JP7324426B2 - 電動車両のバッテリユニット取付構造 - Google Patents
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Description
通常、バッテリユニットは、リチウムイオン等の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と、これら複数のバッテリモジュールを収容するバッテリケースと、このバッテリケースの骨格フレーム等によって構成されている。
ドラミングノイズは、20~50Hzの低周波音であり、ロードノイズは、100~400Hzの中周波音である。ドラミングノイズを含めてロードノイズと呼ばれることもある。ドラミングノイズやロードノイズ等の走行騒音は、制振材の追加や下部車体剛性の増加によって対策されている(例えば、特許文献2)。
複数のバッテリモジュールを車体、特に、フロアパネルの下側に搭載する際、車幅方向、前後方向及び高さ方向において同一姿勢で且つ複数列に配置することで配置スペースの最小化を図ることが可能である。
即ち、バッテリユニットのコンパクト性を確保しつつ走行騒音を低減することは容易ではない。
この構成によれば、車体振動に対して影響の大きい一端側の列のバッテリモジュールの取付剛性を変更することにより、共振抑制効果を高くすることができる。
この構成によれば、最小限の取付剛性変更で上下2段のバッテリモジュールを搭載したバッテリユニットのロードノイズ性能を向上することができる。
この構成によれば、最小限の取付剛性変更で上下2段のバッテリモジュールを搭載したバッテリユニットのロードノイズ性能を向上することができる。
この構成によれば、一部の列のバッテリモジュールの取付剛性を確保しつつ、一部の列のバッテリモジュールの固有振動数と他の列のバッテリモジュールの固有振動数とを異ならせることができる。
この構成によれば、最低限の変更で一部の列のバッテリモジュールの固有振動数を他の列のバッテリモジュールの固有振動数よりも高くすることができる。
本実施例1に係る車両Vは、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関(図示略)と車両駆動用の電動機(モータジェネレータ)(図示略)とを駆動源としたハイブリッド自動車である。
サイドシル1は、車幅方向外側壁部を構成する断面略ハット状のアウタパネルと、車幅方向内側壁部を構成する断面略ハット状のインナパネルとを備え、両パネルが協働して前後に延びる略矩形状の閉断面を形成している。このサイドシル1の前端側部分には、上下に延びるヒンジピラーが連結され、後端側部分には、上下に延びるリヤピラーが連結されている。尚、この車両Vは、フロントドアが前端部分に形成されたヒンジピラーのヒンジ中心に開閉され、リヤドアが後端部分に形成されたリヤピラーのヒンジ中心に開閉される、所謂観音開きタイプのドア構造であり、センターピラーが省略されている。
図1,図2,図8に示すように、このフロアパネル2は、前席乗員用シート(図示略)が搭載されるフロントパネル2aと、このフロントパネル2aの後端から後方上り傾斜状に上方に起立したキックアップパネル2cを介して後方に連なり後席乗員用シート(図示略)が搭載されるリヤパネル2bとを備えている。
図1,図2に示すように、バッテリユニット10は、フロアパネル2の下方空間にレイアウトされている。図3に示すように、このバッテリユニット10は、複数(例えば、16個)のバッテリモジュール11と、これら複数のバッテリモジュール11を収容するバッテリケース12によって構成されている。車両駆動用電動機に電力を供給するバッテリモジュール11は、規格電圧を有する直方体形状の複数のバッテリセル11a(図8参照)を前後に積層状に整列させた直方体形状のバッテリ集合体に形成されている。このバッテリモジュール11は、平面視にて矩形形状に形成されている。バッテリセル11a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。
このバッテリモジュール11の重量は、例えば、約14kgであり、バッテリユニット10の総重量は、例えば、約300kgである。
図3に示すように、バッテリケース12は、左右1対のサイドフレーム21と、左右に延びて1対のサイドフレーム21の前端部を連結するフロントフレーム22と、左右に延びて1対のサイドフレーム21の後端部を連結するリヤフレーム23と、各フレーム21~23に支持されると共にバッテリケース12の底部を形成する桶状のバッテリトレイ24と、このバッテリトレイ24と協働して複数のバッテリモジュール11を収容可能な密閉空間を形成する合成樹脂製のカバー部材25等を備えている。
各フレーム21~23は、取付部26~29により車体に対して取り付けられている。
左右4対の取付部26及び左右1対の取付部27は、1対のサイドフレーム21のロアパネルから車幅方向外側に夫々延びている。これらの取付部26,27は、フロアフレーム3の下壁部にボルトbを介して夫々締結固定されている。左右1対の取付部28は、フロントフレーム22のロアパネルから前側に夫々延びている。これら取付部28は、フロントパネル2aの前側部分下面にボルトbを介して締結固定されている。取付部29は、リヤフレーム23のロアパネル中央部から上方に延び、上端部が、リヤパネル2bと協働して左右に延びる閉断面を形成するクロスメンバ(図示略)にボルトbを介して締結固定されている。
図4~図6に示すように、2段支持機構40は、略π状の前支持部41と、略π状の後支持部42と、前支持部41の左右端部と後支持部42の左右端部とを夫々連結する左右1対の略T字状の側支持部43と、各支持部41~43に掛け渡された底板部材44等を備え、上段の4個のバッテリモジュール11を支持している。前支持部41の左右1対の脚部は、第2クロスフレーム32の上壁部に締結固定され、後支持部42の左右1対の脚部は、リヤフレーム23の上壁部に締結固定されている。1対の側支持部43の脚部は、バッテリトレイ24上に締結固定されている。
図4~図6に示すように、第1クロスフレーム31は、上壁部の左右両端部から車幅方向外側に夫々延びる上壁連結部31aと、前壁部及び後壁部の左右両端部から前方及び後方に夫々延びる前後1対の側壁連結部31bとが形成されている。上壁連結部31aは、サイドフレーム21の上壁部に接続され、1対の側壁連結部31bは、サイドフレーム21の内側壁部に夫々接続されている。これら上壁連結部31aと1対の側壁連結部31bは、一体的に連なるように連続形成されている。第3クロスフレーム33は、上壁部の左右両端部から車幅方向外側に夫々延びる上壁連結部33aと、前壁部及び後壁部の左右両端部から前方及び後方に夫々延びる前後1対の側壁連結部33bとが形成されている。上壁連結部33aは、サイドフレーム21の上壁部に接続され、1対の側壁連結部33bは、サイドフレーム21の内側壁部に夫々接続されている。これら上壁連結部33aと1対の側壁連結部33bは、独立して分離形成されている。
図9に示すように、取付ブラケット51~53は、上下に延びてバッテリモジュール11に連結される連結壁部51a~53aと、前後に延びて締結部材を介して締結される固定壁部51b~53bとを備え、断面略L字状に形成されている。前側に取り付けられる取付ブラケットの連結壁部51a,53aが、左右に隣り合う2つのバッテリモジュール11の前壁部に4本のボルトを介して夫々連結され、後側に取り付けられる取付ブラケットの連結壁部52a,53aが、左右に隣り合う2つのバッテリモジュール11の後壁部に4本のボルトを介して夫々連結される。また、図8に示すように、取付ブラケットの連結壁部51a~53aは、バッテリモジュール11の重心の高さ位置が第1~第3クロスフレーム31~33及びリヤフレーム23の上壁部の高さ位置と略同じ高さ位置になるようにバッテリモジュール11に連結されている。
第1~第3取付ブラケット51~53は、板厚、締結部位置、及び位置決め部位置を除いて略同様の仕様に設定されている。
一方、第1収容領域S1に収容された4個のバッテリモジュール11は、2組の前後1対の第1,第2取付ブラケット51,52によってクロスフレーム33,31に取り付けられている。そして、第1,第2取付ブラケット51,52は、第3取付ブラケット53と板厚、締結部位置(固定形態)が異なっているため、第1収容領域S1に収容されたバッテリモジュール11の固有振動数は、第2,第3収容領域S2,S3に収容されたバッテリモジュール11の固有振動数と異なる。これにより、全てのバッテリモジュール11が車幅方向、前後方向及び高さ方向において同一姿勢でバッテリケース12に夫々収容された場合であっても、バッテリユニット10と中周波帯域の車体振動との共振を抑制している。
作用、効果の説明に当り、CAE(Computer Aided Engineering)によるシミュレーション解析を行った。第1~第3収容領域S1~S3に収容された全てのバッテリモジュール11を第3取付ブラケット53を用いて取り付けた車両モデルA(評価基準モデル)と、本実施例の車両モデルBとを作成し、125Hzの周波数帯域における車室内の騒音レベル(ノイズ)について測定を行った。尚、検証の簡略化のため、車両モデルBは、第1収容領域S1に収容されたバッテリモジュール11を第2取付ブラケット52を用いて取り付けると共に第2,第3収容領域S2,S3に収容されたバッテリモジュール11を第3取付ブラケット53を用いて取り付けたモデルとしている。また、取付ブラケット以外は、車両モデルAと車両モデルBは、同じ構成である。
図10に示すように、車両モデルAは、125Hzの周波数帯域におけるロードノイズが発生した。車両モデルAは、バッテリモジュール11が第1~第3収容領域S1~S3に収容されているため、バッテリユニット(バッテリモジュール11)の総重量が車体に作用してロードノイズの抑制に有効である。しかし、バッテリモジュール11の取付剛性が全て同じであるため、第1収容領域S1のバッテリモジュール11と第2収容領域S2のバッテリモジュール11が同じ周波数の挙動を示し、車体前後で時間差を有する左右揺動が増幅されている。それ故、図11の矢印に示すように、車体前後で時間差を有する車体の左右揺動が、車両モデルAのフロントバネル2aの上下変位を誘発してロードノイズ性能が悪化している。尚、図11では、便宜上、バッテリモジュール11を省略して示している。
図10に示すように、車両モデルBのロードノイズに対応した周波数帯域における騒音レベルは、車両モデルAのロードノイズに対応する周波数帯域における騒音レベルよりも0.3dB低いことが確認された。尚、第3取付ブラケット53を用いて取り付けたバッテリモジュール11の固有振動数は、略125Hzであり、第2取付ブラケット52を用いて取り付けたバッテリモジュール11の固有振動数は、略160Hzであった。
第1収容領域S1のバッテリモジュール11の取付剛性を第2,第3収容領域S2,S3のバッテリモジュール11の取付剛性に対して異ならせているため、取付剛性の変更によって第1収容領域S1のバッテリモジュール11の固有振動数と第2,第3収容領域S2,S3のバッテリモジュール11の固有振動数とを異ならせることができ、バッテリユニット10の中周波帯域の成分を減少させることにより、中周波帯域の車体振動との共振を抑制することができる。
これにより、最小限の取付剛性変更で上下2段のバッテリモジュールを搭載したバッテリユニット10のロードノイズ性能を向上することができる。
これにより、最小限の取付剛性変更で上下2段のバッテリモジュールを搭載したバッテリユニット10のロードノイズ性能を向上することができる。
1〕前記実施形態においては、複数のバッテリモジュール11の長手方向が前後方向と平行になる姿勢でクロスフレーム31~33及びリヤフレーム23に支持された例を説明したが、複数のバッテリモジュール11の長手方向が車幅方向と平行になる姿勢でサイドフレーム21に支持されても良い。この場合、バッテリモジュール11を取り付ける取付ブラケット51~53は、サイドフレーム21に固定される。また、バッテリモジュール11の長手方向前壁部及び後壁部を取付ブラケット51~53で挟み込む例を説明したが、11の長手直交方向の側壁部を取付ブラケット51~53で挟み込んでも良い。
この場合、バッテリモジュール11をクロスフレーム31~33及びリヤフレーム23に支持させても良く、サイドフレーム21に支持させても良い。
3 フロアフレーム
10 バッテリユニット
11 バッテリモジュール
21 サイドフレーム
31 第1クロスフレーム
32 第2クロスフレーム
33 第3クロスフレーム
51 第1取付ブラケット
51s,51t 締結部
52 第2取付ブラケット
52s,52t,52u 締結部
53 第3取付ブラケット
53s,53t 締結部
V 車両
Claims (6)
- フロアパネルと、このフロアパネルの下側にフロアパネルと協働して前後に延びる閉断面を形成する左右1対のフロアフレームと、バッテリモジュールを支持すると共に前記1対のフロアフレームに取り付けられたバッテリユニットとを備えた電動車両のバッテリユニット取付構造において、
前記バッテリユニットが、前記1対のフロアフレームに取り付けられる左右1対のサイドフレームと、車幅方向に延びて前記1対のサイドフレームを連結するクロスフレームと、平面視にて矩形形状に形成され且つ前記矩形形状の長手方向寸法である縦寸法と前記矩形形状の長手方向に直交する寸法である横寸法と前記縦寸法及び横寸法に直交すると共に車体上下方向寸法である高さ方向寸法とが夫々略同寸法に設定された複数のバッテリモジュールとを有し、
前記複数のバッテリモジュールが、前記サイドフレーム及び/又はクロスフレームに同一姿勢で支持されると共に前記矩形形状の縦寸法の方向が車体前後方向又は車幅方向と略平行になるように車幅方向及び/又は前後方向に隣接する複数列に配置され、
一部の列のバッテリモジュールの取付剛性を他の列のバッテリモジュールの取付剛性に対して異ならせ、
前記複数のバッテリモジュールは、取付ブラケットを介して前記サイドフレーム及び/又はクロスフレームに取付けられており、
最前列のバッテリモジュールの後壁部の取付剛性が最前列のバッテリモジュールの前壁部の取付剛性より大きくなるように構成したことを特徴とする電動車両のバッテリユニット取付構造。 - 最前列のバッテリモジュールの前壁部に連結される第1取付ブラケットと、最前列のバッテリモジュールの後壁部に連結される第2取付ブラケットとを備え、
前記第2取付ブラケットの前記サイドフレーム及び/又はクロスフレームに対する取付点数が、前記第1取付ブラケットの前記サイドフレーム及び/又はクロスフレームに対する取付点数より多く構成されたことを特徴とする請求項1に記載の電動車両のバッテリユニット取付構造。 - 前記複数のバッテリモジュールは、前後方向に3列以上配置されると共に最前列のバッテリモジュールが単層状態で配置され且つ最後列のバッテリモジュールが前記フロアパネルのキックアップ部の下方において上下2段の2層状態で配置され、
前記最前列のバッテリモジュールの取付剛性を他の列のバッテリモジュールの取付剛性に対して異ならせたことを特徴とする請求項2に記載の電動車両のバッテリユニット取付構造。 - 前記複数のバッテリモジュールは、前後方向に3列以上配置されると共に最前列のバッテリモジュール及びこの最前列の後側に隣接した2列目のバッテリモジュールが単層状態で配置され且つ前記2列目のバッテリモジュールの後側に上下2段の2層状態で配置されたバッテリモジュール列を有し、
前記最前列のバッテリモジュールの取付剛性を前記2列目のバッテリモジュールの取付剛性に対して異ならせたことを特徴とする請求項2に記載の電動車両のバッテリユニット取付構造。 - 一部の列のバッテリモジュールの取付剛性を他の列のバッテリモジュールの取付剛性に対して高くしたことを特徴とする請求項1~4の何れか1項に記載の電動車両のバッテリユニット取付構造。
- 一部の列のバッテリモジュールを取り付ける取付ブラケットの取付点数を他の列のバッテリモジュールを取り付ける取付ブラケットの取付点数よりも多くしたことを特徴とする請求項1~4の何れか1項に記載の電動車両のバッテリユニット取付構造。
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