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JP2013067381A - バッテリアセンブリ - Google Patents

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Abstract

【課題】バッテリ群とインバータ等の電気機器との間に介在する接続制御機器の配置を最適化することで、ハーネス長さを短くする。
【解決手段】車両１のフロアパネル１６の下側に複数のバッテリ３からなるバッテリユニットと、バッテリユニットに関する電気的接続を制御する接続制御機器３５ａを配置し、バッテリユニットはスペースを挟んで配置した２個のバッテリＳ２Ｒ，Ｓ２Ｌを備え、接続制御機器３５ａはスペースの内側に配置することで、接続制御機器３５ａの配置を最適化し、ハーネスの長さを短縮可能とする。
【選択図】図３

Description

この発明は、数多くのバッテリを車両に搭載する際の接続制御機器の配置に関する。
日本国特許庁が２００１年に発行した特許第３１９９２９６号は車両にできるだけ多くのバッテリを搭載するために、車両のフロアパネルの下側にバッテリを並べて配置することを教えている。
数多くのバッテリは平面上において車両横断方向と車両縦断方向に並んで配置され、バッテリ群を構成する。
この従来技術において、バッテリ群は車両のフロントシートからリヤシートにかけての領域の床下に配置され、バッテリ群から電力供給を受ける車両駆動用の電動モータやインバータ等の電気装置は車両のフロントコンパートメントに搭載されている。
バッテリはハーネスに接続され、ハーネスを介して電気装置に接続される。ハーネスにはスイッチなどの接続制御機器が介装される。
ここで、バッテリはバッテリ群として密集して配置されているため、接続制御機器は必然的にバッテリ群と電気機器の間に設けられる。その結果、フロントシートとフロントコンパートメントの間に接続制御機器を配置するスペースを確保しなければならない。しかしながら、このスペースが最適位置に確保できるとは限らず、最適位置に接続制御機器を配置するスペースを確保できない場合には、ハーネスの長さが増加することは避けられない。
この発明の目的は、したがって、バッテリ群と電気機器との間に介在する接続制御機器の配置を最適化することで必要なハーネスの長さを短くすることである。
以上の目的を達成するために、この発明は、車両のフロアパネルの下側に複数のバッテリを配置するバッテリ搭載構造を提供する。バッテリ搭載構造は複数のバッテリで構成されるバッテリユニットと、バッテリユニットに関する電気的接続を制御する接続制御機器と、を備えている。バッテリユニットはスペースを挟んで配置した２個のバッテリ群を備え、接続制御機器はスペースの内側に配置される。
この発明はまた、複数のバッテリを備えて車両のフロアパネルの下側に搭載されるバッテリアッセンブリを提供する。バッテリアッセンブリは複数のバッテリで構成されるバッテリユニットと、バッテリユニットに関する電気的接続を制御する接続制御機器と、を備えている。バッテリユニットはスペースを挟んで配置した２個のバッテリ群を備え、接続制御機器はスペースの内側に配置される。
この発明の詳細並びに他の特徴や利点は、明細書の以下の記載の中で説明されるとともに、添付された図面に示される。
図１はこの発明によるバッテリ搭載構造を示す車両要部の縦断面図である。 図２はバッテリ搭載構造を示す車両要部の水平断面図である。 図３は図２のＩＩＩ-ＩＩＩ線に沿って切り取った車両要部の横断面図である。 図４はこの発明によるバッテリアセンブリの平面図である。 図５はバッテリアセンブリの斜視図である。 図６はこの発明によるバッテリ搭載フレームの斜視図である。 図７はこの発明による垂直方向積層部のバッテリ積層プロセスを説明する分解斜視図である。 図８はこの発明による車両横断方向積層部のバッテリ積層プロセスを説明する分解斜視図である。 図９はバッテリアセンブリを収装するケースの斜視図である。 図１０はバッテリアセンブリの電気回路図である。 図１１はこの発明による手動リレーとサポートの斜視図である。 図１２は図１１に類似するがこの発明の第２の実施例を示す。 図１３はこの発明の第３の実施例によるサポートを示すバッテリーアッセンブリ要部の斜視図である。
図面の図１を参照すると、車両１は車室２と、車室２の前方に形成されたフロントコンパートメント１１とを備える。図の矢印ＵＰは垂直方向上向きを示し、図の矢印ＦＲは車両１の走行方向に関して前方を示す。車両１は、フロントコンパートメント１１に収納した電動モータ１２の動力を用いて走行するいわゆる電気自動車である。車両１は電動モータと内燃エンジンとを動力源として走行するハイブリッド駆動車両や、燃料電池が発生する電力で駆動される電動モータの動力で走行する燃料電池車両であっても良い。
電動モータ１２を駆動するために、車両１の車室２の床下には数多くのバッテリ３が配置される。
図２と３を参照すると、車両１の車体には車室２の床面を構成するフロアパネル１６の下方に、車両縦断方向に延びる一対の平行なサイドメンバ４が配置される。図の矢印ＷＤは車両１の横断方向であって、かつ車両１の前方に向かって右向きを示す。一対のサイドメンバ４の前端は車両横断方向に延びるクロスメンバ６に固定される。一対のサイドメンバ４の後端には一対のリアサイドメンバ９が固定される。一対のリアサイドメンバ９には車両横断方向に延びるリヤクロスメンバ１０が固定される。
クロスメンバ６の両端とリヤクロスメンバ１０の両端は、車体の一部として車両のドア用開口部の下端を画成するサイドシル７に固定される。一対のサイドメンバ４はサイドシル７の内側に配置され、一方のサイドメンバ４に関して３個のアウトリガー８によりサイドシル７に固定される。なお、図２と３において部材番号７が示す部位は、サイドシルの内側の壁面に相当する。部材４，６，９，１０はあらかじめ車体の一部としてフロアパネル１６の下方に配置される。
再び図１を参照すると、車両１のフロントコンパートメント１１には、車両１の走行動力源としての電動モータ１２と、関連デバイスとしてバッテリチャージャ１３とインバータ１４とが収納される。バッテリチャージャ１３はバッテリ３に充電を行うためのデバイス、インバータ１４はバッテリ３の充放電を制御するためのデバイスである。以下の説明において電動モータ１２と関連デバイスとを電気装置と総称する。
図４と５を参照すると、バッテリ３はあらかじめ矩形の平面形状をなすバッテリ搭載フレーム２１の内側に積層され、バッテリアセンブリ２２として一対のサイドメンバ４と、クロスメンバ６と、一対のリヤサイドメンバ９と、リヤクロスメンバ１０とに囲まれたスペースに下方から取り付けられる。
図６を参照すると、バッテリ搭載フレーム２１は、矩形枠２３と、矩形枠２３の内側に配置された補強部材２４とからなる。
矩形枠２３は、前端部材２３ｆと後端部材２３ｒ、および前端部材２３ｆの両端と後端部材２３ｒの両端とを結合する一対の側端部材２３ｓとからなる。前端部材２３ｆと後端部材２３ｒと一対の側端部材２３ｓとが矩形の４つの辺を構成する。なお、バッテリアセンブリ２２の説明の中で用いる前後あるいは前端／後端という用語は、バッテリアセンブリ２２を車体に取り付けた状態での前後あるいは前端／後端を意味する。
前端部材２３ｆ、後端部材２３ｒ、及び一対の側端部材２３ｓはそれぞれ、縦壁部２８と縦壁部２８の下端から水平方向に延びるフランジ部２９とを備えた逆Ｔ字形断面の部材で構成される。
補強部材２４は、矩形枠２３の内側に車両横断方向に固定されたガーダー２４ｗと、ガーダー２４ｗの中間部と前端部材２３ｆの中間部とを結合するビーム２４ｃとからなる。補強部材２４は、ガーダー２４ｗとビーム２４ｃを溶接によりＴ字形に結合し、さらにＴ字の各端部を矩形枠２３に溶接により結合することで、バッテリ搭載フレーム２１としてあらかじめ一体化される。
以上の構成により、バッテリ搭載フレーム２１の内側には、ガーダー２４ｗにより前方の矩形領域と後方の矩形領域２６Ｒが画成される。前方の矩形領域はさらにビーム２４ｃにより、２つの矩形領域２６Ｆに画成される。前方の２つの矩形領域２６Ｆ，２６Ｆと後方の矩形領域２６Ｒはほぼ同じ面積を有する。各矩形領域２６Ｆ，２６Ｆ，２６Ｒは長辺が短辺の略２倍の矩形をなすように設計される。
図７を参照すると、バッテリ３は扁平な直方体に形成される。バッテリ３は直方体の３つの辺のうちの最短辺の方向に積層される。以下の説明では残りの２辺をその長さに応じて長辺と短辺と称する。
前方の２つの矩形領域２６Ｆにはバッテリ３が、長辺を車両横断方向に向け、短辺を車両横断方向に向けた状態で上向きに積層される。各矩形領域２６Ｆには積層体が車両縦断方向に４基並んで配置される。各積層体のバッテリ３の積層数は同一ではなく、前方の２基については、バッテリ３が４層に積層され、後方の２基についてはバッテリ３が２層に積層される。このようにして、各矩形領域２６Ｆに１２個のバッテリ３が積層される。
前方の各矩形領域２６Ｆの各積層体において、バッテリ３はスペーサ３７ｂと帯状プレート３７ａを介して積層される。スペーサ３７ｂは円柱状の部材の中間に段差を介して大径部を形成した部材である。バッテリの四隅にはあらかじめ、スペーサ３７ｂの円柱状部分を受け入れる貫通孔が形成される。帯状プレート３７ａの両端にも貫通孔が形成される、バッテリ３を積層する際は、スペーサ３７ｂの大径部の両側の円柱状部分の一方を帯状プレート３７ａの貫通孔に貫通させた後にバッテリ３の貫通孔に挿入し、円柱状部分のもう一方を別の帯状プレート３７ａの貫通孔を貫通させた後に隣接するバッテリ３の貫通孔に挿入する。これにより、隣接するバッテリ３の間に２枚の帯状プレート３７ａの介してスペーサ３７ｂの大径部が挟持され、バッテリ３の積層間隔は一定に保たれる。最上端及び最下端のバッテリ３には帯状のプレート３７ａと円柱状の部材の一端に大径部を形成したスペーサ３７ｃが取り付けられる。
図面には示されないが、スペーサ３７ｂと３７ｃの中心にはあらかじめ軸方向に貫通孔が形成されている。決められた数のバッテリ３を積層したのち、スペーサ３７ｂと３７ｃの貫通孔を用いてピンを積層したバッテリ３に貫通させ、ピンの両端にナットを螺合することで、バッテリ３は積層体として一体化される。
図４を参照すると、前方の矩形領域２６Ｆ，２６Ｆの一方の積層体列と、前方の矩形領域２６Ｆ，２６Ｆのもう一方の積層体列の間にスペースＧが形成される。スペースＧはビーム２４ｃとその周辺領域の上方に位置する。前方の矩形領域２６Ｆ，２６Ｆに積層されるバッテリ３はすべて端子３ａをスペースＧに向けた状態で積層される。スペースＧには各バッテリ３の端子３ａとフロントコンパートメント１１内の電気装置とを電気的に接続するハーネス３４と、ハーネス３４の途中に設けたスイッチボックス３５及びジャンクションボックス３６とが収装される。
図８を参照すると、後方の矩形領域２６Ｒには２４個のバッテリ３が長辺を車両縦断方向に向けた形で車両横断方向に積層される。バッテリ３は端子３ａを前方に向け、前述のスペーサ３７ｂを介して一定間隔で積層される。積層体の両端にはエンドプレート３７ｅが積層される。
図面には示されないが、スペーサ３７ｂの中心にはあらかじめ軸方向に貫通孔が形成されている。決められた数のバッテリ３を積層したのち、スペーサ３７ｂの貫通孔を用いてピンを積層したバッテリ３に貫通させ、ピンの両端にナットを螺合することで、バッテリ３は積層体として一体化される。
積層体の前方及び後方の側面には車両横断方向に延びる支持プレート３７ｄがねじ３７ｆにより固定される。後方の矩形領域２６Ｒにはこのようにして積層された積層体が１基のみ配置される。
図５を参照すると、以上の配置により、バッテリ搭載フレーム２１の内側の前方の２つの矩形領域２６Ｆに、バッテリ３を垂直方向に４層に積層したバッテリ群Ｓ１Ｒ，Ｓ１Ｌと、バッテリ３を垂直方向に２層に積層したバッテリ群Ｓ２Ｒ，Ｓ２Ｌとがそれぞれ設けられる。バッテリ搭載フレーム２１の内側の後方の矩形領域２６Ｒには、バッテリ３を車両横断方向に２４層に積層したバッテリ群Ｓ３が設けられる。積層方向に関して言えば、バッテリ群Ｓ１Ｒ，Ｓ１ＬとＳ２Ｒ，Ｓ２Ｌが垂直方向に積層されたバッテリ３の集合体としての第１のバッテリユニット３８Ｆを構成し、バッテリ群Ｓ３が車両横断方向に積層されたバッテリ３の集合体としての第２のバッテリユニット３８Ｒを構成する。
図３と９を参照すると、バッテリ搭載フレーム２１には、バッテリアセンブリ２２を収容するケース２２ａが固定される。バッテリ３の積層体は例えばケース２２ａにねじを用いて固定される。縦壁部２８の内側に張り出したフランジ部２９を積層体の固定に利用することも可能である。ケース２２ａはあらかじめバッテリ３の積層体の形状に合わせて形成され、積層体の車両縦断方向、車両横断方向、及び垂直方向の変位を阻止する機能を持つ。積層したバッテリ３の下方を覆うケース２２ａに開口部を形成して、バッテリ３の冷却性を高めることも好ましい。その場合に開口部の数や形状は任意に設計可能である。
図８を参照すると、一方のエンドプレート３７ｅの側方のケース２２ａの内側に、ジャンクションボックス３６内の機器の制御を行う、例えばマイクロコンピュータで構成された制御ユニット４５を配置することも好ましい。
その場合には、バッテリ搭載フレーム２１、ケース２２ａ、バッテリ３の積層体、ハーネス３４、スイッチボックス３５、ジャンクションボックス３６、及び制御ユニット４５がバッテリアセンブリ２２を構成する。
図１-４を参照すると、バッテリ搭載フレーム２１は縦壁部２８の外側に張り出したフランジ部２９を貫通するボルトとボルトに螺合するナットにより、サイドメンバ４と、クロスメンバ６と、一対のリヤサイドメンバ９と、リヤクロスメンバ１０とに固定される。この状態で、前端部材２３ｆの縦壁部２８はクロスメンバ６に、後端部材２３ｒの縦壁部２８はリヤクロスメンバ１０に、一対の側端部材２３ｓの縦壁部２８は一対のサイドメンバ４とその延長上の一対のリヤサイドメンバ９の一部にそれぞれ相対する。一対のサイドメンバ４と、クロスメンバ６と、一対のリヤサイドメンバ９と、リヤクロスメンバ１０とがバッテリ搭載フレーム２１を車体に固定するための固定部材を構成する。
固定部材に固定されたバッテリ搭載フレーム２１は車体の剛性や強度を増やすのに貢献する。矩形枠２３および補強部材２４は車両の衝突時に入力される荷重の伝達経路として機能する。
車体には固定部材である一対のサイドメンバ４と、クロスメンバ６と、一対のリヤサイドメンバ９と、リヤクロスメンバ１０により図３に示す下向きの開口部３０が画成される。開口部３０の上方はフロアパネル１６によって覆われ、バッテリアセンブリ２２を収容する収容凹部３１が形成される。
バッテリアセンブリ２２の車体への取り付けはバッテリアセンブリ２２を車体の下方から収容凹部３１に挿入し、バッテリ搭載フレーム２１を固定部材にボルトで固定することで行われる。数多くのバッテリ３をあらかじめバッテリアセンブリ２２に一体化しておくことで、バッテリ３の車体への搭載を容易に行うことができる。また、バッテリ３の交換などの必要に応じてバッテリ３を車体から容易に取り外すことができる。
図１に示すよう、車両１は車室２内に、フロントシート３２Ｆとリヤシート３２Ｒを備える。バッテリアセンブリ２２を収容凹部３１に取り付けた状態で、バッテリ群Ｓ１Ｒ，Ｓ１Ｌがフロントシート３２Ｆの略下方に位置し、バッテリ群Ｓ２Ｒ，Ｓ２Ｌがフロントシート３２Ｆとリヤシート３２Ｒの間のフロア３３の下方に位置し、バッテリ群Ｓ３がリヤシート３２Ｒの下方に位置するように、バッテリアセンブリ２２の形状と寸法、バッテリ３の形状と寸法と積層数、固定部材の位置などをあらかじめ設定する。さらに、バッテリアセンブリ２２の形状に基づきフロアパネル１６及びケース２２ａの形状を決定する。
バッテリ群Ｓ１Ｒ，Ｓ１Ｌの高さをｈ１、バッテリ群Ｓ２Ｒ，Ｓ２Ｌの高さをｈ２、バッテリ群Ｓ３の高さをｈ３とすると、ｈ３＞ｈ１＞ｈ２となる。高さｈ１とｈ２は左右の２つの矩形領域２６Ｆで同一である。
バッテリ群Ｓ１Ｒ，Ｓ１Ｌはフロントシート３２Ｆの下方に位置し、バッテリ群Ｓ３はリヤシート３２Ｒの下方に位置している。バッテリ群Ｓ１Ｒ，Ｓ１ＬとＳ３の高さｈ１とｈ３をフロア３３の下方に位置するバッテリ群Ｓ２Ｒ，Ｓ２Ｌの高さｈ２より大きくすることで、車室２内のシート下方のスペースをバッテリ３の搭載スペースとして有効に利用でき、車室２の快適性を損なわずに数多くのバッテリ３を車両１に搭載することができる。また、バッテリ群Ｓ３の高さがバッテリ群Ｓ１Ｒ，Ｓ１Ｌの高さｈ１より大きいことから、車室２内においてリヤシート３２Ｒの座面がフロントシート３２Ｆの座面より高くなる。この設定は、リヤシート３２Ｒの乗客の良好な視界を確保するうえで好ましい。
左右のバッテリ群Ｓ１Ｒ，Ｓ１Ｌは合計１６個のバッテリ３で構成される。左右のバッテリ群Ｓ２Ｒ，Ｓ２Ｌは合計８個のバッテリ３で構成される。バッテリ群Ｓ３は２４個のバッテリ３で構成される。つまり、ガーダー２４ｗを境として前後に２４個ずつのバッテリ３が配置されることになる。したがって、バッテリ群Ｓ３のバッテリ重量は左右のバッテリ群Ｓ２Ｒ，Ｓ２Ｌの合計バッテリ重量と左右のバッテリ群Ｓ１Ｒ，Ｓ１Ｌの合計バッテリ重量のいずれよりも重く、かつ左右のバッテリ群Ｓ２Ｒ，Ｓ２Ｌと左右のバッテリ群Ｓ１Ｒ，Ｓ１Ｌの合計バッテリ重量にほぼ等しい。
結果としてバッテリアセンブリ２２の重心は、バッテリアセンブリ２２の平面図の図心位置の後方に位置することになる。図４のＣｖを車両１の図心とすれば、結果としてバッテリアセンブリ２２の重心は車両の図心Ｃｖの後方に位置することになる。電動モータ１２、バッテリチャージャ１３、インバータ１４からなる電気装置が車両１の前部のフロントコンパートメント１１に収装されることを考慮すると、バッテリアセンブリ２２の重心位置が車両１の図心Ｃｖの後方に位置することは、車両１の前後方向の重量バランスを適正に保つうえで好ましい。
バッテリ群Ｓ１Ｒ，Ｓ１ＬとＳ２Ｒ，Ｓ２Ｌにおいて、バッテリ３は長辺を車両横断方向に、短辺を車両縦断方向に向けた状態で積層される。この場合に、図２に示す車体下部の幅Ｗと、図４に示すバッテリ３の長辺Ｗｂの長さとに依存して、車両横断方向のバッテリ３の密集度、あるいは間隔が決まる。バッテリ群Ｓ１Ｒ，Ｓ１ＬとＳ２Ｒ，Ｓ２Ｌに関して、一方の矩形領域２６Ｆの積層体列と、もう一方の矩形領域２６Ｆの積層体列との間に設けられたスペースＧは、この間隔の調整を容易にする。バッテリ群Ｓ１Ｒ，Ｓ１ＬとＳ２Ｒ，Ｓ２Ｌにおいてはバッテリ３が垂直方向に積層される。バッテリ群Ｓ１Ｒ，Ｓ１ＬとＳ２Ｒ，Ｓ２Ｌの高さｈ１とｈ２はしたがってバッテリ３の最短辺の長さを概略の調整単位とする細かい調整が可能である。
一方、バッテリ群Ｓ３に関しては、バッテリ３は最短の辺に沿って車両横断方向に積層される。このため、車体下部の幅Ｗに応じてバッテリ３の積層数とバッテリ３間のスペースとを調整することでバッテリ群Ｓ３の車両横断方向の長さを細かく調整できる。その結果、リヤシート３２Ｒの下方のスペースを有効に利用して数多くのバッテリ３を配置することができる。
また、車種によっては、図２に示すリヤホイールハウス２５やリヤサスペンションのために、車室２の後部のスペースに制約が生じる場合がある。車室２の後部に位置するバッテリ群Ｓ３の車両横断方向の寸法が上記のように細かく調整可能なため、車種による車室２の後部のスペースの違いへの対応も容易に行える。
この実施形態ではバッテリ群Ｓ１Ｒ，Ｓ１ＬとＳ２Ｒ，Ｓ２Ｌはともに、車両縦断方向に並んだ２個の積層体を備えている。しかしながら、この積層体数は車両１の縦断方向の寸法に応じて任意に変数可能である。例えば、バッテリ群Ｓ１Ｒ，Ｓ１Ｌを各３個の積層体で構成し、バッテリ群Ｓ２Ｒ，Ｓ２Ｌを１列のみの積層体で構成することも可能である。
このように、車両１のシートレイアウトなどに変更が生じた場合においても、バッテリ搭載フレーム２１に変更を加えずに、バッテリ群Ｓ１Ｒ，Ｓ１Ｌ，Ｓ２Ｒ，Ｓ２Ｌ，Ｓ３の構成を変化させることで容易に対応することができる。したがって、複数の車種でバッテリ搭載フレーム２１を共用することができる。
以上の構成のもとでは、バッテリ搭載フレーム２１の後端部材２３ｒとガーダー２４ｗが、リヤサスペンションに比較的近くに位置することになる。これらの部材は、車両の背面が衝突した時の車体への入力荷重や、リヤサスペンションから車体への突き上げ荷重に対して、車体の剛性を増大させる作用をもたらす。バッテリ群Ｓ３において、バッテリ３を密着させて積層するとともにし、支持プレート３７ｄなどの部材の強度を増すことで、車体の剛性および強度の向上に寄与させることも可能である。
また、ハーネス３４、スイッチボックス３５及びジャンクションボックス３６をスペースＧに配置し、端子３ａがスペースＧに向くように、バッテリ群Ｓ１Ｒ，Ｓ１ＬとＳ２Ｒ，Ｓ２Ｌのバッテリ３を積層したので、バッテリ３の積層に用いられないスペースＧをこれらの部材の配置に有効に利用できる。垂直方向積層部を車両横断方向積層部の前方に配置することは、これらの部材の配置スペースを確保する意味でも好ましい。
バッテリ群Ｓ３では、端子３ａを車両１の前方、言い換えればガーダー２４ｗの上方のスペースに向けてバッテリ３が積層される。この配置は車両の衝突に際して端子３ａを保護する上で好ましい。またこの配置により、端子３ａへのハーネス３４の接続をガーダー２４ｗの上方のスペースを利用して容易に行える。さらに、ガーダー２４ｗを利用してハーネス３４を支持することで、ハーネス３４の耐久性も向上する。
次に図１０を参照して、バッテリアセンブリ２２の電気回路を説明する。
電気回路はバッテリ群Ｓ３のバッテリ３と左右の矩形領域２６Ｆのバッテリ群Ｓ１Ｒ，Ｓ１ＬとＳ２Ｒ，Ｓ２Ｌとをハーネス３４により直列に接続する。スイッチボックス３５はバッテリ群Ｓ３とバッテリ群Ｓ１Ｒ，Ｓ１Ｌ，Ｓ２Ｒ，Ｓ２Ｌとを接続するハーネス３４の途中に介在する。ジャンクションボックス３６は全バッテリ３の両端の間に介在する。
スイッチポックス３５は、直列に接続された手動リレー３５ａとヒューズ３５ｂとからなる。手動リレー３５ａは、バッテリ群Ｓ３とバッテリ群Ｓ１Ｒ，Ｓ１Ｌ，Ｓ２Ｒ，Ｓ２Ｌとを手動操作で電気的に接続あるいは遮断するリレーである。この実施形態では、バッテリアセンブリ２２の電気回路をスイッチポックス３５で、バッテリ群Ｓ３のバッテリ３が構成するバッテリユニット３８Ｒと、左右の矩形領域２６Ｆに位置するバッテリ群Ｓ１Ｒ，Ｓ１ＬとＳ２Ｒ，Ｓ２Ｌのバッテリ３が構成するバッテリユニット３８Ｆとに分断している。バッテリユニット３８Ｆとバッテリユニット３８Ｒの端子間電圧は、ＳＡＥＪ２３４４に準じて等しく設定される。バッテリユニット３８Ｆとバッテリユニット３８Ｒのバッテリ３の積層数はともに２４個である。手動リレー３５ａとヒューズ３５ｂとがスイッチング装置を構成する。
ジャンクションボックス３６は、バッテリユニット３８Ｆの正極端子とインバータ１４とを電気的に接続あるいは遮断するメインコンタクタ３６ａと、バッテリユニット３８Ｒの負極端子とインバータ１４とを電気的に接続あるいは遮断するサブコンタクタ３６ｂとを備える。
さらにジャンクションボックス３６には、抵抗３６ｄとプリチャージコンタクタ３６ｅを直列に接続したプリチャージ回路３６ｃとがメインコンタクタ３６ａと並列に設けられる。メインコンタクタ３６ａ、サブコンタクタ３６ｂ、およびプリチャージコンタクタ３６ｅの開閉は、前述の制御ユニット４５が出力する開閉信号により行われる。ジャンクションボックス３６内に、バッテリユニット３８Ｆと３８Ｒの端子間電圧を検出する電圧検出部や、バッテリユニット３８Ｆと３８Ｒの出力電流を検出する電流検出部を設けても良い。メインコンタクタ３６ａ、サブコンタクタ３６ｂ、抵抗３６ｄ、およびプリチャージコンタクタ３６ｅが結線装置を構成する。
スペースＧ内において、スイッチボックス３５はジャンクションボツクス３６よりもインバータ１４から遠い位置、つまりより後方に配置される。
スイッチボックス３５は、前述のようにバッテリユニット３８Ｆとバッテリユニット３８Ｒの間に配置される。スイッチボックス３５は、したがって、物理的配置においても、バッテリユニット３８Ｆとバッテリユニット３８Ｒの中間点に近い位置に配置することが、ハーネス３４を短くする上で好ましい。ジャンクションボックス３６は、図１０においてバッテリユニット３８Ｆ，３８Ｒと電気装置との間に配置される。したがって、物理的にもジャンクションボックス３６をスイッチポックス３５の前方に配置することが、ハーネス３４を短くする上で好ましい。
電気装置がバッテリアセンブリ２２の後方に配置される車両では、逆にジャンクションボックス３６をスイッチボックス３５を後方に配置することが好ましい。
図１１を参照して、スイッチボックス３５の支持構造について説明する。
スイッチボックス３５はビーム２４ｃに固定されたサポート４７に支持される。サポート４７はスイッチボックス３５を固定するデッキ５３と、デッキ５３をビーム２４ｃに支持する４基の脚部４９とを備える。４基の脚部４９はそれぞれボルト５１でビーム２４ｃに固定される。スイッチボックス３５はデッキ５３にボルト５５で固定されたプレート３５ｄを備える。
手動リレー３５ａは、プレート３５ｄから上向きに突設された基部３５ｃと基部３５ｃに軸３９を介して回動可能に支持された操作レバー３７とを備える。操作レバー３７を軸３９を支点に上向きに回動すると、第１のバッテリユニット３８Ｆと第２のバッテリユニット３８Ｒとの電気的接続が遮断される。ヒューズ３５ｂは例えば基部３５ｃに固定される。
このように脚部４９を備えたサポート４７でスイッチボックス３５を支持することにより、脚部４９の間のスペースをハーネス３４の配線に利用することができる。
なお、デッキ５３をケース２２ａに固定すればケース２２ａの剛性の強化に好ましい効果が得られる。
再び図３を参照すると、スイッチボックス３５内の手動リレー３５ａを車室２内から操作するため、手動リレー３５ａの上方を覆うケース２２ａとフロアパネル１６に開口部２２ｂが形成される。さらに、開口部２２ｂを開閉可能に覆うリッド３９が設けられる。スイッチボックス３５は左右のフロントシート３２Ｆの間に位置する。スイッチボックス３５をこのように配置することで、フロントシート３２Ｆを移動させずにリッド３９の開閉及び手動リレー３５ａの操作を行うことができる。スイッチボックス３５は他の位置に設けることも可能である。
図１２を参照して、スイッチボックス３５の支持構造に関するこの発明の第２の実施例を説明する。
この実施例では、第１の実施例によるサポート４７に代えて、サポート６１を用いてスイッチボックス３５をビーム２４ｃに支持する。
サポート６１はデッキ５３とボトムプレート６３と、デッキ５３をボトムプレート６３に支持する４基の脚部６７とを備える。デッキ５３とボトムプレート６３と脚部６７はあらかじめ一体に形成される。ボトムプレート６３はボルト６５によりピーム２４ｃに固定される。
サポート６１を用いてスイッチボックス３５を支持する場合も、第１の実施例によるサポート４７でスイッチボックス３５を支持する場合と同様に、ハーネス３４の配置スペースの確保に関する好ましい効果が得られる。また、サポート６１は一体に形成されることで、サポート４７より高いスイッチボックス３５の支持剛性を実現できる。
図１３を参照して、スイッチボックス３５の支持構造に関するこの発明の第３の実施例を説明する。
この実施例では、スイッチボックス３５をビーム２４ｃに支持する代わりに、第１のバッテリユニット３８Ｆで支持する。
すなわち、第１のバッテリユニット３８Ｆを構成するバッテリ群Ｓ２ＲとＳ２Ｌにまたがる支持プレート７１を設け、スイッチボックス３５のプレート３５ｄを支持プレート７１にボルト５５で固定する。
支持プレート７１は４本のボルト７５によりバッテリ群Ｓ２ＲとＳ２Ｌに固定される。
この実施例によっても、第１及び第２の実施例と同様にスイッチポックス３５の下方にスペースが確保されるのでハーネス３４を効率よく配線することかできる。
以上の説明に関して２００９年２月２４日を出願日とする日本国における特願２００９-４１２２７号と２００９年７月１７日を出願日とする日本国における特願２００９-１６９００５号の内容をここに引用により合体する。
以上、この発明をいくつかの特定の実施形態を通じて説明してきたが、この発明は上記の各実施形態に限定されるものではない。当業者にとっては、請求の範囲内でこれらの実施形態にさまざまな修正あるいは変更を加えることが可能である。
例えば、バッテリ３の形状は必ずしも扁平な直方体でなくても良い。また、すべてのバッテリ３が必ずしも同一の寸法と形状である必要もない。
この実施形態では第１のバッテリユニット３８Ｆとして２つのバッテリ群Ｓ１Ｒ，Ｓ１ＬとＳ２Ｒ，Ｓ２Ｌを設けているが、第１のバッテリユニット３８Ｆを１個のバッテリ群で構成しても良い。また、この実施形態では、ビーム２４ｃの上方にスペースＧを設けることで、バッテリ群Ｓ１Ｒ，Ｓ１ＬとＳ２Ｒ，Ｓ２Ｌを左右に分割しているが、車体下部の幅Ｗとバッテリ３の寸法によっては、スペースＧを設けずに、第１のバッテリユニット３８Ｆのバッテリスタックを車両横断方向に隙間なく並べても良い。
バッテリ搭載フレーム２１は矩形枠状に限らず車両１の形状に合わせて様々に設計変更可能である。ガーダー２４ｗとビーム２４ｃをＴ字形に結合する代わりに、十字形に交叉させることも可能である。
また、バッテリ搭載フレーム２１はこの発明に関して必須の要件ではなく、バッテリ搭載フレーム２１を介さずに車両１にバッテリ３を搭載する場合にも、垂直方向積層部と車両横断方向積層部とを設けることで、車両の好ましい前後方向重量バランスを実現することができる。
図１０に示すバッテリアセンブリ２２の電気回路もこの発明に関して必須の要件ではなく、複数のバッテリ３を搭載する車両においては、バッテリ３の電気回路に関係なく、この発明を適用することができる。
以上のように、この発明によるバッテリ搭載構造は電気車両に適しているが、これに留まらない。
この発明の実施形態が包含する排他的性質あるいは特長は以下のように請求される。
この発明は、数多くのバッテリを車両に搭載する際の接続遮断機器の配置に関する。
日本国特許庁が２００１年に発行した特許第３１９９２９６号は車両にできるだけ多くのバッテリを搭載するために、車両のフロアパネルの下側にバッテリを並べて配置することを教えている。
数多くのバッテリは平面上において車両横断方向と車両縦断方向に並んで配置され、バッテリ群を構成する。
この従来技術において、バッテリ群は車両のフロントシートからリヤシートにかけての領域の床下に配置され、バッテリ群から電力供給を受ける車両駆動用の電動モータやインバータ等の電気装置は車両のフロントコンパートメントに搭載されている。
バッテリはハーネスに接続され、ハーネスを介して電気装置に接続される。ハーネスにはスイッチなどの接続遮断機器が介装される。
ここで、バッテリはバッテリ群として密集して配置されているため、接続遮断機器は必然的にバッテリ群と電気装置の間に設けられる。その結果、フロントシートとフロントコンパートメントの間に接続遮断機器を配置するスペースを確保しなければならない。しかしながら、このスペースが最適位置に確保できるとは限らず、最適位置に接続遮断機器を配置するスペースを確保できない場合には、ハーネスの長さが増加することは避けられない。
この発明の目的は、したがって、バッテリ群と電気装置との間に介在する接続遮断機器の配置を最適化することで必要なハーネスの長さを短くすることである。
以上の目的を達成するために、この発明は、車両のフロアパネルの下側に配置される複数のバッテリを備えたバッテリアセンブリを提供する。バッテリアセンブリは複数のバッテリで構成されるバッテリ群と、バッテリ群に関する電気的接続を接続あるいは遮断する接続遮断機器と、を車両のフロアパネルの下側に固定すべく、予めバッテリ搭載フレームに取り付けている。バッテリ群はバッテリ搭載フレームの車両横断方向略中央部に設けられたスペースを挟んで複数配置され、接続遮断機器と前記バッテリの端子とがスペースの内側に配置される。
この発明の詳細並びに他の特徴や利点は、明細書の以下の記載の中で説明されるとともに、添付された図面に示される。
図１はこの発明によるバッテリ搭載構造を示す車両要部の縦断面図である。 図２はバッテリ搭載構造を示す車両要部の水平断面図である。 図３は図２のＩＩＩ-ＩＩＩ線に沿って切り取った車両要部の横断面図である。 図４はこの発明によるバッテリアセンブリの平面図である。 図５はバッテリアセンブリの斜視図である。 図６はこの発明によるバッテリ搭載フレームの斜視図である。 図７はこの発明による垂直方向積層部のバッテリ積層プロセスを説明する分解斜視図である。 図８はこの発明による車両横断方向積層部のバッテリ積層プロセスを説明する分解斜視図である。 図９はバッテリアセンブリを収装するケースの斜視図である。 図１０はバッテリアセンブリの電気回路図である。 図１１はこの発明による手動リレーとサポートの斜視図である。 図１２は図１１に類似するがこの発明の第２の実施例を示す。 図１３はこの発明の第３の実施例によるサポートを示すバッテリーアセンブリ要部の斜視図である。
図面の図１を参照すると、車両１は車室２と、車室２の前方に形成されたフロントコンパートメント１１とを備える。図の矢印ＵＰは垂直方向上向きを示し、図の矢印ＦＲは車両１の走行方向に関して前方を示す。車両１は、フロントコンパートメント１１に収納した電動モータ１２の動力を用いて走行するいわゆる電気自動車である。車両１は電動モータと内燃エンジンとを動力源として走行するハイブリッド駆動車両や、燃料電池が発生する電力で駆動される電動モータの動力で走行する燃料電池車両であっても良い。
電動モータ１２を駆動するために、車両１の車室２の床下には数多くのバッテリ３が配置される。
図２と３を参照すると、車両１の車体には車室２の床面を構成するフロアパネル１６の下方に、車両縦断方向に延びる一対の平行なサイドメンバ４が配置される。図の矢印ＷＤは車両１の横断方向であって、かつ車両１の前方に向かって右向きを示す。一対のサイドメンバ４の前端は車両横断方向に延びるクロスメンバ６に固定される。一対のサイドメンバ４の後端には一対のリヤサイドメンバ９が固定される。一対のリヤサイドメンバ９には車両横断方向に延びるリヤクロスメンバ１０が固定される。
クロスメンバ６の両端とリヤクロスメンバ１０の両端は、車体の一部として車両のドア用開口部の下端を画成するサイドシル７に固定される。一対のサイドメンバ４はサイドシル７の内側に配置され、一方のサイドメンバ４に関して３個のアウトリガー８によりサイドシル７に固定される。なお、図２と３において部材番号７が示す部位は、サイドシルの内側の壁面に相当する。部材４，６，９，１０はあらかじめ車体の一部としてフロアパネル１６の下方に配置される。
再び図１を参照すると、車両１のフロントコンパートメント１１には、車両１の走行動力源としての電動モータ１２と、関連デバイスとしてバッテリチャージャ１３とインバータ１４とが収納される。バッテリチャージャ１３はバッテリ３に充電を行うためのデバイス、インバータ１４はバッテリ３の充放電を制御するためのデバイスである。以下の説明において電動モータ１２と関連デバイスとを電気装置と総称する。
図４と５を参照すると、バッテリ３はあらかじめ矩形の平面形状をなすバッテリ搭載フレーム２１の内側に積層され、バッテリアセンブリ２２として一対のサイドメンバ４と、クロスメンバ６と、一対のリヤサイドメンバ９と、リヤクロスメンバ１０とに囲まれたスペースに下方から取り付けられる。
図６を参照すると、バッテリ搭載フレーム２１は、矩形枠２３と、矩形枠２３の内側に配置された補強部材２４とからなる。
矩形枠２３は、前端部材２３ｆと後端部材２３ｒ、および前端部材２３ｆの両端と後端部材２３ｒの両端とを結合する一対の側端部材２３ｓとからなる。前端部材２３ｆと後端部材２３ｒと一対の側端部材２３ｓとが矩形の４つの辺を構成する。なお、バッテリアセンブリ２２の説明の中で用いる前後あるいは前端／後端という用語は、バッテリアセンブリ２２を車体に取り付けた状態での前後あるいは前端／後端を意味する。
前端部材２３ｆ、後端部材２３ｒ、及び一対の側端部材２３ｓはそれぞれ、縦壁部２８と縦壁部２８の下端から水平方向に延びるフランジ部２９とを備えた逆Ｔ字形断面の部材で構成される。
補強部材２４は、矩形枠２３の内側に車両横断方向に固定されたガーダー２４ｗと、ガーダー２４ｗの中間部と前端部材２３ｆの中間部とを結合するビーム２４ｃとからなる。補強部材２４は、ガーダー２４ｗとビーム２４ｃを溶接によりＴ字形に結合し、さらにＴ字の各端部を矩形枠２３に溶接により結合することで、バッテリ搭載フレーム２１としてあらかじめ一体化される。
以上の構成により、バッテリ搭載フレーム２１の内側には、ガーダー２４ｗにより前方の矩形領域と後方の矩形領域２６Ｒが画成される。前方の矩形領域はさらにビーム２４ｃにより、２つの矩形領域２６Ｆに画成される。前方の２つの矩形領域２６Ｆ，２６Ｆと後方の矩形領域２６Ｒはほぼ同じ面積を有する。各矩形領域２６Ｆ，２６Ｆ，２６Ｒは長辺が短辺の略２倍の矩形をなすように設計される。
図７を参照すると、バッテリ３は扁平な直方体に形成される。バッテリ３は直方体の３つの辺のうちの最短辺の方向に積層される。以下の説明では残りの２辺をその長さに応じて長辺と短辺と称する。
前方の２つの矩形領域２６Ｆにはバッテリ３が、長辺を車両横断方向に向け、短辺を車両横断方向に向けた状態で上向きに積層される。各矩形領域２６Ｆには積層体が車両縦断方向に４基並んで配置される。各積層体のバッテリ３の積層数は同一ではなく、前方の２基については、バッテリ３が４層に積層され、後方の２基についてはバッテリ３が２層に積層される。このようにして、各矩形領域２６Ｆに１２個のバッテリ３が積層される。
前方の各矩形領域２６Ｆの各積層体において、バッテリ３はスペーサ３７ｂと帯状プレート３７ａを介して積層される。スペーサ３７ｂは円柱状の部材の中間に段差を介して大径部を形成した部材である。バッテリの四隅にはあらかじめ、スペーサ３７ｂの円柱状部分を受け入れる貫通孔が形成される。帯状プレート３７ａの両端にも貫通孔が形成される、バッテリ３を積層する際は、スペーサ３７ｂの大径部の両側の円柱状部分の一方を帯状プレート３７ａの貫通孔に貫通させた後にバッテリ３の貫通孔に挿入し、円柱状部分のもう一方を別の帯状プレート３７ａの貫通孔を貫通させた後に隣接するバッテリ３の貫通孔に挿入する。これにより、隣接するバッテリ３の間に２枚の帯状プレート３７ａを介してスペーサ３７ｂの大径部が挟持され、バッテリ３の積層間隔は一定に保たれる。最上端及び最下端のバッテリ３には帯状のプレート３７ａと円柱状の部材の一端に大径部を形成したスペーサ３７ｃが取り付けられる。
図面には示されないが、スペーサ３７ｂと３７ｃの中心にはあらかじめ軸方向に貫通孔が形成されている。決められた数のバッテリ３を積層したのち、スペーサ３７ｂと３７ｃの貫通孔を用いてピンを積層したバッテリ３に貫通させ、ピンの両端にナットを螺合することで、バッテリ３は積層体として一体化される。
図４を参照すると、前方の矩形領域２６Ｆ，２６Ｆの一方の積層体列と、前方の矩形領域２６Ｆ，２６Ｆのもう一方の積層体列の間にスペースＧが形成される。スペースＧはビーム２４ｃとその周辺領域の上方に位置する。前方の矩形領域２６Ｆ，２６Ｆに積層されるバッテリ３はすべて端子３ａをスペースＧに向けた状態で積層される。スペースＧには各バッテリ３の端子３ａとフロントコンパートメント１１内の電気装置とを電気的に接続するハーネス３４と、ハーネス３４の途中に設けたスイッチボックス３５及びジャンクションボックス３６とが収装される。
図８を参照すると、後方の矩形領域２６Ｒには２４個のバッテリ３が長辺を車両縦断方向に向けた形で車両横断方向に積層される。バッテリ３は端子３ａを前方に向け、前述のスペーサ３７ｂを介して一定間隔で積層される。積層体の両端にはエンドプレート３７ｅが積層される。
図面には示されないが、スペーサ３７ｂの中心にはあらかじめ軸方向に貫通孔が形成されている。決められた数のバッテリ３を積層したのち、スペーサ３７ｂの貫通孔を用いてピンを積層したバッテリ３に貫通させ、ピンの両端にナットを螺合することで、バッテリ３は積層体として一体化される。
積層体の前方及び後方の側面には車両横断方向に延びる支持プレート３７ｄがねじ３７ｆにより固定される。後方の矩形領域２６Ｒにはこのようにして積層された積層体が１基のみ配置される。
図５を参照すると、以上の配置により、バッテリ搭載フレーム２１の内側の前方の２つの矩形領域２６Ｆに、バッテリ３を垂直方向に４層に積層したバッテリ群Ｓ１Ｒ，Ｓ１Ｌと、バッテリ３を垂直方向に２層に積層したバッテリ群Ｓ２Ｒ，Ｓ２Ｌとがそれぞれ設けられる。バッテリ搭載フレーム２１の内側の後方の矩形領域２６Ｒには、バッテリ３を車両横断方向に２４層に積層したバッテリ群Ｓ３が設けられる。積層方向に関して言えば、バッテリ群Ｓ１Ｒ，Ｓ１ＬとＳ２Ｒ，Ｓ２Ｌが垂直方向に積層されたバッテリ３の集合体としての第１のバッテリユニット３８Ｆを構成し、バッテリ群Ｓ３が車両横断方向に積層されたバッテリ３の集合体としての第２のバッテリユニット３８Ｒを構成する。
図３と９を参照すると、バッテリ搭載フレーム２１には、バッテリアセンブリ２２を収容するケース２２ａが固定される。バッテリ３の積層体は例えばケース２２ａにねじを用いて固定される。縦壁部２８の内側に張り出したフランジ部２９を積層体の固定に利用することも可能である。ケース２２ａはあらかじめバッテリ３の積層体の形状に合わせて形成され、積層体の車両縦断方向、車両横断方向、及び垂直方向の変位を阻止する機能を持つ。積層したバッテリ３の下方を覆うケース２２ａに開口部を形成して、バッテリ３の冷却性を高めることも好ましい。その場合に開口部の数や形状は任意に設計可能である。
図８を参照すると、一方のエンドプレート３７ｅの側方のケース２２ａの内側に、ジャンクションボックス３６内の機器の制御を行う、例えばマイクロコンピュータで構成された制御ユニット４５を配置することも好ましい。
その場合には、バッテリ搭載フレーム２１、ケース２２ａ、バッテリ３の積層体、ハーネス３４、スイッチボックス３５、ジャンクションボックス３６、及び制御ユニット４５がバッテリアセンブリ２２を構成する。
図１-４を参照すると、バッテリ搭載フレーム２１は縦壁部２８の外側に張り出したフランジ部２９を貫通するボルトとボルトに螺合するナットにより、サイドメンバ４と、クロスメンバ６と、一対のリヤサイドメンバ９と、リヤクロスメンバ１０とに固定される。この状態で、前端部材２３ｆの縦壁部２８はクロスメンバ６に、後端部材２３ｒの縦壁部２８はリヤクロスメンバ１０に、一対の側端部材２３ｓの縦壁部２８は一対のサイドメンバ４とその延長上の一対のリヤサイドメンバ９の一部にそれぞれ相対する。一対のサイドメンバ４と、クロスメンバ６と、一対のリヤサイドメンバ９と、リヤクロスメンバ１０とがバッテリ搭載フレーム２１を車体に固定するための固定部材を構成する。
固定部材に固定されたバッテリ搭載フレーム２１は車体の剛性や強度を増やすのに貢献する。矩形枠２３および補強部材２４は車両の衝突時に入力される荷重の伝達経路として機能する。
車体には固定部材である一対のサイドメンバ４と、クロスメンバ６と、一対のリヤサイドメンバ９と、リヤクロスメンバ１０により図３に示す下向きの開口部３０が画成される。開口部３０の上方はフロアパネル１６によって覆われ、バッテリアセンブリ２２を収容する収容凹部３１が形成される。
バッテリアセンブリ２２の車体への取り付けはバッテリアセンブリ２２を車体の下方から収容凹部３１に挿入し、バッテリ搭載フレーム２１を固定部材にボルトで固定することで行われる。数多くのバッテリ３をあらかじめバッテリアセンブリ２２に一体化しておくことで、バッテリ３の車体への搭載を容易に行うことができる。また、バッテリ３の交換などの必要に応じてバッテリ３を車体から容易に取り外すことができる。
図１に示すよう、車両１は車室２内に、フロントシート３２Ｆとリヤシート３２Ｒを備える。バッテリアセンブリ２２を収容凹部３１に取り付けた状態で、バッテリ群Ｓ１Ｒ，Ｓ１Ｌがフロントシート３２Ｆの略下方に位置し、バッテリ群Ｓ２Ｒ，Ｓ２Ｌがフロントシート３２Ｆとリヤシート３２Ｒの間のフロア３３の下方に位置し、バッテリ群Ｓ３がリヤシート３２Ｒの下方に位置するように、バッテリアセンブリ２２の形状と寸法、バッテリ３の形状と寸法と積層数、固定部材の位置などをあらかじめ設定する。さらに、バッテリアセンブリ２２の形状に基づきフロアパネル１６及びケース２２ａの形状を決定する。
バッテリ群Ｓ１Ｒ，Ｓ１Ｌの高さをｈ１、バッテリ群Ｓ２Ｒ，Ｓ２Ｌの高さをｈ２、バッテリ群Ｓ３の高さをｈ３とすると、ｈ３＞ｈ１＞ｈ２となる。高さｈ１とｈ２は左右の２つの矩形領域２６Ｆで同一である。
バッテリ群Ｓ１Ｒ，Ｓ１Ｌはフロントシート３２Ｆの下方に位置し、バッテリ群Ｓ３はリヤシート３２Ｒの下方に位置している。バッテリ群Ｓ１Ｒ，Ｓ１ＬとＳ３の高さｈ１とｈ３をフロア３３の下方に位置するバッテリ群Ｓ２Ｒ，Ｓ２Ｌの高さｈ２より大きくすることで、車室２内のシート下方のスペースをバッテリ３の搭載スペースとして有効に利用でき、車室２の快適性を損なわずに数多くのバッテリ３を車両１に搭載することができる。また、バッテリ群Ｓ３の高さがバッテリ群Ｓ１Ｒ，Ｓ１Ｌの高さｈ１より大きいことから、車室２内においてリヤシート３２Ｒの座面がフロントシート３２Ｆの座面より高くなる。この設定は、リヤシート３２Ｒの乗客の良好な視界を確保するうえで好ましい。
左右のバッテリ群Ｓ１Ｒ，Ｓ１Ｌは合計１６個のバッテリ３で構成される。左右のバッテリ群Ｓ２Ｒ，Ｓ２Ｌは合計８個のバッテリ３で構成される。バッテリ群Ｓ３は２４個のバッテリ３で構成される。つまり、ガーダー２４ｗを境として前後に２４個ずつのバッテリ３が配置されることになる。したがって、バッテリ群Ｓ３のバッテリ重量は左右のバッテリ群Ｓ２Ｒ，Ｓ２Ｌの合計バッテリ重量と左右のバッテリ群Ｓ１Ｒ，Ｓ１Ｌの合計バッテリ重量のいずれよりも重く、かつ左右のバッテリ群Ｓ２Ｒ，Ｓ２Ｌと左右のバッテリ群Ｓ１Ｒ，Ｓ１Ｌの合計バッテリ重量にほぼ等しい。
結果としてバッテリアセンブリ２２の重心は、バッテリアセンブリ２２の平面図の図心位置の後方に位置することになる。図４のＣｖを車両１の図心とすれば、結果としてバッテリアセンブリ２２の重心は車両の図心Ｃｖの後方に位置することになる。電動モータ１２、バッテリチャージャ１３、インバータ１４からなる電気装置が車両１の前部のフロントコンパートメント１１に収装されることを考慮すると、バッテリアセンブリ２２の重心位置が車両１の図心Ｃｖの後方に位置することは、車両１の前後方向の重量バランスを適正に保つうえで好ましい。
バッテリ群Ｓ１Ｒ，Ｓ１ＬとＳ２Ｒ，Ｓ２Ｌにおいて、バッテリ３は長辺を車両横断方向に、短辺を車両縦断方向に向けた状態で積層される。この場合に、図２に示す車体下部の幅Ｗと、図４に示すバッテリ３の長辺Ｗｂの長さとに依存して、車両横断方向のバッテリ３の密集度、あるいは間隔が決まる。バッテリ群Ｓ１Ｒ，Ｓ１ＬとＳ２Ｒ，Ｓ２Ｌに関して、一方の矩形領域２６Ｆの積層体列と、もう一方の矩形領域２６Ｆの積層体列との間に設けられたスペースＧは、この間隔の調整を容易にする。バッテリ群Ｓ１Ｒ，Ｓ１ＬとＳ２Ｒ，Ｓ２Ｌにおいてはバッテリ３が垂直方向に積層される。バッテリ群Ｓ１Ｒ，Ｓ１ＬとＳ２Ｒ，Ｓ２Ｌの高さｈ１とｈ２はしたがってバッテリ３の最短辺の長さを概略の調整単位とする細かい調整が可能である。
一方、バッテリ群Ｓ３に関しては、バッテリ３は最短の辺に沿って車両横断方向に積層される。このため、車体下部の幅Ｗに応じてバッテリ３の積層数とバッテリ３間のスペースとを調整することでバッテリ群Ｓ３の車両横断方向の長さを細かく調整できる。その結果、リヤシート３２Ｒの下方のスペースを有効に利用して数多くのバッテリ３を配置することができる。
また、車種によっては、図２に示すリヤホイールハウス２５やリヤサスペンションのために、車室２の後部のスペースに制約が生じる場合がある。車室２の後部に位置するバッテリ群Ｓ３の車両横断方向の寸法が上記のように細かく調整可能なため、車種による車室２の後部のスペースの違いへの対応も容易に行える。
この実施形態ではバッテリ群Ｓ１Ｒ，Ｓ１ＬとＳ２Ｒ，Ｓ２Ｌはともに、車両縦断方向に並んだ２個の積層体を備えている。しかしながら、この積層体数は車両１の縦断方向の寸法に応じて任意に変数可能である。例えば、バッテリ群Ｓ１Ｒ，Ｓ１Ｌを各３個の積層体で構成し、バッテリ群Ｓ２Ｒ，Ｓ２Ｌを１列のみの積層体で構成することも可能である。
このように、車両１のシートレイアウトなどに変更が生じた場合においても、バッテリ搭載フレーム２１に変更を加えずに、バッテリ群Ｓ１Ｒ，Ｓ１Ｌ，Ｓ２Ｒ，Ｓ２Ｌ，Ｓ３の構成を変化させることで容易に対応することができる。したがって、複数の車種でバッテリ搭載フレーム２１を共用することができる。
以上の構成のもとでは、バッテリ搭載フレーム２１の後端部材２３ｒとガーダー２４ｗが、リヤサスペンションに比較的近くに位置することになる。これらの部材は、車両の背面が衝突した時の車体への入力荷重や、リヤサスペンションから車体への突き上げ荷重に対して、車体の剛性を増大させる作用をもたらす。バッテリ群Ｓ３において、バッテリ３を密着させて積層するとともにし、支持プレート３７ｄなどの部材の強度を増すことで、車体の剛性および強度の向上に寄与させることも可能である。
また、ハーネス３４、スイッチボックス３５及びジャンクションボックス３６をスペースＧに配置し、端子３ａがスペースＧに向くように、バッテリ群Ｓ１Ｒ，Ｓ１ＬとＳ２Ｒ，Ｓ２Ｌのバッテリ３を積層したので、バッテリ３の積層に用いられないスペースＧをこれらの部材の配置に有効に利用できる。垂直方向積層部を車両横断方向積層部の前方に配置することは、これらの部材の配置スペースを確保する意味でも好ましい。
バッテリ群Ｓ３では、端子３ａを車両１の前方、言い換えればガーダー２４ｗの上方のスペースに向けてバッテリ３が積層される。この配置は車両の衝突に際して端子３ａを保護する上で好ましい。またこの配置により、端子３ａへのハーネス３４の接続をガーダー２４ｗの上方のスペースを利用して容易に行える。さらに、ガーダー２４ｗを利用してハーネス３４を支持することで、ハーネス３４の耐久性も向上する。
次に図１０を参照して、バッテリアセンブリ２２の電気回路を説明する。
電気回路はバッテリ群Ｓ３のバッテリ３と左右の矩形領域２６Ｆのバッテリ群Ｓ１Ｒ，Ｓ１ＬとＳ２Ｒ，Ｓ２Ｌとをハーネス３４により直列に接続する。スイッチボックス３５はバッテリ群Ｓ３とバッテリ群Ｓ１Ｒ，Ｓ１Ｌ，Ｓ２Ｒ，Ｓ２Ｌとを接続するハーネス３４の途中に介在する。ジャンクションボックス３６は全バッテリ３の両端の間に介在する。
スイッチボックス３５は、直列に接続された手動リレー３５ａとヒューズ３５ｂとからなる。手動リレー３５ａは、バッテリ群Ｓ３とバッテリ群Ｓ１Ｒ，Ｓ１Ｌ，Ｓ２Ｒ，Ｓ２Ｌとを手動操作で電気的に接続あるいは遮断するリレーである。この実施形態では、バッテリアセンブリ２２の電気回路をスイッチポックス３５で、バッテリ群Ｓ３のバッテリ３が構成するバッテリユニット３８Ｒと、左右の矩形領域２６Ｆに位置するバッテリ群Ｓ１Ｒ，Ｓ１ＬとＳ２Ｒ，Ｓ２Ｌのバッテリ３が構成するバッテリユニット３８Ｆとに分断している。バッテリユニット３８Ｆとバッテリユニット３８Ｒの端子間電圧は、ＳＡＥＪ２３４４に準じて等しく設定される。バッテリユニット３８Ｆとバッテリユニット３８Ｒのバッテリ３の積層数はともに２４個である。手動リレー３５ａとヒューズ３５ｂとがスイッチング装置を構成する。
ジャンクションボックス３６は、バッテリユニット３８Ｆの正極端子とインバータ１４とを電気的に接続あるいは遮断するメインコンタクタ３６ａと、バッテリユニット３８Ｒの負極端子とインバータ１４とを電気的に接続あるいは遮断するサブコンタクタ３６ｂとを備える。
さらにジャンクションボックス３６には、抵抗３６ｄとプリチャージコンタクタ３６ｅを直列に接続したプリチャージ回路３６ｃとがメインコンタクタ３６ａと並列に設けられる。メインコンタクタ３６ａ、サブコンタクタ３６ｂ、およびプリチャージコンタクタ３６ｅの開閉は、前述の制御ユニット４５が出力する開閉信号により行われる。ジャンクションボックス３６内に、バッテリユニット３８Ｆと３８Ｒの端子間電圧を検出する電圧検出部や、バッテリユニット３８Ｆと３８Ｒの出力電流を検出する電流検出部を設けても良い。メインコンタクタ３６ａ、サブコンタクタ３６ｂ、抵抗３６ｄ、およびプリチャージコンタクタ３６ｅが結線装置を構成する。
スペースＧ内において、スイッチボックス３５はジャンクションボックス３６よりもインバータ１４から遠い位置、つまりより後方に配置される。
スイッチボックス３５は、前述のようにバッテリユニット３８Ｆとバッテリユニット３８Ｒの間に配置される。スイッチボックス３５は、したがって、物理的配置においても、バッテリユニット３８Ｆとバッテリユニット３８Ｒの中間点に近い位置に配置することが、ハーネス３４を短くする上で好ましい。ジャンクションボックス３６は、図１０においてバッテリユニット３８Ｆ，３８Ｒと電気装置との間に配置される。したがって、物理的にもジャンクションボックス３６をスイッチポックス３５の前方に配置することが、ハーネス３４を短くする上で好ましい。
電気装置がバッテリアセンブリ２２の後方に配置される車両では、逆にジャンクションボックス３６をスイッチボックス３５の後方に配置することが好ましい。
図１１を参照して、スイッチボックス３５の支持構造について説明する。
スイッチボックス３５はビーム２４ｃに固定されたサポート４７に支持される。サポート４７はスイッチボックス３５を固定するデッキ５３と、デッキ５３をビーム２４ｃに支持する４基の脚部４９とを備える。４基の脚部４９はそれぞれボルト５１でビーム２４ｃに固定される。スイッチボックス３５はデッキ５３にボルト５５で固定されたプレート３５ｄを備える。
手動リレー３５ａは、プレート３５ｄから上向きに突設された基部３５ｃと基部３５ｃに軸３９を介して回動可能に支持された操作レバー３７とを備える。操作レバー３７を軸３９を支点に上向きに回動すると、第１のバッテリユニット３８Ｆと第２のバッテリユニット３８Ｒとの電気的接続が遮断される。ヒューズ３５ｂは例えば基部３５ｃに固定される。
このように脚部４９を備えたサポート４７でスイッチボックス３５を支持することにより、脚部４９の間のスペースをハーネス３４の配線に利用することができる。
なお、デッキ５３をケース２２ａに固定すればケース２２ａの剛性の強化に好ましい効果が得られる。
再び図３を参照すると、スイッチボックス３５内の手動リレー３５ａを車室２内から操作するため、手動リレー３５ａの上方を覆うケース２２ａとフロアパネル１６に開口部２２ｂが形成される。さらに、開口部２２ｂを開閉可能に覆うリッド３９が設けられる。スイッチボックス３５は左右のフロントシート３２Ｆの間に位置する。スイッチボックス３５をこのように配置することで、フロントシート３２Ｆを移動させずにリッド３９の開閉及び手動リレー３５ａの操作を行うことができる。スイッチボックス３５は他の位置に設けることも可能である。
図１２を参照して、スイッチボックス３５の支持構造に関するこの発明の第２の実施例を説明する。
この実施例では、第１の実施例によるサポート４７に代えて、サポート６１を用いてスイッチボックス３５をビーム２４ｃに支持する。
サポート６１はデッキ５３とボトムプレート６３と、デッキ５３をボトムプレート６３に支持する４基の脚部６７とを備える。デッキ５３とボトムプレート６３と脚部６７はあらかじめ一体に形成される。ボトムプレート６３はボルト６５によりピーム２４ｃに固定される。
サポート６１を用いてスイッチボックス３５を支持する場合も、第１の実施例によるサポート４７でスイッチボックス３５を支持する場合と同様に、ハーネス３４の配置スペースの確保に関する好ましい効果が得られる。また、サポート６１は一体に形成されることで、サポート４７より高いスイッチボックス３５の支持剛性を実現できる。
図１３を参照して、スイッチボックス３５の支持構造に関するこの発明の第３の実施例を説明する。
この実施例では、スイッチボックス３５をビーム２４ｃに支持する代わりに、第１のバッテリユニット３８Ｆで支持する。
すなわち。第１のバッテリユニット３８Ｆを構成するバッテリ群Ｓ２ＲとＳ２Ｌにまたがる支持プレート７１を設け、スイッチボックス３５のプレート３５ｄを支持プレート７１にボルト５５で固定する。
支持プレート７１は４本のボルト７５によりバッテリ群Ｓ２ＲとＳ２Ｌに固定される。
この実施例によっても、第１及び第２の実施例と同様にスイッチポックス３５の下方にスペースが確保されるのでハーネス３４を効率よく配線することかできる。
以上の説明に関して２００９年２月２４日を出願日とする日本国における特願２００９-４１２２７号と２００９年７月１７日を出願日とする日本国における特願２００９-１６９００５号の内容をここに引用により合体する。
以上、この発明をいくつかの特定の実施形態を通じて説明してきたが、この発明は上記の各実施形態に限定されるものではない。当業者にとっては、請求の範囲内でこれらの実施形態にさまざまな修正あるいは変更を加えることが可能である。
例えば、バッテリ３の形状は必ずしも扁平な直方体でなくても良い。また、すべてのバッテリ３が必ずしも同一の寸法と形状である必要もない。
この実施形態では第１のバッテリユニット３８Ｆとして２つのバッテリ群Ｓ１Ｒ，Ｓ１ＬとＳ２Ｒ，Ｓ２Ｌを設けているが、第１のバッテリユニット３８Ｆを１個のバッテリ群で構成しても良い。また、この実施形態では、ビーム２４ｃの上方にスペースＧを設けることで、バッテリ群Ｓ１Ｒ，Ｓ１ＬとＳ２Ｒ，Ｓ２Ｌを左右に分割しているが、車体下部の幅Ｗとバッテリ３の寸法によっては、スペースＧを設けずに、第１のバッテリユニット３８Ｆのバッテリスタックを車両横断方向に隙間なく並べても良い。
バッテリ搭載フレーム２１は矩形枠状に限らず車両１の形状に合わせて様々に設計変更可能である。ガーダー２４ｗとビーム２４ｃをＴ字形に結合する代わりに、十字形に交叉させることも可能である。
また、バッテリ搭載フレーム２１はこの発明に関して必須の要件ではなく、バッテリ搭載フレーム２１を介さずに車両１にバッテリ３を搭載する場合にも、垂直方向積層部と車両横断方向積層部とを設けることで、車両の好ましい前後方向重量バランスを実現することができる。
図１０に示すバッテリアセンブリ２２の電気回路もこの発明に関して必須の要件ではなく、複数のバッテリ３を搭載する車両においては、バッテリ３の電気回路に関係なく、この発明を適用することができる。
以上のように、この発明によるバッテリ搭載構造は電気車両に適しているが、これに留まらない。

Claims (22)

  1. 車両のフロアパネルの下側に複数のバッテリを配置するバッテリ搭載構造において、
    複数のバッテリで構成されるバッテリユニットと、
    前記バッテリユニットに関する電気的接続を制御する接続制御機器と、を備え、
    前記バッテリユニットはスペースを挟んで配置した２個のバッテリ群を備え、
    前記接続制御機器は前記スペースの内側に配置される、
    ことを特徴とするバッテリ搭載構造。
  2. 前記バッテリの各々がスペースに向けて突出する端子を備え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. 前記接続制御機器を介して前記バッテリユニットと接続される、複数のバッテリで構成された第２のバッテリユニットをさらに備え、前記車両は前記第１及び第２のバッテリユニットの電力を用いる電気機器を備え、前記第１のバッテリユニットは前記第２のバッテリユニットより前記電気機器の近くに配置される、ことを特徴とする請求項１または２に記載のバッテリ搭載構造。
  4. 前記第１のバッテリユニットと前記第２のバッテリユニットと前記電気装置とは車両縦断方向に並んで配置され、前記２個のバッテリ群は車両横断方向に並んで配置され、前記スペースは車両縦断方向に形成される、ことを特徴とする請求項３に記載のバッテリ搭載構造。
  5. 前記接続制御機器は前記第１のバッテリユニットと前記第２のバッテリユニットとを電気的に接続及び遮断するスイッチング装置を備える、ことを特徴とする請求項３または４に記載のバッテリ搭載構造。
  6. 前記接続制御機器は直列に接続された第１のバッテリユニット及び第２のバッテリユニットと、電気機器との接続を制御する結線装置を備える、ことを特徴とする請求項３から５のいずれかに記載のバッテリ搭載構造。
  7. 前記第１のバッテリユニットは前記２個のバッテリ群の後方にさらに２個の第２のバッテリ群を備え、前記第２のバッテリ群は前記第１のバッテリ群のスペースに連続するスペースを挟んで配置される、ことを特徴とする請求項３から６のいずれかに記載のバッテリ搭載構造。
  8. 前記車両はフロントシートと、リヤシートと、前記フロントシートと前記リヤシート間に設けられたフロアとを備える車室と、前記車室の車両縦断方向前方に形成されたフロントコンパートメントとを備え、前記第１のバッテリ群は前記フロントシートの下方に配置され、前記第２のバッテリ群は前記フロアの下方に配置され、前記第２のバッテリユニットは前記リヤシートの下方に配置される、ことを特徴とする請求項７に記載のバッテリ搭載構造。
  9. 前記接続制御機器は前記車室内から手動操作され、前記車室内に露出する操作部材（３５ａ）を備える、ことを特徴とする請求項８に記載のバッテリ搭載構造。
  10. 前記第１のバッテリユニットと前記第２のバッテリユニットと前記接続制御機器は、車両のフロアパネルの下側に固定すべく、あらかじめバッテリ搭載フレームにバッテリアセンブリとして取り付けられる、ことを特徴とする請求項３から９のいずれかに記載のバッテリ搭載構造。
  11. 前記バッテリ搭載フレームは矩形の平面形状を成す矩形枠と、前記矩形枠の内側に固定された補強部材とを備える、ことを特徴とする請求項１０に記載のバッテリ搭載構造。
  12. 前記矩形枠は車両横断方向に延びる前端部材を備え、前記補強部材は前記矩形枠の内側に車両横断方向に固定されたガーダーと、前記ガーダーと前記前端部材とを接続してＴ字の平面形状を形成するビームとからなる、ことを特徴とする請求項１１に記載のバッテリ搭載構造。
  13. 前記第１のバッテリユニットは前記矩形枠の内側の前記ビームの両側に配置され、前記矩形第２のバッテリユニットは前記ガーダーを挟んで前記ビームと反対側であって、前記矩形枠の内側に配置される、ことを特徴とする請求項１２に記載のバッテリ搭載構造。
  14. 前記車両は前記バッテリ搭載フレームを固定するための固定部材を備える、ことを特徴とする請求項１０から１３のいずれかに記載のバッテリ搭載構造。
  15. 前記接続制御機器は前記第１のバッテリユニットと前記第２のバッテリユニットとを電気的に接続及び遮断するスイッチング装置と、直列に接続された前記第１のバッテリユニット及び前記第２のバッテリユニットと、前記電気機器との接続を制御する結線装置とを備え、前記結線装置は前記スイッチング装置よりも前記電気装置の近くに配置される、ことを特徴とする請求項１０から１４のいずれかに記載のバッテリ搭載構造。
  16. 前記第１のバッテリユニットと前記第２のバッテリユニットと前記接続制御機器は、あらかじめケースに収装された状態で前記車両の前記フロアパネルの下側に固定される、ことを特徴とする請求項１３から１５のいずれかに記載のバッテリ搭載構造。
  17. 前記電気機器は前記車両の走行用動力源としての電動モータと関連装置とを含む、ことを特徴とする請求項１３から１６のいずれかに記載のバッテリ搭載構造。
  18. 前記接続制御機器は前記バッテリユニット内部の電気的な接続と遮断を行うスイッチング装置を備え、バッテリ搭載構造は前記スイッチング装置を前記スペースの底面から持ち上げられた位置に支持する支持部材をさらに備える、ことを特徴とする請求項１に記載のバッテリ搭載構造。
  19. 前記バッテリユニットを収装するケースをさらに備え、前記ケースと前記フロアパネルに前記スイッチング装置に望む開口部を形成した、ことを特徴とする請求項１８に記載のバッテリ搭載構造。
  20. 前記支持部材は、スイッチング装置を固定するデッキと、デッキを支持する脚部とを備える、ことを特徴とする請求項１８または１９に記載のバッテリ搭載構造。
  21. 前記支持部材は、前記２個のバッテリ群にまたがって前記２個のバッテリ群に固定された支持プレートを備えるとともに、前記スイッチング装置は前記支持プレート上に固定される、ことを特徴とする請求項１８または１９に記載のバッテリ搭載構造。
  22. 車両のフロアパネルの下側に配置される、複数のバッテリを備えたバッテリアセンブリにおいて、
    複数のバッテリで構成されるバッテリユニットと、
    前記バッテリユニットに関する電気的接続を制御する接続制御機器と、を備え、
    前記バッテリユニットはスペースを挟んで配置した２個のバッテリ群を備え、
    前記接続制御機器はスペースの内側に配置される、
    ことを特徴とするバッテリアセンブリ。
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