JP2017196943A - 車両のバッテリ搭載構造 - Google Patents

Abstract

【課題】固定具の変形を防止することができる車両のバッテリ搭載構造を提供する。【解決手段】一対のサイドシル２３は、車幅方向に間隔を空けてかつ車両の前後方向に延ばして配置される。電池パック１６は、複数の単セルを一方向に積層して一体化したバッテリモジュール１７を有し、バッテリモジュール１７の積層方向を車幅方向に合わせた姿勢で一対のサイドシル２３の互いに平行な部分の間に配置され、ボルト７１により一対のサイドシル２３に固定される。電池パック１６をボルト７１により一対のサイドシル２３に固定した状態で電池パック１６と第１サイドシル２３との間には隙間７９が生じる。隙間７９には、車幅方向に押圧する押圧部８０ａが設けられている。【選択図】図３

Description

本発明は、車両に対してバッテリを搭載するための構造に関し、さらに詳しくは、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。

従来、フロアパネルの下方でバッテリを支持するバッテリフレームを備えた車両のバッテリ搭載構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。この種の車両のバッテリ搭載構造は、車室の床面を構成するフロアパネルの下方にバッテリを搭載するように構成されている。車体の左右両側には、車両の前後方向に互いに平行に延びる一対のサイドメンバ（骨格部材）が配置されている。これらのサイドメンバの前端部には、車両の幅方向（車幅方向）に向けた配置されたフロントサイドメンバが各サイドメンバを連結した状態に固定され、また各サイドメンバの後端部には、車幅方向に向けて配置されたリヤサイドメンバが各サイドメンバを連結した状態に固定されている。そして、上記の一対のサイドメンバおよびフロントクロスメンバならびにリヤクロスメンバによって形作られる枠部の内側の開口部に、バッテリを収容したバッテリアセンブリが下方からボルトにより固定されている。

国際公開第２０１０／０９８２７１号公報

車両のバッテリ搭載構造では、バッテリアセンブリが車両の底面にボルトにより固定されている。バッテリアセンブリは、近年コンパクト化が進んでいるが、まだまだ大きくかつ重いものである。このため、車両の振動がバッテリアセンブリに伝達されると、ボルトが次第に緩んでいくおそれがある。ボルトが緩んでガタが生じると、ボルトに応力が集中して、例えばボルトが変形することがある。

本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、固定具の変形を防止することが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、本発明は、車幅方向に間隔を空けてかつ車両の前後方向に延ばして配置された一対の骨格部材と、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し、前記一対の骨格部材の間に配置された電池パックとを備えた車両のバッテリ搭載構造において、前記電池パックは、前記積層体の積層方向を前記車幅方向に合わせた姿勢で前記一対の骨格部材の互いに平行な部分の間に配置されるとともに、前記電池パックと前記一対の骨格部材とを固定する固定具と、前記固定具によって前記電池パックを前記一対の骨格部材に固定した状態で前記電池パックと少なくとも一方の前記骨格部材との間に生じる隙間に配置されており、前記車幅方向に向けて押圧力を発生し、かつ外部からの操作によって前記押圧力を変えることができる押圧部とを備えたことを特徴とするものである。

本発明においては、固定具によって電池パックを一対の骨格部材に固定した状態で電池パックと少なくとも一方の骨格部材との間に生じる隙間に押圧部を配置して、押圧部が車幅方向に向けて押圧力を発生するため、例えばボルトが緩んでも押圧部の押圧力により電池パックが骨格部材に押し付けられる。このため、応力がボルトに集中することを防ぐことができ、よってボルトの変形を防止することができる。また、押圧部の押圧力を外部から操作することで変えることができるので、隙間の寸法に応じて押圧力を調整する作業が簡単に行える。

本発明が適用される車両の下部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。 第１サイドシルおよび電池パックを示す断面図である。 押圧部の一例を示す正面図である。 一対のアンダーリインフォースの間に電池パックを配置した他の実施例を示す。

以下、図面を用いて実施例を説明する。図１は、本発明が適用される車両１０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す。図１に示すように車両１０は、例えばフロントコンパートメント１１にコンバータ１２、インバータ１３、モータ１４および動力伝達機構１５を搭載し、また車両１０の底面には、二次電池となっている電池パック１６を搭載している。電池パック１６は、詳しくは後述する単セルの集合体を含むバッテリモジュール１７，１８，１９，２０と、直方体をなすケース２１とを有する。バッテリモジュール１７〜２０は、例えば車両１０の前後方向に間隔を空けて４列に配置した状態でケース２８に収容されている。コンバータ１２は、バッテリモジュール１７〜２０から出力される電圧を昇圧するとともに、バッテリモジュール１７〜２０ら出力される電圧の変動を吸収して安定した電圧をインバータ１３に供給する。インバータ１３は、バッテリモジュール１７〜２０から出力される直流電流を交流電流に変換するとともに、周波数を制御する。動力伝達機構１５は、モータ１４が出力する駆動力を増減して駆動輪となっている前輪２２に伝達する。

車両１０は、車幅方向の両端に、車両１０の前後方向に延びた第１サイドシル２３および第２サイドシル２４（一対のサイドシル（ロッカ）２３，２４）を備えている。また、一対のサイドシル２３，２４には、車両１０の前方に、車幅方向に延設されたフロントクロス２５の両端が固定されている。また、一対のサイドシル２３，２４には、車両１０の後方に、車幅方向に延設されたリヤクロス２９の両端が固定されている。

電池パック１６は、一対のサイドシル２３，２４の互いに平行な部分２６，２７の間に配置される。なお、一対のサイドシル２３，２４は車両１０の前後方向に平行でなくてよい。電池パック１６は、車両１０の側面衝突時に一対のサイドシル２３，２４に入力される衝撃荷重に対する抵抗力を補う補強材として機能する。電池パック１６は、例えば１０箇所の固定位置３０，３１，３２，３３，３４，３５，３６，３７，３８，３９にて固定具、例えばボルト締結により一対のサイドシル２３，２４に固定される。一対のサイドシル２３，２４は、一対の骨格部材の一例である。

図２は、バッテリモジュール１７の一例を示す斜視図である。図２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す。図２に示すようにバッテリモジュール１７は、第１エンドプレート４０、第２エンドプレート４１、第１テンションプレート４２、第２テンションプレート４３および電池スタック４４を備えている。電池スタック４４は、複数の単セル４５（４５−１，４５−２・・・４５−ｎ（ｎは自然数））を車幅方向に積層して一体化したものである。なお、電池スタック４４は、積層体の一例である。

単セル４５は、固体電解質（図示なし）と、固体電解質に対して積層方向の両側に設けられた一対の電極（図示なし）とを有する。複数の単セル４５は、配線部材、例えばケーブル（図示なし）により互いが電気的に接続されている。バッテリモジュール１７は、複数の単セル４５を直列に接続して構成されており、単セル４５の数に応じた電圧を、外部に露呈された一対の電極端子を通じて出力する。バッテリモジュール１７〜２０は、各々が電気的に並列に接続される。バッテリモジュール１７〜２０を並列に接続することによりモータ１４の駆動に必要な電流容量が得られる（図１参照）。

第１エンドプレート４０および第２エンドプレート４１は、電池スタック４４の積層方向の両端に配置される。第１テンションプレート４２は、電池スタック４４の上側で第１エンドプレート４０および第２エンドプレート４１の間に、固定具、例えば複数のボルト４７およびボルト４８により固定される。第２テンションプレート４２は、電池スタック４４の下側で、第１エンドプレート４０および第２エンドプレート４１の間に、固定具、例えば複数のボルト４７およびボルト４８により固定される。第１エンドプレート４０、第２エンドプレート４１、第１テンションプレート４２および第２テンションプレート４３は、硬度または剛性を有する材質を有する。電池スタック４４は、ボルト４７およびボルト４８の締め付けによって第１エンドプレート４０および第２エンドプレート４１の間で積層方向に拘束される。

バッテリモジュール１７は、電解質が固体であるため電解液漏れの心配がなく、また単セル４５を構成する主な部材が耐衝撃性の高い要求を満たすように作られているため、拘束方向での耐衝撃性が非常に高い長所を有する。なお、第１エンドプレート４０および第２エンドプレート４１には、絶縁性材料で形成されたケース２１に固定するための固定板５０が複数設けられている。なお、他のバッテリモジュール１８〜２０は、図２で説明したバッテリモジュール１７と同じまたは同様な構成となっている。

図３は、第１サイドシル２３および電池パック１６を示す断面図である。図３では、矢印ＬＨ方向が車幅方向うちの左方向を、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す。図３に示すように電池パック１６は、バッテリモジュール１７およびケース２１を含む。ケース２１は、バッテリモジュール１７が固定される収容部５５、および収容部５５の開口５６を塞ぐ蓋部５７を有する。蓋部５７の上面は、フラットになっている。第１サイドシル２３は、車体の軽量化と剛性確保の両立化を目的として、例えばアルミ軽合金材料を用いて押し出し加工により断面形状が閉じられた中空部６６（６６ａ，６６ｂ，６６ｃ）を有するように一体に成形されている。なお、図示していないが第２サイドシル２４も図３で説明した第１サイドシル２３と同じまたは同様な形態になっている。また、一対のサイドシル２３，２４としては、例えばサイドシルアウタとサイドシルインナとを接合することで内部に中空部を形成する構成としてよい。

第１サイドシル２３には、フロアパネル５９の一端６０が固定されている。なおフロアパネル５９の他端は、図示していないが第２サイドシル２４に固定される。フロアパネル５９の下には、電池パック１６が配置される。バッテリモジュール１７の固定板５０は、収容部５５に形成された固定部６１に締結具、例えばボルト６２により固定される。バッテリモジュール１７に設けた他の固定板５０は図示していないが前述した固定板５０および固定部６１と同じまたは同様な構成により収容部５５に固定される。ボルト６２によってバッテリモジュール１７をケース２１に固定した状態で収容部５５の車幅方向における内壁面６３と、第１エンドプレート４０の車幅方向における外面６４とが互いに平行に対向している。ここで「平行」というのは、物理的に「厳密な平行」はもちろん、技術常識的からみて平行にみられる「略平行」を含む概念である。なお、以下で言う「平行」も前述したと同じまたは同様な概念とする。

収容部５５には、連結部５８が取り付けられている。連結部５８は、例えば断面が矩形になっており、車両１０の前後方向に延ばされた長尺部材となっている。第１サイドシル２３は、車両１０の下方で、かつ車幅方向の内側に、矩形状に一段窪んだ凹部６８を有する。凹部６８には、連結部５８に取り付けるための取付孔６９が設けられ、また凹部６８の内側の中空部６６ａには、連結部５８を固定するための固定具、例えばナット７０が仮止めにて接着されている。また、連結部５８には、固定具、例えばボルト７１を第１サイドシル２３に取り付けるための取付孔７３が設けられている。また、連結部５８には、ボルト７１を取付孔６９に挿通させるための開口７２が設けられている。電池パック１６は、連結部５８を凹部６８に挿入した後に、ボルト７１を車両１０の底面側から上方に向けた姿勢で開口７２を通して取付孔７３，６９に挿入して、挿入したボルト７１をナット７０に螺合させることで第１サイドシル２３に固定される。なお、ボルト７１は、図１で説明した固定位置３０〜３９にてそれぞれ締結されている。

電池パック１６を連結部５８により第１サイドシル２３に固定した状態で電池パック１６の車幅方向における外側の端面７５と、第１サイドシル２３の車幅方向における内側面７６とが互いに平行に対向している。連結部５８の上には、端面７５と内側面７６との間に隙間７９が作られている。隙間７９には、押圧部８０ａが介装されている。押圧部８０ａは、端面７５と内側面７６との間の隙間７９を車幅方向に押圧する。押圧部８０ａの押圧力は、車両１０の下に設けられたボルト頭部８１を回転させることで可変される。連結部５８には、断面矩形を構成する下面と上面とにそれぞれ開口部８３，８４が形成されている。開口部８３，８４を通して、例えば治具を挿入することでボルト頭部８１を車両１０の底面から回転させることが可能となっている。なお、電池パック１６と第１サイドシル２３との取り付け構成は、車幅方向の左側に配置した第２サイドシル２４に対しても図３で説明したと同じまたは同様な構成になっている。また、この実施例では、押圧部８０（８０ａ，８０ｂ，８０ｃ，８０ｄ）を車幅方向の左右対称の位置に４個配置している（図１参照）。

図４は、押圧部８０ａの一例を示す正面図である。図４では、矢印ＬＨ方向が車幅方向うちの左方向を、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す。図４に示すように押圧部８０ａは、一対のリンク機構７７，７８によって押圧部材８５を車幅方向に移動させる、いわゆるパンタグラフ式のものとなっている。第１リンク機構７７は、第１上アーム８６および第２上アーム８７を有する。第１上アーム８６は、一端８８が上交差部９０に枢着されている。第２上アーム８７は、一端８９が上交差部９０に枢着されている。第２リンク機構７８は、第１下アーム９１および第２下アーム９２を有する。第１下アーム９１は、一端１０２が下交差部９３枢着されている。第２下アーム９２は、一端９４が下交差部９３に枢着されている。第１上アーム８６の他端９５と第１下アーム９１の他端９６とは、座板部材９７に枢着される。座板部材９７は、車幅方向の左方に端面７５に平行な座面９８を有し、座面９８は端面７５に当接される。第２上アーム８７の他端９９と第２下アーム９２の他端１００とは、押圧部材８５に枢着される。押圧部材８５は、車幅方向の右方に内側面７６に平行な押圧面１０１を有し、押圧面１０１は内側面７６に当接される。

上交差部９０には、ネジ棒１０３の上端１０４を回転自在に支持する支持部１０５が設けられている。また下交差部９３は、ネジ棒１０３のネジが螺合する雌ねじ部１０６を有する。ボルト頭部８１を回転させると、雌ねじ部１０６とともに下交差部９３が上交差部９０との間の間隔が変化するように移動するため、押圧部材８５が座板部材９７との間の間隔が変化するように移動する。つまり押圧部８０ａは、第１サイドシル２３に対して電池パック１６を押圧するため、例えば緩んだボルト７１に応力が集中することで生じるボルト７１の変形を防止することができる。また、押圧部８０ａを設けることで、車両１０の側面衝突時に第１サイドシル２３から入力される衝撃荷重を電池パック１６に伝達する経路が作られるため、車両１０の剛性が向上する。

座板部材９７、上交差部９０、および押圧部材８５に渡る上部、つまり押圧部８０の上方で隙間７９を塞ぐ範囲には、防水部材、例えば防水シート１０８が設けられている。防水シート１０８は、車両１０の底面から電池パック１６の上面へ水が入らないように、車両１０の前後方向に延びた長尺シートとなっている。図示していないが防水シート１０８の前端はフロントクロス２５に、また後端はリヤクロス２９にそれぞれ固定されている。つまり一対のサイドシル２３，２４と電池パック１６との車両１０の前後方向にわたる隙間に防水シート１０８が配置される。

図５は、一対のアンダーリインフォース１１０，１１１の間に電池パック１６を配置した実施例を示す。図５では、矢印ＬＨ方向が車幅方向うちの左方向を、矢印ＦＲ方向が車両前後方向のうちの前方向をそれぞれ示す。図５に示すように一対のアンダーリインフォース１１０，１１１は、一対のサイドシル２３，２４の間に車両１０９の前後方向に延ばして設けられている。電池パック１６は、一対のアンダーリインフォース１１０，１１１に設けられた互いに平行な部分１１２，１１３の間に配置されている。電池パック１６と一対のアンダーリインフォース１１０，１１１との間の隙間には、図４で説明した押圧部８０（８０ａ〜８０ｄ）が設けられている。押圧部８０は、例えば車幅方向の左右対称の位置に４個使用されている。なお、一対のアンダーリインフォース１１０，１１１は、一対の骨格部材の一例である。

以上、上記各実施例に基づいて説明したが、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が加えられて実施されるものである。例えば上記各実施例で説明したバッテリモジュール１７〜２０の個数は複数個であればよい。また、コンバータ１２を省略してインバータ１３をバッテリモジュール１７〜２０に直接に接続してよい。さらに、駆動輪が後輪となるようにコンバータ１２、インバータ１３、モータ１４および動力伝達機構１５をリヤ側に配置してよい。さらにコンバータ１２、インバータ１３、モータ１４および動力伝達機構１５をフロント側およびリヤ側にそれぞれ配置して四輪駆動としてよい。さらにまた、モータを全車輪近くに複数搭載し、複数のモータで直接各車輪を駆動するインホイールモータの構成を使用してよい。また、上記各実施例では、電気自動車の車両として説明しているが、例えばガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関と充放電可能なバッテリモジュールに蓄積された電力により駆動するモータとを動力源とするハイブリッド車両や外部電源により充電可能なプラグインハイブリッド車両としてよい。

さらに、上記各実施例では、押圧部８０を４個設けているが、複数であればよい。また押圧部８０は、車幅方向の左右対称の位置に設けているが、左右非対称の位置に設けてよい。さらに、押圧部８０は、一対のサイドシル２３，２４のうちの少なくとも一方のサイドシルと電池パック１６との間に配置されていればよい。さらに、押圧部８０としては、図４で説明した機構に限らず、車幅方向のうちの少なくとも一方向の外側に向けて押圧する力を発生するものであれば、例えば突っ張り用ジャッキを含む周知の機構を使用することができる。

１０，１０９…車両、 １６…電池パック、 １７〜２０…バッテリモジュール、 ２３，２４…サイドシル、 ４４…電池スタック、 ７１…ボルト、 ８０…押圧部。

Claims (1)

1. 車幅方向に間隔を空けてかつ車両の前後方向に延ばして配置された一対の骨格部材と、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し、前記一対の骨格部材の間に配置された電池パックとを備えた車両のバッテリ搭載構造において、
   前記電池パックは、前記積層体の積層方向を前記車幅方向に合わせた姿勢で前記一対の骨格部材の互いに平行な部分の間に配置されるとともに、
   前記電池パックと前記一対の骨格部材とを固定する固定具と、
   前記固定具によって前記電池パックを前記一対の骨格部材に固定した状態で前記電池パックと少なくとも一方の前記骨格部材との間に生じる隙間に配置されており、前記車幅方向に向けて押圧力を発生し、かつ外部からの操作によって前記押圧力を変えることができる押圧部とを備えたことを特徴とする車両のバッテリ搭載構造。

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