JP7331757B2 - 電動車両の下部構造 - Google Patents

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Description

この発明は、フロア下方にバッテリユニットが取り付けられる、例えばプラグインハイブリッド車のような電動車両の下部構造に関する。
上述のような構造として、下記特許文献1に開示されたように、フロア下の左右のフロアフレーム間に、上部のクロスメンバと下部のクロスメンバを備えて、これらの間にバッテリユニットを挟むようにして取り付けるものがある。バッテリユニットは、上部のクロスメンバと下部のクロスメンバの双方に固定されている。
この構成では、側面衝突時にフロアフレームに入力された衝突荷重が、上部と下部のクロスメンバに伝達され、それらクロスメンバの個々の荷重伝達負担が軽減される。
しかし、バッテリユニットを載置している下部のクロスメンバには、大きな荷重がかかりやすい。特に、下部のクロスメンバにおける長手方向の中央側部分には、この部分を折れ点として下に凸に折れ曲がろうとする力が作用する。クロスメンバが中央で折れるとバッテリユニットが損傷するので、クロスメンバの剛性を確かなものにしたいが、クロスメンバの板厚を厚くしたり大断面化したりすることは、車体の重量増加やバッテリユニット収容空間の狭小化を招くという新たな問題が発生する。
特許第5654039号公報
そこで、この発明は、車体の重量増加のような不都合を招来することなく、バッテリユニットの下に位置するクロスメンバの中央側部位の折れを抑制してバッテリユニットを保護することを主な目的とする。
そのための手段は、フロア下方にバッテリユニットが取り付けられる電動車両の下部構造であって、前記バッテリユニットは、バッテリモジュールを有し、前記バッテリモジュールが、前記フロアの車幅方向中央で上方に向けて膨出し車両前後方向に延びるトンネル部に対応する部位に間隔をあけて左右に配設されるとともに、前記バッテリユニットより車幅方向外側における前記トンネル部より車幅方向両側の前記フロアにそれぞれ車両の略前後方向に沿って設けられる骨格部材である車体部位間に、横フレームが取り付けられ、前記横フレームが前記バッテリユニットの下方で延びるものであり、前記横フレームの前記トンネル部対向する部位を前記トンネル部に取り付けるである。
この構成では、フロアの車幅方向の中央に設けられるトンネル部に横フレームの対向部位が直接又は間接に取り付けられているので、側面衝突時でも横フレームの中央側部位が下に凸に折れ曲がることが抑制される。
この発明の一態様においては、前記横フレームが、前記バッテリモジュールにおける車幅方向内側の、間隔をあけて相対向する側面を介して間接的に前記トンネル部に取付けられた構成としてもよい。
この発明の一態様においては、前記横フレームが前記バッテリモジュールに対して下から挿入されたボルトで固定される構成としてもよい。
この発明の一態様においては、前記骨格部材である車体部位が、前記フロアの車幅方向の両側端部に車両前後方向に沿ってそれぞれ設けられるサイドシルにおける車幅方向内側部設けられるフロアフレームである構成としてもよい。
この構成では、横フレームは高強度のフロアフレームに固定されているので、横フレームの中央側部位の折れが抑制されることと相まって、バッテリユニットの保護性能が向上する。
この発明の一態様においては、前記横フレームの前記トンネル部対向する部位は、ブラケットを介して取り付けられる構成としてもよい。
この構成では、横フレームとは別体のブラケットを使用してトンネル部に固定されるので、横フレーム自体に支持のための構成を形成する必要はなく、横フレームの構成を簡素にするとともに、トンネル部に対する固定の最適化をはかれる。
前記支持部ブラケットを備える場合には、前記ブラケットは、前記トンネル部の左右両側部に配設された構成としてもよい。
この構成では、横フレームはトンネル部の左右両側部に対して固定されるので、強固な固定が可能であり、横フレームの中央を起点にした折れをより良好に抑制できる。
この発明によれば、トンネル部を利用することによって、バッテリユニットの下に位置する横フレームの中央側部位の折れを抑制するので、車体の重量増加のような不都合を招来することなく、バッテリユニットを保護できる。
電動車両の下部構造の概略正面図。 電動車両の下部構造の分離状態を示す概略正面図。 フレーム部材の上にバッテリユニットを重ねた状態の平面図。 フレーム部材の斜視図。 図3のA-A断面図とB-B断面図。 下部構造における図3のC-Dに相当する部分の切断端面図。 下部構造における図3のE-Fに相当する部分の切断端面図。 トンネル部を下方から見上げた斜視図。 フレーム部材にバッテリユニットを固定した状態の斜視図。
この発明を実施するための一形態を、以下図面を用いて説明する。
図1に電動車両の下部構造についての概略正面図を示す。この下部構造は、フロア11下方に取り付けられるバッテリユニット12に対してポール衝突時の衝突荷重が入力された場合でも、バッテリユニット12の損傷を抑制する構造である。
下部構造は、下部構造の分離状態を示す概略正面図である図2に示すように、フロア11を構成するフロアパネル13の車幅方向両端に、閉断面の骨格部材であるサイドシル14を備えている。サイドシル14は車両前後方向に延び、内側面の上端部に、フロアパネル13の端の接合部13aを結合している。
フロアパネル13は、駆動系部品(図示せず)が配策されるトンネル部13bを車幅方向中央に有している。トンネル部13bは、横断面略アーチ状に上方に向けて膨出しており、車両前後方向に延びている。
フロアパネル13の下面であって車幅方向外側(車外側)、具体的にはサイドシル14の車幅方向内側には、一対のフロアフレーム15が設けられている。左右のフロアフレーム15もサイドシル14と同じく閉断面の骨格部材であり、車両の略前後方向に延びている。フロアフレーム15のフロアパネル13に対する形成位置は適宜設定されるが、バッテリユニット12が備えられる部分では、車幅方向の最も外側に設定され、フロアフレーム15の車幅方向外側面は、サイドシル14の内側面に結合されている。つまり、フロアフレーム15は、サイドシル14に結合されたフロアパネル13の車幅方向両端部の下に配設され、フロアパネル13と共にサイドシル14の内側面に結合されている。
バッテリユニット12は、上記のような概略構造のフロア11の下方で左右のフロアフレーム15間に配設されるように下から取り付けられる。
バッテリユニット12は、車幅方向に相当する左右に2個のバッテリモジュール21を有しており、これら左右のバッテリモジュール21が車両後方に相当する後部において接続部22で接続されて一体となっている。またバッテリモジュール21は下側ケース21aと上側ケース21bを有しており、これらは互いに締結具により固定されている。なお、左右のバッテリモジュール21は同一形状又は対称形状とは限らない。図示例のバッテリモジュール21は、互いに異なる形状であり、車両前後方向の長さも異なっている。
バッテリユニット12の下方には、バッテリユニット12を覆うようにフレーム部材16が備えられる。
フレーム部材16は、バッテリユニット12の車外側を前後方向に延びる左右の縦フレーム61と、左右の縦フレーム61同士を連結する横フレーム62を有している。
フレーム部材16の上にバッテリユニット12を重ねた状態を、図3に示す。また図4はフレーム部材16の斜視図である。図3、図4の白抜き矢印は図面の理解を助けるためのものであり、矢印中の、「Fr」、「Rr」は、それぞれ車両の「前方」、「後方」をあらわしている。このため、「Fr」と「Rr」を結ぶ方向は車両前後方向である。その他の図においても同じである。
これらの図に示すように、フレーム部材16の縦フレーム61は、横断面が方形の閉断面を有し、外側部材61aと内側部材61bの相互の両端縁同士を結合して構成されている。縦フレーム61の長さはバッテリユニット12の車両前後方向の長さと同じかそれよりも若干長く設定される。
左右の縦フレーム61の配設間隔は、図3に示したように、バッテリユニット12の車幅方向の長さと同一かそれよりも若干長い。換言すれば、左右の縦フレーム61はバッテリユニット12を収められる間隔で配設される。表現を変えると、フロアフレーム15間に配設されるように取り付けられるバッテリユニット12と、バッテリユニット12を覆うように設けられるフレーム部材16の縦フレーム61との境界の間隔が、おおよそフロアフレーム15の間隔に対応するように設定される。
横フレーム62は、広がった面を有する板状ではなく棒状であり、車両前後方向に相当する前後に隙間をあけて複数備えられる。左右の縦フレーム61を複数本の横フレーム62で連結するので、フレーム部材16は枠状である。
この例では横フレーム62は3個であり、車両前後方向の前側から、前側横フレーム62a、中間横フレーム62b、後側横フレーム62cである。前側横フレーム62aと後側横フレーム62cは直線状に形成され、中間横フレーム62bは長手方向の両側部が二股に分岐した平面視X字状に形成されている。
各横フレーム62は、図3のA-A断面図である図5の(a)に示したように相互に結合一体化される下側部材63と上側部材64を有している。下側部材63と上側部材64は、縁部62dにおいて互いに結合され、縁部62d間の部位には下側部材63と上側部材64を離間させる空間62eが形成されており、各横フレーム62は閉断面構造を有している。
各横フレーム62のうち、車幅方向中央に相当する長手方向の中間部に、バッテリモジュール21の車幅方向中央と対向する部位を有する横フレーム62については、バッテリユニット12に対する固定のための貫通穴65が形成される。すなわち、図示例のバッテリモジュール21の場合には、中間横フレーム62bと後側横フレーム62cの長手方向の中間部であって、バッテリモジュール21の車幅方向中央に対応する部位に、2個の貫通穴65が並設されている。
貫通穴65は、上側部材64と下側部材63を共に上方に打ち出した膨出部66に形成される。膨出部66は平面視円形であり、その下方にはボルトの頭部が収容される凹所67を有する(図6参照)。
各横フレーム62は、長手方向の両端部に上方へ延びる立設部71を有している。立設部71は、縦フレーム61の内側面に固定される部分であるとともに車体側、具体的にはフロアフレーム15への固定に供される取付け部である。立設部71の高さは縦フレーム61の高さとほぼ同じである。
立設部71は、図3のB-B断面図である図5の(b)に示したように構成されている。すなわち、下側部材63の両端は上方に起立する起立片72を有している。下側部材63の両端部における起立片72の幅方向の中央に対応する部位には、下側部材63の下面よりも上方に位置する上げ底部73が形成されている。この上げ底部73の上に取付け用溶接ナット74が備えられる。取付け用溶接ナット74は、フレーム部材16の下端からフロアフレーム15まで延びるものであり、ねじ穴74aを上下方向に向けている。取付け用溶接ナット74の上端面の高さは起立片72の上端位置よりも高い。
上側部材64は、長手方向の両端に取付け用溶接ナット74を包む被覆部75が形成され、被覆部75は、取付け用溶接ナット74を挟む位置の一対の傾斜面75aと、取付け用溶接ナット74に沿う位置の垂直面75bを有している。
このような立設部71を有する横フレーム62の外端は、いわば、取付け用溶接ナット74を抱き込むようにフロアフレーム15高さ位置まで上方に延出されることになる。
下側部材63の起立片72における取付け用溶接ナット74を挟む2か所、又は取付け用溶接ナット74に隣接する一ヵ所には貫通穴72aが形成され、内面には貫通穴72aに対応してナット76が溶接されている。この貫通穴72aとナット76は縦フレーム61に対する結合のための構造である。
すなわち、縦フレーム61には3本の横フレーム62を固定する位置に対応して、ボルト77を挿通可能な貫通穴61c,61dが形成されている。この貫通穴61c,61dに対してボルト77を縦フレーム61の外側面から挿入し、ボルト77の先端を起立片72の内面のナット76に螺合することで縦フレーム61と横フレーム62を結合して、フレーム部材16が構成される。
縦フレーム61と横フレーム62の結合に際して、縦フレーム61の下端位置と横フレーム62の下端位置を同じ高さに揃える。横フレーム62の両端部に立設部71を有し、下端の高さを揃えて縦フレーム61に結合するので、横フレーム62は縦フレーム61の下部寄りに配置されることになる。
また、起立片72の上端位置よりも高さが高い取付け用溶接ナット74の上端は、縦フレーム61の上面よりも上に位置する。
なお、縦フレーム61の外側部材61aのうちボルト77を挿通する貫通穴61cを形成する部位には、ボルト77の頭部を収容する凹所61eが形成される。
また、フレーム部材16の下面にはアンダーカバー78が備えられる。アンダーカバー78は一枚の板状であり、前側横フレーム62aと中間横フレーム62bの間と、中間横フレーム62bと後側横フレーム62cとの間を覆っている。中間横フレーム62bの両端部における分岐部分の間はアンダーカバーによる被覆を行わない開口部79である。
アンダーカバー78の固定は、図5の(a)に示したように各横フレーム62の縁部62dの下面に対する溶接等により行われる。
以上のような構成のフレーム部材16を備える下部構造では、図2に示したように、バッテリユニット12の下方に備えられる横フレーム62を、バッテリユニット12より車外側の車体部位間、この例ではフロアフレーム15間に取り付ける。また、フロアフレーム15間に橋渡しされる横フレーム62におけるトンネル部13b対向部位をトンネル部13bに取り付ける。横フレーム62のトンネル部13b対向部位に対する取り付けは、トンネル部13bの左右両側に配設されるブラケット81を介して行う。この場合ブラケット81で横フレーム62とトンネル部13bを直接連結することもできるが、この例では、バッテリユニット12を介して間接的に行う。
まず、横フレーム62のフロアフレーム15に対する取り付けを説明する。図6は、下部構造における図3のC-Dに相当する部分の切断端面図であり、フレーム部材16のフロアフレーム15に対する固定構造と、フレーム部材16のバッテリユニット12に対する固定構造を示している。
フロアフレーム15の下面におけるフレーム部材16の取付け位置には、カップ状の固定部形成部材82が設けられる。固定部形成部材82は、車幅方向の内側に、フロアフレーム15の内側面に結合される内側結合片82aを有し、車幅方向の外側に、フロアフレーム15の下面に結合される水平な外側結合片82bを有している。固定部形成部材82の車両前後方向に相当する部分は、車両前後方向上方に延びる傾斜部(図示せず)を有し、この傾斜部の上端にはフロアフレーム15の下面に結合される上端部(図示せず)が形成されている。
固定部形成部材82の下面82cには、必要数の貫通穴が形成されており、固定部形成部材82の内部における貫通穴の上方には、ナット83が保持されている。ナット83は必要な長さに形成され、フロアフレーム15に貫通している。
前述の必要数とは、フロアフレーム15に対して固定されるフレーム部材16とバッテリユニット12は前後方向に異なる位置で固定されるので、例えば固定位置が近い部分では2個となり、離れている部分では1個となる。
固定部形成部材82は、ナット83を保持する下面と一対の傾斜部を含めたカップ状の部分を一山として、フレーム部材16の立設部71の間隔とバッテリユニット12の取付け位置の間隔に応じて一山又は複数山有している。
フレーム部材16をフロアフレーム15に対して固定するには、フレーム部材16の立設部71の取付け用溶接ナット74に下からボルト84を螺合し、続いてボルト84の先を固定部形成部材82のナット83に螺合する。これによって、取付け用溶接ナット74の上端面は固定部形成部材82の下面82cに押し当てられた状態になる。
つぎに、横フレーム62におけるトンネル部13b対向部位のトンネル部13bに対する取付けを説明する。横フレーム62とトンネル部13bは二段階で接続される。
フレーム部材16のバッテリユニット12に対する固定は、図6に示したように、フレーム部材16の中間横フレーム62bと後側横フレーム62cの貫通穴65にボルト85を挿通して行う。バッテリモジュール21の下側ケース21aと上側ケース21bにおける車幅方向内側の側面のうち、横フレーム62の貫通穴65に対応する部位には車内側保持部23が突設されており、車内側保持部23にはボルト85を通す貫通穴23aが形成されている。上側ケース21bは貫通穴23aの上方にナット24を保持している。
固定に際しては、横フレーム62の貫通穴65に下から挿入したボルト85を、バッテリモジュール21の車内側保持部23の貫通穴23aに挿通し、上面のナット24に螺合する。図6中、25は円筒形のスペーサである。
バッテリユニット12のトンネル部13bに対する固定は、図7に示したように行う。図7は、下部構造における図3のE-Fに相当する部分の切断端面図である。
フロアパネル13のトンネル部13bの外端より内側であるトンネル部13bの上端部に、固定部形成部材86が形成されている。固定部形成部材86はトンネル部13bの長手方向から見て略三角形状であり、トンネル部13bの内面における上端角部に結合されている。
斜め下方から見上げた斜視図である図8にも示したように、固定部形成部材86は水平面86aと水平面86aの車内側で起立する起立面86bを有し、水平面86aに貫通穴86cを有している。固定部形成部材86の内部であり貫通穴86cの上方にはナット87が保持されている。固定部形成部材86は、車両前後方向に間隔をあけて2か所設けられる。
固定部形成部材86の近傍には、左右の固定部形成部材86間にこれらが固定される部位を橋渡しするように設けられるトンネルレインフォースメント91と、固定部形成部材86間に跨ってトンネルレインフォースメント91とは間をあけて締結される補強部材92が備えられる。
トンネルレインフォースメント91は、図8に示したようにトンネル部13bの上端部の内面に沿う形状に形成されている。つまりトンネル部13bの天井面に当たる天井面部91aと、天井面部91aの左右両側から下方に下がる側面部91bを有している。天井面部91aと側面部91bは、トンネル部13bの長手方向に適宜幅に形成されており、幅方向の中間部に、左右両側の側面部91bと天井面部91aをつなぐ膨出リブ91cが形成されている。
前述した固定部形成部材86は、トンネルレインフォースメント91の下面に結合されている。
補強部材92は、フレーム部材16にバッテリユニット12を固定した状態の斜視図である図9に示したように、固定部形成部材86に結合される左右一対の被挟持片92aと、これらをつなぐ板状の本体部92bを有している。補強部材92は、バッテリユニット12の配設位置に沿って前後方向に延設されており、前述した固定部形成部材86は車両前後方向に間隔をあけて2か所設けられるので、補強部材92は前後2か所の固定部形成部材86間に跨るように形成される。
補強部材92の本体部92bには、車両前後方向に沿って延びる膨出リブ92cが形成されている。
なお、補強部材92における長手方向の屈曲は、トンネル部13bの高さの変化に対応したものである。
以上はトンネル部13b側の構造であり、このようなトンネル部13bに固定される部分は次のように構成されている。
バッテリモジュール21における車幅方向内側の側面のうち、トンネル部13bの外端よりも内側に相当する部位には、図7、図9に示したように、下側ケース21aと上側ケース21bの壁を厚くして支持部27が形成されている。上側ケース21bの支持部27の上面は水平に形成され、支持部27は上下方向に延びる貫通穴27aを有している。また下側ケース21aの貫通穴27aの下方にはナット28が保持されている。
貫通穴27aとナット28は、固定部形成部材86の貫通穴86cの真下を車両前後方向に挟む2か所に、間隔をあけて形成される。
ブラケット81は、左右のバッテリモジュール21に合わせて左右一対で前後2組用いられ、これらは共に同一構造である。
ブラケット81は金属板をプレスして形成され、下端に車両前後方向に相当する方向に隙間をあけて2枚の水平な支持板81aを有している。支持板81aの中央には貫通穴が形成されている。貫通穴の間隔は、バッテリモジュール21の支持部27に形成した貫通穴27aの間隔と同じである。
2枚の支持板81aにおける車幅方向外側に対応する側の端からは、上方に起立して一つにまとまる垂直片81bが延設され、垂直片81bの上端からはトンネル部13bの形状にあわせて前傾する傾斜片81cが延設されている。そして傾斜片81cの上端からは、車幅方向内側に対応する方向に水平に延びる上端片81dが延設されている。上端片81dは固定部形成部材86の水平面86aに接する部分であり、中央に貫通穴81eを有している。
バッテリユニット12をフロアパネル13のトンネル部13bに固定するには、予めバッテリモジュール21の支持部27の上面にブラケット81を固定しておく。ブラケット81の固定は、支持板81aの貫通穴に上からボルト88を通し、ボルト88を支持部27の貫通穴27aに挿通して、ボルト88の先端をナット28に螺合して行う。
ブラケット81が固定されたバッテリユニット12は、ブラケット81の上端片81dを補強部材92の被挟持片92aを介在させて固定部形成部材86の水平面86aの下面に当てる。この状態で、上端片81dの下からボルト89を挿入してナット87に螺合すると、バッテリユニット12はトンネル部13bに固定されるとともに、トンネル部13bの天井面の下方に補強部材92が保持される。
これにより、横フレーム62のトンネル部13b対向部位はトンネル部13bに取り付けられる(図1参照)。
なお、バッテリユニット12の車幅方向外側は、フレーム部材16の横フレーム62をフロアフレーム15に対して固定したのと同じ要領でフロアフレーム15に取り付けられる。
以上の各部の固定手順を簡単に述べると、図2に矢印で示したように、まずバッテリユニット12を車外側に位置するフロアフレーム15と車内側に位置するトンネル部13bに対して固定する。その後、フレーム部材16を車外側に位置するフロアフレーム15と車内側に位置するバッテリユニット12の車幅方向中央に対して固定する。
以上のように構成された下部構造では、次のようにしてバッテリユニット12の損傷を抑制する。
側面衝突が発生して車体に衝突荷重が入力されると、荷重はフレーム部材16の横フレーム62に伝達される。この横フレーム62は、中央側部位、つまりトンネル部13b対向部位がトンネル部13bに取り付けられているので、横フレーム62の中央側部位が下に凸に折れ曲がることを抑制できる。しかも、横フレーム62は閉断面の高剛性部材であるとともに、縦フレーム61と結合されて高い剛性を有する枠状のフレーム部材16の一部である。
このように、横フレーム62の中央側部位の折れを抑制してバッテリユニット12の損傷を抑制するので、車体の重量増加のような不都合を招来することなく、バッテリユニット12を保護できる。
また、横フレーム62は、高強度のフロアフレーム15間に橋渡しされているので、横フレーム62の中央側部位の折れが抑制されることと相まって、バッテリユニット12の保護性能を向上できる。
しかも、横フレーム62のトンネル部13b対向部位が取り付けられるトンネル部13bは、トンネルレインフォースメント91と補強部材92を有しており、トンネル部13bの剛性も高い。この点からもバッテリユニット12の保護性能を向上できる。
さらに、横フレーム62はトンネル部13bに対して別体のブラケット81を介して取り付けられるので、横フレーム62自体に支持のための構成を形成する必要はない。このため、横フレーム62の構成を簡素にできるうえに、トンネル部13bに対する固定の最適化をはかれる。
ブラケット81はトンネル部13bの左右両側部に配設されるので、強固な固定が可能であり、横フレーム62の中央を起点にした折れをより良好に抑制できる。
前述の構成はこの発明を実施するための一形態であって、この発明は前述の構成のみに限定されるものではなく、その他の構成を採用することもできる。
例えば、縦フレーム61を省略してもよい。
また横フレーム62は、車体側に固定されればよく、フロアフレーム15以外の部位に固定されてもよい。
11…フロア
12…バッテリユニット
13b…トンネル部
15…フロアフレーム
62…横フレーム
81…ブラケット

Claims (6)

  1. フロア下方にバッテリユニットが取り付けられる電動車両の下部構造であって、
    前記バッテリユニットは、バッテリモジュールを有し、前記バッテリモジュールが、前記フロアの車幅方向中央で上方に向けて膨出し車両前後方向に延びるトンネル部に対応する部位に間隔をあけて左右に配設されるとともに、
    前記バッテリユニットより車幅方向外側における前記トンネル部より車幅方向両側の前記フロアにそれぞれ車両の略前後方向に沿って設けられる骨格部材である車体部位間に、横フレームが取り付けられ、
    前記横フレームが前記バッテリユニットの下方で延びるものであり、
    前記横フレームの前記トンネル部対向する部位を前記トンネル部に取り付ける
    電動車両の下部構造。
  2. 前記横フレームが、前記バッテリモジュールにおける車幅方向内側の、間隔をあけて相対向する側面を介して間接的に前記トンネル部に取付けられた
    請求項1に記載の電動車両の下部構造。
  3. 前記横フレームが前記バッテリモジュールに対して下から挿入されたボルトで固定される
    請求項2に記載の電動車両の下部構造。
  4. 前記骨格部材である車体部位が、前記フロアの車幅方向の両側端部に車両前後方向に沿ってそれぞれ設けられるサイドシルにおける車幅方向内側部設けられるフロアフレームである
    請求項1から請求項3のうちいずれか一項に記載の電動車両の下部構造。
  5. 前記横フレームの前記トンネル部対向する部位は、ブラケットを介して取り付けられる
    請求項1から請求項4のうちいずれか一項に記載の電動車両の下部構造。
  6. 前記ブラケットは、前記トンネル部の左右両側部に配設された
    請求項に記載の電動車両の下部構造。
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