JP7020804B2 - バッテリパック - Google Patents

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Description

本発明は、バッテリパックに関し、更に詳細には、電気自動車等の車載用に適したバッテリパックに関する。
電気自動車用のバッテリパックとして、バッテリを収容するバッテリ室を互いに協働して画定するアッパケース及びロアケースを含むものが知られている(例えば、特許文献1~3)。
特開2009-146881号公報 特開2011-194982号公報 特開2014-194907号公報
電気自動車に用いられるバッテリパックは、車体の床下に設置されることが多く、走行時に跳ね上げられた水や冠水によってバッテリ室内のバッテリが被水しないように防水性を有している必要がある。
従来のバッテリパックは防水性をさらに向上させる余地があり、特に冠水によってバッテリ室に水が侵入することを防止することについて改善されるべきである。
本発明が解決しようとする課題は、バッテリパックの防水性を向上し、バッテリの被水に関する安全性を向上することである。
本発明の一つの実施形態によるバッテリパック(90)は、バッテリ(98)を収容するバッテリ室(96)を互いに協働して画定するアッパケース(92)及びロアケース(94)を含むバッテリパック(90)であって、前記アッパケース(92)の外周縁から当該外周縁の全周に亘って外方に向けて延出したアッパ側フランジ(112)と、前記ロアケース(94)の外周縁から当該外周縁の全周に亘って外方に向けて延出し、前記アッパ側フランジ(112)と対向するロア側フランジ(114)と、前記アッパ側フランジ(112)と前記ロア側フランジ(114)との間に挟まれたシール部材(132)と、前記アッパ側フランジ(112)及び前記ロア側フランジ(114)を貫通する複数のボルト(118)と、前記各ボルト(118)に螺合して前記アッパケース(92)と前記ロアケース(94)とを互いに結合するナット(128)と、前記アッパ側フランジ(112)の外縁からその全周に亘って前記ロア側フランジ(114)の外縁に対して間隔をおいて垂下して前記ロア側フランジ(114)の下方に至るアッパ側垂下壁(134)と、前記ロア側フランジ(114)の外縁からその全周に亘って垂下したロア側垂下壁(136)とを有している。
この構成によれば、バッテリパック(90)の防水性能が向上し、バッテリ(98)の被水に関する安全性が向上する。
上記バッテリパック(90)において、好ましくは、前記アッパ側フランジ(112)は、前記シール部材(132)の配置位置より外縁側に、その全周に亘って延在し、前記ロア側フランジ(114)に衝当する突条によるリブ(140)を含んでいる。
この構成によれば、アッパ側フランジ(112)の周方向の曲げ剛性が向上し、シール面をなすフランジ面の平坦度が確保される。これにより、バッテリパック(90)の防水性能が向上する。
上記バッテリパック(90)において、好ましくは、前記アッパ側垂下壁(134)と前記ロア側フランジ(114)との間の空間に樹脂(142)が充填されている。
この構成によれば、バッテリパック(90)の防水性能が向上し、バッテリ(98)の被水に関する安全性が向上する。
上記バッテリパック(90)において、好ましくは、前記ボルト(118)は前記ロア側フランジ(114)から上方に突出して設けられ、前記アッパ側フランジ(112)は前記各ボルト(118)が貫通するボルト通し孔(126)を有し、前記ボルト通し孔(126)を貫通した前記各ボルト(118)に前記ナット(128)が締結されている。
この構成によれば、アッパケース(92)とロアケース(94)との組立作業性が向上する。
上記バッテリパック(90)において、好ましくは、前記ロアケース(94)は金属製であり、前記アッパケース(92)は樹脂成形品であり、前記ボルト(118)は前記ロアケース(94)に溶接されたウェルディングボルトであり、前記アッパ側フランジ(112)には当該アッパ側フランジ(112)より耐圧縮性が高いカラー部材(124)が取り付けられており、前記カラー部材(124)によってボルト通し孔(126)が形成されている。
この構成によれば、ボルト(118)に対するナット(128)の過剰な締め付けによるアッパ側フランジ(112)の破損が回避される。
上記バッテリパック(90)において、好ましくは、前記各ボルト(118)は先端部にテーパ形状部(118C)を含む。
この構成によれば、アッパケース(92)とロアケース(94)との組立作業性が向上する。
上記バッテリパック(90)は、好ましくは、車体(5)の床下に設置される電気自動車用のものである。
本発明によるバッテリパックによれば、防水性が向上し、バッテリの被水に関する安全性が向上する。
本発明によるバッテリパックを搭載されて好適な電気自動車の一つの実施形態を示す側面図 本実施形態のバッテリパックを含む電気系統を示す斜視図 本実施形態のバッテリパックの分解斜視図 本実施形態のバッテリパックの要部の拡大断面図 本実施形態のバッテリパックのアッパケースの部分的斜視図 他の実施形態のバッテリパックの要部の拡大断面図
先ず、本発明によるバッテリパックを搭載されて好適な電気自動車の一つの実施形態を、図1を参照して説明する。
本実施形態による電気自動車1は、下部フレーム(シャーシ)5をなす左右のフロントサイドフレーム10及びリヤサイドフレーム12を有する。
各フロントサイドフレーム10は、前方から後方に向かって水平面に対して所定の傾斜角をもって上り勾配に傾斜し、且つ前方から後方に向かうに従って平面視で所定の広がり角をもって左右の離間距離が増大するように直線状に延在している。これにより、左右のフロントサイドフレーム10は、平面視で、後側が底辺(長辺)をなす台形をなす。
各リヤサイドフレーム12は、前端を左右対応する側のフロントサイドフレーム10の後端の上側に溶接等によって接合され、前方から後方に向かって水平面に対してフロントサイドフレーム10と同じ傾斜角をもって上り勾配に傾斜し、且つ互いに平行に直線状に延在している。
下部フレーム5は、更に、左右方向(車幅方向)に延在して両端を左右対応する側のフロントサイドフレーム10の前端に接合されたフロントエンドクロスメンバ14と、左右方向に延在して両端を左右対応する側のフロントサイドフレーム10の前端近傍に接合された第1フロントミドルクロスメンバ16と、左右方向に延在して両端を左右対応する側のフロントサイドフレーム10の前後方向の中間部に接合された第2フロントミドルクロスメンバ18とを含む。
下部フレーム5は、更に、左右方向に延在して両端を左右対応する側のリヤサイドフレーム12の前端近傍に接合されたリヤミドルクロスメンバ20と、左右方向に延在して両端を左右対応する側のリヤサイドフレーム12の後端近傍に接合されたリヤエンドクロスメンバ22とを含む。
各フロントサイドフレーム10の前後方向の中間にはフロントサイドフレーム10から左右外方に延出したエクステンションメンバ24の基端が接合されている。各エクステンションメンバ24の先端には左右のフロントロアピラー(Aピラー)26の下端が接合されている。左右のフロントロアピラー26は、エクステンションメンバ24から垂直に上方に延在しており、上端を左右方向に水平に延在するステアリングハンガフレーム28によって互いに連結されている。
各フロントサイドフレーム10には左右のダンパハウジング30が設けられている。左右のダンパハウジング30は上部をカウルパネル32によって互いに連結されている。
各フロントサイドフレーム10及び各ダンパハウジング30にはストラッド式のフロントサスペンション装置34によって左右の前輪36が取り付けられている。
ステアリングハンガフレーム28にはコラムマウント部材38によってステアリングコラム40が取り付けられている。ステアリングコラム40にはステアリングホイール42が取り付けられている。ステアリングホイール42は、不図示の公知のステアリング装置によって前輪36に連結され、操舵を行う。
各フロントサイドフレーム10の後端近傍には左右のリヤサスブラケット44が取り付けられている。各リヤサスブラケット44はセミトレーリングアーム46によって左右の後輪48を支持している。
各リヤサイドフレーム12の前端近傍にはリヤピラー基部部材50によって左右のセンタピラー(Bピラー)52が取り付けられている。各リヤミドルクロスメンバ20には門形をしたロールバー54の左右の下端が接合されている。各リヤサイドフレーム12の後端近傍には左右のリヤピラー(Cピラー)56の下端が接合されている。各リヤピラー56は上端をロールバー54に接合されている。
カウルパネル32の上部には左右方向に延在するカウルアッパフレーム57が接合されている。カウルアッパフレーム57の左右の各端部には左右のルーフフレーム58の前端が接合されている。各ルーフフレーム58は、前端から後方に向けて上り勾配に傾斜したフロントアッパピラー部58Aと、フロントアッパピラー部58Aの上端から後方に略水平に延在して左右対応側のセンタピラー52の上端近傍を前後に貫通し、ロールバー54に接合されたルーフサイドレール部58Bとを含む。
フロントアッパピラー部58Aには左右のフロントアッパピラー部58Aを互いに結合するように四角枠状のウィンドシールドガラス保持枠60が接合されている。
左右のフロントサイドフレーム10上には前後のシート取付座62及び64によって一人用の前部座席66が取り外し可能に取り付けられている。左右のリヤサイドフレーム12上には一人用の後部座席68が取り外し可能に取り付けられている。
各フロントロアピラー26にはドアヒンジ70によって左右のサイドドア72が開閉可能に取り付けられている。前部座席66の左右両側はサイドドア72によって開閉されるサイドドア開口74がある。前部座席66の乗り降りはサイドドア開口74によって行われる。後部座席68の乗り降りは、前部座席66のシートバックを前側に倒すことにより、サイドドア開口74によって行われる。
左右のリヤサイドフレーム12間には図2に示されているパワーユニット76(図2参照)が配置されている。パワーユニット76は、PMモータ等による原動機78及び歯車列による減速装置80を含み、後輪48を回転駆動する。
パワーユニット76の前側には、図2に示されているように、パワーコントロールユニット82が設けられている。パワーコントロールユニット82は気密閉構造の電気ボックス84を含む、電気ボックス84内に、インバータ(不図示)、DC/DCコンバータ(不図示)を含む電力変換ユニット(不図示)や原動機78に対する電力供給を制御する電子制御ユニット(不図示)等を内蔵し、左右のフロントサイドフレーム10に固定されている。
左右のフロントサイドフレーム10間には、図1に示されているように、原動機78及びパワーコントロールユニット82の電源をなすバッテリパック90が配置されている。
以下に、バッテリパック90の詳細を、図2~図5を参照して説明する。
バッテリパック90は、下部フレーム5の前後方向に長い略矩形のアッパケース92及びロアケース94を含む。アッパケース92及びロアケース94は互いに協働して密閉構造のバッテリ室96を画定している。バッテリ室96にはロアケース94上に設置された複数のバッテリ98(図3参照)が収容されている。
ロアケース94の下底部の前後2箇所には左右方向に延在する帯板状のバッテリマウントプレート100、102が取り付けられている。バッテリパック90は、バッテリマウントプレート100、102の左右両端が左右のフロントサイドフレーム10の前後2箇所に設けられたバッテリ取付座104、106(図1参照)にボルト108、110によって固定されることにより、下部フレーム5に固定されて床下に略水平に着脱可能に設置される。
アッパケース92は、樹脂成形品であり、横断面形状が台形の下方開口の箱状に成形され、下側の外周縁から当該外周縁の全周に亘って外方に向けて略水平に延出したアッパ側フランジ112を含む。ロアケース94は、鋼板のプレス成形品であり、トレイ状(浅皿状)に形成され、上側の外周縁から当該外周縁の全周に亘って外方に向けて略水平に延出したロア側フランジ114を含む。
アッパケース92の外周縁とロアケース94の外周縁とは互いに同一形状であることにより、アッパ側フランジ112とロア側フランジ114とは、互いに同じ平面形状であり、上下に互いに対向(正対)している。
ロア側フランジ114には、図4に示されているように、当該フランジの延在方向に所定の間隔をおいて複数のボルト取付孔116が貫通形成されている。各ボルト取付孔116にはボルト118が下側から挿入されている。各ボルト118は、円形頭部118A及び円形頭部118Aより小径の雄ねじ部118Bを含み、円形頭部118Aをロア側フランジ114の下底面に溶接されたウェルディングボルトをなしており、雄ねじ部118Bがロア側フランジ114から上方に突出している。雄ねじ部118Bの先端部(上端部)は先細のテーパ形状部118Cになっている。
アッパ側フランジ112には、図4に示されているように、各ボルト118に上下に対応する各位置にカラー取付孔120が貫通形成されている。各カラー取付孔120は、下側に短軸長の大径部120Aを有し、上側に長軸長の小径部120Bを有する。尚、大径部120Aは、アッパ側フランジ112の下底面に一体成形された円環状のボス部122(図5参照)によって画定されている。各カラー取付孔120にはカラー部材124が挿入されている。カラー部材124は、金属製或いは硬質プラスチック製で、アッパ側フランジ112より高い耐圧縮性(圧縮強度)を有し、大径部120Aに配置される短軸長の大径部124A及び小径部120Bに挿入される小径部124Bを含み、雄ねじ部118Bを挿入されるボルト通し孔126を画定している。
ロア側フランジ114上にアッパ側フランジ112が載せられることにより、各ボルト通し孔126にボルト118が挿入され、各ボルト通し孔126を貫通してアッパ側フランジ112上に突出した各雄ねじ部118Bにナット128がねじ係合によって締結されることにより、アッパケース92とロアケース94とが互いに結合(固定)される。
この結合作業は、ロア側フランジ114上に起立している各ボルト118に対してアッパ側フランジ112のボルト通し孔126の位置合わせが行われればよいので、ロア側フランジ114に複数のウェルディングナットが設けられ、各ウェルディングナットに対してアッパ側フランジ112のボルト通し孔126の位置合わせ(孔同士の位置合わせ)が行われる場合に比して作業性よく迅速に行われ得るようになる。
更に、各ボルト通し孔126に対するボルト118の挿入に際して、ボルト118の先端部のテーパ形状部118Cが各ボルト118と各ボルト通し孔126との位置合わせのガイドになるので、この挿入作業が容易なものとなる。
ナット128は、カラー部材124の上端面に加えてアッパ側フランジ112の上面に当接する外寸法を有するものであってよく、雄ねじ部118Bに対する締結によってボス部122をロア側フランジ114に圧接させる。雄ねじ部118Bに対するナット128の締結は、カラー部材124によって制限されるので、過剰な締め付けによってアッパ側フランジ112が破損することが防止される。
アッパ側フランジ112には、カラー部材124の配置位置よりバッテリ室96の側、つまりアッパ側フランジ112の基部側において、アッパ側フランジ112の底面に開口したシール取付溝130がアッパ側フランジ112の全周に亘って形成されている。シール取付溝130にはゴム等の弾性体製の線状のシール部材132の基部が挿入されている。このようにして、シール部材132は、アッパ側フランジ112の下底面側に装着され、シール取付溝130から外方に突出した部分が、上述したアッパケース92とロアケース94との互いの結合下において、弾性変形を伴ってロア側フランジ114の上面に衝当する。
これにより、シール部材132は、アッパ側フランジ112とロア側フランジ114との間に、その全周に亘って挟まれ、外部からバッテリ室96に水が侵入することを防ぐ防水シーリングを行う。
アッパ側フランジ112の下面には、シール部材132の配置位置より外縁側に突条によるリブ140(図5参照)が一体成形によって設けられている。リブ140は隣り合うボス部122を互い接続するようにしてアッパ側フランジ112の全周に亘って延在している。これにより、アッパ側フランジ112の周方向の曲げ剛性が向上し、ナット128の締め付けによってアッパ側フランジ112が変形することが抑制される。これにより、シール面をなすフランジ面の平坦度が確保され、バッテリパック90の防水性能が向上する。
リブ140は、上述したアッパケース92とロアケース94との互いの結合下において、ボス部122と共にロア側フランジ114の上面に衝当する。これにより、衝当部において強い接触圧が得られ、シール部材132による防水シーリング部に水が侵入することを抑制するブロック作用が得られる。このことによってもバッテリパック90の防水性能が向上する。
アッパケース92は、アッパ側フランジ112の外縁からロア側フランジ114の外縁に対して間隔をおいて垂下してロア側フランジ114の下面の下方に至るアッパ側垂下壁134を一体に有する。ロアケース94にはロア側フランジ114の外縁から垂下した板状のロア側垂下壁部材136が溶接によって設けられている。アッパ側垂下壁134の下端とロア側垂下壁部材136の下端とは概ね互いに同じ高さにあってよい。
アッパ側垂下壁134はアッパ側フランジ112の全周に亘って延在し、ロア側垂下壁部材136はロア側フランジ114の全周に亘って延在しており、アッパ側垂下壁134とロア側垂下壁部材136とに間にアッパ側フランジ112及びロア側フランジ114の全周に亘って空間138が画定される。空間138は、下方のみが解放された空間であり、表面張力によって水が残存せず、重力によって水が排出される大きさに設定されている。
アッパ側垂下壁134があることにより、走行時に跳ね上げられた水が外方からアッパ側フランジ112とロア側フランジ114との重ね合わせ部に向かうことが阻止され、アッパ側フランジ112とロア側フランジ114との重ね合わせ部に水が侵入することが抑制される。
ロア側垂下壁部材136があることにより、走行時に跳ね上げられた水が内方からアッパ側垂下壁134に衝突してアッパ側フランジ112とロア側フランジ114との重ね合わせ部に向かうことが阻止され、アッパ側フランジ112とロア側フランジ114との重ね合わせ部に水が侵入することが抑制される。
空間138は、下方のみが解放された上下反転のカップ状の空間であるから、電気自動車1が水溜まり等で冠水し、水位がアッパ側フランジ112とロア側フランジ114との重ね合わせ部より上方に達しても、空間138に空気が閉じ込められ、空間138の空気相が保たれることにより、アッパ側フランジ112とロア側フランジ114との重ね合わせ部に水が侵入することが抑制される。
これらのことにより、シール部材132による防水シーリングが被水によって破壊される虞が低減し、バッテリパック90の防水性能が向上する。この結果として、バッテリ98の被水に関する安全性が向上する。
ロア側垂下壁部材136が、溶接によってロア側フランジ114に接合される理由は、ロア側垂下壁部材136がロア側フランジ114に一体にプレス成形されていると、シール面となるロア側フランジ114の必要な平坦度を確保することが難しくなるからである。シール面の平坦度を確保するためにはロアケース94の隅角部のアール形状を大きくする必要が生じ、隅角部のアール形状を大きくすると、ロアケース94のシール面より下方にバッテリ室96のための深い空間が形成される場合には、ロア側垂下壁部材136のアール形状とアッパケース92の樹脂材及び厚さとの関係からアッパケース92の成形性に影響が及ぶ。しかし、本実施形態のように、ロアケース94がトレイ形状であってシール面の上方から下方にかけてバッテリ室96のため空間が形成されると、ロア側垂下壁部材136のアール形状とアッパケース92の樹脂材及び厚さとの関係が小さくなるため、アッパケース92の成形性が向上すると共に横断面形状が台形の空間の入口面積が小さくなり、水の浸水の虞が低減する。
バッテリパック90の他の実施形態を、図6を参照して説明する。なお、図6において、図4に対応する部分は、図4に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。
この実施形態では空間138にシリコン樹脂等による樹脂142が充填されている。空間138に樹脂142が充填されていることにより、走行時に跳ね上げられた水がアッパ側フランジ112とロア側フランジ114との重ね合わせ部に向かうことが阻止され、冠水等によって水位がアッパ側フランジ112とロア側フランジ114との重ね合わせ部より上方に達しても、空間138に水が貯まることがない。
これにより、バッテリパック90の防水性能が向上し、バッテリ98の被水に関する安全性が向上する。
以上、本発明を、その好適な実施形態について説明したが、当業者であれば容易に理解できるように、本発明はこのような実施形態により限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、ロア側垂下壁部材136はロア側フランジ114と共にロアケース94と一体のプレス成形品として設けられていてもよい。バッテリパック90は、電気自動車用のものに限られることはなく、ハイブリット車や各種の電気機器の電源として用いられてよい。
また、上記実施形態に示した構成要素は必ずしも全てが必須なものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて適宜取捨選択することが可能である。
1 :電気自動車
5 :下部フレーム
10 :フロントサイドフレーム
12 :リヤサイドフレーム
14 :フロントエンドクロスメンバ
16 :第1フロントミドルクロスメンバ
18 :第2フロントミドルクロスメンバ
20 :リヤミドルクロスメンバ
22 :リヤエンドクロスメンバ
24 :エクステンションメンバ
26 :フロントロアピラー
28 :ステアリングハンガフレーム
30 :ダンパハウジング
32 :カウルパネル
34 :フロントサスペンション装置
36 :前輪
38 :コラムマウント部材
40 :ステアリングコラム
42 :ステアリングホイール
44 :リヤサスブラケット
46 :セミトレーリングアーム
48 :後輪
50 :リヤピラー基部部材
52 :センタピラー
54 :ロールバー
56 :リヤピラー
57 :カウルアッパフレーム
58 :ルーフフレーム
58A :フロントアッパピラー部
58B :ルーフサイドレール部
60 :ウィンドシールドガラス保持枠
62 :シート取付座
66 :前部座席
68 :後部座席
70 :ドアヒンジ
72 :サイドドア
74 :サイドドア開口
76 :パワーユニット
78 :原動機
80 :減速装置
82 :パワーコントロールユニット
84 :電気ボックス
90 :バッテリパック
92 :アッパケース
94 :ロアケース
96 :バッテリ室
98 :バッテリ
100 :バッテリマウントプレート
102 :バッテリマウントプレート
104 :バッテリ取付座
106 :バッテリ取付座
108 :ボルト
110 :ボルト
112 :アッパ側フランジ
114 :ロア側フランジ
116 :ボルト取付孔
118 :ボルト
118A :円形頭部
118B :雄ねじ部
118C :テーパ形状部
120 :カラー取付孔
120A :大径部
120B :小径部
122 :ボス部
124 :カラー部材
124A :大径部
124B :小径部
126 :ボルト通し孔
128 :ナット
130 :シール取付溝
132 :シール部材
134 :アッパ側垂下壁
136 :ロア側垂下壁部材
138 :空間
140 :リブ
142 :樹脂

Claims (4)

  1. バッテリを収容するバッテリ室を互いに協働して画定する樹脂成形品によるアッパケース及び金属製のロアケースを含むバッテリパックであって、
    前記アッパケースの外周縁から当該外周縁の全周に亘って外方に向けて延出したアッパ側フランジと、
    記ロアケースの外周縁から当該外周縁の全周に亘って外方に向けて延出し、前記アッパ側フランジと対向するロア側フランジと、
    前記アッパ側フランジと前記ロア側フランジとの間に挟まれたシール部材と、
    前記アッパ側フランジ及び前記ロア側フランジを貫通する複数のボルトと、
    前記各ボルトに締結されて前記アッパケースと前記ロアケースとを互いに結合するナットと、
    前記アッパ側フランジの外縁からその全周に亘って前記ロア側フランジの外縁に対して間隔をおいて垂下して前記ロア側フランジの下方に至るアッパ側垂下壁と、
    前記ロア側フランジの外縁からその全周に亘って垂下したロア側垂下壁とを有しており、
    前記アッパ側フランジは、前記各ボルトに対する位置にカラー取付孔を画定するボス部と、前記シール部材の配置位置より外縁側に、隣り合う前記ボス部を互いに接続するようにして当該アッパ側フランジの全周に亘って延在し、前記ロア側フランジに衝当する突条によるリブを含んでおり、
    前記各カラー取付孔にはボルト通し孔を形成する前記アッパ側フランジより耐圧縮性が高いカラー部材が挿入されており、
    前記各ボルトは前記ロアケースに溶接されて前記ロア側フランジから上方に突出して設けられたウェルディングボルトであり、前記ボルト通し孔を貫通し、当該ウェルディングボルトに前記ナットが締結されているバッテリパック。
  2. 前記アッパ側垂下壁と前記ロア側フランジとの間の空間に樹脂が充填されている請求項1に記載のバッテリパック。
  3. 前記各ボルトは先端部にテーパ形状部を含む請求項1又は請求項2に記載のバッテリパック。
  4. 請求項1から請求項3の何れか一項に記載のバッテリパックは、車体の床下に設置される電気自動車用のものであるバッテリパック。
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