JP2021011138A - 車両用バッテリの支持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】部品コスト及び製造工程における作業効率悪化を抑制しつつ、ラバーマウント特性の個別チューニングに対応することができる車両用バッテリの支持装置を提供すること。【解決手段】車両用バッテリの支持装置９は、ラダーフレーム２の側面に連結するフレーム側ブラケット２０と、バッテリパック８側面に設けられるバッテリ側ブラケット５０と、フレーム側ブラケット２０とバッテリ側ブラケット５０とを弾性的に連結する弾性連結部４０と、を含み、フレーム側ブラケット２０のブラケット底面２２ａには、弾性連結部４０が貫通する貫通孔２２ａと、弾性連結部４０が所定数のボルトにより締結される複数の締結孔２２ｂと、が形成され、貫通孔２２ａの開口面は車幅方向Ｙにおいて長軸を有する角丸長方形であり、複数の締結孔２２ｂは車幅方向に沿って配列され、かつ、弾性連結部材を締結するボルトの所定数より２倍以上の数が形成されている。【選択図】図３

Description

本発明は、車両用バッテリの支持装置に関する。

環境負荷低減の観点から、駆動用バッテリを備え、当該バッテリからモータに電力を供給することにより駆動する電気自動車やハイブリッド自動車などの電動車両の開発が進んでいる。近年、このような電動車両に関し、トラックなどの商用車の分野においても、電動車両の開発が行われている（特許文献１を参照）

また、乗用車に比べて車両重量が大きい電気トラックにおいて十分な走行距離を可能とする電動車両を実用化するためには、車両に搭載可能なバッテリ容量を増大することが課題となる。そのため、バッテリの大型化に伴い、バッテリの車幅方向（バッテリ短手方向）における最大長さがラダーフレーム間距離より大きくなる場合がある。

このような場合、バッテリ側面に設けられたバッテリ側ブラケットとラダーフレームの車幅方向外側の面に設けられたフレーム側ブラケットとラバーブッシュ等の弾性体を介して連結することで、バッテリを支持する支持装置が適用される。

特開２０１６−１１３０６３号公報

しかしながら、電気トラックには車格が様々あり、車格ごとにバッテリの支持装置の部品を用意しては部品コストが増大するという問題がある。例えば、ラダーフレームの車幅方向の幅が異なる車格に対して、同じ大きさのバッテリを搭載する場合に、ラダーフレームとブラケットとの間に車格に応じたスペーサを介装させる方法が考えられるが、車格ごとにスペーサを用意する必要があるため、部品コストが増大する。また、スペーサとブラケットと間の位置決めや組付け等、作業工程も増加するため、製造工程における作業効率が悪化するという問題も生じる。また、これらの問題は大きさの異なるバッテリを搭載する際にも生じると考えられる。

さらに、電気トラックの使用方法や車両のタイプによってバッテリを支持するラバーブッシュ等の弾性特性を個別にチューニングしたいとの要求もある。

以上から、本願の解決すべき課題は、部品コスト及び製造工程における作業効率の悪化を抑制でき、且つラバーマウント特性の個別チューニングに対応することができる車両用バッテリの支持装置を提供することとする。

本発明は前述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様又は適用例として実現することができる。

（１）本適用例に係る車両用バッテリの支持装置は、バッテリパックを車両のラダーフレームに懸架する車両用バッテリの支持装置であって、前記ラダーフレームの車幅方向外側におけるフレーム側面に対向するブラケット背面と、前記ブラケット背面と連続し、かつ前記ブラケット背面と直交するように配置されるブラケット底面と、を備えるフレーム側ブラケットと、前記バッテリパックの車幅方向外側におけるバッテリ側面に設けられるバッテリ側ブラケットと、前記フレーム側ブラケットと前記バッテリ側ブラケットとを弾性的に連結する弾性連結部と、を含み、前記フレーム側ブラケットは、前記ブラケット底面において、前記弾性連結部が貫通する貫通孔と、前記弾性連結部が所定数の締結部材により締結される複数の締結孔とが形成され、前記貫通孔の開口形状は車幅方向において長軸を有する角丸長方形であり、前記複数の締結孔は車幅方向に沿って配列され、かつ、前記弾性連結部を前記フレーム側ブラケットに締結する締結部材の所定数より２倍以上の数が形成されている。

上記手段を用いる本適用例によれば、部品コスト及び製造工程における作業効率悪化を抑制でき、且つラバーマウント特性の個別チューニングに対応することができる。

本発明の一実施形態に係る車両用バッテリの支持装置が搭載された車両の全体構成を概略的に示す上面図である。 車両に搭載されるバッテリパックの概形を表す斜視図である。 ラダーフレームとバッテリパックとを接続する支持装置の構成及び接続形態を示す斜視図である。 フレーム側ブラケットの分解斜視図である。 弾性連結部の側面図である。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）本発明に係る支持装置と複数規格のラダーフレームとの接続形態を説明する説明図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づき説明する。

図１は本発明の一実施形態に係る車両用バッテリの支持装置が搭載された車両の全体構成を概略的に示す上面図が示されている。以下これらの図に基づき本実施形態の構成について説明する。なお、本発明は以下に説明する内容に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において任意に変更して実施することが可能である。また、実施の形態の説明に用いる図面は、いずれも構成部材を模式的に示すものであって、理解を深めるべく部分的な強調、拡大、縮小、または省略などを行っており、構成部材の縮尺や形状等を正確に表すものとはなっていない場合がある。

まず、図１に示すように、車両１は、ラダーフレーム２、キャブ３、荷箱４、車輪機構５、駆動ユニット６、駆動電力供給部７、バッテリパック８及びバッテリパック８を支持する支持装置９を備える電動トラックである。なお、図１では、車両１の上面からキャブ３及び荷箱４を透過するように見た場合の上面図として表している。

車両１は、走行用駆動源として電動機（後述するモータ６ａ）を備える電気自動車として想定されているが、エンジンをさらに備えるハイブリッド自動車であってもよい。また、車両１は電気トラックに限定されることなく、車両を駆動するためのバッテリを備える他の商用車であってもよい。

ラダーフレーム２は、左右一対のサイドフレーム２ａと複数のクロスメンバ２ｂを有している。サイドフレーム２ａは、車両１の車両前後方向Ｘに沿って延在し、互いに車幅方向Ｙに対して平行に配置された左サイドフレーム２Ｌ及び右サイドフレーム２Ｒからなる。複数のクロスメンバ２ｂは、左サイドフレーム２Ｌと右サイドフレーム２Ｒとを連結している。すなわち、ラダーフレーム２は梯子型フレームを構成している。そして、ラダーフレーム２はキャブ３、荷箱４、駆動ユニット６、駆動電力供給部７、バッテリパック８、及び車両１に搭載されるその他の重量物を支持する。

キャブ３は、図示しない運転席を含む構造体であり、ラダーフレーム２の前部上方に設けられている。一方、荷箱４は、車両１によって搬送される荷物等が積載される構造体であり、ラダーフレーム２の後部上方に設けられている。

車輪機構５は、本実施形態においては、車両前方に位置する左右の前輪５ａ、２つの前輪５ａの車軸としてのフロントアクスル５ｂ、車両後方に位置しかつ左右に各２つ配置された後輪５ｃ、及び後輪５ｃの車軸としてのリアアクスル５ｄから構成される。そして、本実施形態に係る車両１においては、後輪５ｃが駆動輪として機能するように駆動力が伝達され、車両１が走行することになる。なお、車輪機構５は、図示しないサスペンション機構を介してラダーフレーム２に懸架され、車両１の重量を支持する。

駆動ユニット６はモータ６ａ、減速機構６ｂ、及び差動機構６ｃを有する。モータ６ａは、後述する駆動電力供給部７から交流電力が供給されることにより、車両１の走行に必要な駆動力を発生させる。減速機構６ｂは、図示しない複数のギアを含み、モータ６ａから入力された回転トルクを減速して差動機構６ｃに出力する。差動機構６ｃは、減速機構６ｂから入力される動力を左右の後輪５ｃに対して振り分ける。すなわち、駆動ユニット６は、減速機構６ｂ及び差動機構６ｃを介して、モータ６ａの駆動トルクを車両１の走行に適した回転速度に減速してリアアクスル５ｄに駆動力を伝達する。これにより駆動ユニット６は、リアアクスル５ｄを介して後輪５ｃを回転させて車両１を走行させることができる。

駆動電力供給部７は、いわゆるインバータであり、バッテリパック８から供給される直流電力を交流電力に変換してモータ６ａへ供給し、車両１に対するアクセル操作に応じてモータ６ａの回転速度を制御する。

バッテリパック８は、車両１を走行させるためのエネルギー源としてモータ６ａに電力を供給する二次電池である。バッテリパック８は、車両１に必要とされる電力を蓄えるために比較的大型で大容量バッテリモジュール（図示せず）を内部に複数備えている。また、バッテリパック８は、複数の電動補機とそれらに電力を供給する配電ユニットとが車両１に搭載されている場合には（いずれも図示せず）、当該配電ユニットにも電力を供給できるように構成されてもよい。

支持装置９は、詳細を後述するように、バッテリパック８をラダーフレーム２に懸架するための接続部材である。支持装置９は、本実施形態においては、車幅方向Ｙに対してラダーフレーム２の両側にそれぞれ３つ（合計６つ）設けられている。ただし、支持装置９は、バッテリパック８の重量及び寸法に応じ、その数量を適宜変更することができる。

図２は、車両に搭載されるバッテリパック８の概形を表す斜視図である。バッテリパック８は、本実施形態においては、車両前後方向Ｘに対していずれも同じ長さの略直方体形状である第１バッテリ収容部８ａと第２バッテリ収容部８ｂとが一体となるように形成されている。

また、第１バッテリ収容部８ａは、車幅方向Ｙに対して、上記した左サイドフレーム２Ｌと右サイドフレーム２Ｒとの間に収まる幅に設定されている。一方、第２バッテリ収容部８ｂは、車幅方向Ｙの長さがラダーフレーム２よりも広い幅に設定され、車高方向Ｚの下方から第１バッテリ収容部８ａに連結されている。

すなわち、バッテリパック８は、車両前後方向Ｘに垂直な平面における断面形状が逆Ｔ型となる形状を備えている。そして、バッテリパック８は、第１バッテリ収容部８ａと第２バッテリ収容部８ｂとの幅の違いにより生じる段差部分をサイドフレーム２ａが通るように配置される。これにより、バッテリパック８は、左サイドフレーム２Ｌと右サイドフレーム２Ｒとの間、及びサイドフレーム２ａの下方のスペースを有効に利用して、バッテリの収容量を増加させている。

また、バッテリパック８は、第２バッテリ収容部８ｂの車幅方向Ｙの外側面であるバッテリ側面８Ｓにおいて、後述するバッテリ側ブラケット１０を接続するための複数の支持装置取付領域８ｃが設けられている。

図３はラダーフレーム２とバッテリパック８とを接続する支持装置９の構成及び接続形態を示す斜視図、図４は本発明に係るフレーム側ブラケット２０の分解斜視図、図５は本発明に係る弾性連結部の側面図、図６は本発明に係る支持装置と複数規格のラダーフレームとの接続形態を説明する説明図である。

支持装置９は、フレーム側ブラケット２０、弾性連結部３０、及びバッテリ側ブラケット４０を備え、バッテリパック８をラダーフレーム２に弾性的に懸架している。

フレーム側ブラケット２０は、ラダーフレーム２の車幅方向Ｙにおける側面、すなわちサイドフレーム２ａの外側面であるフレーム側面２Ｓに対してボルトで連結される金属部材である。

また、フレーム側ブラケット２０は、ブラケット背面２１、ブラケット底面２２、及び一対のブラケット側面２３からなり、それぞれの面が互いに直交するように形成されている。さらに、フレーム側ブラケット２０は、後述するように、フレーム側ブラケット２０を構成する複数の板状部材を一体に締結する複数の積層締結ボルトを含む。

ブラケット背面２１は車幅方向Ｙに垂直な平面を構成し、サイドフレーム２ａのフレーム側面２Ｓに対して図示しない複数のボルトで連結されている。

ブラケット底面２２は、ブラケット背面２１に連続しつつ車高方向Ｚに垂直な平面を構成する。また、ブラケット底面２２の略中央には、車幅方向Ｙにおいて長軸を有する角丸長方形の開口形状である貫通孔２２ａが形成されており、当該貫通孔２２ａにおける車両前後方向Ｘの両側には片側に６つ、合計１２個の円孔の締結孔２２ｂが車幅方向Ｙに沿って並んでいる。

一対のブラケット側面２３は、ブラケット背面２１とブラケット底面２２との両方に直交しながら両者に連続するように構成されている。

より詳しくは、フレーム側ブラケット２０は、図４に示すように、第１板金部材２００、第２板金部材２１０、及び第３板金部材２２０からなり、これらの板状部材を積層して複数の積層締結ボルトにより一体に固定されて形成されている。ここで、第１板金部材２００、第２板金部材２１０、及び第３板金部材２２０は共通の板金をそれぞれの形状に合わせて切り出した上で、上記したブラケット背面２１、ブラケット底面２２、及び２つのブラケット側面２３を構成するように折り曲げて形成される。

第１板金部材２００は、ブラケット背面２１の一部となる第１板金背面２０１、第１板金背面２０１から連続しつつブラケット底面２２の一部となる第１板金底面２０２、及び第１板金背面から連続しつつブラケット側面２３の一部となる一対の第１板金側面２０３からなる。

第１板金背面２０１は、平面視した場合にはブラケット背面２１と略同一の形状を有している。第１板金側面２０３は、平面視した場合には略直角三角形であるが、車幅方向Ｙに対する幅がブラケット側面２３よりも短く形成されている。第１板金底面２０２は、平面視した場合には、ブラケット底面２２と略同一形状を有している。

第２板金部材２１０は、ブラケット背面２１の一部となる第２板金背面２１１、第２板金背面２１１から連続しつつブラケット側面２３の一部となる一対の第２板金側面２１２、並びに、第２板金背面２１１及び第２板金側面２１２から連続しつつブラケット底面２２の一部となる一対の第２板金底面２１３からなる。

第２板金背面２１１は、平面視した場合ブラケット背面２１と略同一の形状を有している。第２板金側面２１２は、平面視した場合には、ブラケット側面２３と略同一形状を有している。第２板金底面２１３は平面視した場合には、ブラケット底面２２と略同一形状を有している。

第３板金部材２２０は、ブラケット底面２２の一部となる第３板金底面２２１、及び第３板金底面２２１から連続しつつブラケット側面２３の一部となる一対の第３板金側面２２２からなる。

第３板金底面２２１は、平面視した場合にはブラケット底面２２と略同一形状を有している。第３板金側面２２２は平面視した場合には略直角三角形であるが、車高方向Ｚに対する高さがブラケット側面２３よりも低く形成されている。

このように、第１板金部材２００、第２板金部材２１０、及び第３板金部材２２０を組み合わせてフレーム側ブラケット２０を構成することで、支持装置９の軽量化及び強度の増強を図っている。

弾性連結部４０は、フレーム側ブラケット２０とバッテリ側ブラケット４０とを車高方向Ｚの上下で弾性的に連結する連結部材である。詳しくは、弾性連結部３０は、図５に示すように座面部材３１、弾性部材３２、ワッシャー３３及び複数の締結部材３４からなる。

座面部材３１は、フレーム側ブラケット２０のブラケット底面２２に載置される矩形の板状金属である。当該座面部材３１には、四隅に締結孔３１ａが形成され、それぞれの締結孔３１ａにてボルト及びナットからなる締結部材３４によってブラケット底面２２に固定される。

弾性部材３２は、一部分が座面部材３１から車高方向Ｚの上方に突出し、大部分が座面部材３１から車高方向Ｚの下方に突出したラバーブッシュである。この下方に突出している部分は下方に向けて先細の円錐台形状をなしており、ブラケット底面２２の貫通孔２２ａを通ってバッテリ側ブラケット４０に当接する。

ワッシャー３３は弾性部材３２の頂面に載置された円板状の金属である。当該ワッシャー３３及び弾性部材３２には中央に車高方向Ｚに延びる軸孔３０ａが形成され、軸孔３０ａにてボルト及びナットからなる締結部材３５によってバッテリ側ブラケット４０に固定される。

このように、弾性連結部３０は、フレーム側ブラケット２０との連結部分においてラバーブッシュが介在することで、フレーム側ブラケット２０を介して連結するラダーフレーム２と、バッテリ側ブラケット４０を介して連結するバッテリパック８との相対変位に伴う応力を吸収する。

バッテリ側ブラケット４０は、図３、図５に示すように中央のウェブ４１と、ウェブ４１の車両前後方向Ｘの両端から車高方向Ｚに延びる一対のサイドフランジ４２からなるＨ字型の金属部材である。当該バッテリ側ブラケット４０は、図２で示した、バッテリ側面８Ｓの各支持装置取付領域８ｃに設けられている。

詳細には、ウェブ４１は、上面視において略正方形の座面４１Ｓを有し、座面４１ＳがＸＹ平面に平行、すなわちバッテリパック８のバッテリ側面８Ｓに対して垂直をなして、バッテリ側面８Ｓに接合されている。またウェブ４１の中央において、弾性連結部３０の弾性部材３２の底面が当接しており、ウェブ４１には弾性連結部３０の軸孔３０ａと同軸上に貫通する連結孔４１ａが形成されている。そして、弾性連結部３０の軸孔３０ａとバッテリ側ブラケット４０の連結孔４１ａを通って弾性連結部３０とバッテリ側ブラケット４０とを連結する締結部材３５が設けられている。

このように、本実施形態の車両１においては、バッテリパック８は、バッテリ側ブラケット４０、弾性連結部３０、フレーム側ブラケット２０からなる支持装置９を介してラダーフレーム２のサイドフレーム２ａに懸架される。このため、車両１の走行に伴いサイドフレーム２ａに捩れや撓みに伴う応力が発生した場合であっても、弾性連結部３０は、その緩衝効果により、当該応力がバッテリパック８へ伝達される事を低減することができる。

また、本実施形態の支持装置９は、フレーム側ブラケット２０のブラケット底面２２に角丸長方形の開口形状である貫通孔２２ａと当該貫通孔２２ａの両側に形成された複数の締結孔２２ｂが設けられていることにより、フレーム側ブラケット２０に対し弾性連結部３０を車幅方向Ｙに沿って取付位置を調整することができる。

詳細には、図６を用いて説明する。まず、図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）においてバッテリパック８の大きさ（少なくとも車幅方向長さ）はどれも同じである。それゆえ、バッテリパック８のバッテリ側面８Ｓに設けられたバッテリ側ブラケット４０の位置は図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はいずれも同じ位置であることを前提とする。

それに対して、図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）では、ラダーフレームのサイドフレーム間の距離が異なっており、図６（ａ）のサイドフレーム１０２ａ間の距離が最も短く、図６（ｃ）のサイドフレーム１２２ａ間の距離が最も長く、図６（ｂ）のサイドフレーム１１２ａ間の距離がそれらの中間である。

図６（ａ）のサイドフレーム１０２ａの場合、サイドフレーム１０２ａのフレーム側面１０２Ｓとバッテリ側面８Ｓとの車幅方向Ｙにおける距離は近接している。そこで、弾性連結部３０は、最もブラケット背面２１側の締結孔と、ブラケット背面２１から４つ目の締結孔を使用して、ブラケット底面２２上においてブラケット背面２１寄りに固定される。

図６（ｂ）のサイドフレーム１１２ａの場合、サイドフレーム１１２ａのフレーム側面１１２Ｓとバッテリ側面８Ｓとの車幅方向Ｙにおける距離は図６（ａ）よりも離間している。この場合、弾性連結部３０は、ブラケット背面２１から２つ目及び５つ目の締結孔を使用して、ブラケット底面２２上において略中央に固定される。

図６（ｃ）のサイドフレーム１２２ａの場合、サイドフレーム１２２ａのフレーム側面１２２Ｓとバッテリ側面８Ｓとの車幅方向Ｙにおける距離は図６（ｂ）よりもさらに離間している。この場合、弾性連結部３０は、ブラケット背面２１から３つ目及び６つ目の締結孔を使用して、ブラケット底面２２上において車幅方向Ｙ外側に固定される。

このように、本実施形態におけるバッテリの支持装置９はサイドフレーム間の距離が異なる車格に対しても、追加の部品を必要とすることなく、組付けることができる。また、組付け作業も車格に応じて変化することはないため、作業効率の悪化も防ぐことができる。さらに、例えば車両１の使用方法や特殊な車両タイプに対応して弾性特性を個別にチューニングすべく、ラバーブッシュの形状や容積が変更された場合でも、支持装置９全体の仕様を変更せずに対応することができる。

以上のことから本実施形態に係る車両用バッテリの支持装置によれば、部品コスト及び製造工程における作業効率の悪化を抑制しつつ、ラバーマウント特性の個別チューニングに対応することができる。

以上で実施形態の説明を終えるが、本発明は上記した実施形態に限定されるものではない。

上記の実施形態では、フレーム側ブラケットのブラケット底面に形成する締結孔を車幅方向Ｙに沿って片側に６つ（合計１２個）としているが、この数に限られず、締結孔の数は弾性連結部を締結するために必要な締結部材の所定数の２倍以上あればよい。

また、上記の実施形態では、フレーム側ブラケットを第１板金部材、第２板金部材、及び第３板金部材を積層した構造とし、バッテリ側ブラケットをＨ字型構造として説明したが、フレーム側ブラケット及びバッテリ側ブラケットの構造は種々の条件に応じて変更することができる。

また、上記の実施形態では、バッテリパックの大きさ（少なくとも車幅方向長さ）は同じで、ラダーフレームのサイドフレーム間の距離が異なっている場合として述べたが、このように限られず、バッテリパックの大きさが異なる場合、もしくはサイドフレーム間及びバッテリパックの大きさの両方が異なる場合でも同様な効果を奏することができる。

また、上記の実施形態では、ラダーフレーム２にフレーム側ブラケット２０を直接接続しているが、この間にスペーサを設けることを除外するものではない。

１ 車両
２ ラダーフレーム
３ キャブ
４ 荷箱
５ 車輪機構
６ 駆動ユニット
７ 駆動電力供給部
８ バッテリパック
９ 支持装置
２０ フレーム側ブラケット
２１ ブラケット背面
２２ ブラケット底面
２２ａ 貫通孔
２２ｂ 締結孔
２３ ブラケット側面
３０ 弾性連結部
４０ バッテリ側ブラケット
２００ 第１板金部材
２１０ 第２板金部材
２２０ 第３板金部材

Claims (1)

1. バッテリパックを車両のラダーフレームに懸架する車両用バッテリの支持装置であって、
   前記ラダーフレームの車幅方向外側におけるフレーム側面に対向するブラケット背面と、前記ブラケット背面と連続し、かつ前記ブラケット背面と直交するように配置されるブラケット底面と、を備えるフレーム側ブラケットと、
   前記バッテリパックの車幅方向外側におけるバッテリ側面に設けられるバッテリ側ブラケットと、
   前記フレーム側ブラケットと前記バッテリ側ブラケットとを弾性的に連結する弾性連結部と、を含み、
   前記フレーム側ブラケットは、前記ブラケット底面において、前記弾性連結部が貫通する貫通孔と、前記弾性連結部が所定数の締結部材により締結される複数の締結孔とが形成され、
   前記貫通孔の開口形状は車幅方向において長軸を有する角丸長方形であり、前記複数の締結孔は車幅方向に沿って配列され、かつ、前記弾性連結部を前記フレーム側ブラケットに締結する締結部材の所定数より２倍以上の数が形成されていることを特徴とする、車両用バッテリの支持装置。
   

Images