JP2019081436A - 車両のバッテリパック構造 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、内部機器の交換や修理やメンテナンスに伴う作業の容易化が図れる車両のバッテリパック構造を提供する。【解決手段】本発明は、車両のフロアを形成するフロアパネル１と、フロアパネルの下面に設けられ車両前後方向に延びる左右一対のサイドメンバ５と、フロアパネルの下面に設けられ一対のサイドメンバ間に掛け渡される前後一対のクロスメンバ１７と、周縁部がサイドメンバとクロスメンバの下面に設けられ、フロアパネルとの間に閉空間１９を形成するトレイ１５と、トレイの上面に搭載され閉空間に位置するバッテリモジュール１３と、閉空間を形成するフロアパネルの下面に設けられた温調装置５１を具備するものとした。【選択図】図２

Description

本発明は、フロアパネル下にバッテリパックを設ける車両のバッテリパック構造に関する。

ハイブリッド車、ＥＶ車といったモータが搭載される車両では、車体下部にモータの駆動源となるバッテリパックを搭載することが行われている。
一般的にはバッテリパックとしては、特許文献１にも開示されているようにトレイとカバーとを接合して、複数のバッテリモジュールをパック化した構造が用いられる。そして、このパック化したバッテリパックをフロアパネル下に搭載している。

ところで、バッテリパックでは、内部に収められるバッテリモジュールを温調することが求められる。
そのため、通常、バッテリパックは、バッテリモジュールを含む内部機器を温調する手段が組み付けられる。多くは冷却装置が用いられ、車室内からバッテリパックの内部へ冷風を導入する手段を設けたり、特許文献１のようにバッテリパックの内部に蒸発器（冷凍サイクルを構成する機器）を設けたりしている。

特開２０１６−１１９２１６

ところで、一般的にバッテリパックは、フロアパネル下で着脱可能に固定される。つまり、内部機器の交換や修理やメンテナンスなどを行うため、バッテリパック全体がフロアパネル下から取り外せるようにしている。
しかしながら、バッテリパックをフロアパネル下で着脱可能に固定する構造は、内部機器の交換や修理やメンテナンスの際、バッテリパック全体を車体から切り離す作業や、通電系を切り離す作業や、冷却装置を車体から切り離す作業といった多くの作業が必要となる。このため、かなりの負担が作業者に強いられてしまう。

そこで、本発明の目的は、内部機器の交換や修理やメンテナンスに伴う作業の容易化が図れる車両のバッテリパック構造を提供する。

本発明の態様は、車両のフロアを形成するフロアパネルと、フロアパネルの下面に設けられ車両前後方向に延びる左右一対のサイドメンバと、フロアパネルの下面に設けられ一対のサイドメンバ間に掛け渡される前後一対のクロスメンバと、周縁部がサイドメンバとクロスメンバの下面に設けられ、フロアパネルとの間に閉空間を形成するトレイと、トレイの上面に搭載され閉空間に位置するバッテリモジュールと、閉空間を形成するフロアパネルの下面に設けられた温調装置とを具備するものとした。

本発明によれば、フロアパネル下に設けられたサイドメンバと、サイドメンバ間に掛け渡されてトンネル部の車両前後方向の連通を閉鎖する閉鎖部分を備えたクロスメンバと、周縁部がサイドメンバとクロスメンバの下面に設けられたトレイとを有することで、フロアパネル下およびトンネル部内にバッテリモジュールを納める閉空間が形成し、この
閉空間を形成するフロアパネルの下面に温調装置を設ける構造なので、内部機器の交換や修理やメンテナンスに伴う作業は、トレイをフロアパネルから取り外す作業、通電系を切り離す作業だけでよく、温調装置を切り離す作業は不要となる。

したがって、内部機器の交換や修理やメンテナンスに伴う作業の容易化を図ることができ、作業者の負担を抑えることができる。

本発明の一実施形態に係る態様となるバッテリパック構造が適用された車両の一部を示す斜視図。 （ａ）〜（ｃ）はバッテリパック構造の各部を示す斜視図。 クロスメンバの組み付け構造を示す斜視図。 図２（ａ）中のＡ−Ａ線に沿う断面図。 図２（ａ）中のＢ−Ｂ線に沿う断面図。

以下、本発明を図１から図５に示す一実施形態にもとづいて説明する。
図１は、バッテリパック構造が適用された車両を車室内側から見た図を示し、図２（ａ）〜（ｃ）は、同バッテリパック構造の各部を示し、図３は、フロアパネルの下面の各部を示し、図４，５は同バッテリパック構造の各部を車両前後方向沿い（図２（ａ）のＡ−Ａ線）、車両幅方向沿い（図２（ａ）のＢ−Ｂ線）に断面した図をそれぞれ示している。

本実施形態で適用される車両（自動車）は、ハイブリッド車、ＥＶ車など、モータ（図示しない）が搭載される車両を対象としている。
同車両の主な車体構造を説明すると、図１中１は、車両の車室内のフロアを形成するフロアパネルである。フロアパネル１は、車両前側から後側へ延びていて、上面に前席、後席（いずれも図示しない）が設置される。またフロアパネル１の車幅方向中央側（左右方向中央）には、上方が凸となるトンネル部３が車両前後方向に沿って延びるように設けられ、フロアパネル１の中央にバックボーンを形成している。またフロアパネル１の車幅方向両端側の下面には、車両前後方向に延びる一対のサイドメンバ５が設けられる。フロアパネル１の車幅方向両端には、車両前後方向に延びる一対のサイドシル７（図５に二点鎖線で図示）が設けられる。これらバッグボーン、サイドメンバ５、サイドシル７などは車体の骨格をなす。

上記フロアパネル１の下面には、図２、図４および図５に示されるようなバッテリパック１１が設けられる。バッテリパック１１には、フロアパネル１をバッテリカバーとして流用し、これに複数のバッテリモジュール１３を搭載したトレイ１５を組み合わせた構造が用いられている。
このバッテリパック１１のバッテリカバー側（フロアパネル１側）の構造を説明すると、図２〜図５に示されるようにフロアパネル１の車室前後となる前後位置（トンネル部３に沿う方向）の下面には、一対のクロスメンバ１７が設けられている。クロスメンバ１７は、サイドメンバ５間に掛け渡されるように設けられる。このクロスメンバ１７は、バッテリパック１１の搭載位置と対応した前後の位置に配置されるものである。

さらに説明を加えるとクロスメンバ１７は、いずれも例えばハット形断面で、車幅方向に延びるリンフォース部材が用いられる。クロスメンバ１７は、いずれも図１〜図５に示されるように例えば一対のサイドメンバ５間に渡る全長および同サイドメンバ５の高さ寸法をもつ本体部１７ａと，同本体部１７ａの上部中央からトンネル部３内の凸形状に合わせて突き出た凸部１７ｂ(本願の閉鎖部分に相当)とを有している。本体部１７ａの両端部は、左右のサイドメンバ５の側面に取着され、本体部１７ａの上面はフロアパネル１の下面に取着される。また凸部１７ｂの上面はトンネル部３の内面に取着され、トンネル部３の車両前後方向の連通を閉鎖している。

これにより、フロアパネル１下におけるサイドメンバ５間の空間およびトンネル部３内の空間は、各クロスメンバ１７にて閉鎖される。そして、サイドメンバ５、クロスメンバ１７によって囲まれるフロアパネル１下の領域に、下側が開口した枠形の空間部１９（図２）を形成している。
上記トレイ１５は、図２（ａ），（ｂ），図４および図５に示されるように空間部１９の開口１９ａを覆う大きさをもつパネルから構成される。さらに述べればトレイ１５は、例えば全周の縁部に、サイドメンバ５の下面やクロスメンバ１７の下面と組み合う取付座２１を有する鋼板部材から形成される。取付座２１で囲まれるトレイ部分には、車両前後方向に沿って、車両前後方向に延びるバッテリ据付用の凹部２３、同じく補強用の隆起部２４（図２（ｂ）に図示）が交互に形成される。ちなみに凹部２３の底面には、バッテリ受け座２３ａが設けられる。このバッテリ受け座２３ａ上に、それぞれバッテリモジュール１３（複数のバッテリセルを組み合わせてモジュール化したもの）が組み付けられる。つまり、トレイ１５の上面には、複数のバッテリモジュール１３が搭載される。

このトレイ１５の取付座２１が、図２（ａ）、図４および図５のようにサイドメンバ５の下面やクロスメンバ１７の下面と重なり合うように配置される。取付座２１は、締結具、例えばボルト部材２９により、サイドメンバ５、クロスメンバ１７と締結され、開口１９ａを塞ぎ、フロアパネル１下の空間部１９全体（トンネル部３内を含む）を密閉化する。これにより、フロアパネル１とトレイ１５との間には、空間部１９の開口１９ａの閉鎖がもたらす閉空間が形成される。そして、このトレイ１５の組み付けの際、トレイ１５上のバッテリモジュール１３が、開口１９ａを通じ、閉空間（閉じられた空間部１９）内に収納される。つまり、バッテリモジュール１３は、フロアパネル１とトレイ１５とが着脱可能に組み合うバッテリパック構造にて、フロアパネル１下に密閉状態に搭載される。ちなみに、取付座２１と、サイドメンバ５およびクロスメンバ１７との間はシール部材２８によってシールされる。

またトレイ１５には、車幅方向に対する補強を行う補強部３１が設けられている。補強部３１は、例えば図１（ｃ）および図４に示されるようにトレイ１５の上面となる隆起部２４の上壁の上面に、車幅方向に延びる細長の補強部材３３（例えば断面角形の部材）を取着し、トレイ１５の下面となる上壁の下面に、車幅方向に延びる細長の補強部材３５（例えばハット形断面の部材）を取着して、両補強部材３１，３３で挟み付ける構造が用いられる。上側の補強部材３３端は、サイドメンバ５の近く（近傍）まで延び、下側の補強部材３５端は、バッテリトレイ１５の幅方向両端（取付座２１を含む）まで延びていて、バッテリトレイ１５を装着すると、車両側方からの衝突、すなわち側突に耐える強度が得られる構造となっている。

また閉空間（閉じられた空間部１９）内のバッテリモジュール１３は、図２（ａ），図４に示されるようにトンネル部３内を挿通する配線類、例えば中継配線４５を通じて、車両に搭載のモータやインバータ（いずれも図示しない）に接続される。同接続には、例えばトレイ１５の上面の前後方向端（例えば端側の隆起部２４の上面）にコネクタユニット３７を設置し、クロスメンバ１７にコネクタユニット３７につながる中継配線４５を設けて、トレイ１５上のバッテリモジュール１３と、車体側のモータやインバータとを導通させる配線構造が用いられる。

具体的には配線構造は、コネクタユニット３７の上部に、導通接続をなす接続部４１を設置する。またクロスメンバ１７のうちトンネル部３内を閉鎖する凸部１７ｂの一部に、配線を挿通させる筒形の挿通具４３（本願の挿通部に相当）を設ける。この挿通具４３を通して、中継配線４５を空間部１９の内外に挿通させる。この空間部１９の内外に配置される中継配線４５の各挿通端に、導通ジョイント部４７ａ，４７ｂを設けて構成される。

つまり、空間部１９内に配置された導通ジョイント部４７ａと、コネクタユニット３７の上面の接続部４１とが接続され、空間部１９外に配置された導通ジョイント部４７ｂと、モータやインバータにつながる車両側配線設けた導通ジョイント部（いずれも図示しない）とが接続されることにより、中継配線４５を通じて、バッテリモジュール１３とモータやインバータなど機器との間が導通される。もちろん、挿通具４３の内面と中継配線４５の外面との間はシールされる。

また、閉空間を形成するフロアパネル１の下面には、図２、図４および図５に示されるようにバッテリモジュール１３を温調する温調装置、例えばバッテリモジュール１３を含む内部機器を冷却する冷却装置が設けられている。冷却装置には、例えば冷凍サイクルの蒸発器５１が用いられる。ちなみに蒸発器５１は、熱交換パイプ５１ａから構成される。
この蒸発器５１の熱交換パイプ５１ａが、図２、図４および図５のようにトンネル部３内の空間を含む上記閉空間（閉じられた空間部１９）を形成するフロアパネル１の下面に沿って設けられている。

この蒸発器５１の入・出口部とつながる各冷媒配管５３ａ，５３ｂ（図２，４に一部図示）は、トンネル部３ａ内を閉鎖する凸部１７ｂの一部に設けた貫通具５５を挿通している。
すなわち貫通具５５は、空間部１９内外を連通する筒形の部品から構成される。この貫通具５５を通じ、蒸発器５１とつながる冷媒配管５３ａ，５３ｂ（本願の中継部材に相当）が、閉空間内から閉空間外へ導出されている。そして、この貫通具５５を挿通した冷媒配管５３ａ，５３ｂが、例えば車両に搭載された内部機器冷却用の冷凍サイクル装置５７に接続される。ちなみに冷凍サイクル装置５７は、例えばコンプレッサ、コンデンサ、膨張弁など各種冷凍サイクル機器を組み合わせて構成され、冷凍サイクル運転（冷却運転）が行われると、蒸発器５１により、閉空間内に納めたバッテリモジュール１３を含む内部機器は冷却される。つまり、バッテリモジュール１３を含む内部機器の温度上昇が抑えられる。

つぎに、このように構成されたバッテリパック構造の作用について説明する。
車両にバッテリモジュール１３を組み付けるときは、図２（ａ）に示されるように、まずコネクタユニット３７の接続部４１と、空間部１９内へ突き出ている中継配線４５端の導通ジョイント部４７ａとを接続する。ついで、トレイ１５の取付座２１をそれぞれクロスメンバ１７の下面、サイドメンバ５の下面と重ね合わせる。この際、シール部材２８を挟み込む。これにより、図４および図５に示されるように空間部１９の開口１９ａは、トレイ１５にて塞がれると共にクロスメンバ１７の凸部１７ｂは、トンネル部３内に嵌り、トンネル部３内の車両前後方向の連通を閉鎖する。これにより、空間部１９は密閉化され、フロアパネル１下およびトンネル部３内には、バッテリモジュール１３などトレイ１５上の機器を納める閉空間が形成される。

このとき、トレイ１５の上面に搭載されたバッテリモジュール１３は、開口１９ａを通じ、同閉空間内に位置する。つまり、バッテリモジュール１３は、フロアパネル１下およびトンネル部３内に形成される閉空間内に納まる。
この後、トレイ１５の取付座２１の各部から、ボルト部材２９をクロスメンバ１７の下面やサイドメンバ５の下面へねじ込むことにより、トレイ１５は、車体の骨格をなすクロスメンバ１７、サイドメンバ５に締結される。これにより、バッテリモジュール１３は、フロアパネル１下およびトンネル部３内に形成された閉空間内に納まりながら、パック化される。つまり、バッテリモジュール１３は、フロアパネル１がバッテリカバーを兼ねるパック構造で、フロアパネル１下に密閉状態で搭載される。

こうしたパック構造により、例えば内部機器の交換や修理やメンテナンスなどを行うときは、まず作業者は、安全スイッチ（図示しない）を操作してから、トレイ１５をフロアパネル１から取り外す作業を行う。その後、導通ジョイント部４７ａをコネクタユニット３７の接続部４１から取り外し、トレイ１５上の通電系を車両側から切り離す。これにより、トレイ１５は、バッテリモジュール１３を載せたまま車両側から切り離される。そして、バッテリモジュール１３やその周辺の機器（図示しない）を点検したり修理したり、交換作業したりすればよい。このとき、蒸発器５１は、フロアパネル１側に組み付けられた機器であるから、切り離す必要はない。

このように本実施形態によれば、クロスメンバ１７を用いて、フロアパネル１下およびトンネル部３内にバッテリモジュール１３を納める閉空間を形成し、閉空間を形成するフロアパネル１の下面に蒸発器５１（温調装置）を設けたので、内部機器の交換や内部機器の修理やメンテナンスに伴う作業は、トレイ１５をフロアパネル１から取り外す作業、通電系を切り離す作業だけですみ、蒸発器５１（温調装置）を取り外さずにすむ。

したがって、バッテリ交換や内部機器の修理やメンテナンスの作業の容易化を図ることができ、作業者の負担を抑えることができる。それ故、効率よく各種作業を進めることができる。
特に蒸発器５１（温調装置）は、フロアパネル１下の閉空間を形成するフロアパネル１の下面に設けたので、限られたスペースの中で効果的にバッテリモジュール１３を含む内部機器を冷却することができる。しかも、蒸発器５１は、トンネル部３内の空間を含む閉空間を形成するフロアパネル１の下面に沿って設けられるので、バッテリモジュール１３を含む内部機器を効果的に冷却できる。そのうえ、蒸発器５１とつながる冷媒配管５３ａ，５３ｂは、クロスメンバ１７の凸部１７ｂから内外へ挿通させているので、内部機器に負担を与えずに蒸発器５１の据付面積の増加が図れ、一層、効果的にバッテリモジュール１３を含む内部機器の冷却ができる。

またフロアパネル１は、補強部３１によって車幅方向から補強されるので、高い剛性強度が確保できる。特にトレイ１の補強は、補強部材３３，３５にてトレイ１５を上面、下面から挟み付けるという補強構造により、高い剛性強度が確保できるだけでなく、衝突荷重に耐え得る強度が確保できる。
具体的には、図５中の二点鎖線で示されるような車両側方（サイドシル７）から荷重Ｆが加わる衝突、すなわち側突のときは、図５中に示されるサイドシル７の変形ですむような状態にでき、容易に衝突荷重に耐え得る強度を得ることができる。特に上側の補強部材３３端がサイドメンバ５の近傍に配置され、上側の補強部材３５端がサイドメンバ５の直下に配置される構造にすると、サイドシル７から加わる荷重Ｆをサイドメンバ５を介して、補強部材３３，３５にて効果的に受け止めることができ、有効に側突に対処できる。ちなみに補強部材３３，３５は、上下のうちの一方だけでも構わない。

なお、本発明は、上述した一実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々可変して実施しても構わない。例えば一実施形態では、温調装置として冷却装置、例えば冷凍サイクルの蒸発器をフロアパネルの下面（トンネル部を含む）に設ける装置を挙げたが、これに限らず、フロアパネルの下面に設けられる温調装置は、冷却装置ではなく、バッテリモジュールを含む内部機器の加温を行う加温装置、例えば電気ヒータでもよい。また温調装置は、冷却機能と加温機能の両方を備えている温調機器を用いても構わない。

１ フロアパネル
３ トンネル部
５ サイドメンバ
１３ バッテリモジュール
１５ トレイ
１７ クロスメンバ
１７ｂ 凸部（閉鎖部分）
１９ 空間部（閉空間）
３１ 補強部
３３，３５ 補強部材
５１ 蒸発器（温調装置）
５３ａ，５３ｂ 冷媒配管（中継部材）

Claims (5)

1. 車両のフロアを形成するフロアパネルと、
   前記フロアパネルの下面に設けられ、車両前後方向に延びる左右一対のサイドメンバと、
   前記フロアパネルの下面に設けられ、前記一対のサイドメンバ間に掛け渡される前後一対のクロスメンバと、
   周縁部が前記サイドメンバと前記クロスメンバの下面に設けられ、前記フロアパネルとの間に閉空間を形成するトレイと、
   前記トレイの上面に搭載され、前記閉空間に位置するバッテリモジュールと、
   前記閉空間を形成する前記フロアパネルの下面に設けられた温調装置と
   を具備したことを特徴とする車両のバッテリパック構造。
2. 前記フロアパネルは、車幅方向中央側に上方が凸となり車両前後方向に延びるトンネル部を有し、
   前記クロスメンバは、前記トンネル部に向かって突出し、前記トンネル部の前記車両前後方向の連通を閉鎖する閉鎖部分を備え、
   前記温調装置は、前記トンネル部内の空間を含む前記閉空間を形成するフロアパネルの下面に沿って設けられる
   ことを特徴とする請求項１に記載の車両のバッテリパック構造。
3. 前記閉鎖部分は、前記温調装置とつながる中継部材が挿通する
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両のバッテリパック構造。
4. 前記トレイは、当該トレイを車幅方向から補強する補強部を有する
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の車両のバッテリパック構造。
5. 前記補強部は、前記トレイの上面と下面とに、車幅方向に延びる補強部材を、前記トレイを挟み付けるように設けて構成される
   ことを特徴とする請求項４に記載の車両のバッテリパック構造。

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