JP7216354B2 - バッテリパック車載構造 - Google Patents

Description

本発明は、バッテリパックの車両への搭載構造[an installation structure of a battery pack on a vehicle]に関する。

車両に対するＣＯ_２排出規制が求められており、車両の電動化が進められている。車両の電動化に伴い、車両には、駆動モータのための電力を蓄えるバッテリが搭載される。このバッテリには、車両減速時に発電モータで回生発電された電力も充電される（駆動モータが発電する場合もある）。十分な航続距離を得るためには、容量の大きなバッテリを搭載する必要があり、バッテリの体積も大きくなると共に、バッテリの重量も重くなる。大きく重いバッテリは、搭載スペースの制約、並びに、前後重量配分及び低重心化の制約で、車室床部に搭載されることが多い。また、充放電に伴うバッテリの発熱を考慮して、バッテリには冷却システムが組み込まれることもある。下記特許文献１は、液冷システムが組み込まれたバッテリパックを車室床部に搭載した車両を開示している。

米国特許出願公開第２０１７／０２１４００８Ａ９号明細書

車室床部に搭載されたバッテリパックには、路面上の段差などが原因で下方から衝撃が入力される可能性がある。バッテリパックは、下方からの衝撃から保護される必要がある。特に、液冷システムが組み込まれたバッテリパックの内部には、冷却液[coolant]が循環される冷却管が配設されており、冷却管は下方からの衝撃から保護されることが必要である。従って、本発明の目的は、車室床部に搭載されたバッテリパックを確実に保護することのできるバッテリパック車載構造を提供することにある。

本発明の特徴は、車室床部に搭載されるバッテリパックの車両への搭載構造を提供する。バッテリパックのハウジングの底板の下方には、板状のアンダーガードが設けられている。アンダーガードは、上凸リブ及び下凸リブが交互に並べられた形状を有している。ハウジングの底板の内部（又は表面上）に設けられた冷却管は、下凸リブに面して配設されている。アンダーガードはハウジングに取り付けられるが、上凸リブの上板部とハウジングの底板とは離間されている。

上記特徴によれば、車室床部に搭載されたバッテリパックを確実に保護することのできるバッテリパック車載構造を提供することができる。

図１は、実施形態に係るバッテリパック車載構造の分解斜視図である。 図２は、上記構造におけるバッテリパックの底面図である。 図３は、アンガーガードが取り付けられた上記バッテリパックの底面図である。 図４は、図３中のＩＶ－ＩＶ線断面図である。 図５Ａは、上記構造による衝撃吸収過程（初期状態）を示す断面図である。 図５Ｂは、上記構造による衝撃吸収過程（第一状態）を示す断面図である。 図５Ｃは、上記構造による衝撃吸収過程（第二状態）を示す断面図である。 図５Ｄは、上記構造による衝撃吸収過程（第三状態）を示す断面図である。

以下、図面を参照しつつ実施形態に係るバッテリパック車載構造について説明する。

バッテリパック１は車室床部に搭載される。バッテリパック１は、車室床部のほぼ全てを占める。図１に示されるように、本実施形態でのバッテリパック１の車両への搭載構造は、バッテリパック１に加えて、下方からバッテリパック１に取り付けられた金属製のアンダーガード２と、下方からアンダーガード２に取り付けられた樹脂製のアンダーカバー３とを備えている。

バッテリパック１は、ハウジング１０と、ハウジング１０の上部開口を閉じる上板１１と、ハウジング１０の内部に収納された多数のバッテリモジュール（図示せず）と、ハーネスやコントロールモジュールなどの各種電子機器（図示せず）とを備えている。各バッテリモジュール内には、複数のバッテリセルがさらに収納されている。ハウジング１０の底板１０ｂは、四枚のアルミ押出材を車両の幅方向[lateral direction]に接合することで形成されている（図２参照）。押出材同士は、それらの側縁に沿って下方に向けて形成されたフランジ１０ｆで互いに溶接されている（図４参照）。ハウジング１０の側板１０ｓも、アルミ押出材で形成されており、底板１０ｂの周縁に接合されている。上板１１は、プレス成形された金属板である。

図２に示されるように、ハウジング１０の周縁には複数のブラケットが取り付けられている。バッテリパック１は、これらのブラケットを介して車体（サイドシルなど）に固定される。バッテリパック１は、車体の強度や剛性を向上させる構造部材としても機能している。図４に示されるように、底板１０ｂには、押出成形時に、冷却管１２が一体的に形成されており、本実施形態では、冷却管１２は底板１０ｂの内部に埋設されている[embedded]。冷却管１２は、底板１０ｂの底面から下方に突出するように形成されている。なお、図４は、図３中のＩＶ－ＩＶ線断面図であり、バッテリパック１の左側のみを示しているが、右側も対称に形成されている。図４にはアンダーカバー３が示されているが、図３にはアンダーカバー３は示されていない。

図４に示されるように、底板１０ｂを構成する各押出材には、それぞれ、四本の冷却管１２が形成されている。各冷却管１２は、車両の前後方向[longitudinal direction]に延在している。冷却管１２は、幅方向にほぼ均等に配置されている。冷却管１２（及びフランジ１０ｆ）を底板１０ｂに一体的に形成することで、底板１０ｂの強度及び剛性が向上されている。底板１０ｂの上面は平面であり、上述したバッテリモジュールを敷きつめるのに都合がよいと共に、バッテリモジュールと底板１０ｂとの接触面積を増やすのに都合がよい。このように、冷却管１２を底板１０ｂに埋め込み、かつ、底板１０ｂの上面を平面とすることで、バッテリモジュールと冷却管１２の内部を流れる冷却液との間の熱交換を促進できる。

なお、図４に示されるように、底板１０ｂの四つの押出材のうちの両サイドの二つの押出材は、それぞれ、その外側が二重底構造を構築している。この二重底構造の内部には、二本の冷却管１２が配置されている。各冷却管１２の内部には、冷却液が循環される。冷却液の循環は、温度管理システム（図示せず）によって制御されている。上述したバッテリモジュールなどには温度センサが設けられており、温度センサの検出結果に基づいて、バッテリモジュールの温度が適正範囲内にとどまるように、温度管理システムが循環ポンプ（図示せず）を制御する。上述した底板１０ｂの二重底構造の部分には、アンダーガード２の両側縁が取り付けられる取付孔１３や、アンダーカバー３の取付孔１４が形成されている（図２参照）。

底板１０ｂの四つの押出材のうちの中央の二つの押出材は、それぞれ、その幅方向の中央にブラケット１５を備えている。ブラケット１５も、冷却管１２と同様に、押出成形時に一体的に形成されている。ブラケット１５も、車両の前後方向に延在している。各ブラケット１５は、底板１０ｂと共に閉断面を形成している。図２に示されるように、各ブラケット１５には、五つのブラインドナット１６が間隔を空けてカシメ[swaging]によって固定されている。

アンダーガード２は、アルミ製であり、プレス成形されている。図３及び図４に示されるように、アンダーガード２は、上凸リブ（ビード、エンボス）[upward protruded tabs(beads, embosses)]２０及び下凸リブ[downward protruded tabs]２１が幅方向に交互に並べられた波形状[corrugated shape]を有している。即ち、上凸リブ２０及び下凸リブ２１は、前後方向に延在している。上述したハウジング１０の冷却管１２は、下凸リブ２１に面して配設されている。言い換えれば、底面視（又は平面視）において、冷却管１２は下凸リブ２１の範囲内に位置している。アンダーガード２の前端部及び後端部は、それぞれ、バッテリパック１に接するように、折り曲げられて段差部が形成されている。

上凸リブ２０の上板部[upper plate]２０ａと底板１０ｂの底面とは離間されている。下凸リブ２１の下板部[lower plate]２１ａと冷却管１２とは離間されている。下板部２１ａと冷却管１２との距離は、上板部２０ａと底板１０ｂの底面との距離よりも大きい。隣り合う上板部２０ａと下板部２１ａとの間には傾斜板部[sloped plate]２２が形成されている。上述したブラケット１５と対向する下板部２１ａには、ブラインドナット１６の位置に合わせて五つの膨出部[bulges]２３が形成されている。各膨出部２３は、円形に上方に突出されており、ブラケット１５の底面と接触している。

膨出部２３の中央にはボルト孔２３ａが形成されており、締結具[fastener]であるボルト２３ｂがボルト孔２３ａに挿通されてブラインドナット１６に締結される。アンダーガード２の両側部には取付孔２４が形成されており、取付孔２４は底板１０ｂに形成された取付孔１３と一致する。取付孔１３及び取付孔２４には、締結具である樹脂ピン２５が取り付けられる。このように、ボルト２３ｂ及び樹脂ピン２５によって、アンダーガード２がハウジング１０に取り付けられる。また、膨出部２３が形成されていない下板部２１ａには、アンダーカバー３の取付孔２６が形成されている。

アンダーカバー３は、樹脂製であり、本実施形態では、図１に示されるように、前部３ｆ、後部３ｒ、中央部３ｃ、一対の側部３ｓの五つの部品で構成されている。これらの五つの部品がアンダーガード２に取り付けられることで、一枚のアンダーカバー３が形成される。アンダーカバー３には、複数の膨出部３１が形成されている。各膨出部３１は、円形に上方に突出されており、アンダーガード２の底面（下板部２１ａ）と接触している。各膨出部３１の中央には取付孔３１ａ（図１参照）が形成されている。取付孔３１ａは、底板１０ｂに形成された取付孔１４又はアンダーガード２に形成された取付孔２６と一致する。取付孔３１ａ及び取付孔１４又は２６には、締結具である樹脂ピン２５が取り付けられる。このように、樹脂ピン２５によって、アンダーカバー３がアンダーガード２に取り付けられる。

アンダーカバー３の主たる目的は、水や泥などからバッテリパック１を保護することである。一方、アンダーガード２の主たる目的は、下方からの衝撃からバッテリパック１を保護することである。なお、アンダーカバー３の上面には、吸音材が貼られてもよい。あるいは、樹脂製のスポンジやフェルトをプレス成形することでアンダーカバー３が形成されてもよい。このようにプレス成形されたアンダーカバー３は、それ自体が吸音性を備える。本実施形態では、前部３ｆ、後部３ｒ及び側部３ｓは射出成形により形成されており、中央部３ｃは上述したプレス成形によって形成されている。

次に、路面上の段差や障害物によって下方からバッテリパック１に衝撃が入力された場合のアンダーガード２による衝撃吸収について、図５Ａ～図５Ｄを参照しつつ説明する。図５Ａ～図５Ｄは、衝撃が入力された位置近傍の部分を示している。図５Ａ～図５Ｄにアンダーカバー３は示されていないが、下方からの衝撃は、まずは、アンダーカバー３によって吸収される。軽度の衝撃であれば、アンダーカバー３の弾性変形又は塑性変形によって吸収され得る。アンダーカバー３の変形のみで吸収しきれない中程度の衝撃の場合は、アンダーカバー３を固定している樹脂ピン２５が引き抜かれたり破断したりすることで衝撃が吸収される。即ち、アンダーカバー３を固定している樹脂ピン（締結具）２５はヒューズとして機能し得る。

アンダーカバー３だけでは吸収できない重度の衝撃の場合は、アンダーガード２によって吸収される。このような場合、衝撃はアンダーカバー３を介してアンダーガード２に入力される。図５Ａと図５Ｂとの比較から分かるように、まずは、アンダーガード２の固定点である膨出部２３が潰れるように変形して衝撃を吸収する。本実施形態のアンダーガード２は金属製であるので、アンダーガード２の変形によって衝撃エネルギーを効果的に吸収できる。図５Ｂの変形は、上凸リブ２０の上板部２０ａと底板１０ｂとが離間されているので生じる。また、図５Ａに示されるように、冷却管１２は下凸リブ２１に面して配設され、かつ、下凸リブ２１の下板部２１ａと冷却管１２との間は離間されているので、図５Ｂの状態でもアンダーガード２は冷却管１２には接触しない。

図５Ｂの変形は、上板部２０ａが底板１０ｂと接触するまで継続する。次いで、図５Ｂと図５Ｃとの比較から分かるように、膨出部２３の外側の下凸リブ２１の下板部２１ａ及び傾斜板部２２が変形して衝撃を吸収する。このとき、上板部２０ａが底板１０ｂと既に接触しているため、変形した下板部２１ａ又は傾斜板部２２は冷却管１２と接触しにくい。下板部２１ａ又は傾斜板部２２と冷却管１２とが接触しても、冷却管１２ではなく下板部２１ａ又は傾斜板部２２が変形する。なお、この変形と同様の変形は、図４に示されるように、底板１０ｂを構成する押出材の接合部となるフランジ１０ｆによっても生じされ得る（図４参照）。

図５Ｃに示される変形でも衝撃を吸収しきれない場合、図５Ｃと図５Ｄとの比較から分かるように、衝撃はアンダーガード２のボルト孔２３ａに作用し、ボルト孔２３ａの周囲を変形（破損）させる。このボルト孔２３ａの周囲の変形（破損）によって衝撃がさらに吸収される。全てのボルト孔２３ａが同時に破損する可能性は非常に低く、アンダーガード２が車両から脱落することは防止される。図５Ａ～図５Ｄに示されるようなアンダーガード２の変形による衝撃吸収の結果、底板１０ｂ、即ち、バッテリパック１が衝撃から保護される。なお、ブラケット１５は閉断面を有しているので、図５Ａ～図５Ｄに示されるアンダーガード２の変形に対して、ブラケット１５は十分な強度剛性を発揮する。

なお、路面上の段差や異物が膨出部２３に直接あたる可能性もある。この場合は、上述した変形に加えて、ボルト２３ｂの頭部が破断したり、ブラインドナット１６が引き抜かれてブラケット１５が破損したりすることも考えられる。このような場合も、ボルト２３ｂの破断やブラインドナット１６の引き抜きによって衝撃は吸収される。なお、ブラインドナット１６の引き抜きの場合、ブラケット１５は破損するが、バッテリパック１の破損はブラケット１５のみに留まり、バッテリパック１の機能は損なわれることはない。冷却管１２も、アンダーガード２によって保護される。

なお、ここでは、図５Ａの状態から図５Ｄの状態までアンダーガード２の変形が進む場合を説明した。しかし、図５Ｂ又は図５Ｃの状態で衝撃を全て吸収できる場合もある。また、衝撃が入力される位置にもよるが、アンダーガード２を固定している樹脂ピン（締結具）２５が引き抜かれたり破断したりすることでも衝撃が吸収される。しかし、樹脂ピン（締結具）２５の引き抜きや破断よりも、図５Ａ～図５Ｄに示されるアンダーガード２のボルト（締結具）２３ｂ周辺の変形の方が衝撃をより吸収できる。

本実施形態によれば、上凸リブ２０の上板部２０ａと底板１０ｂの底面とを離間させてアンダーガード２がバッテリパック１のハウジング１０に取り付けられている。このため、図５Ａ～図５Ｂに示されるように、上板部２０ａが底板１０ｂの底面と接触するまでのアンダーガード２の変形（変形１）によって、下方からの衝撃をアンダーガード２の変形によって吸収してバッテリパックを保護することができる。

ここで、冷却管１２がアンダーガード２の下凸リブ２１に面して配設されているため、アンダーガード２の変形時に、冷却管１２とアンダーガード２（下凸リブ２１）との接触が回避され、冷却管１２も保護される。即ち、本実施形態によれば、バッテリパック１の冷却システムの機能も保護され得る。（後述する冷却管１２の配置の変形例においても同様に冷却管１２は保護され得る。）

また、本実施形態によれば、冷却管１２は底板１０ｂの底面から下方に突出されており、ハウジング１０の内部へのバッテリモジュールの搭載を容易にすると共に、冷却管１２内部の冷却液との熱交換を効率よく行うことができる。ここで、冷却管１２が底板１０ｂの底面から下方に突出されると、下方からの衝撃に対して冷却管１２を保護するのは難しくなる。しかし、下方に突出された冷却管１２と下凸リブ２１の下板部２１ａとが離間されているので、変形したアンダーガード２（下板部２１ａ）と冷却管１２との接触が効果的に回避され得る。即ち、下方に突出された冷却管１２を備えたバッテリパック１であっても、アンダーガード２によって確実に保護され得る。

さらに、本実施形態によれば、底板１０ｂと共に閉断面を形成するブラケット１５が、底板１０ｂの底面から下方に突出されており、アンダーガード２（膨出部２３）がブラケット１５に締結具（ボルト２３ｂ）で固定されている。即ち、アンダーガード２のバッテリパック１のハウジング１０（ブラケット１５）への締結部と底板１０ｂとが、下方に突出するブラケット１５の高さだけ離間される。この構成により、上述した「変形１」に加えて、図５Ｂ～図５Ｄに示されるように、アンダーガード２の下記の変形２及び３によっても、下方からの衝撃をアンダーガード２の変形によって吸収してバッテリパックを保護することができる。（変形２）上凸リブ２０の上板部２０ａから下凸リブ２１の下板部２１ａにかけての範囲でのアンダーガード２の変形。（変形３）アンダーガード２のハウジング１０への締結部（ボルト孔２３ａ）近傍の破損を伴う変形。

またさらに、本実施形態によれば、樹脂製のアンダーカバー３がアンダーガード２の底面に取り付けられる。このため、バッテリパック１（及びアンダーガード２）を雨や泥から保護することができるとともに、フロア下からの空気伝播音を遮音（又は吸音）することもできる。また、アンダーカバー３の変形によっても下方からの衝撃を吸収できるので、軽度の衝撃であれば、アンダーガード２を変形させることなくアンダーカバー３のみで吸収し得る。さらに、アンダーカバー３はアンダーガード２の底面に締結具（樹脂ピン２５）で固定されている。締結具（樹脂ピン２５）はヒューズとして機能し、締結具（樹脂ピン２５）の破損によっても下方からの衝撃を吸収できる。

本発明は上述した実施形態に限定されない。冷却管１２は、上記実施形態では底板１０ｂの底面側に配置されたが、上面側（ハウジング１０の内部）に配置されてもよい。底板１０ｂの厚さを冷却管１２の内径よりも大きくし、冷却管１２を底板１０ｂの厚さ内に（底板１０ｂの上面と底面との間に）配置してもよい。冷却管１２は、上記実施形態では底板１０ｂに埋設されたが、別体的に形成されて底板１０ｂの表面（底面又は上面）上に取り付けられてもよい。

アンダーガード２は、上記実施形態では金属製であったが、繊維強化性樹脂（ＦＲＰ）製であってもよい。ブラケット１５は、上記実施形態では前後方向に延在していたが、アンダーガード２の取付位置（ブラインドナット１６の位置）にのみ設けられてもよい。また、上記実施形態では冷却管１２と呼ばれたが、冷間始動時に電気エネルギーで温めた冷却液を冷却管１２内に循環させることでバッテリモジュールを早期に温めることも可能である。

１ バッテリパック
１０ ハウジング
１０ｂ 底板
１２ 冷却管
１５ ブラケット
２ アンダーガード
２０ 上凸リブ
２０ａ 上板部
２１ 下凸リブ
２１ａ 下板部
２３ｂ ボルト（締結具）
２５ 樹脂ピン（締結具）
３ アンダーカバー

Claims (4)

1. 車室床部に搭載されるバッテリパックの車載構造であって、
   前記バッテリパックのハウジングの底板と、
   前記底板の内部又は表面上に設けられた、内部に冷却液が循環される冷却管と、
   前記底板の下方に設けられた板状のアンダーガードと、を備えており、
   前記アンダーガードが、上凸リブ及び下凸リブが交互に並べられた形状を有しており、
   前記冷却管が、前記下凸リブに面して配設されており、
   前記アンダーガードが、前記上凸リブの上板部と前記底板の底面とが離間されて、前記ハウジングに取り付けられている、バッテリパック車載構造。
2. 請求項１に記載のバッテリパック車載構造であって、
   前記冷却管が、前記底板の前記底面から下方に突出されており、
   前記下凸リブの下板部と前記冷却管とが離間されている、バッテリパック車載構造。
3. 請求項１又は２に記載のバッテリパック車載構造であって、
   前記底板と共に閉断面を形成するブラケットが、前記底板の前記底面から下方に突出されており、
   前記アンダーガードが、前記ブラケットに締結具で固定されている、バッテリパック車載構造。
4. 請求項１又は２に記載のバッテリパック車載構造であって、
   前記アンダーガードの底面に取り付けられた樹脂製のアンダーカバーをさらに備えており、
   前記アンダーカバーが、前記アンダーガードの前記底面に締結具で固定されている、バッテリパック車載構造。

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