JP2022097815A - 車両用バッテリパックの構造 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリパックを軽量化しつつねじれ剛性を確保し、側突等によるバッテリケースの変形を抑制する。【解決手段】バッテリパック１のバッテリケースは、底面部１２と、底面部１２の両側部から車両上方に突出し、前後方向に延びる側壁部１３と、を有し、バッテリケース内には、幅方向に延びる内側クロスメンバ２０が設けられ、内側クロスメンバ２０は、底面部１２及び両側の側壁部に接合されており、内側クロスメンバ２０の車両上下方向の長さＨ１は、前後方向の長さＬ１よりも長く設定されており、内側クロスメンバ２０と底面部１２によって、幅方向視で閉断面構造が構成されている。【選択図】図５

Description

本発明は、車両用バッテリパックの構造に関する。

電動車両は、例えば、特許文献１に開示されているように、バッテリパックを備えている。バッテリパックは、バッテリモジュールを収容するバッテリケースを備えており、バッテリケースは、車体のフロア部の下面側に固定されている。電動車両の航続距離を延ばすためには、バッテリパックを大容量化させる必要がある。そのため、バッテリパックの大型化が求められる。

一方で、バッテリパックの大型化に伴う重量増を避けるために、バッテリケースには所定の剛性及び強度を確保しつつ、軽量化が求められる。例えば、特許文献１に開示されているバッテリパックは、バッテリケースを支持する外枠フレームを備え、該外枠フレームは、対向する２つのフレームユニットを備え、フレームユニットの下面側を繋ぐように、アルミニウム合金押出中空形材からなる３本のクロスメンバが、互いに間隔を空けて設けられている。クロスメンバの本数は、外枠フレームに要求される強度及び剛性特性に応じて、中空形材の厚みや断面形状、合金種などの仕様とともに、適宜決定される。

特開２０１３－１３３０４４号公報

上記例のように外枠フレームを設けることによって、バッテリケースを安定して支持することは可能である。ところが、車両前後方向に延びるフレームユニットの下面にクロスメンバが取り付けられる上記例のような構造では、車幅方向の外側から車体側部に物体等が衝突する側面衝突（以下、側突）等に対して、強度及び剛性が不足するため、バッテリケースの変形を抑制することが困難になる可能性がある。

また、バッテリパックの大型化により、バッテリパックのフロア下部の占有面積が大きくなるため、フロア部を補強するための骨格部材を配置するスペースを確保できない場合がある。そのため、バッテリパックには、ねじれに対する剛性も求められる。上記例のような構造では、バッテリパックを軽量化しつつ、ねじれ剛性を確保し、さらに側突等によるバッテリケースの変形を抑制する上で、改善の余地があった。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、軽量化しつつねじれ剛性を確保し、さらに側突等によるバッテリケースの変形を抑制可能な車両用バッテリパックの構造を提供することである。

上記目的を達成するための本発明に係る車両用バッテリパックの構造は、車体のフロア部の車両下方側に取り付けられるバッテリケースを有する。当該車両用バッテリパックの前記バッテリケースは、車両前後方向に延びる板状の底面部と、該底面部の車幅方向両側部から車両上方に突出し、車両前後方向に延びる側壁部と、を有し、前記バッテリケース内には、車幅方向に延びる内側クロスメンバが設けられ、該内側クロスメンバは、前記底面部及び両側の前記側壁部に接合されており、前記内側クロスメンバの車両上下方向の長さは、車両前後方向の長さよりも長く設定されており、前記内側クロスメンバと前記底面部によって、車幅方向視で閉断面構造が構成されている。

本発明によれば、バッテリパックを、軽量化しつつねじれ剛性を確保し、さらに側突等によるバッテリケースの変形を抑制することができる。

本発明に係る車両用バッテリパックの車両上方から見た斜視図である。 図１のバッテリケースの上側ケース及びバッテリセルを取り外した状態を示す斜視図である。 図１のバッテリパックを車両下方から見た斜視図である。 図１のＡ－Ａ矢視の断面を示す斜視図である。 図１のＢ－Ｂ矢視断面の一部を拡大して示す拡大断面図である。 図２のＣ－Ｃ矢視の断面を示す斜視図である。 図４の外側部材の周辺を拡大した拡大斜視図である。 図２のＤ－Ｄ矢視断を示す斜視図である。

以下、本発明に係る車両用バッテリパックの構造の一実施形態について、図面（図１～図８）を参照しながら説明する。なお、図において、矢印Ｆｒ方向は車両前後方向における前方を示す。実施形態の説明における「前部（前端）及び後部（後端）」は、車両前後方向における前部及び後部に対応する。また、矢印Ｌ、Ｒ方向は、車幅方向における左側、右側を示している。また、本実施形態の説明における「左右」は、車両室内の乗員が車両前方を向いたときの左右に対応している。

本実施形態の車両用バッテリパック１の構造は、車体のフロア部の車両下方側にバッテリパック１の構造である。

本実施形態のバッテリパック１は、図１～図５に示すように、バッテリセル１Ａを収容するバッテリケース１０と、バッテリケース１０の車幅方向外側部に設けられるバッテリサイドメンバ３０と、バッテリケース１０の内部に配置される内側クロスメンバ２０と、下側ケース１１の外側に取り付けられた外側クロスメンバ２５と、有している。

先ず、バッテリパック１のバッテリケース１０について説明する。バッテリケース１０は、車体のフロア部のフロアパネル（図示せず）の車両下方側に配置され、バッテリサイドメンバ３０を介して、サイドシル（図示せず）等に固定されている。図１に示すように、バッテリケース１０は、下側ケース１１と、上側ケース１７と、を有している。

図２に示すように、下側ケース１１は、底面部１２と、側壁部１３と、前壁部１４と、後壁部１５と、を有している。底面部１２は、バッテリセル１Ａが設置される部分であり、車両前後方向に延びる略長方形状である。側壁部１３は、底面部１２の車幅方向の両外側に設けられており、底面部１２の車幅方向外側端から車両上方に突出し、車両前後方向に延びている。側壁部１３の上端には、車幅方向外側に突出する下外側フランジ１３ａが設けられている。

前壁部１４は、底面部１２の前端から車両上方に突出し、車幅方向に延びている。また、前壁部１４の車幅方向外側部は、側壁部１３の前部に接続されている。前壁部１４の前面には、フロントサイドメンバ等の骨格部材に連結されるブラケット７５等が接合されている。後壁部１５は、底面部１２の後端から車両上方に突出し、車幅方向に延びている。また、後壁部１５の車幅方向外側部は、側壁部１３の後部に接続されている。下側ケース１１の前壁部１４の上端には、車両前方に突出し、車幅方向に延びる前側フランジ１４ａが設けられ、後壁部１５の上端には、車両後方に突出し、車幅方向に延びる後側フランジ１５ａが設けられている。

図１に示すように、上側ケース１７は、下側ケース１１を車両上方から覆う、蓋状の部材である。この例の上側ケース１７は、天面部１８と、側壁部１９と、前壁部１９ａと、後壁部１９ｂと、を有している。天面部１８は、下側ケース１１の底面部１２の車両上方側に間隔を空けて配置され、フロアパネル７１の下面に対して、若干の間隔を空けて配置されている部分であり、車両前後方向に延びる略長方形状である。上側ケース１７の側壁部１９は、天面部１８の車幅方向の両外側に設けられており、天面部１８の車幅方向外側端から車両下方に突出し、車両前後方向に延びている。上側ケース１７の側壁部１９の下端には、車幅方向外側に突出する上外側フランジ１８ａが設けられている。上外側フランジ１８ａは、下外側フランジ１３ａにボルト等により締結されている。

上側ケース１７の前壁部１９ａは、天面部１８の前端から車両下方に突出し、車幅方向に延びている。前壁部１９ａの車幅方向外側部は、側壁部１９の前部に接続されている。上側ケース１７の後壁部１９ｂは、天面部１８の後端から車両下方に突出し、車幅方向に延びている。後壁部１９ｂの車幅方向外側部は、側壁部１９の後部に接続されている。上側ケース１７の前壁部１９ａ及び後壁部１９ｂのそれぞれには、下側ケース１１の前壁部１４及び後壁部１５と同様に、フランジ１９ｃが設けられている。上側ケース１７の各フランジ１９ｃは、下側ケース１１の前側フランジ１４ａ及び後側フランジ１５ａに、それぞれボルト等により締結されている。

図２、図４及び図８に示すように、内側クロスメンバ２０は、車幅方向に延びる部材で、内側クロスメンバ２０の下部は下側ケース１１の底面部１２に接合され、内側クロスメンバ２０の車幅方向外側の端部は、側壁部１３の内面に当接し、当該端部の縁が内面に接合されている。

本実施形態では、複数の内側クロスメンバ２０が、車両前後方向に互いに間隔を空けて配置されている。図示は省略しているが、バッテリセル１Ａは、車両前後方向に並ぶ内側クロスメンバ２０の間に配置されている。それぞれの内側クロスメンバ２０は、車両前後方向に所定に幅（図５のＬ１）を有し、この幅よりも、車両上下方向の高さ（図５のＨ１）が長く設定されている。また、内側クロスメンバ２０と下側ケース１１の底面部１２とにより、車幅方向視で、閉断面構造が構成されている。

本実施形態では、バッテリケース１０の内部に、３つの内側クロスメンバ２０が設けられ、最前の内側クロスメンバ２０は、下側ケース１１の前壁部１４の車両後方側に間隔を空けて配置されている。中間の内側クロスメンバ２０は、最前の内側クロスメンバ２０の車両後方側に間隔を空けて配置され、最後の内側クロスメンバ２０は、中間の内側クロスメンバ２０の車両後方側に間隔を空けて配置さている。下側ケース１１の後壁部１５は、最後の内側クロスメンバ２０の車両後方側に間隔を空けて配置されている。

本実施形態の内側クロスメンバ２０は、中間部材２１と、左右の外側部材２２と、を有している。図２、図５及び図６に示すように、中間部材２１は、全体で車幅方向に延びる部材であり、車両前後に配置されるフロントパネル２１Ａとリアパネル２１Ｂとを有し、これらは互いに接合されている。フロントパネル２１Ａは、車両前方を臨む前壁２１ａと、前壁２１ａの上端から車両後方に突出する上面部２１ｃと、上面部２１ｃの前端から車両上方に突出する上前側フランジ２１ｂと、を有している。また、フロントパネル２１Ａの前壁２１ａの下端には、該下端から車両前方に突出する下前側フランジ（前側フランジ）２１ｄが設けられている。

図５～図８に示すように、リアパネル２１Ｂは、車両後方を臨む後壁２１ｅと、後壁２１ｅの上端から車両上方に突出する上後側フランジ２１ｆと、を有している。また、リアパネル２１Ｂの後壁２１ｄの下端には、該下端から車両後方に突出する下後側フランジ（後側フランジ）２１ｇが設けられている。

フロントパネル２１Ａの上前側フランジ２１ｂとリアパネル２１Ｂの上後側フランジ２１ｆとがスポット溶接等により接合されることにより、中間部材２１が構成される。また、フロントパネル２１Ａの下前側フランジ２１ｃとリアパネル２１Ｂの下後側フランジ２１ｇとが、下側ケース１１の底面部１２にスポット溶接等により接合されている。これにより、中間部材２１と底面部１２により、上記した閉断面構造が構成されている。また、中間部材２１の車幅方向端部には、開口が形成されている。

下側ケース１１の底面部１２から中間部材２１の上面部２１ｅまでの車両上下方向の距離は、中間部材２１の前壁２１ａと後壁２１ｄとの車両前後方向の距離よりも長く設定されている。すなわち、中間部材２１は、車幅方向視で、車両上下方向に延びるＵ字形状の断面を有し、上記した閉断面構造は、車両上下方向に延びている。

図５～図８に示すように、外側部材２２は、中間部材２１の車幅方向外側部に接合され、外側部材２２の外側端は、下側ケース１１の側壁部１３に接合されている。

外側部材２２は、２つの部材が接合されることにより形成され、車幅方向に貫通する環状の部材である。車幅方向視の断面形状は、車上上下方向に延びる長円形状である。外側部材２２の車幅方向内側は、中間部材２１のフロントパネルの前壁及びリアパネルの後壁に、スポット溶接等により接合される。すなわち、外側部材２２の車幅方向内側は、中間部材２１の車幅方向外側端の開口に挿入され、中間部材２１の前壁及び後壁に挟まれて保持されて溶接されている。

外側部材２２の下部は、底面部１２の車両上方側に間隔を空けて配置され、底面部１２にほぼ平行に延びている。外側部材２２の上端は、車幅方向外側に向かうに従い車両上方に傾斜するように延びている。すなわち、外側部材２２は、図２、図４及び図７に示すように、正面視で、略台形をなしている。外側部材２２を上記のように構成することで、製造を容易にしている。また、外側部材２２の車幅方向外側部の端部の縁は、後述する補強部材５１を介して、下側ケース１１の側壁部１３に当接した状態で接合されている。

上記のようにバッテリケース１０の内部に内側クロスメンバ２０を設けることによって、側突等による衝撃荷重の入力に対して、バッテリケース１０の変形を抑制し、バッテリケース１０に内蔵されたバッテリセル１Ａの破損を抑制することができる。また、複数の内側クロスメンバ２０を配置することによって、側突による衝撃荷重の入力に対して、バッテリケース１０を変形させにくくすることが可能となる。また、複数の内側クロスメンバ２０を配置することで、バッテリパック１のねじれに対する剛性も向上さることができ、その結果、車体剛性を向上せることができる。

外側クロスメンバ２５は、図３に示すように、下側ケース１１の底面部１２の下面側、すなわち、下側ケース１１の外側に接合される部材で、車幅方向に延びている。この例では、複数の外側クロスメンバ２５が、車両前後方向に互いに間隔を空けて配置されている。

外側クロスメンバ２５は、車両前後方向に所定の幅を有する板状である。外側クロスメンバ２５の前端と後端との距離（車両前後方向の長さ、図５のＬ２）は、内側クロスメンバ２０の前壁と後壁との距離（車両前後方向の長さ）Ｌ１よりも長く設定されている。詳細には、外側クロスメンバ２５の前端は、内側クロスメンバ２０の下前側フランジ２１ｄの前端よりも車両前方側に配置され、外側クロスメンバ２５の後端は、内側クロスメンバ２０の下後側フランジ２１ｇの後端よりも車両後方側に配置されている。すなわち、内側クロスメンバ２０及び外側クロスメンバ２５によって、車幅方向視で、Ｔ字形状が形成されている。Ｔ字形状は、車幅方向に沿って延びている。

図５及び図６に示すように、外側クロスメンバ２５の車幅方向外側端は、下側ケース１１の側壁部１３よりも車幅方向外側に配置されている。この例では、サイドシル５０の車幅方向外側端より内側であって、バッテリサイドメンバ３０の外側端よりもやや内側に配置されている。また、外側クロスメンバ２５は、内側クロスメンバ２０と、平面視で重なるように配置されるため、内側クロスメンバ２０の下前側フランジ及び下後側フランジと、外側クロスメンバ２５の接合面は、下側ケース１１の底面部１２を介して、３枚接合されてもよい。

このように内側クロスメンバ２０と外側クロスメンバ２５をＴ字状に配置して、底面部１２に接合することにより、内側クロスメンバ２０及び外側クロスメンバ２５のねじり剛性を向上さることが可能となる。これにより、バッテリパック１の車幅方向の衝撃荷重の入力に対する強度を高めることができ、バッテリパック１の補強効果を向上させることができる。

また、本実施形態では、車両上下方向で、下側ケース１１の底面部１２から内側クロスメンバ２０の上端までの第１の距離（図５のＨ１）は、底面部１２から上側ケース１７の天面部１８までの第２の距離（図５のＨ２）の３／４以上に設定されている。さらに、好ましくは、第１の距離Ｈ１は、第２の距離Ｈ２の５／６以上であることよい。

バッテリケース１０のサイズ（特に、上下方向寸法）に対して、内側クロスメンバ２０を十分な高さに設定することで、バッテリケース１０内のバッテリセル１Ａの設置可能な容積を大幅に減らすことなく、内側クロスメンバ２０は十分な強度及び剛性を得ることができる。

また、本実施形態では、内側クロスメンバ２０の外側部材２２の車幅方向の端部は、車両前後方向に延びる接合面が設けられ、該接合面は、下側ケース１１の側壁部１３の内面に接合されている。

車幅方向に延びる環状の外側部材２２の車幅方向外側端は、車両前後方向に延びる板状の補強部材５１が接合されている。図８に示すように、外側部材２２の外縁が、補強部材板５１に溶接されている。補強部材５１の外面、すなわち、側壁部１３の内面に対向する面が接合面となって、当該接合面は、スポット溶接等により側壁部１３の内面に接合されている。この例では、補強部材５１の前端は、外側部材２２の前端よりも車両前方に配置され、補強部材５１の後端は、外側部材２２の後端よりも車両後方に配置されている。

補強部材５１を、内側クロスメンバ２０の外側部材２２の前後から延ばすように設け、当該補強部材５１に接合面を設定することによって、接合面での応力の分散が可能となり、接合の剥がれを抑制できる。また、より広い面積で側突による衝撃荷重を受けることができ、当該荷重を、内側クロスメンバ２０で確実に受けることができ、バッテリセル１Ａをより確実に保護することが可能となる。

図１及び図７に示すように、バッテリケース１０の下側ケース１１の側壁部１３の車幅方向外側には、車両前後方向に延び、中空部材であるバッテリサイドメンバ３０が設けられている。バッテリサイドメンバ３０は、車両前後方向視で車両上下方向に延びる略長方形状の閉断面構造が構成されている。

図７に示すように、バッテリサイドメンバ３０は、車両前後方向に延びる第１のサイドメンバ３１と、車両前後方向に延びる第２のサイドメンバ３２と有している。第１のサイドメンバ３１及び第２のサイドメンバ３２は互いに接合されており、第１のサイドメンバ３１は、サイドシル（図示せず）に接合され、第２のサイドメンバ３２は、中空部材で、バッテリケース１０の下側ケース１１の側壁部１３の外面に接合されている。第２のサイドメンバ３２の内部は、ハット形状部材８０が設けられ、第２のサイドメンバ３２が補強されている。バッテリサイドメンバ３０を設けることにより、側壁部１３の剛性を向上させることができる。

本実施形態の説明は、本発明を説明するための例示であって、特許請求の範囲に記載の発明を限定するものではない。また、本発明の各部構成は上記実施形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。

本実施形態では、内側クロスメンバ２０を、中間部材２１及び左右の外側部材２２によって構成しているが、これに限らない。１本の部材で構成してもよい。

１ バッテリパック
１Ａ バッテリセル
１０ バッテリケース
１１ 下側ケース
１２ 底面部
１３ 側壁部
１３ａ 下外側フランジ
１４ 前壁部
１４ａ 前側フランジ
１５ 後壁部
１５ａ 後側フランジ
１７ 上側ケース
１８ 天面部
１８ａ 上外側フランジ
１９ 側壁部
１９ａ 前壁部
１９ｂ 後壁部
２０ 内側クロスメンバ
２１ 中間部材
２１Ａ フロントパネル
２１ａ 前壁
２１ｂ 上前側フランジ
２１ｃ 下前側フランジ（前側フランジ）
２１Ｂ リアパネル
２１ｄ 後壁
２１ｅ 上面部
２１ｆ 上後側フランジ
２１ｇ 下後側フランジ（後側フランジ）
２２ 外側部材
２５ 外側クロスメンバ
３０ バッテリサイドメンバ
３１ 第１のサイドメンバ
３２ 第２のサイドメンバ
５１ 補強部材
７５ ブラケット
８０ ハット形状部材

Claims (4)

1. 車体のフロア部の車両下方側に取り付けられるバッテリケースを有する車両用バッテリパックの構造において、
   前記バッテリケースは、車両前後方向に延びる板状の底面部と、該底面部の車幅方向両側部から車両上方に突出し、車両前後方向に延びる側壁部と、を有し、
   前記バッテリケース内には、車幅方向に延びる内側クロスメンバが設けられ、該内側クロスメンバは、前記底面部及び両側の前記側壁部に接合されており、
   前記内側クロスメンバの車両上下方向の長さは、車両前後方向の長さよりも長く設定されており、
   前記内側クロスメンバと前記底面部によって、車幅方向視で閉断面構造が構成されていることを特徴とする、車両用バッテリパックの構造。
2. 前記底面部の下面側には、車幅方向に延びる外側クロスメンバが設けられ、
   前記外側クロスメンバの車両前後方向の長さは、前記内側クロスメンバの車両前後方向の長さよりも長く設定されており、
   前記内側クロスメンバ及び前記外側クロスメンバによって、車幅方向視で、Ｔ字形状が形成され、該Ｔ字形状は、前記バッテリケースの車幅方向に沿って延びていることを特徴とする請求項１に記載の車両用バッテリパックの構造。
3. 前記バッテリケースは、前記底面部の車両上方側に間隔を空けて配置される天面部を有しており、
   車両上下方向で、前記底面部から前記上端までの第１の距離は、前記底面部から前記天面部までの第２の距離の３／４以上に設定されていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の車両用バッテリパックの構造。
4. 前記内側クロスメンバの車幅方向の端部は、車両前後方向に延びる接合面が設けられ、該接合面は、前記側壁部の内面に接合されていることを特徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の車両用バッテリパックの構造。

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