JP2014019203A - 電池パックトレー - Google Patents

Abstract

【課題】重量軽減と強度、及び剛性を兼ね備えた電池パックトレーの提供を目的とする。
【解決手段】電池パックトレーで、電池モジュール１１が載置される底面に条状に成型された凸部，凹部を有し、底面の周囲に立設した壁面を有する矩形状のトレー本体と、矩形状の対向する一対の壁面に沿って配設される補強フレームと、凸部，凹部とで閉断面を形成し、両端部を補強フレームに固着させた複数のクロスメンバと、クロスメンバの上面に、両端部を補強フレームに固着させたインナクロス８と、車体取付用の取付ブラケット６と、を提供する。
【選択図】図３

Description

本発明は、電気自動車やハイブリッド自動車等の車両に電池を搭載する電池パックを構成する電池パックトレーに関する。

モータを駆動源とする電気自動車や、モータとエンジンを駆動源とするハイブリッド電気自動車には、モータに電力を供給するための電池が収容された電池パックが搭載されている。
電池パックは電池パックトレーなどの電池収容部材に複数の電池モジュールを収容してなるものである。

電池パックトレーなどの電池収容部材の先行技術として特許文献１に開示されたものがある。
特許文献１によると、電池パンは、電池が載置される底面部と、該底面部の外周端縁から上方に屈曲した壁部と、底面部の上面に両端部が壁部に連結された複数のクロスメンバと、壁部の外周部全周に連続した外周フレームと、壁部上面から外方へ屈曲したフランジ部とを備えている。
更に、電池パン前方の外周フレームには、車体側クロスメンバと連結する前方ステーが電池パンの車幅方向の中間部全域に亘って設けられている。
また、電池パン両側の外周フレームには、車体側のサイドフレームに連結する側方ステーが車両前後方向に前端部から中間部の略全域に亘って配設されている。
これらの、前方ステー、及び側方ステーは平板を屈曲させたものである。

特開２０１０−２８４９８４号公報

ところが、特許文献１によると、電池パンの壁部外周部全周に外周フレームを装着している。外周フレームは電池パンの強度、及び剛性を維持すると共に、電池パンの上面に取付けられるカバーとの接合面にタイヤ等からの雨水が直接かからないように、壁面の外周から外方へ突出させた構造になっている。
従って、外周フレームの形状は、外周フレームとして本来必要な強度、及び剛性以上のものとなっており、外周フレームの重量が大きく、材料費、及び取扱いに不具合を有する。
更に、前方ステー、及び側方ステーは外周フレームに一端が固着され、他端が車体側のクロスメンバ、及びサイドフレームに夫々締結される。
しかし、車体枠の大きさ形状によってサイドフレームの車幅方向の大きさは決まってくる。従って、既述の通り、外周フレームの外周縁は電池パン壁面より必要以上に外方へ突出しているため、外周フレームの外周縁と車体側の取付部位であるクロスメンバ、及びサイドフレームとの相対距離が短くなり、前方ステー、及び側方ステーの強度と剛性のための形状対策を行う空間が確保し難い問題もある。

本発明は、上述した従来技術の課題に鑑みなされた発明であって、電池パックトレーの重量軽減と、強度、及び剛性を兼ね備えた電池パックトレーの提供を目的とする。

上記目的を達成するため本発明によれば、電気自動車又は、ハイブリッド電気自動車に搭載される電池パックを構成する電池パックトレーにおいて、電池が載置される底面が上下方向に凹凸して条状に成型された凹凸部を有し、前記底面の周囲には上方へ屈曲した壁面を有し、平面視における形状が略矩形状を成すトレー本体と、
前記凹凸部の条状方向と直交する方向の前記矩形状の対向する一対の夫々の前記壁面に沿って配設される補強フレームと、
前記凹凸部の上面に該凹凸部を覆って、且つ前記凹凸部の条状に沿って、前記凹凸部とで第１閉断面を形成し、両端部を前記補強フレームに固着させた複数のクロスメンバと、
前記クロスメンバの上面に固着して、両端部を前記補強フレームに固着されるインナクロスと、
前記補強フレームに固着され前記トレー本体外方に突出した複数の車体取付用の取付ブラケットと、を備えたことを特徴とする電池パックトレーが提供される。

本発明によれば、トレー本体の電池載置面側にクロスメンバ、及びインナクロスを配設した構造としたので、即ちトレー本体の内側にトレー本体とクロスメンバ、及びクロスメンバとインナクロスとの接合面が存在するので、外部からの雨水浸入防止構造を特別に設けることが無く雨水侵入を防止できる。
従って、当該接合面への雨水侵入がなくなり、電池パックトレーとしての耐久信頼性が向上するとともに、防錆処置（シール剤塗布）が不要となり、製品コストの低減が可能になる。
更に、クロスメンバと底面の凹凸部とで第１閉断面を形成し、更にクロスメンバの上面にインナクロスを設け、夫々の両側部を補強フレームに連結した構造としたので、載置した電池モジュールの重量（荷重）は、トレー本体の底面全体に張力として作用するので、電池パックトレー各部に発生する応力が分散され、電池パックトレーの剛性、及び耐久性が向上する。

また、本発明において好ましくは、前記補強フレームは、前記壁面の電池載置側に配設され前記壁面との間に第２閉断面を形成するインナフレームと、前記壁面を挟んで前記インナフレームと対向した位置に前記壁面との間に第３閉断面を形成するアウタフレームとで構成されるとよい。

このような構成にすることにより、トレー本体の壁面をインナフレームとアウタフレームとで挟み込み、壁面の両側に閉断面を形成したので、トレー本体の壁部の剛性が向上すると共に、補強フレームの上下方向、及び捩れ剛性が向上し、電池モジュールを安定した状態で且つ、確実に保持できる。

また、本発明において好ましくは、前記インナクロスは、断面形状の下方が開口し、該開口端縁を前記クロスメンバに固着させて第４閉断面を形成すると共に、前記インナクロスの両端部を前記インナフレームに固着させるとよい。

このような構成にすることにより、クロスメンバの上側に更に第４閉断面形状を形成することにより、電池パックトレーの剛性、及び耐久性が更に向上させることができる。

また、本発明において好ましくは、前記取付ブラケットの前記アウタフレームとの取付位置は、前記クロスメンバと前記インナフレームとの結合範囲と対向した部分に配設されるとよい。

このような構成にすることにより、取付ブラケットのアウタフレーム取付位置は、クロスメンバ、及びインナクロスと略対向した位置にした。従って、クロスメンバ、及びインナクロスの車両前後方向における位置と、取付ブラケットとの車両前後方向における位置とのオフセット量を少なくして、補強フレームの捩れを抑制させて、補強フレームから車体側への負荷伝達効率を向上させて、電池パックトレーとしての強度、及び剛性が得易くなる。

また、本発明において好ましくは、前記取付ブラケットは、前記トレー本体から前記突出する方向に沿って断面中央部が上方に凹んだ条状の凹部が形成され、先端部に前記車体への取付孔を有し、基端部が前記凹部から外方へ延在した取付フランジ部を介して前記アウタフレームのウェブ部に連結されたアッパブラケットと、
一端部が前記アッパブラケットの前記突出方向中間部から前記基端部までの間を前記凹部とで第５閉断面を形成し、他端部は、前記アウタフレームの前記トレー本体との接合部に固着されるロワブラケットとで構成するとよい。

このような構成にすることにより、取付ブラケットのアウタフレーム側を閉断面構造とすることで、重量の大きい電池を載置した電池パックトレーを車体に強固に取付けられ、電池パックトレーの振動を防止して、車体側取付部に発生する応力を抑制することができる。

本発明によれば、重量軽減と、強度、及び剛性を兼ね備えた電池パックトレーが得られる。

本発明の実施形態における電気自動車の外観図を示す。 本発明の実施形態における電池パックの外嵌斜視図を示す。 本発明の実施形態における電池パックトレーに電池を配置した一例を示す。 本発明の実施形態における電池パックトレーの斜視図を示す。 本発明の実施形態におけるインナフレームとクロスメンバ、及びインナクロスの結合構造詳細図を示す。 図４のＡ−Ａ断面図を示す。 図４のＢ―Ｂ断面図を示す。 図４のＣ−Ｃ断面図を示す。 図８のＲ矢視図を示す。

以下、本発明の実施形態を図に基づいて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
また、前後左右、及び上下の方向性を示す場合には、運転席に着席した状態に基づいて記載する。

図１は本発明の実施形態が用いられた電気自動車１００の外観斜視図を示す。
電気自動車１００は、車体１１０の前輪１２０と、後輪１３０との間で、車幅方向中間部に電池パック１を装着している。
電池パック１には、コントローラ１４０が接続されており、電池からの電力を、インバータを介して駆動用モータへ供給して電気自動車１００の駆動力を制御する電力供給制御や、減速エネルギーを回生して電池に充電する充電制御等を行うようになっている。
電池パック１は車体１１０の下方から着脱可能に取付けられている。
尚、以後、本実施形態は電気自動車やハイブリッド自動車等にも利用できるので、電気自動車やハイブリッド自動車等を含めて「車両」と称する。

図２に示すように、平面視において、車両前後方向に長い略矩形状をなす電池パック１は、電池モジュール１１が載置される電池パックトレー２と、該電池パックトレー２内に水、及び塵埃が浸入しないように防護するカバー装置９と、電池パックトレー２内の各電池を結線する結線回路装置（図示省略）とで構成されている。
尚、電池モジュール１１とは、電池セルを例えば８個並設して、電極を直列にまとめたものを１個の固体としたものを称している。
図３は、電池パックトレー２内に片側５個、車幅方向に２列の計１０個の電池モジュール１１が整然と配置された状態を示している。これらの電池モジュール１１は図示されない結線回路装置によって回路が形成されている。回路は直列に結線され電気自動車１００を駆動する回路と、電気自動車１００の走行に必要なメータ類、ランプ類等を作動させる回路とを備えている。

図４は電池パックトレー２の外観斜視図を示す。
電池パックトレー２は、電池が載置され、平面視において車両前後方向に長い略矩形状のトレー本体３と、該トレー本体３の長手方向外周部に沿って左右両側それぞれに設けられた補強フレーム５と、トレー本体３の電池モジュール１１が載置される側に配設されたクロスメンバ７と、該クロスメンバ７の上面に取付けられ、クロスメンバ７と共に電池パックトレー２の強度、及び剛性を向上させ、更に、電池モジュール１１の仕切り壁と成るインナクロス８と、補強フレーム５に固着して、電池パックトレー２を車体１１０に固定する取付ブラケット６とで構成されている。

トレー本体３は、平面視が車両前後方向に長い底面３１と、底面３１の周縁から上方へ屈曲した壁面３２と、該壁面３２の上縁から外方へ延出したフランジ３３を有している。（図６参照）
トレー本体３の底面３１には平面視が略矩形状の短い辺に沿う方向に、断面が台形状をなす凹凸部である条状の凸部３１１と、条状の凹部３１２とが車体１１０の前後方向へ交互に形成されている。（図７参照）
更に、凸部３１１の車両前後方向中央には凸部３１１に沿って下方に突出した第１ビード３１３が形成されている。
トレー本体３の車幅方向の対向した壁面３２には一対の補強フレーム５、５が配設されている。

図６は図４のＡ−Ａ断面を示し、補強フレーム５の断面形状詳細を示す。
補強フレーム５は、トレー本体３の壁面３２の内周面に接合して配設されるインナフレーム５２と、壁面３２の外周面に、壁面３２を挟んで且つ、対向した位置に配設されるアウタフレーム５１とで構成されている。
図６に示すように、インナフレーム５２は、上部が壁面３２の上部に固着するＡフランジ５２１と、Ａフランジ５２１の下端から壁面３２に対して離間する方向に屈曲した屈曲壁５２２と、屈曲壁５２２から壁面３２との離間を維持しながら底面３１まで延在する縦壁５２３と、縦壁５２３から底面３１に沿ってトレー本体３の中央側へ屈曲し、底面３１に固着するＢフランジ５２４とを備えている。
そして、第２閉断面である閉断面Ｓ２を形成している。

アウタフレーム５１は、壁面３２を挟んでＡフランジ５２１と対向した位置に、壁面３２に固着されるＣフランジ５１１と、Ｃフランジ５１１の下端から壁面３２に対して離間する方向に屈曲した屈曲壁５１２と、屈曲壁５１２から壁面３２との離間を維持しながら底面３１の外側面まで延在する縦壁５１３と、縦壁５１３下端から壁面３２側に屈曲してＢフランジ５２４と対向する位置まで延在させて、底面３１の外側面に固着したＤフランジ５１４とを備えている。
そして、第３閉断面である閉断面Ｓ３を形成している。
従って、補強フレーム５は壁面３２とインナフレーム５２とで閉断面Ｓ２、壁面３２とアウタフレーム５１とで閉断面Ｓ３を形成している。
壁面３２を挟んで、アウタフレーム５１とインナフレーム５２とが対向した状態で一体的形状になっているので、電池パックトレー２に捩れ、及び曲げ力が作用しても、アウタフレーム５１とインナフレーム５２とが協働して電池パックトレー２の剛性、及び強度を維持するようになっている。

図７は図４のＢ−Ｂ断面を示し、クロスメンバ７、及びインナクロス８の断面形状の詳細を示す。
上述の通り、トレー本体３の底面３１には平面視が略矩形状の短い辺に沿う方向に、車両前後方向断面が台形状をなす凹凸部が車体１１０の前後方向へ条状の凸部３１１と、条状の凹部３１２とが交互に形成されている。
更に、凸部３１１の車両前後方向中央には、下方に突出し、凸部３１１に沿って第１ビード３１３が形成されている。
クロスメンバ７は車両前後方向の断面がハット型を成し、車幅方向の両端がインナフレーム５２の縦壁５２３に固着されている。（図５参照）
該ハット型の断面は下方が開口し、該開口の幅（車両前後方向）は凸部３１１の幅より広く形成されている。ハット型は開口両端縁から外方にＥフランジ７１、７１が形成されている。

そして、クロスメンバ７はトレー本体３の凸部３１１を跨ぎ、Ｅフランジ７１、７１を凹部３１２の車両前後方向中間部に固着して、凸部３１１の両端部３１１ａ、３１１ａとクロスメンバ７の両端部７１ａ、７１ａとで第１閉断面である閉断面Ｓ１，Ｓ１を形成している。
また、ハット型断面の頂辺７２の中央には、第１ビード３１３側に突出して、該第１ビード３１３に対向して設けられた第２ビード７３が形成されている。
従って、トレー本体３とクロスメンバ７とで形成される閉断面Ｓ１，Ｓ１と、第１ビード、及び第２ビードとで当該部の強度、剛性を高めると共に、クロスメンバ７が電池モジュール１１載置側にあるので、Ｅフランジ７１固着部に雨水が浸入することが無く、防水処置が不要となり、コスト低減が可能となる。

また図５に基づいて、クロスメンバ７、及びインナクロス８の車幅方向端部とインナフレーム５２との結合構造を説明する。
クロスメンバ７の車幅方向端部は、頂辺７２、及びＥフランジ７１をインナフレーム５２の縦壁５２３に沿って上方へ屈曲させて、縦壁５２３に固着される取付フランジ７５を形成している。
縦壁５２３には、取付フランジ７５が固着される部分に、取付フランジ７５の板厚ｔに相当する凹部５２５が形成されている。取付フランジ７５が凹部５２５にスポット溶接等で接合されて、縦壁５２３が平面を維持できるようになっている。

クロスメンバ７の第２ビード７３に沿って下方が開口し、該開口が第２ビード７３を跨いで車両前後方向の断面がハット型を成すインナクロス８が配設されている。
インナクロス８は開口端縁から外方へ延在したＦフランジ８１，８１がクロスメンバ７の頂辺７２に固着されて、断面ハット型のインナクロス８と第２ビード７３とで第４閉断面である閉断面Ｓ４を形成させている。
インナクロス８の車幅方向両端は、ハット型断面の前後の壁８３から前側、及び後側に夫々延在したＧフランジ８５，８５がクロスメンバ７の取付フランジ７５とインナフレーム５２の縦壁５２３とに跨って固着されている。

尚、高さ壁８３には、高さ壁８３の上下方向中間部に重量軽減用の肉抜き孔８４が車幅方向に複数設けられている。
インナクロス８の頂面８２はインナフレーム５２の屈曲壁５２２と略同じ高さに位置している。
Ｇフランジ８５，８５を取付フランジ７５と縦壁５２３両方に跨って固着させることにより、クロスメンバ７とインナクロス８との構造を一体化させた構造とした。
これにより、電池パックトレー２に捩れ、及び曲げ力が作用した際に、断面二次モーメント、断面係数を大きくすることができ、夫々をプラスした剛性より更に大きな強度、剛性を得るものである。

また図８に基づいて、電池パックトレー２を車体１１０側に取付ける取付ブラケット６の構造を説明する。
取付ブラケット６は、基端がアウタフレーム５１の縦壁５１３（ウェブ部）に取付けられ、他端が車体１１０側に取付ける取付孔６１６を備えたアッパブラケット６１と、
一方をアウタフレーム５１のＢフランジ５1４に固着させ、他方をアッパブラケット６１の突出方向中間部から基端側にかけての下面に固着して、アッパブラケット６１とで閉断面Ｓ５を形成するロアブラケット６２とで構成されている。

アッパブラケット６１は車両前後方向の断面形状が下方を開口させ、開口端縁から前側、及び後側に向けて延在したＨフランジ部６１１，６１１を有したハット型を成している。
そして、アッパブラケット６１の基端側はアウタフレーム５１の縦壁５１３に沿って上方へ屈曲し、屈曲した部分のＨフランジ部６１１，６１１に設けた取付孔を介して固定ボルト６１５にて、アウタフレーム５１の縦壁５１３の第３閉断面側に固定されたウェルドナット５１５に締結する。

ロアブラケット６２の他方は、車両前後方向の断面形状が上方を開口させ開
口端縁から前側、及び後側に向けてＪフランジ部６２１，６２１を有したハット型を成している。
そして、Ｈフランジ部６１１，６１１とＪフランジ部６２１，６２１とを固
着することにより第５閉断面である閉断面Ｓ５を形成している。
従って、取付ブラケット６をこのような構造にすることにより、電池パックトレー２に電池の重量が作用すると、アッパブラケット６１にはＹ方向の曲げ力が作用する。するとロアブラケット６２にはＸ方向の引張り力が作用する。
しかし、アウタフレーム５１のアッパブラケット６１の取付部近傍は閉断面Ｓ５が形成されているので、取付ブラケット６の上方への変形が抑制され、剛性、及び強度が確保される。

また、図９は図８のＲ矢視を示し、クロスメンバ７は、クロスメンバ７の車両前後方向幅を長くしてあり、それに伴うインナフレーム５２とクロスメンバ７とが結合するクロスメンバ７の取付フランジ７５を車両前後方向に広い結合範囲Ｌとしてある。
これは、結合範囲Ｌ内に取付ブラケット６を配置することにより、取付ブラケット６と、クロスメンバ７、及びインナクロス８との車両前後方向におけるオフセット量に伴う捻り発生を抑制できる。
従って、クロスメンバ７、及びインナクロス８に負荷される加重は、取付ブラケット６から車体１１０側に効率よく伝わり、電池パックトレー２としての強度、及び剛性が得易い。
尚、取付ブラケット６の取付範囲は、取付ブラケット６の車両前後方向中心ＣＬが結合範囲Ｌ内にあれば、取付ブラケット６とクロスメンバ７、及びインナクロス８とのあいだの捻り発生を抑制でき。
更に、クロスメンバ７のインナフレーム５２へ取付ける取付フランジ７５は、車両前後方向に長く（Ｌ寸法）したので車体側取付範囲に余裕ができ、車体１１０側の取付位置を車体構造上の最適位置に設け易くなる。

上述した実施形態の電池パックトレー２によれば、トレー本体３の壁面３２をインナフレーム５２とアウタフレーム５１とで挟み込み、壁面３２の両側に閉断面Ｓ２，Ｓ３を形成したので、トレー本体３の壁面３２の剛性が向上すると共に、補強フレーム５の上下方向、及び捩れ剛性が向上し、電池を安定に且つ、確実に保持できる。
また、トレー本体３の電池モジュール１１の載置面側にクロスメンバ７、及びインナクロス８を配設した構造としたので、トレー本体３とクロスメンバ７、及びクロスメンバ７とインナクロス８との接合面に外部からの雨水浸入を防止できる。
従って、当該部の発錆がなくなり、電池パックトレーとしての耐久信頼性が向上するとともに、防錆処置（シール剤塗布）が不要となり、製品コストの低減が可能になる。

更に、クロスメンバと底面の凹凸部とで閉断面Ｓ１を形成し、更にクロスメンバ７の上面にインナクロス８を設け、夫々の両側部を補強フレーム５に連結した構造としたので、載置した電池モジュール１１の重量（荷重）は、トレー本体３の底面全体に張力として作用するので、電池パックトレー２の各部に発生する応力が抑制され、電池パックトレー２の剛性、及び耐久性が向上させることができた。

電気自動車やハイブリッド自動車等の車両に電池を搭載する電池パックトレーとして最適に利用できる。

１ 電池パック
２ 電池パックトレー
３ トレー本体
５ 補強フレーム
６ 取付ステー
７ クロスメンバ
８ インナクロス
９ カバー装置
１１ 電池モジュール
３１ 底面
３２ 壁面
５１ アウタフレーム
５２ インナフレーム
６１ アッパブラケット
６２ ロアブラケット
１００ 車両（電気自動車、ハイブリッド電気自動車）
１１０ 車体
３１１ 凸部
３１２ 凹部
Ｓ１ 第１閉断面
Ｓ２ 第２閉断面
Ｓ３ 第３閉断面
Ｓ４ 第４閉断面
Ｓ５ 第５閉断面

Claims (5)

1. 電気自動車又は、ハイブリッド電気自動車に搭載される電池パックを構成する電池パックトレーにおいて、電池が載置される底面が上下方向に凹凸して条状に成型された凹凸部を有し、前記底面の周囲には上方へ屈曲した壁面を有し、平面視における形状が略矩形状を成すトレー本体と、
   前記凹凸部の条状方向と直交する方向の前記矩形状の対向する一対の夫々の前記壁面に沿って配設される補強フレームと、
   前記凹凸部の上面に該凹凸部を覆って、且つ前記凹凸部の条状に沿って、前記凹凸部とで第１閉断面を形成し、両端部を前記補強フレームに固着させた複数のクロスメンバと、
   前記クロスメンバの上面に固着して、両端部を前記補強フレームに固着されるインナクロスと、
   前記補強フレームに固着され前記トレー本体外方に突出した複数の車体取付用の取付ブラケットと、を備えたことを特徴とする電池パックトレー。
2. 前記補強フレームは、前記壁面の電池載置側に配設され前記壁面との間に第２閉断面を形成するインナフレームと、前記壁面を挟んで前記インナフレームと対向した位置に前記壁面との間に第３閉断面を形成するアウタフレームとで構成されていることを特徴とする請求項１記載の電池パックトレー。
3. 前記インナクロスは、断面形状の下方が開口し、該開口端縁を前記クロスメンバに固着させて第４閉断面を形成すると共に、前記インナクロスの両端部を前記インナフレームに固着させたことを特徴とする請求項１又は２項のいずれかに記載の電池パックトレー。
4. 前記取付ブラケットの前記アウタフレームとの取付位置は、前記クロスメンバと前記インナフレームとの結合範囲と対向した部分に配設されていることを特徴とする請求項２又は３のいずれかに記載の電池パックトレー。
5. 前記取付ブラケットは、前記トレー本体から前記突出する方向に沿って断面中央部が上方に凹んだ条状の凹部が形成され、先端部に前記車体への取付孔を有し、基端部が前記凹部から外方へ延在したフランジ部を介して前記アウタフレームのウェブ部に連結されたアッパブラケットと、
   一端部が前記アッパブラケットの前記突出方向中間部から前記基端部までの間を前記凹部とで第５閉断面を形成し、他端部は、前記アウタフレームの前記トレー本体との接合部に固着されるロワブラケットとで構成されていることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の電池パックトレー。

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