JP2017196960A - 車両のバッテリ搭載構造 - Google Patents

Abstract

【課題】荷重を分散して伝達させることのできる車両のバッテリ搭載構造を提供する。【解決手段】車両１の左右両側に車両１の前後方向に延びる骨格部材５が設けられるとともに、車両１の下側に、複数の単セル１４を一方向に積層して一体化した積層体８を有するバッテリパック７が取り付けられた車両１のバッテリ搭載構造において、車両１の左右両側に設けられた骨格部材５の間にバッテリパック７が配置され、バッテリパック７の内部で車両１の左右方向と車両１の前後方向とに予め定めた間隔１０，１１をあけて複数の積層体８が並んで配置され、車両１の左右方向と車両１の前後方向とに並んで配置された複数の積層体８の間に形成された十字形状の隙間に詰め部材１９が配置され、詰め部材１９は十字形状となっている。【選択図】図３

Description

この発明は、車両のバッテリ搭載構造に関し、特に、車両が走行するための電力を蓄電し、また放電するバッテリを搭載するための構造に関する。

フロアパネルの下側に複数のバッテリを配置した構造が特許文献１に記載されている。特許文献１に開示された構造では、フロアパネルの両側に車両の前後方向に延びるサイドシルがそれぞれ設けられている。それらのサイドシルの間に、複数のバッテリを垂直方向に積層した複数の第１のバッテリユニットと、複数のバッテリを車両横断方向に積層した第２のバッテリユニットとが設けられている。それらの第１のバッテリユニットは、車両の左右方向および前後方向に、予め定めた間隔をあけて並んで配置されている。

国際公開第２０１０／０９８２７１号

特許文献１に記載された構成では、一方のサイドシルに側面衝突などが発生した場合には、一方のサイドシル側に配置されている第１のバッテリユニットが衝撃力を受け、その衝撃力の作用線方向に並んでいる他の第１のバッテリユニットを介して、側面衝突が発生した箇所とは反対側の他方のサイドシルの一部に衝撃力が伝達される。すなわち、上述した作用線方向に並んでいる一方のサイドシル、各バッテリユニット、他方のサイドシルが衝突に伴う荷重を伝達することになるため、前記伝達する荷重が大きい場合には、それら一方のサイドシル、各バッテリユニット、他方のサイドシルに補強を行って前記伝達する荷重に対するそれらの剛性を高くする必要が生じる。

この発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであって、荷重を分散して伝達させることのできる車両のバッテリ搭載構造を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、この発明は、車両の左右両側に前記車両の前後方向に延びる骨格部材が設けられるとともに、前記車両の下側に、複数の単セルを一方向に積層して一体化した積層体を有するバッテリパックが取り付けられた、車両のバッテリ搭載構造において、前記車両の左右両側に設けられた前記骨格部材の間に前記バッテリパックが配置され、前記バッテリパックの内部で前記車両の左右方向と前記車両の前後方向とに予め定めた間隔をあけて複数の前記積層体が並んで配置され、前記車両の左右方向と前記車両の前後方向とに並んで配置された複数の前記積層体の間に形成された十字形状の隙間に詰め部材が配置され、前記詰め部材は十字形状となっていることを特徴とするものである。

この発明によれば、バッテリパックの内部で車両の左右方向および前後方向に並んで配置された積層体の間に十字形状の隙間が形成されており、その隙間が十字形状の詰め部材によって詰められている。上述したバッテリパックは車両の左右両側に配置された骨格部材の間に設けられている。そのため、例えば、一方の骨格部材に側面衝突などが発生していずれかの積層体が衝撃力を受けると、十字形状の詰め部材を介して前記衝撃力の作用線方向に並んでいる複数の積層体に衝撃力を分散して伝達できる。その結果、各積層体が伝達する荷重は小さくなる。そして、各積層体を介して側面衝突が発生した一方の骨格部材とは反対側の他方の骨格部材における広い範囲に前記衝突に伴う荷重が伝達される。そのため、他方の骨格部材における一部に荷重が集中することを抑制でき、他方の骨格部材における前記荷重が伝達される複数箇所における変形量すなわち衝突ストロークを小さくできる。それらの結果、バッテリパックの全体で衝突荷重を受けるため、バッテリパックの全体として耐衝撃強度を向上できるとともに、上述した衝突ストロークを小さくできる。なお、上述した隙間に詰め部材が配置されているので、車両の走行に伴う振動によって各積層体が移動することを抑制できる。

この発明が適用される車両の下部構造の一例を示す底面図である。 バッテリモジュールの一例を示す斜視図である。 十字形状の詰め部材の一例を示す斜視図である。 図３に示す第１詰め部材の裏面を示す図である。 この発明の実施形態における荷重の伝達経路の一例を模式的に示す図である。 この発明の実施形態における詰め部材の他の例を示す図である。 ブラケットによって各バッテリモジュールを連結した一参考例である。 車両の左右方向に互いに隣接して配置されているエンドプレートによって各バッテリモジュールを連結した他の参考例である。

図１は、この発明が適用される車両１の下部構造の一例を示す底面図である。図１では、矢印ＦＲ方向が車両前後方向のうちの前方向を、矢印ＬＨ方向が車幅方向のうちの左方向をそれぞれ示している。図１に示すように車両１は、例えばフロントコンパートメント２に走行装置３および走行用コントローラ４を搭載している。走行装置３は、車両１が走行するための駆動力を出力する装置であり、エンジンやモータなどの動力装置および変速機などの動力伝達装置を備えている。また、走行用コントローラ４は、エンジンの燃料噴射量や点火時期あるいはスロットル開度などを制御するコントローラ、モータの電流や回転数などを制御するインバータやコンバータなどの制御機器およびその制御機器に制御信号を出力するコントローラを備えている。

車両１は、車幅方向の両側に、車両１の前後方向に延びた一対のサイドシル（ロッカと称されることもある。）５を備えている。これらのサイドシル５の間の部分を覆った状態に図示しないフロアパネルが設けられている。また、車両１の前後方向でサイドシル５のほぼ中央部を挟んだ前後両側に一対のフロアクロスリーンフォースメント（以下、単にフロアクロスと記す）６が所定の間隔をあけて互いに平行に配置されている。フロアクロス６は車両１の車幅方向に向けて配置された補強部材であり、押し出し成形もしくはプレス成形されたハット形断面（もしくはカップ形断面）をなしている。そして、その開口端側をフロアパネルに密着させて閉じた状態にフロアパネルの下面に取り付けられ、さらに長手方向の両端部がサイドシル５に固定されている。これらのフロアクロス６の間隔は、車両１の前後方向における後述するバッテリモジュールの幅より幾分大きい間隔である。フロアクロス６同士の間にバッテリモジュールを配置するためである。

また車両１の下部に、走行のための動力源となるバッテリパック７が搭載されている。バッテリパック７は、ここに示す例では、一対のサイドシル５の間であってフロアパネルの下面側に配置されている。バッテリパック７は、複数の単セルを積層してバッテリモジュール８とし、複数のバッテリモジュール８を直方体状のケース９に収納し、かつ、それらのバッテリモジュール８を直列もしくは並列に適宜に接続するとともに電力を外部に取り出すことができるように構成されている。図１に示す例では、１０個のバッテリモジュール８が、車両１の左右方向および前後方向のそれぞれに所定の間隔をあけて互いに平行に、かつ前後方向で５行、幅方向で２列のマトリックス状に配列されている。なお、ケース９に各バッテリモジュール８は固定されている。

図１に示す例では、車両１の左右方向でのケース９の中央部に、車両１の前後方向に連続する第１スペース１０が１つ形成されている。その第１スペース１０に直交していて車両１の左右方向に連続する第２スペース１１が各バッテリモジュール８の前後両側に形成されている。車両１の前後方向でのケース９の内壁面とこれに隣接して配置されているバッテリモジュール８との間には、所定の間隔があけられている。そのため、図１に示す例では、第２スペース１１が６つ形成され、それらの第２スペース１１と第１スペース１０とが交叉している箇所（以下、単に交叉部と記す。）が６つ形成されている。上述した６つの第２スペース１１のうち、上述した車両１の前後方向でのケース９の内壁面に沿って形成されている２つの第２スペース１１と第１スペース１０との交叉部はそれぞれ「Ｔ」型をなしており、それ以外の交叉部は十字形状をなしている。それらの交叉部に、各交叉部の形状に応じた形状の詰め部材が配置されている。それらの詰め部材によってケース９内における各バッテリモジュール８の移動が抑制され、また各バッテリモジュール８の間で荷重を伝達するように構成されている。その詰め部材については後述する。

また、バッテリモジュール８毎に、バッテリＥＣＵ１２がそれぞれ設けられている。図１に示すように、バッテリモジュール８に対して車両１の前後方向で後側にバッテリモジュール８と互いに隣接して配置されている。バッテリＥＣＵ１２は図示しないハーネスを介してバッテリモジュール８に電気的に接続されている。バッテリＥＣＵ１２は、各単セルの電圧を測定し、測定した電圧に基づいて単セルの電圧の均等化を行う電圧均等化制御を実施する。

ここで、バッテリパック７を車体に取り付ける構造およびバッテリモジュール８の構造について説明する。バッテリパック７のケース９の上面のうちフロアクロス６に対向する部分は、フロアクロス６の形状に倣ってバッテリパック７の内側に窪んでいて図示しない凹溝部となっている。この凹溝部にフロアクロス６が配置される。この凹溝部が形成されている箇所は、車両１の前後方向において間隔をあけて配置されているバッテリモジュール８同士の間の部分である。そして、例えばフロアクロス６に固定してあるナットと、バッテリパック７の下面側から貫通させたボルトとによってフロアパネルの下面側にバッテリパック７が固定される。このようにボルトとナットとによる固定箇所１３が、図１に示すように、フロアクロス６の長手方向（車幅方向）での中央部を挟んで所定の間隔をあけた両側の二箇所に設けられている。なお、ケース９の側端部に図示しないフランジ部を設け、そのフランジ部によってサイドシル５にバッテリパック７を固定してもよい。

図２は、バッテリモジュール８の一例を示す斜視図である。図２では、矢印ＦＲ方向が車両１の前後方向のうちの前方向を、矢印ＬＨ方向が車幅方向のうちの左方向を、矢印ＵＰ方向が車両上下方向のうちの上方向をそれぞれ示している。図２に示すようにバッテリモジュール８は、平板形状の複数の単セル１４を積層したバッテリスタック１５と、そのバッテリスタック１５の積層方向での両端部に配置された一対のエンドプレート１６と、バッテリスタック１５を上下両側から挟みかつ長手方向の両端部がエンドプレート１６にそれぞれボルト１７によって連結された一対のテンションプレート１８とを備えている。単セル１４は固体電解質を使用したいわゆる全固体電池であって、ボルト１７を締め込むことにより前記一対のエンドプレート１６によって強固に密着させられている。

図３は、上述した十字形状の詰め部材の一例を示す斜視図である。図３では、矢印ＲＲ方向が車両１の前後方向のうちの後方向を、矢印ＲＨ方向が車幅方向のうちの右方向をそれぞれ示している。第１スペース１０と第２スペース１１とが十字形状に交叉している箇所に、図３に示すように、十字形状の第１詰め部材１９が配置されている。その第１詰め部材１９の厚さもしくは高さは、各バッテリモジュール８の高さとほぼ同じか若干高く設定されている。その第１詰め部材１９は、第１スペース１０に配置されていて第１スペース１０の幅とほぼ同じ幅の第１詰め部１９Ａと、第２スペース１１に配置されていて第２スペース１１の幅とほぼ同じ幅の第２詰め部１９Ｂとを備え、第１詰め部１９Ａと第２詰め部１９Ｂとがほぼ直交した十字形状に構成されている。そのため、第１詰め部１９Ａと第２詰め部１９Ｂとによって４つの「Ｌ」型の角部１９Ｃが形成されている。上述した十字形状の交叉部に第１詰め部材１９を配置すると、それらの「Ｌ」型の角部１９Ｃに車両１の左右方向での中央側に位置している各バッテリモジュール８の角部がそれぞれ配置される。こうすることにより、第１詰め部材１９を挟んで車両１の左右方向および前後方向に配置されている４つのバッテリモジュール８が第１詰め部材１９を介して互いに接続される。

なお、第１スペース１０と第２スペース１１とが「Ｔ」型状に交叉している箇所には、図１に示すように、「Ｔ」型形状の第２詰め部材２０が配置されている。その第２詰め部材２０は、第１スペース１０に配置されていて第１スペース１０の幅とほぼ同じ幅の第１詰め部２０Ａと、ケース９の内壁面に沿う第２スペース１１に配置されていてその第２スペース１１の幅とほぼ同じ幅の第２詰め部２０Ｂとを備え、それらの詰め部２０Ａ，２０Ｂによって「Ｔ」型状の第２詰め部材２０が形成され、これが上述した「Ｔ」型状の交叉部に配置されている。そのため、「Ｔ」型状の交叉部では、第２詰め部材２０を挟んで車両１の左右方向に配置されている２つのバッテリモジュール８が第２詰め部材２０を介して互いに接続されるとともに、それらのバッテリモジュール８が第２詰め部材２０を介してケースに対して接続される。

図４は、図３に示す第１詰め部材１９の裏面を示す図である。図４では、矢印ＦＲ方向が車両１の前後方向のうちの前方向を、矢印ＬＨ方向が車幅方向のうちの左方向をそれぞれ示している。図４に示すように、第１詰め部材１９の裏面すなわち車両１の上下方向で第１詰め部材１９の下側に、第１詰め部材１９の剛性を向上させるリブ１９Ｄが複数設けられている。それらのリブ１９Ｄは、各詰め部１９Ａ，１９Ｂにおける各幅方向に亘って延びて形成されている。また、互いに隣接して配置されている角部１９Ｃ同士の間、および、４つの角部１９Ｃのうち２つの各角部１９Ｃ同士を結ぶ対角線に沿ってそれぞれ形成されている。

次に、上述した実施形態の作用・効果について説明する。図５は、この発明の実施形態における荷重の伝達経路の一例を模式的に示す図である。一方のサイドシル５に側面衝突などが発生すると、一方のサイドシル５の一部に衝突に伴う大きな荷重Ａが掛かる。一方のサイドシル５はある程度変形して衝撃力を緩和する。その衝突荷重Ａは、一方のサイドシル５からバッテリパック７に伝達される。バッテリパック７のケース９を介してバッテリモジュール８に衝突荷重Ａが伝達される。なお、一方のサイドシル５から衝突荷重Ａが最初に伝達されたバッテリモジュール８を、以下の説明ではバッテリモジュール８Ａと称する。そのバッテリモジュール８Ａは、衝撃力によって車両１の左右方向に側面衝突が生じた箇所とは反対側に移動しようとする。しかしながら、そのバッテリモジュール８Ａと、車両１の左右方向で隣接して配置されているバッテリモジュール８Ｂとの間には第１詰め部材１９が配置されている。そのため、第１詰め部材１９によって車両１の左右方向への移動は抑制される。

バッテリモジュール８Ａに伝達された衝突荷重Ａは、バッテリモジュール８Ａに第１詰め部材１９を介して接触しており、かつ、衝突荷重Ａの作用線方向に配置されている３つのバッテリモジュール８Ｂ，８Ｃ，８Ｄに分散して伝達される。すなわち、上述したバッテリモジュール８Ｂと、車両１の前後方向でバッテリモジュール８Ｂの前後に配置されていて第１詰め部材１９を介してバッテリモジュール８Ａに接続されているバッテリモジュール８Ｃ，８Ｄとに分散して伝達される。図５に、各バッテリモジュール８Ｂ，８Ｃ，８Ｄで伝達する衝突荷重を符号Ｂで記載してある。複数のバッテリモジュール８Ａ，８Ｂ，８Ｃ，８Ｄが伝達する衝突荷重Ｂは衝突荷重Ａに比較して小さく、それらのバッテリモジュール８Ａ，８Ｂ，８Ｃ，８Ｄを介して側面衝突が生じた箇所とは反対側の他方のサイドシル５における広い範囲に衝突荷重Ｂが伝達される。そのため、他方のサイドシル５における一部に衝突荷重Ａが集中することを抑制できる。また他方のサイドシル５における広い範囲に衝突荷重Ｂが伝達されるため、それらの衝突荷重Ｂが伝達される箇所における変形量すなわち衝突ストロークを小さくできる。それらの結果、バッテリパック７の全体として耐衝撃強度を向上できるとともに、衝突ストロークを小さくできる。また、補強を特には必要としないので、バッテリパック７の軽量化を図ることができる。なお、各バッテリモジュール８同士の間の隙間に詰め部材１９，２０が詰められているため、車両の走行に伴う振動によって各バッテリモジュール８が振動することを防止もしくは抑制できる。

図６は、この発明の実施形態における詰め部材の他の例を示す図である。ここに示す例は、十字形状の第１詰め部材１９にハーネスを通した例である。図６に示すように、第１詰め部材１９における第１詰め部１９Ａの長さ方向に沿って貫通孔２１が形成され、その貫通孔２１に各バッテリモジュール８を直列もしくは並列に接続するハーネス２２が通されている。このような構成であれば、第１詰め部材１９が荷重の伝達のためのいわゆる強度部材であることにより、衝突時などに生じる大きい外力からハーネス２２を保護することができる。

図７は、ブラケットによって各バッテリモジュールを連結した一参考例である。図７に示す例におけるブラケット２３は、矩形状のプレートであって、十字形状の交叉部に対応して設けられている。そのブラケット２３の角部のそれぞれに、前記ブラケット２３の各角部に対応しているバッテリモジュール８の角部が例えばボルトとナットとによって固定されている。図７にはその固定箇所を符号２４で記載してある。要は、十字形状の交叉部を中心として車両１の左右方向および前後方向に互いに平行に配置されている４つのバッテリモジュール８がブラケット２３を介して互いに接続されていればよい。なお、「Ｔ」型の交叉部においても、車両１の左右方向に互いに平行に配置されている２つのバッテリモジュール８同士がブラケット２３を介して互いに接続されていればよい。このような構成であれば、ブラケット２３を介して各バッテリモジュール８の間で前記衝突荷重Ａを分散して伝達できるので、図１および図３に示す構成と同様の作用・効果を得ることができる。また、バッテリモジュール８同士の間のスペース１０，１１をブラケット２３によって維持することができる。そのため、上述したスペース１０，１１に上述したハーネス２２を配置して外力からハーネス２２を保護することができる。

図８は、車両１の左右方向に互いに隣接して配置されているエンドプレートによって各バッテリモジュールを連結した他の参考例である。図８に示す例では、車両１の左右方向で中央側に配置される各エンドプレート１６は全体としてクランク状に形成されている。すなわち、単セル１４に隣接して配置されていてボルト１７が締め込まれる締結部１６Ａと、締結部１６Ａから離隔しており、かつ、締結部１６Ａと互いに平行な面を有するフランジ部１６Ｂとを備えている。締結部１６Ａとフランジ部１６Ｂとは一体に形成され、フランジ部１６Ｂは車両１の前後方向に締結部１６Ａとずれている。そして、車両１の左右方向で中央側に配置される各エンドプレート１６のフランジ部１６Ｂ同士が互いに接触させられており、それらのフランジ部１６Ｂが車両１の左右方向で互い隣接して配置されている締結部１６Ａによって挟み付けられている。このような構成であれば、上述した側面衝突が発生した場合には、互いに組み合わされているエンドプレート１６を介して接続されている複数のバッテリモジュール８のそれぞれに対して衝突荷重Ａが分散して伝達されるので、図１および図３に示す構成と同様の作用・効果を得ることができる。また、詰め部材１９，２０を設ける必要がなく、その分、部品点数を削減できる。

なお、この発明は上述した実施形態に限定されないのであって、この発明におけるバッテリモジュールの数は上述した実施形態で示した数に限らないのであり、必要に応じて適宜に変更することができる。さらに、バッテリは全固体電池以外の蓄電池であってもよい。

１…車両、 ５…サイドシル（骨格部材）、 ７…バッテリパック、 ８…バッテリモジュール（積層体）、 １０…第１スペース（予め定めた間隔）、 １１…第２スペース（予め定めた間隔）、 １４…単セル、 １９…第１詰め部材（十字形状の詰め部材）。

Claims (1)

1. 車両の左右両側に前記車両の前後方向に延びる骨格部材が設けられるとともに、前記車両の下側に、複数の単セルを一方向に積層して一体化した積層体を有するバッテリパックが取り付けられた、車両のバッテリ搭載構造において、
   前記車両の左右両側に設けられた前記骨格部材の間に前記バッテリパックが配置され、
   前記バッテリパックの内部で前記車両の左右方向と前記車両の前後方向とに予め定めた間隔をあけて複数の前記積層体が並んで配置され、
   前記車両の左右方向と前記車両の前後方向とに並んで配置された複数の前記積層体の間に形成された十字形状の隙間に詰め部材が配置され、
   前記詰め部材は十字形状となっている
   ことを特徴とする車両のバッテリ搭載構造。

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