JP6526961B2 - バッテリー搭載フレーム構造体 - Google Patents

Description

本発明は電気自動車、ハイブリッド自動車等の車両に電池モジュール等のバッテリーを搭載するためのフレーム構造体に関する。

電気自動車、ハイブリット自動車等の電池（バッテリー）を駆動源に用いる車両においては、走行可能距離の長距離化が要求され、搭載バッテリーの大型化が進んでいる。
この場合に外部からの衝撃等からバッテリーを保護するために、各種フレーム構造体が提案されている。
例えば特許文献１には、サイドフレームメンバーとクロスメンバーとをＴ字型に溶接連結したフレーム構造を示し、このサイドフレームメンバーにカラー部材を溶接し、このカラー部材にボルトを挿通し、車体側ブラケットに取り付けるものを開示する。
しかし、このようなフレーム構造にあってはサイドフレームメンバーに直交する荷重はＴ字連結したクロスメンバーにて支えることができても、クロスメンバーに直交する方向の荷重に対しては溶接部に剪断荷重が加わり、この部分で破断する恐れが高い。
また、フレームは溶接したカラー部材を介して車両に締結しているため、カラー部材及びその溶接強度が充分でないとバッテリーを保持することができない。
そこで車両の悪路走行時等、大きな振動がフレームに付加されても耐えられるように設計しなければならず、重量が重くなったり溶接工数が大きくなる問題があった。

特開２０１２−７１７６４号公報

本発明は、軽量でバッテリー保護効果が高いバッテリー搭載フレーム構造体の提供を目的とする。

本発明は、一対の中空断面形状からなる第１及び第２縦フレームと、当該第１及び第２縦フレームの両端部にそれぞれコーナーブラケットを介して連結した一対の中空断面形状からなる第１及び第２横フレームとを備え、前記コーナーブラケットは前記縦フレーム及び横フレームの中空部に挿入される挿入部と、車体への取付部とを有することを特徴とする。
ここで、縦フレーム，横フレームと表現したのは便宜上であり、本発明に係るフレーム構造体を車体に取付固定した場合に、例えば車両の前後方向に沿って縦フレームを配置した場合に車幅方向に横フレームを配置する等、相対的な位置関係を示したものであり、車両への取付方向に制限がない。
このようにコーナーブラケットに縦フレームの中空部への挿入部と横フレームの中空部への挿入部を形成したことにより、例えば縦フレームの外側から荷重を受けるとコーナーブラケットを介して、横フレームの中空断面に沿って荷重が伝幡し、横フレームの外側から荷重を受けるとコーナーブラケットを介して縦フレームの中空断面に沿って荷重が伝幡する。
よって、どのような方向からの衝撃荷重に対してもフレーム全体に衝撃力が分散する。
また、各コーナーブラケットの取付部にて車体に連結されているので、車体全体に荷重が分散する。

本発明においては、さらに縦フレームと横フレームとは端面に相互の斜め突合せ部を有し、前記コーナーブラケットは前記斜め突合せ部の間に差し込んだ差込み部を有するようにしてもよい。
このように、コーナーブラケットに縦フレーム及び横フレームの中空部への挿入部と、部分的に形成したフレームの突合せ部への差込み部の両方に入力荷重を受けるので、縦フレームと横フレームとの間での荷重分散が向上する。
特に縦フレーム又は横フレームの内側方向の変形力に対して、コーナーブラケットの差込み部がその変形力に対向するように作用する。

本発明において、さらにコーナーブラケットの取付部は前記縦フレーム及び横フレーム外形延長線の内側に位置しているようにしてもよい。
このようにすると、フレーム構造体に加わる荷重が取付部を介して車体へと伝播する。

本発明においては、コーナーブラケットは、前記縦フレーム及び横フレームの外側の側面に延在するフランジ部を有するようにしてもよい。
このようにすると、コーナーブラケットのフランジ部で縦フレーム及び横フレームを抱え込むように連結できるので、さらに連結強度が向上する。

本発明においては、バッテリー搭載量によりフレーム構造体の内側に補助フレームを連結してもよい。
この場合に、縦フレーム間又は横フレーム間に直接的に補助フレームを連結してもよいが、補助フレームも中空断面形状にし、一対の縦フレーム間又は一対の横フレーム間の間を連結した中空断面形状の補助フレームを有し、前記縦又は横フレームと補助フレームとを中間ブラケットにて連結してあり、前記中間ブラケットは前記縦又は横フレーム及び補助フレームの中空部への挿入部又は／及び外側の側面に延在するフランジ部を有するようにしてもよい。

本発明において中空断面形状の縦フレーム及び横フレームは、アルミニウム合金の押出形材として容易に製作することができる。
中空断面形状に制限はなく、略口字型断面形状や略日字型断面形状等が例として挙げられる。

本発明においては、縦フレームと横フレームとをコーナーブラケットで連結した枠形状のフレーム構造体にするとともに、コーナーブラケットで車体に連結固定したので、車両の前後及び側面方向のいずれからの荷重に対してもコーナーブラケットを介してフレーム構造体全体に荷重が伝播，分散するので、搭載したバッテリーの保護効果が高い。
また、このコーナーブラケットにて車体に連結固定したので、ブラケットによる車体への連結強度が高くなり、車体全体にて衝撃荷重や振動を受けることになり、フレーム構造体の軽量化が可能である。

また、コーナーブラケットにフレームの中空部への挿入部が設けられているので、この部分でコーナーブラケットとフレームとが上下方向に重なって（ラップ）いるので、バッテリーの荷重をブラケットを介して車体で受けることになる。
これにより、振動に対しても保護効果が高い。

本発明に係るバッテリー搭載フレーム構造体の例を示す。（ａ）は全体斜視図、（ｂ）はコーナーブラケット付近の部分斜視図を示す。 （ａ）はフレーム構造体のコーナー部の部分平面図を示し、（ｂ）はその側面図を示す。 （ａ）はフレーム構造体の平面図、（ｂ）は側面図を示す。 （ａ）はＡ−Ａ線断面端面図、（ｂ）はＢ−Ｂ線断面端面図、（ｃ）はＣ−Ｃ線断面端面図を示す。 本発明に係るバッテリー搭載フレーム構造体に電池モジュールを搭載した状態を模式的に示す。 バッテリー搭載フレーム構造体の第２の実施例を示す。（ａ）は全体斜視図、（ｂ）は中間ブラケット付近の部分斜視図を示す。 中間ブラケットによる連結部分を示し（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図を示す。 中間ブラケット部分の断面端面図を示す。 バッテリー搭載フレーム構造体の第３の実施例を示す。（ａ）はコーナー部の部分側面図、（ｂ）はそのＤ−Ｄ線断面図を示す。 バッテリー搭載フレーム構造体の第４の実施例を示す。（ａ）は斜視図、（ｂ）はコーナー部拡大図を示す。 実施例４の平面図を示す。 第５の実施例を示す。

本発明に係るバッテリー搭載フレーム構造体１０（以下、単にフレーム構造体と称する。）の構造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１（ａ）に全体図を模式的に示し、図１（ｂ）にコーナーブラケット付近を示す。
中空断面形状からなる、第１縦フレーム１１と第２縦フレーム１２とのそれぞれ両端部にコーナーブラケット２０を嵌め込み、このコーナーブラケット２０を介して中空断面形状からなる第１横フレーム１３にて第１及び第２縦フレーム１１，１２の一方の端部を連結し、同じく中空断面形状からなる第２横フレーム１４にて前記第１及び第２縦フレーム１１，１２の他方の端部を連結し、枠体とする。
コーナーブラケット２０は、図２〜図４に示すように横フレーム１３，１４の中空部に挿入する挿入部２１ａ，２１ｂの形状は、縦及び横フレーム１１〜１４の端部の中空部内周形状に近いものが好ましい。
さらに好ましくは、中空部に嵌合する嵌合形状がよい。
また、本実施例では、コーナーブラケット２０の挿入部の側部に縦及び横フレーム１１〜１４の端部がそれぞれ嵌まる溝部２３をそれぞれに形成することで、両側の側部にフランジ部２２ａ，２２ｂを形成した例になっている。
これにより、縦及び横フレーム１１〜１４の中空部にコーナーブラケット２０の挿入部２１ａ，２１ｂが嵌まり込み、この縦及び横フレーム１１〜１４の両側の側面はコーナーブラケット２０の両側のフランジ部（２２ａ，２２ａ），（２２ｂ，２２ｂ）にて挟み込むように連結される。
このフランジ部２２ａ，２２ｂと縦及び横フレームとを例えば溶接による接合等にて連結する。
本実施例では、図５に電池モジュール１を搭載した状態を模式的に示すように、一対の縦フレーム１１，１２間に補助フレーム１５を架け渡し、この電池モジュールの底部側の周縁部を載置するための載置リブ１１ａ〜１５ａを各フレームの底部から内周側に向けて一体的に突設してある。
アルミニウム合金の押出形材を用いると、このような突設リブも容易に一体成形できる。
なお、電池モジュール１の搭載方法には制限がなく、電池モジュールを固定するための各種支持部材をフレーム構造体の内側に設けることができる。
また、本実施例では、各コーナー部に設けたコーナーブラケット２０に取付孔２４を設けることで、このコーナーブラケット２０を車体のフロアの下面又は上面、あるいはフロアの一部を切り抜き、このフロアにボルトにて固定できる例になっている。
なお、車体への固定方法は、ボルト固定に限定されない。

図６〜図８に第２の実施例を示す。
本実施例は、第１及び第２縦フレームの途中を切断し、この切断部の間に取付孔２４を有する中間ブラケット２０ａを差し込み、補助フレーム１５とブラケット連結した例である。
その拡大図を図６（ｂ）に示し、図７に平面図及び側面図、図８に断面図を示す、
中間ブラケット２０ａは、縦フレームの中空部に挿入する挿入部２１ａ，２１ｂと、中空断面形状からなる補助フレーム１５の中空部に挿入するための挿入部２１ｃを有する。
また、フレームの端部が嵌まる溝部２３を形成し、フレームの外側の側面に沿って延在するフランジ部２２ａ〜２２ｃを設けてある。
このフランジ部をフレームに溶接する。
このようにすると、この中間ブラケット２０ａの部分も車体にボルト連結固定できる。

図９に第３の実施例を示す。
縦フレーム１１１と横フレーム１１３との中空断面形状を日字形状にした例であり、第１中空部１１１ａ，１１３ａと、第２中空部１１１ｂ，１１３ｂとの２つの中空部を形成した。
この場合にコーナーブラケット１２０は、第１中空部１１１ａ，１１３ａにのみ挿入する挿入部２１ａ，２１ｂだけを設けてもよいが、図９に示した実施例は第２中空部１１１ｂ，１１３ｂにも挿入する挿入部２１ｄ，２１ｅを形成した例となっている。
この挿入部とフレームとが上下方向にラップする。
また、各フレームの外側の側面に沿ってフランジ部（２２ａ，２２ａ）、（２２ｂ，２２ｂ）を形成してある。
このように本発明は、フレームの中空断面形状に制限はない。

図１０及び図１１に第４の実施例を示す。
本実施例は、コーナーブラケット２２０から内側方向に差込み部２５を設けた例である。
縦フレーム１１１は、中空部１１１ａ，１１１ｂを有し、横フレーム１１３は中空部１１３ａ，１１３ｂを有するそれぞれ日字型断面形状である。
外側に位置する中空部１１１ａ，１１３ａは端面が直角に切断され、内側に位置する中空部１１１ｂ，１１３ｂの端面は斜めにカットした斜め突合せ部になっている。
本実施例は、４５°カット面になっている。
これに対してコーナーブラケット２２０は、取付孔２４が縦フレーム１１１，横フレーム１１３の外形延長線上の内側に位置し、内側に向けて延在した差込み部２５を有する。
これにより、コーナーブラケット２２０の差込み部２５が、縦フレーム及び横フレームの斜め突合せ部の間に挟まれるようにして配置するとともに、挿入部２１ａ，２１ｂ，２１ｄ，２１ｅがそれぞれ中空部に挿入された状態で連結される。

図１２は第５の実施例を示し、第４の実施例に係るコーナーブラケット２２０に対して、本実施のコーナーブラケット３２０はフランジ部２２ａ，２２ｂを形成した例である。
このフランジ部はフレームの表面に沿って延在しており、この部分で溶接接合が可能である。

１ 電池モジュール
１０ バッテリー搭載フレーム構造体
１１ 第１縦フレーム
１２ 第２縦フレーム
１３ 第１横フレーム
１４ 第２横フレーム
１５ 補助フレーム
２０ コーナーブラケット
２０ａ 中間ブラケット
２１ａ，２１ｂ 挿入部
２２ａ，２２ｂ フランジ部
２４ 取付孔
２５ 差込み部

Claims (1)

1. 一対の中空断面形状からなる第１及び第２縦フレームと、当該第１及び第２縦フレームの両端部にそれぞれコーナーブラケットを介して連結した一対の中空断面形状からなる第１及び第２横フレームとを備え、
   前記コーナーブラケットは前記縦フレーム及び横フレームの中空部に挿入される挿入部と、車体への取付部とを有し、
   前記コーナーブラケットの取付部は前記縦フレーム及び横フレーム外形延長線の内側に位置しており、
   前記コーナーブラケットは、前記縦フレーム及び横フレームの外側の側面に延在するフランジ部を有し、前記フランジ部を前記縦フレーム及び横フレームに溶接接合してあることを特徴とするフレーム構造体。

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