JP2020196434A - 電動車両のバッテリユニット取付構造 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリモジュールの取付剛性を確保しつつ走行騒音を低減することができる電動車両のバッテリユニット取付構造を提供する。【解決手段】フロアパネル２と、このフロアパネル２の下側にフロアパネル２と協働して前後に延びる閉断面を形成する左右１対のフロアフレーム３と、バッテリモジュール１１を支持すると共に１対のフロアフレーム３に取り付けられたバッテリユニット１０とを備え、バッテリユニット１０が、バッテリモジュール１１と、１対のフロアフレーム３に対する取付部２６，２７を有すると共に前後に延びる左右１対のサイドフレーム２１と、少なくとも１対のサイドフレーム２１に支持されると共にバッテリユニット１１の底部を形成するバッテリトレイ２４と、１対のサイドフレーム２１の間を連結する複数のクロスフレーム３１〜３３とを有し、バッテリモジュール１１をバッテリトレイ２４に対して上下方向変位可能にクロスフレーム３１〜３３に取り付けている。【選択図】 図４

Description

本発明は、バッテリモジュールを支持すると共に１対のフロアフレームに取り付けられたバッテリユニットを備えた電動車両のバッテリユニット取付構造に関する。

従来より、ハイブリッド車や電気自動車等の電動車両では、車輪を駆動する電動機（例えば、モータジェネレータ又はモータ）の動力源であるバッテリが大容量になるため、バッテリユニットを車体フロアの下方空間を利用して配置している。
通常、バッテリユニットは、リチウムイオン等のバッテリセルの集合体からなる複数のバッテリモジュールと、これら複数のバッテリモジュールを収容するバッテリケースと、このバッテリケースの骨格フレーム等によって構成されている。

特許文献１の電気自動車は、フロアパネル下方において、左右１対のサイドフレームに支持されるバッテリユニットを有し、このバッテリユニットは、同一形状で且つ同一姿勢に整列された複数のバッテリモジュールと、これら複数のバッテリモジュールが載置されたバッテリトレイと、このバッテリトレイを覆うカバー部材と、バッテリトレイの下面に設けられた車幅方向に延びる複数の桁部材を備え、複数の桁部材の端部がサイドフレームに締結ボルトを介して固定されている。

バッテリモジュールをバッテリトレイ以外の部材を用いて支持する構造も公知である。
特許文献２の電池パックは、複数のバッテリモジュールを収容する第２ケース部と、この第２ケース部を覆う第１ケース部と、第１，第２ケース部を支持すると共に第１，第２ケース部の間に設けられたセンタプレートとを有し、このセンタプレートが、複数のバッテリモジュールを第２ケース部の底板から離隔した状態で支持している。

定常走行時、車輪と路面によって発生した振動エネルギが懸架部材を介して車体強度部材に伝搬し、車室を構成するフロアパネル等のパネル部材を振動させる。これらパネル部材の振動により、ドラミングノイズやロードノイズ等の走行騒音が発生する。
ドラミングノイズは、２０〜５０Ｈｚの低周波音であり、ロードノイズは、１００〜４００Ｈｚの中周波音である。ドラミングノイズを含めてロードノイズと呼ばれることもある。ドラミングノイズやロードノイズ等の走行騒音は、制振材の追加や下部車体剛性の増加によって対策されている。

特開２００９−０８３６０１号公報 特開２０１３−１２９３９１号公報

バッテリユニットを備えた電動車両では、バッテリユニットが高重量物であることから、所定の周波数帯域で車体振動と共振し、走行騒音を助長することが懸念される。
そこで、バッテリユニットと走行騒音との関連性を明らかにすることを目的として、ＣＡＥ（Computer Aided Engineering）によるシミュレーション解析を行った。
バッテリユニットを搭載していない車両モデルＡ（評価基準モデル）と、バッテリユニット以外モデルＡと略同仕様とされてバッテリユニットを搭載した車両モデルＢとを作成し、モデルＡ，Ｂについて各周波数帯域における車体振動を夫々算出した。尚、バッテリユニットは、総重量３００ｋｇとされ、同一形状で且つ同一姿勢に整列された１６個のバッテリモジュールが強固に支持されている。また、車体振動の評価指標として、放射される音響パワーに対応する等価放射エネルギ（ＥＲＰ：Equivalent Radiation Energy）を各々のモデルの各節点の変位から算出した。

図１５に基づき、解析結果について説明する。
図１５に示すように、バッテリユニットを搭載した破線で示すモデルＢは、約４０Ｈｚ前後の周波数帯域で低周波の走行騒音が発生し、バッテリユニットを搭載していない実線で示すモデルＡよりもドラミングノイズ性能が悪化することが知見された。
本発明者が検討した結果、バッテリユニットの重量の大半を占めるバッテリモジュールの上下挙動が、車体側フレームの上下振動と共振し、低周波の車体曲げ動作を誘発することが判明した。つまり、バッテリモジュールの取付剛性が高い程、車体側フレームの共振傾向が増すことになる。即ち、バッテリモジュールの取付剛性の確保と走行騒音低減とを両立することは容易ではない。

本発明の目的は、バッテリモジュールの取付剛性を確保しつつ走行騒音を低減可能な電動車両のバッテリユニット取付構造等を提供することである。

請求項１の電動車両のバッテリユニット取付構造は、フロアパネルと、このフロアパネルの下側にフロアパネルと協働して前後に延びる閉断面を形成する左右１対のフロアフレームと、バッテリモジュールを支持すると共に前記１対のフロアフレームに取り付けられたバッテリユニットとを備えた電動車両のバッテリユニット取付構造において、前記バッテリユニットが、前記バッテリモジュールと、前記１対のフロアフレームに対する取付部を有すると共に前後に延びる左右１対のサイドフレームと、少なくとも前記１対のサイドフレームに支持されると共にバッテリユニットの底部を形成するバッテリトレイと、前記１対のサイドフレームの間を連結する複数のクロスフレームとを備え、前記バッテリモジュールを前記バッテリトレイに対して上下方向変位可能に前記クロスフレームに取り付けたことを特徴としている。

この電動車両のバッテリユニット取付構造では、前記バッテリユニットが、前記バッテリモジュールと、前記１対のフロアフレームに対する取付部を有すると共に前後に延びる左右１対のサイドフレームと、少なくとも前記１対のサイドフレームに支持されると共にバッテリユニットの底部を形成するバッテリトレイと、前記１対のサイドフレームの間を連結する複数のクロスフレームとを備えたため、バッテリユニットの軽量化を図りつつ、バッテリユニットの１対のサイドフレームを１対のフロアフレームに対して強固に連結することができる。前記バッテリモジュールを前記バッテリトレイに対して上下方向変位可能に前記クロスフレームに取り付けたため、サイドフレームに支持されたバッテリトレイの上下運動とバッテリモジュールの上下運動とを分離する、所謂バッテリモジュールの運動に指向性をもたせることができ、車体とバッテリユニットとの上下方向の共振を抑制することができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記クロスフレームが、前記バッテリトレイの上側にバッテリトレイと協働して閉断面を形成するように構成され、上下方向に延びて前記バッテリモジュールに連結される連結壁部と、前記連結壁部の下端部から前記バッテリモジュールと反対方向に延びると共に前記クロスフレームの上壁部に固定される固定壁部とを有する取付ブラケットを設け、前記取付ブラケットが、前記バッテリモジュールの重心の高さ位置と前記クロスフレームの上壁部の高さ位置が略同じ高さ位置になるように前記バッテリモジュールに連結されたことを特徴としている。
この構成によれば、簡単な構成でバッテリモジュールの取付剛性を確保できると共に、クロスフレームの車幅方向運動とバッテリモジュールの車幅方向運動を同期させつつクロスフレームの上下運動とバッテリモジュールの上下運動とを分離することができる。

請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記バッテリユニットが、前記バッテリモジュールの長軸が前記サイドフレームに沿うように前記バッテリモジュールを収容すると共に前記クロスフレームによって区切られた複数のモジュール収容領域を有し、前記クロスフレームが、このクロスフレームを間に挟むモジュール収容領域に配置されたバッテリモジュールが取り付けられることを特徴としている。
この構成によれば、クロスフレームを異なるモジュール収容領域に配置されたバッテリモジュールの支持に共用することができ、クロスフレームの数を低減することができる。

請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記クロスフレームが、前記バッテリモジュールを単層状態で収容する単層モジュール収容領域の間に挟まれた第１クロスフレームと、前記単層モジュール収容領域と前記バッテリモジュールを上下２段配置した２層状態で収容する２層モジュール収容領域との間に挟まれた第２クロスフレームとを含み、前記第２クロスフレームと前記バッテリトレイとが協働して形成する閉断面と前記バッテリトレイを挟んで上下方向に隣接する閉断面をバッテリトレイと協働して形成する下側クロスフレームを設けたことを特徴としている。
この構成によれば、大重量が入力する第２クロスフレームをバッテリトレイ内部に影響を与えることなく補強することができる。

請求項５の発明は、請求項３又は４の発明において、前記クロスフレームが、前記第１クロスフレームに対して前記第２クロスフレームと反対側に形成され且つ前記第１クロスフレームとの間のみに単層モジュール収容領域を形成する第３クロスフレームを含み、前記第２クロスフレームの上壁部を前記サイドフレームの上壁部に連結する第１上壁連結部と第２クロスフレームの側壁部を前記サイドフレームの側壁部に連結する第１側壁連結部とが一体的に連続形成され、前記第３クロスフレームの上壁部を前記サイドフレームの上壁部に連結する第２上壁連結部と第３クロスフレームの側壁部を前記サイドフレームの側壁部に連結する第２側壁連結部とが独立に分離形成されたことを特徴としている。
この構成によれば、大重量が入力する第２クロスフレームとサイドフレームとの接続部分を強固にすると共に大重量が入力しない第３クロスフレームとサイドフレームとの接続部分を簡易的にすることで、重量軽減と生産性向上を図ることができる。

請求項６の発明は、請求項３〜５の何れか１項の発明において、前記モジュール収容領域は、前記バッテリモジュールを複数収容するように構成され、前記取付ブラケットは、複数のバッテリモジュールを前記クロスフレームに対して取り付けることを特徴としている。
この構成によれば、取付ブラケットを複数のバッテリモジュールの支持に共用することができ、取付ブラケットの数を低減することができる。

本発明の電動車両のバッテリモジュール取付構造によれば、バッテリモジュールの運動に指向性をもたせることにより、バッテリモジュールの取付剛性を確保しつつ走行騒音を低減することができる。

実施例１に係る電動車両の底面図である。 電動車両を後側下方から視た斜視図である。 バッテリユニットの分解斜視図である。 カバー部材と右側のバッテリモジュールを省略したバッテリユニットの平面図である。 カバー部材と右側のバッテリモジュールを省略したバッテリユニットを前側上方から視た斜視図である。 図４の要部斜視断面図である。 図４のVII-VII線断面図である。 図４のVIII-VIII線断面図である。 第１〜第３取付ブラケットの斜視図である。 評価モデル及びフレーム剛性の説明図である。 モジュール支持剛性の説明図である。 サイドフレームの曲げ剛性とモジュール支持機構の曲げ剛性との関係を示すグラフである。 モジュール支持機構の説明図である。 本実施例モデルと評価基準モデルとの車体振動に関する解析結果である。 従来モデルと評価基準モデルとの車体振動に関する解析結果である。

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

以下、本発明の実施例１について図１〜図１４に基づいて説明する。
本実施例１に係る車両Ｖは、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関（図示略）と車両駆動用の電動機（モータジェネレータ）（図示略）とを駆動源としたハイブリッド自動車である。

図１，図２に示すように、車両Ｖは、前後に延びる左右１対のサイドシル１と、フロアパネル２と、前後に延びる左右１対のフロアフレーム３と、バッテリユニット１０等を備えている。以下、図において、矢印Ｆ方向を車体前後方向前方とし、矢印Ｌ方向を車幅方向左方とし、矢印Ｕ方向を車体上下方向上方として説明する。また、この車両Ｖは、略左右対称構造である。

まず、車両Ｖの全体構成について説明する。
サイドシル１は、車幅方向外側壁部を構成する断面略ハット状のアウタパネルと、車幅方向内側壁部を構成する断面略ハット状のインナパネルとを備え、両パネルが協働して前後に延びる略矩形状の閉断面を形成している。このサイドシル１の前端側部分には、上下に延びるヒンジピラーが連結され、後端側部分には、上下に延びるリヤピラーが連結されている。尚、この車両Ｖは、フロントドアが前端部分に形成されたヒンジピラーのヒンジ中心に開閉され、リヤドアが後端部分に形成されたリヤピラーのヒンジ中心に開閉される、所謂観音開きタイプのドア構造であり、センターピラーが省略されている。

フロアパネル２は、１対のサイドシル１の間に掛け渡されるようにフルフラット状に形成され、車室内に膨出するトンネル部は形成されていない。
図１，図２，図８に示すように、このフロアパネル２は、前席乗員用シート（図示略）が搭載されるフロントパネル２ａと、このフロントパネル２ａの後端から後方上り傾斜状に上方に起立したキックアップパネル２ｃを介して後方に連なり後席乗員用シート（図示略）が搭載されるリヤパネル２ｂとを備えている。

１対のフロアフレーム３は、断面略ハット状に夫々形成され、これら１対のフロアフレーム３の間隔が後側程離隔している。それ故、サイドシル１と隣り合うフロアフレーム３との間隔は、後側程接近している。フロアフレーム３は、フロントパネル２ａの下面と協働して前後に延びる断面略矩形状の閉断面を形成している。リヤサスペンション４は、キックアップパネル２ｃの後方で且つリヤパネル２ｂの下方に配設されている。このサスペンション４は、後端部に車輪（図示略）を回転可能に支持する左右１対のトレーリングアーム４ａと、車幅方向両端部が１対のトレーリングアーム４ａに夫々連結された左右に延びるトーションビーム４ｂを備えたトーションビーム式サスペンションである。

次に、バッテリユニット１０について説明する。
図１〜図３に示すように、バッテリユニット１０は、フロアパネル２の下方空間にレイアウトされている。このバッテリユニット１０は、複数（例えば、１６個）のバッテリモジュール１１と、これら複数のバッテリモジュール１１を収容するバッテリケース１２によって構成されている。車両駆動用電動機に電力を供給するバッテリモジュール１１は、規格電圧を有する直方体形状の複数のバッテリセル１１ａ（図８参照）を前後に積層状に整列させた直方体形状のバッテリ集合体に形成されている。バッテリセル１１ａは、例えば、２次電池の一種であるリチウムイオンバッテリである。
複数のバッテリモジュール１１は、縦、横及び高さ寸法を含めて同一仕様に設定され、長手方向が前後方向と平行になる姿勢でバッテリケース１２に夫々収容されている。
このバッテリモジュール１１の重量は、例えば、約１４ｋｇであり、バッテリユニット１０の総重量は、例えば、約３００ｋｇである。

バッテリケース１２は、バッテリモジュール１１を直列接続した高電圧バッテリを収容するため、耐振性及び耐水性を確保するように構成されている。
図３に示すように、バッテリケース１２は、左右１対のサイドフレーム２１と、左右に延びて１対のサイドフレーム２１の前端部を連結するフロントフレーム２２と、左右に延びて１対のサイドフレーム２１の後端部を連結するリヤフレーム２３と、各フレーム２１〜２３に支持されると共にバッテリケース１２の底部を形成する桶状のバッテリトレイ２４と、このバッテリトレイ２４と協働して複数のバッテリモジュール１１を収容可能な密閉空間を形成する合成樹脂製のカバー部材２５等を備えている。サイドフレーム２１の上下方向の曲げ剛性は、フロアフレーム３の上下方向の曲げ剛性よりも低くなるように設定されている。

各フレーム２１〜２３は、略Ｌ字状のロアパネルと略Ｌ字状のアッパパネルが協働して略矩形状の閉断面を夫々構成している（図７参照）。各フレーム２１〜２３が形成した閉断面は、環状に連なり、略ロ字状の閉断面構造体を構成している。
各フレーム２１〜２３は、取付部２６〜２９により車体に対して取り付けられている。
左右４対の取付部２６及び左右１対の取付部２７は、１対のサイドフレーム２１のロアパネルから車幅方向外側に夫々延びている。これらの取付部２６，２７は、フロアフレーム３の下壁部にボルトｂを介して夫々締結固定されている。左右１対の取付部２８は、フロントフレーム２２のロアパネルから前側に夫々延びている。これら取付部２８は、フロントパネル２ａの前側部分下面にボルトｂを介して締結固定されている。取付部２９は、リヤフレーム２３のロアパネル中央部から上方に延び、上端部が、リヤパネル２ｂと協働して左右に延びる閉断面を形成するクロスメンバ（図示略）にボルトｂを介して締結固定されている。

図３〜図５に示すように、バッテリトレイ２４は、各フレーム２１〜２３の上壁部に載置された状態で強固に溶接固定されている。それ故、バッテリトレイ２４の上下方向の曲げ挙動は、各フレーム２１〜２３の上下方向の曲げ挙動と略同じ挙動と見做すことができる。バッテリトレイ２４とバッテリモジュール１１との間には、冷却用配管（図示略）を間に介して板状のゴム部材（図示略）が配設されている。これにより、バッテリトレイ２４とバッテリモジュール１１との間隔が、相対変位可能に構成されている。

バッテリトレイ２４は、断面略ハット状の第１〜第３クロスフレーム３１〜３３によってバッテリモジュール１１を収容する第１〜第３収容領域（バッテリ収容領域）Ｓ１〜Ｓ３を区分している。第３，第１クロスフレーム３３，３１が、フロントパネル２ａの前部下方（前席乗員用シート）に対応した第１収容領域Ｓ１の前後範囲を区画し、第１，第２クロスフレーム３１，３２が、フロントパネル２ａの後部下方に対応した第２収容領域Ｓ２の前後範囲を区画し、第２クロスフレーム３２とリヤフレーム２３が、キックアップパネル２ｃ及びリヤパネル２ｂの下方に対応した第３収容領域Ｓ３の前後範囲を区画している。第１，第２収容領域Ｓ１，Ｓ２は、４個のバッテリモジュール１１を左右に整列させて単層状態で夫々収容している。

第３収容領域Ｓ３は、２段支持機構４０を有し、４個のバッテリモジュール１１を左右に整列すると共にこれらのバッテリモジュール１１の上側に４個のバッテリモジュール１１を左右に整列させた２層状態で８個のバッテリモジュール１１を収容している。
図４〜図６に示すように、２段支持機構４０は、略π状の前支持部４１と、略π状の後支持部４２と、前支持部４１の左右端部と後支持部４２の左右端部とを夫々連結する左右１対の略Ｔ字状の側支持部４３と、各支持部４１〜４３に掛け渡された底板部材４４等を備え、上段の４個のバッテリモジュール１１を支持している。前支持部４１の左右１対の脚部は、第２クロスフレーム３２の上壁部に締結固定され、後支持部４２の左右１対の脚部は、左右に延びる後側支持部３５の上壁部に締結固定されている。

図６，図８に示すように、後側支持部３５は、断面略Ｌ字状に形成されている。この後側支持部３５は、上壁部の後端部がリヤフレーム２３の前壁部に接続されると共に前壁部の下端部がバッテリトレイ２４に接続され、リヤフレーム２３及びバッテリトレイ２４と協働して左右に延びる閉断面を形成している。１対の側支持部４３の脚部は、バッテリトレイ２４上に締結固定されている。

第１〜第３クロスフレーム３１〜３３は、バッテリトレイ２４の上側にバッテリトレイ２４と協働して左右に延びる閉断面を夫々形成している。これら第１〜第３クロスフレーム３１〜３３は、サイドフレーム２１と略同じ上下方向の曲げ剛性になるよう構成され、前後方向に略等間隔になるように配設されている。

図４〜図６に示すように、第１クロスフレーム３１は、上壁部の左右両端部から車幅方向外側に夫々延びる上壁連結部３１ａと、前壁部及び後壁部の左右両端部から前方及び後方に夫々延びる前後１対の側壁連結部３１ｂとが形成されている。上壁連結部３１ａは、サイドフレーム２１の上壁部に接続され、１対の側壁連結部３１ｂは、サイドフレーム２１の内側壁部に夫々接続されている。これら上壁連結部３１ａと１対の側壁連結部３１ｂは、一体的に連なるように連続形成されている。第３クロスフレーム３３は、上壁部の左右両端部から車幅方向外側に夫々延びる上壁連結部３３ａと、前壁部及び後壁部の左右両端部から前方及び後方に夫々延びる前後１対の側壁連結部３３ｂとが形成されている。上壁連結部３３ａは、サイドフレーム２１の上壁部に接続され、１対の側壁連結部３３ｂは、サイドフレーム２１の内側壁部に夫々接続されている。これら上壁連結部３３ａと１対の側壁連結部３３ｂは、独立して分離形成されている。

第２クロスフレーム３２は、上壁部の左右両端部から車幅方向外側に夫々延びる上壁連結部３２ａと、前壁部及び後壁部の左右両端部から前方及び後方に夫々延びる前後１対の側壁連結部３２ｂとが形成されている。上壁連結部３２ａは、サイドフレーム２１の上壁部に接続され、１対の側壁連結部３２ｂは、サイドフレーム２１の内側壁部に夫々接続されている。これら上壁連結部３３ａと１対の側壁連結部３３ｂは、一体的に連なるように連続形成されている。図１，図６〜図８に示すように、バッテリトレイ２４の下面に左右に延びる下側クロスフレーム３４が設けられている。下側クロスフレーム３４は、バッテリトレイ２４の下側にバッテリトレイ２４と協働して左右に延びる閉断面を夫々形成している。下側クロスフレーム３４が形成する閉断面は、第２クロスフレーム３２が形成する閉断面とバッテリトレイ２４を挟んで上下に隣接している。

各バッテリモジュール１１は、板金製の前後１対の取付ブラケット５１〜５３を介して第１〜第３クロスフレーム３１〜３３及び後側支持部３５に夫々取り付けられている。
取付ブラケット５１〜５３の上下方向の曲げ剛性は、バッテリトレイ２４の上下方向の曲げ剛性よりも高く且つ第１〜第３クロスフレーム３１〜３３及び後側支持部３５の上下方向の曲げ剛性よりも低くなるように設定されている。

図９に示すように、取付ブラケット５１〜５３は、上下に延びてバッテリモジュール１１に連結される連結壁部５１ａ〜５３ａと、前後に延びて締結部材を介して締結される固定壁部５１ｂ〜５３ｂとを備え、断面略Ｌ字状に形成されている。バッテリモジュール１１の前側に取り付けられる取付ブラケットの連結壁部５１ａ，５３ａが、左右に隣り合う２つのバッテリモジュール１１の前壁部に４本のボルトを介して夫々連結され、バッテリモジュール１１の後側に取り付けられる取付ブラケットの連結壁部５２ａ，５３ａが、左右に隣り合う２つのバッテリモジュール１１の後壁部に４本のボルトを介して夫々連結される。

図４，図５，図８に示すように、取付ブラケットの連結壁部５１ａ〜５３ａは、第１，第２収容領域Ｓ１，Ｓ２及び第３収容領域Ｓ３に収容された下段のバッテリモジュール１１の重心Ｇが前後に延びる延長線Ｌ１上に位置するように夫々支持している。
また、図８に示すように、第１〜第３クロスフレーム３１〜３３及び後側支持部３５の上壁部は、側面視にて延長線Ｌ２上に位置するように形成されている。延長線Ｌ１と延長線Ｌ２は、側面視にて略同じ高さ位置になるように構成されている。

第１収容領域Ｓ１には、第３クロスフレーム３３に固定された左右１対の第１取付ブラケット５１と、第１クロスフレーム３１に固定された左右１対の第２取付ブラケット５２とが配置されている。図９（ａ）に示すように、第１取付ブラケット５１は、例えば、１．６ｍｍの鋼板をプレス加工して成形され、連結壁部５１ａと、固定壁部５１ｂとを備えている。固定壁部５１ｂは、左側端部に前方（屈曲部と反対方向）に延びる締結部５１ｓが形成され、固定壁部５１ｂの中央部と左側端部との中間よりも僅かに中央部寄り部分に前方に延びる位置決め部５１ｐが形成され、固定壁部５１ｂの中央部に対して位置決め部５１ｐと対称部分に前方に延びる締結部５１ｔが形成されている。

固定壁部５１ｂは、屈曲部から前方に延設され、締結部５１ｓと締結部５１ｔがボルトを介して第３クロスフレーム３３の上壁部に固定されている。連結壁部５１ａは、第３クロスフレーム３３の上壁部から張り出した片持ち状態で支持されている。尚、助手席下方に対応した左側第１取付ブラケット５１では、車幅方向外側の締結部５１ｓにて位置決めし、車幅方向内側の位置決め部５１ｐにて締結固定している（図４参照）。

図９（ｂ）に示すように、第２取付ブラケット５２は、例えば、１．６ｍｍの鋼板をプレス加工して成形され、連結壁部５２ａと、固定壁部５２ｂとを備えている。固定壁部５２ｂは、右側端部に後方に延びる締結部５２ｓが形成され、左側端部に後方に延びる締結部５２ｔが形成され、固定壁部５２ｂの中央部分に後方に延びる締結部５２ｕが形成され、締結部５２ｓと締結部５２ｕとの中央部分に後方に延びる位置決め部５２ｐが形成されている。固定壁部５２ｂは、屈曲部から後方に延設され、締結部５２ｓと締結部５２ｔと締結部５２ｕがボルトを介して第１クロスフレーム３１の上壁部に固定されている。連結壁部５２ａは、第１クロスフレーム３１の上壁部から張り出した片持ち状態で支持されている。

第２収容領域Ｓ２には、第１クロスフレーム３１に固定された左右１対の第３取付ブラケット５３と、第２クロスフレーム３２に固定された左右１対の第３取付ブラケット５３とが配置されている。図９（ｃ）に示すように、第１クロスフレーム３１に固定された右側の第３取付ブラケット５３は、例えば、２．０ｍｍの鋼板をプレス加工して成形され、連結壁部５３ａと、固定壁部５３ｂとを備えている。固定壁部５３ｂは、左側端部に前方に延びる位置決め部５３ｐが形成され、固定壁部５３ｂの中央部と左側端部との中央部分に前方に延びる締結部５３ｓが形成され、左側端部に前方に延びる締結部５３ｔが形成されている。

固定壁部５３ｂは、屈曲部から前方に延設され、ボルトを介して第１クロスフレーム３１の上壁部に固定されている。連結壁部５３ａは、第１クロスフレーム３１の上壁部から張り出した片持ち状態で支持されている。第１クロスフレーム３１に片持ち状態で固定された左側の第３取付ブラケット５３及び第２クロスフレーム３２に片持ち状態で固定された左右１対の第３取付ブラケット５３も配置位置を除き同様に構成されている。

第３収容領域Ｓ３の下段には、第２クロスフレーム３２に片持ち状態で固定された左右１対の第３取付ブラケット５３と、後側支持部３５に片持ち状態で固定された左右１対の第３取付ブラケット５３とが第２収容領域Ｓ２と同様に配置されている。更に、第３収容領域Ｓ３の上段には、前支持部４１に片持ち状態で固定された左右１対の第３取付ブラケット５３と、後支持部４２に片持ち状態で固定された左右１対の第３取付ブラケット５３とが下段と同様に配置されている。第１〜第３取付ブラケット５１〜５３は、板厚、締結部位置、及び位置決め部位置を除いて略同様の仕様に設定されている。

ここで、走行騒音に関して、フレーム剛性とモジュール支持剛性との関係について説明する。本発明者は、車両Ｖのバッテリケース１２に係る評価モデルを作成した上で、フレーム剛性とモジュール支持剛性との剛性比率を変化させながら基準騒音レベルに対する走行騒音についてＣＡＥ解析を行った。尚、フレーム剛性は、フロアフレーム３と同じ挙動を示すサイドフレーム２１の上下方向の曲げ剛性と見做し、モジュール支持剛性は、第３クロスフレーム３３の上下方向の曲げ剛性と取付ブラケットの上下方向の曲げ剛性との総和の剛性と見做している。

図１０（ａ）に示すように、この解析の評価モデルは、１対のサイドフレーム２１の前端部及び後端部の各々の下側四隅を支持している。図１０（ｂ）の矢印に示すように、フレーム剛性を測定するに当たり、サイドフレーム２１の最大振幅位置に所定の測定荷重を上方から付与した。以上を踏まえ、フレーム剛性は、フロアフレーム３と略同じ挙動を示すサイドフレーム２１の上下方向の曲げ剛性（Ｎ／ｍｍ）と定義している。また、第３収容領域Ｓ３は、２層で８個のバッテリモジュール１１を収容している高剛性の２段支持機構４０が配設されているため、単層２列で８個のバッテリモジュール１１を収容する第１，第２収容領域Ｓ１，Ｓ２に比べて剛性が高い。それ故、この評価モデルでは、車両Ｖの走行騒音に与える影響が大きい第１，第２収容領域Ｓ１，Ｓ２の中間地点（サイドフレーム２１と第１クロスフレーム３１との連結位置）がサイドフレーム２１の最大振幅位置に相当している。

モジュール支持剛性は、正面視にて、取付ブラケット５１の上下方向の曲げ剛性（Ｎ／ｍｍ）と定義している。第１，第２収容領域Ｓ１，Ｓ２では、単層で８個のバッテリモジュール１１が、取付ブラケット５１〜５３を介して第１〜第３クロスフレーム３１〜３３に支持されている。第１〜第３クロスフレーム３１〜３３は、取付ブラケット５１〜５３に比べて高剛性部材であるため、モジュール支持剛性は、取付ブラケット５１の上下方向の曲げ剛性と見做すことができる。図１１（ａ）に示すように、取付ブラケット５１に連結される連結壁部５１ａは、第３クロスフレーム３３の上壁部から張り出した片持ち状態で支持されているため、図１１（ｂ）の矢印に示すように、連結壁部５１ａの上下方向の変位量を用いて取付ブラケット５１の上下方向の曲げ剛性、換言すれば、モジュール支持剛性が求められる。尚、取付ブラケット５２，５３についても同様である。

解析結果を図１２に示す。横軸は、フレーム剛性、縦軸は、モジュール支持剛性である。
図１２に示すように、この解析結果から、モジュール支持剛性が略１０００Ｎ／ｍｍよりも低い領域において、騒音性能が良い領域（基準騒音レベルよりも騒音レベルが低い領域）と騒音性能が悪い領域（基準騒音レベルよりも騒音レベルが高い領域）の境界線が１次関数特性を示すこと、略４０００Ｎ／ｍｍの境界線よりも高いフレーム剛性領域において、騒音性能が悪くなることが知見された。即ち、フレーム剛性が高い程、騒音レベルは改善されるが、サイドフレーム２１の板厚が増加し、車体重量増加の点において問題があるため、フレーム剛性が略４０００Ｎ／ｍｍ以下且つモジュール支持剛性が略１０００Ｎ／ｍｍ以下の領域、換言すれば、フレーム剛性が略４０００Ｎ／ｍｍ以下で且つ上下方向のモジュール支持剛性（取付ブラケット５１の上下方向の曲げ剛性）がサイドフレーム２１の上下方向の曲げ剛性に対して２５％以下の領域に各々の剛性を調整することで、車体重量を増加することなく走行騒音を良好にできることが確認された。

つまり、上下方向のモジュール支持剛性が高い場合、図１３の点線に示すように、バッテリモジュール１１の上下運動とサイドフレーム２１の上下運動とが共振してドラミングノイズ等の走行騒音の発生原因となる。これに対して、上下方向のモジュール支持剛性がサイドフレーム２１の上下方向の曲げ剛性に対して２５％以下の場合、図１３の一点鎖線に示すように、バッテリモジュール１１の運動量（振動周期）が、サイドフレーム２１の運動量から独立して大きくなり、所謂二重防振機構（二重ばね）を構成している。
これにより、バッテリモジュール１１の上下運動と第３クロスフレーム３３の上下運動との共振を回避することができる。サイドフレーム２１に連なる第３クロスフレーム３３（バッテリトレイ２４）の上下運動とバッテリモジュール１１の上下運動とを分離して、バッテリモジュール１１の運動に指向性（上下移動を許容し且つ左右移動を規制する）をもたせることにより車体とバッテリユニット１０との上下方向の共振を抑制している。

以上のことから、本実施例においては、各取付ブラケット５１〜５３の固定壁部５１ｂ〜５３ｂが固定対象となるバッテリモジュール１１と反対方向に夫々延設され、この固定壁部５１ｂ〜５３ｂから屈曲部と反対方向に延設された各々の締結部にて固定されているため、各々の締結部を支点として各取付ブラケット５１〜５３の上下運動のみが許容されている。それ故、クロスフレーム３１〜３３の上下方向の曲げ剛性の低下を必要とすることなく、クロスフレームの上下方向の曲げ剛性と取付ブラケットの上下方向の曲げ剛性とからなるモジュール支持剛性を低下させている。

次に、上記バッテリユニット取付構造の作用、効果について説明する。
作用、効果の説明に当り、ＣＡＥ（Computer Aided Engineering）によるシミュレーション解析を行った。バッテリユニットを搭載していない車両モデルＡ（評価基準モデル）と、本実施例の車両モデルＣとを作成し、モデルＡ，Ｃについて各周波数帯域における車体振動を夫々算出した。尚、車両モデルＡと車両モデルＣは、バッテリユニットを除いて略同一仕様である。また、車体振動の評価指標として、放射される音響パワーに対応する等価放射エネルギ（ＥＲＰ：Equivalent Radiation Energy）を各々のモデルの各節点の変位から算出している。

図１４に、解析結果を示す。横軸は、周波数、縦軸は、車体振動を示している。
図１４に示すように、一点鎖線で示すモデルＣは、低周波領域において、実線で示すモデルＡよりも車体振動が低いことが確認された。特に、モデルＣは、ドラミングノイズの原因となる約４０Ｈｚ前後の周波数帯域において、車体振動を抑えることができ、ドラミングノイズ性能を格段に向上している。

実施例１に係るバッテリユニット取付構造によれば、バッテリユニット１０が、バッテリモジュール１１と、１対のフロアフレーム３に対する取付部２６，２７を有すると共に前後に延びる左右１対のサイドフレーム２１と、少なくとも１対のサイドフレーム２１に支持されると共にバッテリユニット１０の底部を形成するバッテリトレイ２４と、１対のサイドフレーム２１の間を連結する第１〜第３クロスフレーム３１〜３３とを備えたため、バッテリユニット１０の軽量化を図りつつ、バッテリユニット１０の１対のサイドフレーム２１を１対のフロアフレーム３に対して強固に連結することができる。
バッテリモジュール１０をバッテリトレイ２４に対して上下方向変位可能に第１〜第３クロスフレーム３１〜３３に取り付けたため、サイドフレーム２１に支持されたバッテリトレイ２４の上下運動とバッテリモジュール１１の上下運動とを分離する、所謂バッテリモジュール１０の運動に指向性をもたせることができ、車体とバッテリユニット１０との上下方向の共振を抑制することができる。

第１〜第３クロスフレーム３１〜３３が、バッテリトレイ２４の上側にバッテリトレイ２４と協働して閉断面を形成するように構成され、上下方向に延びてバッテリモジュール１０に連結される連結壁部５１ａ〜５３ａと、連結壁部５１ａ〜５３ａの下端部からバッテリモジュール１１と反対方向に延びると共に第１〜第３クロスフレーム３１〜３３の上壁部に固定される固定壁部５１ｂ〜５３ｂとを有する第１〜第３取付ブラケット５１〜５３を設け、第１〜第３取付ブラケット５１〜５３が、バッテリモジュール１１の重心Ｇの高さ位置（Ｌ１）と第１〜第３クロスフレーム３１〜３３及び後側支持部３５の上壁部の高さ位置（Ｌ２）が略同じ高さ位置になるようにバッテリモジュール１１に連結されている。これにより、簡単な構成でバッテリモジュール１１の取付剛性を確保できると共に、第１〜第３クロスフレーム３１〜３３の車幅方向運動とバッテリモジュール１１の車幅方向運動を同期させつつ第１〜第３クロスフレーム３１〜３３の上下運動とバッテリモジュール１１の上下運動とを分離することができる。

バッテリユニット１０が、バッテリモジュール１１の長軸がサイドフレーム２１に沿うようにバッテリモジュール１１を収容すると共に第１〜第３クロスフレーム３１〜３３によって区切られた３つの第１〜第３収容領域Ｓ１〜Ｓ３を有し、第１，第２クロスフレーム３１，３２が、第１，第２クロスフレーム３１，３２を間に挟む第１〜第３収容領域Ｓ１〜Ｓ３に配置されたバッテリモジュール１１が取り付けられている。これにより、第１，第２クロスフレーム３１，３２を異なる第１〜第３収容領域Ｓ１〜Ｓ３に配置されたバッテリモジュール１１の支持に共用することができ、クロスフレームの数を低減することができる。

クロスフレームが、バッテリモジュール１１を単層状態で収容する第１，第２収容領域Ｓ１，Ｓ２の間に挟まれた第１クロスフレーム３１と、第２収容領域Ｓ２とバッテリモジュール１１を上下２段配置した２層状態で収容する第３収容領域Ｓ３との間に挟まれた第２クロスフレーム３２とを含み、第２クロスフレーム３２とバッテリトレイ２４とが協働して形成する閉断面とバッテリトレイ２４を挟んで上下方向に隣接する閉断面をバッテリトレイ２４と協働して形成する下側クロスフレーム３４を設けている。これにより、大重量が入力する第２クロスフレーム３２をバッテリトレイ２４内部に影響を与えることなく補強することができる。

クロスフレームが、第１クロスフレーム３１に対して第２クロスフレーム３２と反対側に形成され且つ第１クロスフレーム３１との間のみに第１収容領域Ｓ１を形成する第３クロスフレーム３３を含み、第２クロスフレーム３２の上壁部をサイドフレーム２１の上壁部に連結する第１上壁連結部３２ａと第２クロスフレーム３２の側壁部をサイドフレーム２１の側壁部に連結する第１側壁連結部３１ｂとが一体的に連続形成され、第３クロスフレーム３３の上壁部３３ａをサイドフレーム２１３の上壁部に連結する第２上壁連結部３３ａと第３クロスフレーム３３の側壁部をサイドフレーム２１の側壁部に連結する第２側壁連結部３３ｂとが独立に分離形成されている。
これにより、大重量が入力する第２クロスフレーム３２とサイドフレーム２１との接続部分を強固にすると共に大重量が入力しない第３クロスフレーム３３とサイドフレーム２１との接続部分を簡易的にすることで、重量軽減と生産性向上を図ることができる。

第１〜第３収容領域Ｓ１〜Ｓ３は、バッテリモジュール１１を複数収容するように構成され、第１〜第３取付ブラケット５１〜５３は、左右１対のバッテリモジュール１１を第１〜第３クロスフレーム３１〜３３に対して取り付けるため、第１〜第３取付ブラケット５１〜５３を複数のバッテリモジュール１１の支持に共用することができ、第１〜第３取付ブラケット５１〜５３の数を低減することができる。

次に、前記実施形態を部分的に変更した変形例について説明する。
１〕前記実施形態においては、第１〜第３収容領域Ｓ１〜Ｓ３と第１〜第３クロスフレーム３１〜３３とを設けたバッテリケース１２の例を説明したが、少なくともバッテリモジュール１１に上下方向運動を許容し、左右方向の運動を制限する指向性を与えることができれば良く、単一の収容領域と単一のクロスフレームとを備えたバッテリケース１２であっても良い。

２〕前記実施形態においては、３種類の第１〜第３取付ブラケット５１〜５３の例を説明したが、単一の取付ブラケットでも良い。また、クロスフレームに左右１対の取付ブラケットを設けた例を説明したが、単一のクロスフレームに１或いは３以上の取付ブラケットを設けても良く、また、単一の取付ブラケットに１或いは３以上のバッテリモジュールを取り付けても良い。

３〕前記実施形態においては、バッテリモジュール１１の重心Ｇの高さ位置（Ｌ１）と第１〜第３クロスフレーム３１〜３３及び後側支持部３５の上壁部の高さ位置（Ｌ２）が略同じ高さ位置に構成された例を説明したが、少なくとも、連結壁部５１ａ〜５３ａがバッテリモジュール１１に密着する密着部下端がバッテリモジュール１１の重心Ｇの高さ位置と略同じ高さ位置に設定されれば、本発明の効果を奏することができる。即ち、本発明は、バッテリモジュール１１の重心の高さ位置が、第１〜第３クロスフレーム３１〜３３の上壁部の高さ位置と連結壁部５１ａ〜５３ａがバッテリモジュール１１に密着する密着部下端との間に配設された構成を含むものである。

４〕前記実施形態においては、バッテリモジュール１１をクロスフレーム３１〜３３及び後側支持部３５に取り付け、バッテリトレイ２４に対して上下方向変位可能になるようにバッテリトレイ２４とバッテリモジュール１１の間に板状ゴム部材を配設した例を説明したが、少なくとも、バッテリモジュール１１が上下方向変位可能であれば良く、バッテリトレイ２４とバッテリモジュール１１の間に所定の間隔を設けても良い。

５〕その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施形態に種々の変更を付加した形態や各実施形態を組み合わせた形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態も包含するものである。

２ フロアパネル
３ フロアフレーム
１０ バッテリユニット
１１ バッテリモジュール
２１ サイドフレーム
２４ バッテリトレイ
３１ 第１クロスフレーム
３２ 第２クロスフレーム
３２ａ 上壁連結部
３２ｂ 側壁連結部
３３ 第３クロスフレーム
３３ａ 上壁連結部
３３ｂ 側壁連結部
５１ 第１取付ブラケット
５２ 第２取付ブラケット
５３ 第３取付ブラケット
Ｖ 車両
Ｓ１ 第１収容領域
Ｓ２ 第２収容領域
Ｓ３ 第３収容領域

Claims (6)

1. フロアパネルと、このフロアパネルの下側にフロアパネルと協働して前後に延びる閉断面を形成する左右１対のフロアフレームと、バッテリモジュールを支持すると共に前記１対のフロアフレームに取り付けられたバッテリユニットとを備えた電動車両のバッテリユニット取付構造において、
   前記バッテリユニットが、前記バッテリモジュールと、前記１対のフロアフレームに対する取付部を有すると共に前後に延びる左右１対のサイドフレームと、少なくとも前記１対のサイドフレームに支持されると共にバッテリユニットの底部を形成するバッテリトレイと、前記１対のサイドフレームの間を連結する複数のクロスフレームとを備え、
   前記バッテリモジュールを前記バッテリトレイに対して上下方向変位可能に前記クロスフレームに取り付けたことを特徴とする電動車両のバッテリユニット取付構造。
2. 前記クロスフレームが、前記バッテリトレイの上側にバッテリトレイと協働して閉断面を形成するように構成され、
   上下方向に延びて前記バッテリモジュールに連結される連結壁部と、前記連結壁部の下端部から前記バッテリモジュールと反対方向に延びると共に前記クロスフレームの上壁部に固定される固定壁部とを有する取付ブラケットを設け、
   前記取付ブラケットが、前記バッテリモジュールの重心の高さ位置と前記クロスフレームの上壁部の高さ位置が略同じ高さ位置になるように前記バッテリモジュールに連結されたことを特徴とする請求項１に記載の電動車両のバッテリユニット取付構造。
3. 前記バッテリユニットが、前記バッテリモジュールの長軸が前記サイドフレームに沿うように前記バッテリモジュールを収容すると共に前記クロスフレームによって区切られた複数のモジュール収容領域を有し、
   前記クロスフレームが、このクロスフレームを間に挟むモジュール収容領域に配置されたバッテリモジュールが取り付けられることを特徴とする請求項２に記載の電動車両のバッテリユニット取付構造。
4. 前記クロスフレームが、前記バッテリモジュールを単層状態で収容する単層モジュール収容領域の間に挟まれた第１クロスフレームと、前記単層モジュール収容領域と前記バッテリモジュールを上下２段配置した２層状態で収容する２層モジュール収容領域との間に挟まれた第２クロスフレームとを含み、
   前記第２クロスフレームと前記バッテリトレイとが協働して形成する閉断面と前記バッテリトレイを挟んで上下方向に隣接する閉断面をバッテリトレイと協働して形成する下側クロスフレームを設けたことを特徴とする請求項３に記載の電動車両のバッテリユニット取付構造。
5. 前記クロスフレームが、前記第１クロスフレームに対して前記第２クロスフレームと反対側に形成され且つ前記第１クロスフレームとの間のみに単層モジュール収容領域を形成する第３クロスフレームを含み、
   前記第２クロスフレームの上壁部を前記サイドフレームの上壁部に連結する第１上壁連結部と第２クロスフレームの側壁部を前記サイドフレームの側壁部に連結する第１側壁連結部とが一体的に連続形成され、前記第３クロスフレームの上壁部を前記サイドフレームの上壁部に連結する第２上壁連結部と第３クロスフレームの側壁部を前記サイドフレームの側壁部に連結する第２側壁連結部とが独立に分離形成されたことを特徴とする請求項３又は４に記載の電動車両のバッテリユニット取付構造。
6. 前記モジュール収容領域は、前記バッテリモジュールを複数収容するように構成され、
   前記取付ブラケットは、複数のバッテリモジュールを前記クロスフレームに対して取り付けることを特徴とする請求項３〜５の何れか１項に記載の電動車両のバッテリユニット取付構造。