(57)【要約】【課題】ケーブルの損傷を抑制できる車両のバッテリ搭載構造を提供する。【解決手段】車両１の左右両側に骨格部材５が設けられ、車両１の下側に複数の単セル１４を一方向に積層して一体化した積層体７を有するバッテリパック６が取り付けられた、車両１のバッテリ搭載構造において、骨格部材５の間にバッテリパック６が配置され、バッテリパック６の内部に、車両１の前後方向に延びる第１補強部材１１と、車幅方向に延びる第２補強部材１２とが設けられ、第１補強部材１１と第２補強部材１２とが交叉させられ、その交叉部１３で各補強部材１１，１２が互いに結合され、第１補強部材１１の内部に積層体７に電気的に接続されたケーブル２４が配置され、単セル１４は一対の電極の間に挟み付けられた固体電解質を有し、積層体７は複数の単セル１４をそれらの積層方向に押圧して互いに密着させて構成されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の左右両側に前記車両の前後方向に延びる骨格部材が設けられ、前記車両の下側に、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するバッテリパックが取り付けられた、車両のバッテリ搭載構造において、
前記車両の左右両側に設けられた前記骨格部材の間に前記バッテリパックが配置され、
前記バッテリパックの内部に、前記車両の前後方向に延びる第１補強部材と、前記車両の車幅方向に延びる第２補強部材とが設けられ、かつ、
前記第１補強部材と前記第２補強部材とが交叉させられるとともに、前記第１補強部材と前記第２補強部材とが交叉している交叉部で前記第１補強部材と前記第２補強部材とが互いに結合されており、
前記第１補強部材の内部に、前記積層体に電気的に接続されたケーブルが配置されており、
前記単セルは、一対の電極の間に挟み付けられた固体電解質を有し、
前記積層体は、複数の前記単セルをそれらの積層方向に押圧して互いに密着させて構成されている
ことを特徴とする車両のバッテリ搭載構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車両のバッテリ搭載構造に関し、特に、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。
【背景技術】
【０００２】
フロアパネルの下側に、複数のバッテリが収容されたバッテリアセンブリを配置した構造が特許文献１に記載されている。そのバッテリアセンブリは矩形のバッテリ搭載フレームを備え、バッテリ搭載フレームの内側に補強部材が設けられている。その補強部材は車両横断方向に延びるガーダと、車両の前後方向に延びかつガーダの中間部に結合されたビームとによって構成されており、「Ｔ」形をなしている。この補強部材によって区画された領域に複数のバッテリを積層したバッテリユニットがそれぞれ配置され、上述したビームの上側に、各バッテリユニットに電気的に接続されたハーネスやジャンクションボックスなどが設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１０／０９８２７１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
フロアパネルの左右両側（車体の左右両側）には、サイドシルあるいはロッカと称される骨格部材（強度部材）が設けられている。この種の骨格部材は、側面衝突などによる大きい荷重が掛かった場合にある程度変形して衝撃力を緩和する。したがって、側面衝突などが発生した場合には、前記骨格部材の変形に伴って上記のバッテリ搭載フレームに衝突に伴う荷重が掛かり、補強部材のガーダを介して側面衝突が発生した箇所とは反対側に上記の荷重が伝達される。ハーネスやジャンクションボックスはビームの上側に露出して設けられており、バッテリユニットと比較すると、剛性が低い。そのため、衝突に伴う大きい荷重によってガーダが変形したりバッテリユニットが変位したりすると、それらのガーダやバッテリユニットによってハーネスが損傷する可能性がある。
【０００５】
この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、ケーブルの損傷を抑制できる車両のバッテリ搭載構造を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の目的を達成するために、この発明は、車両の左右両側に前記車両の前後方向に延びる骨格部材が設けられ、前記車両の下側に、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するバッテリパックが取り付けられた、車両のバッテリ搭載構造において、前記車両の左右両側に設けられた前記骨格部材の間に前記バッテリパックが配置され、前記バッテリパックの内部に、前記車両の前後方向に延びる第１補強部材と、前記車両の左右方向に延びる第２補強部材とが設けられ、かつ、前記第１補強部材と前記第２補強部材とが交叉させられるとともに、前記第１補強部材と前記第２補強部材とが交叉している交叉部で前記第１補強部材と前記第２補強部材とが互いに結合されており、前記第１補強部材の内部に、前記積層体に電気的に接続されたケーブルが配置されており、前記単セルは、一対の電極の間に挟み付けられた固体電解質を有し、前記積層体は、複数の前記単セルをそれらの積層方向に押圧して互いに密着させて構成されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、バッテリパックの内部に、車両の前後方向に延びる第１補強部材と、車両の左右方向に延びる第２補強部材とが設けられており、それらの第１補強部材と第２補強部材とは交叉されかつ結合されている。つまり、第１補強部材と第２補強部材とは交叉されかつ結合されているため、互いに補強することとなり、全体としての剛性や耐衝撃力を向上できる。その第１補強部材に内部に、積層体に電気的に接続されたケーブルが配置されているため、衝突時などに生じる大きい外力からケーブルを保護できる。また、単セルは固体電解質を有するいわゆる全固体電池であり、電解液を使用する他の電池に比較してその強度や剛性が高い。その全固体電池を有するバッテリパックが骨格部材の間に配置されており、バッテリパックを強度部材として機能させることができるため、全体として車両の剛性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明が適用される車両の下部構造の一例を示す底面図である。
【図２】バッテリモジュールの一例を示す斜視図である。
【図３】図１のIII−III線に沿う断面図である。
【図４】図１のIV−IV線に沿う断面図である。
【図５】第１補強部材および凸部を一体に形成した一例を示す図である。
【図６】第１補強部材と第２補強部材との交叉部の一例を示す斜視図である。
【図７】この発明の実施形態における荷重の伝達経路の一例を模式的に示す図である。
【図８】第１補強部材の両側に第２補強部材を突き当てかつ接合して十字形状の交叉部を構成した例である。
【図９】第１補強部材の高さと第２補強部材の高さとを揃えた状態でそれらを接合して交叉部を構成した一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、この発明が適用される車両１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１の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１は、例えばフロントコンパートメント２に走行装置３および走行用コントローラ４を搭載している。走行装置３は、車両１が走行するための駆動力を出力する装置であり、エンジンやモータなどの動力装置および変速機などの動力伝達装置を備えている。また、走行用コントローラ４は、エンジンの燃料噴射量や点火時期あるいはスロットル開度などを制御するコントローラ、モータの電流や回転数などを制御するインバータやコンバータなどの制御機器およびその制御機器に制御信号を出力するコントローラを備えている。
【００１０】
車両１は、車幅方向の両側に、車両１の前後方向に延びた一対のサイドシル（ロッカと称されることもある。）５を備えている。これらのサイドシル５の間の部分を覆った状態に後述するフロアパネルが設けられている。車両１の下部に、走行のための動力源となるバッテリパック６が搭載されている。バッテリパック６は、ここに示す例では、一対のサイドシル５の間であってフロアパネルの下面側に配置されている。
【００１１】
バッテリパック６は、複数の単セルを積層してバッテリモジュール７とし、複数のバッテリモジュール７を直方体状のケース８に収納し、かつそれらのバッテリモジュール７を直列もしくは並列に適宜に接続するとともに電力を外部に取り出すことができるように構成されている。図１に示す例では、１０個のバッテリモジュール７が、車両１の左右方向および前後方向のそれぞれに所定の間隔をあけて互いに平行に、かつ前後方向で５行、幅方向で２列のマトリックス状に配列されている。車幅方向でのケース８の中央部に、車両１の前後方向に連続する第１スペース９が１つ形成されている。その第１スペース９に直交していて車両１の車幅方向に連続する第２スペース１０が各バッテリモジュール７の前後両側に形成されている。図１に示す例では、第２スペース１０が６つ形成されている。なお、ケース８に各バッテリモジュール７は固定されている。
【００１２】
上述した第１スペース９にその全長に亘って延びる第１補強部材１１が設けられ、各第２スペース１０にその全長に亘って延びる第２補強部材１２がそれぞれ設けられている。それら第１補強部材１１および第２補強部材１２の形状については後述する。車幅方向における第２補強部材１２の中央部で第２補強部材１２と第１補強部材１１とが直交している。また、その交叉している箇所（以下、単に交叉部と記す。）１３では、車両１の上下方向で第１補強部材１１の上側に第２補強部材１２が配置されており、また、各補強部材１１，１２が互い結合されている。その結合のための手段は適宜、選択することができ、例えば溶接、ろう付け、リベット止め、ボルト止めなどによって結合することができる。なお、プレス成型によって一体に形成してもよい。また、図１に示すように、車両１の前後方向でのケース８の内壁面に沿って設けられた第２補強部材１２と第１補強部材１１との交叉部１３はそれぞれ「Ｔ」形をなしており、それ以外の交叉部１３は十字形状をなしている。以下の説明では、「Ｔ」形の交叉部１３を交叉部１３ａと記し、十字形状の交叉部１３を交叉部１３ｂと記す。
【００１３】
ここで、バッテリパック６を車体に取り付ける構造およびバッテリモジュール７の構造について説明する。バッテリパック６のケース８の側端部に図示しないフランジ部が設けられており、そのフランジ部によってサイドシル５にバッテリパック６が固定されている。その固定のための手段は適宜、選択することができ、例えば、サイドシル５に固定してあるナットと、フランジ部に形成したボルト孔を底面側から貫通させたボルトとによってバッテリパック６をサイドシル５に固定することができる。
【００１４】
図２は、バッテリモジュール７の一例を示す斜視図である。図２では、矢印ＦＲ方向が車両１の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１の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７は、平板形状の複数の単セル１４を積層したバッテリスタック１５と、そのバッテリスタック１５の積層方向での両端部に配置された一対のエンドプレート１６と、バッテリスタック１５を上下両側から挟みかつ長手方向の両端部がエンドプレート１６にそれぞれボルト１７によって連結された一対のテンションプレート１８とを備えている。単セル１４は固体電解質を使用したいわゆる全固体電池であって、一対の電極の間に固体電解質が挟み付けられている。そして、上述したボルト１７を締め込むことにより前記一対のエンドプレート１６によって押圧されて強固に密着させられる。そして、単セル１４の積層方向と車幅方向とを一致させた状態で、一対のサイドシル５の間にバッテリパック６が配置される。なお、バッテリモジュール７毎に、図示しないバッテリＥＣＵがそれぞれ設けられている。バッテリモジュール７に対して車両１の前後方向で後側にバッテリモジュール７と互いに隣接してバッテリＥＣＵが配置される。バッテリＥＣＵは後述するハーネスを介してバッテリモジュール７や走行用コントローラ４に電気的に接続されている。バッテリＥＣＵは、各単セルの電圧を測定し、測定した電圧に基づいて単セルの電圧の均等化を行う電圧均等化制御を実施する。
【００１５】
図３は図１のIII−III線に沿う断面図であり、図４は図１のIV−IV線に沿う断面図である。なお、図３および図４では、図面を見やすくするため、図１とは上下を反対に記載してある。バッテリパック６のケース８は上蓋１９と底板２０とを備えており、バッテリパック６は上蓋１９の上面がフロアパネル２１の下面に対向した状態でサイドシル５に固定されている。車幅方向での底板２０の中央部に、図３および図４に示すように、車両１の下側に突出し、かつ、車両１の前後方向に亘って延びる溝状の凸部２２が形成されている。これは、底板２０あるいはケース８の剛性を高くすると共に、後述するように、路面における干渉物とバッテリモジュール７との接触あるいは衝突を回避もしくは抑制するためである。その凸部２２の開口部を覆うように、底板２０に第１補強部材１１が取り付けられている。その第１補強部材１１は、図３および図４に示すように、押し出し成形もしくはプレス成形されたハット形断面もしくはカップ形断面をなしている。その開口部の両側にフランジ部１１ａが形成されていて、そのフランジ部１１ａをケース８の底板２０に密着させた状態で底板２０に固定されている。その固定のための手段は適宜、選択することができ、例えば溶接やろう付け、接着材などによって固定することができる。凸部２２の上側の空間が前述した第１スペース９となっている。
【００１６】
上述した凸部２２は第１補強部材１１に対してほぼ線対称に形成されている。それらの凸部２２と第１補強部材１１とによって車両１の前後方向に亘って延びる収容部２３が構成されている。その収容部２３の内部にハーネス２４が配置されている。そのハーネス２４は複数のバッテリモジュール７やバッテリＥＣＵを、前述した走行装置３や走行用コントローラ４に電気的に接続している。また、底板２０における凸部２２の両側はバッテリモジュール７が配置されるモジュール搭載部２５となっており、ほぼ平坦に形成されている。なお、上述した凸部と第１補強部材とは、図５に示すように、例えば、押し出し成形によって一体に構成してもよい。図５に示すよう構成すれば、部品点数を削減でき、全体として組み立てやすくできる。なお、図５では、図面を見やすくするため、図１とは上下を反対に記載してある。
【００１７】
図６は、第１補強部材１１と第２補強部材１２との交叉部１３ｂの一例を示す斜視図である。第１補強部材１１と第２補強部材１２とは直交もしくはほぼ直交していて、ここに示す例では、車両１の上下方向で第１補強部材１１の上側に第２補強部材１２が位置している。その第２補強部材１２は、図６に示すように、押し出し成形もしくはプレス成形されたハット形断面もしくはカップ形断面をなしており、その開口部の両端部がフランジ部１２ａとなっている。第２補強部材１２の長さ方向での中央部に、第１補強部材１１の形状に応じた凹部２６が形成されており、この凹部２６に第１補強部材１１が嵌め込まれている。その凹部２６におけるフランジ部１２ａが第１補強部材１１の上面に密着させられている。このように第１補強部材１１の上面に凹部２６を密着させた状態で第１補強部材１１の上面に凹部２６のフランジ部１２ａが固定されている。また、第２補強部材１２の長さ方向で凹部２６を挟んで両側の部分におけるフランジ部１２ａは、図６に示すように、底板２０に密着させられている。そして、底板２０にそれらのフランジ部１２ａを密着させた状態で底板２０に固定されている。なお、上述した固定のための手段は適宜、選択することができ、例えば溶接やろう付け、接着材などによって固定することができる。また、これと同様に、「Ｔ」形をなす交叉部１３ａにおいても、第１補強部材１１および底板２０に対して第２補強部材１２が密着させられ、かつ、固定されている。
【００１８】
次に、上述した実施形態の作用・効果について説明する。図７は、この発明の実施形態における荷重の伝達経路の一例を模式的に示す図である。一方のサイドシル５に側面衝突が発生すると、一方のサイドシル５の一部に衝突に伴う大きな荷重Ａが掛かる。一方のサイドシル５はある程度変形して衝撃力を緩和する。それに伴って一方のサイドシル５からバッテリパック６に衝突荷重Ａが掛かり、バッテリパック６のケース８を介して第２補強部材１２に衝突荷重Ａが掛かる。そして、第２補強部材１２を介して側面衝突が生じた箇所とは反対側に衝突荷重Ａが伝達される。第２補強部材１２の中央部には第１補強部材１１が結合されているため、第１補強部材１１によって第２補強部材１２は補強され、剛性が向上されている。そのため、衝突に伴う大きい荷重Ａつまり圧縮荷重が第２補強部材１２に作用するとしても、第２補強部材１２の変形を防止もしくは抑制できる。
【００１９】
また、前突が発生して車両１の前後方向でバッテリパック６の前方側に衝突荷重Ｂが掛かった場合には、バッテリパック６のケース８を介して第１補強部材１１に衝突荷重Ｂが掛かる。第１補強部材１１は車両１の前後方向でケース８の全長に亘って延びており、各交叉部１３ａ，１３ｂを介して複数の第２補強部材１２に結合されている。そのため、衝突荷重Ｂは第１補強部材１１を介して車両１の前後方向で後方側に伝達されると共に、交叉部１３ａ，１３ｂを介して車両１の左右方向に延びる複数の第２補強部材１２に分散される。各第２補強部材１２に掛かる衝突荷重を図７に符号ｂで記載してある。各第２補強部材１２に作用する衝突荷重ｂは前記衝突荷重Ｂより小さいため、各第２補強部材１２の変形を防止もしくは抑制できる。また上述した各交叉部１３に衝突荷重Ｂが集中して第１補強部材１１や第２補強部材１２が変形することを防止もしくは抑制できる。
【００２０】
それらの結果、上述した実施形態では、各補強部材１１，１２の一部に衝突に伴う大きい荷重Ａ，Ｂが集中して変形してしまい、ハーネス２４が損傷することを防止もしくは抑制できる。また、強度部材である第１補強部材１１の内部にハーネス２４が配置されているため、ハーネス２４が損傷することをより効果的に防止もしくは抑制できる。さらに、上述した収容部２３の一部を構成する凸部２２は、車両１の下側に突出しているため、例えば、走行路にブロックなどの干渉物がある場合には、バッテリパック６よりも先に干渉物に対して凸部２２が接触もしくは当接する。その結果、凸部２２によってバッテリパック６を保護できる。また、凸部２２は車両１の前後方向に延びているため、車両１の走行時に空気抵抗となりにくく、車両１の下側における空力特性を悪化させない。そして、上述した実施形態では、バッテリモジュール７はいわゆる全固体電池であって、サイドシル５の間にそれらのバッテリモジュール７を有するバッテリパック６が配置されているので、バッテリパック６を強度部材として機能させることができ、車両１の全体としての剛性や耐衝撃力を向上できる。
【００２１】
図８は、第１補強部材１１の両側に第２補強部材１２を突き当てかつ接合して十字形状の交叉部１３ｂを構成した一例を示す図である。ここに示す例では、各第２補強部材１２の長さは、車幅方向におけるバッテリモジュール７の長さとほぼ同じ長さに設定されている。その第２補強部材１２における一方の端部に、図８に示すように、第１補強部材１１の上面に接触するフランジ部１２ｂが形成されていて、上述した第１補強部材１１の上面第１補強部材１１の両側からフランジ部１２ｂが密着させられている。そして、第１補強部材１１にそれらのフランジ部１２ｂを密着させた状態で固定されている。その固定のための手段は適宜、選択することができ、上述したように、溶接やろう付け、接着材などによって固定することができる。また、「Ｔ」形をなす交叉部１３ａも、これと同様に、第１補強部材１１の両側に第２補強部材１２のフランジ部を密着させた状態で固定されて構成される。
【００２２】
図９は、第１補強部材１１の高さと第２補強部材１２の高さとを揃えた状態でそれらを接合して交叉部１３ｂを構成した一例を示す図である。第１スペース９と第２スペース１０とが十字形状に交叉している箇所ごとに、図９に示すように、十字形状のコネクタ２７が設けられている。そのコネクタ２７はプレス成形によって形成することができ、そのコネクタ２７の各端部に第１補強部材１１および第２補強部材１２がそれぞれ嵌め合わされかつ固定されている。第１補強部材１１は車両１の前後方向に分割して構成され、各第１補強部材１１の長さは、車両１の前後方向におけるバッテリモジュール７の長さとほぼ同じ長さに設定される。また、各第２補強部材１２の長さは、車幅方向におけるバッテリモジュール７の長さとほぼ同じ長さに設定されている。それらの第１補強部材１１と第２補強部材１２とがコネクタ２７を介して互いに連結される。上述した固定のための手段は適宜、選択することができ、上述したように、溶接やろう付け、接着材などによって固定することができる。なお、第１スペース９と第２スペース１０とが「Ｔ」形に交叉している箇所においては、「Ｔ」形に形成したコネクタを配置し、これに第１補強部材１１および第２補強部材１２をそれぞれ嵌め合わせかつ固定すればよい。このような構成であれば、ケース８内の高さ方向におけるデッドスペースを小さくできる。
【００２３】
なお、この発明は上述した実施形態に限定されないのであって、この発明におけるバッテリモジュールの数は必要に応じて適宜に変更することができる。また、バッテリは全固体電池以外の蓄電池であってもよい。さらに、底板２０に対して車幅方向に第２補強部材１２を密着させて固定し、各交叉部１３において、車両１の上下方向で第２補強部材１２の上側に第１補強部材１１を配置してもよい。
【符号の説明】
【００２４】
１…車両、  ５…サイドシル（骨格部材）、  ６…バッテリパック（バッテリパック）、  ７…バッテリパック（積層体）、  １１…第１補強部材、  １２…第２補強部材、  １３…交叉部、  １４…単セル、  ２４…ハーネス（ケーブル）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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