JP2021112986A

JP2021112986A - 蓄電装置の搭載構造

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Publication number: JP2021112986A
Application number: JP2020006576A
Authority: JP
Inventors: 匡起嶋田; Masaki Shimada
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2020-01-20
Filing date: 2020-01-20
Publication date: 2021-08-05
Anticipated expiration: 2040-01-20
Also published as: US12115848B2; KR102466683B1; KR20210093761A; CN113212136A; US20230294501A1; US11697336B2; US20210221212A1; DE102021100362A1; JP7264070B2; CN113212136B

Abstract

【課題】車両が後突された場合に、収容ケースに収容された蓄電スタックに衝撃が入力されることを抑制可能な蓄電装置の搭載構造を提供する。【解決手段】蓄電装置の搭載構造１０は、蓄電スタック６０および収容ケース５０を含む蓄電装置と、フロア部材２０と、後方側ブラケット７２とを備える。収容ケース５０は、後壁部５２ｂを有するロアケース５２と、アッパーケース５１とを含む。フロア部材２０には、後方側ブラケット７２を取り付けるための取付部８２が設けられている。後方側ブラケット７２は、前端部７２１と、取付部８２に取り付けられる後端部７２２とを含む。蓄電スタック６０は、後壁部５２ｂとの間に隙間が形成されるように収容ケース５０内に配置されている。後方側ブラケット７２の前端部７２１は、上下方向において蓄電スタック６０の上面６１と下面６２との間に位置するように後壁部５２ｂに固定されている。【選択図】図３

Description

本開示は、車両における蓄電装置の搭載構造に関する。

電気自動車およびハイブリッド自動車等の車両には、モータに電力を供給するための蓄電装置が搭載されている。蓄電装置は、蓄電スタックを内部に収容した収容ケースを備えており、たとえば、フロアパネルに固定される。

従来の蓄電装置の搭載構造として、特許第５７３３０８９号公報（特許文献１）には、ブラケットを用いて収容ケースの前方側を車両のクロスメンバに固定し、リインフォース（補強部材）を用いて収容ケースの後方側をフロアパネルに設けられた台座部に固定する技術が開示されている。

特許文献１に開示の蓄電装置の搭載構造においては、蓄電装置は、フロアパネルの上方に搭載されている。リインフォースは、収容ケースの下面に固定されており、後方に向かうにつれて下方に向かうように傾斜している。また、収容ケースの内部においては、収容ケースの底部に蓄電スタックがボルト締結されている。

特許第５７３３０８９号公報

しかしながら、特許文献１に開示された蓄電装置の搭載構造においては、車両が後突された場合には、フロアパネルからリインフォースを伝って収容ケースの底部に入力された衝撃が、当該底部に固定された蓄電スタックに伝達されてしまうことが懸念される。したがって、蓄電スタックへ入力される衝撃で蓄電スタックが破損等しないようにリインフォースやフロアパネルの一部、あるいはフロアパネルと収容ケースとの間をつなくブラケット、収容ケース自体の強度をより高めるなどの対策が必要になる場合があり、蓄電装置の搭載構造としては高コストとなる傾向がある。

本開示は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本開示の目的は、車両が後突された場合に、収容ケースに収容された蓄電スタックに衝撃が入力されることをより低コストで抑制可能な蓄電装置の搭載構造を提供することにある。

本開示に基づく蓄電装置の搭載構造は、上面および下面を有する蓄電スタック、および当該蓄電スタックを収容する収容ケースを含む蓄電装置と、車両の床面を形成し、上記蓄電装置が固定されるフロア部材と、上記蓄電装置の後部側を上記フロア部材に固定するための後方側ブラケットとを備える。上記収容ケースは、後方を向く後壁部を有し上記蓄電スタックの上記下面側が固定されるロアケースと、上記蓄電スタックの上記上面側を覆うように上記ロアケースに固定されるアッパーケースとを含む。上記フロア部材には、上記後壁部の後方側において、上記後方側ブラケットを取り付けるための取付部が設けられている。上記後方側ブラケットは、上記後壁部に固定される前端部と、上記取付部に取り付けられる後端部とを含む。上記蓄電スタックは、上記後壁部との間に隙間が形成されるように上記収容ケース内に配置されている。上記後方側ブラケットの上記前端部は、上下方向において上記蓄電スタックの上記上面と上記下面との間に位置するように上記後壁部に固定されている。

上記構成によれば、車両が後突された場合には、フロアパネルに入力された衝撃は、フロアパネルの取付部に取り付けられた後方側ブラケットを通ってロアケースの後壁部に入力される。ここで、後方側ブラケットの前端部は、上下方向において上記蓄電スタックの上面と下面との間に位置するようにロアケースの後壁部に固定されている。このため、ロアケースの後壁部に衝撃が入力された場合には、当該後壁部が、当該後壁部の根元側を中心として収容ケースの内側に回動するように変形する。収容ケースの内部においては、蓄電スタックがロアケースの後壁部との間に隙間が形成されるように配置されているため、変形した後壁部が蓄電スタックに干渉することを抑制できる。この結果、車両が後突された場合に、蓄電スタックに衝撃が入力されることを抑制できる。

また、上記構成を有することにより、ロアケース自体、あるいはボディー自体の剛性を高めることなく、蓄電スタックへの衝撃の入力を抑制できる。このため、製造コストも抑制することができる。

上記本開示に基づく蓄電装置の搭載構造にあっては、上記後壁部は、上下方向において上記蓄電スタックの上記上面よりも低い位置に上端を有していることが好ましい。この場合には、上記後方側ブラケットの上記前端部は、上記後壁部の上記上端よりも低い位置で上記後壁部に固定されていることが好ましい。

上記構成によれば、後突によってロアケースの後壁部が、当該後壁部の根元側を中心として収容ケースの内部側に回動するように変形した場合に、後壁部の上端が蓄電スタックの上面より高い位置にある場合と比較して、後壁部の上端側の移動距離を短くすることができる。この結果、変形した後壁部が蓄電スタックに干渉することをさらに抑制できる。

上記本開示に基づく蓄電装置の搭載構造にあっては、上記蓄電スタックは、後方を向く後面を有していることが好ましい。この場合には、上記蓄電スタックの上記後面には、後方側に向けて突出する端子部が設けられていてもよい。さらにこの場合には、上記後壁部の上記上端部は、上記端子部よりも低い位置に位置することが好ましい。

上記構成によれば、後突によって変形したロアケースの後壁部が、蓄電スタックの後面に設けられた端子部に干渉することを抑制できる。これにより、後突時に端子部に衝撃が入力されることを抑制できる。

上記本開示に基づく蓄電装置の搭載構造にあっては、上記アッパーケースは、上記端子部よりも低い位置に位置する下端を有しかつ後方側から上記後面に対向する壁部を含むことが好ましい。この場合には、上記壁部は、上記端子部の後方側において、上記下端部よりも後方側に膨出する膨出部を有することが好ましい。

後突によるロアケースの後壁部の変形に伴って、ロアケースに固定されているアッパーケースも収容ケースの内側に向けて変形する。上記構成のように、端子部の後方側において、アッパーケースが、後方側に向けて膨出する膨出部を有することにより、変形したアッパーケースが端子部に干渉することを抑制できる。これにより、後突時に端子部に衝撃が入力されることをさらに抑制することができる。

上記本開示に基づく蓄電装置の搭載構造にあっては、上記後方側ブラケットの上記前端部は、上記後壁部に溶着されていることが好ましい。

上記構成によれば、後方側ブラケットを後壁部に締結部材等を用いて締結する場合と比較して、所定の位置に安定して後方側ブラケットを固定することができる。このため、蓄電装置を精度良く車両に搭載することができる。

本開示によれば、車両が後突された場合に、収容ケースに収容された蓄電スタックに衝撃が入力されることをより低コストで抑制可能な蓄電装置の搭載構造を提供することができる。

実施の形態に係る蓄電装置の搭載構造を備えた車両の一部を示す斜視図である。図１に示すＩＩ−ＩＩ線に沿った車両の部分断面図である。図２における蓄電スタック周辺の構造を拡大して示す拡大図である。実施の形態に係る蓄電装置の搭載構造を備えた車両が後突された場合に、収容ケースの後方側が変形する様子を示す図である。

以下、本開示の実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態においては、同一のまたは共通する部分について図中同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。

なお、図中における矢印Ｕ方向は、上方向を示し、矢印Ｄ方向は、下方向を示す。また、矢印Ｆｒ方向は、車両の前方向を示し、矢印Ｒｅ方向は、車両の後方向を示す。矢印Ｌ方向は、車両の左方向を示し、矢印Ｒ方向は、車両の右方向を示す。

図１は、実施の形態に係る蓄電装置の搭載構造を備えた車両の一部を示す斜視図である。図２は、図１に示すＩＩ−ＩＩ線に沿った車両の部分断面図である。図１および図２を参照して、実施の形態に係る蓄電装置の搭載構造１０を備えた車両１００について説明する。

図１および図２に示すように、実施の形態に係る車両１００は、蓄電装置の搭載構造１０を備える。蓄電装置の搭載構造１０は、蓄電装置３０を車両１００に固定する構造である。当該、蓄電装置の搭載構造１０は、エンジンおよびモータジェネレータ（いずれも図示せず）を動力源とするハイブリッド車両に適用することができる。また、蓄電装置の搭載構造１０は、エンジン（内燃機関）を備えない電気自動車に適用することもできる。

図１に示すように、蓄電装置の搭載構造１０が適用される車両１００は、リヤクロスメンバ２、フロント側クロスメンバ３、リヤモータ４、フロア部材（フロアパネル）２０、蓄電装置３０、前方側ブラケット７１、後方側ブラケット７２とを備える。

蓄電装置の搭載構造１０は、主として、上述したフロア部材２０、蓄電装置３０、および後方側ブラケット７２によって構成されている。

リヤクロスメンバ２、およびフロント側クロスメンバ３は、車両１００の前後方向に並んで配置されている。リヤクロスメンバ２、およびフロント側クロスメンバ３は、車両の幅方向に沿って延在する。リヤクロスメンバ２、およびフロント側クロスメンバ３は、フロア部材（フロアパネル）２０に接合されている。

リヤクロスメンバ２は、リヤモータ４の上方に配置されている。リヤクロスメンバ２は、フロント側クロスメンバ３よりも高い位置に配置されている。リヤクロスメンバ２は、フロント側クロスメンバ３よりも後方に配置されている。

フロア部材２０は、車両１００の床面を形成する。フロア部材２０は、平坦部２１と、湾曲部２２とを含む。平坦部２１は、略平坦に設けられており、フロント側クロスメンバ３から後方側に向けて延在する。湾曲部２２は、平坦部２１の後方側からリヤクロスメンバ２に向かうにつれて上方に向けて湾曲する。

蓄電装置３０は、フロア部材２０の上方であって、上記湾曲部２２の前方側に配置されている。蓄電装置３０は、第１ユニット３１と第２ユニット３２とを含む。

第１ユニット３１は、主として、収容ケースとしての第１ケース部５０と、蓄電スタック６０とを含む。

蓄電スタック６０は、第１ケース部５０の内部に収容されている。蓄電スタック６０は、上下方向に対向する上面６１および下面６２、ならびに、前後方向に対向する前面６３および後面６４を有する。前面６３は、車両の前方を向き、後面６４は、車両の後方を向く。蓄電スタック６０は、複数の蓄電セル６５を含む。

複数の蓄電セル６５は、車両の幅方向に沿って並んで配置されている。複数の蓄電セル６５は、たとえば直列に接続されている。具体的には、複数の蓄電セル６５の各々は、後方に向けて突出する第１端子部６６および前方側に向けて突出する第２端子部６７を有する。第１端子部６６は、正極端子または負極端子である。第２端子部６７は、第１端子部６６と異なる極を有する端子であり、負極端子または正極端子である。

複数の第１端子部６６は、蓄電スタック６０の後面６４側において、正極端子と負極端子とが車両の幅方向に交互に並ぶように構成されている。複数の第２端子部６７は、蓄電スタック６０前面６３側において、正極端子と負極端子とが車両の幅方向に交互に並ぶように構成されている。

複数の第１端子部６６は、第１バスバー（不図示）によって電気的に接続されている。具体的には、互いに隣り合う２つの蓄電セル６５のうち一方の蓄電セル６５の正極端子と、他方の負極端子とがバスバーによって接続されている。

複数の第２端子部６７は、第２バスバー（不図示）によって電気的に接続されている。具体的には、互いに隣り合う２つの蓄電セル６５のうち一方の蓄電セル６５の正極端子と、他方の負極端子とがバスバーによって接続されている。

第１バスバーおよび第２バスバーによって、互いに隣り合う蓄電セル６５が、蓄電スタック６０の後面６４側、および蓄電スタック６０の前面６３側で交互に接続されることにより、複数の蓄電セル６５が直列に接続される。

なお、複数の第１端子部６６は、蓄電スタック６０の後面６４に設けられた端子部に相当する。

蓄電セル６５は、たとえば、ニッケル水素電池またはリチウムイオン電池等の二次電池である。蓄電セル６５は、たとえば、角型形状を有する。なお、蓄電セル６５は、角型形状に限定されず、円筒型形状であってもよい。蓄電セル６５は、液状の電解質を用いるものであってもよいし、固体状の電解質を用いるものであってもよい。なお、蓄電セル６５は、二次電池に限定されず、蓄電可能なキャパシタ等であってもよい。

第１ケース部５０は、アッパーケース５１およびロアケース５２を含む。ロアケース５２は、上方に向けて開口する略箱形形状を有する。ロアケース５２には、蓄電スタック６０の下面６２側が固定される。

ロアケース５２の内側には、蓄電スタック６０を設置するための第１設置部５３、および第２設置部５４が設けられている。第１設置部５３および第２設置部５４は、ロアケース５２の内側において、車両の前後方向に間隔を開けて設けられている。蓄電スタック６０の下面６２は、車両の前後方向において両端を有し、当該両端が、当該第１設置部５３および第２設置部５４に固定される。蓄電スタック６０は、ロアケース５２が有する後壁部５２ｂ（図３参照）との間に隙間が形成されるように配置されている。

アッパーケース５１は、下方に向けて開口する略箱形形状を有する。アッパーケース５１は、蓄電スタック６０の上面６１側を覆うように設けられている。アッパーケース５１は、ロアケース５２に固定される。

第２ユニット３２は、主として、第２ケース部４０、ジャンクションボックス４３、監視ユニット４４を含む。ジャンクションボックス４３および監視ユニット４４は、第２ケース部４０に収容されている。

ジャンクションボックス４３および監視ユニット４４の各々は、蓄電スタック６０に電気的に接続されている。ジャンクションボックス４３は、蓄電スタック６０と、コンバータ（不図示）やインバータ（不図示）を介してモータジェネレータなどと接続する配線の接続部である。監視ユニット４４は、蓄電スタック６０における各蓄電セル６５の状態を監視する。

前方側ブラケット７１は、蓄電装置３０の前部側をフロア部材２０に固定するためのものである。前方側ブラケット７１は、車両の前後方向に延びるように設けられている。前方側ブラケット７１の前端側は、フロント側クロスメンバ３に締結されている。前方側ブラケット７１は、フロント側クロスメンバ３の後方側であって、かつ、ロアケース５２の前方側で、フロア部材２０に設けられた取付部８１に締結されている。

前方側ブラケット７１は、ロアケース５２の前部側に固定されている。具体的には、前方側ブラケット７１の後端側が、ロアケース５２の前端側に溶着されていることが好ましい。これにより、前方側ブラケット７１を所定の位置に安定して固定することができる。このため、フロア部材２０への取付位置のバラツキを抑制し、前方ブラケット７１を小型化することができる。

後方側ブラケット７２は、蓄電装置３０の後部側をフロア部材２０に固定するためのものである。後方側ブラケット７２は、ロアケース５２の後方側において、後方に向けて延在するように設けられている。

後方側ブラケット７２は、前端部７２１と、後端部７２２とを含む。前端部７２１は、上下方向に延在するように設けられている。後端部７２２は、前端部７２１の上端部から後方に向けて延在するように設けられている。後端部７２２は、ロアケース５２の後方側において、フロア部材２０に設けられた取付部８２に取り付けられている。

後方側ブラケット７２は、車両１００の後方を向くように設けられたロアケース５２の後壁部５２ｂ（図３参照）に固定されている。具体的には、後方側ブラケット７２の前端部７２１が、上下方向において、蓄電スタック６０の上面６１と下面６２との間に位置するように後壁部５２ｂに固定されている。

なお、後方側ブラケット７２の前端部７２１は、当該後壁部５２ｂに溶着されていることが好ましい。これにより、後方側ブラケット７２を所定の位置に安定して固定することができる。このため、フロア部材２０への取付位置のバラツキを抑制でき、後方側ブラケット７２を小型化することができる。

図３は、図２における蓄電スタック周辺の構造を拡大して示す拡大図である。上述の図２および図３を参照して、蓄電スタック６０の周辺の構造について説明する。

蓄電スタック６０の上部側を覆うように設けられたアッパーケース５１は、蓄電スタック６０の後面６４の上部に後方側から対向する壁部５１ｂを有する。壁部５１ｂは、蓄電スタック６０の後面６４に設けられた端子部（上記第１端子部６６）よりも低い位置に下端部５１ｂ２を有する。当該下端部５１ｂ２は、たとえば、ロアケース５２の後壁部５２ｂに固定されている。

壁部５１ｂは、上記端子部（上記第１端子部６６）の後方側において、下端部５１ｂ２よりも後方側に向けて膨出する膨出部５１ｂ１を有する。すなわち、車両の前後方向において、蓄電スタック６０の後面６４から膨出部５１ｂ１までの距離は、当該後面６４から下端部５１ｂ２までの距離よりも長い。

また、ロアケース５２の後壁部５２ｂは、上下方向において蓄電スタック６０の上面６１よりも低い位置に上端５２ｂ１を有する。当該上端５２ｂ１は、蓄電スタック６０の後面６４に設けられた端子部（上記第１端子部６６）よりも低い位置に位置する。

後方側ブラケット７２の前端部７２１は、後壁部５２ｂの上端５２ｂ１よりも低い位置で、後壁部５２ｂに固定されている。

図４は、実施の形態に係る蓄電装置の搭載構造を備えた車両が後突された場合に、収容ケースの後方側が変形する様子を示す図である。図４を参照して、車両１００が後突された場合に、収容ケースの後方側が変形する様子について説明する。

図４に示すように、車両１００が後突された場合には、リヤモータ４が前方側に向けて移動し、フロア部材２０の湾曲部２２を押圧する。これにより、矢印ＡＲ１に示すような衝撃が、後方側ブラケット７２に入力され、当該後方側ブラケット７２を通して後壁部５２ｂに入力される。

ここで、後方側ブラケット７２の前端部７２１は、上下方向において蓄電スタックの上面６１と下面６２との間に位置するようにロアケース５２の後壁部５２ｂに固定されている。このため、ロアケース５２の後壁部５２ｂに衝撃が入力された場合には、図４の破線で示すように、当該後壁部５２ｂが、当該後壁部５２ｂの根元側を中心として第１ケース部（収容ケース）５０の内側に回動するように変形する。第１ケース部５０の内部においては、蓄電スタック６０がロアケース５２の後壁部５２ｂとの間に隙間が形成されるように配置されている。このため、変形した後壁部５２ｂが蓄電スタック６０に干渉することを抑制できる。この結果、車両１００が後突された場合に、蓄電スタック６０に衝撃が入力されることを抑制できる。

また、ロアケース自体、あるいはボディー自体の剛性を高めることなく、蓄電スタック６０への衝撃の入力を抑制できる。このため、製造コストも抑制することができる。

さらに、後壁部５２ｂの上端５２ｂ１は、蓄電スタック６０の上面６１よりも低い位置に位置し、後方側ブラケット７２の前端部７２１は、後壁部５２ｂの上端５２ｂ１よりも低い位置で後壁部５２ｂに固定されている。

このため、後突によって後壁部５２ｂが上述のように変形した場合には、後壁部５２ｂの上端５２ｂ１が蓄電スタック６０の上面６１より高い位置にある場合と比較して、後壁部５２ｂの上端５２ｂ１側の移動距離を短くすることができる。この結果、変形した後壁部５２ｂが蓄電スタック６０に干渉することをさらに抑制できる。

加えて、後壁部５２ｂの上端５２ｂ１は、蓄電スタック６０の後面６４に設けられた端子部（上記第１端子部６６）よりも低い位置に位置する。このため、後突によって変形したロアケースの後壁部５２ｂが、蓄電スタック６０の後面６４に設けられた端子部（第１端子部６６）に干渉することを抑制できる。これにより、後突時に端子部（第１端子部６６）に衝撃が入力されることを抑制できる。

また、アッパーケース５１の壁部５１ｂには、上記端子部（第１端子部６６）の後方側において、壁部５１ｂの下端部５１ｂ２よりも後方側に向けて膨出する膨出部５１ｂ１が設けられている。

後突によって、ロアケース５２の後壁部５２ｂが上述のように変形する場合には、ロアケース５２に固定されたアッパーケース５１（より特定的には、アッパーケース５１の壁部５１ｂ）も、図４の破線で示すように、第１ケース部５０のの内側に向けて変形する。このような場合であっても、上述のような膨出部５１ｂ１が設けられていることにより、変形したアッパーケース５１が上記端子部に干渉することを抑制できる。

以上、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

２リヤクロスメンバ、３フロント側クロスメンバ、４リヤモータ、１０搭載構造、２０フロア部材、２１平坦部、２２湾曲部、３０蓄電装置、３１第１ユニット、３２第２ユニット、４０第２ケース部、４３ジャンクションボックス、４４監視ユニット、５０第１ケース部、５１アッパーケース、５１ｂ壁部、５１ｂ１膨出部、５１ｂ２下端部、５２ロアケース、５２ｂ後壁部、５２ｂ１上端、５３第１設置部、５４第２設置部、６０蓄電スタック、６１上面、６２下面、６３前面、６４後面、６５蓄電セル、６６第１端子部、６７第２端子部、７１前方側ブラケット、７２後方側ブラケット、８１，８２取付部、１００車両、７２１前端部、７２２後端部。

Claims

上面および下面を有する蓄電スタック、および当該蓄電スタックを収容する収容ケースを含む蓄電装置と、
車両の床面を形成し、前記蓄電装置が固定されるフロア部材と、
前記蓄電装置の後部側を前記フロア部材に固定するための後方側ブラケットとを備え、
前記収容ケースは、後方を向く後壁部を有し前記蓄電スタックの前記下面側が固定されるロアケースと、前記蓄電スタックの前記上面側を覆うように前記ロアケースに固定されるアッパーケースとを含み、
前記フロア部材には、前記後壁部の後方側において、前記後方側ブラケットを取り付けるための取付部が設けられており、
前記後方側ブラケットは、前記後壁部に固定される前端部と、前記取付部に取り付けられる後端部とを含み、
前記蓄電スタックは、前記後壁部との間に隙間が形成されるように前記収容ケース内に配置されており、
前記後方側ブラケットの前記前端部は、上下方向において前記蓄電スタックの前記上面と前記下面との間に位置するように前記後壁部に固定されている、蓄電装置の搭載構造。
前記後壁部は、上下方向において前記蓄電スタックの前記上面よりも低い位置に上端を有し、
前記後方側ブラケットの前記前端部は、前記後壁部の前記上端よりも低い位置で前記後壁部に固定されている、請求項１に記載の蓄電装置の搭載構造。
前記蓄電スタックは、後方を向く後面を有し、
前記蓄電スタックの前記後面には、後方側に向けて突出する端子部が設けられており、
前記後壁部の前記上端は、前記端子部よりも低い位置に位置する、請求項２に記載の蓄電装置の搭載構造。
前記アッパーケースは、前記端子部よりも低い位置に位置する下端部を有しかつ後方側から前記後面に対向する壁部を含み、
前記壁部は、前記端子部の後方側において、前記下端部よりも後方側に膨出する膨出部を有する、請求項３に記載の蓄電装置の搭載構造。
前記後方側ブラケットの前記前端部は、前記後壁部に溶着されている、請求項１から４のいずれか１項に記載の蓄電装置の搭載構造。