JP2005193697A - 電源モジュールを搭載する車体構造 - Google Patents

Abstract

【課題】車体またはフレームに電源モジュールを配置した部位の強度、および電源モジュールや制御回路モジュール等の点検・交換等に関わる整備性の双方を向上し得る車体構造を提供する。
【解決手段】電源モジュール３を搭載する車体の構造であって、車体および／またはフレームの一部１がなす空間Ａに桁構造部材２を等間隔に該フレームの短手方向に配置し開断面の該空間Ａの内部に該電源モジュール３を複数設置したことを特徴とする車体構造。
【選択図】図１

Description

本発明は、電源モジュールを搭載する車体の構造に関する。

近年、環境や燃費の観点から、ハイブリッド自動車や電気自動車、さらには燃料電池自動車が製造・販売され、新たな開発が続けられている。これらのいわゆる電動車両においては、放電・充電ができる電源装置の活用が不可欠である。この電源装置（電源要素）としては、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池や、電気二重層キャパシタ等が利用される。

従来、これらの電源装置（電源要素）の外装は主に金属缶が用いられていたが、近年、携帯電話やノートパソコンのように重量増を抑制する必要がある適用例が飛躍的に増大しており、比較的軽量で形状の自由度があるラミネートフィルムを外装に用いて、電極、活物質、電解質等の電池要素を密閉した、いわゆるラミネートパッケージが採用され始めている。これらの電源（電源要素）は単体ではセルと呼ばれ、通常、樹脂や金属等で成形されたケースに複数固定されて、電源モジュールとして使用される。

車両に電池等の電源装置（電源要素）を固定するには、この電源モジュールをボルト等で車両に固定する。このような電源モジュールを搭載した車両、特にエンジンとモーターとを併載するハイブリッド車にあっては、従来のエンジンのみ搭載する車両と比較して動力源が占める空間が多くなり、またモーターのみで走行する電気自動車にあっては、動力源をすべて電源でまかなうために大量の電源を搭載する必要性から、車両の客室や荷室などの有効空間が十分取れない可能性があった。そこで、例えば、特許文献１のように車体あるいはフレームに電源である電気二重層キャパシタを配置し、一体化した、閉じられた箱体として保護ケースとすることが行われている。車体のビード部（折れ曲がり部）やフレームは開断面であることが多く、通常の車両では内部が空間となっているため、その部分に電源モジュールを設置し、スペースの節減と車体構造の補強を図っている。
特開２０００−３５１３２９号公報

しかしながら、特許文献１のような従来技術による車体構造においては、車体またはフレームに電源を配置し、一体化した、閉じられた箱体として電源の保護ケースとしたため、当該部位の強度は向上するが、電源モジュールや制御回路モジュール等の点検・交換等に関わる整備性が著しく損なわれるという問題点があった。

そこで、本発明の目的は、車体またはフレームに電源モジュールを配置した部位の強度、および電源モジュールや制御回路モジュール等の点検・交換等に関わる整備性の双方を向上し得る車体構造を提供することにある。

本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明は、電源モジュールを搭載する車体の構造であって、車体またはフレームの一部がなす空間に桁部材を配置し、該空間の内部に電池を設置したことを特徴とする車体構造により上記目的を達成することができる。

本発明によれば、電源モジュールを搭載する車体の構造であって、車体またはフレームの一部がなす空間に桁部材を配置し、該空間の内部に電池を設置したことを特徴とする車体構造としたことによって、スペースの節減と車体構造の補強の機能を維持した上で、電源モジュールの整備性を向上させることができる。

本発明における車体構造は、電源モジュールを搭載する車体の構造であって、車体またはフレームの一部がなす空間に桁構造部材を配置し、該空間の内部に該電源モジュールを設置したことを特徴とするものである。

以下、本発明の車体構造の実施形態について、図面を用いて説明するが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。

（第１の実施形態）
本発明における車体構造の第１の実施形態は、電源モジュールを搭載する車体の構造であって、車体またはフレームの一部がなす空間に桁構造部材を配置し、該空間の内部に該電源モジュールを設置してなる車体構造の一実施形態であって、フレームの一部がなす空間に桁構造部材を配置し、該空間内部に電源モジュールを設置した構成となっている。

図１は、本実施形態の概略を表す見取り図（斜視図）であって、車体またはフレームの一部がなす空間に桁構造部材を配置し、該空間の内部に該電源モジュールを設置していく様子を模式的に表した図面である。図１に示すように、本実施形態では、フレームの一部１がなす空間Ａに桁構造部材２を等間隔に該フレームの短手方向に配置し（図１では４本配置した例を示す）、開断面の該空間（溝部、凹部）Ａ内部に電源モジュール３を複数設置した構成となっている。より詳しくは、図１では、電源モジュール３を６個設置するうちの４個目を収納している様子を示す。空間形状は、断面凹型の一様な形状である。桁構造部材２には、高強度の車体用スチール製の直線平板形状のものを用い、これらを４本配置した例を示す。該桁構造部材２の間隔は、桁構造部材間に電源モジュール３が２個収まる間隔を設けている。また、電源モジュール３のケース形状は、上記空間の短手方向に略隙間なく収まる直方体としている。なお、該電源モジュール３の固定は、図示していないが、従来と同様に、該フレームの底板にボルト等で固定されている。

即ち、本発明では、上記空間の上部開放面を塞いで一体化し箱体とすることで強度補強するのではなく、図１に示すように、上記空間Ａの開放面の一部に桁構造部材２を配置して強度補強及び整備性を両立させるものである。また、桁構造部材２の設置により、車両の走行中に発生する振動等による応力を十分に緩和することもできる（図９〜１１を対比参照のこと）。

本発明で用いることのできる桁構造部材は、（１）電源モジュールを配置した部位の強度向上（補強）と、（２）電源モジュールや制御回路モジュール等の点検・交換等に関わる整備性の向上を図ることができるものでなければならない。

したがって、上記（１）の目的を達成する観点から、上記桁構造部材の材質としては、車体やフレームに用いられている材質と同程度以上の機械的強度を有する材料を用いるのが望ましいといえる。具体的には、車体用綱、高強度アルミ合金などを用いることができる。さらに車体の軽量化を図るには、マグネシウム合金、樹脂複合材料などを用いるのが、軽量且つ高強度が得られる点で望ましいといえる。

尚、上記桁構造部材の厚さや幅は、形状により異なる。そのため上記（１）及び（２）の作用効果を奏することができるものであれば特に制限されるものではない。ただし、上記上記（１）及び（２）の作用効果を有効を有効に発現する上で、電源モジュールを設置する空間の開放面（上面）の面積全体に対し、桁構造部材による空間の開放面（上面）の被覆（占有）面積が該４０％を超えない程度であれば、上記（２）の整備性を損なうものではないといえる。なお、後述する連接部材を併用する場合には、桁構造部材に連接部材を加えるものとする。但し、電源モジュールの大きさや配線の取り回しなどによっても異なることから、必ずしも上記要件を満足する必要はない。

また、上記桁構造部材の形状としては、上記（１）及び（２）の目的を達成できるものであれば特に制限されるものではなく、平板形状、波板形状、断面Ｈ型の板形状、丸棒形状、角棒形状、パイプ（中空棒）形状、断面Ｕ字型形状、断面Ｖ字型形状、蛇腹形状など、任意の形状のものを利用することができる。また、桁構造部材の長手方向（軸線方向）の形状も上記（１）及び（２）の目的を達成できるものであれば特に制限されるものではなく、直線形状、Ｓ字形状、波形形状（蛇行形状）、鋸歯形状、円弧（Ｕ字）形状など、任意の形状のものを利用することができる。さらに、通常、複数の桁構造部材を用いる場合には、単一形状でなくともよく、必要に応じて２種以上の形状を組み合わせて用いてもよい。図１では、直線平板形状のものを用いた例を示した。また、桁構造部材の強度を損なわない範囲内であれば、その一部にパンチング等により開口部（穴）を設けたり、スリットなどを形成するなどして、軽量化を図ってもよい。

また、車体やフレームへの桁構造部材の配置の仕方としては、上記（１）及び（２）の目的を達成できるものであれば特に制限されるものではなく、溶接などにより固定的に取り付けてもよいし、ボルト−ナットやクランプなどにより着脱自在に取り付けてもよいし、桁構造部材の一端を軸に回転自在に取り付けてもよいなど、特に制限されるものではない。図１では、溶接などにより固定的に取り付けた例を示す。

また、車体やフレームへの桁構造部材の配置方向としては、上記（１）及び（２）の目的を達成できるものであれば特に制限されるものではなく、車体やフレームの一部がなす空間の長手方向Ｌ_１に対し略垂直な方向に配置してもよいし、該フレーム（空間）の長手方向Ｌ_１に対し一定の角度傾けた方向（斜め方向）に配置してもよい。また、桁構造部材ごとに配置方向を変えてもよい。例えば、タスキがけになるようにしてもよいし、いわばＷ字型になるようにしてもよし、後述する実施形態で説明するように、さらに車体やフレームの一部がなす空間の長手方向Ｌ_１に配置するものが含まれていてもよい。ただし、こうした配置方向では、上記（２）の整備性を損なうことがないように、着脱自在ないし回転自在にするなどして固定しておくのが望ましいといえる。好ましくは、図１にあるように、該桁構造部材を配置後に電源モジュールを着脱自在に設置することができるようにしておくのが、上記（２）の電源モジュール等の交換等に関わる整備性の点で望ましい。よって、図１にあるように、車体やフレームの一部がなす空間の長手方向Ｌ_１に対し略垂直な方向（車体やフレームの一部がなす空間の短手方向Ｌ_２）に配置するのが望ましいといえる。ただし、これらに制限されるものではない。

また、上記桁構造部材の配置数としても、上記（１）及び（２）の目的を達成できるものであれば特に制限されるものではない。即ち、上記（１）の電源モジュールを配置した部位の強度を高めるには、より多くの数を用いて配置するのが望ましい。一方、上記（２９の電源モジュールや制御回路モジュール等の点検・交換等に関わる整備性の向上を高めるには、できるだけ少ない数に抑えるのが望ましい。また、桁構造部材の配置数は、桁構造部材の材質や形状、更には電源モジュールの配置の仕方等によっても影響を受けることから、上記（１）及び（２）の作用効果を比較考量した上で配置数を設定すればよいといえる。例えば、桁構造部材を配置した車体構造の最大主応力分布を計算により求めることで上記（１）及び（２）の作用効果を事前に比較考量するのが望ましいといえる。桁構造部材を配置した車体構造の最大主応力分布の計算例を図９〜１１に示した（詳しくは、後述する）。

また、車体やフレームへの桁構造部材の配置間隔としても、上記（１）及び（２）の目的を達成できるものであれば特に制限されるものではないが、上記（１）の強度を確保した上で、図１にあるように、該桁構造部材を配置後に電源モジュールを着脱自在に設置することができるように一定の間隔を空けて配置するのが、上記（２）の電源モジュール等の交換等に関わる整備性の点で望ましいといえる。

また、本発明に用いることのできる電源モジュールとしては、特に制限されるものではなく、従来公知の各種電源モジュールを適用することができる。具体的には、背景技術において説明したように、通常、樹脂や金属等で成形されたケースに電源装置（電源要素；セル）が複数固定されて、電源モジュールとして使用される。ただし、これらに制限されるものではない。なお、従来公知の各種電源モジュール構成と同様に、該電源モジュールには、電池モジュール端子（電源用端子、電圧検知用端子）や外部装置への接続コネクタ、電源用配線、制御用配線等が配設されていることはいうまでもない。

本発明に用いることのできる一般的な電源モジュールの内部構造を現わす断面図を図７に示す。特に図７では、電源要素に電池を用いた、いわば電池モジュールの例を示す（図８も同様である）。

図７に示すように、樹脂製の電池モジュール７１の外装ケース８１の内部には、複数のセル（単電池）７２が一定の空間を空けて積層されるように、セル固定構造７３を介して固定されている。各単電池セル７２は、その外装にラミネートフィルムを用いた、いわゆるラミネートパッケージであり、これらのセル７２を両サイドから固定構造７３で挟んで、該固定構造７３をケース８１に固定することにより、電池（各単電池セル７２）と外装ケース８１を一体としている。また各単電池セル７２の両端にセル電極が出ており、それらを導体の集電体７４によって接続し、端子取出部７５より外装ケース８１の外に取出し、電池モジュールの電極端子７６と導通させることにより電池モジュール７１を構成する。一方、電池モジュールの外装ケース８１の車体取付面には、必要に応じて一体成形された柔軟層７７を介して車体および／またはフレーム７９への取付面（取付部）７８が形成されている。ここで柔軟層７７は、例えば、二色成形や発泡成形など、物性が違う樹脂材料を、十分な密着性を維持して結合する方法で成形されている。また、柔軟層７７は、電池モジュール７１の外装ケース８１の底面側全体に形成してもよいが、更に電池モジュール７１の設置後の安定性や軽量化を図る観点からは、車両の制振効果を有効に発現し得る形状に形成するのが望ましい。

また、電池モジュールの内部構造の他の実施形態を現わす断面図を図８に示す。図８に示すように、樹脂製の電池モジュール７１の外装ケース８１の内部には、単電池セル７２がポッティング材８０を介して固定されている。各単電池セル７２は、その外装にラミネートフィルムを用いた、いわゆるラミネートパッケージであり、各単電池セル７２の両端にセル電極が出ており、これらを導体の集電体７４によって接続し、端子取出部７５より外装ケースの外に取出し、モジュール蓋部８２の電極端子７６と接続させることにより電池モジュール７１を構成する。この電池および電極が一体となったモジュール蓋部８２をモジュールの外装ケース８１に組み付ける。一方、電池モジュールの外装ケース８１の車両取付面には、必要に応じて一体成形された柔軟層７７を介して車体構造への取付面（取付部）７８が形成されている。

またここでポッティング材８０としては、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、ナイロン系樹脂、オレフィン系樹脂等の柔軟かつ集電体や端子等の金属部に悪影響を与えない樹脂材料が望ましく、シリコンゴム、オレフィン系エラストマー等も可能である。図中の符号８３は、ポッティング材注入口を示す。

また、本発明の電池モジュールは、図７や８で説明したような一般的な内部構造を有するものであればよいが、この他にも、例えば、電圧等の制御回路などがモジュール内部に収納されていてもよいし、外設されていてもよいなど、こうした電気的な配線や制御回路等に関しても、本発明の作用効果を損なわない範囲内であれば、特に制限されるべきものではなく従来公知の構成をとることができる。

実際の車体および／またはフレームへの設置に際しては、電池モジュールは通常複数個用いるが、これらは車体および／またはフレームの一部がなす空間（凹部）を構成する底面の概平坦な面に対して設置するのが安定性の点で優れている。ここで、概平坦な面としたのは、車両の軽量化と共に強度設計などの観点から、車体および／またはフレームによる空間が複数のパネル等で形成され、底面に接合部がある場合でも、電池モジュールの設置が可能なためである。

また、電池モジュールの設置数は、電池モジュール内のセル数にもよるが、使用用途に応じて必要とされる出力や容量等から適宜決定されるものである。

上記電源装置（電源要素；セル）としても、特に制限されるものではなく、従来公知の各種電源モジュールを適用することができる。具体的には、背景技術において説明したように、電源装置（電源要素；セル）としては、例えば、リチウムイオン電池、ナトリウムイオン電池、カリウムイオン電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池などの二次電池や電気二重層キャパシタ等、従来公知の各種電池や電気二重層キャパシタが利用できる。ただし、これらに制限されるものではない。好ましくは電源モジュールの電源要素が、リチウムイオン電池であるのが望ましい。これは、リチウムイオン二次電池では、電圧が大きく、高エネルギー密度、高出力密度が達成でき、車両の駆動電源用や補助電源用として優れているためである。ただし、これらに関しても、必ずしも同一の電池を用いなくともよく、例えば、大電流放電に適したバイポーラ型のリチウムイオン電池と、大容量に適した通常のバイポーラ型でないリチウムイオン電池や他のニッケル水素二次電池とを組み合わせたものであってもよい。さらに各電源モジュールごとにも内部構造（例えば、電池の種類や容量やセル数、あるいはキャパシタの種類など）を変えてもよい。なお、リチウムイオン電池等の単電池セルの構成に関しては、特に制限されるものではなく、従来公知のものを幅広く適用することができる。

また、本発明でも、電源装置（電源要素）の外装には、金属缶を用いることができるほか、比較的軽量で形状の自由度があるラミネートフィルムを外装に用いて、電極、活物質、電解質等の電池要素を密閉した、いわゆるラミネートパッケージを採用してもよい。ただし、これらに制限されるものではない。好ましくは、電源モジュールの好適な電源要素であるリチウムイオン電池が、ラミネートパッケージに封入されているものが望ましい。これは、電池の防水性、シール性を確保し、更に電池の軽量化を図り、使用する際の外部からの衝撃、環境劣化を防止することができるためである。ここで、外装に用いられるラミネートフィルムとは、高分子金属複合フィルムをいうものである。該高分子金属複合フィルムとしては、特に制限されるものではなく、従来公知のものを適宜適用することができるものであり、例えば、アルミニウム、ステンレス、ニッケル、銅などの金属（合金を含む）層の両面を絶縁体樹脂層で被覆した高分子金属複合フィルムなどを用いることができる。上記絶縁体（好ましく耐熱性絶縁体）樹脂層としては、例えば、ポリエチレンテレフタレートフィルム（耐熱絶縁性フィルム）、ナイロンフィルム（耐熱絶縁性フィルム）、ポリエチレンフィルム（熱融着絶縁性フィルム）、ポリプロピレンフィルム（熱融着絶縁性フィルム）等が挙げられる。

上記電源モジュールの形状（＝外装ケース形状）としては、上記（１）及び（２）の目的を損なわない範囲内であれば特に制限されるものではない。また用いる電源装置（電源要素）の形状や使用数量などによっても異なるため一義的に規定されるものでもない。例えば、図１に示すような直方体ないし立方体形状のものを利用することができるほか、三角柱形状、四角（例えば、菱形、台形）柱形状、五角柱形状、六角柱形状など多角柱形状、円柱形状、楕円柱形状など、任意の形状のものを利用することができる。なお、後述する第３及び４の実施形態において説明するような他の形状についても適用できることは言うまでもない。なお、該ケース形状に関しても、単一形状でなくともよく、必要に応じて２種以上の形状を適当に組み合わせて用いてもよい。例えば、車体またはフレームの一部がなす空間形状が一様でなく、空間長手方向の途中で拡張していたり、収縮していたり、段差があったりしているような場合には、こうした空間形状に適したケースを用いてもよいことはいうまでもない。すなわち、スペースの有効利用の観点からは、空間形状に適した形状の電源モジュールを配置していくのが望ましい。この際でも、該電源モジュール３は充放電の際に熱を発し、この熱がこもると電源モジュール内の電池などの電源要素に影響するため、隣接する電源モジュールの間、電源モジュールとフレームや車体との間には、間隔を空け放熱性を高めてもよい。また電源モジュールケースや車体やフレームに高い熱伝導性を持つ材料を用いている場合には、熱伝導により電源モジュール内の熱が外部に放熱される。そのため、隣接する電源モジュールの間、電源モジュールとフレームや車体との間を接するようにして放熱させてもよいなど、設置状況に応じて最適な形状を適宜選択すればよいといえる。

上記電源モジュールの外装ケースに関しては、樹脂や金属材料のほか、セルの外装材で用いるようなラミネートフィルムを用いてラミネートパッケージとしてもよい。これにより一層の軽量化が図れる点で有利である。こうした場合でも図７や８に示すと同様の内部構造をとり得る。また、ラミネートフィルムの表皮樹脂層に柔軟層と密着性に優れる樹脂材料を用いれば、外装ケースと一体化することもできる。なお、外装ケースとして用いるラミネートパッケージでは、単電池セルの外装よりも厚めのフィルムを用いることで、形態安定性を確保してもよい。

また、電源モジュールの大きさ（サイズ）は、空間形状に適合するように適宜設計すればよいが、空間サイズよりも小さめにし、電源モジュールを固定するボルトの取付け（設置作業）や取り外し（交換作業）が容易なように電源モジュール形状及びサイズを設計する必要がある。ただし、車体および／またはフレームの一部がなす空間形状を電源モジュール形状及びサイズに適合するように設計してもよい。例えば、電源モジュールに全て同じ単一形状のものとする（標準化ないし統一規格化する）ことで、量産効果による大幅なコストダウンを図ることができる。また交換時に車両ごとに異なる電源モジュールを手配する必要がなく、また車両や電源モジュール製品の一部が生産中止になっても、代替品を簡便に手配できる点でも優れている。また、電源モジュールの大きさも全て同じ大きさのものを用いる例を示したが、例えば、大きさ（寸法、体積）の異なる２種類以上のモジュールを適当に組み合わせて用いてもよいことは言うまでもない。これらの場合にも本発明を有効に適用し得るためである。

また、電源モジュールの配置方向は、図１にあるように、車体および／またはフレームの一部がなす空間Ａの長手方向Ｌ_１と、電源モジュール３の長手方向Ｍ_１が平行になるように配置してもよいが、これに制限されるものではなく、例えば、図６に示すように、車体および／またはフレームの一部がなす空間Ａの長手方向Ｌ_１に対し電源モジュール３の長手方向Ｍ_１が斜めになるようにしてもよい。尚、図中の符号Ｍ_２は、電源モジュール３の短手方向を表し、符号Ｌ_２は、車体および／またはフレームの一部がなす空間Ａの短手方向を表す。

上記電源モジュール３の固定は、特に制限されるものではなく、従来と同様に、該フレームの底板や側板等にボルト等で着脱自在に固定することができる。好ましくは交換等の整備性に優れるように設計するのが望ましい。また、該電源モジュールは、車体やフレームに直接固定してもよいほか、ゴムや樹脂などの適当な衝撃吸収材を介して固定してもよい。断熱材ないし保温材、熱伝導材、あるいは絶縁材など、適用箇所に応じて、最適な環境を提供できるように、適宜必要な材料を設けてもよいことは言うまでもない。また、こうした部材は、単に電源モジュールの設置面側だけでなく、側面や上面側に適用してもよいことはいうまでもない。さらに空冷や水冷による冷却（熱交換）機構、あるいはエンジンなどで発生する熱を利用した加熱（熱交換）機構を設けてもよい。これらは電源モジュールの動作特性などを最適な環境に整える上で有用であるためである。

また、車体および／またはフレームの一部がなす空間は、図１にあるように、車体および／またはフレームの断面形状が凹型形状である、開断面の溝部（凹部）が一般的であるが、図１の開断面の溝部（凹部）が９０°回転して、開放面が側面側にあるものでも本発明を適用可能である。この場合には、後述する図３に示すような桁構造部材を配置するのが望ましい。これにより、車体振動により、電源モジュールが該空間から外部に出ない構造とすることができるためである。こうした車両側面の車体構造および／またはフレーム構造まで利用することで、スペースの有効利用が図れる。ただし、衝突時の安全性など、自動車に求められる高い安全基準を十分に満足できる場所でなければならないことは言うまでもない。具体的には、車体のビード部（折れ曲がり部）、リブ部（補強構造部）、フレームなど、その内部が空間となっており、開断面である部位（箇所）を有効に利用することができる。

また、車体および／またはフレームの一部がなす空間形状は、図１にあるように、一様なものであるのが利用上望ましいが、空間形状が一様でなく、空間長手方向の途中で拡張していたり、収縮していたり、段差があったりしてもよい。

また、本発明の各実施形態における電源モジュールおよびその集合体を駆動用電源や補助電源として、車体および／またはフレームがなす空間に搭載することのできる車両としては、ハイブリッド自動車、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、燃料電池自動車、ハイブリッド燃料電池自動車等が好ましいが、これらに制限されるものではない。また、車種に関しても、軽自動車などの小型車両、普通乗用車や商用車などの一般車両（中型車両）、大型商用車やトラックやバス等の大型車両の全ての車両に適用できる。なかでも車体構造上、車体またはフレームの一部がなす空間により断面凹部の溝部が形成されることの多い商用車やトラックやバス等の中〜大型車両に好適に適用することができる。

次に、図２は、本実施形態における電源用及び制御用の配線の取り回しを示す図である。本発明では、図２に示すように、電源モジュール３内の電池等の電源要素（図示せず）の出力を取出す電源用配線１１は、各電池モジュールの電極端子１２間をつなぎ、これとは別に制御用の信号線（制御用配線）１３も空間Ａ（断面凹部）内に配することによって、該空間Ａを有効に使うことができる。ただし、本発明における電源用及び制御用の配線の取り回しは、これらに制限されるものではない。即ち、必要があれば、空間Ａの外部に配線の一部ないし全部を取り回す場合も、本発明に含まれる。特に整備性の点では、配線の異常などが調べやすいように、桁構造部材の上に配線してもよい。また桁構造部材に配線固定用のフックなどを設けてもよい。

（第２の実施形態）
本発明における車体構造の第２の実施形態は、電源モジュールを搭載する車体の構造であって、車体および／またはフレームの一部がなす空間に桁構造部材を配置し、該空間の内部に該電源モジュールを設置してなる車体構造の他の実施形態である。

図３は、本実施形態の１例を表す図面であって、上記第１の実施形態に加え、さらに桁構造部材間が連接部材により連接されている様子を模式的に表した概略図面である。

本実施形態では、図３に示すように、フレームの一部１がなす空間Ａに複数の桁構造部材２を配置し、該空間Ａ内部に電源モジュール３を複数設置した構成となっており、さらに該桁構造部材間が、連接部材（強度保持部材）４により連接されているものである。また、該連接部材（強度保持部材）４により設置された電源モジュール３がさらに連接されている。

詳しくは、桁構造部材として、第１の実施形態で用いたと同様の桁構造部材２が空間Ａの短手方向に複数配置されている。さらに設置された電源モジュール３の上面に固定された連接部材（強度保持部材）４が適当な固定部材、例えば、ボルトなどにより連接されている。また、電源モジュール３を空間Ａに設置後、隣接する桁構造部材２同士が、空間長手方向に設けられた連接部材４により連接されている。該連接部材４を追加することにより、フレーム（車両）の梁となる桁構造部材の上下方向の振動モードを抑制することができる。また、空間をなす車体やフレームなどの長手方向の曲げ応力に対する強化にもなる。また、電源モジュールにも連接することで、該電源モジュールの振動を抑えることもでき、ひいては車体やフレームの振動を抑制することもできる。

上記（１）の目的を達成する観点から、上記連接部材の材質としては、車体やフレームに用いられている材質と同程度以上の機械的強度を有する材料を用いるのが望ましいといえる。具体的には、車体用綱、高強度アルミ合金などを用いることができる。さらに車体の軽量化を図るには、マグネシウム合金、樹脂複合材料などを用いるのが、軽量且つ高強度が得られる点で望ましいといえる。なお、振動や衝撃を抑制する観点から、連接部材には、バネ部材や弾性材や衝撃吸収材等を利用してもよい。同様の観点から、連接部材と桁構造部材、あるいは連接部材と電源モジュールを接合する箇所にバネ部材や弾性材や衝撃吸収材等を利用して、振動や衝撃を吸収してもよい。

また、上記連接部材の形状としては、上記（１）及び（２）の目的を達成できるものであれば特に制限されるものではなく、平板形状、波板形状、断面Ｈ型の板形状、丸棒形状、角棒形状、パイプ（中空棒）形状、断面Ｕ字型形状、断面Ｖ字型形状、蛇腹形状など、任意の形状のものを利用することができる。また、連接部材の長手方向（軸線方向）の形状も上記（１）及び（２）の目的を達成できるものであれば特に制限されるものではなく、直線形状、Ｓ字形状、波形形状（蛇行形状）、鋸歯形状、円弧（Ｕ字）形状など、任意の形状のものを利用することができる。さらに、通常、複数の連接部材を用いる場合には、単一形状でなくともよく、必要に応じて２種以上の形状を組み合わせて用いてもよい。図３では、直線平板形状のものを用いた例を示した。また、連接部材の強度を損なわない範囲内であれば、その一部にパンチング等により開口部（穴）を設けたり、スリットなどを形成するなどして、軽量化を図ってもよい。

また、本実施形態の場合、電源モジュール３を空間Ａ内部に設置後に連接部材４をボルト等で桁構造部材２に着脱自在ないし回転自在に接合することになるため、第１の実施形態と比較して組立性、整備性は若干劣るが、その分強度が向上している。即ち、桁構造部材間への連接部材の配置の仕方としては、上記（１）及び（２）の目的を達成できるものであれば特に制限されるものではなく、ボルト、クランプなどにより着脱自在に取り付けてもよし、連接部材の一端を軸に回転自在に取り付けてもよいなど、特に制限されるものではない。図３では、連接部材の両端をボルトにより着脱自在に桁構造部材に取り付けた例を示す。

また、桁構造部材２への連接部材４の配置方向としては、上記（１）及び（２）の目的を達成できるものであれば特に制限されるものではない。例えば、桁構造部材２の長手方向に対し略垂直な方向に配置してもよいし、桁構造部材２の長手方向に対し一定の角度傾けた方向（斜め方向）に配置してもよい。また、桁構造部材２ごとに配置方向を変えてもよい。例えば、タスキがけになるようにしてもよい。好ましくは、図３にあるように、桁構造部材２の長手方向の略中央部に、該長手方向に対し略垂直な方向に接合するのが、桁構造部材２の上下方向の振動モードを抑制する上で望ましいといえる。なお、図３では、隣接する桁構造部材２間ごとに別々の連接部材４を取り付けているが、これらを一体化して連続する一本の連接部材４を各桁構造部材２に梁渡して取り付けてもよい。ただし、これらに制限されるものではない。

また、上記連接部材４の配置数としても、上記（１）及び（２）の目的を達成できるものであれば特に制限されるものではない。即ち、上記（１）の電源モジュールを配置した部位の強度を高めるには、より多くの数を用いて配置するのが望ましい。一方、上記（２９の電源モジュールや制御回路モジュール等の点検・交換等に関わる整備性の向上を高めるには、できるだけ少ない数に抑えるのが望ましい。また、連接部材４の配置数は、空間形状、空間短手方向幅、桁構造部材の設置間隔、材質、形状などや連接部材４の材質、形状、更には電源モジュールの配置の仕方等によっても影響を受けることから、上記（１）及び（２）の作用効果を比較考量した上で配置数を設定すればよいといえる。例えば、桁構造部材及び連接部材を配置した車体構造の最大主応力分布を計算により求めることで上記（１）及び（２）の作用効果を事前に比較考量するのが望ましいといえる。通常は、隣接する桁構造部材間に各１本の連接部材４を配置すれば、当該連接部材４による強度保持効果を十分に発現できる。

よって、桁構造部材間に１本の連接部材を配置する場合には、桁構造部材の長手方向の略中央部に設けるのが上記した桁構造部材の上下方向の振動モードの抑制上有利である。同様に２以上の連接部材を配置する場合にも、上記振動モードの抑制上有利となるように最適な位置に設けるのが望ましいといえる。ただし、配線など取り回しや点検作業などの整備性を損なわないように設置する場所を考慮するのがより望ましい。言い換えれば、これら連接部材の最適な配置を考慮して、電源モジュールの端子やコネクタ位置や配線取り回しを設計してもよいといえる。

また、連接部材は、あらかじめ電源モジュールのケースに取り付けられていてもよい。あるいは桁構造部材及び電源モジュールを空間内部に設置後に、桁構造部材、更には電源モジュールに取り付けてもよいなど、特に制限されるものではない。

（第３の実施形態）
本発明における車体構造の第３の実施形態は、電源モジュールを搭載する車体の構造であって、車体および／またはフレームの一部がなす空間に桁構造部材を配置し、該空間の内部に該電源モジュールを設置してなる車体構造の更に他の実施形態である。

図４（ａ）は、本実施形態の１例を表す図面であって、上記第１の実施形態で用いた立方体ないし直方体形状の電源モジュールに代えて、設置された電源モジュール同士が、嵌合構造を介して互いに連接されている様子を模式的に表した概略図面である。図４（ｂ）は、図４（ａ）で設置された電源モジュール同士（任意の隣接する２個の電源モジュールを取り出している）が、嵌合構造を介して互いに連接されている様子を模式的に表した平面図である。

本実施形態では、図４（ａ）に示すように、フレームの一部１がなす空間Ａに複数の桁構造部材２を配置し、該空間Ａ内部に電源モジュール３を複数設置した構成となっている。さらに本実施形態では、図４（ｂ）に示すように、さらに電源モジュール３の（ケース）形状が立方体ないし直方体形状ではなく、互いに他の電源モジュール３と組み合わさる凹凸部３ａを持つことを特徴とするものである。そして、設置された電源モジュール３同士が、嵌合構造（該凹凸部３ａ）を介して互いに連接されているものである。図４（ｂ）のように、電源モジュール３同士が互いに嵌合することにより、フレーム１部分に加えて電源モジュール３自体も応力を受け持つことができるようになり、構造全体としての強度が一層向上する点で、上記（１）の強度向上を図る上で有利である。

また、図４（ｂ）のように、電源モジュール３の側面での嵌合をより確実にするためには、通常樹脂で成形される電源モジュール３の嵌合部（凹凸部３ａ）に金属部材を配し、嵌合部（凹凸部３ａ）の強度を向上させることが望ましい。該金属部材は必ずしも金属部材どうしで接合する必要はなく、インサート成形などにより電源モジュール３の壁面内部にあって強度を受け持つ構造も成立する。さらには、該金属部材を電源モジュール３のある側面から反対側の側面に縦通させることにより、金属だけで強度を受け持たせると比較的弱い樹脂部に応力がかからないため、より強固な構造とすることができる。また、軽量化の点でも望ましい。

上記嵌合構造としては、図４（ｂ）に示すような嵌合部として凹凸部３ａを設けた構造に特に制限されるものではない。また、凹凸部も側面全体に設けなくともよい。例えば、コネクタのようにピンとピン穴のような形状（構造）であってもよい。また凹凸部の形状も図４（ｂ）のような凹凸形状のほか、波形形状、鋸歯形状などの形状であってもよいなど特に制限されないない。

尚、本実施形態においても、先の第２の実施形態で用いたと同様の連接部材を追加することにより、梁である桁構造部材の上下方向の振動やフレーム等の曲げに対する強度を強化してもよいことは言うまでもない。

（第４の実施形態）
本発明における車体構造の第４の実施形態は、電源モジュールを搭載する車体の構造であって、車体および／またはフレームの一部がなす空間に桁構造部材を配置し、該空間の内部に該電源モジュールを設置してなる車体構造の更に他の実施形態である。

図５（ａ）は、本実施形態の１例を表す図面であって、上記第１の実施形態で用いた立方体ないし直方体形状の電源モジュールに代えて、設置された電源モジュール同士が、上記第３の実施形態とは異なる他の嵌合構造を介して互いに連接されている様子を模式的に表した概略図面である。図５（ｂ）は、図５（ａ）で設置された電源モジュール同士（任意の隣接する各列２．５個の電源モジュールを取り出している）が、嵌合構造を介して互いに連接されている様子を模式的に表した平面図である。

第４の実施形態では、図５（ａ）に示すように、フレームの一部１がなす空間Ａに複数の桁構造部材２を配置し、該空間Ａ内部に電源モジュール３を複数設置した構成となっている。さらに本実施形態でも、図５（ｂ）に示すように、電源モジュール３の配置を空間Ａの短手方向に２列とし、互いに組み合わせた形状である。即ち、本実施形態でも電源モジュール３の（ケース）形状が立方体ないし直方体形状ではなく、互いに他の電源モジュール３と組み合わさる凹凸部３ｂを、２列にした電源モジュール３が互いに向き合う側面部側に持たせたことを特徴とするものである。そして、設置された電源モジュール３同士が、嵌合構造（該凹凸部３ａ）を介して互いに連接されているものである。図５（ｂ）のように、電源モジュール３同士が互いに嵌合することにより、フレーム１部分に加えて電源モジュール３自体も応力を受け持つことができるようになり、構造全体としての強度が一層向上する点で、上記（１）の強度向上を図る上で有利である。

上記嵌合構造としては、図５（ｂ）に示すような嵌合部として凹凸部３ｂを設けた構造に特に制限されるものではない。また、凹凸部も側面全体に設けなくともよい。さらに、凹凸部の形状も図５（ｂ）のような凹凸形状のほか、波形形状、鋸歯形状などの形状であってもよいなど特に制限されないない。特に整備性の点では、空間内部の個々の電源モジュールを着脱しやすい嵌合構造が望ましく、かかる点からは、第３及び第４の実施形態の１例として図示した図５や６のものが望ましいといえる。ただし、これらに制限されるものではない。

本実施形態でも、第３の実施形態と同様に、嵌合をより確実にするためには、通常樹脂で成形される電源モジュール３の嵌合部（凹凸部３ａ）に金属部材を配し、嵌合部（凹凸部３ａ）の強度を向上させることが望ましい。金属の補強部材を電源モジュール３に組み込むことにより、さらに強度が向上するためである。該金属部材（金属の補強部材）は必ずしも金属部材どうしで接合する必要はなく、インサート成形などにより電源モジュール３の壁面内部にあって強度を受け持つ構造も成立する。さらには、該金属部材を電源モジュール３のある側面から反対側の側面に縦通させることにより、金属だけで強度を受け持たせると比較的弱い樹脂部に応力がかからないため、より強固な構造とすることができる。また、軽量化の点でも望ましい。

上記金属部材（金属の補強部材）の材料としては、例えば、鋼やアルミニウム（合金も可）などが挙げられる。

また電源モジュール３の境界がフレーム１の長手方向と垂直方向に一致しないため、電源モジュール３の折れを防止する効果もある。本実施形態の電源モジュール３だけだと各電源モジュール列の端部は嵌合できないため、端部に１／２の形状の電源モジュール３’を配置することによりモジュールの搭載性と嵌合の確実性を向上することができる（図５（ｂ）参照のこと）。または、先の最３の実施形態で説明した図４（ｂ）に示す凹凸部３ａをさらに各電源モジュール列同士を嵌合するのに用いてもよいことはいうまでもない。

尚、本実施形態においても、先の第２の実施形態で用いたと同様の連接部材を追加することにより、梁である桁構造部材の上下方向の振動やフレーム等の曲げに対する強度を強化してもよいことは言うまでもない。

（第５の実施形態）
本発明における車体構造の第５の実施形態は、電源モジュールを搭載する車体の構造であって、車体および／またはフレームの一部がなす空間に桁構造部材を配置し、該空間の内部に該電源モジュールを設置してなる車体構造の更に他の実施形態である。

図６は、本実施形態の１例を表す図面であって、上記第１の実施形態のように設置された直方体形状の電源モジュールの長手方向（図中；Ｍ_１）がフレームの長手方向（図中；Ｌ_１）に対して平行になるように設置するのに代えて、設置された直方体形状の電源モジュールの長手方向（図中；Ｍ_１）が、車体またはフレームの長手方向（図中；Ｌ_１）に対して平行または垂直ではなく斜め方向に設置されている様子を模式的に表した概略図面である。尚、図中の符号Ｍ_２は、電源モジュール３の短手方向を表し、符号Ｌ_２は、車体および／またはフレームの一部がなす空間Ａの短手方向を表す。

第５の実施形態では、図６に示すように、直方体形状の電源モジュール３を斜めに、すなわちフレームの方向と平行または垂直にならないように、かつ隣接して設置する。本実施形態では、第４の実施形態と同様に、電源モジュール３の境界がフレームの長手方向（図中；Ｌ_１）と垂直な方向に一致しないため、電源モジュール３の折れを防止する効果が、通常の直方体形状の電源モジュール３で得られる。ひいては、該電源モジュールを設置することで、車体やフレームの長手方向の曲げに対する強度も強化することができおる。

なお、図６にあるように、電源モジュール３を斜めにすることで、空間Ａ内部に隙間Ｂができる。この間隙Ｂには、軽量化や空冷による放熱性の点からは、特に何も充填する必要はない。ただし、必要があれば、当該間隙Ｂに、断熱材、衝撃吸収材などを充填してもよい。これらは、その後の整備性を損なわないように、着脱自在に充填されていることが望ましい。

尚、本実施形態においても、先の第２の実施形態で用いたと同様の連接部材を追加することにより、梁である桁構造部材の上下方向の振動やフレーム等の曲げに対する強度を強化してもよいことは言うまでもない。

さらに、本実施形態においても、先の第３や第４の実施形態で用いたと同様の上記嵌合構造を電源モジュールに形成してもよいことは言うまでもない。

尚、上記第１〜５の実施形態においては、これらの実施形態に特有の要件を除いては、上記第１〜５の他の実施形態で説明したと同様の要件を適宜採用することができるものである。よって、車両、車体、フレーム、空間、電源モジュール、電源要素、桁構造部材、連設部材などの各種要件に関しては、実施形態ごとに繰り返し説明を避けるため、その説明を省略している。

以下に、桁構造部材を配置した車体構造の最大主応力分布を計算例につき、具体例を挙げて詳しく説明する。

開断面（Ｕ字型断面）と閉断面（□断面）、および開断面に桁構造部材を配置した形状を有限要素法を用いて、開断面〜閉断面の強さの違い（計算による比較）を比較した結果を表１に示す。３種の形状につき、等断面の片持ち梁について捩り入力を模した偶力を開放端に与え、発生する最大主応力を比較した結果、桁構造部材による梁構造を追加することによって発生応力が低減できることを確認した。

用いた３種類の梁状部材を比較する。いずれも、高さ０．２ｍ、幅０．３ｍ、長さ１．３ｍ（共通）とした。

（１）Ｕ字型の開断面形状の部材（図９参照のこと）
（２）長方形の閉断面形状の部材（図１０参照のこと）
（３）開断面＋桁構造（幅０．１ｍ、間隔０．３ｍ×４本）の部材（図１１参照のこと）
用いた３種類の梁状部材の片方の端を固定し、他の端に偶力（１０^２Ｎ／ｍ^２、上向きと下向き）をかける。

用いた物性値：弾性率７．２×１０^４Ｎ／ｍ^２、ポアソン比０．３４（アルミ相当）とした。

結果（最大主応力）の比較
上記（１）の梁状部材；３．０２Ｎ／ｍ^２
上記（２）の梁状部材；１．９３Ｎ／ｍ^２
上記（３）の梁状部材；２．４０Ｎ／ｍ^２
図９〜１１には最大主応力分布を示した。図９から順に上記（１）、（２）、（３）の梁状部材を示す。最大主応力発生位置を図中矢印で示す。図中の右端には、各梁状部材に発生した応力を色分けした際の、各色に対応する応力の範囲を示している。

図９〜１１及び上記表１の断面形状による強度比較を行った結果から、上記（３）の梁状部材の最大主応力は、上記（１）と（２）の梁状部材の中間の値であるが、どちらかというと上記（２）の梁状部材の最大主応力分布に近い。また上記（１）から（３）への重量増分（以下「重量３」と略）は桁構造部材の分だが、上記（１）から（２）への重量増（以下「重量２」と略）は上記（１）における開断面部全体であり、「重量３」は「重量２」の１／４である。一方、上記（１）から（２）への応力低減代は約１．１Ｎ／ｍ^２、上記（１）から（３）への応力低減代は約０．６Ｎ／ｍ^２であり、重量増１／４で約１／２近い最大応力の低減が図れている。すなわち上記（３）は、重量増の割に補強効果が高いといえる。

本発明による車体構造の第１の実施形態の１例を示す模式図であって、フレームの一部がなす空間に桁構造部材を配置し、該空間の内部に該電源モジュールを設置していく様子を模式的に表した概略図面である。 本発明による車体構造の第１の実施形態における電源用及び制御用の配線の取り回しの１例を示す模式図である。 本発明による車体構造の第２の実施形態の１例を示す模式図であって、フレームの一部がなす空間に桁構造部材を配置し、該空間の内部に該電源モジュールを設置してなる第１の実施形態に加え、さらに該桁構造部材間が連接部材により連接されている様子を模式的に表した概略図面である。 本発明による車体構造のフレームがなす空間に電源モジュールを設置した第３の実施形態の１例を示す模式図である。このうち図４（ａ）は、第１の実施形態で用いた立方体ないし直方体形状の電源モジュールに代えて、設置された電源モジュール同士が、嵌合構造を介して互いに連接されている様子を模式的に表した概略図面である。図４（ｂ）は、図４（ａ）で設置された電源モジュール同士（任意の隣接する２個の電源モジュールを取り出している）が、嵌合構造を介して互いに連接されている様子を模式的に表した平面図である。 本発明による車体構造のフレームがなす空間に電源モジュールを設置した第４の実施形態の１例を示す模式図である。このうち図５（ａ）は、第１の実施形態で用いた立方体ないし直方体形状の電源モジュールに代えて、設置された電源モジュール同士が、上記第３の実施形態とは異なる他の嵌合構造を介して互いに連接されている様子を模式的に表した概略図面である。図５（ｂ）は、図５（ａ）で設置された電源モジュール同士（任意の隣接する各列２．５個の電源モジュールを取り出している）が、嵌合構造を介して互いに連接されている様子を模式的に表した平面図である。 本発明による車体構造のフレームがなす空間に電源モジュールを設置した第５の実施形態の１例を示す模式図であって、第１の実施形態のように設置された直方体形状の電源モジュールの長手方向（図中；Ｍ_１）がフレームの長手方向（図中；Ｌ_１）に対して平行になるように設置するのに代えて、設置された直方体形状の電源モジュールの長手方向（図中；Ｍ_１）が、車体またはフレームの長手方向（図中；Ｌ_１）に対して平行または垂直ではなく斜め方向に設置されている様子を模式的に表した概略図面である。 本発明による車体構造のフレームがなす空間に設置する電源モジュールの内部構造の１例を示す模式図である。 本発明による車体構造のフレームがなす空間に設置する電源モジュールの内部構造の他の１例を示す模式図である。 開断面（Ｕ字型断面）形状の部材につき、等断面の片持ち梁について捩り入力を模した偶力を開放端に与え、発生する最大主応力を色の濃淡で表した模式図である。 閉断面（□断面）形状の部材につき、等断面の片持ち梁について捩り入力を模した偶力を開放端に与え、発生する最大主応力を色の濃淡で表した模式図である。 開断面に桁構造部材を配置した形状の部材につき、等断面の片持ち梁について捩り入力を模した偶力を開放端に与え、発生する最大主応力を色の濃淡で表した模式図である。

符号の説明

１ 車体あるいはフレームの一部、
２ 桁構造部材、
３ 電源モジュール、
４ 強度保持部材、
１１ 電源用配線、
１２ 電池モジュール端子、
１３ 制御用配線、
Ａ 空間（開断面部；溝部）、
Ｂ 空間内部の電源モジュール間の隙間、
Ｌ_１ フレームの長手方向、
Ｌ_２ フレームの短手方向、
Ｍ_１ 電源モジュールの長手方向、
Ｍ_２ 電源モジュールの短手方向、
７１ 電源モジュール（電池モジュール）、
７２ 単電池セル、
７３ セル固定構造、
７４ 集電体（導体）、
７５ 端子取出部、
７６ モジュールの電極端子、
７７ 柔軟層、
７８ 車体構造への取付面（取付部）、
７９ フレーム（車体）、
８０ ポッティング材、
８１ 電池モジュールの外装ケース、
８２ 電池モジュール蓋部、
８３ ポッティング材注入口、
９９ 最大応力発生部。

Claims (7)

1. 電源モジュールを搭載する車体の構造であって、車体および／またはフレームの一部がなす空間に桁構造部材を配置し、該空間の内部に該電源モジュールを設置してなることを特徴とする車体構造。
2. 請求項１に記載の車体構造であって、前記桁構造部材間が連接部材により連接されていることを特徴とする車体構造。
3. 請求項２に記載の車体構造であって、前記連接部材により設置された電源モジュールがさらに連接されていることを特徴とする車体構造。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の車体構造であって、設置された電源モジュール同士が、嵌合構造を介して互いに連接されていることを特徴とする車体構造。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の車体構造であって、設置された電源モジュールが、車体ないしフレームの長手方向に対して斜め方向に設置されていることを特徴とする車体構造。
6. 請求項１〜５に記載の車体構造であって、該電源モジュールの電源要素が、リチウムイオン二次電池であることを特徴とする車体構造。
7. 請求項６に記載の車体構造であって、該電源モジュールの電源要素であるリチウムイオン二次電池が、ラミネートパッケージに封入されていることを特徴とする車体構造。