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技術 電気自動車の車体下部構造

出願人 トヨタ自動車株式会社株式会社SUBARU
発明者 川瀬恭輔大島克哉森永達也
出願日 2020年1月30日 (1年9ヶ月経過) 出願番号 2020-013578
公開日 2021年8月19日 (3ヶ月経過) 公開番号 2021-120244
状態 未査定
技術分野 車両用車体構造 電池及び電池容器の装着・懸架 車両の推進装置の配置または取付け
主要キーワード 中空筒 側方衝突 防振材 ロッカ 技術要素 車体下部構造 車両正面 発泡材
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2021年8月19日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (7)

課題

電気自動車電池パック防振をより改善した車体下部構造を提供する。

解決手段

本明細書が開示する車体下部構造は、フロアパネルと、フロアパネルの下に配置されている電池パックと、電池パックの中に配置されているスペーサと、防振材を備える。電池パックは複数の電池セルを収容しているコンテナであり、天板底板を備える。スペーサは、天板と底板に挟まれている。防振材は、フロアパネルと天板の間に挟まれている。本明細書が開示する車体下部構造では、スペーサが防振材の下方に配置されており、電池セルの上方でフロアパネルと天板の間に隙間が確保されている。

概要

背景

電気自動車は、フロアパネルの下に電池パックを配置していることが多い。特許文献1、2に記載の電気自動車では、フロアパネルと電池パックの間に防振材が挟まれている。特許文献1の電気自動車では、防振材は電池パックの上面の全体を覆っている。特許文献2の電気自動車では、フロアパネルと電池パックの間に部分的に防振材が挟まれている。防振材の横ではフロアパネルと電池パックの間に隙間が確保されている。複数の電池セルは積層されており積層体を構成する。防振材は、積層体の積層方向の端の上方に配置されている。特許文献2の電気自動車は、第1防振材と第2防振材を備えている。第1防振材は、電池セルの積層体の端と電池パックの天板との間に挟まれており、第2防振材は、電池パックの天板とフロアパネルの間に挟まれている。第1防振材と第2防振材は、上下方向で重なるように配置されている。

概要

電気自動車の電池パックの防振をより改善した車体下部構造を提供する。本明細書が開示する車体下部構造は、フロアパネルと、フロアパネルの下に配置されている電池パックと、電池パックの中に配置されているスペーサと、防振材を備える。電池パックは複数の電池セルを収容しているコンテナであり、天板と底板を備える。スペーサは、天板と底板に挟まれている。防振材は、フロアパネルと天板の間に挟まれている。本明細書が開示する車体下部構造では、スペーサが防振材の下方に配置されており、電池セルの上方でフロアパネルと天板の間に隙間が確保されている。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

フロアパネルと、前記フロアパネルの下に配置されており、複数の電池セルを収容する電池パックと、前記電池パックの天板底板の間に挟まれているスペーサと、前記フロアパネルと前記天板の間に挟まれている防振材と、を備えており、前記スペーサは前記防振材の下方に配置されており、前記電池セルの上方で前記天板と前記フロアパネルの間に隙間が確保されている、電気自動車車体下部構造

請求項2

前記電池セルと前記天板の間に別の隙間が確保されている、請求項1に記載の車体下部構造。

請求項3

前記電池セルの端を上下から挟み込むクランプを備えており、前記クランプと前記天板の間に別のスペーサが配置されており、前記別のスペーサは、前記防振材の下方に配置されている、請求項1または2に記載の車体下部構造。

請求項4

前記底板に、車幅方向に延びる凸条が形成されており、前記スペーサは前記凸条の上に取り付けられている、請求項1に記載の車体下部構造。

請求項5

車体前後方向に延びているロッカと、前記ロッカと前記電池パックの間で車両前後方向に延びており、前記ロッカと前記電池パックに連結される中空の梁と、をさらに備えており、前記凸条の上面の地上高が前記梁の上面の地上高よりも低い、請求項4に記載の車体下部構造。

技術分野

0001

本明細書が開示する技術は、電気自動車車体下部構造に関する。本明細書は、フロアパネルの下に電池パックが配置されている車体下部構造に関する。

背景技術

0002

電気自動車は、フロアパネルの下に電池パックを配置していることが多い。特許文献1、2に記載の電気自動車では、フロアパネルと電池パックの間に防振材が挟まれている。特許文献1の電気自動車では、防振材は電池パックの上面の全体を覆っている。特許文献2の電気自動車では、フロアパネルと電池パックの間に部分的に防振材が挟まれている。防振材の横ではフロアパネルと電池パックの間に隙間が確保されている。複数の電池セルは積層されており積層体を構成する。防振材は、積層体の積層方向の端の上方に配置されている。特許文献2の電気自動車は、第1防振材と第2防振材を備えている。第1防振材は、電池セルの積層体の端と電池パックの天板との間に挟まれており、第2防振材は、電池パックの天板とフロアパネルの間に挟まれている。第1防振材と第2防振材は、上下方向で重なるように配置されている。

先行技術

0003

米国特許第8833499号公報
特開2017−196959号公報

発明が解決しようとする課題

0004

電池パックの上面全体を覆う大きい防振材を採用すると、コストと重量が嵩む。特許文献2の車体下部構造では、防振材の下に電池セルが位置しており、電池セルに過大な圧力が加わるおそれがある。本明細書は、電池パックの防振をより改善した車体下部構造を提供する。

課題を解決するための手段

0005

本明細書が開示する電気自動車の車体下部構造は、フロアパネルと、フロアパネルの下に配置されている電池パックと、電池パックの中に配置されているスペーサと、防振材を備える。電池パックは複数の電池セルを収容しているコンテナであり、天板と底板を備える。スペーサは、天板と底板に挟まれている。防振材は、フロアパネルと天板の間に挟まれている。本明細書が開示する車体下部構造では、スペーサが防振材の下方に配置されており、電池セルの上方でフロアパネルと天板の間に隙間が確保されている。

0006

本明細書が開示する車体下部構造では、上下方向でスペーサと防振材が重なるように位置する。防振材は電池パックの振動を抑制する。防振材はスペーサを介して電池パックの底板に支持されるので、電池セルに過大な圧力が加わらない。また、電池セルの上方では天板とフロアパネルの間に隙間が確保されているので(すなわち、防振材が天板の全面を覆っていないので)防振材の総量が軽くなる。

0007

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。

図面の簡単な説明

0008

フロアパネルの斜視図である。
電池パックの分解図である。
車体下部構造の断面図である(車両の側方からみた断面)。
車体下部構造の断面図である(車両の正面からみた断面)。
変形例の車体下部構造の断面図である(車両の側方からみた断面)。
スペーサの変形例の図である。

実施例

0009

図面を参照して実施例の車体下部構造2を説明する。実施例の車体下部構造2は、電気自動車1に採用されている。図1に、電気自動車1のフロアパネル3の斜視図を示す。なお、図1座標系のF軸は車両前方を示しており、V軸は車両上方を示しており、L軸は、車両の後方から前方をみたときの「左」を示している。以後の図でも、座標系の各軸の意味は同じである。

0010

フロアパネル3の下に電池パック10が配置されている。図1では、電池パック10を簡略化して描いてある。電池パック10の中には複数の電池セル(不図示)が収容されている。電気自動車1は、不図示の走行用モータを備えており、複数の電池セルが走行用モータに電力を供給する。

0011

電池パック10は、一対のロッカ5に支持されている。なお、それぞれのロッカ5は、ロッカインナパネル5aとロッカアウタパネル5bで構成されており、図1ではロッカアウタパネル5bの図示を省略している。それぞれのロッカ5は、車体の車幅方向のそれぞれの側方下部に配置されている。ロッカ5は中空の梁であり、車両の前後方向に延びている。一対のロッカ5は、車体の強度を保持するフレーム一種である。ロッカ5は金属(典型的にはアルミニウム)の押出成形で作られる。ロッカはサイドシルと呼ばれることもある。

0012

フロアパネル3は、キャビンの床に相当する。フロアパネル3は、一対のロッカ5に支持されている。フロアパネル3は金属板で作られている。フロアパネル3の一部が逆溝形に折り曲げられ、クロスメンバ4が形成されている。クロスメンバ4は、車幅方向に延びる凸条の梁であり、一対のロッカ5の間に架け渡されている。クロスメンバ4は、フロアパネル3の強度を高める。

0013

電池パック10について説明する。図2に、電池パック10の分解斜視図を示す。電池パック10は、複数の電池モジュール40と、それらを収容するコンテナ11を有している。電池モジュール40は、複数の電池セル51を積層したモジュールである。複数の電池セル41は、積層されており、積層方向の両端にエンドプレート42が配置されている。複数の電池セル41とエンドプレート43の積層体は一対のクランプ43で結束される。電池セル41は扁平であり、それぞれのクランプ43は、電池セル41の幅の狭い側面に対向し、電池セルを上下から挟み込む。図1では、左端の電池モジュール40aにのみ、符号41、42、43を記した。また、いくつかの電池セルにのみ符号41を付し、残りの電池セルには符号を省略した。

0014

複数の電池モジュール40(複数の電池セル41)は、コンテナ11に収容される。コンテナ11の底板12には、コンテナ内クロスメンバ16が設けられている。コンテナ内クロスメンバ16は、底板12を逆溝形状に折り曲げて作られている。コンテナ内クロスメンバ16は、コンテナ11の一対の側板13の間に架け渡されている。コンテナ内クロスメンバ16は、コンテナ11の強度を高める。

0015

1個の電池モジュール40aは、コンテナ11の前板14と、前側のコンテナ内クロスメンバ16との間に収容される。別の2個の電池モジュール40b、40cは、2個のコンテナ内クロスメンバ16の間に収容される。残りの電池モジュール40d、40eは、後側のコンテナ内クロスメンバ16とコンテナ11の後板15の間に収容される。

0016

コンテナ内クロスメンバ16の上面16aにいくつかのスペーサ30が取り付けられている。1個のコンテナ内クロスメンバ16の上に2個のスペーサ30が取り付けられている。スペーサ30は金属のブロックである。スペーサ30の役割については後に説明する。コンテナ11の両側にはフランジ19が設けられている。

0017

電池モジュール40を収容したコンテナ11は、カバー21で覆われる。カバー21の両側にもフランジ29が設けられている。カバー21のフランジ29とコンテナ11のフランジ19は、共締めによって相互に固定される。カバー21の天板22の上に、防振材35が取り付けられている。

0018

防振材35は、樹脂あるいはゴムで作られた弾性体である。防振材35は、例えばウレタン系の発泡材で作られていてもよい。防振材35は、電池パック10の振動を抑えるために備えられている。さらに、防振材35は、電池パック10の振動を抑えるだけでなく、フロアパネル3の下からキャビンへ伝わるノイズを抑える。防振材35は、細長であり、長手方向が車幅方向を向くように配置される。防振材35とスペーサ30が、車体下部構造2の特徴を与える。

0019

車体下部構造2について説明する。図3に、車体下部構造2の断面図を示す。図3は、フロアパネル3と電池パック10の断面を示している。図3は、車両の側方からみたときの断面図である。

0020

先に述べたように、コンテナ内クロスメンバ16は、コンテナ11の底板12を折り曲げて形成されている。すなわち、コンテナ内クロスメンバ16は、底板12の一部である。そのコンテナ内クロスメンバ16の上面にスペーサ30が固定されている。スペーサ30の上面はカバー21の天板22に接している。天板22とフロアパネル3の間に防振材35が挟まれている。スペーサ30は防振材35の下に配置されている。別言すれば、
上方からみたときに防振材35はスペーサ30と重なるように配置されている。

0021

上記の車体下部構造2によると、電池パック10の底板12(コンテナ内クロスメンバ16)と天板22の間にスペーサ30が挟まれており、天板22とフロアパネル3の間に防振材35が挟まれている。スペーサ30と防振材35は、上方からみて重なっている。すなわち、防振材35と底板12が天板22とスペーサ30を介して物理的につながる。電池パック10の全体の振動が防振材35により減衰される。上記の配置により、電池パック10の振動が効果的に抑制される。防振材35は、天板22とスペーサ30を介してコンテナ11の底板12に支持されるので、電池セル41に過大な圧力が加わらない。

0022

また、防振材35の隣りには隙間SP1が確保されている。別言すれば、電池セル41の上方で天板22とフロアパネル3の間に隙間SP1が確保されている。電池セル41と天板22の間にも隙間SP2が確保されている。

0023

防振材35は天板22を部分的に覆っているのみであるので、天板22の全体を防振材で覆う場合と比較して、防振材35の総量が軽くなる。防振材35の使用量が少ないのでコストも抑えられる。

0024

また、防振材35は、クロスメンバ4の付け根4aとも重なっている。付け根4aは、フロアパネル3が折れ曲がっている部位であるので強度が高い。強度が高い付け根4aと重なるように防振材35を配置することで、フロアパネル3が防振材35をしっかりと押さえつける。その結果、電池パック10の振動を効果的に抑えることができる。なお、クロスメンバ4の付け根4aとは、「クロスメンバ4とフロアパネル3の境界」に相当する。

0025

図4に、車両正面からみたときの車体下部構造2の断面図を示す。図4にはロッカ5の断面も示されている。図5では電池モジュール40(電池セル41とクランプ43)の図示は省略した。

0026

先に述べたように、ロッカ5は、ロッカインナパネル5aとロッカアウタパネル5bで構成される。ロッカインナパネル5aとロッカアウタパネル5bはいずれも、矩形U字形状を有しており、U字の端にフランジを備えている。フランジ同士が接合され、U字形状のロッカインナパネル5aとロッカアウタパネル5bは、中空筒状の梁を構成する。ロッカ5にフロアパネル3の端が接合される。

0027

ロッカ5の下に別の中空の梁50がボルト51aとナット52aで固定されている。梁50は、ロッカ5に沿って車両前後方向に延びている。梁50は、側方から障害物衝突したときに電池パック10を保護する。梁50は、側方から障害物が衝突したときの衝撃のエネルギを吸収するのでエネルギ吸収メンバと呼ばれる。車両の反対側のロッカ5にも梁50が固定されている。

0028

梁50に電池パック10が連結されている。別言すれば、電池パック10は、梁50を介してロッカ5に支持される。電池パック10は、車両の反対側の梁50にも連結される。すなわち、電池パック10は、一対の梁50の間に連結される。

0029

梁50の内側(車両の中心側)に電池パック10が隣り合っている。電池パック10のコンテナ11のフランジ19とカバー21のフランジ29が、梁50とともにボルト51bとナット52bで共締めされる。

0030

図4に示すように、コンテナ内クロスメンバ16の上面16aの地上高H1は、梁50の上面の地上高H2よりも低い。先に述べたように、梁50は、側方衝突の際に衝突のエネルギを吸収する。一方、コンテナ内クロスメンバ16は車幅方向に延びており、側方からの衝突に対してよく耐える。コンテナ内クロスメンバ16の上面16aの地上高H1が梁50の地上高H2よりも低いことで、側方からの衝突に対してコンテナ内クロスメンバ16が梁50をよく支える。衝突の衝撃で中空の梁50は潰れるが、コンテナ内クロスメンバ16が耐えるので、側方衝突に際に電池パック10が受けるダメージは小さい。

0031

(変形例)変形例の車体下部構造2aを説明する。図5に、車体下部構造2aの断面図を示す。図5の断面は図3の断面に対応する。車体下部構造2aでは、幅の広い防振材36を採用する。実施例の車体下部構造2と同様に、防振材36の下方にスペーサ30が配置されている。さらに、電池セル41を上下から挟み込んでいるクランプ43の上面と天板22の間に別のスペーサ31が挟まれており、別のスペーサ31も防振材36の下方に位置している。別のスペーサ31はクランプ43の上面に接しているとともに天板22にも接している。防振材36は、スペーサ30を介して底板12に支持されるとともに、別のスペーサ31とクランプ43を介しても底板12に支持される。防振材36がスペーサ30と別のスペーサ31を介してコンテナ11の底板12にしっかりと支持される。

0032

防振材36は、実施例の防振材35よりも幅が広いが、防振材36の隣りには隙間SP1が確保されている。また、新たに別のスペーサ31が採用されているが、別のスペーサ31の隣りでは、電池セル41と天板22の間に隙間SP2が確保されている。防振材36も天板22の全面を覆っていないので、軽量であり低コストである。また、電池セル41の上方にも隙間SP2が確保されているので、電池セル41に過剰な圧力が加わることがない。

0033

(スペーサの変形例)図6に、変形例のスペーサ32を示す。図6は、コンテナ11の部分斜視図である。スペーサ32は、先のスペーサ30と同様に、コンテナ内クロスメンバ16の上面16aに固定される。スペーサ32は、金属の細板を折り曲げて作られている。このように、スペーサは金属ブロックでなく、折り曲げた金属板であってもよい。

0034

実施例で説明した技術の特徴を以下に列挙する。電池セル41と天板22の間に隙間SP2が確保されており、隙間SP2の上方でフロアパネル3と天板22の間にも隙間SP1が確保されている。

0035

クランプ43は、電池セル41の端を上下から挟み込む。クランプ43と天板22の間に別のスペーサ31が配置されている。別のスペーサ31は、防振材36の下方に配置される。

0036

底板12に、車幅方向に延びる凸条の梁(コンテナ内クロスメンバ16)が形成されており、スペーサ30は凸条(コンテナ内クロスメンバ16)の上に取り付けられている。すなわち、スペーサ30は、凸条(コンテナ内クロスメンバ16)と天板22に挟まれる。

0037

車体下部構造2、2aは、車体前後方向に延びている中空のロッカ5と中空の梁50を備える。梁50は、ロッカ5と電池パック10の間で車両前後方向に延びている。梁50はロッカ5に連結されるとともに電池パック10に連結される。凸条(コンテナ内クロスメンバ16)の上面の地上高H2が梁50の上面の地上高H2よりも低い。

0038

本明細書における電気自動車には、走行用モータエンジンの双方を備えるハイブリッド車、および、電源としてバッテリ燃料電池を搭載する車が含まれる。

0039

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

0040

1:電気自動車2、2a:車体下部構造3:フロアパネル4:クロスメンバ5:ロッカ5a:ロッカインナパネル5b:ロッカアウタパネル10:電池パック11:コンテナ12:底板16:コンテナ内クロスメンバ 19、29:フランジ21:カバー22:天板30、31、32:スペーサ35、36:防振材40:電池モジュール41:電池セル43:クランプ50:梁

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