JP7490609B2

JP7490609B2 - 車両用バッテリ

Info

Publication number: JP7490609B2
Application number: JP2021055307A
Authority: JP
Inventors: サイモンオバホッファ; ジーチェンウー; シャオジーリー
Original assignee: Daimler Truck AG
Current assignee: Daimler Truck Holding AG
Priority date: 2021-03-29
Filing date: 2021-03-29
Publication date: 2024-05-27
Anticipated expiration: 2041-03-29
Also published as: JP2022152511A; WO2022210584A1

Description

本件は、複数のバッテリモジュールと、バッテリモジュールを駆動及び制御するための電子機器群とを含む車両用バッテリに関する。

近年、環境負荷を低減する観点から、乗用車だけでなくトラック等の商用車の分野においても、電動モータにより走行する電動車両（電気自動車、ハイブリッド自動車）の開発が行われている（特許文献１参照）。

特開２０１６－１１３０６３号公報

上記のような電動車両に搭載される駆動用のバッテリ（バッテリパック）では、航続距離の延長や搭載性の確保などの観点から、エネルギー密度（単位体積又は単位重量当たりのエネルギー量）を高めることが課題とされている。エネルギー密度を高めるためには、ハウジング内に収容されるバッテリモジュールや電子機器群（例えばバッテリ制御ユニット〔BCU；Battery Control Unit〕）を高密度に（隙間をできるだけ詰めて）配置することが重要である。

また、このように機器を高密度に配置すると、機器や配線が互いに近接するため、点検や交換などの際のメンテナンス性が低下しないようすることが好ましい。
本件は、上記のような課題に鑑み創案されたものであり、車両用バッテリにおいて、エネルギー密度を高めることを目的の一つとする。

本件は上記の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様又は適用例として実現できる。
本適用例に係る車両用バッテリは、車両を駆動するモータに電力を供給する複数のバッテリセルを有するバッテリモジュールと、前記バッテリモジュールを駆動及び制御するための電子機器群と、複数の前記バッテリモジュールが載置される下方フロアプレート及び前記下方フロアプレートの上方で複数の前記バッテリモジュールを囲む下方枠体からなる下方ハウジングと、前記下方枠体において対向する一対の壁面間に延設され、前記バッテリモジュール間に配置される複数の補強プレートと、前記バッテリモジュールの上方に設けられて前記補強プレートに支持される上方フロアプレート及び前記上方フロアプレートの上方で前記電子機器群を囲む上方枠体からなる上方ハウジングと、を含むことを特徴としている。

このような車両用バッテリによれば、バッテリモジュールの上方に設けられる上方フロアプレートが補強プレートに支持されるため、下方ハウジングの補強部材である補強プレートを上方フロアプレートの台座部として利用できる。これにより、上方フロアプレートを支持する大型な支持部材を別途配置したり、上方フロアプレートを下方枠体に支持させるために上方フロアプレートを下方フロアプレートと同等のサイズまで延長したりする必要がなくなる。このため、車両用バッテリの大型化や高重量化を抑制できる。よって、エネルギー密度を高められる。

本件によれば、車両用バッテリにおいて、エネルギー密度を高めることができる。

実施形態に係る電動車両の概略的な上面図である。車両用バッテリの一部の構成を例示する分解斜視図である。車両用バッテリの下方蓋体及び上方蓋体以外の構成を例示する分解斜視図である。下方蓋体及び上方蓋体を含むバッテリパックの分解斜視図である。車両用バッテリの下方蓋体が開けられた状態を示す断面図である。車両用バッテリの上方蓋体が開けられた状態を示す断面図である。

図面を参照して、本件の実施形態について説明する。以下の実施形態はあくまでも例示に過ぎず、この実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。下記の実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。また、必要に応じて取捨選択でき、あるいは適宜組み合わせられる。

［１．構成］
図１に示すように、本実施形態に係るバッテリパック（車両用バッテリ）１０は、電気自動車又はハイブリッド自動車である電動車両（車両）２０に搭載されている。ここでは、電動車両２０として、キャブ２１及び荷箱２２を備えたトラックを例示する。なお、図１では、キャブ２１及び荷箱２２を二点鎖線で示す。

本実施形態のバッテリパック１０は、外観形状が略直方体であって、上面視で略矩形状をなす。バッテリパック１０は、車長方向（前後方向）Ｄ１に延在する一対のサイドレール２３の下方に配置され、各サイドレール２３に支持される。ただし、バッテリパック１０の形状や配置や支持手法は、ここで例示するものに限定されない。また、ここでは一つのバッテリパック１０が搭載された電動車両２０を例示するが、電動車両２０に搭載されるバッテリパック１０の個数は二以上であってもよい。

図２に示すように、バッテリパック１０は、複数のバッテリモジュール１と、バッテリモジュール１を収容する下方ハウジング３と、下方ハウジング３を補強する複数の補強プレート２とを含む。本実施形態では、車長方向Ｄ１に並ぶ四つのバッテリモジュール１が単一の下方ハウジング３に収容されたバッテリパック１０を例示する。

各バッテリモジュール１は、互いに同様に構成される。具体的に言えば、各バッテリモジュール１は、所定の積層方向Ｄｏに積層された複数のバッテリセル（図示略）を有する。各バッテリモジュール１において、複数のバッテリセルは直列に接続される。バッテリモジュール１のバッテリセルは、電動車両２０を駆動する図示しないモータに電力を供給する。

本実施形態のバッテリモジュール１は、積層方向Ｄｏの寸法が、積層方向Ｄｏに直交する幅方向Ｄｗの寸法と、積層方向Ｄｏ及び幅方向Ｄｗの双方に直交する高さ方向Ｄｈの寸法とのいずれよりも長く、細長い直方体形状をなす。ただし、バッテリモジュール１の形状は、ここで例示する形状に限定されない。

バッテリパック１０において、複数のバッテリモジュール１は、積層方向Ｄｏが互いに平行となる姿勢で並列配置される。本実施形態では、積層方向Ｄｏが車幅方向（左右方向）Ｄ２と一致する姿勢で各バッテリモジュール１が配置されたバッテリパック１０を例示する。

下方ハウジング３は、複数のバッテリモジュール１が載置される下方フロアプレート３１と、下方フロアプレート３１の上方で複数のバッテリモジュール１を囲む下方枠体３２とからなる。ここでは、矩形状をなす下方フロアプレート３１と、下方フロアプレート３１の外縁に対応する四辺から立設されて四角筒状をなす下方枠体３２とで容器状をなす下方ハウジング３を例示する。

補強プレート２は、下方枠体３２において対向する一対の壁面間に延設され、バッテリモジュール１間に配置される。ここでは、車幅方向Ｄ２（すなわち積層方向Ｄｏ）に沿って延設された二つの板状の補強プレート２を例示する。二つの補強プレート２は、互いに車長方向Ｄ１に離隔して設けられる。

補強プレート２は、下方フロアプレート３１及び下方枠体３２の少なくとも一方に固定される。本実施形態の補強プレート２は、車幅方向Ｄ２の両端部が溶接により枠体３２に固定されている。
補強プレート２は、例えばアルミの押出成形品であって、車幅方向Ｄ２に延在する中空部２ａ（図５及び図６参照）を有する。本実施形態では、複数の中空部２ａが車高方向（上下方向）Ｄ３に並設された補強プレート２を例示する。

図３に示すように、バッテリパック１０は、バッテリモジュール１を駆動及び制御するための電子機器群９と、電子機器群９を収容する上方ハウジング４とを更に含む。上方ハウジング４は、下方ハウジング３よりも小さく形成され、下方ハウジング３の上方に配置される。このように、バッテリパック１０は、比較的大きい下方ハウジング３の上方に比較的小さい上方ハウジング４が配置された二階建て構造をなす。

上方ハウジング４は、バッテリモジュール１の上方に設けられて補強プレート２に支持される上方フロアプレート４１と、上方フロアプレート４１の上方で電子機器群９を囲む上方枠体４２とからなる。ここでは、矩形状をなす上方フロアプレート４１と、上方フロアプレート４１の外縁よりも内側の部分から立設されて四角筒状をなす上方枠体４２とで容器状をなす上方ハウジング４を例示する。
上記のとおり、本実施形態の上方フロアプレート４１は、上方枠体４２よりも外側に延出した延出部４３を有する。また、上方フロアプレート４１のうち、延出部４３よりも内側の中央部４４には、図示しないブラケットを適宜介して電子機器群９が載置される。

電子機器群９には、例えば、バッテリ制御ユニット（BCU；Battery Control Unit）、コンタクタ、ヒューズ、電流センサ、充電コネクタ等が含まれる。電子機器群９は、上方枠体４２の内側という限られたスペースにおいて高密度に（隙間をできるだけ詰めて）配置される。

本実施形態の上方フロアプレート４１は、フレーム状の二つの支持ブラケット５を介して補強プレート２に支持されている。各支持ブラケット５は、補強プレート２に沿って（本実施形態では車幅方向Ｄ２に）延びる棒状の主部５ａと、主部５ａから突設された複数の台座部５ｂと、各台座部５ｂに形成されたネジ穴５ｃとを有する。支持ブラケット５は、補強プレート２の上方に配置され、例えばボルト（図示略）により補強プレート２に固定される。

本実施形態の上方フロアプレート４１は、支持ブラケット５のネジ穴５ｃと重なる位置に形成された複数の貫通孔４５を有する。上方フロアプレート４１は、貫通孔４５の各々に挿通されたボルト１１が支持ブラケット５のネジ穴５ｃに螺合することにより、支持ブラケット５に固定される。

本実施形態では、二つの支持ブラケット５の間に二つの補強ブラケット６が延設されている。補強ブラケット６は、支持ブラケット５の主部５ａと交差する方向（本実施形態では車長方向Ｄ１）に沿って延び、二つの支持ブラケット５どうしを接続する。補強ブラケット６は、上方フロアプレート４１の中央部４４の下方に配置され、中央部４４を支持する。

図４に示すように、バッテリパック１０は、下方枠体３２の上方に設けられて上方枠体４２を避けつつバッテリモジュール１を覆う下方蓋体７と、上方枠体４２の上方に設けられて電子機器群９を覆う上方蓋体８とを更に含む。すなわち、バッテリパック１０では、下方ハウジング３に取り付けられる下方蓋体７と、上方ハウジング４に取り付けられる上方蓋体８とが、互いに別体で形成されており、個々に独立して開閉（取り外し、取り付け）可能となっている。

本実施形態の下方蓋体７は、下方枠体３２に対応する矩形の外縁形状をなす板部材で形成されている。下方蓋体７の中央部には、上方枠体４２に対応する矩形状の貫通孔７ａが形成されている。
下方蓋体７は、貫通孔７ａに上方枠体４２が配置されるように、下方ハウジング３に対して位置決めされる。そして、下方蓋体７は、下方枠体３２の上縁部と上方フロアプレート４１の延出部４３とに上方から当接配置され、図示しない固定具により、下方枠体３２及び上方フロアプレート４１の延出部４３に取り外し自在に固定される。

上方蓋体８は、上方枠体４２に対応する矩形の板部材で形成される。上方蓋体８は、上方枠体４２の上縁部に上方から当接配置され、図示しない固定具により、上方枠体４２に取り外し自在に固定される。

［２．作用及び効果］
バッテリパック１０によれば、バッテリモジュール１間のデッドスペースを利用して補強プレート２が配置されるため、補強プレート２で下方ハウジング３の剛性を高めつつも、バッテリパック１０の大型化を回避しながら出力を高められる。

また、バッテリモジュール１の上方に設けられる上方フロアプレート４１が補強プレート２に支持されるため、下方ハウジング３の補強部材である補強プレート２を上方フロアプレート４１の台座部として利用できる。これにより、上方フロアプレート４１を支持する大型な支持部材を別途配置したり、上方フロアプレート４１を下方枠体３２に支持させるために下方フロアプレート３１と同等のサイズまで延長したりする必要がなくなる。このため、バッテリパック１０の大型化や高重量化を抑制できる。よって、エネルギー密度を高められる。

さらに、バッテリパック１０によれば、下方蓋体７が上方枠体４２を避けつつバッテリモジュール１を覆うため、電子機器群９を覆う上方蓋体８に対して下方蓋体７を個別に開閉できる。具体的には図５に示すように、上方蓋体８を閉じた（取り付けた）状態のまま、下方蓋体７を開ける（取り外す）ことが可能である。反対に、図６に示すように、下方蓋体７を閉じた（取り付けた）状態のまま、上方蓋体８を開ける（取り外す）ことも可能である。

したがって、下方蓋体７で覆われるバッテリモジュール１と、上方蓋体８で覆われる電子機器群９とに対し、点検や交換といったメンテナンス作業を個別に実施できる。例えば、バッテリモジュール１の点検の際は、図５に示すように下方蓋体７を取り外すだけで、下方枠体３２の内部にアクセス可能となる。このため、上方蓋体８や上方ハウジング４や電子機器群９を取り外したり移動させたりする必要が無く、バッテリモジュール１のメンテナンス作業を容易化できる。同様に、電子機器群９の点検の際は、図６に示すように上方蓋体８を取り外すだけで、上方枠体４２の内部にアクセス可能となるため、下方蓋体７を取り外したり移動させたりする必要が無く、電子機器群９のメンテナンス作業を容易化できる。

したがって、エネルギー密度を高めるためにバッテリモジュール１や電子機器群９が高密度に配置される場合であっても、メンテナンス作業を容易化できる。よって、バッテリパック１０によれば、エネルギー密度を高めつつメンテナンス性を確保できる。また、バッテリパック１０を搭載した電動車両２０によれば、バッテリパック１０のエネルギー密度が高められることで、良好な航続距離を実現できる。

また、本実施形態のように、上方フロアプレート４１が補強プレート２の上方に配置された支持ブラケット５を介して補強プレート２に支持される構成であれば、支持ブラケット５の形状を変更するだけで、様々なタイプの補強プレート２に上方フロアプレート４１を支持させることが可能となる。また、支持ブラケット５どうしを繋ぐ補強ブラケット６が更に設けられれば、補強ブラケット６によっても上方フロアプレート４１を支持できるため、上方フロアプレート４１の変形や変位を抑制できる。これにより、電子機器群９の位置ずれや振動が抑制されることから、バッテリパック１０の信頼性を高められる。

［３．変形例］
上記のバッテリパック１０の構成は一例である。上方フロアプレート４１は、支持ブラケット５を介さずに、補強プレート２に直接的に載置されることで、補強プレート２に支持されてもよい。また、上記の補強ブラケット６は省略されてもよい。

バッテリパック１０に設けられるバッテリモジュール１の個数や、バッテリパック１０におけるバッテリモジュール１の姿勢は、上記の例示に限定されない。例えば、五つ以上のバッテリモジュール１が下方ハウジング３に収容されてもよい。また、バッテリモジュール１は、積層方向Ｄｏが車長方向Ｄ１と一致する姿勢で下方ハウジング３に収容されてもよい。

上記の下方ハウジング３及び上方ハウジング４の各形状は一例である。下方蓋体７及び上方蓋体８の各形状も、下方枠体３２及び上方枠体４２の各形状に応じて適宜設定されればよく、上記の例示に限定されない。
補強プレート２の延在方向、個数及び配置も、上記の例示に限定されない。補強プレート２は、アルミの押出成形品でなくてもよいし、中空部２ａを有していなくてもよい。
なお、バッテリパック１０は、トラック以外の車両に適用されてもよい。

１バッテリモジュール
２補強プレート
２ａ中空部
３下方ハウジング
４上方ハウジング
５支持ブラケット
５ａ主部
５ｂ台座部
５ｃネジ穴
６補強ブラケット
７下方蓋体
７ａ貫通孔
８上方蓋体
９電子機器群
１０バッテリパック（車両用バッテリ）
１１ボルト
２０電動車両（車両）
２１キャブ
２２荷箱
２３サイドレール
３１下方フロアプレート
３２下方枠体
４１上方フロアプレート
４２上方枠体
４３延出部
４４中央部
４５貫通孔
Ｄ１車長方向
Ｄ２車幅方向
Ｄ３車高方向
Ｄｈ高さ方向
Ｄｏ積層方向
Ｄｗ幅方向

Claims

車両を駆動するモータに電力を供給する複数のバッテリセルを有するバッテリモジュールと、
前記バッテリモジュールを駆動及び制御するための電子機器群と、
複数の前記バッテリモジュールが載置される下方フロアプレート及び前記下方フロアプレートの上方で複数の前記バッテリモジュールを囲む下方枠体からなる下方ハウジングと、
前記下方枠体において対向する一対の壁面間に延設され、前記バッテリモジュール間に配置されるとともに前記下方フロアプレート及び前記下方枠体の少なくとも一方に固定されて前記下方ハウジングを補強する複数の補強プレートと、
前記バッテリモジュールの上方に設けられて前記補強プレートに支持される上方フロアプレート及び前記上方フロアプレートの上方で前記電子機器群を囲む上方枠体からなる上方ハウジングと、
前記下方枠体の上方に設けられ、前記上方枠体を避けつつ前記バッテリモジュールを覆う下方蓋体と、を含む
ことを特徴とする車両用バッテリ。
前記上方枠体の上方に設けられ、前記電子機器群を覆う上方蓋体を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の車両用バッテリ。
前記補強プレートに沿って延びる棒状の主部と、前記主部から突設された複数の台座部とを有し、前記補強プレートの上方に配置され、前記上方フロアプレートを支持する支持ブラケットを含む
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用バッテリ。
前記上方フロアプレートの中央部の下方に配置され、前記支持ブラケットの前記主部と交差する方向に沿って延び、二つの前記支持ブラケットどうしを接続して、前記上方フロアプレートの中央部を支持する補強ブラケットを含む
ことを特徴とする請求項３に記載の車両用バッテリ。