JP6053618B2 - 車両用の支持構造体 - Google Patents

Description

本発明は、電池モジュール，組電池等の比較的重量のある重量物を車両に搭載するのに用いる支持構造体に関する。

電気自動車，ハイブリッド自動車等、駆動源として電池を用いる車両においては、これらの重量物を効率良く搭載する必要がある。
近年、要求される走行距離の延長化に応えるべく、電池モジュール，組電池等のバッテリーの搭載数が増大し、さらなる搭載スペースの省スペース化とともに車両衝突時の安全性確保が重要となる。

特許文献１は、同公報図１４，１５に電池モジュールを２段積みにする例を示し、１段目の電池モジュールをボルト固定し、カラーガイドにカラーを差し込み、下蓋突起と上蓋窪みでカラーを位置決めした上でカラーの丸穴に長ボルトを差し込んで２段目の電池モジュールを固定したものである。
このようなカラーガイド及びカラーを用いた構造では、このカラーガイドを設けた分だけ電池モジュールの搭載スペースが減少する。
また、組立て工数も多く、組立作業が複雑である。
特許文献２は、バッテリーをオフセットさせながら段積みするバッテリー収納装置を開示する。
しかし、オフセットさせるスペースが必要であり、オフセットできるだけのバッテリー自体の強度確保が必要となる。

特許第４７８３１３７号公報 特開２０００−２５５２７６号公報

本発明は、車両に電池モジュール等の重量物を搭載する支持強度が高く、省スペース化を図るのに有効で車両衝突安全性に優れる車両用の支持構造体の提供を目的とする。

本発明に係る支持構造体は、車両に電池モジュール等の重量物を搭載するための支持構造体であって、搭載部を、重量物の側部又は端部を支える左右のサイドフレームと、当該サイドフレームを連結したフロアパネルで形成し、前記サイドフレームとフロアパネルとの連結部の、前後方向両方の端面部間に嵌合したクロスパネルを有することを特徴とする。
ここで電池モジュール等と表現したのは、重量物の対象として電池モジュールに限定しない趣旨である。
電気自動車やハイブリッド自動車の駆動電源には、充放電が可能な二次電池が使用され、近年燃料電池等も検討されている。
二次電池には、ニッケル−水素電池のように単セル電池を複数積層した電池モジュールタイプがあり、リチウムイオン電池のような円筒型単電池を複数連結した組電池タイプがある。
本明細書において重量物とは、現在使用されているタイプのバッテリー及び今後開発されるバッテリーの全てが含まれる。
また、本明細書にて左右方向とは、便宜上、対向配置した両側のサイドフレームの位置関係をいい、各サイドフレームのフレーム延在方向を前後方向と表現する。
よって、支持構造体の左右方向とは車両に支持構造体を固定する左右前後方向とは直接関係がない。
本発明においてサイドフレームとは、搭載部に搭載した重量部の側部又は端部を横方向から支えるためのフレーム体をいう。
電池モジュールを一段載置してもよいが、例えば電池モジュールを一段目に１つ又は複数個を並べて載置し、その上に二段目以降の電池モジュールや制御機器類等を段積みした際にそれらの段積みした重量物を側面からサイドフレームが支えることをいう。

本発明において、サイドフレームは内側に突設した連設部を有し、前記連設部にフロアパネルとの連結部を有し、前記クロスパネルの左右方向端部がサイドフレームの内側に当接しているようにしてもよい。
このようにすると、クロスパネルの端部にてサイドフレームの倒れ込みを抑える方向に作用する。

本発明において、サイドフレームは内側に突出したフランジ部を有し、前記クロスパネルの端部下面を前記フランジ部に載置してあってもよい。
このようにすると、クロスパネルの端部がサイドフレームの内側に当接しているだけでなく、クロスパネルの端部をフランジ部が下から支えるので、さらにサイドフレームの倒れ込み強度が向上するとともに搭載物の重量が両側のサイドフレームに伝達支持される。

本発明において、サイドフレームは上下方向に複数の中空部を有してもよい。
このようにサイドフレームを中空断面形状にすると、サイドフレームの剛性が向上する。

本発明において、フロアパネル及びクロスパネルのうち一方又は両方が中空部を有していてもよい。
このようにすると、重量物の搭載部の垂直方向の荷重に対する剛性向上を図ることができるとともに、この中空部を介して電池モジュール等を冷却するための冷風供給手段を設けることが可能になる。

本発明に係る支持構造体は、左右のサイドフレームとフロアパネルの連結部を両側端部から支えるようにクロスパネルを嵌合したので、両側のサイドフレームとフロアパネルとの連結部をクロスパネルで一体化できる。
これにより、重量物の搭載荷重がサイドフレームに伝達され、最終的にはサイドフレームを車両に固定した固定部を経由して車体側に荷重が伝達されるので、支持構造体の軽量化を図ることができる。
また、車両が前後衝突した場合や左右側突した場合に衝突荷重が支持構造体を形成する各パネル体に分散し、電池モジュール等の保護効果が高い。

（ａ）は本発明に係る支持構造体の斜視図を示し、（ｂ）はＡ−Ａ線断面端面図、（ｃ）はＢ−Ｂ線断面端面図を示す。 （ａ）はサイドフレームとフロアパネルとの連結構造例を示し、（ｂ）はクロスパネルの構造例、（ｃ）は組立例を示す。 （ａ）はサイドフレーム、フロアパネルの第２の実施例を示し、（ｂ）はクロスパネルの第２の実施例、（ｃ）は組立後を示す。 第３の実施例を示す。

本発明に係る支持構造体１０の例を以下図面に基づいて説明するが、本発明はこれに限定されない。
図２に示した構造体の組立例を参照しながら図１に基づいて構造例を説明する。
図１に示した実施例は、図１にフロント方向をＦＲ，上方をＵＰＲ，左側をＬＨと示すように支持構造体１０を車両の前後方向に沿ってサイドフレームを車体に固定した例で説明する。
支持構造体１０は、左右のサイドフレーム１１，１２の内側をフロアパネル１３にて連結し、この連結部の前後方向の端面部間を下から包み込むようにクロスパネル２０を嵌合したことで左右のサイドフレーム１１，１２、フロアパネル１３及びクロスパネル２０が一体化されている。
以下、その具体的な構造例を説明する。
図２（ａ）に示すように右側のサイドフレーム１１は、上下方向に複数の中空部１１ａを有する支柱部１１Ａの下部よりの内壁から内側方向に突設した連設部１１ｂを有し、この連設部１１ｂも中空部１１ｃを有する中空断面形状になっていて、内側端部に連結凹部１１ｄを有する。
また、サイドフレーム１１の下端部から内側に向けて突出したフランジ部１１ｅを有する。
左側のサイドフレーム１２は、上下方向に複数の中空部１２ａを有する支柱部１２Ａの下部よりの内壁から内側方向に突設した連設部１２ｂを有し、この連設部１２ｂも中空部１２ｃを有する中空断面形状になっていて、内側端部に連結凸部１２ｄを有する。
左右のサイドフレーム１２，１１は、内側に突設した連設部１２ｂ，１１ｂをフロアパネル１３にて連結してある。
フロアパネル１３は一枚以上であれば枚数に制限がなく、本実施例では１２Ａ，１２Ｂ，１３Ｃの３枚のフロア部材を左右方向に連結した例になっている。
各フロア部材は左右方向の一端に凸部１４ａ，他端に凹部１４ｂを有し、それらが凹凸嵌合する構造例になっている。
本実施例では、サイドフレーム１１，１２及びフロアパネル１３を構成するフロア部材１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃのいずれもがアルミニウム合金の押出形材で製作されている。

クロスパネル２０は、中空部２１を前後横方向に複数有するベース部２０Ａの前後方向の端部からそれぞれ上方に側辺を立設した側壁部２２と側壁部２２の上端から内側に折り曲げた上辺部２２ａを形成してある。

サイドフレーム１１，１２の連設部１１ｂ，１２ｂの前後方向の長さとフロア部材１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃの前後方向の長さは、クロスパネル２０の前後方向の両側壁部２２の内側の幅寸法と概ね同じになっている。
また、サイドフレーム１１，１２の連設部１１ｂ，１２ｂの上下方向の厚みとフロア部材１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃの上下方向の厚みは、クロスパネル２０のベース部２０Ａの上面と上辺部２２ａの下面との間の深さと概ね同じになっている。
図２（ｃ）に示すように左右のサイドフレームのうち、例えば一方のサイドフレーム１１の連設部１１ｂにフロア部材１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃを順次凹凸嵌合連結した後に又は順次凹凸嵌合連結しつつ、クロスパネル２０のベース部２０Ａと上辺部２２ａとの間に差し込み、他方のサイドフレーム１２の連設部１２ｂを差し込み連結連結する。
これにより、クロスパネル２０の両側の端部２３はそれぞれサイドフレーム１１の内側１１ｆ，サイドフレーム１２の内側１２ｆに当接するとともに、端部２３の下面がサイドフレーム１１，１２のフランジ部１１ｅ，１２ｅの上面に載置された状態になる。

図１，２に示した実施例では、クロスパネル２０の前側（フロント側）の側壁部２３は、上辺部２２ａのみ一部切り欠き、後側（リア側）の側壁部２３は、フロアパネル１３の中空部１４に連通孔が形成されるように切欠部２２ｂを形成し、フロア部材１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃの上面に送風孔１５を形成してある。
これにより、図１（ｂ），（ｃ）に示すように切欠部２２ｂから冷風を送り込むと、フロアパネル１３の反対側の端部は側壁部２２で塞がれているので、フロアパネル１３に形成してある送風孔１５から冷風が重量物の搭載部に向けて供給される。
このように中空部を用いることで搭載部への冷風供給手段を容易に設けることができる。
本実施例では、クロスパネル２０もアルミニウム合金の押出形材で製作される。

本発明に係る支持構造体１０は、図３に示すように送風孔１５や側壁部に切欠部２２ｂを有しないものも含まれ、図４に示すようにクロスパネル２０の上辺部２２ａを部分的に切欠した切欠部２２ｃを有するもの等も含まれる。
また、上辺部２２ａがないものでもよい。

本発明に係る支持構造体１０は、左右のサイドフレーム１１，１２とフロアパネル１３を連結し、内側に断面コ字形状の電池モジュール等の搭載部を形成したことにより、この搭載部に電池モジュール等を搭載する際に電池モジュールの長手方向をサイドフレームに沿って載置する場合には、電池モジュールの両側の側部を左右の支柱部１１Ａ，１２Ａで支えることになり、電池モジュールの長手方向を左右方向に載置する場合には、電池モジュールの両側の端部を左右の支柱部１１Ａ，１２Ａで支えることになり、電池モジュールを二段以上に段積みすることができる。
なお、電池モジュールを段積みする場合に各段に複数の電池モジュールを並列に載置してもよい。
サイドフレーム１１，１２の間を複数のフロア部材１３Ａ〜１３Ｃで連結するとともにクロスパネル２０にて連結部を包み込むように一体化したので、前後方向の衝突荷重に対しては、荷重が各パネル部材に分散される。
また、側突に対しては、左右方向の衝突荷重に対する支柱部１１Ａ，１２Ａの倒れ込みがクロスパネル２０により抑えられる。

１０ 支持構造体
１１ サイドフレーム
１１Ａ 支柱部
１１ａ 中空部
１１ｂ 連設部
１１ｅ フランジ部
１２ サイドフレーム
１２Ａ 支柱部
１２ａ 中空部
１２ｂ 連設部
１２ｅ フランジ部
１２ｆ 内側
１３ フロアパネル
１４ 中空部
１５ 送風孔
２０ クロスパネル
２１ 中空部
２２ 側壁部
２２ａ 上辺部
２２ｂ 切欠部
２３ 端部

Claims (5)

1. 車両に電池モジュール等の重量物を搭載するための支持構造体であって、
   搭載部を、重量物の側部又は端部を支える左右のサイドフレームと、当該サイドフレームを連結したフロアパネルで形成し、
   前記サイドフレームとフロアパネルとの連結部の、前後方向両方の端面部間に嵌合したクロスパネルを有し、
   前記サイドフレームは内側に突設した連設部を有し、前記連設部にフロアパネルとの連結部を有し、前記クロスパネルの左右方向端部がサイドフレームの内側に当接していることを特徴とする支持構造体。
2. 前記サイドフレームは内側に突出したフランジ部を有し、前記クロスパネルの端部下面を前記フランジ部に載置したことを特徴とする請求項１記載の支持構造体。
3. 前記サイドフレームは上下方向に複数の中空部を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の支持構造体。
4. 前記フロアパネル及び前記クロスパネルのうち一方又は両方が中空部を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の支持構造体。
5. 前記フロアパネル及び前記クロスパネルのうち一方又は両方に形成した中空部を介して冷風供給手段を形成したことを特徴とする請求項４記載の支持構造体。

Images