JP6053629B2

JP6053629B2 - 電池モジュール搭載用構造体

Info

Publication number: JP6053629B2
Application number: JP2013154712A
Authority: JP
Inventors: 稔赤井; 川口　聡; 聡川口; 浩之初見; 耕介木戸; 秋弘小崎; 武徳小林
Original assignee: Aisin Keikinzoku Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Aisin Keikinzoku Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-07-25
Filing date: 2013-07-25
Publication date: 2016-12-27
Anticipated expiration: 2033-07-25
Also published as: JP2015026488A

Description

本発明は電池モジュールを車両に搭載するとともに、この電池モジュールを保護する構造体に関する。

電気自動車，ハイブリッド自動車，プラグインハイブリッド自動車等の分野においては、走行用の駆動源として、あるいは内燃機関と組み合せた駆動源として電池モジュールが搭載されている。
これらの電池モジュールとしては、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各種電池が採用されている。
また、これらの電池モジュールに加わる外部入力を吸収しつつ、電池モジュールを車両に搭載するためのフレーム構造体が、電池モジュールの周囲に設けられる。
特許文献１には電池モジュールのフレーム構造体が開示されており、同公報に開示されているフレーム構造体は、外部入力をフレーム構造体全体で受けつつ、その外部入力を車両側に伝達させんとしたものである。

特開２０１１−９１７８号公報

車両の燃費向上の観点からは、フレーム構造体に対して軽量化が要求されている。
その一方で、電池モジュールを外部入力から保護する必要もある。
本発明は、軽量で外部入力の吸収性に優れた構造からなる電池モジュール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、車両に電池モジュールを搭載するための構造体であって、ロア部材と、当該ロア部材の上方に配置したアッパ部材との車両前後方向両端部を側面部材でそれぞれ連結することで内部に電池モジュールの搭載空間を形成してあり、少なくとも一方の側面部材は、当該側面部材の上部に沿って車両の幅方向に中空部を形成した上部中空部と、当該上部中空部と連結されその下側に位置する側面中空部とを有し、側面中空部は車両の幅方向に所定の間隔を隔てて上下方向の補強部を有することを特徴とする。
ここで電池モジュールとは、広義の二次電池の集合体をいい、構造や形状に制限がない。
現在、一般的な電池モジュールは、複数の単セルを積層したものが多い。
ロア部材は、電池モジュールを載置した構造体を車両側に取り付けるためのものであり、フレーム構造でもパネル構造でもよく、その構造に制限はない。
アッパ部材は、電池モジュールを上部から保護するためのものである。
本発明において側面部材とは、ロア部材とアッパ部材との間を連結し、電池モジュールを側面から保護するための部材をいう。

本発明は、側面部材に外部から加わる外部入力をこの側面部材の変形によりエネルギーを吸収し、電池モジュールを保護するのが目的である。
本発明における側面部材の上部中空部は、アッパ部材の端部に沿って配置される車両の幅方向に延在する中空部をいい、側面中空部とはロア部材とアッパ部材との間であって、上部中空部の下側に配置された中空部をいう。
また、上下方向の補強部とは、側面中空部が撓み変形する際の剛性向上を目的としたものであって、上下方向のリブ，上下方向の突条部，上下方向の溝部を形成する等、その手段に制限はない。
例えば、補強部は、側面中空部を上下方向のビード状につぶし形成してもよい。

本発明において、アッパ部材は車両前後方向に延在するパネル体であり、前記側面部材の上部中空部は上下に略平行で車両の幅方向に延在する一対のフランジ部を有し、当該一対のフランジ部の間に前記アッパ部材の端部を挿入及び連結してあってもよい。

車両に外部入力が加わると、電池モジュールを内側に収容した構造体にも外部入力が加わる。
本発明に係る構造体にあっては、側面部材が車両の幅方向に沿って中空部を形成した上部中空部と、この上部中空部の下側に連結された側面中空部を有しているとともに、側面中空部には車両の幅方向に所定の間隔を隔てて上下方向の補強部を有するので、外部入力に対して次のような作用効果を有する。
第１に局部的な入力モードに対しては、中空断面部が局部的に凹み変形することでエネルギーを吸収する。
第２に水平方向に撓み変形する入力モード（ｆ_１）に対しては、例えば図４（ａ）に構造体を上から見た平面図に示すように、側面部材（フロント部材）が車両幅方向の中央部が後退するように撓み変形する。
このような入力モード（ｆ_１）が側面部材に加わると、上部中空部が車両の幅方向に延在する中空断面になっているので、強い剛性を確保しながらその水平方向弓状の撓みによりエネルギーを吸収する。
第３に垂直方向（上下方向）に撓み変形する入力モード（ｆ_２）に対しては、例えば図４（ｂ）に変形した側面部材の車両幅方向中央部の断面図で示すように、側面部材の側面中空部の上下方向中央部が後退するように撓み変形する。
この場合に側面中空部には、所定の間隔を隔てて上下方向の補強部を有しているので、強い剛性を確保しながら上下方向の中央部が後退する側面中空部の撓み変形により、エネルギーを吸収する。
このように本発明における構造体にあっては、側面部材が水平方向の撓み入力モードと垂直方向（上下方向）の撓み入力モードとを総合的にエネルギー吸収するので、側面部材の肉厚を薄くすることができ、全体として軽量化を図ることができる。

本発明に係る構造体の斜視図を示し、（ａ）は車両に取り付けた構造体の車両前後方向フロント側から見た状態、（ｂ）はリア側から見た状態を示す。（ａ）は構造体の平面視とその正面視及び背面視を示し、（ｂ）は側面視を示す。（ａ）はＡ−Ａ線断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ線部分断面図を示す。変形モードを模式的に示し、（ａ）は水平方向の撓み変形、（ｂ）は上下方向（垂直方向）の撓み変形を示す。

本発明に係る構造体の側面部材は、主に、この構造体を車両に取り付けた状態で車両の前後方向フロント側の側面、リア側の側面のいずれかあるいはその両方に設けることができるが、本実施例はフロント側に設けた例で説明する。

構造体１０は、図１〜３に示すようにロア部材とアッパ部材との前後の端部を第１側面部材１１と、第２側面部材１３を介して連結した箱形の構造体になっている。
本実施例は、第１側面部材としてのフロント部材１１に本発明に係る側面部材を適用した例を示す。

図２（ｂ）及び図３に示すように、フロント部材１１はアッパパネル体（アッパ部材）１６のフロント側の端部に沿って水平車両幅方向に形成した上部中空部１１ａと、この下側にやや斜めに形成した連結部１１ｃを介して側面中空部１１ｂを有する。
側面中空部１１ｂは、図１（ａ），図３（ｂ）に示すように車両の幅方向に所定の間隔を隔てて上下方向につぶし加工した補強部１１ｅを有する。
本実施例では、側面中空部１１ｂの表側の側壁と裏側の側壁とが相互に重なり、かつ、内側に凹んだ溝部が形成されるようにビード状につぶし加工した例になっている。
側面中空部１１ｂの下側はフランジ部１１ｄを形成し、ロア部材を構成するロアフレーム１２とリベット、ビス等の締結部材１１ｆで締結してある。
パネル状のロアパネル体１５のフロント側の端部は、ロアフレーム１２に設けた上下に平行で車両幅方向に延在するフランジ部１１２ａ，１１２ａで挟み込むように連結してあり、ロアパネル体１５のリア側の端部はリア部材１３の下部側に形成したロア中空部１３ｂとそのフロント側に形成した一対のとフランジ部１１３ｂ，１１３ｂで連結してある。
リア部材１３は、下部のロア中空部１３ｂと上部のアッパ中空部１３ａとを板状の連結部１３ｃにて連結した例になっているが、この構造に限定されない。
ロアフレーム１２は、ロアパネル体１５のフロント側の端部に沿って配置した中空部１２ａと車両側に固定するためのフランジ部１２ｂを有し、中空部１２ａとフロント部材１１のフランジ部１１ｄと締結し、フランジ部１２ｂには車両との取付孔１２ｃを有する。
また、ロアパネル体１５の車両幅方向両側の側部に車両との連結フランジ部１５ａを有し、この連結フランジ部１５ａに連結孔１５ｂを有する。

アッパ部材は、パネル状のアッパパネル体１６とそのリア側の端部に沿ってフランジ部１１４ａ，１１４ａで溶接連結したアッパフレーム１４を有する。
アッパフレーム１４は、車両幅方向に延在する中空部１４ａとその後側に連結フランジ部１４ｂを有し、この連結フランジ部１４ｂとリア部材１３のアッパ中空部１３ａとをボルト１４ｃにて連結してある。
アッパパネル体１６のフロント側の端部は、図３（ａ）に示すように上部中空部１１ａの後方に形成した上下に略平行で車両方向に延在配置された一対のフランジ部１１１ａ，１１１ａの間に挿入及び連結されている。
このような箱形の構造体１０の内部に電池モジュール１が取り付けられている。

これにより、例えば図４（ａ）に示す水平方向に撓み変形する入力ｆ_１，図４（ｂ）に示す上下方向に撓み変形する入力ｆ_２及びこれらが複合的に入力される変形モードを効果的に吸収する。

１電池モジュール
１０構造体
１１フロント部材（第１側面部材）
１１ａ上部中空部
１１ｂ側面中空部
１１ｃ連結部
１１ｅ補強部
１２ロアフレーム
１３リア部材（第２側面部材）
１４アッパフレーム
１５ロアパネル体
１６アッパパネル体

Claims

車両に電池モジュールを搭載するための構造体であって、
ロア部材と、当該ロア部材の上方に配置したアッパ部材との車両前後方向両端部を側面部材でそれぞれ連結することで内部に電池モジュールの搭載空間を形成してあり、
少なくとも一方の側面部材は、当該側面部材の上部に沿って車両の幅方向に中空部を形成した上部中空部と、当該上部中空部と連結されその下側に位置する側面中空部とを有し、
前記側面中空部は車両の幅方向に所定の間隔を隔てて当該側面中空部を形成する側壁が中空部内側方向に凹んだ上下方向の溝部からなる補強部を有し、
前記アッパ部材は車両前後方向に延在するパネル体であり、前記側面部材の上部中空部は上下に略平行な一対のフランジ部を有し、当該一対のフランジ部の間に前記アッパ部材の端部を挿入及び連結してあることを特徴とする電池モジュール搭載用構造体。