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JP2017193299A - 車両のバッテリ搭載構造 - Google Patents

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JP2017193299A
JP2017193299A JP2016085868A JP2016085868A JP2017193299A JP 2017193299 A JP2017193299 A JP 2017193299A JP 2016085868 A JP2016085868 A JP 2016085868A JP 2016085868 A JP2016085868 A JP 2016085868A JP 2017193299 A JP2017193299 A JP 2017193299A
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康洋 原
Yasuhiro Hara
康洋 原
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Abstract

【課題】シートの取付剛性を高めた車両のバッテリ搭載構造を提供する。【解決手段】一対の骨格部材の間には、電池パックが配置される。電池パック16は、複数の単セルを一方向に積層して一体化したバッテリモジュール18,19を収容する。電池パック16の上には、フロアパネル63が配置される。フロアパネル63の上には、第1フロア上クロス92が車幅方向に延ばして固定される。第1フロア上クロス92には、シートレール96がボルト97により固定される。フロアパネル63の下には、第1フロア下クロス35が車幅方向に延ばして固定される。第1フロア下クロス35には、電池パック16の内部に設けた第1電池クロス79がボルト84により固定される。第1フロア上クロス92に伝達される荷重は、第1フロア下クロス35および第1電池クロス79により電池パック16に伝達される。【選択図】図5

Description

本発明は、車両に対してバッテリを搭載するための構造に関し、さらに詳しくは、車両が走行するための電力を蓄電し、また放電するバッテリを搭載するための構造に関する。
従来、フロアパネルの下にバッテリパックを配置した自動車の車体構造において、運転席シートが取り付けられるシートクロスメンバをフロアパネルの上に配置した技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。この種の技術では、車室の床を構成するフロアパネルが一対のサイドシルの間に掛け渡されている。一対のサイドシルは、車幅方向の両側に車両前後方向に延ばして配置される。バッテリパックとサイドシルとの間には、電気機器、例えば電気温水ヒータが配置される。フロアパネルの上には、シートクロスメンバが車幅方向に延ばして設けられている。シートクロスメンバは、車両の側面衝突時により入力される衝撃荷重をサイドシルから車幅方向の内側へ伝達するための強度部材となっている。シートクロスメンバは、運転席シートを上部で支持するものであり、バッテリパックと電気温水ヒータとの間に対応する車幅方向位置に設けられた弱部を有する。弱部は、側面衝突時に所定荷重以上の衝撃荷重が入力されると、シートクロスメンバをフロアパネルとともに折り曲げて、電気温水ヒータの侵入方向をバッテリパックから免れる方向に導く。
特開2014−226972号
側面衝突時に入力される衝撃荷重によりシートクロスメンバを弱部で折り曲げるようにしてバッテリパックへの電気機器の侵入を防止する技術では、シートクロスメンバを介して運転席シートから入力される衝撃や振動をフロアパネルが全て受け止める構造になっているため、フロアパネルが変形しないように補強する部材が別に必要になることがある。補強する部材を使用すると、車両の部品点数が増えるとともに車両が重くなる。
本発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであって、車両シートの取付剛性を高めることができる車両のバッテリ搭載構造を軽量かつローコストに提供することを目的とするものである。
上記の目的を達成するために、本発明は、車幅方向に間隔を空けてかつ車両の前後方向に延ばして配置された一対の骨格部材と、複数の単セルを一方向に積層して一体化した積層体を有しかつ前記一対の骨格部材の間に固定された電池パックとを備えた車両のバッテリ搭載構造において、前記一対の骨格部材に掛け渡されて配置されたフロアパネルと、前記フロアパネルの上に車幅方向に延ばして配置されており、前記車両のシートが上部に取り付けられるフロアクロスと、前記フロアクロスに伝達される荷重を前記電池パックに伝達する荷重伝達部材とを備えたことを特徴とするものである。
本発明においては、車両のシートが取り付けられるフロアクロスに伝達される荷重を電池パックに伝達する荷重伝達部材を備えたから、軽量かつローコストで車両のシートの取付剛性を高めることができる。
本発明が適用される車両の下部の一例を示す底面図である。 バッテリモジュールの一例を示す斜視図である。 第1サイドシルおよびフロアパネルを示す断面図である。 第1フロア下クロスおよびフロアパネルを示す斜視図である。 図4に示した第1フロア下クロスおよびフロアパネルを示す断面図である。 第2フロア下クロスおよびフロアパネルを示す断面図である。 シートレールの固定位置を変えた実施例を示す断面図である。 フロア上クロスの固定位置を変えた実施例を示す断面図である。 電池パックをフロア上クロスに固定した実施例を示す断面図である。
以下、図面を用いて実施例を説明する。図1は、本発明が適用される車両10の下部構造の一例を示す底面図である。図1では、矢印FR方向が車両前後方向のうちの前方向を、矢印LH方向が車幅方向のうちの左方向をそれぞれ示している。図1に示すように車両10は、例えばフロントコンパートメント11にコンバータ12、インバータ13、モータ14および動力伝達機構15を搭載し、また車両10の底面には、二次電池となっている電池パック16を搭載している。電池パック16は、詳しくは後述する単セルの集合体を含むバッテリモジュール17,18,19,20,21,22,23,24,25,26と、直方体をなすケース28とを有する。バッテリモジュール17〜26は、例えば車両10の前後方向に間隔空けて5行、車幅方向に2列に配列された状態でケース28に収容されている。コンバータ12は、バッテリモジュール17〜26から供給される電源の電圧を昇圧するとともに、バッテリモジュール17〜26から供給される電源電圧の変動を吸収して電圧を安定させた電源をインバータ13に供給する。インバータ13は、バッテリモジュール17〜26から出力される直流電源を交流電源に変換するとともに、周波数を制御する。動力伝達機構15は、モータ14が出力する駆動力を増減して駆動輪となっている前輪27に伝達する。
車両10は、車幅方向の両端に、車両10の前後方向に延びた第1サイドシル29および第2サイドシル30(一対のサイドシル(ロッカ)29,30)を備えている。また、一対のサイドシル29,30には、車両10の前方に、車幅方向に延設されたフロントクロス33の両端が固定されている。また、一対のサイドシル29,30には、車両10の後方に、車幅方向に延設されたリヤクロス34の両端が固定されている。さらに、一対のサイドシル29,30の間には、バッテリモジュール18とバッテリモジュール19との間、およびバッテリモジュール23とバッテリモジュール24との間を通るように第1フロア下クロス35が車幅方向に掛け渡されている。さらにまた、一対のサイドシル29,30の間には、バッテリモジュール19とバッテリモジュール20との間、およびバッテリモジュール24とバッテリモジュール25との間を通るように第2フロア下クロス36が車幅方向に掛け渡されている。なお、一対のサイドシル29,30は、車幅方向の両側に配置されていることに限らず、車幅方向に間隔を空けたものであってよい。
電池パック16は、一対のサイドシル29,30の互いに平行な部分37,38の間に配置される。なお、一対のサイドシル29,30は平行でなくてよい。電池パック16は、車両10の側面衝突時に一対のサイドシル29,30に入力される衝撃荷重に対する抵抗力を補う補強材として機能する。電池パック16は、例えば8箇所の固定位置39,40,41,42,43,44,45,46にて固定具、例えばボルトにより一対のサイドシル29,30に固定される。一対のサイドシル29,30は、一対の骨格部材の一例である。
図2は、バッテリモジュール17の一例を示す斜視図である。図2では、矢印FR方向が車両前後方向のうちの前方向を、矢印LH方向が車幅方向のうちの左方向を、矢印UP方向が車両上下方向のうちの上方向をそれぞれ示している。図2に示すようにバッテリモジュール17は、第1エンドプレート47、第2エンドプレート48、第1テンションプレート49、第2テンションプレート50および電池スタック51を備えている。電池スタック51は、複数の単セル52(52−1,52−2・・・52−n(nは自然数))を車幅方向に積層して一体化したものである。なお、電池スタック51は、積層体の一例である。
単セル52は、固体電解質(図示なし)と、固体電解質に対して積層方向の両側に設けられた一対の電極(図示なし)とを有する。複数の単セル52は、配線部材、例えばケーブル(図示なし)により互いが電気的に接続されている。バッテリモジュール17は、複数の単セル52を直列に接続して構成されており、単セル52の数に応じた電圧となる電源を、外部に露呈された一対の電極端子を通じて出力する。バッテリモジュール17〜26は、各々が電気的に並列に接続される。バッテリモジュール17〜26を並列に接続することによりモータ14の駆動に必要な電流容量が得られる。
第1エンドプレート47および第2エンドプレート48は、電池スタック51の積層方向の両端に配置される。第1テンションプレート49は、電池スタック51の上側で第1エンドプレート47および第2エンドプレート48の間に、固定具、例えば複数のボルト53,54により固定される。第2テンションプレート50は、電池スタック51の下側で、第1エンドプレート47および第2エンドプレート48の間に、固定具、例えば複数のボルト53,54により固定される。第1エンドプレート47、第2エンドプレート48、第1テンションプレート49および第2テンションプレート50は、硬度または剛性を有する材質で作られている。電池スタック51は、ボルト53,54の締め付けによって第1エンドプレート47および第2エンドプレート48の間で積層方向に拘束される。
このような電池スタック51またはバッテリモジュール17は、固体電解質を有する全固体電池を構成する。バッテリモジュール17は、電解質が固体であるため電解液漏れの心配がなく、また単セル52を構成する主な部材が耐衝撃性の高い要求を満たすように作られているため、拘束方向での耐衝撃性が非常に高い長所を有する。なお、第1エンドプレート47および第2エンドプレート48には、絶縁性材料で形成されたケース28に固定するための固定板55が複数設けられている。なお、他のバッテリモジュール18〜26は、図2で説明したバッテリモジュール17と同じまたは同様な構成となっている。
図3は、第1サイドシル29およびフロアパネル63を示す断面図である。図3では、矢印LH方向が車幅方向うちの左方向を、矢印UP方向が車両上下方向のうちの上方向をそれぞれ示す。図3に示すように第1サイドシル29は、サイドシルアウタ60とサイドシルインナ61とを接合することで内部に中空部を形成している。電池パック16の上には、フロアパネル63が配置されている。フロアパネル63は、一対のサイドシル29,30に掛け渡して設けられており、例えばフロアパネル63の一端64は、第1サイドシル29に、例えば溶接により固定されている。フロアパネル63は、車室65の床を構成する。電池パック16の上面はフラットになっている。また、電池パック16の下面は、フラットになっており、車両10の底面の一部を構成する。
ケース28は、例えばバッテリモジュール17〜26が固定される底部66と、バッテリモジュール17〜26の周面および上面を覆う蓋部67とを有する。蓋部67には、下方に向けて開放される開口縁68から第1サイドシル29に向けて突出するフランジ69が一体的に形成されている。底部66には、フランジ69に重なるように延設された延長部70が一体的に形成されている。フランジ69および延長部70には、第1サイドシル29に固定するための取付孔71,72が形成されている。第1サイドシル29には、電池パック16を取り付けるための取付孔73が形成され、また、取付孔73の内側に、例えばウェルドナット74が予め溶着されている。電池パック16は、取付孔71〜73を通してボルト75を挿入し、挿入後にボルト75をウェルドナット74に螺合させることで第1サイドシル29に固定される。
底部66には、バッテリモジュール23の固定板55を、固定具、例えばボルト76により固定するための固定部99が設けられている。他の固定板55は、図示していないが前述した固定板55および固定部99と同じまたは同様な構成により底部66に固定される。なお、電池パック16の車幅方向での左方の端部は図3で説明したと同じまたは同様な構成になっている。また、ケース28は、前述した蓋部67および底部66の構成に限らない。
バッテリモジュール23をケース28に固定した状態で蓋部67の車幅方向における内壁面98と、第2エンドプレート48の車幅方向における外面62とが互いに平行に対向している。また、電池パック16を一対のサイドシル29,30に固定した状態で電池パック16の車幅方向における外側の端面58と、第1サイドシル29の車幅方向における内側面59とが互いに平行に対向している。ここで「平行」というのは、物理的に「厳密な平行」はもちろん、技術常識的からみて平行にみられる「略平行」を含む。端面58と内側面59とを互いに平行に対向させているため、車両10の側面衝突時に第1サイドシル29に入力される衝撃荷重を電池スタック51に直接に伝達させることができる。これにより、側突時の衝撃荷重に対する車両10の剛性が高まるので、一対のサイドシル29,30の車室65側への変形を抑制することができる。なお、電池パック16は、車幅方向の左方に配置された第2サイドシル30に対して図3で説明したと同じまたは同様な構成で固定されている。また、一対のサイドシル29,30としては、車体の軽量化と剛性確保の両立化を目的として、例えばアルミ軽合金材料を用いて押し出し加工により内部に中空部を有するように一体に成形されたものを使用してよい。
図4は、第1フロア下クロス35およびフロアパネル63を示す斜視図である。図5は、図4に示した第1フロア下クロス35およびフロアパネル63を示す断面図である。図4では矢印LH方向が車幅方向うちの左方向を、矢印FR方向が車両前後方向うちの前方向を、矢印UP方向が車両上下方向うちの上方向をそれぞれ示す。図5では矢印UP方向が車両上下方向うちの上方向を、矢印FR方向が車両の前後方向うちの前方向をそれぞれ示す。フロアパネル63の下面には、第1フロア下クロス35が車幅方向に延ばして配置されている。第1フロア下クロス35は、下側に突出した第1突条部77を有する形態をなしており、車幅方向に延びた長尺部材となっている。例えば第1フロア下クロス35は、断面形状が開放側を上に向けたカップ形に形成されており、開放側両端に設けられたフランジ56,57がフロアパネル63の下面に、例えば溶接により固定されている。フランジ56,57をフロアパネル63の下面に固定する溶接は、固定具の一例である。
電池パック16は、フロアパネル63の下側に配置されるとともに、蓋部67には第1突条部77を入り込ませるように窪んで形成された凹条部78を有する。車両前後方向に並んで配置されたバッテリモジュール18とバッテリモジュール19とは、凹条部78を挟む両側に配置されている。また、底部66には、バッテリモジュール18とバッテリモジュール19との間に第1電池クロス79が固定されている。第1電池クロス79は、上側に突出した第2突条部80を有する形態をなしており、車幅方向に延びた長尺部材となっている。例えば第1電池クロス79は、断面形状が開放側を下に向けたハット形に形成されている。バッテリモジュール18,19の固定板55は、第1電池クロス79に設けられた折曲げ板81に、例えばボルト82により固定される。
第1突条部77、凹条部78、第2突条部80、および底部66には、固定具、例えばボルト84を通すための取付孔85,86,87,88がそれぞれ形成されている。第1突条部77に設けた取付孔85のフロアパネル63側には、ウェルドナット(溶接ナット)89が予め固定されている。また、底部66には、ボルト頭部を埋め込むために一段窪んだ凹部90が取付孔88を含むように形成されている。ボルト84は、底部66の取付孔88、第2突条部80の取付孔87、凹条部78の取付孔86および第1突条部77の取付孔85に挿通された後にウェルドナット89に螺合される。これにより、電池パック16は、第1フロア下クロス35に固定される。なお、凹部90と第2突条部80との間には、その間の間隔を所定の間隔に維持する間隔維持部材91が設けられている。
フロアパネル63の上面には、第1フロア上クロス92が車幅方向に延ばして配置されている。第1フロア上クロス92は、上側に突出した第3突条部93を有する形態をなしており、車幅方向に延びた長尺部材となっている。例えばフロア上クロス92は、断面形状が開放側を下に向けたハット形に形成されており、開放側両端に設けられたフランジ94,95がフロアパネル63の上面に、例えば溶接により固定されている。フロア上クロス92の上には、シートレール96の前端側が、例えばボルト97により固定されている。シートレール96は、車両前後方向に延びた長尺部材となっており、車両10のシートを上部に支持するためのものである。シートは、例えば運転席や助手席のシートを含む。なお、フランジ94,95をフロアパネル63の上面に固定する溶着は、固定具の一例である。
第1フロア上クロス92と第1フロア下クロス35とは、フロアパネル63の上下面にて同じ位置または同様な位置に固定されている。これにより、フロアパネル63を挟む上下に中空部を有する断面閉じ形状が作られるため、車両10のシートの取付剛性が向上する。また、シートレール96および第1フロア上クロス92の固定位置は、電池パック16および第1フロア下クロス35の固定位置の近傍(近く)の位置、例えば車両前後方向において同じまたは同様な位置で、かつ車幅方向において所定の間隔を空けた位置となっている。これにより電池パック16の取付剛性が向上する。なお、第1フロア上クロス92は、フロアクロスの一例であり、また第1フロア下クロス35および第1電池クロス79は、荷重伝達部材の一例である。さらに、図4および図5で説明した第1フロア下クロス35と電池パック16との他の固定箇所、つまり車幅方向の右方の固定箇所では、図5で説明したと同じまたは同様にボルト84により固定されている(図1参照)。
図6は、第2フロア下クロス36およびフロアパネル63を示す断面図である。図6では、矢印UP方向が車両上下方向うちの上方向を、矢印FR方向が車両前後方向うちの前方向をそれぞれ示す。図6に示すように第2フロア下クロス36は、図5で説明した第1フロア下クロス35に対して車両前後方向に所定の間隔を空けた車両後方の位置に配置されている(図1参照)。後方の位置では、図4および図5で説明したと同じまたは同様な構成により第2フロア下クロス36、第2フロア上クロス100、および第2電池クロス101が設けられている。また、第2フロア上クロス100には、シートレール96の車両後方側が、例えばボルト97により固定されている。なお、図6では、図4および図5で説明したと同じまたは同様な部材には同符号を付与してここでは詳しい説明を省略する。また、図6で説明した第2フロア下クロス36と電池パック16との他の固定箇所、つまり車幅方向の右側の固定箇所では図6で説明したと同じまたは同様にボルト84で固定されている(図1参照)。第2フロア上クロス100はフロアクロスの一例であり、また第2フロア下クロス36および第2電池クロス101は荷重伝達部材の一例である。
図7は、シートレール96の固定位置を変えた実施例を示す断面図である。図7では矢印UP方向が車両上下方向うちの上方向を、矢印FR方向が車両の前後方向うちの前方向をそれぞれ示す。図7に示すようにシートレール96は、第1フロア上クロス92に対して車両前方向に突出して設けられたL字状の取付板102を有する。シートレール96と第1フロア上クロス92との固定位置は、電池パック16と第1フロア下クロス35との固定位置に対して車両前方向に所定の間隔Lを空けた位置となっている。また、シートレール96と第1フロア上クロス92との固定位置は、電池パック16と第1フロア下クロス35との固定位置に対して車幅方向に所定の間隔(図示なし)を空けた位置となっている。なお、図7では、図4および図5で説明したと同じまたは同様な部材には同符号を付与してここでは詳しい説明を省略する。図7で説明した実施例では、取付板102および第1フロア上クロス92がフロアクロスの一例である。
図8は、第1フロア上クロス92の固定位置を変えた実施例を示す断面図である。図8では矢印UP方向が車両上下方向うちの上方向を、矢印FR方向が車両の前後方向うちの前方向をそれぞれ示す。図8に示すように第1フロア上クロス92は、第1フロア下クロス35に対して車両前方向に所定間隔を空けた位置に配置されている。この実施例では、第1フロア上クロス92の車両後方向に設けられたフランジ95と、第1フロア下クロス35の車両前方向に設けられたフランジ56とを、車両前後方向において同じまたは同様な位置に合わせて、例えば溶接によりフロアパネル63に各々固定されている。この実施例では、フロアパネル63を挟む上下に取り付けられたフランジ95およびフランジ56によって第1フロア上クロス92に伝達される荷重が電池パック16に伝達される。なお、図8では、図4および図5で説明したと同じまたは同様な部材には同符号を付与してここでは詳しい説明を省略する。
図9は、電池パック16を第1フロア上クロス105に直接に固定した実施例を示す断面図である。図9では、矢印UP方向が車両上下方向うちの上方向を、矢印FR方向が車両前後方向うちの前方向をそれぞれ示す。図9に示す実施例では、図4および図5で説明した第1フロア下クロス35を省略している。図9に示すように第1フロア上クロス105と蓋部67との間には、フロアパネル63に設けた貫通孔106を介して第1間隔維持部材107が設けられている。第1電池クロス108の第2突条部109は、蓋部67の下面に当接する高さとなっている。底部66と第2突条部109との間には、第2間隔維持部材110が設けられている。ボルト115は、底部66に設けた取付孔88、第2突条部109に設けた取付孔111、蓋部67に設けた取付孔112、貫通孔106および第1フロア上クロス105に設けた取付孔113を通して第1フロア上クロス105に設けたウェルドナット114に螺合される。
この実施例では、電池パック16が第1フロア上クロス105に直接に固定される。第1フロア上クロス105を、骨格部材の一部を構成する電池パック16に固定したから、車両10のシートの取付剛性が向上する。なお、図9に示す実施例では、第1フロア上クロス105が車幅方向に高さが段階的に変化する形状となっている。シートレール96と第1フロア上クロス105との固定位置が、第1フロア上クロス105と電池パック16との固定位置に対して車幅方向に所定の間隔を空けた位置になっている。また、図9では、図4および図5で説明したと同じまたは同様な部材には同符号を付与してここでは詳しい説明を省略する。なお、第1フロア上クロス105はフロアクロスの一例であり、また第1電池クロス108は、荷重伝達部材の一例である。
以上、上記各実施例に基づいて説明したが、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が加えられて実施されるものである。例えば上記各実施例では、バッテリモジュール17〜26を10個使用しているが、この発明ではこれに限らず、バッテリモジュールの個数は複数であればよい。また、コンバータ12を省略してインバータ13をバッテリモジュール17〜26に直接に接続してよい。さらに、駆動輪が後輪となるようにコンバータ12、インバータ13、モータ14および動力伝達機構15をリヤ側に配置してよい。さらにコンバータ12、インバータ13、モータ14および動力伝達機構15をフロント側およびリヤ側にそれぞれ配置して四輪駆動としてよい。さらにまた、モータを全車輪近くに複数搭載し、複数のモータで直接各車輪を駆動するインホイールモータの構成を使用してよい。
また上記各実施例では、電気自動車の車両として説明しているが、これに限らず、例えばガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関と充放電可能なバッテリモジュールに蓄積された電力により駆動するモータとを動力源とするハイブリッド車両や外部電源により充電可能なプラグインハイブリッド車両としてよい。
10…車両、 16…電池パック、 17〜26…バッテリモジュール、 29,30…サイドシル、 35…第1フロア下クロス、 36…第2フロア下クロス、 51…電池スタック、 52…単セル、 79,108…第1電池クロス、 92,105…第1フロア上クロス、 100…第2フロア上クロス、 101…第2電池クロス。

Claims (1)

  1. 車幅方向に間隔を空けてかつ車両の前後方向に延ばして配置された一対の骨格部材と、複数の単セルを一方向に積層して一体化した積層体を有しかつ前記一対の骨格部材の間に固定された電池パックとを備えた車両のバッテリ搭載構造において、
    前記一対の骨格部材に掛け渡されて配置されたフロアパネルと、
    前記フロアパネルの上に車幅方向に延ばして配置されており、前記車両のシートが上部に取り付けられるフロアクロスと、
    前記フロアクロスに伝達される荷重を前記電池パックに伝達する荷重伝達部材と、
    を備えたことを特徴とする車両のバッテリ搭載構造。
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