DE112010002785B4

DE112010002785B4 - Rahmenstruktur zum Montieren eines Batteriemoduls in einem Fahrzeug

Info

Publication number: DE112010002785B4
Application number: DE112010002785.4T
Authority: DE
Inventors: Satoshi Kawaguchi; Minoru Akai; Akihiro Kosaki
Original assignee: Aisin Keikinzoku Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Aisin Keikinzoku Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-06-29
Filing date: 2010-06-28
Publication date: 2020-04-02
Anticipated expiration: 2030-06-29
Also published as: JP4917631B2; JP2011009177A; CN102804448B; US20120125704A1; DE112010002785T5; US8511412B2; WO2011001926A1; CN102804448A

Abstract

Rahmenstruktur zum Montieren eines Batteriemoduls in einem Fahrzeug mit:- einem Paar aus einem linken und rechten Seitenrahmen (11), die entlang Längsträgern (1) des Fahrzeugs, welche sich in einer Vorne-Hinten-Richtung des Fahrzeugs auf beiden Seiten in einer Breitenrichtung des Fahrzeugs erstrecken, befestigt sind,- einem vorderen Rahmen (13), der zwischen vorderen Endstücken des linken und des rechten Seitenrahmens (11) befestigt ist,- einem hinteren Rahmen (12), der zwischen hinteren Endstücken des linken und rechten Seitenrahmens (11) befestigt ist,- einem Bodenrahmen (18), der zwischen dem vorderen Rahmen (13) und dem hinteren Rahmen (12) befestigt ist, wobei:- ein vorderer Montagerahmen (32) vorgesehen ist, der sich in der Breitenrichtung des Fahrzeugs erstreckt und eine vordere Seite des Batteriemoduls auf einer vorderen Seite des Bodenrahmens (18) fest trägt,- ein hinterer Montagerahmen (31) vorgesehen ist, der sich in der Breitenrichtung des Fahrzeugs erstreckt und eine hintere Seite des Batteriemoduls auf einer hinteren Seite trägt,- der linke und rechte Seitenrahmen (11) jeweils aus einem extrudierten Aluminiummaterial hergestellt sind und einstückig mit einem Tragebügel (11c) und einem Befestigungsbügel (11a) gebildet sind, welches an einen der Längsträger (1) des Fahrzeugs befestigt ist, und- beide Endstücke des hinteren Rahmens (12) auf den Tragebügeln (11c) des Paares von linken und rechten Seitenrahmen (11) gelagert und befestigt sind, wobei eine Brücke zwischen den hinteren Endstücken des linken und rechten Seitenrahmens (11) gebildet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Rahmenstruktur zum Montieren eines Batteriemoduls in einem Fahrzeug und, im Spezielleren, auf eine Rahmenstruktur, die eine Gewichtsreduzierung effektiv erreichen kann, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Auf dem Gebiet von elektrischen Fahrzeugen und Hybridfahrzeugen ist es notwendig, ein sekundäres Batteriemodul zu montieren, welches wiederholt aufgeladen und entladen werden kann. Als sekundäres Batteriemodul kann eine Nickel-Cadmium-Batteriezelle, eine Nickel-Hybridbatteriezelle, eine Lithium-Ionen-Batteriezelle oder Ähnliches verwendet werden.
Insbesondere ist es bei dem elektrischen Fahrzeug notwendig, das On-Board-Gewicht der sekundären Batteriezelle zu erhöhen, um so die Fahrtstrecke zu erhöhen.
Wenn jedoch das On-Board-Gewicht des Batteriemoduls erhöht wird, ist es notwendig, das Gewicht des Rahmens zum Montieren des Batteriemoduls im Fahrzeug zu reduzieren, da eine Berücksichtigung der Gewichtbalance wichtig wird, wenn der Rahmen in dem Fahrzeug montiert ist.
Die JP2008-226610 A offenbart eine Technologie zum Montieren einer Batteriezelle in einem Bodenpaneel, welches zwischen Längsträgern in einem Kofferraum angeordnet ist, aber es ist nicht relevant für eine Rahmenstruktur zum Montieren eines Batteriemoduls in einem Fahrzeug.
Gattungsgemäße Rahmenstrukturen sind aus der US 6 085 854 A und der US 5 501 289 A bekannt.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Rahmenstruktur zum Montieren eines Batteriemoduls in einem Fahrzeug bereitzustellen, wobei die Rahmenstruktur leichtgewichtig und exzellent in ihrer Stabilität ist.
Die Aufgabe wird durch eine Rahmenstruktur mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Eine Rahmenstruktur zum Montieren eines Batteriemoduls in einem Fahrzeug gemäß der Erfindung weist ein Paar aus einem linken und rechten Seitenrahmen, welche entlang Längsträgern des Fahrzeugs, welche sich in einer Vorne-Hinten-Richtung des Fahrzeugs auf beiden Seiten einer Breitenrichtung des Fahrzeugs erstrecken, befestigt sind, einen vorderen Rahmen, der zwischen den vorderen Endstücken des linken und rechten Seitenrahmens angebracht ist, einen hinteren Rahmen, der zwischen den hinteren Endstücken angebracht ist, einen Bodenrahmen, der zwischen dem vorderen Rahmen und dem hinteren Rahmen angebracht ist, einen vorderen Montagerahmen, der sich in der Breitenrichtung des Fahrzeugs erstreckt und die vordere Seite des Batteriemoduls an der vorderen Seite des Bodenrahmens fixiert trägt, und einen hinteren Montagerahmen, der sich in die Breitenrichtung des Fahrzeugs erstreckt und die hintere Seite des Batteriemoduls an der hinteren Seite trägt, auf.
Hier soll der Längsträger des Fahrzeugs ein Rahmenglied der Fahrzeugkarosserie bezeichnen.
In der vorliegenden Beschreibung wird die vordere Seite eines Fahrzeugs als „vordere Seite“ bezeichnet und die Breitenrichtung des Fahrzeugs wird als „Links- und Rechts-Richtung“ bezeichnet.
Hier sind der linke und rechte Seitenrahmen des Paares aus einem linken und rechten Seitenrahmen jeweils aus einem extrudierten Aluminiummaterial hergestellt und können einstückig mit einem Fixierbügelteil gebildet sein, welches an einem der Längsträger des Fahrzeugs befestigt ist und Bügelteile trägt, welche beide Endstücke des vorderen Rahmens und des hinteren Rahmens tragen und anbringen.
Auch der vordere Rahmen und der hintere Rahmen sind aus einem extrudierten Aluminiummaterial hergestellt und können einstückig mit Installationsbügeln gebildet sein, welche beide Endstücke des Bodenrahmens anbringen.
Die Rahmenstruktur gemäß der Erfindung verwendet eine Rahmenstruktur, bei welcher ein Paar aus einem linken und einem rechten Seitenrahmen, welches in einer Vorne-Hinten-Richtung des Fahrzeugs vorgesehen ist, an Längsträgern befestigt ist, welche Rahmenglieder der Karosserie sind und sich in der Vorne-Hinten-Richtung des Fahrzeugs links und rechts bezüglich einer Breitenrichtung des Fahrzeugs erstrecken, ein vorderer Rahmen, der sich in der Breitenrichtung des Fahrzeugs erstreckt, ist zwischen den vorderen Endstücken des linken und rechten Seitenrahmens in der Vorne-Hinten-Richtung befestigt, ein hinterer Rahmen, der sich in der Breitenrichtung des Fahrzeugs erstreckt, ist zwischen den hinteren Endstücken des linken und rechten Seitenrahmens befestigt, ein Bodenrahmen ist zwischen dem vorderen Rahmen und dem hinteren Rahmen in der Vorne-Hinten-Richtung befestigt, ein vorderer Montagerahmen, der sich in der Breitenrichtung des Fahrzeugs erstreckt, ist an der vorderen Seite des Bodenrahmens vorgesehen, und ein hinterer Montagerahmen, der sich in der Breitenrichtung des Fahrzeugs erstreckt, ist an der hinteren Seite des Bodenrahmens vorgesehen. Demgemäß wird die Last eines Batteriemoduls, das in dem Fahrzeug montiert ist, wie folgt übertragen.
Wenn das Batteriemodul fixiert getragen wird, um so eine Brücke zwischen dem vorderen Montagerahmen und dem hinteren Montagerahmen zu bilden, wird die Last des Batteriemoduls auf den Bodenrahmen übertragen, welcher den vorderen Montagerahmen und den hinteren Montagerahmen stützt.
Damit wird die Last des Batteriemoduls, die auf den Bodenrahmen übertragen wird, auf den vorderen Rahmen und den hintern Rahmen, welche den Bodenrahmen stützen, übertragen.
Weil der vordere Rahmen und der hintere Rahmen durch den linken und den rechten Seitenrahmen gestützt werden, wird die Last des Batteriemoduls auf jeden Konstituentenrahmen verteilt und somit wird das Gesamtgewicht durch die Längsträger des Fahrzeugs gestützt.
In dieser Weise wird die Last des Batteriemoduls, welche sogar mehrere Hundert Kilogramm betragen kann, auf jeden Rahmen und dann in einer verteilenden Weise auf die Längsträger des Fahrzeugs übertragen, wodurch es möglich wird, eine Rahmenstruktur zu erhalten, die exzellent in der Stabilität ist, während das Gewicht der Rahmenstruktur als Ganzes reduziert ist.
Bei der Rahmenstruktur gemäß der Erfindung können der Seitenrahmen, der vordere Rahmen und der hintere Rahmen aus einem extrudierten Aluminiummaterial hergestellt sein. Das extrudierte Aluminiummaterial bietet eine große Flexibilität in der Querschnittsform, ermöglicht, dass das Bügelteil, welches die Rahmen miteinander verbindet oder diese an dem Längsträger befestigt, einstückig mit dem Rahmenhauptkörper gebildet wird, und ist preiswert und zuverlässiger in der Verbindungsstärke verglichen mit Stumpfschweißen.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht, die von einer hinteren Seite gesehen wird und einen Zustand zeigt, in dem eine Rahmenstruktur gemäß der Erfindung an einem Längsträger eines Fahrzeugs befestigt ist;
2 ist eine perspektivische Ansicht, die von einer vorderen Seite gesehen wird und einen Zustand zeigt, in dem die Rahmenstruktur gemäß der Erfindung an den Längsträger des Fahrzeugs befestigt ist;
3 ist eine perspektivische Ansicht von der Rahmenstruktur allein;
4A ist eine Ansicht, die die Rahmenstruktur in einem Zustand zeigt, bei dem ein oberes Gestell entfernt ist;
4B ist eine vergrößerte Ansicht eines Ausschnitts A;
5 ist eine perspektivische Rückansicht, die von einer hinteren Seite eines unteren Gestells gesehen wird;
6A ist eine perspektivische Ansicht einer Rahmenstruktur, die von unten gesehen wird, und
6B ist eine vergrößerte Ansicht eines Ausschnitts B.

Bezugszeichenliste

1: Längsträger des Fahrzeugs
10: Rahmenstruktur
11: Seitenrahmen
11a: Befestigungsbügel
11c: Tragebügel
12: hinterer Rahmen
12a: hinterer Installationsbügel
12b: Verbindungsbügel
13: vorderer Rahmen
13c: vorderer Installationsbügel
14: longitudinaler Rahmen der hinteren Ecke
16: longitudinaler Rahmen der vorderen Ecke
18: Bodenrahmen
21: Seitenrahmen des oberen Gestells
22: hinterer Rahmen des oberen Gestells
23: vorderer Rahmen des oberen Gestells
31: hinterer Montagerahmen
32: vorderer Montagerahmen

BESTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
Ein Beispiel einer Rahmenstruktur zum Montieren eines Batteriemoduls in einem Fahrzeug gemäß der Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
Die 1 und 2 zeigen ein Beispiel des Montierens einer Rahmenstruktur gemäß der Erfindung in der Nähe eines hinteren Abschnitts (Kofferraum) eines Fahrzeugs.
Eine Rahmenstruktur 10 ist an die Längsträger 1, 1 des Fahrzeugs, die sich jeweils in einer Vorne-Hinten-Richtung des Fahrzeugs an beiden Seite in der Breitenrichtung des Fahrzeugs erstrecken, montiert.
1 ist eine perspektivische Ansicht, die von einer hinteren Seite des Fahrzeugs gesehen wird, wenn die Rahmenstruktur 10 in dem Fahrzeug montiert ist. Dem gegenüber ist 2 eine perspektivische Ansicht, die von einer vorderen Seite des Fahrzeugs gesehen wird.
3 ist eine Ansicht, die allein die Rahmenstruktur 10 zeigt.
Die 4A, 4B und 5 sind Ansichten, die die Rahmenstruktur 10 gemäß der Erfindung zeigen, von der ein oberer Gestellabschnitt zum Zwecke der Illustrierung entfernt worden ist.
Die Rahmenstruktur 10 weist Seitenrahmen 11, 11 auf, die an Längsträger 1, 1 des Fahrzeugs zu montieren sind.
Der Seitenrahmen 11 weist einen Befestigungsbügel 11a auf, der in einer Vorne-Hinten-Richtung entlang dem Längsträger 1 in der Vorne-Hinten-Richtung des Fahrzeugs zu montieren ist und welcher an den Längsträger 1 durch ein Montierloch 11b oder durch Ähnliches mit dem Befestigungsbügel montiert werden kann.
Ein vorderer Rahmen 13 ist an den vorderen Endstücken der Seitenrahmen 11 angebracht, um so eine Brücke zwischen dem linken und dem rechten Seitenrahmen zu formen.
Dem gegenüber ist ein hinterer Rahmen 12 an den hinteren Endstücken der Seitenrahmen 11 angebracht, um so eine Brücke zwischen dem linken und dem rechten Seitenrahmen zu formen.
Der Seitenrahmen, der vordere Rahmen und der hintere Rahmen sind aus einem extrudierten Aluminiummaterial hergestellt.
Zunächst wird eine Installationsverbindungsstruktur zwischen dem Seitenrahmen 11 und dem hinteren Rahmen 12 im Folgenden beschrieben.
Wie in einer vergrößerten Ansicht eines Ausschnitts A der 4B dargestellt, ist ein Tragebügel 11c vorgesehen, der einstückig mit dem Inneren des Seitenrahmens 11 durch Extrusion gebildet ist. Ein Verbindungsbügel 12b, der einstückig mit dem hinteren Rahmen 12 gebildet ist, ist wie gestapelt auf dem Tragebügel 11c getragen und sodann ist der Verbindungsbügel 12b an den Tragebügel 11c geschweißt.
Derweil werden die Eckstücke des Seitenrahmens 11 und des hinteren Rahmens 12 Seite an Seite mit den Schweißbügeln 14b, 14c, die einstückig mit einem longitudinalen Rahmen 14 einer hinteren Ecke gebildet sind, verschweißt.
Außerdem wird an den Eckstücken des Seitenrahmens 11 und des vorderen Rahmens 13 ein vorderer Installationsbügel 13c, welcher zu der Innenseite des vorderen Rahmens 13 hin hervorsteht, auf dem Tragebügel 11c des Seitenrahmens 11 getragen und die Verbindungen zwischen den Bügeln werden verschweißt, wie in einer perspektivischen Ansicht von 6A gezeigt, die von der Bodenseite der Rahmenstruktur 10 gesehen wird.
Der hintere Rahmen 12 weist einen hinteren Installationsbügel 12a auf, welcher zu der Innenseite, wie in 4A und 6A dargestellt, hervorsteht, und der vordere Rahmen 13 weist einen vorderen Installationsbügel 13c auf, welcher zu der Innenseite, wie in 6A gezeigt, hervorsteht. Eine Mehrzahl an Bodenrahmen 18 sind fest in der Vorne-Hinten-Richtung getragen, um so eine Brücke zwischen dem hinteren Installationsbügel 12a und dem vorderen Installationsbügel 13c zu bilden.
Auf den Bodenrahmen 18 ist ein vorderer Montagerahmen 32, der sich in der Breitenrichtung des Fahrzeugs erstreckt, an der vorderen Seite befestigt, und ein hinterer Montagerahmen 31, der sich in der Breitenrichtung des Fahrzeugs erstreckt, ist auf den Bodenrahmen 18 an der hinteren Seite befestigt.
Derweil können die beiden Endstücke des vorderen Montagerahmens 32 und des hinteren Montagerahmens 31 an den Tragebügeln 11c der Seitenrahmen 11 über Abstandshalter befestigt werden.
Ein Abstandshalter 31b ist in einem Beispiel aus 4A verwendet.
Ein longitudinaler Verstärkungsrahmen 15 ist bei Bedarf in dem hinteren Rahmen 12 vertikal angebracht.
Ein nicht dargestelltes Batteriemodul wird mit Befestigungsstiften 31a, 32a in einem Zustand, der in 4A gezeigt ist, fest getragen.
Ein oberes Gestell wird darauf montiert und somit ist das Batteriemodul in dem Fahrzeug installiert.
Das obere Gestell ist als ein Gestellkörper konstruiert, bei welchem ein linker und ein rechter Seitenrahmen 21 des oberen Gestells mit einem vorderen Rahmen 23 des oberen Gestells an dessen vorderer Seite verbunden sind und mit dem hinteren Rahmen 22 des oberen Gestells an dessen hinterer Seite verbunden sind, und, wenn nötig, sind Verstärkungsrahmen 24, 25 in der Vorne-Hinten- und der Breitenrichtung des Fahrzeugs verbunden und eine Kühleinrichtung und Ähnliches sind darauf getragen.
Der vordere Rahmen 23 des oberen Gestells ist bereits mit longitudinalen Rahmen 16 der vorderen Ecken und longitudinalen Verstärkungsrahmen 17 verbunden worden. Der hintere Rahmen 22 des oberen Gestells wird über Bolzen an die oberen Teile der longitudinalen Rahmen 14 der hinteren Ecken und der Verstärkungsrahmen 15 befestigt. Die unteren Enden der longitudinalen Rahmen 16 der vorderen Ecken und der longitudinalen Verstärkungsrahmen 17 sind in einer unteren Richtung von dem mit diesen verbundenen vorderen Rahmen 23 des oberen Gestells an den Verbindungsbügeln 13a des vorderen Rahmens 13 über Bolzen oder Ähnlichem unter Verwendung von Montagelöchern 13b befestigt.
Ein Beispiel eines Verfahrens zum Verbinden des vorderen Rahmens 23 des oberen Gestells an den Seitenrahmen 21 des oberen Gestells ist in einer vergrößerten Ansicht eines Ausschnitts B von 6B dargestellt.
Der vordere Rahmen 23 des oberen Gestells ist aus einem extrudierten Aluminiummaterial hergestellt und in einer Weise geschweißt, dass das Endstück des Seitenrahmens 21 des oberen Gestells zwischen einem oberen und einem unteren Schweißbügel 23b, die mit dem vorderen Rahmen 23 des oberen Gestells einstückig gebildet sind, eingeschlossen ist.
In gleicher Weise sind der vordere Rahmen 23 des oberen Gestells und der longitudinale Rahmen 16 der vorderen Ecke durch Schweißen in so einer Weise miteinander verbunden, dass das Endstück des longitudinalen Rahmens 16 der vorderen Ecke zwischen einem linken und einem rechten Schweißbügel 23a, die an dem vorderen Rahmen 23 des oberen Gestells gebildet sind, eingeschlossen ist.
In dieser Weise ist die Verbindungsstärke des Eckverbindungsstücks erhöht.
Außerdem sind, wie in 6A dargestellt, der obere und der untere Schweißbügel 22a an dem hinteren Rahmen 22 des oberen Gestells gebildet und das Endstück des Seitenrahmens 21 des oberen Gestells ist durch Schweißen in so einer Weise verbunden, dass es zwischen diesen eingeschlossen ist.
Die Erfindung kann dazu verwendet werden, eine schwere Last, wie beispielsweise ein Batteriemodul, in einem Fahrzeug jeglicher Art zu montieren.

Claims

Rahmenstruktur zum Montieren eines Batteriemoduls in einem Fahrzeug mit: - einem Paar aus einem linken und rechten Seitenrahmen (11), die entlang Längsträgern (1) des Fahrzeugs, welche sich in einer Vorne-Hinten-Richtung des Fahrzeugs auf beiden Seiten in einer Breitenrichtung des Fahrzeugs erstrecken, befestigt sind, - einem vorderen Rahmen (13), der zwischen vorderen Endstücken des linken und des rechten Seitenrahmens (11) befestigt ist, - einem hinteren Rahmen (12), der zwischen hinteren Endstücken des linken und rechten Seitenrahmens (11) befestigt ist, - einem Bodenrahmen (18), der zwischen dem vorderen Rahmen (13) und dem hinteren Rahmen (12) befestigt ist, wobei: - ein vorderer Montagerahmen (32) vorgesehen ist, der sich in der Breitenrichtung des Fahrzeugs erstreckt und eine vordere Seite des Batteriemoduls auf einer vorderen Seite des Bodenrahmens (18) fest trägt, - ein hinterer Montagerahmen (31) vorgesehen ist, der sich in der Breitenrichtung des Fahrzeugs erstreckt und eine hintere Seite des Batteriemoduls auf einer hinteren Seite trägt, - der linke und rechte Seitenrahmen (11) jeweils aus einem extrudierten Aluminiummaterial hergestellt sind und einstückig mit einem Tragebügel (11c) und einem Befestigungsbügel (11a) gebildet sind, welches an einen der Längsträger (1) des Fahrzeugs befestigt ist, und - beide Endstücke des hinteren Rahmens (12) auf den Tragebügeln (11c) des Paares von linken und rechten Seitenrahmen (11) gelagert und befestigt sind, wobei eine Brücke zwischen den hinteren Endstücken des linken und rechten Seitenrahmens (11) gebildet ist.
Rahmenstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vordere Rahmen (13) und der hintere Rahmen (12) aus einem extrudierten Aluminiummaterial hergestellt sind und einstückig mit Installationsbügeln (12a, 13c) gebildet sind, auf welchen beide Endstücke des Bodenrahmens (18) auf den Installationsbügeln (12a, 13c) des vorderen und hinteren Rahmens (12, 13) gelagert und befestigt sind, wobei eine Brücke zwischen dem vorderen und hinteren Rahmen (12, 13) gebildet ist.
Rahmenstruktur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin vorgesehen sind: - ein vorderer Rahmen (23) des oberen Gestells; - ein hinterer Rahmen (22) des oberen Gestells; - ein Paar von linken und rechten Seitenrahmen (21) des oberen Gestells, welche an einem Ende des vorderen Rahmens (23) des oberen Gestells verbunden sind und an ein gegenüberliegendes Ende mit dem hinteren Rahmen (22) des oberen Gestells verbunden sind; - ein longitudinaler Rahmen (16) der vorderen Ecken, welche den vorderen Rahmen (13) und den vorderen Rahmen (23) des oberen Gestells verbinden; und - einen longitudinalen Rahmen (14) der hinteren Ecken, welche den hinteren Rahmen (12) mit dem hinteren Rahmen (22) des oberen Gestells verbinden.
Rahmenstruktur nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass weiter vorgesehen sind: - vordere Schweißbügel (23b), welche an einer Oberseite und einer Unterseite des vorderen Rahmens (23) des oberen Gestells gebildet sind, wobei sich diese gegenüberliegen; und - hintere Schweißbügel (22a), welche an einer Oberseite und einer Unterseite des hinteren Rahmens (22) des oberen Gestells gebildet sind, wobei sich diese gegenüberliegen; - wobei ein Ende jedes Paares von linken und rechten Seitenrahmen (21) des oberen Gestells zwischen den vorderen Schweißbügeln (23b) angeordnet sind, und - die gegenüberliegenden Enden von jedem Paar von linken und rechten Seitenrahmen (21) des zwischen den oberen Gestells hinteren Schweißbügeln (22a) angeordnet sind.