JP7498076B2 - 車載バッテリー保護機構 - Google Patents

Description

本発明は、複数の電池モジュールを備えたバッテリーパックを搭載する車両に関し、より具体的には当該車両に搭載されるバッテリーパックの保護機構に関するものである。

近年、自動車などの車両では、ハイブリット化または電動化の進展が著しい。このような電動の車両においては、モータを駆動するため複数の電池セルで構成された電池モジュールが搭載される。

昨今においては、航続距離の長距離化に対する要望もあり、単位ユニットとしての電池セルの高容量化はもとより上記した電池モジュールを多数備えたバッテリーパックとして車両に搭載することが行われている。したがって、更なる安全性向上などを目的として、車両が非常状態の時には上記バッテリーパックの２次災害を未然に防止するバッテリー回路遮断装置も提案されている（特許文献１～３参照）。

特開２００４－７９１９号公報 特開２００７－２５９６５３号公報 特表２０１２－５０６１０５号公報

上述した各特許文献に限らず現在の技術では市場のニーズを適切に満たしているとは言えず以下に述べる課題が存在する。
すなわち上記した特許文献１～特許文献３を含む従来技術では、たしかに緊急時においてバッテリーからの出力を緊急遮断し得るものの、いずれもバッテリーパックの通電を遮断することに留まっている。

しかしながら上記したとおり、時に近年においてはバッテリーの更なる高容量化・高出力化が進んでおり、バッテリーの配置形態も含めた非常時におけるエネルギー状態を適切に管理する工夫は今後必要となると予測できる。

本発明は、上記した課題を一例に鑑みて為されたものであり、非常時におけるバッテリーパック内の配置状態を制御することで、車両の安全性をより向上させた車載バッテリー保護機構を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一実施形態における車両の車載バッテリー保護機構は、（１）車両が受けた衝撃時に発生する進行方向に沿った衝撃力を、前記進行方向と交差する側方向に向かう力に変換し、前記側方向に向かう力によって前記車両に搭載されたバッテリーパック内における少なくとも一部の電池モジュールを分離させる衝撃力変換手段を具備し、前記衝撃力変換手段は、前記車両の前部に配置されて前記衝撃力を受ける前受け部材と、前記前受け部材に一端が接続されて前記車両の後部へ延在する中継部材と、前記進行方向から前記側方向へと湾曲した曲部を備え、前記中継部材の他端と接続されて、前記衝撃力で押し出された前記中継部材を介して少なくとも一部が前記側方向へ向けて旋回する側方旋回部材と、を含み、前記バッテリーパックの内部に前記側方旋回部材の少なくとも一部が配設されてなる、ことを特徴とする。

なお、上記した（１）に記載の車載バッテリー保護機構においては、（２）前記衝撃力変換手段は、前記側方向の一側へ前記少なくとも一部の前記電池モジュールからなる第１電池群を移動させるとともに、前記側方向の一側とは反対側へ残部の電池モジュールからなる第２電池群を移動させることが好ましい。

また、上記した（２）に記載の車載バッテリー保護機構においては、（３）前記第１電池群と前記第２電池群は、互いに同数の前記電池モジュールで構成されていることが好ましい。

また、上記した（１）に記載の車載バッテリー保護機構においては、（４）前記側方旋回部材は、前記バッテリーパックの中央に配置し、前記バッテリーパック内を二分するように前記電池モジュールを分離させることが好ましい。

本発明によれば、非常時におけるバッテリーパック内の配置状態を制御することで車両の安全性をより向上できる。

実施形態のバッテリー保護機構を備えた車両を側面から見た模式図である。 実施形態のバッテリー保護機構を備えた車両を前方から見た模式図である。 実施形態のバッテリー保護機構を備えた車両を上方から見た模式図である。 バッテリー保護機構を側面から見た模式図である。 前方衝突時におけるバッテリーパック内の電池モジュールの配置制御を説明する状態遷移図（その１）である。 前方衝突時におけるバッテリーパック内の電池モジュールの配置制御を説明する状態遷移図（その２）である。 変形例１のバッテリー保護機構を備えた車両を上方から見た模式図である。 変形例２のバッテリー保護機構を備えた車両を上方から見た模式図である。

次に本発明を実施するための好適な実施形態について説明する。以下の説明では、それぞれ便宜的に車両の車高方向をＺ方向、車長方向をＸ方向、これらＺ方向及びＸ方向と直交する車幅方向をＹ方向として定義して説明する。しかしながら本発明は上述した方向の規定に左右されるものではなく、特許請求の範囲を不当に減縮するものでないことは言うまでもない。また、以下で詳述する以外の構成については、上記した特許文献を含む公知の車両に関する要素技術やバッテリーパックの構造あるいは回路構成を適宜補完してもよい。

［車載バッテリー保護機構１００］
まず実施形態の車両に搭載される車載バッテリー保護機構１００の構成について、図１～図４を参照しながら説明する。なお、本実施形態に好適な車両としては、例えばリチウムイオン電池や燃料電池などの二次電池を搭載する公知の種々の電動車が挙げられる。

図示されるとおり、本実施形態の車載バッテリー保護機構１００は、車両の車体１に搭載されて、衝撃力変換手段１０を含んで構成されている。この衝撃力変換手段１０は、例えば前方の障害物に衝突するなどして車両が受けた衝撃時に発生する進行方向（Ｘ方向）に沿った衝撃力を、この進行方向と交差する側方向（本実施形態ではＹ方向）に向かう力に変換する機能を有している。また、衝撃力変換手段１０は、後述するとおり、この側方向に向かう力によって車両に搭載されたバッテリーパック内における少なくとも一部の電池モジュールを分離させる機能を有している。

より具体的に、本実施形態の衝撃力変換手段１０は、前受け部材１１、中継部材１２、側方旋回部材１３、基端支持部１４などを含んで構成されている。
前受け部材１１は、例えば公知の金属材料や樹脂材料で構成されて、車両の前部に配置されて上記した衝撃力を受ける機能を有している。なお、「車両の前部」としては、例えば上記した衝突時に発生する車両後方へ向けた衝撃力を受けることが可能な位置であれば特に制限はない。本実施形態では、車両の前部の一例として、車体１のうちバルクヘッド２よりも前方に前受け部材１１を配置した。

より具体的に、図１～４に示すとおり、前受け部材１１は、上記した衝撃力を受ける面を備えた第一前受け部材１１ａと、この第一前受け部材１１ａを車体１に接続して固定する第二前受け部材１１ｂと、を含んでいる。

また、図２および図３から明らかなとおり、本実施形態の前受け部材１１は、車幅方向に関して車両のほぼ中央に配置されている。これにより、上記した衝撃力を効率的に受けることができることに加え、後述する中継部材１２などを運転席と助手席の間に設置することができスペース効率を向上させることが可能となっている。

中継部材１２は、例えば高強度の鋼材など公知の金属材料で構成されており、上記した前受け部材１１で受けた衝撃力を後述する側方旋回部材１３に伝達する機能を有している。本実施形態の中継部材１２は、図３及び図４に示すとおり、前受け部材１１に一端（車両の前方側）が接続されて車両の後部へと延在するように配置されている。また、中継部材１２の他端（車両の後方側）は、上記側方旋回部材１３の先端と接続されている。

図３に示すとおり、本実施形態の中継部材１２は、一対の金属製棒材で構成されて、それぞれが第一前受け部材１１ａと接続される第一中継部材１２ａと第二中継部材１２ｂとを有している。これら第一中継部材１２ａと第二中継部材１２ｂは、車両の前方側から後方側に向かうにつれて若干間隔が広がるように、車長方向へ向けて互いに非平行となるように配置されることが好ましい。また、図２に示すとおり、中継部材１２は、運転席と助手席の間に配置されることから、センターコンソールボックス３の下方に位置していることが好ましい。

また、第一前受け部材１１ａと一対の中継部材１２との接続形態については、特に制限はなく、公知の接続構造を適用できる。より好ましくは、例えば上記した中継部材１２の一端が支点となって他端が側方向へ移動（回旋）可能なように、中継部材１２の一端が前受け部材１１に軸支持されることが好ましい。

側方旋回部材１３は、前記した車両の進行方向（Ｘ）から側方向（Ｙ方向）へと湾曲した曲部を備え、例えば上記前方衝突の際に発生する衝撃力で車両の後方へと押し出された中継部材１２を介して少なくとも一部が側方向へ向けて旋回する機能を有している。

より具体的に図３などに示すように、本実施形態の側方旋回部材１３は、先端（車両の前方側）が中継部材１２の他端と接続されるとともに、後端（車両の後方側）が基端支持部１４に接続されている。さらに、この側方旋回部材１３は、先端の方が後端よりも側方（車幅の方向）に位置するように、先端と後端の途中で折れ曲がる曲部が形成されている。なお、本実施形態における曲部の形成方法としては、特に制限はなく公知の成形方法が適用でき、例えば緩やかなラウンド状としてもよいし、曲率が９０°近くなって角が形成される程度のものであってもよい。

また、図３に示すように、本実施形態の側方旋回部材１３は、例えば一対の金属製棒材で構成されて、それぞれが中継部材１２と接続される一対の第一側方旋回部材１３ａと第二側方旋回部材１３ｂとを有している。これら第一側方旋回部材１３ａと第二側方旋回部材１３ｂは、側方（Ｙ方向）へ向けてそれぞれの先端が互いに離間するように配置されていることが好ましい。

また、同図に示すとおり、本実施形態では、中継部材１２と側方旋回部材１３とは、互いの接続点を支点として側方向（Ｙ方向）へ移動可能なようにベアリング１５を介して接続されていることが望ましい。これにより、このベアリング１５を基点に中継部材１２と側方旋回部材１３とが側方向へ移動でき、上記した衝撃力を受領した際に意図しない箇所での変形などを抑制することが可能となっている。より具体的に本実施形態では、第一中継部材１２ａと第一側方旋回部材１３ａとが第一ベアリング１５ａを介して接続されるとともに、第二中継部材１２ｂと第二側方旋回部材１３ｂとが第二ベアリング１５ｂを介して接続されている。

一方で、側方旋回部材１３の後端は、上記したとおり基端支持部１４に固定されていることから、上記した衝撃力を受領した際に意図せず側方向（Ｙ方向）へ移動してしまうことが抑制されている。換言すれば、この基端支持部１４によって、上記した衝撃力を受領した際に、側方旋回部材１３の後端が支点となって先端が側方向へ移動することが可能となっている。

また、図３などから明らかなとおり、本実施形態の基端支持部１４は、バッテリーパックを保持するバッテリーパック保持手段３０内に配置されていてもよい。より具体的には、本実施形態では、基端支持部１４は、バッテリーパック保持手段３０のうち車両の後方側に設置されていてもよい。これにより、同図などに示すとおり、バッテリーパックの内部に前記した側方旋回部材１３の少なくとも一部が配設されることになる。

なお、図４などに示すとおり、本実施形態における車載バッテリー保護機構１００では、少なくとも中継部材１２を支持する支持部材１６をさらに含んでいてもよい。支持部材１６は、車体１に接続されて当該車体１を基端として立設されて中継部材１２を支持する機能を有している。図示では、複数の支持部材１６が中継部材１２を支持しているが、少なくとも１つ有していてもよいし、少なくとも一部の支持部材１６が側方旋回部材１３をさらに支持していてもよい。

バッテリーパック保持手段３０は、本実施形態のバッテリーパックを収容する容器である。かようなバッテリーパック保持手段３０の具体例としては、例えば特開２０１９－１７５５６９号などに例示される収納ケースのように、放熱性も考慮された金属製あるいは樹脂製の公知の収容容器が例示できる。かようなバッテリーパック保持手段３０に保持される公知のバッテリーパックは、複数の電池モジュール２１を含んで構成されている。この電池モジュール２１は、それぞれ正極版と負極板がセパレータを介して交互に組み合わされた電池セルを電気的につなげて構成されている。
なお本実施形態では、バッテリーパックとしてリチウムイオン二次電池が好適であるが、例えば燃料電池や鉛蓄電池など公知の種々の電池モジュールを適用してもよい。

＜バッテリーパック内の電池モジュール２１の配置制御＞
次に図５及び図６も参照しつつ、衝突時におけるバッテリーパック内の電池モジュール２１の配置制御について説明する。
上述したとおり、本実施形態における車両は、様々な不回避的な要因などで前方の障害物と衝突（前方衝突とも称する）する可能性がある。この前方衝突の際にまず車両の前部で衝突による衝撃力を受けるが、本実施形態では上記衝撃力の一部を利用してバッテリーパック内の電池モジュール２１の配置を変化させる点に特徴がある。

すなわち図５に示すとおり、車両の前部で上記衝撃力が生じた際は、車体１（本例ではバルクヘッド２）と連結された車載バッテリー保護機構１００の一部（前受け部材１１）に衝撃力ＩＦが伝わることになる。次いで同図に示すとおり、この前受け部材１１に伝わった衝撃力ＩＦは、中継部材１２でそれぞれ第１衝撃力ＩＦａと第２衝撃力ＩＦｂに分離されて伝達される。

このとき、本実施形態の車載バッテリー保護機構１００は上記した側方旋回部材１３を具備しているため、進行方向に沿った衝撃力ＩＦ（第１衝撃力ＩＦａと第２衝撃力ＩＦｂ）はそれぞれ側方向に向かう力（第一側方力ＳＦａと第二側方力ＳＦｂ）に変換されることになる。

そして図５及び６に示すとおり、バッテリーパックの内部に側方旋回部材１３の少なくとも一部が配設されていることから、この側方旋回部材１３の移動（旋回）によって、側方向の一側へ少なくとも一部の電池モジュール２１からなる第１電池群Ｃ１が移動されるとともに側方向の一側とは反対側へ残部の電池モジュール２１からなる第２電池群Ｃ２が移動される。

なお、図６からも理解されるとおり、本実施形態では、上記した第１電池群Ｃ１と第２電池群Ｃ２は、互いに同数の電池モジュール２１で構成されていることが好ましい。また、車載バッテリー保護機構１００を構成する側方旋回部材１３は、車幅方向（Ｙ方向）に関してバッテリーパックの中央に配置されて、バッテリーパック内を二分するように複数の電池モジュール２１を分離させることが好ましい。

これにより、もともと発生した衝撃力ＩＦを効率良く複数の側方力ＳＦに分離してそれぞれ電池群を側方へ移動させることが可能となっている。なお本実施形態では、それぞれ４つの電池モジュール２１から成る電池群を構成したが、４つ以外の電池モジュール２１で電池群を構成してもよいことは言うまでもない。

以上説明した本実施形態における車載バッテリー保護機構によれば、前方衝突時などの非常時に、この衝突で発生した衝撃力を利用してバッテリーパック内の電池モジュールの一部を互いに離間させることが可能となっている。このように非常時におけるバッテリーパック内の配置状態を制御することで、本実施形態では車両の安全性をより向上することが可能となっている。

＜変形例１＞
次に図７を参照して、本発明の変形例１における車載バッテリー保護機構１００について説明する。上記した実施形態では、バッテリーパック保持手段３０のうち車幅方向の端部側には電池モジュール２１が移動できるだけの退避スペースが設けられていた（図５、６参照）。

これに対して本変形例１では、バッテリーパック保持手段３０には上記退避スペースは設けられておらず、車幅方向の端に配置された電池モジュール２１の側方には隙間がない状態となっている。さらに本変形例１では、上記に加え、バッテリーパック保持手段３０の側壁の一部（本例では端に配置された電池モジュール２１と対向する壁）に弱化部３１が設けられている。

かような弱化部３１の具体例としては、特に制限されず公知の弱化機構を適用でき、例えば側壁の一部に車高方向に沿って亀裂を形成しておくこと、弱化部３１の部分だけ周囲に比して相対的に強度の低い材料で構成することなどが挙げられる。これにより、図５及び図６に示す状態遷移の過程において側方旋回部材１３で側方へ押し出された電池モジュール２１によって弱化部３１が破断し、上記した第１電池群Ｃ１と第２電池群Ｃ２とが互いに側方へ向けてスムーズに離間することが可能となっている。

＜変形例２＞
次に図８を参照して、本発明の変形例２における車載バッテリー保護機構１００について説明する。上記した実施形態では、複数の中継部材１２及び複数の側方旋回部材１３とで第１電池群Ｃ１と第２電池群Ｃ２とを側方へ互いに離間させていた（図５、６参照）。

これに対して本変形例２では、複数でなくそれぞれ単一の中継部材１２と側方旋回部材１３とで、第１電池群Ｃ１と第２電池群Ｃ２の一方を他方から離間させる構成となっている。すなわち、本発明では、第１電池群Ｃ１と第２電池群Ｃ２が共に側方へ移動する形態だけでなく、少なくとも第１電池群Ｃ１と第２電池群Ｃ２の一方が他方に対して相対的に移動して離間する形態も含んでいてもよい。

このとき、図８に示すとおり、変形例２における車載バッテリー保護機構１００は、前受け部材１１と基端支持部１４との間に配置されるガイド部材１７をさらに含んでいることが好ましい。すなわち、このガイド部材１７は、本変形例２においては、中継部材１２ｃと側方旋回部材１３ｃとの接続点であるベアリング１５ｃに近接して配置されている。

したがって、このガイド部材１７が配置されていることで、上記した衝撃力ＩＦが側方力ＳＦへ変換される際に、中継部材１２ｃの他端と側方旋回部材１３ｃの先端が意図しない方向（図８では＋Ｙ方向）に移動することを抑制できる。

以上説明した変形例１および変形例２によっても、上記した実施形態と同様の効果を奏することが可能となっている。なお、これら変形例１および変形例２は、例えば弱化部３１とガイド部材１７を共に実施形態へ応用するなど、これらを組み合わせて実施形態へ適宜適用してもよい。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態および変形例について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、これら実施形態や変形例に対して更なる修正を試みることは明らかであり、これらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１０ 衝撃力変換手段
２０ バッテリーパック
３０ バッテリーパック保持手段
１００ 車載バッテリー保護機構
Ｖ 車両

Claims (4)

1. 車両が受けた衝撃時に発生する進行方向に沿った衝撃力を、前記進行方向と交差する側方向に向かう力に変換し、前記側方向に向かう力によって前記車両に搭載されたバッテリーパック内における少なくとも一部の電池モジュールを分離させる衝撃力変換手段を具備し、
   前記衝撃力変換手段は、
   前記車両の前部に配置されて前記衝撃力を受ける前受け部材と、
   前記前受け部材に一端が接続されて前記車両の後部へ延在する中継部材と、
   前記進行方向から前記側方向へと湾曲した曲部を備え、前記中継部材の他端と接続されて、前記衝撃力で押し出された前記中継部材を介して少なくとも一部が前記側方向へ向けて旋回する側方旋回部材と、を含み、
   前記バッテリーパックの内部に前記側方旋回部材の少なくとも一部が配設されてなる、車載バッテリー保護機構。
2. 前記衝撃力変換手段は、前記側方向の一側へ前記少なくとも一部の前記電池モジュールからなる第１電池群を移動させるとともに、前記側方向の一側とは反対側へ残部の電池モジュールからなる第２電池群を移動させる、請求項１に記載の車載バッテリー保護機構。
3. 前記第１電池群と前記第２電池群は、互いに同数の前記電池モジュールで構成されている、請求項２に記載の車載バッテリー保護機構。
4. 前記側方旋回部材は、前記バッテリーパックの中央に配置し、前記バッテリーパック内を二分するように前記電池モジュールを分離させる、請求項１に記載の車載バッテリー保護機構。