特許第6438971号(P6438971)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6438971
(24)【登録日】2018年11月22日
(45)【発行日】2018年12月19日
(54)【発明の名称】保護フレーム構造体
(51)【国際特許分類】
   H01M 2/10 20060101AFI20181210BHJP
   B62D 21/00 20060101ALI20181210BHJP
   B60K 1/04 20060101ALI20181210BHJP
【FI】
   H01M2/10 S
   H01M2/10 E
   B62D21/00 A
   B60K1/04 Z
【請求項の数】2
【全頁数】9
(21)【出願番号】特願2016-555400(P2016-555400)
(86)(22)【出願日】2015年10月23日
(86)【国際出願番号】JP2015079924
(87)【国際公開番号】WO2016063967
(87)【国際公開日】20160428
【審査請求日】2017年5月17日
(31)【優先権主張番号】特願2014-216782(P2014-216782)
(32)【優先日】2014年10月24日
(33)【優先権主張国】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000100791
【氏名又は名称】アイシン軽金属株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】000003207
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100114074
【弁理士】
【氏名又は名称】大谷 嘉一
(72)【発明者】
【氏名】木戸 耕介
(72)【発明者】
【氏名】初見 浩之
(72)【発明者】
【氏名】川口 聡
(72)【発明者】
【氏名】小崎 秋弘
(72)【発明者】
【氏名】田中 航一
(72)【発明者】
【氏名】小林 武徳
(72)【発明者】
【氏名】田中 寿
【審査官】 松本 陶子
(56)【参考文献】
【文献】 特開2013−028191(JP,A)
【文献】 特開2007−125974(JP,A)
【文献】 国際公開第2014/061109(WO,A1)
【文献】 特開2013−089448(JP,A)
【文献】 特開2005−050616(JP,A)
【文献】 特開2015−026488(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01M 2/10
B60K 1/04
B62D 21/00
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ロアフレーム体、中間フレーム体及びアッパフレーム体を連結した保護フレーム構造体であって、前記ロアフレーム体と当該ロアフレーム体の上部に位置する中間フレーム体とで電池モジュールの搭載空間を形成し、
前記中間フレーム体と当該中間フレーム体の上部に位置するアッパフレーム体の間に上部空間を形成し、
保護フレーム構造体に外部荷重が入力されると、前記中間フレーム体が上方に向けて変形するものであり、
前記ロアフレーム体は、車両幅方向に延在し車両前後方向に対向配置したロアフロントフレームとロアリアフレームとを有し、前記ロアフロントフレームとロアリアフレームとの間をロア連結フレームにて連結してあり、
前記中間フレーム体は車両幅方向に延在し車両前後方向に対向配置した中間フロントフレームと中間リアフレームとを有し、
前記中間フロントフレームと中間リアフレームとは中間連結フレームにて連結してあり、ロアフロントフレームと中間フロントフレームとは、一方又は両方のフレームに設けたフロント側立設部を介して連結してあり、
ロアリアフレームと中間リアフレームとは、一方又は両方のフレームに設けたリア側立設部を介して連結してあり、
前記フロント側立設部のロアフロントフレームからの立上基部の位置が、前記中間フロントフレーム側の基部よりも前方外側に位置していることを特徴とする護フレーム構造体。
【請求項2】
前記中間フロントフレームは上下一対のフランジ部有し、
前記中間連結フレームの端部は前記上下一対のフランジ部の間に挿入連結してあり、
前記中間フロントフレームとフロント側立設部との連結位置が前記上下一対のフランジ部を構成する上側のフランジ部よりも下側のフランジ部よりに位置していることを特徴とする請求項記載の保護フレーム構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、車両に電池モジュール等の電源部を搭載するのに用いられ、車両に外部負荷が加わった場合に、この外部負荷から電源部を保護するための保護フレーム構造体に関する。
【背景技術】
【0002】
電気自動車やハイブリッド自動車の分野においては、自動車の駆動源として電池モジュール,電池パック等と称される電池(以下、電池モジュールという)が搭載され、この出力電圧が200V以上の高圧であることから、車両に外部負荷が加わった際にその衝撃等から電池モジュールを保護する必要がある。
【0003】
特許文献1には、電池収納部に隣接してこの電池収納部よりも破壊強度が弱い衝撃吸収部を形成した搭載構造を開示する。
しかし、同公報に開示する構造は、車両の後部から衝撃が加わると衝撃吸収部が破壊されることで電池収納部がこの衝撃吸収部の上又は下に重なるように相対移動するもので有り、衝撃吸収部はユーザーにとって使用できない余剰スペースとなる問題がある。
また、同公報に開示する搭載構造によれば、電池収納部の前側に乗員のリアシートが配置されており、リアシートとの衝突における保護構造が別途必要となる問題もある。
【0004】
【特許文献1】日本国特開2003−45392号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、軽量化,省スペース化を図るのに有効で、衝撃吸収性に優れた保護フレーム構造体の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明に係る保護フレーム構造体は、ロアフレーム体、中間フレーム体及びアッパフレーム体を連結した保護フレーム構造体であって、前記ロアフレーム体と当該ロアフレーム体の上部に位置する中間フレーム体とで電池モジュールの搭載空間を形成し、前記中間フレーム体と当該中間フレーム体の上部に位置するアッパフレーム体の間に上部空間を形成し、保護フレーム構造体に外部荷重が入力されると、前記中間フレーム体が上方に向けて変形するものであることを特徴とする。
本明細書においては、ロアフレーム体が車両側に連結固定される部材であるとともに、このロアフレーム体に電池モジュールを搭載固定するものとして位置関係を表現する。
本発明は、ロアフレーム体,中間フレーム体及びアッパフレーム体が一体として所定の剛性を確保しつつ、中間フレーム体が上方に向けて変形、即ち電池モジュールから離間する方向に変形するのを誘導することで衝撃力を吸収する。
これにより、全体として軽量及び省スペース化を図りながら電池モジュールを保護する。
なお、本明細書では保護対象を電池モジュールとして説明するが、他の搭載部品を保護するのに用いることもできる。
【0007】
本発明において、ロアフレーム体は、車両幅方向に延在し車両前後方向に対向配置したロアフロントフレームとロアリアフレームとを有し、前記ロアフロントフレームとロアリアフレームとの間をロア連結フレームにて連結してあり、前記中間フレーム体は車両幅方向に延在し車両前後方向に対向配置した中間フロントフレームと中間リアフレームとを有し、前記中間フロントフレームと中間リアフレームとは中間連結フレームにて連結してあり、ロアフロントフレームと中間フロントフレームとは、一方又は両方のフレームに設けたフロント側立設部を介して連結してあり、ロアリアフレームと中間リアフレームとは、一方又は両方のフレームに設けたリア側立設部を介して連結してあり、前記フロント側立設部のロアフロントフレームからの立上基部の位置が、前記中間フロントフレーム側の基部よりも前方外側に位置しているようにしてもよい。
本明細書では、電池モジュールを車両の後部に搭載した場合を想定して、車両の前方側をフロント側と表現し、後方側をリア側として表現する。
従って、外部からの荷重は主にリア側から加わる場合にて説明するが、電池モジュールの車両に対する搭載位置によってフロント側及びリア側の表現が適宜置換解釈可能である。
このように、フロント側立設部のロアフロントフレームからの立上基部の位置が中間フロントフレーム側の基部よりも前方外側に位置していると、リア側からの外部荷重が中間連結フレームを介してフロント側に伝播することでフロント側立設部が前方に移動し、中間連結フレームが上方に変形するきっかけとなる。
また、中間フロントフレームは上下一対のフランジ部有し、前記中間連結フレームの端部は前記上下一対のフランジ部の間に挿入連結してあり、前記中間フロントフレームとフロント側立設部との連結位置が前記上下一対のフランジ部を構成する上側のフランジ部よりも下側のフランジ部よりに位置させると、さらに中間連結フレームの中央部が上方に向けて変形するように作用する。
【0008】
ロアフレーム体と中間フレーム体とで形成した搭載空間の電池モジュールを保護する観点からは、アッパフレーム体は、上側(外側)及び下側(内側)のいずれの方向に変形してもよいが、中間フレーム体とアッパフレーム体の間に形成した上部空間に電源部の制御部品等の機器部品を搭載した場合に、これらの部品も保護する観点からは、アッパフレーム体も上方に向けて変形するのを誘導するために、アッパフレーム体は車両幅方向に延在し車両前後に対向配置したアッパフロントフレームとアッパリアフレームとを有し、前記アッパフロントフレームとアッパリアフレームとはアッパ連結フレームにて連結してあり、前記アッパフロントフレーム及びアッパリアフレームは上下一対のフランジ部をそれぞれ有し、前記アッパ連結フレームの両側端末を上下一対のフランジ部の間にそれぞれ挿入連結してあるとともに、それぞれ上側フランジ部の長さよりも下側フランジ部の長さの方が長く設定してもよい。
【発明の効果】
【0009】
本発明に係る保護フレーム構造体にあっては、リア側からの外部荷重をアッパフレーム体,中間フレーム体及びロアフレーム体からなる保護フレーム構造体全体にて耐えるとともに中間フレーム体、特に中間連結フレームの中央部が上方に向けて変形することで衝撃力を吸収することができ、従来の特許文献1に示す電池収納部の後方に設けた衝撃吸収部のような余剰スペースが不要になり、省スペース化を図ることができる。
また、保護フレーム構造体の全体で電池モジュールを保護する際に、中間フレーム体が上方に変形することで衝撃が吸収されるので、中間フレーム体を変形させないのに対して、全体としての軽量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
図1】(a)は本発明に係る保護フレーム構造体の例の断面図を示し、(b)は外部荷重Fが加わった場合の変動モードを示す。
図2】本発明に係る保護フレーム構造体を構成する部品図を示し、(a)はアッパフレーム体、(b)は中間フレーム体、(c)はロアフレーム体の外観斜視図を示す。
図3】中間フレーム体を分割した例を示す。
図4】ロアリアフレームの立設部に中間リアフレームとアッパリアフレームとを同時に締結した例を示す。
【符号の説明】
【0011】
10 ロアフレーム体
11 ロアフロントフレーム
12 ロアリアフレーム
13 ロアサイドフレーム
14 ロアサイドフレーム
15 ロア連結フレーム
20 中間フレーム体
21 中間フロントフレーム
22 中間リアフレーム
23 中間連結フレーム
30 アッパフレーム体
31 アッパフロントフレーム
32 アッパリアフレーム
33 アッパ連結フレーム
連結基部
連結基部
V 電池モジュール
【発明を実施するための最良の形態】
【0012】
本発明に係る保護フレーム構造体の構造例を以下図面にて説明するが、本発明はこれに限定されない。
【0013】
図2に本発明に係る保護フレーム構造体を構成する部材(部品)の構成例を示し、図1(a)に断面図を示す。
保護フレーム構造体は、車体側に固定するロアフレーム体10と、その上に位置させる中間フレーム体20と、さらにその上に位置させるアッパフレーム体30にて構成されている。
図1(a)に示すように、ロアフレーム体10と中間フレーム体20にて電池モジュール等の搭載空間Vを形成し、中間フレーム体20とアッパフレーム体の間に上部空間Pを形成してある。
上部空間Pには、必要に応じて電源部の制御部品等の機器部品を搭載できる。
【0014】
ロアフレーム体10は、アルミニウム合金の押出材等を用いて製作した中空断面形状のロアフロントフレーム11と、これに対向配置する中空断面形状のロアリアフレーム12を有する。
本実施例では、電池モジュールを車両の後部に搭載することを想定した場合で説明するが、これは図2(b)に示すようにリア側からFの外部荷重が入力され、保護フレーム構造体が変形するモードを想定した場合であって、電池モジュールの搭載位置によってフロント側とリア側との表現が逆になってもよい。
ロアフロントフレーム11,ロアリアフレーム12は、車両幅方向に延在させてあり、このロアフロントフレーム11とロアリアフレーム12とは、図2(c)に示すように中空断面形状からなるパネル状のロア連結フレーム15にて連結してある。
ロア連結フレームは、1つのパネル体であってもよいが、本実施例では部位により形状の異なる複数のロア連結フレームに分割した例となっている。
ロア連結フレーム15を例に説明すると、上面部15aと下面部15bからなる中空パネル体になっている。
3つのフレーム体10,20,30にて枠体を形成するために本実施例では、ロアフレーム体10の車両幅方向両側にロアサイドフレーム13,14を形成してあり、ロアリアフレーム12からパネル状のリア側の立設部12dをロアリアフレーム12から一体的に立設してある。
ロアフロントフレーム11は、中空部11aのベース面11dと上面部11eとから内側方向(後方)に上リブ11cと下リブ11bとを設けてある。
ロアリフレーム12は、中空部12aの上面から上リブ12c、下面から下リブ12bをそれぞれ内側方向に形成してある。
ロア連結フレーム15の前後方向の両側の端部は、ロアフロントフレーム11とロアリアフレーム12のそれぞれの上下リブ間に挿入し、中空部に突き当てた状態で溶接,ビス等により連結してある。
【0015】
中間フレーム体20は、アルミニウム合金の押出材等で製作された中空断面部21gを有する中間フロントフレーム21と、中空断面形状の中間リアフレーム22との間を中空断面形状からなる中間連結フレーム23にて連結してある。
中間連結フレーム23は、複数のバー材に分割してある。
中間フロントフレーム21は、中空部21gの下面側から前方(外側)に向けて連結片部21hを延在させ、その先にフロント側の立設部を設けてある。
フロント側の立設部(21a,21b)は、リア側の立設部12dとともに電池モジュールの搭載空間Vを形成するためのものであり、立設部はロアフレーム体10側と中間フレーム体20のうち、どちら側に形成してもよく、また両方から形成し連結してもよい。
本実施例では、リア側の立設部12dをロアリアフレーム12から一体的に立設させ、フロント側の立設部(21a,21b)を中間フレーム体20の中間フロントフレーム21から垂下させた例になっている。
フロント側の立設部は、概ね垂直の垂直部21aと後方に向けて傾斜した傾斜部21bとからなり、下端側を折り曲げて連結部21cにし、この連結部21cに設けた取付孔21dを介してロアフロントフレームとビス41,ナット51による螺着締結する例になっている。
中間フレーム体20の中間リアフレーム22は、ナット52の挿入口22c及び取付孔22bを介して、リア側の立設部12dの途中に形成した連結片12fにビス42とナット52にて螺着締結する例になっている。
なお、図4に示すように中間リアフレーム122に設けた連結部122aとアッパリアフレーム132に設けた連結部132aとを重ねるようにして、ロアリアフレームの立設部12dに螺着締結してもよく、この部分の連結構造に制限はない。
中空断面形状からなる中間連結フレーム23の両側端末は、中間フロントフレーム側の上下フランジ部21j,21kと、中間リアフレーム側の上下フランジ部22d,22eの間に挿入され、溶接等にて連結されている。
中間連結フレーム23の下面部23a,上面部23bが、それぞれ下フランジ部21k,上フランジ部21jの内側に接し、且つ端面が中空部21gに突き当たるようにし、溶接接合されている。
また、中間フロントフレームの中空部21gと、フロント側の立設部の傾斜部21bとの上端部は連結片部21hで繋がれているので、上側には空間凹部21iが形成される。
この中間フレーム体は、図3に示すように中間フロントフレーム121A,121B及び中間リアフレーム122A,122B等に分割した複数のフレーム体であってもよい。
【0016】
アッパフレーム体30は、中間フレーム体20との間に上部空間部Pを形成するためのものである。
アルミニウム合金の押出材等にて製作した中空断面形状からなるアッパフロントフレーム31と中空断面形状からなるアッパリアフレーム32との間を中空断面パネル形状のアッパ連結フレーム33にて連結してある。
アッパフレーム体30は、蓋部としての機能を有する。
アッパフロントフレーム31の中空部31aの上面部31bから内側後方に向けて上フランジ部31eと下フランジ部31dを形成してあるが、上フランジ部31eよりも下フランジ部31dのフランジ長さが長くなるように設定してある。
なお、アッパフレームの変形モードによっては図4に示すように、上フランジ部131eの方を下フランジ部131dより長くしたアッパフロントフレーム131にしてもよい。
アッパリアフレーム32は、中空部の上面部32dの内側前方に上フランジ部32bと下フランジ部32aを形成してあるが、上フランジ部32bよりも下フランジ部32aのフランジ長さが長くなるように設定してある。
中空断面パネル形状からなるアッパ連結フレーム33の前後方向両側の端部は、それぞれ上下フランジ部(31e,31d),(32b,32a)との間に上面部33b,下面部33aが接するように挿入され、溶接等にて連結されている。
アッパフロントフレーム31は、中空部の上面の作業孔及び下面に設けた取付孔31fを介して、中間フレーム体の中間フロントフレーム21に設けた取付片部21eの上端部21fとビス43,ナット53による螺着締結される。
アッパリアフレーム32は、リア側の立設部12dの上端部12eに中空部の下面部32cが載置するように連結されている。
【0017】
次に図1(b)に基づいて、外部荷重Fによる変形モードについて説明する。
ロアフレーム体10は、ロアフロントフレーム11の中空部11aとロアリアフレーム12の中空部12aとが、中空断面形状のロア連結フレーム15の端面にて突き当たるように連結されている。
中間フレーム体20は、中間フロントフレーム21の中空部21gと中間リアフレーム22の中空部とが、中空断面形状の中間連結フレーム23の端面に突き当たるように連結されるとともに、フロント側立設部の傾斜部21b及びリア側立設部12dとは、下フランジ部21k,22e延長線上にてそれぞれ連結されている。
アッパフレーム体30は、アッパフロントフレーム31の中空部上部側とアッパリアフレーム32の中空部上部側にて、中空断面形状からなるアッパ連結フレーム33にて連結され、上フランジ部31e,32bのフランジ長さよりも下フランジ部31d,32aのフランジ長さの方が長く設定されている。
保護フレーム構造体のリア側から外部荷重Fが加わると、その衝撃荷重はロアフレーム体10,中間フレーム体20及びアッパフレーム体30全体に伝播する。
この際に電池モジュールの搭載空間Vの変形モードとしては、図1(a)に示した連結基部C〜Cを起点にした変形になる。
中間フロントフレーム21に形成したフロント側の立設部が垂直部21aと傾斜部21bからなり、ロアフロントフレーム11との連結基部Cの位置が中間連結フレーム23側の連結基部Cよりも前方に位置しているので、この連結基部Cが斜め下方に移動するように変形し、中間連結フレーム23が上方に向けて変形するきっかけとなる。
また、中間連結フレーム23の両端部は、下フランジ部21k,22e側にてフロント立設部及びリア側立設部と連結され、フロント側には空間凹部21iが形成されているので、さらに中間連結フレーム23の中央部が上方に撓むようにdの方向に変形する。
これにより、電池モジュールの搭載空間Vが維持され、保護される。
また、本実施例では、アッパフレーム体30のアッパ連結フレーム33の両側端部を挿入連結した上下一対のフランジ部のうち、下フランジ部31d,32aのフランジ長さの方が上フランジ部31e,32bの長さよりも長く設定してあるので、上方に向けてdの方向に変形しやすく、逆に上部から下方に向けての荷重に対しては、下フランジ部と両側のアッパフロントフレーム31,アッパリアフレーム32の中空部で支えるので、変形荷重が高くなる。
これにより、上部空間Pに機器部品を搭載した場合に、これらの部品も保護する。
【産業上の利用可能性】
【0018】
本発明に係る保護フレーム構造体は、車両に搭載する各種部品の保護構造として利用できる。
図1
図2
図3
図4