JP2017196952A - 車両のバッテリ搭載構造 - Google Patents
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Abstract
【課題】車幅方向の衝突エネルギーを吸収する部材が、車幅方向に圧縮されたときの変位量を十分に確保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】車幅方向の両側に車両前後方向に延びてそれぞれ配置された骨格部材25と、前記骨格部材25の間に配置された電池パック18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18の車幅方向における両側面43と前記骨格部材25との間に、車両前後方向に長尺な中空状の補強部材55が連結され、前記補強部材55の下面の下側は開放空間69となっており、前記補強部材55の前記下面63に易変形部68が設けられ、前記易変形部68は、前記補強部材55における前記易変形部68以外の部分の前記車幅方向の荷重に対する強度より低強度で前記下面63の下側に向けて変形するように構成されている。【選択図】図1
Description
この発明は、車両が走行するためのバッテリをフロアパネルなどの車体の下側にある部材に取り付ける構造に関する。
特許文献1にはフロアパネルの下側に、車両が走行するための燃料電池スタック(バッテリ)が取り付けられた車両用電池搭載構造が記載されている。この車両用電池搭載構造には、左右一対のロッカの間にフロアパネルが設けられており、そのフロアパネルの下面側に、バッテリの下面を支持するバッテリフレームが設けられている。また、バッテリフレームの車幅方向外側には、エネルギー吸収部材が配置されている。そのエネルギー吸収部材は、車両前後方向に向けて設けられ、また、車幅方向に切断したときの断面が、矩形状の閉断面を有するブロックを複数並べたような形状である。つまり、エネルギー吸収部材の上面と下面とに連結する部材と、エネルギー吸収部材の対向する側面同士を連結する部材とが複数形成されている。
特許文献1に記載された構造によれば、側面衝突などにより車体の側方から大きな荷重が入力されたときに、エネルギー吸収部材の変位量などに応じたエネルギーを吸収することができる。しかしながら、そのエネルギー吸収部材の内部には、エネルギー吸収部材の上面と下面とに連結した部材が複数形成されているので、エネルギー吸収部材が上下方向に変位しにくい。そのため、エネルギー吸収部材の両側面の間に、エネルギー吸収部材の内部を構成する部材が挟まれる可能性がある。そのため、衝突エネルギーを受けたときに、エネルギー吸収部材の車幅方向への変位量が小さくなってしまい、その結果、エネルギー吸収部材が衝突エネルギーを十分に吸収することができないおそれがあった。
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、車幅方向の衝突エネルギーを吸収する部材が、車幅方向に圧縮されたときの変位量を十分に確保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、この発明は、車幅方向の両側に車両前後方向に延びてそれぞれ配置された骨格部材と、車幅方向におけるそれぞれの前記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、前記電池パックの車幅方向における両側面と前記骨格部材との間に、車両前後方向に長尺な中空状の補強部材が連結され、前記補強部材の下面の下側は開放空間となっており、前記補強部材の前記下面に易変形部が設けられ、前記易変形部は、前記補強部材における前記易変形部以外の部分の前記車幅方向の荷重に対する強度より低強度で前記下面の下側に向けて変形するように構成されていることを特徴とするものである。
この発明によれば、電池パックの車幅方向における両側面と骨格部材との間に設けられた車両前後方向に長尺な中空状の補強部材の下面に、易変形部が設けられている。その易変形部は、補強部材における易変形部以外の部分の車幅方向の荷重に対する強度より低強度であるので、車幅方向の荷重によって変形しやすく、また、その変形は、補強部材の下面の下側に向けて発生する。そのため、車幅方向外側から受けた衝突エネルギーを易変形部が車幅方向内側に変位あるいは変形しつつ吸収し、さらに、補強部材の車幅方向を向く両側面の間にその変形した易変形部が挟まれることを抑制することができる。したがって、補強部材が車幅方向に圧縮されたときに、易変形部が衝突エネルギーを吸収するための変位量を十分に確保することができる。
以下、図面を参照してこの発明の実施形態を説明する。図2は、この発明の実施形態における車両のバッテリ搭載構造1を適用した車両10の一例を示す図である。図2では、車両10を底面側から見ており、矢印FRは車両10の前方方向を、矢印RHは車幅方向の外側(車体右側)を示している。図2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5個の電池パック(バッテリ)16,17,18,19,20を搭載している。電池パック16〜20は、単セルの集合体を含むバッテリモジュール21を直方体のケース22に収容した形態となっている。コンバータ12は、バッテリモジュール21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21か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21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23に伝達する。なお、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21に直接に接続してよい。また、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。
車両10は、車幅方向の両端に、車両10の前後方向に延びた一対のサイドシル(ロッカー)24,25を備えている。一対のサイドシル24,25の互いに平行な部分の間には、電池パック16〜20が車両10の前後方向に所定間隔を保って並べて配置されている。電池パック16〜20の各々は、底面視にて車両10の前後方向の長さよりも車幅方向の長さが長い矩形状になっており、長手方向を車幅方向に合わせた向きで一対のサイドシル24,25の間に固定されている。一対のサイドシル24,25は、フロアパネル42(図1参照)の車幅方向における両側端側に車両前後方向に向けてそれぞれ配置された骨格部材の一例である。電池パック16〜20の各々は、側面衝突したときの衝撃荷重に対する抵抗力を補う補強材として機能する。一対のサイドシル24,25の互いに平行な部分のほぼ中央に配置された電池パック18に対して車両10の前後には、車幅方向に延ばして設けられたフロアクロス26,27が配置されている。フロアクロス26,27の両端は、一対のサイドシル24,25に固定されている。なお、この発明の実施形態では、電池パック16を5個使用しているが、これに限らず6個以上または単数を含む4個以下を使用してよい。また、フロアクロス26,27のいずれか一方または両方を省略してよい。さらに、一対のサイドシル24,25は平行でなくてもよい。
図3は、バッテリモジュール21の一例を示す斜視図である。図3では、矢印FRが車両10の前方向を、矢印LHが車幅方向の外側(車体左側)を、矢印UPが車両10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21は、第1エンドプレート30、第2エンドプレート31、第1テンションプレート32、第2テンションプレート33および電池スタック(積層体)34を備えている。バッテリモジュール21は、例えば車幅方向に沿う長さが車両10の前後方向に沿う長さよりも長く、車両10の高さ方向に沿う長さが車両10の前後方向に沿う長さよりも短い直方体の形状となっている。
電池スタック34は、複数の単電池(単セル)35を車幅方向に積層して一体化したものである。単セル35は、例えば車両10の前後方向の長さが車幅方向の長さ(厚み)よりも長く、車両10の高さ方向の長さが厚み長さよりも長い薄厚平板状に形成されている。電池スタック34は、単セル35の厚み方向、つまり車幅方向に積層されている。
単セル35は、固体電解質と、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(正極および負極)を有する。図示は省略するが、複数の単セル35は、ハーネス(ケーブル)により互いに電気的に接続されている。バッテリモジュール21は、複数の単セル35を直列に接続して構成されており、単セル35の数に応じた電圧を、外部に露出した正極端子および負極端子を通じて出力する。電池パック16〜20は、各々が電気的に並列に接続される。電池パック16〜20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。
第1エンドプレート30および第2エンドプレート31は、電池スタック34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32は、電池スタック34の上側で第1エンドプレート30および第2エンドプレート31の間に、固定具、例えば複数のボルト36,37により固定される。第2テンションプレート33は、電池スタック34の下側で、第1エンドプレート30および第2エンドプレート31の間に、固定具、例えば複数のボルト36,37により固定される。第1エンドプレート30、第2エンドプレート31、第1テンションプレート32および第2テンションプレート33は、硬度または剛性を有する材質から構成される。電池スタック34は、ボルト36,37の締結によって第1エンドプレート30および第2エンドプレート31の間で積層方向に拘束される。
このようなバッテリモジュール21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35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高い長所を有する。なお、第1テンションプレート32、第2テンションプレート33およびボルト36,37は、拘束部材の一例である。また、第1エンドプレート30および第2エンドプレート31には、絶縁性材料で形成されたケース22に固定するための固定板38が設けられている。固定板38は、バッテリモジュール21が固定される収容部40の図示しない固定部に、締結部材によって固定される。なお、固定板38は、一つは図示していないが、一つのモジュールに対して四つ設けられている。
図1は、車両前後方向で中央に配置された電池パック18とサイドシル25とが連結された状態を示す断面図である。以下の説明では、一つの電池パック18を例に説明するが、他の電池パック16,17,19,20についてもサイドシル25と同様に連結されている。図1では、矢印LHが車幅方向の外側(車体左側)を、矢印UPが車両上方向をそれぞれ示している。図1に示すように、電池パック18は、バッテリモジュール21およびケース39を含む。ケース39は、バッテリモジュール21が固定される収容部40、および収容部40を塞ぐ蓋部41を有する。電池パック18の上面には、フロアパネル42が配置されている。フロアパネル42は、車幅方向の両端が、サイドシル24,25に接合されている。
サイドシル25は、車体の軽量化と剛性確保とを目的として、例えばアルミ軽合金材料の押し出し加工によって形成されている。サイドシル25は、図1に示すように、電池パック18の車幅方向における外側の端面43に対向する内壁部44と、車幅方向外側で内壁部44に対向する外壁部45とを備えている。また、サイドシル25には、内壁部44の上端と外壁部45の上端とをつなぐ上壁部46と、内壁部44の下端と外壁部45の下端とをつなぐ下壁部47とが設けられている。つまり、サイドシル25は、内壁部44、外壁部45、上壁部46および下壁部47とによって囲われた中空構造となっている。また、外壁部45の下側には傾斜部48が形成されている。この傾斜部48は、車両10の外観を向上させるために設けられている。また、サイドシル25の内部には、サイドシル25の内部を車両上下方向で分けるように二つの補強板49,50が設けられている。その二つの補強板49,50は、車幅方向の両端がそれぞれ内壁部44および外壁部45と一体に形成されており、この二つの補強板49,50によって、サイドシル25の内部は、車両10の上側から順に第1中空部(断面閉中空部)51と、第2中空部52と、第3中空部53とに分けられている。この二つの補強板49,50は、サイドシル25の剛性を高めるために設けられている。
また、サイドシル25は、車両10の下側で、かつ車幅方向の内側に、矩形状に窪んだ凹部54を有する断面形状となっている。その凹部54には、ケース39の端面43に取り付けられた補強フランジ部55が入り込むように配置されている。補強フランジ部55は、この発明の補強部材に相当し、内部が中空状で車両10の前後方向に長尺な部材である。この補強フランジ部55の車幅方向内側の内面部56は、ケース39に溶接や溶着によって取り付けられている。また、その内面部56の下端57と、内面部56に車幅方向外側で対向する外面部58の下端59とは、電池パック18の下面およびサイドシル25の下壁部47よりも下側に位置している。
また、図1に示すように、補強フランジ部55の上面部60は、サイドシル25の内壁部44であって、かつ凹部54の上面である取付部61と面接触している。そして、その補強フランジ部55の上面部60と取付部61とをボルト62で固定することにより、電池パック18とサイドシル25とが一体化されている。
ボルト62を取り付けるときには、図4に示すように、補強フランジ部55の上面部60に対向する下面部63のうち、ボルト62を取り付ける位置の下側に設けられた作業孔64からボルト62を差し込む。また、取付部61の図示しない挿通孔の第2中空部52側には、予めウェルドナット65が溶着されている。そのため、作業孔64から挿し込まれたボルト62が上面部60に設けられた締結孔66と挿通孔とに通され、そのボルト62をウェルドナット65にねじ込むことによって補強フランジ部55とサイドシル25とが固定される。このような補強フランジ部55を介して連結することにより、電池パック18とサイドシル25との締結部が電池パック18の自重によって変形することを抑制することができる。なお、その補強フランジ部55の上面部60と取付部61とは、溶着や接着などによって固定されていてもよい。
さらに、図1および図4に示すように、補強フランジ部55の下面部63には、車幅方向の中央部67が下側に屈曲した易変形部68が設けられている。その易変形部68は、補強フランジ部55における易変形部68以外の部分の車幅方向の荷重に対する強度より低強度となっており、また、荷重によって下面部63の下側に向けて変形する。具体的には、易変形部68は、補強フランジ部55の下面部63における車幅方向両側端57,59から中央部67に向かうにつれて、補強フランジ部55の下面部63より下側の開放空間69側に傾斜している。そして、その下面部63の車幅方向における中央部67が最も下側に突出するように形成されている。なお、ここで「中央部」というのは、物理的に「厳密な中央」はもちろんのこと、技術常識的からみて中央にみられる「ほぼ中央」を含む概念である。また、以下で言う「中央」あるいは「中央部」も前述したと同じまたは同様な概念とする。さらに、車幅方向の右側の図示しない補強部材も、前述したと同じまたは同様な構成を備えている。
この構成によれば、側面衝突などにより車幅方向外側から荷重が入力されると、外面部58が車幅方向内側に押されるので、内面部56と外面部58との間で上面部60および下面部63が車幅方向内側に圧縮される。上面部60は、車両上下方向を向く平板状の部材であり、また、取付部61とボルト62によって固定されているので反力が大きく、車幅方向に変位および変形が生じにくい。これに対して下面部63は、中央部67が開放空間69側に屈曲しており、車幅方向の荷重に対する強度が低く構成されている。つまり、入力される荷重が大きいと中央部67が開放空間側に折れ曲がる。すなわち、下面部63は、車幅方向外側から受けた荷重によって易変形部68が電池パック18側に変位および塑性変形しつつ、その衝突エネルギーを吸収することができる。
また、荷重によって中央部67は下面部63より下側に座屈するため、内面部56と外面部58との間に下面部63を構成する部材が挟まることを抑制あるいは回避することができる。したがって、車幅方向の衝突エネルギーを吸収するときの易変形部68の変位量を、比較的大きくすることができるので、衝突エネルギーをより吸収することができ、電池パック18を保護することができる。さらに、補強フランジ部55の内面部56および外面部58は、電池パック18の下面およびサイドシル25の下壁部47より下側まで延びている。そのため、例えば路面の障害物などを電池パック18より先に補強フランジ部55の外面部58あるいは下面部63に接触させることができるので、電池パック18を保護することができる。
ついで、図5および図6を参照して易変形部の他の構成について説明する。以下、上述した構成と同じまたは同様の構成の部材については同じ符号を付して説明する。易変形部68の他の構成は、図5および図6に示すように、車両前後方向に長尺な楕円状の貫通孔70が複数、設けられている。その貫通孔70は、図5に示すように、補強フランジ部55の下面部63における前後方向に所定の間隔をあけて配置されており、また、作業孔64とは重ならないように設けられている。
この構成によれば、車幅方向外側から荷重が入力されたときに、補強フランジ部55の外面部58がサイドシル25から受けた荷重によって車幅方向内側に押し込まれると、補強フランジ部55が車幅方向内側に圧縮される。このとき、易変形部68である貫通孔70により、車両上下方向を向く平板状の部材と比較して、下面部63の車幅方向の圧縮荷重に対する強度が小さくなっているので、補強フランジ部55の下面部63が車幅方向に容易に変位、変形、あるいは破断することができる。また、貫通孔70によって、内面部56と外面部58との間に挟まれる圧縮された下面部63の総量が比較的少なくなっている。そのため、補強フランジ部55が車幅方向に圧縮されるときに、易変形部68が衝突エネルギーを吸収するための変位量を大きくすることができる。
また、図7に示すように、易変形部68は、ビード形状によって形成されていてもよい。この構造によれば、側面衝突などの衝撃により車幅方向外側から荷重を受けて、易変形部68が内面部56と外面部58との間で圧縮されると、易変形部68が電池パック18側に変位し、さらに大きな荷重が作用すると易変形部68の屈曲した部分が折れ曲がって変形する。その変位および変形によって易変形部68が車幅方向外側からの衝突エネルギーを吸収することができる。また、この構成では、屈曲している部分で確実に変形を発生させることができるので、車両上下方向を向く平板状の部材を車幅方向から圧縮する場合と比較して、易変形部68の車幅方向への変位量を確保することができる。
以上、実施形態に基づいて説明したが、この発明は上述した実施形態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。なお、補強フランジ部55の上面は、ボルト62によって凹部54の上面である取付部61に固定されているとしたが、これに限らず、電池パック18とサイドシル25との間であって、かつ電池パック18とサイドシル25とを締結する部分の補強部材として機能するように構成されていればよい。そのため、例えば、図8に示すように、サイドシル25と電池パック18との間で、サイドシル25の内壁部44に取り付けられた中空状の強度部材71に補強フランジ部55が締結されていてもよい。その強度部材71は、車両前後方向に向けて配置されるとともに、車幅方向に切断したときの断面が矩形状に形成されている。そして、強度部材71の下面72に設けられた図示しない取付孔と補強フランジ部55の上面に設けられた締結孔66とを通してボルト62を取り付けることによって強度部材71と補強フランジ部55とが固定されている。すなわち、電池パック18とサイドシル25とが締結されている部分の強度を補強フランジ部55によって向上させることができる。
また、上述したような補強フランジ部55は、最も前側に位置する電池パック16の前面および最も後側に位置する電池パック20の後面に設けられていてよい。このような構成であれば、車両前方および車両後方からの荷重によるエネルギーを吸収することができ、また、路面の障害物などを電池パック18より先に補強フランジ部55に接触させることができるので、電池パック18をさらに保護することができる。さらに、上記の実施形態では、固体電解質を有する単セルを積層したバッテリモジュールを使用しているが、これに限らず、例えば液体電解質を有する単電池を積層したものでもよい。
1…バッテリ搭載構造、 10…車両、 16,17,18,19,20…電池パック、 24,25…サイドシル、 55…補強部材、 63…下面部、 68…易変形部、 69…開放空間。
Claims (1)
- 車幅方向の両側に車両前後方向に延びてそれぞれ配置された骨格部材と、
車幅方向におけるそれぞれの前記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、
前記電池パックの車幅方向における両側面と前記骨格部材との間に、車両前後方向に長尺な中空状の補強部材が連結され、
前記補強部材の下面の下側は開放空間となっており、
前記補強部材の前記下面に易変形部が設けられ、
前記易変形部は、前記補強部材における前記易変形部以外の部分の前記車幅方向の荷重に対する強度より低強度で前記下面の下側に向けて変形するように構成されている
ことを特徴とする車両のバッテリ搭載構造。
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