JP7701798B2

JP7701798B2 - 電気自動車用車体

Info

Publication number: JP7701798B2
Application number: JP2021073174A
Authority: JP
Inventors: 賢植金; 勢浩柳
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2020-05-19
Filing date: 2021-04-23
Publication date: 2025-07-02
Anticipated expiration: 2041-04-23
Also published as: KR20210143358A; CN113696973A; JP2021181300A; DE102021111352A1; CN113696973B; KR102829341B1; US11970214B2; US20210362786A1

Description

本発明は、車体後部の構造改善によって高電圧バッテリーに衝撃エネルギーの伝達が防止できる電気自動車用車体に関する。

既存の内燃機関自動車は、後部衝突の際に燃料タンクを保護するのに重点を置いて車体構造が開発されている。その理由は、燃料タンクが破損して漏油が発生する場合、自動車の火事につながることがあり、これは搭乗客及び事故地点の周辺に大きな損失を引き起こすからである。一方、電気自動車の場合、燃料タンクがない代わりに、高電圧バッテリーが存在するから、高電圧バッテリーも後部衝突によって破損すれば火事につながることがあり、よって電気自動車の後部衝突の際には、高電圧バッテリーを保護する必要がある。

しかし、既存の車体構造は主に内燃機関自動車の燃料タンクの保護に最適な設計がされており、さらに高電圧バッテリーは、その形状はもちろんのこと、自動車内の配置形態、構造などが燃料タンクとは違っているので、既存の車体構造では高電圧バッテリーを正常に保護することができない問題がある。そのため、電気自動車の後部衝突の状況で高電圧バッテリーの損傷を最小化することができる車体構造が要求されている。

韓国公開特許第１０－２０１９－００２１１６７Ａ号公報

本発明は前述の問題点を解決するためになされたもので、本発明の目的は、車体後部の構造改善により、高電圧バッテリーに衝撃エネルギーが伝達されることを防止できる電気自動車用車体を提供することにある。

本発明による電気自動車用車体は、フロアパネルの側面に前後に長手方向に結合されるサイドシルと、前端部が前記サイドシルの後端部と重なり、前記フロアパネルの側面に沿って後方に延びて結合されるリアサイドメンバーと、フロアパネルの下部に位置し、リアサイドメンバーの前方のサイドシル部分と、サイドシルとリアサイドメンバーが重なる部分とにマウントされるバッテリーと、サイドシル及びリアサイドメンバーより低い強度を有するように形成され、前端がリアサイドメンバーの後端に連結され、前記フロアパネルの側面に沿って後方に延びて結合されるリアエクステンションメンバーと、を含むことを特徴とする。

前記リアサイドメンバーの後端部とリアエクステンションメンバーの前端部が重なって結合されることを特徴とする。

前記リアサイドメンバーとリアエクステンションメンバーが重なる部分の底面にスプリングシートが結合されることを特徴とする。

両側のリアサイドメンバーの間に連結され、中間にバッテリーがマウントされる第１クロスメンバーをさらに含むことを特徴とする。

電気自動車用車体は両側のリアエクステンションメンバーの間に連結される第２クロスメンバーをさらに含み、リアサイドメンバーに連結される前記第１クロスメンバーの両端とリアエクステンションメンバーに連結される前記第２クロスメンバーの両端とにサブフレームがマウントされることを特徴とする。

前記第１クロスメンバーは、サイドシルとリアサイドメンバーが重なるオーバーラップ区間の後方に位置するリアサイドメンバーに結合されることを特徴とする。

前記第１クロスメンバーの中間部の後面にバッテリー装着部が備えられ、前記バッテリー装着部とバッテリーとの間にバッテリーマウントブラケットが上下に連結されることを特徴とする。

前記バッテリー装着部は、第１クロスメンバーの後面に装着ブラケットが別途結合されて構成されるか、第１クロスメンバーの後面に形成された所定の装着平面から構成されることを特徴とする。

前記バッテリーマウントブラケットの下端がバッテリーの後端に結合され、前記バッテリーマウントブラケットの上端がバッテリー装着部に結合されることを特徴とする。

電気自動車用車体は、両側のリアエクステンションメンバーの間に連結される第２クロスメンバーと、第１クロスメンバーと第２クロスメンバーとの間に連結されるマウント補強メンバーとをさらに含むことを特徴とする。

前記マウント補強メンバーはバッテリーマウント部と第２クロスメンバーの前端との間に前後に連結されることを特徴とする。

本発明によれば、自動車後部の車体構造を最適化して衝突エネルギーがバッテリーに伝達されることを防止できる。また、バッテリーを安全に保護して、バッテリー破損による火災を予防し、乗客を安全に保護することができる。

車体下部に装着される高電圧バッテリーの装着位置を例示する図である。本発明によるバッテリーが装着された状態の車体下部の構造を示す図である。本発明による車体のサイドシル及びオーバーラップ区間を説明する図である。本発明による車体のサイドシル及びオーバーラップ区間を説明する図である。本発明による車体のリアサイドメンバー及びオーバーラップ区間を説明する図である。本発明による車体のリアサイドメンバー及びオーバーラップ区間を説明する図である。本発明による車体のリアサイドメンバーとリアエクステンションメンバーが結合される構成を説明する図である。本発明による車体のリアサイドメンバーとリアエクステンションメンバーが結合される構成を説明する図である。本発明による車体にサブフレームが装着された構造図である。本発明によるバッテリー装着部の第１実施例としての装着ブラケットが別途結合された形態を示す図である。本発明によるバッテリー装着部の第２実施例としての装着平面が形成された形態を示す図である。本発明の車体後部で衝突が発生するとき、車体区間別の変形を示す図である。本発明の車体後部で衝突が発生するとき、サブフレームによってバッテリーマウントブラケットが破断される作動状態を説明する図である。

本発明の実施例を添付図面に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明による車体下部に装着される高電圧バッテリー７００の装着位置を例示する図、図２は本発明においてバッテリー７００が装着された状態の車体下部構造を示す図である。図１、２に示すように、車体下部にフロアパネルが取り付けられ、フロアパネルは、車体下部中央のセンターフロアパネル１０とセンターフロアパネル１０の後方に連結されるリアフロアパネル２０とを含んでなる。そして、センターフロアパネル１０の下部には、その幅と長さに対応するサイズを有する高電圧バッテリー７００（以下、‘バッテリー’という）が搭載される。よって、バッテリー７００の周囲で車体を成すメンバーにバッテリー７００がマウント締結され、このようなマウント締結によってバッテリー７００が車体に安定的に結合できる。

一方、図３及び図４は、本発明による車体のサイドシル１００及びオーバーラップ区間ＯＬを説明する図、図５及び図６は本発明による車体のリアサイドメンバー２００及びオーバーラップ区間ＯＬを説明する図、図７及び図８は本発明による車体のリアサイドメンバー２００とリアエクステンションメンバー３００が結合される構成を説明する図である。

図３及び図４を参照すると、センターフロアパネル１０の側面に前後に長手方向にサイドシル１００が結合される。例えば、サイドシル１００の一側面がセンターフロアパネル１０の外側面に結合される構造となる。参考までに、サイドシル１００の内部には格子状の断面構造を有する補強メンバーをさらに備えることができる。そして、図５及び図６を参照すると、リアサイドメンバー２００の前端部がサイドシル１００の後端部と重なって結合され、リアサイドメンバー２００はセンターフロアパネル１０の後方に連結されるリアフロアパネル２０の側面に沿って後方に延びて結合される。

例えば、リアサイドメンバー２００の一側面がセンターフロアパネル１０及びリアフロアパネル２０の外側面に結合される構造となる。特に、リアサイドメンバー２００の一部とサイドシル１００の一部が重なるオーバーラップ区間ＯＬでは、センターフロアパネル１０の側面にリアサイドメンバー２００の前端が結合され、リアサイドメンバー２００の前端にサイドシル１００の後端が重なる形態を有するように結合できる。もちろん、センターフロアパネル１０の側面にサイドシル１００の後端が結合され、その側面にリアサイドメンバー２００の前端が重なる形態を有するように結合されることもできる。

参考までに、センターフロアパネル１０からリアフロアパネル２０につながる部分の側面が車体の内側に向かって屈曲した形状に形成されるので、リアサイドメンバー２００の前端がセンターフロアメンバーの側面に沿って前後に形成され、後端がリアフロアパネル２０の側面に沿って屈曲するように形成される。また、図２を参照すると、センターフロアパネル１０の下部にバッテリー７００が位置し、バッテリー７００の側面がリアサイドメンバー２００の前方のサイドシル１００部分と、サイドシル１００とリアサイドメンバー２００が重なる部分とにマウントされる構造となる。

例えば、バッテリー７００の外周にブラケットが備えられ、該ブラケットがサイドシル１００及びリアサイドメンバー２００の下部に位置することにより、サイドシル１００及びオーバーラップ区間ＯＬにバッテリー７００がマウントされる地点が提供される。ここで、オーバーラップ区間ＯＬの前方に位置するサイドシル１００区間内に少なくとも１ヶ所（バッテリーマウント地点）以上が提供され、オーバーラップ区間ＯＬ内に少なくとも１ヶ所（バッテリーマウント地点）以上が提供される。好ましくは、各区間に２ヶ所以上のバッテリーマウント地点Ｍ１が提供される。

そして、図７及び図８を参照すると、サイドシル１００及びリアサイドメンバー２００より低い強度を有するリアエクステンションメンバー３００が形成され、リアエクステンションメンバー３００の前端がリアサイドメンバー２００の後端に連結される。また、リアエクステンションメンバー３００がリアフロアパネル２０の側面に沿って後方に延びて結合される構造となる。例えば、リアエクステンションメンバー３００の一側面がリアフロアパネル２０の後部の外側面に結合される構造となる。

すなわち、図２及び図１２に示すように、本発明はオーバーラップ区間ＯＬの前方のサイドシル１００部分からリアエクステンションメンバー３００の後端部までの区間を第１エネルギー吸収区間、第２エネルギー吸収区間、第１保護区間及び第２保護区間に区分することができる。よって、自動車の後部で衝突が発生するとき、リアエクステンションメンバー３００の強度がその前方のリアサイドメンバー２００及びサイドシル１００より低いので、第１エネルギー吸収区間でリアエクステンションメンバー３００が圧縮変形されて潰れながら衝突エネルギーを１次に吸収するようになる。そして、第２エネルギー吸収区間にはリアエクステンションメンバー３００より高い強度の部材からなるリアサイドメンバー２００が備えられることにより、リアサイドメンバー２００が曲げ変形されながら、第１エネルギー吸収区間で吸収することができなかった衝突エネルギーをさらに吸収するようになる。

一方、第２保護区間はバッテリー７００が存在する区間であるから、当該区間の変形を防止しなければならない。しかし、第２保護区間はセンターフロアパネル１０とリアフロアパネル２０が屈曲して連結される変曲部の区間に相当して変形のおそれがあるので、高強度のサイドシル１００とリアサイドメンバー２００が重畳して結合するオーバーラップ区間ＯＬで構成することにより、当該区間の強度を高めて変形を防止する。また、第１保護区間はサイドシル１００からなる区間であり、第１保護区間もサイドシル１００の剛性によって変形を防止する。このように、自動車後部の車体構造を最適化して、衝突エネルギーがバッテリー７００に伝達されることを防止する。これにより、バッテリー７００を安全に保護して、バッテリー７００破損による火事発生を予防し、乗客を保護することができる。

一方、図７、図８及び図１２を参照すると、リアサイドメンバー２００の後端部とリアエクステンションメンバー３００の前端部が重なって結合される構造となる。例えば、リアフロアパネル２０の側面にリアサイドメンバー２００の後端が結合され、リアサイドメンバー２００の後端にリアエクステンションメンバー３００の前端が重なる形態を有するように結合される。また、他の例として、リアフロアパネル２０の側面にリアエクステンションメンバー３００の前端が結合され、リアエクステンションメンバー３００の前端にリアサイドメンバー２００の後端が重なる形態を有するように結合される。そして、リアサイドメンバー２００とリアエクステンションメンバー３００が重なる部分の底面にはスプリングシート２１０が結合される。

よって、リアサイドメンバー２００とリアエクステンションメンバー３００が重なる部分の強度が増加することにより、自動車後部での衝突の際、当該重畳部分で折れが発生しなく、これによりスプリングシート２１０が変形されないので、スプリングシート２１０に支持されるサスペンション機構部の損傷を防止する。

一方、図２を参照すると、両側のリアサイドメンバー２００の間に第１クロスメンバー４００が連結され、第１クロスメンバー４００の中間にバッテリー７００がマウントされるバッテリーマウント地点Ｍ１が確保される。具体的に、第１クロスメンバー４００の両端がオーバーラップ区間ＯＬの後方に位置する左右側リアサイドメンバー２００にそれぞれ結合され、第１クロスメンバー４００の中間部がフロアパネルの底面を左右に横切るように結合される。そして、第１クロスメンバー４００のバッテリーマウント地点Ｍ１は第１クロスメンバー４００の中間と両端との間にそれぞれ２ヶ所が提供され、これらにバッテリー７００がマウントされる構造となる。

また、両側のリアエクステンションメンバー３００の間に第２クロスメンバー５００が連結される。例えば、第２クロスメンバー５００の両端がスプリングシート２１０の後方に位置する左右側のリアエクステンションメンバー３００にそれぞれ結合され、第２クロスメンバー５００の中間部がリアフロアパネル２０の底面を左右に横切るように結合される。

特に、リアサイドメンバー２００に連結される第１クロスメンバー４００の両端とリアエクステンションメンバー３００に連結される第２クロスメンバー５００の両端とに、サブフレーム８００がマウントされるサブフレームマウント地点Ｍ２が提供される。すなわち、図９のように、第１クロスメンバー４００の両端にサブフレーム８００の前部両端がマウントされ、第２クロスメンバー５００の両端にサブフレーム８００の後部両端がマウントされることにより、サブフレーム８００の４角がリアサイドメンバー２００及びリアエクステンションメンバー３００にそれぞれ結合されてサブフレーム８００を安定的に車体に結合して支持する。ここで、第１クロスメンバー４００及び第２クロスメンバー５００のそれぞれは、リアサイドメンバー２００及びリアエクステンションメンバー３００に結合される両端のブラケット部分と、中間に長く形成されたメンバー部分とが一体に形成された構造を有することができる。
そして、第１クロスメンバー４００及び第２クロスメンバー５００の他の例として、ブラケット部分とメンバー部分がそれぞれ別個の部品からなる構造を有することもできる。

一方、図２及び図１３を参照すると、第１クロスメンバー４００の中間部の後面にバッテリー装着部が設けられ、バッテリー装着部とバッテリー７００との間にバッテリーマウントブラケット７１０が上下に連結されることができる。具体的に、バッテリーマウントブラケット７１０の下端がバッテリー７００の後端に結合され、バッテリーマウントブラケット７１０の上端がバッテリー装着部に結合される構造となる。よって、サイドシル１００及びオーバーラップ区間ＯＬにバッテリー７００をマウントすることはもちろんのこと、第１クロスメンバー４００にもバッテリー７００をマウントすることにより、バッテリー７００をより安定的に締結して支持することができる。

また、図１０は本発明によるバッテリー装着部の第１実施例としての装着ブラケット４１０が別途結合された形態を示す図、図１１は本発明によるバッテリー装着部の第２実施例としての装着平面４２０が形成された形態を示す図である。図１０を参照すると、バッテリー装着部は、第１クロスメンバー４００の後面に装着ブラケット４１０が別途結合されて構成されることができる。そして、図１１を参照すると、バッテリー装着部は、第１クロスメンバー４００の後面に所定の装着平面４２０が第２クロスメンバー５００に向かう形状を有するように形成されることができる。

すなわち、バッテリー装着部は、バッテリー７００が装着されるバッテリーマウント地点Ｍ１であり、第１クロスメンバー４００に別途のブラケット形態として結合してバッテリー７００をマウントすることができ、また第１クロスメンバー４００に一体に形成してバッテリー７００をマウントすることもできる。

一方、図２及び図１３を参照すると、第１クロスメンバー４００と第２クロスメンバー５００との間にマウント補強メンバー６００が連結されることができる。このようなマウント補強メンバー６００はバッテリーマウント部と第２クロスメンバー５００の前端との間に前後に連結される構造となる。
すなわち、マウント補強メンバー６００が第１クロスメンバー４００と第２クロスメンバー５００との間に連結されることにより、第１クロスメンバー４００と第２クロスメンバー５００との間のフロアパネルの剛性を補強するようになる。特に、マウント補強メンバー６００が第１クロスメンバー４００上のバッテリーマウント地点Ｍ１であるバッテリーマウント部に連結されることにより、該バッテリーマウント部を物理的に補強してバッテリー７００をより強くマウントするようになる。

すなわち、サイドシル１００及びオーバーラップ区間ＯＬに位置するバッテリーマウント地点Ｍ１でバッテリー７００を強くマウントし、バッテリーマウント部でもバッテリー７００を強くマウントする状態になり、よってバッテリーマウントブラケット７１０のみによるものより強くバッテリー７００をマウントするようになる。したがって、図１３のように自動車の後部で衝突が発生すれば、各バッテリーマウント地点Ｍ１でバッテリー７００を全体的に強くマウントしているので、サブフレーム８００がバッテリーマウントブラケット７１０を打撃したとき、バッテリーマウントブラケット７１０が撓うか曲がることなしに、早く破断されることにより、バッテリー７００の後端がいずれか一方向に折れず、元の状態を維持するようになる。

このように、本発明は自動車後部の車体構造を最適化して衝突エネルギーがバッテリー７００に伝達されることを防止することにより、バッテリー７００を安全に保護して、バッテリー７００の破損による火事発生を予防し、乗客を保護する。本発明を特定の実施例で説明したが、多様に実施可能であることは明らかであろう。

１０センターフロアパネル
２０リアフロアパネル
１００サイドシル
２００リアサイドメンバー
２１０スプリングシート
３００リアエクステンションメンバー
４００第１クロスメンバー
４１０装着ブラケット
４２０装着平面
５００第２クロスメンバー
６００マウント補強メンバー
７００バッテリー
７１０バッテリーマウントブラケット
８００サブフレーム
ＯＬオーバーラップ区間
Ｍ１バッテリーマウント地点
Ｍ２サブフレームマウント地点

Claims

フロアパネルの側面に前後に長手方向に結合されるサイドシルと、
前端部が前記サイドシルの後端部と重なり、前記フロアパネルの側面に沿って後方に延びて結合されるリアサイドメンバーと、
フロアパネルの下部に位置し、リアサイドメンバーの前方のサイドシル部分とサイドシルとリアサイドメンバーが重なって結合されるオーバーラップ区間とにマウントされるバッテリーと、
サイドシル及びリアサイドメンバーより低い強度を有するように形成され、前端がリアサイドメンバーの後端に連結され、前記フロアパネルの側面に沿って後方に延びて結合されるリアエクステンションメンバーと、を含み、
両側のリアサイドメンバーの間に連結され、中間にバッテリーがマウントされる第１クロスメンバーをさらに含み、
前記第１クロスメンバーの中間部の後方部にバッテリー装着部が備えられ、前記バッテリー装着部とバッテリーとの間にバッテリーマウントブラケットが上下に連結されることを特徴とする電気自動車用車体。
前記リアサイドメンバーの後端部とリアエクステンションメンバーの前端部が重なって結合されることを特徴とする請求項１に記載の電気自動車用車体。
前記リアサイドメンバーとリアエクステンションメンバーが重なる部分の底面にスプリングシートが結合されることを特徴とする請求項２に記載の電気自動車用車体。
両側のリアエクステンションメンバーの間に連結される第２クロスメンバーをさらに含み、
リアサイドメンバーに連結される前記第１クロスメンバーの両端とリアエクステンションメンバーに連結される前記第２クロスメンバーの両端とにサブフレームがマウントされることを特徴とする請求項１に記載の電気自動車用車体。
前記第１クロスメンバーは、サイドシルとリアサイドメンバーが重なるオーバーラップ区間の後方に位置するリアサイドメンバーに結合されることを特徴とする請求項１に記載の電気自動車用車体。
前記バッテリー装着部は、第１クロスメンバーの後方部に装着ブラケットが別途結合されて構成されるか、第１クロスメンバーの後方部に形成された所定の装着平面から構成されることを特徴とする請求項１に記載の電気自動車用車体。
前記バッテリーマウントブラケットの下端がバッテリーの後端に結合され、前記バッテリーマウントブラケットの上端がバッテリー装着部に結合されることを特徴とする請求項１に記載の電気自動車用車体。
両側のリアエクステンションメンバーの間に連結される第２クロスメンバーと、
第１クロスメンバーと第２クロスメンバーとの間に連結されるマウント補強メンバーとをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の電気自動車用車体。
前記マウント補強メンバーはバッテリーマウント部と第２クロスメンバーの前端との間に前後に連結されることを特徴とする請求項８に記載の電気自動車用車体。