JP7256145B2

JP7256145B2 - 電動車両

Info

Publication number: JP7256145B2
Application number: JP2020074925A
Authority: JP
Inventors: 章仁佐々木; 優貴向川; 達也楢原
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2020-04-20
Filing date: 2020-04-20
Publication date: 2023-04-11
Anticipated expiration: 2040-04-20
Also published as: US20210323609A1; CN113525092A; US11834100B2; JP2021172136A

Description

本明細書に開示の技術は、電動車両に関する。なお、本明細書において、電動車両とは、電池に蓄えられた電力によって走行する車両を意味する。電動車両には、電気自動車、ハイブリッド自動車、燃料電池自動車等が含まれる。

特許文献１には、車両に搭載された電池パックが開示されている。この電池パックは、骨格部材と電池スタックの間に伝達部材が配置されている。この構成によれば、車両の側面に対する衝突（以下、側突という）に対する車両の剛性が高くなる。

特開２０１９－１８８８５７号公報

側突時に車両のボディの側面部（例えば、ピラー等）が車両中心側に押し込まれると、フロアパネルが下方向に向かって撓むように変形する。フロアパネルの下部に電池パックが配置された電動車両では、フロアパネルが下方向に向かって変形すると、フロアパネルが電池パックに接触する。フロアパネルの変形によって電池パックの内部の電池スタックに荷重が加わると、電池スタックが破損するおそれがある。したがって、本明細書では、側突によってフロアパネルが下方向に向かって変形した場合に、電池スタックに加わる荷重を軽減する技術を提案する。

本明細書が開示する電動車両は、フロアパネルと、前記フロアパネルの下部に配置された電池パックとを有する。前記電池パックが、底板と、複数の電池スタックと、電池クロスメンバと、エンドプレートと、第１荷重伝達部材と、第２荷重伝達部材とを有する。前記複数の電池スタックは、前記底板上に車両前後方向に沿って間隔を開けて配置されている。前記電池クロスメンバは、前記底板から上側に突出しており、車幅方向に沿って伸びており、前記複数の電池スタックの間に配置されている。前記複数のエンドプレートは、それぞれが前記複数の電池スタックのうちの対応する電池スタックの前記車幅方向における外側の側面に固定されている。前記第１荷重伝達部材は、前記電池クロスメンバから前記各電池スタックの上面よりも上側の位置まで伸びている。前記第２荷重伝達部材は、前記第１荷重伝達部材よりも前記車幅方向において外側の位置に配置されている。前記第２荷重伝達部材が、前記電池クロスメンバから前記各電池スタックの上面よりも上側の位置まで伸びる部材、または、前記複数のエンドプレートのうちの少なくとも１つから前記各電池スタックの上面よりも上側の位置まで伸びる部材である。

この電動車両では、第１荷重伝達部材と第２荷重伝達部材の上端が、各電池スタックの上面よりも上側に位置している。したがって、側突によってフロアパネルが下側に向かって変形すると、第１荷重伝達部材と第２荷重伝達部材に荷重が加わる。第１荷重伝達部材に加わった荷重は、電池クロスメンバで受けられる。第２荷重伝達部材に加わった荷重は、電池クロスメンバまたはエンドプレートで受けられる。このため、第１荷重伝達部材と第２荷重伝達部材に加わった荷重が各電池スタックに伝わることを抑制できる。また、車幅方向において２箇所（すなわち、第１荷重伝達部材と第２荷重伝達部材）でフロアパネルを支持することで、フロアパネルから各電池スタックに荷重が加わることを抑制できる。このため、各電池スタックの破損を抑制できる。

電動車両のボディの斜視図。電動車両の側面図。車幅方向におけるフロアパネルと電池パックの断面図（フロアクロスメンバ２４の位置における断面図）。電池パックの分解斜視図。電池パックのトレーと電池モジュールの斜視図。車幅方向におけるフロアパネルと電池パックの断面図（フロアクロスメンバ２２の位置における断面図）。各フロアクロスと各荷重伝達部材の位置関係を示す平面図。フロアパネルが下方向に変形した場合の電池パックの拡大断面図。フロアパネルが下方向に変形した場合の電池パックの拡大断面図。変形例の電動車両の車幅方向におけるフロアパネルと電池パックの断面図。

本明細書が開示する電動車両の技術要素を、以下に列記する。なお、以下の各技術要素は、それぞれ独立して有用なものである。

本明細書が開示する一例の電動車両は、前記フロアパネルから上側に突出しており、前記車幅方向に沿って伸びるフロアクロスメンバをさらに有していてもよい。前記第１荷重伝達部材と前記第２荷重伝達部材の少なくとも一方が前記フロアクロスメンバの下部に配置されている。

フロアクロスメンバを有する電動車両では、フロアパネルがフロアクロスメンバと共に下方向に向かって変形する場合がある。この場合、フロアクロスメンバの下部の電池パックに特に高い荷重が加わる。上記のように第１荷重伝達部材と第２荷重伝達部材の少なくとも一方がフロアクロスメンバの下部に配置されていると、電池パックに加わる高い荷重を第１荷重伝達部材と第２荷重伝達部材の少なくとも一方で受けることができる。このため、電池スタックに高い荷重が加わることを抑制できる。

本明細書が開示する一例の電動車両では、前記第２荷重伝達部材が、前記複数のエンドプレートのうちの少なくとも１つから前記各電池スタックの上面よりも上側の位置まで伸びる前記部材であってもよい。前記電池クロスメンバ上であって前記第１荷重伝達部材よりも前記車幅方向において外側の位置に、前記複数の電池スタックの少なくとも１つに接続された配線が配置されていてもよい。

この構成では、電池クロスメンバ上であって第１荷重伝達部材よりも車幅方向において外側の位置に配線が配置されていることでその位置に第２荷重伝達部材を配置できない場合でも、エンドプレート上に第２荷重伝達部材を配置することができる。

本明細書が開示する一例の電動車両では、前記第１荷重伝達部材が、前記第１荷重伝達部材の前記車幅方向における幅が上側ほど狭くなるテーパ形状を有していてもよい。

この構成によれば、第１荷重伝達部材の折れ曲がりを抑制でき、第１荷重伝達部材でより確実に荷重を受けることができる。

図１、２に示す実施形態の電動車両１０は、車室１２の床を構成するフロアパネル１４を有している。フロアパネル１４の下部に、電池パック３０が配置されている。電池パック３０は、図示しないモータに電力を供給する。このモータが電動車両１０の車輪を回転させることで、電動車両１０が走行する。なお、図１、２を含む各図において、矢印ＦＲは車両前方向を示し、矢印ＲＨは車両右方向を示し、矢印ＵＰは車両上方向を示す。

図３は、フロアパネル１４と電池パック３０を車幅方向に沿って切断した断面図である。図３に示すように、フロアパネル１４の右側の側縁には、ロッカ１６が設けられている。図１に示すように、ロッカ１６は、フロアパネル１４の右側の側縁に沿って車両前後方向に長く伸びている。ロッカ１６は、溶接等によってフロアパネル１４に固定されている。図３に示すように、フロアパネル１４の左側の側縁には、ロッカ１８が設けられている。図１に示すように、ロッカ１８は、フロアパネル１４の左側の側縁に沿って車両前後方向に長く伸びている。ロッカ１６は、溶接等によってフロアパネル１４に固定されている。

図１、２に示すように、フロアパネル１４上には、フロアクロスメンバ２２、２４が配置されている。フロアクロスメンバ２２、２４は、フロアパネル１４から上側に突出している。フロアクロスメンバ２２、２４は、溶接等によってフロアパネル１４に固定されている。フロアクロスメンバ２２は、車幅方向に長く伸びている。フロアクロスメンバ２２の右側の端部は、ロッカ１６に接続されている。フロアクロスメンバ２２の左側の端部は、ロッカ１８に接続されている。フロアクロスメンバ２４は、フロアクロスメンバ２２よりも後側に配置されている。フロアクロスメンバ２４は、車幅方向に長く伸びている。フロアクロスメンバ２２の右側の端部は、ロッカ１６に接続されている。フロアクロスメンバ２２の左側の端部は、ロッカ１８に接続されている。

図３に示すように、電池パック３０は、フロアパネル１４の下部に配置されている。電池パック３０の右側の側縁には、取付部材２６が設けられている。取付部材２６は、電池パック３０の右側の側縁に沿って車両前後方向に長く伸びている。取付部材２６は、図示しないボルトによって、電池パック３０に固定されている。取付部材２６は、ロッカ１６の下部に配置されている。取付部材２６は、ボルト２６ａによってロッカ１６に固定されている。取付部材２６とロッカ１６を介して、電池パック３０はフロアパネル１４に固定されている。電池パック３０の左側の側縁には、取付部材２８が設けられている。取付部材２８は、電池パック３０の左側の側縁に沿って車両前後方向に長く伸びている。取付部材２８は、図示しないボルトによって、電池パック３０に固定されている。取付部材２８は、ロッカ１８の下部に配置されている。取付部材２８は、ボルト２８ａによってロッカ１８に固定されている。取付部材２８とロッカ１８を介して、電池パック３０はフロアパネル１４に固定されている。

図４に示すように、電池パック３０は、カバー３１とトレー３２を有している。カバー３１は、トレー３２の上部を覆っている。電池パック３０の内部には、複数の電池モジュール４０が収容されている。図５に示すように、各電池モジュール４０は、電池スタック４２と、２つのエンドプレート４６を有している。電池スタック４２は、複数の電池セル４４を積層した積層体である。各エンドプレート４６は、樹脂製のプレートであり、比較的高い剛性を有している。エンドプレート４６は、電池スタック４２の両端面に固定されている。すなわち、２つのエンドプレート４６によって電池スタック４２が挟まれている。各エンドプレート４６の上面は、各電池スタック４２の上面と略同じ高さに位置している。

図５に示すように、トレー３２は、底板３２ａと、４つの側板３２ｂ～３２ｅを有している。底板３２ａの４辺を囲むように側板３２ｂ～３２ｅが配置されている。したがって、トレー３２は、カップ形状を有している。トレー３２の内部の車幅方向中央部には、電池センタメンバ３４が配置されている。電池センタメンバ３４は、底板３２ａから上側に突出している。電池センタメンバ３４は、底板３２ａに固定されている。電池センタメンバ３４は、車両前後方向に長く伸びている。電池センタメンバ３４の前側の端部は、前側の側板３２ｄに接続されている。電池センタメンバ３４の後側の端部は、後側の側板３２ｅに接続されている。

トレー３２の内部には、複数の電池クロスメンバ３６が配置されている。各電池クロスメンバ３６は、底板３２ａから上側に突出している。各電池クロスメンバ３６の上面は、各電池スタック４２の上面よりも下側に位置している。各電池クロスメンバ３６は、底板３２ａに固定されている。各電池クロスメンバ３６は、車幅方向に長く伸びている。各電池クロスメンバ３６は、右側の側板３２ｂと電池センタメンバ３４の間、または、左側の側板３２ｃと電池センタメンバ３４の間に配置されている。各電池クロスメンバ３６の一方の端部（車幅方向において電池パック３０の中心側に位置する端部）は、電池センタメンバ３４に接続されている。各電池クロスメンバ３６の他方の端部は、側板３２ｂまたは側板３２ｃに接続されている。電池センタメンバ３４と複数の電池クロスメンバ３６によって、トレー３２の内部が１０個の領域３７に区画されている。図４に示すように、各電池モジュール４０は、対応する領域３７に収容されている。このため、トレー３２内において、車幅方向に沿って２つの電池モジュール４０が配列されており、車両前後方向に沿って５つの電池モジュール４０が配列されている。したがって、車両前後方向に沿って配列された５つの電池モジュール４０の間の各間隔には、電池クロスメンバ３６が配置されている。すなわち、各電池クロスメンバ３６は、車両前後方向に沿って配列された電池モジュール４０の間に配置されている。各エンドプレート４６の下面は、底板３２ａに接している。各電池モジュール４０は、電池セル４４の積層方向が車幅方向と一致する向きで、領域３７内に収容されている。したがって、側板３２ｂ、側板３２ｃ及び電池センタメンバ３４に隣接する位置に、各エンドプレート４６が配置される。以下では、側板３２ｂ、３２ｃに隣接するエンドプレート４６を、エンドプレート４６ａという。

図４、５に示すように、側板３２ｂ、３２ｃに隣接する各エンドプレート４６ａの上部に、荷重伝達部材４８が配置されている。各荷重伝達部材４８は、その下部のエンドプレート４６ａから上側に伸びている。各荷重伝達部材４８は、その下部のエンドプレート４６ａに固定されている。なお、各荷重伝達部材４８は、その下部のエンドプレート４６ａと一体化していてもよい。各荷重伝達部材４８の上端は、電池スタック４２の上面よりも上側に位置している。図３に示すように、各荷重伝達部材４８の上端は、カバー３１の近傍に配置されている。なお、各荷重伝達部材４８の上端とカバー３１の間に隙間が存在していてもよいし、各荷重伝達部材４８の上端がカバー３１に接触していてもよい。

図４、５に示すように、各電池クロスメンバ３６の上部に、荷重伝達部材３８、３９が配置されている。各荷重伝達部材３８、３９は、その下部の電池クロスメンバ３６から上側に伸びている。各荷重伝達部材３８、３９は、その下部の電池クロスメンバ３６に固定されている。なお、各荷重伝達部材３８、３９は、その下部の電池クロスメンバ３６と一体化していてもよい。各荷重伝達部材３８、３９の上端は、電池スタック４２の上面よりも上側に位置している。荷重伝達部材３９は、荷重伝達部材３８よりも車幅方向において外側（電池センタメンバ３４から遠い位置）に配置されている。言い換えると、荷重伝達部材３９と電池センタメンバ３４の間に荷重伝達部材３８が配置されている。図６に示すように、各荷重伝達部材３８、３９の上端は、カバー３１の近傍に配置されている。なお、各荷重伝達部材３８、３９の上端とカバー３１の間に隙間が存在していてもよいし、各荷重伝達部材３８、３９の上端がカバー３１に接触していてもよい。各荷重伝達部材３８、３９は、自身の車幅方向における幅が上側ほど狭くなるテーパ形状（より詳細には、台形形状）を有している。

図７は、フロアパネル１４と電池パック３０を上から見たときのフロアクロスメンバ２２、２４と荷重伝達部材３８、３９、４８の位置関係を示している。なお、図７では、フロアクロスメンバ２２、２４をハッチングにより示している。図７に示すように、フロアクロスメンバ２２の下部には、荷重伝達部材３８、３９が配置されている。フロアクロスメンバ２４の下部には、荷重伝達部材４８が配置されている。

図８、９に示すように、フロアパネル１４が下側に向かって撓むように変形する場合がある。例えば、図１に示すセンターピラー１９が側突によって車室１２内に向かって変形した場合に、フロアパネル１４が下側に向かって撓むように変形する。図８、９に示すようにフロアパネル１４が下側に撓むように変形すると、フロアパネル１４がカバー３１に接触し、カバー３１が下側に押される。電池パック３０内では荷重伝達部材３８、３９、４８の上端が電池スタック４２の上面よりも上側に位置しているので、フロアパネル１４によって下側に押されたカバー３１は荷重伝達部材３８、３９、４８によって支持される。このため、カバー３１が電池スタック４２に接触することが防止される。カバー３１から荷重伝達部材３８、３９に加わる荷重は、電池クロスメンバ３６を介して底板３２ａに伝わる。また、カバー３１から荷重伝達部材４８に加わる荷重は、エンドプレート４６ａを介して底板３２ａに伝わる。このように、荷重伝達部材３８、３９、４８に加わる荷重は、これらの下部の底板３２ａに伝わる。したがって、電池スタック４２に荷重が加わることを抑制できる。このように、荷重伝達部材３８、３９、４８が設けられていることで、電池スタック４２に加わる荷重を低減できる。このため、フロアパネル１４が下側に変形したときに、電池スタック４２の破損を抑制できる。

なお、図８、９に示すように、フロアクロスメンバ２２、２４が設けられている箇所では、フロアパネル１４がフロアクロスメンバ２２、２４と共に下側に変形する。したがって、フロアパネル１４が下側に変形したときに、フロアクロスメンバ２２、２４の下部では、電池パック３０のカバー３１により高い荷重が加わる。上述したように、フロアクロスメンバ２２の下部には荷重伝達部材３８、３９が設けられているので、荷重伝達部材３８、３９で高い荷重を受けることができる。また、フロアクロスメンバ２４の下部には荷重伝達部材４８が設けられているので、荷重伝達部材４８で高い荷重を受けることができる。したがって、高い荷重が生じるフロアクロスメンバ２２、２４の下部においても、電池スタック４２の破損を抑制できる。

また、上述したように、荷重伝達部材３８、３９は、上側ほど幅が狭くなるテーパ形状を有している。荷重伝達部材３８、３９がこのような形状を有していることで、荷重が加わるときに荷重伝達部材３８、３９が折れ曲がることを抑制することができる。したがって、荷重伝達部材３８、３９でより確実にカバー３１を支持することが可能となり、より確実に電池スタック４２の破損を抑制することができる。

なお、上述した実施形態では、電池パック３０内に荷重伝達部材３９が設けられていた。しかしながら、電池パック３０内に荷重伝達部材３９が設けられていなくてもよい。例えば、図１０に示すように、電池クロスメンバ３６上に電池スタック４２に接続された配線１００が配置されており、電池クロスメンバ３６上に荷重伝達部材３９を設けることができない場合がある。このような場合には、荷重伝達部材３９が設けられていなくてもよい。荷重伝達部材３９が設けられていない場合でも、荷重伝達部材３８と荷重伝達部材４８によってカバー３１を支持できるので、電池スタック４２の破損を抑制することができる。このように、電池スタック４２が存在する範囲内において車幅方向に間隔を開けて少なくとも２箇所に荷重伝達部材が設けられていれば、電池スタック４２に加わる荷重を効果的に低減することができる。

また、上述した実施形態では、電池パック３０内に荷重伝達部材４８が設けられていた。しかしながら、電池パック３０内に荷重伝達部材４８が設けられていなくてもよい。荷重伝達部材４８が設けられていない場合でも、荷重伝達部材３８と荷重伝達部材３９によってカバー３１を支持できるので、電池スタック４２の破損を抑制することができる。このように、電池スタック４２が存在する範囲内において車幅方向に間隔を開けて少なくとも２箇所に荷重伝達部材が設けられていれば、電池スタック４２に加わる荷重を効果的に低減することができる。

上述した実施形態の構成要素と、特許請求の範囲に記載の構成要素との対応関係について、以下に説明する。実施形態のエンドプレート４６ａは、特許請求の範囲のエンドプレートの一例である。実施形態の荷重伝達部材３８は、特許請求の範囲の第１荷重伝達部材の一例である。実施形態の荷重伝達部材３９、４８は、特許請求の範囲の第２荷重伝達部材の一例である。

以上、実施形態について詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独あるいは各種の組み合わせによって技術有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの１つの目的を達成すること自体で技術有用性を持つものである。

１０：電動車両
１２：車室
１４：フロアパネル
１６：ロッカ
１８：ロッカ
２２：フロアクロスメンバ
２４：フロアクロスメンバ
３０：電池パック
３１：カバー
３２：トレー
３２ａ：底板
３４：電池センタメンバ
３６：電池クロスメンバ
３８：荷重伝達部材
３９：荷重伝達部材
４０：電池モジュール
４２：電池スタック
４４：電池セル
４６：エンドプレート
４８：荷重伝達部材

Claims

電動車両であって、
フロアパネルと、
前記フロアパネルの下部に配置された電池パックと、
を有し、
前記電池パックが、
底板と、
前記底板上に車両前後方向に沿って間隔を開けて配置された複数の電池スタックと、
前記底板から上側に突出しており、車幅方向に沿って伸びており、前記複数の電池スタックの間に配置された電池クロスメンバと、
複数のエンドプレートであって、それぞれが前記複数の電池スタックのうちの対応する電池スタックの前記車幅方向における外側の側面に固定されている複数のエンドプレートと、
前記電池クロスメンバから前記各電池スタックの上面よりも上側の位置まで伸びる第１荷重伝達部材と、
前記第１荷重伝達部材よりも前記車幅方向において外側の位置に配置された第２荷重伝達部材と、
を有し、
前記第２荷重伝達部材が、前記電池クロスメンバから前記各電池スタックの上面よりも上側の位置まで伸びる部材、または、前記複数のエンドプレートのうちの少なくとも１つから前記各電池スタックの上面よりも上側の位置まで伸びる部材であり、
前記フロアパネルから上側に突出しており、前記車幅方向に沿って伸びるフロアクロスメンバをさらに有し、
前記第１荷重伝達部材と前記第２荷重伝達部材の少なくとも一方が前記フロアクロスメンバの下部に配置されている、

電動車両。
電動車両であって、
フロアパネルと、
前記フロアパネルの下部に配置された電池パックと、
を有し、
前記電池パックが、
底板と、
前記底板上に車両前後方向に沿って間隔を開けて配置された複数の電池スタックと、
前記底板から上側に突出しており、車幅方向に沿って伸びており、前記複数の電池スタックの間に配置された電池クロスメンバと、
複数のエンドプレートであって、それぞれが前記複数の電池スタックのうちの対応する電池スタックの前記車幅方向における外側の側面に固定されている複数のエンドプレートと、
前記電池クロスメンバから前記各電池スタックの上面よりも上側の位置まで伸びる第１荷重伝達部材と、
前記第１荷重伝達部材よりも前記車幅方向において外側の位置に配置された第２荷重伝達部材と、
を有し、
前記第２荷重伝達部材が、前記複数のエンドプレートのうちの少なくとも１つから前記各電池スタックの上面よりも上側の位置まで伸びる部材であり、
前記電池クロスメンバ上であって前記第１荷重伝達部材よりも前記車幅方向において外側の位置に、前記複数の電池スタックの少なくとも１つに接続された配線が配置されている、
電動車両。