JP5946395B2

JP5946395B2 - 電池保護構造体

Info

Publication number: JP5946395B2
Application number: JP2012254033A
Authority: JP
Inventors: 稔赤井; 川口　聡; 聡川口; 浩之初見
Original assignee: Aisin Keikinzoku Co Ltd
Current assignee: Aisin Keikinzoku Co Ltd
Priority date: 2012-11-20
Filing date: 2012-11-20
Publication date: 2016-07-06
Anticipated expiration: 2032-11-20
Also published as: JP2014101009A

Description

本発明は車両に搭載される電池を保護するための構造体に関する。

電気自動車，ハイブリッド車，プラグインハイブリッド車等においては、駆動源として二次電池が搭載されている。
走行距離の長距離化には大容量の二次電池が必要で、電池モジュールとして搭載されているが、重量が大きく高電圧であることから車両の衝突時には電池が破損しないように保護する必要がある。
また、衝突により電池が車体から落下しないことも重要である。
特許文献１に車体の床下に電池の収納部を設け、この収納部に２次電池ユニットを収納するとともに保護板を設けてある旨の記載があるものの、保護構造が明確でなく、また単なる保護板だけでは電池の保護が不充分である。
特許文献２に電池モジュールの周りを筒状フレームで囲み、この筒状フレームを円筒形状のカラー部材を介して車体側に固定する技術を開示する。
しかし、衝突荷重を筒状フレームで耐え得るには断面強度を上げる必要があり、軽量化が難しい。
また、車両の衝突方向が異なる場合を想定すると、フレームの接合部の強度を強くする必要があり、接合コストが高くなる。

特開平１０−５６７０１号公報特開２０１２−７１７６４号公報

本発明は軽量で、車両衝突時の衝撃の吸収性に優れた電池保護構造体の提供を目的とする。

本発明は、車両に搭載する電池を保護するための構造体であって、前記構造体は電池の周辺に配置したフレーム枠体からなり、前記フレーム枠体は断面構造が相対的に断面変形しやすいエネルギー吸収部と断面変形しにくいプロテクタ部とからなり、当該プロテクタ部を電池側に配置したことを特徴とする。
ここで、エネルギー吸収部とプロテクタ部との関係は、車両の衝突時等に当該電池の保護構造体に衝撃力が負荷されると、エネルギー吸収部がプロテクタ部よりも断面形状が変形しやすくなっていて積極的な断面変形を誘導し、プロテクタ部の変形を抑えることで電池を保護するものである。
例えば、エネルギー部が変形する変形荷重に対して、プロテクタ部の変形荷重を１．２倍以上、あるいは１．５倍以上に設定する。

本発明において、フレーム枠体はフロントフレームとリアフレームの両端部を左右のサイドフレームにて連結した枠形状であり、前記連結部は一方のフレームの端部を前記エネルギー吸収部が残るように切り欠くとともに当該エネルギー吸収部が他方のフレームの端部に位置するように連結することができる。
ここで、フロントフレーム及びリアフレームと左右のサイドフレームの関係は、便宜上の表現である。
本明細書では電池保護構造体を車両に搭載した場合に、車両の前方側に位置するものをフロントフレーム，後方に位置するものをリアフレームと表現し、車両の幅方向の両側に位置するものを左右のサイドフレームと表現する。
このようなフレームの連結構造にすると、例えば車両が前突し、フロントフレームに衝撃が負荷されると、エネルギー吸収部で衝撃力を吸収しながら、荷重はフロントフレームの両端部に位置するエネルギー吸収部からその背面に位置するサイドフレームの前側の端部に伝達され、さらにサイドフレームを介してリアフレームに伝達されるので、衝撃力を電池保護構造体の全体で受けることになる。
また、車両が側突しサイドフレームに衝撃荷重が負荷されると、サイドフレームの背面側にフロントフレームとリアフレームのプロテクタ部が位置するので、サイドフレームに負荷された衝撃力は、上記と同様に保護構造体全体で受けることになる。

本発明において、プロテクタ部に配線部材を装着配置するための装着部を有するようにしてもよい。
このようにすると、プロテクタ部は断面変形しにくいのでワイヤーハーネス等の配線を保護でき、別部材を用いてこの配線部材を車体に取り付けたり、さらなる他の保護部材を設ける必要がない。

本発明において、エネルギー吸収部は車両が衝突した際に車体を構成する部材が食い込むための凹部を有するようにしてもよい。
このようにすると、例えば車体の骨格をなす車体のメンバー部材に、上記エネルギー吸収部の凹部に対応させた凸部を形成してあると、車両の衝突時にメンバー部材が変形すると、この凸部がエネルギー吸収部の凹部に食い込む。
これにより、電池の車外への脱落を防止しやすく、電池保護構造体の車体への取付締結箇所を少なく抑えることができる。

本発明に係る電池保護構造体は、電池を保護するプロテクタ部の外側にエネルギー吸収部を有するので電池の保護効果が高く、フレーム枠全体でエネルギー吸収することも可能であり、従来の保護構造に比較して軽量化を図ることができる。

（ａ）は本発明に係る電池保護構造体の外観斜視図を示し、（ｂ）はＡ−Ａ線断面図を示す。（ａ）は電池保護構造体の平面図、（ｂ）はＦＲ視、（ｃ）はＬＨ視を示す。衝撃力が吸収される説明図を示す。（ａ）はサイドフレームに荷重ｆ_１が負荷された場合で、（ｂ）はＡ−Ａ線断面図を示す。（ｃ）はフロントフレームに荷重ｆ_２が負荷された場合で、（ｄ）はＢ−Ｂ線断面図を示す。電池保護構造体のコーナー部の連結構造を示す。車体の床下に取り付けた状態のＣ−Ｃ線断面図を示し、（ａ）は衝突前、（ｂ）は衝突後の変形を模式的に示す。（ａ），（ｂ）は車体のメンバー部材に設けた凸部がエネルギー吸収部の凹部に食い込む状態の説明図である。プロテクタ部にワイヤーハーネスを配置した例を模式的に示す。車体の床下に本発明に係る電池保護構造体を配置した例を示す。（ａ）〜（ｄ）はＥＡ部及びプロテクタ部の変形例を示す。

本出願に係る発明の構造例を以下図面に基づいて説明する。
図１に本発明に係る電池保護構造体（以下単に構造体という。）１０に電池モジュール１を装着部材１５を介してボルト，ナット等の連結部材１５ａを用いて装着した状態を示す。
構造体１０は例えば車体側に連結した取付部材２にボルト，ナット等の締結部材２ａを用いて取り付ける。
車体への取付位置や取付方法に限定はないが、床下に取り付ける場合の配置図を図８に示す。
構造体１０は図１〜図４に示すように、フロントフレーム１１とリアフレーム１２の両端部の内側を部分的に切り欠いて、左右のサイドフレーム１３，１４の端面に連結してある。
図３（ａ），（ｂ）及び図４に各フレームの連結構造を示すように、フロントフレーム１１とリアフレーム１２は対称に配置される以外は同じであり、左右のサイドフレームとの連結構造も同じである。
また、左のサイドフレームと右のサイドフレームも対称に配置される以外は同じである。
図１（ｂ）及び図３（ｂ）にＡ−Ａ線断面図、図３（ｄ）にＢ−Ｂ線断面図を示す。
衝撃吸収構造はフロントフレーム，リアフレーム及び左右のサイドフレームにて同様である。
それぞれ対応付けて符号を付した。
代表例として図１（ｂ）のＡ−Ａ線断面図で説明する。
サイドフレーム１３は外側にエネルギー吸収部（ＥＡ部）２０を配置し、その後側に一体的にプロテクタ部３０を形成してある。
ＥＡ部２０の断面肉厚ｔ_１をプロテクタ部３０の断面肉厚ｔ_２よりも薄くなっている。
ＥＡ部は断面変形により衝撃エネルギーが吸収される。
本実施例は図６（ｂ）に示すように衝撃荷重が付加されると、上部の中空断面部１３ａと下部の中空断面部１３ｂがそれぞれ外側に変形しながら、つぶれるように上下の外側方向に間隔が広がるように傾斜面１１３ａ，１１３ｂを形成してある。
プロテクタ部３０は上下に３本のリブ１３ｄ〜１３ｆからなる略日字断面形状例で、ＥＡ部２０の上下方向中央部の開口部に連通した凹部形状のワイヤーハーネスの配設部（取付部）１３ｉを有する。
また、サイドフレーム１３はフロントフレーム１１，リアフレーム１２の端部の外側を挟み込むようにフランジ部１３ｇ，１３ｈを有する。
例えば、ＥＡ部２０の変形荷重を３０ｋＮに設定した場合にプロテクタ部３０の変形荷重を約１．５倍以上の５０ｋＮに設定する。
フロントフレーム１１の断面形状を図３（ｄ）に示すように、ＥＡ部２０とプロテクタ部３０との構成はサイドフレーム１３，１４と同じであり、本実施例はサイドフレーム１３，１４にリブ１１ｇを内側に延長させて取付部１１ｋ，１２ｋを設けてある。

図４に示したように、フレーム枠構造をこのようにフロントフレーム１１，リアフレーム１２の両端部をＥＡ部２０を残すようにして内側のプロテクタ部３０の部分を一部切り欠き、サイドフレーム１３，１４の端面を上記のように残したＥＡ部２０の背面に位置させたので、図３（ａ）に示すようにサイドフレーム１３に加えられた荷重ｆ_１はＥＡ部２０がつぶれることで、エネルギー吸収されながら両側のフロントフレーム１１とリアフレーム１２に伝わり、反対側のサイドフレーム１４にも伝わる。
よって、荷重ｆ_１を構造体１０全体で受けることになる。
図３（ｃ）に示すようにフロントフレーム１１に荷重ｆ_２が加わった場合も矢印で示すように構造体１０全体で負担する。

本実施例では、附随的な効果として図７に示すようにプロテクタ部３０にワイヤーハーネス４の配設部１３ｉ等を設けたので、ワイヤーハーネスの取付部品の低減が可能であるとともに配線の別途保護部材も省略又は低減できる。

また、図５，図６に示すようにＥＡ部２０の開口部（凹部）１３ｃ，１４ｃ等を設け、この位置に対応した車体の骨格となるメンバー部材３に凸部３ａを設けると、図５（ｂ）に示すように車体が変形した際に、メンバー部材の凸部３ａ，３ａが構造体１０の凹部１３ｃ，１４ｃに食い込み、構造体１０が脱落するのを防ぐ。
これにより、構造体１０を車体に締結する部品を減らすことができる。

本発明におけるフレームの断面形状は、相対的に変形荷重の小さいＥＡ部とそれよりも変形荷重が大きいプロテクタ部とからなるものであれば特に制限がない。
また、フレームにワイヤーハーネス等の配線部材の配設部を限らずしも設ける必要がない。
図９にフレーム断面形状の変形例を示す。
フロントフレーム１１，リアフレーム１２及びサイドフレーム１３，１４のそれぞれのフレーム断面として用いることができ、図９では図１（ｂ）と比較し、代表的にサイドフレーム１３に用いた符号に対応して表現してある。
図９（ａ），（ｂ）は配線部材の配設部１１３ｉ，２１３ｉをプロテクタ部に設けた中空断面形状とした例である。
（ｃ）は衝撃荷重がＥＡ部に加わった際に中空断面部１３ａ，１３ｂが相互に外側に変形しやすいように外側の側壁にくぼみ部２１３ａ，２１３ｂを形成した例である。
また、（ｄ）は配線部材の配設部３１３ｉをプロテクタ部の側面に形成した例である。

１電池モジュール
２取付部材
１０電池保護構造体
１１フロントフレーム
１２リアフレーム
１３サイドフレーム
１４サイドフレーム
１５装着部材
３０プロテクタ部

Claims

車両に搭載する電池を保護するための構造体であって、
前記構造体は電池の周辺に配置したフレーム枠体からなり、
前記フレーム枠体は断面構造が相対的に断面変形しやすいエネルギー吸収部と断面変形しにくいプロテクタ部とからなり、当該プロテクタ部を電池側に配置したものであり、
且つ、前記フレーム枠体はフロントフレームとリアフレームの両端部を左右のサイドフレームにて連結した枠形状であり、前記連結部は一方のフレームの端部を前記エネルギー吸収部が残るように切り欠くとともに当該エネルギー吸収部が他方のフレームの端部に位置するように連結してあることを特徴とする電池保護構造体。
前記プロテクタ部に配線部材を装着配置するための装着部を有することを特徴とする請求項１記載の電池保護構造体。
前記エネルギー吸収部は車両が衝突した際に車体を構成する部材が食い込むための凹部を有することを特徴とする請求項１又は２記載の電池保護構造体。