特許 7930403 バッテリパック

(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】

(45)【発行日】

(54)【発明の名称】バッテリパック

(51)【国際特許分類】

   

   

   

   

   

   

【ＦＩ】

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】

(22)【出願日】

(65)【公開番号】

(43)【公開日】

【審査請求日】

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】三輪 正樹

(72)【発明者】

【氏名】新路 健人

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 敬太

【審査官】田代 吉成

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－４４８８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１８７８５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－４０４７６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ５０／２４２

Ｈ０１Ｍ ５０／２４９

Ｈ０１Ｍ ５０／２４４

Ｈ０１Ｍ ５０／２６２

Ｂ６０Ｋ １／０４

Ｈ０１Ｍ ５０／２０９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項】

中間スペースを介して第一方向に並ぶ二つのセルモジュールであって、それぞれの長手方向が第一方向に平行で、それぞれの短手方向が第二方向に平行な、二つのセルモジュールと、
前記二つのセルモジュールを収容するケースであって、前記二つのセルモジュールから前記第二方向に離れて位置する前壁または後壁である主壁を有するケースと、
前記主壁に沿って配置された第一壁を少なくとも有するリーンフォースメントと、
を備え、前記リーンフォースメントは、正面視で、前記中間スペース、および、前記二つのセルモジュールそれぞれの一部に重複している、
ことを特徴とする車載のバッテリパック。

【請求項】

請求項１に記載のバッテリパックであって、
前記ケースは、さらに、底壁と、天壁と、を有し、
前記リーンフォースメントは、さらに、前記底壁または前記天壁に沿って配置された第二壁を有する、
ことを特徴とするバッテリパック。

【請求項】

請求項１に記載のバッテリパックであって、
さらに、前記ケースを車両ボディに締結する締結ブラケットであって、一部が前記主壁に取り付けられた締結ブラケットを備え、
前記締結ブラケットは、正面視で、前記リーンフォースメントに重複している、
ことを特徴とするバッテリパック。

【請求項】

請求項１から３のいずれか１項に記載のバッテリパックであって、
前記セルモジュールは、
複数のバッテリセルを積層した積層体と、
前記積層体の前記中間スペース側の端部に設けられた、エンドプレートと、
を備え、
前記バッテリパックは、前記エンドプレートと前記第一壁との間に介在し、前記セルモジュールと前記第一壁との接触を阻害するプロテクタを備える、
ことを特徴とするバッテリパック。

【請求項】

請求項４に記載のバッテリパックであって、
前記エンドプレートは、前記中間スペースに向かって突き出るリブを有し、
前記プロテクタは、前記リブに取り付けられており、
前記プロテクタの重心は、前記セルモジュールの重心よりも上側に位置している、
ことを特徴とするバッテリパック。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【】

本明細書は、車両に搭載されるバッテリパックを開示する。

【背景技術】

【】

近年、モータを動力源の一つとする電動車両が広く普及している。かかる電動車両には、電力をモータに供給するバッテリパックが搭載されている。バッテリパックは、通常、複数のセルモジュールと、バッテリ関連機器と、をケースに収容して構成される。なお、特許文献１には、こうしたバッテリパックが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【】

【文献】特開２００８－２３４８７０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【】

ここで、バッテリパックを設置する空間の形状によっては、複数のセルモジュールを、セルモジュールの長手方向に並べることがある。この場合、バッテリパックのケースは、一方向に細長い形状になるため、剛性が低下しやすい。その結果、車両が障害物に衝突した際、バッテリパックのケースが変形して、セルモジュールに衝突するおそれがあった。

【】

そこで、本明細書では、ケースとセルモジュールとの衝突を効果的に防止できるバッテリパックを開示する。

【課題を解決するための手段】

【】

本明細書で開示するバッテリパックは、中間スペースを介して第一方向に並ぶ二つのセルモジュールであって、それぞれの長手方向が第一方向に平行で、それぞれの短手方向が第二方向に平行な、二つのセルモジュールと、前記二つのセルモジュールを収容するケースであって、前記二つのセルモジュールから前記第二方向に離れて位置する前壁または後壁である主壁を有するケースと、前記主壁に沿って配置された第一壁を少なくとも有するリーンフォースメントと、を備え、前記リーンフォースメントは、正面視で、前記中間スペース、および、前記二つのセルモジュールそれぞれの一部に重複している、ことを特徴とする。

【】

かかる構成とすることで、中間スペース周辺におけるケースの変形が効果的に抑制されるため、バッテリケースとセルモジュールとの衝突が効果的に防止される。

【】

この場合、前記ケースは、さらに、底壁と、天壁と、を有し、前記リーンフォースメントは、さらに、前記底壁または前記天壁に沿って配置された第二壁を有してもよい。

【】

かかる構成とすることで、リーンフォースメントの形状が立体的になるため、リーンフォースメント、ひいては、バッテリケースの剛性が向上する。結果として、バッテリケースとセルモジュールとの衝突がより効果的に防止される。

【】

また、さらに、前記ケースを車両ボディに締結する締結ブラケットであって、一部が前記主壁に取り付けられた締結ブラケットを備え、前記締結ブラケットは、正面視で、前記リーンフォースメントに重複してもよい。

【】

車両が衝突した際、締結ブラケットの周辺には、応力が集中しやすい。上記構成とした場合、締結ブラケット周辺において、バッテリケースが補強されるため、バッテリケースの変形が、より効果的に防止される。また、上記構成とした場合、締結ブラケット、主壁および、第一壁が板厚方向に重なるため、バッテリケースの剛性がより向上する。

【】

また、前記セルモジュールは、複数のバッテリセルを積層した積層体と、前記積層体の前記中間スペース側の端部に設けられた、エンドプレートと、を備え、前記バッテリパックは、前記エンドプレートと前記第一壁との間に介在し、前記セルモジュールと前記第一壁との接触を阻害するプロテクタを備えてもよい。

【】

かかる構成とすることで、バッテリケースの主壁が、セルモジュールに向かって変形した場合、主壁は、セルモジュールよりも先に、プロテクタに接触する。そして、この接触により、主壁の更なる変形が阻害されるため、主壁とセルモジュールとの接触が効果的に防止される。

【】

この場合、前記エンドプレートは、前記中間スペースに向かって突き出るリブを有し、前記プロテクタは、前記リブに取り付けられており、前記プロテクタの重心は、前記セルモジュールの重心よりも上側に位置していてもよい。

【】

かかる構成とすることで、主壁によりプロテクタが押圧された場合、セルモジュールは、主壁から離れる方向に回転する。そして、これにより、セルモジュールとバッテリケースとの接触がより効果的に防止される。

【発明の効果】

【】

本明細書で開示する技術によれば、ケースとセルモジュールとの衝突が効果的に防止される。

【図面の簡単な説明】

【】

【図】バッテリパックの斜視図である。

【図】車両におけるバッテリパックの配置を示す図である。

【図】バッテリパックの平面図である。

【図】図３のＡ－Ａ断面図である。

【図】図３のＢ－Ｂ断面図である。

【図】バッテリパックの他の例を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【】

以下、図面を参照してバッテリパック１０の構成について説明する。図１は、バッテリパック１０の概略斜視図である。また、図２は、車両におけるバッテリパック１０の位置を示す図である。また、図３は、バッテリパック１０の平面図である。さらに、図４は、図３のＡ－Ａ断面図であり、図５は、図３のＢ－Ｂ断面図である。なお、以下の説明において、Ｆｒ，Ｕｐ，Ｒｈは、それぞれ、シート１００に着座するユーザから見た前方、上方、右側方を示している。また、以下の説明における前後左右は、原則として、シート１００に着座するユーザから見た前後左右を意味している。また、図１，図３では、バッテリケース４４のケースアッパ５２の図示を省略している。

【】

図１に示すバッテリパック１０は、電動車両に搭載され、走行用モータに電力を供給する。電動車両は、動力源の一つとしてモータを有する車両であり、例えば、ハイブリッド電気自動車や、バッテリ電気自動車、燃料電池電気自動車等である。本例において、バッテリパック１０は、図２に示す通り、シート１００（図示例では後部シート）の下側に配置される。図１に示すとおり、本例において、セルモジュール１２の長手方向が、シート１００の左右方向であり、請求項における「第一方向」である。また、セルモジュール１２の短手方向が、シート１００の前後方向であり、請求項における「第二方向」である。

【】

バッテリパック１０は、複数のセルモジュール１２と、１以上のバッテリ関連機器と、これらを収容するバッテリケース４４（図４参照）と、を有する。バッテリケース４４は、図４に示す通り、ケースロア４６と、ケースアッパ５２と、一対のサイドパネル（図示せず）と、を含む。ケースロア４６は、セルモジュール１２が載置される底壁４８と、セルモジュール１２の背後において立脚する後壁５０と、を有する。また、セルモジュール１２の前方において立脚する前壁５４と、ケースアッパ５２は、セルモジュール１２を上側から覆う天壁５６と、を有する。サイドパネルは、バッテリケース４４の両サイドを覆っており、バッテリケース４４の側壁として機能する。なお、後壁５０および前壁５４は、セルモジュール１２から前後方向（すなわちセルモジュール１２の短手方向）に離れて位置しており、請求項における「主壁」に該当する。

【】

二つのセルモジュール１２は、中間スペース１６を介して、左右方向（すなわち第一方向）に並んで配置されている。セルモジュール１２は、積層体１３と、エンドプレート３９と、を有する。積層体１３は、複数のバッテリセル１４と、複数のセパレータ１５と、を厚み方向に交互に積層して構成される。バッテリセル１４は、充電および放電が可能な二次電池である。例えば、バッテリセル１４は、リチウムイオン二次電池またはナトリウムイオン二次電池である。また、バッテリセル１４は、全固体電池でもよい。バッテリセル１４は、扁平な直方体形状の角型バッテリである。複数のバッテリセル１４は、バスバと呼ばれる導体により、直列または並列に電気的に接続されている。セパレータ１５は、絶縁性材料からなるプレートである。セパレータ１５の表面には、冷却用流体が流れる流路として機能する溝が形成されている。

【】

図３に示す通り、積層体１３の長手方向一端には、エンドプレート３９が配置されている。このエンドプレート３９には、中間スペース１６に向かって突き出るリブ４０が設けられている。リブ４０は、例えば、図３に示すように、平面視で、エンドプレート３９から突き出た後、略Ｕ字状に屈曲している。

【】

隣り合う二つのセルモジュール１２の間には、中間スペース１６が設けられている。バッテリパック１０は、さらに、１以上のバッテリ関連機器を有する。バッテリ関連機器は、バッテリパック１０を安全に駆動させるために必要な機器である。例えば、バッテリコントローラ、ヒューズ２４（図３参照）、ダクト、ジャンクションボックス、および、サービスプラグが、バッテリ関連機器に該当する。バッテリコントローラは、セルモジュール１２の充電および放電を制御するコンピュータであり、一般に、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）と呼ばれる電子機器である。

【】

ヒューズ２４（図３参照）は、セルモジュール１２を過電流から保護する電子部品である。ダクトは、セルモジュール１２に冷却流路と、ブロアと、を連通させる流路である。ジャンクションボックスは、電力の流れを許容または遮断するリレーをユニット化した電子部品である。サービスプラグは、電源回路の中間地点に設けられる部品であり、取り外されることで、高電圧を遮断する部品である。こうしたバッテリ関連機器の一部は、中間スペース１６に配置され、他の一部は、セルモジュール１２の上側に配置される。本例において、ヒューズ２４が、中間スペース１６に配置されている。

【】

以上のバッテリパック１０は、締結ブラケット６６により車両ボディに締結される。図４に示す通り、締結ブラケット６６は、略鉛直方向に延びる第一片６６ａと、第一片６６ａの上端から略水平方向に延びる第二片６６ｂと、を有している。したがって、締結ブラケット６６は、全体として略Ｌ字形状の金具である。第一片６６ａは、後壁５０の外面に取り付けられる。また、第二片６６ｂは、車両ボディに締結される。また、図３に示す通り、締結ブラケット６６は、長手方向に間隔を開けて、二つ設けられている。また、二つの締結ブラケット６６は、いずれも、リーンフォースメント６０の左右方向範囲内において、後壁５０に取り付けられている。そして、これにより、後壁５０は、図４に示す通り、リーンフォースメント６０および締結ブラケット６６で挟まれることになる。

【】

ここで、これまでの説明で明らかな通り、本例において、バッテリパック１０は、シート１００の下側に配置される。通常、シート１００の下側空間は、左右方向寸法に比べて前後方向寸法が小さい。かかるシート１００の下側空間にバッテリパック１０を配置するために、本例において、二つのセルモジュール１２は、中間スペース１６を介して左右方向に並んでいる。かかる構成とすることで、バッテリパック１０の前後方向寸法を小さく抑えることができる。結果として、左右方向に細長いシート１００の下側空間に、バッテリパック１０を効率的に配置できる。

【】

また、本例では、バッテリ関連機器の少なくとも一部を、中間スペース１６に配置している。かかる構成とすることで、セルモジュール１２の上側に配置する部品を減らすことができ、セルモジュール１２の上下方向寸法を小さく抑えることができる。

【】

ところで、セルモジュール１２を左右方向に並べた場合、当然ながら、バッテリケース４４が左右方向に細長くなり、剛性が低下する。この場合、例えば、車両に後側から障害物が衝突する後突が発生し、後壁５０に前向きの荷重Ｆ１（図４参照）が入力されると、後壁５０が大きく変形するおそれがあった。そして、変形に伴い、後壁５０が、バッテリセル１４や、中間スペース１６に配置されたバッテリ関連機器（例えばヒューズ２４）に接触すると、様々な問題を招く。

【】

そこで、本例では、バッテリケース４４の変形を抑制するために、ケースロア４６にリーンフォースメント６０を配置している。リーンフォースメント６０は、ケースロア４６の後壁５０および底壁４８を補強する金属パネルである。リーンフォースメント６０は、図４に示すように、後壁５０に沿う第一壁６２と、底壁４８に沿う第二壁６４と、を有している。したがって、リーンフォースメント６０は、全体として、略Ｌ字状である。また、リーンフォースメント６０は、ケースロア４６の内部に配置されており、ケースロア４６の内面に接合されている。

【】

図３に示すように、リーンフォースメント６０の左右方向範囲は、中間スペース１６の左右方向範囲と完全に重複し、中間スペース１６の左右方向範囲より大きい。そのため、正面視において、リーンフォースメント６０は、二つのセルモジュール１２それぞれの一部、および、中間スペース１６と重複している。そして、これにより、中間スペース１６の周辺における後壁５０がリーンフォースメント６０で補強されるため、後突が生じた場合でも、バッテリケース４４の変形が抑制される。結果として、バッテリケース４４のバッテリセル１４およびヒューズ２４への接触が効果的に抑制される。なお、図４におけるラインＬ１およびラインＬ２は、後突が生じた際の後壁５０のイメージ図である。そして、ラインＬ１は、リーンフォースメント６０が無い場合を、ラインＬ２は、リーンフォースメント６０がある場合を、それぞれ示している。

【】

また、本例において、リーンフォースメント６０は、後壁５０に沿う第一壁６２と、底壁４８に沿う第二壁６４と、を有する略Ｌ字形状である。このようにリーンフォースメント６０を平板状ではなく、立体的な形状にすることで、リーンフォースメント６０そのものの剛性が向上し、バッテリケース４４の変形がより効果的に防止される。

【】

また、後突の際、荷重Ｆ１の一部は、締結ブラケット６６を介して後壁５０に伝達される。そのため、締結ブラケット６６と後壁５０との接触箇所に応力が集中しやすい。本例では、上述した通り、締結ブラケット６６は、リーンフォースメント６０の左右方向範囲内において、後壁５０に取り付けられている。換言すれば、応力が集中しやすい締結ブラケット６６周辺が、リーンフォースメント６０で補強されることになる。そして、これにより、締結ブラケット６６周辺の変形が抑制され、バッテリケース４４とバッテリセル１４との接触が効果的に抑制される。

【】

また、車両が正常に走行している場合、車両ボディの振動Ｆｑ（図４参照）が、締結ブラケット６６を介してバッテリケース４４に伝達される。上述した通り、本例では、締結ブラケット６６の周辺が、リーンフォースメント６０で補強され、剛性が高くなっている。そのため、振動Ｆｑが入力された場合でも、当該振動Ｆｑが早期に減衰される。結果として、車両ボディの振動に起因する後壁５０や底壁４８の振動が効果的に抑制される。また、セルモジュール１２の駆動に伴うセルモジュール１２の振動が車両ボディに伝達されることも防止される。

【】

ところで、本例において、セルモジュール１２の左右方向一端には、エンドプレート３９が取り付けられている。本例では、このエンドプレート３９と第一壁６２との間に、プロテクタ６８を配置している。かかるプロテクタ６８は、エンドプレート３９と第一壁６２との間に介在し、両者の接触を防止する部材である。例えば、プロテクタ６８は、エンドプレート３９から突き出るリブ４０に取り付けられた略ブロック状部材である。このプロテクタ６８の後端は、セルモジュール１２の後端よりも第一壁６２に近い。そのため、第一壁６２および後壁５０が、前方に変形した場合、第一壁６２は、セルモジュール１２より先にプロテクタ６８に接触する。また、プロテクタ６８の重心は、セルモジュール１２の重心よりも高い。そのため、プロテクタ６８に前向きの荷重が入力されると、セルモジュール１２は、図５において、二点鎖線で示すように、第一壁６２から離れる方向に回転する。

【】

そして、このようなプロテクタ６８を設けることで、バッテリケース４４とバッテリセル１４との接触をより効果的に防止できる。すなわち、後突に伴い、後壁５０および第一壁６２が前方に変形した場合、第一壁６２は、バッテリセル１４より先に、プロテクタ６８に接触する。この接触により、第一壁６２の更なる変形が抑制され、第一壁６２がセルモジュール１２に接触することが効果的に防止される。また、第一壁６２がさらに大きく変形し、プロテクタ６８が第一壁６２により前方に押された場合、セルモジュール１２は、図５の二点鎖線で示すように、第一壁６２から離れる方向に回転する。これにより、セルモジュール１２とバッテリケース４４との接触がより効果的に防止される。

【】

なお、プロテクタ６８を介してバッテリセル１４に荷重が直接伝達されるとバッテリセル１４が変形するおそれがある。一方、本例において、プロテクタ６８は、エンドプレート３９（より正確にはリブ４０）に取り付けられている。その結果、プロテクタ６８に入力された荷重は、バッテリセル１４には直接伝達されないため、バッテリセル１４の変形は、効果的に防止される。

【】

なお、これまで説明した構成は、いずれも一例であり、請求項１に記載の構成を具備するのであれば、その他の構成は、適宜、変更されてもよい。例えば、リーンフォースメント６０は、前壁５４または後壁５０に沿って配置されるのであれば、他の構成でもよい。例えば、リーンフォースメント６０は、バッテリケース４４の前壁５４に沿って配置されてもよい。また、図６の上段に示すように、リーンフォースメント６０は、後壁５０また前壁５４に沿う第一壁６２のみを有する平板状でもよい。また、図６の中段に示すように、リーンフォースメント６０は、バッテリケース４４の内部ではなく、外側に配置されてもよい。さらに、リーンフォースメント６０の第二壁６４は、図６の下段に示すように、バッテリケース４４の天壁５６に沿うのでもよい。

【】

また、上述の説明では、プロテクタ６８は、エンドプレート３９に取り付けられている。しかし、プロテクタ６８は、エンドプレート３９と第一壁６２との間に介在するのであれば、第一壁６２に取り付けられてもよい。また、さらに、プロテクタ６８は、無くてもよい。

【】

また、これまでの説明において、シート１００は、着座者からみて前側が、車両前方になる姿勢で配置されている。しかし、シート１００の方向は、適宜、変更されてもよい。例えば、シート１００は、着座者からみた前側が、車両後方または車両側方になる姿勢で配置されてもよい。この場合、バッテリパック１０は、その長手方向が、シート１００の左右方向になる姿勢で、配置されればよい。

【符号の説明】

【】

１０ バッテリパック、１２ セルモジュール、１３ 積層体、１４ バッテリセル、１５ セパレータ、１６ 中間スペース、２４ ヒューズ、３９ エンドプレート、４０ リブ、４４ バッテリケース、４６ ケースロア、４８ 底壁、５０ 後壁、５２ ケースアッパ、５４ 前壁、５６ 天壁、６０ リーンフォースメント、６２ 第一壁、６４ 第二壁、６６ 締結ブラケット、６６ａ 第一片、６６ｂ 第二片、６８ プロテクタ、１００ シート。

【図】

【図】

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