JP-2026077492-A - 電池パックの締結構造

JP2026077492AJP 2026077492 AJP2026077492 AJP 2026077492AJP-2026077492-A

Abstract

【課題】電池パックへの負荷を小さく抑えられる電池パックの締結構造を提供する。【解決手段】電池パック１０の締結構造は、車幅方向に延びるフロアクロスメンバ４２と、電池パック１０と、１以上の電池モジュール２０と前記１以上の電池モジュール２０を収容する電池ケース１２とを有する電池パック１０であって、前記フロアクロスメンバ４２の下側に配される電池パック１０と、前記電池ケース１２の天面に固着され、前記フロアクロスメンバ４２と締結される複数の締結ブラケット３８と、を備え、前記複数の締結ブラケット３８の少なくとも一つは、上下方向に伸縮可能なバネ状部５０を有する。【選択図】図２

Inventors

山本陽
杉山敬幸
一澤晃太
相川史壮

Assignees

トヨタ自動車株式会社

Dates

Publication Date: 20260513
Application Date: 20241025

Claims (5)

車幅方向に延びるクロスメンバと、１以上の電池モジュールと、前記１以上の電池モジュールを収容する電池ケースと、を有する電池パックであって、前記クロスメンバの下側に配される電池パックと、前記電池ケースの天面に固着され、前記クロスメンバと締結される複数の締結ブラケットと、を備え、前記複数の締結ブラケットの少なくとも一つは、上下方向に伸縮可能なバネ状部を有する、ことを特徴とする電池パックの締結構造。
請求項１に記載の電池パックの締結構造であって、前記バネ状部は、板材が上下方向に折り重なるような波形状である、ことを特徴とする電池パックの締結構造。
請求項２に記載の電池パックの締結構造であって、前記複数の締結ブラケットの少なくとも一つは、前記バネ状部の折り目が、車幅方向と略平行になる姿勢で配置される、ことを特徴とする電池パックの締結構造。
請求項３に記載の電池パックの締結構造であって、前記複数の締結ブラケットは、前記電池パックの車幅方向端部近傍に配置される第一締結ブラケットと、前記第一締結ブラケットより車幅方向中心側に配置される第二締結ブラケットと、を含み、前記第一締結ブラケットは、前記バネ状部の折り目が、前後方向と略平行になる姿勢で配置され、前記第二締結ブラケットは、前記バネ状部の折り目が、車幅方向と略平行になる姿勢で配置さる、ことを特徴とする電池パックの締結構造。
請求項１～４のいずれか１項に記載の電池パックの締結構造であって、さらに、車両前後方向に延びる一対のサイドメンバを備え、前記電池ケースの左右両端は、それぞれ、前記一対のサイドメンバそれぞれに締結されており、前記電池パックは、前記１以上の電池モジュールのそれぞれの天面と前記電池ケースの天面との間に配置され、両者に接着された熱伝導部材を備える、ことを特徴とする電池パックの締結構造。

Description

本明細書は、電池パックを、車両のフレーム部材に締結する締結構造を開示する。近年、走行動力源としてモータを搭載した電動車両が広く知られている。かかる電動車両は、電力を充放電する電池パックを有する。かかる電池パックを、車室の床下に配置することが一部で提案されている。例えば、特許文献１には、車両のフロアパネルの下側に搭載される電池パックが開示されている。この場合、電池パックは、車幅方向に延びるクロスフレームを有している。そして、クロスフレームの車幅方向両端は、ポストと呼ばれる部材を介して、車両のリアサイドメンバに接続されている。特開２０２０－１３６０７２号公報電池パックの斜視図である。電池パックおよびフレーム部材の断面図である。締結ブラケットの斜視図である。他の締結ブラケットの断面図である。締結ブラケットの他の配置の様子を示す平面図である。締結ブラケットがバネ状部を有さない場合における、電池パックの締結過程を説明する図である。以下、図面を参照して電池パック１０の締結構造について説明する。図１は、電池パック１０の模式的な斜視図である。また、図２は、電池パック１０およびフレーム部材の断面図であり、図３は、後述する締結ブラケット３８の斜視図である。なお、各図におけるＦｒ，Ｕｐ，Ｒｈは、それぞれ、車両の前方、上方、および、右側方を示している。この電池パック１０は、動力源としてモータ（図示せず）を有する電動車両に搭載される。なお、電動車両は、電池パック１０を搭載するのであれば、特に限定されない。したがって、電動車両は、例えば、モータと内燃機関を搭載したハイブリッド電気自動車、外部充電が可能なプラグインハイブリッド電気自動車、または、モータの動力のみで走行するバッテリ電気自動車でもよい。電池パック１０は、走行用電力を蓄電しており、モータは、電池パック１０から供給される電力で駆動する。また、電池パック１０は、その厚みに比べて、その平面サイズが大幅に大きい、扁平形状である。かかる電池パック１０は、車室の床下に配置されている。車室の床下には、一対のサイドメンバ４０が配置されている。サイドメンバ４０は、車両前後方向に長尺なフレーム部材である。各サイドメンバ４０は、中空かつ略矩形の断面を有しており、例えば、押出成形で形成される。二つのサイドメンバ４０は、車幅方向に間隔を開けて配置されている。この二つのサイドメンバ４０の配置間隔は、車室の車幅方向寸法とほぼ同じである。二つのサイドメンバ４０は、複数のクロスメンバ４２，４４で連結されている。クロスメンバ４２，４４は、車幅方向に長尺なフレーム部材である。各クロスメンバ４２，４４は、サイドメンバ４０と同じく、中空かつ略矩形の断面を有しており、例えば、押出成形で形成される。以下では、複数のクロスメンバ４２，４４のうち、サイドメンバ４０の車両前後方向中央付近を連結するクロスメンバ４２を「フロアクロスメンバ４２」と呼ぶ。電池パック１０は、上述したサイドメンバ４０およびクロスメンバ４２，４４の下側に配置され、これらに締結される。この締結の構成については、後に詳説する。電池パック１０は、図２に示すように、電池ケース１２と、電池モジュール２０と、熱伝導部材３０と、放熱器３２と、を有する。電池ケース１２は、アッパカバー１４およびロアケース１６で構成される。ロアケース１６は、複数の電池モジュール２０を収容する略箱状部材である。アッパカバー１４は、ロアケース１６の上端開口を上側から覆うカバーである。ロアケース１６およびアッパカバー１４は、いずれも、それぞれの周縁から水平方向外側に張り出すフランジ１８を有する。このフランジ１８には、上方に突出する端部締結ボルト３４が複数溶着されている。また、アッパカバー１４のうち、フロアクロスメンバ４２の真下部分には、車幅方向に間隔をあけて複数の締結ブラケット３８が溶着されている。さらに、締結ブラケット３８には、上方に突き出る締結ボルト３６が溶着されている。電池ケース１２は、複数の端部締結ボルト３４および締結ボルト３６を介して、サイドメンバ４０、クロスメンバ４４、および、フロアクロスメンバ４２に螺合締結されている。ここで、図２、図３に示すように、締結ブラケット３８は、板材が上下に折り重なるような波形状部分を有している。この締結ブラケット３８の具体的な構成については、後述する。電池モジュール２０は、複数の電池セルを直列または並列に電気的に接続して、モジュール化したものである。電池セルは、充放電可能な二次電池である。電池ケース１２の内部には、こうした電池モジュール２０が二次元アレイ状に配置されている。図２の例の場合、電池ケース１２の内部において、電池モジュール２０が、車幅方向に３列に並んで配置されている。各電池モジュール２０は、図示しない固定部材を介して、ロアケース１６に固定されている。熱伝導部材３０は、電池モジュール２０の天面およびアッパカバー１４の間に配置されている。熱伝導部材３０は、熱伝導率が高い素材からなるシート状部材である。熱伝導部材３０は、例えば、アルミニウム等の金属でもよいし、サーマルシートと呼ばれる熱伝導シートでもよい。サーマルシートは、熱伝導率の高い金属フィラーを含有した樹脂（例えばシリコーンやアクリル等）からなるシートである。この熱伝導部材３０の下面は、電池モジュール２０の天面に接着されており、上面は、アッパカバー１４に接着されている。アッパカバー１４を挟んで熱伝導部材３０の反対側には、放熱器３２が配置されている。なお、図１では、この放熱器３２の図示は省略している。放熱器３２は、熱伝導部材３０を介して電池モジュール２０から伝達されたた熱を、外気に放出する部材である。かかる放熱器３２は、熱伝導率の高い金属、例えば、アルミニウムからなる。放熱器３２は、アッパカバー１４の上面に、接着または溶着されている。なお、図２では、放熱器３２を、単純な矩形で図示している。しかし、実際には、放熱器３２は、その表面積、ひいては、空気との接触面積を増やすために、多数の突起や凹凸が設けられている。本例では、複数の放熱器３２が、車幅方向に間隔を開けて並んでいる。こうした放熱器３２および熱伝導部材３０を設けることで、電池モジュール２０で発生した熱が効率的に外部に放出される。そして、これにより、電池モジュール２０が過度に高温になることが防止され、熱に起因する電池モジュール２０の劣化または破損を効果的に抑制できる。次に、電池パック１０をフロアクロスメンバ４２に締結するための締結ブラケット３８の構成について説明する。上述した通り、締結ブラケット３８は、金属からなり、フロアクロスメンバ４２の真下において、アッパカバー１４に溶着される。締結ブラケット３８は、図２および図３に示す通り、帯状の板材の両側を、略Ｓ字状に折り曲げた形状をしている。より具体的に説明すると、締結ブラケット３８は、フレーム締結部４６と、一対のカバー結合部４８と、一対のバネ状部５０と、一対の立壁５２と、を有する。フレーム締結部４６は、締結ボルト３６が溶着される部位である。このフレーム締結部４６の中央には、締結孔５４が形成されている。締結ボルト３６の軸部は、この締結孔５４に挿通され、締結ボルト３６の頭部は、フレーム締結部４６の裏面に溶着される。フレーム締結部４６の両側には、鉛直下向きに延びる立壁５２が接続されている。さらに、各立壁５２の下端には、バネ状部５０が接続されている。バネ状部５０は、図３に示す通り、立壁５２の下端から長手方向外側に延びた後、長手方向内側に向かって折り返し、さらに、その後、再び、長手方向外側に折り返す、略Ｓ字状の部位である。別の言い方をすれば、バネ状部５０は、板材が上下方向に折り重なる略波形状である。かかるバネ状部５０は、上下方向に伸縮可能な板バネのように機能する。バネ状部５０の下端には、カバー結合部４８が接続されている。カバー結合部４８は、バネ状部５０の下端から長手方向外側に延びる平板状の部位である。このカバー結合部４８は、アッパカバー１４の天面に溶着される。こうした締結ブラケット３８は、フロアクロスメンバ４２の真下、かつ、放熱器３２と干渉しない位置に配置される。また、締結ブラケット３８は、バネ状部５０の折り目が、車幅方向と平行になる姿勢で配置される。かかる構成とすることで、車両側方からみたときの締結ブラケット３８の断面係数が高くなる。結果として、側突が発生し、車幅方向内向きの荷重が入力された場合でも、締結ブラケット３８の変形が生じにくく、電池パック１０とフロアクロスメンバ４２との締結状態を維持しやすくなる。ところで、上述した通り、本例の締結ブラケット３８は、上下方向に伸縮可能なバネ状部５０を有している。かかる構成とする理由について説明する。図６の上段は、電池パック１０を車両のフレーム部材に締結する過程を示す模式図である。電池パック１０を、車両のフレーム部材に取り付ける場合、通常、まず、電池パック１０のフランジ１８をサイドメンバ４０に締結し、その後、電池パック１０の中央部分を、フロアクロスメンバ４２に締結する。そのため、電池パック１０の取り付けの過程で、図６の上段に示すように、電池パック１０の端部のみが、フレーム部材に締結された状態が発生する。ここで、電池パック１０は、大型で重量のある部品であるため、端部のみを締結した場合、図６の上段に示すように、電池パック１０は、自重により、車両下側に凸になるように撓む。図６の下段は、電池パック１０の車幅方向中央が下凸に撓んだ際の模式的な断面図である。この場合、電池パック１０の上面は、フロアクロスメンバ４２の底面から大きく離れる。この状態で、締結ブラケット３８が、バネ状部５０を有さない場合、締結ボルト３６をフロアクロスメンバ４２に締結する際に、アッパカバー１４が上側に強く引っ張られる。そして、アッパカバー１４が上側に引っ張られることで、熱伝導部材３０が、アッパカバー１４または電池モジュール２０から剥離したり、応力を受けて電池モジュール２０が変形したりするおそれがあった。本例では、こうした熱伝導部材３０および電池モジュール２０の劣化および破損を防止するために、締結ブラケット３８にバネ状部５０を設けている。かかる構成とした場合、締結ボルト３６をフロアクロスメンバ４２に締結するために、締結ボルト３６が上側に引っ張られたとしても、その引っ張りの力は、バネ状部５０が変形することで吸収され、アッパカバー１４まで伝達されない。その結果、締結ボルト３６の締結に伴い、アッパカバー１４に余計な負荷がかかることが効果的に防止される。そして、結果として、熱伝導部材３０の剥離、および、電池モジュール２０の変形が効果的に防止される。ところで、これまでの説明で明らかな通り、本例の締結ブラケット３８は、その一部を、Ｓ字状に折り返すことでバネ状部５０を構成している。かかる構成とすることで、一部が上下に伸縮可能な締結ブラケット３８を容易に製造できる。例えば、こうした締結ブラケット３８は、プレス成型で容易に製造できる。そして、これにより、部品の製造コストを低減できる。ただし、こうした構成は、一例であり、バネ状部５０は、別の構成でもよい。例えば、図４の上段に示すように、バネ状部５０は、二回折り返すＳ字状ではなく、一回だけ折り返すＣ字状でもよい。また、別の形態として、図４の下段に示すように、締結ブラケット３８のバネ状部５０は、フレーム締結部４６とカバー結合部４８との間に介在するコイルスプリング５１でもよい。また、これまでの説明では、締結ブラケット３８は、バネ状部５０の折り目が、車幅方向と平行になる姿勢で配置している。しかし、締結ブラケット３８の配置の姿勢は適宜、変更されてもよい。例えば、複数の締結ブラケット３８は、いずれも、その折り目が、車両前後方向と平行になる姿勢で配置さ