特表 2023-507192 電気またはハイブリッド車両のバッテリパック用の補強フレーム、補強されたバッテリパック、およびそのバッテリパックを組み立てるための方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-02-21

(54)【発明の名称】電気またはハイブリッド車両のバッテリパック用の補強フレーム、補強されたバッテリパック、およびそのバッテリパックを組み立てるための方法

(51)【国際特許分類】

   B60K 1/04 20190101AFI20230214BHJP

   B62D 25/20 20060101ALI20230214BHJP

   B60L 50/64 20190101ALI20230214BHJP

【ＦＩ】

B60K1/04 Z

B62D25/20 C

B62D25/20 H

B60L50/64

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022537506

(86)(22)【出願日】2020-12-08

(85)【翻訳文提出日】2022-08-10

(86)【国際出願番号】 IB2020061635

(87)【国際公開番号】W WO2021124012

(87)【国際公開日】2021-06-24

(31)【優先権主張番号】PCT/IB2019/061006

(32)【優先日】2019-12-18

(33)【優先権主張国・地域又は機関】IB

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】515214729

【氏名又は名称】アルセロールミタル

(74)【代理人】

【識別番号】110001173

【氏名又は名称】弁理士法人川口國際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】タンドン，ガガン

(72)【発明者】

【氏名】ザムマレン，ロバート

【テーマコード（参考）】

3D203

3D235

5H125

【Ｆターム（参考）】

3D203AA02

3D203AA31

3D203AA33

3D203BB04

3D203BB12

3D203BB16

3D203BB24

3D203CA23

3D203CA25

3D203CA26

3D203DB05

3D235AA02

3D235BB03

3D235BB36

3D235CC14

3D235DD32

3D235DD35

3D235FF09

3D235FF12

3D235HH22

3D235HH25

3D235HH26

5H125AA01

5H125AC12

5H125FF05

5H125FF24

(57)【要約】

本発明は、電気またはハイブリッド車両（３７）のバッテリパック（２）用の補強フレーム（１）であって、前記バッテリパックが、シールド要素に位置して固定される複数のバッテリセルを備え、前記補強フレームが、少なくとも：－ バッテリパックと車両の車体との両方に固定されるように提供される補強フレーム締結部分（３）と、－ 少なくともバッテリセルを取り囲むように提供される補強フレーム中空部分（４）とを備える、補強フレーム（１）に関する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電気またはハイブリッド車両（３７）に取り付けられた、前記車両（３７）のバッテリパック（２）用の補強フレーム（１）であって、前記バッテリパック（２）が、複数のバッテリセル（２９）を備え、前記補強フレーム（１）が、少なくとも、
バッテリパック（２）と車両の車体との両方に固定されるように提供される補強フレーム締結部分（３）と、
少なくともバッテリセル（２９）を取り囲むように提供される補強フレーム中空部分（４）、
どちらも締結セクション（５、６）および補強セクション（７、８）を有する内側部品（１０）および外側部品（１１）を備え、締結セクション（５、６）が、補強フレーム締結部分（３）を形成するために互いに固定され、補強セクション（７、８）が、補強フレーム中空部分（４）を画定し、
内側部品（１０）と外側部品（１１）とがそれぞれ、プレス硬化鋼のレーザ溶接ブランクから作製され、前記レーザ溶接ブランクがそれぞれ、いくつかのサブブランクを備える、
補強フレーム（１）。

【請求項2】

内側部品（１０）および外側部品（１１）の補強セクション（７、８）がどちらも略Ｌ字形であり、補強フレーム中空部分（４）のＹ軸に対して対称的な位置に配置されて、略正方形または長方形の補強フレーム中空部分（４）を形成する、請求項１に記載の補強フレーム（１）。

【請求項3】

補強フレーム中空部分（４）から延びる被覆部分（９）を備え、前記被覆部分（９）が、バッテリパック（２）の上部カバー（１９）に固定されるように提供される、請求項１または２に記載の補強フレーム（１）。

【請求項4】

内側部品（１０）と外側部品（１１）とがどちらも、対象の補強セクション（７、８）から延びる被覆部分（１２、１３）を有し、前記被覆部分（１２、１３）が、被覆部分（９）を形成するために互いに固定される、請求項３に記載の補強フレーム（１）。

【請求項5】

前記補強フレーム（１）の任意の所与の断面に関して、内側部品（１０）の最小引張強度のシート厚さによる積が、外側部品（１１）の最小引張強度のシート厚さによる積以上である、請求項１から４のいずれか一項に記載の補強フレーム（１）。

【請求項6】

略正方形または長方形の形状を有し、面取りされた隅部を有する、請求項１から５のいずれか一項に記載の補強フレーム（１）。

【請求項7】

補強フレーム中空部分（４）の内側に位置し、前記補強フレーム中空部分（４）に固定された少なくとも１つの長手方向補強部材（１４）を備える、請求項１から６のいずれか一項に記載の補強フレーム（１）。

【請求項8】

長手方向補強部材（１４）が、オメガ形状の断面を有する、請求項７に記載の補強フレーム（１）。

【請求項9】

電気またはハイブリッド車両（３７）用の補強されたバッテリパック（２）であって、複数のバッテリセル（２９）を備え、請求項１から８のいずれか一項に記載の補強フレーム（１）をさらに備える、補強されたバッテリパック（２）。

【請求項10】

電気またはハイブリッド車両（３７）の車体に、少なくとも締結部分（３）で取り付けられる、請求項９に記載の補強されたバッテリパック（２）。

【請求項11】

バッテリパック（２）への侵入を回避するために提供される少なくともシールド要素（１５）をさらに備え、前記シールド要素（１５）が、補強されたバッテリパック（２）の締結部分（３）に取り付けられる、請求項９または１０に記載の補強されたバッテリパック（２）。

【請求項12】

補強フレーム（１）の被覆部分（９）に取り付けることによって補強フレーム（１）に固定される少なくとも上部カバー（１９）をさらに備える、請求項９から１１のいずれか一項に記載の補強されたバッテリパック（２）。

【請求項13】

電気またはハイブリッド車両（３７）の車体（３０、３１）に取り付けられる請求項９から１２のいずれか一項に記載の補強されたバッテリパック（２）を組み立てるためのプロセスであって、前記車体（３０、３１）が、長手方向軸（Ｘ）に沿って延び、床（２８）と、少なくとも１対の後側部材（２５）および１対の前側部材（２６）であって、前記対（２５、２６）が、互いに反対側にあり、後方および前方の衝撃を吸収するように提供される、少なくとも１対の後側部材（２５）および１対の前側部材（２６）と、床（２８）に固定され、横方向衝撃を吸収するように提供される互いに反対側の２つのサイドシル（２７）とを備え、プロセスが、少なくとも、
バッテリセル（２９）を提供するステップ、
内側部品（１０）および外側部品（１１）を提供するステップ、
バッテリセル（２９）の周りに内側部品（１０）を配設するステップ、
車両（３７）の前部に向けて位置する外側部品（１０）の隅部が前側部材（２６）の後端部に隣接し、車両の後部に向けて位置する外側部品（１０）の隅部が後側部材（２５）の前端部に隣接するように、外側部品（１１）の締結セクション（６）を１対のサイドシル（２７）に取り付けるステップ、
ハイブリッド車両または電気自動車両（３７）の車体に取り付けられる締結部分（３）と、バッテリセル（２９）を取り囲む中空部分（４）とを有する補強フレーム（１）を形成するために、内側部品（１０）の締結セクション（５）を外側部品（１１）の締結セクション（６）に取り付けるステップ
を含む、プロセス。

【請求項14】

電気またはハイブリッド車両（３７）の車体（３０、３１）に取り付けられる請求項９から１２のいずれか一項に記載の補強されたバッテリパック（２）を組み立てるためのプロセスであって、前記車体（３０、３１）が、長手方向軸（Ｘ）に沿って延び、床（２８）と、少なくとも１対の後側部材（２５）および１対の前側部材（２６）であって、前記対（２５、２６）が、互いに反対側にあり、後方および前方の衝撃を吸収するように提供される、少なくとも１対の後側部材（２５）および１対の前側部材（２６）と、床（２８）に固定され、横方向衝撃を吸収するように提供される互いに反対側の２つのサイドシル（２７）とを備え、プロセスが、少なくとも、
バッテリセル（２９）を提供するステップ、
内側部品（１０）および外側部品（１１）を提供するステップ、
締結部分（３）および中空部分（４）を有する補強フレーム（１）を形成するために、内側部品（１０）および外側部品（１１）の締結セクション（５、６）を互いに取り付けるステップ、
バッテリセル（２９）の周りに補強フレーム（１）を配設するステップ、
車両（３７）の前部に向かって位置する補強フレーム（１）の隅部が前側部材（２６）の後端部に隣接し、車両の後部に向かって位置する補強フレーム（１）の隅部が後側部材（２５）の前端部に隣接するように、締結部分（３）を１対のサイドシル（２７）に取り付けるステップ
を含む、プロセス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、自動車産業における保護および補強要素に関し、より詳細には、電気またはハイブリッド車両のバッテリパックの保護に関する。

【背景技術】

【0002】

電気またはハイブリッド車両は、少なくとも１つの重くてかさばるバッテリパックを搭載しなければならない。このバッテリパックは複数のバッテリセルから構成され、自動車事故の際に生じ得る物理的侵入と、対象の車両への組立て中にバッテリパックが移動される間の機械的衝撃との両方に対して非常に良く保護される必要がある。

【0003】

米国特許出願第１３／９４０，７３５号から、プレート底部と、底部の周縁部から上向きに曲げられた壁とを備えるトレイまたはタブに挿入された複数のセルを備えるバッテリパックを設計することが知られている。壁は、より良いセル保護のために、内側フレームおよび外側フレームで補強される。しかし、トレイの逃げ角が使用不能区域（ｌｏｓｔ ｚｏｎｅ）を形成し、この区域は、バッテリセルをトレイに挿入するときの空間の最適化において問題となる。

【0004】

さらに、先行技術のバッテリパック構造は、衝突管理の面から車両の全体的な性能を改良するためには使用されていない。先行技術のバッテリパック構造は、バッテリセルを収納および保護するためにのみ設計され、車両にさらなる改良をもたらすことを考慮していない。

【0005】

独国特許出願公開第１０２０１６１１５０３７（Ａ１）号から、３次元部品に形成された後に一体に溶接される４つの異なる要素を使用して内側および外側フレーム構造を形成することが知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】独国特許出願公開第１０２０１６１１５０３７号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明の狙いは、バッテリパックのバッテリセル構成を最適化し、車両衝突管理の全体的な改良に寄与しながら、前記バッテリパックのバッテリセルを効率的に保護するための方法を提供することによって、先行技術の欠点を改善することである。

【0008】

以下の図面および説明からわかるように、本発明は、製品設計の柔軟性の面で、また組立て順序の柔軟性の面でさらなる利点を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0009】

この目的で、本発明の第１の主題は、電気またはハイブリッド車両のバッテリパック用の補強フレームであって、前記バッテリパックが、シールド要素に位置して固定された複数のバッテリセルを備え、前記補強フレームが、少なくとも：
－ バッテリパックと車両の車体との両方に固定されるように提供される補強フレーム締結部分と、
－ 少なくともバッテリセルを取り囲むように提供される補強フレーム中空部分と
を備える、補強フレームからなる。

【0010】

本発明による補強フレームは、個別にまたは組み合わせて考慮される、以下に列挙する任意選択の特徴を有することもある：
－ 補強フレームが、どちらも締結セクションおよび補強セクションを有する内側部品および外側部品を備え、締結セクションが、補強フレーム締結部分を形成するために互いに固定され、補強セクションが、補強フレーム中空部分を画定する。
－ 内側部品および外側部品の補強セクションがどちらもＬ字形であり、補強フレーム中空部分のＹ軸に対して対称に配置されて、正方形または長方形の補強フレーム中空部分を形成する。
－ 補強フレームが、補強フレーム中空部分から延びる被覆フレームを備え、前記被覆フレームが、バッテリセルの上部カバーに固定されるように提供される。
－ 内側部品と外側部品とがどちらも、対象の補強セクションから延びる被覆部分を有し、前記被覆部分が、被覆フレームを形成するために互いに固定される。
－ 内側部品および外側部品が、プレス硬化鋼から作製される。
－ 内側部品および外側部品が、レーザ溶接ブランクから作製される。
－ 補強フレームの任意の所与の断面に関して、内側部品の最小引張強度のシート厚さによる積が、外側部品の最小引張強度のシート厚さによる積以上である。
－ 補強フレームが、略正方形または長方形の形状を有し、面取りされた隅部を有する。
－ 補強フレームが、補強フレーム中空部分の内側に位置し、前記補強フレーム中空部分に固定された少なくとも長手方向補強部材を備える。
－ 長手方向補強部材が、オメガ形状の断面を有する。

【0011】

本発明の第２の目的は、複数のバッテリセルおよび補強フレームを備える電気またはハイブリッド車両用の補強されたバッテリパックであって、個別にまたは組み合わせて考慮される、以下に列挙する任意選択の特徴をさらに備える、補強されたバッテリパックからなる：
－ バッテリパックへの侵入を回避するために提供されるシールド要素と呼ばれる下側保護要素、
－ バッテリセルを冷却するために提供される、シールド要素に位置する冷却手段、
－ 冷却手段に位置し、複数のハウジング部材を形成する複数のハウジングクロスメンバを備えるメッシュであって、各バッテリセルが、対象のハウジング部材に収容される、メッシュ、
－ シールド要素に固定される補強フレーム締結部分と、少なくともバッテリセルを取り囲む補強フレーム中空部分とを有する上述した補強フレーム、および
－ 補強フレームに固定される上部カバー。

【0012】

本発明による補強されたバッテリパックは、個別にまたは組み合わせて考慮される、以下に列挙する任意選択の特徴を有することもある：
－ 被覆部材が、補強フレームの上部カバーフレームに固定される。
－ 補強されたバッテリパックが、シールド要素と冷却手段との間に位置する規則的間隔の侵入防止クロスメンバを備える。
－ シールド要素が、１３００ＭＰａよりも大きい引張強度を有する鋼から作製される。

【0013】

本発明の第３の目的は、本発明による補強されたバッテリパックを組み立て、それを電気またはハイブリッド車両の車体に取り付けるためのプロセスであって、前記車体が、床と、少なくとも１対の後側部材および１対の前側部材であって、前記対が、互いに反対側にあり、後方および前方の衝撃を吸収するように提供される、少なくとも１対の後側部材および１対の前側部材と、床に固定され、横方向衝撃を吸収するように提供される互いに反対側の２つのサイドシルとを備え、プロセスが、少なくとも：
－ バッテリセルを提供するステップ、
－ 内側部品および外側部品を提供するステップ、
－ バッテリセルの周りに内側部品を配設するステップ、
－ 車両の前部に向けて位置する外側部品の隅部が前側部材の後端部に隣接し、車両の後部に向けて位置する外側部品の隅部が後側部材の前端部に隣接するように、外側部品の締結セクションを１対のサイドシルに取り付けるステップ、
－ ハイブリッドまたは電気自動車両の車体に取り付けられる締結部分と、バッテリセルを取り囲む中空部分とを有する補強フレームを形成するために、内側部品の締結セクションを外側部品の締結セクションに取り付けるステップ
を含む、プロセスからなる。

【0014】

本発明の第４の目的は、本発明による補強されたバッテリパックを組み立て、それを電気またはハイブリッド車両の車体に取り付けるためのプロセスであって、前記車体が、床と、少なくとも１対の後側部材および１対の前側部材であって、前記対が、互いに反対側にあり、後方および前方の衝撃を吸収するように提供される、少なくとも１対の後側部材および１対の前側部材と、床に固定され、横方向衝撃を吸収するように提供される互いに反対側の２つのサイドシルとを備え、プロセスが、少なくとも：
－ バッテリセルを提供するステップ、
－ 内側部品および外側部品を提供するステップ、
－ 締結部分および中空部分を有する補強フレームを形成するために、内側部品および外側部品の締結セクションを互いに取り付けるステップ、
－ バッテリセルの周りに補強フレームを配設するステップ、
－ 車両の前部に向かって位置する補強フレームの隅部が前側部材の後端部に隣接し、車両の後部に向かって位置する補強フレームの隅部が後側部材の前端部に隣接するように、締結部分を１対のサイドシルに取り付けるステップ
を含む、プロセスからなる。

【0015】

本発明の他の特徴および利点を、以下の説明でより詳細に述べる。

【0016】

本発明は、以下の記述を読むことによってより良く理解される。以下の記述は、単に説明の目的で提供され、限定としてはなんら意図されていない。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明による補強されたバッテリパックを備える車両の車体の斜視図である。

【図2】補強フレーム内側を含む補強されたバッテリパックの一部の斜視図である。

【図3】本発明による補強フレームの上面図である。

【図4】矢印ＩＶに従った図３の断面図である。

【図5】図３の補強フレーム内側の斜視図である。

【図6】図３の補強フレーム外側の斜視図である。

【図7】本発明の補強されたバッテリパックの特定の実施形態の一部の分解図である。

【図8】本発明の補強されたバッテリパックの特定の実施形態を組み立てるプロセスを示す図である。

【図9】車両の車体の前部の底面図である。

【図10】図９の車両の車体の後部の底面図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

本明細書で使用するとき、「下側」、「上側」、「上方」、「下方」、「最低」、「最高」、「上部」、「底部」、「左」、「右」という用語は、補強フレーム、バッテリパック、および車両が地面に垂直に位置するときの、それらの様々な部分の位置および向きを表す。さらに、「前側」、「前方」、「後側」、「後部」、「後方」という用語は、車両の通常の走行方向に従って定義される。「実質的に垂直」という用語は、９０°±１５°の角度を定義し、「実質的に平行」という用語は、０°±１５°の角度を定義する。

【0019】

本発明の第１の目的は補強フレーム１であり、図１から６に基づいて以下に述べる。

【0020】

この補強フレーム１は、ハイブリッドまたは電気自動車両３７のバッテリパックのバッテリセル２９を機械的衝撃および物理的侵入から保護するように設計される。したがって、補強フレーム１は、図１に示されるように、バッテリパックと車両３７の車体３０、３１との両方に固定されるように提供される。バッテリセル２９を保護すると共に、補強フレーム１は、能動的な衝突エネルギー管理も提供する。

【0021】

バッテリパックは、電気およびハイブリッド車両のよく知られている構成要素であり、実質的に複数のセル２９を備える。

【0022】

特定の実施形態では、バッテリセル２９は、シールド要素１５に位置する。このシールド要素１５は、例えば、０．１５重量％から０．５重量％の間の炭素を含む完全マルテンサイト鋼から作製される。このマルテンサイト鋼は、１８００ＭＰａを超える引張強度を有し、シールド要素１５を、底部からの物理的侵入に対して特に高い耐性を有するものにする。

【0023】

本発明の補強フレーム１は鋼から作製され、バッテリパックを車両３７の車体３０、３１に固定するために提供される補強フレーム締結部分３と、補強フレーム締結部分３に固定され、少なくともバッテリセル２９を取り囲むように提供される補強フレーム中空部分４とを備える。

【0024】

本発明によれば、補強フレーム１は、互いに固定された２つのリング状の要素１０、１１から作製される。これら２つの要素は、補強フレーム１の内側部品１０および外側部品１１とも呼ばれる。内側部品１０は、少なくともバッテリセル２９を取り囲むように提供され、外側部品１１は、車両３７の車体３０、３１の一部と接触するように提供される。

【0025】

図３に示されるように、補強フレームは、長手方向軸Ｘに沿って延びる略長方形状を有し、２つの長手方向セクション３３、３４、２つの横方向セクション３１、３２、および４つの隅部２４を有する。

【0026】

補強フレーム１の各部品１０、１１は、鋼ブランクをスタンピングすることによって製造される。特定の実施形態では、スタンピング操作は、スタンピングツールにおいてブランクが加熱され、続いて急冷されるホットスタンピング操作である。したがって、衝撃時に非常に優れた耐性を有するように非常に高い機械的特性を保証しながら、部品に必要な複雑な形状を得ることができる。

【0027】

特定の実施形態では、補強フレーム１の各部品１０、１１は、いくつかのサブブランクを備えるテーラー溶接ブランクをスタンピングすることによって製造される。前記サブブランクは、部品の機械的性能および重量を最適化するために、異なる厚さおよび／または異なる組成を有することができる。衝撃時に適切な保護を提供するためにより高い機械的耐性が必要とされるエリアでは、より厚いおよび／またはより高い耐性を有する鋼種が使用される。他方、機械的耐性をより低くすることができるエリアでは、部品の重量を低減するために、より薄くすることができる。このようなテーラー溶接ブランク設計の一例を図２、３、５、および６に示し、ここでは溶接線３５が明らかになっている。この実施形態では、内側部品１０と外側部品１１とはどちらも、２つのブランクを形成するために突合せレーザ溶接を使用して一体に接合された以下の６つのサブブランクまたは部品からなる：各長手方向部材３３、３４のための１つの部片、２つの隅部２４および１つの横方向部材３２のための１つの部片、ならびに残りの隅部２４および残りの横方向部材３１のための３つの部片。そのようなレーザ溶接ブランクの概念は非常に柔軟性があり、バッテリパックに課せられる安全性、規制、および最適化された重量要件を満たすように複数の変形形態を可能にする。この例では、６つのサブブランクを有するレーザ溶接ブランクを提示した。しかし、設計すべき特定のバッテリパックのエンジニアリングおよびコストの制約を考慮に入れて、必要な数のブランクを選択することができる。

【0028】

特定の実施形態では、内側部品１０および外側部品１１を製造するために使用されるレーザ溶接ブランクは、車両３７の側面に平行に位置する補強フレーム１の部分、および補強フレーム１の隅部に対応する部分でより厚い。実際、例えば車両３７の側面へのポール衝撃など車両３７への横方向衝撃の場合、車両３７の側面に平行に位置する補強フレーム１の部分は、非常に高い局所的な負荷を受けることになり、したがって補強する必要がある。また、前方または後方の衝突時、衝撃により生じる負荷は、以下に詳述するように、隅部分を介して補強フレーム１の残りの部分に伝達されることになる。したがって、隅部分も補強される必要がある。

【0029】

内側部品１０と外側部品１１とは一体に組み立てられる。内側部品１０と外側部品１１とはどちらも、補強フレーム１の補強フレーム締結部分３を形成するために、図８に示される固定手段２１で互いに固定される締結セクション５、６を有する。好ましくは、２つの締結セクション５、６は接触する。さらに、内側部品１０と外側部品１１とはどちらも、補強フレーム１の補強フレーム中空部分４を形成する補強セクション７、８を有する。

【0030】

好ましい一例として、内側部品１０および外側部品１１の締結セクション５、６は一体にボルト止めされる。

【0031】

次に、図４に示されているように本発明にしたがって、各補強セクションの幾何形状の一例を述べる。

【0032】

内側部品１０および外側部品１１の補強セクション７、８はどちらも略Ｌ字形であり、補強フレーム中空部分４の軸Ｙに対して対称的な位置に配設される。より具体的には、図４を見ると、内側部品１０の補強セクション７はＬ字形であり、外側部品１１の補強セクション８は逆Ｌ字形である。補強セクション７および８は実質的にＬ字形に沿って延びるが、車両３７の周囲環境要素によって誘発されるパッケージング制約を考慮に入れるために、切欠きなど、完全なＬ字形に対してなんらかの変形を導入することが可能であることに留意されたい。内側部品１０と外側部品１１とが補強フレーム中空部分４を画定するという前提の下で、前記内側部品１０と外側部品１１とがわずかに異なる形状を有して、完全には対称的な位置に配設されないこともあることにも留意されたい。

【0033】

したがって、補強フレーム中空部分４は、略正方形または長方形の断面を有する。したがって、補強フレーム中空部分４は、以下の４つの主壁を有する：内側部品１０の締結セクション５が延びる底壁４０、反対側の上壁４２、バッテリセル２９に面する内壁４１、および外側部品１１の締結セクション６が突出する反対側の外壁４３。さらに、補強フレーム１は、略正方形または長方形の形状を有する。

【0034】

したがって、底壁４０は、底壁４０から延びる内側部品１０の締結セクション５に平行に続き、外壁４３は、外側部品１１の締結セクション６に対して実質的に垂直である。

【0035】

車両への衝撃時、補強フレーム１は、内側部品１０の侵入防止挙動によりバッテリセル２９を保護しながら、補強フレーム１の外側部品１１の変形によって衝撃エネルギーの一部を吸収するように設計される。補強フレーム１は車両の中央に位置するので、前方の衝撃、後方の衝撃、または横方向の衝撃時の衝突管理に能動的な役割を果たすことが期待される。外側部品１１は、衝突時にいくらかの量の変形に耐えることができるように設計され、内側部品１０は、衝撃時にバッテリセル２９が侵入から完全に保護される「立入禁止（ｎｏ－ｇｏ）」区域を画定する。

【0036】

外側部品１１によるエネルギー吸収と内側部品１０による侵入防止というこの２つの概念を適用するための１つの方法は、任意の所与の断面に関して、内側部品１０の最小引張強度のシート厚さによる積が、外側部品１１の最小引張強度のシート厚さによる積以上であるように部品を提供することである。

【0037】

一例として、内側フレーム１０と外側フレーム１１とはどちらも、１３００ＭＰａよりも大きい引張強度を有するプレスハードニング鋼から作製される。この鋼の組成は、例えば重量パーセントで以下のように表される：

【0038】

【表1】

【0039】

本実施形態では、内側部品の厚さは、例えば１．２から１．６ｍｍの間である。

【0040】

別の実施形態では、内側部品１０と外側部品１１とはどちらも、１８００ＭＰａよりも大きい引張強度を有するより硬い鋼を用いて作製することができる。この鋼の組成は、例えば重量パーセントで以下のように表される：

【0041】

【表2】

【0042】

本実施形態では、内側部品１０および外側部品１１の厚さは、例えば１から１．４ｍｍの間であり、前の実施形態で述べた、より低い強度の鋼を用いて作製された部品と同じ機械的耐性を維持しながら、より低い重量を有することができる。

【0043】

鋼合金のこれら２つの例は高い剛性を有し、したがって補強フレーム１の内側部品１０は、変形に対して、またはバッテリセル２９を通る物理的侵入に対して優れた保護を提供する。

【0044】

本発明によれば、外側部品１１は、内側部品１０の材料以上の延性を有する材料から作製される。一例として、外側部品１１は、約１０００ＭＰａの引張強度を有する鋼を用いて作製することができる。この鋼の組成は、例えば重量パーセントで以下のように表される：

【0045】

【表3】

【0046】

外側部品１１の延性は内側部品１０の延性よりも大きいので、機械的衝撃により外側部品１１が変形することがある。この場合に生じる変形は、機械的エネルギーの吸収をもたらし、内側部品の壁４０、４１によって吸収される残りのエネルギーを減少させる。その結果、内側部品１０の変形または劣化のリスクが大幅に低減される。

【0047】

優先的には、補強フレームの隅部２４、より具体的には補強フレーム１の外側部品１０の隅部は、図６に示されるように面取りされる。これにより、隅部２４の薄肉化が低減され、補強フレーム１の耐性が改良され、長手方向部材３３、３４および横方向部材３１、３２を通るエネルギー伝達が改良される。

【0048】

図４に示される特定の実施形態によれば、補強フレーム１は、補強フレーム中空部分４から突出する被覆部分９を備える。この被覆部分９により、バッテリパックの上部を封止してバッテリセル２９を保護するために提供される上部プレート１９（図８）を、補強フレーム１の被覆部分９に固定することができる。

【0049】

前記被覆部分９を形成するために、内側部品１０と外側部品１１とはどちらも、対象の補強セクション７、８から延びる被覆セクション１２、１３を有する。２つの被覆セクション１２、１３は互いに固定されて、被覆部分９を形成する。優先的には、２つの被覆セクション１２、１３は接触する。

【0050】

最後に、補強フレーム１を強化するために、複数の補強部材１４（図７）を中空体４の内側に挿入することができ、好ましくは、各長手方向および横方向部材３１－３４ごとに１つの補強部材１４を挿入し、必要であれば隅部にも挿入することができる。各補強部材１４は、良好なエネルギー吸収と良好な固定との両方を提供するために、好ましくはオメガ形状を有する。補強部材１４は、好ましくは、補強フレーム中空部分４の内壁４１に固定される。

【0051】

本発明の第２の目的は、バッテリセル２９を取り囲む上述した補強フレーム１を備える補強されたバッテリパック２である。

【0052】

補強されたバッテリパック２の特定の実施形態の一部が、図２の斜視図および図７の分解図として示される。バッテリセル２９は、図２には示されているが、図７には示されていないことにも留意されたい。

【0053】

補強されたバッテリパック２は、補強フレーム１およびバッテリセル２９、ならびに以下に列挙する他の要素を備え、それらの要素は、任意選択で、単独でまたは任意の可能な組合せで補強されたバッテリパック２の構成に含めることができる。以下の列挙は、包括的であることも、本発明の範囲を限定することもなんら意図されておらず、本発明の可能な適用例を説明するための例として与えられていることに留意されたい：
・ 上述したシールド要素１５。
・ シールド要素１５に位置し、バッテリセル２９を冷却するために提供される冷却手段１６。一例として、冷却手段２６は、互いに固定されたクラッディング要素と呼ばれる２つの熱伝導要素と、２つのクラッディング要素１６０、１６１の間に挿入された冷却システム（図示せず）とを備える。
・ シールド要素１５に固定され、前記シールド要素１５と冷却手段１６との間に位置する規則的間隔の侵入防止クロスメンバ２０。
・ 冷却手段１６に位置する複数のハウジングクロスメンバ２３を備えるメッシュ１７。ハウジングクロスメンバ２３は、複数の規則的に配置されたハウジング部材１８を形成する。
・ 好ましくは、横方向ハウジングクロスメンバ２３は、侵入防止クロスメンバ２０と位置合わせされ、したがって、車両３７の底部から侵入が生じた場合、前記侵入防止クロスメンバ２０と横方向ハウジングクロスメンバ２３とが協働して、最適な抵抗を提供する。
・ 複数のバッテリセル２９（図２、９、および１０）。各バッテリセル２９は、対象のハウジング部材１８に収容され、冷却手段１６と接触する。

【0054】

本発明によれば、バッテリパックは、本発明の補強フレーム１で補強されて、補強されたバッテリパック２を形成する。補強フレーム１の補強フレーム締結部分３は、例えばシールド要素１５に固定される。補強フレーム中空部分４は、バッテリセル２９、メッシュ１７、および冷却手段１６を取り囲む。図２および７には、補強フレームの内側部品１０のみが示されている。

【0055】

最後に、補強バッテリバック２は、任意選択で、補強フレーム１に固定される上部カバー１９（図８）とも呼ばれる上部プレートを備える。例えば、上部プレート１９は、補強フレーム１の被覆フレーム９にボルト止めされる。有利には、上部プレート１９を被覆フレーム９にボルト止めすることにより、バッテリセル２９または他の要素のメンテナンスが必要な場合に上部プレート１９を取り外すことが可能である。

【0056】

次に、特定の実施形態に従って、図８に示される補強されたバッテリパック２を組み立てるためのプロセスを述べる。

【0057】

第１のステップで、侵入防止クロスメンバ２０をシールド要素１５に固定することによって第１のアセンブリが提供される。

【0058】

第２のステップで、以下のサブステップに従って第２のアセンブリが提供される：
－ 冷却手段１６を形成するために、クラッディング要素１６０、１６１および冷却システムを組み立てるサブステップ、
－ 冷却手段１６にメッシュ１７を固定するサブステップ、
－ メッシュ１７のハウジング１８内にバッテリセル２９を提供するサブステップ、
－ 冷却手段１６、メッシュ１７、およびバッテリセル２９の周りに補強フレーム１を配設するサブステップ。

【0059】

第３のステップで、補強フレーム１の補強フレーム締結部分３が、固定手段２１を用いてシールド要素１５にボルト止めされる。優先的には、補強フレーム１の内側部品１０および外側部品１１とシールド要素１５とが、同じステップで、前記固定手段２１を使用して一体にボルト止めされる。

【0060】

特定の実施形態では、固定手段２１は、ＲＢ＆Ｗによって市販されているＳＰＡＣ（Ｒ）ナットなどのセルフピアスアンドクリンチナット（Ｓｅｌｆ Ｐｉｅｒｃｅ ａｎｄ Ｃｌｉｎｃｈ ｎｕｔ）である。

【0061】

第４の最後のステップで、上部プレート１９が補強フレーム１に固定される。有利には、上部プレート１９は、補強フレーム１の被覆フレーム９にボルト止めされる。

【0062】

ここで、補強されたバッテリパック２は、物理的衝撃および物理的侵入から保護され、補強されたバッテリパック２のさらなる組立てプロセス中に安全に移動させることができる。

【0063】

本発明の別の方法によれば、補強されたバッテリパック２は、車両３７の車体３０、３１に組み立てることができる。

【0064】

第１のステップで、補強フレーム１の長手方向軸Ｘが車両の長手方向軸Ｘ’と平行になるように、補強されたバッテリパック２が車両３７の車体３０、３１に配設される。配設されると、補強フレーム１の隅部２４は、それぞれ後側部材２５の末端部および前側部材２６の末端部と接触する。

【0065】

第２の最後のステップで、補強されたバッテリパック２の補強フレーム１が、車両３７の車体３０、３１のサイドシル２７に固定される。

【0066】

この構成により、車両３７に対する長手方向衝撃のエネルギーは、対応する部材２５、２６を通して伝達され、隅部２４を介し、補強フレーム１の長手方向および横方向部材３１－３４を通して伝達され、補強されたバッテリパック２の変形または劣化を回避する。同様に、車両３７の車体のサイドシル２７に対する横方向衝撃は、補強フレーム１の長手方向部材３３、３４を介して伝達される。

【0067】

本発明の補強フレーム１は、任意の電気またはハイブリッド車両のバッテリパックを保護するために非常に興味深い。

【0068】

上述した実施形態は完全に非限定的であり、本発明の範囲から逸脱することなくそれらの実施形態に修正を施すことができる。例として、内側部品と外側部品とはどちらも、Ｕｓｉｂｏｒ（Ｒ）１５００またはＵｓｉｂｏｒ（Ｒ）２０００など、同じ高張力鋼を用いて製造することができる。最後に、補強されたバッテリパック２は、補強フレーム１の内側部品１０のみを備えることができ、補強フレーム１の外側部品１１は、車両３７の車体３０、３１に固定される。この場合、車両への補強されたバッテリパック２の組立ては、内側部品１０の締結セクション５を外側部品１１の締結セクション６にボルト止めすることによって実施される。

【0069】

本発明の第３および第４の目的は、車両３７に取り付けられた補強されたバッテリパック２の組立てプロセスである。

【0070】

「ボディインホワイト」とも呼ばれる車両３７の車体は、以下のような様々な技法の１つまたは組合せを使用して互いに接合された車体の構成要素を表す：溶接、リベット留め、クリンチ、ボンディング、レーザろう付け。

【0071】

図１、９、および１０によれば、車両３７の車体３０、３１は、長手方向軸Ｘ’に関して延び、床２８、少なくとも１対の後側部材２５、および１対の前側部材２６を備える。前側部材２６は車両３７の前部にあり、後側部材２５は車両の後部に向けて位置する。したがって、２対の部材２５、２６は、互いに反対側にあり、前方および後方からの衝撃を吸収するように提供される。さらに、車両３７の車体３０、３１は、床２８に固定されて互いに反対側に配設された２つのサイドシル２７を備える。これらのサイドシル２７は、横方向衝撃を吸収するために提供される。

【0072】

上述した補強フレーム１は、以下の２つの主要な組立て可能性に従って、いくつかの異なる方法で車両アーキテクチャ全体に統合することができる：
－ 第１の可能性によれば、外側部品１１が車体３０、３１に取り付けられ、内側部品１０がバッテリセル２９の周りに配設される。次いで、バッテリパック２を車両に固定するために、内側部品１０が外側部品１１に取り付けられる。
－ 第２の可能性によれば、まず、内側部品１０と外側部品１１とが一体に締結されて補強フレーム１が形成され、次いでバッテリセル２９の周りに配設される。次いで、このようにして組み立てられたバッテリパック２が、補強フレーム１をボディインホワイトに取り付けることによってボディインホワイトに取り付けられる。この第２の構成では、補強フレーム１全体がバッテリパック２に属していると考えることができる。

【0073】

第１の可能性を見ると、組立てシーケンスは以下のステップを含む：
－ バッテリセル２９を提供するステップ。
－ 内側部品１０および外側部品１１を提供するステップ。
－ 内側部品１０をバッテリセル２９の周りに配設するステップ。例えば、バッテリセル２９はシールド要素１５に位置し、内側部品１０の締結部分５はシールド要素１５に締結される。
－ 車両３７の前部に向かって位置する外側部品１０の隅部が前側部材２６の後端部に隣接し、車両の後部に向かって位置する外側部品１０の隅部が後側部材２５の前端部に隣接するように、外側部品１１の締結セクション６を１対のサイドシル２７に取り付けるステップ。
－ ハイブリッド車両または電気自動車両３７の車体に取り付けられる締結部分３と、バッテリセル２９を取り囲む中空部分４とを有する補強フレーム１を形成するために、内側部品１０の締結セクション５を外側部品１１の締結セクション６に取り付けるステップ。

【0074】

第２の可能性を見ると、組立てシーケンスは以下のステップを含む：
－ バッテリセル２９を提供するステップ。
－ 内側部品１０および外側部品１１を提供するステップ。
－ 締結部分３および中空部分４を有する補強フレーム１を形成するために、内側部品１０および外側部品１１の締結セクション５および６を互いに取り付けるステップ。
－ バッテリセル２９の周りに補強フレーム１を配設するステップ。例えば、バッテリセル２９はシールド要素１５に位置し、内側部品１０の締結部分５はシールド要素１５に締結される。
－ 車両３７の前部に向かって位置する補強フレーム１の隅部が前側部材２６の後端部に隣接し、車両の後部に向かって位置する補強フレーム１の隅部が後側部材２５の前端部に隣接するように、締結部分３を１対のサイドシル２７に取り付けるステップ。

【0075】

車両内での補強フレーム１のこの構成により、車両３７に対する前方または後方の衝突のエネルギーは、対応する部材２５、２６を通して伝達され、隅部２４を介し、補強フレーム１の長手方向および横方向部材３１－３４を通して伝達され、補強フレーム１の内側部品１０の変形を回避する。さらに、補強フレーム１は、前方または後方の衝突時に衝撃エネルギーを偏向および分散するのに役立つ。実際、補強フレーム１は、その高い強度および中央位置ならびに車両アーキテクチャにより、衝撃力が取る経路を示す図９および１０の矢印３６によって表されるように、衝撃によって伝達される負荷の経路に配置される。後方または前方の衝突時、負荷はまず、それぞれ部材２５または２６を通して車両構造に伝達される。次いで、負荷は、車両構造の残りの部分、特に補強フレーム１によって受け取られる。負荷は、損傷を受けやすいバッテリセル２９が位置する車両３７の中央経路から、補強フレーム１を通って車両３７の側面に偏向される。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【国際調査報告】