JP2017196942A - 車両のバッテリ搭載構造 - Google Patents

Abstract

【課題】高電圧ハーネスの保護性能に優れた車両のバッテリ搭載構造を提供することを目的とする。【解決手段】骨格部材２の間に掛け渡されたフロアパネル１６が設けられ、バッテリパック１５は、複数の単電池からなるバッテリモジュール１７を複数有するとともに、複数のバッテリモジュール１７がフロアパネル１６に沿いかつ車両の幅方向に向けて配列され、車両の幅方向に並んでいるバッテリモジュール１７同士の間に所定の間隔があけられるとともに、間隔があいている箇所に、ハーネス２６が配置された収容部２８が設けられ、収容部２８は、車両の幅方向での両側に位置する一対の側壁部２８ａを有し、少なくとも一方の側壁部２８ａは、車両の幅方向に向けた直線Ｌについて垂直な基準面Ｐに対して傾斜している。【選択図】図２

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に記載された構造では、複数のバッテリを垂直方向に積層した第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。第１バッテリユニットは、車両の前後方向でのほぼ中央部でかつ車幅方向での中心部に所定の間隔をあけた左右両側に車両の前後方向に沿って複数個配置されている。第２バッテリユニットは、第１バッテリユニットより車両の前後方向で後ろ側に、バッテリの積層方向を車幅方向に向けて配置されている。そして、これらのバッテリユニットに接続されたハーネスが、車幅方向において第１バッテリユニット同士の間に形成されたスペースを通って第１バッテリユニットより車両前方側に引き出されている。

国際公開第２０１０／０９８２７１号

特許文献１に記載されている上記の第１バッテリユニットおよび第２バッテリユニットや制御ユニットならびにハーネスなどは、板の上に矩形枠を形成したバッテリ搭載フレームに載せられ、その状態で車体のサイドシルの間でかつフロアパネルの下側に搭載されている。サイドシルは車体のフロア側における骨格部材であり、側面衝突などによる横からの荷重が掛かった場合に、その荷重を受けて車体の変形を抑えるように機能する。しかしながら、車体は変形により衝突エネルギを吸収するように構成されているから、サイドシルが車幅方向に変形することがある。その場合、特許文献１に記載された搭載構造では、サイドシルに押されてバッテリ搭載フレームが変形するとともに、その上に載せられている第１バッテリユニットが車幅方向に移動する可能性がある。この第１バッテリユニット同士の間にハーネスが通されているので、第１バッテリユニットが車幅方向に移動すると、ハーネスが第１バッテリユニット同士によって挟み付けられて圧壊し、破損する可能性がある。このような不都合は、特許文献１に記載された搭載構造に限らず、車幅方向にバッテリを並べて搭載し、かつそれらのバッテリ同士の間に車両の前後方向に向けてハーネスを通した構造で共通して生じる。

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り、車幅方向に並べて配置されたバッテリモジュールの間のスペースを有効利用してハーネスを配置するとともに、車幅方向に大きい荷重が掛かった場合にハーネスの損傷を防止もしくは抑制す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、車両の左右両側に車両の前後方向に向けて配置された骨格部材の間に前記車両の走行のための動力源となるバッテリパックが配置された車両のバッテリ搭載構造において、前記骨格部材の間に掛け渡されたフロアパネルが設けられ、前記バッテリパックは、複数の単電池からなるバッテリモジュールを複数有するとともに、複数の前記バッテリモジュールが前記フロアパネルに沿いかつ前記車両の幅方向に向けて配列され、前記車両の幅方向に並んでいるバッテリモジュール同士の間に所定の間隔があけられるとともに、前記間隔があいている箇所に、ハーネスが配置された収容部が設けられ、前記収容部は、前記車両の幅方向での両側に位置する一対の側壁部を有し、前記一対の側壁部のうちの少なくとも一方の側壁部は、前記車両の幅方向に向けた直線について垂直な基準面に対して傾斜していることを特徴とするものである。

この発明によれば、側面衝突などにより車両の幅方向に大きい荷重が作用した場合、骨格部材の変形に伴ってバッテリモジュールが車両の幅方向に移動することがある。車両の幅方向に移動するバッテリモジュールによって収容部が車両の幅方向に変形すると、収容部を形成している側壁部の間にハーネスが挟み込まれる。その場合、少なくとも一方の側壁部がいわゆる傾斜壁となっているので、その傾斜壁からハーネスに作用する荷重は、斜め上向きもしくは斜め下向きの荷重となり、ハーネスを収容部から押し出す方向に分力が作用する。すなわち、ハーネスを側壁部同士の間に挟み付ける荷重が、側壁部に作用する車両の幅方向の荷重に対して減じられる。そのため、この発明によれば、ハーネスの損傷を防止もしくは抑制することができる。

この発明の実施例における車両の一例を模式的に示す図である。 図１のII−II線に沿う部分断面図である。 そのバッテリモジュールの一つを一部省略して示す斜視図である。 この発明の他の実施例を示す部分断面図であって、図２と同様の部分断面図である。 低電圧ハーネスをサイドシルとバッテリパックとの間に配置した例を示す部分断面図である。

以下、この発明の実施例について図面を参照して説明する。図１は、この発明を適用した車両１を底面側から見た構造を概略的に示しており、矢印ＦＲは車両１の前後方向での前方側を示し、矢印ＬＨは車幅方向での左側を示している。この車両１の骨格は以下のとおりである。車幅方向での左右両側のそれぞれに車両１の前後方向に向けたサイドシル（ロッカと称されることもある）２，２が設けられており、これらのサイドシル２，２の前端部（車両の前後方向での前側の端部）同士がダッシュボードクロスメンバもしくはフロントクロスメンバ（以下、単にフロントクロスと称することがある）３によって連結されている。なお、サイドシル２，２がこの発明の実施例における骨格部材に相当している。フロントクロス３における左右対称となる位置に前方に向けて延びた一対のフロントサイドメンバ４，４が取り付けられている。そのフロントサイドメンバ４，４のそれぞれによって、図示しないサスペンションを介して前輪５，５が支持されている。

図１に示す車両１では前輪５，５が操舵輪であると同時に駆動輪になっており、車両１の前方側に形成されているフロントコンパートメント６内に前輪５，５を駆動する走行装置７が設けられている。走行装置７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、フロントコンパートメント６内には、ＤＣ／ＤＣコンバータ８が配置されている。走行装置７がモータを含む場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ８と走行装置７とは電気的に接続されている。

サイドシル２，２の後端部（車両の前後方向での後ろ側の端部）のそれぞれには、車両１の後方に延びたリヤサイドメンバ９，９が一体化されており、そのリヤサイドメンバ９，９のそれぞれによって、図示しないサスペンションを介して後輪１０，１０が支持されている。これらの後輪１０，１０も駆動輪となっており、車両１の後方側に形成されているリヤコンパートメント１１内に後輪１０，１０を駆動するモータ１２が配置されている。モータ１２は例えば同期電動機であり、このモータ１２を制御するためのインバータ１３がモータ１２と共にリヤコンパートメント１１内に配置されている。リヤサイドメンバ９，９の基端部（サイドシル２，２側の端部）の間にリヤクロスメンバ（以下、単にリヤクロスと称することがある）１４が配置されて、リヤサイドメンバ９，９同士がこのリヤクロス１４によって連結されている。

前述した一対のサイドシル２，２ならびにフロントクロス３およびリヤクロス１４によって矩形状の枠部が構成されており、この枠部の内部にバッテリパック１５が搭載されている。バッテリパック１５は、フロアパネルの上面側あるいは下面側のいずれに配置されていてもよく、以下の説明では、図２に部分断面図として示すように、フロアパネル１６の下面側にフロアパネル１６に沿って設けられている例について説明する。バッテリパック１５は、複数の単セルを積層してバッテリモジュール１７とし、複数（図１の例では１０個）のバッテリモジュール１７を直方体状のケース１８に収納し、かつそれらのバッテリモジュール１７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１７は、車幅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。

フロアパネル１６は、左右両側のサイドシル２，２に掛け渡した状態で配置されてこれらのサイドシル２，２に固定されてサイドシル２，２の間の部分を覆っている。また、サイドシル２，２の長手方向（車両１の前後方向）で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）１９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１９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、その開口端側をフロアパネル１６に密着させて閉じた状態にフロアパネル１６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２，２に固定されている。これらのフロアクロス１９の間隔は、車両１の前後方向における前述したバッテリモジュール１７の幅より幾分大きい間隔である。フロアクロス１９同士の間にバッテリモジュール１７を配置するためである。

ここで、上記のバッテリモジュール１７の構成について説明する。図３は、バッテリモジュール１７の一例を示す斜視図である。図３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、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３に示すようにバッテリモジュール１７は、平板形状の複数の単セル（単電池）２０を積層したバッテリスタック２１と、そのバッテリスタック２１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２２と、バッテリスタック２１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２２にそれぞれボルト２３によって連結された一対のテンションプレート２４とを備えている。単セル２０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２３を締め込むことにより前記一対のエンドプレート２２によって強固に密着させられている。なお、図３における符号２５は端子を示している。

バッテリパック１５における各バッテリモジュール１７とＤＣ／ＤＣコンバータ８、およびＤＣ／ＤＣコンバータ８とモータ１２もしくはインバータ１３とが高電圧ハーネス２６によって電気的に接続されている。また、低電圧ハーネス２７によって各バッテリモジュール１７ならびにＤＣ／ＤＣコンバータ８およびインバータ１３が電気的に接続されている。図１に示す構造では、高電圧ハーネス２６は、車幅方向での中央部でかつ各バッテリモジュール１７の間に、車両１の前後方向に向けて配置されている。これに対して低電圧ハーネス２７は、車幅方向での両側でサイドシル２に沿った位置に配置されている。これらのハーネス２６，２７の配置状態を図２に模式的に示してある。

バッテリパック１５におけるケース１８の上蓋のうち、車幅方向での中央部でかつバッテリモジュール１７の間に対応する部分は、フロアパネル１６の下面側もしくはフロアクロス１９の下面側に窪んでいて、その窪んでいる箇所はバッテリパック１５の前後両端部に到る凹溝状をなしており、この凹溝状の部分が高電圧ハーネス２６の収容部２８となっている。したがって、収容部２８は車幅方向における左右両側の側壁部２８ａによって区画された凹部であって、その側壁部２８ａは車幅方向に向けた直線Ｌに垂直な基準面Ｐに対して所定の角度θで交差する傾斜面とされている。図２に示す例では、左右両方の側壁部２８ａが傾斜面となっており、これらの側壁部２８ａは、収容部２８の底部側での間隔が狭く、開口側（上側）での間隔が広いいわゆる上広がりの傾斜面とされている。そして、収容部２８に配置されている高電圧ハーネス２６の上側にスペースがあいている。なお、この発明の実施例では、左右いずれか一方の側壁部２８ａのみが傾斜面とされ、他方の側壁部２８ａは前記基準面Ｐに一致する垂直面であってもよい。

一方、低電圧ハーネス２７は図２に示す例では、サイドシル２，２の内部に配置されている。サイドシル２，２は、押し出し成形材あるいは板金加工材であって剛性を維持しつつ軽量化するために中空構造とされており、その内部に左右方向（車幅方向）での補強を兼ねた板状の仕切り部２ａが設けられている。低電圧ハーネス２７は、その仕切り部２ａに載せた状態でサイドシル２，２の内部に配置されている。なお、低電圧ハーネス２７は、サイドシル２，２の車両１の前後方向での端部から引き出されてＤＣ／ＤＣコンバータ８やインバータ１３に接続されている。なお、これらの接続を行うための結線部を適宜に設けてもよい。また、サイドシル２，２の内部には、ＤＣ／ＤＣコンバータ８やインバータ１３を冷却するための冷却媒体（例えば水）を流通させる冷却配管を、低電圧ハーネス２７と併せて配置してもよい。

ここで、サイドシル２，２に対するバッテリパック１５の締結構造について簡単に説明すると、バッテリパック１５におけるケース１８の左右両側部には、サイドシル２，２の下側に延び出ているフランジ部１８ａが一体化して設けられている。このフランジ部１８ａは中空構造であって、サイドシル２，２に対して溶接やボルト止めなどの適宜の手段で固定されている。

上述した図１および図２に示すバッテリ搭載構造では、側面衝突などによってサイドシル２，２に対して大きい荷重が掛かると、サイドシル２，２が車幅方向に変形して衝撃を緩和するとともに、バッテリモジュール１７が車幅方向の荷重を受けてケース１８などを介して他のバッテリモジュール１７などに荷重を分散して伝達する。すなわち、バッテリモジュール１７が車幅方向の荷重を受けて分散させる補強部材もしくは強度部材として機能する。その場合、バッテリモジュール１７が車幅方向に移動し、高電圧ハーネス２６の収容部２８を車幅方向に変形させることがある。このような変形は、収容部２８における各側壁部２８ａが互いに接近して収容部２８の幅が狭くなる変形であり、側壁部２８ａが高電圧ハーネス２６を車幅方向に押すことになる。

その側壁部２８ａは前述したように傾斜しているから、側壁部２８ａは高電圧ハーネス２６を車幅方向だけでなく上方向にも押す。そのため、側壁部２８ａによって押圧された高電圧ハーネス２６は上側に逃げるとともに、高電圧ハーネス２６を側壁部２８ａ同士の間に挟み付ける力が側壁部２８ａに掛かる車幅方向の荷重より小さくなる。その結果、側面衝突などによって車幅方向に大きい荷重が作用したとしても、高電圧ハーネス２６が押し潰されたり、損傷する可能性が低くなる。言い換えれば、高電圧ハーネス２６の保護性能を向上させることができる。

また、上述したバッテリ搭載構造では、高電圧ハーネス２６と低電圧ハーネス２７とが離れて配置されており、さらに高電圧ハーネス２６がフロアパネル１６とバッテリパック１５のケース１８との間に収容された状態になるので、高電圧ハーネス２６から発生する電磁波を特別な遮蔽部材を設けることなく遮蔽でき、また低電圧ハーネス２７に対するノイズを低減できる。またさらに、図１および図２に示す構造では、バッテリモジュール１７同士の間やサイドシル２，２の内部などのスペースを利用してハーネス２６，２７を配置するので、バッテリパック１５や車両１の小型軽量化に有利になり、またバッテリパック１５の大容量化に有利になる。

図１に示す例は、前後の四輪を駆動する四輪駆動車の例であり、その構成から前記モータ１２やインバータ１３を取り除くことにより二輪駆動車として構成することができる。すなわち、バッテリパック１５やその搭載構造を特には変更することなく、四輪駆動車および二輪駆動車として構成することができ、四輪駆動車と二輪駆動車とに共通して使用できるので、車両１の低コスト化を図ることができる。そして、サイドシル２，２側に設けた低電圧ハーネス２７や冷却配管は破損によるダメージが少ない部品であり、これらの部品が側面衝突などによる大きい荷重で破損した場合、その破損に伴ってエネルギを吸収し、車両１に対する衝撃が緩和される。すなわち、車両１の全体としてダメージを抑制しつつ衝撃を低減できる。

図４はこの発明の他の実施例を示し、前述した図２と同様の部分断面図である。ここに示す例は、収容部２８がバッテリパック１５の下部に形成されている例である。具体的に説明すると、バッテリパック１５におけるケース１８の底板のうち、車幅方向での中央部でかつバッテリモジュール１７の間に対応する部分は、ケース１８の内側に向けて凸となっている。バッテリパック１５の下面側から見た場合には、上側に窪んでいる。その凸となっている部分（窪んでいる箇所）は、車両１の下側から見た場合、バッテリパック１５の前後両端部に到る凹溝状をなしており、この凹溝状の部分が高電圧ハーネス２６の収容部２８となっている。したがって、収容部２８は車幅方向における左右両側の側壁部２８ａによって区画された凹部であって、その側壁部２８ａは図２に示す例と同様に、車幅方向に向けた直線に垂直な基準面Ｐ対して所定の角度で交差する傾斜面とされている。なお、傾斜方向は図２の例とは反対になっている。

図４に示す例では、左右両方の側壁部２８ａが傾斜面となっており、これらの側壁部２８ａは、収容部２８の底部側（図４での上側）での間隔が狭く、開口側（図４での下側）での間隔が広いいわゆる下広がりの傾斜面とされている。凹溝状の収容部２８の開口端（バッテリパック１５の下面）には、その開口端を閉じるように補強材２９が取り付けられている。その補強材２９はハット形断面もしくはカップ形断面をなしていて、バッテリパック１５の内側に向けて窪んでいる収容部２８と共に、車両１の前後方向に長い閉じた断面形状の中空部を形成している。したがって、これら収容部２８と補強材２９とによって、ケース１８の車両１の前後方向における剛性が高められている。そして、収容部２８の内部で高電圧ハーネス２６と補強材２９との間、すなわち高電圧ハーネス２６の下側に所定のスペースがあいている。なお、図４に示すように構成した場合であっても、左右いずれか一方の側壁部２８ａのみが傾斜面とされ、他方の側壁部２８ａは前記基準面Ｐに一致する垂直面であってもよい。

なお、この発明は、高電圧ハーネス２６が車幅方向での中央部に形成されかつ傾斜面である側壁部２８ａを有する収容部２８に配置されていればよく、低電圧ハーネス２７は必ずしも骨格部材であるサイドシル２，２の内部に配置されていなくてもよい。例えば図５に示すように、サイドシル２，２とバッテリパック１５の側面との間にスペースを設け、そのスペースに低電圧ハーネス２７を通してもよい。また、この発明では、バッテリパックをフロアパネルの上側に配置してもよい。

１…車両、 ２…サイドシル（ロッカ）、 ８…ＤＣ／ＤＣコンバータ、 １２…モータ、 １３…インバータ、 １５…バッテリパック、 １６…フロアパネル、 １７…バッテリモジュール、 １８…ケース、 ２６…高電圧ハーネス、 ２７…低電圧ハーネス、 ２８…収容部、 ２８ａ…側壁部、 Ｌ…（車幅方向の）直線、 Ｐ…基準面。

Claims (1)

1. 車両の左右両側に車両の前後方向に向けて配置された骨格部材の間に前記車両の走行のための動力源となるバッテリパックが配置された車両のバッテリ搭載構造において、
   前記骨格部材の間に掛け渡されたフロアパネルが設けられ、
   前記バッテリパックは、複数の単電池からなるバッテリモジュールを複数有するとともに、複数の前記バッテリモジュールが前記フロアパネルに沿いかつ前記車両の幅方向に向けて配列され、
   前記車両の幅方向に並んでいるバッテリモジュール同士の間に所定の間隔があけられるとともに、前記間隔があいている箇所に、ハーネスが配置された収容部が設けられ、
   前記収容部は、前記車両の幅方向での両側に位置する一対の側壁部を有し、
   前記一対の側壁部のうちの少なくとも一方の側壁部は、前記車両の幅方向に向けた直線について垂直な基準面に対して傾斜している
   ことを特徴とする車両のバッテリ搭載構造。

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