特許 7252148 電気自動車の車体下部構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-03-27

(45)【発行日】2023-04-04

(54)【発明の名称】電気自動車の車体下部構造

(51)【国際特許分類】

   B60K 1/04 20190101AFI20230328BHJP

   B62D 25/20 20060101ALI20230328BHJP

   H01M 50/249 20210101ALI20230328BHJP

【ＦＩ】

B60K1/04 Z

B62D25/20 E

H01M50/249

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020013578

(22)【出願日】2020-01-30

(65)【公開番号】P2021120244

(43)【公開日】2021-08-19

【審査請求日】2022-02-07

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000005348

【氏名又は名称】株式会社ＳＵＢＡＲＵ

(74)【代理人】

【識別番号】110000110

【氏名又は名称】弁理士法人 快友国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】川瀬 恭輔

(72)【発明者】

【氏名】大島 克哉

(72)【発明者】

【氏名】森永 達也

【審査官】中川 隆司

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－１９６９５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１３１４８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０１２３１０１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－１９３００３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－２２６３５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１６７０３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１５７１８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－０８１６２３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６０Ｋ １／０４

Ｂ６２Ｄ ２５／２０

Ｈ０１Ｍ ５０／２４９

(57)【特許請求の範囲】

【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と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おり、
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、
電気自動車の車体下部構造。

【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】

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と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おり、
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、車体下部構造。

【請求項4】

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３に記載の車体下部構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書が開示する技術は、電気自動車の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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】米国特許第８８３３４９９号公報

【文献】特開２０１７－１９６９５９号公報

【発明の概要】

【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】

【図1】フロアパネルの斜視図である。

【図2】電池パックの分解図である。

【図3】車体下部構造の断面図である（車両の側方からみた断面）。

【図4】車体下部構造の断面図である（車両の正面からみた断面）。

【図5】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）。

【図6】スペーサの変形例の図である。

【発明を実施するための形態】

【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の座標系の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の一種である。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、側方から障害物が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、走行用にモータと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と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。

【符号の説明】

【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

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】