特開 2024-127518 車載用バッテリシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024127518

(43)【公開日】2024-09-20

(54)【発明の名称】車載用バッテリシステム

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/289 20210101AFI20240912BHJP

   H01M 50/249 20210101ALI20240912BHJP

   H01M 50/244 20210101ALI20240912BHJP

   H01M 50/242 20210101ALI20240912BHJP

   H01M 50/207 20210101ALI20240912BHJP

   H01M 10/625 20140101ALI20240912BHJP

   H01M 10/6556 20140101ALI20240912BHJP

   H01M 10/613 20140101ALI20240912BHJP

【ＦＩ】

H01M50/289 101

H01M50/249

H01M50/244 A

H01M50/242

H01M50/207

H01M10/625

H01M10/6556

H01M10/613

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023036716

(22)【出願日】2023-03-09

(71)【出願人】

【識別番号】000100791

【氏名又は名称】アイシン軽金属株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100114074

【弁理士】

【氏名又は名称】大谷 嘉一

(74)【代理人】

【識別番号】100222324

【弁理士】

【氏名又は名称】西野 千明

(72)【発明者】

【氏名】二塚 滋

(72)【発明者】

【氏名】五十嵐 弘憲

【テーマコード（参考）】

5H031

5H040

【Ｆターム（参考）】

5H031AA09

5H040AA01

5H040AA03

5H040AA07

5H040AA14

5H040AS07

5H040AT06

5H040AY05

5H040AY10

5H040CC20

(57)【要約】

【課題】製造コストを低減でき、外部衝撃に対して二次電池の保護効果に優れる車載用バッテリシステムの提供を目的とする。
【解決手段】複数の電池セルを収容するモジュールパックと、複数の前記モジュールパックを収容して車両に搭載するケース体とを備え、前記ケース体は底部パネルと、前記底部パネルに取り外し可能に締結した枠体と、前記枠体の内側で前記底部パネルに接合した複数のインナークロスとを有し、前記モジュールパックは前記インナークロスに取付けられることを特徴とする。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の電池セルを収容するモジュールパックと、複数の前記モジュールパックを収容して車両に搭載するケース体とを備え、
前記ケース体は底部パネルと、前記底部パネルに取り外し可能に締結した枠体と、前記枠体の内側で前記底部パネルに接合した複数のインナークロスとを有し、前記モジュールパックは前記インナークロスに取付けられることを特徴とする車載用バッテリシステム。

【請求項2】

前記底部パネル及びインナークロスは押出材で製作してあり、前記底部パネルは中空部及びソリッド部を有する断面形状であり、前記インナークロスが前記ソリッド部上に接合されることを特徴とする請求項１に記載の車載用バッテリシステム。

【請求項3】

前記枠体は押出材である右壁、左壁、前壁及び後壁で形成してあり、前記右壁及び左壁はそれぞれ前記インナークロスの両端面に当接又は近接され前記底部パネル上にボルト締結されることを特徴とする請求項２に記載の車載用バッテリシステム。

【請求項4】

前記モジュールパックは前記複数の電池セルをパック体で包持してあり、前記パック体は前後方向外側に突出する複数の取付部を有し、前記複数の取付部は一対の前記インナークロスの上部に、又は、前記インナークロスと前枠又は後枠のそれぞれ上部にボルト締結されることを特徴とする請求項３に記載の車載用バッテリシステム。

【請求項5】

前記パック体は、さらに左右方向外側に突出する１以上の固定部を有し、前記１以上の固定部は前記右壁及び／又は左壁の上部にボルト締結されることを特徴とする請求項４に記載の車載用バッテリシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、車載用のバッテリシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

電気自動車やハイブリッド自動車等には、駆動用に複数の電池セルを積層した二次電池が搭載される。
例えば特許文献１には、二次電池からなる電池スタック、電池モジュールを複数収容した電池パックの保護構造が開示されている。
走行可能距離を伸ばすためには、電池の高出力化や高容量化が求められるため、電池モジュールの搭載数が増えて、電池パック全体が大型化する。
また、車種や車両サイズ等に適合した個別の設計が必要で、二次電池を外部衝撃から保護する必要もあり、大型設備や専用設備の使用により製造コストが高くなる。
特許文献２には、製造コストを低減しながら、バッテリシステムを種々の車両に搭載できる技術の一例が開示されているが、このような技術が望まれている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－１０８０９９号公報

【特許文献2】ＷＯ２０２０／０２６９６３

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明は、製造コストを低減でき、外部衝撃に対して二次電池の保護効果に優れる車載用バッテリシステムの提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明に係る車載用バッテリシステムは、複数の電池セルを収容するモジュールパックと、複数の前記モジュールパックを収容して車両に搭載するケース体とを備え、前記ケース体は底部パネルと、前記底部パネルに取り外し可能に締結した枠体と、前記枠体の内側で前記底部パネルに接合した複数のインナークロスとを有し、前記モジュールパックは前記インナークロスに取付けられることを特徴とする。

【0006】

ここで、モジュールパックとは、繰り返し充電使用可能な複数の電池セル及びその制御機器等を収容したものであり、小型である。
従来は、車種や要求される航続距離に合せて、車両毎に必要な電池スタック、電池モジュールを収容する設計になっていたので、大型の電池パック構造にならざる得ず、また設計の自由度も小さいものであった。
これに対して、本発明におけるケース体は、例えば右壁、左壁、前壁及び後壁で形成される枠体と、この枠体の下方の開口部を塞ぐ底部パネルと、この底部パネルに接合されてモジュールパックを保持するインナークロスとで構成され、底部パネルの広さや枠体の大きさ等を、モジュールパックの搭載数や車両サイズ等に合せて設計でき、バッテリシステムとしての自由度が向上する。
これにより、小型のモジュールパックの共通化を図ることができ、従来のような大型設備等が不要で、総合的に製造コストを低減しやすく、種々の車両にバッテリシステムを搭載しやすい。
モジュールパックを収容したケース体は、例えば、車両のリア側やフロント側、フロア下等に搭載できる。

【0007】

本発明において、前記底部パネル及びインナークロスは押出材で製作してあり、前記底部パネルは中空部及びソリッド部を有する断面形状であり、前記インナークロスが前記ソリッド部上に接合されてもよい。
底部パネルは、例えば複数のパネル材から構成され、このパネル材がそれぞれ中空部及びソリッド部を有する断面形状であってもよく、これにより軽さと強度に優れる。
中空断面でないソリッド部は、下方からの外部入力に対して弱い傾向にあるが、このソリッド部上にインナークロスを配設し、例えばレーザー溶接又は摩擦攪拌接合することで、底部パネルの剛性が高くなる。

【0008】

本発明において、前記枠体は押出材である右壁、左壁、前壁及び後壁で形成してあり、前記右壁及び左壁はそれぞれ前記インナークロスの両端面に当接又は近接され前記底部パネル上にボルト締結されてもよい。
このようにすれば、側方からの外部荷重は側壁である右壁又は左壁を経由してインナークロスに入力されるので、モジュールパックを保護しやすい。
また、底部パネル上に枠体をボルト締結することで、容易に組付け及び取り外しが可能であり、底部パネルと側壁の両方で荷重を受けることができる。
なお、本明細書では外部からの衝撃を受けやすい方向を、説明の便宜上、左右方向（側方）と表現するが、ケース体の車両への搭載方向に制限はない。

【0009】

本発明において、前記モジュールパックは前記複数の電池セルをパック体で包持してあり、前記パック体は前後方向外側に突出する複数の取付部を有し、前記複数の取付部は一対の前記インナークロスの上部に、又は、前記インナークロスと前枠又は後枠のそれぞれ上部にボルト締結されてもよく、このようにモジュールパックをケース体にボルト締結することで、取り付け及び取り外しが容易である。
また、前記パック体は、さらに左右方向外側に突出する１以上の固定部を有し、前記１以上の固定部は前記右壁及び／又は左壁の上部にボルト締結されるものであってもよく、これにより、モジュールパックがインナークロスと枠体に締結され、より強固な構造となる。
例えば、１つのモジュールパックがインナークロスと、前壁又は後壁と、右壁又は左壁とにボルト締結され、このモジュールからみて少なくとも３方向でケース体（インナークロスと枠体）に締結してもよい。
モジュールパックは、電池セルの下方に冷却路を有するものであってもよく、このようにモジュールパックに冷却機構を設けることで、冷却性能の向上やケース体の構造が複雑になるのを防止できる。

【発明の効果】

【0010】

本発明に係る車載用バッテリシステムは、モジュールパックの搭載数等を基準にケース体を組付けることができ、従来のような大型設備等が不要で、製造コストを低減しやすく、二次電池の保護効果も高い。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明に係る車載用バッテリシステムの構造例を、分解斜視図で示す。

【図2】（ａ）はロアフレームの部分拡大図を、（ｂ）はこのロアフレームと枠体の締結状態を、（ｃ）はさらにモジュールパックを取付けた状態を示す。

【図3】取付けた状態のモジュールパックを側面図で示す。

【図4】ケース体に複数のモジュールパックを収容した状態を、斜視図で示す。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本発明に係る車載用バッテリシステムの構造例を以下、図に基づいて説明するが、本発明はこれに限定されない。
図１に、バッテリシステムの構造例を分解斜視図で示す。
バッテリシステムは、複数の電池セルを収容するモジュールパック１と、複数のモジュールパック１を収容して車両に搭載するケース体とを備え、ケース体は底部パネル１０、複数のインナークロス２０、及び枠体３０で構成される。

【0013】

モジュールパック１は、複数の電池セル及びその制御機器、冷却器等を収容したもので、例えば、ダイカスト鋳造で製作された略箱体と必要に応じてこれに取付け可能な上カバー及び／又は下カバーで構成されるパック体の内部に、複数の電池セル等が収容されてあってもよい。
二次電池がパック体に包持されることで、シール性が向上するとともに、電池セルの積層状態を維持するために別途拘束部材等を必要としないため、部品点数を低減できる。
図３に、モジュールパック１の側面図を示す。
本実施例は、略箱体に保持された複数の電池セル２の下方に、左右方向に延在する冷却路３が複数形成されるように下カバーを取付けた例であるが、電池セルの形状や積層数、積層方向、冷却路の構造に制限はない。
モジュールパック１は、その上カバー及び／又は略箱体の上側から前後方向外側に突出する複数の取付部４を有し、前後方向外側にそれぞれ突出する一対の取付部４が、例えば、後述する一対のインナークロス２０の上部２１にボルト締結されることで、一対のインナークロスに保持される。
なお、ケース体に対するモジュールパックの収容位置によっては、モジュールパックの一対の取付部４が、インナークロス２０の上部２１と後述する前枠３３又は後枠３４の上部とにボルト締結されてもよい。
モジュールパック１は、その上カバー及び／又は略箱体の上側に、さらに左右方向外側に突出する１以上の固定部５を有してもよく、例えば、固定部５と後述する右壁３１及び／又は左壁３２の上部をボルト締結してもよい。

【0014】

底部パネル１０は、アルミニウム押出材で製作した例になっていて、複数のパネル材１１が前後方向に連結されている。
底部パネルは一枚のパネルであってもよいが、押出加工の生産性等を考慮すると、複数のパネル材からなることが好ましく、構成するパネル材の枚数を選択することで、ケース体の底部サイズを容易に調整できる。
本実施例のパネル材１１は、中空部１２及びソリッド部１３を有する断面形状の例であり、中空部１２の変形により外部からの入力荷重を吸収することができる。
中空部１２により保護強度の向上と軽量化が可能であるが、ソリッド部１３が中空部１２を構成する下辺１２ａを有しないことで、より軽量化を図ることができる。
なお、パネル材の断面形状は必ずしもソリッド部を有する必要はなく、構成するパネル材がすべて同じ断面形状である必要もない。
また、パネル材の連結方法に制限はなく、本実施例は溶接接合した例であるが、隣接するパネル材が相互に嵌合連結してあってもよい。

【0015】

インナークロス２０は、中空断面形状を有するアルミニウム押出材の例であり、その上部２１にモジュールパックの取付部４が取付けられる。
本実施例は日字断面形状であり、その下部２２が前後方向に張り出すフランジを有して底部パネル上に立設しやすい例であるが、これに限定されない。
複数のインナークロスを底部パネル上に接合し、一対のインナークロス２０、２０間、インナークロス２０と前壁３３又は後壁３４の間にモジュールパック１が配設される。
なお、インナークロスと底部パネルの接合方法に制限はないが、例えば、底部パネルのソリッド部１３上にインナークロス２０をレーザー溶接又は摩擦攪拌接合してもよく、これにより、底部パネルの剛性が高まる。

【0016】

枠体３０は、図１に示すように、アルミニウム押出材で製作された右壁３１、左壁３２、前壁３３及び後壁３４を用いて形成される。
一対の右壁３１、左壁３２をそれぞれ一対の前壁３３、後壁３４と連結する。
例えば、溶接により連結してもよいが、シール性を確保できれば連結方法に制限はなく、また、各壁の材質や構造にも特に制限はない。
例えば、外部衝撃を吸収しやすい構造として、側壁である右左壁３１、３２がそれぞれ外側に張り出すように外側中空部３１ａ、３２ａを有してもよい。
また、必要に応じて車両への取付部、例えば前後壁３３、３４の外側等に取付部３３ａ、３４ａを有してもよい。

【0017】

ケース体の組付け及びモジュールパックの取付け方法を、図２に基づいて説明する。
ケース体は、モジュールパックの搭載数や車両への搭載位置、車両サイズ等を基準に組付けることができ、枠体の下方の開口部を底部パネルで塞ぎ、この枠体の内側でインナークロスが底部パネルに接合できれば、ケース体の組付け順に特に制限はない。
なお、ケース体の上部をカバー部材で覆う構造であってもよい。
例えば、板状の底部パネル１０に複数のインナークロス２０を接合してロアフレームを製作し、このロアフレームに枠体３０を立設してもよい。
図２（ａ）に示すように、インナークロス２０に対して底部パネル１０の左右幅を長く設定し、底部パネル１０がインナークロス２０よりも左右外側に延在した締結部１０ａを有することで、この締結部１０ａに枠体を構成する右壁３１又は左壁３２を締結できる。
図２（ｂ）に示すように、インナークロスの両端面２０ａにそれぞれ当接又は近接した右壁３１、左壁３２を、締結部１０ａの下方からボルト締結する。
これにより、側方からの外部荷重が側壁（右壁３１又は左壁３２）を経由してインナークロス２０に入力される。
また、ケース体の左右端部側に、締結部１０ａと重なる右左壁３１、３２が位置することで、外部荷重を底部パネルと側壁の両部品で効率的に受けることができる。
図２（ｃ）に示すように、一対のインナークロス２０、２０間等にモジュールパック１を配設し、モジュールパックの取付部４とインナークロスの上部２１等をボルト締結する。
本実施例はさらに、右枠３１の上部にモジュールパックの右方向外側に突出した固定部５をボルト締結する例であるが、左枠３２に対しても、モジュールパックの左方向外側に突出した固定部５をボルト締結してもよい。
図４に、ケース体に複数のモジュールパック１を収容した状態例を示す。
このような構造によって、ケース体からモジュールパックを個別に回収しやすく、ケース体の組付けや解体性にも優れる。
また、モジュールパック等を基準にケース体を組付けることで、ケース体内に無駄なスペースを生じにくい。

【符号の説明】

【0018】

１ モジュールパック
４ 取付部
１０ 底部パネル
１２ 中空部
１３ ソリッド部
２０ インナークロス
３０ 枠体
３１ 右壁
３２ 左壁
３３ 前壁
３４ 後壁

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】