JP4940966B2 - バッテリ搭載構造 - Google Patents

Description

本発明は、電気自動車の車体フロア下側に搭載されるバッテリの搭載構造に関する。

ハイブリット車や電気自動車等では電気モータを駆動するために大容量のバッテリを複数搭載して用いるが、従来のバッテリ搭載構造としては車体フロアに設けたバッテリ収納部にバッテリを搭載し、該バッテリの車幅方向外側をセンタピラー基部等の車体側部にブラケットを介して連結することにより、側突（側面衝突）に対処するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−２３８５４１号公報（第３頁、図２）

しかしながら、かかる従来のバッテリ搭載構造では、重量物であるバッテリが車体側部に連結されて、該車体側部によって側突時のバッテリ荷重を専ら支持する構造であるため、バッテリを支持する車体側部の強度を増大する必要があり、そのため車体側部の板厚を増加したり、または、断面を拡大したり、あるいは、補強部材を設けたりして重量増加を招いてしまう。

また、バッテリを前記車体側部に連結するブラケットにあっても、側突時のバッテリ荷重が直接作用するため、その荷重を支持するに十分な強度を備えた構造が要求される。

そこで、本発明は、バッテリを固定する部材に側突時の入力荷重に対して反力を増大させる機能を持たせて、バッテリ支持部材の強度を高めるとともに、その重量の軽減化を図ることができるバッテリ搭載構造を提供するものである。

本発明は、バッテリを上下２段に重ねて車体に搭載するバッテリ搭載構造であって、下段バッテリと上段バッテリとの間に平坦なブラケットを介装して、該ブラケットにより下段バッテリの上面を押えて、該下段バッテリをその車幅方向両側で車体に固定するとともに、該ブラケット上に上段バッテリを載置して固定し、該ブラケットは、その車幅方向外側に側突荷重が入力される荷重入力部を備え、載置した上段バッテリの自重に対して平坦方向への復元が可能な部材で形成したことを最も主要な特徴とする。

本発明によれば、側突荷重が下段バッテリと上段バッテリとの間に介装したブラケットの荷重入力部に入力した場合、該ブラケットは上下方向に変形しようとするが、該ブラケットには上段バッテリの自重が作用しており、この自重により変形しようとするブラケットに平坦方向への復元力が作用していて、この復元力が側突荷重に対する反力として作用し、該側突荷重を軽減する。

以下、本発明の実施形態を図面と共に詳述する。

図１〜図７は本発明にかかるバッテリ搭載構造の第１実施形態を示し、図１はバッテリおよびその収納容器の分解斜視図、図２はバッテリを搭載する車体フロアの斜視図であり、図３は図１中Ａ−Ａ線に沿ったバッテリ収納状態の拡大断面図、図４は下段バッテリと上段バッテリとの間に介装するブラケットの拡大斜視図、図５は図１中Ｂ−Ｂ線に沿ったバッテリ収納状態の要部拡大断面図である。

また、図６は側突荷重が入力した際の下段バッテリと上段バッテリとの間に介装したブラケットの作用を示す模式図、図７は側突荷重が入力した際のブラケットに作用するモーメントの計算例に用いた模式図である。

本実施形態のバッテリ搭載構造は、図１に示すようにバッテリトレイ１と、該バッテリトレイ１の上側を覆うカバー２とからなる収納容器３内に、下段バッテリ４と上段バッテリ５を相互に重ねて収納して、図２に示す車体フロア６の下側に搭載するようにしている。

前記下段バッテリ４は、単体が前後方向に細長い矩形状に形成され、この単体の下段バッテリ４を前後方向に２個並設したものを、車幅方向に２列並設して、合計４個の下段バッテリ４を前記バッテリトレイ１内に収納することになる。

一方、前記上段バッテリ５の単体は、前記下段バッテリ４の単体と同一のものが用いられ、車両後方に配置した２個の下段バッテリ４の上側に、２個の上段バッテリ５を車幅方向に並設して重ねて載置してある。

前記バッテリトレイ１は、図１に示すように底部１１の外側形状を、前後・左右に４個並設した前記下段バッテリ４群の外側形状に略沿った矩形状に形成し、この底部１１の周縁部に下段バッテリ４の高さよりも若干低くなる周側壁１２を形成してあり、該周側壁１２の前側面１２ａの中央部には、前記下段バッテリ４群の前側に設けたジャンクション４１を収納する凹部１３を突設してある。

前記カバー２は、２個並設した上段バッテリ５を、それらの上方から被せて収納する収納部２１と、該収納部２１の前側下部から前方に突出する平坦部２２と、を設けて形成し、平坦部２２で前側２個の下段バッテリ４の上側を覆うようになっている。そして、前記バッテリトレイ１の周側壁１２と前記カバー２の収納部２１の周壁２３とによって収納容器３の側壁３１が構成される。

前記前後・左右に４個並設した下段バッテリ４群の前側（図中手前側）の中央部に前記ジャンクション４１を突設するとともに、前記カバー２の平坦部２２の前側中央部に前記凹部１３の上側を閉止する閉止部２４を突設してある。

また、図２に示すように前記車体フロア６の中央部には、フロアパネル６１を上方に凹設して車体フロア６の下面に、下段・上段バッテリ４，５の収納容器３を収納するバッテリ格納部６２を形成してある。

従って、バッテリトレイ１に下段バッテリ４を収納し、この下段バッテリ４の上側に上段バッテリ５を重ねた後、その上からカバー２を被せてバッテリトレイ１の上周縁に係止することにより、下段バッテリ４および上段バッテリ５が収納容器３に収納された状態となり、この収納容器３の上側部を前記車体フロア６のバッテリ格納部６２に配置して、バッテリトレイ１を図外のフロアサイドメンバやフロアクロスメンバ等のフロア下骨格メンバに締結固定することによって、バッテリ４，５を搭載するようになっている。

ここで、本発明にあっては、図１，図３に示すように上下に重ねた下段バッテリ４と上段バッテリ５との間に、下段バッテリ４および上段バッテリ５をそれぞれ固定する平坦なブラケット７を介装してある。つまり、下段バッテリ４の上面に前記ブラケット７を配置し、このブラケット７の上面に上段バッテリ５を載置するようにしている。

前記ブラケット７は、２個並設した上段バッテリ５群の下面外形よりも若干大きめとなる矩形状の枠体、つまり、図４に示すように上段バッテリ５を支持するに十分な幅ｄを持った４つの辺７ａ〜７ｄを矩形状に配置して形成してあり、更には、前側辺７ａと後側辺７ｃの車幅方向中央部を中間部材７ｅで繋ぐことにより、全体を略日の字形に形成した形状となっている。

前記ブラケット７の外周７１は、収納容器３の側壁となるバッテリトレイ１の周側壁１２に近接していて、その車幅方向両側の端部がバッテリトレイ１の左右の側面１２ｃ，１２ｄを介して側突荷重が入力される荷重入力部となっている。

下段バッテリ４はその車幅方向両側で、図３に示すようにブラケット７に形成した取付穴７２（図４参照）に挿通した長尺ボルト８の下部ねじ部８１をバッテリトレイ１の底部１１に螺合・締付けすることにより固定してあり、また、上段バッテリ５は、図示省略したクランプによってブラケット７面上に固定してある。

このブラケット７は、載置した上段バッテリ５の自重に対して平坦方向への復元が可能な部材で形成してある。

つまり、ブラケット７は、上段バッテリ５を支持しつつ、この上段バッテリ５の重量で撓み変形が可能となる厚さｔ（図４参照）に設定した鋼板等によって形成することができる。

更に、前記ブラケット７の下面には、側突荷重が入力されるバッテリトレイ１の側面１２ｃ，１２ｄの倒れ変形を抑制する変形抑制部材としての垂設リブ９を車幅方向に設けてある。

前記垂設リブ９は、図４に示すようにブラケット７の前側辺７ａの下面に車幅方向に延在して所定高さｈをもって垂下し、この垂設リブ９を図５に示すように前後方向に並設した下段バッテリ４，４間の隙間δに挿入して、該垂設リブ９の車幅方向両端面９ａ，９ｂ（図４参照）を前記バッテリトレイ１の車幅方向両側面１２ｃ，１２ｄの内側に当接若しくは近接して配置して、これら両端面９ａ，９ｂが荷重入力部となるようにしてある。

また、前記垂設リブ９は、その下段バッテリ４，４の中央部に対応する部分の垂設高さｈ′に対して、該下段バッテリ４，４の固定部に対応した側方部の垂設高さｈを大きく（ｈ＞ｈ′）してある。

なお、バッテリトレイ１の周側壁１２の後側面１２ｂには、排気部１４が設けられている。

以上の構成により本実施形態のバッテリ搭載構造によれば、上下に重ね合わせた下段バッテリ４および上段バッテリ５を、バッテリトレイ１とカバー２とで構成した収納容器３内に収納して、車体フロア６の下側のバッテリ格納部６２に搭載することにより、下段・上段バッテリ４，５のコンパクトな収納が可能となっている。

このように下段・上段バッテリ４，５を車体フロア６の下側に搭載した状態で車体が側面衝突すると、図６（ａ）の模式図に示すように、その時の側突荷重Ｆが例えばバッテリトレイ１の左側面１２ｃを介して、ブラケット７の荷重入力部である外周７１に入力した場合、図６（ｂ）中２点鎖線に示すように、ブラケット７が側突荷重Ｆにより上下方向に撓み変形しようとする。

このとき、前記ブラケット７に重量物である上段バッテリ５の自重Ｗが作用しており、この自重Ｗにより図６（ｃ）に示すように変形しようとするブラケット７に平坦方向への復元力が作用していて、この復元力が側突荷重Ｆに対する反力Ｒとして作用し、ブラケット７に作用する曲げモーメントを軽減してバッテリトレイ１の車幅方向に対向する左側面１２ｃおよび右側面１２ｄの倒れを抑制できる。

ここで、図７の模式図を用いて前記ブラケット７の機能を具体的な数値によって説明すると、まず、図７（ａ）に示すように、片側の上段バッテリ５の単体の重量Ｗを５０Ｋｇ、該片側の上段バッテリ５の支持スパンＬを４００ｍｍ、側突荷重Ｆを５，０００Ｋｇｆ（解析値）、上段バッテリ５の支持部と側突荷重Ｆの入力点とのオフセット量Ｌｆを１５ｍｍとする。このとき、片側の上段バッテリ５の自重（Ｗ）は、支持スパンＬの中点に集中荷重として作用するものとする。

すると、図７（ｂ）に示すように、側突荷重Ｆの入力による片側の上段バッテリ５の支持部に作用するモーメントＭ１は、
Ｍ１＝Ｆ×Ｌｆ
＝５，０００×１５
＝７５，０００（Ｋｇｆ・ｍｍ）
＝７５（Ｋｇｆ・ｍ）…（１）
となる。

一方、図７（ｃ）に示すように、上段バッテリ５の自重（重量Ｗ）により前記支持部に作用するモーメントＭ２は、
Ｍ２＝−Ｗ×Ｌ
＝−５０×４００
＝−２０，０００（Ｋｇｆ・ｍｍ）
＝−２０（Ｋｇｆ・ｍ）…（２）
となる。

従って、最終的に側面衝突による上段バッテリ５の支持部に作用するモーメントＭは、
Ｍ＝Ｍ１＋Ｍ２
＝７５＋（−２０）
＝５５（Ｋｇｆ・ｍ）
となり、ブラケット７に作用するモーメントＭは、｛（７５−５５）／７５｝×１００≒２６パーセントの低減となる。

従って、側突荷重Ｆが入力されるバッテリトレイ１の周側壁１２の強度をブラケット７の反力増強機能によって向上することができるため、バッテリトレイ１の過剰な補強を必要とせず、ひいては、バッテリ収納容器３を軽量化することができる。

つまり、バッテリトレイ１の囲繞壁１２の断面や大きさが同等ならば、板厚の２６パーセントを削減できるため、重量を２６パーセント軽減させることができる。

また、本実施形態では前記ブラケット７の下面には、バッテリトレイ１の側面１２ｃ，１２ｄの倒れ変形抑制部材としての垂設リブ９を車幅方向に設けたので、この垂設リブ９は前記左側面１２ｃから入力された側突荷重Ｆを右側面１２ｄ側に分散して支持できるため、バッテリトレイ１の周側壁１２、ひいては、収納容器３の側壁３１の倒れを効率良く抑制できる。

更に、前記垂設リブ９は、下段バッテリ４，４の中央部に対応する部分の垂設高さｈ′に対して、該下段バッテリ４の固定部に対応した側方部の垂設高さｈを大きくしてあるので、バッテリトレイ１の周側壁１２の倒れを一層効率よく抑制でき、しかも、小さな垂設高さｈ′の部分を通して換気性を良好に維持できるので、下段バッテリ４の冷却効果を損なうことはない。

図８は本発明の第２実施形態を示し、前記第１実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べるものとし、図８はブラケットの要部を示す拡大斜視図である。

本実施形態は、基本的に第１実施形態と同様の構成となり、下段バッテリ４と上段バッテリ５との間にフレーム状に形成したブラケット７を介装するようになっており、本実施形態が第１実施形態と主に異なる点は、変形抑制部材としての前記垂設リブ９の端面９ａに、車両前後方向に拡大されて側突荷重Ｆを入力する拡大受圧面１０を設けている。

即ち、前記拡大受圧面１０は所定厚の平板によって形成され、ブラケット７の車幅方向両側の側辺７ｂ，７ｄの下面と垂設リブ９の端面９ｂとに接合して、所定高さＨ（Ｈ≒ｈ）として取り付けあり、その拡大受圧面１０によって前記垂設リブ９の端面９ａを覆ってある。また、前記拡大受圧面１０の前後方向幅Ｋは垂設リブ９の幅ｋよりも十分に大きく設定してある。

従って、本実施形態によれば、ブラケット７を下段バッテリ４と上段バッテリ５との間に介装した際に、拡大受圧面１０が垂設リブ９の端面９ａとバッテリトレイ１の側面１２ｃ，１２ｄとの間に介在されることになる。

そして、バッテリトレイ１の側面１２ｃまたは１２ｄに入力した側突荷重Ｆは、前記拡大受圧面１０を介して垂設リブ９に確実に伝達させることができるため、前記第１実施形態で説明した垂設リブ９の機能を確実に発揮させることができて、バッテリトレイ１の側面１２ｃ，１２ｄの倒れ剛性、ひいては収納容器３の側壁３１の倒れ剛性をより高めることができる。

ところで、前記第１・第２実施形態において、側突荷重Ｆの入力はバッテリトレイ１の周側壁１２からブラケット７に入力される構造に限ることなく、カバー２を下方に延設してその側壁でブラケット７の外周を覆うことにより、側突荷重Ｆをカバー２を介してブラケット７に入力させることができ、要するにブラケット７への荷重Ｆ入力は収納容器３の側壁３１を介して行うことができ、本実施形態ではこの収納容器３の側壁の反力を高めて強度を増大することができる。

図９は本発明の第３実施形態を示し、前記第１実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べるものとし、図９は車体フロアのバッテリ搭載部分を示す分解斜視図である。

本実施形態は、基本的に第１実施形態と同様に、下段バッテリ４と上段バッテリ５とを重ねて車体に搭載するが、本実施形態が第１実施形態と主に異なる点は、下段バッテリ４と上段バッテリ５とを、車幅方向両側のサイドシル６４，６４間で、車体フロア６Ａの上側に直接搭載してある。

車体フロア６Ａは、フロアパネル６１の車幅方向中央に、車室内側に膨出したフロアトンネル６３を車体前後方向に形成してある。

また、フロアパネル６１の車幅方向両側には、閉断面の前記サイドシル６４を車体前後方向に一体的に形成してあるとともに、フロアトンネル６３の側壁とフロアパネル６１との隅部に閉断面のトンネルレインフォース６５を車体前後方向に一体的に形成してある。

サイドシル６４とトンネルレインフォース６５の上面は共に平坦に形成してあるとともに、下段バッテリ４の上面とほぼ同一地上高に形成してある。

下段バッテリ４と上段バッテリ５との間には、それらを固定するブラケット７Ａが介装されるが、このブラケット７Ａは、前記サイドシル６４の上面とトンネルレインフォース６５の上面とに跨る車幅方向幅を有する方形の平板状としてある。

ブラケット７Ａは、その車幅方向両側部をサイドシル６４の上面とトンネルレインフォース６５の上面とに、それぞれ前後方向に複数箇所でボルト８Ａにより締結して固定することにより、該ブラケット７Ａの下面とフロアパネル６１の上面との間で下段バッテリ４が押え付けて固定される。

従って、前記ボルト８Ａの締結のためブラケット７Ａの車幅方向両側部には、前後方向に複数個の取付穴７２が形成されている一方、サイドシル６４の上面とトンネルレインフォース６５の上面には、それぞれ前記取付孔７２に整合する位置に前後方向に複数個のねじ孔６４ａ，６５ａが設けられている。

上段バッテリ５は、下段バッテリ４の直上位置でブラケット７Ａの上面に載置され、その上面に車幅方向に掛け回したクランプ１５によって該ブラケット７Ａに固定されるが、本実施形態では前記ボルト８Ａにより、クランプ１５をその脚片に設けた取付孔１５ａと前記取付穴７２およびねじ孔６４ａ，６５ａを通して、ブラケット７Ａと一体的にサイドシル６４およびトンネルレインフォース６５の各上面に共締め固定するようにしている。

ブラケット７Ａは、前述のようにサイドシル６４およびトンネルレインフォース６５の各上面に締結固定した状態では、その車幅方向両側の端部７１がサイドシル６４の上縁フランジ６４ｂの内側面と、フロアトンネル６３の側壁外面にそれぞれ近接もしくは当接して、サイドシル６４を介して衝突荷重が入力される荷重入力部となっている。

下段バッテリ４は、前述のようにブラケット７Ａによってフロアパネル６１の上面に押え付けて固定されるが、本実施形態ではブラケット７Ａの裏面（下面）に、その車幅方向両側部に前後方向リブ９１と、これら前後方向リブ９１，９１に跨る前、後各一対の車幅方向リブ９２，９２，９３，９３を一体的に設け、下段バッテリ４，４の上部周縁をこれら前後方向リブ９１，９１と、車幅方向リブ９２，９２および９３，９３とで囲まれた枠内に嵌合して、これら下段バッテリ４，４の前後方向および車幅方向の位置決めを行って、これら下段バッテリ４，４の固定を確実に行えるようにしている。

具体的には、前後方向リブ９１，９１は、下段バッテリ４の車幅方向側面に近接もしくは当接するとともに、サイドシル６４の内側壁面、トンネルレインフォース６５の内側壁面にそれぞれ近接もしくは当接するように形成される。

また、車幅方向リブ９２，９２、および９３，９３は、下段バッテリ４の前、後側面に近接もしくは当接するように形成される。

従って、車幅方向リブ９２，９３が、側突荷重が入力されるサイドシル６４の倒れ変形を抑制する変形抑制部材としての機能を併有し、これら車幅方向リブ９２，９３の車幅方向端部９２ａ，９２ｂ，９３ａ，９３ｂが荷重入力部となる。

そして、上段バッテリ５の上方部分は図示省略したカバーが被せられ、下段バッテリ４，上段バッテリ５が密閉格納される。

図９では車体フロア６Ａの左側半分のバッテリ搭載構造を示しているが、右側半分も同様の構造とされる。

従って、この第３実施形態にあっても側突荷重に対してブラケット７Ａが反力増強機能してサイドシル６４の倒れ変形を抑制でき、車体フロア６Ａの過剰な補強を不要として軽量化を図ることができる。

また、下段バッテリ４の位置決め用の車幅方向リブ９２，９３が、サイドシル６４の倒れ変形抑制部材として機能して、サイドシル６４の倒れを効率良く抑制することができる。

なお、本実施形態ではフロアトンネル６３を有する車体フロア６Ａの構造例を示したが、フロアトンネル６３の無いフラットフロア構造では、左右のサイドシル６４に跨ってブラケット７Ａを固定して、前述と同様に下段バッテリ４と上段バッテリ５とが固定される。

本発明の第１実施形態におけるバッテリおよびそれの収納容器の分解斜視図。 本発明の第１実施形態におけるバッテリを搭載する車体フロアの前後中央部分の斜視図。 図１中Ａ−Ａ線に沿ったバッテリ収納状態の拡大断面図。 本発明の第１実施形態における下段バッテリと上段バッテリとの間に介装するブラケットの拡大斜視図。 図１中Ｂ−Ｂ線に沿ったバッテリ収納状態の要部拡大断面図。 本発明の第１実施形態における側突荷重が入力した際の下段バッテリと上段バッテリとの間に介装したブラケットの作用を示す模式図。 本発明の第１実施形態における側突荷重が入力した際のブラケットに作用するモーメントの計算例に用いた模式図。 本発明の第２実施形態におけるブラケットの要部を示す拡大斜視図。 本発明の第３実施形態における車体フロアのバッテリ搭載部分を示す分解斜視図。

符号の説明

１ バッテリトレイ（収納容器）
２ カバー（収納容器）
３ 収納容器
４ 下段バッテリ
５ 上段バッテリ
６，６Ａ 車体フロア
７，７Ａ ブラケット
１２ バッテリトレイの周側壁（側壁）
７１ ブラケットの外周面（荷重入力部）
９ 垂設リブ（変形抑制部材）
９ａ 垂設リブの端面（荷重入力部）
１０ 拡大受圧面
６３ フロアトンネル
６４ サイドシル
９２，９３ 車幅方向リブ（変形抑制部材）
９２ａ，９２ｂ，９３ａ，９３ｂ 車幅方向端部（荷重入力部）

Claims (11)

1. バッテリを上下２段に重ねて車体に搭載するバッテリ搭載構造であって、
   下段バッテリと上段バッテリとの間に平坦なブラケットを介装して、該ブラケットにより下段バッテリの上面を押えて、該下段バッテリをその車幅方向両側で車体に固定するとともに、該ブラケット上に上段バッテリを載置して固定し、
   該ブラケットは、その車幅方向外側に側突荷重が入力される荷重入力部を備え、
   載置した上段バッテリの自重に対して平坦方向への復元が可能な部材で形成したことを特徴とするバッテリ搭載構造。
2. バッテリは、車体に固定されるバッテリトレイと、該バッテリトレイの上側を覆うカバーとからなる収納容器内に収納してあることを特徴とする請求項１に記載のバッテリ搭載構造。
3. 収納容器は、車体フロアの下側に固定され、該収納容器内の下段バッテリは、ブラケットにより該下段バッテリの車幅方向両側でバッテリトレイの底部に固定したことを特徴とする請求項２に記載のバッテリ搭載構造。
4. ブラケットの荷重入力部には、前記収納容器の側壁を介して側突荷重が入力されることを特徴とする請求項２または３に記載のバッテリ搭載構造。
5. バッテリは、車幅方向両側のサイドシル間で、車体フロアの上側に搭載してあることを特徴とする請求項１に記載のバッテリ搭載構造。
6. バッテリは、車体フロア中央のフロアトンネルとサイドシルとの間で、車体フロアの上側に搭載してあり、ブラケットは、前記フロアトンネルの側部とサイドシルとに跨って固定してあることを特徴とする請求項５に記載のバッテリ搭載構造。
7. ブラケットの荷重入力部には、前記サイドシルを介して側突荷重が入力されることを特徴とする請求項５または６に記載のバッテリ搭載構造。
8. 前記ブラケットは、その下面に車幅方向に延在して、前記収納容器の側突荷重が入力される側壁の倒れ変形を抑制する変形抑制部材を設け、該変形抑制部材の車幅方向端部を荷重入力部としたことを特徴とする請求項４に記載のバッテリ搭載構造。
9. 前記ブラケットは、その下面に車幅方向に延在して、側突荷重が入力されるサイドシルの倒れ変形を抑制する変形抑制部材を設け、該変形抑制部材の車幅方向端部を荷重入力部としたことを特徴とする請求項７に記載のバッテリ搭載構造。
10. 変形抑制部材はリブ状に形成され、その下段バッテリの中央部に対応する部分に対して、該下段バッテリの固定部に対応した側方部の垂設高さを大きくしたことを特徴とする請求項８または９に記載のバッテリ搭載構造。
11. 前記変形抑制部材の車幅方向端部の荷重入力部に、車両前後方向に拡大されて側突荷重を入力する拡大受圧面を設けたことを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１つに記載のバッテリ搭載構造。

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