特許第6515980号(P6515980)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】6515980
(24)【登録日】2019年4月26日
(45)【発行日】2019年5月22日
(54)【発明の名称】電気車両のバッテリ搭載構造
(51)【国際特許分類】
   H01M 2/10 20060101AFI20190513BHJP
   B60K 1/04 20190101ALI20190513BHJP
   H01M 10/613 20140101ALI20190513BHJP
   H01M 10/6554 20140101ALI20190513BHJP
   H01M 10/625 20140101ALI20190513BHJP
   H01M 10/6551 20140101ALI20190513BHJP
   H01M 10/6571 20140101ALI20190513BHJP
   H01M 10/637 20140101ALI20190513BHJP
   H01M 10/6562 20140101ALI20190513BHJP
   H01M 10/615 20140101ALI20190513BHJP
   H01M 10/647 20140101ALI20190513BHJP
【FI】
   H01M2/10 S
   B60K1/04 Z
   H01M10/613
   H01M10/6554
   H01M10/625
   H01M10/6551
   H01M10/6571
   H01M10/637
   H01M10/6562
   H01M10/615
   H01M10/647
【請求項の数】5
【全頁数】18
(21)【出願番号】特願2017-217932(P2017-217932)
(22)【出願日】2017年11月13日
【審査請求日】2018年3月23日
(73)【特許権者】
【識別番号】000003137
【氏名又は名称】マツダ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100089004
【弁理士】
【氏名又は名称】岡村 俊雄
(72)【発明者】
【氏名】春貝地 慎太朗
(72)【発明者】
【氏名】喜田 裕万
(72)【発明者】
【氏名】岩田 一男
(72)【発明者】
【氏名】渡邉 大輔
(72)【発明者】
【氏名】佐々木 翔一
【審査官】 渡部 朋也
(56)【参考文献】
【文献】 特開2018−55972(JP,A)
【文献】 特開2015−115167(JP,A)
【文献】 特開2016−72004(JP,A)
【文献】 国際公開第2014/109034(WO,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01M 2/10
B60K 1/04
H01M 10/613
H01M 10/615
H01M 10/625
H01M 10/637
H01M 10/647
H01M 10/6551
H01M 10/6554
H01M 10/6562
H01M 10/6571
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
上下に積載された複数のバッテリモジュールを含む複数のバッテリモジュールの周囲に位置するように配設された枠状フレームと、この枠状フレームの底部を覆う金属製底板と、前記複数のバッテリモジュールの上側部分を覆うアッパカバーとを備える共に外部に対して密閉性を有するバッテリパックがフロアパネルの下側に配設された電気車両のバッテリ搭載構造において、
前記上下に積載されたロアバッテリモジュールの上側にアッパバッテリモジュールを支持する金属製支持体を設け、
前記支持体は、アッパバッテリモジュールの底部を面接触状態で支持する載置部と、前記ロアバッテリモジュールを間に介在させて前記載置部を支持すると共に前記底板に支持される複数の脚部とが一体的に形成されたことを特徴とする電気車両のバッテリ搭載構造。
【請求項2】
前記複数の脚部は前記底板に下端が接触する複数のフィン部を有することを特徴とする請求項1に記載の電気車両のバッテリ搭載構造。
【請求項3】
前記フロアパネルの後側部分に前側部分よりも高さ位置が高く形成されたキックアップ部を設け、
前記上下に積載された複数のバッテリモジュールを前記キックアップ部の下方に配置したことを特徴とする請求項1又は2に記載の電気車両のバッテリ搭載構造。
【請求項4】
前記枠状フレームが、前後方向に延びる左右1対の閉断面状の支持フレームと、前記1対の支持フレームの前端部同士を連結する閉断面状の前端フレームと、前記1対の支持フレームの後端部同士を連結する閉断面状の後端フレームと、前記1対の支持フレームの途中部同士を連結する横メンバとを有し、
前記支持体に前記後端フレーム及び横メンバに固定する複数の連結部を設けたことを特徴とする請求項3に記載の電気車両のバッテリ搭載構造。
【請求項5】
前記アッパバッテリモジュールと載置部との間に熱伝導シートを設けたことを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の電気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、電気車両のバッテリ搭載構造に関し、特に外部に対して密閉性を有するバッテリパックがフロアパネルの下側に配設された電気車両のバッテリ搭載構造に関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、ハイブリッド車や電気自動車等の電気車両では、車輪を駆動する電気モータの動力源であるバッテリが大容量になるため、バッテリセルの集合体からなる複数のバッテリモジュールを車体フロアの下方空間を利用して配置している。
特許文献1の電動車両のバッテリ搭載構造は、複数のバッテリモジュールを囲繞するアッパカバー及びロアカバーとこれらを支持する左右1対の支持部材とを備えたバッテリユニットを設け、1対の支持部材の各前端部をサスペンションクロスメンバの下部に夫々結合し、1対の支持部材の各途中部をフロアパネルと協働して前後に延びる左右1対の閉断面を形成する左右1対のフロアフレームの下部に夫々結合することによりバッテリユニットを車体に固定している。
【0003】
バッテリモジュールをフロアパネルの下側に配設した場合、バッテリモジュールが雨水等によって被水する。車両走行中にバッテリモジュールが被水すると、バスバー等の機能故障(例えば、腐食、錆等)に起因した出力性能の低下を招く虞がある。
そこで、密閉性を有するバッテリパックを構成し、そのバッテリパック内に複数のバッテリモジュールを収容する技術が提案されている。
特許文献2のバッテリ搭載構造は、上下2段に重ねた複数のバッテリを車体に固定されたバッテリトレイとこのバッテリトレイの上側を覆うカバーとからなるパック状の収容容器内に収容している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特許第5477256号公報
【特許文献2】特許第4940966号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
電動車両の電気エネルギーを蓄えるバッテリとして、二次電池の中でも高電圧で高エネルギー密度等の特性を備えたリチウムイオンバッテリが使用に供されている。
このリチウムイオンバッテリは、高エネルギー密度等の優位性を備えている反面、使用に当って高精度の温度管理が必要である。
例えば、−10℃(耐低温温度)以下の低温環境下では、内部抵抗の増加に伴って過電圧が上昇するため、出力低下を生じる虞があり、例えば、40℃以上の高温環境下では、内部抵抗は減少するものの、充放電反応速度の増加に伴って劣化反応速度が加速度的に増加するため、バッテリ寿命を短縮化すると共にガスの発生等信頼性の低下が懸念される。
【0006】
前述したように、バッテリモジュールの採用には被水防止と温度管理が不可欠であるものの、これら被水防止と温度管理の対策は夫々相反する結果を招くことが考えられる。
密閉性を有するバッテリパック内にバッテリモジュールを収容する場合、温度を管理するための熱交換用媒体や冷却風をバッテリパック内に搬送する搬送経路が必要となり、このバッテリパック内外を連通させる搬送経路を設けることにより、バッテリパックの密閉性が損なわれる虞がある。
【0007】
また、バッテリパック内にバッテリモジュールを1層配置で搭載した場合、バッテリモジュールの底部全域からバッテリパックの底板に熱が伝導されるため、バッテリパックの下方を流れる走行風による冷却効果を期待することができる。
しかし、特許文献2のバッテリ搭載構造のように、バッテリパック内にバッテリモジュールを上下2層配置で搭載した場合、特に上方に配置されたアッパモジュールは、底部全域からバッテリパックの底板に直接的に熱を伝導することができず、走行風による冷却効果を期待できない。
即ち、上下2層配置されたバッテリモジュールの被水防止と温度管理とを両立させる有効な構造については未だ提案されていない。
【0008】
本発明の目的は、上下2層配置されたバッテリモジュールの被水防止と温度管理とを両立可能な電気車両のバッテリ搭載構造等を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
請求項1の電気車両のバッテリ搭載構造は、上下に積載された複数のバッテリモジュールを含む複数のバッテリモジュールの周囲に位置するように配設された枠状フレームと、この枠状フレームの底部を覆う金属製底板と、前記複数のバッテリモジュールの上側部分を覆うアッパカバーとを備える共に外部に対して密閉性を有するバッテリパックがフロアパネルの下側に配設された電気車両のバッテリ搭載構造において、前記上下に積載されたロアバッテリモジュールの上側にアッパバッテリモジュールを支持する金属製支持体を設け、前記支持体は、アッパバッテリモジュールの底部を面接触状態で支持する載置部と、前記ロアバッテリモジュールを間に介在させて前記載置部を支持すると共に前記底板に支持される複数の脚部とが一体的に形成されたことを特徴としている。
【0010】
この電気車両のバッテリ搭載構造では、上下に積載されたロアバッテリモジュールの上側にアッパバッテリモジュールを支持する金属製支持体を設けたため、複数のバッテリモジュールを上下に積載することができると共に強制冷却機構を必要とすることなくロアバッテリモジュールの底部を熱伝導と走行風を用いて空冷することができる。
支持体は、アッパバッテリモジュールの底部を面接触状態で支持する載置部と、前記ロアバッテリモジュールを間に介在させて前記載置部を支持すると共に前記底板に支持される複数の脚部とが一体的に形成されたため、アッパバッテリモジュールの熱が伝導された載置部とバッテリパックの底板とを複数の脚部によって熱伝導可能に連結でき、アッパバッテリモジュールの底部を熱伝導と走行風を用いて空冷することができる。
尚、上記「密閉性を有するバッテリパック」とは、バッテリパックの内部空間が、完全な密封状態に維持されている意味ではなく、内部空間への外気の流通が抑制され、外気温度と内部空間の温度とが簡単には平衡化されない、緩やかな気密状態を含む用語として定義している。
【0011】
請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記複数の脚部は前記底板に下端が接触する複数のフィン部を有することを特徴としている。
この構成によれば、アッパバッテリモジュールから複数のフィン部を介してバッテリパック内空間に放熱できると共にバッテリパックの底板との接触面積を増加して外部への放熱効率を増加することができる。
【0012】
請求項3の発明は、請求項1又は2の発明において、前記フロアパネルの後側部分に前側部分よりも高さ位置が高く形成されたキックアップ部を設け、前記上下に積載された複数のバッテリモジュールを前記キックアップ部の下方に配置したことを特徴としている。
この構成によれば、上下に積載された複数のバッテリモジュールをフロアパネルの下側に配設することができ、コンパクト化を図ることができる。
【0013】
請求項4の発明は、請求項3の発明において、前記枠状フレームが、前後方向に延びる左右1対の閉断面状の支持フレームと、前記1対の支持フレームの前端部同士を連結する閉断面状の前端フレームと、前記1対の支持フレームの後端部同士を連結する閉断面状の後端フレームと、前記1対の支持フレームの途中部同士を連結する横メンバとを有し、前記支持体に前記後端フレーム及び横メンバに固定する複数の連結部を設けたことを特徴としている。
この構成によれば、枠状フレームの剛性及び支持体の支持剛性を相乗的に高くすることができる。
【0014】
請求項5の発明は、請求項1〜4の何れか1項の発明において、前記アッパバッテリモジュールと載置部との間に熱伝導シートを設けたことを特徴としている。
この構成によれば、密着性を増すことにより、アッパバッテリモジュールの底部から載置部への熱伝導性を高くすることができる。
【発明の効果】
【0015】
本発明の電気車両のバッテリ搭載構造によれば、アッパバッテリモジュールを支持する支持体をアッパバッテリモジュールの熱伝導経路にすることにより、上下2層配置されたバッテリモジュールの被水防止と温度管理とを両立することができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
図1】実施例1に係る車両の底面図である。
図2】後側左下方から視た斜視図である。
図3図1のIII-III線断面図である。
図4図1のIV-IV線断面図である。
図5図1のV-V線断面図である。
図6】後側要部側面図である。
図7】バッテリパックと発電装置と排気装置を組み立てた組立ユニットの斜視図である。
図8】バッテリパックの分解斜視図である。
図9】バッテリパックの下半部の斜視図である。
図10】バッテリパックの下半部からバッテリモジュールと燃料タンクを省略した斜視図である。
図11】バッテリモジュールの分解斜視図である。
図12】支持体の斜視図である。
図13図2の要部拡大図である。
図14】エア混合手段の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
以下の説明は、本発明を電気車両Vのバッテリ搭載構造に適用したものを例示したものであり、本発明、その適用物、或いは、その用途を制限するものではない。
【実施例1】
【0018】
以下、本発明の実施例1について図1図14に基づいて説明する。
図1図2に示すように、電気車両Vは、駆動輪を回転駆動する電動モータMと、バッテリパックBと、発電装置Gと、排気装置E等を備えている。
この車両Vは、充電専用エンジン61と駆動専用モータMとを備えており、搭載されたバッテリの保有電力が所定閾値(例えば、SOCが30%)以上においてエンジン61の停止状態を継続し、バッテリの保有電力が所定閾値未満において応急的にエンジン61を始動して充電を行うレンジエクステンダタイプの電気車両である。
【0019】
まず、車両Vの骨格部材に係る前提構造について説明する。
尚、以下、矢印Fを前方、矢印Lを左方、矢印Uを上方として説明する。
フロアパネル1は、車室の床面を構成し、前席(図示略)が配設される略水平状のフロントフロアパネル1aと、このフロントフロアパネル1aの後端から高さ位置が高くなるように後方上り傾斜状に移行して後席(図示略)が配置されるキックアップ部1bと、このキックアップ部1bから後方に延びるリヤフロアパネル1cとを有している。
リヤフロアパネル1cの後側上部には、リヤフロアパネル1cと協働して左右に延び且つ車室と荷室とを区分するクロスメンバ16が配設されている。
【0020】
図1図5に示すように、フロアパネル1(フロントフロアパネル1a)の左右両端には、前後に延びる左右1対のサイドシル2が夫々連結されている。
サイドシル2は、車体側部を構成するサイドフレーム3が連結された断面ハット状のサイドシルアウタパネル2aと、フロアパネル1が連結された断面ハット状のサイドシルインナパネル2bとから構成されている。
アウタパネル2aとインナパネル2bは、上側フランジ同士を接合して上側フランジ部2cを形成すると共に下側フランジ同士を接合して下側フランジ部2dを形成することにより断面略矩形状の閉断面C2(第2閉断面)を構成している。
上側フランジ部2cは閉断面C2の上壁略中央部から上方に延び、下側フランジ部2dは閉断面C2の下壁略中央部から下方に延びている。
【0021】
図4に示すように、1対のサイドシル2の車幅方向内側には、前後に延びる左右1対のフロアフレーム4が設けられている。これら1対のフロアフレーム4は、後側程左右方向の離隔距離が大きくなるように配設されている。
フロアフレーム4は、断面ハット状に形成され、フロアパネル1の下側にフロアパネル1と協働して断面略矩形状の閉断面C1(第1閉断面)を構成している。
フロアフレーム4の下端部は、サイドシル2の下端部(下側フランジ部2dの下端部)よりも高さ位置が低くなるように形成されている。
また、フロアフレーム4の車幅方向外側壁部とサイドシル2の車幅方向内側壁部(インナパネル2b)とは、フロアパネル1と協働して閉断面を形成する複数の補強部材5によって連結されている。これにより、側突時におけるサイドシル2の車幅方向内側への移動を抑制し、衝撃荷重の分散を図っている。
【0022】
1対のフロアフレーム4の前側延長部分には、フロアパネル1の前端に連なるダッシュパネル6を介して左右1対のフロントサイドフレーム7が前方に延びるように配設されている。これら1対のフロントサイドフレーム7の前端部には、圧縮変形により衝撃吸収可能なクラッシュカンが夫々固定され、これらのクラッシュカンを連結するようにバンパレインフォースメントとバンパフェースが装着されている(何れも図示略)。
1対のフロントサイドフレーム7の間に形成された空間部には、駆動輪である前輪(図示略)を回転駆動する駆動専用モータMが配置されている。
【0023】
1対のフロアフレーム4の後側延長部分には、左右1対のリヤサイドフレーム8が後方に延びるように配設されている。
図6図13に示すように、1対のリヤサイドフレーム8の後端部には、圧縮変形により衝撃吸収可能なクラッシュカン9が夫々固定され、これらのクラッシュカン9を連結するようにバンパレインフォースメント10とバンパフェース(図示略)が装着されている。
1対のリヤサイドフレーム8の下方には、前後に延びる左右1対の第1リヤサブフレーム11と、これら1対の第1リヤサブフレーム11の下方に配置された左右1対の第2リヤサブフレーム12と、第1,第2リヤサブフレーム11,12の後方に左右に延びる左右1対の第3リヤサブフレーム13が夫々設けられている。
【0024】
第1リヤサブフレーム11は、リヤサイドフレーム8の途中部下部に連結されると共に下方に向かって緩湾曲状に移行し、第2リヤサブフレーム12は、第1リヤサブフレーム11の車幅方向内側において、バッテリパックBの後端部に連結されると共に緩湾曲状に上方に移行するように形成されている。第1,第2リヤサブフレーム11,12の後端側部分がブラケット14を介して排気装置Eの後端部と連結されている。
これにより、後突時、リヤサイドフレーム8及び第1,第2リヤサブフレーム11,12によって複数のロードパスを形成でき、衝撃吸収に必要なクラッシュスペースを短縮することができる。これら1対のリヤサイドフレーム8及び第1,第2リヤサブフレーム11,12の間に形成された空間部には、発電装置Gが配置されている。
図1図2図8図13に示すように、1対の第3リヤサブフレーム13の車幅方向内側部分が排気装置Eの左右両端部に夫々連結され、車幅方向外側部分がリヤサイドフレーム8の途中部下部に夫々連結されている。
【0025】
次に、バッテリパックBについて説明する。
バッテリパックBは、複数(例えば、16個)のバッテリモジュール20を直列接続した高電圧バッテリを車室外、特に、フロアパネル1の下方空間にレイアウトする必要があるため、耐振性(剛性)及び耐水性(防水性)を確保するように構成されている。
このバッテリパックBは、バッテリモジュール20に発生する熱を熱伝導を利用して直接的に車両外部に放出する自然空冷方式を用いており、冷却水や送風ファンによる冷却風を用いた強制冷却方式は採用していない。
【0026】
ここで、バッテリパックBの説明の前に、バッテリモジュール20について説明する。
図7に示すように、バッテリモジュール20は、規格電圧を有する直方体形状の複数(例えば、12個)のバッテリセル21をセパレータ22を間に介して水平方向に積層状に整列させた直方体形状のバッテリ集合体Aを備えている。
バッテリセル21は、例えば、2次電池の一種であるリチウムイオンバッテリである。
以下、積層方向が前後方向に設定されたバッテリモジュール20の例について説明する。
【0027】
セパレータ22は、異常なバッテリセル21の熱を他の正常なバッテリセル21に伝播させないように熱遮断性、耐熱性及び熱安定性に優れた合成樹脂材料、例えば、ポリブチレンテレフタレート(PBT)シートにより構成されている。
このバッテリ集合体Aにおいて、全てのバッテリセル21の各々の電極が上方に向うように配列されているため、隣り合う電極を接続するバスバー23(電極接続部)、各ハーネスやケーブルが上面部に配設されている。
【0028】
図7に示すように、バッテリモジュール20は、前後1対のエンドプレート24と、左右1対のアルミ合金製バインドバー25(挟持パネル部材)と、アッパプレート26等を有している。
エンドプレート24の一方がバッテリ集合体Aの前端部全域を覆うように重畳され、エンドプレート24の他方がバッテリ集合体Aの後端部全域を覆うように重畳されている。
プレート状のバインドバー25は、バッテリ集合体Aの両方の側面部全域を覆うように夫々配置され、1対のエンドプレート24を前後方向から挟み込み可能に構成されている。
左側のバインドバー25には、前端部及び後端部から右側直交方向に夫々屈曲した前後1対の取付部25aが設けられ、1対の取付部25aと1対のエンドプレート24とが締結部材を介して夫々締結固定されている。
尚、右側のバインドバー25は、左側のバインドバー25と左右対称の構成である。
【0029】
左右1対のバインドバー25のうち一方、例えば、左側のバインドバー25の左側面部には、ヒータユニット27(シート状ヒータ手段)が装着されている。
ヒータユニット27は、周辺温度を自己判断して放熱量制御を行うシート状の電熱線ヒータ、例えば、バインドバー25に部分的に面接触可能なPTC(Positive Temperature Coefficient)ヒータによって構成されている。
これにより、ヒータユニット27からの熱は、ヒータユニット27の形状に拘らず、バインドバー25を介してバッテリ集合体Aの側面部全域に伝播される。
【0030】
アッパプレート26は、合成樹脂製プレート材で構成され、バスバー23や各ハーネス等を含んでバッテリ集合体Aの上面部全域を覆うように形成されている。
バッテリモジュール20をバッテリパックB内に収容する際、バッテリ集合体Aの下面部の略全域には、熱伝導性に優れたシリコンシート28(熱伝導シート)が貼着されている。尚、積層方向が左右方向に設定されたバッテリモジュール20の場合、前述した積層方向が前後方向に設定されたバッテリモジュール20を鉛直軸回りに90°回転させた構成になっている。
【0031】
また、バッテリパックBの説明に戻る。
バッテリパックBは、発電装置G及び排気装置Eと一体的に組み立てられて組立ユニットを形成している。
図8図11に示すように、バッテリパックBは、略ロ字状の金属製枠状フレーム30と、金属製底板31と、合成樹脂製アッパカバー32とを主要な構成要素としている。
枠状フレーム30と金属製底板31とが、バッテリパックBのロアカバーに相当している。
【0032】
枠状フレーム30は、前後に延びる左右1対の支持フレーム33と、これら1対の支持フレーム33の前端部を左右に連結する前端フレーム34と、1対の支持フレーム33の後端部を左右に連結する後端フレーム35とを備えている。
1対の支持フレーム33は、1対のフロアフレーム4の下方において1対のフロアフレーム4に沿って後側程車幅方向外側に移行するように配設されている。
【0033】
図4に示すように、支持フレーム33は、略L字状の支持フレームロアパネル33aと、略W字状の支持フレームアッパパネル33bとを有している。
支持フレームロアパネル33aと支持フレームアッパパネル33bは、左側(車幅方向外側)フランジ同士を接合して外側フランジ部33cを形成すると共に右側フランジ同士を接合して内側フランジ部33dを形成することにより略扁平形状の閉断面C3(第3閉断面)を構成している。鋼板製の支持フレームロアパネル33aと支持フレームアッパパネル33bは、プレス加工によって各々の形状に成形された後、各フランジ同士が溶接接合されているため、外側フランジ部33cには、上下方向に延びた複数のビード状成形皺33e(図2図8図10図11参照)が形成されている。
閉断面C3は、上下寸法よりも左右寸法が大きい略扁平形状に形成され、閉断面C3の上端部とフロアフレーム4の下端部とは所定間隔離隔するように構成されている。
【0034】
外側フランジ部33cは、閉断面C3の左端上側頂部から上方に延び、その上端部の高さ位置がサイドシル2の下側フランジ部2dの下端部の高さ位置よりも高くなる、換言すれば、外側フランジ部33cと下側フランジ部2dが、側面視にて重なり合うように形成されている。また、外側フランジ部33cの上端部の高さ位置がフロアフレーム4(閉断面C1)の下端部の高さ位置よりも高くなるように形成されている。
これにより、側突時、サイドシル2の車幅方向内側への移動を外側フランジ部33cによって抑制し、更に衝撃荷重が大きい場合、支持フレーム33の車幅方向内側への移動を閉断面C1によって抑制することができる。
内側フランジ部33dは、閉断面C3の右端下側頂部から右方に延びている。
【0035】
図8図10図11に示すように、支持フレーム33の上壁部には、対向するフロアフレーム4の下端部に支持させるための4本のボルト部33f〜33iが設けられている。
これらのボルト部33f〜33iは、フロアパネル1の上側において前方から後方にかけて順に配設され、車幅方向に延びる閉断面を形成する各々のクロスメンバ(図示略)とフロアフレーム4とが重なり合う部分にナット部材(図示略)を用いて夫々締結固定されている。
【0036】
前端フレーム34は、1対の支持フレーム33の前端部同士を連結する閉断面を形成している。この前端フレーム34の途中部には、左右1対のボルト部34aが形成され、これら1対のボルト部34aが車体前部に対して締結固定されている。
後端フレーム35は、1対の支持フレーム33の後端部同士を連結する閉断面を形成している。この後端フレーム35の途中部には、左右1対のブラケット36が設けられている。これら1対のブラケット36は、後端フレーム35の後壁部に夫々固定され、上方に延びるように夫々形成されている。これらのブラケット36は、クロスメンバ16の下部にナット部材(図示略)を用いて夫々締結固定されている。
後端フレーム35の後壁部の左右端側部分は、1対のリヤサブフレーム12の前端部を当接支持している。これにより、リヤサブフレーム12に入力した衝撃荷重を車室から独立した枠状フレーム30全域に分散させて減衰することができる。
【0037】
図11に示すように、枠状フレーム30には、底板31の上側において底板31と協働して閉断面を形成する補強用メンバ41〜44が設けられている。
各メンバ41〜44のうち横メンバ41〜43は、1対のボルト部33f,33g,33iの間を夫々左右方向に連結し、縦メンバ44は、横メンバ43の左寄り途中部と後端フレーム35の左寄り途中部の間を前後方向に連結するように構成されている。
そして、枠状フレーム30の横メンバ43よりも前側部分は、フロントフロアパネル1aの下方に配置され、枠状フレーム30の横メンバ43よりも後側部分は、キックアップ部1b及びリヤフロアパネル1cの下方に配置されている。
本実施例では、縦メンバ44と左側支持フレーム33との離隔距離と縦メンバ44と右側支持フレーム33との離隔距離の比率は、1:3に設定されている。
【0038】
底板31は、熱伝導性に優れた金属、例えば、アルミ合金によって構成されている。
図4図5に示すように、底板31の左端側部分は、クランク状に形成され、支持フレーム33の上壁部と内側フランジ部33dとに支持されている。底板31の右端側部分も同様である。また、底板31の前端側部分及び後端側部分は、クランク状に形成され、前端フレーム34及び後端フレーム35のフランジ部及び上壁部によって夫々支持されている。
【0039】
アッパカバー32は、軽量で剛性に優れた合成樹脂材料、例えば、ガラス繊維強化材が含有されたポリプロピレン(PP)によって構成されている。
図8図9に示すように、アッパカバー32は、前側部分が後側部分よりも大きい左右寸法で且つ小さい上下寸法にされた左右非対称形状である。
アッパカバー32の前側部分上部には、リレー等を含むジャンクションボックスを収容可能な凸部が形成され、後側部分上部には、ECUを含む電池監視ユニットを収容可能な凸部が形成されている。
このアッパカバー32の外周フランジ部は、シール用のガスケット(図示略)を介して枠状フレーム30の上壁部内縁に対して密着状に固定されている。
【0040】
バッテリパックBの内部には、1層配置で搭載された第1バッテリモジュールと上下2層配置で搭載された第2バッテリモジュールとによって構成された複数のバッテリモジュール20が収容されている。
図9図10に示すように、横メンバ41,42の間において積層方向が前後になるように配置され且つ左右に整列された4個、横メンバ42,43の間において積層方向が左右になるように配置され且つ前後に整列された3個を左右2列に配列した6個、横メンバ43と後端フレーム35との間において縦メンバの右側に積層方向が前後になるように配置され且つ左右に整列された3個を上下2段に配列した6個の合計16個のバッテリモジュール20が密閉状態で収容されている。
これらのバッテリモジュール20は、複数のバスバー29により電気的に直列接続になるように連結されている。
以下、横メンバ43と後端フレーム35との間、所謂キックアップ部1b及びリヤフロアパネル1cの下方に配置された6個のバッテリモジュール20のうち、特に、下段に配列された3個のバッテリモジュール20をロアバッテリモジュール20a、上段に配列された3個のバッテリモジュール20をアッパバッテリモジュール20bと表し、これらを総称する場合には、バッテリモジュール20と表す。
【0041】
図3図5に示すように、3個のアッパバッテリモジュール20bは、金属製、例えばアルミ合金製支持体50を介してバッテリパックBに夫々支持されている。
図12に示すように、支持体50は、水平方向に延び且つ左右に隣り合う3つの板状載置部51と、これら板状載置部51の左右両端部から下方に延び且つ左右に隣り合う4つの板状脚部52等を備えている。
載置部51は、アッパバッテリモジュール20bの底部(バッテリセル集合体Aの下面部)にシリコンシート28を介して面接触可能に構成されている。
脚部52は、載置部51と一体的に連なるように形成され、隣り合う脚部52の間に載置されたロアバッテリモジュール20aを収容可能に構成されている。
この脚部52は、下端部が底板31に面接触可能に形成され、前端壁及び後端壁の中段部に水平方向に延びる取付部53が夫々設けられている。前端側取付部53は締結部材を介して横メンバ43に締結固定され、後端側取付部53は締結部材を介して後端フレーム35に締結固定される。
【0042】
脚部52は、上半部に前後方向に直交する面を備えた冷却用上側フィン52aが設けられ、左右両端の脚部52には、下半部に前後方向に直交する面を備えると共に下端部が底板31に面接触する冷却用下側フィン52bが設けられている。
後側の下側フィン52bは、上側フィン52aに連なるように形成されている。
これにより、アッパバッテリモジュール20bの熱をシリコンシート28を介して載置部51に導入し、導入された熱を脚部52の下端部と下側フィン52bの下端部とから外部に放出することができる。
【0043】
次に、モータMについて説明する。
1対のフロントサイドフレーム7の間で且つ前輪のサスペンションクロスメンバ(図示略)の直ぐ前側には、車両Vを駆動するパワーユニット(図示略)が設けられている。
パワーユニットは、例えば、モータM(図1図2参照)やモータ用インバータであるDC−ACコンバータ(図示略)を含むモータユニットと、このモータユニットの駆動力を前輪へ伝達するための動力伝達機構(減速機構及び差動機構)を含むトランクアクスル(図示略)とが車幅方向に並ぶように一体的に結合されている。
モータMのモータ軸心、トランクアクスルにおけるモータ軸と連結される入力軸の軸心、及びパワーユニットの出力軸(ジョイントシャフト)の軸心は、何れも車幅方向に延びている。
【0044】
次に、発電装置Gについて説明する。
図3図6図8に示すように、発電装置Gは、エンジン61と、ジェネレータ62と、AC−DCコンバータ63と、アンダカバー69と、燃料タンクT等を備えている。
発電装置Gは、車幅方向中央位置においてバッテリパックBの後端近傍位置に配設されている。この発電装置Gは、一体的にユニット化されており、前端部がブラケット64を介してクロスメンバ16の下部に固定され、左右両側部がブラケット(図示略)を介してリヤサブフレーム11,12に固定されている。そして、発電装置Gの下部は、合成樹脂製のアンダカバー69で覆われている。
【0045】
エンジン61は、1ロータの小型ロータリエンジンであり、ロータの回転軸が前後に延びるように配設されている。このエンジン61は、側壁に排気ポートが形成されたサイド排気式に構成され、燃料タンクTから供給された燃料を燃焼させて得られたエネルギーでロータの回転軸に連結されたジェネレータ62の回転軸を回転駆動している。
バッテリパックBの保有電力が所定閾値未満に低下したとき、エンジン61が始動され、ジェネレータ62が最大発電効率になるよう予め設定された規定回転数で運転される。
エンジン61の燃焼室には、吸気通路を形成する吸気管(図示略)及び排気通路を形成する排気管65が連通されている。
吸気管は、途中部にエアクリーナが配設され、右側ホイールハウスのインナパネルに設けられた差込口に差込接続されている(何れも図示略)。
排気管65は、その途中部に触媒装置66と、消音装置67とが設けられている。
【0046】
図3図6図8に示すように、ジェネレータ62は、バッテリパックBとエンジン61との間に配置されている。これにより、エンジン61を含む前後寸法を短縮化することができると共にジェネレータ62を前方配置することができ、後突時、高電圧部品であるジェネレータ62と排気装置Eとの直接的な干渉を回避している。
コンバータ63は、エンジン61の始動による充電時、ジェネレータ62からの交流電流を直流電流に変換して各バッテリモジュール20に供給している。
【0047】
燃料タンクTは、横メンバ43と後端フレーム35との間において縦メンバ44の左側に底板31に搭載された状態で配置され、横メンバ43と後端フレーム35とに固定された前後1対のブラケット37(図14参照)を介してバッテリパックBに上部開放状態で支持されている。燃料タンクTの内部には、燃料ポンプと、この燃料ポンプへの吸込用ストレーナ等が収容されている(何れも図示略)。
図5図8図10に示すように、燃料タンクTは、エンジン61の小型化に伴って貯留容量が小型化されており、正面視にて略縦長形状に形成されている。具体的には、燃料タンクTの頂部が、第2バッテリモジュールであるアッパバッテリモジュール20bの頂部の高さ位置に略等しくなるように設定されている。
【0048】
図5に示すように、燃料タンクTの下半部は、上側程左右寸法(横断面積)が大きくなるように形成されている。これにより、設置面積とタンク容量の確保を両立している。
また、図5図8図9に示すように、燃料タンクTの中段部が右方に張り出しているため、アッパカバー32の左側後部に燃料タンクTを避けるように右方に凹入した回避部32aが設けられている。
これにより、燃料タンクTとアッパカバー32の干渉を回避でき、アッパカバー32の損傷防止によりバッテリモジュール20に対するシール性向上を図ることができる。
【0049】
次に、排気装置Eについて説明する。
充電時、高回転駆動されたエンジン61の排気ガス温度が高温になるため、排気装置Eは、排気ガスを外部に放出する前段階において、排気ガスとエア(外気)とを予め攪拌し、排気ガス温度を低下させてから外部に放出するように構成されている。
図3図6図8図13図14に示すように、排気管65と、この排気管65の途中部に設けられた触媒装置66と、この触媒装置66よりも下流側に設けられた消音装置67と、エア混合手段68と、触媒装置66、消音装置67及びエア混合手段68等を所定間隔を空けて囲繞する金属製の排気ボックス70等を備えている。
触媒装置66は、略円柱状に形成され、その軸心がエンジン61のロータ軸心と略同じ高さ位置で且つ左右に延びるように配設されている。
消音装置67は、略楕円柱状に形成されている。この消音装置67は、触媒装置66の下方位置に配置され、その軸心が触媒装置66の軸心と略平行に延び且つ断面形状の長径が前後に延びるように配設されている。
【0050】
それ故、排気管65は、エンジン61の排気ポートが形成された後部左方から後側上方に延びた後、右側下方に湾曲しながら触媒装置66の左端部に形成された導入口に接続されている。そして、排気管65は、触媒装置66の右端部に形成された排出口から下方に湾曲して消音装置67の右端前部に形成された導入口に接続され、消音装置67の左端後部に形成された排出口から左方に延びている。
これにより、後突時、触媒装置66は前側下方に移行し、消音装置67は前側下方に移行しつつ側面視にて導入口を中心として時計回りに回動するため、発電装置Gとの干渉を抑制することができる。
【0051】
図14に示すように、エア混合手段68は、排気管65の下流端部に設けられ、進行方向誘導部68aと、本体部68bと、扁平開口部68c等を備えている。
進行方向誘導部68aは、消音装置67の排出口から左方に向かって流れる排気ガスの進路を下方を除いて遮断し、排気ガスの進行方向を下方に誘導するように構成されている。
具体的には、排気ガスの進行方向正面に緩湾曲状で且つ下方に延びる壁部を形成している。
【0052】
本体部68bは、左右に延びた略扁平状で且つ後方下り傾斜状の容積室を形成している。
進行方向誘導部68aに誘導された排気ガスの進行方向ベクトルは、下向きベクトルと壁部からの反射による右向きベクトルが存在しているため、排気ガスの一部は、他からの力が加わらない限り、下向きベクトルと右向きベクトルの合成ベクトルにより図中矢印で示すような前後方向軸を中心とした反時計回りの旋回流(渦流)を形成する。
それ故、本体部68bは、反時計回りの旋回流を形成するために十分な上下長及び左右長を有している。
【0053】
扁平開口部68cは、本体部68bの下端に下向き且つ左右に延びると共に周囲のエア(外気)を導入可能に形成されている。
このエア混合手段68は、走行風が存在していない車両停車時、本体部68bから外部に飛び出した旋回外側の流れを排気ボックス70内で且つエア混合手段68周りのエアと一緒に扁平開口部68cから本体部68bの内部に取り込むことにより、排出前に本体部68b内で排気ガス温度を低下させる第1の温度低下機能を有している。
【0054】
図2図13に示すように、排気ボックス70は略直方体のボックス形状に形成され、エア混合手段68が左側部分に配設され、エンジン61の始動に同期して作動すると共に排気ボックス70の内部に外気を導入可能な掃気ファン71(エア導入手段)が右側壁部に形成されている。排気ボックス70の左側後方底部には、扁平開口部68cに対向して開口70aが形成されている。
これにより、車両停車時でも、掃気ファン71によって排気ボックス70内に左方に流動する外部エアを導入することができ、第1温度低下機能に加えて、エア混合手段68周りの排気ガス温度を低下させることができるため、本体部68b内で更に排気ガス温度を低下させる第2の温度低下機能を有している。
【0055】
また、扁平開口部68cと開口70aが近接配置されているため、車両走行時、前述した第1温度低下機能に加え、排気ボックス70内のエアと混合して温度低下された排気ガスを走行風の負圧による吸出し作用により車外に排出することができる。
以上により、車両Vの走行状態に拘らず、排気装置Eから排出されるガス温度を排気装置E(本体部68b)内部で低下することができ、特に、車両停車時、車両周囲への高温ガスの排出を回避することができ、乗降時、後席乗員の熱い空気流による違和感を解消することができる。
【0056】
次に、上記電気車両のバッテリ搭載構造の作用、効果について説明する。
実施例1に係る電気車両Vのバッテリ搭載構造によれば、上下に積載されたロアバッテリモジュール20aの上側にアッパバッテリモジュール20bを支持する金属製支持体50を設けたため、複数のバッテリモジュール20を上下に積載することができると共に強制冷却機構を必要とすることなくロアバッテリモジュール20aの底部を熱伝導と走行風を用いて空冷することができる。
支持体50は、アッパバッテリモジュール20bの底部を面接触状態で支持する載置部51と、ロアバッテリモジュール20aを間に介在させて載置部51を支持すると共に底板31に支持される複数の脚部52とが一体的に形成されたため、アッパバッテリモジュール20bの熱が伝導された載置部51とバッテリパックBの底板31とを複数の脚部52によって熱伝導可能に連結でき、アッパバッテリモジュール20bの底部を熱伝導と走行風を用いて空冷することができる。
【0057】
複数の脚部52は底板31に下端が接触する複数のフィン部52bを有するため、アッパバッテリモジュール20bから複数のフィン部52a,52bを介してバッテリパックB内空間に放熱できると共にバッテリパックBの底板31との接触面積を増加して外部への放熱効率を増加することができる。
【0058】
フロアパネル1の後側部分に前側部分よりも高さ位置が高く形成されたキックアップ部1bを設け、上下に積載された複数のバッテリモジュール20(20a,20b)をキックアップ部1bの下方に配置したため、上下に積載された複数のバッテリモジュール20をフロアパネル1の下側に配設することができ、コンパクト化を図ることができる。
【0059】
枠状フレーム30が、前後に延びる左右1対の閉断面状の支持フレーム33と、1対の支持フレーム33の前端部同士を連結する閉断面状の前端フレーム34と、1対の支持フレーム33の後端部同士を連結する閉断面状の後端フレーム35と、1対の支持フレーム33の途中部同士を連結する横メンバ43とを有し、支持体50に後端フレーム35及び横メンバ43に固定する複数の連結部53を設けたため、枠状フレーム30の剛性及び支持体50の支持剛性を相乗的に高くすることができる。
【0060】
アッパバッテリモジュール20bと載置部51との間にシリコンシート28を設けたため、密着性を増すことにより、アッパバッテリモジュール20bの底部から載置部51への熱伝導性を高くすることができる。
【0061】
次に、前記実施形態を部分的に変更した変形例について説明する。
1〕前記実施形態においては、アッパバッテリモジュールとロアバッテリモジュールを3個づつ上下に積載した例を説明したが、2個以下或いは4個以上積載しても良く、また、アッパバッテリモジュールとロアバッテリモジュールの数を異ならせても良い。
【0062】
2〕前記実施形態においては、ロアバッテリモジュールを個々に挟み込む脚部の例を説明したが、少なくとも下端がバッテリパックの底板に当接した脚部であれば良く、複数のロアバッテリモジュールの一端側と他端側に1対の脚部を設け、それらに支持される載置部に1又は複数のアッパバッテリモジュールを載置しても良い。
【0063】
3〕前記実施形態においては、バッテリモジュールの保有電力が閾値以下に低下したとき、発電するために始動するエンジンの例を説明したが、バッテリモジュールの保有電力が閾値以下ではなくとも、例えば、潤滑油を循環させるために停止期間が所定期間継続したとき、エンジンを始動しても良い。また、モータ以外にエンジンによっても走行可能に構成し、乗員による加速要求が高いとき、エンジン駆動に切り替えてエンジンを始動させても良い。
【0064】
4〕その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施形態に種々の変更を付加した形態や各実施形態を組み合わせた形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態も包含するものである。
【符号の説明】
【0065】
1 フロアパネル
1b キックアップ部
20 バッテリモジュール
20a ロアバッテリモジュール
20b アッパバッテリモジュール
28 シリコンシート
30 枠状フレーム
31 底板
32 アッパカバー
41〜43 横メンバ
50 支持体
51 載置部
52 脚部
53 取付部
V 車両
B バッテリパック
【要約】
【課題】上下2層配置されたバッテリモジュールの被水防止と温度管理とを両立することができる電気車両のバッテリ搭載構造を提供する。
【解決手段】上下に積載された複数のバッテリモジュール20の周囲に位置する枠状フレーム30と、底板31と、アッパカバー32とを備える共に外部に対して密閉性を有するバッテリパックBがフロアパネル1の下側に配設された電気車両Vのバッテリ搭載構造であって、上下に積載されたロアバッテリモジュール20aの上側にアッパバッテリモジュール20bを支持する支持体50を設け、支持体50は、アッパバッテリモジュール20bの底部を面接触状態で支持する載置部51と、ロアバッテリモジュール20aを間に介在させて載置部51を支持すると共に底板31に支持される複数の脚部52とが一体的に形成されている。
【選択図】 図5
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10
図11
図12
図13
図14