JP6610412B2

JP6610412B2 - 車両のバッテリ搭載構造

Info

Publication number: JP6610412B2
Application number: JP2016087830A
Authority: JP
Inventors: 康洋原
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-04-26
Filing date: 2016-04-26
Publication date: 2019-11-27
Anticipated expiration: 2036-04-26
Also published as: JP2017196958A

Description

本発明は、車両に対してバッテリを搭載するための構造に関し、さらに詳しくは、車両が走行するための電力を蓄電し、また放電するバッテリを搭載するための構造に関する。

従来、車両の床下にバッテリユニットを配置した電動車両の床下構造において、バッテリユニットの下面の空力性能を向上させる技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。この種の技術では、車室の床下に配置されるバッテリユニットをバッテリアンダーカバーによって覆っている。バッテリアンダーカバーには、車両の底面を通る空気を整流する整流部が設けられている。整流部は、底面から下方に突出しかつ車両の前後方向に長くされた部材であり、空気抵抗の上昇を抑制する作用をする。

特開２０１１−２１９０４２号

車両の底面を構成するバッテリアンダーカバーに整流部を設ける技術では、バッテリアンダーカバーを車両の床下に複数のボルトにより取り付けている。この場合には、ボルト頭部がバッテリアンダーカバーから下方に突出する。このため、複数のボルト頭部が空気抵抗を上昇させるおそれがある。また、ボルト頭部を隠すために取付部を一段窪まして凹部にすることも考えられる。しかしながら、凹部は、車両の下面を流れる空気の流速、流量、又は方向を乱しやすく、これらの変動により空気抵抗を上昇させたり、空力騒音を生じさせるおそれがある。

本発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであって、電池パックの取付けを工夫して空気抵抗の上昇を抑制することができる車両のバッテリ搭載構造を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、本発明は、車幅方向に間隔を空けてかつ車両の前後方向に延ばして配置された一対の骨格部材と、前記一対の骨格部材の間に掛け渡されて配置されたフロアパネルと、前記フロアパネルの下方に配置される電池パックとを備えた車両のバッテリ搭載構造において、前記フロアパネルの上または下に前記車幅方向に延ばして配置されるフロアクロスと、前記電池パックの底面に窪んで設けられ、前記電池パックを前記フロアクロスに取り付けるための固定具が入り込む凹部と、前記凹部を含む周辺に前記電池パックの底面から前記車両の下方に向けて突出して設けられたビード部とを備え、前記固定具は、前記車両の上下方向における前記固定具の下端が前記底面よりも上方に位置するように、配置されていることを特徴とするものである。
また、本発明における前記ビード部は、前記底面上で、前記凹部の周辺のうちの前記車両の前後方向における前方に、配置されていることを特徴としている。

本発明においては、電池パックの底面から車両の下方に向けて突出するビード部を凹部を含む周辺に設けたから、走行時に電池パックの底面を流れる空気が凹部に流れ込むことを低減することができる。これにより、電池パックの下を流れる空気流を整流させることができるため、空気抵抗の上昇を抑制することができる。

本発明が適用される車両の下部の一例を示す底面図である。バッテリモジュールの一例を示す斜視図である。第１サイドシルおよびフロアパネルを示す断面図である。第１フロア下クロスおよびフロアパネルを示す断面図である。ビード部を示す斜視図である。第１フロア下クロスと電池パックとの取付構成を変えた他の実施例を示す断面図である。フロア上クロスと電池パックとを固定した実施例を示す断面図である。ビード部をグロメットに一体的に設けた実施例を示す断面図である。第１フロア下クロスとフロアパネルとを一体的に設けた実施例を示す断面図である。

以下、図面を用いて実施例を説明する。図１は、本発明が適用される車両１０の下部構造の一例を示す底面図である。図１では、矢印ＦＲ方向が車両前後方向のうちの前方向を、矢印ＬＨ方向が車幅方向のうちの左方向をそれぞれ示している。図１に示すように車両１０は、例えばフロントコンパートメント１１にコンバータ１２、インバータ１３、モータ１４および動力伝達機構１５を搭載し、また車両１０の底面には、二次電池となっている電池パック１６を搭載している。電池パック１６は、詳しくは後述する単セルの集合体を含むバッテリモジュール１７，１８，１９，２０，２１，２２，２３，２４，２５，２６と、直方体をなすケース２８とを有する。バッテリモジュール１７〜２６は、例えば車両１０の前後方向に間隔を空けて５行、車幅方向に２列に配列された状態でケース２８に収容されている。コンバータ１２は、バッテリモジュール１７〜２６から出力される電圧を昇圧するとともに、バッテリモジュール１７〜２６から出力される電圧の変動を吸収して安定した電圧をインバータ１３に供給する。インバータ１３は、バッテリモジュール１７〜２６から出力される直流電流を交流電流に変換するとともに、周波数を制御する。動力伝達機構１５は、モータ１４が出力する駆動力を増減して駆動輪となっている前輪２７に伝達する。

車両１０は、車幅方向の両端に、車両１０の前後方向に延びた第１サイドシル２９および第２サイドシル３０（一対のサイドシル（ロッカ）２９，３０）を備えている。また、一対のサイドシル２９，３０には、車両１０の前方に、車幅方向に延設されたフロントクロス３３の両端が固定されている。また、一対のサイドシル２９，３０には、車両１０の後方に、車幅方向に延設されたリヤクロス３４の両端が固定されている。さらに、一対のサイドシル２９，３０には、バッテリモジュール１８とバッテリモジュール１９との間、およびバッテリモジュール２３とバッテリモジュール２４との間を通るように第１フロア下クロス３５が車幅方向に掛け渡されている。さらにまた、一対のサイドシル２９，３０には、バッテリモジュール１９とバッテリモジュール２０との間、およびバッテリモジュール２４とバッテリモジュール２５との間を通るように第２フロア下クロス３６が車幅方向に掛け渡されている。電池パック１６は、第１フロア下クロス３５および第２フロア下クロス３６を跨いで配置されている。なお、一対のサイドシル２９，３０は、車幅方向の両側に配置されていることに限らず、車幅方向に間隔を空けたものであってよい。また、フロア下クロス３５，３６は、２本に限らず１本でもよいし、３本以上でもよい。

電池パック１６は、一対のサイドシル２９，３０の互いに平行な部分３７，３８の間に配置される。なお、一対のサイドシル２９，３０は車両１０の前後方向に平行でなくてもよい。電池パック１６は、車両の側面衝突時に一対のサイドシル２９，３０に入力される衝撃荷重に対する抵抗力を補う補強材として機能する。電池パック１６は、例えば８箇所の固定位置３９，４０，４１，４２，４３，４４，４５，４６にて固定具、例えばボルト締結により一対のサイドシル２９，３０に固定される。一対のサイドシル２９，３０は、一対の骨格部材の一例である。

図２は、バッテリモジュール１７の一例を示す斜視図である。図２では、矢印ＦＲ方向が車両前後方向のうちの前方向を、矢印ＬＨ方向が車幅方向のうちの左方向を、矢印ＵＰ方向が車両上下方向のうちの上方向をそれぞれ示している。図２に示すようにバッテリモジュール１７は、第１エンドプレート４７、第２エンドプレート４８、第１テンションプレート４９、第２テンションプレート５０および電池スタック５１を備えている。電池スタック５１は、複数の単セル５２（５２−１，５２−２・・・５２−ｎ（ｎは自然数））を車幅方向に積層して一体化したものである。なお、電池スタック５１は、積層体の一例である。

単セル５２は、固体電解質（図示なし）と、固体電解質に対して積層方向の両側に設けられた一対の電極（図示なし）とを有する。複数の単セル５２は、配線部材、例えばケーブルにより互いが電気的に接続されている。バッテリモジュール１７は、複数の単セル５２を直列に接続して構成されており、単セル５２の数に応じた電圧を、外部に露呈された一対の電極端子を通じて出力する。バッテリモジュール１７〜２６は、各々が電気的に並列に接続される。バッテリモジュール１７〜２６を並列に接続することによりモータ１４の駆動に必要な電流容量が得られる。

第１エンドプレート４７および第２エンドプレート４８は、電池スタック５１の積層方向の両端に配置される。第１テンションプレート４９は、電池スタック５１の上側で第１エンドプレート４７および第２エンドプレート４８の間に、固定具、例えば複数のボルト５３およびボルト５４により固定される。第２テンションプレート５０は、電池スタック５１の下側で、第１エンドプレート４７および第２エンドプレート４８の間に、固定具、例えば複数のボルト５３およびボルト５４により固定される。第１エンドプレート４７、第２エンドプレート４８、第１テンションプレート４９および第２テンションプレート５０は、硬度または剛性を有する材質を有する。電池スタック５１は、ボルト５３およびボルト５４の締め付けによって第１エンドプレート４７および第２エンドプレート４８の間で積層方向に拘束される。

バッテリモジュール１７は、電解質が固体であるため電解液漏れの心配がなく、また単セル５２を構成する主な部材が耐衝撃性の高い要求を満たすように作られているため、拘束方向での耐衝撃性が非常に高い長所を有する。なお、第１エンドプレート４７および第２エンドプレート４８には、絶縁性材料で形成されたケース２８に固定するための固定板５５が複数設けられている。なお、他のバッテリモジュール１８〜２６は、図２で説明したバッテリモジュール１７と同じまたは同様な構成となっている。

図３は、第１サイドシル２９およびフロアパネル５９を示す断面図である。図３では、矢印ＬＨ方向が車幅方向のうちの左方向を、矢印ＵＰ方向が車両上下方向のうちの上方向をそれぞれ示している。図３に示すように第１サイドシル２９は、サイドシルアウタ５７とサイドシルインナ５８とを接合することで内部に中空部を形成している。電池パック１６の上には、フロアパネル５９が配置されている。フロアパネル５９は、一対のサイドシル２９，３０に掛け渡して設けられており、例えばフロアパネル５９の一端６０は、第１サイドシル２９に溶着により固定されている。フロアパネル５９は、車室６１の床を構成する。フロアパネル５９の下には、電池パック１６が配置される。電池パック１６の上面はフラットになっている。また、電池パック１６の下面は、フラットになっており、車両１０の底面の一部を構成する。

ケース２８は、例えばバッテリモジュール１７〜２６が固定される底部６３と、バッテリモジュール１７〜２６の周面および上面を覆う蓋部６４とを有する。蓋部６４には、下方に向けて開放される開口縁６５から第１サイドシル２９に向けて突出するフランジ６６が一体的に形成されている。底部６３には、フランジ６６に重なるように延設された延長部６７が一体的に形成されている。フランジ６６および延長部６７には、第１サイドシル２９に締結するための取付孔７１，７２が形成されている。第１サイドシル２９には、電池パック１６を取り付けるための取付孔７３が形成され、また、取付孔７３の内側に、例えばウェルドナット（溶接ナット）７４が予め溶着されている。電池パック１６は、取付孔７１〜７３にボルト７５を挿入し、挿入後にボルト７５をウェルドナット７４に螺合させることで第１サイドシル２９に固定される。

底部６３には、バッテリモジュール２３の固定板５５を、固定具、例えばボルト７６により固定するための固定部７７が設けられている。他の固定板５５は、図示していないが前述した固定板５５および固定部７７と同じまたは同様な構成により底部６３に固定される。なお、電池パック１６の車幅方向での左側の端部の構成も図３で説明したと同じまたは同様な構成になっている。また、ケース２８は、前述した蓋部６４および底部６３の構成に限らない。さらに、一対のサイドシル２９，３０としては、車体の軽量化と剛性確保の両立化を目的として、例えばアルミ軽合金材料を用いて押し出し加工により内部に中空部を有するように一体に成形されたものを使用してよい。

図４は、第１フロア下クロス３５およびフロアパネル５９を示す断面図である。図４では、矢印ＵＰ方向が車両上下方向のうちの上方向を、矢印ＦＲ方向が車両の前後方向のうちの前方向をそれぞれ示す。図４に示すようにフロアパネル５９の下面には、第１フロア下クロス３５が車幅方向に延ばして配置されている。第１フロア下クロス３５は、下側に突出した第１突条部７８を有する形態をなしており、車幅方向に延びた長尺部材となっている。例えば第１フロア下クロス３５は、断面形状が開放側を上に向けたカップ形に形成されており、開放側両端に設けられたフランジ３５ａ，３５ｂがフロアパネル５９の下面に、例えば溶着により固定されている。

電池パック１６の蓋部６４は、第１突条部７８を入り込ませるように窪んで形成された凹条部７９を有する。車両前後方向に並んで配置されたバッテリモジュール１８とバッテリモジュール１９とは、凹条部７９を挟む両側に配置されている。また、底部６３には、バッテリモジュール１８とバッテリモジュール１９との間に第１電池クロス８０が固定されている。第１電池クロス８０は、上側に突出した第２突条部８１を有する断面形状を有しており、車幅方向に延びた長尺部材となっている。例えば第１電池クロス８０は、断面形状が開放側を下に向けたハット形に形成されている。バッテリモジュール１８，１９の固定板５５は、第１電池クロス８０に設けられた固定部８２に、例えばボルト８３により固定される。

第１突条部７８、凹条部７９、第２突条部８１、および底部６３には、固定具、例えばボルト８４ａを通すための取付孔８５，８６，８７，８８がそれぞれ形成されている。第１突条部７８に設けた取付孔８５のフロアパネル５９側には、ウェルドナット８９が予め固定されている。また、底部６３には、ボルト８４ａの頭部を入り込ませるために一段窪んだ凹部９０ａが取付孔８８を含む範囲に形成されている。ボルト８４ａは、底部６３の取付孔８８、第２突条部８１の取付孔８７、凹条部７９の取付孔８６および第１突条部７８の取付孔８５に挿通された後にウェルドナット８９に螺合される。第１フロア下クロス３５と第１電池クロス８０とを固定したから、電池パック１６の取付剛性が向上する。なお、凹部９０ａと第２突条部８１との間には、間隔維持部材９６が設けられている。間隔維持部材９６は、凹部９０ａと第２突条部８１との間の間隔を維持するとともに、凹部９０ａと第２突条部８１との取付剛性を高めるための補強の作用をする。

なお、図４で説明した第１フロア下クロス３５と第１電池クロス８０とをボルト８４ａにより固定する箇所は、図１に示すように符号８４ｂ（ボルト）で示す車幅方向の右側の位置でも行われる。また、電池パック１６には、図１で説明した第２フロア下クロス３６の下方に沿うように、第１電池クロス８０と同じまたは同様な形態の第２電池クロスが配置されている。そして、第２フロア下クロス３６と第２電池クロスとの固定は、符号８４ｃ（ボルト），８４ｄ（ボルト）で示した位置にて図４で説明したと同じまたは同様な構成で行われる。第１フロア下クロス３５および第２フロア下クロス３６は、フロアクロスの一例である。

図５は、ビード部９１ａを示す斜視図であり、車両１０の底面側から見ている。図５では、矢印ＤＯＷＮ方向が車両上下方向のうちの下方向を、矢印ＦＲ方向が車両の前後方向のうちの前方向を、矢印ＲＨ方向が車幅方向のうちの右方向をそれぞれ示す。図５に示すように凹部９０ａの周辺のうちの車両前方を含む位置には、底部６３から下方に向けて突出したビード部９１ａが設けられている。ビード部９１ａは、底部６３と一体的に形成されている。なお、ビード部９１ａを底部６３とは別体に設けてよい。ビード部９１ａは、底部６３から下方に突出する形状であれば、例えば凹部９０ａの周辺に車両１０の前後方向に長くした形状としてよい。ビード部９１ａは、車両１０の下面を流れる空気を整流して車両１０にかかる空気抵抗の上昇を抑制するとともに、凹部９０ａ付近の空気の流れに起因する空力騒音を低減する。また、図５で説明したビード部９１ａは、図１に符号９１ｂ〜９１ｄで示したように凹部９０ｂ〜９０ｄに対応する位置に設けられている。なお、第１フロア下クロス３５と電池パック１６とを固定する箇所は、図１に示したように４箇所の位置に限らず複数箇所の位置としてよい。この場合には、第２フロア下クロス３６と電池パック１６との固定箇所も同様にしてよい。

図６は、第１フロア下クロス３５と電池パック１６との取付構成を変えた実施例を示す断面図である。図６では、矢印ＵＰ方向が車両上下方向のうちの上方向を、矢印ＦＲ方向が車両前後方向のうちの前方向をそれぞれ示している。図６に示す実施例では、図４で説明した第２突条部８１と比較して第１電池クロス９２に形成された第２突条部９３の高さを低くして、凹条部７９と第３突条部９３との間に隙間を空けて、その隙間に第１間隔維持部材９４を介装している。また、図４で説明したように、凹部９０ａと第３突条部９３との間には、第２間隔維持部材９６が設けられている。第１フロア下クロス３５と電池パック１６とは、２つの第１間隔維持部材９４、第２間隔維持部材９６、ウェルドナット８９およびボルト８４ａにより固定される。なお、図６では、図４で説明したと同じまたは同様な部材には同符号を付与してここでは詳しい説明を省略する。

図７は、フロア上クロス９７と電池パック１６とを固定した実施例を示す断面図である。図７では、矢印ＵＰ方向が車両上下方向のうちの上方向を、矢印ＦＲ方向が車両前後方向のうちの前方向をそれぞれ示している。図７に示す実施例では、図４で説明した第１フロア下クロス３５および凹条部７９を省略し、第１電池クロス１０３とフロア上クロス９７とをフロアパネルを挟んで固定している。フロアパネル５９の上面には、フロア上クロス９７が車幅方向に延びて配置される。フロア上クロス９７は、上側に突出した突条部９８を有する断面形状を有しており、車幅方向に延びた長尺部材となっている。例えばフロア上クロス９７は、断面形状が開放側を下に向けたハット形に形成されており、開放側両端に設けられたフランジ９９，１００がフロアパネル５９の上面に、例えば溶着により固定されている。フロア上クロス９７の上部には、運転席シートが取り付けられる。また、フロア上クロス９７の上部には、電池パック１６を固定するためのウェルドナット１０６が固定されている。フロア上クロス９７とフロアパネル５９との間には、第１間隔維持部材１０２が介装されている。また、第１電池クロス１０３に設けられた第２突条部１０４は、蓋部６４の内壁に当接する高さとなっている。突条部１０４と凹部９０ａとの間には、第２間隔維持部材１０５が介装されている。フロア上クロス９７と電池パック１６とは、２つの第１間隔維持部材１０２、第２間隔維持部材１０５、ウェルドナット１０６およびボルト８４ａにより固定される。なお、図７では、図４で説明したと同じまたは同様な部材には同符号を付与してここでは詳しい説明を省略する。フロア上クロス９７は、フロアクロスの一例である。

図８は、ビード部をグロメット１１０に一体的に設けた実施例を示す断面図である。図８では、矢印ＵＰ方向が車両上下方向のうちの上方向を、矢印ＦＲ方向が車両前後方向のうちの前方向をそれぞれ示している。図８に示すように電池パック１６の底部１１１には、電池パック１６を固定するときにボルト８４ａを挿通させるための開口１１２が形成されている。開口１１２の内部は、ボルト８４ａの頭部を落とし込むための凹部９０ａを構成している。開口１１２は、グロメット１１０により塞がれる。グロメット１１０は、車両１０の下方に向けて突出する突部１１３を有する。突部１１３としては、底部１１１の下面を通る空気を整流する作用をするとともに、グロメット１１０を挿脱するときの摘まみとして使用することができる。突部１１３としては、グロメット１１０に設けることに限らず、開口１１２を塞ぐ部材に設ければよい。また、開口１１２を塞ぐ部材とは別体に突部１１３を設けてよい。なお、突部１１３は、ビード部の一例である。また、図８に示す実施例では、第１電池クロス１１４が底部１１１と一体的に形成されている。第１電池クロス１１４は、ボルト８４ａにより第１フロア下クロス３５に固定される。なお、図８では、図４で説明したと同じまたは同様な部材には同符号を付与してここでは詳しい説明を省略する。

図９は、第１フロア下クロス１１５とフロアパネル１１６とを一体的に設けた実施例を示す断面図である。図９では、矢印ＵＰ方向が車両上下方向のうちの上方向を、矢印ＦＲ方向が車両前後方向のうちの前方向をそれぞれ示す。図９に示すようにフロアパネル１１６には、第１フロア下クロス１１５が一体的に形成しており、第１突条部１１７の内部に中空部１１８を有する。中空部１１８には、ウェルドナット１１９が溶接されている。ボルト８４ａをウェルドナット１１９に螺合させることで第１電池クロス８０と第１突条部１１７とが固定される。なお、図９では、図４で説明したと同じまたは同様な部材には同符号を付与してここでは詳しい説明を省略する。

以上、上記各実施例に基づいて説明したが、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が加えられて実施されるものである。例えば上記各実施例では、バッテリモジュール１７〜２６の個数は複数個であればよい。また、コンバータ１２を省略してインバータ１３をバッテリモジュール１７〜２６に直接に接続してよい。さらに、駆動輪が後輪となるようにコンバータ１２、インバータ１３、モータ１４および動力伝達機構１５をリヤ側に配置してよい。さらにコンバータ１２、インバータ１３、モータ１４および動力伝達機構１５をフロント側およびリヤ側にそれぞれ配置して四輪駆動としてよい。さらにまた、モータを全車輪近くに複数搭載し、複数のモータで直接各車輪を駆動するインホイールモータの構成を使用してよい。

また、上記各実施例では、電気自動車の車両として説明しているが、例えばガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関と充放電可能なバッテリモジュールに蓄積された電力により駆動するモータとを動力源とするハイブリッド車両や外部電源により充電可能なプラグインハイブリッド車両としてよい。さらに、ビード部９１および突部１１３は、凹部９０を隠す位置または凹部９０の周辺のうちの車両前方を含む位置に設けているが、例えば凹部９０を含む凹部９０の周辺であればどこでもよい。

１０…車両、１６…電池パック、１７〜２６…バッテリモジュール、２９，３０…サイドシル、５９…フロアパネル、５１…電池スタック、５２…単セル、８４ａ〜８４ｄ…ボルト、９０ａ〜９０ｄ…凹部、９１ａ〜９１ｄ…ビード部。

Claims

車幅方向に間隔を空けてかつ車両の前後方向に延ばして配置された一対の骨格部材と、前記一対の骨格部材の間に掛け渡されて配置されたフロアパネルと、前記フロアパネルの下方に配置される電池パックとを備えた車両のバッテリ搭載構造において、
前記フロアパネルの上または下に前記車幅方向に延ばして配置されるフロアクロスと、
前記電池パックの底面に窪んで設けられ、前記電池パックを前記フロアクロスに取り付けるための固定具が入り込む凹部と、
前記凹部を含む周辺に前記電池パックの底面から前記車両の下方に向けて突出して設けられたビード部とを備え、
前記固定具は、前記車両の上下方向における前記固定具の下端が前記底面よりも上方に位置するように、配置されている
ことを特徴とする車両のバッテリ搭載構造。
請求項１に記載の車両のバッテリ搭載構造において、
前記ビード部は、前記底面上で、前記凹部の周辺のうちの前記車両の前後方向における前方に、配置されている
ことを特徴とする車両のバッテリ搭載構造。