JP2017197093A - 車両のバッテリ搭載構造 - Google Patents

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康洋 原
Yasuhiro Hara
康洋 原
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Abstract

【課題】車両がポールなどの障害物に側面衝突した際に、ワイヤハーネスが損傷すること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】車両10のバッテリ搭載構造1において、骨格部材24,25の空洞部56,57,58は、前記電池パック16〜20より上側に延び出ており、前記空洞部56,57,58に、前記空洞部56,57,58を前記電池パック16〜20より上側の収容部56と、前記電池パック16〜20より下側の部分とに区画するように車幅方向に向けて固定された仕切り板54が配置され、前記収容部56の内部にワイヤーハーネス63が収容されるとともに、前記仕切り板54より下側に前記骨格部材24,25に緩衝部材64が配置され、前記仕切り板54は、車幅方向の衝撃力が加わった場合に上側に折れ曲がっ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走行用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。その走行用バッテリの車幅方向両側には、左右一対のサイドメンバが車両前後方向に向けて設けられている。サイドメンバは閉断面構造を有し、そのサイドメンバの内部には、走行用バッテリと車体の前側に設けられたインバータとを電気的に接続する高圧電線が収容されている。その高圧電線は、パイプに挿通された状態で保持され、また、そのパイプは、サイドメンバの内部に設けられているバルクヘッド(強度部材)に溶接あるいは溶着されている。
特開2015−117004号公報
特許文献1に記載された構造では、サイドメンバの内部に、パイプに挿通された状態で高圧電線が収容され、また、その高圧電線は、上記のパイプがサイドメンバの強度部材であるバルクヘッドに固定されていることにより保護される。しかしながら、特許文献1に記載された構造では、サイドメンバの内部におけるバッテリと車幅方向で対向する位置に、パイプに挿通された高圧電線を固定している。そのため、例えばポールのような障害物と側面衝突することにより、サイドメンバが車幅方向内側に押し込まれると、その障害物とバッテリとの間に高圧電線が挟まれてしまい、高圧電線が損傷するおそれがあった。
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、車両がポールなどの障害物に側面衝突した際に、ワイヤハーネスが損傷すること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、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かつ内部が空洞部となっている中空状の骨格部材と、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、前記空洞部は、前記電池パックより上側に延び出ており、前記空洞部の内部に、前記空洞部を前記電池パックより上側に延び出ている収容部と前記電池パックより下側の部分とに区画するように車幅方向に向けて固定された仕切り板が配置され、前記収容部の内部にワイヤーハーネスが収容されるとともに、前記仕切り板より下側の部分に前記骨格部材に車幅方向に加わる衝撃エネルギーを吸収する緩衝部材が配置され、前記仕切り板は、車幅方向の衝撃力が加わった場合に上側に折れ曲がっ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、骨格部材の電池パックより上側に延びている収容部にワイヤハーネスが収容されており、また、収容部と電池パックより下側の部分とに区画するとともにワイヤハーネスが載置される仕切り板は、車幅方向の衝撃力が加わった場合に上側に折れ曲がって変形するように構成されている。そのため、例えばポールなどの障害物と車両が側面衝突して、車幅方向外側から衝撃力が加わった場合に、電池パックより高い位置にあるワイヤハーネスを、仕切り板が上側に折れ曲がって変形することによりさらに上側に押し上げる。したがって、障害物と電池パックとの間にケーブルが挟まれることを抑制あるいは回避することができるので、ケーブルの損傷を抑制することができる。また、仕切り板の下側には、骨格部材に車幅方向に加わる衝撃エネルギーを吸収する緩衝部材が設けられている。上述したように、衝撃力が加わると仕切り板は上側に変形するので、緩衝部材が変位あるいは変形するスペースを確保することができ、上記の衝撃エネルギーを効果的に吸収することができる。
この発明の実施形態におけるバッテリ搭載構造の電池パックとサイドシルとが連結された状態を示す断面図である。 この発明の実施形態におけるバッテリ搭載構造を適用した車両の一例を説明するための図である。 バッテリモジュールの一例を示す斜視図である。 この発明の実施形態におけるバッテリ搭載構造を適用した車両が、側面衝突を受けたときのサイドシルの変形を説明するための図である。 仕切り板の第2の例を説明するための図である。 仕切り板の第3の例を説明するための図である。 サイドシルの第1空洞部および第3空洞部にワイヤハーネスを収容した構成を説明するための図である。
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延びてそれぞれ配置された中空状の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、硬度または剛性が比較的高い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(図1参照)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についても一対のサイドシル24,25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。さらに、内壁部44の電池パック18側を向く面のうち、フロアパネル42と車幅方向で対向する部位には、車幅方向外側に向けてへこんだ窪み部49が形成されている。窪み部49は、車両前後方向に長尺に設けられており、また、その窪み部49の上下方向の大きさは、フロアパネル42の板厚よりわずかに大きく形成されている。
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50を有する断面形状となっている。その凹部50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51が入り込むように配置されている。補強フランジ部51は、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51の車幅方向内側の内面部52は、ケース39の端面43に溶接や溶着によって取り付けられている。また、図1に示すように、補強フランジ部51の上面部53は、凹部50の上面である、後述する第2仕切り板55の取付部60と面接触している。その補強フランジ部51の上面部53と取付部60とは、例えば、溶接、溶着あるいはボルト止めなどによって固定されている。
サイドシル25の内部は、閉断面になっており、そのサイドシル25の内部を上下に区画するように二つの仕切り板54,55が設けられている。その二つの仕切り板54,55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いる。また、この二つの仕切り板54,55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空洞部56と、第2空洞部57と、第3空洞部58とに分けられている。なお、この第1空洞部56、第2空洞部57および第3空洞部58がこの発明の空洞部に相当する。また、第1空洞部56が、この発明の収容部に相当し、サイドシル24,25の電池パック16〜20より上側に延び出ている。
二つの仕切り板54,55のうち上側の第1仕切り板54は、第1空洞部56と電池パック16〜20より下側の部分とに区画し、かつ車幅方向の衝撃力が加わった場合に、上側に折れ曲がって変形する第1変形部59を備えている。具体的には、第1仕切り板54は、車幅方向の両端部から中央の第1変形部59に向かうにつれて、上側に向けて傾斜している。また、二つの仕切り板54,55のうち下側の第2仕切り板55は、第3空洞部58を上側から区画するとともに、補強フランジ部51の上面部53と面接触する取付部60を有し、また、車幅方向外側から衝撃力が加わると、下側に折れ曲がって変形する第2変形部61を備えている。具体的には、第2仕切り板55は、車幅方向外側の端部から第2変形部61に向かうにつれて、下側に向けて傾斜している。つまり、第2仕切り板55における第2空洞部57と第3空洞部58とを仕切る仕切り部62が図1における左下に向けて傾斜しており、その仕切り部62と取付部60との境目が第2変形部61となっている。なお、ここで「中央」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、車幅方向の右側のサイドシル24も、前述したと同じまたは同様な構成を備えている。
また、第1仕切り板54の上側、つまり第1空洞部56にはワイヤハーネス(ケーブル)63が収容されている。このワイヤハーネス63は、電池パック16〜20同士を電気的に接続する、あるいは電池パック16〜20とコンバータ12とを電気的に接続しており、車両前後方向に向けて配索されている。なお、この実施形態では、ワイヤハーネス63を収容および配索しているが、車両前後方向に延びる冷却配管などであってもよい。そして、第1仕切り板54の下側には、緩衝部材64が配置されている。その緩衝部材64は、車幅方向の両面が内壁部44と外壁部45とにそれぞれ接触しており、また、その緩衝部材64の下面は、外壁部45に一体化され内壁部44に向けて突出した第1突出部65と、内壁部44に一体化され外壁部45に向けて突出した第2突出部66とによって支持されている。このように設けられた緩衝部材64は、車幅方向に加わる衝撃エネルギーを吸収するように構成されている。
つぎに、車幅方向外側から荷重を受けたときに、上述したように構成されたサイドシル25がどのように変形するのか、図4を参照して説明する。図4に示すように、例えばポールやバリヤなどの障害物67に衝突して車両が側方から衝撃力が加わると、サイドシル25は、車幅方向内側に押し込まれる。そのため、二つの仕切り板54,55は、障害物67と電池パック18との間に挟まれて、車幅方向に圧縮されることにより、各変形部59,61を中心に変形が生じる。つまり、第1仕切り板54は、第1変形部59を中心に上側に屈曲し、また、第2仕切り板55は、第2変形部61を中心に下側に屈曲する。そのため、衝撃力が加わって緩衝部材64が車幅方向内側に圧縮されたときに、第1仕切り板54と第2仕切り板55との間に配置された緩衝部材64が、それぞれ上側と下側とに向けて変位および変形することができる。すなわち、緩衝部材64が衝撃エネルギーを吸収するためのスペースを確保することができるので、緩衝部材64が衝撃エネルギーを効果的に吸収することができる。
また、ワイヤハーネス63は、第1空洞部56に収容されており、かつワイヤハーネス63が載置されている第1仕切り板54は、上記の衝撃力が加わると、第1変形部59を中心に上側に変形するため、ワイヤハーネス63が上側に押し上げられる。さらに、サイドシル25が電池パック18側に押し込まれることで、内壁部44に設けられた窪み部49にフロアパネル42が入り込む。そして、その窪み部49を中心に、内壁部44の窪み部49より上側が車幅方向内側に向けて屈曲する。つまり、第1仕切り板54によって上側に押し上げられたワイヤハーネス63が、さらに車幅方向内側の電池パック18およびフロアパネル42の上側に移動する。したがって、障害物67と電池パック18との間にワイヤハーネス63が挟まれることを抑制あるいは回避することができるので、ワイヤハーネス63が損傷することを抑制あるいは防止することができる。また、電池パック18と障害物67との間にワイヤハーネス63が挟まることにより、緩衝部材64が変位あるいは変形するスペースが小さくな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、緩衝部材64が衝撃エネルギーを効果的に吸収することができる。
ついで、図5を参照して仕切り板の第2の例について説明する。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。図5に示すように、第2の例における第1仕切り板54の第1変形部59は、車幅方向の中央が上側に突出して形成されている。また、緩衝部材64の下面側を支持する第3仕切り板68が設けられており、この第3仕切り板68は、車幅方向の中央に下側に突出した第3変形部69が形成されている。なお、第2仕切り板55は、上述した実施形態と同様の構成を備えている。したがって、車幅方向外側から荷重を受けた場合に、第1仕切り板54は、第1変形部59を中心に上側に折れ曲がって変形する。また、第2仕切り板55および第3仕切り板68は、第2変形部61および第3変形部69を中心に下側に折れ曲がって変形する。したがって、二つの仕切り板54,55が緩衝部材64から離れるように変形するから、緩衝部材64が変位あるいは変形するスペースを確実に確保することができるため、緩衝部材64が衝撃エネルギーを効果的に吸収することができる。また、第1仕切り板54が上側に変形することでワイヤハーネス63は上側に押し上げられるので、ワイヤハーネス63が障害物67と電池パック18との間に挟まれることにより、緩衝部材64の変位あるいは変形を阻害したり、ワイヤハーネス63が損傷したりすることを抑制あるいは回避することができる。
ついで、図6を参照して仕切り板の第3の例について説明する。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。なお、図6では、サイドシル25のみを図示しており、また、ワイヤハーネス63の図示を省略している。図6に示すように、第3の例における第1仕切り板54の第1変形部59は、車幅方向の中央であって、かつ車両前後方向に所定の間隔をあけて複数設けられた楕円状の貫通孔によって構成されている。したがって、車両側方から荷重を受けて、サイドシル25が車幅方向内側に圧縮されると、第1仕切り板54の隣接する貫通孔同士の間の部位が破断する。つまり、第1仕切り板54が第1変形部59で破断するため、荷重を受けた緩衝部材64が上側に変形したときに、破断した第1仕切り板54を緩衝部材64が上側に押し上げる。したがって、緩衝部材64が変位あるいは変形するスペースを確保することができるため、緩衝部材64が衝撃エネルギーを効果的に吸収することができる。また、第1仕切り板54が上側に押し上げられることでワイヤハーネス63も上側に押し上げられるので、ワイヤハーネス63が障害物67と電池パック18との間に挟まれることにより、緩衝部材64の変位あるいは変形を阻害したり、ワイヤハーネス63が損傷したりすることを抑制あるいは回避することができる。
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。例えば、図7に示すように、サイドシル25は、電池パック18より下側に延び出る第3空洞部58を備え、その第3空洞部58の内部にワイヤハーネス63を収容してもよい。その場合には、サイドシル25の凹部50のうち、ケース39の下面を車幅方向外側に延長した延長部70と対向する部位に、車幅方向外側にへこませた他の窪み部71を設ければよい。この構成によれば、例えばポールなどの障害物67に側面衝突したときに、電池パック18側に移動したサイドシル25は、他の窪み部71を中心に、サイドシル25における他の窪み部71より下側の部分が電池パック18の下側に向けて折れ曲がって変形する。そのため、サイドシル25の下壁部47に載置されたワイヤハーネス63が、障害物67と電池パック18との間に挟まれることを抑制あるいは回避することができる。
また、サイドシル25の第3空洞部58にもワイヤハーネス63を配置できる場合には、例えば第1空洞部56に電池パック16〜20と電気的に接続されるワイヤハーネス63を収容し、第3空洞部58には、冷却配管を収容してもよい。さらに、上述した仕切り板54,55,68は、複数設けられていてもよく、その場合には、車幅方向の荷重を受けた場合に、緩衝部材64から離れるとともに、ワイヤハーネス63を電池パック18と障害物67との間から逃がすように構成されていればよい。また、仕切り板54,55,68および窪み部49,71は、サイドシル25の内部で少なくとも緩衝部材64およびワイヤハーネス63が設けられている位置の上側あるいは下側に設けられていればよい。言い換えれば、そのような位置であれば、仕切り板54,55,68および窪み部49,71の車両前後方向の長さは、サイドシル25の車両前後方向の長さの範囲で自由に設定してよい。さらに、仕切り板54,55,68は、サイドシル25とは別の部材によって構成されていてもよい。その場合には、例えば、仕切り板54,55,68の車幅方向の両端部をそれぞれ内壁部44もしくは外壁部45に接着や溶着、あるいはボルトなどによって固定すればよい。
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、 54,55…仕切り板、 56…第1空洞部、 63…ワイヤハーネス、 64…緩衝部材。

Claims (1)

  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かつ内部が空洞部となっている中空状の骨格部材と、
    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、
    前記空洞部は、前記電池パックより上側に延び出ており、
    前記空洞部の内部に、前記空洞部を前記電池パックより上側に延び出ている収容部と、 前記電池パックより下側の部分とに区画するように車幅方向に向けて固定された仕切り板が配置され、
    前記収容部の内部にワイヤーハーネスが収容されるとともに、前記仕切り板より下側の部分に前記骨格部材に車幅方向に加わる衝撃エネルギーを吸収する緩衝部材が配置され、
    前記仕切り板は、車幅方向の衝撃力が加わった場合に上側に折れ曲がっ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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