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JP7091381B2 - バッテリパック - Google Patents

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Description

本発明は、電動車両などに搭載されるバッテリパックに関する。
近年、駆動源としてエンジンのみを搭載したガソリン車に代わって、モータを駆動源とする電気自動車、エンジン及びバッテリを駆動源とするハイブリッド自動車等の電動車両が知られている。これらの電動車両では、モータに電力を供給するバッテリを搭載する。例えば、特許文献１に記載の電動車両では、床下に複数のバッテリを収容したバッテリケースが搭載されている。
このような電動車両では、モータで走行できる走行距離を伸ばすために、より多くのバッテリを搭載する必要がある。より多くのバッテリを搭載するためには、例えば、特許文献１に記載のバッテリパックのように、２つのバッテリモジュールをプレート部を挟んで上下方向に重ねて固定することで、１つのバッテリパックを構成することが考えられる。
特開２０１５－８８３１２号公報
しかしながら、２つのバッテリモジュールを上下方向に重ねる場合、上下方向の寸法を低く抑えなければ、車室内の高さが低くなり乗員の快適性が損なわれる虞がある。特に、それぞれバッテリを収容した２つのバッテリケースを上下方向に重ねる場合、温度調整や取り扱い性の点で有利であるが、上下方向の寸法が大きくなる傾向がある。
本発明は、２つのバッテリケースを上下方向に重ねた場合でも、上下方向の大型化を抑制可能なバッテリパックを提供する。
本発明は、
第１バッテリモジュールと、
前記第１バッテリモジュールを収容する第１バッテリケースと、
第２バッテリモジュールと、
前記第１バッテリケースの上方に重ねて配置され、前記第２バッテリモジュールを収容する第２バッテリケースと、を備えるバッテリパックであって、
前記第２バッテリモジュールは、前記第２バッテリケースの底面に形成され下方に膨出する締結部に固定され、
前記第１バッテリケースの上面には、上方から見て前記締結部と重なる位置に、前記締結部を収容する穴部が設けられ、
前記穴部は、前記第１バッテリケースの前記上面を貫通する貫通孔である。
本発明によれば、バッテリパックが上下方向に大型化するのを抑制できる。
本発明の一実施形態のバッテリパックを搭載した車両の概略側面図である。 図１のバッテリパックの斜視図である。 図１のバッテリパックの分解斜視図である。 第１バッテリモジュールの冷媒流路を示す図である。 第２バッテリモジュールの冷媒流路を示す図である。 バッテリパックの全体の冷媒流路を示す図である。 第２バッテリケースの上面を示す平面図である。 図２及び図７のＡ－Ａ線の断面図である。 本実施形態の第２バッテリモジュールの固定構造を示す図であり、図８のＢ部分の拡大図である。 比較例の第２バッテリモジュールの固定構造を示す図である。
以下、本発明のバッテリパックの各実施形態を、添付図面に基づいて説明する。図面には、バッテリパックの前方をＦｒ、後方をＲｒ、左側をＬ、右側をＲ、上方をＵ、下方をＤ、として示す。なお、このバッテリパックの前後左右上下は、バッテリパックが搭載される車両の前後左右上下とは無関係である。
図１に示すように、本実施形態の車両Ｖは、例えば電動車両であり、車室２の前方のフロントルーム３に電動機４が搭載され、電動機４がフロアパネル５の下方に搭載されるバッテリパック１と電気的に接続されている。車室２には、前部シート６及び後部シート７が配置されており、バッテリパック１は、後部シート７の下方のフロアパネル５のさらに下方に配置されている。
図２及び図３に示すように、本実施形態のバッテリパック１は、第１バッテリパック１０と、第１バッテリパック１０の上部に配置される第２バッテリパック２０と、を備える。
第１バッテリパック１０は、複数（この例では４つ）のバッテリモジュール（以下、「第１バッテリモジュール」と称す）１１と、第１バッテリモジュール１１を収容する第１バッテリケース１０Ａと、第１バッテリモジュール１１を冷却する第１冷却機構４０Ａ（図６参照）と、を備える。第１バッテリケース１０Ａは、第１ケース本体１２と、第１ケース本体１２の上方の開口部を塞ぐ第１ケースカバー１３と、により構成される。
図３に示すように、第１バッテリモジュール１１は、前後方向に複数のバッテリセル１１ａを積層することで構成される下セル積層体１４と、下セル積層体１４の前後方向（積層方向）の両側に配置された一対のエンドプレート１５と、を備える。第１バッテリモジュール１１は、下セル積層体１４と一対のエンドプレート１５とが不図示のバインドバーにより一体的に組付けられている。第１バッテリモジュール１１は、前後方向と直交する左右方向に並べて配置されている。
図２及び図３に示すように、第２バッテリパック２０は、２つのバッテリモジュール（以下、「第２バッテリモジュール」と称す）２１と、第２バッテリモジュール２１を収容する第２バッテリケース２０Ａと、第２バッテリモジュール２１を冷却する第２冷却機構４０Ｂ（図６参照）と、を備える。第２バッテリケース２０Ａは、２つの第２バッテリモジュール２１が設置されるボトムプレート２３と、ボトムプレート２３を覆う第２ケースカバー２４と、を備える。
第２バッテリモジュール２１は、それぞれ左右方向に複数のバッテリセル２１ａを積層することで構成される上セル積層体２５と、上セル積層体２５の左右方向（積層方向）の両側に配置された一対のエンドプレート２６と、を備える。第２バッテリモジュール２１は、上セル積層体２５と一対のエンドプレート２６とが不図示のバインドバーにより一体的に組付けられている。第２バッテリモジュール２１は、バッテリセル２１ａの積層方向と同じ方向である左右方向に並べて配置されている。
第２バッテリケース２０Ａは、第１バッテリケース１０Ａの上方に重ねて配置されることで、第２バッテリパック２０が第１バッテリパック１０の上部に配置される。また、第２バッテリパック２０は、第１バッテリパック１０の前方に配置される。そのため、図１に示すように、バッテリパック１の高さは、前方で高く、後方で低くなっており、後部シート７のシート座面に沿うようになっている。これにより、乗員の快適性を損なうことなく、バッテリパック１を車両のシート下に配置することができる。
図３に示すように、第１ケースカバー１３の左右方向の両端近傍には、第１連通孔１３ａ及び第２連通孔１３ｂが設けられている。第２バッテリパック２０のボトムプレート２３の左右方向の両端近傍には、第１ケースカバー１３の第１連通孔１３ａ及び第２連通孔１３ｂと連通する第１連通孔２３ａ及び第２連通孔２３ｂが設けられている。第１バッテリモジュール１１と第２バッテリモジュール２１とは、第１連通孔１３ａ、２３ａ及び第２連通孔１３ｂ、２３ｂを通る不図示の導通部材によって電気的に接続されている。
第１バッテリパック１０と第２バッテリパック２０とは、ボルト等の締結部材３３（図８及び図９参照）で互いに固定される。具体的には、第１バッテリケース１０Ａの第１ケースカバー１３と第２バッテリケース２０Ａのボトムプレート２３とが締結部材３３で固定される。
また、第２バッテリモジュール２１は、図８に示すように、各エンドプレート２６の前後方向の両端部を貫通する一対のボルト５０により第２バッテリケース２０Ａのボトムプレート２３に締結される。第２バッテリモジュール２１の固定構造について後で詳しく説明する。なお、第１バッテリモジュール１１も各エンドプレート１５の左右方向の両端部を貫通する一対のボルト５０により第１バッテリケース１０Ａの底面に締結されるが、ここでは詳しい説明を省略する。
（温度調整機構）
次に、温度調整機構としての第１冷却機構４０Ａ及び第２冷却機構４０Ｂについて図４～図６を参照しながら説明する。
図４～図６に示すように、第１バッテリモジュール１１を冷却する第１冷却機構４０Ａ及び第２バッテリモジュール２１を冷却する第２冷却機構４０Ｂは、冷媒Ｗが通過する一続きの冷媒流路４１を構成する。冷媒Ｗは、水、油、ＡＴＦ(Automatic Transmission Fluid)等である。さらに詳しく説明すると、冷媒流路４１は、第１ケース本体１２の右側の領域に収容された２つの第１バッテリモジュール１１を冷却するための下部右側流路部４１Ａと、第１ケース本体１２の左側の領域に収容された２つの第１バッテリモジュール１１を冷却するための下部左側流路部４１Ｂと、第２バッテリパック２０の２つの第２バッテリモジュール２１を冷却するための上部流路部４１Ｃと、により構成される。なお、図４～図６中に示す白抜き矢印は、冷媒Ｗとその流れの向きを概念的に示している。
この例では、冷媒Ｗは、冷媒入口４２ｉｎから下部左側流路部４１Ｂに流入し、第１ケース本体１２の左側の領域に収容された２つの第１バッテリモジュール１１を冷却した後、第１ケース本体１２の左側壁内に設けられた縦管４３Ｌ内を上って上部流路部４１Ｃに入り、第２バッテリパック２０の２つの第２バッテリモジュール２１を冷却した後、第１ケース本体１２の右側壁内に設けられた縦管４３Ｒ内を下って下部右側流路部４１Ａに入り、第１ケース本体１２の右側の領域に収容された２つの第１バッテリモジュール１１を冷却した後、冷媒出口４２ｏｕｔから流出する。この構成により、バッテリパック１の全てのバッテリモジュール１１、２１が冷媒Ｗによって冷却される。
図４に示すように、第１ケース本体１２の底部１２１の下面１２１ａには、右側部分と左側部分とに分けて冷却用凹部１２２Ｒ、１２２Ｌが設けられており、右側部分の冷却用凹部１２２Ｒが図３に示す右側のカバー部材１４Ｒで封止されることにより下部右側流路部４１Ａが形成され、左側部分の冷却用凹部１２２Ｌが図３に示す左側のカバー部材１４Ｌで封止されることにより下部左側流路部４１Ｂが形成されている。
図５に示すように、第２バッテリケース２０Ａのボトムプレート２３の下面２３２ａには、冷却用凹部２３１が設けられており、冷却用凹部２３１が第１ケースカバー１３（図２）で封止されることにより上部流路部４１Ｃが形成されている。このように、ボトムプレート２３の下面２３２ａに設けた冷却用凹部２３１を第１ケースカバー１３で封止することにより、冷媒流路４１の一部を構成する上部流路部４１Ｃを容易に形成することができる。
（第２バッテリモジュールの固定構造）
以下、第２バッテリモジュール２１の固定構造について図７～図９を参照しながら詳しく説明する。
図８に示すように、第２バッテリモジュール２１は、各エンドプレート２６の前後方向の両端部を貫通する一対のボルト５０により第２バッテリケース２０Ａのボトムプレート２３に締結される。
図９に示すように、第２バッテリケース２０Ａのボトムプレート２３の締結部６０には、補強のためのボス６１が形成され、ボルト５０が締結する雌ねじ部が形成されたボス６１が下方に膨出する。雌ねじ部は、ボス６１を貫通する貫通孔の内周面に形成されている。ボトムプレート２３の下方には、ボトムプレート２３が締結される第１バッテリケース１０Ａの第１ケースカバー１３が存在する。したがって、図１０の比較例に示すように、第１ケースカバー１３にボス６１を避けるように下方に突出する膨出部１３１を形成することが考えられる。しかしながら、膨出部１３１を形成すると、この膨出部１３１と第１バッテリモジュール１１との接触を回避するために、第１ケースカバー１３の膨出部１３１と第１バッテリモジュール１１との間に所定のクリアランスを設ける必要がある。この場合、バッテリパック１が高さ方向に大きくなってしまう。また、一方で、ボトムプレート２３にボス６１を設けずに、ボトムプレート２３自体を厚くしても、バッテリパック１が高さ方向に大きくなってしまうとともに、重量も増加してしまう。
そこで、本実施形態では、図７～図９に示すように、第１バッテリケース１０Ａの上面をなす第１ケースカバー１３に、上方から見て締結部６０と重なる位置に、締結部６０を収容する穴部１３２が設けられている。これにより、第１ケースカバー１３に膨出部１３１を設ける必要がなくなり、バッテリパック１の高さ方向の寸法を拡大しなくても第１ケースカバー１３と第１バッテリモジュール１１とが干渉するのを防止できる。また、第２バッテリパック２０のボトムプレート２３自体を厚くする必要もないので、バッテリパック１が高さ方向に大きくなってしまうことがなく、重量も増加しない。
穴部１３２は、第１ケースカバー１３を貫通する貫通孔であることが好ましい。穴部１３２を貫通孔とすることで、第１ケースカバー１３の厚さを薄くできる。また、ボルト５０及び締結部６０は、穴部１３２よりも下方に膨出しないことが好ましい。したがって、第１バッテリモジュール１１の上方のクリアランスは、第１ケースカバー１３の下面を基準に設定でき、ボルト５０や締結部６０が第１バッテリモジュール１１に干渉することがない。
また、第１ケースカバー１３の上面には、穴部１３２を囲む環状のシール溝１３３が設けられ、シール溝１３３には、ボトムプレート２３と当接するシール部材６３が配置されている。シール部材６３は、例えば、Ｏリングである。このように、穴部１３２を囲むようにシール部材６３を配置することで、第１ケースカバー１３とボトムプレート２３との間の空間と、第１バッテリケース１０Ａの内部空間とを隔絶でき、第１バッテリケース１０Ａの内部空間への水の浸入を抑制できる。
特に、本実施形態では、第１ケースカバー１３とボトムプレート２３との間には、上記した第２冷却機構４０Ｂの上部流路部４１Ｃが設けられている。したがって、仮に第２冷却機構４０Ｂの上部流路部４１Ｃから冷媒Ｗが漏れたとしても、この冷媒Ｗが第１バッテリケース１０Ａの内部空間へ浸入するのを防止できる。
穴部１３２は、図７に示すように、第２冷却機構４０Ｂの上部流路部４１Ｃの外側に配置される。言い換えると、第２冷却機構４０Ｂの上部流路部４１Ｃは、穴部１３２を避けるように第２バッテリモジュール２１の下方に設けられている。また、第１ケースカバー１３の上面には、上部流路部４１Ｃ及び穴部１３２のさらに外側に上部流路部４１Ｃに沿って左右方向に延びる突出部１３４が設けられている。
これにより、第１ケースカバー１３に発生した水滴等が、図７の矢印Ｃで示すように、穴部１３２側に向かって流れてきたとしても、突出部１３４によって第１ケースカバー１３の左右両側に案内されて排出される。このように突出部１３４が止水壁として機能することで、穴部１３２の周囲に水が溜まってシール部材６３が劣化するのを抑制できる。特に、左右方向及び前後方向で略中央に位置する２つの穴部１３２の周辺は、上部流路部４１Ｃを区画する流路壁に囲まれるため、仮に水が侵入してしまうと水が抜けにくくなってしまう。
なお、突出部１３４の代わりに、第１ケースカバー１３の上面に溝部１３５を設けてもよい。溝部が排水溝として機能することで、穴部１３２の周囲に水が溜まってシール部材６３が劣化するのを抑制できる。
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
前述した実施形態では、温度調整機構として、第１バッテリモジュール１１を冷却する第１冷却機構４０Ａ及び第２バッテリモジュール２１を冷却する第２冷却機構４０Ｂからなる冷却機構について説明したが、温度調整機構は、第１バッテリモジュール１１及び第２バッテリモジュール２１を加温する加温機構でもよい。また、温度調整機構は、第１バッテリモジュール１１及び第２バッテリモジュール２１の加温も冷却もするものであってもよい。この考え方の下では、「冷却」は「温度調整」という概念まで拡張される。
また、本明細書には少なくとも以下の事項が記載されている。なお、括弧内には、上記した実施形態において対応する構成要素等を示しているが、これに限定されるものではない。
（１） 第１バッテリモジュール（第１バッテリモジュール１１）と、
前記第１バッテリモジュールを収容する第１バッテリケース（第１バッテリケース１０Ａ）と、
第２バッテリモジュール（第２バッテリモジュール２１）と、
前記第１バッテリケースの上方に重ねて配置され、前記第２バッテリモジュールを収容する第２バッテリケース（第２バッテリケース２０Ａ）と、を備えるバッテリパック（バッテリパック１）であって、
前記第２バッテリモジュールは、前記第２バッテリケースの底面（ボトムプレート２３）に形成され下方に膨出する締結部（締結部６０）に固定され、
前記第１バッテリケースの上面（第１ケースカバー１３）には、上方から見て前記締結部と重なる位置に、前記締結部を収容する穴部（穴部１３２）が設けられている、バッテリパック。
（１）によれば、第１バッテリケースの上面には、下方に膨出する締結部を収容する穴部が設けられているので、第１バッテリケースの上面と第１バッテリモジュールとが干渉するのを防止しながら、バッテリパックが上下方向に大型化するのを抑制できる。
（２） （１）に記載のバッテリパックであって、
前記穴部は、前記第１バッテリケースの前記上面を貫通する貫通孔であり、
前記第１バッテリケースの前記上面には、前記穴部を囲む環状の溝部（シール溝１３３）が設けられ、
前記溝部には、前記第２バッテリケースの前記底面と当接するシール部材（シール部材６３）が配置されている、バッテリパック。
（２）によれば、シール部材によって第１バッテリケースの上面と第２バッテリケースの底面との間の空間と、第１バッテリケースの内部空間とを隔絶でき、第１バッテリケースの内部空間への水の浸入を抑制できる。
（３） （２）に記載のバッテリパックであって、
前記第１バッテリケースの前記上面と前記第２バッテリケースの前記底面との間には、冷媒（冷媒Ｗ）が流れる温度調整流路（上部流路部４１Ｃ）が形成され、
前記穴部は、前記温度調整流路の外側に配置され、
前記第１バッテリケースの前記上面には、前記温度調整流路及び前記穴部の外側に前記温度調整流路に沿って延びる突出部（突出部１３４）が設けられている、バッテリパック。
（３）によれば、第１バッテリケースの上面には、温度調整流路及び穴部の外側に温度調整流路に沿って延びる突出部が設けられているので、突出部が止水壁として機能し、穴部の周囲に水が溜まってシール部材が劣化するのを抑制できる。
（４） （２）に記載のバッテリパックであって、
前記第１バッテリケースの前記上面と前記第２バッテリケースの前記底面との間には、冷媒（冷媒Ｗ）が流れる温度調整流路（上部流路部４１Ｃ）が形成され、
前記穴部は、前記温度調整流路の外側に配置され、
前記第１バッテリケースの前記上面には、前記温度調整流路及び前記穴部の外側に前記温度調整流路に沿って延びる溝部（溝部１３５）が設けられている、バッテリパック。
（４）によれば、第１バッテリケースの上面には、温度調整流路及び穴部の外側に温度調整流路に沿って延びる溝部が設けられているので、溝部が排水溝として機能し、穴部の周囲に水が溜まってシール部材が劣化するのを抑制できる。
（５） （２）～（４）のいずれかに記載のバッテリパックであって、
前記第２バッテリモジュールは、ボルトにより前記締結部に固定され、
前記穴部は、前記第１バッテリケースの前記上面を貫通する貫通孔であり、
前記ボルト及び前記締結部は、前記穴部よりも下方に膨出しない、バッテリパック。
（５）によれば、ボルト及び締結部は穴部よりも下方に膨出しないので、ボルト及び締結部が第１バッテリモジュールと干渉するのを防止しながら、バッテリパックが上下方向に大型化するのを抑制できる。
１ バッテリパック
１１ 第１バッテリモジュール
１０Ａ 第１バッテリケース
１３ 第１ケースカバー（第１バッテリケースの上面）
２０Ａ 第２バッテリケース
２１ 第２バッテリモジュール
２３ ボトムプレート（第２バッテリケースの底面）
４１Ｃ 上部流路部（温度調整流路）
６０ 締結部
６３ シール部材
１３２ 穴部
１３３ シール溝（溝部）
１３５ 溝部
Ｗ 冷媒

Claims (5)

  1. 第１バッテリモジュールと、
    前記第１バッテリモジュールを収容する第１バッテリケースと、
    第２バッテリモジュールと、
    前記第１バッテリケースの上方に重ねて配置され、前記第２バッテリモジュールを収容する第２バッテリケースと、を備えるバッテリパックであって、
    前記第２バッテリモジュールは、前記第２バッテリケースの底面に形成され下方に膨出する締結部に固定され、
    前記第１バッテリケースの上面には、上方から見て前記締結部と重なる位置に、前記締結部を収容する穴部が設けられ、
    前記穴部は、前記第１バッテリケースの前記上面を貫通する貫通孔である、バッテリパック。
  2. 請求項１に記載のバッテリパックであって、
    前記第１バッテリケースの前記上面には、前記穴部を囲む環状の溝部が設けられ、
    前記溝部には、前記第２バッテリケースの前記底面と当接するシール部材が配置されている、バッテリパック。
  3. 請求項２に記載のバッテリパックであって、
    前記第１バッテリケースの前記上面と前記第２バッテリケースの前記底面との間には、冷媒が流れる温度調整流路が形成され、
    前記穴部は、前記温度調整流路の外側に配置され、
    前記第１バッテリケースの前記上面には、前記温度調整流路及び前記穴部の外側に前記温度調整流路に沿って延びる突出部が設けられている、バッテリパック。
  4. 請求項２に記載のバッテリパックであって、
    前記第１バッテリケースの前記上面と前記第２バッテリケースの前記底面との間には、冷媒が流れる温度調整流路が形成され、
    前記穴部は、前記温度調整流路の外側に配置され、
    前記第１バッテリケースの前記上面には、前記温度調整流路及び前記穴部の外側に前記温度調整流路に沿って延びる溝部が設けられている、バッテリパック。
  5. 請求項２～４のいずれか一項に記載のバッテリパックであって、
    前記第２バッテリモジュールは、ボルトにより前記締結部に固定され、
    前記穴部は、前記第１バッテリケースの前記上面を貫通する貫通孔であり、
    前記ボルト及び前記締結部は、前記穴部よりも下方に膨出しない、バッテリパック。
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