JP7198422B2 - 電動車両の車体構造 - Google Patents

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Description

本発明は、電動車両の車体構造に関する。
電動車両（ＥＶ）は、航続距離を確保するためには電源となるバッテリパックが大容量化される必要がある。乗用車では、車両室内空間や荷室空間を確保しつつバッテリパックを大型化するために、バッテリパックは扁平化されてフロア下の広範囲に配置されるのが一般的である（例えば特許文献１参照）。
国際公開第２０１２／５４２７９０号公報
ところで、現在主流のモノコック構造の車両では、車体の剛性を確保するための骨格構造としてフロアトンネルが重要な役割を果たしているが、フロア下にバッテリパックの搭載スペースが設定される場合、フロア面の上昇分だけフロアトンネルの高さが減少し（断面係数が減少し）、フロア中央の振動剛性を確保し難い問題が有った。
本発明はこのような実状に鑑みてなされたものであって、その目的は、フロア下の広範囲にバッテリパック搭載スペースを確保しつつ、フロア中央の振動剛性を確保するのに有利な電動車両の車体構造を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明に係る電動車両の車体構造は、バッテリモジュールを収納したバッテリパックが、その両側部に車長方向に離間して配設された複数の支持部在により、フロアパネルの下側に離間して支持され、かつ、前記バッテリパックの上面が、その面方向に離散的に配設された複数の締結部で前記フロアパネルに結合されており、前記各締結部は、前記フロアパネルに個別に凹設された締結面を貫通するボルト孔を通して締結されるボルト／ナットであって、前記バッテリパックの上面に溶接されたスタッドボルトまたはウエルドナットと、前記ボルト孔に下方から挿通された前記スタッドボルトに締結されるナットまたは前記ボルト孔に上方から挿通されて前記ウエルドナットに締結されるボルトと、による締結部であり、前記各締結部の上端は、前記フロアパネルの一般面より低位置にある。
本発明に係る電動車両の車体構造は、上記のように、バッテリパックが両側部の支持部在によりフロアパネルの下側に離間して支持され、かつ、バッテリパックの上面が離散的に配設された複数の締結部でフロアパネルに結合されている構成により、バッテリパックの剛性を利用してフロア中央の振動が抑制され、フロア下の広範囲にバッテリパック搭載スペースを確保しつつ、フロア中央の振動剛性を確保するうえで有利である。
本発明実施形態に係る電動車両を下方から見た斜視図である。 本発明実施形態に係る電動車両の車体フロアを示す平面図である。 図２のＸ－Ｘ断面図である。 図３の要部拡大断面図である。
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１および図２において、電動車両１の車体下面を画成するフロアパネル２は、その両側部において車長方向ＦＲに延びるサイドシル１４，１４に接合され、それらの車幅方向中央側に隣接したフロアパネル２の下面には、車長方向ＦＲに延びるフロアサイドメンバー１０，１０が接合されている。
フロアサイドメンバー１０，１０は、図３に示すように、逆ハット状断面を有し、両側フランジ部においてフロアパネル２の下面に溶接接合され、その内部に長手方向に延在する閉断面が画成されている。フロアサイドメンバー１０，１０は、図２に示すように、車両後方に向かい互いの間隔が拡大するように平面視において斜めに配設されている。
フロアパネル２は、フロアサイドメンバー１０，１０が接合された部分の車幅方向Ｗ外方（ＷＲ，ＷＬ）および車長方向ＦＲの前部の低位面２１（基本面）に対して、左右のフロアサイドメンバー１０，１０の車幅方向Ｗ中央側は段差面２２を介して車高方向Ｈに隆起した高位面２３が形成されており、その下側に、バッテリパック３の搭載空間２０が画成されている。バッテリパック３の支持構造については後述する。
フロアパネル２の車幅方向Ｗの中央には車長方向ＦＲに延びるフロアトンネル２４が設けられている。フロアトンネル２４は、フロアパネル２に対して車高方向Ｈに膨出したハット状断面をなしており、フロアトンネル２４の頂面は、フロアパネル２の最高位面２９の前方では高さ変化が殆ど無いが、フロアパネル２の低位面２１の区間に対し、高位面２３の区間では比高が小さくなる。これは、換言すれば、フロアパネル２の高位面２３は、フロアトンネル２４が車幅方向Ｗに拡幅された部分であるとも言える。なお、フロアパネル２最高位面２９は、不図示の後部座席シートクッションの取付けベースとなる。
フロアパネル２の上面側には、図２に示すように、左右のサイドシル１４，１４とフロアトンネル２４との間に車幅方向Ｗに延びる２つのフロアクロスメンバー１１，１２が車長方向ＦＲに離間して接合されている。各フロアクロスメンバー１１，１２は、何れもハット状断面を有し、それぞれの内部に車幅方向Ｗに延びる閉断面が画成されている。なお、フロアクロスメンバー１１，１２は、不図示の左右前部座席の取付けベースとなる。
さらに、フロアクロスメンバー１２の後方のフロアパネル２の下面には、図１に示すように、左右のフロアサイドメンバー１０，１０間に車幅方向Ｗに延びるリアフロアクロスメンバー１３が接合されている。リアフロアクロスメンバー１３は逆ハット状断面を有し、両側フランジ部においてフロアパネル２の下面に溶接接合され、その内部に車幅方向Ｗに延びる閉断面が画成されている。
なお、フロアパネル２の高位面２３には、バッテリパック３のサービスプラグ３６にアクセスするための開口部２３６が設けられている。サービスプラグ３６は、点検時や非常時にバッテリモジュール３０の電力遮断する電源回路の遮断装置である。
（バッテリパックおよびその支持構造）
バッテリパック３は、図３に示すように、多数のバッテリモジュール３０がホルダ３２に保持され、電源ケーブルなどが配索された状態で、アッパケース３３、ロアケース３４からなるバッテリケースに収容され、周囲のフランジ部３５で接合され密封されることによって構成されている。
アッパケース３３およびロアケース３４は、金属板のプレス成形品または樹脂成形品によりシェル状に形成されており、周囲のフランジ部３５でシール材を介して接合されることにより、バッテリパック３内部の防水性、気密性が確保されている。バッテリパック３の下部（ロアケース３４側）には、バッテリパック３の支持枠となるサポートフレーム４が固定されている。
サポートフレーム４は、図１に示すように、ロアケース３４の両側部に沿って車長方向ＦＲに延びる左右一対のサイドフレーム４０，４０と、それらの間に車幅方向Ｗに延びる４つのクロスフレーム４１，４２，４３，４４とを備え、各クロスフレーム４１，４２，４３，４４の両端がサイドフレーム４０，４０に溶接等で剛結合され一体化されることによって構成されている。
サポートフレーム４には、車体側への取付け部として、左右各側に４つの支持部材４５，４６，４７，４８が設けられている。すなわち、サイドフレーム４０，４０の前端部から左右一対の支持部材２５，２５が前方に延設され、クロスフレーム４２，４３，４４の各接合に隣接した左右のサイドフレーム４０，４０の側面に支持部材４６，４７，４８が接合されている。これらの支持部材４５，４６，４７，４８は、バッテリパック３（ロアケース３４）のフランジ部３５にも接合されている。
上記のようなサポートフレーム４の支持部材４５，４６，４７，４８に対応して、車体側の取付け部としてブラケット２５，２６，２７，２８が設けられている。ブラケット２５，２６，２７，２８は、図１および図２に示すように、左右のフロアサイドメンバー１０，１０の車幅方向Ｗ中央側に隣接して左右対称に設けられ、ブラケット２５はフロアパネル２の低位面２１に接合され、ブラケット２６，２７，２８はフロアパネル２の高位面２３の下側に接合されており、これらのうち、ブラケット２６は、フロアクロスメンバー１２の位置で接合されている。
各ブラケット２５，２６，２７，２８の固定点Ｆ１～Ｆ４には、ボルト孔が穿設され、その下面視における裏面側となる上側にウエルドナットが固定されており、サポートフレーム４を備えたバッテリパック３は、リフトアップされるかまたはピット上に位置した車体の下方から、フロアパネル２の高位面２３の下側に画成された搭載空間２０に収容され、不図示のボルトを前記ウエルドナットに締結することにより、車体に固定される。
（バッテリパック上面とフロアパネルの結合構造）
上記の計８箇所の固定点Ｆ１～Ｆ４におけるボルトとウエルドナットの締結により、バッテリパック３は、設計上十分な支持強度で車体に懸架されるが、本発明に係る車体構造では、フロアパネル２の振動剛性を高めるために、バッテリパック３の上面（アッパシェル３１）が、面方向に離散的に配設された６箇所の締結部Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３においてフロアパネル２（高位面２３）に結合されている。
図４は一方の締結部Ｐ１を示しており、図示のように、フロアパネル２の高位面２３には、締結面２３ａが凹設され、換言すれば、フロアパネル２の高位面２３に凹部（２３ａ）が形成されその底面にボルト孔が穿設されることで締結面２３ａが構成されている。
この凹部（２３ａ）は下面視においては截頭円錐状の凸部となっており、バッテリパック３のアッパシェル３３には、この凸部（締結面２３ａ）を受容可能な相補的な截頭円錐状をなす凹部（３３ａ）が形成されており、その底面（締結面３３ａ）にスタッドボルト３３ｂが突設されている。
バッテリパック３の車体への取付けに際して、スタッドボルト３３ｂには、リング状のシール材３３ｓ（シールゴム）が外嵌された金属製のカラー３３ｃが嵌合される。カラー３３ｃは、シール材３３ｓよりも硬質な弾性体や樹脂材など金属以外で構成されたものを用いることもできる。シール材３３ｓの厚さは、自然状態でカラー３３ｃの厚さよりも大きく、図４に示すように、スタッドボルト３３ｂがフロアパネル２の締結面２３ａのボルト孔に下方から挿通され、ワッシャ―２３ｃを介してナット２３ｂがスタッドボルト３３ｂに締結されることで、シール材３３ｓおよびカラー３３ｃを介して、バッテリパック３の締結面３３ａとフロアパネル２の締結面２３ａとが締結固定され、この状態で、カラー３３ｃとの厚さの差の分だけシール材３３ｓが圧縮され、予圧される。他の締結部Ｐ２，Ｐ３も基本的に同構造である。
上記のようなバッテリパック上面（３３）とフロアパネル（２，２３）の締結部Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の結合構造により、バッテリパック３の箱体（シェル構造）としての剛性および固定点Ｆ１～Ｆ４による支持剛性を利用して、フロアパネル２の振動が抑制され、フロア下の広範囲にバッテリパック３の搭載空間２０を確保しつつ、フロアパネル２の振動剛性を確保するうえで有利である。
フロアパネル２の高位面２３に形成された凹部にフロア側の締結面２３ａが配設されることで、締結面２３ａの凹部の立体形状による局所剛性が付与され、この構成によってもフロアパネル２の振動剛性の確保に有利である。また、凹部（２３ａ）内でスタッドボルト３３ｂにナット２３ｂが締結され、スタッドボルト３３ｂの上端がフロアパネル２の一般面から突出することがない。
さらに、バッテリパック３の上面（アッパシェル３３）に形成された凹部にバッテリパック側の締結面３３ａが配設されることで、締結部Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の局所剛性が向上し、フロアパネル２の振動剛性の確保に有利であることに加えて、フロアパネル２の一般面から突出しない締結部Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を構成しつつも、バッテリパック上面（３３）とフロアパネル（２，２３）との間隔を最小限に留めることができる。
この際、カラー３３ｃは、シール材３３ｓの予圧を調整してシール性を最適化する機能を果たすとともに、シール材３３ｓ（およびカラー３３ｃ）の硬さを調整することにより共鳴振動周波数を調整でき、この構成もフロアパネル２の振動剛性の確保に有利である。
なお、上記実施形態では、締結部Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３が、バッテリパック３の上面に溶接されたスタッドボルト３３ｂと、該スタッドボルトに締結されたナット２３ｂで構成される場合を示したが、各締結部Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３は、バッテリパック３の上面に溶接されたウエルドナットと、締結面２３ａのボルト孔に上方から挿通されて前記ウエルドナットに締結されるボルトで構成することもできる。
この場合、ウエルドナットは、バッテリパック３の上面（３３）側に溶接されるか、または、バッテリパック３の上面（３３）を貫通する孔の裏面側（下面側）に溶接されても良く、前者の場合、ウエルドナットの周囲にカラーおよびシール材が設けられるか、カラーを兼ねたウエルドナットにシール材が嵌着されるように構成することもできる。後者の場合は、バッテリパック３の上面側にカラー（およびシール材）が位置決めされる段差などが形成されることが好ましい。
また、上記実施形態では、左右各側に３カ所の締結部Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３が設けられる場合を示したが、締結部Ｐ３またはＰ２を省略して左右各側２箇所とすることもできる。何れの場合にも、左右各側の締結部Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３は、車両後方に向かいフロアトンネル２４との間隔が拡大するように平面視において左右対称に配設され、かつ、斜めに配列されることが好ましい。
このような締結部Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の配置は、車両後方に向かいフロアトンネル２４との間隔が拡大するように平面視において斜めに配設された左右のフロアサイドメンバー１０，１０の配置や、各フロアサイドメンバー１０，１０とフロアトンネル２４との間に設定される高位面２３や段差面２２と整合した配置となり、振動剛性の向上に有利である。
以上、本発明の実施の形態について述べたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいてさらに各種の変形および変更が可能である。
１ 電動車両
２ フロアパネル
３ バッテリパック
４ サポートフレーム
１０ フロアサイドメンバー
１１ フロアクロスメンバー
１２ フロアクロスメンバー
１３ リアフロアクロスメンバー
１４ サイドシル
２０ 空間
２１ 低位面
２２ 段差面
２３ 高位面
２３ａ 締結面
２３ｂ ナット（締結部材）
２３ｃ ワッシャ―
２４ フロアトンネル
２５，２６，２７，２８ ブラケット
３０ バッテリモジュール
３１ インナカバー
３２ ホルダ
３３ アッパシェル（上面）
３３ａ 締結面（底面）
３３ｂ スタッドボルト（締結部材）
３３ｃ カラー
３３ｓ シール材
３４ ロアシェル
３５ フランジ部
４０ サイドフレーム
４１，４２，４３，４４ クロスフレーム
４５，４６，４７，４８ 支持部材
Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４ 固定部（結合点）
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３ 締結部

Claims (5)

  1. バッテリモジュールを収納したバッテリパックが、その両側部に車長方向に離間して配設された複数の支持部在により、フロアパネルの下側に離間して支持され、
    前記バッテリパックの上面が、その面方向に離散的に配設された複数の締結部で前記フロアパネルに結合されており、
    前記各締結部は、前記フロアパネルに個別に凹設された締結面を貫通するボルト孔を通して締結されるボルト／ナットであって、
    前記バッテリパックの上面に溶接されたスタッドボルトまたはウエルドナットと、
    前記ボルト孔に下方から挿通された前記スタッドボルトに締結されるナットまたは前記ボルト孔に上方から挿通されて前記ウエルドナットに締結されるボルトと、による締結部であり、前記各締結部の上端は、前記フロアパネルの一般面より低位置にある、
    電動車両の車体構造。
  2. 前記各締結部における前記バッテリパックの上面に、前記フロアパネルの前記締結面を受容可能な凹部が設けられている、請求項１に記載の電動車両の車体構造。
  3. 前記バッテリパックの前記凹部の底面と、前記フロアパネルの前記締結面との間に、前記ボルト孔の周囲を封止するシール材が介設されている、請求項２に記載の電動車両の車体構造。
  4. バッテリモジュールを収納したバッテリパックが、その両側部に車長方向に離間して配設された複数の支持部在により、フロアパネルの下側に離間して支持され、
    前記バッテリパックの上面が、その面方向に離散的に配設された複数の締結部で前記フロアパネルに結合されており、
    前記フロアパネルの下面に車長方向に延びる左右のフロアサイドメンバーが接合され、かつ、前記フロアパネルの前記左右のフロアサイドメンバーの間に高位面が形成され、その下側に前記バッテリパックの少なくとも上部が収容される空間が画成されており、前記各支持部材は、前記左右のフロアサイドメンバーの車幅方向中央側に沿って配設され、前記各締結部は、前記高位面に個別に凹設された締結面に設けられている、電動車両の車体構造。
  5. 前記フロアパネルの車幅方向中央に車長方向に延びるフロアトンネルが形成され、かつ、前記左右のフロアサイドメンバーは、車両後方に向かい前記フロアトンネルとの間隔が拡大するように平面視において斜めに配設されており、前記左右各側の複数の締結部は、車両後方に向かい前記フロアトンネルとの間隔が拡大するように配設されている、請求項４に記載の電動車両の車体構造。
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