JP2017196959A

JP2017196959A - 車両のバッテリ搭載構造

Info

Publication number: JP2017196959A
Application number: JP2016087836A
Authority: JP
Inventors: 康洋原; Yasuhiro Hara; 正剛藤嶋; Masatake Fujishima
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-04-26
Filing date: 2016-04-26
Publication date: 2017-11-02
Anticipated expiration: 2036-04-26
Also published as: JP6614012B2

Abstract

【課題】バッテリモジュールに伝達される振動を抑制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２９の間には、フロアパネル５６が掛け渡されている。フロアパネル５６の下方には、電池パック１６が配置されている。電池パック１６は、バッテリモジュール２３とバッテリモジュール２３を収容するケース２８とを有する。フロアパネル５６とケース２８の蓋部６４との間には、第１弾性体７３が配置されている。また、ケース２８の蓋部６４とバッテリモジュール２３との間に第２弾性体７４が配置されている。第１弾性体７３と第２弾性体７４とは、平面視にて一部が重なって配置されている。【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、一対の縦ビーム（サイドシル）の間に配置されたバッテリボックスの動きを制限する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。この種の技術では、一対の縦ビームの間に車幅方向に延ばして第１クロス部および第１クロス部が間隔を空けて配置されている。第１クロス部および第１クロス部には、バッテリボックスが振動減衰取付手段を介して取り付けられている。バッテリボックスは、１個以上のバッテリおよびバッテリボックスを収納するキャリヤフレームを有する。振動減衰取付手段は、第１クロス部材および第２クロス部材との間で弾性接続を行うゴム懸架ブラケットを有する。ゴム懸架ブラケットは、ゴムブシュまたは同様の弾性（エラストマ）材料を含み、第１クロス部または第２クロス部から入力される振動を吸収する。

特表２００９−５１１３３３号公報

バッテリボックスに入力される振動を抑制する技術では、シャーシフレーム、例えば第１クロス部および第２クロス部との間に振動減衰取付手段を取り付けているため、シャーシフレームから入力される振動を吸収することができるが、振動を完全に吸収することは難しい。バッテリボックスは、キャリヤフレームを介して複数のバッテリを収納している。このため、バッテリボックスに入力される振動がキャリアフレームを通じて複数のバッテリに伝達されるおそれがある。

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、電池パックに収容されたバッテリモジュールに伝達される振動を抑制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、前記一対の骨格部材の間に掛け渡されて配置されたフロアパネルと、前記フロアパネルの下方に配置されるケースおよび前記ケースの内部に収容されるバッテリモジュールを有する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、前記フロアパネルと前記ケースとの間に配置された第１弾性体と、前記ケースと前記バッテリモジュールとの間に配置された第２弾性体とを備え、前記第１弾性体と前記第２弾性とは平面視にて一部が重なっていることを特徴とするものである。

本発明においては、フロアパネルとケースとの間に配置された第１弾性体と、ケースとバッテリモジュールとの間に配置された第２弾性体とを平面視にて一部が重なるように配置したから、電池パックに収容されたバッテリモジュールに伝達される振動を抑制することができる。

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サイドシルおよびフロアパネルを示す断面図である。バッテリモジュール間を示す断面図である。蓋部およびバッテリモジュールを固定した別の実施例を示す断面図である。

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している。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１７，１８，１９，２０，２１，２２，２３，２４，２５，２６と、直方体をなすケース２８とを有する。バッテリモジュール１７〜２６は、例えば車両１０の前後方向に間隔を空けて５行、車幅方向に２列に配列された状態でケース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１７〜２６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１７〜２６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１７〜２６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２７に伝達する。なお、バッテリモジュール１７〜２６の個数は、１０個に限らず、例えば１個以上であればよい。

車両１０は、車幅方向の両端に、車両１０の前後方向に延びた第１サイドシル２９および第２サイドシル３０（一対のサイドシル（ロッカ）２９，３０）を備えている。また、一対のサイドシル２９，３０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３３の両端が固定されている。また、一対のサイドシル２９，３０には、車両１０の後方に、車幅方向に延設されたリヤクロス３４の両端が固定されている。なお、一対のサイドシル２９，３０は、車幅方向の両側に配置されていることに限らず、車幅方向に間隔を空けたものであってよい。

電池パック１６は、一対のサイドシル２９，３０の互いに平行な部分３７，３８の間に配置される。なお、一対のサイドシル２９，３０は、車両の前後方向において平行でなくてもよい。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２９，３０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８箇所の固定位置３９，４０，４１，４２，４３，４４，４５，４６にて固定具、例えばボルトにより一対のサイドシル２９，３０に固定される。一対のサイドシル２９，３０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２３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している。図２に示すようにバッテリモジュール２３は、第１エンドプレート４７、第２エンドプレート４８、第１テンションプレート４９、第２テンションプレート５０および電池スタック５１を備えている。電池スタック５１は、複数の単セル５２（５２−１，５２−２・・・５２−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５１は、積層体の一例である。

単セル５２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５２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２３は、複数の単セル５２を直列に接続して構成されており、単セル５２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１７〜２６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１７〜２６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４７および第２エンドプレート４８は、単セル５２の積層方向における両端に配置される。第１テンションプレート４９は、電池スタック５１の上側で第１エンドプレート４７および第２エンドプレート４８の間に、固定具、例えば複数のボルト５３およびボルト５４により固定される。第２テンションプレート５０は、電池スタック５１の下側で、第１エンドプレート４７および第２エンドプレート４８の間に、固定具、例えば複数のボルト５３およびボルト５４により固定される。第１エンドプレート４７、第２エンドプレート４８、第１テンションプレート４９および第２テンションプレート５０は、硬度または剛性を有する材質で作られている。電池スタック５１は、ボルト５３およびボルト５４の締め付けによって第１エンドプレート４７および第２エンドプレート４８の間で単セル５２の積層方向に拘束される。

バッテリモジュール２３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５２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４７および第２エンドプレート４８には、絶縁性材料で形成されたケース２８に固定するための固定板５５（５５−１，５５−２，５５−３，５５−４）が設けられている。また、他のバッテリモジュール１７〜２２およびバッテリモジュール２３〜２６は、図２で説明したバッテリモジュール２３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２９およびフロアパネル５６を示す断面図である。図３では、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に示すように第１サイドシル２９は、サイドシルアウタ５７とサイドシルインナ５８とを接合することで内部に中空部を形成している。電池パック１６の上には、フロアパネル５６が配置されている。フロアパネル５６は、一対のサイドシル２９，３０に掛け渡して設けられており、例えばフロアパネル５６の一端５９は、第１サイドシル２９に溶接により固定されている。フロアパネル５６は、車室６０の床を構成する。電池パック１６の上面はフラットになっている。また、電池パック１６の下面は、フラットになっており、車両１０の底面の一部を構成する。

ケース２８は、例えばバッテリモジュール１７〜２６が固定される底部６３と、バッテリモジュール１７〜２６の周面および上面を覆う蓋部６４とを有する。蓋部６４には、下方に向けて開放される開口縁６５から第１サイドシル２９に向けて突出するフランジ６６が一体的に形成されている。底部６３には、フランジ６６に重なるように延設された延長部６７が一体的に形成されている。フランジ６６および延長部６７には、第１サイドシル２９に締結するための取付孔６８，６９が形成されている。第１サイドシル２９には、電池パック１６を取り付けるための取付孔７０が形成され、また、取付孔７０の内側に、例えばウェルドナット（溶接ナット）７１が予め溶着されている。電池パック１６は、取付孔６８〜７０にボルト７２を挿入し、挿入後にボルト７２をウェルドナット７１に螺合させることで第１サイドシル２９に固定される。

蓋部６４とフロアパネル５６との間の隙間には、弾性を有する材料で形成された第１弾性体７３が配置されている。また蓋部６４と第１テンションプレート４９との間の隙間には、弾性を有する材料で形成された第２弾性体７４が配置されている。第１弾性体７３および第２弾性体７４は、車両１０の上下方向から視て少なくとも一部が重なって配置されており、また、車幅方向のうちの右方向から視て少なくとも一部が重なって配置されている。つまり、平面視において第１弾性体７３および第２弾性体７４は少なくとも一部が重なって配置されている。これにより、重量物である電池パック１６がフロアパネル５６に第１弾性体７３を介して接触する。しかもバッテリモジュール２３が蓋部６４に第２弾性体７４を介して接触する。これにより、フロアパネル５６から入力される振動は、第１弾性体７３および第２弾性体７４によって吸収されるため、バッテリモジュール２３、例えば単セル５２に伝達される振動を抑制することができるとともに、乗り心地を向上させることができる。

なお、第１弾性体７３は、蓋部６４の上面のうちの少なくとも一部に接するサイズとしてよい。勿論、第１弾性体７３は、複数のバッテリモジュール１７〜２６のうちの一部または全部に跨がるサイズにしてよい。また、第２弾性体７４は、車幅方向の長さが第１テンションプレート４９の上面のうちの少なくとも一部に接する長さで、かつ車両１０の前後方向に沿った長さが第１テンションプレート４９の上面のうちの少なくとも一部に接する長さにするのが好適である。さらに第２弾性体７４を第２エンドプレート４８の上に配置してよい。また、図３では、フロアパネル５６と蓋部６４との間の隙間に第１弾性体７３を配置しているが、例えば電池パック１６の蓋部６４とサイドシル２９との間の隙間にも弾性体を配置してよい。

底部６３には、バッテリモジュール２３の固定板５５−１を、固定具、例えばボルト７６により固定するための固定部７７が設けられている。他の固定板５５−２，５５−３，５５−４は、図示していないが前述したボルト７６および固定部７７と同じまたは同様な構成により底部６３に固定される。第２テンションプレート５０と底部６３との間の隙間には、底部６３から伝達される振動を吸収する第３弾性体７８が配置されている。第１弾性体７３および第３弾性体７８は、車両１０の上下方向から視て少なくとも一部が重なって配置されており、また、車幅方向のうちの右方向から視て少なくとも一部が重なって配置されている。つまり、平面視において第１弾性体７３および第３弾性体７８は少なくとも一部が重なって配置されている。なお、電池パック１６の車幅方向での左側の端部と第２サイドシル３０との固定構成は図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、ケース２８としては、前述した蓋部６４および底部６３の構成に限らない。さらに、一対のサイドシル２９，３０としては、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内部に中空部を有するように一体に成形されたものを使用してよい。また、第１弾性体７３、第２弾性体７４および第３弾性体７８は、例えばゴムや接着剤を使用してよい。

図４は、バッテリモジュール２３およびバッテリモジュール１８の間の電池パック１６を示す断面図である。図４では、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４に示すようにバッテリモジュール２３の車幅方向での左側の端部には、第１エンドプレート４７が配置される。第１エンドプレート４７と蓋部６４との間には、第２弾性体７４が配置されている。勿論第２弾性体７４は、第１テンションプレート４９に接していてよい。また、第１弾性体７３は、フロアパネル５６と蓋部６４との間に配置されている。このように電池パック１６の車幅方向の略中央の位置でも第１弾性体７３と第２弾性体７４とが平面視にて一部が重なるように配置されている。なお、バッテリモジュール１８については、図４で説明したと同じ構成となっているのでここでは詳しい説明を省略する。また、図４では、図３で説明したと同じまたは同様な部材には同符号を付与してここでは詳しい説明を省略する。そして、図３で説明したように第３弾性体７８が第１エンドプレート４７と底部６３との間に配置されている。第２弾性体７４および第３弾性体７８は第２弾性体の一例である。この実施例では、第２弾性体７４および第３弾性体７８の両方を使用しているが、本発明ではいずれか一方を省略してよい。

図５は、蓋部６４とバッテリモジュール２３とを固定した別の実施例を示す断面図である。図５では、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５に示すように蓋部６４には一段窪んだ凹部８１が設けられており、凹部８１にはバッテリモジュール２３に固定するためのボルト８３の頭部８３ａが入り込む。ボルト８３は、凹部８１に設けられた取付孔８４、第１テンションプレート８２に設けた取付孔８５を通して第１エンドプレート８０に設けられたねじ孔８６に締結される。蓋部６４のうちの凹部８１を含む範囲、つまり蓋部６４のうちの第１エンドプレート８０の上方に対応する位置とフロアパネル５６との間には、第１弾性体７３が配置される。なお、バッテリモジュール２３の隣に配置されたバッテリモジュール１８に対する構成は、図５で説明したと同じまたは同様な構成になっている。

図５で説明したバッテリモジュール２３の第１テンションプレート８２は、車幅方向の左端を下方に向けて折り曲げた折曲げ部８７を有する。折曲げ部８７は、第１エンドプレート８０の前面に、例えばボルト８８により固定されている。また、第２テンションプレート８９は、車幅方向の左端を上方に向けて折り曲げた折曲げ部９０を有する。折曲げ部９０は、第１エンドプレート８０の前面に、例えばボルト９１により固定されている。これにより車幅方向の両側にてボルト８８，９１の締結により第１エンドプレート８０と第２エンドプレート（図示なし（バッテリモジュール１８の第２エンドプレート９２に相当））との間で単セル５２の複数が拘束される。ここで、第１テンションプレート８２に設けた取付孔８５は、ボルト８８，９１の締結力に負荷をかけないように少なくとも車幅方向に遊び寸法を有した孔となっている。なお、他のバッテリモジュール１７〜２２およびバッテリモジュール２４〜２６は、バッテリモジュール２３と同じまたは同様な構成になっている。なお、図５では、図４で説明したと同じまたは同様な部材には同符号を付与してここでは詳しい説明を省略する。図５で説明した実施例では、図３で説明したと同じまたは同様に第３弾性体７８が第１エンドプレート４７と底部６３との間に配置されている。第３弾性体７８は、第２弾性体の一例である。

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は、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１７〜２６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。

１０…車両、１６…電池パック、１７〜２６…バッテリモジュール、２８…ケース、２９，３０…サイドシル、５６…フロアパネル、５１…電池スタック、５２…単セル、７３…第１弾性体、７４…第２弾性体。

Claims

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、
前記一対の骨格部材の間に掛け渡されて配置されたフロアパネルと、
前記フロアパネルの下方に配置されるケースおよび前記ケースの内部に収容されるバッテリモジュールを有する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、
前記フロアパネルと前記ケースとの間に配置された第１弾性体と、
前記ケースと前記バッテリモジュールとの間に配置された第２弾性体とを備え、
前記第１弾性体と前記第２弾性体とは平面視にて一部が重なっていることを特徴とする車両のバッテリ搭載構造。