JP6065692B2 - 電池パック - Google Patents

Description

本発明は、電池モジュールを格納して車両に搭載される電池パックに関する。

車両に搭載される電池パックは、複数の電池モジュールと、それら電池モジュールを格納するケースを備えている。ケースは、トレイとカバーとを有し、メンテナンスなど電池モジュールを取り出す必要が生じたときに開放できるように作られている。電池モジュールが設置されている内部に水が浸入しないように、ケースは、トレイとカバーとの間にシール部材を有している。

特許文献１に記載された車両用バッテリケースは、トレイ及びカバーを樹脂で形成している。トレイ及びカバーは、互いの接合部となる縁にトレイ側周縁部及びカバー側周縁部を有している。トレイとカバーとの間の防水性を確保するために、トレイ側周縁部とカバー側周縁部との間に、シール部材が取り付けられる。シール部材による密閉性を高めるために、トレイ側周縁部とカバー側周縁部との間の締め付け強度が必要である。特許文献１では、この接合部を挟み込む補強部材を別途設けている。この補強部材は、トレイ側周縁部に下から装着される第１板金プレートと、カバー側周縁部に上から装着される第２板金プレートと、で構成される。第１板金プレートと第２板金プレートとをボルトで締め付けることによって、シール部材をトレイ側周縁部とカバー側周縁部との間に挟んでいる。

特許文献２に記載された電子装置の筐体構造は、防水性を有した接合構造として、ケースとカバーの間に接合部を有している。ケースは、開口部の周囲に環状の凸状部を有し、カバーは、この凸状部に嵌合する凹状部を有している。ケースとカバーとの間の接合部の密閉性を確保するために、断面形状がＵ字状であるパッキンが凸状部に装着され、凹状部に挿入される。パッキンは、凸状部の先端面と凹状部の底面との間で、ケースとカバーとが互いに組み合わされる方向に圧縮されることによって、接合部を密閉している。ケースは、爪となるフープ形状の係合穴を有し、カバーは、係合穴に嵌る位置に突起を有している。ケースとカバーとは、係合穴と突起が係合されることによって、連結されている。

また、特許文献３に記載された車載用容器は、ワイヤハーネスを保護するプロテクタである。プロテクタは、ワイヤハーネスを外周から包み込むように構成されており、下部容器と上部容器とを備えている。下部容器の側壁に形成されたロック枠に、上部容器の側壁から下方に延びたロック爪を差し込むことで、下部容器と上部容器とが連結されている。ロック枠にロック爪を差し込む際の作業性を改善するために、専用の治具が使用されている。

特開２０１１−１４６２８９号公報 特許第５０６２１０７号公報 特開２０１１− １５５７７号公報

ところで、特許文献１のように補強部材でシール部材の周辺を押さえ込む場合、シール部材が挿入されたトレイ側周縁部及びカバー側周縁部のさらに外周に補強部材及びこれを締め付ける締結部材を配置しなければならない。シール部材の全長にわたって均質な荷重を掛けるためには、シール部材から締結部材までの距離に応じたモーメントに抗う十分な剛性が補強部材に必要となる。

電池パックのケースのシール部の構造が特許文献１のような構造である場合、トレイ側周縁部及びカバー側周縁部のさらに外周に補強部材が取り付けられるので、電池パックが嵩張ってしまう。そして、電池パックを設置するためのスペースは、電池パックの中に格納された電池セルの容積に比べて、補強部材の分だけより大きな設置スペースが必要になる。また、補強部材に充分な剛性を持たせるために、板厚を増やしたりリブを設けたりすることは、重量の増加や製造コストの増加を招く。

補強部材を設ける代わりに、特許文献２に記載された係合穴と突起による結合構造や特許文献３に記載されたロック枠とロック爪による結合構造を採用することが考えられる。その場合、修理やメンテナンスのために分解することを考慮すると、これらの結合構造は、トレイ側周縁部及びカバー側周縁部の外周に配置される。したがって、特許文献１の場合と同様に、シール部材からの距離に応じたモーメントがトレイ側周縁部及びカバー側周縁部の基部に加わる。このようなモーメントは、トレイやカバー及びシール部材の製造寸法公差とともに、トレイ及びカバーを変形させる要因となる。トレイ及びカバーが変形すると、これらの間のシール性能も低下してしまう。

また、特許文献２や特許文献３のようないずれの結合構造を採用する場合においても、結合構造がトレイ及びカバーに合成樹脂で一体に成形される場合、必要な締め付け強度を確保するために、結合部の数を増やさなければならない。しかしこの場合でも、締め付け力が各結合部に均等に加わるようにしなければならないので、結合部の数を増やすとその分だけ高い精度が要求されるようになる。また、結合部の数が多いと組立て及び分解の時に作業し難い。

そこで、本発明は、シール性能を確保しつつ、低コストで組立作業性に優れた電池パックを提供する。

本発明に係る一実施形態の電池パックは、複数の電池モジュールと、電池モジュールが搭載されるトレイと、電池モジュールを覆ってトレイに組み合わされるカバーと、トレイとカバーとの間に設置されるシール部材と、を備える。トレイは、カバーに向かって開いた環状溝と、環状溝より外方のトレイの外面に形成された係合受部と、係合受部より外方に開口部を形成する枠部と、を有する。カバーは、環状溝に挿入される環状楔と、環状楔よりも外方に延びたフランジと、フランジからトレイに向かって延びており開口部を通して係合受部に係止されるフックと、を有する。フックは、係合受部に係止する先端部と、先端部よりも厚みが大きく係合受部から離れた側の開口部の内周面に当接する基部と、基部と先端部との間に設けられ基部から先端部に向かうにしたがって係合受部から離れた側の開口部の内周面から離れる傾斜部と、を有する。シール部材は、環状溝と環状楔との間に挿入される。

このとき、フックは、環状楔に向かって突出した鉤部を先端部に有している。また、カバーは、トレイの枠部よりも外方にフランジの外周端からフックと同じ側へ延びるスカート、をさらに備える。スカートの長さは、環状楔の長さよりも大きい。または、スカートの長さは、環状溝の深さよりも大きい。または、スカートの長さは、フックの長さよりも大きい。また、カバーは、トレイから離れる方向へ環状楔の基部から延びた外周壁と、フックが位置する範囲のフランジとこの外周壁との間に設けられた補強リブと、を有する。

本発明に係る一実施形態の電池パックによれば、トレイに環状溝を有し、カバーに環状楔を有し、シール部材が装着された環状溝に環状楔が挿入される。カバーをトレイに組み合わせる場合、カバーを押さえ込む力は、環状楔に直線的に作用する。密閉性を高めるためにシール部材を扁平させる大きな力を加えやすい。また、トレイの枠部に形成された開口部に挿入されてトレイの係合受部に係合するフックは、係合受部に係止する先端部と、この先端部よりも厚みが大きく係合受部から離れた側の開口部の内周面に当接する基部と、基部と先端部との間に設けられ基部から先端部に向かうにしたがって係合受部から離れた側の開口部の内周面から離れる傾斜部とを有している。フックの先端部には基部を中心とする回転モーメントが作用するので、基部が上記形状に構成されていることで、係合受部に対するフックの係止状態をより強固に保持することができ、シール性能を確保できる。そして、フックには、傾斜部が設けられるので、フックを開口部に挿入する際にフックの先端部をトレイの係合受部に案内しやすく、組立作業を円滑に行うことができる。

環状楔に向かって突出した鉤部をフックの先端部に有した発明の電池パックによれば、トレイとカバーとを組み合わせる方向に交差する方向へ、鉤部と係合受部との係合部からシール部材までの距離が近くなる。トレイとカバーとの接合部に作用する回転モーメントが小さくなるので、環状楔の変形を抑制することができ、組み合わされた後もトレイとカバーとの接合部の密閉性が良好な状態に維持される。

トレイの枠部よりも外方にフランジの外周端から前記フックと同じ側へ延びるスカートをカバーに備える発明の電池パックによれば、カバーとトレイとの間に水や砂が侵入するのを抑制する。カバーをトレイに組み合わせた状態において、カバーの上から水や砂等がかかっても、それらをトレイよりも外側へ案内する。また、電池パックが冠水した状態になっても、シール部材からスカートの先端までの間に溜まっている空気によって、環状溝へ水が浸入することを抑制できる。このとき、スカートの長さが環状楔の長さよりも大きいこととした発明の電池パックによれば、カバーを取り外して仮置きした場合に環状楔に物が直接当たらないように保護することができる。さらに、スカートの長さが環状溝の深さよりも大きいこととした発明の電池パックによれば、スカートの先端からシール部材までの間の容積が増えるので、冠水した場合に水が浸入するのを抑制する効果が増す。また、スカートの長さがフックの長さよりも大きいこととした発明の電池パックによれば、電池パックを車両に搭載して利用する場合に飛び石などの異物がフックに直接あたることを防止できるとともに、カバーを取り外して仮置きした場合にフックを保護することができる。

フックが位置する範囲のフランジの上面と外周壁の間に補強リブを有する発明の電池パックによれば、トレイとカバーとを組み合わせる際にフックに作用する回転モーメントによって環状楔が変形することを防止できる。

本発明に係る第１の実施形態の電池パックを搭載する車両を示す斜視図。 図１の電池パックの分解斜視図。 図１の電池パックのカバーを外した平面図。 図３中のＦ４−Ｆ４線に沿う電池パックの断面図。 図１の電池パックのフックの周辺を一部切り欠いて示す分解斜視図。 図３中のＦ６−Ｆ６線に沿うトレイとカバーとの接合部の断面図。 図３中のＦ７−Ｆ７線に沿うトレイとカバーとの接合部の断面図。 図１の電池パックのフックの周辺を示す斜視図。 図６の電池パックが冠水した状態を示す断面図。 本発明に係る第２の実施形態の電池パックのフック周辺を示す断面図。

本発明に係る第１の実施形態の電池パック１について、車両１００に搭載した場合を例に、図１から図９を参照して説明する。図１に示す車両１００は、この電池パック１を２つ搭載している。車両１００は、電気自動車あるいはハイブリッド車両のいずれでもよい。本実施形態において、車両１００は、前輪１０１の間、及び後輪１０２の間にそれぞれ１つずつ電池パック１を配置している。

なお、この明細書における説明の便宜上、車両１００の進行方向を基準に運転者から見て「前」、「後」、「右」、「左」をそれぞれ定義し、重力を基準に「上」、「下」を定義する。また、電池パック１の中心に向かう方向を「内」、電池パック１から離れる方向を「外」と呼ぶこともある。図１において、２つの電池パック１は、いずれも寸法の長い方向が車幅方向に沿ういわゆる「横置き」に配置されている。車両１００の各部品のレイアウトに応じて、電池パック１は、寸法の長い方向が進行方向に沿ういわゆる「縦置き」に配置されてもよい。

電池パック１は、図２に示すように、電池モジュール２と、トレイ３と、カバー４と、シール部材５と、サポートとなる板金井桁２０とを備える。この電池パック１は、板金井桁２０を介して車両１００のサイドメンバやクロスメンバなどのフレーム構造体に固定される。電池モジュール２は、複数、本実施形態では３つ並べて配置されている。各電池モジュール２は、複数の電池セルによって構成されている。

トレイ３は、底壁３１及び下部外周壁３２を有しており、下部外周壁３２で囲われた内側にリブ３３で仕切られた複数の収納部３４を有している。各収納部３４にそれぞれ電池モジュール２が搭載される。このトレイ３は、圧縮応力に対して高い強度を有した合成樹脂、本実施形態ではガラス繊維強化ポリプロピレン（ＰＰＧＦ）で一体に成形されている。トレイ３は、さらに、図２及び図３に示す環状溝３５と、図７に示す係合受部３６と、枠部としてのタブ３８１とを有している。環状溝３５は、下部外周壁３２の上端に上方に向かって開いた状態に形成され、係合受部３６は、環状溝３５よりも下方の位置の下部外周壁３２の外面に形成される。タブ３８１については、後述する。

本実施形態の場合、図２、図３、図６及び図７に示すように、トレイ３は、下部外周壁３２の上端にフランジ３７を有しており、このフランジ３７の上面に上方へ向かって開いた環状溝３５が形成されている。また、係合受部３６は、図７に示すようにフランジ３７の下面外周縁に設けられる。なお、下部外周壁３２の上端面に環状溝３５を形成する十分な幅をトレイ３が有している場合、フランジ３７は設けられなくてもよい。ただしその場合、係合受部３６は、下部外周壁３２の外周面に別途形成される。

トレイ３は、リブ３３の近傍の下部外周壁３２の内側に台座３２１を有している。各台座３２１にはアンカーが埋設されている。電池モジュール２は、図２に示すようにブラケット２１を介して台座３２１に固定される。

カバー４は、図２及び図４に示すように上壁４１及び上部外周壁４２を有しており、電池モジュール２の上部を覆ってトレイ３に組み合わされる。このカバー４は、トレイ３と同様に合成樹脂、本実施形態では繊維強化ポリプロピレン（ＰＰＦＧ）で形成され、図６及び図７に示すように、環状楔４３と、フランジ４４と、フック４５と、補強リブ４６と、スカート４７とを有している。

環状楔４３は、上部外周壁４２の下端からその延長上へ下方に延びており、トレイ３の環状溝３５に挿入される。フランジ４４は、上部外周壁４２の下端から外方へ、トレイ３の上端部のフランジ３７の外周を超えて延びている。フック４５は、フランジ４４の周方向に複数か所、本実施形態では、長方形に形成されたフランジ４４の各辺に２つずつ、全部で８か所に配置されている。フック４５は、図５及び図７に示すようにトレイ３側に向かって延びており、すなわち、フランジ４４の下面から下方へ延びており、それぞれ対応して配置された係合受部３６に係止される。

フック４５は、先端部４５１と基部４５２と傾斜部４５３とを備える。先端部４５１は、係合受部３６に係止する。本実施形態の場合、図５及び図７に示すようにフック４５の先端部４５１は、環状楔４３に向かって内方へ突出した鉤部４５１Ａを有している。基部４５２は、フランジ４４側に形成され、先端部４５１が変位する方向にこの先端部４５１よりも厚みが大きい。フック４５の基部４５２は、鉤部４５１Ａと反対側、すなわち外方へ厚みを有している。

トレイ３は、図２、図３、図５及び図７に示すように、フック４５の基部４５２を内方へ向けて保持するストッパ３８を有している。本実施形態の場合、係合受部３６の外方に開口部となるスロット３８２を形成する枠部（タブ３８１）を有している。このタブ３８１は、下部外周壁３２の上端から外方へ延ており、フック４５が通される開口部となるスロット３８２が設けられている。そして、係合受部３６から離れた側のスロット３８２の内周面（開口端）がストッパ３８として機能する。

フック４５がタブ３８１の開口部であるスロット３８２に基部４５２まで挿入されると、先端部４５１は、係合受部３６に係合し、基部４５２は、開口部の内周面のストッパ３８に当接する。フック４５の先端部４５１が変位する方向へ基部４５２の寸法を大きくしているので、フック４５が通されたスロット３８２の内周面をストッパ３８として利用することができる。複数あるフック４５のそれぞれに基部４５２が設けられていることによって、トレイ３に対してカバー４が位置決めされる。

また、図５及び図７に示すように、フック４５は、基部４５２と先端部４５１との間に傾斜部４５３を有している。この傾斜部４５３は、基部４５２から先端部４５１に向かうにしたがって、ストッパ３８から離れるように形成されている。本実施形態の場合、フックは、中実であるので、基部４５２から先端部４５１に向かうにしたがって、傾斜部４５３の厚みはなだらかに減少する。この傾斜部４５３は、フック４５の先端部４５１と基部４５２との間に設けられたリブであってもよい。傾斜部４５３が設けられていることによって、ストッパ３８が基部４５２へ案内されやすくなる。また、先端部４５１が変位する際に局部的な応力集中を避けることができる。

さらにカバー４は、図５、図７及び図８に示すように、フック４５が位置する範囲のフランジ４４の上面と上部外周壁４２との間に補強リブ４６を有している。本実施形態の場合、補強リブ４６の稜線４６１の延長上には、フック４５の基部４５２及びストッパ３８が配置されている。カバー４をトレイ３に組み合わせる際にカバー４の上壁４１を押すと共にフック４５の先端部４５１が変位することによって、上部外周壁４２の下端を中心とする回転モーメントが発生する。この電池パック１では、シール部材５に当接する環状楔４３が上部外周壁４２の延長上にあると共に、基部４５２及び補強リブ４６が形成されているので、カバー４が変形すること、すなわち環状楔４３が変形することを抑制することができる。

さらにカバー４は、図４から図９に示すように、下部外周壁３２の上端よりも外方に位置するフランジ４４の外周端から下方に延びるスカート４７を備えている。このスカート４７は、少なくとも環状楔４３の先端よりも低い位置まで、本実施形態の場合は環状溝３５の底部よりも低い位置まで、延びている。修理やメンテナンスのためにトレイ３からカバー４を取り外して仮置きするような場合、スカート４７が設けられていることによって、環状楔４３に物が直接当たらないように保護することができる。

シール部材５は、トレイ３とカバー４との間、本実施形態の場合、図４、図６及び図７に示すように、環状溝３５と環状楔４３との間に挿入されている。このシール部材５は、本実施形態の場合、トレイ３とカバー４とを組み合わせる前に環状溝３５に液体の状態で供給されるブチルゴムが採用される。このシール部材５が適度に柔らかい状態の間に、カバー４がトレイ３に組み合わされる。シール部材５として、一般的なネオプレンゴム製のОリングであってもよいし、環状溝３５と環状楔４３によって押しつぶされて図６や図７に示されたように扁平する程度にやわらかい材料で作られたパッキンであってもよい。また、断面形状が図６及び図７に示すようなＵ字形のパッキンを採用してもよい。

以上のように構成された電池パック１は、カバー４の上部外周壁４２の下端の延長上に環状楔４３が形成されているので、カバー４を押さえつけるときに上部外周壁４２に伝わる力Ｎが図６に示すように直接的にシール部材５に作用する。したがって、シール部材５が多少固くても、カバー４及びトレイ３を変形させることなく、シール部材５を環状溝３５と環状楔４３との間に強く挟み込み扁平させることができ、トレイ３とカバー４との間に高い密閉性を確保することができる。また、トレイ３に対してカバー４を押さえつけた際に接合部となる環状楔４３及びその周辺が変形しない。つまり、フランジ４４が変形しないことでフック４５の向きが安定するため、トレイ３に対してカバー４を装着する作業が円滑に行われる。

また、フック４５の先端部４５１の鉤部４５１Ａが環状楔４３すなわち内側に向かって突出しているので、トレイ３とカバー４とを組み合わせる方向に対して交差する方向へ、鉤部４５１Ａと係合受部３６との係合部から環状楔４３までの距離が小さくなる。したがって、トレイ３とカバー４との接合部に作用する回転モーメントが小さくなるので、接合部におけるトレイ３とカバー４の変形を小さくすることができる。

つまり、トレイ３とカバー４とが組み合わされた後も、接合部の密閉性が良好な状態に維持される。接合部の密閉性を高めるために補強部材などの別部品を設けなくてもよいので、製造コストを削減することができるとともに、トレイ３にカバー４を装着する作業はフック４５を係合させるだけであるので組立作業の効率もよくなる。

また、電池パック１が車両１００に搭載されている場合、路面から跳ね上がる泥や水がかかることが想定される。このような場合にも、この電池パック１は、カバー４のフランジ４４の外周にスカート４７を備えているので、図８に示すように、水Ｗや泥は、スカート４７によってカバー４の外面に沿って案内されて、トレイ３よりも外へ流される。環状楔４３より長くスカート４７が設けられていることで、メンテナンスなどにおいてカバー４を取り外して仮置きする場合に、床などに直接接触しないように環状楔４３を保護することができる。さらに、水はけの悪い道や豪雨などによって電池パック１が水没することになっても、図９に示すようにスカート４７が設けられていることによって、シール部材５からスカート４７の先端までの間にある空気が下方から上がってくる水Ｗの浸入を抑制することができる。スカート４７の長さが環状溝３５よりも低い位置まで延びていることで、冠水した場合に水が浸入するのを抑制する効果が増す。

本発明に係る第２の実施形態の電池パックについて図１０を参照して説明する。第１の実施形態の電池パック１と同じ機能を有する構成は、図１０中において同じ符号を付すとともに、詳細な説明は、第１の実施形態の対応する記載を参酌する。図１０に示す第２の実施形態の電池パック１は、第１の実施形態の電池パック１と比較して、スカート４７の長さが第１の実施形態の電池パック１のスカート４７よりも長い点が異なっている。その他の構成は、第１の実施形態の電池パック１と同じであるので、各部の詳細は、第１の実施形態を参酌するものとする。

第２の実施形態の電池パック１のカバー４に設けられたスカート４７は、フック４５の先端部４５１よりも低い位置まで延びている。したがって、この電池パック１が車両１００に搭載されている場合、走行中に小石Ｐなどの異物が跳ね上げられた場合でも、図１０に示すように、フック４５に小石Ｐが直接当たらないようにスカート４７で保護することができる。また、修理やメンテナンスのために取り外されたカバー４を仮置きする場合に、環状楔４３及びフック４５が直接接触しないように保護することができる。

１…電池パック、２…電池モジュール、３…トレイ、３２…下部外周壁、３５…環状溝、３６…係合受部、３８１…タブ（枠部）、３８２…スロット（開口部）、３８…ストッパ（係合受部から離れた側の開口部の内周面）、４…カバー、４２…上部外周壁、４３…環状楔、４４…フランジ、４５…フック、４５１…先端部、４５１Ａ…鉤部、４５２…基部、４５３…傾斜部、４６…補強リブ、４７…スカート、５…シール部材。

Claims (7)

1. 複数の電池モジュールと、
   前記電池モジュールが搭載されるトレイと、
   前記電池モジュールを覆って前記トレイに組み合わされるカバーと、
   前記トレイとカバーとの間に設置されるシール部材と、
   を備える電池パックであって、
   前記トレイは、前記カバーに向かって開いた環状溝と、前記環状溝より外方の前記トレイの外面に形成された係合受部と、前記係合受部より外方に開口部を形成する枠部と、
   を有し、
   前記カバーは、前記環状溝に挿入される環状楔と、前記環状楔よりも外方に延びたフランジと、前記フランジから前記トレイに向かって延びており前記開口部を通して前記係合受部に係止されるフックと、を有し、
   前記フックは、前記係合受部に係止する先端部と、前記先端部よりも厚みが大きく前記係合受部から離れた側の前記開口部の内周面に当接する基部と、前記先端部に向かうにしたがって前記内周面から離れる傾斜部と、を有し、
   前記シール部材は、前記環状溝と前記環状楔との間に挿入される
   ことを特徴とする電池パック。
2. 前記フックは、前記環状楔に向かって突出した鉤部を先端部に有する
   ことを特徴とする請求項１に記載された電池パック。
3. 前記カバーは、前記トレイの前記枠部よりも外方に前記フランジの外周端から前記フックと同じ側へ延びるスカート、をさらに備える
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載された電池パック。
4. 前記スカートの長さは、前記環状楔の長さよりも大きい
   ことを特徴とする請求項３に記載された電池パック。
5. 前記スカートの長さは、前記環状溝の深さよりも大きい
   ことを特徴とする請求項３に記載された電池パック。
6. 前記スカートの長さは、前記フックの長さよりも大きい
   ことを特徴とする請求項３に記載された電池パック。
7. 前記カバーは、前記トレイから離れる方向へ前記環状楔の基部から延びた外周壁と、前記フックが位置する範囲の前記フランジと前記外周壁との間に設けられた補強リブと、を有する
   ことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載された電池パック。

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