JP6992585B2

JP6992585B2 - 車両下部構造

Info

Publication number: JP6992585B2
Application number: JP2018030035A
Authority: JP
Inventors: 広洋長野; 亮介福井
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-02-22
Filing date: 2018-02-22
Publication date: 2022-01-13
Anticipated expiration: 2038-02-22
Also published as: CN110182262B; US20190255929A1; CN110182262A; JP2019142416A; US10814710B2

Description

本明細書では、電池ユニットと、当該電池ユニットの下方に配されたアンダーカバーと、を有する車両下部構造に関する。

電動車両（ハイブリッド車両や電気自動車等）には、走行用モータに供給する電力を蓄電する電池パックが搭載されている。従来から、この電池パックを車両の床下に配置する構造が提案されている。この場合、電池パックは、直接、または、何らかのフレーム部材を介して、車体または骨格部材に締結される。

ここで、こうした電池パックの保護や、車両の空力特性向上を目的として、電池の下方に、当該電池パックを下方から覆うアンダーカバーを設けることが一部で提案されている。こうしたアンダーカバーは、製造上の都合等により、複数のカバー片に分割されることがある。

例えば、特許文献１には、電池パックを枠状フレームで支持して、ユニット化しており、このユニット化したもの（電池ユニット）を、骨格部材（クロスメンバ）に取り付け、さらに、この電池ユニットをアンダーカバーで下側から覆う構造が開示されている。アンダーカバーは、前アンダーカバーと、当該前アンダーカバーの後方に位置する後アンダーカバーと、に分割されており、それぞれ、電池ユニットに螺合締結されている。

特開２０１３－１０３５７５号公報

ところで、電池ユニットのメンテナンスは、当該電池ユニットを車両から取り外して行う。電池ユニットを車両から取り外す際には、通常、車両の下側から、電池ユニットと車両との締結位置にアクセスして締結解除する必要がある。特許文献１では、複数の締結位置が、前アンダーカバーおよび後アンダーカバーで覆われており、この前および後アンダーカバーを車両から取り外さなければ、複数の締結位置に下側からアクセスできず、ひいては、電池ユニットを車両から取り外せなかった。つまり、特許文献１では、アンダーカバーを構成する全てのカバー片（前アンダーカバーおよび後アンダーカバー）を車両から取り外さなければ、電池ユニットを取り外せず、電池のメンテナンス性に改善の余地があった。特に、電池ユニットが大型化し、当該電池ユニットを覆うアンダーカバーの面積が増加すると、その分、カバー片の個数も増加する。この場合に、すべてのカバー片を取り外すのは、手間であった。

そこで、本明細書では、電池ユニットのメンテナンス性をより向上できる車両下部構造を開示する。

本明細書で開示する車両下部構造は、車両の床下に配され、１以上の電池締結位置において前記車両ボディまたは骨格部材に締結される電池ユニットと、前記電池ユニットの下方に配されるアンダーカバーであって、１以上の第一カバー片と、１以上の第二カバー片と、を組み合わせて構成されるアンダーカバーと、を備え、前記１以上の第一カバー片は、前記電池締結位置を下方から覆っており、前記１以上の第二カバー片は、前記電池ユニットに締結され、かつ、前記電池締結位置を下方から覆わない、ことを特徴とする。

かかる構成とすることで、第一カバー片を取り外せば、第二カバー片を取り外さなくても、電池ユニットと車両ボディまたは骨格部材との締結を解除でき、電池ユニットを車両から取り外すことが出来る。その結果、電池ユニットを車両から取り外す際の手間を軽減でき、電池ユニットのメンテナンス性をより向上できる。

前記第一カバー片の一部は、前記第二カバー片の一部と、上面視においてラップしており、前記第一カバー片は、前記第二カバー片とラップする箇所において、前記第二カバー片より下方に位置してもよい。

第一カバー片と第二カバー片とを一部ラップさせることで、第一カバー片と第二カバー片との境界における隙間を低減でき、電池ユニットをより確実に保護できる。また、ラップ箇所において、第一カバー片を第二カバー片の下方に位置させることで、第二カバー片を取り外すことなく第一カバー片を容易に下方に取り外すことができる。

また、電池ユニットは、その一端に、他の機器と電気的または機械的に接続される１以上の接続部が設けられており、当該車両下部構造は、さらに、前記１以上の接続部を、下方から覆うプロテクタを備え、前記プロテクタは、前記第二カバー片を前記車両から取り外すことなく、前記車両から取り外せてもよい。

かかる構成とすることで、第二カバー片を取り外すことなく、電池ユニットと他部材との接続を解除できる。結果として、電池ユニットのメンテナンス性をより向上できる。

この場合、前記プロテクタの一部は、前記第二カバー片の一部と、上面視においてラップしており、前記プロテクタは、前記第二カバー片とラップする箇所において、前記第二カバー片より下方に位置していてもよい。

かかる構成とすることで、プロテクタと第二カバー片との境界における隙間を低減できるため、接続部をより確実に保護できる。また、ラップ箇所においてプロテクタを下方に位置させることで、第二カバー片を取り外すことなくプロテクタを容易に下方に取り外すことができる。

また、前記１以上の第二カバー片は、一塊のエリアを覆っており、前記１以上の第一カバー片は、前記一塊のエリアの左右両側に配されており、前記１以上の電池締結位置は、前記一塊のエリアの左右両側に設定されていてもよい。

かかる構成とすることで、電池ユニットの左右両側を、ボディまたは骨格部材に締結できる。そのため、電池ユニットの片側だけ締結する場合に比べて、電池ユニットを安定して車両に取り付けることができる。

本明細書で開示の車両下部構造によれば、第一カバー片を取り外せば、電池ユニットと車両ボディまたは骨格部材との締結を解除でき、電池ユニットを車両から取り外すことが出来る。その結果、電池ユニットを車両から取り外す際の手間を軽減でき、電池ユニットのメンテナンス性をより向上できる。

車両の底面図である。車両からアンダーカバーを取り外した状態の車両の底面図である。図１のＡ－Ａ切断線でのアンダーカバーの断面図である。図１のＢ－Ｂ切断線でのアンダーカバーの断面図である。

以下、車両下部構造について図面を参照して説明する。図１は、車両の底面図である。また、図２は、車両からアンダーカバー１０を取り外した状態の車両の底面図である。なお、図１、図２において、Ｆｒは、車両前方を、Ｕｐは、車両上方を、Ｌは、車両左側を意味する。また、車両の前後左右は、いずれも、運転手からみての前後左右である。この車両は、動力源の一つとしてモータを搭載した電動車両、例えば、ハイブリッド自動車または電気自動車である。

モータに供給する電力を蓄電するための電池パック３２は、車室の床下に配置されている。この電池パック３２は、当該電池パック３２を支持する電池フレーム４０に締結されてユニット化され、電池ユニット３０を構成する。電池パック３２は、扁平な箱状の筐体を有している。また、電池パック３２は、比較的大型であり、車室の床下の大部分を占める面積を有している。電池パック３２の前端には、他の機器と電気的または機械的に接続される端子３５，３７および流路端３９を有する接続部３４が設けられている。

電池パック３２の筐体の内部には、複数の電池素子からなる電池モジュールや、当該電池モジュールから引き出された電力線および信号線、冷却流路等が収容されている。動力線は、電力を授受するための配線であり、接続部３４に設けられた電力端子３５を介して、他の電気機器（例えばインバータや充電器等）から引き出された動力線３６に接続される。また、信号線は、例えば、電池パック３２内に設けられた各種センサ（温度センサや電圧センサ、電流センサ等）やヒータ、リレー等の電子部品から引き出された配線であり、接続部３４に設けられた信号端子３７を介して、他の電気機器（例えば、車両制御装置等）から引き出された信号線３８に接続される。冷却流路は、電池モジュールを冷却するための風が流れる流路であり、接続部３４に設けられた流路端３９、および、当該流路端に接続される冷却ダクト（図示せず）を介して、車室内に連通される。

電池フレーム４０は、電池パック３２を支持する部材で、複数のフレーム材（鋼材）を、格子状に組み合わせて構成される。電池パック３２は、この電池フレーム４０の上に載置され、固定される。電池フレーム４０は、車幅方向両端に設けられた電池締結位置４２において、車両のボディまたは骨格部材と螺合締結される。そして、これにより、電池パック３２が、車両の床下に固定される。図１、図２において、白抜き三角は、電池締結位置４２を示している。図１、図２から明らかな通り、本例では、電池締結位置４２は、右端近傍および左端近傍において、車両前後方向に間隔をあけて７つずつ、合計１４個設けられている。

また、電池フレーム４０には、後述するアンダーカバー１０と螺合締結される締結孔も設けられている。この電池フレーム４０とアンダーカバー１０との締結位置を、以下では、「カバー締結位置」と呼ぶ。図１、図２において、白抜き丸および黒塗り丸は、このカバー締結位置１８，２０を示している。図２から明らかなとおり、カバー締結位置１８，２０は、電池フレーム４０の様々な箇所に分散して設けられている。

なお、ここで説明した電池ユニット３０の構成は、一例であり、電池パック３２が車両床下に配され、直接または間接的に、車両ボディまたは骨格部材に締結されるのであれば、適宜、変更されてもよい。例えば、電池フレーム４０は、電池パック３２を支持できるのであれば、平板状でもよいし、箱状でもよい。また、電池フレーム４０を無くし、電池パック３２の筐体そのものが、車両ボディまたは骨格部材、および、アンダーフレームに締結されるようにしてもよい。この場合、電池ユニット３０とは、電池パック３２のみを意味する。

電池ユニット３０は、アンダーカバー１０により下方から覆われている。アンダーカバー１０は、電池ユニット３０の保護や空力特性の向上を目的として設けられたパネル部材である。本例において、アンダーカバー１０は、複数（図示例では７つ）のカバー片１２ｏｆ，１２ｏｂ，１２ｓｆ，１２ｓｃ，１２ｓｂに分割されている。なお、以下では、各カバー片を細かく区別しない場合は、単に「カバー片１２」、または、「第一カバー片１２ｏ」、「第二カバー片１２ｓ」と呼ぶ。このようにアンダーカバー１０を、複数のカバー片１２に分割するのは、主に、製造上の問題である。大面積のアンダーカバー１０を単一部材で構成しようとした場合、大型の製造設備や材料が必要であり、コスト増加を招く。そこで、アンダーカバー１０は、容易に製造できるサイズのカバー片１２を複数、組み合わせることで構成されている。

より具体的に説明すると、アンダーカバー１０は、車幅方向中央に位置する三つの第二カバー片１２ｓと、第二カバー片１２ｓの左右両側に二つずつ、合計四つの第一カバー片１２ｏと、で構成される。第一カバー片１２ｏとしては、前第一カバー片１２ｏｆと、前第一カバー片１２ｏｆより後方に位置する後第一カバー片１２ｏｂと、がある。第二カバー片１２ｓとしては、前第二カバー片１２ｓｆと、当該前第二カバー片１２ｓｆより後方に位置する中央第二カバー片１２ｓｃと、中央第二カバー片１２ｓｃより後方に位置する後第二カバー片１２ｓｂと、がある。

各カバー片１２は、締結ボルトおよびナットにより、電池ユニット３０（より正確には電池フレーム４０）に螺合締結されている。図１において白抜き丸および黒塗り丸は、カバー片１２と電池フレーム４０とが締結される電池／カバー締結位置１８，２０を示している。図１から明らかな通り、電池／カバー締結位置１８，２０は、複数のカバー片１２、全てに存在しており、複数の電池／カバー締結位置１８，２０は、アンダーカバー１０の全体に、分散して設けられている。

また、各カバー片１２は、隣接する他のカバー片１２に互いに連結されている。例えば、前第一カバー片１２ｏｆは、後第一カバー片１２ｏｂ、前第二カバー片１２ｓｆ、および、中央第二カバー片１２ｓｃに連結されている。また、中央第二カバー片１２ｓｃは、前第一カバー片１２ｏｆ、後第一カバー片１２ｏｂ、前第二カバー片１２ｓｆ、後第二カバー片１２ｓｂに連結されている。本例では、各カバー片１２に、隣接するカバー片１２と部分的にラップする箇所を設けている。そして、このラップ箇所において、一つのカバー片１２と隣接するカバー片１２と電池フレーム４０とを、締結ボルトおよびナットで共締めしている。すなわち、この共締め箇所は、二つのカバー片１２を連結する連結位置であるとともに、カバー片１２と電池フレーム４０とを締結する電池／カバー締結位置でもある。図１において、黒塗り丸（符号２０）は、カバー片１２同士を連結する連結位置であるとともに、カバー片１２と電池フレーム４０とを締結する電池／カバー締結位置を示している。

第一カバー片１２ｏは、さらに、車両のボディ（図示せず）にも締結される。図１において、白抜き四角（符号１６）は、第一カバー片１２ｏとボディとの締結位置を示している。図１から明らかな通り、アンダーカバー１０は、その四隅近傍において、ボディに締結されている。また、図１から明らかな通り、電池フレーム４０とボディとの締結位置である電池締結位置４２（白抜き三角）は、すべて、第一カバー片１２ｏで覆われている。こうした複数の電池締結位置４２は、第一カバー片１２ｏを車両から取り外すと、車両下側からアクセスできるようになる。したがって、第一カバー片１２ｏを取り外せば、電池締結位置４２における締結を解除でき、電池ユニット３０を車両から取り外し可能となる。

第二カバー片１２ｓは、車両の車幅方向中央に位置しており、一塊のエリアを覆っている。第一カバー片１２ｏは、この第二カバー片１２ｓで覆われる一塊のエリアの左右両側に配されることになる。この第二カバー片１２ｓは、電池ユニット３０および第一カバー片１２ｏには締結されているものの、他部材には締結されていない。また、図１から明らかな通り、この第二カバー片１２ｓは、電池フレーム４０とボディとの締結位置である電池締結位置４２（白抜き三角）を覆っていない。したがって、電池締結位置４２における電池ユニット３０とボディとの締結を解除するとき、第二カバー片１２ｓを、電池ユニット３０から取り外す必要はない。

図１において、丸で囲んだ数字は、複数のカバー片１２の組み付け順序を示している。すなわち、複数のカバー片１２は、後第二カバー片１２ｓｂ、中央第二カバー片１２ｓｃ、前第二カバー片１２ｓｆ、後第一カバー片１２ｏｂ、前第一カバー片１２ｏｆの順で、車両に組み付けられる。複数のカバー片１２を、車両から取り外す際には、この逆で、前第一カバー片１２ｏｆ、後第一カバー片１２ｏｂ、前第二カバー片１２ｓｆ、中央第二カバー片１２ｓｃ、後第二カバー片１２ｓｂの順で取り外す。つまり、第一カバー片１２ｏは、第二カバー片１２ｓを取り外すことなく、車両から取り外せるようになっている。

ここで、こうした順序での取り外しを可能にするために、隣接するカバー片１２とラップする箇所においては、先に取り外されるカバー片１２が、後から取り外されるカバー片１２の下側に位置している。これについて、図３、図４を参照して説明する。図３は、図１におけるＡ－Ａ切断線でのアンダーカバー１０の断面図を、図４は、図１におけるＢ－Ｂ切断線でのアンダーカバー１０の断面図を示している。

上述した通り、前第一カバー片１２ｏｆは、後第一カバー片１２ｏｂよりも先に取り外される。そのため、前第一カバー片１２ｏｆと、後第一カバー片１２ｏｂとのラップ箇所においては、図３に示す通り、前第一カバー片１２ｏｆが、下側に位置するように、後第一カバー片１２ｏｂが上方に階段状に曲がっている。同様に、後第一カバー片１２ｏｂは、後第二カバー片１２ｓｂよりも先に取り外される。そのため、後第一カバー片１２ｏｂと、後第二カバー片１２ｓｂとのラップ箇所においては、図４に示す通り、後第一カバー片１２ｏｂが、下側に位置するように、後第二カバー片１２ｓｂが上方に階段状に曲がっている。

ここで、上述した通り、全ての第一カバー片１２ｏは、いずれの第二カバー片１２ｓよりも先に車両から取り外すことができる。したがって、第一カバー片１２ｏと第二カバー片１２ｓとのラップ箇所においては、常に、第一カバー片１２ｏが下側に位置する。

このように、カバー片１２同士を、部分的にラップさせることで、カバー片１２間の隙間を無くし、電池ユニット３０をより確実に保護できる。また、このラップ箇所においては、先に取り外されるカバー片１２を、後から取り外されるカバー片１２よりも下側に配置することで、当該先に取り外すカバー片１２を、下側から容易に取り外すことができる。

アンダーカバー１０の前端には、プロテクタ２４が配されている。プロテクタ２４は、電池ユニット３０の接続部３４を下側から覆うプレート材である。このプロテクタ２４の前端は、車両の骨格部材（図示例ではサスペンションメンバ２６）に締結される。また、プロテクタ２４の後端は、前第二カバー片１２ｓｆに連結されるとともに、電池フレーム４０に螺合締結されている。

このプロテクタ２４は、第二カバー片１２ｓを車両から取り外すことなく、車両から取り外すことができる。また、プロテクタ２４の後端部は、前第二カバー片１２ｓｆとラップしている。そして、このラップ箇所において、プロテクタ２４は、前第二カバー片１２ｓｆよりも下側に位置している。プロテクタ２４を取り外すと、電池パック３２の接続部３４に下側からアクセスすることができ、電池パック３２と、他の機器との電気的または機械的な接続を解除できる。

以上の構成の車両において、電池パック３２をメンテナンスする場合の流れについて説明する。通常、電池パック３２のメンテナンスは、当該電池ユニット３０を、車両から取り外して行う。そして電池ユニット３０は、車両の下側から取り外される。

ここで、電池ユニット３０の下側には、アンダーカバー１０およびプロテクタ２４が配されているため、電池ユニット３０を車両から降ろす場合には、先に、アンダーカバー１０およびプロテクタ２４を、車両から取り外す。しかし、アンダーカバー１０を構成する複数のカバー片１２全てを車両から取り外すのは手間であった。そこで、本例では、複数のカバー片１２の一部を取り外すだけで、電池ユニット３０を車両から取り外せるようにしている。

具体的には、電池ユニット３０を車両から取り外す際には、作業者は、まず、プロテクタ２４を、車両から取り外す。すなわち、作業者は、プロテクタ２４とサスペンションメンバ２６との締結、および、プロテクタ２４と電池フレーム４０と前第二カバー片１２ｓｆとの締結を解除し、プロテクタ２４を、車両から取り外す。プロテクタ２４を車両から取り外すことにより、電池パック３２の接続部３４が、外部に露出する。この状態になれば、作業者は、動力線３６、信号線３８、冷却ダクトを、電池パック３２から取り外す。

次に、作業者は、前第一カバー片１２ｏｆを車両から取り外す。すなわち、作業者は、前第一カバー片１２ｏｆと車両ボディとの締結、前第一カバー片１２ｏｆと第二カバー片１２ｓとの締結、前第一カバー片１２ｏｆと電池ユニット３０との締結を解除する。前第一カバー片１２ｏｆを取り外せば、続いて、作業者は、同様の手順で、後第一カバー片１２ｏｂを車両から取り外す。

前第一カバー片１２ｏｆおよび後第一カバー片１２ｏｂを車両から取り外すと、電池ユニット３０と車両ボディとの締結位置である電池締結位置４２が、外部に露出する。この状態になれば、作業者は、電池ユニット３０と車両ボディとの締結を解除する。これにより、電池ユニット３０が、車両から分離可能となる。

ここで、この時点で、電池ユニット３０には、第二カバー片１２ｓが締結されたままとなっている。しかし、第二カバー片１２ｓは、この時点で電池ユニット３０以外の部材には連結されていないため、第二カバー片１２ｓは電池ユニット３０に締結された状態で、電池ユニット３０とともに車両から取り外される。

電池ユニット３０を車両から取り外せれば、作業者は、車両の外部において、電池パック３２に対する各種メンテナンス作業を実行する。メンテナンス作業が完了すれば、上述と逆の手順で、電池パック３２、第一カバー片１２ｏ、プロテクタ２４を車両に取り付ける。

以上の説明から明らかな通り、本例によれば、アンダーカバー１０が、車両に締結されるとともに電池締結位置４２を下方から覆っている第一カバー片１２ｏと、車両に締結されずかつ電池締結位置４２を下方から覆わない第二カバー片１２ｓと、に分割されている。その結果、第一カバー片１２ｏだけを車両から取り外せば、第二カバー片１２ｓは、車両から取り外さなくても、電池ユニット３０を、車両から取り外すことができる。その結果、電池ユニット３０の取り外し（メンテナンス）における手間を低減できる。

なお、これまで説明した構成は、一例であり、アンダーカバー１０が、電池締結位置４２を下方から覆う第一カバー片１２ｏと、電池ユニット３０に締結されかつ電池締結位置４２を下方から覆わない第二カバー片１２ｓと、を有するのであれば、他の構成は、適宜、変更されてもよい。例えば、本例では、第二カバー片１２ｓの左右両側に第一カバー片１２ｏを配しているが、他の配置でもよい。例えば、電池ユニット３０の前端近傍および後端近傍に、車幅方向に間隔をあけて並ぶ複数の電池締結位置４２が設けられている場合には、第二カバー片１２ｓの前後両側に第一カバー片１２ｏが配される構成としてもよい。また、電池締結位置４２の配置、アンダーカバー１０と車両との締結位置の配置によっては、第一カバー片１２ｏが、車幅方向中央に位置し、第二カバー片１２ｓが、第一カバー片１２ｏの車幅方向両側に位置してもよい。また、本例では、いずれの第一カバー片１２ｏも、車両に締結されるとともに、電池締結位置４２を覆っているが、複数の第一カバー片１２ｏには、電池締結位置４２を覆うものの車両に締結されないカバー片が含まれてもよい。

１０アンダーカバー、１２ｏｂ，１２ｏｆ第一カバー片、１２ｓｂ，１２ｓｃ，１２ｓｆ第二カバー片、１８，２０電池／カバー締結位置、２４プロテクタ、２６サスペンションメンバ、３０電池ユニット、３２電池パック、３４接続部、３５電力端子、３６動力線、３７信号端子、３８信号線、３９流路端、４０電池フレーム、４２電池締結位置。

Claims

車両の床下に配され、１以上の電池締結位置において前記車両ボディまたは骨格部材に締結される電池ユニットと、
前記電池ユニットの下方に配されるアンダーカバーであって、１以上の第一カバー片と、１以上の第二カバー片と、を組み合わせて構成されるアンダーカバーと、
を備え、
前記１以上の第一カバー片は、前記電池締結位置を下方から覆っており、
前記１以上の第二カバー片は、前記電池ユニットに締結され、かつ、前記電池締結位置を下方から覆わない、
ことを特徴とする車両下部構造。
請求項１に記載の車両下部構造であって、
前記第一カバー片の一部は、前記第二カバー片の一部と、上面視においてラップしており、
前記第一カバー片は、前記第二カバー片とラップする箇所において、前記第二カバー片より下方に位置している、
ことを特徴とする車両下部構造。
請求項１または２に記載の車両下部構造であって、
電池ユニットは、その一端に、他の機器と電気的または機械的に接続される１以上の接続部が設けられており、
当該車両下部構造は、さらに、前記１以上の接続部を、下方から覆うプロテクタを備え、
前記プロテクタは、前記第二カバー片を前記車両から取り外すことなく、前記車両から取り外せる、
ことを特徴とする車両下部構造。
請求項３に記載の車両下部構造であって、
前記プロテクタの一部は、前記第二カバー片の一部と、上面視においてラップしており、
前記プロテクタは、前記第二カバー片とラップする箇所において、前記第二カバー片より下方に位置している、
ことを特徴とする車両下部構造。
請求項１から４のいずれか１項に記載の車両下部構造であって、
前記１以上の第二カバー片は、一塊のエリアを覆っており、
前記１以上の第一カバー片は、前記一塊のエリアの左右両側に配されており、
前記１以上の電池締結位置は、前記一塊のエリアの左右両側に設定されている、
ことを特徴とする車両下部構造。