JP7474229B2 - 移動体 - Google Patents

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Description

本発明は、固体電池が搭載された移動体に関する。
近年、地球の気候変動に対する具体的な対策として、低炭素社会又は脱炭素社会の実現に向けた取り組みが活発化している。車両等の移動体においても、ＣＯ２排出量の削減が強く要求され、駆動源の電動化が急速に進んでいる。具体的には、電気自動車（Electrical Vehicle）あるいはハイブリッド電気自動車（Hybrid Electrical Vehicle）といった、車両の駆動源としての電動機と、この電動機に電力を供給可能な二次電池としてのバッテリと、を備える車両の開発が進められている。
近年、バッテリとして固体電池の開発が進められている。固体電池は、一般的に、電解液を用いる従来のバッテリに比較して耐衝撃性に優れる。特許文献１に記載の発明は、この点に着目し、固体電池を車体の剛性維持の部材として機能させるために、骨格部材の中空部に衝撃エネルギー吸収部材を設け、固体電池を収容した電池パックに対向させることが記載されている。
特開２０１７－１８５９４８号公報
しかしながら、特許文献１に記載のものでは、衝撃エネルギー吸収部材を追加部品として骨格部材の中空部に配置するため、車体重量が増大してしまう。固体電池は従来のバッテリに比較して耐衝撃性及び耐熱性も優れるなどの事情もあり、その配置場所の自由度が従来よりも増すと考えられる。
本発明は、重量の増大を抑制可能であって、固体電池の配置を工夫した移動体を提供する。
本発明は、
中空部を有する骨格部材と、
前記骨格部材の前記中空部に配置された固体電池と、を備える移動体であって、
前記骨格部材の前記中空部は、前記骨格部材の長手方向から見て閉断面を有し、
前記固体電池は、複数のセルが積層されて構成され、
前記固体電池は、前記移動体の前後方向又は車幅方向において外側を向く外側面が、前記骨格部材の壁面と対向し、
前記複数のセルの積層方向は、前記固体電池の前記外側面と前記骨格部材の前記壁面とが対向する方向である。
また、本発明は、
中空部を有する骨格部材と、
前記骨格部材の前記中空部に配置された固体電池と、を備える移動体であって、
前記固体電池は、複数のセルが積層されて構成され、
前記固体電池は、前記移動体の前後方向又は車幅方向において外側を向く外側面が、前記骨格部材の壁面と対向し、
前記複数のセルの積層方向は、前記移動体の上下方向である。
本発明によれば、重量の増大を抑制可能であって、固体電池の配置を工夫した移動体を提供できる。
移動体１の車体下部構造を示す斜視図である。 図１のＡ－Ａ断面図である。 第１変形例の移動体１における図１のＡ－Ａ断面図である。 第２変形例の移動体１における図１のＡ－Ａ断面図である。 第３変形例の移動体１における図１のＡ－Ａ断面図である。 第４変形例の移動体１における図１のＡ－Ａ断面図である。
以下、本発明の移動体の一実施形態について、図１及び図２を参照して説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとし、以下の説明において、前後、左右、上下は、移動体の運転者から見た方向に従い、図面に車両の前方をＦｒ、後方をＲｒ、左方をＬ、右方をＲ、上方をＵ、下方をＤ、として示す。
本実施形態の移動体１は、例えば、図１に示すような車体下部構造２を備える電動車両である。車体下部構造２は、左右のサイドシル３と、フロアパネル４と、複数のフロアクロスメンバ５～７と、ドライバシート８と、パッセンジャシート９とを備えている。
左右のサイドシル３は、移動体１の両側部に設けられ、車体前後方向に延出されている。フロアパネル４は、左右のサイドシル３間に架設されている。フロアクロスメンバ５～７は、フロアパネル４の上面部に前後方向に所定の間隔で配置され、左右のサイドシル３間を車幅方向に架設されている。なお、以下の説明では、左側のサイドシル３を例に説明するが、右側のサイドシル３も同様の構成を有する。
図２に示すように、サイドシル３は、中空部３ａを有する骨格部材であり、車幅方向外側のサイドシルアウタ３２と、車幅方向内側のサイドシルインナ３１とを備えている。
サイドシルアウタ３２は、外膨出部３２ａと、上フランジ３２ｂと、下フランジ３２ｃとを有する。外膨出部３２ａは、上フランジ３２ｂ及び下フランジ３２ｃから車幅方向外側に膨出されている。上フランジ３２ｂは、外膨出部３２ａの上端から上方へ張り出され、下フランジ３２ｃは、外膨出部３２ａの下端から下方へ張り出されている。
サイドシルインナ３１は、内膨出部３１ａと、上フランジ３１ｂと、下フランジ３１ｃとを有する。内膨出部３１ａは、上フランジ３１ｂ及び下フランジ３１ｃから車幅方向内側に膨出されている。上フランジ３１ｂは、内膨出部３１ａの上端から上方へ張り出され、下フランジ３１ｃは、内膨出部３１ａの下端から下方へ張り出されている。
サイドシルアウタ３２及びサイドシルインナ３１の上フランジ３２ｂ、３１ｂ同士及び下フランジ３２ｃ、３１ｃ同士を接合することにより、中空部３ａを有するサイドシル３が形成される。
移動体１には、走行用モータの電源となる固体電池１００が搭載されている。固体電池１００は、複数のセル１０１を積層して構成されている。固体電池１００の各セル１０１は、図示は省略するが、固体電池用正極と、固体電池用負極と、固体電池用正極及び固体電池用負極の間に配置された固体電解質とを有しており、固体電解質を介した固体電池用正極と固体電池用負極との間のリチウムイオンの授受により充放電を行う。
固体電解質としては、リチウムイオン伝導性及び絶縁性を有するものであれば特に制限は無く、一般的に全固体型リチウムイオン電池に用いられる材料を用いることができる。例えば、硫化物固体電解質材料、酸化物固体電解質材料、リチウム含有塩などの無機固体電解質や、ポリエチレンオキシドなどのポリマー系の固体電解質、リチウム含有塩やリチウムイオン伝導性のイオン液体を含むゲル系の固体電解質等を挙げることができる。固体電解質材料の形態としては、特に制限は無いが、例えば粒子状を挙げることができる。
図２に示すように、固体電池１００は、サイドシル３の中空部３ａに配置されている。このように骨格部材であるサイドシル３の中空部３ａに固体電池１００を配置することで、追加部品を用いることなく、サイドシル３の剛性を高めることができ、重量の増大を抑制できる。また、サイドシル３の内部に固体電池１００を配置する分、従来バッテリを配置していた部分のスペースを解放し、車室内のスペースを拡大できる。
固体電池１００は、移動体１の車幅方向において外側を向く外側面１００ａが、サイドシル３の側壁面３ｂと対向するように配置されている。このような配置構成によれば、側突時に固体電池１００を剛性部材として衝撃エネルギーを伝達させることができる。なお、固体電池１００が主に前突時又は後突時に衝撃エネルギーを受ける場合には、前後方向において外側を向くである前面又は後面が、骨格部材の壁面と対向するように配置することが好ましい。
また、固体電池１００は、一般的に積層方向の耐衝撃性が高いため、図２の例では、複数のセル１０１の積層方向が車幅方向（左右方向）に設定されている。したがって、側突時に車幅方向から衝撃が作用した場合であっても、より効果的に固体電池１００で衝撃を受けることができる。なお、これに限らず、複数のセル１０１の積層方向は、車体前後方向であってもよい。
つぎに、本発明の実施形態の第１～第４変形例について、図３～６を参照して説明する。ただし、前述の実施形態と共通の構成については、前述の実施形態と同じ符号を用いることで、前述の実施形態の説明を援用する場合がある。
図３に示すように、第１変形例の移動体１では、固体電池１００の外側面１００ａとサイドシル３の側壁面３ｂとの間に、弾性体１１０が設けられている。このような第１変形例によれば、固体電池１００への衝撃入力に弾性体１１０を介させることで、固体電池１００が剛性材として用いやすくなる。弾性体１１０は、例えば、バネ、樹脂、ゴム、クッション材である。
また、第１変形例の移動体１においても、固体電池１００の外側面１００ａとサイドシル３の側壁面３ｂとが、複数のセル１０１の積層方向において対向することが好ましい。
固体電池セルは、その特性として、充電容量（State of Charge）に応じて体積が変化する。例えば充電容量が７５％を基準としたとき、充電容量が１００％のとき充電容量が７５％の時に比べて膨張し、充電容量が５０％のとき充電容量が７５％の時に比べて収縮する。第１変形例によれば、固体電池１００が電池容量（ＳＯＣ）の変動に伴って膨張／収縮した場合の変位を弾性体１１０により吸収することができる。これにより固体電池１００の外側面１００ａとサイドシル３の側壁面３ｂとの隙間が生じづらくなる。
一方、図４に示す第２変形例の移動体１では、複数のセル１０１の積層方向が、移動体１の上下方向となっている。このような第２変形例によれば、固体電池１００が電池容量（ＳＯＣ）の変動に伴って膨張／収縮した場合にも、固体電池１００の外側面１００ａとサイドシル３の側壁面３ｂとの隙間が生じないため、サイドシル３の剛性が高まる。
図５に示すように、第３変形例の移動体１では、固体電池１００に配線接続部１０２を設け、該配線接続部１０２から延びる配線（図示せず）を介してインバータなどの電気機器（図示せず）に接続する。この場合、配線接続部１０２を固体電池１００の車幅方向の中央よりも内側（車体中心側）に配置している。このような第３変形例によれば、配線接続部１０２と電気機器との距離が近くなり配線を短くできる。また、配線接続部１０２に対する衝突時の影響を低く抑えることができる。
図６に示すように、第４変形例の移動体１では、ブラケット等の締結部材１０３、１０４を介して固体電池１００とサイドシル３とを締結している。この場合、締結部材１０３、１０４が、移動体１の上下方向でサイドシル３に固体電池１００を締結することが好ましい。骨格部材の内部では、移動体１の前後方向及び車幅方向よりも上下方向にスペースを確保しやすい。そのため第４変形例では、適切に固体電池１００を固定することができる。
また、締結部材１０３、１０４は、移動体１の前後方向又は車幅方向における固体電池１００の中央部で、固体電池１００をサイドシル３に締結することが好ましい。このような第４変形例によれば、側突時に締結部材１０３、１０４を介して固体電池１００に局所的な応力が作用するのを抑制できる。
以上、図面を参照しながら各種の実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。
例えば、中空部を有する骨格部材としてサイドシルを例示したが、固体電池を配置可能な中空部を有していれば、骨格部材は、サイドシル以外、例えば、車幅方向に延出するフロアクロスメンバ５～７等、上下方向に延出するピラー等であってもよい。
また、前述の実施形態では、移動体として、ハイブリッド自動車、燃料電池車、電気自動車等の電動車両を例示したが、これに限らず、船舶、航空機等の他の輸送機器、除雪機、芝刈機等の作業機であってもよい。
本明細書には少なくとも以下の事項が記載されている。なお、括弧内には、上記した実施形態において対応する構成要素等を示しているが、これに限定されるものではない。
（１） 中空部（中空部３ａ）を有する骨格部材（サイドシル３）と、
前記骨格部材の前記中空部に配置された固体電池（固体電池１００）と、を備える移動体（移動体１）。
（１）によれば、骨格部材の中空部に固体電池を配置することで、追加部品を用いることなく骨格部材の剛性を高めることができ、重量の増大を抑制できる。また、骨格部材の内部に固体電池を配置する分、従来バッテリを配置していた部分のスペースを確保することができ、車室内のスペースを拡大できる。
（２） （１）に記載の移動体であって、
前記固体電池は、前記移動体の前後方向又は車幅方向において外側を向く外側面（外側面１００ａ）が、前記骨格部材の壁面（側壁面３ｂ）と対向する、移動体。
（２）によれば、衝突時に固体電池を剛性部材として衝撃エネルギー伝達させることができる。
（３） （２）に記載の移動体であって、
前記固体電池の前記外側面と前記骨格部材の前記壁面との間に、弾性体（弾性体１１０）が設けられている、移動体。
（３）によれば、固体電池への衝撃入力に弾性体を介させることで、より剛性材として用いやすくなる。
（４） （３）に記載の移動体であって、
前記固体電池は、複数のセル（セル１０１）が積層されて構成され、
前記固体電池の前記外側面と前記骨格部材の前記壁面とが、前記複数のセルの積層方向において対向する、移動体。
（４）によれば、固体電池が電池容量（ＳＯＣ）の変動に伴って膨張収縮した場合の変位を弾性体により吸収することができる。これにより、固体電池の外側面と骨格部材の壁面との隙間が生じづらくなる。
（５） （２）に記載の移動体であって、
前記固体電池は、複数のセル（セル１０１）が積層されて構成され、
前記複数のセルの積層方向は、前記移動体の上下方向である、移動体。
（５）によれば、固体電池が電池容量（ＳＯＣ）の変動に伴って膨張収縮した場合にも、固体電池の外側面と骨格部材の壁面との隙間が生じないため、骨格部材の剛性が高まる。
（６） （１）～（５）のいずれかに記載の移動体であって、
電気機器と、
該電気機器と前記固体電池とを接続する配線と、をさらに備え、
前記固体電池は、前記配線が接続される配線接続部（配線接続部１０２）を有し、
前記配線接続部は、前記固体電池の中央よりも内側に配置される、移動体。
（６）によれば、電気機器との距離が近くなり配線を短くできる。また、配線接続部に対する衝突時の影響を低く抑えることができる。
（７） （１）～（６）のいずれかに記載の移動体であって、
前記固体電池と前記骨格部材とを締結する締結部材（締結部材１０３、１０４）をさらに備え、
前記締結部材は、前記固体電池を前記移動体の上下方向で前記骨格部材に締結する、移動体。
（７）によれば、固体電池を骨格部材の中空部に配置するにあたり、移動体の前後方向及び車幅方向よりも上下方向にスペースを確保しやすいので、適切に固体電池を固定することができる。
（８） （７）に記載の移動体であって、
前記締結部材は、前記移動体の前後方向又は車幅方向における前記固体電池の中央部で、前記固体電池を前記骨格部材に締結する、移動体。
（８）によれば、衝突時に締結部材を介して固体電池に局所的な応力が作用するのを抑制できる。
３ サイドシル（骨格部材）
３ａ 中空部
３ｂ 側壁面（壁面）
１００ 固体電池
１００ａ 外側面
１０１ セル
１０２ 配線接続部
１０３ 締結部材
１１０ 弾性体

Claims (7)

  1. 中空部を有する骨格部材と、
    前記骨格部材の前記中空部に配置された固体電池と、を備える移動体であって、
    前記骨格部材の前記中空部は、前記骨格部材の長手方向から見て閉断面を有し、
    前記固体電池は、複数のセルが積層されて構成され、
    前記固体電池は、前記移動体の前後方向又は車幅方向において外側を向く外側面が、前記骨格部材の壁面と対向し、
    前記複数のセルの積層方向は、前記固体電池の前記外側面と前記骨格部材の前記壁面とが対向する方向である、移動体。
  2. 請求項１に記載の移動体であって、
    前記固体電池の前記外側面と前記骨格部材の前記壁面との間に、弾性体が設けられている、移動体。
  3. 中空部を有する骨格部材と、
    前記骨格部材の前記中空部に配置された固体電池と、を備える移動体であって、
    前記固体電池は、複数のセルが積層されて構成され、
    前記固体電池は、前記移動体の前後方向又は車幅方向において外側を向く外側面が、前記骨格部材の壁面と対向し、
    前記複数のセルの積層方向は、前記移動体の上下方向である、移動体。
  4. 請求項１～３のいずれか一項に記載の移動体であって、
    電気機器と、
    該電気機器と前記固体電池とを接続する配線と、をさらに備え、
    前記固体電池は、前記配線が接続される配線接続部を有し、
    前記配線接続部は、前記固体電池の中央よりも内側に配置される、移動体。
  5. 請求項１～４のいずれか一項に記載の移動体であって、
    前記固体電池と前記骨格部材とを締結する締結部材をさらに備え、
    前記締結部材は、前記固体電池を前記移動体の上下方向で前記骨格部材に締結する、移動体。
  6. 請求項５に記載の移動体であって、
    前記締結部材は、前記移動体の前後方向又は車幅方向における前記固体電池の中央部で、前記固体電池を前記骨格部材に締結する、移動体。
  7. 請求項３に記載の移動体であって、
    前記骨格部材の前記中空部は、前記骨格部材の長手方向から見て閉断面を有する、
    移動体。
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