JP7194094B2 - 電動車両用バッテリーケース - Google Patents

Description

本発明は、電動車両用バッテリーケースに関する。

電気自動車などの電動車両は、十分な航続距離を確保するために大容量のバッテリーを搭載する必要がある一方で広い車室が求められている。これらの要求を両立するため、多くの電気自動車では大容量のバッテリーをバッテリーケースに格納して車両の床下全面に搭載している。従って、電動車両用バッテリーケースには、路面などからの水の浸入を防止して電子部品の不具合を防止するための高いシール性が求められるとともに、内部のバッテリーを保護するために高い衝突強度が求められる。

例えば、特許文献１には、金属板を冷間プレス成形によりバスタブ状に成形したトレイを用いることでシール性を向上させたバッテリーケースが開示されている。また、特許文献２には、バッテリーケースの底板とフレームとを溶接などの接合手段で接合することにより、スペース効率および衝突強度を向上させたバッテリーケースが開示されている。

特開２０１７－２２６３５３号公報 特開２０１２－２１２６５９号公報

特許文献１のバッテリーケースでは、バッテリーケースの周囲全体をフレームが囲っているわけではないため、衝突強度に関して改善の余地がある。また、バスタブ状のトレイが車体下面を構成しているため、路面からの突き上げに対する強度に対して改善の余地がある。

特許文献２のバッテリーケースでは、バスタブ状のトレイが使用されていないため、溶接の継ぎ目などからの水の浸入を防止する必要があり、シール性に関して改善の余地がある。

本発明は、電動車両用バッテリーケースにおいて、十分なシール性および強度を確保することを課題とする。

本発明は、バッテリーを収容する凹状の収容部を有するバスタブ状のトレイと、平面視において前記トレイの全周を囲むように配置され、前記トレイと接合されたフレームと、前記トレイの上方に配置され、前記収容部を閉じるトップカバーと、前記トレイの下方に配置されたアンダーカバーとを備える、電動車両用バッテリーケースを提供する。

この構成によれば、トレイとトップカバーによって収容部が閉じられるため、収容部はシールされる。特に、トレイがバスタブ状であるため、トレイとトップカバーとの接合部以外に継ぎ目が設けられない。そのため、バッテリーの収容部に対して、全周の溶接などを要することなく高いシール性を確保できる。また、フレームがトレイの全周を囲むように配置されているため、高い衝突強度が確保される。また、アンダーカバーがトレイの下方に配置されているため、車体の下面においてトレイが露出せず、路面からの突き上げに対する高い強度を確保できる。

前記アンダーカバーは、前記フレームとは異なる材質からなり、前記フレームに対して異材接合されていてもよい。

この構成によれば、アンダーカバーとフレームの材質を用途に応じて変更でき、電動車両用バッテリーケースの汎用性を高めることができる。例えば、フレームを軽量化のためにアルミニウム合金製とし、アンダーカバーを路面からの突き上げ強度向上のために鋼鉄製とすることもできる。ここで、異材接合は、異種金属材料同士の接合態様を示し、例えば、ボルト接合、リベット接合、またはＥＡＳＷ（Element Arc Spot Welding）などのことをいう。

前記トレイは、プラスチック製であってもよい。

この構成によれば、トレイの形状を任意に成形できるとともにトレイを軽量化できる。特に、トレイの収容部は、可能な限り大容量のバッテリーを収容するため、容量として大きく、かつ、稜線部の丸みを小さくすることが好ましい。これに対し、トレイをプラスチック製とすることで、そのような成形を容易に行うことができる。

前記フレームは、車幅方向に延びる上側クロスメンバーと、車幅方向に延びて前記上側クロスメンバーの下方に配置された下側クロスメンバーとを備え、前記トレイは、車高方向において前記上側クロスメンバーと前記下側クロスメンバーとに挟まれていてもよい。

この構成によれば、上側クロスメンバーと下側クロスメンバーとによって、車体の側方衝突に対する強度を向上できる。また、トレイが上側クロスメンバーと下側クロスメンバーとに挟まれていることで、トレイを安定して固定できる。また、上側クロスメンバーと下側クロスメンバーとを異なる材質で形成することもできるため、必要な性能に応じて軽量化や車体側面からの高い衝突強度を容易に実現できる。

前記トップカバー、前記上側クロスメンバー、前記トレイ、および前記下側クロスメンバーは、平面視において同心状の孔部を備え、前記同心状の孔部にボルトが挿通されており、前記ボルトは、前記トップカバー、前記上側クロスメンバー、および前記トレイを完全に貫通するともに、前記下側クロスメンバーを完全には貫通しておらず、前記ボルトが車体本体に留められることにより、前記トップカバー、前記上側クロスメンバー、前記トレイ、および前記下側クロスメンバーが一体的に前記車体本体に結合されていてもよい。

この構成によれば、トップカバー、上側クロスメンバー、トレイ、および下側クロスメンバーは、ボルトを介して車体本体に強固に結合される。バッテリーケースにおいては、バッテリーに過度に振動を与えないように、このように車体本体に強固に結合される構成は有効である。また、ボルトが下側クロスメンバーを完全に貫通しないため、シール性が損なわれることを防止できる。

車高方向において前記トレイと前記アンダーカバーとの間に配置された波状パネルをさらに備えてもよい。

この構成によれば、波状パネルによって突き上げ強度をさらに向上できる。特に、波状パネルは、好適に衝撃を吸収するため、突き上げ強度の向上に有効である。

本発明によれば、電動車両用バッテリーケースにおいて、十分なシール性および強度を確保できる。

本発明の一実施形態に係る電動車両用バッテリーケースを搭載した電気自動車の側面図。 バッテリーケースのロッカー部材付近の概略断面図。 バッテリーケースの分解斜視図。 バッテリーケースの斜視図。 バッテリーケースのクロスメンバー付近の概略断面図。 変形例におけるバッテリーケースのクロスメンバー付近の概略断面図。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

図１を参照して、電動車両１は、バッテリー３０から供給される電力によってモータを駆動させて走行する車両である。電動車両１は、電力で走行する車両であり、例えば、電気自動車またはプラグインハイブリッド車等であり得る。車両の種類については、特に限定されず、乗用車、トラック、作業車、またはその他のモビリティ等であり得る。以下では、電動車両１として乗用車タイプの電気自動車の場合を例に挙げて説明する。

電動車両１は、車体前部１０に不図示のモータや高電圧機器等を搭載している。また、電動車両１は、車体中央部２０の車室Ｒの床下の概ね全面にバッテリー３０を格納した電動車両用バッテリーケース１００（以下、単にバッテリーケース１００ともいう。）を搭載している。なお、図１中、電動車両１の前後方向をＸ方向で示し、高さ方向（上下方向）をＺ方向で示している。以降の図でも同表記とし、図２以降で車幅方向をＹ方向で示す。

図２を参照して、バッテリーケース１００は、車幅方向においてロッカー部材２００の内側に配置され、ロッカー部材２００に支持されている。ロッカー部材２００は、電動車両１（図１参照）の車幅方向両端下部において車両前後方向に延びる骨格部材である。ロッカー部材２００は、複数枚の金属板が張り合わされて形成されており、電動車両１の側方からの衝撃に対して車室Ｒおよびバッテリーケース１００を保護する機能を有する。

図３，４を併せて参照して、バッテリーケース１００は、貫通孔ＴＨを画定するフレーム１１０と、バスタブ状のトレイ１２０と、これらを上下から挟み込むように配置されるトップカバー１３０およびアンダーカバー１４０とを備える。また、好ましくは、本実施形態では、バッテリーケース１００は、車高方向においてトレイ１２０とアンダーカバー１４０との間に配置された複数枚の波状パネル１５０をさらに備える。

フレーム１１０は、バッテリーケース１００の骨格をなす枠状の部材であり、本実施形態では、例えば、アルミ合金押出品からなる。ただし、フレーム１１０は、アルミ合金押出品、アルミ合金鋳造品、マグネシウム合金押出品、マグネシウム合金鋳造品、またはそれらの組み合わせからなってもよい。フレーム１１０は、平面視において矩形枠状の枠状体１１１と、枠状体１１１内で車幅方向に延びる４本のクロスメンバー１１２とを備える。

クロスメンバー１１２は、車幅方向に延びる４本の上側クロスメンバー１１２ａと、車幅方向に延びて上側クロスメンバー１１２ａの下方に配置された４本の下側クロスメンバー１１２ｂとを含む。４本の上側クロスメンバー１１２ａは、電気ケーブル３１によって接続されている。電気ケーブル３１は、バッテリー３０に接続されている。

本実施形態では、貫通孔ＴＨを有するフレーム１１０を例に説明するが、フレーム１１０の形状は特に限定されない。例えば、フレーム１１０は、貫通孔ＴＨに代えて凹形状を有する中空部を有していてもよい。

枠状体１１１は、車両前後方向に延びる側壁１１１ｃ，１１１ｄと、それらを接続して車幅方向に延びる前壁１１１ａおよび後壁１１１ｂとを備える。側壁１１１ｃ，１１１ｄは、車両前後方向に垂直な断面において概略Ｌ字形をしている。側壁１１１ｃ，１１１ｄの内部は、複数の部屋に仕切られて中空状となっている。前壁１１１ａおよび後壁１１１ｂは四角筒状であり、前壁１１１ａおよび後壁１１１ｂの内部もまた同様に中空状となっている。

４本の上側クロスメンバー１１２ａおよび４本の下側クロスメンバー１１２ｂは、前壁１１１ａおよび後壁１１１ｂと平行に延び、ほぼ等間隔で配置されている。

図３，５を併せて参照して、上側クロスメンバー１１２ａは、トレイ１２０内に配置され、車幅方向両端においてトレイ１２０の内面と接触している。上側クロスメンバー１１２ａは、中空状であり、詳細には車幅方向に垂直な断面において矩形の閉断面形状を有している。例えば、上側クロスメンバー１１２ａは、ハイテンション鋼製である。

下側クロスメンバー１１２ｂは、上側クロスメンバー１１２ａの下方に配置され、側壁１１１ｃと側壁１１１ｄを接続している。下側クロスメンバー１１２ｂは、中空状であり、詳細には車幅方向に垂直な断面において内部が仕切壁１１２ｂ１によって仕切られた矩形の閉断面形状を有している。また、下側クロスメンバー１１２ｂは、下端においてアンダーカバー１４０と接合するためのフランジ部１１２ｂ２を有する。フランジ部１１２ｂ２は、アンダーカバー１４０と平行に水平面内で延びている。下側クロスメンバー１１２ｂは、例えば、アルミニウム合金製の押出成形品（アルミ合金押出品）である。

クロスメンバー１１２（上側クロスメンバー１１２ａ，下側クロスメンバー１１２ｂ）は、バッテリーケース１００の強度を向上させる機能を有する。特に、クロスメンバー１１２によって、電動車両１（図１参照）の側方からの衝突に対しての強度を向上できる。ただし、クロスメンバー１１２は、必須の構成ではなく、必要に応じて省略されてもよい。また、クロスメンバー１１２を設置する場合にも、その態様は特に限定されず、形状、配置、および本数等は任意に設定され得る。

図３を参照して、トレイ１２０は、バッテリー３０を収容するバスタブ状の部材であり、例えばプラスチック製である。トレイ１２０は、外縁部において水平方向（Ｘ，Ｙ方向）へ延びるフランジ部１２１と、フランジ部１２１と連続して凹形状を有する収容部１２２とを備える。収容部１２２は、バッテリー３０を収容する部分である。収容部１２２の底部１２２ａには、下側クロスメンバー１１２ｂに対して相補的な形状を有する張出部１２２ｂが設けられている。

図５を参照して、張出部１２２ｂの下方には下側クロスメンバー１１２ｂが配置され、張出部１２２ｂの上方には上側クロスメンバー１１２ａが配置されている。即ち、トレイ１２０は、車高方向において上側クロスメンバー１１２ａと下側クロスメンバー１１２ｂとによって挟まれている。本実施形態では、上側クロスメンバー１１２ａと、張出部１２２ｂと、下側クロスメンバー１１２ｂとは、ねじ１２３で共締めされて固定されている。また、詳細を図示しないが、上側クロスメンバー１１２ａとトップカバー１３０も同様にねじ止めされている。

図３，４を併せて参照して、トレイ１２０とフレーム１１０が組み合わされた状態では、トレイ１２０のフランジ部１２１がフレーム１１０の枠状体１１１の上面に載置されるとともに、トレイ１２０の収容部１２２がフレーム１１０の枠状体１１１内に配置される。このとき、張出部１２２ｂが下側クロスメンバー１１２ｂを部分的に被覆するように配置される。

図２，３を併せて参照して、トレイ１２０の収容部１２２にはバッテリー３０（本実施形態では５個）が配置される。収容部１２２がバッテリー３０の上方からトップカバー１３０によって閉じられることで、バッテリー３０がバッテリーケース１００に格納される。図示の例では、トップカバー１３０とトレイ１２０は、フレーム１１０に対してねじで共締めされて固定されている。トップカバー１３０の上方には、車室Ｒの床面を構成するフロアパネル３００と、車室Ｒにおいて車幅方向に延びるフロアクロスメンバー４００とが配置されている。また、トレイ１２０の下方には、アンダーカバー１４０が配置されている。アンダーカバー１４０は、フレーム１１０と接合され、車体の下面を構成する。

好ましくは、アンダーカバー１４０は、フレーム１１０と異なる材質からなる。これにより、アンダーカバー１４０とフレーム１１０の材質を用途に応じて変更でき、バッテリーケース１００の汎用性を高めることができる。本実施形態では、フレーム１１０が前述のように例えばアルミニウム合金製であるのに対し、アンダーカバー１４０は例えば鋼鉄製である。従って、フレーム１１０を軽量化できるとともに、アンダーカバー１４０の路面からの突き上げに対する強度を高くできる。

図２の破線円で示す部分拡大図を参照して、アンダーカバー１４０は、フレーム１１０に対して異材接合されている。異材接合とは、異種金属材料同士の接合態様を示し、例えば、ボルト接合、リベット接合、またはＥＡＳＷ（Element Arc Spot Welding）などのことをいう。本実施形態では、異材接合としてＥＡＳＷ（Element Arc Spot Welding）が採用されている。ＥＡＳＷでは、中空状のフランジ付鋼製リベット（エレメント）１４１をアルミニウム合金製のフレーム１１０の内側延出部１１３に設けた孔１１３ａに嵌め込み、鋼鉄製のアンダーカバー１４０上に載置し、エレメント１４１内の中空部にアーク溶接法によって溶融した溶接材料を鋳込む。すなわち、片側からアークスポット溶接することで、エレメント１４１とアンダーカバー１４０が強固に溶接される。このとき、フレーム１１０は、エレメント１４１のフランジとアンダーカバー１４０との間に挟まれてこれらと接合される。当該接合部においては、アンダーカバー１４０の内側（上側）のシール性を高めるために公知の接着剤やシール材を使用してもよい。

図５を参照して、本実施形態では、下側クロスメンバー１１２ｂもまた、アンダーカバー１４０に対して異材接合されている。詳細には、上記と同様にＥＡＳＷが採用され、エレメント１４２を使用して、下側クロスメンバー１１２ｂのフランジ部１１２ｂ２がアンダーカバー１４０と接合されている。当該接合部においても、アンダーカバー１４０の内側（上側）のシール性を高めるために公知の接着剤やシール材を使用してもよい。

また、本実施形態では、車高方向において、トレイ１２０と、アンダーカバー１４０との間に波状パネル１５０が配置されている。波状パネル１５０は、バッテリー３０の数（本実施形態では５個）に対応して複数枚（本実施形態では５枚）設けられている。波状パネル１５０は、車幅方向から見て断面が波状をしている。波状パネル１５０は、路面からの突き上げ衝撃を緩和する機能を有している。

以上のようなバッテリーケース１００によれば、以下の作用効果を奏する。

本実施形態によれば、トレイ１２０とトップカバー１３０によって収容部１２２が閉じられるため、収容部１２２はシールされる。特に、トレイ１２０がバスタブ状であるため、トレイ１２０とトップカバー１３０との接合部以外に継ぎ目が設けられない。そのため、バッテリー３０の収容部１２２に対して、全周の溶接などを要することなく高いシール性を確保できる。また、フレーム１１０がトレイ１２０の全周を囲むように配置されているため、高い衝突強度が確保される。また、アンダーカバー１４０がトレイ１２０の下方に配置されているため、車体の下面においてトレイ１２０が露出せず、路面からの突き上げに対する高い強度を確保できる。

また、トレイ１２０をプラスチック製としているため、トレイ１２０の形状を任意に成形できるとともにトレイ１２０を軽量化できる。特に、トレイ１２０の収容部１２２は、可能な限り大容量のバッテリー３０を収容するため、容量として大きく、かつ、稜線部の丸みを小さくすることが好ましい。これに対し、トレイ１２０をプラスチック製とすることで、そのような成形を容易に行うことができる。

また、上側クロスメンバー１１２ａと下側クロスメンバー１１２ｂとを設けているため、これらが設けられていない車体に比べて車体の側方衝突に対する強度を向上できる。また、トレイ１２０が上側クロスメンバー１１２ａと下側クロスメンバー１１２ｂとに挟まれていることで、トレイを安定して固定できる。また、上側クロスメンバー１１２ａと下側クロスメンバー１１２ｂとを異なる材質で形成できるため、必要な性能に応じて軽量化や側面からの高い衝突強度を容易に実現できる。例えば、本実施形態のように、上側クロスメンバー１１２ａをハイテンション鋼製として車体側面からの高い衝突強度を確保できるとともに、下側クロスメンバー１１２ｂをアルミニウム合金製として軽量化を図ることができる。

また、波状パネル１５０を設けているため、路面からの突き上げ強度をさらに向上できる。特に、波状パネル１５０は、好適に衝撃を吸収するため、突き上げ強度の向上に有効である。

（変形例）
図６を参照して、本実施形態の変形例を説明する。

変形例では、上記実施形態のねじ１２３（図５参照）に代えて、トップカバー１３０、上側クロスメンバー１１２ａ、トレイ１２０、および下側クロスメンバー１１２ｂを一体的に固定するボルト１２４を使用する。ボルト１２４を上下方向に挿通するために、トップカバー１３０、上側クロスメンバー１１２ａ、トレイ１２０、および下側クロスメンバー１１２ｂは、平面視において同心状の孔部ＣＨを有している。同心状の孔部ＣＨは、ボルト１２４が、トップカバー１３０、上側クロスメンバー１１２ａ、およびトレイ１２０を完全に貫通するように設けられている。下側クロスメンバー１１２ｂはボルト１２４によって完全に貫通されておらず、下側クロスメンバー１１２ｂの上面のみをボルト１２４が貫通するように、下側クロスメンバー１１２ｂでは上面のみに孔部ＣＨが設けられている。

また、ボルト１２４は、上端部においてフロアパネル３００などの車体本体に固定される。このため、本実施形態では、フロアパネル３００にも同心状の孔部ＣＨが設けられている。ボルト１２４は、同心状の孔部ＣＨに上方から挿通され、上から順にフロアパネル３００、トップカバー１３０、上側クロスメンバー１１２ａ、トレイ１２０、および下側クロスメンバー１１２ｂを一体的に固定し、下端部においてナットで止められている。また、アンダーカバー１４０は、前述のように下側クロスメンバー１１２ｂとＥＡＳＷ等によって異材接合されている。

本変形例によれば、トップカバー１３０、上側クロスメンバー１１２ａ、トレイ１２０、下側クロスメンバー１１２ｂ、およびアンダーカバー１４０は、ボルト１２４を介してフロアパネル３００などの車体本体に強固に結合される。バッテリーケース１００においては、バッテリー３０に過度に振動を与えないように、このように車体本体に強固に結合される構成は有効である。

仮に、本変形例の構成において、トップカバー１３０の上面からアンダーカバー１４０の下面までを完全に貫通するようにボルトを配置すると、必要なシール性を確保できないおそれがある。本変形例では、ボルト１２４が、下側クロスメンバー１１２ｂを完全に貫通せず、下側クロスメンバー１１２ｂの上面のみを貫通するため、ボルト１２４がアンダーカバー１４０を貫通することもなく、アンダーカバー１４０の内側（上側）において必要なシール性を確保している。また、シール性を一層高めるために、アンダーカバー１４０とフレーム１１０との接触部に公知の接着剤やシール材を使用してもよい。

以上より、本発明の具体的な実施形態について説明したが、本発明は上記形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。

例えば、上記実施形態では、トレイ１２０は、プラスチック製であるとして説明したが、トレイ１２０の材質はプラスチックに限定されない。トレイ１２０の材質は、例えば鋼鉄製またはアルミニウム合金製などの金属製であってもよい。

１ 電動車両
１０ 車体前部
２０ 車体中央部
３０ バッテリー
３１ 電気ケーブル
１００ バッテリーケース（電動車両用バッテリーケース）
１１０ フレーム
１１１ 枠状体
１１１ａ 前壁
１１１ｂ 後壁
１１１ｃ，１１１ｄ 側壁
１１２ クロスメンバー
１１２ａ 上側クロスメンバー
１１２ｂ 下側クロスメンバー
１１２ｂ１ 仕切壁
１１２ｂ２ フランジ部
１１３ 内側延出部
１１３ａ 孔
１２０ トレイ
１２１ フランジ部
１２２ 収容部
１２２ａ 底部
１２２ｂ 張出部
１２３ ねじ
１２４ ボルト
１３０ トップカバー
１４０ アンダーカバー
１４１，１４２ エレメント
１５０ 波状パネル
２００ ロッカー部材
３００ フロアパネル
４００ フロアクロスメンバー

Claims (5)

1. バッテリーを収容する凹状の収容部を有するバスタブ状のトレイと、
   平面視において前記トレイの全周を囲むように配置され、前記トレイと接合されたフレームと、
   前記トレイの上方に配置され、前記収容部を閉じるトップカバーと、
   前記トレイの下方に配置されたアンダーカバーと
   を備え、
   前記アンダーカバーは、前記フレームとは異なる材質からなり、前記フレームに対して異材接合されており、
   前記フレームは、車幅方向に延びる上側クロスメンバーと、車幅方向に延びて前記上側クロスメンバーの下方に配置された下側クロスメンバーとを備え、
   前記トレイは、車高方向において前記上側クロスメンバーと前記下側クロスメンバーとに挟まれており、
   前記トップカバー、前記上側クロスメンバー、前記トレイ、および前記下側クロスメンバーは、平面視において同心状の孔部を備え、
   前記同心状の孔部にボルトが挿通されており、
   前記ボルトは、前記トップカバー、前記上側クロスメンバー、および前記トレイを完全に貫通するともに、前記下側クロスメンバーを完全には貫通しておらず、
   前記ボルトが車体本体に留められることにより、前記トップカバー、前記上側クロスメンバー、前記トレイ、および前記下側クロスメンバーが一体的に前記車体本体に結合されている、電動車両用バッテリーケース。
2. 前記トレイは、プラスチック製である、請求項１に記載の電動車両用バッテリーケース。
3. 車高方向において前記トレイと前記アンダーカバーとの間に配置された波状パネルをさらに備える、請求項１または請求項２に記載の電動車両用バッテリーケース。
4. 車両の車幅方向両端下部において車両前後方向に延びるロッカー部材をさらに備え、
   前記アンダーカバーは、前記ロッカー部材には接合されることなく前記フレームに対して異材接合されている、請求項１から３のいずれか１項に記載の電動車両用バッテリーケース。
5. 前記アンダーカバーは、前記トレイおよび前記フレームの下方に配置されている、請求項１から４のいずれか１項に記載の電動車両用バッテリーケース。

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