JP2020173918A - 蓄電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電モジュールの搭載容積が小さくなること抑制しつつも、蓄電装置が外部の障害物などに衝突したとしても、蓄電モジュールが損傷することを抑制することができる蓄電装置を提供する。【解決手段】蓄電装置は、第１方向において、第１クロスメンバ２７Ａは、第２クロスメンバ２７Ｂおよび第３クロスメンバ２７Ｃよりも被荷重部位に近く、第２クロスメンバ２７Ｂは第３クロスメンバ２７Ｃよりも、被荷重部位に近く、第１方向に対して垂直な方向において、第２クロスメンバ２７Ｂおよび第３クロスメンバ２７Ｃの間に位置する第１部分ＣＳ１の断面二次モーメントは、第１クロスメンバ２７Ａおよび第２クロスメンバ２７Ｂの間に位置する第２部分ＣＳ２の断面二次モーメントよりも小さく、電気機器１２，１３は第２部分ＣＳ２よりも第１方向側に位置しており、蓄電モジュール１０は第２部分ＣＳ２に対して第１方向の反対方向側に位置している。【選択図】図４

Description

本開示は、蓄電装置に関する。

一般に、蓄電装置は、蓄電モジュールと、電気機器と、収容ケースを備え、蓄電モジュールおよび電気機器は収容ケース内に収容されている。たとえば、特開２０１８−１４４７００号公報に記載された蓄電装置においては、収容ケースは、底面側に配置されたトレイと、上面側に配置されたカバーとを含む。収容ケースは、フロアパネルの下面側に配置されており、ブラケットによって、車両のフロアサイドメンバに固定されている。

特開２０１８−１４４７００号公報

上記のように車両の外部に配置された蓄電装置においては、たとえば、路面上の障害物と接触するおそれがある。収容ケースが大きく変形すると、電気機器が変位して電気機器が蓄電モジュールと干渉するおそれがある。その結果、蓄電モジュールが損傷する可能性がある。

蓄電モジュールが損傷することを抑制するために、たとえば、収容ケース内において蓄電モジュールの周囲に空間を確保して、蓄電装置が障害物と接触したときにおいても、蓄電モジュールに電気機器などが緩衝することを抑制することが考えられる。

しかし、蓄電モジュールの周囲に空間を確保するようにしたのでは、収容ケース内の内容積が一定とすると、蓄電モジュールを搭載することができる搭載容積が小さくなる。

本開示は、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、蓄電モジュールの搭載容積が小さくなること抑制しつつも、蓄電装置が外部の障害物などに衝突したとしても、蓄電モジュールが損傷することを抑制することができる蓄電装置を提供することである。

本開示に係る蓄電装置は、蓄電モジュールと、電気機器と、蓄電モジュールおよび電気機器を収容する収容ケースとを備える。上記収容ケースは、収容ケースの底部を形成するロアーケースと、ロアーケースの外周縁部に設けられると共に、外周縁部から水平方向に離れる第１方向に向かうにつれて、上方に向かうように傾斜する衝撃入力部材と、衝撃入力部材に接続されると共に、衝撃入力部材に外力が加えられると、ロアーケースの被荷重部位に荷重を加えるブラケットと、ロアーケースに設けられると共に、被荷重部位と蓄電モジュールとの間に配置され、互いに第１方向に間隔をあけて配置された第１クロスメンバ、第２クロスメンバおよび第３クロスメンバと、第１クロスメンバおよび第２クロスメンバを接続する第１接続部材と、第２クロスメンバおよび第３クロスメンバを接続する第２接続部材とを備える。第１方向において、第１クロスメンバは、第２クロスメンバおよび第３クロスメンバよりも被荷重部位に近く、第２クロスメンバは第３クロスメンバよりも、被荷重部位に近く、第１方向に対して垂直な方向において、第２クロスメンバおよび第３クロスメンバの間に位置する第電１部分の断面二次モーメントは、第１クロスメンバおよび第２クロスメンバの間に位置する第２部分の断面二次モーメントよりも小さく、電気機器は第２部分よりも第１方向側に位置しており、蓄電モジュールは第２部分に対して第１方向の反対方向側に位置している。

上記の蓄電装置によれば、衝撃入力部材に障害物などが衝突すると、衝撃入力部材が上方に向けて変位する。ブラケットは、衝撃入力部材に連結されているため、ブラケットも変位し、被荷重部位において、ブラケットから収容ケースに荷重が加えられる。このように荷重が加えられると、収容ケースは、第１部分において凹となるように変形し、第２部分において凸となるように変形する。

そして、電気機器は、第２部分よりも第１方向側に配置されており、蓄電モジュールは第２部分に対して第１方向の反対方向に配置されている。その結果、外力によって、収容ケースが変形すると、蓄電モジュールおよび電気機器が互いに離れるように変位する。これにより、蓄電モジュールおよび電気機器が干渉することを抑制することができる。

本開示に係る蓄電装置によれば、蓄電モジュールの搭載容積が小さくなること抑制しつつも、蓄電装置が外部の障害物などに衝突したとしても、蓄電モジュールが損傷することを抑制することができる。

本実施の形態に係る蓄電装置２が搭載された車両１を模式的に示す模式図である。 蓄電装置２を模式的に示す分解斜視図である。 蓄電装置２を示す側断面図である。 荷重入力部２６およびその周囲の構成を示す側断面図である。 蓄電装置２を示す底面図である。 障害物５０が荷重入力部２６に衝突したときの初期状態を示す模式図である。 蓄電装置２が障害物５０に衝突した状態を示す模式図である。 図７に示す状態から蓄電装置２が障害物５０に向けて前進した状態を示す模式図である。 図８に示す状態から蓄電装置２が障害物５０に向けて前進した状態を示す。 図９に示す状態から蓄電装置２が障害物５０に向けて前進した状態を示す。 蓄電装置２の第１変形例である蓄電装置２Ａを示す底面図である。

図１から図１１を用いて、本実施の形態に係る蓄電装置について説明する。図１から図１１に示す構成のうち、同一または実質的に同一の構成については、同一の符号を付して重複した説明を省略する。なお、実施の形態に示す構成において、請求項に記載された構成に対応する構成には、括弧書きで請求項の構成を併記する場合がある。

図１は、本実施の形態に係る蓄電装置２が搭載された車両１を模式的に示す模式図である。車両１は、車両本体３と、蓄電装置２と、ＰＣＵ４と、回転電機５とを備える。

車両本体３内には、コンパートメント６および車室７が形成されている。車両本体３は、フロアパネル８を含み、フロアパネル８は車両本体３の底面を形成しており、フロアパネル８は、金属製の板状部材である。

蓄電装置２は、フロアパネル８の下面に設けられている。たとえば、蓄電装置２は車両本体３の底面に設けられたサイドメンバやクロスメンバに固定されている。

図２は、蓄電装置２を模式的に示す分解斜視図であり、図３は、蓄電装置２を示す側断面図である。

蓄電装置２は、蓄電モジュール１０と、収容ケース１１と、電気機器１２，１３と、ブラケット１４とを含む。

蓄電モジュール１０は、複数設けられており、各蓄電モジュール１０は、車両前後方向Ｄに間隔をあけて配置されている。各蓄電モジュール１０は、車幅方向Ｗに長尺に形成されており、各蓄電モジュール１０は、車幅方向Ｗに間隔をあけて配置された複数の蓄電セル１５を含む。なお、蓄電セル１５は、たとえば、リチウムイオン電池などの二次電池である。

収容ケース１１は、蓄電モジュール１０と、電気機器１２，１３と、ブラケット１４とを収容している。収容ケース１１は、ロアーケース１６およびアッパーケース１７を含む。ロアーケース１６およびアッパーケース１７は、たとえば、金属材料または樹脂などによって形成されている。

ロアーケース１６は、底板２０と、周壁２８と、荷重入力部２６と、複数のクロスメンバ２７とを含む。底板２０は、ロアーケース１６の底面を形成している。

底板２０は、車両前後方向Ｄに延びる一対の側辺と、車両前後方向Ｄの後方側に位置する後辺と、前方に位置する前辺とを含む。

複数のクロスメンバ２７は、底板２０の下面に設けられており、各クロスメンバ２７は、車両前後方向Ｄに間隔をあけて延びている。なお、各クロスメンバ２７は、車幅方向Ｗに長尺に形成されている。

周壁２８は、底板２０の外周縁部から上方に向かうように形成されており、周壁２８は環状に形成されている。周壁２８は、側壁２１，２２と、前部壁２３と、後壁２４と、鍔２５とを含む。

側壁２１は底板２０の一方の側辺から上方に向けて延びており、側壁２２は底板２０の他方の側辺から上方に向けて延びている。後壁２４は、底板２０の後辺から上方に向けて延びている。

底板２０の前部分は、車両前後方向Ｄの前方に向かうにつれて、車幅方向Ｗの長さが短くなるように形成されている。そして、底板２０の前辺は底板２０の外周縁を形成している。

前部壁２３は、上方に向かうにつれて、車両前後方向Ｄの前方に向かうように傾斜している。鍔２５は、周壁２８の環状に形成された上辺から水平方向において外方向に張り出すように形成されている。荷重入力部２６は、鍔２５の前端部に形成されている。

図４は、荷重入力部２６およびその周囲の構成を示す側断面図である。なお、図４においては、アッパーケース１７は図示されていない。荷重入力部２６は、車両前後方向Ｄの前方側に向かうにつれて、上方に向かうように形成されている。

ブラケット１４は、載置台３０と、支持部３１と、固定部３２とを含む。載置台３０は、板状に形成されている。載置台３０も、車両前後方向Ｄの前方側に向かうにつれて、上方に向かうように傾斜している。

固定部３２は、載置台３０の前端部側であって、載置台３０の下面に設けられており、固定部３２は、荷重入力部２６と載置台３０とを連結固定している。

支持部３１は、載置台３０の後端側であって、載置台３０の下面に設けられている。支持部３１は、載置台３０の下面から下方に向かうように形成されている。ロアーケース１６の底板２０に固定されている。

図４などにおいて、「Ｐ１」は、支持部３１が底板２０に取り付けられている取付位置を示し、「被荷重部位」を示す。

なお、本実施の形態においては、支持部３１は、底板２０に固定されているが、支持部３１は、底板２０に固定されている必要はない。

複数のクロスメンバ２７は、クロスメンバ２７Ａと、クロスメンバ２７Ｂと、クロスメンバ２７Ｃとを含む。なお、クロスメンバ２７Ａは、最も、車両前後方向Ｄの前端に位置している。そして、クロスメンバ２７Ｂは、クロスメンバ２７Ａに対して後方側に位置しており、クロスメンバ２７Ｃは、クロスメンバ２７Ｂに対して後方側に位置している。

ここで、取付位置Ｐ１は、クロスメンバ２７Ａの上方に位置している。そのため、車両前後方向Ｄにおいて、クロスメンバ２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃのうち、クロスメンバ２７Ａが最も取付位置Ｐ１に近い位置に設けられている。

電気機器１２は、載置台３０の上面に設けられている。電気機器１２は、たとえば、ＰＣＵ４に接続されたジャンクションボックスであり、たとえば、ＳＭＲなどが収容されている。

蓄電装置２内には、固定部材３３が設けられている。固定部材３３は、底板２０から上方に延びる立上り部３４と、立上り部３４の上端から水平方向に延びる載置台３５とを含む。電気機器１３は、載置台３５の上面に設けられている。

蓄電モジュール１０は、固定部材３３および電気機器１３よりも車両前後方向Ｄの後方に配置されている。蓄電モジュール１０は、クロスメンバ２７Ｃの上方に位置している。

図５は、蓄電装置２を示す底面図である。
蓄電装置２は、底板２０の下面に設けられた連結部材４０，４１と、連結部材４２，４３，４４とを含む。

連結部材４０および連結部材４１は、クロスメンバ２７Ａおよびクロスメンバ２７Ｂを連結している。連結部材４０および連結部材４１は、車幅方向Ｗに間隔をあけて設けられている。

連結部材４２，４３，４４は、車両前後方向Ｄに長尺に形成されている。連結部材４２は、車幅方向Ｗにおいて、底板２０の中央に設けられている。連結部材４２の前端部は、クロスメンバ２７Ａに固定されており、連結部材４２の前端部は連結部材４０および連結部材４１の間に位置している。

連結部材４３は、連結部材４２に対して、車幅方向Ｗに隣り合う位置に設けられており、連結部材４４は、連結部材４２に対して連結部材４３と反対側に位置している。

連結部材４２，４３の各前端部は、クロスメンバ２７Ｂに固定されており、各連結部材４２，４３は、後方に向けて延びるように形成されている。

この図４において、「Ｚ１」は、断面ＣＳ１における収容ケース１１の断面二次モーメントを示す。「Ｚ２」は、断面ＣＳ２における収容ケース１１の断面二次モーメントを示す。

断面ＣＳ１は、クロスメンバ２７Ａおよびクロスメンバ２７Ｂの間を通り、車両前後方向Ｄに対して垂直な方向（車幅方向Ｗ）において、収容ケース１１を断面視したときの断面である。そして、断面二次モーメントＺ１は、当該断面における断面二次モーメントを示す。

断面ＣＳ２は、クロスメンバ２７Ｂおよびクロスメンバ２７Ｃの間を通り、車両前後方向Ｄに対して垂直な方向（車幅方向Ｗ）において、収容ケース１１を断面視したときの断面である。そして、断面二次モーメントＺ２は、当該断面における断面二次モーメントを示す。断面二次モーメントＺ２は、断面二次モーメントＺ１よりも小さい。

このため、収容ケース１１においては、断面ＣＳ１を通る位置は、断面ＣＳ２が通る位置よりも上下方向に屈曲し難くなっている。

上記のように構成された車両１が路面を走行しているときに、車両１に置かれた障害物に蓄電装置２が衝突する場合がある。

図６は、障害物５０が荷重入力部２６に衝突したときの初期状態を示す模式図である。この図６などに示す例においては、車両１が前進しているときに、蓄電装置２が障害物５０に衝突した状態である。

この際、荷重入力部２６が障害物５０に衝突する。荷重入力部２６は、車両前後方向Ｄの前方に向かうにつれて、上方に傾斜するように形成されている。そのため、荷重入力部２６が障害物５０に衝突すると、荷重入力部２６は、先端部側が上方に向かうように変形する。ブラケット１４の前端部側は、障害物５０に固定されているため、ブラケット１４も荷重入力部２６の変形と共に変位する。

この際、ブラケット１４の取付位置Ｐ１において、ブラケット１４からロアーケース１６の底板２０に荷重が加えられる。

このように、荷重入力部２６および取付位置Ｐ１に荷重が加えられると、ロアーケース１６のうち断面ＣＳ１，ＣＳ２に曲げモーメントＭ１，Ｍ２が加えられることになる。これにより、ロアーケース１６のうち断面ＣＳ１が位置する部分が下方に突出するように変形する。その結果、電気機器１３は、蓄電モジュール１０から離れるように変位する。

ここで、ロアーケース１６のうち断面ＣＳ１が位置する部分に曲げモーメントＭ１が加えられると、断面ＣＳ１が位置する部分において、曲げ応力σ１が生じる。同様に、ロアーケース１６のうち断面ＣＳ２が位置する部分に曲げモーメントＭ２が加えられると、断面ＣＳ２が位置する部分において、曲げ応力σ２が生じる。

ここで、断面ＣＳ１は、断面ＣＳ２よりも荷重入力部２６および取付位置Ｐ１に近いため、断面ＣＳ１に加えられる曲げモーメントＭ１は、断面ＣＳ２に加えられる曲げモーメントＭ２よりも小さい。

一般に、断面二次モーメントＺ１，Ｚ２と、曲げ応力σ１，σ２と、曲げモーメントＭ１，Ｍ２との間には、下記式（１），（２）の関係が成立する。
曲げ応力σ１＝曲げモーメントＭ１／断面二次モーメントＺ１・・・（１）
曲げ応力σ２＝曲げモーメントＭ２／断面二次モーメントＺ２・・・（１）
ここで、断面二次モーメントＺ１の方が断面二次モーメントＺ２よりも大きく、さらに、曲げモーメントＭ１は、曲げモーメントＭ２よりも小さい。その結果、曲げ応力σ１は、曲げ応力σ２よりも小さくなる。

その結果、図７に示すように、ロアーケース１６のうち、断面ＣＳ２が位置する部分の方が、断面ＣＳ１が位置する部分よりも、先に降伏する。そして、ロアーケース１６のうち断面ＣＳ２が位置する部分は、上に凸状となるように変形する。

図８は、図７に示す状態から蓄電装置２が障害物５０に向けて前進した状態を示す模式図であり、図９は、図８に示す状態から蓄電装置２が障害物５０に向けて前進した状態を示す。図１０は、図９に示す状態から蓄電装置２が障害物５０に向けて前進した状態を示す。

これら図７〜図１０に示すように、断面ＣＳ１が位置する部分が下方に凹むように変形する変形量が大きくなり、さらに、断面ＣＳ２が位置する部分が上昇に向けて凸状となるように変形する変形量が大きくなる。

そして、電気機器１２および電気機器１３は、ロアーケース１６のうち、断面ＣＳ２よりも前方に形成される凹部内に入り込み、当該凹部内で圧壊することになり、電気機器１２，１３が蓄電モジュール１０に接触することを抑制することができる。

上記の実施の形態に係る蓄電装置２においては、断面二次モーメントＺ１を断面二次モーメントＺ２よりも大きくすることで、ロアーケース１６を断面ＣＳ１にて下方に凹となるように変形させ、断面ＣＳ２にて凸となるように変形させている。そして、電気機器１２，１３を断面ＣＳ２よりも前方に配置し、蓄電モジュール１０を断面ＣＳ２よりも後方に配置することで、衝突時において、蓄電モジュール１０が電気機器１２，１３と干渉することを抑制している。なお、上記の実施の形態においては、ブラケット１４に電気機器１２を配置しているが、ブラケット１４に電気機器１２を配置することは必須の構成ではない。

ここで、蓄電装置２が障害物５０に衝突した際に、断面ＣＳ２が位置する部分が上方に向けて凸状に変形しやすくするために、たとえば、連結部材４２，４３，４４のうち断面ＣＳ２が位置する部分において切欠部を形成するようにしてもよい。

また、連結部材４２，４３，４４のうち、断面ＣＳ２が位置する部分において高さ方向に段差を形成するようにしてもよい。

図１１は、蓄電装置２の第１変形例である蓄電装置２Ａを示す底面図である。この蓄電装置２Ａにおいては、蓄電装置２の構成にさらに、連結部材５５，５６が設けられている。

連結部材５５，５６は、クロスメンバ２７Ａおよびクロスメンバ２７Ｂの間からクロスメンバ２７Ｂおよびクロスメンバ２７Ｃ間にまで亘って延びるように形成されている。

なお、連結部材５５，５６のうち、断面ＣＳ２が位置する部分には、切欠部が形成されている。そして、荷重入力部２６に荷重が加えられた際に、当該切欠部に応力が集中して、連結部材５５，５６のうち切欠部が形成された部分において座屈が生じる。これにより、断面ＣＳ２が位置する部分が上方に向けて凸状となるように変形しやすくなる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 車両、 ２，２Ａ 蓄電装置、 ３ 車両本体、 ５ 回転電機、 ６ コンパートメント、 ７ 車室、 ８ フロアパネル、 １０ 蓄電モジュール、 １１ 収容ケース、 １２，１３ 電気機器、 １４ ブラケット、 １５ 蓄電セル、 １６ ロアーケース、 １７ アッパーケース、 ２０ 底板、 ２１，２２ 側壁、 ２３ 前部壁、 ２４ 後壁、 ２５ 鍔、 ２６ 荷重入力部、 ２７，２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃ クロスメンバ、 ２８ 周壁、 ３０，３５ 置台、 ３１ 支持部、 ３２ 固定部、 ３３ 固定部材、 ３４ 立上り部、 ４０，４１，４２，４３，４４，５５，５６ 連結部材、 ５０ 障害物、 ２０１８ 特開、 ＣＳ１，ＣＳ２ 断面、 Ｄ 車両前後方向、 Ｍ１ モーメント、 Ｐ１ 取付位置、 ＰＣＵ４ 上、 Ｗ 車幅方向、 Ｚ１，Ｚ２ 断面二次モーメント。

Claims (1)

1. 蓄電モジュールと、
   電気機器と、
   前記蓄電モジュールおよび前記電気機器を収容する収容ケースと、
   を備え、
   前記収容ケースは、
   前記収容ケースの底部を形成するロアーケースと、
   前記ロアーケースの外周縁部に設けられると共に、前記外周縁部から水平方向に離れる第１方向に向かうにつれて、上方に向かうように傾斜する衝撃入力部材と、
   前記衝撃入力部材に接続されると共に、前記衝撃入力部材に外力が加えられると、前記ロアーケースの被荷重部位に荷重を加えるブラケットと、
   前記ロアーケースに設けられると共に、前記被荷重部位と前記蓄電モジュールとの間に配置され、互いに前記第１方向に間隔をあけて配置された第１クロスメンバ、第２クロスメンバおよび第３クロスメンバと、
   前記第１クロスメンバおよび前記第２クロスメンバを接続する第１接続部材と、
   前記第２クロスメンバおよび前記第３クロスメンバを接続する第２接続部材と、
   を備え、
   前記第１方向において、前記第１クロスメンバは、前記第２クロスメンバおよび前記第３クロスメンバよりも前記被荷重部位に近く、前記第２クロスメンバは前記第３クロスメンバよりも、前記被荷重部位に近く、
   前記第１方向に対して垂直な方向において、前記第２クロスメンバおよび前記第３クロスメンバの間に位置する第１部分の断面二次モーメントは、前記第１クロスメンバおよび前記第２クロスメンバの間に位置する第２部分の断面二次モーメントよりも小さく、
   前記電気機器は前記第２部分よりも前記第１方向側に位置しており、前記蓄電モジュールは前記第２部分に対して前記第１方向の反対方向側に位置している、蓄電装置。