JP6589090B2 - 電池パックの補強構造 - Google Patents

Description

本発明は、電動車両の後部床下に搭載される電池パックの補強構造に関する。

近年、モータを走行用駆動源とする電気自動車やハイブリッド電気自動車等の電動車両が、広く普及されてきている。このような電動車両においては、走行距離の延長化を図るため、モータに電力を供給するための電池を、数多く備えるようにしており、それらの電池は、保護容器となる電池パックに収納された状態で、搭載されている。

また、電池パック内に複数の電池を収納すると、当該電池パックの大型化や重量化を招くことになる。このため、電動車両においては、車両の低重心化や室内容量の確保等の観点から、電池パックを車両後部や車両下部に搭載することが、一般的となっている。そして、このような、従来の電池パックの車載構造としては、例えば、特許文献１に開示されている。

上記従来の車載構造においては、電池パックを後部床下に搭載しており、このような電動車両が後面衝突すると、電池パックに対して、その衝撃力が、車両後方側から直接的に作用することになる。これにより、床面に懸架された電池パックにおいては、特に、その底部が大きく変形してしまい、収納された電池にも、被害が及ぶおそれがある。

そこで、従来から、電池パックにおいては、衝撃による変形を抑えるため、強度や剛性を向上させるための補強が施されている。そして、このような、従来の電池パックの補強構造としては、例えば、特許文献２に開示されている。

特開２０１３−１９９１９６号公報 特開２０１４−１９２０３号公報

しかしながら、上記従来の補強構造においては、電池パック自体に補強を施しているものの、その内部に収納された電池の固定位置については、何ら講じられていない。つまり、電池パックを補強しても、その内部に収納する電池の固定位置が、脆弱な部位となってしまっては、電池を衝撃から十分に保護することができないおそれがある。

従って、本発明は上記課題を解決するものであって、底部の補強を図ると共に、収納した電池の固定位置を改善することにより、底部の変形を抑えつつ、電池を十分に保護することができる電池パックの補強構造を提供することを目的とする。

上記課題を解決する第１の発明に係る電池パックの補強構造は、
電動車両の後部に前記電動車両を駆動するための電池を収納する電池パックの補強構造において、
前記電池パックの底部を構成するトレーと、
前記トレーの後部に設けられ車幅方向に延設するビーム部材と、
前記トレーにおける底面と内壁面とがなす内側角部と対向するように、前記トレー内に嵌装され、前記底面及び前記内壁面との間で形成した閉断面を、前記内側角部全周に亘って環状に形成され、前記底面に接合される底板部と、前記底板部の外縁部を基点として前記底面から離間する方向に延びた後、前記内壁面に向かう方向に延びるように、折り曲げられ、前記閉断面を前記内側角部全周に亘って環状に形成する環状折曲部とを有する第１補強部材と、
前記環状折曲部の環内に配置され、前記環状折曲部における少なくとも２点間を車両前後方向で連結する第２補強部材を備え、
前記電池を、前記第１補強部材及び前記第２補強部材に固定する
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第２の発明に係る電池パックの補強構造は、
前記第２補強部材は、
車両前後方向に沿って上方に向けて突出する凸部と、
前記凸部の車幅方向両側部に前記底板部と対接可能に形成されるフランジ部と、
前記凸部及び前記フランジ部の車両前後方向両端部に前記環状折曲部と対接可能に形成される平板部とで構成される
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第３の発明に係る電池パックの補強構造は、
前記電池を、前記第２補強部材の前記凸部の頂面に固定する
ことを特徴とする。

従って、本発明に係る電池パックの補強構造によれば、トレーとの間で形成した閉断面をその内側角部全周に亘って環状に形成する第１補強部材に、電池を固定することにより、トレーに衝撃力が作用した場合でも、トレーの底部の変形を抑えつつ、電池を十分に保護することができる。

本発明に係る電池パックの補強構造を適用した電動車両の後部床下の外観斜視図である。 本発明に係る電池パックの補強構造を適用した電動車両の後部床下の下面図である。 上カバーが取り外された状態の電池パックの後方斜視図である。 図３のＡ−Ａ矢視断面図であって、電池パックの縦断面図である。 図３のＢ−Ｂ矢視断面図であって、電池パックの横断面図である。 電池モジュールが収納された状態のトレーの平面図である。 電池モジュールが取り外された状態のトレーの平面図である。 トレーの斜視図である。

以下、本発明に係る電池パックの補強構造について、図面を用いて詳細に説明する。

図１及び図２に示すように、モータの駆動力によって走行する電動車両１の後部には、左右一対の後輪１２が、回転可能に支持されている。そして、後輪１２の後方には、電池パック１１が搭載されており、この電池パック１１内には、後述する、蓄えた電力を上記モータに供給するための電池セル（電池）３１が、複数個収納されている。

また、電動車両１の後部には、荷室の床面を構成するリヤフロアパネルが設けられており、このリヤフロアパネルの下面における車幅方向両側部には、左右一対のサイドメンバ１４が支持されている。このサイドメンバ１４は、車両前後方向に延設しており、その前端部には、左右一対のシャシメンバ１５の後端部が接続されている。

シャシメンバ１５は、前端部及び後端部が、最も車幅方向外側に配置されており、車両前後方向中間部が、最も車幅方向内側に配置されている。つまり、シャシメンバ１５は、前端部及び後端部から中間部に向かうに従って、車幅方向内側に向けて湾曲するように形成されている。更に、互いに接近した中間部同士の間には、シャシクロスメンバ１６が設けられている。

これに対して、後輪１２は、サスペンションアーム１３の先端部において、上下方向に回動可能に支持されている。そして、サスペンションアーム１３の基端側は、二股状に形成されている。このとき、前側の基端部は、シャシメンバ１５の中間部において、上下方向に回動可能に支持されており、後側の基端部は、シャシクロスメンバ１６の側部において、上下方向に回動可能に支持されている。

一方、サイドメンバ１４の後端部間には、リヤバンパリンフォース１７が支持されており、このリヤバンパリンフォース１７は、車幅方向に延設している。なお、リヤバンパリンフォース１７の後面側には、リヤバンパが取付可能となっている。

そして、サイドメンバ１４の車両前後方向中間部間には、電池パック１１が取り付けられている。

よって、電池パック１１の車両前方側には、シャシメンバ１５及びシャシクロスメンバ１６が配置されている。また、電池パック１１の車両後方には、リヤバンパリンフォース１７が配置されている。更に、電池パック１１の車幅方向両側方には、サイドメンバ１４が配置されている。つまり、電池パック１１は、その周囲が、サイドメンバ１４、シャシメンバ１５、シャシクロスメンバ１６、及び、リヤバンパリンフォース１７によって囲まれると共に、その底部（後述する、トレー４２）が、上記リヤフロアパネル及びリヤバンパリンフォース１７よりも下方に位置するように、配置されている。

次に、電池パック１１の構成について、図１から図８を用いて詳細に説明する。

図１から図５に示すように、保護容器となる電池パック１１は、当該電池パック１１の底部を形成するトレー４２と、このトレー４２の蓋部材となる上カバー４１とを有しており、上カバー４１の下開口端部とトレー４２の上開口端部とは、フランジ接合されている。接合された上カバー４１とトレー４２との内部には、収納空間が形成されており、収納空間内には、複数の電池モジュール（電池）３０を収納可能となっている。

また、トレー４２の車幅方向両側部には、左右一対のフレーム部材４３が設けられており、このフレーム部材４３は、車両前後方向に延設している。そして、フレーム部材４３の車幅方向外面には、ブラケット４５が支持されており、これらブラケット４５は、サイドメンバ１４の下面に、ボルトによって固定されている。

更に、トレー４２の後側外面には、ビーム部材４４が設けられている。このビーム部材４４は、車幅方向に延設すると共に、リヤバンパリンフォース１７よりも下方に配置されている。そして、ビーム部材４４の車幅方向両端部は、フレーム部材４３の後端部に支持されている。

即ち、トレー４２の左右両側部は、フレーム部材４３によって補強されており、トレー４２の後部は、ビーム部材４４によって補強されている。

ここで、図３から図８に示すように、上カバー４１及びトレー４２は、椀状に形成されており、プレス機械等による深絞り加工によって、１枚の金属板から成形されている。このうち、トレー４２の内側には、当該トレー４２の底部を補強するための第１補強部材５０及び複数の第２補強部材６０が嵌装されており、これら補強部材５０，６０においても、プレス機械等による絞り加工によって、１枚の金属板から成形されている。

第１補強部材５０は、トレー４２の深さよりも浅い深さで椀状に形成されており、トレー４２の底面４２ａ及び内壁面４２ｂに接合されている。更に、第２補強部材６０は、車両前後方向に延設しており、第１補強部材５０の表面に接合されている。

具体的に、第１補強部材５０は、底板部５１、環状折曲部５２、及び、縦壁部５３から構成されている。

底板部５１は、第１補強部材５０の中心部に形成されており、トレー４２の底面４２ａと対接可能となっている。また、環状折曲部５２は、底板部５１の外縁部全周に亘って、当該底板部５１の外縁部を基点としてトレー４２の底面４２ａから離間する方向に延びた後、トレー４２の内壁面４２ｄに向かう方向に延びるように、折り曲げられて形成されており、底面４２ａと内壁面４２ｂとがなす内側角部４２ｃと対向可能となっている。更に、縦壁部５３は、環状折曲部５２の外縁部全周に亘って、その外縁部から立設するように形成されており、トレー４２の内壁面４２ｂと対接可能となっている。

従って、第１補強部材５０をトレー４２の内側に嵌装する場合には、第１補強部材５０をトレー４２内に挿入した後、底板部５１を底面４２ａと接合すると共に、縦壁部５３を内壁面４２ｂと接合する。このとき、環状折曲部５２は、トレー４２の底部を構成する内側角部４２ｃと対向すると共に、底面４２ａ及び内壁面４２ｂとの間において、閉断面を形成する。これにより、その閉断面は、内側角部４２ｃの全周に亘って、環状に形成されることになる。なお、詳細は後述するが、環状折曲部５２の環状上面５２ａは、電池モジュール３０を固定するための固定用座面となっている。

また、第２補強部材６０は、凸部６１、フランジ部６２、及び、平板部６３から構成されている。

凸部６１は、第２補強部材６０の車幅方向中央部において、車両前後方向（長手方向）に沿って、上方に向けて突出するような凸状に形成されている。また、フランジ部６２は、凸部６１の車幅方向両側部において、車両前後方向に沿って形成されており、第１補強部材５０の底板部５１と対接可能となっている。更に、平板部６３は、第２補強部材６０（凸部６１及びフランジ部６２）車両前後方向両端部において、平板状に形成されており、第１補強部材５０の環状折曲部５２及び縦壁部５３と対接可能となっている。つまり、平板部６３は、凸部６１及びフランジ部６２の車両前後方向両端部を、面一に板状にして、上方に向けて折り曲げたような部位となっている。

従って、第２補強部材６０をトレー４２の内側に嵌装する場合には、先ず、第２補強部材６０を、トレー４２に接合された第１補強部材５０内に挿入した後、その長手方向を車両前後方向に一致させる。次いで、フランジ部６２を、底面４２ａ及び底板部５１と重合接合する。これと同時に、平板部６３を、環状折曲部５２の環状上面５２ａと接合すると共に、内壁面４２ｂ及び縦壁部５３と重合接合する。これにより、第２補強部材６０は、環状折曲部５２の環内（内側）において、少なくとも、その車両前方側の部位と車両後方側の部位との２点間を、直線的に連結することになる。なお、詳細は後述するが、凸部６１の凸面（頂面）６１ａは、電池モジュール３０を固定するための固定用座面となっている。

なお、図３から図７に示すように、電池モジュール３０は、例えば、電池セル３１を８個並設して、それらの電極を直列にまとめたものを１個の固体とするものであり、電池パック１１内には、１２個の電池モジュール３０が収納されている。そして、それらの電池モジュール３０は、配列用ブラケット３２によって、上下方向に３段で積み重ねられると共に、車幅方向に４列で並べられるような、配列状態となっている。

配列用ブラケット３２は、上下３段で、且つ、横４列の配列状態となる電池モジュール３０の周囲を取り囲むように設けられており、格子状をなす前側ブラケット３２ａ、後側ブラケット３２ｂ、左側ブラケット３２ｃ、右側ブラケット３２ｄ、及び、連結ブラケット３２ｅから構成されている。

ブラケット３２ａ〜３２ｄは、断面形状がＬ字形をなす横格子部材を上下３段に配置したものであって、上記配列状態で配列された電池モジュール３０における前面側、後面側、左側面側、及び、右側面側を、それぞれ支持している。そして、連結ブラケット３２ｅは、断面形状がＬ字形をなす縦格子部材を四隅に配置したものであって、ブラケット３２ａ〜３２ｄの一端同士及び他端同士を上下方向において連結している。

更に、配列用ブラケット３２の上部は、複数の固定用ブラケット７１によって、トレー４２の内壁面４２ｂに固定されている。また、配列用ブラケット３２の下部は、複数の固定用ブラケット７２によって、補強部材５０，６０に固定されている。

詳細には、ブラケット３２ｂ，３２ｃ，３２ｄにおける中段に位置する横格子部材は、固定用ブラケット７１によって、トレー４２の内壁面４２ｂに固定されている。また、ブラケット３２ａ，３２ｂにおける最下段に位置する横格子部材は、固定用ブラケット７２によって、凸部６１の凸面６１ａに固定されている。更に、ブラケット３２ｃ，３２ｄにおける最下段に位置する横格子部材は、環状折曲部５２の環状上面５２ａに固定されている。即ち、配列用ブラケット３２によって配列された複数の電池モジュール３０は、固定用ブラケット７２を介して、環状上面５２ａ及び凸面６１ａに固定されている。

このとき、上記配列状態で配列された複数の電池モジュール３０をトレー４２内に収納する際には、それらの電池モジュール３０は、全体として、トレー４２内の車両後方側に固定されている。これにより、トレー４２内の車両前方側には、補機収納空間４２ｄが確保されている。この補機収納空間４２ｄ内には、電池モジュール３０（電池セル３１）の電力供給に関わる電子機器が収納されており、例えば、電流センサ、漏電センサ、ヒューズ、サービスプラグ、電池モジュール３０同士を結ぶ結線装置、及び、電池モジュール３０とインバータ等の機器との接続を遮断する遮断装置等が、設置されている。

従って、本発明に係る電池パックの補強構造によれば、第１補強部材５０をトレー４２内に嵌装して、底面４２ａ、内壁面４２ｂ、及び、環状折曲部５２によって形成された閉断面を、内側角部４２の全周に亘って、環状に形成することにより、トレー４２の底部を補強することができる。また、電池モジュール３０を、その環状折曲部５２の環状上面５２に固定して、電池モジュール３０の固定位置を補強した位置に設定することにより、電池モジュール３０を強固に固定することができる。これにより、電動車両１が後面衝突して、後部床下に搭載した電池パック１１に対して、衝撃力が車両後方側から直接的に作用した場合でも、トレー４２の底部の変形を抑えつつ、電池パック１１を十分に保護することができる。

更に、第２補強部材６０を環状折曲部５２の環内に嵌装し、環状折曲部５２における少なくとも２点間を車両前後方向において直線的に繋ぐことにより、環状折曲部５２を補強することができるだけでなく、第２補強部材６０の延設方向（長手方向）と、後面衝突時に発生する衝撃力の作用方向とを一致させることができる。これにより、第２補強部材６０の剛性によって、更にその衝撃力に耐えることができるので、トレー４２の底部の変形を効果的に抑えることができる。なお、第２補強部材６０を嵌装する場合には、その延設方向を車両前後方向に必ずしも一致させる必要はなく、その延設方向を車体前後方向に対して傾斜させても構わない。

また更に、電池モジュール３０を第２補強部材６０の凸面６１ａに固定することにより、電池モジュール３０を強固に固定することができると共に、補機収納空間４２ｄを十分な容量で確保することができる。即ち、固定用ブラケット７２を凸面６１ａに固定することにより、当該固定用ブラケット７２が補機収納空間４２ｄ内の最下部に位置するため、固定用ブラケット７２の電子機器への干渉を防止することができる。

本発明に係る電池パックの補強構造においては、電池を収納するトレーを効果的に補強することができるため、後面衝突時における電動車両の安全性能において、極めて有益に利用することができる。

１ 電動車両
１１ 電池パック
３０ 電池モジュール
３１ 電池セル
３２ 配列用ブラケット
４２ トレー
４２ａ 底面
４２ｂ 内壁面
４２ｃ 内側角部
４２ｄ 補機収納空間
５０ 第１補強部材
５１ 底板部
５２ 環状折曲部
５２ａ 環状上面
５３ 縦壁部
６０ 第２補強部材
６１ 凸部
６１ａ 凸面
６２ フランジ部
６３ 平板部
７１，７２ 固定用ブラケット

Claims (3)

1. 電動車両の後部に前記電動車両を駆動するための電池を収納する電池パックの補強構造において、
   前記電池パックの底部を構成するトレーと、
   前記トレーの後部に設けられ車幅方向に延設するビーム部材と、
   前記トレーにおける底面と内壁面とがなす内側角部と対向するように、前記トレー内に嵌装され、前記底面及び前記内壁面との間で形成した閉断面を、前記内側角部全周に亘って環状に形成され、前記底面に接合される底板部と、前記底板部の外縁部を基点として前記底面から離間する方向に延びた後、前記内壁面に向かう方向に延びるように、折り曲げられ、前記閉断面を前記内側角部全周に亘って環状に形成する環状折曲部とを有する第１補強部材と、
   前記環状折曲部の環内に配置され、前記環状折曲部における少なくとも２点間を車両前後方向で連結する第２補強部材を備え、
   前記電池を、前記第１補強部材及び前記第２補強部材に固定する
   ことを特徴とする電池パックの補強構造。
2. 請求項１に記載の電池パックの補強構造において、
   前記第２補強部材は、
   車両前後方向に沿って上方に向けて突出する凸部と、
   前記凸部の車幅方向両側部に前記底板部と対接可能に形成されるフランジ部と、
   前記凸部及び前記フランジ部の車両前後方向両端部に前記環状折曲部と対接可能に形成される平板部とで構成される
   ことを特徴とする電池パックの補強構造。
3. 請求項２に記載の電池パックの補強構造において、
   前記電池を、前記第２補強部材の前記凸部の頂面に固定する
   ことを特徴とする電池パックの補強構造。

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