WO2013073464A1 - バッテリの車載構造 - Google Patents

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Abstract

複数のバッテリ（４２）を収納するバッテリケース（２４）を車幅方向に延びるクロスメンバ（２０）を備える車体フレーム（１１）に搭載する際に、バッテリケース（２４）に形成した車幅方向に延びる凹部（３９ｂ）内に車体フレーム（１１）のクロスメンバ（２０）を配置するので、クロスメンバ（２０）との干渉を回避しながらバッテリケース（２４）の搭載を可能にすることができる。重量の大きいバッテリ（４２）を収納するバッテリケース（２４）の前後方向中間部は下向きに変形し易くなるが、バッテリケース（２４）の凹部（３９ｂ）を固定手段（５４）でクロスメンバ（２０）に固定することでバッテリケース（２４）の変形を防止することができる。

Description

バッテリの車載構造
　本発明は、複数のバッテリを収納するバッテリケースを車幅方向に延びるクロスメンバを備える車体フレームに搭載すべく、前記バッテリケースに車幅方向に延びる凹部を形成し、前記凹部内に前記クロスメンバを配置するバッテリの車載構造に関する。
　かかるバッテリの車載構造は、下記特許文献１により公知である。
　このバッテリの車載構造によれば、クロスメンバを設けることで車体フレームの剛性を高め、かつバッテリケースとクロスメンバとが干渉するのを回避しながら、車体フレームの所望の位置にバッテリケースを搭載することが可能となり、これによりバッテリケースと路面との間の最小地上高の確保と、バッテリケースの上方の車室の容積の確保とを両立させることができる。
日本特開２００９－８７６４６号公報
　ところで、バッテリケースの形状は車体フレームの形状に合わせて車体前後方向に長くなることが多いため、その前後方向中間部がバッテリの重量で下向きに変形し易くなる。しかも上記特許文献１に記載されたものでは、バッテリケースの蓋部材に車幅方向に延びる凹部が形成されているため、凹部の近傍の剛性が低下してバッテリケースの前後方向中間部が一層下向きに変形し易くなる可能性がある。
　本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、車体フレームのクロスメンバとの干渉を回避するために車幅方向に延びる凹部を形成したバッテリケースが、バッテリの重量で下向きに変形するのを防止することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明によれば、複数のバッテリを収納するバッテリケースを車幅方向に延びるクロスメンバを備える車体フレームに搭載すべく、前記バッテリケースに車幅方向に延びる凹部を形成し、前記凹部内に前記クロスメンバを配置するバッテリの車載構造において、前記バッテリケースの凹部を前記クロスメンバに固定する固定手段を備えることを第１の特徴とするバッテリの車載構造が提案される。
　また本発明によれば、前記第１の特徴に加えて、前記複数のバッテリは前記凹部を跨いで延びるバスバーによって相互に電気的に接続され、前記バッテリケースは、前記複数のバッテリを下方から支持するバッテリ支持部材と、前記バッテリ支持部材に結合されて前記複数のバッテリの上方を覆う蓋部材とからなり、前記固定手段は前記バッテリ支持部材および前記蓋部材を前記クロスメンバに固定することを第２の特徴とするバッテリの車載構造が提案される。
　また本発明によれば、前記第１または第２の特徴に加えて、前記蓋部材は絶縁性材料で構成されることを第３の徴とするバッテリの車載構造が提案される。
　また本発明によれば、前記第１～第３の何れか１つの特徴に加えて、前記蓋部材は前記バッテリを冷却するための冷却空気を前記バッテリケースの内部に導入する冷却空気導入口を備え、前記凹部は、前記冷却空気導入口に向かう冷却空気の流路の下方あるいは上流側に位置することを第４の徴とするバッテリの車載構造が提案される。
　尚、実施の形態のミドルクロスメンバ２０は本発明のクロスメンバに対応し、実施の形態のバッテリトレー３８は本発明のバッテリ支持部材に対応し、実施の形態のバッテリカバー３９は本発明の蓋部材に対応し、実施の形態のバッテリモジュール４２は本発明のバッテリに対応し、実施の形態のボルト５４は本発明の固定部材に対応する。
　本発明の第１の特徴によれば、複数のバッテリを収納するバッテリケースを車幅方向に延びるクロスメンバを備える車体フレームに搭載する際に、バッテリケースに形成した車幅方向に延びる凹部内に車体フレームのクロスメンバを配置するので、クロスメンバとの干渉を回避しながらバッテリケースの搭載を可能にすることができる。重量の大きいバッテリを収納するバッテリケースの前後方向中間部は下向きに変形し易くなるが、バッテリケースの凹部を固定手段でクロスメンバに固定することでバッテリケースの変形を防止することができる。
　また本発明の第２の特徴によれば、によれば、バッテリケースは、複数のバッテリを下方から支持するバッテリ支持部材と、バッテリ支持部材に結合されて複数のバッテリの上方を覆う蓋部材とからなり、固定手段はバッテリ支持部材および蓋部材をクロスメンバに固定するので、車両の衝突によってバッテリケースに衝突荷重が入力したときに、固定手段によって凹部の近傍のバッテリケースの強度を高めることで、凹部を跨いで複数のバッテリを相互に電気的に接続するバスバーを保護して地絡の発生を未然に防止することができる。
　また本発明の第３の特徴によれば、バッテリケースの蓋部材を絶縁性材料で構成したので、バッテリの端子が蓋部材を介して車体フレームに地絡するのを防止することができる。
　また本発明の第４の特徴によれば、蓋部材はバッテリを冷却するための冷却空気をバッテリケースの内部に導入する冷却空気導入口を備えており、その冷却空気導入口に向かう冷却空気の流路の下方あるいは上流側に蓋部材の凹部が位置するので、冷却空気に含まれる塵や水滴を凹部に捕獲してバッテリケースの内部に吸い込まれるのを防止することができる。
図１は電気自動車の側面図である。（第１の実施の形態） 図２は車体フレームおよびバッテリパックの斜視図である。（第１の実施の形態） 図３はバッテリパックの斜視図である。（第１の実施の形態） 図４は図１の４方向矢視図である。（第１の実施の形態） 図５は図４の５－５線断面図である。（第１の実施の形態） 図６は図４の６－６線断面図である。（第１の実施の形態） 図７は図４の７－７線断面図である。（第１の実施の形態） 図８は図４の８－８線断面図である。（第１の実施の形態） 図９は通気孔形成部材の斜視図である。（第１の実施の形態）
１１　　　　車体フレーム
２０　　　　ミドルクロスメンバ（クロスメンバ）
２４　　　　バッテリケース
３８　　　　バッテリトレー（バッテリ支持部材）
３９　　　　バッテリカバー（蓋部材）
３９ｂ　　　凹部
４２　　　　バッテリモジュール（バッテリ）
４８ａ　　　冷却空気導入口
５４　　　　ボルト（固定手段）
５７　　　　バスバー
　以下、図１～図９に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
第１の実施の形態
　図１および図２に示すように、電気自動車の車体フレーム１１は、車体前後方向に延びる左右一対のフロアフレーム１２，１２と、フロアフレーム１２，１２の前端から上方に屈曲しながら前方に延びる左右一対のフロントサイドフレーム１３，１３と、フロアフレーム１２，１２の後端から上方に屈曲しながら後方に延びる左右一対のリヤサイドフレーム１４，１４と、フロアフレーム１２，１２の車幅方向外側に配置された左右一対のサイドシル１５，１５と、サイドシル１５，１５の前端をフロアフレーム１２，１２の前端に接続する左右一対のフロントアウトリガー１６，１６と、サイドシル１５，１５の後端をフロアフレーム１２，１２の後端に接続する左右一対のリヤアウトリガー１７，１７と、左右一対のフロントサイドフレーム１３，１３の前端部間を車幅方向に接続するフロントバンパービーム１８と、左右一対のフロアフレーム１２，１２の前端部間を車幅方向に接続するフロントクロスメンバ１９と、左右一対のフロアフレーム１２，１２の前後方向中間部間を車幅方向に接続するミドルクロスメンバ２０と、左右一対のリヤサイドフレーム１４，１４の前後方向中間部間を車幅方向に接続するリヤクロスメンバ２１と、左右一対のリヤサイドフレーム１４，１４の後端部間を車幅方向に接続するリヤバンパービーム２２とを備える。
　電気自動車の走行用駆動源であるモータ・ジェネレータ２３の電源となるバッテリパック３１は車体フレーム１１の下面側から吊り下げ支持される。即ち、バッテリパック３１の下面には車幅方向に延びるフロント吊り下げビーム３２、ミドル吊り下げビーム３３およびリヤ吊り下げビーム３４が固定されており、フロント吊り下げビーム３２の両端が左右一対のフロアフレーム１２，１２の前部に固定され、ミドル吊り下げビーム３３の両端が左右一対のフロアフレーム１２，１２の後部に固定され、リヤ吊り下げビーム３４の両端が左右一対のリヤサイドフレーム１４，１４の前部から垂下する支持部材３５，３５の下端に固定される。またバッテリパック３１の前端の車幅方向中央部が前部ブラケット３６を介してフロントクロスメンバ１９に支持されるとともに、バッテリパック３１の後端の車幅方向中央部が後部ブラケット３７を介してリヤクロスメンバ２１に支持される。更に、バッテリパック３１は、フロント吊り下げビーム３２およびミドル吊り下げビーム３３の中間位置において、ミドルクロスメンバ２０の下面に支持される。
　図３および図４に示すように、バッテリパック３１は、金属製のバッテリトレー３８と、バッテリトレー３８に上方から重ね合わされた合成樹脂製のバッテリカバー３９とを備える。バッテリトレー３８の周縁部とバッテリカバー３９の周縁部とは、シール部材４０を挟んで多数のボルト４１…で締結されており（図７参照）、従ってバッテリパック３１の内部は基本的に密閉された空間となる。バッテリトレー３８の上面には、複数のバッテリセルを直列に積層したバッテリモジュール４２…が複数個搭載される。バッテリトレー３８およびバッテリカバー３９は、本発明のバッテリケース２４を構成する。
　バッテリトレー３８は、アッパープレート４３とロアプレート４４との間に凹凸を有するミドルプレート４５を挟んで結合したもので（図７参照）、それらの間に冷却空気が流れる空間が形成されており、アッパープレート４３の上面に接触するバッテリモジュール４２…との間で熱交換を行い、充放電により発熱するバッテリモジュール４２…を冷却する。
　バッテリパック３１の後部に設けられた冷却装置４６は、図示せぬ電動モータで回転する左右一対の冷却ファン４７，４７を備える。左右一対の冷却ファン４７，４７の間に配置された吸入ダクト４８の下端はバッテリトレー３８の冷却空気通路の上流側に接続され、左右一対の冷却ファン４７，４７の車幅方向外側に配置された左右一対の排出ダクト４９，４９の下端はバッテリトレー３８の冷却空気通路の下流側に接続される。従って、冷却ファン４７，４７を駆動すると、吸入ダクト４８の冷却空気導入４８ａから吸入された冷却空気はバッテリトレー３８の内部に供給され、バッテリトレー３８の内部を流れる間にバッテリモジュール４２…とに間で熱交換を行った後、排出ダクト４９，４９から冷却ファン４７，４７を通過して冷却空気排出口４７ａ，４７ａから排出される。
　バッテリケース２４のバッテリカバー３９は、その前部から後部にかけて、第１凸部３９ａ、凹部３９ｂ、第２凸部３９ｃおよび第３凸部３９ｄを備える。上向きに突出する第１凸部３９ａの内部には複数のバッテリモジュール４２…が収納される。第１凸部３９ａの上面から更に上向きに突出する隆起部３９ｅの内部にはバッテリパック３１のメインスイッチ（図示せず）が収納され、隆起部３９ｅの上面にはメインスイッチを操作するためのアクセスパネル３９ｆが設けられる。
　第２凸部３９ｃの内部には複数のバッテリモジュール４２…が収納される。第３凸部３９ｄの内部には、その前側部分の一段高い位置に２個のバッテリモジュール４２…が収納され、その後側部分にジャンクションボード（図示せず）が収納される。凹部３９ｂは車幅方向に溝状に延びており、その部分でバッテリパック３１の上下方向の厚さは最も薄くなっている。
　図３、図５および図６に示すように、バッテリカバー３９の凹部３９ｂとバッテリトレー３８との間には、上下方向に延びる３本のカラー５０…が配置される。カラー５０の下端はバッテリトレー３８のロアプレート４４およびその下面に固定された補強部材５１に固定され、カラー５０の中間部に形成したフランジ５０ａはバッテリトレー３８のアッパープレート４３の上面に固定した補強部材５２の下面に固定され、カラー５０の上部に設けたフランジ５０ｂとバッテリカバー３９の凹部３９ｂの下面との間にはシール部材５３が配置される。３本のカラー５０…を下から上に貫通する３本のボルト５４…は、フロアパネル５５の下面に固定されたミドルクロスメンバ２０の上面に溶接したウエルドナット５６…に螺合する。ボルト５４…の締結力はカラー５０…により支持されるため、バッテリケース２４は潰れることなくミドルクロスメンバ２０の下面に強固に固定される。
　バッテリカバー３９の凹部３９ｂを挟んで前後に配置されたバッテリモジュール４２…の端子４２ａ…どうしが、逆Ω状に屈曲するバスバー５７…によって接続される。バスバー５７は金属線５８を合成樹脂の被覆材５９で覆ったもので、その両端がバッテリモジュール４２，４２の端子４２ａ，４２ａにボルト６０，６０で固定される。
　図４、図８および図９に示すように、バッテリカバー３９の第１凸部３９ａの隆起部３９ｅの後側の略鉛直に起立する壁面３９ｇに、複数個の通気孔形成部材６１…が左右方向に並置される。通気孔形成部材６１は、円板状の本体部６１ａと、本体部６１ａの上部に連結部６１ｂを介して連結されて該本体部６１ａの表面側に対向する円板状のカバー部６１ｃと、本体部６１ａの裏面側から突出する３本の爪部６１ｄ…とを備えており、本体部６１ａの中央に形成された円形の通気孔６１ｅにゴアテックス（登録商標）等の通気部材６２が設けられる。通気部材６２は、空気を通過させて水分や埃の通過を阻止する機能を有する。
　通気孔形成部材６１は、バッテリカバー３９の壁面３９ｇに形成した開口３０ｈに、Ｏリング６３を挟んだ状態で３本の爪部６１ｄ…によって固定される。壁面３９ｇに固定された通気孔形成部材６１の上部は、壁面３９ｇから後方に突出する庇部３９ｉによって覆われる。
　次に、上記構成を備えた本発明の実施の形態の作用を説明する。
　予めアセンブリとして組み立てたバッテリパック３１を車体フレーム１１に下方から取り付けるために、フロント吊り下げビーム３２の両端およびミドル吊り下げビーム３３の両端をフロアフレーム１２，１２に固定し、リヤ吊り下げビーム３４の両端を支持部材３５，３５を介してリヤサイドフレーム１４，１４に固定し、前部ブラケット３６および後部ブラケット３７をそれぞれフロントクロスメンバ１９およびリヤクロスメンバ２１に固定する。このとき、バッテリパック３１のバッテリカバー３９の前後方向中間部に凹部３９ｂが形成されているので、バッテリパック３１を車体フレーム１１に取り付けたときに、車体フレーム１１のミドルクロスメンバ２０がバッテリカバー３９の凹部３９ｂに嵌合することで、バッテリパック３１を車体フレーム１１と干渉することなく取り付けることができる。
　ところで、バッテリケース２４は車体前後方向に長い形状であり、しかも合成樹脂製のバッテリカバー３９はバッテリケース２４の剛性に殆ど寄与しないため、厚さが小さいバッテリトレー３８がバッテリモジュール４２…の重量によって変形することで、バッテリケース２４の前後方向中間部が下向きに撓む問題がある。しかしながら、本実施の形態によれば、バッテリケース２４を、バッテリカバー３９の凹部３９ｂの位置でミドルクロスメンバ２０の下面に３本のボルト５４…で固定したので、バッテリパック３１の重量を高剛性の強度部材であるミドルクロスメンバ２０に支持させることで、バッテリケース２４の前後方向中間部が下向きに撓むのを確実に防止することができる。
　またボルト５４…はバッテリケース２４のバッテリトレー３８およびバッテリカバー３９の両方を貫通してミドルクロスメンバ２０に固定するので、車両の衝突によってバッテリケース２４に衝突荷重が入力したときに、ボルト５４…によって凹部３９ｂの近傍のバッテリケース２４の強度を高めることで、凹部３９ｂを跨いで前後のバッテリモジュール４２…を電気的に接続するバスバー５７…を保護して地絡の発生を未然に防止することができる。しかもバッテリケース２４のバッテリカバー３９はバッテリモジュール４２…の端子４２ａ…に接近した位置に配置されるが、そのバッテリカバー３９が非導電性の合成樹脂で構成されるためバッテリモジュール４２…の端子４２ａ…がバッテリカバー３９を介して車体フレーム１１に地絡するのを防止することができる。
　また冷却装置４６の冷却ファン４７，４７が作動すると、バッテリカバー３９の上面に沿って流れる冷却空気が、バッテリカバー３９の一部を構成する吸入ダクト４８の前面に開口する冷却空気導入口４８ａから吸い込まれるが、その冷却空気導入口４８ａの前方のバッテリカバー３９には車幅方向に延びる第２凹部３９ｄが存在するため、バッテリカバー３９の上面に沿って流れる冷却空気に含まれる塵や水滴を第２凹部３９ｄに捕獲し、バッテリケース２４の内部に吸い込まれるのを防止することができる。
　ところで、バッテリケース２４は、バッテリトレー３８にシール部材４０を介してバッテリカバー３９を結合した密閉容器であるため、その内部に収納したバッテリモジュール４２…が充放電によって発熱すると内圧が増加し、充放電の停止によって冷却すると内圧が減少する。そのため、バッテリカバー３９の変形や、バッテリケース２４の内圧低下によるシール部材４０への水浸入方向の圧力の上昇により、シール部材４０のシール機能が低下してバッテリケース２４の内部に水や塵が入る可能性がある。
　しかしながら本実施の形態によれば、バッテリケース２４の内圧が増加すると通気孔形成部材６１…の通気孔６１ｅ…を通して空気を排出し、バッテリケース２４の内圧が減少すると通気孔形成部材６１…の通気孔６１ｅ…を通して空気を吸入することで、バッテリケース２４の内圧を大気圧に維持してシール部材４０を保護することができる。このとき、通気孔形成部材６１…の通気孔６１ｅ…には空気を通過させて水分や埃を通過させない通気部材６２…が設けられるので、バッテリケース２４の内部への水分や埃の侵入を防止することができる。
　また通気孔形成部材６１…は、バッテリカバー３９の第１凸部３９ａの後方の壁面３９ｇ、つまり冷却空気の流れ方向下流側を向く壁面３９ｇに設けられるので、冷却空気に含まれる塵や水滴が通気孔形成部材６１…からバッテリケース２４の内部に侵入し難くすることができる。しかも、前記壁面３９ｇは略鉛直方向に起立し、かつ上方に庇部３９ｉが張り出しているので、壁面３９ｇを伝わって流れる雨水等が通気孔形成部材６１…を通してバッテリケース２４の内部に流入し難くすることができる。更に、冷却装置４６の前向きに開口する冷却空気導入口４８ａと、第１凸部３９ａの後向きの壁面３９ｇに設けられた通気孔形成部材６１…とを結ぶ線を遮るように、バッテリケース２４の第３凸部３９ｄが起立するので、冷却空気導入口４８ａに発生する負圧が通気孔形成部材６１…に作用し難くすることで、バッテリケース２４の内部の空気が吸い出されるのを防止することができる。更にまた、通気孔形成部材６１…の通気孔６１ｅ…はカバー部６１ｃ…で覆われているので、雨水等を一層確実に遮ることができるだけでなく、蟻等の昆虫が侵入して通気部材６２…を食い破る等の被害を防止することができる。
　以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
　例えば、実施の形態のバッテリカバー３９は一部材で構成されているが、凹部３９ｂの位置で前後に２分割しても良い。
　また本発明の固定部材は実施の形態のボルト５４に限定されるものではなく、クランプやクリップのような任意の固定部材を採用することができる。
　また実施の形態では冷却空気が冷却空気導入口４８ａに流入する流路の下方に凹部３９ｂを配置しているが、冷却空気導入口４８ａに流入する冷却空気の流路の上流側（つまり冷却空気の流路上）に凹部３９ｂを配置すれば、必ずしも下方に配置されていなくても同様の作用効果を達成することができる。

Claims (4)

  1. 　複数のバッテリ（４２）を収納するバッテリケース（２４）を車幅方向に延びるクロスメンバ（２０）を備える車体フレーム（１１）に搭載すべく、前記バッテリケース（２４）に車幅方向に延びる凹部（３９ｂ）を形成し、前記凹部（３９ｂ）内に前記クロスメンバ（２０）を配置するバッテリの車載構造において、
    　前記バッテリケース（２４）の凹部（３９ｂ）を前記クロスメンバ（２０）に固定する固定手段（５４）を備えることを特徴とするバッテリの車載構造。
  2. 　前記複数のバッテリ（４２）は前記凹部（３９ｂ）を跨いで延びるバスバー（５７）によって相互に電気的に接続され、前記バッテリケース（２４）は、前記複数のバッテリ（４２）を下方から支持するバッテリ支持部材（３８）と、前記バッテリ支持部材（３８）に結合されて前記複数のバッテリ（４２）の上方を覆う蓋部材（３９）とからなり、前記固定手段（５４）は前記バッテリ支持部材（３８）および前記蓋部材（３９）を前記クロスメンバ（２０）に固定することを特徴とする、請求項１に記載のバッテリの車載構造。
  3. 　前記蓋部材（３９）は絶縁性材料で構成されることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のバッテリの車載構造。
  4. 　前記蓋部材（３９）は前記バッテリ（４２）を冷却するための冷却空気を前記バッテリケース（２４）の内部に導入する冷却空気導入口（４８ａ）を備え、前記凹部（３９ｂ）は、前記冷却空気導入口（４８ａ）に向かう冷却空気の流路の下方あるいは上流側に位置することを特徴とする、請求項１～請求項３の何れか１項に記載のバッテリの車載構造。
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