特許 7537610 車両用バッテリフレーム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-13

(45)【発行日】2024-08-21

(54)【発明の名称】車両用バッテリフレーム

(51)【国際特許分類】

   B60K 1/04 20190101AFI20240814BHJP

   H01M 50/367 20210101ALI20240814BHJP

   H01M 50/317 20210101ALI20240814BHJP

   H01M 50/325 20210101ALI20240814BHJP

【ＦＩ】

B60K1/04 Z

H01M50/367

H01M50/317 201

H01M50/325

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2023523742

(86)(22)【出願日】2021-05-25

(86)【国際出願番号】 JP2021019706

(87)【国際公開番号】W WO2022249261

(87)【国際公開日】2022-12-01

【審査請求日】2023-11-20

(73)【特許権者】

【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】110000486

【氏名又は名称】弁理士法人とこしえ特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】岡本 裕司

(72)【発明者】

【氏名】秋月 信也

【審査官】宇佐美 琴

(56)【参考文献】

【文献】中国特許出願公開第１１１３８４３２８（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開平７－２４５０８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１３／０８４９３５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００３－２２４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国実用新案第２１０１１０９０４（ＣＮ，Ｕ）

【文献】特開２００９－１０５００７（ＪＰ，Ａ）

【文献】独国特許発明第１０２０１６１１５６１１（ＤＥ，Ｂ３）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６０Ｋ １／００－ ６／１２， ７／００－８／００，１６／００

Ｂ６０Ｋ １１／００－１１／０８

Ｈ０１Ｍ ５０／３０－５０／３９２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

板状の底面フレームと、前記底面フレームの外周部に固定され、車両前後方向に延在する左右一対のサイドフレームを含む側面フレームとを備え、自動車ボディの床裏に取り付けられてバッテリを支持するバッテリフレームにおいて、
前記側面フレームは、
内部に、車両前側の端部から車両後側の端部にまで延在するガス排気通路が設けられた、前記左右一対のサイドフレームと、
前記サイドフレームの車両前側の端部において車幅方向に延在するフロントフレームと、
前記サイドフレームの車両後側の端部において車幅方向に延在するリヤフレームと、を含み、
前記フロントフレームに、前記左右一対のサイドフレームのガス排気通路とそれぞれ連通するガス排気通路と、当該ガス排気通路と前記バッテリフレームで囲まれた空間とを連通する排気入口部とが設けられ、
前記リヤフレームに、前記左右一対のサイドフレームのガス排気通路とそれぞれ連通するガス排気通路と、当該ガス排気通路と前記バッテリフレームで囲まれた空間の外部とを連通する排気出口部とが設けられている車両用バッテリフレーム。

【請求項2】

前記サイドフレームの端部の一方と、前記フロントフレーム又は前記リヤフレームの一方の端部は、端部同士を突合わせするように接合され、
前記サイドフレームの端部の他方と、前記フロントフレーム又は前記リヤフレームの他方の端部は、前記サイドフレームに、前記フロントフレーム又は前記リヤフレームの他方の端部のガス排気通路に連通する開口部を設け、当該開口部に前記フロントフレーム又は前記リヤフレームの他方の端部が突合わせするように接合される請求項１に記載の車両用バッテリフレーム。

【請求項3】

前記排気出口部に、前記ガス排気通路の内部圧力が所定値未満の場合には当該排気出口部を閉塞し、前記ガス排気通路の内部圧力が所定値以上の場合には当該排気出口部を開放する弁が設けられている請求項１又は２に記載の車両用バッテリフレーム。

【請求項4】

前記左右一対のサイドフレームは、それぞれ一体部品とされ、前記自動車ボディのフロントフロアの前端部からリヤフロアの前端部まで延在する請求項１～３のいずれか一項に記載の車両用バッテリフレーム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複数のバッテリモジュールを自動車ボディに支持するためのバッテリフレームに関する。

【背景技術】

【0002】

バッテリ電解液の化学反応により発生したガスを排気する構造として、電池パックの筐体内に排気ダクトを設けたものが知られている（特許文献１）。この電池パック用排気ダクトは、中空の導管部と、筐体内と導管部内とを連通するための排気入口と、導管部内と筐体外とを連通するための排気出口と、導管部内に設けられる少なくとも２つの排気ガイド部材とを備える。この電池パック用排気ダクトは、導管部内に板状の排気ガイド部材を設けた構造を有するため、形状の自由度が高く、扁平な直方体形状といった、筐体内の狭小スペースへの設置に好適な形状を採ることができ、これにより、電池パック用排気ダクトの空間利用率を高めることができる、とされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】国際公開第ＷＯ２０１９／１７６４１５号パンフレット

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上記従来技術では、電池パック用排気ダクトの空間利用率を高めることができるといえども、電池パックの筐体が、排気ダクトを収納するぶんだけ大型化するという根本的な問題がある。

【0005】

本発明が解決しようとする課題は、ガス排気機能を備えた車両用バッテリフレームにおいて空間利用率を高めることである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、自動車ボディの床裏に取り付けられ、バッテリを支持するバッテリフレームの、車両前後方向に延在する左右一対のサイドフレームの内部にガス排気通路を設けることによって上記課題を解決する。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、バッテリフレームを構成するサイドフレーム自体にガス排気通路を設けているので、空間利用率を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明に係るバッテリフレームの一実施の形態を示す平面図である。

【図2】図１のバッテリフレームを自動車ボディの床裏に取り付けた状態を示す斜視図である。

【図3】図１のIII-III線に沿う断面図である。

【図4A】図１のIVA-IVA線に沿うフロントフレームの断面図である。

【図4B】図１のIVB-IVB線に沿うサイドフレームの断面図である。

【図4C】図１のIVC-IVC線に沿うリヤフレームの断面図である。

【図5A】図１のVA部のリヤフレームとサイドフレームの接合部を示す横断面図である。

【図5B】図１のVB部のフロントフレームとサイドフレームの接合部を示す横断面図である。

【図6A】図１のVI部の弁（閉弁状態）を示す断面図である。

【図6B】図１のVI部の弁（開弁状態）を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係るバッテリフレーム１を示す平面図、図２は、図１のバッテリフレーム１を自動車ボディ２の床裏に取り付けた状態を示す斜視図、図３は、図１のIII-III線に沿う断面図である。

【0010】

本実施形態の車両用バッテリフレーム１は、自動車ボディ２の床裏に取り付けられ、バッテリ３を支持する、一種の筐体である。このバッテリフレーム１は、図１に示すように、板状の底面フレーム１１と、この底面フレーム１１の外周部に固定された複数の板状の側面フレーム１２，１３，１４，１５と、を含む。

【0011】

本実施形態の底面フレーム１１は、全体をアルミニウム材の押出成形による一体部品として構成してもよいが、これに代えて自動車ボディ２の前後方向に沿う分割線で幾つかのサブ底面フレームに分割し、分割されたサブ底面フレームを溶接接合することで、１枚の平板に組み立ててもよい。またはこれに代えて、図２に示すように、１枚又は複数枚の第１底面フレーム１１１に、同じく１枚又は複数枚の第２底面フレーム１１２を接合して冷媒を循環させる空間１１３を形成し、自動車ボディ２の前後方向に延在する複数本のボトムメンバ１１４で底面フレーム１１を補強してもよい。図示は省略するが、本実施形態の底面フレーム１１においては、チラーなどの冷媒冷却装置で冷却された冷媒を、底面フレーム１１に形成された空間１１３に循環させることで、第１底面フレーム１１１に接触して載置されたバッテリ３を適切に冷却することができる。

【0012】

本実施形態の側面フレーム１２～１５は、車両前後方向に延在する左右一対のサイドフレーム１２，１３と、サイドフレーム１２，１３の車両前側の端部において車幅方向に延在するフロントフレーム１５と、サイドフレーム１２，１３の車両後側の端部において車幅方向に延在するリヤフレーム１４との４つの部材で構成されている。ただしこれに限定されず、４つ未満又は５つ以上の側面フレームで構成してもよい。これら底面フレーム１１及び側面フレーム１２～１５は、特に限定はされないが、アルミニウム材の押出成形品で構成することができ、アルミニウム材の押出成形品で構成すれば、伝熱性、軽量化、ノイズ遮蔽性に優れたものとなる。また、特に限定はされないが、左右一対のサイドフレームは、それぞれアルミニウム材の押出成形による一体部品（分離されていない一つの部品）とされ、図１及び図２に示すように、自動車ボディ２のフロントフロアパネル２３の前端部からリヤフロアパネル２４の前端部まで一つの部品として延在する。そして、図１に示すように、アルミニウム材の押出成形を行って得られた直線状の成形品の後側の２箇所を折り曲げ加工することで、リヤホイールハウスに沿った形状とする。

【0013】

図４Ａ～図４Ｃは、それぞれ図１のIVA-IVA線～IVC-IVC線に沿うフロントフレーム１５、サイドフレーム１２，１３、リヤフレーム１４の断面図である。同図に示すように、４つの側面フレーム１２～１５は、基本的にはいずれも同様の、内部に複数の空間（ガス排気通路４でもある）を有する中空形状の断面構造とされている。これら側面フレーム１２～１５を中空形状の断面構造とすることで、軽量化を図りつつ一定の強度を確保することができる。なお、これら側面フレーム１２～１５の内部に形成された軸方向に連続する空間をガス排気通路４にすることについては、後述する。

【0014】

図１に示すバッテリフレーム１は、底面フレーム１１の外周部に、溶接接合などによって４つの側面フレーム１２～１５を固定し、上面の開口をカバー１７にて閉塞することで略直方体形状の筐体として組み立てられる。そして、バッテリ３は、底面フレーム１１と、これに対面するカバー１７と、４つの側面フレーム１２～１５とで囲まれた空間に、底面フレーム１１及び側面フレーム１２～１５の少なくとも一方に接触した状態で収納される。

【0015】

バッテリ３（組電池とも称される）は、複数のバッテリモジュール３１を含み、それぞれのバッテリモジュールは、直方体状のモジュールケースに収納されている。図示は省略するが、モジュールケースの内部には、複数の薄型電池（単電池とも称される）が積層した状態で収納されている。本実施形態においては、複数のバッテリモジュール３１の各主面４１１が、底面フレーム１１の面に垂直になるように、複数のバッテリモジュール３１が、底面フレーム１１の面上に並設されて固定される。

【0016】

換言すれば、複数のバッテリモジュール３１の各側面３１２が、底面フレーム１１の面に接するように、複数のバッテリモジュール３１が、底面フレーム１１の面上に並設されて固定される。このように複数のバッテリモジュール３１を縦にして並べることで、全てのバッテリモジュール３１を底面フレーム１１に接触させることができ、全てのバッテリモジュール３１を万遍なく冷却することができる。図１に示す符号１６は、底面フレーム１１の上面に溶接接合などにより固定されたクロスメンバであり、底面フレーム１１を補強するとともに、バッテリ３を仕切ることで固定するための部材である。図１に、バッテリ３の配置例を二点鎖線で示す。

【0017】

このようにしてバッテリ３が収納されたバッテリフレーム１は、図３に示すように、カバー１７にて上面を閉塞したのち、複数のブラケット１８を用いて、自動車ボディ２の床裏面２１に取り付けられる。具体的には、バッテリフレーム１の左右辺は、同図に示すように、シル２５のシルインナパネル２５１またはシルアウタパネル２５２に取り付けられ、前端辺と後端辺は、フロントフロアパネル２３又はリヤフロアパネル２４に直接または間接的に取り付けられる。

【0018】

そして、本実施形態のバッテリフレーム１は、図２に示すように、自動車ボディ２の床裏面２１のフロントフロアパネル２３の前部からリヤフロアパネル２４の前部に至る範囲の、ほぼ全面にわたって取り付けられる。なお、図２において、符号２２はダッシュパネル、２５はシルをそれぞれ示す。

【0019】

さて、本実施形態のバッテリフレーム１は、底面フレーム１１の外周部に、溶接接合などによって４つの側面フレーム１２～１５を固定し、上面の開口をカバー１７にて閉塞することで略直方体形状の筐体として組み立てられ、防水性を確保するために水密及び気密な空間でもある。そのため、バッテリ電解液の化学反応により発生したガスを、バッテリフレーム１の内部空間から外部へ排気する必要がある。そこで本実施形態のバッテリフレーム１では、側面フレーム１２～１５のうち、フロントフレーム１５の一部と、サイドフレーム１２，１３の全部と、リヤフレーム１４の一部とに、互いに連通するガス排気通路４を形成し、これによりバッテリ電解液の化学反応により発生したガスを、バッテリフレーム１の内部空間から外部へ排気する。すなわち、側面フレーム１２～１５自体の内部に形成された押出成形時の空間を利用することで、従来技術のようにバッテリフレーム１の内部に別途のガス排気通路を設ける必要がなくなるので、空間利用率が高くなる。

【0020】

本実施形態のガス排気通路４は、図１に示すバッテリフレーム１の一対のフロントフレーム１５，１５のそれぞれの端部が排気入口部４１とされ、リヤフレーム１４に排気出口部４２が形成されている。そして、排気入口部４１から排気出口部４２に至るガス排気通路４は、フロントフレーム１５とサイドフレーム１２，１３とリヤフレーム１４とを接続することで、これらフロントフレーム１５とサイドフレーム１２，１３とリヤフレーム１４の内部に形成される。

【0021】

図５Ａは、図１のVA部のリヤフレーム１４とサイドフレーム１２の接合部を示す横断面図、図５Ｂは、図１のVB部のフロントフレーム１５とサイドフレーム１２の接合部を示す横断面図である。本実施形態のリヤフレーム１４とサイドフレーム１２の後側の接合部については、図５Ａに示すように、リヤフレーム１４の端面とサイドフレーム１２の後側の端面とを、それぞれ例えば４５°の角度で削落し、これらを突合わせして溶接接合する。このとき、リヤフレーム１４の内部の空間とサイドフレーム１２の内部の空間とが連通することで、リヤフレーム１４のガス排気通路４とサイドフレーム１２のガス排気通路４とが連通する。

【0022】

これに対して、本実施形態のフロントフレーム１５とサイドフレーム１２の前側の接合部については、図５Ｂに示すように、サイドフレーム１２の前側の端面を蓋１２２で閉塞するとともに側面に開口部１２１を形成し、開口部１２１を含むようにフロントフレーム１５の端面をサイドフレーム１２の側面に突合わせして溶接接合する。このとき、フロントフレーム１５の内部の空間とサイドフレーム１２の内部の空間とが連通することで、フロントフレーム１５のガス排気通路４とサイドフレーム１２のガス排気通路４とが連通する。これに加え、図５Ｂに示すようにフロントフレーム１５とサイドフレーム１２とを接続することで、サイドフレーム１２，１３の長さに製造上の誤差があってもこれを吸収することができる。なお、フロントフレーム１５とサイドフレーム１２の前側との接合部を図５Ａのように構成し、リヤフレーム１４とサイドフレーム１２の後側との接合部を図５Ｂのように構成してもよい。

【0023】

図１に示すように、バッテリフレーム１の内部空間に発生したガスは、フロントフレーム１５，１５の端部の排気入口部４１，４１からガス排気通路４，４に流入し、図５Ｂに示す接続部を介してサイドフレーム１２，１３のガス排気通路４，４に至ったのち、図５Ａに示す接続部を介してリヤフレーム１４に流下し、当該リヤフレーム１４に形成した排気出口部４２から排気される。排気入口部４１は、水密及び気密な空間に開口しているのに対し、排気出口部４２は、自動車ボディ２の床裏に露出している。そのため、本実施形態のバッテリフレーム１では、排気出口部４２に弁４３が設けられている。

【0024】

図６Ａ及び図６Ｂは、図１のVI部の排気出口部４２に設けられた弁４３の閉弁状態と開弁状態とを示す断面図である。本実施形態の弁４３は、排気出口部４２の開口を開閉するための弾性体（不図示）を含み、この弾性体の作用により、ガス排気通路４の内部圧力が所定値未満の場合には、図６Ａに示すように弁４３が排気出口部４２を閉塞し、ガス排気通路４の内部圧力が所定値以上の場合には、図６Ｂに示すように弁４３が排気出口部４２を開放するように作動する。排気出口部４２に弁４３を設けることにより、床裏からの水がガス排気通路４に侵入するのを防止することができる。

【0025】

以上のとおり、本実施形態の車両用バッテリフレーム１によれば、板状の底面フレーム１１と、底面フレーム１１の外周部に固定され、車両前後方向に延在する左右一対のサイドフレーム１２，１３を含む側面フレームとを備え、自動車ボディ２の床裏面２１に取り付けられてバッテリ３を支持するバッテリフレーム１において、サイドフレーム１２，１３の内部にガス排気通路４が設けられている。すなわち、サイドフレーム１２，１３自体の内部に形成された押出成形時の空間を利用することで、従来技術のようにバッテリフレーム１の内部に別途のガス排気通路を設ける必要がなくなるので、空間利用率が高くなる。

【0026】

また本実施形態の車両用バッテリフレーム１によれば、側面フレームは、左右一対のサイドフレーム１２，１３と、サイドフレーム１２，１３の車両前側の端部において車幅方向に延在するフロントフレーム１５と、サイドフレーム１２，１３の車両後側の端部において車幅方向に延在するリヤフレーム１４と、を含み、ガス排気通路４は、サイドフレーム１２，１３の車両前側の端部から車両後側の端部にまで延在する。これにより、高温のガスは、少なくともサイドフレーム１２，１３を通過する間に冷却された状態で外部に排気されることになる。

【0027】

また本実施形態の車両用バッテリフレーム１によれば、フロントフレーム１５に、左右一対のサイドフレーム１２，１３のガス排気通路４とそれぞれ連通するガス排気通路４と、当該ガス排気通路４とバッテリフレーム１で囲まれた空間とを連通する排気入口部４１とが設けられ、リヤフレーム１４に、左右一対のサイドフレーム１２，１３のガス排気通路４とそれぞれ連通するガス排気通路４と、当該ガス排気通路４とバッテリフレーム１で囲まれた空間の外部とを連通する排気出口部４２とが設けられている。これにより、バッテリフレーム１の内部空間に発生したガスは、フロントフレーム１５，１５の端部の排気入口部４１，４１からガス排気通路４，４に流入し、図５Ｂに示す接続部を介してサイドフレーム１２，１３のガス排気通路４，４に至ったのち、図５Ａに示す接続部を介してリヤフレーム１４に流下し、当該リヤフレーム１４に形成した排気出口部４２から排気される。バッテリフレーム１の内部空間に発生したガスが高温であっても、ガス排気通路４が充分長く形成されているので、冷却された状態で排気出口部４２から排気される。また、車幅方向に延在するリヤフレーム１４に設けられた排気出口部４２から外部に排気されるので、周囲にガスが吹き付けられることも抑制される。

【0028】

また本実施形態の車両用バッテリフレーム１によれば、サイドフレーム１２，１３の端部の一方と、フロントフレーム１５又はリヤフレーム１４の一方の端部は、図５Ａに示すように端部同士を突合わせするように接合される一方、サイドフレーム１２，１３の端部の他方と、フロントフレーム１５又はリヤフレーム１４の他方の端部は、図５Ｂに示すように、サイドフレーム１２，１３に、フロントフレーム１５又はリヤフレーム１４の他方の端部のガス排気通路４に連通する開口部１２１を設け、当該開口部１２１にフロントフレーム１５又はリヤフレーム１４の他方の端部が突合わせするように接合される。これにより、サイドフレーム１２，１３の長さに製造上の誤差があってもこれを吸収することができる。

【0029】

また本実施形態の車両用バッテリフレーム１によれば、排気出口部４２に、ガス排気通路４の内部圧力が所定値未満の場合には当該排気出口部４２を閉塞し、ガス排気通路４の内部圧力が所定値以上の場合には当該排気出口部４２を開放する弁４３が設けられている。これにより、床裏からの水がガス排気通路４に侵入するのを防止することができる。

【0030】

また本実施形態の車両用バッテリフレーム１によれば、左右一対のサイドフレーム１２，１３は、それぞれ一体部品とされ、自動車ボディ２のフロントフロアパネル２３の前端部からリヤフロアパネル２４の前端部まで延在する。これにより、溶接接合などの作業工程を削減することができ。また、ガス排気通路４の内面が、滑らかな平面又は曲面で構成されるので、ガスの流通抵抗が低くなる。

【0031】

なお、上述した実施形態では、左右一対のフロントフレーム１５，１５の２本で構成した例を示したが、これに代えて、１本のフロントフレーム１５としてもよい。この場合、フロントフレーム１５の所定箇所に排気入口部４１を形成する。

【符号の説明】

【0032】

１…バッテリフレーム
１１…底面フレーム
１１１…第１底面フレーム
１１２…第２底面フレーム
１１３…空間
１１４…ボトムメンバ
１２，１３…サイドフレーム（側面フレーム）
１２１…開口部
１２２…蓋
１４…リヤフレーム（側面フレーム）
１５…フロントフレーム（側面フレーム）
１６…クロスメンバ
１７…カバー
１８…ブラケット
２…自動車ボディ
２１…床裏面
２２…ダッシュパネル
２３…フロントフロアパネル
２４…リヤフロアパネル
２５…シル
３…バッテリ
３１…バッテリモジュール
４…ガス排気通路
４１…排気入口部
４２…排気出口部
４３…弁

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5A】

【図5B】

【図6A】

【図6B】