却した後、冷却ファン１０４に設けられる排出口から電池ケース１０２の外部に排出される。電池ケース１０２から排出された冷却風は、排気通路（図示せず）を介して、車外に排出される。

電池ケース１０２には、電池ケース１０２の剛性を向上させる補強部として、電池ケースの内側に向けて突設された溝形状のビード部１０６が複数設けられる。ビード部１０６は、車両の前後方向に設けられる。本実施の形態に係る電池ケース１０２において、ビード部１０６は、ボディ３００とホイールハウス３０２との境界となるホイールハウス端部３０４を基準に、車両の後方側に形成される。

図２に示すように、電池パック１００は、アッパーケース１１３およびロワーケース１１４と、電池モジュール１１０と、冷却ファン１０４とから構成される。アッパーケース１１３において、車両の前方向には、吸気口１１６が設けられる。また、ロワ−ケース１１４は、アッパーケース１１３と同様に、ロワーケース１１４の剛性を向上させる補強部として溝形状のビード部１１２が複数設けられる。ビード部１１２も、ビード１０６と同様に、ホイールハウス端部３０４を基準に、車両の後方側であって、溝が車両の前後方向に沿うように設けられる。

冷却ファン１０４の下側には、排気ダクト１０８が接続される。排気ダクト１０８は、電池モジュールの集合体１０１が収納される空間の下部に設けられる開口部を介して接続される。電池パック１００は、予め定められた個数の電池モジュール１１０が予め定められた間隔を空けて積層されて形成されている。電池モジュール間には、電池モジュール間を絶縁状態にする絶縁プレート１１８が設けられる。ここで、「予め定められた間隔」とは、特に限定されるものではないが、たとえば、絶縁プレート１１８の厚さであってもよいし、絶縁プレート１１８の厚さと、電池モジュールの集合体１０１の電池モジュール間に有する上下方向に冷却風が通る間隙とを含む間隔であってもよい。

図３に示すように、電池モジュールの集合体１０１は、エンドプレート１２０と、絶縁プレート１１８と、電池モジュール１１０とから構成される。電池モジュールの集合体１０１は、電池モジュール１１０を車両の幅方向に予め定められた個数を積層して構成される。

電池モジュール１１０としては、特に限定されるものではないが、たとえば、ニッケル−水素電池などの２次電池を用いることができる。電池モジュール１１０は、いわゆる角型平板状の外形を有している。

電池モジュール１１０は、複数の電池セルから構成される。具体的には、電池モジュール１１０は、モジュール外装部材である一体ケースと、この一体ケースの内部に配置され、隔壁により仕切られた６つの電池セルとを含む。一体ケースは、特に限定されるものではないが、本実施の形態においては、たとえば、金属製である。電池モジュール１１０に含まれる６つの電池セルは、電気的に直列に接続される。たとえば、電池セルのそれぞれの定格電圧が１．２Ｖである場合、電池モジュール１１０全体の定格電圧は７．２Ｖとなる。

また、各電池モジュール１１０間には、互いを絶縁状態にするための絶縁プレートが設けられる。絶縁プレート１１８には、アッパーケース１１３およびロワーケース１１４に当接するように複数の突出部が設けられる。各電池モジュール１１０間は、側面にバスバー等が設けられることにより、電気的に直列接続されている。

電池モジュールの集合体１０１の積層方向における両端部は、電池パック１００をロワーケース１１４に固定するためのエンドプレート１２０が設けられる。本実施の形態において、たとえば、両端部のエンドプレート１２０間をパイプ等（図示せず）により接続し、かつ、両端部のエンドプレート１２０をロワーケース１１４に固定する。このように、絶縁プレート１１８により各電池モジュール１１０の位置が制限され、さらに、エンドプレート１２０により電池パック１００をロワーケース１１４に固定できる。

本実施の形態に係るアッパーケース１１３およびロワ−ケース１１４に設けられるビード部１０６，１１２は、電池モジュール１１０の積層方向と垂直な方向に設けられる。ビード部１０６，１１２は、電池モジュール１１０間の予め定められた間隔の底面に対向するように形成される。そのため、電池モジュールの集合体１０１の上下方向において、アッパーケース１１３およびロワーケース１１４のそれぞれとの間隙１２２，１２４は、車両の前後方向において、ビード部１０６，１１２による通路断面積の減少等の変化が抑制された形状となる。

以上のような構造に基づく、本実施の形態に係る電池パック１００の筐体構造の作用について図４を参照して、説明する。

冷却ファン１０４が駆動すると、冷却ファン１０４は、電池ケース１０２の内部の空気を吸い出して電池ケース１０２の外部に排出する。電池ケース１０２の内部に負圧が生じるため、乗員室内に接続された吸気口を介して、アッパーケース１１３内に冷却風が供給される。供給された冷却風は、電池ケース１０２の内部に設けられる仕切り板に沿って、電池モジュールの集合体１０１の上部に送風される。すなわち、アッパーケース１１３と電池モジュールの集合体１０１との間に形成される冷却風通路としての間隙１２２に冷却風が供給される。このとき、冷却風は、電池モジュールの集合体１０１の積層方向と垂直な方向に供給される。

間隙１２２に供給された冷却風は、電池モジュールの集合体１０１を構成する電池モジュール１１０の間に形成される間隙を通って電池モジュールの集合体１０１の上側の間隙１２２から下側のロワーケース１１４との間隙１２４へと流通する。

このとき、間隙１２２，１２４においては、ビード部１０６，１１２による通路断面積の減少等の変化が小さい。したがって、間隙１２２，１２４においては、通路断面積の変化による圧力損失の増加が抑制される。

冷却風は、電池モジュールの集合体１０１の熱を除去した後、電池モジュールの集合体１０１を収納する空間の下方に設けられる開口部から排気ダクト１０８に到達する。冷却風は、冷却ファン１０４を介して外部へと排出される。

次に、車両が側面から衝突等の衝撃力を受ける場合の本実施の形態に係る電池パックの筐体構造の作用について説明する。

図５に示すように、タイヤ２００側の側面からの衝突により車両に衝撃力が入力される場合を想定する。電池パック１００は、タイヤ２００，２０２から車両の前後方向にオフセットした位置に搭載される。このとき、ホイールハウス３０２およびタイヤ２００のある部分においては、ホイールハウス３０２、タイヤ２００により衝撃力を分散させることができる。また、タイヤ２００およびタイヤ２００は、車両の下部にサスペンションを介してクロスメンバ（図示せず）が設けられる。したがって、タイヤ２００への衝撃力は、タイヤ２００だけでなく、クロスメンバへと分散させることができる。そのため、ホイールハウス３０２，３０６の間に位置する電池ケース１０２にビード部１０６，１１２を設けても、電池ケース１０２の剛性により、電池ケース１０２に入力される衝撃力を吸収することができる。

一方、ホイールハウス３０２およびタイヤ２００のない部分（ホイールハウス端部３０４よりも車両の前方側の電池ケース１０２の部分）においては、側面からの衝突による衝撃力を、ボディ３００および電池ケース１０２が受ける。そのため、電池ケース１０２の衝撃力が入力される部位において、ビード部を設けて、剛性を高めすぎると、側面からの衝突による衝撃力は、電池ケース１０２で分散されず、電池パック１００の内部が大きな衝撃力を受ける可能性がある。本実施の形態においては、ホイールハウス端部３０４を基準に、車両の後方側にビード部１０６，１１２を設け、車両の前方側には、溝等の補強構造を設けない構造とする。ホイールハウス端部３０４の前方側においては、電池ケース１０２自体が、電池モジュールの集合体１０２が衝撃力を受けない程度に変形することにより、衝撃力を吸収する。

なお、電池パック１００の電池ケース１０２に設けられるビード部１０６，１１２の長さは、好ましくは、少なくともホイールハウス端部３０４からタイヤ２００までの間の車両の前後方向の長さを有するのが望ましい。このようにすると、ホイールハウス端部３０４からタイヤ２００までの間の車両の前後方向の長さの部位は、側面からの衝突による衝撃力がタイヤ２００により吸収されない。そのため、ビード部１０６，１１２を少なくともその部位に設けることにより、側面からの衝突の衝撃力を吸収あるいは分散できる電池ケース１０２の剛性を確保することができる。

以上のようにして、本実施の形態に係る電池パックの筐体構造によると、ホイールハウス端部よりも車両の後方側にビード部を設けると、電池ケースが受ける衝撃力を電池ケースの剛性により吸収することができる。一方、ホイールハウス端部よりも車両の前方側においては、溝等の補強構造を設けない構造とするため、ホイールハウス端部よりも車両の前方側の衝撃力を受ける部位においては、電池ケース自体が電池モジュールの集合体が衝撃力を受けない程度に変形することにより、衝撃力を吸収できる。そのため、電池ケースに要求される剛性に応じて、必要な部分に溝等の補強構造を形成させることができる。したがって、搭載位置および部位に応じて必要な剛性を有する電池パックの筐体構造を提供することができる。

また、電池パックの筐体の剛性を向上させる溝は、ホイールハウスの端部を基準に車両の前後方向の前方側に設けられないため、筐体内に溝が設けられることによる圧力損失の増加を抑制することができる。また、冷却風は溝が設けられる方向に供給されるため、冷却風の通路上において、溝による通路断面積の変化が少ない。そのため、通路における圧力損失の増加を抑制して、効率よく電池モジュールに対して冷却風を供給することができる。

なお、好ましくは、冷却ファンは、溝よりも、冷却風の下流側に設けられることが望ましい。このようにすると、電池ケース内部の冷却風の通路において、溝が設けられている通路よりも下流側においては、冷却ファンにより空気は、排出されやすいため、冷却されやすい。一方、溝が設けられている通路よりも上流側においては、溝がホイールハウス端部を基準に車両の前後方向の前方側に設けられない。そのため、筐体には、冷却風の上流側において電池モジュールを冷却する十分な空気量を取り込む空間を有する。したがって、上流側と下流側とにおける冷却温度のばらつきを低減することができる。そのため、均等に電池パックの冷却を行なうことができる。

また、ビード部は、好ましくは、絶縁プレート毎に設けられることが望ましい。このようにすると、圧力損失の増加を抑制しつつ、電池ケースの剛性をさらに向上させることができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本実施の形態に係る電池パックが搭載される車両の概観を示す図である。 図１の２−２断面を示す図である。 図２の３−３断面を示す図である。 本実施の形態に係る電池ケース内における冷却風の流れを示す図である。 側面から衝撃力を受ける車両の概観を示す図である。

符号の説明

１００ 電池パック、１０２ 電池ケース、１０４ 冷却ファン、１０６，１１２ ビード部、１０８ 排気ダクト、１１０ 電池モジュール、１１３ アッパーケース、１１４ ロワーケース、１１６ 吸気口、１１８ 絶縁プレート、１２０ エンドプレート、１２２，１２４ 間隙、２００，２０２ タイヤ、３００ ボディ、３０２，３０６ ホイールハウス、３０４ ホイールハウス端部。

Claims (6)

1. 車両に搭載される電池パックの筐体であって、
   前記筐体は、前記車両の後部座席の下側に配置され、前記車両の後輪のホイールハウスの両端部のうちの前記車両の前方側の端部を基準として、前記車両の前後方向の後方側に設けられ、前記筐体の剛性を向上させる補強部を有し、
   前記補強部は、突設された溝であって、
   前記筐体は、前記端部を基準とする前記車両の前後方向の前方側に前記溝が設けられない部分を有する、電池パックの筐体。
2. 前記電池パックは、複数の電池モジュールが予め定められた間隔を空けて積層されて形成され、
   前記溝は、前記電池モジュールの積層方向に垂直な方向に、前記間隔部分に対向するように形成され、
   前記筐体内には、前記積層方向と垂直な方向に冷却風が供給される、請求項１に記載の電池パックの筐体。
3. 前記筐体には、前記冷却風を前記筐体内に供給するための供給装置が設けられ、
   前記供給装置は、前記溝よりも、前記冷却風の下流側に設けられる、請求項２に記載の電池パックの筐体。
4. 前記溝の長さは、少なくとも前記ホイールハウスの端部からタイヤまでの間の車両の前後方向の長さを有する、請求項１〜３のいずれかに記載の電池パックの筐体。
5. 前記筐体は、前記車両の座席の下に搭載される、請求項１〜４のいずれかに記載の電池パックの筐体。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の筐体を用いた電池パック。

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