(57)【要約】【課題】２段積みしたバッテリモジュールの上段のバッテリモジュールの熱を、ケースを介して外部に放出させることができるバッテリ搭載構造を提供すること。【解決手段】車両は、車室のフロアパネル下側に車両駆動用の複数のバッテリモジュールを収容するケースを備えており、複数のバッテリモジュールは、下段モジュールと上段モジュールに分けられ、ケースは、金属製の下部ケース部材及び中部ケース部材と、中部ケース部材上面部を覆う上部ケース部材を有する。下部ケース部材底部に固定された下段モジュールは、下部ケース部材に固定される中部ケース部材に上方から覆われて水密に収容される。中部ケース部材上面部の所定領域内に密着させた状態で固定された上段モジュールは、底部に開口部を有する容器状の上部ケース部材に覆われて水密に収容される。このケースは、下部ケース部材がフロアパネル下側に固定されて車両に搭載される。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車室のフロアパネルの下側に車両駆動用の複数のバッテリモジュールを収容するケースを備えた車両のバッテリ搭載構造において、
前記複数のバッテリモジュールは、下段モジュールと上段モジュールに分けられ、
前記ケースは、金属製の下部ケース部材と、金属製の中部ケース部材と、前記中部ケース部材の上面部の所定領域を上方から覆うための上部ケース部材を有し、
前記下段モジュールは、前記下部ケース部材の底部に固定され、
前記中部ケース部材は、前記下段モジュールを上方から覆うように前記下部ケース部材に固定されて前記下段モジュールが水密に収容され、
前記上段モジュールは、前記所定領域内で前記中部ケース部材の上面部に密着させた状態で固定され、
前記上部ケース部材は、底部に開口部を有する容器状に形成され、前記所定領域を覆って前記開口部の周縁部を前記中部ケース部材の上面部に密着させた状態で固定されて前記上段モジュールが水密に収容され、
前記下部ケース部材が前記フロアパネルの下側に取り付けられることにより前記ケースが車両に固定されたことを特徴とする車両のバッテリ搭載構造。
【請求項２】
前記フロアパネルの後側部分は前側部分よりも高さ位置が高く形成され、
前記後側部分の下方に前記上部ケース部材が配設されたことを特徴とする請求項１に記載の車両のバッテリ搭載構造。
【請求項３】
前記上段モジュールの下方において、前記下部ケース部材と前記中部ケース部材の間に前記中部ケース部材を支持するための金属製の複数の支持部材が配設されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の車両のバッテリ搭載構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両駆動用の電力を供給するために車両に搭載されるバッテリの搭載構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、バッテリに蓄えられた電力で走行用の電動モータを駆動して走行する車両が広く利用されている。このような車両のバッテリは、車両駆動用の電力供給のために大出力且つ大容量のバッテリとなるように、複数のバッテリモジュールによって構成されている。この車両駆動用のバッテリは、大きく重量があり且つ衝撃による破損で発火の虞があるので、車室スペース確保及び走行安定性と衝突安全性の確保のために、車室のフロアパネルの下側に配設されている。
【０００３】
車室のフロアパネルの下側では、走行時にタイヤが跳ね上げた路面の石等の異物や水が衝突し、異物の衝突によってバッテリモジュールが破損する虞や、水によってバッテリモジュールがショートする虞がある。それ故、異物等からの保護のために複数のバッテリモジュールをケースに収容し、このケースをフロアパネルの下側に配設して車両に搭載している。
【０００４】
バッテリは、充放電時の化学反応に伴う発熱やジュール熱によって温度が上昇するが、高温になると劣化の進行が促進されるので冷却が必要である。それ故、例えば特許文献１のように、バッテリモジュールを収容したケース内に冷却風を流通させて熱を逃がしている。この場合、ケース内には冷却風の通路を確保する必要があるので、ケース内に複数のバッテリモジュールを高密度に配置して大容量化することが困難である。そのため、例えば特許文献２のように、ケース内に冷却風の通路を確保すると共に、複数のバッテリモジュールを上下に２段積みすることによって、バッテリモジュールの搭載数量を増やして大容量化している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５４７７２５６号公報
【特許文献２】特許第４９４０９６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ケース内に冷却風を流通させる場合、バッテリから供給される電力で送風ファンを駆動するので、蓄電量が減少する。また、ケースには冷却風の導入口と排出口が設けられるため、この導入口等からケース内に水が浸入する虞がある。
【０００７】
そのため、ケースに複数のバッテリモジュールを水密に収容し、収容した複数のバッテリモジュールをケース底部に夫々密着させることにより、ケースを介してバッテリモジュールの熱を外部に放熱させることが検討されている。しかし、大容量化のために複数のバッテリモジュールを上下に２段積みしてケースに収容すると、上段のバッテリモジュールから放熱させることが困難である。
【０００８】
本発明の目的は、２段積みした複数のバッテリモジュールの上段のバッテリモジュールの熱を、ケースを介して外部に放熱させることができるバッテリ搭載構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明は、車室のフロアパネルの下側に車両駆動用の複数のバッテリモジュールを収容するケースを備えた車両のバッテリ搭載構造において、前記複数のバッテリモジュールは、下段モジュールと上段モジュールに分けられ、前記ケースは、金属製の下部ケース部材と、金属製の中部ケース部材と、前記中部ケース部材の上面部の所定領域を上方から覆うための上部ケース部材を有し、前記下段モジュールは、前記下部ケース部材の底部に固定され、前記中部ケース部材は、前記下段モジュールを上方から覆うように前記下部ケース部材に固定されて前記下段モジュールが水密に収容され、前記上段モジュールは、前記所定領域内で前記中部ケース部材の上面部に密着させた状態で固定され、前記上部ケース部材は、底部に開口部を有する容器状に形成され、前記所定領域を覆って前記開口部の周縁部を前記中部ケース部材の上面部に密着させた状態で固定されて前記上段モジュールが水密に収容され、前記下部ケース部材が前記フロアパネルの下側に取り付けられることにより前記ケースが車両に固定されたことを特徴としている。
【００１０】
上記構成によれば、バッテリモジュールに蓄えられた電力を使用して走行する車両の複数のバッテリモジュールを上下に２段積みして、車両のバッテリモジュール搭載量数を増加させている。２段積みの下側の下段モジュールを下部ケース部材と中部ケース部材により水密に収容し、２段積みの上側の上段モジュールを中部ケース部材と上部ケース部材によって水密に収容して、走行時における小石等の衝突や浸水を防ぐ。そして、上段モジュールの熱をケース外に放出するために、上段モジュールを金属製の中部ケース部材の上面部に密着させて中部ケース部材に伝熱させる。中部ケース部材は熱放射や走行風等によって熱を外部に放出するので、ケースに水密に収容した上段モジュールを冷却することができる。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記フロアパネルの後側部分は前側部分よりも高さ位置が高く形成され、前記後側部分の下方に前記上部ケース部材が配設されたことを特徴としている。
上記構成によれば、中部ケース部材よりも上方に突出した上部ケース部材を、車室のフロアパネルの前側部分よりも高く形成されたフロアパネルの後側部分の下方に配設するので、フロアパネルの形状に合わせてフロアパネルの下側のスペースを利用してバッテリモジュールの搭載数量を増加させることができる。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１又は２の発明において、前記上段モジュールの下方において、前記下部ケース部材と前記中部ケース部材の間に前記中部ケース部材を支持するための金属製の複数の支持部材が配設されたことを特徴としている。
上記構成によれば、複数の支持部材で中部ケース部材を支持することにより上段モジュールの重量による中部ケース部材の下方への撓みを規制するので、中部ケース部材と下段モジュールの接触を防いでショート等の不具合を防止することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の車両のバッテリ搭載構造によれば、２段積みしたバッテリモジュールの上段のバッテリモジュールの熱を、ケースを介して外部に放出させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例に係る車両を下方から見た要部平面図である。
【図２】本発明の実施例に係るバッテリパックの斜視図である。
【図３】図２のバッテリパックの要部分解斜視図である。
【図４】図１のIV−IV線断面図である。
【図５】図１のV−V線断面図である。
【図６】バッテリモジュールの要部分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。
【実施例】
【００１６】
最初に、図１に基づいて車両１の構成について説明する。この車両１として電気自動車の例を説明するが、エンジンと電動モータによって走行するハイブリッドタイプの車両や、走行中にバッテリモジュールに充電するための発電装置を備えたレンジエクステンダタイプの車両等であってもよい。図中の矢印Ｆは車両前方を示し、矢印Ｌは車両左方を示す。
【００１７】
車両１は、駆動輪を回転駆動する電動モータ２と、電動モータ２に電力を供給する複数のバッテリモジュールを有するバッテリパック３を備えている。このバッテリパック３は、車室のフロアパネル４の下方に配設され、車両１の前後方向に延びるフロアフレーム５や車幅方向に延びるクロスメンバ６等の閉断面を有するフレーム部材に例えばボルト等によって固定されて車両１に搭載されている。
【００１８】
次に、図２〜図３に基づいてバッテリパック３について説明する。図中の矢印Ｆは車両前方を示し、矢印Ｌは車両左方を示し、矢印Ｕは上方を示す。
バッテリパック３は、前側部分よりも後側部分が高く形成されたケース８を有し、複数のバッテリモジュールとして例えば１６個のバッテリモジュールＭ１〜Ｍ１６等をケース８内に収容している。これらのバッテリモジュールＭ１〜Ｍ１６は、複数のバスバー９によって直列に接続され、図示外の電力供給ケーブルから車両駆動用の電力を電動モータ２等に供給するように構成されている。ケース８内に収容されるバッテリモジュールの数量は、バッテリパック３が搭載される車両１の仕様等に応じて適宜設定される。
【００１９】
次にバッテリモジュールについて説明する。バッテリモジュールＭ１〜Ｍ１６は夫々同じ構成なので、バッテリモジュールＭ１について説明し、他のバッテリモジュールＭ２〜Ｍ１６の説明を省略する。
図６に示すように、バッテリモジュールＭ１は、例えば１２個の角型のリチウムイオン二次電池（蓄電池２１）を水平方向に１列に整列させた状態で一体化するために、１対の結束部材２２と１対のエンドプレート２３を連結して固定している。隣り合う蓄電池２１の間には、絶縁性のセパレータ２４が挟み込まれている。１対の結束部材２２の一方には低温時にバッテリモジュールＭ１を温めるための電熱ヒータ２５が装着されている。また、バッテリモジュールＭ１には、平板状のカバー部材２６が上部に装着されている。
【００２０】
バッテリモジュールＭ１は、複数のバスバー２７によって２つの蓄電池２１が並列に接続された蓄電池ペアが形成されると共に６つの蓄電池ペアが直列に接続され、その両端部にバッテリモジュールＭ１の正極端子２８と負極端子２９を備えている。蓄電池２１は、図示を省略するが、正極板と負極板の間に多孔性セパレータシートを挟んで形成された巻回型又は積層型の電極体を、例えばアルミ合金製の直方体形状の蓄電池ケース内に非水系の電解液と共に密閉収容している。この蓄電池ケースの上部には、電極体の正極板に連なる正極端子２１ａと負極板に連なる負極端子２１ｂを有し、バスバー２７が接続されている。
【００２１】
次に、図１〜図５に基づいてバッテリ搭載構造について説明する。
バッテリパック３のケース８は、下部ケース部材１１、中部ケース部材１２、上部ケース部材１３により、バッテリモジュールＭ１等を水密に収容するように構成されている。ケース８内の空気と外気の圧力差によってケース８が変形することを防ぐために、中部ケース部材１２と上部ケース部材１３には、空気を通し液体の水を遮断する機能を有する膜部材で覆われた圧力調整口（図示略）を備えている。
【００２２】
下部ケース部材１１は、車両１の前後方向及び車幅方向に延び且つ閉断面を有する金属製（例えば鋼製）の複数のフレーム部材が外枠を有する格子状に結合されたフレーム部１１ａと、フレーム部１１ａの複数のフレーム部材の間を連結する金属製（例えばアルミ合金製）のパネル部１１ｂを有する。下部ケース部材１１は、重量があるバッテリモジュールＭ１等を支持するための剛性を有すると共に、車両衝突等による衝撃からバッテリモジュールＭ１等を保護する。バッテリパック３は、下部ケース部材１１がフロアパネル４の下側に取り付けられて車両１に搭載される
【００２３】
中部ケース部材１２は、良好な熱伝導性を有する金属製（例えばアルミ合金製）のカバー部材である。この中部ケース部材１２は、略平坦な中部ケース上面部１２ａと、中部ケース上面部１２ａの外周部から下方に延びる中部ケース周壁部１２ｂと、中部ケース周壁部１２ｂの下端部にフランジ状に設けられた中部ケース下面部１２ｃを有する。
【００２４】
中部ケース下面部１２ｃは、下部ケース部材１１のフレーム部１１ａに固定するための複数の固定部１２ｄを有する。中部ケース周壁部１２ｂの内周側及び中部ケース上面部１２ａの下面側には、中部ケース上面部１２ａの自重による変形を抑制するために複数の補強部材１２ｅが配設されている。中部ケース上面部１２ａに自重による変形を抑制するための凹凸等が形成されていてもよい。
【００２５】
上部ケース部材１３は、導電性を有する材料（例えばアルミ合金）で形成された、又は合成樹脂材で形成されて例えば亜鉛溶射皮膜等により内壁面に導電性を付与したカバー部材である。中部ケース部材１２と下部ケース部材１１を介して又は図示外のアースケーブルによって、上部ケース部材１３は車両１に接地（アース）される。上部ケース部材１３は、底部に開口部を有する容器状に形成され、上部ケース上面部１３ａ（上部ケース部材１３の上面部）と、上部ケース上面部１３ａの外周部から下方に延びる上部ケース周壁部１３ｂと、上部ケース周壁部１３ｂの下端部にフランジ状に設けられた上部ケース下面部１３ｃ（底部の開口部の周縁部）を有する。
【００２６】
複数のバッテリモジュールＭ１〜Ｍ１６は、下段モジュール１５と上段モジュール１６に分けられ、下段モジュール１５の上方に上段モジュール１６が配設（２段積み）されてケース８に収容されている。
【００２７】
下段モジュール１５は、例えばバッテリモジュールＭ１〜Ｍ１３で構成され、バッテリモジュールＭ１〜Ｍ１３の蓄電池２１の底面部を下部ケース部材１１底部のパネル部１１ｂに伝熱シート１５ａ（例えば熱伝導性シリコンシート）を介して夫々密着させた状態で、図示外のボルト等によって固定されている。中部ケース部材１２は、下段モジュール１５が固定された下部ケース部材１１に上方から被せられ、中部ケース部材１２の複数の固定部１２ｄが図示外のボルト等によって下部ケース部材１１のフレーム部１１ａに固定されている。下段モジュール１５は、下部ケース部材１１に密着すると共に中部ケース部材１２には接触しないように、下部ケース部材１１と中部ケース部材１２によって水密に収容されている。
【００２８】
パネル部１１ｂには、各バッテリモジュールＭ１〜Ｍ１３に対応する凹凸が形成され、上方に凸形状の部分が蓄電池２１の底面部に伝熱シート１５ａを介して当接する。パネル部１１ｂは、下段モジュール１５から伝わった熱を熱放射や走行風等によって外部に放熱する。中部ケース下面部１２ｃと下部ケース部材１１のフレーム部１１ａ又はパネル部１１ｂの間には、水の浸入等を防ぐシール部材１１ｃが配設されている。このシール部材１１ｃは下部ケース部材１１と中部ケース部材１２の間の良好な導通のために導電性を有しているものが好ましく、良好な熱伝導性も有しているものは一層好ましい。中部ケース下面部１２ｃは、良好な水密性を確保するために、シール部材１１ｃを介して当接する下部ケース部材１１の形状に沿うように形成されている。また、中部ケース下面部１２ｃと下部ケース部材１１の隙間を埋めるようにシール材を充填、塗布してもよい。
【００２９】
上段モジュール１６は、例えばバッテリモジュールＭ１４〜Ｍ１６で構成され、バッテリモジュールＭ１４〜Ｍ１６の蓄電池２１の底面部を中部ケース上面部１２ａの後側部分の所定領域内に伝熱シート１６ａ（例えば熱伝導性シリコンシート）を介して夫々密着させた状態でボルト等によって固定されている。中部ケース上面部１２ａには、各バッテリモジュールＭ１４〜Ｍ１６に対応する凹凸が形成され、上方に凸形状の部分が蓄電池２１の底面部に伝熱シート１６ａを介して当接する。上段モジュール１６の下方において、下部ケース部材１１と中部ケース部材１２の間には、中部ケース部材１２を支持するための金属製（例えばアルミ合金製）の複数の支持部材１７〜１９が配設されている。
【００３０】
支持部材１７は、略鉛直に立設させた本体部１７ａと、中部ケース上面部１２ａに固定するため本体部１７ａの上端部から水平に延びた天部１７ｂと、下部ケース部材１１の車幅方向に延びるフレーム部材に固定するために本体部１７ａの下端部から水平に延びた底部１７ｃを有する。また、支持部材１８，１９は、略鉛直に立設させた本体部１８ａ，１９ａと、中部ケース上面部１２ａに固定するために本体部１８ａ，１９ａの上端部から水平に延びた天部１８ｂ，１９ｂと、下部ケース部材１１のパネル部１１ｂに固定するために本体部１８ａ，１９ａの下端部から水平に延びた底部１８ｃ，１９ｃを有する。
【００３１】
支持部材１７〜１９は、図示外のボルト等によって下部ケース部材１１と中部ケース部材１２に固定されるが、下部ケース部材１１と中部ケース部材１２の何れか一方には溶接等によって接合されていてもよい。これらの支持部材１７〜１９は、上段モジュール１６の重量により中部ケース上面部１２ａが下方に撓んで下段モジュール１５に接触することを防いでいる。また、支持部材１７〜１９によって、下部ケース部材１１と中部ケース部材１２の間で伝熱される。
【００３２】
上段モジュール１６の上方には、バッテリパック３の制御を行うバッテリ制御装置２０が配設され、このバッテリ制御装置２０は取付ブラケット２０ａを介して中部ケース上面部１２ａに固定されている。バッテリ制御装置２０が発する電磁波（ノイズ）の遮断又は軽減のために、上部ケース部材１３がバッテリ制御装置２０と上段モジュール１６を含む中部ケース上面部１２ａの所定領域を覆うように上方から被せられ、中部ケース上面部１２ａに図示外のボルト等によって固定されている。尚、中部ケース上面部１２ａには、図示を省略するが、下段モジュール１５と上段モジュール１６を接続するバスバーを挿通する開口部が設けられており、この開口部も上部ケース部材１３によって覆われている。
【００３３】
上段モジュール１６は、中部ケース上面部１２ａに密着すると共に上部ケース部材１３には接触しないように、上部ケース部材１３と中部ケース部材１２によって水密に収容されている。中部ケース部材１２は、上段モジュール１６から伝わった熱を熱放射や走行風等によって外部に放熱する。上部ケース下面部１３ｃと中部ケース上面部１２ａの間には、水の浸入等を防ぐシール部材１２ｆが配設されている。このシール部材１２ｆは上部ケース部材１３と中部ケース部材１２の間の良好な導通のために導電性を有するものが好ましい。
【００３４】
中部ケース部材１２と下部ケース部材１１のパネル部１１ｂにおいて、外部に露出した表面部には、小石等の衝突による傷が付き難くする処理や耐食処理等が施されている。この表面処理は、キルヒホッフの放射法則に基づいて放射率を高めるために、表面部における赤外線（熱）の反射率を小さくする表面処理でもある。例えば中部ケース部材１２と下部ケース部材１１のパネル部１１ｂがアルミ合金製であれば、外部に露出した表面部にアルマイト処理を施して耐食性や赤外線（熱）の放射率等を向上させている。
【００３５】
上段モジュール１６は、中部ケース上面部１２ａの後側部分において下段モジュール１５よりも高い位置に配設されている。この上段モジュール１６を収容する上部ケース部材１３は、中部ケース上面部１２ａよりも上方に突出している。一方、車室のフロアパネル４の後側部分は前側部分よりも高さ位置が高く形成され、その上に後部座席１０が設けられている。
【００３６】
フロアパネル４の高く形成された後側部分の下方には、中部ケース上面部１２ａよりも上方に突出した上部ケース部材１３が配設され、フロアパネル４の前側部分の下方には、中部ケース部材１２の前側部分が配設されている。従って、フロアパネル４の形状に合わせてフロアパネル４の下方のスペースを利用して、バッテリパック３が車両１に搭載されている。
【００３７】
次に、本発明の作用、効果について説明する。
車両１のバッテリ搭載構造は、車室のフロアパネル４の下方にバッテリパック３を配設している。バッテリパック３は、下部ケース部材１１と中部ケース部材１２と上部ケース部材１３で構成されたケース８を有し、複数のバッテリモジュールＭ１〜Ｍ１６をケース８に水密に収容している。車両１は、バッテリモジュールＭ１〜Ｍ１６に蓄えられた電力を使用して走行し、ケース８が走行時における小石等の衝突や浸水を防いでバッテリモジュールＭ１〜Ｍ１６の損傷等を防止している。
【００３８】
バッテリパック３は、複数のバッテリモジュールＭ１〜Ｍ１６を上下に２段積みしてバッテリモジュール搭載数量を増加させている。そして、上段モジュール１６の熱をケース８外に放出するために、上段モジュール１６を金属製の中部ケース上面部１２ａに密着させて中部ケース部材１２に伝熱させる。中部ケース部材１２は熱放射や走行風等によって熱を外部に放出するので、ケース８に水密に収容した上段モジュール１６を冷却することができる。このときバッテリモジュールＭ１〜Ｍ１６の冷却に電力を使用しないので、蓄電量は減少しない。
【００３９】
また、中部ケース部材１２よりも上方に突出した上部ケース部材１３を、車室のフロアパネル４の前側部分よりも高く形成されたフロアパネル４の後側部分の下方に配設している。従って、フロアパネル４の形状に合わせてフロアパネル４の下方のスペースを利用して車室を狭くすることなくバッテリモジュール搭載数量を増加させることができる。
【００４０】
上段モジュール１６の下方において、複数の支持部材１７〜１９で中部ケース部材１２の中部ケース上面部１２ａを支持することにより、上段モジュール１６の重量による中部ケース部材１２の下方への撓みを規制している。従って、中部ケース部材１２と下段モジュール１５の接触を防いでショート等の不具合を防止することができる。
【００４１】
その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく上記実施形態に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はその種の変更形態をも包含するものである。
【符号の説明】
【００４２】
１      ：車両
２      ：電動モータ
３      ：バッテリパック
４      ：フロアパネル
５      ：フロアフレーム
６      ：クロスメンバ
８      ：ケース
１０    ：後部座席
１１    ：下部ケース部材
１２    ：中部ケース部材
１２ａ  ：中部ケース上面部
１３    ：上部ケース部材
１３ｃ  ：上部ケース下面部（周縁部）
１５    ：下段モジュール
１６    ：上段モジュール
１７〜１９    ：支持部材
２０    ：バッテリ制御装置
２１    ：蓄電池
Ｍ１〜Ｍ１６  ：バッテリモジュール
【図１】
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【図２】
2020001451.tif 000004
【図３】
2020001451.tif 000005
【図４】
2020001451.tif 000006
【図５】
2020001451.tif 000007
【図６】
2020001451.tif 000008