JP5888955B2 - 電池モジュール搭載用構造体 - Google Patents

Description

本発明は車両に電池モジュールを搭載するための構造体に関する。

電気自動車や、モーターとエンジンとを組み合せたハイブリッド自動車は駆動用電源として電池モジュールを搭載する必要がある。
この種の車両に搭載される電池モジュールは繰り返し充放電が可能なニッケル−カドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の二次電池モジュールが例として挙げられる。
車両の１回の充電当たりの走行距離を長くするには電池モジュールの搭載重量が重くなることから、電池モジュールを車両に搭載するのに用いる構造体は軽量化と車両に衝撃が加わった際の安定性の確保の両立が要求される。
特許文献１は車体側面から衝突があった場合に車体側面部と組電池とが干渉するのを抑制する目的で組電池が上方に従って車幅方向寸法が小さくなるように積層する技術を開示する。
しかし、車両の衝突時の変形量を想定するのが難しく、安全率を大きくすると組電池（電池モジュール）の搭載空間が十分に確保できなくなる問題がある。

特開２００８−２２６６１０号公報

本発明は車両の衝突時における衝撃吸収性に優れ、軽量で電池モジュールの保護効果の高い車両への電池モジュールの搭載用構造体の提供を目的とする。

本発明に係る電池モジュール搭載用構造体は、電池モジュールを車両に搭載するための構造体であって、当該構造体は車両のフロント側に位置するフロントフレームと、リア側に位置するリアフレームと、当該フロントフレーム及びリアフレームの左右端部をそれぞれ連結した左右のサイドフレームを有し、前記フロントフレーム及びリアフレームは車両の幅方向に延在する中空部を有し、前記左右のサイドフレームは車両の前後方向に延在する中空部を有し、前記フロントフレーム及びリアフレームの中空部と左右のサイドフレームの中空部とをそれぞれ連結し、前記フロントフレームとリアフレームとはそれぞれ電池モジュールの端部を固定する固定フランジを有し、前記フロントフレームとリアフレームの固定フランジの間に電池モジュールを固定するものであり、 前記リアフレーム及びサイドフレームは、それぞれ高さ方向の上下にアッパー中空部とロアー中空部とを立設壁で連結した一体的製作体であり、前記リアフレームとサイドフレームとはアッパー中空部同士及びロアー中空部同士にてそれぞれ連結されていることを特徴とする。

ここで、車両のフロント側とは本発明に係る構造体を車両のサイドメンバー等のボデー構造部材やフロア部材等に締結した際に車両の進行方向側をいい、リア側とはその逆をいう。
電池モジュールとは複数の発電要素を積層したもののみならず、個々の電池を複数個パッケージングしたもの等、車両の駆動電源等に用いられる電池の集合体をいう。
また、フロントフレーム又はリアフレームの中空部とサイドフレームの中空部とが連結するとは一方の中空部の端面が他方の中空部の側面に当接するように連結することをいう。

フロントフレーム、リアフレーム及びサイドフレームに形成する中空部の位置は高さ方向に対してどの位置でもよいが、本発明に係る構造体を車両側に締結した際に車体と一体となって電池モジュールを保護するのに効果的なのはそれぞれのフレームの下部側に中空部を設けるのが好ましい。

また、電池モジュールの車両への搭載位置は車両のフロント側、中央部及びリア側等が想定されるが、車両のトランクルーム等の後部に電池モジュールを搭載する場合には車両の後突における衝撃をさらに効果的に吸収する構造例として、前記リアフレーム及びサイドフレームは高さ方向の上下にアッパー中空部とロアー中空部とをそれぞれ有し、前記リアフレームとサイドフレームとはアッパー中空部同士及びロアー中空部同士にてそれぞれ連結されているのが好ましい。

本発明に係る構造体においては、フロントフレームとリアフレームとの間に電池モジュールを固定し、フロントフレーム、リアフレーム及び左右のサイドフレームをそれぞれの中空部で連結したので、車両走行時に発生する振動が本発明に係る構造体で吸収され、電池モジュールに伝達される振動を抑制し、車両の側突時や後突時においても本発明に係る構造体の中空部にて変形量の低減を図ることができ、電池モジュールを保護する。

本発明においては電池モジュールをフロントフレームと、リアフレームとの間に固定する場合に、電池モジュールの端部を直接、又は、ブラケット部材等を介して間接的に固定してよいが、前記フロントフレーム及びリアフレームは電池モジュールの端部を固定する固定フランジを車幅方向に有し、前記固定フランジが左右のサイドフレームに形成した中空部の上面間に橋渡しするように載置されているようにすると、この中空部でフランジ部を受けることになりさらに電池モジュールの保護効果が向上し、構造体の軽量化を図ることができる。

本発明に係る電池モジュール搭載用構造体にあっては、フロントフレーム、リアフレーム及び左右のサイドフレームに有する中空部同士が連結するように枠体を形成し、この枠体のフロントフレームとリアフレームとの間に電池モジュールを固定したので電池モジュールを車両の走行振動及び衝突時の衝撃から保護する。
また、枠組の構造体により車両側の変形による電池モジュールの変形や破損を防止する。

本発明に係る電池モジュール搭載用構造体の構造例を示す。 Ａ−Ａ線端面図を示す。 電池モジュールを搭載する前の構造体を示し、（ａ）は全体図、（ｂ）はフロントフレームとサイドフレームとの連結部、（ｃ）はリアフレームとサイドフレームとの連結部を示す。 （ａ）はサイドフレームとリアフレームとの連結コーナー部を示し、（ｂ）はフロントフレームとサイドフレームとの連結コーナー部を示す。 サイドフレームの断面形状の変形例を示す。 （ａ）はサイドフレームとリアフレームとの連結コーナー部を示し、（ｂ）はフロントフレームとサイドフレームとの連結コーナー部を示す。 サイドフレームにケーブルの収納部を形成した例を示す。 （ａ）はサイドフレームとリアフレームとの連結コーナー部を示し、（ｂ）はフロントフレームとサイドフレームとの連結コーナー部を示す。

以下、本発明に係る電池モジュール搭載用構造体の構造例を図に基づいて説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

本発明に係る電池モジュール搭載用構造体（以下、単に構造体と称する。）１０は、図１〜図４に示すように、車両のフロント側に配設するフロントフレーム１１と車両のリア側に配設するリアフレーム１２との両側端部をサイドフレーム１３，１４で連結した枠体になっている。
フロントフレーム１１は図２にその断面形状を示すように、車幅方向に延在する中空部１１ａとこの中空部に沿って車両側に締結するための締結フランジ１１ｂを外側に有する。
また、中空部１１ａが下部側に位置するようにして内側に延在させた固定フランジ１１ｃを有する。
本実施例ではアルミニウム合金の押出形材を用いて中空部１１ａ、締結フランジ１１ｂ及び固定フランジ１１ｃを一体的に形成してある。

リアフレーム１２は車幅方向に延在する下部に設けたロアー中空部１２ａと上部に設けたアッパー中空部１２ｂとを立設壁１２ｄでつないだ中空断面形状になっていて、この立設壁１２ｄの内側に固定フランジ１２ｃを有する。
また、ロアー中空部１２ａの外側には、このロアー中空部に沿って車両側に締結するための締結フランジ１２ｆを有する。
本実施例ではリアフレームもアルミニウム合金の押出材にて一体的に製作してある。

左右のサイドフレーム１３，１４は下部にロアー中空部１４ａと締結フランジ１４ｃを有し、このロアー中空部１４ａから中空断面形状の立設壁１４ｇを有し、最上部がアッパー中空部１４ｂとなっている。
本実施例では左右のサイドフレーム１３，１４もアルミニウムの押出形材を用いて一体的に製作してある。

リアフレーム１２の両側端部におけるサイドフレーム１３，１４との連結構造は左右対称になっていて図４（ａ）に示したサイドフレーム１３を例に説明する。
リアフレーム１２のロアー中空部１２ａの内側に重ねフランジ１２ｇを外側の締結フランジ１２ｆと下面が面一になるように設け、この重ねフランジ１２ｇの上面にサイドフレーム１３のロアー中空部１３ａの下面及び重ねフランジ１３ｆが重なるようにコーナー突き合せする。
従って、サイドフレーム１３のロアー中空部１３ａの端面がリアフレームのロアー中空部１２ａの側面に当接している。
また、ロアーフレーム１２の内側に突出させた車幅方向の固定フランジ１２ｃがサイドフレーム１３のロアー中空部１３ａの上面１３ｅに載置されるように連結してある。
従って、この固定フランジ１２ｃは左右のサイドフレーム１３，１４の内側にはり出したロアー中空部１３ａ，１４ａの上面１３ｅ，１４ｅ間に橋渡しされるように載置されている。
また、サイドフレーム１３のアッパー中空部１３ｂの端面がロアーフレーム１２のアッパー中空部１２ｂの側面に当接し、サイドフレーム１３の上端フランジ１３ｄとリアフレーム１２の上端フランジ１２ｅとが重なり合うように連結されている。

フロントフレーム１１と左右のサイドフレーム１３，１４との連結構造もサイドフレーム１３にて説明するが、左右のサイドフレームとは対称的になっている。
図４（ｂ）に示すようにフロントフレーム１１の内側に重ねフランジ１１ｄを外側の締結フランジ１１ｂと下面が面一になるように有し、この重ねフランジ１１ｄの上面にサイドフレーム１３の重ねフランジ１３ｆが重なるようにし、サイドフレーム１３のロアー中空部１３ａの端面がフロントフレーム１１の中空部１１ａの側面に突き当たるようにして連結されている。
フロントフレーム１１の内側に設けた固定フランジ１１ｃがサイドフレーム１３のロアー中空部１３ａの上面１３ｅに載置するようになっている。
従って、フロントフレーム１１の固定フランジ１１ｃも左右のサイドフレーム１３，１４のロアー中空部１３ａ，１４ａの上面１３ｅ，１４ｅ間に橋渡しされるように載置された状態になっている。

このようにして枠組みした状態が図３（ａ）に示す状態であり、このフロントフレーム１１の固定フランジ１１ｃとリアフレーム１２の固定フランジ１２ｃとの間に橋渡しするように電池モジュール１を固定したのが図２に示す状態である。
電池モジュール１の両側の端部をそれぞれフロントフレーム１１とリアフレーム１２とにボルトオン等にて直接固定してもよいが、本実施例は略Ｌ字形状のブラケット２１，２２を介して固定した例になっている。

図５，６にはサイドフレームの断面形状の変形例としてアッパー中空部１１３ｂ，１１４ｂとロアー中空部１１３ａ，１１４ａとの外側をプレート状の立設壁１１３ｇ，１１４ｇにて連結した例を示す。
フロントフレーム１１の固定フランジ１１ｃとリアフレーム１２の固定フランジ１２ｃとがサイドフレーム１１３，１１４のロアー中空部１１３ａ，１１４ａの上面１１３ｅ，１１４ｅの上に重なるように枠組みし、枠内に電池モジュールを固定し、車両に搭載する。

図７，８にはサイドフレーム２１３，２１４のアッパー中空部２１３ｂ，２１４ｂとロアー中空部２１３ａ，２１４ａとを立設壁２１３ｇ，２１４ｇでつなぎ、この立設壁の上下方向途中に断面凹部形状の収納部２１３ｈ，２１４ｈをサイドフレーム２１３，２１４の長手方向に沿って形成した例を示す。
このように、サイドフレーム２１３，２１４の立設壁２１３ｇ，２１４ｇの途中に、内側にへこませた収納部２１３ｈ，２１４ｈを形成すると、この部分にケーブル３０等の配線部材を引き回すことができると共に、衝突時にサイドフレームの立設壁の上下方向中央部が外側に向けて突出する方向に折り曲がるように変形しやすく電池モジュール１と干渉するのを防止する。

１ 電池モジュール
１０ 構造体
１１ フロントフレーム
１１ａ 中空部
１１ｂ 締結フランジ
１１ｃ 固定フランジ
１２ リアフレーム
１２ａ ロアー中空部
１２ｂ アッパー中空部
１２ｆ 締結フランジ
１３ サイドフレーム
１４ サイドフレーム
１４ａ ロアー中空部
１４ｂ アッパー中空部
１４ｃ 締結フランジ
２１ ブラケット
２２ ブラケット

Claims (2)

1. 電池モジュールを車両に搭載するための構造体であって、
   当該構造体は車両のフロント側に位置するフロントフレームと、リア側に位置するリアフレームと、当該フロントフレーム及びリアフレームの左右端部をそれぞれ連結した左右のサイドフレームを有し、
   前記フロントフレーム及びリアフレームは車両の幅方向に延在する中空部を有し、
   前記左右のサイドフレームは車両の前後方向に延在する中空部を有し、
   前記フロントフレーム及びリアフレームの中空部と左右のサイドフレームの中空部とをそれぞれ連結し、
   前記フロントフレームとリアフレームとはそれぞれ電池モジュールの端部を固定する固定フランジを有し、前記フロントフレームとリアフレームの固定フランジの間に電池モジュールを固定するものであり、
   前記リアフレーム及びサイドフレームは、それぞれ高さ方向の上下にアッパー中空部とロアー中空部とを立設壁で連結した一体的製作体であり、
   前記リアフレームとサイドフレームとはアッパー中空部同士及びロアー中空部同士にてそれぞれ連結されていることを特徴とする電池モジュール搭載用構造体。
2. 前記フロントフレーム及びリアフレームは前記固定フランジを車幅方向に有し、
   前記フロントフレーム及びリアフレームの固定フランジがそれぞれ左右のサイドフレームに形成したロアー中空部の上面間に橋渡しするように載置されていることを特徴とする請求項１記載の電池モジュール搭載用構造体。

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