特許 7589072 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】2024-11-15

(45)【発行日】2024-11-25

(54)【発明の名称】車両用バッテリフレーム

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/6556 20140101AFI20241118BHJP

   H01M 10/613 20140101ALI20241118BHJP

   H01M 10/625 20140101ALI20241118BHJP

   H01M 10/6569 20140101ALI20241118BHJP

   H01M 10/6568 20140101ALI20241118BHJP

   H01M 10/647 20140101ALI20241118BHJP

   H01M 10/6554 20140101ALI20241118BHJP

   B60K 1/04 20190101ALI20241118BHJP

   B60K 11/02 20060101ALI20241118BHJP

【ＦＩ】

H01M10/6556

H01M10/613

H01M10/625

H01M10/6569

H01M10/6568

H01M10/647

H01M10/6554

B60K1/04 Z

B60K11/02

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2021037514

(22)【出願日】2021-03-09

(65)【公開番号】P2022137830

(43)【公開日】2022-09-22

【審査請求日】2023-11-07

(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

(73)【特許権者】

【識別番号】507308902

【氏名又は名称】ルノー エス．ア．エス．

【氏名又は名称原語表記】ＲＥＮＡＵＬＴ Ｓ．Ａ．Ｓ．

【住所又は居所原語表記】１２２－１２２ ｂｉｓ， ａｖｅｎｕｅ ｄｕ Ｇｅｎｅｒａｌ Ｌｅｃｌｅｒｃ， ９２１００ Ｂｏｕｌｏｇｎｅ－Ｂｉｌｌａｎｃｏｕｒｔ， Ｆｒａｎｃｅ

(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】岩元 翔平

(72)【発明者】

【氏名】坂口 眞一郎

(72)【発明者】

【氏名】川副 裕典

(72)【発明者】

【氏名】山本 諭史

【審査官】田中 慎太郎

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－１１３４１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２５６４６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１８７９６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０１７０２０６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】中国実用新案第２０９８１３７０１（ＣＮ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ １０／６５５６

Ｈ０１Ｍ １０／６１３

Ｈ０１Ｍ １０／６２５

Ｈ０１Ｍ １０／６５６９

Ｈ０１Ｍ １０／６５６８

Ｈ０１Ｍ １０／６４７

Ｈ０１Ｍ １０／６５５４

Ｈ０１Ｍ ５０／２０

Ｂ６０Ｋ １／０４

Ｂ６０Ｋ １１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

自動車ボディに取り付けられ、バッテリに接触して前記バッテリを支持する車両用バッテリフレームであって、
前記バッテリが載置される第１の主面を有する板状の底面フレームと、
前記底面フレームの前記第１の主面とは反対側の第２の主面に設けられ、前記底面フレームを補強するボトムメンバと、
前記第２の主面に設けられ、冷媒が流れる流路と、を備え、
前記底面フレームは、前記バッテリが搭載される第１の領域と、前記第１の領域以外の第２の領域と、を含み、
前記流路は、前記第１の領域の前記第２の主面に配置され、
前記ボトムメンバは、前記第２の領域の前記第２の主面に集中配置されている車両用バッテリフレーム。

【請求項2】

少なくとも一部が前記第２の主面から離間している冷却プレートを備え、
前記流路は、前記底面フレームと、前記冷却プレートと、により囲まれ、前記底面フレームに接触する空間である請求項１に記載の車両用バッテリフレーム。

【請求項3】

前記流路は、実質的に、前記第１の領域の全面に形成されている請求項１又は２に記載の車両用バッテリフレーム。

【請求項4】

前記流路は、前記第１の領域において蛇行している請求項１～３のいずれか一項に記載の車両用バッテリフレーム。

【請求項5】

前記流路の前記バッテリと対向する部分の平面形状は、前記バッテリの平面形状と実質的に同一である請求項１～４のいずれか一項に記載の車両用バッテリフレーム。

【請求項6】

前記ボトムメンバは、アッパプレートと、中空部を介して前記アッパプレートに対面するロアプレートと、前記中空部において前記アッパプレートと前記ロアプレートを繋ぐリブと、を有する中空部材である請求項１～５のいずれか一項に記載の車両用バッテリフレーム。

【請求項7】

複数のボトムメンバを備え、
前記複数のボトムメンバは、前記自動車ボディの前後方向に沿って延在しており、
前記流路は、前記ボトムメンバ同士の間に介在している請求項１～６のいずれか一項に記載の車両用バッテリフレーム。

【請求項8】

前記第１の主面に設けられ、前記底面フレームの外周部に固定された複数の板状の側面フレームと、
相互に対向する前記側面フレーム同士を繋ぐクロスメンバと、を備え、
前記バッテリは、前記底面フレームと、前記底面フレームに対面する前記自動車ボディの床裏面と、前記複数の側面フレームと、前記クロスメンバと、で囲まれた空間に収納されている請求項１～７のいずれか一項に記載の車両用バッテリフレーム。

【請求項9】

前記自動車ボディの床裏に取り付けられている請求項１～７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、バッテリを自動車ボディに支持する車両用バッテリフレームに関するものである。

【背景技術】

【0002】

バッテリセルから発生した熱を除去するためのコールドプレートを備えるモジュールハウジングが知られている（例えば、特許文献１（図１３Ｂ））。このコールドプレートは、その内部に液体を流通させることによってバッテリセルを冷却する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特表２０２０－５１４９９１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載のモジュールハウジングでは、コールドプレート自体を構成する部品により、冷媒の流路の設計自由度を制限してしまうという問題がある。

【0005】

本発明が解決しようとする課題は、冷媒の流路の設計自由度を高めることが可能な車両用バッテリフレームを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、底面フレームにおいて、バッテリを搭載する第１の領域以外の第２の領域にボトムメンバを集中配置することにより上記課題を解決する。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、バッテリを搭載する第１の領域以外の第２の領域にボトムメンバを集中配置することで、第１の領域において冷媒の流路の設計自由度を高めることが可能な車両用バッテリフレームを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、本発明の車両用バッテリフレームを示す斜視図である。

【図2】図２は、図１のII-II線に沿う断面図である。

【図3】図３（ａ）は底面フレームを示す下面図であり、図３（ｂ）は上部フレームを示す下面図である。

【図4】図４は、ボトムメンバを示す拡大断面図である。

【図5】図５は、図１の車両用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。

【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は本発明の車両用バッテリフレームを示す斜視図であり、図２は図１のII-II線に沿う断面図であり、図３（ａ）は底面フレームを示す下面図であり、図３（ｂ）は上部フレームを示す下面図であり、図４はボトムメンバを示す拡大断面図であり、図５は図１の車両用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。

【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に接触してこれを支持している。この車両用バッテリフレーム１には、車両用バッテリフレーム１に冷媒を循環させる冷媒循環器４が接続されている。すなわち、車両用バッテリフレーム１が車両の室外に取り付けられていることで、車両用バッテリフレーム１或いは冷媒等の冷却に走行中の車両周りの風を利用することが可能となる。

【0011】

車両用バッテリフレーム１は、図１に示すように、板状の底面フレーム１０と、この底面フレーム１０の外周部に固定された複数の板状の側面フレーム１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄと、側面フレーム１１ａ～１１ｄ上に載置された板状の上部フレームと、を備えている。本実施形態の底面フレーム１０及び上部フレーム１５は、１つの部材で構成されているが、これに限定されず、相互に接合された２つ以上の部材で構成されていてもよい。また、側面フレーム１１ａ～１１ｄは、４つの部材で構成されているが、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１０、側面フレーム１１ａ～１１ｄ、及び上部フレーム１５は、特に限定はされないが、アルミニウムの押出成形品で構成することができ、アルミニウム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。

【0012】

図２に示すように、底面フレーム１０は、第１の主面１０３と、これとは反対側の第２の主面１０４を有する平板部材であって、自動車ボディ２に組付けられた状態において、第１の主面１０３は上側の面に相当し、第２の主面１０４は下側の面に相当する。底面フレーム１０は、平面視において第１の領域１０１と第２の領域１０２とから構成され、第１の領域１０１には、バッテリ３が搭載されている。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３１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。なお、バッテリ３は、底面フレーム１０に、ウレタン系又はシリコーン系の樹脂材料から成るギャップフィラーを介して載置されていてもよい。

【0013】

第１の領域１０１以外の第２の領域１０２には、側面フレーム１１ａ～１１ｄ等の車両用バッテリフレーム１の構成部品が設けられている。また、ボトムメンバ１２は、第２の領域１０２にのみ集中的に配置されている。図３（ａ）の下面図に示すように、本実施形態では、５つのボトムメンバ１２が底面フレーム１０の中央及び左右端に設けられており、ボトムメンバ１２は自動車ボディ２の前後方向に沿って延在している。本実施形態では、ボトムメンバ１２を５つ設けているが、これに限定されず、４つ未満又は６つ以上のボトムメンバ１２が設けられていてもよい。

【0014】

図４に示すように、ボトムメンバ１２は、アッパプレート１２１と、中空部１２３を介してこれに対面するロアプレート１２２と、中空部１２３においてアッパプレート１２１とロアプレート１２２を繋ぐリブ１２４と、を有する中空の部材である。ボトムメンバ１２を、部分的にリブ１２４を有する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。

【0015】

図２に示すように、第１の領域１０１の第２の主面１０４には、冷却プレート１３が設けられている。本実施形態では、冷却プレート１３は、第１の領域１０１にのみ設けられている。この冷却プレート１３は、端部に接合部１３１を有しており、この接合部１３１を介して底面フレーム１０に接合されている。接合部１３１は、特に限定されないが、溶接により底面フレーム１０に接合されていてもよいし、あるいは、ボルト等の留め具によって底面フレーム１０に接合されていてもよい。

【0016】

また、冷却プレート１３は、接合部１３１に両側から挟まれた湾曲部１３２を有している。この湾曲部１３２は、底面フレーム１０から離れる方向に向かって湾曲することで、底面フレーム１０から離間している。これにより、底面フレーム１０と冷却プレート１３との間に底面フレーム１０と接触する空間が形成され、この空間が冷媒を流す流路１３３として使用される。このように、バッテリ３を載置する底面フレーム１０に流路１３３が接触していることで、バッテリ３の冷却効率を高めることができる。また、流路１３３とバッテリ３との間の部品点数が少ないため、車両用バッテリフレーム１を軽量化することができ、エネルギー密度を向上させることができる。さらに、平板部材からなる底面フレーム１０に湾曲部１３２を有する冷却プレート１３を接合することで、底面フレームの剛性を高めることもできる。なお、本実施形態では、冷却プレート１３が底面フレーム１０と別体である場合を例示したが、これに限定されず、冷却プレート１３が底面フレーム１０と一体的に形成されていてもよい。

【0017】

本実施形態では、図３（ａ）に示すように、底面フレーム１０の第２の主面１０４に２本の流路１３３ａ，１３３ｂが形成されている。これらの流路１３３ａ，１３３ｂは、いずれもボトムメンバ１２の間に介在している。すなわち、バッテリ３が搭載される第１の領域１０１は、第２の領域１０２に囲まれるように配置されている。流路１３３の両側にボトムメンバ１２が形成されていることで、底面フレーム１０の強度を向上させることができ、ひいては車両用バッテリフレーム１の強度を向上させることができる。

【0018】

また、本実施形態では、流路１３３が、バッテリ３を搭載する第１の領域１０１の略全面に形成されているため、全てのバッテリ３を満遍なく冷却することができる。この流路１３３は、自動車ボディ２の左右方向に延在する複数の主流路１３４と、主流路１３４同士を接続する複数の接続流路１３５と、を有している。

【0019】

主流路１３４は、バッテリ３の平面形状（略直方体の一面）と実質的に同一の平面形状を有しており、本実施形態では、矩形の平面形状を有している。この主流路１３４は、バッテリ３と対向しており、当該対向するバッテリ３を主に冷却する。このように、流路１３３のバッテリ３と対向する部分の形状を、バッテリ３の平面形状と実質的に同一とすることで、バッテリ３の冷却効率を高めることができる。

【0020】

接続流路１３５は、主流路１３４の一端と、他の主流路１３４の他端と、を接続している。このため、流路１３３は、全体的に、自動車ボディ２の前後方向に沿って延在していると共に、自動車ボディ２の左右方向に沿って交互に屈曲することで蛇行している。このように、流路１３３を蛇行させることで、本実施形態のように第１の領域１０１の全面に流路１３３を形成する場合であっても、流路１３３の幅を過度に広げる必要がなくなるため、流路１３３内を流通する冷媒の流速のばらつきを抑えることができる。このため、バッテリ３の冷却ムラを低減することができる。

【0021】

図１に示すように、４つの側面フレーム１１ａ～１１ｄは、底面フレーム１０の外周部に、溶接接合などによって固定されている。図２に示すように、側面フレーム１１ａ～１１ｄは、基本的にはいずれも同様の、部分的にリブ１１１を有する中空形状の断面構造とされている。側面フレーム１１ａ～１１ｄを、部分的にリブ１１１を有する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。

【0022】

図１に示すように、側面フレーム１１ａ，１１ｂの間には、溶接接合などによって底面フレーム１０に固定された複数のクロスメンバ１４が設けられている。このクロスメンバ１４は、本実施形態では、相互に対向する側面フレーム１１ａ，１１ｂを繋げており、これにより、車両用バッテリフレーム１の強度を向上させている。バッテリ３は、底面フレーム１０と、これに対面する自動車ボディ２の床裏面２１と、４つの側面フレーム１１ａ～１１ｄと、クロスメンバ１４と、で囲まれた空間に収納される。そして、車両用バッテリフレーム１においては、図１に示すように、クロスメンバ１４で仕切られた前方から４つの区画にはバッテリ３が搭載され、クロスメンバ１４で仕切られた後方から２つの区画には、それより少量のバッテリモジュール３１が並べられたバッテリ３が搭載される。

【0023】

また、上部フレーム１５にも、バッテリ３が搭載される。図３（ｂ）の下面図に示すように、この上部フレーム１５の下面には、底面フレーム１０と同様に、ボトムメンバ１５１と、冷却プレート１５２と、が設けられており、冷却プレート１５２により冷媒が流れる流路１５２ａ，１５２ｂが形成されている。また、この上部フレーム１５においては、ボトムメンバ１５１は、冷却プレート１５２の周囲（四方）を囲むように配置されている。

【0024】

本実施形態の車両用バッテリフレーム１は、図５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に至る範囲の、ほぼ全面にわたって取り付けられる。なお、符号２２はダッシュパネル、２５はシルをそれぞれ示す。

【0025】

本実施形態の冷媒循環器４は、図１に示すように、冷媒が流れる流路４１と、冷媒を流すポンプ４２と、冷媒を冷却する冷却器４３と、冷媒タンク４４とを含む。なお、冷媒タンク４４は、冷媒循環器４にとって必須の部品ではない。本実施形態の冷媒循環器４の詳細な構成を図３（ａ）に示す。冷媒としては、液体冷媒又は気体冷媒を使用できる。液体冷媒としては、エチレングリコールを主成分とする不凍液（ロングライフクーラントＬＬＣ）や水などを用いることができる。気体冷媒としては、炭酸ガス、特定フロン、代替フロンなどを用いることができる。代替フロンとしては、ハイドロクロロフルオロカーボン（ＨＣＦＣ）類やハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）類などのフッ素系有機化合物を用いることができる。図１及び図３（ａ）に示す本実施形態の冷却器４３は、不凍液などの液体冷媒を用いた例を示し、自動車に搭載された自動車用空気調和装置の冷房サイクル５の冷媒との間で熱交換することで、不凍液からなる液体冷媒を冷却する。

【0026】

すなわち、図３（ａ）に示す自動車用空気調和装置の冷房サイクル５は、高温の気相冷媒を圧縮するコンプレッサ５３と、コンプレッサ５３により圧縮された高温・高圧の気相冷媒をファン５２により空冷して凝縮させるコンデンサ５１と、コンデンサ５１により凝縮された低温の液相冷媒を断熱膨張させて、車室内に導入される空気と熱交換させるエバポレータ５４と、を備える。

【0027】

そして、本実施形態では、この自動車用空気調和装置の冷房サイクル５のコンデンサ５１により凝縮された低温の液相冷媒を、エバポレータ５４の上流側から分岐して冷却器４３の冷却熱源として導入する。すなわち、冷却器４３の低温側の冷媒入口及び出口をエバポレータ５４と並列に接続し、高温側の入口及び出口を流路４１に接続している。これにより、底面フレーム１０でバッテリ３と熱交換したのちに冷却器４３に戻される昇温した液体冷媒を、冷却器４３で冷房サイクル５の冷媒と熱交換させて冷却することができる。なお、図３（ａ）において、符号５５は冷媒配管を示し、符号５６は三方弁を示し、符号５７，５８は逆止弁を示す。

【0028】

冷却器４３で冷却された液体冷媒は、冷媒タンク４４に貯留されたのちポンプ４２により吸引され、ポンプ４２の下流の流路４１から、底面フレーム１０に設けられた流路１３３ａに案内される。流路１３３ａに案内された液体冷媒は、流路１３３ａから流路１５２ａ、流路１５２ｂ、流路１３３ｂをこの順に案内されたのちに、冷却器４３に案内される。なお、流路１３３ａ，１３３ｂ，１５２ａ，１５２ｂは、底面フレーム１０と冷却プレート１３とで区画される空間（通孔）であるが、その他の流路４１は配管により構成されている。また、本実施形態では、車両用バッテリフレーム１に流通させる冷媒の冷却方法として、自動車用空気調和装置の冷媒と熱交換させる方法を使用しているが、これに限定されない。例えば、車両用バッテリフレーム１に流通させる冷媒の冷却方法として、専用の冷却装置（チラー）を使用してもよい。

【0029】

このように構成された車両用バッテリフレーム１は、図２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１６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、車両用バッテリフレーム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又はリヤフロアパネルに直接または間接的に取り付けられる。

【0030】

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、第２の領域１０２にボトムメンバ１２を集中配置することで、第１の領域１０１において液体冷媒の流路１３３の設計自由度を高めることが可能となる。特に、流路１３３の面積（冷却面積）を拡大することが可能となる。また、本実施形態によれば、第２の領域１０２にボトムメンバ１２を集中配置しているので、車両用バッテリフレーム１の強度を一定以上に保つことができる。

【0031】

なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。従って、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

【0032】

例えば、本実施形態では、車両用バッテリフレーム１が室外（床裏）に設けられているが、これに限定されず、室内に設けられていてもよい。

【符号の説明】

【0033】

１…車両用バッテリフレーム
１０…底面フレーム
１０１…第１の領域
１０２…第２の領域
１０３…第１の主面
１０４…第２の主面
１１ａ～１１ｄ…側面フレーム
１１１…リブ
１２…ボトムメンバ
１２１…アッパプレート
１２２…ロアプレート
１２３…中空部
１２４…リブ
１３…冷却プレート
１３１…接合部
１３２…湾曲部
１３３，１３３ａ，１３３ｂ…流路
１３４…主流路
１３５…接続流路
１４…クロスメンバ
１５…上部フレーム
１６…ブラケット
１７…カバー
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
３１１…主面
３１２…側面
４…冷媒循環器
４１…流路
４２…ポンプ
４３…冷却器
４４…冷媒タンク
５…冷房サイクル
５１…コンデンサ
５２…ファン
５３…コンプレッサ
５４…エバポレータ
５５…冷媒配管
５６…三方弁
５７，５８…逆止弁

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】