JP7477615B2 - ハイブリッドまたは電気車両のバッテリパックのための保護要素および補強バッテリパックの組立てのためのプロセス - Google Patents

Description

本発明は、自動車産業における保護および補強要素に関し、より具体的には電気またはハイブリッド車両のバッテリパックの保護に関する。

電気またはハイブリッド車両は、少なくとも１つの重くてかさばるバッテリパックを組み込まなくてはならない。このバッテリパックは、複数のバッテリモジュールで作られ、各モジュールは、自動車事故の間に起こり得る物理的侵入、または道路から来る要素の侵入による自動車の通常使用中の物理的侵入の両方に対して、シールド要素と名付けられた保護要素で確実に保護されなくてはならないいくつかのバッテリセルを収容する。バッテリモジュールはまた、バッテリパックが関係する車両への組み付け中に移動される間、機械的衝撃に対する保護を必要とする。

バッテリパックの保守のコストを下げるために、シールド要素が、例えば、ねじとナットで、取外し可能な方法でバッテリパックに固定される。

国際特許出願第ＷＯ２０１８／１６６８８８号から、バッテリパックの囲いに取外し可能に固定されたシールド要素を備えるバッテリパックを設計することが知られている。

しかしながら、そのような構成の取外し可能なシールド要素を提供することは、車両のボディに固定されたバッテリパックの機械的挙動を悪化させ、望ましくない機械振動を誘起する可能性がある。

国際公開第２０１８／１６６８８８号

したがって、本発明の狙いは、ハイブリッドまたは電気車両に組み付けるときに、バッテリパックの保守とその機械的挙動を最適化しながら、バッテリパックのバッテリモジュールを、効率的に保護する道を提供することによって、従来技術の欠点を是正することである。

この目的のために、本発明の第１の目的は、電気またはハイブリッド車両のバッテリパックのためのシールド要素と名付けられた保護要素からなり、前記保護要素は、シールド要素をバッテリパックおよび車両のボディの両方に取外し可能に固定するように構成された固定手段を備える。

本発明による保護要素は、個別にまたは組合せて考慮される、以下に挙げられた任意選択の特徴：
－ 固定手段が、少なくとも保護要素の縁部分で扱われる。
－ 固定手段が、保護要素をバッテリパックに取外し可能に固定するように提供された第１の固定要素と、保護要素とバッテリパックを車両のボディに取外し可能に固定するように提供された第２の固定要素とを備える。
－ 各固定要素が、少なくとも、保護要素において扱われる貫通穴と、関係する穴を通して挿入されるように提供されたねじとを備える。
－ 保護要素が、面内に延びており、第１と第２の固定要素の間の距離が、１５ｃｍ未満、優先的には１０ｃｍ未満である。
を有してもよい。

本発明の第２の目的は、電気またはハイブリッド車両のための補強バッテリパックであって、キャリアデバイスと、前記キャリアデバイス内に収容された複数のバッテリモジュールと、上記したシールド要素と名付けられ、バッテリパック中への侵入を回避するように提供された少なくとも下部保護要素とを備え、前記キャリアデバイスは保護要素の上にあり、保護要素の固定手段は、キャリアデバイスに取外し可能に固定され、車両のボディに固定されるようにも構成される、補強バッテリパックからなる。

本発明による補強バッテリパックはまた、個別にまたは組合せて考慮される、以下に挙げられた任意選択の特徴：
－ キャリアデバイスが、少なくとも、１つの側壁と、バッテリパックの複数のバッテリモジュールを受け入れるように提供された基壁とを備え、側壁は、ドラフト角に従って基壁に対して傾斜され、両方とも前記基壁に垂直に延びる、２つの平行な面で画定されたロケーションスペースに含まれ、保護要素の第１の固定要素は、前記ロケーションスペースに含まれる。
－ キャリアデバイスが、側壁に固定され、ロケーションスペースに含まれた補強中空構造を備え、第１の固定要素が、前記補強中空構造に固定される。
－ 補強バッテリパックが、少なくとも：
・保護要素の上にあり、バッテリモジュールを冷却するように提供された冷却手段であって、キャリアデバイスが冷却手段の上にある、冷却手段と、
・キャリアデバイスに固定されたトップカバーと、
・キャリアデバイスに挿入され、前記キャリアデバイスに固定され、複数のハウジングメンバを形成する複数のハウジングクロスメンバを備える、メッシュであって、各バッテリモジュールが、関係するハウジングメンバに収容されている、メッシュと
をさらに備える。
－ 補強バッテリパックが、保護要素と冷却手段の間に位置される、規則的に離隔された耐侵入クロスメンバを備える。
－ 保護要素が、１５００ＭＰａ超の引張り強度を有する鋼で作られる。
を有してもよい。

本発明の第３の目的は、ボディと少なくとも電気動力源とを備える車両であって、前記車両が、上記したような補強バッテリパックをさらに備え、保護要素の固定手段が、キャリアデバイスおよび車両のボディの両方に固定される、車両からなる。

本発明による車両は、個別にまたは組合せて考慮される、以下に挙げられた任意選択の特徴：
－ 保護要素の第１の固定要素が、キャリアデバイスの補強構造内に固定され、ロケーションスペースに含まれ、保護要素の第２の固定要素が、車両のボディに固定される。
を有してもよい。

本発明のその他の特性および利点を、以下の記載においてより詳細に記載するであろう。

本発明は、以下の図を参照して、純粋に説明のために提供され、制限的であることを決して意図されない、以下の記載を読むことによって、よりよく理解されるであろう。

本発明による補強バッテリパックを備える車両のボディの斜視図を表す。 バッテリパックおよび車両のボディの両方に固定された、本発明の保護要素を示す、補強バッテリパックの一部の横方向断面図を表す。

なお、本出願で使用される用語「低」、「高」、「上」、「下」、「最低」、「最高」、「頂部」、「底部」、「左」、「右」という用語は、地面に垂直に配置されるときの補強キャリアデバイスのバッテリパックのおよび車両の異なる部分の位置および向きを指すことに留意されたい。さらに、「前」、「前方」、「後」、「背後」、「後方」という用語は、車両の通常の運転方向に従って定義される。「実質的に垂直」という用語は、９０°±１５°の角度範囲を規定し、「実質的に平行」という用語は、０°±１５°の角度範囲を規定する。

図１および２によれば、本発明の保護要素１を含む補強バッテリパック９の実施形態が、ここに記載される。

電気またはハイブリッド車両２０のコンポーネントである、補強バッテリパック９は、キャリアデバイス１０上にある複数のモジュールを本質的に備える。

キャリアデバイス１０のいくつかの概念が可能である。本発明を明らかにする目的で、バッテリモジュールがその上にある基壁１９と、少なくともバッテリモジュールを囲むフレームを形成するいくつかの側壁１８とを備えるキャリアデバイス１０が考えられるであろう。しかしながら、異なる概念、例えば、側壁無しのフラットトレイを有するキャリアデバイスで、本発明を実装することも可能であることに留意されたい。キャリアデバイス１０は、優先的に、一般的な長方形形状を有し、縦方向軸に関して延び、２つの縦方向側壁１８と２つの横方向側壁とを備える。しかしながら、この一般的な形状は、本発明の枠組みの範囲内で異なってもよい。

キャリアデバイス１０は、例えば、鋼で作られ、スタンピング工程を容易にするために、鋼ブランク、好ましくは１０００ＭＰａ未満の引張り強度を有する鋼をスタンピングすることによって製造される。キャリアデバイス１０の形状の故に、およびスタンピング工程後のキャリアデバイス１０のデモールディングを可能にするために、キャリアデバイスの各側壁１８は、ドラフト角αに従って、基壁１９に対して傾斜される。キャリアデバイス１０の各側壁１８はよって、前記ドラフト角αに従って基壁１９に対して傾斜され、両方とも前記基壁１９に垂直に延びる２つの平行な面Ｐ１、Ｐ２によって画定されるスペース１７に含まれる。以下では、このスペース１７は、ロケーションスペース１７と名付けられる。

図２は、図１における矢印ＩＩに従う縦方向側壁１８を図示している。この側壁は、基壁１９に平行なフランジ１５を形成する自由端部分を備える。

キャリアデバイス１０はまた、キャリアデバイス１０の側壁１８の少なくとも１つの補強構造１６を備える。この補強構造１６は、側壁１８の少なくとも一部に沿って延びる、少なくとも、内部補強片２２と外部補強片２１とを備える。内部および外部補強片２１、２２は、それぞれ、少なくとも関係する側壁１８の反対側面に固定されており、少なくとも部分的に互いに面し、好ましくは互いに面している。

以下において、関係する側壁１８の反対側面にそれぞれ固定されて、少なくとも部分的に互いに面する一対の内部および外部補強片２１、２２は、補強構成と名付けられ、補強構造１６はいくつかの補強構成を備えるので、よって前記補強構造１６の一部である。

図２は、両方とも関係する側壁１８によって横断される、２つの隣接する補強中空部分２３、２４を備える縦方向補強構成を図示している。加えて、各補強中空部分２３、２４は、関係する内部補強片２２の内部補強中空セクション２６、２７と、関係する外部補強片２１の外部補強中空セクション２８、２９とで作られ、両方の補強中空セクション２３、２４は少なくとも部分的に互いに面し、好ましくは全体的に互いに面している。この特有の構成によって、２つの中空部分２３、２４は、１つまたはいくつかの側壁１８に対するいかなる衝撃も吸収するように提供され、キャリアデバイス１０のいかなる変形も回避する。

各補強構成はまた、補強中空部分２３、２４間に位置し、関係する側壁１８に固定される補強締結部分２５も備える。この補強締結部分２５は、内部補強片２２の内部補強締結セクション３０と、外部補強片２１の外部補強締結セクション３１とで作られ、両方の補強締結セクション３０、３１は、関係する側壁１８に溶接される。加えて、両方の補強締結セクション３０、３１は、少なくとも部分的に互いに面し、好ましくは全体的に互いに面している。この特有の構成によって、２つの中空部分２３、２４の体積が減少されて、補強バッテリパックのモジュールを通した機械的伝播を制限する。言い換えると、補強締結部分２５は、バッテリモジュールによって経験される機械的振動を減少させる。

各補強片２１、２２は、鋼ブランクをスタンピングすることによって製造される。特定の実施形態においては、スタンピング作業は、熱間スタンピング作業であり、この場合に、ブランクが加熱され、続いてスタンピングツール内で急冷される。よって、衝撃発生時の高い抵抗を確保するために高い機械的性質を確保しながら、部品に必要な複雑な形状を得ることができる。代替的実施形態において、補強片２１、２２の少なくとも一部をロール成形してもよい。

例として、内部および外部補強片２１、２２は、１５００ＭＰａ超の引張り強度を有するマルテンサイト系鋼で作られる。この鋼の組成は、例えば、重量パーセントで次のとおりである：

別の実施形態において、内部および外部補強片２１、２２は、１７００ＭＰａ超の引張り強度を有するより硬いマルテンサイト系鋼で作られることができる。この鋼の組成は、例えば、重量パーセントで次のとおりである：

これらの鋼合金の２つの例は、補強片２１、２２が、キャリアデバイス１０の相対的な延性にもかかわらず、キャリアデバイス１０のいかなる変形に対しても、またはバッテリモジュールを通したいかなる物理的侵入に対しても、保護を提供するように、高い剛性を有する。

各構成の外部補強片２１は、キャリアデバイス１０の対応する側壁１８の外面に、より正確には、前記側壁１８のフランジ１５の直ぐ下に溶接された第１の端部３４を備える。外部片２１はまた、キャリアデバイス１０の基壁１９の外面に溶接された反対側の端部分３６と、一般的な台形形状を有する２つの隣接する中空セクション２８、２９とを備える。

各構成の内部補強片２２は、外部補強片２１の第１の端部分３４と面する、キャリアデバイス１０の対応する側壁１８の内面に溶接された第１の端部分３５を備える。内部片２２はまた、キャリアデバイス１０の基壁１９の内面に溶接された反対側の端部分３７と、外部補強片２１の２つの中空部分２８、２９にそれぞれ面する一般的な台形形状を有する２つの隣接する中空セクション２６、２７とを備える。内部補強片２２はまた、キャリアデバイス１０の基壁１９の内面に溶接された反対側の端部分３７を備える。

有利な方法において、補強構成の補強中空部分２３、２４は、ロケーションスペース１７に含まれる。補強中空部分２３、２４のこの特有の配置により、キャリアデバイス１０においてバッテリモジュールの収容のために許容される合計スペースは、完全に最適化される。

有利には、補強バッテリパック９は、キャリアデバイス１０に挿入されたメッシュ（図示せず）を備えてもよい。このメッシュは、キャリアデバイス１０の基壁１９の上にあり、縦方向メンバと、前記縦方向メンバに固定された複数のハウジングクロスメンバとを備える。ハウジングクロスメンバは、少なくともバッテリモジュールを収容するように各々が提供された複数の規則的にディスパッチされたハウジングメンバを形成する。

補強バッテリパック９はまた、キャリアデバイス１０の基壁１９の外面に固定され、バッテリモジュールを冷却するように提供された冷却手段１２を備える。

本発明によれば、補強バッテリパック９は、以下においてシールド要素と名付けられる下部保護要素１を備え、前記シールド要素１は、キャリアデバイス１０に取外し可能に固定された固定手段２を備え、車両２０のボディ１１に取外し可能に固定されるように提供される。シールド要素１はよって、損傷した場合には、補強バッテリパック９から取り外されて、新品のシールド要素１で置き換えてもよい。

補強バッテリパック９のキャリアデバイス１０は、本発明の前記シールド要素１の上にある。加えて、冷却手段１２は、キャリアデバイス１０とシールド要素１との間に挿入される。

このシールド要素１は、正方形形状であり、キャリアデバイス１０よりも、同じ縦方向軸に従う面において延びている。シールド要素１は、好ましくは、重量で０．１５から０．５％の間で炭素を含む、完全マルテンサイト系鋼で作られる。このマルテンサイト系鋼は、１５００ＭＰａ超の引張り強度を有し、シールド要素１に、補強バッテリパック９を通した物理的侵入に対して特に耐性をもたせる。

補強バッテリパック９はまた、シールド要素１に固定され、前記シールド要素１と冷却手段１２の間に位置する、規則的に離隔された耐侵入クロスメンバ１３を備える。加えて、上記したメッシュの横方向ハウジングクロスメンバは、車両２０の底部から来る侵入の場合に、前記耐侵入クロスメンバ１３と、横方向ハウジングクロスメンバとが協働して最適な抵抗を提供するように、耐侵入クロスメンバ１３と整列される。

最後におよび図１に図示されているように、補強バッテリ背部９は、キャリアデバイス１０のフランジ１５に固定される、トップカバーとも名付けられたトッププレート３７を備える。別の好ましい実施形態においては、トップカバー３７は、メッシュの少なくとも１つのハウジングクロスメンバにボルト留めすることによって、キャリアデバイス１０に固定されてもよい。この最後の実施形態において、バッテリモジュールまたはその他の要素の保守が必要な場合には、トップカバーを取り外すことが可能である。

本発明に従って、シールド要素１の固定手段２がここで記載される。

固定手段２は、少なくともシールド要素１の縁部分１４上で扱われ、優先的には、正方形のシールド要素１が４つの縁部分１４を備えると想定して、シールド要素１の各端部分１４において扱われる。図２に示されているように、少なくともシールド要素１の２つの反対側の縁部分１４は、キャリアデバイス１０のフランジ１５を越えて延びる各突出セクション３２を備え、前記突出セクション３２は、以下において説明されるように、車両２０のボディ１１に対面するように提供されている。

反対側の縁部分１４の各々に対して、固定手段２は、少なくとも第１の固定要素３、有利には、キャリアデバイス１０にシールド要素１を取外し可能に固定する複数の第１の固定要素３と、第２の固定要素４、有利には、シールド要素および補強バッテリパック９を車両２０のボディ１１に固定するように構成された複数の第２の固定要素４とを備える。

各第１の固定要素３は、中空構造１６の関係する構成の外部片２１に面する貫通穴５と、前記穴５を通しておよび補強構造１６の外部片２１の底壁内において扱われた第２の穴を通して挿入されるねじ７とを備える。ねじ７は、ナット３３で補強構造１６に固定されて、シールド要素１をバッテリパックに取外し可能に固定する。

各第１の固定要素３はよって、ロケーションスペース１７に含まれ、これは、キャリアデバイス１０の基壁１９の上にあるバッテリモジュールに利用可能な体積を最適化する。

各第２の固定要素４はまた、関係する縁部分１４の突出部分３２において扱われる貫通穴６を備え、前記貫通穴６は、車両２０のボディ１１において扱われる穴、好ましくは、ねじ付き穴と面するように構成されている。第２の固定要素４はまた、車両２０のボディ１１のねじ付き穴に挿入されて、シールド要素１および補強バッテリパック９を車両２０のボディ１１に取外し可能に固定するように構成されたねじ８を備える。

図１に図示されているように、補強バッテリパック９は、車両２０のボディ１１の下部に取外し可能に固定されて、前記補強バッテリパック９の車両２０への組み付けおよび分解を容易化する。車両はよって、各第２の固定要素５を前記車両２０のボディ１１のねじ付き穴に単純に固定することによって、本発明の補強バッテリパック９を簡単に装備することができる。加えて、補強バッテリパック９は、関係する第２の固定要素４の各ねじ８を回して外すことによって、車両２０から簡単に取り外すことができる。

図２に図示されているように、固定手段２の第１および第２の固定要素３、４は、シールド要素１の面において扱われ、前記第１および第２の固定要素３、４の間の距離は、１５ｃｍ未満であり、優先的には１０ｃｍ未満である。第１および第２の固定要素３、４の間の比較的小さい距離を有する固定手段２のこの特有の配置により、補強バッテリパック９と車両２０のボディ１１との間の振動伝達経路を短くすることができる。これにより、ドライバ満足の重要因子である、良好な騒音振動ハーシュネス（Ｎｏｉｓｅ Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ Ｈａｒｓｈｎｅｓｓ）挙動という結果になる。

ハイブリッドまたは電気車両２０に組み付けられた補強バッテリパック９の損傷したシールド要素の交換のためのプロセスがここで記載される。

第１のステップにおいて、車両２０から補強バッテリパック９を分解するために、第２の固定要素４のねじ８が、車両２０のボディ１１から取り外される。補強バッテリパック９はよって、第２のステップにおいて、車両２０から取り外される。

第３のステップにおいて、損傷したシールド要素を補強バッテリパック９の残部から自由にするために、第１の固定要素３のねじ７が、関係するナット３３から取り外される。損傷したシールド要素はよって、バッテリパックから取り外される。

第４のステップにおいて、新品のシールド要素１が、キャリアデバイス１０の前方に位置づけられる。

第５のステップにおいて、第１の固定要素３によって、新しいシールド要素１がバッテリパックに固定される。使用の準備ができた補強バッテリパック９はよって、再組立てされる。

最後に、第６のおよび最終ステップにおいて、使用準備のできた補強バッテリパック９が、車両２０のボディ１１の前方に位置づけされ、補強バッテリパック９を前記車両２０に取外し可能に固定するために、第２の固定要素４のねじ８が、車両２０のボディ１１において扱われる関係するねじ付き穴に挿入される。

勿論のこと、補強バッテリパック９は、上記した実施形態に限定はされず、本発明の文脈内で修正を行うことができる。例として、トッププレート３７は、任意選択としてもよく、冷却手段１２は、異なるように製造されてもよく、上述したようにキャリアデバイス１０も同様である。

加えて、当業者は、シールド要素１が、固定手段２との組立てをサポートすることのできるバッテリパックの任意の部分に固定するように構成されていれば、本発明による前記シールド要素１は、ハイブリッドまたは電気車両２０の任意のタイプのバッテリパックに適していることを理解する。

Claims (5)

1. キャリアデバイス（１０）と、前記キャリアデバイス（１０）に収容された複数のバッテリモジュールと、自動車事故の間に起こり得る物理的侵入、または道路から来る要素の侵入による自動車の通常使用中の物理的侵入の両方に対して、補強バッテリパック中への前述の侵入を回避するように提供されたシールド要素と名付けられた保護要素（１）とを備え、前記キャリアデバイス（１０）が保護要素（１）の上にある、電気またはハイブリッド車両のための補強バッテリパック（９）であって、保護要素（１）の固定手段（２）は、キャリアデバイス（１０）に取外し可能に固定され、車両（２０）のボディ（１１）に固定されるようにも構成され、前記固定手段（２）は、保護要素（１）をキャリアデバイス（１０）に取外し可能に固定するように提供された第１の固定要素（３）と、保護要素（１）および補強バッテリパックを車両（２０）のボディ（１１）に取外し可能に固定するように提供された第２の固定要素（４）とを備え、各固定要素（３、４）は、保護要素（１）において扱われる貫通穴（５、６）と、関係する穴（５、６）を通して挿入されるように提供されたねじ（７、８）とを備え、キャリアデバイス（１０）は、少なくとも１つの側壁（１８）と、バッテリパックの複数のバッテリモジュールを受け入れるように提供された基壁（１９）とを備え、第１の面（Ｐ１）は、基壁（１９）に垂直に延び、側壁（１８）の底部を通る平面であり、第２の面（Ｐ２）は、基壁（１９）に垂直に延び、側壁（１８）の上端にあるフランジ（１５）の端部を通る平面であり、側壁（１８）が前記第１の面（Ｐ１）に対するドラフト角（α）に従って基壁（１９）に対して傾斜され、２つの平行な前記第１の面（Ｐ１）および前記第２の面（Ｐ２）によって画定されたロケーションスペース（１７）に側壁（１８）が含まれ、保護要素（１）の第１の固定要素（３）は、前記ロケーションスペース（１７）に含まれる、補強バッテリパック。
2. キャリアデバイス（１０）は、側壁（１８）に固定され、ロケーションスペース（１７）に含まれた補強中空構造（１６）を備え、第１の固定要素（３）は、前記補強中空構造（１６）に固定される、請求項１に記載の補強バッテリパック（９）。
3. キャリアデバイス（１０）と保護要素（１）との間に挿入され、バッテリモジュールを冷却するように提供された冷却手段（１２）であって、キャリアデバイス（１０）は、冷却手段（１２）の上にある、冷却手段（１２）と、
   キャリアデバイス（１０）に固定されたトップカバー（３７）と、
   キャリアデバイス（１０）に挿入され、前記キャリアデバイス（１０）に固定され、複数のハウジングメンバを形成する複数のハウジングクロスメンバを備える、メッシュであって、各バッテリモジュールが関係するハウジングメンバ内に収容される、メッシュと
   をさらに備える、請求項１および２のいずれかに記載の補強バッテリパック（９）。
4. 保護要素（１）は、１５００ＭＰａ超の引張り強度を有する鋼で作られる、請求項１から３のいずれかに記載の補強バッテリパック（９）。
5. ボディ（１１）と、電気動力源とを備え、請求項１から４のいずれかに記載の補強バッテリパック（９）をさらに備える、車両（２０）。

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