JP6024895B2 - 車載用電池パック - Google Patents

Description

本発明は、例えば、電気自動車やハイブリッド車両等の電動車両に搭載される車載用電池パックに関する。

電動車両には、走行用モータを駆動させるための電池パックが搭載されている。近年、車載用電池パックは大容量化が進んでおり、それに伴って様々な構造のものが提案されている。例えば、電池パックトレー内に複数の電池セルを備える電池モジュールを収容し、各電池モジュールを、電池モジュールホルダーによって電池パックトレーに固定するようにしたものがある（特許文献１参照）。この特許文献１において電池モジュールホルダーは、電池モジュールホルダーのフランジ部を、ホルダーナットの上端側のねじ部にボルトを螺合することで、電池パックトレーに固定されている。

このような構成により、電池モジュールを電池パックトレーに対して良好に固定することはできる。

特開２０１２−１０１６６３号公報

ところで、電池パックもしくは電池パック内に収容される電池セルの破損原因の一つとして、例えば、車両が障害物等に衝突した際の反動等により、電池モジュールが移動してしまうことが挙げられる。すなわち、電池モジュールが移動した場合、電池モジュールがバッテリトレー（電池パックトレーに相当）等と衝突して破損し、それに伴って、電池モジュールを構成する電池セルも破損してしまう虞がある。

このため、電池モジュールは、上記反動等による電池モジュールの移動量が極力小さくなるようにバッテリトレーに固定されていることが望ましい。上記特許文献１に記載の構造であっても、電池モジュールの移動を抑制することはできるが、さらなる向上が望まれている。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、車両衝突時の反動等による電池モジュールの移動を抑制した車載用電池パックを提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の第１の態様は、複数の電池モジュールが収容される収容部を有するバッテリトレーと、前記電池モジュールを前記バッテリトレーに固定する第１のブラケット部材と、を備える車載用電池パックであって、前記バッテリトレーは、前記収容部の周囲に立設される柱状の固定部材を有し、前記第１のブラケット部材の一端側が、前記固定部材上に第１の締結部材によって固定されており、前記固定部材が挿入される係合孔を一端側に有するとともに、他端側が前記電池モジュールに固定される第２のブラケット部材を備え、前記係合孔は、前記固定部材の径よりも大きい径で形成されており、前記係合孔と前記固定部材との間には所定の隙間が確保されていることを特徴とする車載用電池パックにある。

かかる第１の態様では、第２のブラケット部材を備えることで、車両衝突時の反動による電池モジュールの移動が抑制される。すなわち、第２のブラケット部材の移動が、係合する固定部材によって規制され、その結果、電池モジュールの移動も抑制される。また、係合孔と固定部材との間に隙間が確保されることから、多少の寸法誤差があったとしても、電池モジュールをバッテリトレーに良好に固定することができ、且つ車両衝突時の反動等による電池モジュールの移動も抑制できる。

本発明の第２の態様は、第１の態様の車載用電池パックにおいて、前記第１のブラケット部材の他端側は前記電池モジュールの上部に固定され、前記第２のブラケット部材の他端側は前記電池モジュールの下部に固定されていることを特徴とする車載用電池パックにある。

かかる第２の態様では、第１のブラケット部材によって、電池モジュールをバッテリトレーに対して比較的容易に固定することができ、且つ第２のブラケット部材によって、車両衝突時の反動等による電池モジュールの移動を抑制することができる。

本発明の第３の態様は、第１または２の態様の車載用電池パックにおいて、前記係合孔には、前記固定部材が当該係合孔の中心よりも前記電池モジュールとは反対側に位置するように挿入されていることを特徴とする車載用電池パックにある。

かかる第３の態様では、車両衝突時の反動が生じた際に、第２のブラケット部材が固定部材に当接することで、第１のブラケット部材や固定部材が電池モジュールに衝突するのを抑制することができる。

本発明の第４の態様は、第１から３の何れか一つの態様の車載用電池パックにおいて、前記第２のブラケット部材の前記係合孔と前記電池モジュールとの固定部分との直線距離が、前記第１のブラケット部材の前記固定部材との固定部分と前記電池モジュールとの固定部分との直線距離よりも短いことを特徴とする車載用電池パックにある。

かかる第４の態様では、車両衝突時の反動が生じた際に、第２のブラケット部材が固定部材に当接することで、第１のブラケット部材や固定部材が電池モジュールに衝突するのをより確実に抑制することができる。

本発明の第５の態様は、第１から４の何れか一つの態様の車載用電池パックにおいて、前記第１のブラケット部材の他端側は第２の締結部材によって前記電池モジュールに固定され、前記第２のブラケット部材の他端側は溶接によって前記電池モジュールに固定されていることを特徴とする車載用電池パックにある。

かかる第５の態様では、第１のブラケット部材を第２の締結部材によって電池モジュールに固定することで、電池モジュールのバッテリトレーへの固定力を高めることができる一方、第２のブラケット部材とバッテリモジュールとの固定構造を省スペースに構成できるので、バッテリトレーの収容部の大型化を防ぐことができる。

かかる本発明の車載用電池パックでは、第１のブラケット部材と共に第２のブラケット部材を備えることで、車両衝突時の反動等による電池モジュールの移動を抑制して、電池モジュールの破損を抑制することができる。

電気自動車に搭載される電池パックを示す概略斜視図である。 本発明の一実施形態に係る電池パック内部を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る電池パックの断面図であり、図２のＡ−Ａ′断面図である。 本発明の一実施形態に係るモジュールケースとバッテリトレーとの固定構造を模式的に示す分解斜視図である。 前方衝突が起こった際の電池モジュールの移動状態を示す平面図である。 前方衝突が起こった際の電池モジュールの移動状態を示す模式図である。

図１に示すように、本発明に係る二次電池（バッテリ）が搭載された車載用電池パック（以下、単に電池パックと呼ぶ）１０は、例えば、電気自動車等の電動車両１の底部（フロア下）に搭載され、電動車両１の走行用モータ等に電力を供給する。

電池パック１０は、図２及び図３に示すように、複数の電池セル２０を備える電池モジュール３０と、電池モジュール３０が収容されるバッテリケース４０とを備える。

電池モジュール３０は、複数の電池セル２０と、これら複数の電池セル２０が内部に収容されるモジュールケース３１とで構成されている。本実施形態では、モジュールケース３１内に８つの電池セル２０が収容されている。電池セル２０の配置は特に限定されないが、本実施形態では、モジュールケース３１内に電池セル２０が車両１の前後方向で２列に設けられ、且つ上下方向に４つずつ積み重ねられている。なおバッテリケース４０内に収容される電池モジュール３０の数や配置は特に限定されるものではない。

モジュールケース３１は、例えば、板金で形成され、上面部３２及び下面部３３と、これら上面部３２と下面部３３とを繋ぐ側面部３４とで構成されている。すなわち、モジュールケース３１は、車両１の前後方向で電池セル２０の周囲の４面を囲むように設けられている。残りの２面は開口３５となっており、電池セル２０は、この開口３５からモジュールケース３１内に挿入されることになる（図４参照）。

バッテリケース４０は、電池モジュール３０を収容する容器であり、バッテリトレー４１及びバッテリカバー４２を備えている。バッテリトレー４１はバッテリケース４０の下部を構成し、バッテリカバー４２がバッテリケース４０の上部を構成している。すなわち、これらバッテリトレー４１とバッテリカバー４２とで形成される空間内に電池モジュール３０が収容されている。

本実施形態では、バッテリトレー４１の底部４３には２つの区画壁４４が立設され、バッテリトレー４１内には、これらの区画壁４４で区画される３つの収容部４５が形成され、これらの各収容部４５に電池モジュール３０が収容されている。すなわち、バッテリトレー４１内には３つの電池モジュール３０が車両１の左右方向で一列に配置されて収容されている。

そして、このように収容部４５内に収容された各電池モジュール３０は、第１のブラケット部材５０を介してバッテリトレー４１に固定されている。以下、電池モジュール３０とバッテリトレー４１との固定構造について説明する。

バッテリトレー４１には、図２〜図４に示すように、各収容部４５の四隅にリブ４７が形成されており、各リブ４７の内部には、柱状、例えば、円柱状の固定部材７０が立設されている。バッテリトレー４１は、例えば、樹脂材料等からなり、例えば、金属材料からなる固定部材７０が一体成形によりリブ４７内に設けられている。固定部材７０は、リブ４７を上下方向に貫通して設けられ、その上端は、リブ４７の表面から上方に突出している。固定部材７０の上端部には雌ねじ孔７１が形成されている。また第１のブラケット部材５０は、例えば、板金で形成された略Ｌ字形状の部材であり、一端側であるバッテリトレー４１側の端部近傍には貫通孔５１が形成されている。この貫通孔５１を介して固定部材７０の雌ねじ孔７１にボルト（第１の締結部材）８０を螺合させることで、第１のブラケット部材５０がバッテリトレー４１に固定されている。

一方、電池モジュール３０を構成するモジュールケース３１の側面部３４の上部には、２つの雄ねじ部３７が側方に向かって突出して設けられている。また第１のブラケット部材５０の他端側であるモジュールケース３１側の端部近傍には、各雄ねじ部３７に対応する二つの貫通孔５２が形成されている。そして、各貫通孔５２に挿入した雄ねじ部（第２の締結部材）３７にナット９０を螺合させることで、第１のブラケット部材５０がモジュールケース３１に固定されている。

このように各電池モジュール３０を第１のブラケット部材５０を介してバッテリトレー４１に固定することで、多少の寸法誤差があった場合でも電池モジュール３０とバッテリトレー４１との位置を微調整することができ、電池モジュール３０をバッテリトレー４１に良好に固定することができる。また第１のブラケット部材５０の一端側は、側面部３４の上部に形成されているため、第１のブラケット部材５０が区画壁４４やリブ４７等に干渉することなく、電池モジュール３０をバッテリトレー４１に良好に固定することができる。

さらに各電池モジュール３０は、第２のブラケット部材１００によってモジュールケース３１に連結されている。第２のブラケット部材１００は、第１のブラケット部材５０と同様に板金で形成された略Ｌ字形状の部材であり、その一端側が固定部材７０と係合すると共に、他端側はモジュールケース３１の側面部３４に固定されている。具体的には、第２のブラケット部材１００のバッテリトレー４１側の端部近傍には係合孔１０１が形成され、この係合孔１０１に固定部材７０が挿入されている。そして、このように固定部材７０が係合孔１０１に挿入された状態で、上述したように固定部材７０の上端部に第１のブラケット部材５０が固定されている。また第２のブラケット部材１００の他端側は、モジュールケース３１の側面部３４の下部に、例えば、溶接等により固定されてモジュールケース３１と一体化されている。このため、電池モジュール３０を各収容部４５内に容易に収容することができる。

このように、第２のブラケット部材１００はモジュールケース３１と一体化されると共に、バッテリトレー４１や固定部材７０には固定されることなく、固定部材７０（バッテリトレー４１）に係合されている。つまり電池モジュール３０は、第２のブラケット部材１００によって固定部材７０に係合された状態で、第１のブラケット部材５０によって固定部材７０（バッテリトレー４１）に固定されている。

したがって、このような構成では、車両１が前方衝突を起こした場合でも、電池モジュール３０（電池セル２０）の破損を抑制することができる。すなわち本発明の電池パック１０では、電池モジュール３０が第２のブラケット部材１００によってバッテリトレー４１（固定部材７０）に係合されているため、前方衝突時の電池モジュール３０の前方への移動を抑制することができる。その結果、電池モジュール３０（電池セル２０）の破損を抑制することができる。

ここで、第２のブラケット部材１００の係合孔１０１は、固定部材７０の外径よりも大きい直径で形成されており、係合孔１０１の端面と固定部材７０との間には、所定の隙間が確保されている。これにより、電池モジュール３０をバッテリトレー４１に固定する際に、多少の寸法誤差があったとしても、電池モジュール３０を良好に各収容部４５内に位置合わせして収容することができる。なお係合孔１０１の形状、大きさは特に限定されず、係合孔１０１は、例えば、円形であってもよいが、本実施形態では、係合孔１０１を車両１の前後方向に長い長穴に形成している。

また各係合孔１０１と固定部材７０との位置関係は、特に限定されないが、車両１の前後方向において、固定部材７０は、係合孔１０１の中心よりも外側（電池モジュール３０とは反対側）に位置していることが好ましい。このような構成とすることで、例えば、図５（ａ）に示すように、車両後方側における第２のブラケット部材１００Ａの係合孔１０１と固定部材７０の後端との距離Ｄ１が、車両前方側における第２のブラケット部材１００Ｂの係合孔１０１の後端と固定部材７０の後端との距離Ｄ２よりも短くなる。なお図５では第１のブラケット部材の図示を省略している。

これにより、例えば、車両１の前方衝突の反動によって電池モジュール３０が車両前方側に移動しようとすると、図５（ｂ）に示すように、車両前方側の第２のブラケット部材１００Ｂ（係合孔１０１の後端）が固定部材７０に当接する前に、車両後方側の第２のブラケット部材１００Ａが固定部材７０に当接し、電池モジュール３０の車両前方側への移動が規制される。つまり、車両前方側の第２のブラケット部材１００Ｂ（係合孔１０１の後端）が固定部材７０に当接することによる電池モジュール３０（電池セル２０）の破損を抑制することができる。

また車両後方側の第２のブラケット部材１００Ａが固定部材７０に当接した後、さらに電池モジュール３０の車両前方側に移動した場合、例えば、図６の模式図に示すように、車両後方側の第２のブラケット部材１００Ａによってモジュールケース３１が引っ張られ、それに伴うモジュールケース３１の変形により、内部の電池セル２０が上下方向の圧力を受ける虞がある。ただし、この場合には、モジュールケース３１が全体的に変形するため、各電池セル２０に加わる圧力（衝撃）は分散される。このため、電池セル２０の破損は抑えられる。

また第２のブラケット部材１００の係合孔１０１（後端位置）Ｐ１とモジュールケース３１との固定部分（固定位置）Ｐ２との直線距離Ｄ３は、第１のブラケット部材５０の固定部材７０との固定部分（固定位置）Ｐ３とモジュールケース３１との固定部分（固定位置）Ｐ４との直線距離Ｄ４よりも短くなっていることが好ましい（図３参照）。

これにより、第２のブラケット部材１００によって電池モジュール３０の移動をより確実に抑制することができる。すなわち車両１に前方衝突が生じた場合に、第１のブラケット部材５０が延びきる前に、第２のブラケット部材１００が固定部材７０に当接することで電池モジュール３０の前方への移動が規制される。したがって、電池モジュール３０の車両前方側への移動量をより少なく抑えることができる。

また上述のように、第１のブラケット部材５０の他端側は雄ねじ部３７によってモジュールケース３１に固定され、第２のブラケット部材１００の他端側は溶接によってモジュールケース３１に固定されることが好ましい。

これにより、第１のブラケット部材５０によって電池モジュール３０のバッテリトレー４１への固定力を高めることができる一方、第２のブラケット部材１００と電池モジュール３０との固定構造を省スペースに構成できるので、バッテリトレー４１の収容部４５の大型化を防ぐことができる。

なお本実施形態では、前方衝突が生じた際の作用効果について説明したが、本実施形態の構成は、後方衝突が生じた際にも同様の作用効果を奏する。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこのような実施形態に限定されるものではない。

例えば、上述の実施形態では、第１及び第２のブラケット部材５０，１００が車両１の前方側及び後方側に設けられた構成を例示したが、これら第１及び第２のブラケット部材５０，１００が車両１の左右側方に設けられた構成としてもよい。この場合、車両１に側方衝突が生じた際に、上述したように電池モジュール３０（電池セル２０）の破損を抑制することができる。

また、本発明は、電気自動車に搭載される電池パックだけでなく、例えば、ハイブリッド車両等、他の電動車両に搭載される電池パックにも、勿論、適用することができるものである。

１ 電動車両
１０ 電池パック
２０ 電池セル
３０ 電池モジュール
３１ モジュールケース
３２ 上面部
３３ 下面部
３４ 側面部
３５ 開口
３７ 雄ねじ部
４０ バッテリケース
４１ バッテリトレー
４２ バッテリカバー
４３ 底部
４４ 区画壁
４５ 収容部
４７ リブ
５０ 第１のブラケット部材
５１，５２ 貫通孔
７０ 固定部材
７１ 雌ねじ孔
８０ ボルト
９０ ナット
１００ 第２のブラケット部材
１０１ 係合孔

Claims (5)

1. 複数の電池モジュールが収容される収容部を有するバッテリトレーと、
   前記電池モジュールを前記バッテリトレーに固定する第１のブラケット部材と、
   を備える車載用電池パックであって、
   前記バッテリトレーは、前記収容部の周囲に立設される柱状の固定部材を有し、前記第１のブラケット部材の一端側が、前記固定部材上に第１の締結部材によって固定されており、
   前記固定部材が挿入される係合孔を一端側に有するとともに、他端側が前記電池モジュールに固定される第２のブラケット部材を備え、
   前記係合孔は、前記固定部材の径よりも大きい径で形成されており、前記係合孔と前記固定部材との間には所定の隙間が確保されていることを特徴とする車載用電池パック。
2. 請求項１に記載の車載用電池パックにおいて、
   前記第１のブラケット部材の他端側は前記電池モジュールの上部に固定され、前記第２のブラケット部材の他端側は前記電池モジュールの下部に固定されていることを特徴とする車載用電池パック。
3. 請求項１または２に記載の車載用電池パックにおいて、
   前記係合孔には、前記固定部材が当該係合孔の中心よりも前記電池モジュールとは反対側に位置するように挿入されていることを特徴とする車載用電池パック。
4. 請求項１から３の何れか一項に記載の車載用電池パックにおいて、
   前記第２のブラケット部材の前記係合孔と前記電池モジュールとの固定部分との直線距離が、前記第１のブラケット部材の前記固定部材との固定部分と前記電池モジュールとの固定部分との直線距離よりも短いことを特徴とする車載用電池パック。
5. 請求項１から４の何れか一項に記載の車載用電池パックにおいて、
   前記第１のブラケット部材の他端側は第２の締結部材によって前記電池モジュールに固定され、前記第２のブラケット部材の他端側は溶接によって前記電池モジュールに固定されていることを特徴とする車載用電池パック。

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