JP6565714B2 - バッテリ搭載構造 - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載されるバッテリ搭載構造に関する。

従来、バッテリ搭載構造が開示された文献として、たとえば特開２０１２−１７６７５１号公報（特許文献１）および特開２０１５−１０４９５４号公報（特許文献２）が挙げられる。

特許文献１に開示のバッテリ搭載構造にあっては、バッテリフレームは、枠状の外枠部材と、当該外枠部材によって囲まれる領域を３つの領域に分割するＴ字状のＴ字部材とによって構成されている。３つの領域のそれぞれには、バッテリが配置されており、バッテリフレームは、車体骨格部材を構成する一対のサイドメンバおよび一対のクロスメンバに固定されている。このように構成することにより、Ｔ字部材が、車両衝突時に車体骨格部材に負荷される衝撃を伝達する伝達経路として機能し、当該衝撃を分散させることができる。

特許文献２に開示のバッテリ搭載構造にあっては、バッテリフレームを構成するフロントフレームとリアフレームとが車両に取り付けられる。フロントフレームの取付部には、後方側フレームの取付部よりも脆弱な脆弱部が設けられている。車両が後方から衝突された場合には、バッテリフレームが、脆弱部を起点として上方および前方に向けて回動する。このように構成することにより、車両衝突時にバッテリフレームが回動し、これに保持されるバッテリを上方に逃がすことができる。これにより、バッテリに負荷される衝撃を抑制し、バッテリの破損を防止する。

特開２０１２−１７６７５１号公報 特開２０１５−１０４９５４号公報

しかしながら、特許文献１に開示のバッテリ搭載構造のように、Ｔ字部材を設けて衝突時の衝撃を分散させるのみでは、当該衝撃を十分に吸収しきれず、バッテリにも相当程度強い衝撃が伝達されてしまう。このような場合には、バッテリを十分に保護することができない。

また、特許文献２に開示のバッテリ搭載構造にあっては、車両後方から衝突された場合に、バッテリを保護することができるが、車両側方から衝突された場合には、バッテリを保護することが困難となる。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、車両側方から衝突された場合に、バッテリの破損を抑制することができるバッテリ搭載構造を提供することにある。

このバッテリ搭載構造は、車両前後方向に沿って延在する一対のサイドメンバと、上記一対のサイドメンバに接続されるとともに、車両幅方向に沿って延在するクロスメンバと、上記一対のサイドメンバの間に位置する領域に配置されるバッテリと、上記一対のサイドメンバとの間に隙間が形成された状態で上記一対のサイドメンバの間に配置される枠状のフレームと、を備え、上記フレームは、車両幅方向に沿って延在し、かつ、上記クロスメンバに固定される固定用フレーム部を含むとともに、上記バッテリを囲みつつ上記バッテリを支持し、上記一対のサイドメンバのうち一方のサイドメンバは、上記クロスメンバの一方側に重なる第１部分を含み、上記一対のサイドメンバのうち他方のサイドメンバは、上記クロスメンバの他方側に重なる第２部分を含む。このバッテリ搭載構造は、上記第１部分および上記第２部分と上記クロスメンバとが重なる領域に上記固定用フレーム部を締結する複数の締結部材を、さらに備える。上記複数の締結部材のせん断強度は、上記固定用フレーム部の座屈強度よりも小さい。

このように構成することにより、車両幅方向の一方側から衝突された場合には、一方のサイドメンバが、枠状のフレームに近づくように変形し、フレームを反衝突側に押圧する。また、車両幅方向において、一方のサイドメンバの第１部分と他方のサイドメンバの第２部分との間に位置する部分におけるクロスメンバが固定用フレームから離れるように変形する。

この際、衝突側においては、クロスメンバが圧縮等の変形をしながらフレームとともに反衝突側に向けて移動する。これにより、一方のサイドメンバの第１部分とクロスメンバとが重なる領域においては、締結部材は、破断せず、フレーム、クロスメンバおよびサイドメンバを締結した状態が維持される。

一方、反衝突側においては、上述のようにクロスメンバが固定用フレームから離れるように変形するとともに固定用フレームが反衝突側に押圧されることにより、締結部材にせん断応力が作用する。ここで、締結部材のせん断強度は、車両幅方向における固定用フレームの座屈強度よりも小さいため、締結部材が先にせん断される。

これにより、固定用フレームは、反衝突側に向けて移動し、バッテリをフレームとともに、反衝突側に移動させることができる。この結果、衝突時にバッテリに作用する衝撃力を逃がすことができ、バッテリの破損を抑制することができる。

なお、締結部材のせん断強度とは、車両幅方向に沿ってせん断力を加えた際に締結部材がせん断する時のせん断荷重を意味し、固定用フレームの座屈強度とは、車両幅方向に荷重を加えた際に固定用フレームが座屈する時の荷重を意味する。

本発明によれば、車両側方から衝突された場合に、バッテリの破損を抑制することができるバッテリ搭載構造を提供することができる。

本実施の形態に係るバッテリ搭載構造を備えた車両を示す模式図である。 本実施の形態に係るバッテリ搭載構造を示す概略平面図である。 本実施の形態に係るバッテリ搭載構造を示す概略斜視図である。 図２に示すＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図であり、本実施の形態に係るバッテリ搭載構造の車両側突前の状態を示す模式断面図である。 本実施の形態に係るバッテリ搭載構造の車両側突後の状態を示す模式図である。

以下、本発明の実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態においては、同一のまたは共通する部分について図中同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。また、各図において、Ｘ軸方向は、車両前後方向を示し、Ｙ軸方向は、車両幅方向を示し、Ｚ軸方向は、車両上下方向を示している。

図１は、本実施の形態に係るバッテリ搭載構造を備えた車両を示す模式図である。図２および図３は、本実施の形態に係るバッテリ搭載構造を示す概略平面図および概略斜視図である。図１から図３を参照して、本実施の形態に係るバッテリ搭載構造１０について説明する。

図１に示すように、本実施の形態に係るバッテリ搭載構造１０は、ハイブリッド自動車および電気自動車等の車両１に用いられる。バッテリ搭載構造１０に搭載されているバッテリ２０は、車両１の動力源とされる。

図２および図３に示すように、バッテリ搭載構造１０は、バッテリ２０、一対のサイドメンバ３０、クロスメンバ４１，４２、フレーム５０および複数の締結部材６０を備える。

一対のサイドメンバ３０は、車両前後方向に沿って延在する。一対のサイドメンバ３０は、車両幅方向に離間して配置されている。一対のサイドメンバ３０は、略矩形の断面が、車両前後方向に延在するように構成されている。一対のサイドメンバ３０は、車両幅方向の一方側に位置するサイドメンバ３１と、車両幅方向の他方側に位置するサイドメンバ３２とを含む。

クロスメンバ４１，４２は、一対のサイドメンバ３０に接続される。クロスメンバ４１，４２は、車両幅方向に沿って延在する。クロスメンバ４１は、クロスメンバ４２よりも車両１の前方側に位置する。クロスメンバ４１は、略矩形の断面が、車両幅方向に延在するように構成されている。

バッテリ２０は、一対のサイドメンバ３０の間に位置する領域に配置される。バッテリ２０は、電池スタック（不図示）と、電池スタックを収容する外装体２１とを含む。外装体２１の周縁部には、外側へ向けて張り出す複数の張出部（不図示）が設けられている。複数の張出部がフレーム５０にボルト等によって締結固定されることにより、バッテリ２０がフレーム５０に支持される。

フレーム５０は、枠状形状を有する。フレーム５０は、バッテリ２０を囲みつつバッテリ２０を支持する。フレーム５０は、一対のサイドメンバ３０との間に隙間が形成された状態で一対のサイドメンバ３０の間に配置される。

フレーム５０は、固定用フレームとしての前方側フレーム５１、後方側フレーム５２、側方フレーム５３，５４を含む。

前方側フレーム５１は、バッテリ２０の前方側に位置する。前方側フレーム５１は、フレーム５０をクロスメンバ４１に固定するための部位である。前方側フレーム５１は、締結部材６０によって後述するようにクロスメンバ４１と一対のサイドメンバ３０とが重なる領域Ｒ１，Ｒ２（図４参照）に締結固定される。

後方側フレーム５２は、バッテリ２０の後方側に位置する。後方側フレーム５２は、車両１の後方側に向けて突出する複数のフランジ部５５を有する。フランジ部５５は、クロスメンバ４２上に配置される。フランジ部５５は、締結部材６５によってクロスメンバ４２に固定される。

側方フレーム５３は、車両幅方向の一方側に位置する。側方フレーム５３は、車両幅方向の一方側における前方側フレーム５１の端部および後方側フレーム５２の端部を接続する。側方フレーム５３とサイドメンバ３１との間には、隙間が形成されている。

側方フレーム５４は、車両幅方向の他方側に位置する。側方フレーム５４は、車両幅方向の他方側における前方側フレーム５１の端部および後方側フレーム５２の端部を接続する。側方フレーム５４とサイドメンバ３２との間には、隙間が形成されている。

複数の締結部材６０は、後述するサイドメンバ３１の突出部３１４（図４参照）および後述するサイドメンバ３２の突出部３２４（図４参照）とクロスメンバ４１とが重なる領域Ｒ１，Ｒ２（図４参照）に前方側フレーム５１を締結する。複数の締結部材６０は、たとえばボルト６１（図４参照）およびナット６２（図４参照）を含む。

図４は、図２に示すＩＶ−ＩＶ線に沿った断面図であり、本実施の形態に係るバッテリ搭載構造の車両側突前の状態を示す模式断面図である。図４を参照して、前方側フレーム５１、クロスメンバ４１および一対のサイドメンバ３０の締結構造について説明する。

図４に示すように、サイドメンバ３１は、上壁部３１１、下壁部３１２、側壁部３１３、および第１部分としての突出部３１４を含む。上壁部３１１と下壁部３１２とは、上下方向に離間して設けられている。側壁部３１３は、車両幅方向内側における上壁部３１１の端部および下壁部３１２の端部を接続する。

突出部３１４は、側壁部３１３の途中部から車両幅方向内側に向けて突出するように設けられている。突出部３１４は、後述するクロスメンバ４０の上側プレート部４１１に重なる。具体的には、突出部３１４は、車両幅方向における上側プレート部４１１の一方側に重なる。

サイドメンバ３２は、上壁部３２１、下壁部３２２、側壁部３２３および第２部分としての突出部３２４を有する。上壁部３２１と下壁部３２２とは、上下方向に離間して設けられている。側壁部３２３は、車両幅方向内側における上壁部３２１の端部および下壁部３２２の端部を接続する。

突出部３２４は、側壁部３２３の途中部から車両幅方向内側に向けて突出するように設けられている。突出部３２４は、クロスメンバ４０の上側プレート部４１１に重なる。具体的には、突出部３２４は、車両方向における上側プレート部４１１の他方側に重なる。

クロスメンバ４１は、上側プレート部４１１および下側プレート部４１２を含む。上側プレート部４１１と下側プレート部４１２とは、上下方向に離間して設けられている。上側プレート部４１１は、たとえば第１のプレート部（不図示）と第２のプレート部（不図示）が上下に重なることにより構成されている。

車両幅方向において、上側プレート部４１１の一方側および他方側は、サイドメンバ３１の突出部３１４およびサイドメンバ３２の突出部３２４に重なっている。これにより、サイドメンバ３０とクロスメンバ４１とが重なる重なり領域Ｒ１，Ｒ２が形成される。

サイドメンバ３０とクロスメンバ４１とが重なることにより、重なり領域Ｒ１，Ｒ２の間に位置する部分のクロスメンバ４１の剛性は、重なり領域Ｒ１，Ｒ２におけるクロスメンバ４１の剛性よりも小さくなる。

なお、車両幅方向における上側プレート部４１１の一方側および他方側は、上方側から突出部３１４および突出部３２４に重なっていてもよいし、下方側から突出部３１４および突出部３２４に重なっていてもよい。

車両幅方向における下側プレート部４１２の一方側および他方側は、サイドメンバ３１の下壁部３１２およびサイドメンバ３２の下壁部３２２に接続されている。

前方側フレーム５１は、たとえば、上部フレーム部（不図示）と下部フレーム部（不図示）とを含み、中空となるように構成されている。上部フレーム部には、上述のようにバッテリ２０の外装体の張出部が締結される。

上述の重なり領域Ｒ１，Ｒ２において、前方側フレーム５１、クロスメンバ４１の上側プレート部４１１ならびに、突出部３１４および突出部３２４にボルト６１が貫通した状態で、ボルト６１の先端側にナット６２が螺合される。これにより、締結部材６０によって、前方側フレーム５１がクロスメンバ４１に締結固定される。

ボルト６１のせん断強度は、前方側フレーム５１の座屈強度よりも小さくなっている。たとえばボルト６１のせん断強度は、１０［ｋＮ］程度であり、前方側フレーム５１の座屈強度は、６０［ｋＮ］程度である。

ここで、ボルト６１のせん断強度とは、車両幅方向に沿ってせん断力を加えた際にボルト６１がせん断する時のせん断荷重を意味する。前方側フレーム５１の座屈強度とは、車両幅方向に荷重を加えた際に前方側フレーム５１が座屈する時の荷重を意味する。

図５は、本実施の形態に係るバッテリ搭載構造の車両側突後の状態を示す模式図である。図５を参照して、車両側突時におけるバッテリ搭載構造１０の変形挙動について説明する。なお、図５においては、車両幅方向の一方側から他の車両が衝突した場合を図示している。

図５に示すように、車両幅方向の一方側から他の車両に衝突された場合（車両側方から衝突された場合）には、矢印ＡＲ１に示すように、モーメントが作用することにより、サイドメンバ３１が側方フレーム５３に近づくように変形する。

また、上述のように、重なり領域Ｒ１，Ｒ２の間に位置する部分のクロスメンバ４１の剛性が、重なり領域Ｒの剛性よりも小さくなることから、重なり領域Ｒの間に位置する部分のクロスメンバ４１が、前方側フレーム５１から離れるように変形する。

変形したサイドメンバ３１は、矢印ＡＲ２に示すように、側方フレーム５３を押圧することにより、フレーム５０を全体的に反衝突側（車両幅方向の他方側）に向けて押圧する。

この際、衝突側（車両幅方向の一方側）においては、クロスメンバ４１は、圧縮等の変形をしながらフレーム５０とともに反衝突側に向けて移動する。これにより、重なり領域Ｒ１に位置する締結部材６０は、破断されずに、前方側フレーム５１、クロスメンバ４１の上側プレート部４１１およびサイドメンバ３１の突出部３１４が締結された締結状態を維持する。

一方で、反衝突側においては、上述のように重なり領域Ｒ１，Ｒ２の間に位置する部分のクロスメンバ４１が変形するとともに前方側フレーム５１が押圧されることにより、締結部材６０にせん断応力が作用する。締結部材６０のせん断強度は、前方側フレーム５１の座屈強度よりも小さくなっている。

このため、前方側フレーム５１が座屈するよりも先に、締結部材６０のボルト６１がせん断する。また、反衝突側におけるサイドメンバ３２と、側方フレーム５４との間には、隙間が形成されており、この隙間によって反衝突側へのフレーム５０の移動が許容されている。

これにより、前方側フレーム５１は、サイドメンバ３２側に向けて移動し、バッテリ２０をフレーム５０とともに、反衝突側に移動させることができる。なお、前方側フレーム５１の座屈強度は、相当程度高くなっているため、前方側フレーム５１は、座屈せずに移動する。

このように、車両１の側方からの衝突時に、反衝突側において締結部材６０をせん断させて、バッテリ２０をフレーム５０とともに、反衝突側に移動させることにより、衝突時にバッテリ２０に作用する衝撃力を逃がすことができ、バッテリの破損を抑制することができる。

なお、上述した実施の形態においては、前方側に位置するクロスメンバ４１にサイドメンバ３１，３２の突出部３１４，３２４が重なり、これらが重なる領域Ｒ１，Ｒ２において、前方側フレーム５１、クロスメンバ４１、および突出部３１４，３２４が締結部材６０によって締結される場合を例示して説明したが、これに限定されず、後方側に位置するクロスメンバ４２にサイドメンバ３１，３２の突出部３１４，３２４が重なり、これらが重なる領域において、前方側フレーム５１、クロスメンバ４２、および突出部３１４，３２４が締結部材６０によって締結されていてもよい。

また、上述した実施の形態においては、サイドメンバ３１，３２の側壁部３１４，３２４から車両幅方向の内側に突出する突出部３１４，３２４が設けられ、突出部３１４，３２４が車両幅方向におけるクロスメンバ４１の一方側および他方側に重なる場合を例示して説明したが、これに限定されず、側壁部３１４，３２４に、車両幅方向の内側に向けて開放された凹部が設けられ、当該凹部の下壁面上においてクロスメンバ４１の一方側および他方側が重なっていてもよい。この場合には、側壁部３１４，３２４に設けられた凹部は、側方フレーム５３，５４を収容可能に構成される。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

１ 車両、１０ バッテリ搭載構造、２０ バッテリ、２１ 外装体、３０ 一対のサイドメンバ、３１，３２ サイドメンバ、４０ 一対のクロスメンバ、４１，４２ クロスメンバ、５０ フレーム、５１ 前方側フレーム、５２ 後方側フレーム、５３，５４ 側方フレーム、５５ フランジ部、６０ 締結部材、６１ ボルト、６２ ナット、３１１，３２１ 上壁部、３１２，３２２ 下壁部、３１３，３２３ 側壁部、３１４，３２４ 突出部、４１１ 上側プレート部、４１２ 下側プレート部。

Claims (1)

1. 車両前後方向に沿って延在する一対のサイドメンバと、
   前記一対のサイドメンバに接続されるとともに、車両幅方向に沿って延在するクロスメンバと、
   前記一対のサイドメンバの間に位置する領域に配置されるバッテリと、
   前記一対のサイドメンバとの間に隙間が形成された状態で前記一対のサイドメンバの間に配置される枠状のフレームと、を備え、
   前記フレームは、車両幅方向に沿って延在し、かつ、前記クロスメンバに固定される固定用フレーム部を含むとともに、前記バッテリを囲みつつ前記バッテリを支持し、
   前記一対のサイドメンバのうち一方のサイドメンバは、前記クロスメンバの一方側に重なる第１部分を含み、
   前記一対のサイドメンバのうち他方のサイドメンバは、前記クロスメンバの他方側に重なる第２部分を含み、
   前記第１部分および前記第２部分と前記クロスメンバとが重なる領域に前記固定用フレーム部を締結する複数の締結部材を、さらに備え、
   前記複数の締結部材のせん断強度は、前記固定用フレーム部の座屈強度よりも小さい、バッテリ搭載構造。

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