JP2017197018A

JP2017197018A - 車両のバッテリ搭載構造

Info

Publication number: JP2017197018A
Application number: JP2016089570A
Authority: JP
Inventors: 康洋原; Yasuhiro Hara
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-04-27
Filing date: 2016-04-27
Publication date: 2017-11-02

Abstract

【課題】ケーブルの損傷を抑制できる車両のバッテリ搭載構造を提供する。【解決手段】車両１の左右両側に車両１の前後方向に延びる骨格部材１１が設けられ、車両１の下側に、複数の単セル１６を一方向に積層して一体化した積層体７を有するバッテリパック６が取り付けられた、車両１のバッテリ搭載構造において、車両１の左右両側に設けられた骨格部材１１の間にバッテリパック６が配置され、バッテリパック６は、車体を支持する装置の一部を構成するフロントサスペンションメンバ１０に対して車両１の前後方向で後方側に並んで配置され、バッテリパック６の内部に、積層体７に電気的に接続されたケーブル２４が収容されている。【選択図】図３

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、複数のバッテリが収容されたバッテリアセンブリを配置した構造が特許文献１に記載されている。そのバッテリアセンブリは矩形のバッテリ搭載フレームを備え、バッテリ搭載フレームの内側に複数のバッテリを積層したバッテリユニットが車両の左右方向および前後方向に予め定めた間隔をあけて並んで配置されている。複数のバッテリユニットの間の隙間のうち車両横断方向での中央部の隙間に、各バッテリユニットを電気的に接続するハーネスが配置されている。そのハーネスは上述したバッテリ搭載フレームから車両の前後方向で前方向に延び出ている。

国際公開第２０１０／０９８２７１号

車両の前後に、車体に車輪を支持するサスペンション装置が設けられており、その装置は、車幅方向に延びるフロントサスペンションメンバを備えている。正面衝突時における衝撃力によって車両の前後方向で後方向にフロントサスペンションメンバが変位すると、特許文献１に記載された構成では、バッテリ搭載フレームから車両の前後方向で前方向にハーネスが延び出ているため、フロントサスペンションメンバとハーネスとが干渉してハーネスが損傷する可能性がある。

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って、ケーブルの損傷を抑制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、車両の左右両側に前記車両の前後方向に延びる骨格部材が設けられ、前記車両の下側に、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するバッテリパックが取り付けられた、車両のバッテリ搭載構造において、前記車両の左右両側に設けられた前記骨格部材の間に前記バッテリパックが配置され、前記バッテリパックは、車体を支持する装置の一部を構成するフロントサスペンションメンバに対して前記車両の前後方向で後方側に並んで配置され、前記バッテリパックの内部に、前記積層体に電気的に接続されたケーブルが収容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、バッテリパックの内部にケーブルが収容されている。そのため、正面衝突が発生し、その衝撃力によってフロントサスペンションメンバが前後方向で後方向に移動したとしても、フロントサスペンションメンバとケーブルとが干渉してケーブルが損傷することを防止もしくは抑制できる。また、フロントサスペンションメンバとバッテリパックとが接触して、上述した正面衝突に伴う荷重をバッテリパックによって受けるため、車両の全体としての剛性や耐衝撃性を向上できる。

この発明の第１実施形態の車両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。図１のIII−III線に沿う断面図である。この発明の第２実施形態の車両の一部を示す底面図である。この発明の第３実施形態の車両の一部を示す底面図である。この発明の第４実施形態の一部を示す断面図である。この発明の第５実施形態の一部を示す断面図である。

図１は、この発明の第１実施形態の車両の一例を示す底面図である。図１では、矢印ＦＲ方向が車両の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。車両１は、車体前部に、車両１の前後方向に延びた一対のフロントサイドメンバ２を備えている。これらのフロントサイドメンバ２の間に対応する部分がフロントコンパートメント３となっている。このフロントコンパートメント３に走行装置４および走行用コントローラ５が搭載されている。走行装置４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、走行用コントローラ５は、エンジンの燃料噴射量や点火時期あるいはスロットル開度などを制御するコントローラ、モータの電流や回転数などを制御するインバータやコンバータなどの制御機器およびその制御機器に制御信号を出力するコントローラを備えている。

また車両１の下部には、走行のための動力源となるバッテリパック６が搭載されている。バッテリパック６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、フロアパネルの下面側に設けられている例について説明する。バッテリパック６は、複数の単セルを積層してバッテリモジュール７とし、複数のバッテリモジュール７を直方体状のケース８に収納し、かつ、それらのバッテリモジュール７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、車両１の前後方向でのケース８の前端部が後述するダッシュクロス１３とほぼ同じ位置に設けられており、車両１の前後方向でのケース８の後端部が後述するリヤクロスメンバ１４とほぼ同じ位置に設けられている。そのケース８の内部に１０個のバッテリモジュール７が、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。車幅方向でのケース８の中央部に、車両１の前後方向に連続するスペース９が形成されている。そのスペース９に各バッテリモジュール７に電気的に接続された後述するワイヤーハーネスが配置されている。なお、ケース８に各バッテリモジュール７は固定されている。

フロントサイドメンバ２の下側に、車幅方向に延びるフロントサスペンションメンバ（以下、単にサスペンションメンバと記す。）１０が設けられている。そのサスペンションメンバ１０は、車体に前輪を取り付けるフロント側のサスペンション装置の一部を構成するものであり、車幅方向でのサスペンションメンバ１０の両側に図示しないサスペンションアームを介して左右の前輪がそれぞれ取り付けられている。なお、図１に示す例では、図面を簡単にするため、後輪を取り付けるリヤ側のサスペンション装置を省略してある。

また、車両１は、車幅方向の両側に、車両１の前後方向に延びた一対のサイドシル（ロッカと称されることもある。）１１を備えている。これらのサイドシル１１の間の部分を覆った状態に後述するフロアパネルが設けられている。車両１の前後方向でサイドシル１１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）１２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１２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に密着させて閉じた状態にフロアパネル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１１に固定されている。これらのフロアクロス１２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７の幅より幾分大きい間隔である。フロアクロス１２同士の間にバッテリモジュール７を配置するためである。

車両１の前後方向でサイドシル１１の前端部は、車幅方向に延びるダッシュクロスメンバ（フロントクロスメンバと称されることもある。以下、ダッシュクロスと記す。）１３によって連結されている。車両１の前後方向でサイドシル１１の後端部は、車幅方向に延びるリヤクロスメンバ１４によって連結されている。

ここで、バッテリパック６を車体に取り付ける構造およびバッテリモジュール７の構造について説明する。バッテリパック６のケース８の上面のうちフロアクロス１２に対向する部分は、フロアクロス１２の形状に倣ってバッテリパック６内側に窪んでいて図示しない凹溝部となっている。この凹溝部にフロアクロス１２が配置される。この凹溝部が形成されている箇所は、車両１の前後方向において間隔をあけて配置されているバッテリモジュール７同士の間の部分である。そして、例えばフロアクロス１２に固定してある図示しないナットと、バッテリパック６の下面側から貫通させた図示しないボルトとによってフロアパネルの下面側にバッテリパック６が固定される。このようにボルトとナットとによる固定箇所１５が、図１に示すように、フロアクロス１２の長手方向（車幅方向）での中央部を挟んで所定の間隔をあけた両側の二箇所に設けられている。

図２は、バッテリモジュールの一例を示す斜視図である。図２では、矢印ＦＲ方向が車両１の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１の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７は、平板形状の複数の単セル１６を積層したバッテリスタック１７と、そのバッテリスタック１７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１８と、バッテリスタック１７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１８にそれぞれボルト１９によって連結された一対のテンションプレート２０とを備えている。単セル１６は固体電解質を使用したいわゆる全固体電池であって、一対の電極の間に固体電解質が挟み付けられている。そして、上述したボルト１９を締め込むことにより前記一対のエンドプレート１８によって押圧されて一対の電極の間に強固に密着させられる。そして、単セル１６の積層方向と車幅方向とを一致させた状態で、一対のサイドシル１１の間にバッテリパック６が配置される。なお、バッテリモジュール７毎に、バッテリモジュール７と互いに隣接して図示しないバッテリＥＣＵがそれぞれ設けられている。バッテリＥＣＵは後述するワイヤーハーネスを介してバッテリモジュール７や走行用コントローラ５に電気的に接続されている。バッテリＥＣＵは、各単セルの電圧を測定し、測定した電圧に基づいて単セルの電圧の均等化を行う電圧均等化制御を実施する。

図３は、図１のIII−III線に沿う断面図である。図３では、矢印ＲＲ方向が車両１の前後方向のうちの後方向を、矢印ＵＰ方向が車両１の上下方向のうちの上方向をそれぞれ示している。なお、図３では、図面を簡単にするため、バッテリモジュール７を省略してある。バッテリパック６のケース８の前端部の上側にダッシュクロス１３が設けられている。そのダッシュクロス１３は、例えば押し出し成形によって構成された中空の部材であって、図３に示すように、矩形断面をなしている。そのダッシュクロス１３に、車両１の前後方向でのフロアパネル２１の前端部が固定されている。バッテリパック６は、そのケース８の上面がフロアパネル２１の下面に対向した状態で固定されている。また、車両１の上下方向でダッシュクロス１３の下面に、車両１の前後方向でのケース８の前端部における上面が対向している。ケース８の外周部のうち、車両１の上下方向でケース８の下部であって、その全周に亘ってケース８の内側に凹んだ環状凹部２２が形成されている。この環状凹部２２にケース８の補強部材であるバッテリリーンフォースメント（以下、バッテリＲＦと記す。）２３が一体に設けられている。バッテリＲＦ２３は、図３に示す例では矩形状の断面をなしている。そのバッテリＲＦ２３は、環状凹部２２の全周に亘って設けられるとともに、ケース８の外周側に僅かに突出している。図３に示す例では、車両１の上下方向で上から順にダッシュクロス１３と、ケース８と、バッテリＲＦ２３とが並んで配置されている。また、車両１の前後方向でバッテリＲＦ２３の前方向に上述したサスペンションメンバ１０が位置している。

各バッテリモジュール７にワイヤーハーネス２４が電気的に接続されている。それらのワイヤーハーネス２４は車両１の前後方向に延びる上述したスペース９に配置されている。各ワイヤーハーネス２４は結線部２５を介して互いに電気的に接続されている。その結線部２５に図示しないコネクタを介して上述した走行装置４や走行用コントローラ５などが電気的に接続されるようになっている。上述した結線部２５は、図３に示す例では、ケース８の外周面であって、車両１の上下方向でサスペンションメンバ１０より上側に取り付けられている。また、車両１の前後方向で結線部２５の前方側の端部は、図３に示す例では、ケース８の外周面とほぼ同じ位置となっており、ケース８より外側に突出していない。なお、ケース８の外周面より車両１の前後方向で後方側に結線部２５が設けられていてもよい。結線部２５は、要は、ケース８より外側に突出しないように構成されていればよい。

次に、上述した実施形態の作用・効果について説明する。正面衝突（前突と称されることもある。）が発生し、その衝撃力によって車両１の前後方向で後方向にサスペンションメンバ１０が移動すると、サスペンションメンバ１０とバッテリＲＦ２３との間の距離が短くなり、あるいは、サスペンションメンバ１０とバッテリＲＦ２３とが接触する。上述した結線部２５は、ケース８の外側に突出しておらず、また車両１の上下方向でサスペンションメンバ１０より上側に設けられている。そのため、サスペンションメンバ１０と結線部２５とが干渉しにくく、その結果、サスペンションメンバ１０と結線部２５とが干渉することによる結線部２５の損傷を回避もしくは抑制できる。なお、上述した実施形態では、車両１の前後方向でのダッシュクロス１３とリヤクロスメンバ１４との間に亘ってケース８が配置されている。つまり車両１の前後方向におけるケース８の長さは、車両１の前後方向におけるフロアパネル２１の長さとほぼ同じに設定されている。フロアパネル２１の下側の全面に亘ってバッテリパック６のケース８を配置できるため、バッテリモジュール７の搭載量を増大でき、航続距離を長くできる。

図４は、この発明の第２実施形態の車両の一部を示す底面図である。ここに示す例は、バッテリＲＦ２３における結線部２５に対応する部分に、所定の間隔をあけて一対の凸部２６を設けた例である。それらの凸部２６は、車幅方向で結線部２５の両側に設けられている。各凸部２６は例えばバッテリＲＦ２３をプレス成形することにより構成することができる。あるいは、バッテリＲＦ２３やサイドシル１１とほぼ同じ剛性を有する部材によってバッテリＲＦ２３とは別体として構成してバッテリＲＦ２３に取り付けてもよい。なお、各凸部はサスペンションメンバ１０におけるバッテリＲＦ２３に対応する部分に形成してもよい。あるいは、別体として構成した凸部をサスペンションメンバ１０におけるバッテリＲＦ２３に対応する部分に取り付けてもよい。このような構成であれば、上述したように車両１の前後方向で後方向にサスペンションメンバ１０が移動した場合には、そのサスペンションメンバ１０と各凸部２６とが接触する。その結果、サスペンションメンバ１０とバッテリパック６との間に凸部２６の高さに応じた隙間が維持されることになり、サスペンションメンバ１０と結線部２５とが干渉することによる結線部２５の損傷を回避もしくは抑制できる。

図５は、この発明の第３実施形態の車両の一部を示す底面図である。ここに示す例は、バッテリＲＦ２３とサスペンションメンバ１０とをブラケット２７によって互いに連結した例である。そのブラケット２７はバッテリＲＦ２３やサイドシル１１とほぼ同じ剛性を有する部材によって構成された板状の部材であって、車幅方向でバッテリＲＦ２３における結線部２５に対応する部分の両側にその長さ方向での一方の端部が固定されている。そして、サスペンションメンバ１０に他方の端部が固定されている。その固定のための手段は適宜、選択することができ、例えば、サスペンションメンバ１０やバッテリＲＦ２３に固定してある図示しないナットと、ブラケット２７を貫通させた図示しないボルトとによってサスペンションメンバ１０やバッテリＲＦ２３にブラケット２７を固定することができる。そのような固定箇所を、図５に符号２８で記載してある。

このような構成であれば、サスペンションメンバ１０におけるバッテリＲＦ２３が連結されている部分は、ブラケット２７を介してバッテリＲＦ２３によって支えられ、サスペンションメンバ１０の変位が抑制される。その結果、サスペンションメンバ１０とバッテリパック６との間にブラケット２７の長さに応じた隙間が維持されることになり、サスペンションメンバ１０と結線部２５とが干渉することによる結線部２５の損傷を回避もしくは抑制できる。

図６は、この発明の第４実施形態の一部を示す断面図である。ここに示す例は、上述したフロントサイドメンバ２とサイドシル１１とを一体化するとともに、フロントサイドメンバ２の下側にサスペンションメンバ１０を一体に設け、かつ、サスペンションメンバ１０とバッテリＲＦ２３とをブラケット２７によって連結した例である。このような構成であれば、フロントサイドメンバ２やサイドシル１１がいわゆる強度部材であるため、上述したようにサスペンションメンバ１０に変位が生じた場合に、車両１の前後方向におけるサスペンションメンバ１０とバッテリＲＦ２３との間の隙間を維持できる。その結果、サスペンションメンバ１０と結線部２５とが干渉することによる結線部２５の損傷を回避もしくは抑制できる。

図７は、この発明の第５実施形態の一部を示す断面図である。ここに示す例は、車両１の前後方向におけるバッテリＲＦ２３の前端部や、ダッシュクロス１３の前端部より後方向にバッテリパック６のケース８を配置した例である。そのため、ケース８の外周面からフランジ状にバッテリＲＦ２３が突出している。このような構成であれば、上述したように、サスペンションメンバ１０に変位が生じてサスペンションメンバ１０とバッテリＲＦ２３との間の距離が短くなり、あるいは、それらが接触したとしても、結線部２５はサスペンションメンバ１０と干渉しにくく、その結果、サスペンションメンバ１０と結線部２５とが干渉することによる結線部２５の損傷を回避もしくは抑制できる。

なお、この発明は上述した実施形態に限定されないのであって、この発明におけるバッテリモジュールの数は必要に応じて適宜に変更することができる。また、バッテリは全固体電池以外の蓄電池であってもよい。

１…車両、６…バッテリパック、７…バッテリモジュール（積層体）、１０…フロントサスペンションメンバ、１１…サイドシル（骨格部材）、１６…単セル、２４…ハーネス（ケーブル）。

Claims

車両の左右両側に前記車両の前後方向に延びる骨格部材が設けられ、前記車両の下側に、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するバッテリパックが取り付けられた、車両のバッテリ搭載構造において、
前記車両の左右両側に設けられた前記骨格部材の間に前記バッテリパックが配置され、前記バッテリパックは、車体を支持する装置の一部を構成するフロントサスペンションメンバに対して前記車両の前後方向で後方側に並んで配置され、
前記バッテリパックの内部に、前記積層体に電気的に接続されたケーブルが収容されている
ことを特徴とする車両のバッテリ搭載構造。