JP5724590B2

JP5724590B2 - 車両

Info

Publication number: JP5724590B2
Application number: JP2011101558A
Authority: JP
Inventors: 尚憲熊谷; 登太田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-04-28
Filing date: 2011-04-28
Publication date: 2015-05-27
Anticipated expiration: 2031-04-28
Also published as: JP2012232641A

Description

本発明は、車両に搭載される電源パックを衝突から保護する技術に関する。

電気自動車、ハイブリッド自動車には、駆動用又は補助電源として複数の単電池を接続した組電池が搭載される。特許文献１は、複数の電池セルが配列して形成された電池モジュールと、前記電池モジュールを収容する収容ケースと、前記収容ケースの周面上に設けられた保護部材と、前記保護部材に形成され、外方に向けて突出し、塑性変形可能な空洞状の膨出部と、を備えた電池ユニットを開示する。

ところで、組電池を座席間に配置した車両に対して、車幅方向からポール（例えば、電柱）が衝突した場合に、座席が傾動して座席の位置を調整するシートレール等が組電池に向かうおそれがある。

特開２００８−２６９８９５号公報特開２００７−２９９５９３号公報

しかしながら、特許文献１の構成は、シートレールの倒れ込みを特に意識した構成とはなっていない。そこで、本願発明は、車幅方向からの衝突により倒れ込むシートレールから、電源パックを保護することを目的とする。

上記課題を解決するために、本願発明に係る車両は、（１）車幅方向に並ぶ座席間に対応した位置に、電源部をケースに収容した電源パックを搭載した車両であって、前記座席の車両前後方向の位置を調整するシートレールと、車両固定部に固定され、前記シートレールを支持する脚部と、を備え、前記ケースの上面は、前記シートレールよりも低い位置に位置しており、前記ケースの上面には、車両の上側方向に突出する受け部材であって、車幅方向視において前記シートレールと少なくとも一部が重なる位置で、かつ、車両が車両外側から内側に向かって外力を受けることにより前記脚部が前記車両固定部を支点として傾動した際に前記シートレールが当接する位置に前記受け部材が設けられていることを特徴とする。

（２）上記（１）の構成において、前記受け部材は、前記ケースよりも車幅方向から受ける外力に対する剛性が高い。車幅方向に傾動するシートレールは剛性の高い受け部材に当接するため、電源パックを保護することができる。

（３）上記（１）又は（２）の構成において、前記受け部材は、凹凸が車両の前後方向に連続した凹凸形状であり、車幅方向に延びている。受け部材を剛性の高い断面形状で構成することができる。

（４）上記（１）〜（３）の構成において、前記電源パックは、前記座席の下側の領域にまで延出させることができる。

（５）上記（４）の構成において、前記電源部は、複数の電池を積層した組電池と、この組電池の充放電を切り替えるリレー回路と、前記組電池の少なくとも電圧を監視する監視ユニットとを備え、前記リレー回路は、前記組電池の車幅方向の一端側に位置し、
前記監視ユニットは、前記組電池の車幅方向の他端側に位置する。受け部材により電源パックが保護されるため、リレー回路及び監視ユニットを電源パックの内部に組み込むことができる。

（６）上記（１）〜（５）の構成において、前記車両固定部はフロアパネルであってもよい。

（７）上記（６）の構成において、前記電源パックは、車両のフロアパネルに締結部材を介して固定されており、前記シートレールが前記受け部材に当接した際に、前記締結部材が塑性変形することにより、前記電源パックが車幅方向に移動する。締結部材が塑性変形することにより衝突時のエネルギの一部が吸収される。また、倒れ込むシート等から電源パックが離間することにより、衝突時のエネルギの一部が吸収され、電源パックの保護効果が高まる。

（８）上記（１）〜（７）の構成において、車幅方向に延びる複数のクロスメンバーを備え、前記電源パックは、平面視において前記車両の前後方向に並ぶ前記クロスメンバーの間に位置する。クロスメンバーのない領域に車幅方向から外力が加わり、車両のボディが大きく変形した場合であっても、電源パックを保護することができる。また、電源パックの車幅方向に位置する車両構造物の構造を側突に備えて強化する必要もないため、コストを削減することができる。

（９）上記（２）の構成において、前記受け部材と前記ケースの外壁とによって囲まれる収容部を備え、前記収容部には、リレー回路及び監視ユニットのうち少なくとも一方が収容されている。受け部材の剛性が高まることにより、収容部の空間を有効に活用することができる。さらに、収容部を鋼板で構成することにより、ラジオノイズ等に対するシール性を高めることができる。

（１０）上記（１）〜（９）の構成において、前記車幅方向に並ぶ座席は、運転席及び助手席であってもよい。

本発明によれば、車幅方向からの衝突により倒れ込むシートレールが受け部材に当接するため、電源パックを保護することができる。

電源部の分解斜視図である。ＬＨ−ＵＰ断面で車両を切断したときの概略断面図である。車両の平面図である。脚部の動作説明図である。電源パックの斜視図である。電源パックをＦＲ−ＵＰ断面で切断した断面図である。他の形状に係る受け部材をＦＲ−ＵＰ面で切断した断面図である。変形例１の電源パックの斜視図である。

本実施形態に係る車両は、車幅方向に並ぶ座席間に対応した位置に、電源部をケースに収容した電源パックを搭載した車両であって、前記座席の車両前後方向の位置を調整するシートレールと、車両固定部に固定され、前記シートレールを支持する脚部と、を備え、前記ケースの上面は、前記シートレールよりも低い位置に位置しており、前記ケースの上面には、車両の上側方向に突出する受け部材であって、車幅方向視において前記シートレールと少なくとも一部が重なる位置で、かつ、車両が車両外側から内側に向かって外力を受けることにより前記脚部が前記車両固定部を支点として傾動した際に前記シートレールが当接する位置に前記受け部材が設けられている。

まず、図１を参照しながら、電源部の構成について説明する。図１は電源部の分解斜視図である。ＦＲは車両の前方方向を示しており、ＬＨは車両の車幅方向左側を示しており、ＵＰは車両の上側方向を示している。電源部１は、組電池１０、バスバーモジュール２０、監視ユニット３０、バスバーモジュールカバー４０、ジャンクションボックス５０及び固定フレーム６０を備える。

組電池１０は、複数の単電池１１、一対のエンドプレート１２及び拘束部材１３を備える。複数の単電池１１は、ＬＨ方向に積層されている。単電池１１のＦＲ方向における両端面には、端子電極１１Ａが設けられている。ＬＨ方向において隣り合う各単電池１１の各端子電極１１Ａは互いに極性が異なり、バスバー２１を介して直列に接続されている。各単電池１１の車両のＵＰ方向における一端面には、ガス放出弁１１Ｂ及びサーミスタ固定部１１Ｃが設けられている。

ガス放出弁１１Ｂは、電池異常時に単電池１１の発電要素から発生したガスを外部に放出して、内圧上昇を抑制する。ガス放出弁１１Ｂは、圧力上昇時に破断してガスの排出を許容する破壊弁、或いは圧力上昇時にガス排出口から退避し、減圧後にガス排出口を塞ぐ閉塞位置に復帰する自動復帰弁であってもよい。サーミスタ固定部１１Ｃには、各単電池１１の温度情報を取得するサーミスタ（不図示）が固定される。監視ユニット３０は、サーミスタから出力される情報に基づき、各単電池１１の温度を監視する。

単電池１１は、二次電池であってもよい。二次電池は、ニッケル水素電池、或いはリチウムイオン電池であってもよい。単電池１１は、一つのセルからなる電池セル、或いは複数の電池セルを接続した電池モジュールであってもよい。なお、隣接する単電池１１の間に冷却風を導通させるためのスペーサを配置してもよい。この場合、冷却風は、組電池１０のＵＰ方向の一端側から他端側に向かって送風される。これにより、各単電池１１が冷却されて、電池劣化が抑制される。

エンドプレート１２のＺ軸方向の端面には、拘束部材固定部１２Ａが形成されている。拘束部材固定部１２Ａには開口部１２Ｃが形成されており、この開口部１２Ｃには拘束部材１３が挿入されている。拘束部材１３は、単電池１１の積層方向に沿って延びており、その両端部にはネジ溝が形成されており、このネジ溝にはナット１２Ｂが締結されている。これにより、一対のエンドプレート１２は互いに接近して、各単電池１１が積層方向に圧縮される。その結果、各単電池１１の発電要素である電極体とセパレータとが密着して、所望の入出力を得ることができる。エンドプレート１２のＬＨ方向の端面には、ジャンクションボックス５０を固定するための複数の締結孔部１２Ｄが形成されている。これらの締結孔部１２Ｄに対して締結部材１２１を締結することにより、ジャンクションボックス５０はエンドプレート１２に固定される。

バスバーモジュール２０は、複数のバスバー２１をユニット化する。これらのバスバー２１は、隣接する単電池１１の端子電極１１Ａを互いに接続する。各バスバー２１には、端子電極１１Ａが挿通される図示しない開口部が形成されている。バスバーモジュール２０は、複数のバスバー２１を保持した状態で、組電池１０の端子電極１１Ａが位置する側の面に配設される。これにより、複数の単電池１１が直列に接続される。複数のバスバー２１は、ユニット化された状態で各端子電極１１Ａに接続されるため、接続作業を簡素化することができる。

監視ユニット３０は、電圧センサから出力される電圧値を取得し、組電池１０のＳＯＣ（State of charge）を監視する。電圧センサは、個々の単電池１１が備えてもよいし、或いは複数の単電池１１（ブロック単位の電池）が備えてもよい。

固定フレーム６０は、組電池１０を所定の高さに支持しており、車両のフロアパネルに対して締結部材を介して固定される。組電池１０を所定の高さに支持することにより、組電池１０とフロアパネルとの間に冷却風の排出経路が形成される。

次に、図２乃至図４を参照しながら、本実施形態に係る電源部１を車幅方向から加わる外力から保護するための保護構造の概略構成について説明する。図２は、ＬＨ−ＵＰ断面で車両を切断した概略断面図であり、組電池１０、監視ユニット３０及びジャンクションボックス５０の搭載位置を点線で示している。図３は、車両の平面図であり、保護構造に説明に必要な要素のみを図示している。図４は、脚部の動作説明図である。

これらの図を参照して、座席４及び座席５は車幅方向に所定の間隔を隔てて位置する。座席４は、助手席であってもよい。座席５は、運転席であってもよい。平面視において、電源パック２は、座席４及び座席５の間に位置する。電源パック２のＬＨ方向における両端部はそれぞれ座席４及び座席５の下側の領域に延出している。座席４は、レール係合部４０１、シートレール４０２及び脚部４０３を備える。シートレール４０２は車両のＦＲ方向に延びており、このシートレール４０２に沿ってレール係合部４０１が移動することにより、ＦＲ方向における座席４の位置調整が行われる。シートレール４０２のＦＲ方向における両端部は、脚部４０３により支持されている。脚部４０３はＵＰ方向に延びており、下端部がフロアパネル（車両固定部）８に固定されている。座席５は、レール係合部５０１、シートレール５０２及び脚部５０３を備える。これらの要素の構成は、座席４と同じであるため、説明を省略する。

電源パック２の上面は、シートレール４０２よりも低い位置に位置しており、電源パック２の上面には、ＵＰ方向に突出する受け部材３が設けられている。受け部材３は、ＬＨ方向視において、シートレール４０２と重なる位置に設けられている。電源パック２は、締結部材２０１を用いてフロアパネル８に固定されている。

図３を参照して、車両はＦＲ方向に延びるサイドメンバー６と、ＬＨ方向に延びるクロスメンバー７とを備える。座席４、座席５及び電源パック２は、ＦＲ方向に隣接するクロスメンバー７の間に位置する。したがって、例えば、矢印で示すように、車幅方向からサイドボディ９に対して、電柱などのポールが衝突した場合には、この領域にクロスメンバー７が設けられていないため、サイドボディ９が車両の内側に大きく屈曲するおそれがある。

さらに、この屈曲したサイドボディ９が座席４に当接すると、図４に図示するように、フロアパネル８上の固定部を支点として脚部４０３が傾動することにより、受け部材３に対してシートレール４０２が当接する。このように、本実施形態では、車幅方向からの衝突によって傾動する座席４が受け部材３に当接するため、電源パック２を衝突から保護することができる。

受け部材３がシートレール４０２により更に押し込まれると、電源パック２を固定する締結部材２０１が塑性変形して、電源パック２及び受け部材３が座席４から離間する方向に一体となって移動する。これにより、衝突したポール、変形したサイドボディ９、座席４等の構造物から、電源パック２を離間させることができる。その結果、より確実に電源パック２を保護することができる。また、電源パック２を固定する締結部材２０１が塑性変形することにより、衝突時のエネルギの一部が吸収される。

ここで、受け部材３は、電源パック２のケースよりも車幅方向から受ける外力に対する剛性が高ければ、如何なる構成であってもよい。ここで、剛性を高める方法は、剛性の高い断面形状を採用する方法（断面二次モーメントを高める方法）、或いは縦弾性係数を高める方法であってもよい。

受け部材３の好ましい実施形態について説明する。本実施形態では、剛性の高い断面形状を採用することにより、受け部材３の剛性を高めている。図５は、電源パック２の斜視図である。図６は、電源パック２をＦＲ−ＵＰ断面で切断した断面図である。これらの図を参照して、電源パック２は、ケース１２０と、ブロア１２１と、排気チャンバ１２２を備える。ケース１２０は、箱形形状であり、薄肉に形成されている。ケース１２０には、放熱性に優れるアルミニウムを用いることができる。したがって、ケース１２０自体は、車幅方向から受ける外力に対して脆弱な構造である。

ケース１２０の内部には、電源部１が収容されている。ブロア１２１は、ケース１２０の内部に冷却用の空気を送風する。ケース１２０の内部に導入された空気は、隣接する単電池１１の間に形成された隙間を電源パック２の上側から下側方向に向かって移動し、各単電池１１を冷却する。各単電池１１の冷却に用いられた空気は、排気チャンバ１２２から排出される。

ケース１２０の上面には、受け部材３が位置する。受け部材３は、凹凸が車両のＦＲ方向に連続した形状であり、車両のＬＨ方向に延びている。受け部材３は、ケース１２０の上面に対してスポット溶接により固定されている。このように、受け部材３として凹凸が連続した形状を採用することにより、車幅方向から受ける外力に対する剛性を高めることができる。ここで、本実施形態における凹凸形状とは、ＵＰ方向に対して傾斜するテーパ面１３１と、ＦＲ方向に沿って延びる水平面１３２とが連続した形状である。

受け部材３のＦＲ方向における両端部は、水平方向に延出しており、この延出部１３３がケース１２０の側壁部分の近傍にスポット溶接されている。さらに、受け部材３の下側に位置する水平面１３２は、ケース１２０の上面よりも上方に位置する。したがって、受け部材３に対してＵＰ方向から加わる外力を、構造の強いケース１２０の側壁部分において受ける構造となる。そのため、座席４及び座席５間を移動する乗員が受け部材３に載った場合でも、電源パック２を保護することができる。

また、座席４から受ける外力を受け部材３において吸収することにより、電源パック２が保護されるため、電源パック２の内部に、ジャンクションボックス３０のような高電圧部品や、監視ユニット５０を収容することができる。これにより、配線の引き回し作業が容易化する。

ここで、電源パック２を保護する方法として、座席４、座席５の構造を強化する方法、或いはサイドボディ９の構造を強化する方法が考えられる。しかしながら、これらの方法は、コストの増加を招く。これに対して、本実施形態では、車幅方向視においてシートレール４０２と重なる位置に受け部材３を設けるだけで、電源パック２を保護することができる。したがって、コストを削減することができる。

（変形例１）
上述の実施形態では、受け部材３の凹凸形状をＵＰ方向に対して傾斜するテーパ面１３１と、ＦＲ方向に沿って延びる水平面１３２とが連続する形状としたが、本発明はこれに限られるものではなく、ケース１２０よりも車幅方向からの外力に対する剛性の高い他の形状であってもよい。図７は、当該他の形状に係る受け部材３００をＦＲ−ＵＰ面で切断した断面図である。受け部材３００は、直方体形状のブロック体をＬＨ方向に部分的に中抜きした形状であり、中抜き部分の形状は矩形である。このように中抜き部分を設けることにより、受け部材３００の軽量化を図ることができる。さらに、ＵＰ方向の高さを維持することにより、断面二次モーメントの低下を抑制することができる。

上述の実施形態では、受け部材３の剛性を高める方法として、剛性の高い断面形状を採用したが、本発明はこれに限られるものではなく受け部材３の縦弾性係数を高める方法であってもよい。受け部材３の縦弾性係数を高めることにより、受け部材３の形状の自由度が向上する。図８は、受け部材４００を搭載した電源パック２の斜視図である。受け部材４００は、略コの字状に形成されており、開口部分がケース１２０の上面により閉塞されている。受け部材４００には、ケース１２０よりも縦弾性係数が高い材料を用いることができる。したがって、コの字形状であっても、車幅方向から受ける外力に対して十分な剛性を備えている。

また、受け部材４００とケース１２０とに囲まれた収容空間に対して、ジャンクションボックス５０、監視ユニット３０、ワイヤーハーネスなどを収容することができる。これにより、当該収容空間を有効活用することができる。さらに、受け部材４００を鋼板で構成することにより、ラジオノイズ等に対するシールド性を高めることができる。なお、受け部材３の縦弾性係数を高める方法と、剛性の高い断面形状に形成する方法とを併用することにより、受け部材３の剛性を高める方法であってもよい。

（変形例３）
上述の実施形態では、受け部材３及びケース１２０をスポット溶接により接合したが、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、受け部材３及びケース１２０を一体的に形成してもよい。

１電源部２電源パック３受け部材４、５座席
６サイドメンバー７クロスメンバー８フロアパネル
９サイドボディ１０組電池３０監視ユニット３０
５０ジャンクションボックス１２０ケース４０２シートレール
４０３脚部

Claims

車幅方向に並ぶ座席間に対応した位置に、電源部をケースに収容した電源パックを搭載した車両であって、
前記座席の車両前後方向の位置を調整するシートレールと、
車両固定部に固定され、前記シートレールを支持する脚部と、を備え、
前記ケースの上面は、前記シートレールよりも低い位置に位置しており、
前記ケースの上面には、車両の上側方向に突出する受け部材であって、車幅方向視において前記シートレールと少なくとも一部が重なる位置で、かつ、車両が車両外側から内側に向かって外力を受けることにより前記脚部が前記車両固定部を支点として傾動した際に前記シートレールが当接する位置に前記受け部材が設けられていることを特徴とする車両。
前記受け部材は、前記ケースよりも車幅方向から受ける外力に対する剛性が高いことを特徴とする請求項１に記載の車両。
前記受け部材は、凹凸が車両の前後方向に連続した凹凸形状であり、車幅方向に延びていることを特徴とする請求項１又は２に記載の車両。
前記電源パックは、前記座席の下側の領域に延出していることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一つに記載の車両。
前記電源部は、複数の電池を積層した組電池と、この組電池の充放電を切り替えるリレー回路と、前記組電池の少なくとも電圧を監視する監視ユニットとを備え、
前記リレー回路は、前記組電池の車幅方向の一端側に位置し、
前記監視ユニットは、前記組電池の車幅方向の他端側に位置することを特徴とする請求項４に記載の車両。
前記車両固定部は、フロアパネルであることを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか一つに記載の車両。
前記電源パックは、車両のフロアパネルに締結部材を介して固定されており、
前記シートレールが前記受け部材に当接した際に、前記締結部材が塑性変形することにより、前記電源パックが車幅方向に動くことを特徴とする請求項６に記載の車両。
車幅方向に延びる複数のクロスメンバーを備え、
前記電源パックは、平面視において前記車両の前後方向に並ぶ前記クロスメンバーの間に位置することを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか一つに記載の車両。
前記受け部材と前記ケースの外壁とによって囲まれる収容部を備え、
前記収容部には、リレー回路及び監視ユニットのうち少なくとも一方が収容されていることを特徴とする請求項２に記載の車両。
前記車幅方向に並ぶ座席は、運転席及び助手席であることを特徴とする請求項１乃至９のうちいずれか一つに記載の車両。