JP5983063B2 - バッテリパックの車載構造 - Google Patents

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Description

本発明は、バッテリパックの車載構造に関し、詳しくは、車両の衝突時におけるバッテリパックの損傷を低減するとともに、バッテリパックを搭載するための構造による振動増加を抑制するものに関する。
駆動源として電動モータを搭載する電気自動車やハイブリッド自動車は、電動モータに加えて車載の電装部品にも電力供給することから、大容量の電力を蓄電可能な電池を収容するバッテリパックを車両に搭載する必要がある。
この種のバッテリパックとしては、フロアパネルに形成されている凹状の窪み内に収納する形態を採用するものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１０−８９５６７号公報
このようなバッテリパックの車載構造にあっては、乗員用の車室内の空間をできるだけ確保するために、車両の後部側の荷室（車両の構造によっては前部側の場合もあり）に設置する形態が多用されている。
また、車両は、近年、外装部材と内部部品との間に衝突時の緩衝空間を大きく確保することにより、その外装部材の変形をクッションとして機能させるように工夫されている。特に、荷室内の空間は、後側からの追突対策として大きく確保することが有利である。
そして、車両の前後には左右一対のコイルスプリングが設置されるのが一般的である。このことから、バッテリパックは、左右一対のコイルスプリングを避けるように取り付ける必要があり、設置位置に制限がある。例えば、コイルスプリングの間にバッテリパックを取り付ける場合には、外装ケースの幅をその離隔間隔よりも小さくする必要がある。
このため、大容量のバッテリパックでは、コイルスプリングの後ろ側に取り付けると車両のハッチバックドアなどの外装部材に近接してしまい、また、コイルスプリングの間に取り付ける場合には前後方向に長くなって、結果的に、車両の外装部材に近接してしまう。要するに、大容量のバッテリパックでは、車両の外装部材との間に衝突時の緩衝空間を大きく確保することができない。
ところで、このバッテリパックの車載構造としては、荷室の空間ができるだけ占有されないように、フロアパネルに開口部を形成してバッテリパックを収納する形態を採用する場合がある。この場合には、そのフロアパネルの開口部の外側に幅狭で剛性の低い箇所ができてしまい、コイルスプリングなどの車両本体側からの振動によりフロアパネルの振動が増加してしまうという不都合が生じるときがある。
なお、特許文献１に記載のものでは、実質的には、フロアパネルを窪ませる形態であるので、大きく窪ませることが難しく、結果的には荷室内の空間を大きく占有してしまう。
そこで、本発明は、コイルスプリング間の空間を有効利用して、バッテリパックと車両外装部材との間の緩衝空間をできるだけ大きくとるとともに、フロアパネルができるだけ振動しないようにすることのできる、バッテリパックの車載構造を提供することを目的としている。
上記課題を解決するバッテリパックの車載構造に係る発明の第１の態様は、車両に搭載される電気機器への供給電力を蓄電する電池が収容されているバッテリパックの車載構造であって、前記車両は、前記バッテリパックを直接的または間接的に支持する骨格部材と、該骨格部材に直接的または間接的に連結されてサスペンションとして機能する左右一対のコイルスプリングと、前記骨格部材に直接的または間接的に支持されて車室内の床面となるフロアパネルと、を備えて、前記バッテリパックは、前記フロアパネルに開口する開口部内に設置されて、前記車両における前後方向の前部側または後部側が前記コイルスプリングの間に位置しており、当該コイルスプリング間における前記フロアパネルの延長面に一致する前記開口部の開口形状および前記バッテリパックの外面形状が、該コイルスプリング間に進入するほど狭くなる先細り形状に形成されていることを特徴とするものである。
上記課題を解決するバッテリパックの車載構造に係る発明の第２の態様は、上記第１の態様の特定事項に加え、前記フロアパネルの前記開口部の開口形状および前記バッテリパックの外面形状の前記先細り形状は、前記コイルスプリングとの間の最短箇所が当該先細り形状の縁の中間部分に位置するように形成されていることを特徴とするものである。
上記課題を解決するバッテリパックの車載構造に係る発明の第３の態様は、上記第１または第２の態様の特定事項に加え、前記フロアパネルの前記開口部の開口形状および前記バッテリパックの外面形状の前記先細り形状は、前記フロアパネルの前記開口部の開口縁および前記バッテリパックの外面における前記コイルスプリングに対する対向箇所に配置されるこれら両者の側面側と前面側とを滑らかに連続する傾斜縁により形成されていることを特徴とするものである。
上記課題を解決するバッテリパックの車載構造に係る発明の第４の態様は、上記第１から第３のいずれか１つの態様の特定事項に加え、前記フロアパネルの前記開口部の開口縁に沿う枠形状に形成されて前記骨格部材に支持されているサブフレームを備えて、前記バッテリパックは、前記サブフレームを介在させて前記骨格部材に支持され、前記バッテリパックは、少なくとも前記開口部の開口縁における角部付近を前記サブフレームに固定されていることを特徴とするものである。
上記課題を解決するバッテリパックの車載構造に係る発明の第５の態様は、上記第１から第４のいずれか１つの態様の特定事項に加え、前記フロアパネルの前記開口部は、前記車両の幅方向の片側に寄るオフセット位置に形成されて、当該開口部の開口縁が前記骨格部材の一方の上側に位置して支持されていることを特徴とするものである。
上記課題を解決するバッテリパックの車載構造に係る発明の第６の態様は、上記第１から第５のいずれか１つの態様の特定事項に加え、前記バッテリパックは、前記車両のリア側の荷室内の床面となる前記フロアパネルの前記開口部内に設置されていることを特徴とするものである。
このように、本発明の一態様によれば、コイルスプリングに近接する箇所のバッテリパックの外面形状やフロアパネルの開口部の開口形状を先細り形状に形成することにより、そのコイルスプリングとの間に空間を確保しつつ、その先細り形状の先端側からコイルスプリング間に位置させることができる。したがって、バッテリパックは、コイルスプリング間の空間を有効利用して、その間に位置することができ、車両の外装部材からの離隔距離を確保しつつ大容量化を実現することができる。また、フロアパネルは、開口部の縁とコイルスプリングとの間をできるだけ幅広に形成することができ、振動を伝搬しないようにすることができる。この結果、バッテリパックと車両の外装部材との間の緩衝空間をできるだけ大きくすることができ、また、フロアパネルの振動を抑制することができる。
また、フロアパネルの開口部とバッテリパックとを枠状のサブフレームを利用して、特に先細り形状に形成する角部付近を固定することにより、より確実に振動を抑制することができる。さらに、バッテリパックの取付位置を左右の何れか一方にオフセットさせる必要がある場合には、骨格部材の強度を利用することにより、より高強度に固定することができ、より確実に振動を抑制することができる。
本発明に係るバッテリパックの車載構造の一実施形態を示す図であり、その車両全体における構造を示す透視側面図である。 その一部拡大透視側面図である。 その車両後部側を上方から見たフロアパネルのレベルでの平面図である。 その車両後部側を下方から見たフロアパネルのレベルでの底面図である。 その車両後部におけるバッテリパック付近を側方から見た一部拡大透視側面図である。 その車両後部におけるバッテリパック付近を前方から見た一部拡大透視正面図である。 その車両後部におけるフロアパネルの構造を示す底面図である。 その車両後部へのバッテリパックの取付を示す分解斜視図である。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。図１〜図８は本発明に係るバッテリパックの車載構造の一実施形態を示す図である。
図１および図２において、車両１００は、フロントシート１０１と、リアシート１０２とを設置するフロアパネル１０５が床面を構成して車室Ｒを形成しており、この車室Ｒの後方がハッチバックドア１０９の開閉により開放可能な荷室（ラゲッジルーム）Ｌとして利用可能に構築されている。この車両１００は、その荷室Ｌ内に大容量のバッテリパック１０を搭載するハイブリッド自動車に構築されている。ここで、ハイブリッド自動車は、図示することは省略するが、車載する空調装置などの電装部品にバッテリパック１０から電力供給して車室Ｒ内の空調処理などを実行するとともに、駆動源となる電動モータにもバッテリパック１０から電力供給して内燃機関と共に適宜駆動させることにより所望の速度での走行を実現する。なお、本実施形態では、ハイブリッド自動車を一例として説明するが、これに限るものではなく、電動モータの駆動力のみで走行する電気自動車に適用可能であることは言うまでもない。
バッテリパック１０は、上部ケース１１と下部ケース１２の開口縁部１１ａ、１２ａを突き合わせることにより内部に複数のバッテリモジュール（電池）列ＢＭを収容する空間を形成する。
このバッテリパック１０は、上部ケース１１の一部が車両１００の荷室Ｌにおけるフロアパネル１０５の設置レベルよりも上側に位置するように取り付けられており、下部ケース１２の全体がその設置レベルよりも下側に位置するように取り付けられている。また、このバッテリパック１０は、荷室Ｌのフロアパネル１０５に連続するようにカバーパネル１０６が取り付けられて、上部ケース１１側が荷室Ｌ内に露出しないように覆われている。
なお、このカバーパネル１０６は、上部のほぼ全面が蓋状に形成されて着脱可能に取り付けられており、その蓋状のサービスリッド１０７（図６を参照）を外して全面を開放することにより後述するエアクリーナ１６などの各種メンテナンス作業を行えるようになっている（図３を参照）。
ここで、バッテリモジュール列ＢＭは、複数枚のバッテリモジュールを水平方向に並列させており、このバッテリモジュール列ＢＭは、バッテリパック１０内では２段に積んだ状態にして収納することにより大容量電力を蓄電できるように回路設計されている。
バッテリパック１０は、このバッテリモジュール列ＢＭを２段積み可能な収容空間を上部ケース１１と下部ケース１２の内部に形成することにより、車両１００の荷室Ｌ内での占有面積をできるだけ小さくしつつ十分な収容空間を確保している。
また、バッテリパック１０は、冷却ファン１５が上段のバッテリモジュール列ＢＭの上側に設置されており、その冷却ファン１５がエアクリーナ１６を介して外気を内部に導入して排気ダクト１７から排気することにより、電流の出入力時の発熱を冷却するようになっている。
また、このバッテリパック１０は、バッテリモジュール列ＢＭの収容空間を上部ケース１１と下部ケース１２に分割した形状に形成されており、この上部ケース１１と下部ケース１２は、互いに突き合わせる開口縁部１１ａ、１２ａがフランジ形状に形成されている。この上部ケース１１と下部ケース１２は、開口縁部１１ａ、１２ａを対面させる形態で突き合わせることにより内部の収容空間を閉塞するようになっている。また、上部ケース１１と下部ケース１２は、外周の外方に突出するフランジ形状の開口縁部１１ａ、１２ａを、後述するサブフレーム２１上に載せている状態で車両１００本体側に固定することにより脱落不能に取付支持するようになっている。
この状態で、バッテリパック１０は、荷室Ｌのフロアパネル１０５に開口する開口部１０５ａから上部ケース１１の上側が露出するように車両１００に取り付けられており、このフロアパネル１０５の開口部１０５ａは、周縁部にカバーパネル１０６のフランジ形状の開口縁部１０６ａが対面固定されて閉じられている。
ここで、車両１００は、図３〜図６に示すように、荷室Ｌのリアシート１０２側に配設されているサスペンションビーム１１１の両端部に車輪１１０が取り付けられて走行を実現している。サスペンションビーム１１１は、車両１００本体側の両側方で車両前後方向に延在するように配設されている左右一対のサイドメンバ（骨格部材）１１５に、車両後方に延在するアーム部１１２が基端側を回動自在に支持されており、そのアーム部１１２の先端側に車輪１１０が回転自在に支持されている。
このサスペンションビーム１１１は、このアーム部１１２の回動支点１１２ａに近接する箇所の間が車両幅方向に延在するビーム部１１３で連結されており、そのビーム部１１３に隣接する箇所のアーム部１１２とサイドメンバ１１５の間にコイルスプリング１１７を介在させて車両１００の乗り心地を良くしている。なお、図４中の１１７ａはコイルスプリング１１７の受け部材であり、その設置位置を図示している。また、図３中の１０９ａは後部のハッチバックドア１０９の内面位置を示す境界線である（他の図においても同様）。
また、この車両１００は、車両前部に設置されている内燃機関からの高温の排気ガスを後方に案内して外部に放出する排気管１１８が車両前後方向に延長されて設置されている。排気管１１８は、サスペンションビーム１１１のビーム部１１３を乗り越えるように屈曲形状に形成されて延在した後に消音器１１９に連結されており、この排気管１１８は、車両１００の右側でコイルスプリング１１７とバッテリパック１０との間に位置するように配置されている。言い換えると、バッテリパック１０（フロアパネル１０５の開口部１０５ａ）は、できるだけ大面積・大容量空間を確保するように、荷室Ｌの左側にオフセットされている。
そして、バッテリパック１０は、車両前方に面する前面側の前部１０ａが左右一対のコイルスプリング１１７の間に進入するほどフロアパネル１０５の延長面内における外面形状が細く（外面間隔が狭く）なるように角部を切り欠いた先細り形状に形成されている。このため、車両１００本体側のフロアパネル１０５の開口部１０５ａも、同様に、コイルスプリング１１７の間に進入するほど開口形状が細くなる先細り形状に形成されている。
すなわち、バッテリパック１０は、前部１０ａにおける先細り外面１０Ｔの中間部分がコイルスプリング１１７との間の対面距離を最短にするように位置することになる。この先細り外面１０Ｔは、ケース外面の側面側と前面側との双方に滑らかに連続する傾斜形状に形成されてコイルスプリング１１７から一定距離離隔して対面する形態に作製されている。
このため、車両１００本体側のフロアパネル１０５は、図７に示すように、開口部１０５ａとコイルスプリング１１７との間の対向領域１０５ｂがそのバッテリパック１０の前部１０ａの先細り外面１０Ｔに対向して、その開口部１０５ａ前部にもその先細り外面１０Ｔに沿う先細り縁１０５Ｔが形成されている。よって、フロアパネル１０５の開口部１０５ａ前部の先細り縁１０５Ｔも、バッテリパック１０前部の先細り外面１０Ｔと同様に、滑らかに連続する傾斜形状に形成されて、その中間部分がコイルスプリング１１７から一定の最短距離で離隔して対面する形態に形成されている。
これにより、バッテリパック１０を、荷室Ｌ内でリアシート１０２の背面側に寄せて配置でき、バッテリパック１０とハッチバックドア１０９（外装部材）との間に大容量の緩衝空間Ｂを確保して、後方からの衝突時の衝撃吸収性を高めることができる。
また、フロアパネル１０５の開口部１０５ａは、排気管１１８や消音器１１９を避けるように荷室Ｌの左側にオフセットされつつ、バッテリパック１０の前部１０ａの先細り外面１０Ｔに対応して傾斜する先細り縁１０５Ｔに形成することにより、コイルスプリング１１７との間の対向領域１０５ｂを幅広にすることができる。このため、フロアパネル１０５は、振動の伝搬元であるコイルスプリング１１７に近接（隣接）する対向領域１０５ｂの幅をコイルスプリング１１７から離隔する方向に大きくして、振動を抑制するために有利な形状に形成することができる。
ところで、このバッテリパック１０は、サイドメンバ１１５や、車両１００本体側の車両幅方向に延在してこのサイドメンバ１１５に連設されているクロスメンバ（骨格部材）１１６に取り付けるサブフレーム２１に固定することで車両１００本体側に取付固定するようになっている。
サブフレーム２１は、バッテリパック１０の上部ケース１１と下部ケース１２の開口縁部１１ａ、１２ａに概略一致する枠形状に形成されており、このサブフレーム２１は、クロスフレーム２２と、サイドフレーム２３と、スロープフレーム２４と、オフフレーム２５と、を溶接等により連結固定することにより枠形状に組み立てられている。
クロスフレーム２２は、バッテリパック１０の上部ケース１１と下部ケース１２の開口縁部１１ａ、１２ａ（フロアパネル１０５の開口部１０５ａ）の前部側と後部側に対面するように、車両前後方向に離隔して車両幅方向に延在する前後一対の部材として作製されている。
サイドフレーム２３は、同様に、開口縁部１１ａ、１２ａに、バッテリパック１０の両側部側で対面するように、車両幅方向に離隔して車両前後方向に延在する左右一対の部材として作製されている。車両左側に位置する左サイドフレーム２３Ｌは、サイドメンバ１１５に直接、締付具２８で連結固定される。一方、車両右側に位置する右サイドフレーム２３Ｒは、バッテリパック１０が排気管１１８と消音器１１９を避けるオフセット位置に設置されることからオフフレーム２５を介してサイドメンバ１１５に締付具２８で連結固定される。
スロープフレーム２４は、同様に、開口縁部１１ａ、１２ａに、バッテリパック１０の前部１０ａで傾斜する両側方の先細り外面１０Ｔの外方で対面するように、前部側両側方で傾斜する左右一対の部材として作製され、その両端が締結具２８により前記サイドメンバ１１５及び前記クロスメンバに連結固定されている。
オフフレーム２５は、平行オフフレーム２５ａと、連結オフフレーム２５ｂ、２５ｃと、により構成されている。平行オフフレーム２５ａは、排気管１１８と消音器１１９を間に挟む位置に水平方向に離隔して右サイドフレーム２３Ｒ（バッテリパック１０）と平行になるように隣接しており、その右サイドフレーム２３Ｒは両端側を連結オフフレーム２５ｂ、２５ｃにより連結されている。
このサブフレーム２１は、フロアパネル１０５の開口部１０５を囲み、締付具２８で下側からサイドメンバ１１５やクロスメンバ１１６に連結固定されるようになっている。これにより、フロアパネル１０５が補強され、フロアパネル１０５の振動が抑制できる。なお、サブフレーム２１は、サイドメンバ１１５やクロスメンバ１１６と上下方向に離れている箇所では、スペーサ的に機能する棒状部材２８ａを介在させてこれらメンバに締付固定される。
これにより、バッテリパック１０は、サイドメンバ１１５やクロスメンバ１１６に連結固定されて十分な強度を有するサブフレーム２１に、上部ケース１１と下部ケース１２の開口縁部１１ａ、１２ａを締付具２８により緊締固定、特に、先細り外面１０Ｔ（角部）の外方もスロープフレーム２４にしっかりと緊締固定させることができる。
また、このバッテリパック１０は、図８に示すように、上部ケース１１と下部ケース１２の開口縁部１１ａ、１２ａを枠状に組み立てたサブフレーム２１上に乗せて支持させつつ、車両１００本体の下側から上方に向かってフロアパネル１０５の開口部１０５ａ内に進入させてカバーパネル１０６内に位置する状態に組み付けることができる。このため、バッテリパック１０は、サブフレーム２１と共に車両１００本体側のサイドメンバ１１５とクロスメンバ１１６に容易に組み付けることができる。
このように本実施形態においては、上部ケース１１と下部ケース１２のフランジ形状の開口縁部１１ａ、１２ａを対面させる構造を採用することにより、バッテリパック１０内にバッテリモジュール列ＢＭを段積み可能な大容量の収容空間を確保することができる。
このバッテリパック１０は、フロアパネル１０５の開口部１０５ａ内に下側から進入させてその開口縁部１１ａ、１２ａをサブフレーム２１で挟み込むようにして容易に車両１００本体側に確実かつ強固に緊締固定することができる。
さらに、バッテリパック１０は、前部１０ａを先細り外面１０Ｔに形成することにより、車両１００の後部に大きな緩衝空間Ｂを確保することができ、後方からの衝突に対する衝撃吸収性を向上させることができる。また、このバッテリパック１０が内側に挿入される開口部１０５ａを有するフロアパネル１０５では、コイルスプリング１１７に隣接する対向領域１０５ｂを幅広に形成することができ、この部位が変形してフロアパネル１０５が大きく振動してしまうことを抑制することができる。したがって、バッテリパック１０をリアシート１０２側のコイルスプリング１１７間に位置させるレイアウトを採用する際に、振動による、所謂、ビビリ音が発生してしまうことを有効に抑制することができる。
本実施形態の他の態様としては、本実施形態では車両１００の後部の荷室Ｌ内にバッテリパック１０を設置するレイアウトを採用する場合を一例にして説明するが、これに限るものではなく、車両の前側に荷室を配置してバッテリパックを設置する場合にも好適に適用することができる。また、バッテリパックの前部側を先細り形状にするだけでなく、コイルスプリングとの位置関係によっては、後部側を先細り形状にしてもよいことは言うまでもない。
また、本実施形態では、バッテリパック１０をサブフレーム２１によりサイドメンバ１１５などにより取付支持する場合を一例にして説明するが、バッテリパック自体を直接ネジ止め固定する構造を採用する場合にも好適に適用することができる。
本発明の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらすすべての実施形態をも含む。さらに、本発明の範囲は、各請求項により画される発明の特徴の組み合わせに限定されるものではなく、すべての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画されうる。
これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
１０ バッテリパック
１０ａ 前部
１０Ｔ 先細り外面
１１ 上部ケース
１１ａ、１２ａ 開口縁部
１２ 下部ケース
２１ サブフレーム
２２ クロスフレーム
２３ サイドフレーム
２４ スロープフレーム
２５ オフフレーム
２８ 締付具
１００ 車両
１０１ フロントシート
１０２ リアシート
１０５ フロアパネル
１０５ａ 開口部
１０５ｂ 対向領域
１０５Ｔ 先細り縁
１０６ カバーパネル
１１１ サスペンションビーム
１１５ サイドメンバ
１１６ クロスメンバ
１１７ コイルスプリング
１１８ 排気管
１１９ 消音器
Ｂ 緩衝空間
ＢＭ バッテリモジュール列
Ｌ 荷室
Ｒ 車室

Claims (6)

  1. 車両に搭載される電気機器への供給電力を蓄電する電池が収容されているバッテリパックの車載構造であって、
    前記車両は、前記バッテリパックを直接的または間接的に支持する骨格部材と、該骨格部材に直接的または間接的に連結されてサスペンションとして機能する左右一対のコイルスプリングと、前記骨格部材に直接的または間接的に支持されて車室内の床面となるフロアパネルと、を備えて、
    前記バッテリパックは、前記フロアパネルに開口する開口部内に設置されて、前記車両における前後方向の前部側または後部側が前記コイルスプリングの間に位置しており、
    当該コイルスプリング間における前記フロアパネルの延長面に一致する前記開口部の開口形状および前記バッテリパックの外面形状が、該コイルスプリング間に進入するほど狭くなる先細り形状に形成されていることを特徴とするバッテリパックの車載構造。
  2. 前記フロアパネルの前記開口部の開口形状および前記バッテリパックの外面形状の前記先細り形状は、前記コイルスプリングとの間の最短箇所が当該先細り形状の縁の中間部分に位置するように形成されていることを特徴とする請求項１に記載のバッテリパックの車載構造。
  3. 前記フロアパネルの前記開口部の開口形状および前記バッテリパックの外面形状の前記先細り形状は、前記フロアパネルの前記開口部の開口縁および前記バッテリパックの外面における前記コイルスプリングに対する対向箇所に配置されるこれら両者の側面側と前面側とを滑らかに連続する傾斜縁により形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のバッテリパックの車載構造。
  4. 前記フロアパネルの前記開口部の開口縁に沿う枠形状に形成されて前記骨格部材に支持されているサブフレームを備えて、
    前記バッテリパックは、前記サブフレームを介在させて前記骨格部材に支持され、 前記バッテリパックは、少なくとも前記開口部の開口縁における角部付近を前記サブフレームに固定されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のバッテリパックの車載構造。
  5. 前記フロアパネルの前記開口部は、前記車両の幅方向の片側に寄るオフセット位置に形成されて、当該開口部の開口縁が前記骨格部材の一方の上側に位置して支持されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のバッテリパックの車載構造。
  6. 前記バッテリパックは、前記車両のリア側の荷室内の床面となる前記フロアパネルの前記開口部内に設置されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のバッテリパックの車載構造。
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