特開 2024-67423 バッテリーパックの車載載造

(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】P2024067423

(43)【公開日】2024-05-17

(54)【発明の名称】バッテリーパックの車載載造

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/658 20140101AFI20240510BHJP

   H01M 10/625 20140101ALI20240510BHJP

   H01M 10/613 20140101ALI20240510BHJP

   B60K 1/04 20190101ALI20240510BHJP

   B60K 11/06 20060101ALI20240510BHJP

【ＦＩ】

H01M10/658

H01M10/625

H01M10/613

B60K1/04 Z ZHV

B60K11/06

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022177481

(22)【出願日】2022-11-04

(71)【出願人】

【識別番号】000003997

【氏名又は名称】日産自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100101247

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 俊一

(74)【代理人】

【識別番号】100095500

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 正和

(74)【代理人】

【識別番号】100098327

【弁理士】

【氏名又は名称】高松 俊雄

(72)【発明者】

【氏名】茂田 佑樹

【テーマコード（参考）】

3D038

3D235

5H031

【Ｆターム（参考）】

3D038AA09

3D038AB01

3D038AC04

3D235AA01

3D235BB04

3D235CC15

3D235DD35

3D235FF12

3D235HH07

3D235HH44

5H031HH08

5H031KK02

(57)【要約】

【課題】バッテリーパック４の空冷性能の低下を抑制しつつ、外部火炎に対するバッテリーパック４の断熱性能を向上させる。
【解決手段】バッテリーパック４の車載構造は、フロアパネル３と、フロアパネル３の下方に配置されるバッテリーパック４とを備える。フロアパネル３に対向するバッテリーパック４の表面上及びバッテリーパック４に対向するフロアパネル３の表面上の少なくとも一方に熱膨張断熱材４０を配置している。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両のフロアパネルと、
前記フロアパネルの下方に所定の空間を有して配置されるバッテリーパックと、を備え、
前記フロアパネルに対向する前記バッテリーパックの表面上及び前記バッテリーパックに対向する前記フロアパネルの表面上の少なくとも一方に熱膨張断熱材を配置し、
前記熱膨張断熱材と前記熱膨張断熱材が形成されていない前記フロアパネルの表面との間、前記熱膨張断熱材と前記熱膨張断熱材が形成されていない前記バッテリーパックの表面との間、又は前記フロアパネルの表面及び前記バッテリーパックの表面の双方に配置された前記熱膨張断熱材の間に空隙が形成されているバッテリーパックの車載構造。

【請求項2】

前記熱膨張断熱材は、熱が加えられた場合には膨張して前記空隙を塞ぐ請求項１に記載のバッテリーパックの車載構造。

【請求項3】

前記熱膨張断熱材は、膨張黒鉛から形成されている請求項１に記載のバッテリーパックの車載構造。

【請求項4】

車両上方から見た時に、前記熱膨張断熱材は、前記バッテリーパックの外縁部及び前記外縁部に対向するフロアパネルの表面の少なくとも一方に配置されている請求項１に記載のバッテリーパックの車載構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、バッテリーパックの車載構造に関するものである。

【背景技術】

【0002】

車体床部の下側に配置されたバッテリーモジュールと車体床部との隙間に走行風を導入することによりバッテリーモジュールを冷却するバッテリー冷却構造が知られている（特許文献１参照）。特許文献１では、隙間に導入する走行風が、モジュールの外装部材（ケース）の上壁部に当たることにより、上壁部を介してバッテリーモジュールの熱を放散している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１３―０２８１９２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、外的要因で道路上に火炎が発生した際に、車体床部とバッテリーモジュールとの隙間に高温の空気が回り込む。そして、バッテリーモジュールの外装部材（ケース）の上壁部を介してバッテリーモジュールに熱が伝わってしまう。

【0005】

本発明の目的は、バッテリーパックの空冷性能の低下を抑制しつつ、外部火炎に対するバッテリーパックの断熱性能を向上させるバッテリーパックの車載構造を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様は、車両のフロアパネルと、フロアパネルの下方に配置されるバッテリーパックとを備えるバッテリーパックの車載構造である。フロアパネルに対向するバッテリーパックの表面上及びバッテリーパックに対向するフロアパネルの表面上の少なくとも一方に熱膨張断熱材を配置している。

【発明の効果】

【0007】

本発明の一態様によれば、バッテリーパックの空冷性能の低下を抑制しつつ、外部火炎に対するバッテリーパックの断熱性能を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、実施形態に係るバッテリーパックの車載構造の全体を示す図であり、車両１のフロアパネル３の下方に配置されたバッテリーパック４を示す側面図である。

【図2】図２は、実施形態に係るバッテリーパック４を左前上方から見た斜視図である。

【図3】図３は、図２に示したバッテリーパック４の構造を表す分解斜視図である。

【図4】図４は、図２のＡ－Ａ切断面に沿ったバッテリーパック４とフロアパネル３と熱膨張断熱材４０とを示す、模式的断面図である。

【図5A】図５Ａは、図２のＡ－Ａ切断面に沿ってバッテリーパック４の左側端部を拡大した断面図であって、フロアパネル３の表面上に熱膨張断熱材４０が配置された変形例を示す。

【図5B】図５Ｂは、図４のバッテリーパック４の左側端部に配置された膨張後の熱膨張断熱材４０（断熱層４１）がバッテリーパック４とフロアパネル３との間の空間６を塞いでいる様子を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照しながら、実施形態に係るバッテリーパックの車載構造について説明する。図１は、実施形態に係るバッテリーパック４の車載構造の全体を示す図であり、車両１のフロアパネル３の下方に配置されたバッテリーパック４を示す側面図、図２は、実施形態に係るバッテリーパック４を左前上方から見た斜視図、図３は、図２に示したバッテリーパック３の構造を表す分解斜視図である。なお、各図中のＦＲ、ＲＲは車両の前後方向の前方、後方を、ＬＨ、ＲＨは車両の左右方向の左方、右方を、ＵＰ、ＤＮは車両の上下方向の上方、下方をそれぞれ示す。なお、以下の説明では、車両の前後方向の前方、後方、車両の左右方向の左方、右方、車両の上下方向の上方、下方を、それぞれ「車両前方」、「車両後方」、「車両左方」、「車両右方」、「車両上方」、「車両下方」と称することとする。また、同一の機能を有する部位に関しては同一の符号を付し、重複する場合はその説明を省略する。

【0010】

実施形態に係るバッテリーパックの車載構造は、特に限定はされないが、一例として、電気自動車（ＥＶ）の車両駆動用バッテリーパックの車載構造に適用される。電気自動車の他に、ガソリンハイブリッド車、燃料電池ハイブリッド車が備えるバッテリーパックに適用することも可能である。

【0011】

実施形態に係るバッテリーの車載載造は、図１に示すように、車両１のフロアパネル３と、フロアパネル３の車両下方ＤＮに配置されたバッテリーパック４とを有する。バッテリーパック４は、車両１に搭載され、フロアパネル３と路面５との間に位置している。図１には、一例として、フロアパネル３のうち、車両１のダッシュパネル下端から後部座席足元までのフロントフロアパネル３ａ、及び後部座席下のシートバン部分のセンターフロアパネル３ｂの車両下方ＤＮに配置されたバッテリーパック４を示す。バッテリーパック４は、車両１の前輪と後輪の間のフロアパネル３の車両下方ＤＮに配置されている。フロアパネル３とバッテリーパック４との間に空間６が形成されている。車両１が走行中に車両前方ＦＲから受ける走行風Ｗの一部は、空間６内に流入し、空間６を前後方向に通過し、車両後方ＲＨから流出する。このように、空間６を流れる走行風Ｗにより、バッテリーパック４は空冷性能を有する。左右方向（ＲＨ／ＬＨ）の全面において所定の空間６が形成されていてもよいし、左右方向（ＲＨ／ＬＨ）の一部分において空間６が形成されていても構わない。図１は側面図であるため車両１の前後方向（ＦＲ／ＲＲ）に流れる走行風Ｗを示すが、空間６を流れる走行風Ｗの一部が、車両１の側方すなわち左右方向から流入し又は流出しても構わない。バッテリーパック４のうち、センターフロアパネル３ｂに対応する部分４ｂの上下方向の寸法が、フロントフロアパネル３ａに対向する部分４ａよりも大きい。これにより、バッテリーパック４の外形を、フロアパネル３の底面の形状に沿わせることができ、バッテリーパック４とフロアパネル３との間の広い領域において、上下方向の幅が一定の空間６を形成することができる。なお、バッテリーパック４の形状は図１に示す形状に限定されず、バッテリーパック４が搭載される車両１の位置に応じて適宜の形状にすることができる。本実施形態のバッテリーパック４は、例えば車両１の床裏のフロアパネル３に至るほぼ全面に搭載するものであるため、車両１の床裏全面に配置するのに好ましい扁平形状とされている。

【0012】

図２及び図３に示すように、バッテリーパック４は、バッテリー２０と、その内部にバッテリー２０を収納する筐体１０とを備える。筐体１０は、方形箱形の中空部材であり、バッテリーパック４の外装を成す。筐体１０は、全体として車両１の上下方向の寸法が車両１の前後方向又は車両の左右方向の寸法に比べて小さい扁平形状を有する。筐体１０のうちのセンターフロアパネル３ｂに対向する部分の上下方向の寸法が、フロントフロアパネル３ａに対向する部分よりも大きい。これにより、バッテリーパック４の外形を、フロアパネル３の底面の形状に沿わせることができ、バッテリーパック４とフロアパネル３との間の広い領域において、上下方向の幅が一定の空間６を形成することができる。なお、車両１の上下方向から見た時の筐体１０の外周部分には、複数のブラケット１６が機械的に接続されていてもよい。この場合、バッテリーパック４は、複数のブラケット１６を介して車両１の骨格に固定される。

【0013】

バッテリー２０は、例えば、複数の電池モジュール２０からなる。この場合、筐体１０の形状は、電池モジュール２０の数、形状、寸法、及び筐体１０内での配置に応じて、適宜変更可能である。電池モジュール２０は、例えば、複数の扁平形状の電池セル（図示しない）が積層されたモジュール部品であってもよい。電池セルは、例えば、正極板と負極板とをセパレータを介して積層し、電解質とともにアルミニウム等の材質から成る外装部材で封止して構成される、リチウムイオン二次電池等である。バッテリー２０の構成は、特に限定されるものではなく、例えば鉛蓄電池等や燃料電池等の電池であってもよい。

【0014】

筐体１０は、アッパーケース１１とロアケース１２とを有する。アッパーケース１１及びロアケース１２は、アルミニウム材や鋼材などの金属材料により構成されている。アッパーケース１１は、金属材料に限らず、樹脂材料で形成していてもよく、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ：Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）により形成してもよい。ロアケース１２は、車両１の上方側が開口した箱形の部材である。ロアケース１２の底部には、アルミニウム材や鋼材などの金属材料により構成された複数のクロスメンバ１７が、車両の左右方向及び前後方向に延在して配設されている。複数のクロスメンバ１７は、ロアケース１２内部を仕切る壁を構成している。複数のクロスメンバ１７により、ロアケース１２の強度が増し、ロアケース１２が複数の収容室に画成される。この画成された収容室に、複数の電池モジュール２０が車両の左右方向及び前後方向に沿って配設されている。特に限定はされないが、図３に示す例では、ロアケース１２に設けられた５本のクロスメンバ１７により、車両の前後方向及び左右方向においてロアケース１２が９つの収納室に区切られ、ここに各電池モジュール２０が配設されている。ロアケース１２の車両後方ＲＲ側の収納室には、上下２段に積まれた電池モジュール２０が収納されている。図３示したクロスメンバ１７によるロアケース１２の区切り形態は、一例であって特に限定されるものではなく、電池モジュール２０の形状や数量、配置に応じて適宜変更可能である。

【0015】

図３に示すように、アッパーケース１１は、本体部１１ａと本体部１１ａの外周をとり囲むフランジ部１１ｂとを備える。アッパーケース１１のフランジ部１１ｂとロアケース１２の周縁部は、図示しない締結具により締結される。なお、アッパーケース１１とロアケース１２との周縁接触部には、ゴム材質のシール部材を介在してもよい。アッパーケース１１の車両上方ＵＰ側の表面は、フロアパネル３の車両下方ＤＮ側の表面に対向する。アッパーケース１１の車両上方ＵＰ側の表面とフロアパネル３の車両下方ＤＮ側の表面との間に空間６が形成される。図２及び図３に示す例では、センターフロアパネル３ｂに対向するアッパーケース１１の表面１１ａｂが、フロントフロアパネル３ａに対向するアッパーケース１１の表面１１ａａよりも、車両上方ＵＰ側に位置している。アッパーケース１１の形状は、フロントフロアパネル３ａ及びセンターフロアパネル２ｂに沿った形状である。これにより、アッパーケース１１の車両上方ＵＰ側の表面の形状を、フロアパネル３の車両下方ＤＮ側の表面の形状に沿わせることができる。バッテリーパック４とフロアパネル３との間の広い領域において、上下方向の幅が一定の空間６を形成することができる。なお、アッパーケース１１の段差形状を利用して、上下２段に積まれた電池モジュール２０を筐体１０内に収納している。

【0016】

図４は、図２のＡ－Ａ切断面に沿ったバッテリーパック４とフロアパネル３と熱膨張断熱材４０とを示す模式的断面図である。実施形態に係るバッテリーパック４の車載構造は、フロアパネル３とバッテリーパック４（１１、１２、２０）との間に配置された熱膨張断熱材４０を更に有する。熱膨張断熱材４０は、シート状、フィルム状、又は板状の形状を有し、フロアパネル３とバッテリーパック４との間に形成されている空間６の上下方向（ＵＰ／ＤＮ）の一部分を占有する。換言すれば、熱膨張断熱材４０の上下方向の寸法は、空間６の上下方向（ＵＰ／ＤＮ）の寸法よりも小さい。よって、図１に示した走行風Ｗは空間６に流入し、空間６から流出することができるので、バッテリーパック４の空冷性能の低下は抑制される。

【0017】

熱膨張断熱材４０は、熱が加えられた場合にはその熱を吸収して膨張する性質を備える。図５Ｂに示すように、路面５上に発生した火炎１８等による外部からの熱３０が熱膨張断熱材４０に加えられた場合、熱膨張断熱材４０は熱３０を吸収して膨張する。膨張後の熱膨張断熱材４０を、断熱層４１と呼ぶ。熱膨張断熱材４０が少なくとも上下方向（ＵＰ／ＤＮ）に膨張することにより、断熱層４１が占める空間６の割合が増加する。すなわち、断熱層４１によって空間６が上下方向に狭められるため、断熱層４１よりも内側の空間６０へ熱３０が侵入し難くなる。これにより、空間６０及びアッパーケース１１を介して筐体１０内の電池モジュール２０が加熱されることを抑制することができる。よって、バッテリーパック４の空冷性能の低下を抑制しつつ、外部火炎に対するバッテリーパック４の断熱性能を向上させることができる。

【0018】

熱膨張断熱材４０が少なくとも上下方向（ＵＰ／ＤＮ）に膨張して、断熱層４１が空間６を塞ぐことにより、断熱層４１よりも内側の空間６０へ熱３０が更に侵入し難くなる。これにより、空間６０及びアッパーケース１１を介して筐体１０内の電池モジュール２０が加熱されることを更に抑制することができる。よって、バッテリーパック４の空冷性能の低下を抑制しつつ、外部火炎に対するバッテリーパック４の断熱性能を更に向上させることができる。

【0019】

熱膨張断熱材４０は、例えば、膨張黒鉛から形成されている。膨張黒鉛は、高い熱膨張性及び難燃性を有する材料である。膨張黒鉛は、例えば、鱗片状黒鉛の粉末を硫酸、又は硝酸等の無機酸で処理し、さらに濃硝酸、塩素酸カリウム等の酸化剤で処理することにより、炭素結晶の層間に硫酸などの反応分子が保持させた層間化合物であり、結晶全体として炭素結晶の層が積層した層状構造をとる。膨張黒鉛の形状は特に限定されるものではなく、粉末状、鱗片状、又は粒子状あってもよい。このようにして得られた膨張黒鉛は、加熱されると結晶層間の反応分子がガス化し、その圧力によって結晶層の積層方向において数十乃至数百倍に膨張し、繊維状の形態となる性質を有する。

【0020】

膨張黒鉛は、例えば、粉末状の膨張黒鉛を添加した溶融状態の熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂を金型内に注入し、冷却することにより得てもよい。このようにして得られた膨張黒鉛は、板状やシート状等の厚みを有する。

【0021】

膨張黒鉛は、断熱層４１へ変化すると、膨張黒鉛の繊維状の部分が互いにもつれ合い、膨張黒鉛同士の間に複数の空気層を形成することができる。このようにして形成された熱伝導率が小さい空気層と、膨張黒鉛層とが交互に配置されることによって高い断熱性を有する。

【0022】

図２及び図３に示したように、熱膨張断熱材４０は、例えば、バッテリーパック４の外縁部に配置してもよい。なお、バッテリーパック４の外縁部とは、バッテリーパック４を上下方向（ＵＰ／ＤＮ）から見た時の外縁部である。例えば、アッパーケース１１の本体部１１ａの外縁部に沿って配置してもよい。さらに、バッテリーパック４の外縁部全体を取り囲むように連続して配置さしてもよいし、バッテリーパック４の外縁部の一部分だけに配置しても構わない。熱膨張断熱材４０の位置は、バッテリーパック４の外縁部に限らない。例えば、筐体１０内の一部の領域にだけ電池モジュール２０が配置されている場合、上下方向（ＵＰ／ＤＮ）から見た時に当該一部の領域を取り囲むように熱膨張断熱材４０を配置してもよい。これにより、筐体１０内の電池モジュール２０が加熱されることを抑制できる。

【0023】

図４に示したように、熱膨張断熱材４０は、フロアパネル３に対向するバッテリーパック４の表面上に配置してもよい。フロアパネル３に対向するバッテリーパック４の表面とは、フロアパネル３に対向するアッパーケース１１の表面である。図５Ａに示すように、熱膨張断熱材４０は、バッテリーパック４に対向するフロアパネル３の表面上に配置してもよい。或いは、互いに対向するバッテリーパック４の表面及びフロアパネル３の表面の双方に熱膨張断熱材４０を配置しても構わない。いずれの場合であっても、図５Ｂに示したように、断熱層４１は、上下方向に膨張して空間６を塞ぐことができる。

【0024】

熱膨張断熱材４０は、フロアパネル３、バッテリーパック４、或いはその両方の表面に一体成形する製法（樹脂－金属一体成形法）にて形成することができる。この製法に限定されるものではなく、リベットやボルト等の締結具により締結、或いは接着剤等により接着してもよい。

【0025】

熱膨張断熱材４０は、膨張黒鉛から形成されていてもよい。これにより、熱膨張断熱材４０は数十乃至数百倍に膨張して空間６を塞ぐことができる。

【0026】

上下方向（ＵＰ／ＤＮ）から見た時に、熱膨張断熱材４０は、バッテリーパック４の外縁部及びバッテリーパック４の外縁部に対向するフロアパネル３の表面の少なくとも一方に配置されていてもよい。これにより、断熱層４１よりも内側の空間６への熱の侵入が抑制され、空間６及びアッパーケース１１を介して、筐体１０内の電池モジュール２０が加熱されることを抑制できる。

【0027】

熱膨張断熱材４０は、フロアパネル３に対向するバッテリーパック４の表面上及びバッテリーパック４に対向するフロアパネル３の表面上の少なくとも一方に配置すればよい。熱膨張断熱材４０と熱膨張断熱材４０が形成されていないフロアパネル４の表面との間、熱膨張断熱材４０と熱膨張断熱材４０が形成されていないバッテリーパック４の表面との間、又はフロアパネル３の表面及びバッテリーパック４の表面の双方に配置された熱膨張断熱材４０の間に空隙が形成されている。これにより、図５Ｂに示したように、熱膨張断熱材４０は、膨張して空隙を小さくする、又は空隙を塞ぐことができる。

【0028】

また、実施形態では、フロアパネル３はバッテリーパック４の形状に略沿った形状を有しているが、この構成に限定されるものではなく、バッテリーパック４の形状に略沿った形状を有していなくてもよい。

【0029】

本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

【0030】

図２及び図３では、熱膨張断熱材４０が、フロアパネル３に対して上下方向（ＵＰ／ＤＮ）に対向するバッテリーパック４の表面上に配置されている例を示した。これに限らず、熱膨張断熱材４０は、フロアパネル３に対して上下方向（ＵＰ／ＤＮ）以外の方向に対向するバッテリーパックの表面上に配置されていてもよい。例えば、図２のアッパーケース１１の表面１１ａａと表面１１ａｂの段差部にあるアッパーケース１１の横壁に、熱膨張断熱材４０が配置されていても構わない。横壁に配置された熱膨張断熱材４０は、空間６の前後方向（ＦＲ／ＲＲ）の一部を占有し、少なくとも前後方向（ＦＲ／ＲＲ）に膨張することで空間６が狭まる、或いは空間６が塞がれる。これにより、外部火炎に対するバッテリーパック４の断熱性能を更に向上させることができる。なお、フロアパネル３が車両下方に延在している程度においてはロアケース１２の横壁に配置される構成であってもよい。

【符号の説明】

【0031】

１ 車両
３ フロアパネル
４ バッテリーパック
６ 空間
２０ バッテリー
４０ 熱膨張断熱材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】