JP2023126300A - 電池搭載構造 - Google Patents

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Abstract

【課題】車体下部における電池スタックの搭載スペースを拡大する。【解決手段】電池搭載構造１０では、車幅方向に並んで配置され、車体１４の下部の骨格の一部を構成する左右のロッカ１８Ｌ、１８Ｒ及びセンタトンネル２４の間に、複数の電池セル４２を含んで構成された複数の電池スタック４０が挟まれている。これにより、複数の電池スタック４０が車体１４に拘束されているので、複数の電池スタック４０と左右のロッカ１８Ｌ、１８Ｒ及びセンタトンネル２４との間に無駄な空間が形成されないようにすることができる。【選択図】図３

Description

本発明は、車体の下部に複数の電池スタックを搭載するための電池搭載構造に関する。
下記特許文献１に記載された電気自動車では、車体の下部に設けられた左右のサイドメンバ間に、バッテリケースを備えた大型のバッテリユニットが搭載されている。このバッテリユニットは、バッテリケースの下面に設けられた４つの桁部材がボルト締結によって左右のサイドメンバに固定されると共に、バッテリケースの前端に設けられた前側支持部材がボルト締結によってクロスメンバに固定されている。このバッテリケースの内部には、複数のバッテリモジュールが収容されている。各バッテリモジュールは、複数個のセルが直列に接続されて構成されている。
特開２０１２－９６７８９号公報
上記構成の電気自動車では、大型のバッテリユニットが車体の下部に搭載されているため、電気自動車にとって重要な性能である航続距離を伸ばす観点で好適である。しかしながら、この電気自動車では、左右のサイドメンバ（車体骨格部材）の間にバッテリケース（筐体；電池ケース）が搭載され、当該筐体内に複数のバッテリモジュール（電池スタック）が収容された構成になっている。このため、筐体と車体との間に設定される搭載隙（筐体と車体との干渉防止用の隙間）や、筐体の壁部の配設スペースが、電池スタックを搭載できない無駄な空間となる。また、例えば複数の電池スタックを筐体に拘束（保持）させるために拘束専用の拘束部材を用いる場合、当該拘束部材の配設スペースや、工具隙（工具を挿入するための隙間）が無駄な空間となる。このため、上記先行技術は、電池スタックの搭載スペースを拡大する観点で改善の余地がある。
本発明は上記事実を考慮し、車体下部における電池スタックの搭載スペースを拡大することができる電池搭載構造を得ることを目的とする。
請求項１に記載の発明に係る電池搭載構造は、車両水平方向に並んで配置され、車体下部の骨格の一部を構成する複数の車体骨格部材と、各々が複数の電池セルを含んで構成されると共に、各々が前記複数の車体骨格部材間に直接又は別部材を介して挟まることで車体に拘束された複数の電池スタックと、を備えている。
請求項１に記載の発明では、車体下部の骨格の一部を構成する複数の車体骨格部材が、車両水平方向に並んで配置されている。また、複数の電池スタックは、各々が複数の電池セルを含んで構成されると共に、各々が上記複数の車体骨格部材間に直接又は別部材を介して挟まることで車体に拘束されている。これにより、複数の電池スタックと複数の車体骨格部材との間に無駄な空間が形成されることを防止又は抑制できるので、車体下部における電池スタックの搭載スペースを拡大することができる。
請求項２に記載の発明に係る電池搭載構造は、車両水平方向に並んで配置され、車体下部の骨格の一部を構成する複数の車体骨格部材と、各々が複数の電池セルを含んで構成されると共に、各々が拘束専用の拘束部材を用いずに前記複数の車体骨格部材間に拘束された複数の電池スタックと、を備えている。
請求項２に記載の発明では、車体下部の骨格の一部を構成する複数の車体骨格部材が、車両水平方向に並んで配置されている。また、複数の電池スタックは、各々が複数の電池セルを含んで構成されると共に、各々が拘束専用の拘束部材（例えば、ブラケット、締結具等）を用いずに複数の車体骨格部材間に拘束されている。これにより、複数の電池スタックと複数の車体骨格部材との間に無駄な空間が形成されることを防止又は抑制できるので、車体下部における電池スタックの搭載スペースを拡大することができる。
請求項３に記載の発明に係る電池搭載構造は、車両水平方向に並んで配置され、車体下部の骨格の一部を構成する複数の車体骨格部材と、各々が複数の電池セルを含んで構成されると共に、各々が前記複数の車体骨格部材間の空間に露出した状態で前記複数の車体骨格部材間に搭載された複数の電池スタックと、を備えている。
請求項３に記載の発明では、車体下部の骨格の一部を構成する複数の車体骨格部材が、車両水平方向に並んで配置されている。また、複数の電池スタックは、各々が複数の電池セルを含んで構成されると共に、各々が複数の車体骨格部材間の空間に露出した状態、すなわち外殻となる筐体内に収容されない状態で、上記複数の車体骨格部材間に搭載されている。これにより、複数の電池スタックと複数の車体骨格部材との間に無駄な空間が形成されることを防止又は抑制できるので、車体下部における電池スタックの搭載スペースを拡大することができる。
請求項４に記載の発明に係る電池搭載構造は、請求項１～請求項３の何れか１項において、前記複数の電池セルは、前記複数の車体骨格部材が並ぶ方向に積層されている。
請求項４に記載の発明によれば、複数の車体骨格部材間に位置する複数の電池スタックは、複数の車体骨格部材が並ぶ方向に積層された複数の電池セルを含んで構成されている。このため、例えば電池スタックが複数の電池セルの積層方向に膨張した際に、当該電池スタックに対して上記積層方向の両側に位置する車体骨格部材によって、上記の膨張を抑制することが可能となる。
請求項５に記載の発明に係る電池搭載構造は、請求項１～請求項４の何れか１項において、前記複数の車体骨格部材は、車室の車幅方向両端下部で車両前後方向に延在する左右のロッカを含んでおり、前記左右のロッカの上部間に架け渡されて車室の床面を形成するフロアパンと、前記左右のロッカの下部間に架け渡されて車体の下面を形成する底板とによって、前記複数の電池スタックが車両上下方向両側から覆われている。
請求項５に記載の発明では、左右のロッカの上部間に架け渡されて車室の床面を形成するフロアパンと、左右のロッカの下部間に架け渡されて車体の下面を形成する底板とによって、複数の電池スタックが車両上下方向両側から覆われている。これにより、車体の一部である左右のロッカ、フロアパン及び底板が、複数の電池スタックを収容した電池ケースとして機能する。このため、車体とは別体に構成されて車室床下に搭載された筐体（電池ケース）内に複数の電池スタックが収容された構成と比較して、車室床下に車両上下方向の無駄空間が形成されることを防止又は抑制できる。その結果、車両の低床化を実現することができる。
請求項６に記載の発明に係る電池搭載構造は、請求項１～請求項５の何れか１項において、前記複数の車体骨格部材は、車両前後方向に延在しており、前記複数の車体骨格部材間には、車幅方向に延在するクロスメンバが架け渡されている。
請求項６に記載の発明によれば、車両前後方向に延在する複数の車体骨格部材間には、複数の電池スタックが配置されると共に、車幅方向に延在するクロスメンバが架け渡されている。これにより、車両の側面衝突時における複数の電池スタックの損傷を防止又は抑制できる。
請求項７に記載の発明に係る電池搭載構造は、請求項６において、前記複数の車体骨格部材は、車室の車幅方向両端下部で車両前後方向に延在する左右のロッカ、及び、前記左右のロッカ間で車両前後方向に延在するセンタトンネルである。
請求項７に記載の発明では、左右のロッカとセンタトンネルとの間に複数の電池スタックが配置されると共に、車幅方向に延在するクロスメンバが架け渡されている。これにより、車両の側面衝突時に、上記クロスメンバを介してセンタトンネルに衝突荷重を伝達することができるので、センタトンネルの変形によって衝突荷重を吸収することができる。
以上説明したように、本発明に係る電池搭載構造では、車体下部における電池スタックの搭載スペースを拡大することができる。
本発明の実施形態に係る電池搭載構造が適用された電池搭載車両の車体下部の構成を示す平面図である。 同電池搭載車両を車両左方側から見た断面図である。 図１に示される車体下部の一部を示す斜視図である。 図３のＦ４－Ｆ４線に沿った切断面を拡大して示す断面図である。 図３において複数の電池スタックの図示を省略した斜視図である。 電池スタックの搭載方法について説明するための図５に対応した斜視図である。 電池スタックを部分的に分解した分解斜視図である。 比較例に係る電池搭載車両を示す斜視図である。 比較例に係る電池パックの一部を示す斜視図である。 本発明に係る電池搭載構造を適用可能な車体下部の一例を示す平面図である。
本発明の実施形態に係る電池搭載構造１０について、図１～図７を用いて説明する。なお、各図中に適宜示される矢印ＦＲ、矢印ＵＰ、矢印ＬＨは、本実施形態に係る電池搭載構造１０が適用された電池搭載車両１２の前方向（進行方向）、上方向、左方向をそれぞれ示している。以下、単に前後、左右、上下の方向を用いて説明する場合、特に断りのない限り、車両前後方向の前後、車両左右方向（車幅方向）の左右、車両上下方向の上下を示すものとする。また、各図においては、図面を見易くする関係から一部の部材や一部の符号の図示を省略している場合がある。
図１及び図２に示されるように、本実施形態に係る電池搭載車両１２（以下、「車両１２」と略称する）は、図示しない電動モータの駆動力を用いて走行する電気自動車であり、セダンタイプの車体１４を備えている。この車体１４の下部には、上記の電動モータに駆動用の電力を供給する複数（ここでは２０個）の電池スタック（バッテリモジュール）４０が搭載されている。先ず、車体１４の下部の構成について説明し、その後に電池スタック４０の構成、及び本実施形態の要部である車体１４への電池スタック４０の搭載構造について説明する。
（車体下部の構成）
図１～図６に示されるように、上記の車体１４は、車室１６（図２及び図４参照）の車幅方向両端下部で車両前後方向に延在する左右一対のロッカ１８Ｌ、１８Ｒ（図１、図３～図６参照）と、左右のロッカ１８Ｌ、１８Ｒの前端部間に車幅方向に沿って架け渡されたフロントクロスメンバ２０（図１～図３、図５、図６参照）と、左右のロッカ１８Ｌ、１８Ｒの後端部間に車幅方向に沿って架け渡されたリヤクロスメンバ２２（図１～図３、図５、図６参照）とを備えている。
また、この車体１４は、左右のロッカ１８Ｌ、１８Ｒの間における車幅方向の中央部で車両前後方向に延在し、フロントクロスメンバ２０とリヤクロスメンバ２２との間に架け渡されたセンタトンネル２４（図１、図３～図６参照）を備えている。さらに、この車体１４は、左右のロッカ１８Ｌ、１８Ｒとセンタトンネル２４との間に車両前後方向に並んで配置され、左右のロッカ１８Ｌ、１８Ｒとセンタトンネル２４との間に架け渡された複数（ここでは８つ）の中間クロスメンバ２６（図１～図３、図５、図６参照）を備えている。また、この車体１４は、左右のロッカ１８Ｌ、１８Ｒの上部間に架け渡されて車室１６の床面を形成するフロアパン２８（図２、図４参照；図２、図４以外では図示省略）と、左右のロッカ１８Ｌ、１８Ｒの下部間（下端部間）に架け渡されて車体１４の下面を形成する底板３０（図２、図４～図６参照）とを備えている。
上記のロッカ１８Ｌ、１８Ｒ及びセンタトンネル２４は、本発明における「車体骨格部材」に相当しており、上記の中間クロスメンバ２６は、本発明における「クロスメンバ」に相当している。ロッカ１８Ｌ、１８Ｒ及びセンタトンネル２４は、車両水平方向（ここでは車幅方向）に並んで配置されており、上記のフロントクロスメンバ２０、リヤクロスメンバ２２及び中間クロスメンバ２６と共に、車体１４の下部の骨格の一部を構成している。
左右のロッカ１８Ｌ、１８Ｒ、フロントクロスメンバ２０及びリヤクロスメンバ２２は、例えばアルミニウム合金等の軽金属の押出成形によって製造されたものである。左右のロッカ１８Ｌ、１８Ｒは、車両前後方向を長手とする長尺状に形成されており、車両前後方向から見た断面が略矩形状をなしている。フロントクロスメンバ２０及びリヤクロスメンバ２２は、車幅方向を長手とする長尺状に形成されており、車幅方向から見た断面が略矩形状をなしている。フロントクロスメンバ２０長手方向両端部は、左右のロッカ１８Ｌ、１８Ｒの前端部と結合されており、リヤクロスメンバ２２の長手方向両端部は、左右のロッカ１８Ｌ、１８Ｒの後端部と結合されている。
センタトンネル２４及び中間クロスメンバ２６は、例えばアルミニウム合金等の軽金属からなる板材がプレス成形されて製造されたものである。センタトンネル２４は、車両前後方向を長手とする長尺状に形成されており、車両前後方向から見た断面が略ハット形状をなしている。センタトンネル２４の長手方向両端部は、フロントクロスメンバ２０及びリヤクロスメンバ２２と結合されている。
中間クロスメンバ２６は、車幅方向を長手とする長尺状に形成されており、車幅方向から見た断面が略ハット形状をなしている。左側のロッカ１８Ｌとセンタトンネル２４との間、及び右側のロッカ１８Ｒとセンタトンネル２４との間には、それぞれ４つの中間クロスメンバ２６が配設されている。左右各４つの中間クロスメンバ２６と、フロントクロスメンバ２０と、リヤクロスメンバ２２とは、車両前後方向に等間隔に並んで配置されている。また、車両左側に位置する４つの中間クロスメンバ２６と、車両右側に位置する４つの中間クロスメンバ２６とは、車両前後方向の位置が一致している。車両左側に位置する４つの中間クロスメンバ２６の長手方向両端部は、左側のロッカ及びセンタトンネル２４と結合されており、車両右側に位置する４つの中間クロスメンバ２６の長手方向両端部は、右側のロッカ及びセンタトンネル２４と結合されている。
フロアパン２８及び底板３０は、例えばアルミニウム合金等の軽金属からなる板材がプレス成形されて製造されたものであり、車両上下方向を板厚方向とする板状をなしている。フロアパン２８の左右の縁部は、左右のロッカ１８Ｌ、１８Ｒの上部側に形成された段部に対して車両上方側から当接しており、フロアパン２８の前後の縁部は、フロントクロスメンバ２０及びリヤクロスメンバ２２の上面に対して車両上方側から当接している。底板３０の左右の縁部は、左右のロッカ１８Ｌ、１８Ｒの下面に対して車両下方側から当接しており、底板３０の前後の縁部は、フロントクロスメンバ２０及びリヤクロスメンバ２２の下面に対して車両下方側から当接している。これらのフロアパン２８及び底板３０は、左右のロッカ１８Ｌ、１８Ｒ、フロントクロスメンバ２０及びリヤクロスメンバ２２と結合されており、底板３０は、センタトンネル２４とも結合されている。
なお、上述した車体１４の下部の構成は、一例であり、適宜変更可能である。また、本実施形態のように、車体１４の下部の構成部材が同じ種類の軽金属（例えばアルミニウム合金）によって構成されている場合、各構成部材の結合方法としては、例えばスポット溶接、摩擦撹拌接合、リベット止め、ボルト締結等の手段を用いることができる。また、互いに結合される構成部材が異なる種類の材料（例えば鋼とアルミニウム合金）からなる場合、その結合方法としては、例えばボルト締結、リベット止め等の手段を用いることができる。
上記左右のロッカ１８Ｌ、１８Ｒ、フロントクロスメンバ２０、リヤクロスメンバ２２、フロアパン２８及び底板３０は、複数の電池スタック４０を収容したケースを構成している。つまり、本実施形態では、左右のロッカ１８Ｌ、１８Ｒ、フロントクロスメンバ２０、リヤクロスメンバ２２、フロアパン２８及び底板３０によって車室１６の床下に閉空間（電池収容室）が形成されており、当該閉空間内に複数の電池スタック４０が収容されている。複数の電池スタック４０は、左右のロッカ１８Ｌ、１８Ｒによって車両左右方向両側から覆われ、フロアパン２８及び底板３０によって車両上下方向両側から覆われ、フロントクロスメンバ２０及びリヤクロスメンバ２２によって車両前後方向両側から覆われている。なお、上記閉空間の後端側には、図示しないジャンクションボックス、スイッチボックス、制御ユニット等が収容されている。
（電池スタックの構成）
図７に示されるように、電池スタック４０は、積層された複数の電池セル（蓄電池）４２を主要部として構成されており、複数の電池セル４２が例えば電気的に直列に接続されてモジュール化されている。なお、図１～図３、図６では、電池スタック４０を概略的に記載している。複数の電池セル４２の積層方向は、左右のロッカ１８Ｌ、１８Ｒ及びセンタトンネル２４が並んだ方向（互いに対向した方向）である車幅方向とされている。各電池セル４２は、例えばリチウムイオン二次電池であり、扁平な直方体形状のケースを備えた角型電池とされている。各電池セル４２の上面には、正極端子４２Ａ及び負極端子４２Ｂが設けられている。なお、電池セル４２の種類は、リチウムイオン二次電池に限らず、ニッケル水素二次電池等の他の種類であってもよい。
積層された複数の電池セル４２の間には、それぞれ絶縁体４６が挟まれており、電池セル４２と絶縁体４６とが交互に積層された構成になっている。絶縁体４６は、例えば樹脂によって成形されたものであり、上記積層方向を厚さ方向とする略矩形板状をなしている。この絶縁体４６の外周縁部には、上記積層方向の両側へ枠状に突出した枠状部４６Ａが設けられており、当該枠状部４０Ａの内側に電池セル４２が嵌合している。
また、上記のように電池セル４２と絶縁体４６とが積層された積層体の両端部には、それぞれ電池セル４２が位置しており、これら両端部の電池セル４２には、上記積層方向の両外側からそれぞれエンドプレート４８が重ね合わされている。各エンドプレート４８は、例えば樹脂によって成形されたものであり、上記積層方向を厚さ方向とする略矩形板状をなしている。
上記構成の電池スタック４０は、全体として車幅方向を長手とする長尺な直方体状に形成されている。この電池スタック４０では、隣り合う電池セル４２の正極端子４２Ａ及び負極端子４２Ｂが、導電性部材であるバスバー（図示省略）を介して互いに接続されている。なお、電池スタック４０の構成は、上記に限らず適宜変更可能である。例えばエンドプレート４８が省略された構成にしてもよい。次に、本実施形態の要部について説明する。
（本実施形態の要部）
本実施形態では、図１、図３、図４に示されるように、左側のロッカ１８Ｌとセンタトンネル２４との間、及び右側のロッカ１８Ｒとセンタトンネル２４との間に、それぞれ複数（ここでは１０個）の電池スタック４０が車両前後方向に並んで搭載（配置）されている。詳細には、左側のロッカ１８Ｌとセンタトンネル２４との間、及び右側のロッカ１８Ｒとセンタトンネル２４との間には、それぞれ４つの中間クロスメンバ２６によって前後に仕切られた５つの小空間５６（図５及び図６以外では符号省略）が形成されている。そして、各小空間５６内には、それぞれ２個ずつの電池スタック４０が車両前後方向に並んで配置（収容）されている。なお、以下の説明では、左側のロッカ１８Ｌ及び右側のロッカ１８Ｒを、単にロッカ１８と称する場合がある。
各電池スタック４０は、ロッカ１８とセンタトンネル２４との間に直接挟まることで車体１４に拘束（保持）されている。つまり、各電池スタック４０は、ロッカ１８及びセンタトンネル２４が並ぶ方向の両端部（すなわち各電池スタック４０の長手方向両端部）に設けられた一対のエンドプレート４８が、ロッカ１８及びセンタトンネル２４に当接することで車体１４に拘束されている。なお、上記の「挟まる」は、「（上記並ぶ方向の）両側から押さえられて、動けない状態になる。」ことを意味しており、上記の「拘束」は、少なくとも車両１２の通常の走行時に、各電池スタック４０が車体１４に対する前後左右上下の変位を規制されるものであればよい。また、本実施形態では、各電池スタック４０の長手方向両端部が、ロッカ１８及びセンタトンネル２４に直接当接しているが、これに限るものではない。例えば各電池スタック４０の長手方向両端部が、板状のスペーサ等を介してロッカ１８及びセンタトンネル２４に当接した構成、すなわち各電池スタック４０が、ロッカ１８とセンタトンネル２４との間に別部材を介して挟まる構成にしてもよい。
上記のようにロッカ１８とセンタトンネル２４との間に挟まった（長手方向両端部がロッカ１８及びセンタトンネル２４に当接した）各電池スタック４０は、図４に示されるように、ロッカ１８及びセンタトンネル２４から車幅方向（複数の電池セル４２の積層方向）の拘束力（挟持力；圧縮力）Ｆを受けている。これにより、各電池スタック４０が車体１４に対する前後方向、左右方向及び上下方向の相対変位を規制されている。このため、本実施形態では、底板３０や中間クロスメンバ２６が車体１４から取り外された状態でも、各電池スタック４０が車体１４に拘束（保持）された状態が維持される構成になっている。
つまり、本実施形態では、複数の電池スタック４０は、拘束専用の拘束部材（例えば、ブラケット、締結具等）を用いずに左右のロッカ１８Ｌ、１８Ｒとセンタトンネル２４との間に拘束されている。また、複数の電池スタック４０は、各々がロッカ１８とセンタトンネル２４との間の空間に露出した状態、すなわち外殻となる筐体（電池ケース）に収容されない状態で、ロッカ１８とセンタトンネル２４との間に搭載されている。これにより、本実施形態では、車室１６の床下の略全面に複数の電池スタック４０が搭載された構成になっている。なお、フロントクロスメンバ２０、リヤクロスメンバ２２及び中間クロスメンバ２６は、電池スタック４０に対して当接又は近接して対向している。
また、本実施形態では、各電池スタック４０が、車両上方側からロッカ１８とセンタトンネル２４との間に搭載（挿入）される構成になっている（図６の矢印Ｄ参照）。この電池スタック４０の搭載は、例えば図６に示されるように、車体１４の下部の骨格に底板３０が取り付けられた後で、かつフロアパン２８が取り付けられる前の状態で行われる。また、ロッカ１８とセンタトンネル２４との間に電池スタック４０が挿入される際には、例えば電池スタック４０が図示しない治具によって車幅方向（複数の電池セル４２の積層方向）に圧縮される構成になっている。
（作用及び効果）
次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。
上記構成の電池搭載構造１０では、車幅方向に並んで配置され、車体１４の下部の骨格の一部を構成する左右のロッカ１８Ｌ、１８Ｒ及びセンタトンネル２４の間に、複数の電池セル４２を含んで構成された複数の電池スタック４０が配置されている。これらの電池スタック４０は、左右のロッカ１８Ｌ、１８Ｒ及びセンタトンネル２４が並ぶ方向の両端部が、左右のロッカ１８Ｌ、１８Ｒのうちの何れかとセンタトンネル２４とに当接しており、左右のロッカ１８Ｌ、１８Ｒとセンタトンネル２４との間に挟まっている。これにより、複数の電池スタック４０が車体１４に拘束されているので、複数の電池スタック４０と左右のロッカ１８Ｌ、１８Ｒ及びセンタトンネル２４との間に無駄な空間（デッドスペース）が形成されないようにすることができる。したがって、車体１４の下部における電池スタック４０の搭載スペースを拡大することができる。
つまり、本実施形態では、複数の電池スタック４０が、拘束専用の拘束部材（例えばブラケット、締結具等）を用いずに左右のロッカ１８Ｌ、１８Ｒとセンタトンネル２４との間に拘束されているので、上記拘束部材の配設スペースや工具隙等が不要となる。また、本実施形態では、複数の電池スタック４０がロッカ１８とセンタトンネル２４との間の空間に露出した状態、すなわち外殻となる筐体（電池ケース）に収容されない状態で左右のロッカ１８とセンタトンネル２４との間に搭載されているので、上記電池ケースの搭載隙や、上記電池ケースの壁部の配設スペース等が不要となる。これにより、車体１４の下部（ここでは車室１６の床下）により多くの電池セル４２を詰め込むことが可能となり、車室１６の床下に搭載可能な電池の容量（エネルギー量）を増大させることができる。
以下、図８に示される電池搭載車両１００（比較例）を用いて、本実施形態の作用及び効果について詳細に説明する。この比較例に係る電池搭載車両１００（以下、「比較例１００」と称する場合がある）は、例えば電気自動車であり、電池ケース１０２を備えた大型の電池パック１０４が車体１０６の下部（車室の床下）に搭載される構成になっている。この電池パック１０４は、車体１０６とは別体に構成され、車体１０６に取り付けられる構成になっている。
この比較例１００では、車体１０６に電池パック１０４を搭載するための搭載隙や工具隙等により無駄な空間が発生する。しかも、この比較例１００では、図９に示されるように、電池ケース１０２内に収容された複数の電池スタック１０８が、拘束専用の拘束部材であるブラケット１１０、ボルト１１２、ナット１１４等を用いて電池ケース１０２に拘束（固定）される構成になっているため、電池ケース１０２内に設定されるブラケット１１０等の配設スペースや工具隙等も無駄空間となる。このため、車室床下に搭載可能なエネルギー量が減少すると共に、電池ケース１０２の質量及び製造コストによって電池搭載車両１００の質量及び製造コストが増加する。
これに対し、本実施形態では、車体１４の下部の骨格（アンダーボデー骨格）を電池スタック４０の拘束部材として活用しているので、比較例１００のような搭載隙や工具隙等が不要となり、電池スタック４０（電池セル４２）の搭載可能空間が拡大されている。これにより、車室１６の床下における電池セル４２の搭載数（充填率）を増加させることができるので、電気自動車にとって重要な性能である航続距離を、比較例１００よりも大幅に伸ばすことが可能となる。しかも、比較例１００のような電池ケース１０２が不要となるので、車両１２の質量及び製造コストが低減される。
また、比較例１００では、電池ケース１０２の天壁１０２Ａと車体１０６のフロアパン（図示省略）との間に設定される搭載隙や、天壁１０２Ａの配設スペース等により、車両上下方向にも無駄空間が生じる。このため、車体１０６のフロアパンの配設高さが上昇し、乗員のヒップポイントが高くなると共に、車体１０６のルーフ１０６Ａの配設高さも上昇する。その結果、車体１０６のデザインに制約が生じると共に、車体１０６のＣＤ値が悪化し、電費が悪化する。なお、比較例１００がハイブリッド車の場合には、燃費が悪化することとなる。
一方、本実施形態では、左右のロッカ１８Ｌ、１８Ｒの上部間に架け渡されて車室１６の床面を形成するフロアパン２８と、左右のロッカ１８Ｌ、１８Ｒの下部間に架け渡されて車体１４の下面を形成する底板３０とによって、複数の電池スタック４０が車両上下方向両側から覆われている。つまり、本実施形態では、車体１４の一部である左右のロッカ１８Ｌ、１８Ｒ、フロアパン２８及び底板３０が、複数の電池スタック４０を収容した電池ケースとして機能する。このため、比較例１００のように車体１０６とは別体の電池ケース１０２が車室床下に搭載された構成と比較して、車室１６の床下に車両上下方向の無駄空間が形成されることを防止又は抑制できる。その結果、車両１２の低床化が実現可能となるので、車体１４のデザインの自由度が向上する。また、乗員のヒップポイントを下げ、ルーフ１４Ａ（図２参照）の配設高さを低くすることが可能となるので、車体１４のＣＤ値を向上させることができる。その結果、電費（車両１２がハイブリッド車の場合は燃費）を向上させることができる。
また、比較例１００では、重量物である複数の電池スタック１０８が電池ケース１０２の底板１０２Ｂによって支持された構成であるため、当該底板１０２Ｂの強度及び剛性を十分に確保する必要があり、当該底板１０２Ｂの質量及び製造コストが増加する。この点、本実施形態では、底板３０は、複数の電池スタック４０を支持するものではなく、複数の電池スタック１０８が収容された床下空間のシール性を確保するものであればよいため、底板３０を軽量でかつ低コストなものとすることができる。
また、比較例１００では、車体１４を衝突要件に基づいて強度設計する一方、電池パック１０４を法規要件に基づいて強度設計する必要があり、二重の強度設計が必要となるため、冗長な設計となる。この点、本実施形態では、車体１４の下部の骨格を電池スタック４０の拘束部材として活用しているので、二重の強度設計が不要となり、強度設計が容易になる。しかも、例えば複数の車種間でプラットフォームが共通化される場合、プラットフォーム毎に電池スタック４０の搭載構造を設計すればよいため、これによっても設計が容易になる。さらに、プラットフォーム毎に電池スタック４０の搭載位置が固定されることにより、周辺部品の種類を削減することも可能となる。
また、比較例１００では、重量物でかつ大型な電池パック１０４を車体１０６に搭載する際に、車体１０６のドア開口１０６Ｂを通過させることができない。このため、図８に示されるように車体１０６に対して下側から電池パック１０４を搭載しなければならず、搭載作業の効率が悪いという問題もある。これに対し、本実施形態では、図６に示されるように電池スタック４０を車体１４の下部に対して上側から搭載することができるので、搭載作業の効率を向上させることができる。
また、本実施形態では、左右のロッカ１８Ｌ、１８Ｒ及びセンタトンネル２４の間に位置する複数の電池スタック４０は、左右のロッカ１８Ｌ、１８Ｒ及びセンタトンネル２４が並ぶ方向に積層された複数の電池セル４２を含んで構成されている。このため、電池スタック４０が複数の電池セル４２の積層方向に膨張した際に、当該電池スタック４０に対して上記積層方向の両側に位置するロッカ１８及びセンタトンネル２４によって、上記の膨張を抑制することができる。
また、本実施形態では、左右のロッカ１８Ｌ、１８Ｒとセンタトンネル２４との間に、複数の電池スタック４０が配置されると共に、車幅方向に延在する複数の中間クロスメンバ２６が架け渡されている。これにより、車両１２の側面衝突時における複数の電池スタック４０の損傷を、上記複数の中間クロスメンバ２６によって防止又は抑制することができる。また、車両１２の側面衝突時には、中間クロスメンバ２６を介してセンタトンネル２４に衝突荷重を伝達することができるので、センタトンネル２４の変形によって衝突荷重を吸収することができる。
＜実施形態の補足説明＞
前記実施形態では、セダンタイプの電気自動車である車両１２に対して本発明が適用された場合について説明したが、これに限らず、本発明はセダンタイプ以外の車両や、ハイブリッド車などに対しても適用可能である。例えば、図１０にはハイブリッド車の車体７０の一部が図示されているが、この車体７０に対しても本発明に係る電池搭載構造を適用可能である。すなわち、この車体７０においても、左右のロッカ７２Ｌ、７２Ｒとセンタトンネル７４との間（図１０において二点鎖線で囲まれた領域Ａ１～Ａ６参照）に複数の電池スタック（図１０では図示省略）を直接搭載し、左右のロッカ７２Ｌ、７２Ｒやセンタトンネル７４によって複数の電池スタックを拘束すればよい。それにより、ハイブリッド車の小型軽量化や低コスト化等が実現可能となる。なお、図１０において、７８はフロアパンであり、８０はクロスメンバである。
また、前記実施形態では、左右のロッカ１８Ｌ、１８Ｒ及びセンタトンネル２４が本発明に係る「複数の車体骨格部材」とされた場合について説明したが、これに限らず、本発明はセンタトンネル２４を備えない車両に対しても適用可能である。その場合、例えば複数の電池スタックが左右のロッカ間に挟まることで車体に拘束される構成になる。また、車幅方向に並んで配置された左右のサイドメンバが本発明に係る「複数の車体骨格部材」とされた構成にしてもよいし、車両前後方向に並んで配置された複数のクロスメンバが本発明に係る「複数の車体骨格部材」とされた構成にしてもよい。
また、前記実施形態では、左右のロッカ１８Ｌ、１８Ｒの前端部間及び後端部間に、フロントクロスメンバ２０及びリヤクロスメンバ２２が架け渡された構成にしたが、これに限らず、フロントクロスメンバ２０及びリヤクロスメンバ２２が省略された構成にしてもよい。その場合、例えばフロアパン２８と底板３０との間に形成された床下空間（電池収容室）の前端部及び後端部が板状の閉塞部材によって閉塞される構成になる。
また、前記実施形態では、左右のロッカ１８Ｌ、１８Ｒとセンタトンネル２４との間に複数の中間クロスメンバ２６（クロスメンバ）が架け渡された構成にしたが、これに限らず、中間クロスメンバ２６が省略された構成にしてもよい。また、センタトンネルを備えない車両では、左右のロッカ間にクロスメンバが架け渡された構成にしてもよい。
また、前記実施形態では、車室１６の床面を形成するフロアパン２８と、車体１４の下面を形成する底板３０とによって、複数の電池スタック４０が車両上下方向両側から覆われた構成にしたが、これに限るものではない。例えば、複数の電池スタック４０とフロアパン２８との間、又は複数の電池スタック４０と底板３０との間に別の板状部材が介在された構成にしてもよい。
また、前記実施形態では、左右のロッカ１８Ｌ、１８Ｒ及びセンタトンネル２４（複数の車体骨格部材）が並ぶ方向に、複数の電池セル４２が積層された構成にしたが、これに限らず、複数の車体骨格部材が並ぶ方向（複数の車体骨格部材の対向方向）と、複数の電池セルの積層方向とが異なる構成にしてもよい。但し、複数の車体骨格部材が並ぶ方向と、電池スタックの膨張方向とを一致させることが好ましい。
また、前記実施形態では、複数の電池スタック４０が、拘束専用の拘束部材を用いずに左右のロッカ１８Ｌ、１８Ｒとセンタトンネル２４との間に拘束された構成にしたが、これに限るものではない。すなわち、請求項３に係る発明では、複数の電池スタックが拘束専用の拘束部材（ブラケット、締結具等）を用いて車体に拘束された構成にしてもよい。その場合、例えば各電池スタックを、上記拘束部材を用いて、左右のロッカやセンタトンネルに固定してもよいし、請求項５に記載の底板に固定してもよい。
その他、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施できる。また、本発明の権利範囲が上記実施形態に限定されないことは勿論である。
１０ 電池搭載構造
１２ 電池搭載車両（車両）
１４ 車体
１６ 車室
１８Ｌ、１８Ｒ ロッカ（車体骨格部材）
２４ センタトンネル（車体骨格部材）
２６ 中間クロスメンバ（クロスメンバ）
２８ フロアパン
３０ 底板
４０ 電池スタック
４２ 電池セル
上記先行技術は、電池スタックが車両左右方向に膨張した際に、電池スタックの車両左右方向への膨張を適度に抑制することに関して改善の余地がある。
本発明は上記事実を考慮し、電池スタックが車両左右方向に膨張した際に、車体骨格部材を利用して、電池スタックの車両左右方向への膨張を適度に抑制できる電池搭載構造を得ることを目的とする。
請求項１に記載の発明に係る電池搭載構造は、車両に設けられた一対の骨格部材を含んで構成されたケースと、前記一対の骨格部材の間に、前記骨格部材に沿って配置された中空長尺状の中間骨格部材と、前記一対の骨格部材と前記中間骨格部材との間にそれぞれ収容された複数列の電池スタックと、前記中間骨格部材の上面に設けられ、前記中間骨格部材の長手方向に沿って形成された溝と、を有する。
請求項１に記載の発明では、中間骨格部材の上面に中間骨格部材の長手方向に沿って延びる溝が設けられている。そのため中間骨格部材は、溝を備えない場合と比べて車両左右方向に変形し易い。そのため電池スタックが車両左右方向に膨張した際に、一対の骨格部材及び中間骨格部材を利用して、電池スタックの車両左右方向への膨張を適度に抑制できる。
請求項２に記載の発明に係る電池搭載構造は、請求項１において、前記車両が、前記ケースより車両前後方向の前側に位置し、正面視で前記車両の床面より下方に配置された前記ケースと側面視で高さが少なくとも一部ラップするロアサイドメンバを備える。
請求項３に記載の発明に係る電池搭載構造は、請求項２において、前記ケースと側面視で高さが少なくとも一部ラップするように前記ロアサイドメンバが支持される。
請求項４に記載の発明に係る電池搭載構造は、請求項２又は請求項３において、前記車両が、前記ケースより前記車両前後方向の前側に位置するとともに前記ケースより上方に位置するフロントサイドメンバを備える。
請求項５に記載の発明に係る電池搭載構造は、請求項１～４の何れか１項において、前記車両が、前記ケースより車両前後方向の前側に位置し且つ前記ケースより上方に位置するクラッシュボックスを備える。
請求項６に記載の発明に係る電池搭載構造は、請求項１～５の何れか１項において、前記車両が、前記ケースより車両前後方向の後側に位置するとともに前記ケースより上方に位置するリアサイドメンバを備える。
請求項７に記載の発明に係る電池搭載構造は、請求項１～６の何れか１項において、側面視で前記車両の前輪と後輪の間に前記電池スタックが位置する。
請求項８に記載の発明に係る電池搭載構造は、請求項１～７の何れか１項において、平面視で前記車両の左側の前輪と左側の後輪の間及び右側の前輪と右側の後輪の間に前記ケースが位置する。
請求項９に記載の発明に係る電池搭載構造は、請求項１～８の何れか１項において、前記車両が、前記一対の骨格部材の間に架け渡された複数のクロスメンバと、前記車両の床面を形成するように、車体の下部に設けられたフロアパンと、前記フロアパンの上面に設けられ、前記クロスメンバの上方に位置するシート用ブラケットと、を備える。
請求項１０に記載の発明に係る電池搭載構造は、請求項１～９の何れか１項において、前記中間骨格部材が、前記電池スタックの下面の直下に位置するフランジを備える。
以上説明したように、本発明に係る電池搭載構造では、電池スタックが車両左右方向に膨張した際に、車体骨格部材を利用して、電池スタックの車両左右方向への膨張を適度に抑制できる。
（車体下部の構成）
図１～図６に示されるように、上記の車体１４は、車室１６（図２及び図４参照）の車幅方向両端下部で車両前後方向に延在する左右一対のロッカ（骨格部材）１８Ｌ、１８Ｒ（図１、図３～図６参照）と、左右のロッカ１８Ｌ、１８Ｒの前端部間に車幅方向に沿って架け渡されたフロントクロスメンバ２０（図１～図３、図５、図６参照）と、左右のロッカ１８Ｌ、１８Ｒの後端部間に車幅方向に沿って架け渡されたリヤクロスメンバ２２（図１～図３、図５、図６参照）とを備えている。さらに車体１４の前部には、ロアサイドメンバ１４Ａ、フロントサイドメンバ１４Ｂ及びクラッシュボックス１４Ｃが設けられている。ロアサイドメンバ１４Ａはフロントクロスメンバ２０の前方に位置し、側面視でフロントクロスメンバ２０と高さが少なくとも一部ラップする。左右一対のフロントサイドメンバ１４Ｂの前方にクラッシュボックス１４Ｃが配置されている。さらに車体１４の後部には、左右一対のリアサイドメンバ１４Ｄが設けられている。リアサイドメンバ１４Ｄは、側面視でリヤクロスメンバ２２と高さが少なくとも一部ラップする。さらに図１及び図２に示されたように、車両１２は、左右一対の前輪１４Ｅ及び後輪１４Ｆを備える。
また、この車体１４は、左右のロッカ１８Ｌ、１８Ｒの間における車幅方向の中央部で車両前後方向に延在し、フロントクロスメンバ２０とリヤクロスメンバ２２との間に架け渡されたセンタトンネル（中間骨格部材）２４（図１、図３～図６参照）を備えている。さらに、この車体１４は、左右のロッカ１８Ｌ、１８Ｒとセンタトンネル２４との間に車両前後方向に並んで配置され、左右のロッカ１８Ｌ、１８Ｒとセンタトンネル２４との間に架け渡された複数（ここでは８つ）の中間クロスメンバ２６（図１～図３、図５、図６参照）を備えている。また、この車体１４は、左右のロッカ１８Ｌ、１８Ｒの上部間に架け渡されて車室１６の床面を形成するフロアパン２８（図２、図４参照；図２、図４以外では図示省略）と、左右のロッカ１８Ｌ、１８Ｒの下部間（下端部間）に架け渡されて車体１４の下面を形成する底板３０（図２、図４～図６参照）とを備えている。さらに図２に示されたように、フロアパン２８の上面には、複数のシート用ブラケット１４Ｇが設けられている。
上記のロッカ１８Ｌ、１８Ｒ及びセンタトンネル２４は、本発明における「車体骨格部材」に相当しており、上記の中間クロスメンバ２６は、本発明における「クロスメンバ」に相当している。ロッカ１８Ｌ、１８Ｒ及びセンタトンネル２４は、車両水平方向（ここでは車幅方向）に並んで配置されており、上記のフロントクロスメンバ２０、リヤクロスメンバ２２及び中間クロスメンバ２６と共に、車体１４の下部の骨格の一部を構成している。さらに図３～図６に示されたように、センタトンネル２４の上面には、センタトンネル２４の延長方向（車両前後方向）に沿って延びる溝２４ａが形成されている。
上記左右のロッカ１８Ｌ、１８Ｒ、フロントクロスメンバ２０、リヤクロスメンバ２２、フロアパン２８及び底板３０は、複数の電池スタック４０を収容したケースを構成している。つまり、本実施形態では、左右のロッカ１８Ｌ、１８Ｒ、フロントクロスメンバ２０、リヤクロスメンバ２２、フロアパン２８及び底板３０によって車室１６の床下に閉空間（電池収容室）が形成されており、当該閉空間内に複数の電池スタック４０が収容されている。複数の電池スタック４０は、左右のロッカ１８Ｌ、１８Ｒによって車両左右方向両側から覆われ、フロアパン２８及び底板３０によって車両上下方向両側から覆われ、フロントクロスメンバ２０及びリヤクロスメンバ２２によって車両前後方向両側から覆われている。さらに図４に示されたように、センタトンネル２４の左右両面の下端部から延びる一対のフランジ２４ａが電池スタック４０の下面の直下に位置する。なお、上記閉空間の後端側には、図示しないジャンクションボックス、スイッチボックス、制御ユニット等が収容されている。

Claims (7)

  1. 車両水平方向に並んで配置され、車体下部の骨格の一部を構成する複数の車体骨格部材と、
    各々が複数の電池セルを含んで構成されると共に、各々が前記複数の車体骨格部材間に直接又は別部材を介して挟まることで車体に拘束された複数の電池スタックと、
    を備えた電池搭載構造。
  2. 車両水平方向に並んで配置され、車体下部の骨格の一部を構成する複数の車体骨格部材と、
    各々が複数の電池セルを含んで構成されると共に、各々が拘束専用の拘束部材を用いずに前記複数の車体骨格部材間に拘束された複数の電池スタックと、
    を備えた電池搭載構造。
  3. 車両水平方向に並んで配置され、車体下部の骨格の一部を構成する複数の車体骨格部材と、
    各々が複数の電池セルを含んで構成されると共に、各々が前記複数の車体骨格部材間の空間に露出した状態で前記複数の車体骨格部材間に搭載された複数の電池スタックと、
    を備えた電池搭載構造。
  4. 前記複数の電池セルは、前記複数の車体骨格部材が並ぶ方向に積層されている請求項１～請求項３の何れか１項に記載の電池搭載構造。
  5. 前記複数の車体骨格部材は、車室の車幅方向両端下部で車両前後方向に延在する左右のロッカを含んでおり、
    前記左右のロッカの上部間に架け渡されて車室の床面を形成するフロアパンと、前記左右のロッカの下部間に架け渡されて車体の下面を形成する底板とによって、前記複数の電池スタックが車両上下方向両側から覆われている請求項１～請求項４の何れか１項に記載の電池搭載構造。
  6. 前記複数の車体骨格部材は、車両前後方向に延在しており、
    前記複数の車体骨格部材間には、車幅方向に延在するクロスメンバが架け渡されている請求項１～請求項５の何れか１項に記載の電池搭載構造。
  7. 前記複数の車体骨格部材は、車室の車幅方向両端下部で車両前後方向に延在する左右のロッカ、及び、前記左右のロッカ間で車両前後方向に延在するセンタトンネルである請求項６に記載の電池搭載構造。
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