JP5811168B2 - 車両用電池搭載構造 - Google Patents

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Description

本発明は、車両用電池搭載構造に関する。
車体フロアの下側に車両駆動用の電池が搭載された構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許第５０１３１４０号公報
しかしながら、極寒時又は酷暑時に走行する車両が停止した場合における外気温による電池への影響を抑制する点については改善の余地がある。
本発明は、上記事実を考慮して、極寒時又は酷暑時に走行する車両が停止した場合における外気温による電池への影響を抑制することができる車両用電池搭載構造を得ることが目的である。
請求項１に記載する本発明の車両用電池搭載構造は、フロアパネルの車体下方側に配置されて車両駆動用の電池を下方側から支持するスタックフレームを有し、前記スタックフレームは、樹脂製の上板部と、前記上板部の下方側に配置された樹脂製の下板部と、前記上板部と前記下板部との間に挟まれ、前記上板部の側に開口して一方向に延在する上向き凹部と前記下板部の側に開口して前記一方向に延在する下向き凹部とが交互に並ぶ樹脂製の波板部と、を備えると共に、前記波板部における前記下向き凹部の底壁部側と前記上板部との接触面積の和が、前記波板部における前記上向き凹部の底壁部側と前記下板部との接触面積の和よりも、小さく設定されている。
上記構成によれば、スタックフレームは上板部と下板部との間に波板部が挟まれており、このスタックフレームによって車両駆動用の電池が下方側から支持されている。そして、波板部は、上板部の側に開口して一方向に延在する上向き凹部と下板部の側に開口して前記一方向に延在する下向き凹部とが交互に並んでおり、上板部及び下板部と接触している。よって、極寒時に車両が走行して車両駆動用の電池の熱が上板部に伝わった場合、上向き凹部の上方側に伝わった熱は、上板部からスタックフレームの内側空間（上向き凹部の内側）に容易に伝達される。一方、上板部において下向き凹部の底壁部の上方側に伝わった熱は、下向き凹部の底壁部側に伝達されるので、スタックフレームの内側空間には伝達されにくい。
ここで、本発明では、波板部における下向き凹部の底壁部側と上板部との接触面積の和は、波板部における上向き凹部の底壁部側と下板部との接触面積の和よりも、小さく設定されている。このため、極寒時に車両が走行する場合には、スタックフレームの上部においてスタックフレームの内側空間に熱を伝達させにくい範囲は相対的に狭いので、電池からの熱はスタックフレームの内側空間（上向き凹部の内側空間）に良好に蓄えられる。そして、車両が停止すると、スタックフレームの内側空間に蓄えられた熱が上方側に放出されるので、極寒時にあっても電池の急冷が抑えられる。
一方、酷暑時における車両の走行時には、走行風によって路面側からの熱が下板部に伝わりにくいが、酷暑時における車両の停止時には、路面側からの熱が下板部に伝わり易い。これに対して、本発明では、上向き凹部の底壁部側と下板部との接触面積の和が相対的に大きく設定されているので、酷暑時における車両の停止時に路面側からの熱が下板部に伝わった場合、スタックフレームの内側空間に熱が伝達しにくい範囲は相対的に広い。よって、路面側からの熱は、スタックフレームの内側空間への伝達が良好に抑えられ、ひいてはスタックフレームの上方側には伝わりにくいので、電池の温度上昇が効果的に抑えられる。
請求項２に記載する本発明の車両用電池搭載構造は、請求項１記載の構成において、前記一方向に見て前記上向き凹部の開口幅が前記下向き凹部の底壁部側と前記上板部との接触幅よりも広く設定されている。
上記構成によれば、上向き凹部の開口幅が下向き凹部の底壁部側と上板部との接触幅よりも広く設定されているので、上板部に熱が伝わった場合、スタックフレームの内側空間に熱を伝達させ易い領域が、スタックフレームの内側空間に熱を伝達させにくい領域の隣接位置でより広い（幅広である）。このため、極寒時に車両が走行する場合には、熱はスタックフレームの内側空間（上向き凹部の内側空間）に効果的に蓄えられる。
請求項３に記載する本発明の車両用電池搭載構造は、請求項２記載の構成において、前記一方向に見て前記下向き凹部の開口幅が前記上向き凹部の開口幅よりも狭く設定されている。
上記構成によれば、下向き凹部の開口幅が上向き凹部の開口幅よりも狭く設定されているので、下板部に熱が伝わった場合、スタックフレームの内側空間に熱を伝達させ易い領域が相対的に狭い（幅狭である）。このため、酷暑時における車両の停止時に路面側からの熱が下板部に伝わった場合、路面側からの熱は、スタックフレームの内側空間への伝達が効果的に抑えられ、ひいてはスタックフレームの上方側には一層伝わりにくいので、電池の温度上昇がより効果的に抑えられる。
以上説明したように、本発明の車両用電池搭載構造によれば、極寒時又は酷暑時に走行する車両が停止した場合における外気温による電池への影響を抑制することができるという優れた効果を有する。
本発明の第１の実施形態に係る車両用電池搭載構造を示す縦断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る車両用電池搭載構造を示す分解斜視図である。 図１の車両用電池搭載構造における極寒時の作用を説明する模式的な縦断面図である。図３（Ａ）は車両走行時の状態を示す。図３（Ｂ）は停車時の状態を示す。 図１の車両用電池搭載構造における酷暑時の作用を説明する模式的な縦断面図である。図４（Ａ）は車両走行時の状態を示す。図４（Ｂ）は停車時の状態を示す。 本発明の第２の実施形態に係る車両用電池搭載構造を示す分解斜視図である。 図５の車両用電池搭載構造における極寒時の作用を説明する模式的な縦断面図である。
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る車両用電池搭載構造について図１〜図４を用いて説明する。なお、これらの図において適宜示される矢印ＦＲは車両前方側を示しており、矢印ＵＰは車両上方側を示しており、矢印Ｗは車両幅方向を示している。
図１に示されるように、電気自動車等の車両に適用される本実施形態に係る車両用電池搭載構造１０は、スタックフレーム（バッテリフレーム）２０を有している。スタックフレーム２０は、フロアパネル１２の車体下方側に配置され、電池としての燃料電池スタック１４を下方側から支持している。
図１及び図２に示されるように、燃料電池スタック１４は、電池本体部を覆う外装部１４Ａが矩形箱状に形成されている。外装部１４Ａの前後端部及び両サイド部からはフランジ部１４Ｂが張り出している。また、フランジ部１４Ｂにはボルト挿通孔１４Ｘが貫通形成されている。なお、外装部１４Ａ及びフランジ部１４Ｂは、本実施形態では金属で形成されているが、樹脂で形成されたものでもよい。
燃料電池スタック１４のフランジ部１４Ｂは、スタックフレーム２０における上板部としてのアッパパネル２２に重ね合わせられている。スタックフレーム２０は、アッパパネル２２と、下板部としてのロアパネル２６と、アッパパネル２２とロアパネル２６との間に挟まれたコアパネル３０（「中間部材」として把握される要素である。）と、を含んで構成されている。アッパパネル２２、ロアパネル２６、及びコアパネル３０は、いずれも繊維強化樹脂（ＦＲＰ）製（一例として炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）製）である。繊維強化樹脂は、強化繊維を含有する樹脂である。
図２に示されるように、アッパパネル２２は、矩形平板状に形成されている。アッパパネル２２の外周側の部位には、燃料電池スタック１４のフランジ部１４Ｂのボルト挿通孔１４Ｘに対応して第一ボルト挿通孔２２Ｘが貫通形成されている。また、アッパパネル２２の外周端部２２Ｂには、車体を構成するアンダーメンバ（図示省略）への取付け用とされた第二ボルト挿通孔２２Ｙが間隔をあけて形成されている。なお、前記アンダーメンバには、第二ボルト挿通孔２２Ｙに対応する位置にボルト挿通孔（図示省略）が貫通形成されると共に、前記ボルト挿通孔の外周部の上面にウエルドナット（図示省略）が固着されている。
ロアパネル２６は、アッパパネル２２の下方側に配置され、車体上方側が開口された矩形のトレイ状に形成されている。すなわち、ロアパネル２６は、平板状の底部２６Ａと、底部２６Ａの周縁部に一体に立設された平板状の側壁部２６Ｂと、側壁部２６Ｂの上端部から開口外側へ向けて一体に張り出された平板状の張出部２６Ｃと、を有している。ロアパネル２６の張出部２６Ｃには、アッパパネル２２の外周端部２２Ｂにおける第二ボルト挿通孔２２Ｙに対応してボルト挿通孔２６Ｙが貫通形成されている。
また、コアパネル３０は、平面視でアッパパネル２２及びロアパネル２６と同じ大きさに形成されている。コアパネル３０の外周部は、全周に亘ってフランジ状とされ、ロアパネル２６の張出部２６Ｃとアッパパネル２２の外周端部２２Ｂとの間に挟まれて互いに接合されるようになっている。
コアパネル３０の外周部には、燃料電池スタック１４のボルト挿通孔１４Ｘ及びアッパパネル２２の第一ボルト挿通孔２２Ｘに対応して第一ボルト挿通孔３０Ｘが形成されている。また、図１に示されるように、コアパネル３０の外周部の下面には、第一ボルト挿通孔３０Ｘの外周部に第一ボルト挿通孔３０Ｘと同軸的にウエルドナット１８が固着されている。アッパパネル２２の第一ボルト挿通孔２２Ｘ及びコアパネル３０の第一ボルト挿通孔３０Ｘには、金属製で円筒状のカラー部材２４が同軸的に挿入されている。そして、燃料電池スタック１４のボルト挿通孔１４Ｘ及びカラー部材２４に車体上方側から挿通されたボルト１６の軸部がウエルドナット１８に螺合されることで、燃料電池スタック１４のフランジ部１４Ｂがアッパパネル２２及びコアパネル３０の各外周部に締結固定されている。
また、図２に示されるように、コアパネル３０の外周端部３０Ｂには、アッパパネル２２の第二ボルト挿通孔２２Ｙ及びロアパネル２６のボルト挿通孔２６Ｙに対応して第二ボルト挿通孔３０Ｙが貫通形成されている。ロアパネル２６のボルト挿通孔２６Ｙ、コアパネル３０の第二ボルト挿通孔３０Ｙ、及びアッパパネル２２の第二ボルト挿通孔２２Ｙには、金属製で円筒状のカラー部材（図示省略）が同軸的に挿入されている。そして、前記カラー部材及び前記アンダーメンバのボルト挿通孔に車体下方側から挿通されたボルトの軸部が、前記アンダーメンバに固着された前記ウエルドナットに螺合されることで、前記アンダーメンバに対してスタックフレーム２０の外周端部が締結固定されている。
図１に示されるように、コアパネル３０は、ロアパネル２６の底部２６Ａと側壁部２６Ｂとで囲まれた空間内に挿入される波板部３２を備えている。波板部３２は、アッパパネル２２とロアパネル２６との間に挟まれ、アッパパネル２２の側に開口して車両幅方向（一方向）に延在する上向き凹部３４とロアパネル２６の側に開口して車両幅方向（一方向）に延在する下向き凹部３６とが交互に並ぶ形状に形成されている。複数の（本実施形態では五個の）上向き凹部３４は、同一の開口幅Ｗ１に設定され、複数の（本実施形態では四個の）下向き凹部３６は、同一の開口幅Ｗ２に設定されている。
各上向き凹部３４における一対の側面は、車体上方側に向けて互いに離反する方向に若干傾斜しており、各下向き凹部３６における一対の側面は、車体下方側に向けて互いに離反する方向に若干傾斜している。また、上向き凹部３４の底壁部３４Ａは、ロアパネル２６の上面に面接触して（本実施形態では一例として接着剤で）結合され、下向き凹部３６の底壁部３６Ａは、アッパパネル２２の下面に面接触して（本実施形態では一例として接着剤で）結合されている。このように配設される波板部３２は、側面衝突時にスタックフレーム２０の変形を抑える機能を有する。
波板部３２における下向き凹部３６の底壁部３６Ａ側とアッパパネル２２との接触面積の和は、波板部３２における上向き凹部３４の底壁部３４Ａ側とロアパネル２６との接触面積の和よりも、小さく設定されている。そして、上向き凹部３４とアッパパネル２２とで構成された閉断面部の面積は、下向き凹部３６とロアパネル２６とで構成された閉断面部の面積よりも広く設定されている。
また、車両幅方向（一方向）に見て上向き凹部３４の開口幅Ｗ１は、下向き凹部３６の底壁部３６Ａ側とアッパパネル２２との接触幅Ｗａよりも広く設定されている。一例として、本実施形態では、開口幅Ｗ１は、接触幅Ｗａの２倍以上に設定されている。
さらに、車両幅方向（一方向）に見て下向き凹部３６の開口幅Ｗ２は、上向き凹部３４の開口幅Ｗ１よりも狭く設定されている。また、車両幅方向（一方向）に見て下向き凹部３６の開口幅Ｗ２は、上向き凹部３４の底壁部３４Ａ側とロアパネル２６との接触幅Ｗｂよりも狭く設定されている。一例として、本実施形態では、開口幅Ｗ２は、接触幅Ｗｂの半分未満に設定されている。なお、スタックフレーム２０は、接触幅Ｗｂが広いほど車両下方側からの入力に対して剛性が高い。
（作用・効果）
次に、上記実施形態の作用及び効果について説明する。
図３（Ａ）に模式的に示されるように、寒冷地等の極寒時に車両が走行して車両駆動用の燃料電池スタック１４の熱がアッパパネル２２に伝わった場合、上向き凹部３４の上方側に伝わった熱は、アッパパネル２２からスタックフレーム２０の内側空間の一部である上向き凹部３４の内側に容易に伝達される（矢印ａ参照）。一方、アッパパネル２２において下向き凹部３６の底壁部３６Ａの上方側に伝わった熱は、下向き凹部３６の底壁部３６Ａ側に伝達されるので、スタックフレーム２０の内側空間には伝達されにくい。
ここで、本実施形態では、波板部３２における下向き凹部３６の底壁部３６Ａ側とアッパパネル２２との接触面積の和は、波板部３２における上向き凹部３４の底壁部３４Ａ側とロアパネル２６との接触面積の和よりも、小さく設定されている。このため、極寒時に車両が走行する場合には、スタックフレーム２０の上部においてスタックフレーム２０の内側空間に熱を伝達させにくい範囲は相対的に狭いので、燃料電池スタック１４からの熱（温かい空気）はスタックフレーム２０の内側空間（上向き凹部３４の内側空間）に良好に蓄えられる。そして、図３（Ｂ）に示されるように、車両が停止すると、スタックフレーム２０の内側空間に蓄えられた熱が上方側に放出されるので（矢印ｂ参照）、極寒時にあっても燃料電池スタック１４の急冷が抑えられる（保温機能の発揮）。
また、本実施形態では、図１に示されるように、車両幅方向に見て上向き凹部３４の開口幅Ｗ１が下向き凹部３６の底壁部３６Ａ側とアッパパネル２２との接触幅Ｗａよりも広く設定されている。このため、アッパパネル２２に熱が伝わった場合、スタックフレーム２０の内側空間に熱を伝達させ易い領域が、スタックフレーム２０の内側空間に熱を伝達させにくい領域の隣接位置でより広い（幅広である）。このため、極寒時に車両が走行する場合には、熱はスタックフレーム２０の内側空間（上向き凹部３４の内側空間）に効果的に蓄えられる。
一方、高温地域等の酷暑時における車両の走行時には、図４（Ａ）に示されるように、走行風（矢印ｃ参照）によって路面４０側からの熱がロアパネル２６に伝わりにくいが、酷暑時における車両の停止時には、路面４０側からの熱がロアパネル２６に伝わり易い。これに対して、本実施形態では、上向き凹部３４の底壁部３４Ａ側とロアパネル２６との接触面積の和が相対的に大きく設定されている。すなわち、上向き凹部３４の底壁部３４Ａ側とロアパネル２６との二層構造になっている領域が広い。このため、酷暑時における車両の停止時に路面４０側からの熱がロアパネル２６に伝わった場合、スタックフレーム２０の内側空間に熱が伝達しにくい範囲は相対的に広い。よって、図４（Ｂ）に示されるように、路面４０側からの熱（矢印ｄ参照）は、スタックフレーム２０の内側空間への伝達が良好に抑えられる。なお、スタックフレーム２０の内側の空気層も断熱層として機能し得る。
これらにより、スタックフレーム２０の上方側へは熱が伝わりにくい（矢印ｅのような熱の伝達が抑えられる）。よって、燃料電池スタック１４の温度上昇が効果的に抑えられる（断熱効果の発揮）。
また、本実施形態では、図１に示されるように、車両幅方向に見て下向き凹部３６の開口幅Ｗ２が上向き凹部３４の開口幅Ｗ１よりも狭く設定されているので、ロアパネル２６に熱が伝わった場合、スタックフレーム２０の内側空間に熱を伝達させ易い領域が相対的に狭い（幅狭である）。このため、図４（Ｂ）に示される酷暑時における車両の停止時に路面４０側からの熱（矢印ｄ参照）がロアパネル２６に伝わった場合、路面４０側からの熱は、スタックフレーム２０の内側空間への伝達が効果的に抑えられ、ひいてはスタックフレーム２０の上方側には一層伝わりにくい。よって、燃料電池スタック１４の温度上昇がより効果的に抑えられる。
以上説明したように、本実施形態に係る車両用電池搭載構造１０によれば、極寒時又は酷暑時に走行する車両が停止した場合における外気温による電池への影響を抑制することができる。
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態に係る車両用電池搭載構造５０について、図５及び図６を用いて説明する。図５には、本実施形態に係る車両用電池搭載構造５０が分解斜視図で示されている。また、図６には、車両用電池搭載構造５０における極寒時の作用を説明する模式的な縦断面図が示されている。
これらの図に示されるように、車両用電池搭載構造５０は、スタックフレーム２０の内側空間（上向き凹部３４の内側空間）とその上方側とでの熱の移動（図６の矢印ｍ参照）が容易になされるように、アッパパネル２２に貫通孔５２を形成した点で、第１の実施形態とは異なる。他の構成は、第１の実施形態と同様の構成となっている。よって、第１の実施形態と同様の構成部については、同一符号を付して説明を省略する。
図５及び図６に示されるように、アッパパネル２２に形成された貫通孔５２は、上向き凹部３４の内側空間とその上方側の空間とを連通させる部位に設定されている。このような構成によれば、極寒時における車両の走行時には、スタックフレーム２０の内側空間（上向き凹部３４の内側空間）に熱を容易に蓄えることができる。また、極寒時における車両の停止時には、スタックフレーム２０の内側空間（上向き凹部３４の内側空間）から燃料電池スタック１４の側へ向けて容易に熱を放出することができる。よって、極寒時にスタックフレーム２０が急冷されるのを一層効果的に抑制することができる。
なお、アッパパネル２２に形成する貫通孔５２は、燃料電池スタック１４の外装部１４Ａにおける下面外形ラインに合わせて設定すると、極寒時に燃料電池スタック１４が外周側から冷やされるのをより効果的に抑えることができる。
［実施形態の補足説明］
なお、上記実施形態では、図２及び図５に示されるように、コアパネル３０の外周部が全周に亘ってフランジ状とされているが、コアパネル（３０）は、例えば車両前後方向の両端部のみフランジ状とされるものであってもよい。
また、上記実施形態では、アッパパネル２２、ロアパネル２６、及びコアパネル３０は、いずれも繊維強化樹脂製とされているが、スタックフレームを構成する上板部、下板部、及び波板部は、繊維強化樹脂に代えて強化繊維を含有しない樹脂で成形されてもよい。
また、上記実施形態の変形例として、例えば、上向き凹部の開口数（上記実施形態の場合には５個）が下向き凹部の底壁部の数（上記実施形態の場合には４個）よりも多い場合、車両幅方向（一方向）に見て上向き凹部の開口幅が下向き凹部の底壁部側と上板部との接触幅に対して同等又は若干狭く設定される構成も採り得る。
また、上記実施形態の変形例として、例えば、上向き凹部の開口数（上記実施形態の場合には５個）が下向き凹部の底壁部の数（上記実施形態の場合には４個）よりも多い場合、車両幅方向（一方向）に見て下向き凹部の開口幅が上向き凹部の開口幅と同等に設定される構成も採り得る。
また、上記実施形態の変形例として、例えば、複数設定された下向き凹部の底壁部のうちのいずれかが上板部に接触しないような構成も採り得る。
また、上記実施形態の変形例として、例えば、下向き凹部の底壁部の上面からリブ状の突出部が形成されると共にその突出部が上板部に接合（一例として熱で溶かされて接合）されたものでもよい。
また、上記実施形態における図１等に示されるアッパパネル２２の板厚をｔ１、ロアパネル２６の板厚をｔ２とした場合、ｔ１＜ｔ２に設定してもよい。なお、本発明の実施形態ではない参考例として、波板部における下向き凹部の底壁部側と上板部との接触面積の和が、波板部における上向き凹部の底壁部側と下板部との接触面積の和に対して、同等以上に設定され、かつ、上板部の板厚をｔａ、下板部の板厚をｔｂとした場合にｔａ＜ｔｂに設定するような構造も考えられる。
また、上記実施形態における下向き凹部３６の底壁部３６Ａの板厚をｔ３、上向き凹部３４の底壁部３４Ａの板厚をｔ４とした場合、ｔ３＜ｔ４に設定してもよい。なお、本発明の実施形態ではない参考例として、波板部における下向き凹部の底壁部側と上板部との接触面積の和が、波板部における上向き凹部の底壁部側と下板部との接触面積の和に対して、同等以上に設定され、かつ、下向き凹部の底壁部の板厚をｔｃ、上向き凹部の底壁部の板厚をｔｄとした場合、ｔｃ＜ｔｄに設定するような構造も考えられる。
また、請求項１等に記載の「一方向」は上記実施形態では、車両幅方向とされているが、一方向は、例えば、車両前後方向等のような車両幅方向以外の方向であってもよい。また、請求項１に記載の「電池」は、一次電池でもよいし、二次電池でもよい。
なお、上記実施形態及び上述の複数の変形例は、適宜組み合わされて実施可能である。
以上、本発明の一例について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。
１０ 車両用電池搭載構造
１２ フロアパネル
１４ 燃料電池スタック（電池）
２０ スタックフレーム
２２ アッパパネル（上板部）
２６ ロアパネル（下板部）
３２ 波板部
３４ 上向き凹部
３４Ａ 上向き凹部の底壁部
３６ 下向き凹部
３６Ａ 下向き凹部の底壁部
５０ 車両用電池搭載構造
Ｗ１ 上向き凹部の開口幅
Ｗ２ 下向き凹部の開口幅
Ｗａ 下向き凹部の底壁部側とアッパパネルとの接触幅（下向き凹部の底壁部側と上板部との接触幅）

Claims (3)

  1. フロアパネルの車体下方側に配置されて車両駆動用の電池を下方側から支持するスタックフレームを有し、前記スタックフレームは、
    樹脂製の上板部と、
    前記上板部の下方側に配置された樹脂製の下板部と、
    前記上板部と前記下板部との間に挟まれ、前記上板部の側に開口して一方向に延在する上向き凹部と前記下板部の側に開口して前記一方向に延在する下向き凹部とが交互に並ぶ樹脂製の波板部と、
    を備えると共に、
    前記波板部における前記下向き凹部の底壁部側と前記上板部との接触面積の和が、前記波板部における前記上向き凹部の底壁部側と前記下板部との接触面積の和よりも、小さく設定されている、車両用電池搭載構造。
  2. 前記一方向に見て前記上向き凹部の開口幅が前記下向き凹部の底壁部側と前記上板部との接触幅よりも広く設定されている、請求項１記載の車両用電池搭載構造。
  3. 前記一方向に見て前記下向き凹部の開口幅が前記上向き凹部の開口幅よりも狭く設定されている、請求項２記載の車両用電池搭載構造。
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