JP6344270B2

JP6344270B2 - バッテリユニット搭載構造

Info

Publication number: JP6344270B2
Application number: JP2015045046A
Authority: JP
Inventors: 中島　淳; 淳中島
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-03-06
Filing date: 2015-03-06
Publication date: 2018-06-20
Anticipated expiration: 2035-03-06
Also published as: US9517687B2; CN105936303A; EP3064389B1; CN105936303B; EP3064389A1; US20160257187A1; JP2016164051A

Description

本発明は、バッテリユニット搭載構造に関する。

車両前後方向や車幅方向外側から車両又は蓄電パックに衝撃が加わったときに、蓄電パックが損傷することを抑制した蓄電パックの車載構造は、従来から知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−２５３９３３号公報

しかしながら、車幅方向外側から入力される荷重により、蓄電パック等のバッテリユニットが損傷するのを効果的に抑制する構造には、未だ改善の余地がある。

そこで、本発明は、車幅方向外側から入力される荷重によってバッテリユニットが損傷するのを効果的に抑制できるバッテリユニット搭載構造を得ることを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載のバッテリユニット搭載構造は、車幅方向外側で車体前後方向に延在する左右一対の車体骨格部材と、車体前後方向に延在するとともに前記左右一対の車体骨格部材の車幅方向内側にそれぞれ結合された左右一対のサイドメンバと、前記左右一対のサイドメンバの間に配置されたバッテリユニットと、前記バッテリユニットの車幅方向の長さよりも長く車幅方向に延在され、前記バッテリユニットの下面又は上面で、かつ平面視で前記バッテリユニットと車体前後方向略中央部でオーバーラップするとともに側面視で前記車体骨格部材と車体上下方向でオーバーラップする位置に設けられ、車幅方向両端部が前記サイドメンバの車幅方向内側に配置されたパイプ状の補強部材と、を備えている。

請求項１に記載の発明によれば、バッテリユニットの下面又は上面で、かつ平面視でバッテリユニットと車体前後方向略中央部でオーバーラップするとともに側面視で車体骨格部材と車体上下方向でオーバーラップする位置に、バッテリユニットの車幅方向の長さよりも長く車幅方向に延在されたパイプ状の補強部材が設けられている。

また、車体前後方向に延在する左右一対のサイドメンバが、車体骨格部材の車幅方向内側にそれぞれ結合され、補強部材の車幅方向両端部がサイドメンバの車幅方向内側に配置されている。

したがって、車幅方向外側から車体骨格部材の一方に荷重が入力されたときには、その一方の車体骨格部材から一方のサイドメンバへ荷重が伝達され、その荷重の少なくとも一部が一方のサイドメンバによってエネルギー吸収される。

そして、サイドメンバによってエネルギー吸収されなかった残りの荷重は、そのサイドメンバから補強部材へ効率よく伝達され、その補強部材から他方のサイドメンバ及び他方の車体骨格部材へ効率よく伝達される。

これにより、バッテリユニットへの荷重の入力が抑制又は防止され、バッテリユニットが損傷するのが効果的に抑制される。

また、請求項２に記載のバッテリユニット搭載構造は、請求項１に記載のバッテリユニット搭載構造であって、前記補強部材は、前記バッテリユニットに固定されている。

請求項２に記載の発明によれば、補強部材が、バッテリユニットに固定されている。したがって、車幅方向外側から車体骨格部材の一方に荷重が入力され、その一方の車体骨格部材から補強部材へ荷重が伝達されたときには、その補強部材と共にバッテリユニットが他方の車体骨格部材側へ移動する。これにより、バッテリユニットへの荷重の入力がより一層抑制又は防止され、バッテリユニットが損傷するのがより効果的に抑制される。

また、請求項３に記載のバッテリユニット搭載構造は、請求項１又は請求項２に記載のバッテリユニット搭載構造であって、車幅方向内側端部が前記補強部材の車幅方向外側端部にそれぞれ結合され、車幅方向外側端部が前記サイドメンバにそれぞれ結合された左右一対のガセットを備えている。

請求項３に記載の発明によれば、左右一対のガセットの車幅方向内側端部が、補強部材の車幅方向外側端部にそれぞれ結合され、各ガセットの車幅方向外側端部が、サイドメンバにそれぞれ結合されている。したがって、車幅方向外側から車体骨格部材の一方に荷重が入力されたときには、一方のガセットを介して補強部材へ早期に荷重が伝達される。そして、補強部材に伝達された荷重は、他方のガセットを介して他方のサイドメンバへ早期に伝達される。よって、バッテリユニットが損傷するのがより効果的に抑制される。

請求項１に係る発明によれば、車幅方向外側から入力される荷重によってバッテリユニットが損傷するのを効果的に抑制することができる。

請求項２及び請求項３に係る発明によれば、車幅方向外側から入力される荷重によってバッテリユニットが損傷するのをより効果的に抑制することができる。

第１実施形態に係るバッテリユニット搭載構造を示す斜視図である。第１実施形態に係るバッテリユニット搭載構造を示す平面図である。第１実施形態に係るバッテリユニット搭載構造を一部断面で示す正面図である。第１本実施形態に係るバッテリユニット搭載構造の側面衝突時の状態を一部断面で示す正面図である。第２実施形態に係るバッテリユニット搭載構造を示す斜視図である。第２実施形態に係るバッテリユニット搭載構造を一部断面で示す正面図である。第３実施形態に係るバッテリユニット搭載構造を一部断面で示す正面図である。

以下、本発明に係る実施の形態について、図面を基に詳細に説明する。なお、説明の便宜上、各図において適宜示す矢印ＵＰを車体上方向、矢印ＦＲを車体前方向、矢印ＯＵＴを車幅方向外側とする。また、以下の説明で、特記なく上下、前後、左右の方向を用いる場合は、車体上下方向の上下、車体前後方向の前後、車体左右方向（車幅方向）の左右を示すものとする。更に、図２、図６では、後述するバッテリユニット４０の図示を省略する。

＜第１実施形態＞
まず、第１実施形態に係るバッテリユニット搭載構造１０について説明する。図１、図２に示されるように、バッテリユニット搭載構造１０を備えたハイブリッド自動車や電気自動車等の車両１２は、車室のフロアを構成する金属製のフロアパネル１４を有している。なお、図３に示されるように、フロアパネル１４の車幅方向外側部分は、車体上方側へ向かって屈曲され、更に車幅方向外側へ向かって屈曲されており、その車幅方向外側へ向かって屈曲された車幅方向外側端部がフランジ部１４Ａとされている。

また、図１〜図３に示されるように、フロアパネル１４（フランジ部１４Ａ）の車幅方向外側には、車体前後方向に延在する左右一対の車体骨格部材としての金属製のロッカ２０が配置されている。ロッカ２０は、断面略ハット型形状のアウタパネル２２と断面略ハット型形状のインナパネル２６とを有しており、アウタパネル２２のフランジ部２４とインナパネル２６のフランジ部２８とが溶接等によって接合されることで、閉断面形状に形成されている。

ロッカ２０の車幅方向内側（インナパネル２６）には、断面略「Ｃ」字状とされて車体前後方向に延在する左右一対のサイドメンバとしてのリアサイドメンバ３０が結合されている。リアサイドメンバ３０は、アッパパネル３２とアンダパネル３４とを有しており、アッパパネル３２の車幅方向外側端部３２Ａが、インナパネル２６の上壁２６Ａに溶接等によって接合されている。そして、アンダパネル３４の車幅方向外側端部３４Ａが、インナパネル２６の下壁２６Ｂに溶接等によって接合されている。

また、アッパパネル３２の車幅方向内側端部には、フランジ部３３が一体に形成されており、アンダパネル３４の上部側で、かつ車幅方向内側端部には、フロアパネル１４のフランジ部１４Ａを挟んでフランジ部３３に接合されるフランジ部３５が一体に形成されている。これにより、リアサイドメンバ３０とロッカ２０のインナパネル２６とで閉断面形状が形成されるとともに、フロアパネル１４のフランジ部１４Ａが、リアサイドメンバ３０を介してロッカ２０に固定される構成になっている。

また、図１、図２に示されるように、フロアパネル１４は、車幅方向中央部に車体上方側へ凸状とされて車体前後方向に延在するトンネル部１６を有している。そして、リアサイドメンバ３０の車体前方側におけるフロアパネル１４の上面には、車幅方向に延在して左右のロッカ２０（インナパネル２６）同士を連結する断面略ハット型形状のリアクロスメンバ３６が接合されている。

また、リアクロスメンバ３６の車体後方側におけるフロアパネル１４の上面で、かつ左右のリアサイドメンバ３０（ロッカ２０）の間には、バッテリユニット４０が配置されるようになっている。バッテリユニット４０は、蓄電パック、電池パック又はＨＶ（ハイブリッド）バッテリとも呼ばれるものであり、車幅方向が長手方向とされた略直方体形状に形成されている。

そして、リアクロスメンバ３６の車体後方側におけるフロアパネル１４の上面には、バッテリユニット４０の下部とほぼ合致する形状の凹部１８が形成されている。したがって、バッテリユニット４０は、その下部が凹部１８に嵌合されることで、フロアパネル１４の上面側に位置ずれ等が規制された状態で配置される構成になっている。なお、バッテリユニット４０の車体上方側には、リアサイドメンバ３０に支持されたリアシート３８（図３参照）が配置されるようになっている。

また、図１〜図３に示されるように、バッテリユニット４０の下面４２には、車幅方向に延在する補強部材としてのロッド部材５０が設けられている。ロッド部材５０は、円形のパイプ状に形成されており、平面視（底面視）で、バッテリユニット４０とオーバーラップする位置（例えば下面４２の車体前後方向略中央部）に、複数（例えば２個）のブラケット４８によって結合固定されている。

各ブラケット４８は、断面略「Ｕ」字状に形成されており、ロッド部材５０の下方側から、そのロッド部材５０の外周面に所定の圧力で嵌められて接合され、前後に延在するフランジ部４８Ａが、バッテリユニット４０の下面４２にボルト締結されることにより、ロッド部材５０をバッテリユニット４０の下面４２に固定するようになっている。これにより、ロッド部材５０は、バッテリユニット４０に対して相対的に車幅方向へ移動不能となっている。

また、バッテリユニット４０の下面４２に固定されて、フロアパネル１４の凹部１８内に設けられたロッド部材５０は、車体前後方向及び車幅方向から見て、リアサイドメンバ３０及びロッカ２０（フランジ部２４、２８を除く）と車体上下方向でオーバーラップする位置に配置されている。つまり、ロッド部材５０は、車体前後方向及び車幅方向から見て、リアサイドメンバ３０及びロッカ２０（フランジ部２４、２８を除く）から車体上方側及び車体下方側へ突出しない位置に配置されている。

更に、ロッド部材５０は、その車幅方向の長さが、バッテリユニット４０の車幅方向の長さよりも長く形成されている。すなわち、ロッド部材５０の車幅方向外側端部５２は、それぞれバッテリユニット４０の側面４４（車幅方向外側端部）から車幅方向外側へ左右同じ長さで突出されるようになっている。これにより、バッテリユニット４０の側面４４とフロアパネル１４の車体上方側へ向かって屈曲された車幅方向外側部分との間に、左右同じ大きさの空隙Ｓが形成される構成になっている。

なお、図示のロッド部材５０は、円形のパイプ状に形成されているが、これに限定されるものではなく、例えば角形のパイプ状等に形成されていてもよい。また、ロッド部材５０をバッテリユニット４０の下面４２に結合するブラケット４８は、図示の２個に限定されるものではない。更に、ロッド部材５０は、溶接等によって、バッテリユニット４０の下面４２に直接接合されて固定される構成とされていてもよい。

以上のような構成とされた第１実施形態に係るバッテリユニット搭載構造１０において、次にその作用について説明する。すなわち、図４に示されるように、例えば鉛直方向に延在する円柱状（又は円筒状）の金属製のポール（障壁）Ｐに車両１２が側面衝突した場合の作用について説明する。

図４に示されるように、ポールＰに車両１２が側面衝突したときには、その衝突側のロッカ２０及びリアサイドメンバ３０に対して車幅方向内側へ向かう過大な衝突荷重Ｆが入力される。ロッカ２０及びリアサイドメンバ３０に対して車幅方向外側から衝突荷重Ｆが入力されると、ロッカ２０及びリアサイドメンバ３０は、車幅方向内側へ塑性変形しつつ移動して、その入力された衝突荷重Ｆの一部をエネルギー吸収し、残りの衝突荷重をバッテリユニット４０に固定されたロッド部材５０に伝達する。

ロッド部材５０は、バッテリユニット４０の車幅方向の長さよりも長く車幅方向に延在されている（ロッド部材５０の長さがバッテリユニット４０の車幅方向の長さよりも長くされている）ため、車両１２の側面衝突時には、バッテリユニット４０の側面４４よりも先に、その車幅方向外側端部５２へ衝突荷重が伝達される。また、ロッド部材５０は、円形のパイプ状に形成されているため、その軸方向の剛性及び強度が高い。

よって、ロッド部材５０に車幅方向外側から衝突荷重が伝達されると、ロッド部材５０は、その軸方向で衝突荷重を受け止めるとともに、その軸方向（車幅方向）に移動し、衝突側とは反対側のリアサイドメンバ３０を車幅方向内側から押し潰す。これにより、衝突側のロッカ２０及びリアサイドメンバ３０に入力された衝突荷重を反対側のリアサイドメンバ３０及びロッカ２０に伝達させて分散させる（エネルギー吸収させる）ことができ、バッテリユニット４０に衝突荷重が入力されるのを抑制又は防止することができる。

つまり、車幅方向外側から入力される衝突荷重によってバッテリユニット４０が損傷するのを効果的に抑制することができる（バッテリユニット４０を保護することができる）。特に、ロッド部材５０は、バッテリユニット４０に固定されているので、ロッド部材５０が衝突側から離れる方向（車幅方向）に移動すると、バッテリユニット４０も衝突側から離れる方向に移動する。したがって、バッテリユニット４０に衝突荷重が入力されるのをより一層抑制又は防止することができる。

更に、ロッド部材５０は、リアサイドメンバ３０及びロッカ２０と車体上下方向にオーバーラップする位置に配置されているので、衝突側のロッカ２０及びリアサイドメンバ３０に入力された衝突荷重を反対側のリアサイドメンバ３０及びロッカ２０に伝達させ易い。つまり、このような構成であると、衝突側のロッカ２０及びリアサイドメンバ３０に入力された衝突荷重を反対側のリアサイドメンバ３０及びロッカ２０に効率よく伝達させて分散させることができる。したがって、車幅方向外側から入力される衝突荷重によってバッテリユニット４０が損傷するのをより効果的に抑制することができる。

また、本実施形態に係るバッテリユニット搭載構造１０は、バッテリユニット４０の下面４２にロッド部材５０を固定するだけでよいので、容易に構成することができ、例えばリアクロスメンバ３６の強度を上げて対応するよりも重量増加を抑制することができる。よって、車両１２の燃費性能を向上させることができる。また、フロアパネル１４に対してバッテリユニット４０を配置する際にも、ロッド部材５０を配置できるスペースが形成されるように、凹部１８の形状を設定するだけでよいので、フロアパネル１４の上面側における各部のレイアウトに制限を受けることがない。

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態に係るバッテリユニット搭載構造１０について説明する。なお、上記第１実施形態と同等の部位には、同じ符号を付して詳細な説明（共通する作用も含む）は適宜省略する。

図５、図６に示されるように、第２実施形態に係るバッテリユニット搭載構造１０は、左右のリアサイドメンバ３０のアッパパネル３２と、ロッド部材５０の車幅方向外側端部５２と、を連結する左右一対のガセット５４を有している点だけが、上記第１実施形態と異なっている。

各ガセット５４は、断面略「Ｚ」字状に屈曲成形されており、その上部側である車幅方向外側端部５４Ａが、リアサイドメンバ３０のアッパパネル３２の上面にボルト締結等によって結合されている。そして、各ガセット５４の下部側である車幅方向内側端部５４Ｂにおける車体後方側が、ロッド部材５０の車幅方向外側端部５２の上面に溶接等によって接合されている。

したがって、図４に示したように、車両１２がポールＰに側面衝突したときには、衝突側のリアサイドメンバ３０からガセット５４を介してロッド部材５０へ早期（衝突初期）に衝突荷重が伝達される。そして、ロッド部材５０に伝達された衝突荷重は、衝突側とは反対側のガセット５４を介して、その反対側のリアサイドメンバ３０へ早期に伝達されて分散される。

つまり、このようなガセット５４を設けると、衝突側のロッカ２０及びリアサイドメンバ３０に入力された衝突荷重を反対側のリアサイドメンバ３０及びロッカ２０へ早期に伝達させて分散させることができるため、そのエネルギー吸収効率を向上させることができる。よって、バッテリユニット４０に衝突荷重が入力されるのをより一層抑制又は防止することができ、車幅方向外側から入力される衝突荷重によってバッテリユニット４０が損傷するのをより効果的に抑制することができる。

なお、図５に示されるように、各ガセット５４の車幅方向内側端部５４Ｂにおける車体前方側が、リアクロスメンバ３６の上壁３６Ａにボルト締結等によって接合されている。したがって、衝突側のリアサイドメンバ３０からガセット５４を介してリアクロスメンバ３６へも早期（衝突初期）に衝突荷重を伝達させて分散させることができる。また、このようなガセット５４を設けると、バッテリユニット４０の下面４２における車幅方向両端部をガセット５４によって保持することができる。

＜第３実施形態＞
最後に、第３実施形態に係るバッテリユニット搭載構造１０について説明する。なお、上記第１実施形態及び第２実施形態と同等の部位には、同じ符号を付して詳細な説明（共通する作用も含む）は適宜省略する。

図７に示されるように、第３実施形態に係るバッテリユニット搭載構造１０は、バッテリユニット４０の上面４６に、ロッド部材５０が、平面視で、そのバッテリユニット４０とオーバーラップする位置（例えば上面４６の車体前後方向略中央部）に、複数（例えば２個）のブラケット４８によって結合固定されている点だけが、上記第２実施形態と異なっている。

したがって、図４に示したように、車両１２がポールＰに側面衝突したときには、上記第２実施形態と同様に、衝突側のロッカ２０及びリアサイドメンバ３０に入力された衝突荷重を反対側のリアサイドメンバ３０及びロッカ２０へ早期（衝突初期）に伝達させて分散させることができ、そのエネルギー吸収効率を向上させることができる。

よって、バッテリユニット４０に衝突荷重が入力されるのをより一層抑制又は防止することができ、車幅方向外側から入力される衝突荷重によってバッテリユニット４０が損傷するのをより効果的に抑制することができる。また、この第３実施形態によれば、リアシート３８の位置を第１実施形態及び第２実施形態におけるリアシート３８の位置よりも低位に配置することができる。

以上、本実施形態に係るバッテリユニット搭載構造１０について、図面を基に説明したが、本実施形態に係るバッテリユニット搭載構造１０は、図示のものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、適宜設計変更可能なものである。例えば、ロッド部材５０は、図示の１本に限定されるものではなく、車体前後方向に複数本（例えば２本）設けられる構成とされていてもよい。

また、ロッド部材５０は、バッテリユニット４０の下面４２又は上面４６に固定されていなくてもよい。すなわち、ロッド部材５０は、バッテリユニット４０に対して車幅方向に移動可能に取り付けられていてもよい。更に、バッテリユニット４０の側面４４とフロアパネル１４の車体上方側へ向かって屈曲された車幅方向外側部分との間に形成される空隙Ｓの大きさが、左右で異なる構成とされていてもよい。

また、左右一対のガセット５４が設けられない第１実施形態において、ロッド部材５０の長手方向略中央部とリアクロスメンバ３６の長手方向略中央部とを図示しない連結部材で連結して、ロッド部材５０に伝達された衝突荷重がリアクロスメンバ３６へも伝達されて分散される構成にしてもよい。

また、ロッカ２０の車幅方向内側にリアサイドメンバ３０が設けられない構成とされていてもよい。この場合、ロッカ２０のインナパネル２６の上壁２６Ａに、フロアパネル１４のフランジ部１４Ａが接合される構成とされていればよい。また、この場合には、ガセット５４の車幅方向外側端部５４Ａも、ロッカ２０のインナパネル２６の上壁２６Ａに結合される構成とされていればよい。

但し、ロッカ２０の車幅方向内側にリアサイドメンバ３０が設けられていると、車幅方向外側から入力された衝突荷重をリアサイドメンバ３０によってエネルギー吸収することができる利点がある。また、本実施形態に係るバッテリユニット搭載構造１０によれば、車両１２がポールＰなどの局部変形を引き起こす障壁に側面衝突した場合に限らず、例えば平面状の障壁に車両１２が高速で側面衝突した場合でも、同様の作用効果を得ることができる。

１０バッテリユニット搭載構造
２０ロッカ（車体骨格部材）
３０リアサイドメンバ（サイドメンバ）
４０バッテリユニット
５０ロッド部材（補強部材）
５４ガセット

Claims

車幅方向外側で車体前後方向に延在する左右一対の車体骨格部材と、
車体前後方向に延在するとともに前記左右一対の車体骨格部材の車幅方向内側にそれぞれ結合された左右一対のサイドメンバと、
前記左右一対のサイドメンバの間に配置されたバッテリユニットと、
前記バッテリユニットの車幅方向の長さよりも長く車幅方向に延在され、前記バッテリユニットの下面又は上面で、かつ平面視で前記バッテリユニットと車体前後方向略中央部でオーバーラップするとともに側面視で前記車体骨格部材と車体上下方向でオーバーラップする位置に設けられ、車幅方向両端部が前記サイドメンバの車幅方向内側に配置されたパイプ状の補強部材と、
を備えたバッテリユニット搭載構造。
前記補強部材は、前記バッテリユニットに固定されている請求項１に記載のバッテリユニット搭載構造。
車幅方向内側端部が前記補強部材の車幅方向外側端部にそれぞれ結合され、車幅方向外側端部が前記サイドメンバにそれぞれ結合された左右一対のガセットを備えた請求項１又は請求項２に記載のバッテリユニット搭載構造。