JP6304587B2

JP6304587B2 - 電動車両用の電池パック

Info

Publication number: JP6304587B2
Application number: JP2014044049A
Authority: JP
Inventors: ウェンレオンルー; 静一高崎
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2014-03-06
Filing date: 2014-03-06
Publication date: 2018-04-04
Anticipated expiration: 2034-03-06
Also published as: EP2916369B1; EP2916369A1; JP2015170452A; CN104900825B; CN104900825A; US20150255764A1

Description

本発明は、電動車両用の電池パックに関するもので、特に、電池パックを構成するトレイの側壁全体の強度を高めることができる電動車両用の電池パックに関する。

電動車両用の電池パックは、電動車両に搭載された電動機に電力を供給するためのもので、フロアパネルの下方域に設置される。電池パックは、トレイとカバーとを備えて構成され、トレイとカバーとは水平面で接合され、一つの箱体を構成する。トレイは、上面が開口した箱状であって、底壁、外周壁を備えて構成され、例えば、鋼板をプレス成型することにより形成される。また、トレイの側方には、外フレームが設けられている。外フレームは、トレイの剛性を確保するためのもので、側壁下方域から水平方向外側に張り出して設けられ、トレイの外底面と側壁面とにスポット溶接される。これにより、トレイの水平方向外側に矩形の閉鎖断面が形成される（例えば、特許文献１参照）。

また、外周壁上面にフランジ部が設けられた樹脂製のトレイと、トレイと水平面で接合されるカバーとが金属製の外フレームの上面に締結された電動車両用の電池パックが知られている。この電池パックの金属製の外フレームは、内部が中空に形成され、電動車両が側面衝突された時の衝突エネルギーを効率よく吸収し、電池パックを保護するとともに、軽量化することができる（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１０−２８４９８４号公報特許第５０１３１４０号公報

しかしながら、上述した特許文献１に記載された外フレームはトレイの側壁面に溶接するためのフランジ（ノリシロ）が必要となり、トレイの側壁全体の強度を高めることができない。
また、上述した特許文献２に記載されたトレイは樹脂製であり、外周壁上面に設けられたフランジを金属製の外フレームに締結するもので、トレイの側壁全体の強度を高めるものではない。
上記実情を鑑みて、トレイの側壁全体の強度を高めることができる電動車両用の電池パックを提供することを目的とする。

本発明は、電動車両に設置される電動車両用の電池パックであって、電池を収容するとともに上面が開口した箱状に形成されたトレイと、前記トレイの側壁面の外側に該側壁面を覆うようにして該側壁面に沿って延在して溶接された外フレームと、を備え、前記外フレームは、板状部材またはその組み合わせからなり、前記トレイの外底面に溶接される第１張出部と、前記第１張出部の上方に位置するとともに前記トレイの外方に向かって張り出して形成される第２張出部と、前記第１張出部と前記第２張出部とを前記トレイの側壁面から外方へ離間した位置でつなぐ外側部と、前記第２張出部から前記第１張出部に向けて延在し、前記トレイの側壁面に溶接される内側部と、を有し、前記第１張出部と前記第２張出部と前記外側部と前記内側部とによって閉断面の一部が形成されるとともに、前記外側部には前記トレイの側壁面と前記内側部とを溶接する溶接ガンが挿通される開口が設けられ、前記内側部は、前記開口に臨み、前記開口に挿通される溶接ガンにより前記側壁面に溶接されることを特徴とする。

本発明によれば、外フレームの外側部に設けられた開口から溶接ガンが挿通され、トレイの側壁面と内側部とが溶接される。したがって、外フレームは、外側からの荷重に対する強度を損なうことなく、トレイの外側に大きな閉断面を形成することができる。これにより、トレイの側壁全体の強度を高めることができる。

本発明の一態様では、前記外側部の外側面に溶接され、前記開口を塞ぐブラケットをさらに備え、前記ブラケットは、前記電動車両の車両前後方向または車幅方向に延在する車体部材に取り付けられる。
このようにすれば、ブラケットが外フレームの外側部の延在方向の荷重に対する強度を高めることができる。これにより、トレイの側壁全体の強度をさらに高めることができる。

本発明の一態様では、前記外フレームが溶接される前記トレイの側壁面は、前記トレイの車幅方向両側の側壁面であり、前記車体部材は、車幅方向に延在するクロスメンバであり、前記クロスメンバは、前記トレイの車幅方向一方側に設けられた前記ブラケットと他方側に設けられた前記ブラケットとをつなぐように、前記トレイの下方域に設けられる。
このようにすれば、クロスメンバがトレイの車幅方向の強度を高めることができる。

本発明の一態様では、前記トレイの側壁の内側面に該側壁に沿って延在して溶接された内フレームをさらに備える。
このようにすれば、内フレームがトレイ側壁の強度をさらに高めることができる。

本発明の一態様では、前記トレイの内側に前記電池の収容空間を仕切る仕切り部をさらに備え、前記仕切り部は、前記外フレームの延在方向と交差する方向に延在して設けられ、前記仕切り部の端部は、前記トレイの側壁の内側面と当接する。
このようにすれば、仕切り部がトレイ側壁の強度をさらに高めることができる。

本発明の一態様では、前記開口は、前記仕切り部の延在方向において前記仕切り部とずれた位置に設けられる。
このようにすれば、開口は、仕切り部の延在方向において仕切り部とずれた位置に設けられるので、仕切り部の延在方向に外フレームの閉断面が形成される。これにより、車幅方向斜め上方あるいは斜め下方から荷重が作用しても、トレイの変形を抑制できる。

本発明の一態様では、前記開口は、前記仕切り部の延在方向において前記仕切り部と重なる位置に設けられる。
このようにすれば、開口は、仕切り部の延在方向において仕切り部と重なる位置に設けられるので、車幅方向斜め上方あるいは斜め下方からの荷重が開口に作用しても、その荷重に仕切り部が対抗し、トレイの変形を抑制できる。

以上説明したように、本発明によれば、外フレームの外側部に設けられた開口から溶接ガンが挿通され、トレイの側壁面と内側部とが溶接される。したがって、外フレームは、外側からの荷重に対する強度を損なうことなく、トレイの外側に大きな閉断面を形成することができる。これにより、トレイの側壁全体の強度を高めることができる。

本発明の実施の形態である電動車両用の電池パックを設置した電動車両を示す模式図である。図１に示した電動車両用の電池パックを示す斜視図である。図２に示したトレイを示す斜視図である。図２に示したＩＶ−ＩＶ線断面図である。図４に示した電池パックの要部を示す図である。図４及び図５に示した開口の配置例（形態１）を示す図である。図４及び図５に示した開口の配置例（形態２）を示す図である。図３に示したＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。図８に示した電池パックの要部を示す図である。図２に示した電池パックの要部を示す斜視図であって、ブラケットを仮想線で表した図である。図２に示した電池パックの要部を示す斜視図であって、ブラケットを実線で表した図である。図５に示したトレイの溶接位置を示す断面図である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る電動車両用の電池パックの好適な実施の形態を詳細に説明する。尚、この実施の形態により、この発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の実施の形態である電動車両用の電池パックを設置した電動車両を示す概念図である。ここでは、軽自動車タイプの電動車両に設置される電池パックを例に説明するが、これに限られるものではなく、スポーツ自動車タイプの電動車両のほか、電動車両全般に設置可能である。

図１に示すように、本発明の実施の形態である電動車両用の電池パック２は、電動車両１に搭載された電動機（パワーユニット（図示せず））に電力を供給するためのものである。電池パック２は、フロアパネル１１（図４参照）の下方域に設置される。電池パック２は、車両後方側面に設けられた急速充電口（図示せず）から電力が供給される。あるいは、車両後方側面に設けられた普通充電口（図示せず）から車載充電器（図示せず）に供給された電力が供給される。これにより、電池パック２に電力が充電される。一方、電池パック２は、モータ等の電動機を含むパワーユニット（図示せず）やヒータ（図示せず）、Ａ／Ｃコンプレッサ（図示せず）に接続され、これらに電力を供給する。これにより、電池パック２に充電された電力が消費される。

図２は、図１に示した電池パックを示す斜視図である。図３は、図２に示したトレイを示す斜視図である。図４は、図２に示したＩＶ−ＩＶ線断面図であり、図５は、図４に示した電池パックの要部を示す図である。また、図６及び図７は、図４及び図５に示した開口の配置例を示す図である。また、図８は、図３に示したＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図であり、図９は、図８に示した電池パックの要部を示す図である。また、図１０及び図１１は、図２に示した電池パックの要部を示す斜視図であって、図１０は、ブラケットを仮想線で表した図であり、図１１は、ブラケットを実線で表した図である。図１２は、図５に示したトレイの溶接位置（●）を示す断面図である。

図２に示すように、電池パック２は、トレイ３とカバー４とを備えて構成され、トレイ３とカバー４とは水平面で接合され、一つの箱体を構成する。
図３に示すように、トレイ３は、電池２０を収容するためのものである。トレイ３は、比較的薄い鋼板をプレス加工することにより一体に成型されたもので、上面が開口した浅い箱状に形成されている。トレイ３の底壁３１は、車両前後方向に細長い矩形状に形成される。

また、トレイ３の内側には、仕切り部３１２が設けられている。仕切り部３１２は、電池２０の収容空間を仕切るためのもので、車両前後方向に複数（本実施の形態では三つ）設けられる。仕切り部３１２は、車幅方向に設けられ、一方の端部はトレイ３の一方の側壁に接合され、他方の端部はトレイ３の他方の側壁に接合される。これにより、仕切り部３１２は、トレイ３の強度を高めることもできる。そして、仕切り部３１２は、後述するクロスビーム８を構成する。

また、図４に示すように、トレイ３は、底壁３１のまわりに外周壁３２が形成されている。外周壁３２は、底壁３１から開口３３に向けて漸次拡開され、車両幅方向に設けられる側壁３２１の壁面は傾斜面を成す。また、図３に示すように、外周壁３２の車両前側となる領域には前側コネクタ取付部３４が設けられ、車両後側となる領域には後側コネクタ取付部３５が設けられている。

また、開口３３のまわりには、被接合部３６が設けられている。被接合部３６は、カバー４が接合される部分で、開口３３の全周に渡り設けられている。被接合部３６は、開口３３から外側に張り出され、その上面に水平な接合面３６１が形成される。

図２に示すように、カバー４は、トレイ３と同様、比較的薄い鋼板をプレス加工することにより一体に成型されたもので、トレイ３と略同じ大きさの箱状に形成されている。カバー４は、トレイ３よりもやや深く、下面が開口しており、その上面（上壁）４１は、トレイ３と同様、車両前後方向に細長い矩形状に形成されている。また、カバー４の高さ方向は、電動車両１に設けられる居室空間、より具体的には、フロアパネル１１に合わせて形成される。本実施の形態では、運転席及び助手席（前席）、後部座席の下方域となる領域が高くなるように形成され、これらの領域の前方となる領域がそれぞれ低くなるように形成される。

また、カバー４は、その上面４１のまわりに外周壁４２が形成されている。外周壁４２は、上面４１から開口４３に向けて漸次拡開され、車両幅方向に設けられる側壁４２１の壁面、車両前側に設けられる前壁４２２の壁面、車両後側に設けられる後壁の壁面は傾斜面を成す。

また、図４に示すように、開口４３のまわりには、接合部４４が設けられている。接合部４４は、トレイ３に接合する部分で、開口４３の全周に渡り設けられている。図５に示すように、接合部４４は、開口４３から外側に張り出され、その下面に水平な接合面４４１が形成されるとともに、その縁に下方域に延びるリップ４４２が形成される。

また、電池パック２は、トレイ３とカバー４との間にガスケット５が設置される。ガスケット５は、トレイ３とカバー４との間に生じる隙間を埋めるためのもので、具体的には、トレイ３の被接合部３６の上面に形成された接合面３６１とカバー４の接合部４４の下面に形成された接合面４４１との間に設置される。ガスケット５は、ゴム等の弾性体で構成され、トレイ３とカバー４とがネジＢで締結されることにより、ガスケット５が圧縮変形され、トレイ３とカバー４との間に生じる隙間が埋められる。

また、図４及び図５に示すように、トレイ３の外側には、外フレーム６を備えている。外フレーム６は、車幅方向外側からの荷重に対抗するためのもので、トレイ３よりも厚い一枚の鋼板をプレス加工することにより形成される。外フレーム６は、トレイ３の側壁面を覆うにして該側壁面に沿って延在して設けられる。図４及び図５に示す例では、車幅方向外側（両側）に設けられ、車両前後方向にトレイ３の側壁面に沿って設けられる。図５に示すように、外フレーム６は、第１張出部６１、第２張出部６２、内側部６３、外側部６４を含んで構成される。第１張出部６１は、車幅方向外側からの荷重に対抗するための部分で、車幅方向水平に延在し、トレイ３の外底（外底面）に溶接される。第２張出部６２は、第１張出部６１と同様、車幅方向外側からの荷重に対抗するための部分で、第１張出部６１と上方に平行に設けられる。内側部６３は、外フレーム６をトレイ３の側壁３２１に溶接するための部分で、第２張出部６２の内側から第１張出部６１に向けて斜めに延在し、トレイ３の側壁３２１（外側面）に溶接される。外側部６４は、閉断面を形成するための部分で、第１張出部６１の外側と第２張出部６２の外側との間に設けられ、トレイ３の側壁３２１、第１張出部６１、第２張出部６２、内側部６３とともに閉断面を形成する。本実施の形態に係る外側部６４は、第１張出部側となる傾斜部６４１と第２張出部側となる垂直部６４２とを含んで構成される。垂直部６４２には、内側部６３に臨む開口６４２１が車両前後方向に複数設けられている。開口６４２１は、内側部６３とトレイ３の側壁面とを溶接するためのもので、スポット溶接用の溶接ガンＧが挿通する大きさに形成されている。開口６４２１は、車両前後方向において任意の位置に設けることができる。

例えば、図６に示すように、開口６４２１をトレイ３に設けた仕切り部３１２の車両前後方向位置から外れた位置（仕切り部３１２の延在方向において仕切り部３１２とずれた位置）に設けることができる（形態１）。このように、仕切り部３１２の車両前後方向位置から外れた位置に設けると、仕切り部３１２の車両前後方向位置に外フレーム６の閉断面が形成される。これにより、車幅方向斜め上方あるいは斜め下方から荷重が作用してもトレイ３の変形が抑制される。

また、例えば、図７に示すように、開口６４２１をトレイ３に設けた仕切り部３１２の車両前後方向位置（仕切り部の延在方向において仕切り部と重なる位置）に設けることができる（形態２）。このように、仕切り部３１２の車両前後方向位置に設けると、車幅方向斜め上方あるいは斜め下方から荷重が開口６４２１に作用しても、その荷重に仕切り部３１２が対抗し、トレイ３の変形が抑制される。

また、図４及び図５に示すように、トレイ３の車幅方向内側（両側）には、内フレーム７を備えている。内フレーム７は、外フレーム６と同様、車幅方向外側からの荷重に対抗するためのもので、トレイ３と略同じ厚みの鋼板をプレス加工することにより形成される。内フレーム７は、車両前後方向に複数（本実施の形態では四つ）設けられ、後述するクロスビーム８の取付代を開けて設けられる。図５に示すように、内フレーム７は、底部７１、側部７２、屈曲部７３を含んで構成される。底部７１は、トレイ３の内底に溶接される部分で、水平方向に延在し、トレイ３の内底（内底面）に溶接される。側部７２は、トレイ３の側壁３２１に溶接される部分で、トレイ３の側壁３２１に沿って延在し、トレイ３の側壁３２１（内側面）に溶接される。屈曲部７３は、トレイ３との間に閉断面を形成するためのもので、底部７１と側部７２との間に屈曲するように設けられ、トレイ３との間に閉空間を形成する。

上述した外フレーム６と内フレーム７とは、トレイ３に重ね合わせてスポット溶接される（図５参照）。具体的には、トレイ３の側壁３２１と底壁３１とにおいてそれぞれ溶接される。これにより、トレイ３に外フレーム６と内フレーム７とが接合される（図１２参照）。

図３に示すように、トレイ３の内側一方の側壁３２１と他方の側壁３２１との間にはクロスビーム８が設けられている。クロスビーム８は、車幅方向外側からの荷重に対抗するためのもので、上述したように、内フレーム７と内フレーム７との間に取り付けられる。クロスビーム８は、トレイ３と略同じ厚みの鋼板をプレス加工することにより形成される。クロスビーム８は、下面が開口した樋状に形成され、その下端部には、トレイ３の底壁３１に接合されるフランジ８１が設けられている。また、図８に示すように、クロスビーム８の一端（左端）と他端（右端）とには、それぞれ、側壁３２１に溶接されるフランジ８２が設けられている。そして、図９に示すように、クロスビーム８は、外フレーム６とともにトレイ３と重ね合わせてスポット溶接される。これにより、トレイ３にクロスビームが接合される。

図１０及び図１１に示すように、外フレーム６の外側（両側）には、ブラケット９を備えている。ブラケット９は、電動車両１に設けられたサイドメンバ１２に電池パック２を取り付けるためのもので、外フレーム６よりも厚い鋼板をプレス加工することにより形成される。ブラケット９は、車両前後方向に外フレーム６に沿って設けられる。図１０及び図１１に示すように、ブラケット９は、Ｌ字状に形成され、水平部９１と垂直部９２とを含んで構成される。図５に示すように、水平部９１は、車体の骨格部を構成する車体部材をなすサイドメンバ１２に取り付けられる部分で、車幅方向水平に延在している。垂直部９２は、外フレーム６の外側部６４の垂直部６４２に溶接される部分で、垂直方向に延在している。垂直部９２は、外フレーム６の外側部６４（垂直部６４２）にスポット溶接またはアーク溶接され、垂直部６４２に設けられた開口６４２１は垂直部９２で塞がれる（図１２参照）。

また、図５に示すように、トレイ３の下方域車幅方向には、クロスメンバ１０を備えている。クロスメンバ１０は、車幅方向に設けられた車体部材であり、車体の骨格部を構成する。本実施の形態に係るクロスメンバ１０には、トレイ３の車幅方向一方側（左側）に設けられたブラケット９と他方側（右側）に設けられたブラケット９とが溶接される（図１２参照）。

図５に示すように、上述した本発明の実施の形態である電動車両用の電池パック２は、外フレーム６の外側部６４の垂直部６４２に設けられた開口６４２１から溶接ガンＧが挿通され、トレイ３の側壁３２１（外側面）に内側部６３が溶接（スポット溶接）される。したがって、外フレーム６は、車幅方向外側からの荷重に対する強度を損なうことなく、トレイ３の車幅方向外側に大きな閉断面を形成することができる。これにより、トレイ３の側面全体の強度を高めることができる。

また、外フレーム６の外側部６４の外側に溶接され、開口を塞ぐブラケット９を備えるので、ブラケット９が外フレーム６の外側部６４の延在方向、より具体的には、垂直部６４２の延在方向（垂直方向）の荷重に対する強度を高めることができる。これにより、トレイ３の側面全体の強度をさらに高めることができる。

また、トレイ３の車幅方向一方側に設けられたブラケット９と他方側に設けられたブラケット９とがトレイ３の下方域車幅方向に設けられたクロスメンバ１０に取り付けられるので、クロスメンバ１０がトレイ３の車幅方向の強度を高めることができる。

また、トレイ３の車幅方向内側に溶接され、車幅方向外側からの荷重に対抗する内フレーム７を備えるので、内フレーム７がトレイ側面の強度をさらに高めることができる。

また、図３に示すように、トレイ３の内側一方の側壁３２１と他方の側壁３２１との間に車幅方向外側からの荷重に対抗するクロスビーム８を備えるので、クロスビーム８がトレイ側面の強度をさらに高めることができる。

尚、上述した本発明の実施の形態では、外フレーム６は、トレイ３よりも厚い一枚の鋼板をプレス加工することにより形成されるものとしたが、一枚の鋼板をプレス加工したものに限られるものではない。例えば、複数枚の鋼板をプレス加工したものを組み合わせて構成してもよいし、複数の鋼板をプレス加工することなく組み合わせてもよい。
また、上述した本発明の実施の形態では、外フレーム６は、トレイ３の車幅方向両側の側壁面に取り付けられるものとしたが、これに限られるものではなく、例えば、トレイ３の車両前後方向両側の側壁面に取り付けられるものとしてもよい。この場合は、トレイ３の車両前後方向外側に大きな閉断面を形成することができ、これにより、トレイ３の側面全体の強度を高めることができる。

以上説明したように、本発明に係る電動車両用の電池パックは、トレイの側面全体の強度を高めることができるので、トレイの肉厚が薄く設定される電動車両用の電池パックに好適である。

１電動車両
１１フロアパネル
１２サイドメンバ
２電池パック
３トレイ
３１底壁
３２外周壁
３２１側壁
３６被接合部
４カバー
４１上面
４２外周壁
４４接合部
５ガスケット
６外フレーム
６１第１張出部
６２第２張出部
６３内側部
６４外側部
６４１傾斜部
６４２垂直部
６４２１開口
７内フレーム
７１底部
７２側部
７３屈曲部
８クロスビーム
９ブラケット
９１水平部
９２垂直部
１０クロスメンバ
Ｂネジ
Ｇ溶接ガン

Claims

電動車両に設置される電動車両用の電池パックであって、
電池を収容するとともに上面が開口した箱状に形成されたトレイと、
前記トレイの側壁面の外側に該側壁面を覆うようにして該側壁面に沿って延在して溶接された外フレームと、
を備え、
前記外フレームは、板状部材またはその組み合わせからなり、
前記トレイの外底面に溶接される第１張出部と、
前記第１張出部の上方に位置するとともに前記トレイの外方に向かって張り出して形成される第２張出部と、
前記第１張出部と前記第２張出部とを前記トレイの側壁面から外方へ離間した位置でつなぐ外側部と、
前記第２張出部から前記第１張出部に向けて延在し、前記トレイの側壁面に溶接される内側部と、を有し、
前記第１張出部と前記第２張出部と前記外側部と前記内側部とによって閉断面の一部が形成されるとともに、前記外側部には前記トレイの側壁面と前記内側部とを溶接する溶接ガンが挿通される開口が設けられ、
前記内側部は、前記開口に臨み、前記開口に挿通される溶接ガンにより前記側壁面に溶接されることを特徴とする電動車両用の電池パック。
前記外側部の外側面に溶接され、前記開口を塞ぐブラケットをさらに備え、
前記ブラケットは、前記電動車両の車両前後方向または車幅方向に延在する車体部材に取り付けられることを特徴とする請求項１に記載の電動車両用の電池パック。
前記外フレームが溶接される前記トレイの側壁面は、前記トレイの車幅方向両側の側壁面であり、
前記車体部材は、車幅方向に延在するクロスメンバであり、
前記クロスメンバは、前記トレイの車幅方向一方側に設けられた前記ブラケットと他方側に設けられた前記ブラケットとをつなぐように、前記トレイの下方域に設けられることを特徴とする請求項２に記載の電動車両用の電池パック。
前記トレイの側壁の内側面に該側壁に沿って延在して溶接された内フレームをさらに備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電動車両用の電池パック。
前記トレイの内側に前記電池の収容空間を仕切る仕切り部をさらに備え、
前記仕切り部は、前記外フレームの延在方向と交差する方向に延在して設けられ、前記仕切り部の端部は、前記トレイの側壁の内側面と当接することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電動車両用の電池パック。
前記開口は、前記仕切り部の延在方向において前記仕切り部とずれた位置に設けられたことを特徴とする請求項５に記載の電動車両用の電池パック。
前記開口は、前記仕切り部の延在方向において前記仕切り部と重なる位置に設けられたことを特徴とする請求項５に記載の電動車両用の電池パック。