JP6721654B2 - 電動車両のバッテリパック - Google Patents

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Description

本発明は、複数のバッテリセルを有するバッテリモジュールを収容するバッテリケースの底壁に設けた複数の固定部に蓋部材を固定することで、前記バッテリケースの底壁の下面と前記蓋部材の上面との間に前記バッテリモジュールを冷却する冷媒ジャケットが形成され、前記複数の固定部の少なくとも一部は前記冷媒ジャケットの外側に配置される電動車両のバッテリパックに関する。
内部に複数本の冷却剤流路が形成された板状の冷却剤ライン（冷媒ジャケット）をバッテリの底面に当接させ、この冷却剤ラインを断熱要素を挟んでクランプ要素でバッテリの底面に固定した車両バッテリ用の冷却装置が、下記特許文献１により公知である。
特許第５８４７８１５号公報
ところで、バッテリケースの底壁に設けた固定部に板状の蓋部材を下方からボルトで固定し、バッテリケースの底壁の下面と蓋部材の上面との間にバッテリを冷却するための冷媒ジャケットを構成すれば、冷媒ジャケットの部品点数を最小限に抑えるとともにバッテリパックの上下方向寸法を小型化することができる。
この場合、冷媒ジャケットからの冷媒の漏れを防止すべく、バッテリケースの底壁に蓋部材を強固に固定しようとすると、必然的にボルトの長さが長くなってバッテリケースの固定部が大型化してしまい、そのためにバッテリパックの上下方向寸法の小型化が阻害される問題がある。
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、バッテリパックの上下方向寸法の大型化を回避しながら、バッテリケースの底壁の下面に蓋部材を強固に固定して冷媒ジャケットを構成することを目的とする。
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、複数のバッテリセルを有するバッテリモジュールを収容するバッテリケースの底壁に設けた複数の固定部に蓋部材を固定することで、前記バッテリケースの底壁の下面と前記蓋部材の上面との間に前記バッテリモジュールを冷却する冷媒ジャケットが形成され、前記複数の固定部の少なくとも一部は前記冷媒ジャケットの外側に配置される電動車両のバッテリパックであって、前記固定部における前記バッテリケースの肉厚は該固定部の周囲における前記バッテリケースの肉厚よりも大きく形成され、前記固定部は前記バッテリモジュールの下面に向かって上向きに膨出する膨出部を備え、前記バッテリモジュールの下面は上向きに窪む凹部および下向きに突出する凸部を備え、前記膨出部は前記凹部に対向する位置に配置されることを特徴とする電動車両のバッテリパックが提案される。
また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記冷媒ジャケットの内部における前記膨出部を外れた位置に、前記バッテリケースの底壁の上面と前記バッテリモジュールの下面との間に挟まれる伝熱部材が配置され、前記伝熱部材の上端の高さは前記膨出部の上端の高さよりも高いことを特徴とする電動車両のバッテリパックが提案される。
また請求項３に記載された発明によれば、請求項１または請求項２の構成に加えて、前記バッテリモジュールはその下面を構成する金属製の板状部材を備え、前記板状部材は、前記冷媒ジャケットに対向する部分にその他の部分よりも肉厚が小さい薄肉部を有しており、前記膨出部の少なくとも一部は前記薄肉部の下方に位置することを特徴とする電動車両のバッテリパックが提案される。
また請求項４に記載された発明によれば、請求項３の構成に加えて、前記バッテリモジュールは前記複数のバッテリセルを一体に締結する一対のサイドプレートを備え、前記サイドプレートは前記複数のバッテリセルの側面を覆う本体部と、前記本体部の下端を折り曲げて前記板状部材の下面に重ね合わされる延設部とを有し、前記膨出部は前記延設部と干渉しない位置に配置されることを特徴とする電動車両のバッテリパックが提案される。
また請求項５に記載された発明によれば、請求項４の構成に加えて、前記板状部材は、前記一対のサイドプレートに沿う両側部の板厚が大きく、一対の前記両側部間に挟まれた中央部の板厚が小さく形成されており、前記サイドプレートの前記延設部は前記板状部材の前記両側部の少なくとも一部に重ね合わされることを特徴とする電動車両のバッテリパックが提案される。
また請求項６に記載された発明によれば、請求項１〜請求項５の何れか１項の構成に加えて、前記固定部の下面から上向きに延びるボルト孔が形成され、前記蓋部材は前記ボルト孔に螺合するボルトで前記バッテリケースに固定されることを特徴とする電動車両のバッテリパックが提案される。
また請求項７に記載された発明によれば、請求項１〜請求項６の何れか１項の構成に加えて、前記バッテリケースは金属ダイキャスト製であり、前記固定部は前記バッテリケースと一体に形成されることを特徴とする電動車両のバッテリパックが提案される。
なお、実施の形態のケース本体３１は本発明のバッテリケースに対応し、実施の形態のロアプレート３６は本発明の板状部材に対応し、実施の形態の中央部３６ｃは本発明の薄肉部に対応し、実施の形態のウオータジャケット４５は本発明の冷媒ジャケットに対応する。
請求項１の構成によれば、電動車両のバッテリパックは、複数のバッテリセルを有するバッテリモジュールを収容するバッテリケースの底壁に設けた複数の固定部に蓋部材を固定することで、バッテリケースの底壁の下面と蓋部材の上面との間にバッテリモジュールを冷却する冷媒ジャケットが形成される。複数の固定部の少なくとも一部は冷媒ジャケットの外側に配置され、固定部におけるバッテリケースの肉厚は該固定部の周囲におけるバッテリケースの肉厚よりも大きく形成され、固定部はバッテリモジュールの下面に向かって上向きに膨出する膨出部を備え、バッテリモジュールの下面は上向きに窪む凹部および下向きに突出する凸部を備え、膨出部は凹部に対向する位置に配置されるので、固定部の肉厚を膨出部の分だけ増加させて蓋部材の固定強度を高めながら、膨出部を設けたことによるバッテリパックの上下方向寸法の増加を防止することができる。
また請求項２の構成によれば、冷媒ジャケットの内部における膨出部を外れた位置に、バッテリケースの底壁の上面とバッテリモジュールの下面との間に挟まれる伝熱部材が配置され、伝熱部材の上端の高さは膨出部の上端の高さよりも高いので、伝熱部材でバッテリモジュールの熱を効率的にバッテリケースに逃がして冷却性能を高めるとともに、膨出部がバッテリモジュールの底面と干渉するのを防止することができる。
また請求項３の構成によれば、バッテリモジュールはその下面を構成する金属製の板状部材を備え、板状部材は、冷媒ジャケットに対向する部分にその他の部分よりも肉厚が小さい薄肉部を有しており、膨出部の少なくとも一部は薄肉部の下方に位置するので、膨出部を板部材の凹部である薄肉部に収容してバッテリパックの高さを減少させることができる。
また請求項４の構成によれば、バッテリモジュールは複数のバッテリセルを一体に締結する一対のサイドプレートを備え、サイドプレートは複数のバッテリセルの側面を覆う本体部と、本体部の下端を折り曲げて板状部材の下面に重ね合わされる延設部とを有し、膨出部は延設部と干渉しない位置に配置されるので、サイドプレートの延設部の折り曲げ角が開いてしまった場合でも、延設部が膨出部と干渉することが防止される。
また請求項５の構成によれば、板状部材は、一対のサイドプレートに沿う両側部の板厚が大きく、一対の両側部間に挟まれた中央部の板厚が小さく形成されており、サイドプレートの延設部は板状部材の両側部の少なくとも一部に重ね合わされるので、板厚が大きい板状部材の両側部でサイドプレートの延設部を強固に支持し、バッテリモジュールの剛性を高めることができる。
また請求項６の構成によれば、固定部の下面から上向きに延びるボルト孔が形成され、蓋部材はボルト孔に螺合するボルトでバッテリケースに固定されるので、バッテリケースに蓋部材を簡単かつ強固に固定することができる。
また請求項７の構成によれば、バッテリケースは金属ダイキャスト製であり、固定部はバッテリケースと一体に形成されるので、部品点数を増加させることなく所望の形状の固定部を容易に形成することができる。
プラグインハイブリッド車両の車体側面図である。 図１の２方向矢視図である。 図１の３方向矢視図である。 図３の４−４線断面図である。 図４の５部拡大図である。 バッテリパックの分解斜視図である。
以下、図１〜図６に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、本明細書における前後方向、左右方向（車幅方向）および上下方向は運転席に着座した乗員を基準として定義される。
図１および図２に示すように、前輪駆動のプラグインハイブリッド車両の車体前部には、前輪を駆動する電動モータ１１と、バッテリを充電する発電機を駆動するエンジン１２と、電動モータ１１の駆動を制御するインバータを備えるパワードライブユニット１３とが搭載される。フロアパネル１４の下面には前後方向に延びる左右一対のフロアフレーム１５と、左右のフロアフレーム１５を車幅方向に接続するフロアクロスメンバ１６とが配置されており、これらのフロアフレーム１５およびフロアクロスメンバ１６の下面に電動モータ１１に給電するバッテリパック１７の外郭を構成するバッテリケース１８が固定される。
図６に示すように、バッテリケース１８は、上向きに開放する金属（アルミニウム）ダイキャスト製のケース本体３１と、下向きに開放する金属（アルミニウム）ダイキャスト製のカバー３２とを、それらの外周部において複数のボルト３３で上下方向に結合して構成される。ケース本体３１の底部には８個のバッテリモジュール３４が搭載され、その上部にバッテリ制御装置、ジャンクションボード、セル電圧センサ等の電装部品３５が配置される。
バッテリモジュール３４は、矩形状の金属板よりなるロアプレート３６と、ロアプレート３６の上面に積層状態で載置される複数のバッテリセル３７と、複数のバッテリセル３７の積層方向両端に重ね合わされる一対のエンドプレート３８と、複数のバッテリセル３７および一対のエンドプレート３８の両側面に当接する金属板よりなる一対のサイドプレート３９とを備える。
サイドプレート３９は矩形状の本体部３９ａと、本体部３９ａの下縁から直角に折り曲げられて複数のバッテリセル３７および一対のエンドプレート３８の下面に当接する延設部３９ｂと、本体部３９ａの長手方向両端部から直角に折り曲げられて一対のエンドプレート３８の外面に当接する一対のフランジ部３９ｃとを備えており、フランジ部３９ｃをボルト４０でエンドプレート３８の外面に締結することで、バッテリモジュール３４が組み立てられる。
図３に示すように、各バッテリモジュール３４のロアプレート３６の四隅にはボルト孔３６ａが形成されており、ケース本体３１の底壁３１ａに上向きに固定された４本のスタッドボルト４１にボルト孔３６ａを挿通してナット４２で締結することで、バッテリモジュール３４がケース本体３１の底壁３１ａの上面に固定される。
図３〜図５に示すように、バッテリモジュール３４のロアプレート３６は、サイドプレート３９の延設部３９ｂが当接する厚肉の両側部３６ｂと、相互に平行に延びる一対の両側部３６ｂ間に挟まれた薄肉の中央部３６ｃとを備えており、両側部３６ｂの下面に対して中央部３６ｃの下面は上向きに窪んでいる。したがって、ロアプレート３６の両側部３６ｂの下面は下向きに突出する凸部を構成し、ロアプレート３６の中央部３６ｃの下面は上向きに窪む凹部を構成する。
バッテリケース１８のケース本体３１の底壁３１ａの下面に１枚の金属板よりなる蓋部材４３が複数本のボルト４４で締結されており、その蓋部材４３の上面とケース本体３１の底壁３１ａの下面との間に、冷却水が流れるウオータジャケット４５が形成される。ウオータジャケット４５は８個のバッテリモジュール３４に対応して８個形成され、それらは直列に接続されている（図６参照）。
ケース本体３１の底壁３１ａには蓋部材４３を固定するボルト４４が螺合する複数の固定部３１ｂがウオータジャケット４５の周囲を取り囲むように形成される。ケース本体３１の底壁３１ａの固定部３１ｂは、底壁３１ａのその他の部分に比べて厚肉に形成されており、その固定部３１ｂの上端から、バッテリモジュール３４のロアプレート３６の上向きに窪む中央部３６ｃの下面に向かって膨出部３１ｃが上向きに膨出する。ボルト４４が螺合する雌ねじよりなるボルト孔３１ｄが、固定部３１ｂの下面に開口する。
ケース本体３１におけるウオータジャケット４５の外側に位置する底壁３１ａの上面は、その上方に位置するバッテリモジュール３４のサイドプレート３９の延設部３９ｂの下面との間に、所定の隙間αを有している。またサイドプレート３９の延設部３９ｂの先端は、ケース本体３１の底壁３１ａの膨出部３１ｃと干渉しないように、膨出部３１ｃよりも外側に位置している。
ウオータジャケット４５の内部には、上面がバッテリモジュール３４のロアプレート３６の下面に当接し、下面がケース本体３１の底壁３１ａの上面に当接するシート状、ゲル状あるいはペースト状の伝熱部材４６が配置される。伝熱部材４６の上端の高さＨ２は膨出部３１ｃの上端の高さＨ１よりも高くなっている（図５参照）。
図１および図２に示すように、このように構成されたバッテリパック１７のバッテリケース１８は、カバー３２に形成された車幅方向に延びる凹部３２ａをフロアクロスメンバ１６に下方から嵌合させた状態で、その中央部を下から上に貫通する２本のボルト４７でフロアクロスメンバ１６の下面に締結され、その左右両側部をそれぞれ下から上に貫通する各２本のボルト４８でフロアフレーム１５の下面に締結される。
次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用を説明する。
充電や放電に伴ってバッテリモジュール３４のバッテリセル３７が発熱すると、その熱の一部はバッテリセル３７の底面に接するロアプレート３６に直接伝達され、また他の一部はバッテリセル３７の側面に接するサイドプレート３９を介してロアプレート３６に伝達され、ロアプレート３６を温度上昇させる。ロアプレート３６の熱は、その下面に当接する伝熱部材４６を介してケース本体３１の底壁３１ａに伝達されるとともに、ケース本体３１の底壁３１ａに固定された蓋部材４３にも伝達され、温度上昇したケース本体３１の底壁３１ａおよび蓋部材４３は、それらの間に形成されたウオータジャケット４５の内部を流れる冷却水により冷却され、これによりバッテリモジュール３４が冷却されてバッテリセル３７の劣化が防止される。
ケース本体３１の底壁３１ａに蓋部材４３を締結するボルト４４はウオータジャケット４５の周囲を囲むように配置されており、これらのボルト４４の締結力でウオータジャケット４５からの冷却水の漏れが防止される。ボルト４４が充分な締結力を発揮するには、そのボルト４４が充分な長さを有することが必要であるが、ボルト４４が螺合するボルト孔３１ｄが形成される固定部３１ｂを他の部分に比べて厚肉に形成し、かつ固定部３１ｂの上端から膨出部３１ｃを上向きに膨出させたことで、充分な長さのボルト４４を使用可能にして必要な締結力を得ることができる。
固定部３１ｂの上端から膨出部３１ｃを上向きに膨出させると、膨出部３１ｃとの干渉を避けるためにバッテリモジュール３４のロアプレート３６の位置が高くなってしまい、その分だけバッテリパック１７の上下方向寸法が増加する問題がある。しかしながら、本実施の形態によれば、バッテリモジュール３４のロアプレート３６が厚肉の両側部３６ｂと、両側部３６ｂから上向きに窪んで凹部を構成する薄肉の中央部３６ｃとを備え、ロアプレート３６の膨出部３１ｃはロアプレート３６の前記凹部に嵌合するので、ロアプレート３６の位置を低くしてバッテリパック１７の上下方向寸法の増加を回避することができる。このとき、伝熱部材４６の上端の高さＨ２は膨出部３１ｃの上端の高さＨ１よりも高いため、膨出部３１ｃの上端がロアプレート３６と干渉するのが防止される。
またバッテリモジュール３４のロアプレート３６は、両側部３６ｂの板厚が大きく、中央部３６ｃの板厚が小さく形成されており、バッテリモジュール３４のサイドプレート３９の延設部３９ｂはロアプレート３６の両側部３６ｂの下面に重ね合わされるので、板厚が大きいロアプレート３６の両側部３６ｂでサイドプレート３９の延設部３９ｂを強固に支持し、バッテリモジュール３４の剛性を高めることができる。
しかもケース本体３１の膨出部３１ｃはバッテリモジュール３４のサイドプレート３９の延設部３９ｂと干渉しない位置に配置されるので、経年変化等によりサイドプレート３９の延設部３９ｂの折り曲げ角が開いてしまった場合でも（図５の鎖線参照）、延設部３９ｂが膨出部３１ｃと干渉することが防止される。
またバッテリケース１８のケース本体３１は金属ダイキャスト製であり、固定部３１ｂはケース本体３１と一体に形成されるので、部品点数を増加させることなく所望の形状の固定部３１ｂを容易に形成することができる。しかも固定部３１ｂの下面から上向きに延びるボルト孔３１ｄが形成され、蓋部材４３はボルト孔３１ｄに螺合するボルト４４でケース本体３１に固定されるので、ケース本体３１に蓋部材４３を簡単かつ強固に固定することができる。
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
例えば、本発明の冷媒ジャケットは実施の形態のウオータジャケット４５に限定されず、そこを流れる冷媒は冷却水に限定されるものではない。
また実施の形態のバッテリケース１８はケース本体３１およびカバー３２で構成されているが、それに限定されるものではない。
また実施の形態ではケース本体３１の複数の固定部３１ｂが全てウオータジャケット４５の外側を囲むように配置されているが、一部の固定部３１ｂがウオータジャケット４５の内側に配置されていても良い。
３１ ケース本体（バッテリケース）
３１ａ 底壁
３１ｂ 固定部
３１ｃ 膨出部
３１ｄ ボルト孔
３４ バッテリモジュール
３６ ロアプレート（板状部材）
３６ｂ 両側部
３６ｃ 中央部（薄肉部）
３７ バッテリセル
３９ サイドプレート
３９ａ 本体部
３９ｂ 延設部
４３ 蓋部材
４４ ボルト
４５ ウオータジャケット（冷媒ジャケット）
４６ 伝熱部材
Ｈ１ 膨出部の上端の高さ
Ｈ２ 伝熱部材の上端の高さ

Claims (7)

  1. 複数のバッテリセル（３７）を有するバッテリモジュール（３４）を収容するバッテリケース（３１）の底壁（３１ａ）に設けた複数の固定部（３１ｂ）に蓋部材（４３）を固定することで、前記バッテリケース（３１）の底壁（３１ａ）の下面と前記蓋部材（４３）の上面との間に前記バッテリモジュール（３４）を冷却する冷媒ジャケット（４５）が形成され、前記複数の固定部（３１ｂ）の少なくとも一部は前記冷媒ジャケット（４５）の外側に配置される電動車両のバッテリパックであって、
    前記固定部（３１ｂ）における前記バッテリケース（３１）の肉厚は該固定部（３１ｂ）の周囲における前記バッテリケース（３１）の肉厚よりも大きく形成され、前記固定部（３１ｂ）は前記バッテリモジュール（３４）の下面に向かって上向きに膨出する膨出部（３１ｃ）を備え、前記バッテリモジュール（３４）の下面は上向きに窪む凹部および下向きに突出する凸部を備え、前記膨出部（３１ｃ）は前記凹部に対向する位置に配置されることを特徴とする電動車両のバッテリパック。
  2. 前記冷媒ジャケット（４５）の内部における前記膨出部（３１ｃ）を外れた位置に、前記バッテリケース（３１）の底壁（３１ａ）の上面と前記バッテリモジュール（３４）の下面との間に挟まれる伝熱部材（４６）が配置され、前記伝熱部材（４６）の上端の高さ（Ｈ２）は前記膨出部（３１ｃ）の上端の高さ（Ｈ１）よりも高いことを特徴とする、請求項１に記載の電動車両のバッテリパック。
  3. 前記バッテリモジュール（３４）はその下面を構成する金属製の板状部材（３６）を備え、前記板状部材（３６）は、前記冷媒ジャケット（４５）に対向する部分にその他の部分よりも肉厚が小さい薄肉部（３６ｃ）を有しており、前記膨出部（３１ｃ）の少なくとも一部は前記薄肉部（３６ｃ）の下方に位置することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の電動車両のバッテリパック。
  4. 前記バッテリモジュール（３４）は前記複数のバッテリセル（３７）を一体に締結する一対のサイドプレート（３９）を備え、前記サイドプレート（３９）は前記複数のバッテリセル（３７）の側面を覆う本体部（３９ａ）と、前記本体部（３９ａ）の下端を折り曲げて前記板状部材（３６）の下面に重ね合わされる延設部（３９ｂ）とを有し、前記膨出部（３１ｃ）は前記延設部（３９ｂ）と干渉しない位置に配置されることを特徴とする、請求項３に記載の電動車両のバッテリパック。
  5. 前記板状部材（３６）は、前記一対のサイドプレート（３９）に沿う両側部（３６ｂ）の板厚が大きく、一対の前記両側部（３６ｂ）間に挟まれた中央部（３６ｃ）の板厚が小さく形成されており、前記サイドプレート（３９）の前記延設部（３９ｂ）は前記板状部材（３６）の前記両側部（３６ｂ）の少なくとも一部に重ね合わされることを特徴とする、請求項４に記載の電動車両のバッテリパック。
  6. 前記固定部（３１ｂ）の下面から上向きに延びるボルト孔（３１ｄ）が形成され、前記蓋部材（４３）は前記ボルト孔（３１ｄ）に螺合するボルト（４４）で前記バッテリケース（３１）に固定されることを特徴とする、請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の電動車両のバッテリパック。
  7. 前記バッテリケース（３１）は金属ダイキャスト製であり、前記固定部（３１ｂ）は前記バッテリケース（３１）と一体に形成されることを特徴とする、請求項１〜請求項６の何れか１項に記載の電動車両のバッテリパック。
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