JP6637951B2 - 車両用バッテリユニット - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載される車両用バッテリユニットに関する。

従来より電動車両などにはバッテリモジュールが搭載されている。例えば、特許文献１には、バッテリモジュールと、バッテリモジュールを収容するモジュールケースと、を備えるバッテリモジュールが開示されている（例えば、特許文献１）。

米国特許出願公開第２０１４／０３４２１９５号明細書

この種のバッテリモジュールでは、温度変化や経年劣化によるセルの膨張に起因してバッテリモジュールのセル積層方向の荷重（以下、適宜セル厚拘束反力という。）が発生する。近年、セルの高容量化や高エネルギー密度化に伴い、セル内により多くの活物質を詰め込む方向にあるため、セル厚拘束反力が増加傾向となっている。

また、車両に搭載されるバッテリユニットは、衝突等の衝撃からバッテリモジュールを保護する必要がある。

本発明は、バッテリモジュールを適切に保護することができる車両用バッテリユニットを提供する。

本発明は、
車幅方向に複数のバッテリセルが積層されたバッテリモジュールと、
該バッテリモジュールを収容するモジュールケースと、を備える車両用バッテリユニットであって、
前記モジュールケースは、
前記バッテリモジュールの側面を保持する一対のサイドプレートと、
該一対のサイドプレートの下端部を連結するボトムプレートと、
前記バッテリモジュールの積層方向において前記バッテリモジュールの両端部に配置され、前記一対のサイドプレートを連結する一対のエンドブロックと、を備え、
前記エンドブロックは、前記積層方向における前記サイドプレートの端面に締結ボルトによって締結され、
前記エンドブロックの厚さは、前記サイドプレートの厚さよりも厚い。

本発明によれば、エンドブロックは、積層方向におけるサイドプレートの端面に締結ボルトによって締結される。このためサイドプレートは締結ボルトを保持するため所定厚を有することになるが、エンドブロックの厚さはこのサイドプレートの厚さよりも厚いため、バッテリモジュールはサイドプレート及びエンドブロックによって強固に保持される。このため、セル厚拘束反力がエンドブロックで受け止められる。また、エンドブロックに外部から荷重が入力された場合でも、この荷重をエンドブロックで受け、さらにエンドブロック及びサイドプレートをロードパス部材として利用することで、バッテリモジュールを適切に保護することができる。

図１の車両用バッテリユニットの斜視図である。 図１の車両用バッテリユニットの内部の斜視図である。 図２のＡ部分の要部斜視図である。 図３の２つのバッテリモジュールの要部斜視図である。 バッテリケースに締結されるモジュールケースの斜視断面図である。

以下、本発明の一実施形態の車両用バッテリユニット（以下、バッテリユニットと呼ぶ。）について図面を参照しながら説明する。図面には、バッテリユニットの前方をＦｒ、後方をＲｒ、左側をＬ、右側をＲ、上方をＵ、下方をＤ、として示す。

バッテリユニット１０は、図１及び図２に示すように、バッテリモジュールＭと、バッテリモジュールＭを収容するモジュールケースＭＣと、モジュールケースＭＣを収納するバッテリケース１１と、バッテリケース１１に設けられるコネクタ部Ｃ１、Ｃ２と、を備え、車両のフロアパネル下に配置される。

バッテリケース１１は、略矩形形状を有するボトムプレート１１Ｂ（図５参照）上に、左右方向（車幅方向）に対向する左サイドフレーム１１ＬＳ及び右サイドフレーム１１ＲＳと、前後方向に対向する前フレーム１１Ｆ及び後フレーム１１Ｒと、を備え、左サイドフレーム１１ＬＳ、右サイドフレーム１１ＲＳ、前フレーム１１Ｆ、及び後フレーム１１Ｒで囲まれた空間がバッテリ収容部１３を構成する。

バッテリ収容部１３は、前フレーム１１Ｆと後フレーム１１Ｒとの間に設けられ、車両の左右方向に延びて左サイドフレーム１１ＬＳと右サイドフレーム１１ＲＳとに接続される３本のクロスメンバ１４（１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｃ）によって、４つのバッテリ収容部１３Ｆ、１３ＣＦ、１３ＣＲ、１３Ｒに分割される。

バッテリモジュールＭは、前後方向に１０列設けられ、最前列から順に第１モジュールＭ１、第２モジュールＭ２、第３モジュールＭ３、・・・、第１０モジュールＭ１０が並べて配置されている。各モジュールＭ１〜Ｍ１０には、複数のバッテリセルＢＣが左右方向に積層される。

モジュールケースＭＣは、前後方向に４つ設けられ、最前列から順に第１モジュールケース４１、第２モジュールケース４２、第３モジュールケース４３、第４モジュールケース４４が並べて配置されている。

第１モジュールＭ１及び第２モジュールＭ２は最も前方に位置するバッテリ収容部１３Ｆに第１モジュールケース４１に保持された状態で収容され、第３モジュールＭ３〜第５モジュールＭ５は、バッテリ収容部１３Ｆの後方に位置するバッテリ収容部１３ＣＦに第２モジュールケース４２に保持された状態で収容され、第６モジュールＭ６〜第８モジュールＭ８は、バッテリ収容部１３ＣＦの後方に位置するバッテリ収容部１３ＣＲに第３モジュールケース４３に保持された状態で収容され、第９モジュールＭ９及び第１０モジュールＭ１０は、バッテリ収容部１３ＣＲの後方に位置するバッテリ収容部１３Ｒに第４モジュールケース４４に保持された状態で収容される。なお、図２中、モジュールケース４１〜４４は簡略化している。モジュールケースＭＣの具体的構造については第１モジュールケース４１を例に図３〜図５を用いて後述する。

また、バッテリケース１１には、車両の前後方向に延びて前フレーム１１Ｆと後フレーム１１Ｒとに接続されるフレームメンバ１５が設けられている。フレームメンバ１５は、立上部２０Ｆ、２０Ｒによって、バッテリモジュールＭ及びクロスメンバ１４よりも高い位置に配置されている。

バッテリケース１１を構成する左サイドフレーム１１ＬＳ、右サイドフレーム１１ＲＳ、前フレーム１１Ｆ、後フレーム１１Ｒ、クロスメンバ１４及びフレームメンバ１５は、いずれも金属製の構造部材である。なお、構造部材とは、バッテリユニット１０を構造物として形づくる骨材を意味し、衝撃からバッテリモジュールＭを保護するためのロードパスをなす部材である。フレームメンバ１５は、車両のピッチングに対する剛性を高める構造部材として機能している。したがって、バッテリケース１１に収容されるバッテリモジュールＭ等の電気部品は車両の衝突等によって発生する衝撃から守られている。

バッテリケース１１は、金属製のカバー１７によって覆われている。カバー１７は、クロスメンバ１４に固定されたナット１２にボルトＢＬ１を締結することで固定されるとともに、左サイドフレーム１１ＬＳ、右サイドフレーム１１ＲＳ、前フレーム１１Ｆ、及び後フレーム１１Ｒに溶接等により接合される。カバー１７の左右方向中央部には、フレームメンバ１５の形状に倣って前後方向に延びる膨出部１７ａが設けられている。なお、このカバー１７の膨出部１７ａは、フロアパネルに形成されるセンタートンネルに収容される。膨出部１７ａの前部からは第１コネクタ部Ｃ１が露出し、膨出部１７ａの後部からは第２コネクタ部Ｃ２が露出している。

以下、本発明のモジュールケースＭＣについて図３〜図５を参照しながら詳細に説明する。
モジュールケースＭＣは、バッテリモジュールＭの側面を保持する一対のサイドプレート４５と、該一対のサイドプレート４５の下端部を連結するボトムプレート４６と、バッテリモジュールＭの積層方向においてバッテリモジュールＭの両端部に配置され、一対のサイドプレート４５を連結する一対のエンドブロック４７と、を備える。なお、複数列のバッテリモジュールＭを収容するモジュールケースＭＣでは、少なくとも１つのサイドプレート４５が一方側の列を支持する一対のサイドプレート４５と他方側の列を支持する一対のサイドプレート４５を兼ねてもよい。

なお、以下の説明では、第１モジュールケース４１を例に説明するが、第２モジュールケース４２〜第４モジュールケース４４も同一又は同等の構成を有している。また、第１モジュールケース４１は、左右で同一又は同等の構造を有するので、以下の説明では第１モジュールケース４１の左側の構造のみ説明する。

第１モジュールＭ１及び第２モジュールＭ２を収容する第１モジュールケース４１には、左右方向に互いに平行に延びる前面プレート４５Ａ、中間プレート４５Ｂ、及び後面プレート４５Ｃが前方から順に配置され、前面プレート４５Ａと中間プレート４５Ｂとが対をなして第１モジュールＭ１を収容する空間を形成し、中間プレート４５Ｂと後面プレート４５Ｃとが対をなして第２モジュールＭ２を収容する空間を形成する。中間プレート４５Ｂは、第１モジュールＭ１を支持する一対のサイドプレート４５と、第２モジュールＭ２を支持する一対のサイドプレート４５とを兼ねている。

前面プレート４５Ａ、中間プレート４５Ｂ、及び後面プレート４５Ｃの下端部はボトムプレート４６が一体成形により形成され、ボトムプレート４６には、左右方向に冷媒が通るウォータージャケットＷＪが一体に形成されている。

中間プレート４５Ｂ及び後面プレート４５Ｃは、前面プレート４５Ａよりも左右方向に長く、中間プレート４５Ｂの前面４５Ｂｆには窪み部６０が形成される。窪み部６０は、中間プレート４５Ｂの左端面から、前面プレート４５Ａの左端面と左右方向において同じ位置まで形成される。したがって、中間プレート４５Ｂの前面４５Ｂｆには、前面プレート４５Ａの左端面と同じ位置に突当面が形成されることになる。

前面プレート４５Ａの左端面及び中間プレート４５Ｂの突当面には、前エンドブロック４７Ｆが突き当てられて締結ボルトＢＬ２によって固定され、中間プレート４５Ｂの左端面及び後面プレート４５Ｃの左端面には、後エンドブロック４７Ｒが突き当てられて締結ボルトＢＬ２によって固定されている。このように、エンドブロック４７（４７Ｆ、４７Ｒ）がサイドプレート４５（４５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃ）の端面及び突当面に締結ボルトＢＬ２によって締結されるので、サイドプレート４５（４５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃ）は締結ボルトＢＬ２を保持するために必要な剛性を満たすように所定の厚さを有する。

ここでエンドブロック４７（４７Ｆ、４７Ｒ）の厚さＴ１は、サイドプレート４５（４５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃ）の厚さＴ２よりも厚くなっている。なお、エンドブロック４７（４７Ｆ、４７Ｒ）の厚さＴ１とは、エンドブロック４７（４７Ｆ、４７Ｒ）の左右方向における最大幅をいい、サイドプレート４５（４５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃ）の厚さＴ２とは、サイドプレート４５（４５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃ）の前後方向における最大幅をいう。

前エンドブロック４７Ｆは、第１モジュールＭ１の左側面と対向する一様厚のプレート部７１と、プレート部７１の外側に膨出するブロック部７２とを備え、後エンドブロック４７Ｒも、第２モジュールＭ２の左側面と対向する一様厚のプレート部７１と、プレート部７１の外側に膨出するブロック部７２とを備える。したがって、本実施形態におけるエンドブロック４７（４７Ｆ、４７Ｒ）の厚さＴ１は、エンドブロック４７（４７Ｆ、４７Ｒ）のプレート部７１とブロック部７２とを足し合わせた長さを意味している。

このように、バッテリモジュールＭ（Ｍ１、Ｍ２）はサイドプレート４５（４５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃ）及びエンドブロック４７（４７Ｆ、４７Ｒ）によって強固に保持される。このため、温度変化や経年劣化によるセルの膨張に起因してセル厚拘束反力が増加しても、セル厚拘束反力がエンドブロック４７（４７Ｆ、４７Ｒ）で受け止められる。また、エンドブロック４７（４７Ｆ、４７Ｒ）に側突荷重が入力された場合でも、側突荷重をエンドブロック４７（４７Ｆ、４７Ｒ）で受け、さらにエンドブロック４７（４７Ｆ、４７Ｒ）及びサイドプレート４５（４５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃ）をロードパス部材として利用することで、バッテリモジュールＭ（Ｍ１、Ｍ２）を適切に保護することができる。エンドブロック４７（４７Ｆ、４７Ｒ）の厚さＴ１は、サイドプレート４５（４５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃ）の厚さＴ２の２倍以上であることが好ましい。

また、前エンドブロック４７Ｆの後部外側、及び後エンドブロック４７Ｒの前部外側は、ウォータージャケットＷＪに冷媒を供給する冷媒配管８０の接続部８１を避けるように、ブロック部７２が形成されていない接続部配置空間７３となっている。後エンドブロック４７Ｒのブロック部７２は、プレート部７１よりも高さが低く設定されており、ブロック部７２の上部が、冷媒配管８０が配置される冷媒配管配置部７４となっている。冷媒配管配置部７４は、後エンドブロック４７Ｒの外側端面よりも内側に設けられている。これにより、側突荷重が入力された場合でも冷媒配管８０から冷媒が漏れるのを抑制できる。

また、モジュールケースＭＣは、前後方向に隣り合う骨格部材の上面に吊り下げられるように締結部材で締結されている。再び、第１モジュールケース４１を例により具体的に説明すると、第１モジュールＭ１及び第２モジュールＭ２を収容する第１モジュールケース４１には、前面プレート４５Ａの前面４５Ａｆに前フランジ４８ｆが左右方向に延設されるともに、後面プレート４５Ｃの後面４５Ｃｒに後フランジ４８ｒが左右方向に延設される。前フランジ４８ｆ及び後フランジ４８ｒには、所定の間隔でボルト孔４９が設けられており、このボルト孔４９を介して前フランジ４８ｆが前フレーム１１Ｆの上面１１ｕに固定され、後フランジ４８ｒがクロスメンバ１４Ａの上面１４ｕに固定される。したがって、上方から第１モジュールケース４１をバッテリケース１１に容易に組付けることができる。また、前フレーム１１Ｆ及びクロスメンバ１４Ａに対し第１モジュールケース４１が相対移動した場合に、ボルトＢＬ３が破断することで側突荷重を吸収できる。

尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。

また、本明細書には少なくとも以下の事項が記載されている。なお、括弧内には、上記した実施形態において対応する構成要素等を示しているが、これに限定されるものではない。

（１） 車幅方向に複数のバッテリセル（ＢＣ）が積層されたバッテリモジュール（Ｍ）と、
該バッテリモジュールを収容するモジュールケース（ＭＣ）と、を備える車両用バッテリユニット（１０）であって、
前記モジュールケースは、
前記バッテリモジュールの側面を保持する一対のサイドプレート（４５）と、
該一対のサイドプレートの下端部を連結するボトムプレート（４６）と、
前記バッテリモジュールの積層方向において前記バッテリモジュールの両端部に配置され、前記一対のサイドプレートを連結する一対のエンドブロック（４７）と、を備え、
前記エンドブロックは、前記積層方向における前記サイドプレートの端面に締結ボルト（ＢＬ２）によって締結され、
前記エンドブロックの厚さ（Ｔ１）は、前記サイドプレートの厚さ（Ｔ２）よりも厚い、車両用バッテリユニット。

（１）によれば、エンドブロックが、積層方向におけるサイドプレートの端面に締結ボルトによって締結される。このためサイドプレートは締結ボルトを保持するため所定厚を有することになるが、エンドブロックの厚さはこのサイドプレートの厚さよりも厚いため、バッテリモジュールはサイドプレート及びエンドブロックによって強固に保持される。このため、セル厚拘束反力がエンドブロックで受け止められる。また、エンドブロックに外部から荷重が入力された場合でも、この荷重をエンドブロックで受け、さらにエンドブロック及びサイドプレートをロードパス部材として利用することで、バッテリモジュールを適切に保護することができる。

（２） （１）に記載の車両用バッテリユニットであって、
前記エンドブロックの厚さは、前記サイドプレートの２倍以上の厚さを有する、車両用バッテリユニット。

（２）によれば、エンドブロックに側突荷重が入力された場合でも、より適切にバッテリモジュールを保護することができる。

（３） （１）又は（２）に記載の車両用バッテリユニットであって、
前記エンドブロックには、前記積層方向における前記エンドブロックの端面よりも内側に、冷媒配管（８０）が配置される冷媒配管配置部（７４）が設けられている、車両用バッテリユニット。

（３）によれば、剛性の高いエンドブロックの端面よりも積層方向内側に冷媒配管が配置される冷媒配管配置部が設けられているので、側突荷重が入力された場合でも冷媒配管から冷媒が漏れるのを抑制できる。

（４） （３）に記載の車両用バッテリユニットであって、
前記ボトムプレートに、前記冷媒配管に接続され前記バッテリモジュールを冷却するジャケット部（ＷＪ）が一体に形成されている、車両用バッテリユニット。

（４）によれば、剛性の高いエンドブロックの端面よりも積層方向内側に配置されるバッテリモジュールが載置されるボトムプレートにジャケット部が一体に形成されているので、側突荷重が入力された場合でもジャケット部から冷媒が漏れるのを抑制できる。

（５） （４）に記載の車両用バッテリユニットであって、
前記ボトムプレート及び前記一対のサイドプレートは、一体成形により形成される、車両用バッテリユニット。

（５）によれば、ロードパス部材であるサイドプレートがボトムプレートとの一体成型品であるため、より剛性を高めることができる。

（６） （１）〜（５）のいずれかに記載の車両用バッテリユニットであって、
前記車両用バッテリユニットは、前記モジュールケースに保持された前記バッテリモジュールを収納するバッテリケース（１１）をさらに備え、
前記バッテリケースには、車両の左右方向に延びる複数の骨格部材（１１Ｆ、１４）が設けられ、
前記モジュールケースは、前後方向に隣り合う前記骨格部材に締結部材（ＢＬ３）で締結されている、車両用バッテリユニット。

（６）によれば、モジュールケースが構造部材に締結部材で締結されているため、骨格部材に対しモジュールケースが相対移動した場合に、締結部材が破断することで側突荷重を吸収できる。

（７） （６）に記載の車両用バッテリユニットであって、
前記モジュールケースは、前後方向に隣り合う前記骨格部材の上面（１１ｕ、１４ｕ）に吊り下げられるように前記締結部材で締結されている、車両用バッテリユニット。

（７）によれば、モジュールケースは、前後方向に隣り合う骨格部材の上面に吊り下げられるように締結部材で締結されているので、上方からモジュールケースをバッテリケースに容易に組付けることができる。

１０ 車両用バッテリユニット
１１ バッテリケース
１１Ｆ 前フレーム（骨格部材）
１１ｕ 前フレームの上面（骨格部材の上面）
１４ クロスメンバ（骨格部材）
１４ｕ クロスメンバの上面（骨格部材の上面）
４５ サイドプレート
４６ ボトムプレート
４７ エンドブロック
７４ 冷媒配管配置部
８０ 冷媒配管
ＢＣ バッテリセル
ＢＬ２ 締結ボルト
ＢＬ３ 締結部材
Ｍ バッテリモジュール
Ｔ１ エンドブロックの厚さ
Ｔ２ サイドプレートの厚さ

Claims (7)

1. 車幅方向に複数のバッテリセルが積層されたバッテリモジュールと、
   該バッテリモジュールを収容するモジュールケースと、を備える車両用バッテリユニットであって、
   前記モジュールケースは、
   前記バッテリモジュールの側面を保持する一対のサイドプレートと、
   該一対のサイドプレートの下端部を連結するボトムプレートと、
   前記バッテリモジュールの積層方向において前記バッテリモジュールの両端部に配置され、前記一対のサイドプレートを連結する一対のエンドブロックと、を備え、
   前記エンドブロックは、前記積層方向における前記サイドプレートの端面に締結ボルトによって締結され、
   前記エンドブロックの厚さは、前記サイドプレートの厚さよりも厚い、車両用バッテリユニット。
2. 請求項１に記載の車両用バッテリユニットであって、
   前記エンドブロックの厚さは、前記サイドプレートの２倍以上の厚さを有する、車両用バッテリユニット。
3. 請求項１又は２に記載の車両用バッテリユニットであって、
   前記エンドブロックには、前記エンドブロックの積層方向外側の端面よりも内側に、冷媒配管が配置される冷媒配管配置部が設けられている、車両用バッテリユニット。
4. 請求項３に記載の車両用バッテリユニットであって、
   前記ボトムプレートに、前記冷媒配管に接続され前記バッテリモジュールを冷却するジャケット部が一体に形成されている、車両用バッテリユニット。
5. 請求項４に記載の車両用バッテリユニットであって、
   前記ボトムプレート及び前記一対のサイドプレートは、一体成形により形成される、車両用バッテリユニット。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の車両用バッテリユニットであって、
   前記車両用バッテリユニットは、前記モジュールケースに保持された前記バッテリモジュールを収納するバッテリケースをさらに備え、
   前記バッテリケースには、車両の左右方向に延びる複数の骨格部材が設けられ、
   前記モジュールケースは、前後方向に隣り合う前記骨格部材に締結部材で締結されている、車両用バッテリユニット。
7. 請求項６に記載の車両用バッテリユニットであって、
   前記モジュールケースは、前後方向に隣り合う前記骨格部材の上面に吊り下げられるように前記締結部材で締結されている、車両用バッテリユニット。

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