JP2004175301A

JP2004175301A - Electric automobile

Info

Publication number: JP2004175301A
Application number: JP2002346415A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Kaneko; 正明金子; Hitoshi Sato; 仁佐藤
Original assignee: Toyota Industries Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-11-28
Filing date: 2002-11-28
Publication date: 2004-06-24
Anticipated expiration: 2022-11-28
Also published as: JP4118130B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To protect a cell part from being damaged at the time of collision in an electric automobile having a cell at a front or the like of the vehicle. <P>SOLUTION: The cell part 22 and a PCU 24 are arranged in the vertical direction and fixed to a suspension member 20 of the electric automobile. In order to protect the cell part 22 from impact force applied from a direction where impact is estimated, the PCU is provided with protrusions 42a, 42b in this direction. The protrusions 42a, 42b are an impact-absorption part with a groove, and a part superposed upon the cell part 22 is a rigid part reinforced by a fin in a cooling path. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気自動車、特に、電気自動車に電池を搭載する態様に関する。
【０００２】
【従来の技術】
モータを原動機とする電気自動車の開発と製造が、現在、活発に進められている。その種類も多岐に渡っており、従来からある充電式の電池を動力源として使う電気自動車を始めとして、原動機としての内燃機関を併用するハイブリッド型の電気自動車や、燃料ガスを使う燃料電池を動力源とする電気自動車などがある。
【０００３】
電気自動車においては、このような動力源としての電池を安全に搭載することが不可欠である。特に、電気自動車が外部の物体と衝突したような場合に、電池が破損することの無いように適切に保護することが必要となる。このような配慮から、例えば、燃料電池を用いた自動車では、燃料電池を車体の中央下部、すなわち、座席の下に置くことが一般的に行われてきた。しかしながら、このように電池を車体の中央部に搭載することは、十分な乗車スペースを確保する観点から見て不都合である。もちろん、この事情は、従来の電池を用いる電気自動車であっても、ハイブリット車であっても変わらない。
【０００４】
この観点から、燃料電池を車体の前方あるいは後方に配置した場合の安全対策が考案されている。特許文献１は、車体の前方に配置した場合に、燃料電池全体を覆う収納ケースを設け、この収納ケースをサイドメンバに取り付けることで、衝突時にはサイドメンバの変形に合わせて燃料電池部を分割して保護する内容を開示するものである。一方、特許文献２には、車両後部の機械室に配置された燃料電池を、衝撃吸収用の梁を設けて保護する手段が記載されている。
【０００５】
なお、特許文献３には、衝突時に電気自動車の車体前部において衝突エネルギを効率よく吸収する手段、特に剛性の高い電力制御ユニットを衝撃力によって水平移動させる手段が述べられている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−１９２６３９号公報
【特許文献２】
特開平５−７７６４８号公報
【特許文献３】
特開平９−２７２４５９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、電気自動車が衝突した場合に、搭載された電池を保護することを目指すものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の電気自動車は、電力を生成する電池部と、電池部に電気的に接続された電力制御回路、及び、この電力制御回路の設置部を含む電力制御ユニットと、を有する電気自動車であって、電池部と電力制御ユニットは上下方向に並んで車体に固定され、設置部は、衝撃が予想される所定方向に向かって電池部の縁から張り出した張出部を備える。
【０００９】
この構成においては、衝突時における電池部の破損を防止のための部材として、電力制御ユニットを兼用することができるため、搭載スペースや製造コストの観点から好ましい。電力制御ユニットを電池部の近傍に置くことは、電気接続の容易さの観点からも望ましい。
【００１０】
また、本発明の電気自動車においては、望ましくは、設置部は、衝撃を吸収する衝撃吸収部と、衝撃による電池部の変形を防ぐ剛性部とを備え、張出部は、衝撃吸収部を含む。
【００１１】
この衝撃吸収部は、衝撃のエネルギをその内部に吸収する作用をもつ。この作用は、ゴムなどの弾性部材や、バネなどの機械的な構造、剛性が弱く塑性変形する構造などによって生み出される。一方、剛性部は、高い剛性を持ち、衝撃によってほとんど変形を受けないように構造されており、この部分と並ぶ電池部を衝撃から守ることができる。
【００１２】
また、本発明の電気自動車においては、衝撃吸収部は、塑性変形により潰れる構造を有してもよい。塑性変形により潰れる構造とは、例えば、溝などを設けてこの部位の剛性を弱めた構造のことであり、これにより衝突時に塑性変形を受け衝撃を吸収しやすい構造となっている。このような衝撃吸収部は、極めて容易に設けることができるため、製造コストの増大を抑制することが可能となる。
【００１３】
また、本発明の電気自動車においては、剛性部は、前記所定方向に伸びる複数のリブを有することが可能である。リブは、剛性部の剛性向上に著しい効果を発揮する。
【００１４】
また、本発明の電気自動車においては、剛性部は、電力制御回路を流体によって冷却する冷却路を有することができ、前記複数のリブは、冷却路におけるフィンによって構成されても良い。この構成は、リブを特別に設ける必要を無くし、剛性部の小型化を可能にする点で優れている。
【００１５】
また、本発明の電気自動車においては、電池部は、板状の複数の燃料電池セルが積層された燃料電池スタックを含むことが可能であり、この積層方向が前記所定方向に垂直となるように配置することが出来る。積層方向よりも積層方向に垂直となる方向の方が、強度が大きいため、この構成により対衝撃性が高められる。
【００１６】
また、本発明の電気自動車においては、電池部と電力制御部の車体への固定は、両者を接続して互いに一体化した組立体を構成し、この組立体を車体のサスペンションメンバに取り付けることで行っても良い。これにより、電池部と電力制御部の相対的な位置関係を確実に設定することが可能となる。
【００１７】
また、本発明の電気自動車においては、サスペンションメンバへの取付は、組立体が前記所定方向からの衝撃を受けた際に曲げ変形される衝撃緩衝部材によって行うことができる。これにより、衝撃エネルギの一部を、この衝撃緩衝部材によって吸収されることが可能になる。
【００１８】
また、本発明の電気自動車においては、電池部及び電力制御ユニットは電気自動車の前方または後方に設けられた動力源室に配置されても良く、この場合には前記所定方向は電気自動車の前後方向とすることが出来る。
【００１９】
なお、本発明の電気自動車は、少なくとも、充電式の電池を動力源とする電気自動車、原動機としての内燃機関も備えたハイブリッド型の電気自動車、燃料電池を動力源とする電気自動車を含むものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好適な実施形態を、図面を用いて説明する。
【００２１】
図１は、燃料電池を搭載した電気自動車１０の前方部分について概略的に示した側面図である。電気自動車の外観の形状は特に限定されないが、図示したものは、一般的な乗用車の形状を有するものであり、車体中央部のキャビン１２と、その進行方向前方にダッシュパネル１４を介して設けられた動力源室１６、そして、後方に設けられた図示していないトランクルームを備えている。これらの部分と、前輪１８および図示していない後輪とは、やはり図示していないサスペンション、及び、サスペンションメンバ２０を介して接続されている。電池部２２は、燃料電池あるいは従来型の電池からなり、動力源室１６内にサスペンションメンバ２０の上方に取り付けられて固定されている。なお、電池部２２が燃料電池である場合には、燃料ガスの供給部は別の位置に設けることを想定している。電池部２２には、ＰＣＵ２４が、電池部２２と上下方向に並んだ位置である電池部２２の上側に固定されている。ＰＣＵ２４は、電力制御回路及びその設置部としての筐体を含む電力制御ユニットであり、その下部には、通電に伴い発生した熱を排出するための冷却路２６が備えられている。
【００２２】
図２は、これらの各部材の固定の詳細を示すものであり、電気自動車１０の（運転手の向きを基準とした場合の）左前方から見た図である。サスペンションメンバ２０は、井桁の形状をなしており、図示していない前輪１８の保持部に接続されている。サスペンションメンバ２０の四隅には、サイドメンバ固定孔２８ａ−２８ｄが設けられており、車体の左側に位置するサイドメンバ固定孔２８ａ，２８ｂには左側のサイドメンバ３０ａが、右側のサイドメンバ固定孔２８ｃ，２８ｄには右側のサイドメンバ３０ｂが、それぞれボルト３２ａ−３２ｃによって固定される。また、サスペンションメンバ２０の前方の辺部には、その左右の端部付近に各２個のスタックフレーム固定孔３４ａ−３４ｄが設けられ、ここにアーチ状のスタックフレーム３６ａの脚部がボルト締めされる。また、サスペンションメンバ２０の左右の辺部には、各２個のスタックフレーム固定孔３４ｅ−３４ｈが設けられ、同様にもうひとつのスタックフレーム３６ｂが固定される。スタックフレーム３６ａ，３６ｂは、両脚部に渡されたほぼ水平な部位を有しており、この水平部に直方体形状の電池部２２が安定して配置される。電池部２２は、この二つのスタックフレーム３６ａ，３６ｂとボルトによって強固に固定されることで、車体の一部をなすサスペンションメンバ２０に固定される。電池部２２の上方には、これと並ぶようにしてＰＣＵ２４が設置されており、電池部２２とＰＣＵ２４とは一体化した組立品を構成している。ＰＣＵ２４の外形は、蓋部３８と基部４０からなるやや変則的な長方形形状であり、その前方および後方部分は電池部２２の縁よりも張り出した張出部４２ａ，４２ｂとなっている。なお、ここで言う縁とは、電池部２２の上面における外縁ではなく、電池部２２上方から見た時に最も水平方向に広がっている部分を意味している。ＰＣＵ２４は、留め具４４ａ，４４ｂによって電池部２２の堅固な筐体に固定されることで、電池部２２を通じてサスペンションメンバ２０に固定される。スタックフレーム３６ａ，３６ｂは、電池部２２及びＰＣＵ２４を支えるのに十分な強度を有しているが、サスペンションメンバ２０やサイドメンバ３０ａ，３０ｂに比べれば強度は弱く、強い衝撃力などを受けた場合には曲げ変形されて衝撃力を吸収する衝撃緩衝部材となっている。
【００２３】
図３は、ＰＣＵ２４の基部４０の構造を透視的に示す図であり、図２と同様に視点を搭載位置の左前方やや上側に置いている。この基部４０は側面４６を有する箱状であり、その底面４８は冷却路２６が設けられた二重構造となっている。基部４０内には、電池部２２と電気的に接続された電力制御回路が配置され、電池部２２で生成された直流の電力を交流に変換して、原動機たる交流モータに送り出すなどの電力制御を行っている。この電力制御回路においては、大量の電流が流されるため、電気抵抗に伴う大量の発熱がある。冷却路２６の機能は、この熱を排出することであり、流入口５２から流出口５４へと流される水などの流体に熱を奪わせる働きをする。
【００２４】
図４は、ＰＣＵ２４の基部４０を、図３のＡＡ’面で切った断面図である。箱状の基部４０の底面４８が、冷却路２６を備えた二重構造となっていることが明瞭に示されている。基部４０の構造は特に限定されないが、一般には、冷却路２６の底蓋部分を除いてアルミの鋳造によって作られており、本質的に堅固な構造となっている。ただし、冷却路２６よりの前方（図の左）および後方（図の右）の底面４８部分には、それぞれ複数の溝部が切られた凹凸部５６ａ，５６ｂを設け、強度を下げる工夫がなされている。
【００２５】
図５には、この凹凸部５６ａの拡大図を示した。凹凸部５６ａは、４つの溝部５８ａ−５８ｄが含まれており、このため、凹凸部５６ａ，５６ｂは、他の部分に比べて剛性が弱くなっている。例えば、前方（図の左）から後方に向けて衝撃力が加えられ、それに抵抗する前向きの抗力とによってこの部分が両側から圧縮される場合について考える。この時、他に比べて強度が弱い凹凸部５６ａでは、溝部５８ａ−５８ｄが塑性変形により潰れることで、衝撃エネルギを吸収し、他の箇所に加わる衝撃力を弱めることになる。すなわち、凹凸部５６ａ，５６ｂは衝撃吸収部となっており、他方、凹凸を含まない他の箇所は変形しにくい剛性部となっている。
【００２６】
図６は、冷却路２６を含む水平面で基部４０を切った図であり、図の左側が搭載時の前方にあたる。冷却路２６は、流入口５２と流出口５４を以外の場所では幅広の構造となっており、直線上の部分と半円状の部分とによって大きく蛇行しながら基部４０全体を覆っている。冷却路２６中には、冷却路２６の形状に沿って複数のフィン６０が設けられており、冷却路２６内の表面積を増やして冷却効果を高める働きをしている。また、このフィン６０は、基部４０の剛性を高める機能も果たしている。基部４０の中央付近には、直線状の冷却路２６に沿って前後方向（図の左右方向）に複数のフィン６０が設けられており、リブの役割を担っている。すなわち、フィン６０がある部分では、前後方向の加重に対し、基部４０が大きな剛性を有することになる。したがって、フィン６０を含む基部４０の中央付近は剛性部となり、フィン６０を含まない部分は相対的に衝撃吸収部となる。剛性部と衝撃吸収部との強度の対比は、凹凸部５６ａ，５６ｂ及びフィン６０の効果を組み合わせることで、様々に設定することが可能となる。なお、フィン６０の代わりに、あるいは、フィン６０とは別に、補強専用の複数のリブを設けることも可能である。補強用のリブは、フィン６０で説明したのと同様に、二つの衝撃吸収部を結ぶ方向、すなわち、今の場合には自動車の前後方向に伸びるように設置することが可能であるのはもちろん、様々な方向からの衝撃力に対応できるように、複数の方向に伸びる複数のリブを設置することも可能である。
【００２７】
前に説明したように、基部４０を含むＰＣＵ２４は、図２を用いて示したように、電池部２２とともに車体に固定される。ＰＣＵ２４は、電池部２２の縁よりも水平方向に前後にはみ出した張出部４２ａ，４２ｂを有しており、この部分には、凹凸部５６ａ，５６ｂからなる衝撃吸収部が含まれることになる。また、電池部２２と重なる部分には、フィン６０によって強化された剛性部が設置される。
【００２８】
以上の設置構成において、電気自動車１０が前方から外部物体と衝突し、変形を受けた車体の外板などが電池部２２に向かって来る場合を考える。外板は、特殊な変形をしない限り、まず、電池部２２よりも前方に位置するＰＣＵ２４の張出部４２ａに衝突し、衝撃力をＰＣＵ２４に伝える。一方、ＰＣＵ２４は、その固定部から反対向きの抗力を得てＰＣＵ２４を押し返そうとする。この結果、衝撃吸収部である凹凸部５６ａは押し潰されて変形し、衝撃エネルギの一部を吸収する。衝撃吸収部の変形がほぼ終わったあとは、衝撃力は剛性部に直接的に伝達される。しかし、剛性部は十分な剛性を持っているため、ほとんど変形することがない。同時に、剛性部と並列に配置された電池部２２も、ほとんど変形せず、破損を免れる。衝撃がさらに強い場合には、スタックフレーム３６ａ，３６ｂが後方に曲げ変形を受けて衝撃エネルギの一部を吸収するとともに、電池部２２及びＰＣＵ２４が後方（図２の右奥）に配置された図示していない車体の補強材等に、衝突する可能性がある。この場合には、後ろ側の衝撃吸収部である凹凸部５６ｂが変形して衝撃エネルギを吸収するため、電池部２２が受ける衝撃力はさらに軽減される。
【００２９】
このように、電池部２２を衝突から守るためには、衝撃吸収部と剛性部との境目と、張出部４２ａ，４２ｂとの位置関係が重要となる。すなわち、衝撃吸収部の変形は電池部２２よりも前後に張り出した張出部４２ａ，４２ｂにおいて起こることが望ましく、剛性部は少なくとも電池部２２の前方の端から後方の端までを覆っていることが望ましい。そして、この端の部分において、剛性部から電池部２２の側に飛び出した剛性の強い板や棒などの保護部を設けて、電池部２２の前面あるいは後面を保護することも可能である。また、衝撃吸収部が変形したあとで剛性部としての役割を果たすように設計してあれば、衝撃吸収部の一部を電池部２２と重ねることも可能である。
【００３０】
また、後方の張出部４２ｂにおける衝撃吸収部は、必ずしも設ける必要がない。図示した例のように、電気自動車１０の前方の動力源室１６に電池部２２を設置した場合には、電気自動車１０の衝突によって電池部２２が衝撃力を受けるのは、前方からであることが最も可能性が高い。したがって、電池部２２の前方におけるＰＣＵ２４の張出部４２ａおよび衝撃吸収部を大きくとり、後方の張出部４２ｂは剛性部を若干張り出させただけとする構成も考えられる。さらに、電池部２２を電気自動車１０の左右どちらかにずらして配置する際には、張出部および衝撃吸収部をこの側面に設けることが重要となるし、電気自動車１０の前方ではなく後方に動力原室１６を設けて電池部２２を格納する場合には、張出部を前後方向、特に後方に備えることが大切となる。すなわち、張出部および衝撃吸収部は、電気自動車１０の衝突時に、電池部２２が最も衝撃力を受けやすい側に設置することが重要である。もちろん、周囲の全ての水平方向に張出部および衝撃吸収部を配置してもよい。なお、張出部のみを設けて衝撃吸収部を備えない構成とした場合にも、効果は小さいものの、一定の保護機能を得ることは可能である。
【００３１】
ここで、燃料電池からなる電池部２２自体の強度を高める工夫について、図７を用いて説明する。図７は、図２と同方向からみた電池部２２の斜視図であり、その内部構造も同時に示したものである。電池部２２の主たる構成物は、電池ケース６２とその中に格納された複数の燃料電池セル６４である。個々の燃料電池セル６４は、薄い板状であり、一般的には、それを複数重ね合わせたスタック状として電池ケース６２に格納されている。このような燃料電池スタックを含む電池部２２においては、燃料電池セル６４の積層方向の耐衝撃性よりも、これに垂直な方向の耐衝撃性の方が大きい。したがって、前に述べた設置場所と衝撃力を受けやすい側との関係を踏まえた上で、衝撃が予想される方向に対し、積層方向が垂直となるように電池部２２を構成することが、衝突時の破損を防ぐ観点からは望ましい。
【００３２】
次に、実施の形態の様々な改良可能性について説明する。図２などの説明においては、ＰＣＵ２４の外形形状を箱状の基部４０のおよび蓋部３８からなるとしたが、この形状は本質的ではない。基部４０は、電力制御回路が置かれる設置部としての役割を果たせば、箱形でなく、水平的な構造であっても構わない。また、蓋部３８は、それ自体にも衝撃吸収部や剛性部としての役割を持たせてもできるが、単なる電力制御回路を水や汚れから守る部材とする場合には基部４０の全体を覆う必要はない。したがって、例えば、衝撃吸収部についてだけは板状とし、そこに凹凸部５６ａ，５６ｂをもたせた構成とすることも可能である。この場合には、溝部を表面まで貫通する態様とすることも可能になる。いずれにせよ、重要なことは、電力制御回路の設置部としてのＰＣＵ２４が、電池部２２の保護機能の一翼を担っていることである。これにより、部品数、設置スペース、製造コストなどの抑制が可能となる。
【００３３】
衝撃吸収部についても、様々な改良をすることができる。すなわち、ゴムなどの弾性に優れた部材を用いて衝撃を吸収することが可能であるし、また、バネなどの機械的な衝撃吸収構造を持たせてもよい。塑性変形を利用する場合にも、前に説明した凹凸部５６ａ，５６ｂにおいては、溝部を一本だけとしたり、溝の方向を水平方向以外とするなどの変化をもたせることもできる。また、溝の代わりに、この部位の壁の厚みを全体に薄くしたり、複数の穴部によって局所的に薄くしたりすることでも、塑性変形によって潰れる衝撃吸収部を構成することができる。
【００３４】
電池部２２、及び、ＰＣＵ２４の設置態様については、図２においては、井桁形状をもつサスペンションメンバ２０であるとした。しかし、サスペンションメンバ２０には様々な形状があり、もちろん、こうした多様な形状のものを用いることも可能である。スタックフレーム３６ａ，３６ｂについては、電池部２２をサスペンションメンバ２０に固定することが本質であって、その形状は様々なものが考えられる。例えば、車体の左右ではなく、前後に渡されるアーチ形状であっても良いし、井桁状に組まれたものであっても良い。アーチ状である必要性もない。また、ＰＣＵ２４は、電池部２２との位置関係が前述した状態を維持できるのであれば、電池部２２に固定せずに、直接、サスペンションメンバ２０等車体部に設置することも可能である。同様に、電池部２２もサスペンションメンバ２０ではなく、車体の他の部位に取り付けることができる。また、電池部２２とＰＣＵ２４の上下の位置関係を反対にしても良い。
【００３５】
本実施の形態は、充電式の電池を用いる電気自動車や、原動機としてガソリンエンジンなどの内燃機関を別途備えた電気自動車１０に対しても適用可能である。内燃機関を備える場合には、エンジンの振動がＰＣＵ２４に直接伝わらないようにするなどの工夫を行うことが望ましいが、基本的には、上に説明した全ての事項をそのまま適用することができる。
【００３６】
なお、図１に示したように、電気自動車１０の前方の動力源室１６に電池部２２を設置する場合には、電池部２２の保護と同時に、キャビン１２を守る緩衝部としての動力源室１６の役割も両立させなければならない。しかし、この点については、動力源室１６に十分なスペースを取るなどすれば、本実施の形態を遂行する上で障害となることはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態の概要を示す側面図である。
【図２】本実施の形態の主要部を説明する立体分解図である。
【図３】ＰＣＵの主要部を示す図である。
【図４】ＰＣＵのＡＡ’面の鉛直断面図である。
【図５】図４の部分拡大図である。
【図６】ＰＣＵのＢＢ’面の鉛直断面図である。
【図７】燃料電池の場合の電池部の構造を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０電気自動車、２０サスペンションメンバ、２２電池部、２４ＰＣＵ、２６冷却路、３６ａ，３６ｂスタックフレーム、３８蓋部、４０基部、４２ａ，４２ｂ張出部、５６ａ，５６ｂ凹凸部、５８ａ−５８ｄ溝部、６０フィン、６２電池ケース、６４燃料電池セル。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an electric vehicle, and particularly to an embodiment in which a battery is mounted on an electric vehicle.
[0002]
[Prior art]
The development and manufacture of electric vehicles driven by motors are currently being actively pursued. There are a wide variety of types, including electric vehicles that use a conventional rechargeable battery as a power source, hybrid electric vehicles that use an internal combustion engine as a prime mover, and fuel cells that use fuel gas. There are electric vehicles as a source.
[0003]
In an electric vehicle, it is essential to safely mount a battery as such a power source. In particular, when the electric vehicle collides with an external object, it is necessary to appropriately protect the battery from being damaged. Due to such considerations, for example, in an automobile using a fuel cell, it has been common practice to place the fuel cell under the center of the vehicle body, that is, under a seat. However, mounting the battery in the center of the vehicle body in this way is inconvenient from the viewpoint of securing a sufficient riding space. Of course, the situation is the same whether the vehicle is an electric vehicle using a conventional battery or a hybrid vehicle.
[0004]
From this viewpoint, safety measures have been devised when the fuel cell is arranged in front of or behind the vehicle body. Patent Document 1 discloses that a storage case is provided to cover the entire fuel cell when disposed in front of a vehicle body, and the storage case is attached to a side member. It discloses the contents to be protected. On the other hand, Patent Literature 2 discloses a means for protecting a fuel cell disposed in a machine room at a rear portion of a vehicle by providing an impact absorbing beam.
[0005]
Patent Document 3 describes a means for efficiently absorbing collision energy at the front of a vehicle body of an electric vehicle at the time of a collision, particularly a means for horizontally moving a rigid power control unit by an impact force.
[0006]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-19239 [Patent Document 2]
JP-A-5-77648 [Patent Document 3]
JP-A-9-272559
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to protect a mounted battery when an electric vehicle collides.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, an electric vehicle according to the present invention includes a battery unit for generating power, a power control circuit electrically connected to the battery unit, and a power control unit including an installation unit for the power control circuit. Wherein the battery unit and the power control unit are fixed to the vehicle body side by side in the vertical direction, and the installation unit has an overhang extending from the edge of the battery unit in a predetermined direction in which an impact is expected. It has a part.
[0009]
In this configuration, the power control unit can also be used as a member for preventing the battery section from being damaged in the event of a collision, which is preferable in terms of mounting space and manufacturing cost. Placing the power control unit near the battery unit is also desirable from the viewpoint of easy electrical connection.
[0010]
In the electric vehicle of the present invention, preferably, the installation section includes a shock absorbing section that absorbs a shock, and a rigid section that prevents deformation of the battery section due to the shock, and the overhanging section includes the shock absorbing section. .
[0011]
The shock absorbing portion has a function of absorbing shock energy therein. This effect is produced by an elastic member such as rubber, a mechanical structure such as a spring, a structure having low rigidity and plastic deformation. On the other hand, the rigid portion has a high rigidity and is configured to be hardly deformed by an impact, and can protect a battery portion arranged in line with this portion from an impact.
[0012]
Further, in the electric vehicle of the present invention, the shock absorbing portion may have a structure that is collapsed by plastic deformation. The structure that is crushed by plastic deformation is, for example, a structure in which a groove or the like is provided to reduce the rigidity of this portion. Thus, the structure is easily deformed due to plastic deformation at the time of collision. Since such a shock absorbing portion can be provided very easily, an increase in manufacturing cost can be suppressed.
[0013]
In the electric vehicle according to the present invention, the rigid portion may include a plurality of ribs extending in the predetermined direction. The rib has a remarkable effect on improving the rigidity of the rigid portion.
[0014]
Further, in the electric vehicle according to the present invention, the rigid portion may include a cooling path for cooling the power control circuit with a fluid, and the plurality of ribs may be configured by fins in the cooling path. This configuration is excellent in that it is not necessary to provide a special rib, and the rigid portion can be reduced in size.
[0015]
In the electric vehicle of the present invention, the battery unit may include a fuel cell stack in which a plurality of plate-shaped fuel cells are stacked, and the stacking direction may be perpendicular to the predetermined direction. Can be placed. Since the strength is greater in the direction perpendicular to the laminating direction than in the laminating direction, the impact resistance is enhanced by this configuration.
[0016]
In the electric vehicle according to the present invention, the battery unit and the power control unit are fixed to the vehicle body by connecting them to form an integrated assembly, and attaching the assembly to a suspension member of the vehicle body. You may go. This makes it possible to reliably set the relative positional relationship between the battery unit and the power control unit.
[0017]
Further, in the electric vehicle of the present invention, the mounting to the suspension member can be performed by an impact buffer member that is bent and deformed when the assembly receives an impact from the predetermined direction. This allows a part of the impact energy to be absorbed by the impact buffer.
[0018]
Further, in the electric vehicle of the present invention, the battery unit and the power control unit may be arranged in a power source room provided in front of or behind the electric vehicle, and in this case, the predetermined direction is a front-rear direction of the electric vehicle. It can be.
[0019]
The electric vehicle of the present invention includes at least an electric vehicle using a rechargeable battery as a power source, a hybrid electric vehicle also including an internal combustion engine as a prime mover, and an electric vehicle using a fuel cell as a power source.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0021]
FIG. 1 is a side view schematically showing a front part of an electric vehicle 10 equipped with a fuel cell. Although the external appearance of the electric vehicle is not particularly limited, the illustrated one has the shape of a general passenger car, and is provided with a cabin 12 at the center of the vehicle body and a dash panel 14 at the front in the traveling direction thereof. And a trunk room (not shown) provided at the rear. These parts, the front wheel 18 and the rear wheel not shown are connected via a suspension also not shown and a suspension member 20. The battery unit 22 is formed of a fuel cell or a conventional battery, and is fixed in the power source chamber 16 by being attached above the suspension member 20. When the battery unit 22 is a fuel cell, it is assumed that the fuel gas supply unit is provided at another position. The PCU 24 is fixed to the battery unit 22 above the battery unit 22 at a position vertically aligned with the battery unit 22. The PCU 24 is a power control unit including a power control circuit and a housing as an installation part thereof, and a lower part thereof is provided with a cooling path 26 for discharging heat generated by energization.
[0022]
FIG. 2 shows the details of fixing these members, and is a view of the electric vehicle 10 as viewed from the front left (based on the driver's direction). The suspension member 20 has a cross-girder shape and is connected to a holding portion of the front wheel 18 (not shown). Side member fixing holes 28a to 28d are provided at four corners of the suspension member 20, and the left side member 30a is provided in the side member fixing holes 28a and 28b located on the left side of the vehicle body, and the right side member fixing hole 28c is provided. , 28d have right side members 30b fixed thereto by bolts 32a-32c, respectively. In the front side of the suspension member 20, two stack frame fixing holes 34a to 34d are respectively provided near the left and right ends thereof, and the legs of the arch-shaped stack frame 36a are bolted to the holes. You. Also, two stack frame fixing holes 34e-34h are provided on the left and right sides of the suspension member 20, respectively, and another stack frame 36b is fixed similarly. Each of the stack frames 36a and 36b has a substantially horizontal portion extending between both legs, and the rectangular parallelepiped battery portion 22 is stably disposed on the horizontal portion. The battery section 22 is fixed to the suspension members 20 forming a part of the vehicle body by being firmly fixed to the two stack frames 36a and 36b by bolts. The PCU 24 is installed above the battery unit 22 so as to be aligned with the battery unit 22, and the battery unit 22 and the PCU 24 constitute an integrated assembly. The external shape of the PCU 24 is a somewhat irregular rectangular shape composed of the lid 38 and the base 40, and the front and rear portions thereof are overhanging portions 42 a and 42 b which protrude beyond the edge of the battery portion 22. Here, the term “edge” means not the outer edge of the upper surface of the battery unit 22, but the portion that extends most horizontally when viewed from above the battery unit 22. The PCU 24 is fixed to the suspension member 20 through the battery unit 22 by being fixed to the rigid housing of the battery unit 22 by the fasteners 44a and 44b. The stack frames 36a and 36b have sufficient strength to support the battery unit 22 and the PCU 24, but have a lower strength than the suspension members 20 and the side members 30a and 30b, and are subject to a strong impact force. Are shock-absorbing members that are bent and deformed to absorb the impact force.
[0023]
FIG. 3 is a perspective view showing the structure of the base 40 of the PCU 24, and the viewpoint is placed slightly to the front left of the mounting position as in FIG. The base 40 has a box shape having a side surface 46, and a bottom surface 48 has a double structure in which the cooling passage 26 is provided. A power control circuit electrically connected to the battery unit 22 is disposed in the base unit 40. The power control circuit converts DC power generated by the battery unit 22 into AC and sends it to an AC motor as a prime mover. It is carried out. In this power control circuit, since a large amount of current flows, a large amount of heat is generated due to electric resistance. The function of the cooling path 26 is to discharge the heat, and serves to deprive the fluid such as water flowing from the inlet 52 to the outlet 54 of the heat.
[0024]
FIG. 4 is a sectional view of the base 40 of the PCU 24 taken along the plane AA ′ in FIG. It is clearly shown that the bottom surface 48 of the box-shaped base 40 has a double structure with the cooling passage 26. The structure of the base 40 is not particularly limited, but is generally made by casting aluminum except for the bottom lid portion of the cooling passage 26, and has an essentially rigid structure. However, concave and convex portions 56a and 56b each having a plurality of grooves are provided on the bottom surface 48 at the front (left side in the figure) and rear side (right side in the figure) of the cooling path 26, so as to reduce the strength. I have.
[0025]
FIG. 5 is an enlarged view of the uneven portion 56a. The uneven portion 56a includes four groove portions 58a to 58d, and therefore, the uneven portions 56a and 56b have lower rigidity than other portions. For example, consider a case in which an impact force is applied from the front (left side in the figure) to the rear, and this portion is compressed from both sides by a forward drag that resists the impact force. At this time, in the concave and convex portion 56a having a lower strength than the other portions, the grooves 58a to 58d are crushed by plastic deformation, thereby absorbing impact energy and weakening the impact force applied to other portions. That is, the uneven portions 56a and 56b are shock absorbing portions, and other portions not including the uneven portions are rigid portions that are difficult to deform.
[0026]
FIG. 6 is a diagram in which the base 40 is cut in a horizontal plane including the cooling path 26, and the left side of the figure corresponds to the front when the device is mounted. The cooling passage 26 has a wide structure except for the inflow port 52 and the outflow port 54, and covers the entire base 40 while meandering largely by a linear portion and a semicircular portion. In the cooling passage 26, a plurality of fins 60 are provided along the shape of the cooling passage 26, and serve to increase the surface area in the cooling passage 26 to enhance the cooling effect. The fins 60 also have a function of increasing the rigidity of the base 40. In the vicinity of the center of the base 40, a plurality of fins 60 are provided in the front-rear direction (left-right direction in the drawing) along the linear cooling path 26, and serve as ribs. That is, in the portion where the fins 60 are provided, the base 40 has a large rigidity against the load in the front-rear direction. Therefore, the vicinity of the center of the base 40 including the fins 60 is a rigid portion, and the portion not including the fins 60 is a relatively shock absorbing portion. The strength comparison between the rigid portion and the shock absorbing portion can be variously set by combining the effects of the uneven portions 56a and 56b and the fin 60. Note that a plurality of ribs dedicated to reinforcement can be provided instead of the fins 60 or separately from the fins 60. The reinforcing ribs can be installed so as to extend in the direction connecting the two shock absorbing parts, that is, in this case, in the front-rear direction of the vehicle, as described with the fins 60. It is also possible to provide a plurality of ribs extending in a plurality of directions so as to be able to cope with impact forces from various directions.
[0027]
As described above, the PCU 24 including the base 40 is fixed to the vehicle body together with the battery unit 22 as shown in FIG. The PCU 24 has overhang portions 42a and 42b which protrude forward and backward in the horizontal direction from the edge of the battery portion 22, and this portion includes a shock absorbing portion composed of uneven portions 56a and 56b. . Further, a rigid portion reinforced by the fins 60 is provided in a portion overlapping with the battery unit 22.
[0028]
In the above installation configuration, a case is considered where the electric vehicle 10 collides with an external object from the front, and a deformed outer plate of the vehicle body or the like comes toward the battery unit 22. As long as the outer panel does not undergo special deformation, the outer panel first collides with the overhang portion 42a of the PCU 24 located forward of the battery unit 22, and transmits an impact force to the PCU 24. On the other hand, the PCU 24 tries to push back the PCU 24 by obtaining an opposing drag from the fixing portion. As a result, the concavo-convex portion 56a serving as the shock absorbing portion is crushed and deformed, and absorbs a part of the shock energy. After the deformation of the shock absorbing portion is almost completed, the shock force is directly transmitted to the rigid portion. However, since the rigid portion has sufficient rigidity, it hardly deforms. At the same time, the battery part 22 arranged in parallel with the rigid part is hardly deformed, and is not damaged. When the impact is stronger, the stack frames 36a and 36b are bent rearward and absorb a part of the impact energy, and the battery unit 22 and the PCU 24 are disposed rearward (right rear in FIG. 2). There is a possibility of collision with a reinforcing material or the like of the vehicle body not shown. In this case, the uneven portion 56b, which is the rear shock absorbing portion, is deformed to absorb the impact energy, so that the impact force applied to the battery portion 22 is further reduced.
[0029]
As described above, in order to protect the battery section 22 from collision, the positional relationship between the boundary between the shock absorbing section and the rigid section and the projecting sections 42a and 42b is important. In other words, it is desirable that the deformation of the shock absorbing portion occurs at the overhanging portions 42a and 42b which protrude forward and backward from the battery portion 22, and the rigid portion covers at least the front end to the rear end of the battery portion 22. Is desirable. At the end, a protective portion such as a plate or a rod having high rigidity protruding from the rigid portion toward the battery portion 22 may be provided to protect the front or rear surface of the battery portion 22. Further, if the shock absorbing portion is designed to play a role as a rigid portion after being deformed, a part of the shock absorbing portion can be overlapped with the battery portion 22.
[0030]
Further, it is not always necessary to provide the shock absorbing portion in the rear projecting portion 42b. When the battery unit 22 is installed in the power source chamber 16 in front of the electric vehicle 10 as in the illustrated example, it is from the front that the battery unit 22 receives an impact force due to the collision of the electric vehicle 10. Is most likely. Therefore, a configuration is also conceivable in which the overhanging portion 42a and the shock absorbing portion of the PCU 24 in front of the battery unit 22 are made large, and the rear overhanging portion 42b is formed by slightly extending the rigid portion. Further, when the battery unit 22 is displaced to the left or right of the electric vehicle 10, it is important to provide the overhanging portion and the shock absorbing portion on this side surface. When the power unit 16 is provided to store the battery unit 22, it is important to provide the overhanging portion in the front-rear direction, particularly in the rear. That is, it is important that the overhang portion and the shock absorbing portion are provided on the side where the battery portion 22 is most likely to receive an impact force when the electric vehicle 10 collides. Of course, the projecting portion and the shock absorbing portion may be arranged in all surrounding horizontal directions. It should be noted that, even when only the overhanging portion is provided and the impact absorbing portion is not provided, a certain protection function can be obtained, though the effect is small.
[0031]
Here, a contrivance for increasing the strength of the cell unit 22 itself composed of a fuel cell will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a perspective view of the battery unit 22 as viewed from the same direction as FIG. 2, and also shows the internal structure thereof. The main components of the battery unit 22 are a battery case 62 and a plurality of fuel cells 64 stored therein. Each of the fuel cells 64 has a thin plate shape, and is generally stored in the battery case 62 as a stack in which a plurality of fuel cells are stacked. In the battery section 22 including such a fuel cell stack, the shock resistance in the direction perpendicular to the stacking direction of the fuel cells 64 is greater than the shock resistance in the stacking direction. Therefore, based on the relationship between the installation location and the side that is susceptible to the impact force described above, it is possible to configure the battery unit 22 so that the stacking direction is perpendicular to the direction in which the impact is expected. It is desirable from the viewpoint of preventing damage at the time of collision.
[0032]
Next, various improvement possibilities of the embodiment will be described. In the description of FIG. 2 and the like, the external shape of the PCU 24 is assumed to be composed of the box-shaped base 40 and the lid 38, but this shape is not essential. The base 40 may have a horizontal structure instead of a box shape as long as it serves as an installation section where the power control circuit is placed. In addition, the lid 38 itself can also serve as a shock absorbing part or a rigid part. However, when the power control circuit is merely a member for protecting the power control circuit from water and dirt, the cover 38 covers the entire base 40. No need. Therefore, for example, it is also possible to adopt a configuration in which only the shock absorbing portion is formed in a plate shape and the uneven portions 56a and 56b are provided thereon. In this case, it is possible to form the groove portion to penetrate to the surface. In any case, what is important is that the PCU 24 as the installation part of the power control circuit plays a part of the protection function of the battery unit 22. This makes it possible to reduce the number of components, installation space, manufacturing costs, and the like.
[0033]
Various improvements can be made to the shock absorbing portion. That is, it is possible to absorb a shock by using a member having excellent elasticity such as rubber, or a mechanical shock absorbing structure such as a spring may be provided. Even when plastic deformation is used, the above-described uneven portions 56a and 56b can have a change such that only one groove is provided or the direction of the groove is not horizontal. Also, instead of the groove, the shock absorbing portion that is crushed by plastic deformation can be formed by reducing the thickness of the wall at this portion as a whole or by locally reducing the thickness by a plurality of holes.
[0034]
Regarding the installation mode of the battery unit 22 and the PCU 24, in FIG. 2, the suspension member 20 has a cross-girder shape. However, the suspension member 20 has various shapes, and of course, it is also possible to use such various shapes. For the stack frames 36a and 36b, it is essential to fix the battery section 22 to the suspension member 20, and various shapes can be considered. For example, the shape may be an arch shape that extends in the front and rear, not the left and right sides of the vehicle body, or may be a cross-girder shape. There is no need to be arched. Further, the PCU 24 can be directly mounted on the vehicle body such as the suspension member 20 without being fixed to the battery 22, provided that the positional relationship with the battery 22 can be maintained as described above. Similarly, the battery section 22 can be mounted not on the suspension member 20 but on another part of the vehicle body. Further, the vertical positional relationship between the battery unit 22 and the PCU 24 may be reversed.
[0035]
The present embodiment is also applicable to an electric vehicle using a rechargeable battery and an electric vehicle 10 provided with an internal combustion engine such as a gasoline engine as a prime mover. When an internal combustion engine is provided, it is desirable to take measures such as preventing the vibration of the engine from being directly transmitted to the PCU 24, but basically, all the items described above can be applied as they are.
[0036]
As shown in FIG. 1, when the battery unit 22 is installed in the power source room 16 in front of the electric vehicle 10, the power source room as a buffer unit that protects the cabin 12 is simultaneously protected with the battery unit 22. The 16 roles must also be compatible. However, in this regard, if a sufficient space is provided in the power source chamber 16 or the like, there is no obstacle to performing the present embodiment.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view showing an outline of an embodiment.
FIG. 2 is an exploded perspective view illustrating a main part of the present embodiment.
FIG. 3 is a diagram showing a main part of a PCU.
FIG. 4 is a vertical sectional view of an AA ′ plane of the PCU.
FIG. 5 is a partially enlarged view of FIG. 4;
FIG. 6 is a vertical sectional view of the BB ′ plane of the PCU.
FIG. 7 is a perspective view showing a structure of a battery unit in the case of a fuel cell.
[Explanation of symbols]
10 electric vehicle, 20 suspension member, 22 battery section, 24 PCU, 26 cooling path, 36a, 36b stack frame, 38 lid section, 40 base, 42a, 42b overhang section, 56a, 56b uneven section, 58a-58d groove section, 60 fins, 62 battery cases, 64 fuel cells.

Claims

A battery unit for generating electric power,
A power control circuit electrically connected to the battery unit, and a power control unit including an installation unit of the power control circuit;
An electric vehicle having
The battery unit and the power control unit are fixed to the vehicle body side by side in the vertical direction,
An electric vehicle, wherein the installation portion includes an overhang portion that overhangs from an edge of the battery portion in a horizontal direction toward a predetermined direction in which an impact is expected.

The electric vehicle according to claim 1,
The installation part has a shock absorbing part that absorbs shock and a rigid part that prevents deformation of the battery part due to shock,
An electric vehicle, wherein the overhanging part includes a shock absorbing part.

The electric vehicle according to claim 2, wherein
An electric vehicle, wherein the shock absorbing portion has a structure crushed by plastic deformation.

The electric vehicle according to claim 2 or 3, wherein
An electric vehicle, wherein the rigid portion has a plurality of ribs extending in the predetermined direction.

The electric vehicle according to claim 4, wherein
The rigid portion has a cooling path that cools the power control circuit with a fluid,
An electric vehicle, wherein the plurality of ribs are formed by fins in a cooling path.

The electric vehicle according to claim 1,
An electric vehicle, wherein the battery unit includes a fuel cell stack in which a plurality of plate-shaped fuel cells are stacked, and the stacking direction is arranged to be perpendicular to the predetermined direction.

The electric vehicle according to claim 1,
Fixing the battery unit and power control unit to the vehicle body
An electric vehicle, characterized in that the assembly is performed by connecting the both to form an integrated assembly, and the assembly is attached to a suspension member of a vehicle body.

The electric vehicle according to claim 7, wherein
The electric vehicle is mounted on a suspension member by an impact buffering member that is bent and deformed when the assembly receives an impact from the predetermined direction.

The electric vehicle according to claim 1,
The battery unit and the power control unit are arranged in a power source room provided in front of or behind the electric vehicle,
The said predetermined direction is a front-back direction of an electric vehicle, The electric vehicle characterized by the above-mentioned.