JP5553852B2 - ハイブリッド自動車 - Google Patents

Description

本発明は、車体の前後方向へ駆動力を伝達するプロペラシャフトを有する、自動車などのハイブリッド自動車に関する。特に、本発明は、ハイブリッド自動車へのバッテリユニットの搭載構造に関する。

自動車などの車両には、プロペラシャフトを有するものがある。自動車でいえば、たとえばＦＲ（フロントエンジン・リアドライブ）またはＡＷＤ（All-Wheel Drive）の駆動方式を採用したものである。プロペラシャフトは、車体の床下に配置され、エンジンなどで発生させた駆動力を車体の前後方向へ伝達する。

特開２０００−２４７２６１号公報

このようなプロペラシャフトを有する車両を、電気化またはハイブリッド化することが考えられる。
電気自動車またはハイブリッド自動車は、大容量のバッテリユニットを必要とする。
バッテリユニットは、後部座席後方の荷物スペースが減少すると共に、車長方向の重量バランス配分が困難となってしまう。特許文献１では、デッドスペースであった部分を有効活用する為、乗車空間に搭載しない。
この場合、プロペラシャフトを有する車両では、車体の床下に、プロペラシャフトと、バッテリユニットとが、配置されることになる。
バッテリユニットは、所定の使用期間ごとに交換する必要がある。
プロペラシャフトに触れることなくバッテリユニットを容易に交換できるように、バッテリユニットは、プロペラシャフトの下側に配置することが望ましい。

しかしながら、プロペラシャフトの下側にバッテリユニットを配置した場合、たとえば車両の衝突時の衝撃吸収性能に影響を与える可能性がある。
プロペラシャフトの下側にバッテリユニットが取り付けられていると、衝突時にエンジンが押し込まれ、プロペラシャフトが折り曲げられるような場合、折れ曲がったプロペラシャフトがバッテリユニットに当たる。プロペラシャフトの折れ角がバッテリユニットにより制限される。
プロペラシャフトの折れ角がバッテリユニットにより制限されると、エンジンの押し込み量も制限され、エンジンの押し込みによる衝撃吸収性能が低下する。

このように、プロペラシャフトを有する車両では、衝突吸収性能への影響を抑制されるよう、プロペラシャフト折れ方を規制できる部材を設定する。それが床下に配置されるバッテリユニットにその機能を持たせることが望ましい。

本発明のハイブリッド自動車は、車体の前後方向へ駆動力を伝達するプロペラシャフトを有するハイブリッド自動車であって、車体の床下においてプロペラシャフトの下側に配置されるバッテリユニットと、車体の床下において車体の前後方向に配列され、バッテリユニットをプロペラシャフトの下側において車体の床下に取り付ける複数の取付部材と、を有し、プロペラシャフトは、バッテリユニットと車体の床に囲われた空間に収容され、車体の前部に配置されるエンジンに接続され、前側の取付部材より後側となる部位にカップリングまたはベアリングを有し、バッテリユニットは、エンジンが押し込まれてプロペラシャフトがカップリングまたはベアリングで折れて押し下げられる際に、押し下げられたプロペラシャフトのカップリングまたはベアリングにより複数の取付部材の間で押し下げられることにより脱落可能に取り付けられる。

好適には、バッテリユニットは、車体の床下においてプロペラシャフトの左右両側に配置されてバッテリを収容する一対の側部、および、プロペラシャフトの下側において一対の側部を連結する中央部、を備えるハウジングを有し、プロペラシャフトは、ハウジングの一対の側部および中央部、並びに、車体の床に囲われた空間に収容されてよい。

好適には、バッテリユニットと車体とを接続する保持部材を有し、保持部材は、複数の取付部材による車体との連結が解除されて脱落したハウジングを保持してよい。

好適には、バッテリユニットと車体とを接続する電源ケーブルは、着脱可能なプラグおよびレセプタクルの構造により、脱落したバッテリユニットと車体とを電気的に切り離してよい。

好適には、プロペラシャフトは、エンジンが押し込まれる際にカップリングまたはベアリングにおいて折れ曲がることによりバッテリユニットを押し下げ、バッテリユニットを前側で脱落させてよい。

本発明において、バッテリユニットは、車体の床下においてプロペラシャフトの下側に配置され、プロペラシャフトが押し下げられる際に車体から脱落できるように取り付けられる。
よって、たとえば、エンジンが押し込まれ、プロペラシャフトが折れ曲がり、折れ曲がったプロペラシャフトが押し下げられる状態では、バッテリユニットが車体から脱落する。
バッテリユニットが脱落するので、プロペラシャフトの折れ角は、バッテリユニットにより制限されなくなる。
プロペラシャフトの折れ角がバッテリユニットにより制限されなくなるので、バッテリユニットを床下に設けたことに起因する、衝撃吸収性能への影響は、抑制される。

図１は、本発明の実施形態に係る、バッテリユニットを有するハイブリッド自動車についての模式的な側面図である。 図２は、図１のハイブリッド自動車についてのバッテリユニットの搭載構造を説明する上面図である。 図３は、図２の線Ｉ−Ｉ´におけるハイブリッド自動車の模式的な端面図である。 図４は、図１のバッテリユニットの車体への搭載状態（保持状態）の説明図である。 図５は、図１のバッテリユニットが車体から脱落した状態についての説明図である。

以下、本発明の実施形態に係るハイブリッド自動車を、図面に基づいて説明する。ハイブリッド自動車を例として説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る、バッテリユニット１１を有するハイブリッド自動車１についての模式的な側面図である。
図２は、図１のハイブリッド自動車１についてのバッテリユニット１１の搭載構造を説明する上面図である。図２は、バッテリユニット１１の床下を上側から見た図である。
図３は、図２の線Ｉ−Ｉ´におけるハイブリッド自動車１の模式的な端面図である。
図１から図３のハイブリッド自動車１は、箱型の車体２を有する。

車体２の前部には、エンジン３が配置される。
図１のハイブリッド自動車１は、エンジン３または駆動モータ８の駆動力で、前輪７および後輪５を駆動可能なＡＷＤの駆動方式又はＦＲ方式の車両である。
車体２の前部に搭載されたエンジン３の駆動力は、エンジン３に接続されたプロペラシャフト４により、車体２の後部に配置される後輪５へ伝達される。たとえばＡＷＤの場合、エンジン３とプロペラシャフト４とは、図示外の電磁クラッチ、トランスミッション６を介して接続される。図１のハイブリッド自動車１では、電磁クラッチは、トランスミッション６の一部として設けられている。プロペラシャフト４と後輪５とは、後差動歯車により接続される。
トランスミッション６は、ＣＶＴ（Continuously Variable Transmission）方式等でよい。トランスミッション６と前輪７とは、更に、図示しない前差動歯車により接続される。
なお、本実施の形態では、図１乃至図３に例示されているものをトランスミッションとしているが、モータなど他の機器であっても良い。
エンジン３で発生した駆動力の一部は、プロペラシャフト４に伝達され、後輪５の駆動に利用される。残りの動力は、前差動歯車を通じて前輪７の駆動に利用される。
ＡＷＤの駆動方式では、たとえば前輪７または後輪５のグリップ状態などに応じて、前差動歯車および後差動歯車による駆動力の分配率を変化させる。適切な駆動力を、４輪に分配する。

図１のハイブリッド自動車１は、一体型のバッテリユニット１１を有する。
バッテリユニット１１は、車両の駆動などに用いる電力を蓄電するものである。
バッテリユニット１１は、図３に示すように、バッテリモジュール１２、ＢＣＵ（バッテリコントロールユニット）１３、配線ケーブル１４、ジャンクションボックス１５を有する。
バッテリモジュール１２は、たとえばリチウムイオン電池などを用いたものである。電気自動車またはハイブリッド自動車１では、複数の電池セルを直列および並列に接続することにより、所望の電圧および電流を確保する。バッテリモジュール１２は、複数の電池セルを収容するモジュールである。
ＢＣＵ１３は、バッテリモジュール１２を管理し、制御する。ＢＣＵ１３は、たとえばバッテリモジュール１２の状態を把握するために、このバッテリモジュール１２の電圧、電流及び温度等を測定する。ＢＣＵ１３は、この他にもたとえば、バッテリモジュール１２から駆動モータ８への電力の入力を監視する。本実施形態では、左右の２個のバッテリモジュール１２に対して、１個のＢＣＵ１３が設けられる。
配線ケーブル１４は、複数のバッテリモジュール１２を電気的に接続する。配線ケーブル１４は、ジャンクションボックス１５に接続される。ジャンクションボックス１５は、配線ケーブル１４を結合、分岐、中継する。

バッテリユニット１１のバッテリモジュール１２より電力が供給されることで、ハイブリッド自動車１の駆動モータ８が駆動される。
駆動モータ８の駆動力の一部は、エンジン３またはトランスミッション６を通じてプロペラシャフト４へ伝達され、後輪５の駆動に利用される。残りの動力は、前差動歯車を通じて前輪７の駆動に利用される。

バッテリユニット１１は、ハウジング２１を有する。
ハウジング２１は、図２または図３に示すように、ハイブリッド自動車の前輪７と後輪５との間のフロアパネル９の下（車体２の床下）に、格納される。
ハウジング２１は、左部２２と、中央部２３と、右部２４と、を有する。
左部２２および右部２４の一対の側部には、バッテリモジュール１２が配置される。
中央部２３は、左部２２および右部２４を連結する。
中央部２３には、ＢＣＵ１３、配線ケーブル１４、ジャンクションボックス１５などの、バッテリユニット１１がアッセンブリされる。
なお、中央部２３の前面に、サービスプラグを配置してもよい。
バッテリユニット１１は、フロアパネル９の下（車体２の床下）に、取り外し可能に取り付けられる。バッテリユニット１１は、中央部２３が車体２の中央と重なり、一対の側部２２，２４が車体２の両側と重なる姿勢で、車体２に取り付けられる。一対の側部２２，２４が車体２の床下に露出するため、バッテリモジュール１２は、バッテリユニット１１のハウジング２１の下を流れる空気により冷却される。なお、ハウジング２１に空気を取り込むファンを、バッテリモジュール１２に設けてもよい。

次に、車両へのバッテリユニット１１の搭載構造について、詳しく関する。
図４は、図１のバッテリユニット１１の車体２への搭載状態（保持状態）の説明図である。
図５は、図１のバッテリユニット１１が車体２から脱落した状態についての説明図である。

図４に示すように、バッテリユニット１１は、複数の取付部材３１により、車体２のフロアパネル９に対して、取り外し可能に連結される。
取付部材３１は、フロアパネル９の下面から下方へ突出する。図２に示すように、本実施形態では、４個の取付部材３１が２列に分けて前後方向に並べて配置される。
取付部材３１は、通常の使用時に、車体２からバッテリユニット１１が脱落しない強度に形成すればよい。
ハウジング２１は、複数の取付部材３１の先端に、たとえばねじ止めされる。
なお、前側の取付部材３１は、後側の取付部材３１よりも細く、強度を若干弱くしてよい。これにより、バッテリユニット１１のハウジング２１に対して上側から力が作用した場合、前側の取付部材３１が、後側の取付部材３１よりも先に破損し易くなる。
また、取付部材３１の強度を前後で異ならせるのではなく、前側の取付部材３１とハウジング２１とのねじ止め孔を、丸穴ではなく、長穴としたり、だるま穴としたりしてもよい。これにより、バッテリユニット１１のハウジング２１に対して上側から力が作用した場合、前側のネジ穴が破損し、ハウジング２１が前側で脱落し易くなる。前後のねじ穴の形状を異ならせることにより、取付部材３１の高さが確保できないような場合であっても、前側の連結が後側の連結と比べて優先的に破損して解除され易くなる。

図３に示すように、ハウジング２１の中央部２３は、略平板形状を有し、一対の側部２２，２４を下縁側で連結する。これにより、ハウジング２１の上面中央には、前後方向に凹部２５が形成される。凹部２５は、ハウジング２１の前面から後面までにわたって形成される。
フロアパネル９の下にバッテリユニット１１を取り付けることにより、フロアパネル９とハウジング２１の中央部２３との間に、センタートンネルが形成される。センタートンネルは、車体２の前部のエンジンルームと連通し、後端は、開口となる。
センタートンネルに、プロペラシャフト４と、エンジン３のエキゾーストパイプ１０が配置される。
バッテリユニット１１は、脱落したプロペラシャフト４を受け持つ受け部としても機能する。脱落したプロペラシャフト４が路面に当たらないようにできる。
なお、エンジンルームからセンタートンネルに流れ込むエンジン３の排熱などによりバッテリモジュール１２が加熱されないように、バッテリユニット１１のハウジング２１についての、センタートンネルの周囲となる部分には、断熱材を配置してよい。

図３に示すように、ハウジング２１の中央部２３は、一対の側部２２，２４を下縁側で連結する。
これにより、ハウジング２１の下面は、平面構造となる。
空気流は、車体２の下をスムースに流れる。車体２の空気抵抗が減る。

ところで、図４に示すように、プロペラシャフト４は、プロペラシャフト４を折り曲げ可能に連結する２つのカップリング４１を有する。このようなカップリング４１またはベアリングを設けることにより、前側のプロペラシャフト４の回転中心と、後ろ側のプロペラシャフト４の回転中心とが一直線上に位置していなくとも、プロペラシャフト４を回転させることができる。
そして、本実施形態での前側のカップリング４１は、図２に示すように、前側の取付部材３１より後方に位置する。
後側のカップリング４１は、後側の取付部材３１より前方に位置する。
このようなカップリング４１と取付部材３１との相対配置にすることで、エンジン３の押し込みによりたとえば前側のカップリング４１により折れ曲がったプロペラシャフト４は、前側のカップリング４１においてバッテリユニット１１のハウジング２１に当たる。また、前側のカップリング４１は、前側の取付部材３１の近くで且つ前側の取付部材３１の後方において、ハウジング２１に当たる。
図５に示すように、前側のカップリング４１による押し下げ力により、バッテリユニット１１を前側において脱落させることができる。

また、図４に示すように、バッテリユニット１１のハウジング２１とフロアパネル９とは、２本のワイヤ５１により接続される。
ワイヤ５１は、たとえば、ハウジング２１の前部上面と、フロアパネル９の裏面とを接続する。
ワイヤ５１は、取り付け状態でのフロアパネル９とハウジング２１との間隔より若干長い。
このような長さのワイヤ５１でフロアパネル９とハウジング２１とを連結することにより、たとえば前側で脱落したハウジング２１は、図５に示すように、ワイヤ５１に吊り下がり、路面に当たらない状態に保持される。

また、図４、図２に示すように、バッテリユニット１１と車体２とは、電源ケーブル６１により接続される。電源ケーブル６１により、バッテリユニット１１と、車体２の電源系、たとえば駆動モータ８およびオルタネータとが接続される。
電源ケーブル６１は、着脱可能なプラグ６２およびレセプタクル６３の構造を有する。
これにより、バッテリユニット１１が前側で脱落すると、プラグ６２がレセプタクル６３から外れ、電源ケーブル６１が切断される。
前側で脱落したバッテリユニット１１は、車体２の電源系から電気的に切り離される。
駆動モータ８およびオルタネータに対して、バッテリユニット１１の電力が供給されないようになる。

以上のように、本実施形態のバッテリユニット１１は、ハイブリッド自動車１のフロアパネル９の下においてプロペラシャフト４の下側に配置され、プロペラシャフト４が押し下げられる際に車体２から脱落できるように取り付けられる。
よって、たとえば車両の衝突時に仮にエンジン３が押し込まれ更にプロペラシャフト４が折れ曲がって、プロペラシャフト４が押し下げられる状態では、バッテリユニット１１が車体２から脱落する。
バッテリユニット１１が脱落するので、プロペラシャフト４の折れ角は、バッテリユニット１１により制限されなくなる。プロペラシャフト４の折れ角が制限されなくなるので、バッテリユニット１１をフロアパネル９の下に設けたことに起因する、衝撃吸収性能への影響は、抑制される。
プロペラシャフト４を有するハイブリッド自動車１についての、エンジン３の後退による衝撃吸収性を損なうことなく、衝突安全性を維持または確保しながら、プロペラシャフト４を有する車体２のフロアパネル９の下にバッテリユニット１１を配置できる。

また、本実施形態において、プロペラシャフト４は、バッテリユニット１１のハウジング２１の一対の側部２２，２４および中央部２３、並びに、車体２のフロアパネル９に囲われたセンタートンネルに収容される。
よって、仮に衝突などによりプロペラシャフト４が脱落したり、折れたりすることがあり得るとしても、そのプロペラシャフト４は、当該センタートンネル内に保持され、プロペラシャフト４が路面に当たり難くなる。
また、ハウジング２１の一対の側部２２，２４にバッテリモジュール１２が収容されているので、センタートンネルにエンジン３の熱気などが入り込んだとしても、バッテリモジュール１２の温度が上がり難くなる。

また、本実施形態において、プロペラシャフト４は、折れ曲がって押し下げられると、バッテリユニット１１のハウジング２１に当たる。バッテリユニット１１は、ハウジング２１が折れ曲がったプロペラシャフト４により押し下げられ、車体２から脱落する。
このように、押し下げられたプロペラシャフト４が押し下がろうとする力を利用して、バッテリユニット１１のハウジング２１を車体２から脱落できる。バッテリユニット１１を脱落させる制御が不要である。また、プロペラシャフト４が折れ曲がって脱落が本当に必要とされているときに、バッテリユニット１１を確実に脱落させることができる。
特に、バッテリユニット１１のハウジング２１が、プロペラシャフト４の両横および下側を囲うように凹形状に設けられているので、折れ曲がったプロペラシャフト４は、確実にバッテリユニット１１のハウジング２１に当たり、ハウジング２１を押し下げるように力を作用させることになる。
エンジン３の押し込みに起因する衝撃吸収能力の一部を利用してバッテリユニット１１を脱落させることができる。バッテリユニット１１が脱落することによる衝撃吸収能力を追加できる。総合的な衝撃吸収能力を向上できる。

また、本実施形態では、車体２の床に対して前後で連結されたバッテリユニット１１について、その前側の連結を優先的に解除するように脱落させる。前側の連結を優先的に解除することで、バッテリユニット１１の全体が車両から脱落し難くなる。
特に、本実施形態では、ワイヤ５１により、前側で脱落したハウジング２１を、路面から浮いた状態に保持する。よって、脱落したバッテリユニット１１のハウジング２１は、その全体が路面から浮いた状態に保持される。脱落したバッテリユニット１１が路面に接触し難くなり、脱落したバッテリユニット１１の損傷を抑制できる。

また、本実施形態では、バッテリユニット１１と車体２とを接続する電源ケーブル６１が、着脱可能なプラグ６２およびレセプタクル６３の構造を有する。そして、脱落の際に、バッテリユニット１１が脱落することにより、脱落したバッテリユニット１１と車体２とが電気的に切り離される。
よって、衝突後に、脱落したバッテリユニット１１から車体２へ電気が供給されないようできる。

また、本実施形態では、プロペラシャフト４は、前側の取付部材３１より後側となる部位（位置）にカップリング４１を有し、エンジン３が押し込まれる際にカップリング４１において折れ曲がる。
よって、車体２の前部のエンジン３が押し込まれ、プロペラシャフト４がカップリング４１において折り曲げられる力を利用して、ハウジング２１を押し下げ、バッテリユニット１１を前側で脱落させることができる。バッテリユニット１１を本当に脱落させたいときに、折れ曲がったプロペラシャフト４の力を利用して、バッテリユニット１１を前側で脱落させることができる。
特に、プロペラシャフト４において折り曲げられるカップリング４１を、前側の取付部材３１より後側となる部位に設けている。プロペラシャフト４は、後端を支点として当該カップリング４１において折れ曲がる。バッテリユニット１１には、この折れ曲がったプロペラシャフト４の力が、前側の取付部材３１より後側において作用する。この結果、折れ曲がったプロペラシャフト４の力が、てこの原理で増幅されて前側の取付部材３１に作用する。前側の取付部材３１に作用する力を増幅できる。折れ曲がったプロペラシャフト４による力を、効果的に、ハウジング２１に作用させて脱落できる。
よって、取付部材３１によるバッテリユニット１１の取り付け強度を上げて通常時のバッテリユニット１１の脱落を抑制しながら、脱落を必要とするときには容易に取付部材３１による保持を解除し、バッテリユニット１１を脱落させることができる。

以上の実施形態は、本発明の好適な実施形態の例であるが、本発明はこれに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変形または変更が可能である。

たとえば上記実施形態では、バッテリユニット１１は、ハイブリッド自動車１の床下に搭載されている。この他にもたとえば、バッテリユニット１１は、バス、電車などのその他の車両の床下に搭載されてよい。
また、上記実施形態では、プロペラシャフト４は、前側のエンジン３に接続されている。この他にも、プロペラシャフト４は、後側のエンジン３に接続されてもよい。また、プロペラシャフト４には、カップリング４１の替わりに、折れ曲がり可能なベアリングが設けられてもよい。

１ ハイブリッド自動車
２ 車体
３ エンジン
４ プロペラシャフト
６ トランスミッション
８ 駆動モータ
９ フロアパネル（床）
１１ バッテリユニット
１２ バッテリモジュール（バッテリ）
２１ ハウジング
２２ 左部（側部）
２３ 中央部
２４ 右部（側部）
２５ 凹部
３１ 取付部材
４１ カップリング
５１ ワイヤ（保持部材）
６１ 電源ケーブル
６２ プラグ
６３ レセプタクル

Claims (5)

1. 車体の前後方向へ駆動力を伝達するプロペラシャフトを有するハイブリッド自動車であって、
   前記車体の床下において前記プロペラシャフトの下側に配置されるバッテリユニットと、
   前記車体の床下において前記車体の前後方向に配列され、前記バッテリユニットを前記プロペラシャフトの下側において前記車体の床下に取り付ける複数の取付部材と、
   を有し、
   前記プロペラシャフトは、
   前記バッテリユニットと前記車体の床に囲われた空間に収容され、
   前記車体の前部に配置されるエンジンに接続され、
   前側の前記取付部材より後側となる部位にカップリングまたはベアリングを有し、
   前記バッテリユニットは、
   前記エンジンが押し込まれて前記プロペラシャフトが前記カップリングまたは前記ベアリングで折れて押し下げられる際に、押し下げられた前記プロペラシャフトの前記カップリングまたは前記ベアリングにより前記複数の取付部材の間で押し下げられることにより脱落可能に取り付けられる、
   ハイブリッド自動車。
2. 前記バッテリユニットは、
   前記車体の床下において前記プロペラシャフトの左右両側に配置されてバッテリを収容する一対の側部、および、前記プロペラシャフトの下側において前記一対の側部を連結する中央部、を備えるハウジングを有し、
   前記プロペラシャフトは、
   前記ハウジングの前記一対の側部および前記中央部、並びに、前記車体の床に囲われた空間に収容される、
   請求項１記載のハイブリッド自動車。
3. 前記バッテリユニットと前記車体とを接続する保持部材を有し、
   前記保持部材は、
   前記複数の取付部材による前記車体との連結が解除されて脱落した前記ハウジングを保持する、
   請求項１または２記載のハイブリッド自動車。
4. 前記バッテリユニットと前記車体とを接続する電源ケーブルは、
   着脱可能なプラグおよびレセプタクルの構造により、脱落した前記バッテリユニットと前記車体とを電気的に切り離す、
   請求項１から３のいずれか一項記載のハイブリッド自動車。
5. 前記プロペラシャフトは、
   前記エンジンが押し込まれる際に前記カップリングまたはベアリングにおいて折れ曲がることにより前記バッテリユニットを押し下げ、前記バッテリユニットを前側で脱落させる、
   請求項１から４のいずれか一項記載のハイブリッド自動車。

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