(57)【要約】【課題】車両の剛性を確保することができる車両のバッテリ搭載構造を提供する。【解決手段】  一対のリヤサイドメンバ２５，２６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ている。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１７を有し、一対のリヤサイドメンバ２５，２６の間に配置されている。電池パック１６に対して車両の後方には、車幅方向に延びたクロスメンバ２７が配置されている。バッテリモジュール１７は、一対の電極の間に固体電解質を介在した単セルを複数積層した全固体電池となっている。バッテリモジュール１７は、第１連結板３０および第２連結板３１により一対のリヤサイドメンバ２５，２６にそれぞれ連結される。また、バッテリモジュール１７は、第３連結板および第４連結板３２，３３によりクロスメンバ２７に連結される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項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、前記一対の骨格部材の間に配置された電池パックと、前記電池パックに対して前記車両の前方または後方に前記車幅方向に延びて配置され、両端が前記一対の骨格部材に接続されたクロスメンバとを備えた車両のバッテリ搭載構造において、
前記積層体は、一対の電極の間に固体電解質を介在した単セルを複数積層した全固体電池となっており、
前記積層体を前記一対の骨格部材にそれぞれ連結する第１の連結具と、
前記積層体を前記クロスメンバに連結する第２の連結具とを備えた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】
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。
【背景技術】
【０００２】
従来、強度部材である一対のサイドフレームの間に配置されたバッテリケースが衝撃荷重を受けてもバッテリの変形を低減することができる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、一対のサイドシルを車幅方向に延びるクロスフレームに互いに接続されて、一対のサイドフレームおよび一対のクロスフレームで囲まれる枠にバッテリケースを嵌合させて車両の剛性を確保している。バッテリケースは、サイドフレームおよびクロスフレームの下部に取り付けられる底板を有し、底板の上にバッテリを固定している。バッテリは、一対のサイドフレームからそれぞれ離間して配置されており、またクロスフレームに対しても離間して配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１５０９２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
バッテリの変形を低減する技術では、バッテリが一対のサイドフレームおよびクロスフレームに対してそれぞれ離間して配置されているため、一対のサイドフレームおよびクロスフレームを含む骨格部材の補強を底板だけで受け持つ構成になっている。底板は、バッテリを搭載するための平板形状となっているため、車両の側面衝突時に入力される衝撃荷重により底板が変形するおそれがある。底板が変形すると、底板でそれ以上の衝撃荷重を受け持つことができないため、一対のサイドフレームおよびクロスフレームが変形するおそれがある。また、車両の剛性を確保するために、底板に補強が別途必要になる。補強を実施すると車体が重くなるおそれがある。
【０００５】
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、電池パックを骨格部材に取り付けても車両の剛性を確保することが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、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、前記一対の骨格部材の間に配置された電池パックと、前記電池パックに対して前記車両の前方または後方に前記車幅方向に延びて配置され、両端が前記一対の骨格部材に接続されたクロスメンバとを備えた車両のバッテリ搭載構造において、前記積層体は、一対の電極の間に固体電解質を介在した単セルを複数積層した全固体電池となっており、前記積層体を前記一対の骨格部材にそれぞれ連結する第１の連結具と、前記積層体を前記クロスメンバに連結する第２の連結具とを備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明においては、電池パックを骨格部材に取り付けた状態にて剛性をもつバッテリモジュールを一対の骨格部材およびクロスメンバに連結しているため、別に補強材を使用しないで車両の剛性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】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。
【図２】電池パックの取付構成の一例を示す斜視図である。
【図３】バッテリモジュールの一例を示す斜視図である。
【図４】電池パックおよび第１リヤサイドメンバの取付構成の一例を示す断面図である。
【図５】第１連結板の変形例を示す斜視図である。
【図６】第２クロスメンバを配置した車両の一例を示す底面図である。
【図７】フロアパネルがリヤ第１サイドメンバに掛け渡された車両の一例を示す断面図である。
【図８】バッテリモジュールをリヤサスペンションタワーに固定した実施例を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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す。図１に示すように車両１０は、例えば車両１０のリヤ側にコンバータ１２、インバータ１３、モータ１４、動力伝達機構１５および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、バッテリモジュール１７と、直方体をなすケース１８とを有する。バッテリモジュール１７は、一対の電極の間に介在された固体電解質を有する単セルを一方向に積層した全固体電池となっている。バッテリモジュール１７は、単セルの積層方向を車幅方向に合わせた姿勢でケース１８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から出力される電圧を昇圧するとともに、バッテリモジュール１７から出力される電圧の変動を吸収して安定した電圧をインバータ１３に供給する。インバータ１３は、バッテリモジュール１７から出力される直流電流を交流電流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後輪１９に伝達する。
【００１０】
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２０および第２サイドシル２１（一対のサイドシル（ロッカ）２０，２１）を備えている。また、一対のサイドシル２０，２１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２２の両端が固定されている。また、一対のサイドシル２０，２１は、車両１０の後方に、車幅方向に延設されたリヤクロス２３の両端が固定されている。リヤクロス２３には、車両１０の前後方向のうちの後方に延ばして配置された第１リヤサイドメンバ２５および第２リヤサイドメンバ２６(一対のリヤサイドメンバ２５，２６）が接続されている。一対のリヤサイドメンバ２５，２６は、車幅方向に間隔を空けて配置されており、また一対のリヤサイドメンバ２５，２６の間には、リヤクロス２３に対して後方に間隔を空けて配置されたクロスメンバ２７が車幅方向に延設されている。クロスメンバ２７は、両端が一対のリヤサイドメンバ２５，２６にそれぞれ接続されている。なお、一対のリヤサイドメンバ２５，２６は、車両１０の前後方向に平行でなくてよい。
【００１１】
図２は、電池パック１６の取付構成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す。図２に示すように電池パック１６は、ケース１８にバッテリモジュール１７を収容する。バッテリモジュール１７には、一端がケース１８を貫通して突出された第１連結板３０、第２連結板３１、第３連結板３２および第４連結板３３を有する。第１連結板３０〜第４連結板３３は、一端が一対のリヤサイドメンバ２５，２６およびクロスメンバ２７に固定されている。バッテリモジュール１７は、車両１０の側面衝突時に一対のリヤサイドメンバ２５，２６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。これによりバッテリモジュール１７は、一対のリヤサイドメンバ２５，２６の車両上下方向への変形、および車幅方向への変形を抑制する。さらに、バッテリモジュール１７は、衝撃荷重を伝達する経路を一対のリヤサイドメンバ２５，２６の間に作るため、車両１０の後面衝突時に、例えば第２リヤサイドメンバ２６に入力される衝撃荷重Ａを同図に示す矢印Ｂ方向と、矢印Ｃ方向から矢印Ｄ方向との経路に分散させることができる。なお、一対のリヤサイドメンバ２５，２６は、一対の骨格部材の一例である。また、第１連結板３０および第２連結板３１などは、第１の連結具の一例である。さらに第３連結板３２および第４連結板３３などは、第２の連結具の一例である。
【００１２】
図３は、バッテリモジュール１７の一例を示す斜視図である。図３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す。図３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３５、第２エンドプレート３６、第１テンションプレート３７、第２テンションプレート３８および電池スタック３９を備えている。電池スタック３９は、複数の単セル４０（４０−１，４０−２・・・４０−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３９は積層体の一例である。
【００１３】
単セル４０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４０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４０を直列に接続して構成されており、単セル４０の数に応じた電圧を、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（図１参照）。
【００１４】
第１エンドプレート３５および第２エンドプレート３６は、電池スタック３９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３７は、電池スタック３９の上側で第１エンドプレート３５および第２エンドプレート３６の間に、固定具、例えば複数のボルト４１およびボルト４２により固定される。第２テンションプレート３８は、電池スタック３９の下側で、第１エンドプレート３５および第２エンドプレート３６の間に、固定具、例えば複数のボルト４１およびボルト４２により固定される。第１エンドプレート３５、第２エンドプレート３６、第１テンションプレート３７および第２テンションプレート３８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３９は、ボルト４１およびボルト４２の締め付けによって第１エンドプレート３５および第２エンドプレート３６の間で積層方向に拘束される。
【００１５】
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４０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。この実施例では、第１連結板３０および第２連結板３１がＬ字形に形成されている。第１連結板３０の一端４３は、第１エンドプレート３５および第２テンションプレート３８の間に挟持されている。第２連結板３１の一端４４は、第２エンドプレート３６および第２テンションプレート３８の間に挟持されている。第１連結板３０および第２連結板３１は、図２で説明したように他端４５，４６が第１リヤサイドメンバ２５および第２リヤサイドメンバ２６にそれぞれ固定される。第２テンションプレート３８には、Ｌ字形をした第３連結板３２および第４連結板３３の一端４７，４８が、例えばボルトにより固定されている。第３連結板３２および第４連結板３３の他端４９，５０は、車両１０の前方に向けて突出しており、図２で説明したようにクロスメンバ２７に、例えばボルトにより固定される。
【００１６】
図４は、電池パック１６および第１リヤサイドメンバ２５の取付構成の一例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４に示すようにケース１８は、バッテリモジュール１７が配置される底部５１、およびバッテリモジュール１７の側面および上面を覆う蓋部５２を有する。蓋部５２の上面および底部５１の下面は、フラットになっている。第１リヤサイドメンバ２５は、例えば開放側を上に向けたカップ形をした断面形状となっており、開放側の車幅方向の左方（内側）に向けて折り曲げられたフランジ部５３を有する。フランジ部５３には、底部５１が、例えば溶接または接着により固定されている。
【００１７】
蓋部５２には、開口縁５４から第１リヤサイドメンバ２５に向けて突出するフランジ５５が一体的に形成されている。底部５１には、フランジ５５に重なるように延設された延長部５６が一体的に形成されている。フランジ５５および延長部５６の間には、第２連結板３１他端４６が挟持される。フランジ５５、他端４６および延長部５６は、第１リヤサイドメンバ２５に、例えばボルト５７により固定される。この実施例では、バッテリモジュール１７および第１リヤサイドメンバ２５が間接的に連結される。なお、車幅方向の右側の第２リヤサイドメンバ２６および電池パック１６の取付構成は、図示していないが図４で説明した第１リヤサイドメンバ２５および電池パック１６の取付構成と同じまたは同様な構成になっている。
【００１８】
上記実施例では、第１連結板３０〜第４連結板３３をＬ字形の金具として説明しているが、本発明ではこれに限らない。例えば図５に示すように第１リヤサイドメンバ２５に連結するための第１連結部５８，５９を第１エンドプレート３５に一体に形成してよい。また、図４で説明した実施例では、第２連結板３１を第１リヤサイドメンバ２５にケース１８を介して間接的に連結しているが、第２連結板３１を第１リヤサイドメンバ２５に直接的に連結してよい。この場合には、第１連結板３０および第２連結板３１の他端４５，４６をケース１８から突出させて一対のリヤサイドメンバ２５，２６に直接的に固定すればよい。この場合には、第１連結板３０および第２連結板３１と一対のリヤサイドメンバ２５，２６の固定とは別に、ケース１８を一対のリヤサイドメンバ２５，２６に固定してよい。また、バッテリモジュール１７をケース１８の、例えば底部５１に固定する場合には、ケース１８と一対のリヤサイドメンバ２５，２６との固定を省略してよい。
【００１９】
図５は、図４で説明した第１連結板３０の変形例を示す斜視図である。図５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、矢印ＦＲ方向が車両前後方向のうちの前方向をそれぞれ示す。図５に示すように第１連結部５８，５９の他端６０，６１は、ケース１８に対して、例えばボルトにより固定される。ケース１８は、図４で説明したように第１リヤサイドメンバ２５に固定される。なお、車幅方向の右側に配置された第２エンドプレート３６には、図５で説明したと同じまたは同様な構成の第２連結部が一体に形成される。また、図５は、図３で説明したと同じまたは同様な構成の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。
【００２０】
図６は、第２クロスメンバ６３を配置した車両６４の一例を示す底面図である。図６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のうちの前方向をそれぞれ示す。図６に示すように第２クロスメンバ６３は、電池パック１６に対して車両６４の後方に車幅方向に延ばして配置され、両端が一対のリヤサイドメンバ２５，２６にそれぞれ固定されている。バッテリモジュール１７には、第５連結板６５および第６連結板６６の一端６７，６８が固定されており、第５連結板６５および第６連結板６６の他端６９，７０は、ケース１８を貫通して第２クロスメンバ６３に、例えばボルトにより固定されている。なお、第５連結板６５および第６連結板６６などは、連結具の一例である。また図６では、図２で説明したクロスメンバ２７を第１クロスメンバ２７として記載している。また、図５は、図１で説明したと同じまたは同様な構成の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。
【００２１】
図７は、フロアパネル７１が第１リヤサイドメンバ２５に掛け渡された車両７２の一例を示す断面図である。図７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７に示すように第１リヤサイドメンバ２５には、フランジ部５３にフロアパネル７１の一端７３が、例えば溶接により固定されている。フロアパネル７１の下には、電池パック１６が配置されている。電池パック１６は、蓋部５２の上面がフラットになっている。このような構成の場合には、蓋部５２に設けたフランジ５５、第２連結板３１に設けた他端４６および底部５１に設けた延長部５６が第１リヤサイドメンバ２５に、例えばボルト５７により直接的に固定されている。なお、車幅方向の右側に配置した第２リヤサイドメンバ２６と電池パック１６との取付構成も図７で説明したと同じまたは同様な構成になっている。また、図７では、図４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。
【００２２】
図８は、バッテリモジュール１７をサスペンションタワー７５，７６に固定した実施例を示す斜視図である。図８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のうちの前方向を、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８に示すように一対のリヤサイドメンバ２５，２６には、ショックアブソーバを支持するためのサスペンションタワー７５，７６がそれぞれ設けられている。サスペンションタワー７５，７６は、一部に取付部７７，７８をそれぞれ有する。各取付部７７，７８には、単セル４０の積層方向を車幅方向に合わせた姿勢でバッテリモジュール１７がサスペンションタワー７５，７６に直接的または間接的に固定される。なお、図８では、図面の煩雑化を防ぐためにクロスメンバ２７、第３連結板３２および第４連結板３３を省略している。
【００２３】
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説明したバッテリモジュール１７の個数は複数であってよい。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に直接に接続してよい。さらに、駆動輪が前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をフロント側に配置してよい。さらにまたモータ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、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。
【００２４】
上記各実施例では、一対の骨格部材を一対のリヤサイドメンバ５，２６として説明しているが、本発明の一対の骨格部材としては、例えば一対のサイドシル２０，２１やフロントに配置される一対のフロントサイドメンバとしてよい。また、バッテリモジュール１７の剛性を維持  単セルを車両の前後方向に積層した積層群を車幅方向に並べた形態としてよい。さらに、クロスメンバ２７を省略してバッテリモジュール１７を一対のリヤサイドメンバ２５，２６のみに連結してよい。
【符号の説明】
【００２５】
１０，６４，７２…車両、  １６…電池パック、  １７…バッテリモジュール、  ２５…第１リヤサイドメンバ、  ２６…第２リヤサイドメンバ、  ２７…クロスメンバ、  ３０〜３４…第１連結板〜第４連結板、  ６５…第５連結板、  ６６…第６連結板。
【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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