WO2021066180A1 - 自動車の下部構造 - Google Patents

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WO2021066180A1
WO2021066180A1 PCT/JP2020/037658 JP2020037658W WO2021066180A1 WO 2021066180 A1 WO2021066180 A1 WO 2021066180A1 JP 2020037658 W JP2020037658 W JP 2020037658W WO 2021066180 A1 WO2021066180 A1 WO 2021066180A1
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WO
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battery
floor
automobile
vehicle body
load
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PCT/JP2020/037658
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English (en)
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豊 三日月
泰則 伊藤
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日本製鉄株式会社
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Priority to US17/765,284 priority patent/US20220363122A1/en
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present invention relates to the substructure of an automobile.
  • the battery Since the battery has a high specific gravity and is relatively heavy, a large load is applied to the battery when a car equipped with the battery collides. Deformation of a loaded battery can cause the battery to ignite or leak. Therefore, when the battery is housed in a container such as a battery box and attached to the vehicle body, the container needs to have high structural rigidity. This is because if the rigidity of the container is low, the container may be broken and the battery may be deformed at the time of a collision, and the container containing the battery may be separated from the vehicle body.
  • the battery pack described in Patent Document 1 includes a high-rigidity member such as a battery cross member and a vertical bone.
  • the battery pack described in Patent Document 2 includes a highly rigid side wall portion, a front wall portion, and a rear wall portion made of an extruded product.
  • the battery pack described in Patent Document 3 includes an in-pack cloth which is a highly rigid skeleton member that protects the battery pack.
  • the battery frame described in Patent Document 4 includes a highly rigid second cross member below the ICU.
  • the battery case described in Patent Document 5 includes first to fourth cross members having high rigidity.
  • the battery pack described in Patent Document 6 includes a subcross member in the battery frame.
  • an object of the present invention is to provide an automobile substructure capable of mounting a battery in an automobile with a simple configuration and efficiently transmitting a load at the time of a collision.
  • the gist of this disclosure is as follows.
  • a substructure of an automobile comprising a vehicle body floor constituting the floor portion of the automobile, and a battery cell or a battery module directly suspended from the vehicle body floor and fixed to the lower side of the vehicle body floor.
  • the battery cell or the battery module is further provided with a cooling panel through which a cooling liquid circulates, and the battery cell or the battery module is fixed to the vehicle body floor with the cooling panel interposed between the battery cell or the battery module.
  • the vehicle body floor is arranged on the floor panel and has a cross member extending in the left-right direction of the automobile, and the battery cell or the battery module is fixed to the floor panel or the cross member.
  • the vehicle body floor has a side sill extending in the front-rear direction of the automobile at the outermost side in the left-right direction of the automobile, and the floor panel is provided between the left and right side sill.
  • the present invention it is possible to mount a battery in an automobile with a simple configuration, and it is possible to provide an automobile substructure capable of efficiently transmitting a load at the time of a collision.
  • FIG. 4 is a schematic view showing an enlarged vicinity of the side sill.
  • FIG. 5 is a schematic view showing an enlarged vicinity of the side sill.
  • the automobile substructure 100 according to the present embodiment relates to a substructure of an automobile equipped with a battery such as an electric vehicle.
  • This substructure has a structure in which the battery cell or battery module of the automobile is directly fixed to the members constituting the vehicle body floor of the automobile.
  • FIG. 1 is a schematic view for explaining the lower structure 100 of the automobile according to the present embodiment, and is a plan view of the lower structure 100 of the automobile as viewed from above.
  • FIG. 2 is a view of the lower structure 100 of the automobile as viewed from below.
  • FIG. 3 is a schematic view showing a cross section along the alternate long and short dash line I-I'in FIG. In FIG. 2, the undercover 18 is not shown.
  • the vehicle body floor 110 includes a floor panel 12, floor cross members 14a to 14f, front bumper 15, front side members 16a and 16b, rear side members 17a and 17b, undercover 18, rear bumper 19, side sill 20 and the like. have.
  • the side sill 20 extends in the front-rear direction (vehicle length direction, y-axis direction shown in the figure) along the left and right side surfaces of the vehicle.
  • the floor cross members 14a to 14f extend in the left-right direction (vehicle width direction, x-axis direction shown in the drawing) of the automobile.
  • the z-axis direction shown in the figure is a direction orthogonal to both the x-axis and the y-axis, and indicates the height direction of the automobile (vehicle height direction).
  • Each of the floor cross members 14a to 14f is joined to each of the left and right side sills 20 at both ends by welding, riveting, bolting or the like (hereinafter referred to as welding or the like).
  • the floor cross member 14a located on the frontmost side and the floor cross member 14f located on the rearmost side have the same thickness as the side sill 20 in the vertical direction.
  • the floor cross members 14b to 14e are arranged so as to extend in the vehicle width direction within the area surrounded by the left and right side sills 20, the floor cross member 14a, and the floor cross member 14f. As shown in FIG. 3, the upper surfaces of the floor cross members 14a and 14f, the floor cross members 14b to 14d, and the side sills 20 are arranged at substantially the same positions. The lower surfaces of the floor cross members 14b to 14e are arranged at the same position in the vertical direction, and are located above the lower surfaces of the floor cross members 14a and 14f and the side sill 20.
  • Floor panels 12 are arranged under the floor cross members 14b to 14e.
  • the floor panel 12 is fixed to the floor cross members 14a to 14f and the side sill 20 by welding or the like.
  • the floor cross members 14a to 14f may be made of a hat material (cross-section hat-shaped member), or the flange of the hat material may be joined to the floor panel 12. Further, the floor cross members 14a to 14f may be formed of a hollow tubular member, or may have a rectangular cross section orthogonal to the longitudinal direction.
  • Two front side members 16a and 16b extend in the vehicle length direction inside the side sill 20 in the vehicle width direction. As shown in FIG. 2, the rear ends of the front side members 16a and 16b may be in contact with the floor cross member 14f and fixed to the floor cross member 14f by welding or the like.
  • the vertical position of the lower surface of the front side member 16b may coincide with the position of the lower surface of the floor cross members 14a and 14f, and may be higher than the lower surface by the thickness of the undercover 18. It may be located in. Further, the vertical position of the lower surface of the front side member 16b may coincide with the position of the lower surface of the side sill 20, or may be located above the lower surface by the thickness of the undercover 18. The vertical position of the lower surface of the front side member 16a may coincide with the position of the lower surface of the front side member 16b.
  • the upper surfaces of the front side members 16a and 16b may be in contact with the floor panel 12, or may be fixed to the floor panel 12 by welding or the like.
  • the floor cross member 14a may be provided with a groove-shaped retracting portion 14a'.
  • the front side members 16a and 16b may be inserted into these retracting portions 14a'and are joined to the floor cross member 14a by welding or the like. You may be.
  • the front bumper 15 may be fixed to the front end of the front side members 16a and 16b.
  • Two rear side members 17a and 17b extend in the vehicle length direction behind the floor cross member 14f.
  • the front ends of the rear side members 17a and 17b may be fixed to the floor cloth member 14f by welding or the like.
  • the rear bumper 19 may be fixed to the rear end of the rear side members 17a and 17b.
  • a cross member 17c that connects the rear side member 17a and the rear side member 17b may be arranged in the middle of the rear side members 17a and 17b in the front-rear direction.
  • the end portion of the cross member 17c may be fixed to each of the rear side member 17a and the rear side member 17b by welding or the like.
  • FIG. 4 is a schematic view showing a cross section along the alternate long and short dash line II-II'in FIG.
  • the floor panel 12 is arranged under the floor cross member 14c, and the front side members 16a and 16b are arranged under the floor panel 12.
  • the front side members 16a and 16b are joined to the floor panel 12 by welding or the like.
  • the side sill 20 has a hollow structure in a cross section orthogonal to the longitudinal direction.
  • energy absorbing members 22 are arranged so as to correspond to the positions of the floor cross members 14a to 14f in the vertical direction.
  • the energy absorbing member 22 is made of, for example, an extruded aluminum material or a steel structure, and when the energy absorbing member 22 is an extruded aluminum material, the extrusion direction coincides with the longitudinal direction of the floor cross members 14a to 14f. It may be in the direction of
  • FIG. 5 is a schematic view showing a cross section along the alternate long and short dash line III-III' of FIG.
  • the cross-sectional structure shown in FIG. 5 is the same as that of FIG. 4 except that the floor cross member 14c does not exist.
  • the area inside the side sill 20 and below the floor panel 12 is the area where the battery 50 is mounted.
  • the undercover 18 covers the lower side of the battery 50 and is fixed to the lower surfaces of the front side members 16a and 16b or the lower surface of the side sill 20.
  • the basic structure of the vehicle body floor 110 is composed of the side sill 20, the floor cross members 14a to 14f, the front side members 16a and 16b, and the floor panel 12.
  • the rear side members 17a and 17b, the front bumper 15, the undercover 18, the rear bumper 19, and the like may be attached to this basic structure.
  • the battery 50 is attached to the lower side of the vehicle body floor 110 and is suspended from the vehicle body floor 110.
  • the battery 50 according to this embodiment is a battery cell or a battery module.
  • a battery pack for a vehicle that houses a plurality of battery modules and has collision resistance is not included in the battery 50 in this embodiment.
  • the battery pack may be referred to as a battery box, a battery case, an IPU case, a battery housing, or the like, but all of them have a structure having collision resistance.
  • a battery cell is a unit cell in which a common electrolyte is contained in one housing (case), and a battery module is an aggregate in which a plurality of battery cells are bundled.
  • a liquid or solid electrolyte is used as the electrolyte contained in the battery cell.
  • the battery pack is provided with, for example, a structure (skeleton, etc.) for increasing the rigidity for the purpose of improving collision resistance, or a component for increasing the rigidity.
  • the battery module does not have a structure for increasing the rigidity or a component for increasing the rigidity.
  • the battery module may have a frame-shaped component that connects a plurality of battery cells, but this component is for connecting a plurality of battery cells and enhances the rigidity of the battery module itself. It's not a thing.
  • the battery pack has a box structure that seals the internal battery module, and the inside of the battery pack is airtight.
  • the battery module does not have a structure for sealing the battery cell, and a part of the battery cell may be exposed to the outside.
  • the battery pack is equipped with a battery ECU (Electronic Control Unit) for controlling charging and discharging, but the battery module is not equipped with a battery ECU.
  • a battery ECU Electronic Control Unit
  • the battery 50 according to this embodiment does not have a structure or a component for increasing rigidity like a battery pack. Further, when the battery 50 is a battery module, the battery module does not have a structure for sealing the battery cell and does not have a battery ECU. Therefore, the battery 50 according to the present embodiment does not correspond to a so-called battery pack.
  • the battery pack for vehicles is configured in consideration of collision resistance and maintainability such as replacement.
  • the battery 50 according to the present embodiment is provided with a high-rigidity member such as a battery pack in order to consolidate the load paths at the time of collision into one system and efficiently transmit the load at the time of collision as described later. Absent.
  • a plurality of batteries 50 are arranged on the vehicle body floor 110.
  • the battery 50 is arranged so as to be spread over almost the entire surface in the area surrounded by the left and right side sills 20, the floor cross member 14a, and the floor cross member 14f, except for the area where the front side members 16a and 16b are arranged. You may.
  • the upper surface of the battery 50 is in contact with the lower surface of the floor panel 12 and is fixed to the floor panel 12.
  • the battery 50 may be fixed to the floor cross members 14a to 14f at the positions corresponding to the floor cross members 14a to 14f in the front-rear direction.
  • removable fastening mechanisms such as bolt fastening, thumb turn clamper fastening, and fitting fastening can be used, and battery replacement / maintenance is required. If there is almost no property, rivet fastening, welding, adhesion, etc. can be used.
  • the batteries 50 are spread over the entire surface of the floor panel 12 on the lower side of the vehicle body floor 110, more batteries 50 can be mounted.
  • the battery 50 is also mounted between the front side members 16a and 16b and the side sill 20 outside the front side members 16a and 16b. Therefore, the load capacity of the battery 50 is increased, and the cruising range of the automobile can be lengthened.
  • the battery 50 When the battery 50 is mounted on an automobile, the battery 50 is relatively heavy. Therefore, if the battery 50 is mounted at a high position in the vertical direction, the center of gravity of the automobile becomes high and the steering stability is hindered. In the present embodiment, the battery 50 is fixed below the vehicle body floor 110. Therefore, the position of the center of gravity of the automobile is lowered, and the steering stability is improved.
  • the battery 50 is directly fixed to the vehicle body floor 110 on the lower side and suspended from the vehicle body floor 110, parts such as a battery box that supports the battery 50 from the lower side are unnecessary. Become. As a result, the number of parts is reduced and the manufacturing cost is reduced. Further, since the load applied when the automobile collides is concentrated on the floor cross members 14a to 14f, the load path of the load is concentrated and the design is simplified, so that the design process can be reduced.
  • FIG. 6 is a schematic view showing an enlarged vicinity of the side sill 20 in FIG.
  • FIG. 6 shows an example in which the floor cross member 14c is composed of a square pipe.
  • the floor panel 12 may be bent upward in an L-shaped cross section at a position adjacent to the side sill 20, and is inserted between the end of the floor cross member 14c and the side sill 20. May be good.
  • the side sill 20, the floor panel 12, and the floor cross member 14c may be joined and integrated by welding or the like with the floor panel 12 inserted between the side sill 20 and the floor cross member 14c. The same applies to the joint portion between the other floor cross members 14b, 14d, 14e and the side sill 20.
  • the undercover 18 may be fixed to the front side members 16a and 16b by tightening the bolts 72 to the front side members 16a and 16b. Further, the undercover 18 may be fixed to the side sill 20 by tightening the bolt 74 to the side sill 20.
  • the battery 50 may be fixed to the floor panel 12 or the floor cross member 14c by bolts 70.
  • the battery 50 may be provided with a bolt insertion hole 52 into which the bolt 70 is inserted.
  • the floor panel 12 or the floor cross member 14 may be provided with screw holes into which the bolts 70 are tightened.
  • the bolt 70 is inserted into the bolt insertion hole 52 from the lower side, and the bolt 70 is tightened into the screw hole of the floor panel 12 or the floor cross member 14c, whereby the battery 50 is tightened with respect to the floor panel 12 or the floor cross member 14c. It may be fixed.
  • FIG. 6 shows a cross section at the position of the floor cross member 14c
  • the battery 50 is fixed at the positions of the other floor cross members 14b, 14d, 14e as in FIG.
  • FIG. 7 is a schematic view showing an enlarged vicinity of the side sill 20 in FIG. At the cross-sectional position shown in FIG. 5, there is no floor cross member above the battery 50. Therefore, the battery 50 may be fixed to the floor panel 12 by bolts 70.
  • the floor panel 12 may be provided with screw holes into which the bolts 70 are tightened.
  • the battery 50 may be fixed to the floor panel 12 by inserting the bolt 70 into the bolt insertion hole 52 from below and tightening the bolt 70 into the screw hole of the floor panel 12.
  • the floor panel 12 or the floor cloth members 14b to 14e are thin, instead of providing the screw holes in the floor panel 12 or the floor cloth members 14b to 14e, the floor panel 12 or the floor cloth member 14 is provided with screw holes.
  • the nut to be held may be fixed by welding or the like.
  • the bolt 70 for fixing the battery 50 is tightened to the nut fixed to the floor panel 12 or the floor cross member 14, and the battery 50 is fixed.
  • the battery box described later can be omitted, the vehicle weight does not increase even if the thickness of the floor panel 12 and the floor cross members 14b to 14e is increased by the amount that the battery box is omitted. .. Therefore, the floor panel 12 and the floor cross members 14b to 14e can be made thick enough to form screw holes.
  • the battery 50 When a running vehicle collides with another vehicle or a ground-fixed object, the battery 50 is suddenly decelerated, and the load (inertial force) generated by the deceleration is applied to the battery 50.
  • the battery 50 When another vehicle collides with a stopped vehicle, the battery 50 is suddenly accelerated, and the load (inertial force) generated by the acceleration is applied to the battery 50.
  • the side sills 20 extending in the front-rear direction and the front side members 16a and 16b extend in the left-right direction.
  • the vehicle body floor 110 has high rigidity due to the floor cross members 14a to 14f.
  • the floor cross members 14a to 14f increase the rigidity against a collision from the side surface
  • the front side members 16a and 16b increase the rigidity against a collision from the front surface. Since the battery 50 is directly fixed to the high-rigidity vehicle body floor 110, the load (inertial force) during deceleration or acceleration is directly transmitted to the high-rigidity vehicle body floor 110. In particular, when the upper surface of the battery 50 is fixed in contact with the lower surface of the floor panel 12, the frictional force generated between the upper surface of the battery 50 and the lower surface of the floor panel 12 and / or the bolt used for fixing the frictional force.
  • the load during deceleration or acceleration is applied to the vehicle body floor 110 having high rigidity. It is transmitted directly and reliably. As a result, the support function of the battery 50 is enhanced.
  • FIG. 8 is an enlarged view showing the vicinity of the side sill 20, and is a schematic view showing an example in which the water cooling panel 40 is arranged between the battery 50 and the floor panel 12.
  • FIG. 8 shows a cross section of the floor cross member 14c along the extending direction, as in FIG.
  • the water-cooled panel 40 is composed of, for example, a rectangular parallelepiped hollow structure, and a cooling liquid circulates inside.
  • the battery 50 may be fixed to the floor panel 12 or the floor cross member 14 by bolts 70 with the water cooling panel 40 interposed between the battery 50 and the floor panel 12.
  • FIG. 9 is a perspective view showing a state in which the battery 50 and the water cooling panel 40 are viewed from below.
  • the battery 50 is provided with a bolt insertion hole 52 into which the bolt 70 is inserted.
  • the water cooling panel 40 may be provided with a bolt insertion hole 42 into which the bolt 70 is inserted.
  • the battery 50 and the water-cooled panel 40 are so-called co-tightened by inserting bolts 70 into the bolt insertion holes 52 and 42 from below and tightening the bolts 70 into the screw holes of the floor panel 12 or the floor cross members 14b to 14e. May be fixed to the floor panel 12 or the floor cross members 14b to 14e.
  • a bolt insertion hole 52 is provided in the housing of the battery cell containing the electrolyte, and the bolt 70 is tightened into the screw hole of the floor panel 12 or the floor cross members 14b to 14e to tighten the battery cell. Is fixed to the floor panel 12 or the floor cross members 14b-14e. Further, even when the battery 50 is a battery module, a bolt insertion hole 52 is provided in the housing of the battery cell, and the bolt 70 is tightened into the screw holes of the floor panel 12 or the floor cross members 14b to 14e to tighten the battery module. May be fixed to the floor panel 12 or the floor cross members 14b-14e.
  • a bolt insertion hole 52 is provided in a frame-shaped component that bundles the battery cells, and the bolt 70 is tightened into the screw holes of the floor panel 12 or the floor cross members 14b to 14e.
  • the battery module may be fixed to the floor panel 12 or the floor cross members 14b-14e.
  • the individual battery cells may be fixed to the top plate of the frame-shaped component that connects the battery cells to each other.
  • the electrodes of the battery 50 may be provided on the upper surface of the battery 50, or may be provided on the lower surface or the side surface. When the electrodes are provided on the upper surface of the battery 50, relief processing or the like is appropriately performed on the floor panel 12 or the floor cross members 14b to 14e to avoid interference with the electrodes.
  • the battery 50 supplies electric power to the automobile by discharging it. Further, the battery 50 stores the electric power generated by the motor generator of the automobile or the electric power supplied from the outside. The battery 50 generates heat in the process of discharging or charging. The heat generated by the heat generated by the battery 50 moves upward in the battery 50. Therefore, by arranging the water cooling panel 40 on the upper part of the battery 50, the battery 50 can be effectively cooled. This makes it possible to further extend the life of the battery 50.
  • FIGS. 10 to 12 the state in which the load path when the load (inertial force) is transmitted at the time of collision is aggregated by the substructure 100 of the present embodiment will be described.
  • FIG. 10 in the configuration shown in FIG. 8, when the side surface (side sill 20) of the automobile collides with the pole 60 which looks like a utility pole, the direction in which the load is applied is indicated by a white arrow.
  • FIG. 10 shows a side collision (side collision) of an automobile, in which the vehicle body floor 110 moves from right to left in the figure, and the side sill 20 of the vehicle body floor 110 collides with the pole 60.
  • FIG. 11 is a plan view showing a state in which the vehicle body floor 110 is viewed from above of FIG. In FIG. 11, the floor panel 12 is not shown. On the plan view shown in FIG. 11, the load due to the collision is transmitted to the floor cross members 14b, 14c, 14d and transmitted to the side sill 20 as shown by the white arrows.
  • the energy absorbing member 22 is made of an extruded aluminum material or the like, and is arranged in the side sill 20 so that the extrusion direction coincides with the longitudinal direction of the floor cross members 14a to 14f.
  • the energy absorbing member 22 has a hollow structure and has a rectangular cross section orthogonal to the longitudinal direction. Therefore, when the side sill 20 collides with the pole 60, the energy absorbing member 22 is crushed and the energy of the collision is absorbed.
  • the load generated by the sudden deceleration of the battery 50 at the time of a collision is transmitted from the floor cross member 14 to the side sill 20. Therefore, on the cross-sectional view shown in FIG. 10, there is only one path (load path) through which the load is transmitted.
  • FIG. 12 shows an enlarged view of the vicinity of the side sill 20 in the structure of the comparative example in which the battery 50 is placed and fixed in the battery box 80 and the battery box 80 is fixed to the floor panel 12 for comparison with FIG. It is a schematic diagram.
  • the battery 50 is placed and fixed on the lower surface of the battery box 80.
  • the battery box 80 has a complicated structure from the viewpoint of supporting the weight of the battery 50 and collision safety.
  • the battery box 80 has a highly rigid structure in order to withstand the load caused by a collision.
  • the battery box 80 has a cross member 82 for reinforcing rigidity from the bottom surface to the side surface inside.
  • the cross member 82 is arranged so as to extend in the same direction as the floor cross member, and is composed of a separate member having a hollow structure, ribs, and the like.
  • the reason for providing such a cross member 82 is that if the cross member 82 is not provided, the battery box 80 may be deformed when a load is applied to the battery 50 due to a collision, or the battery box 80 may be mounted on the vehicle body together with the battery 50. This is because there is a possibility of leaving the floor.
  • the battery box 80 has a structure having high rigidity equivalent to that of the vehicle body floor.
  • the load applied to the battery 50 due to the deceleration of the battery 50 is transmitted to the cross members 82 provided from the bottom surface to the side surface of the battery box 80, and is transmitted to the floor cross members 14b to 14e. Therefore, the load applied to the battery 50 due to the deceleration of the battery 50 is transmitted in the direction indicated by the black arrow in FIG.
  • both load paths have rigidity that can withstand the load at the time of collision. It is necessary to secure it.
  • both the floor cross member and the battery box have overlapping functions, and the functions are wasted.
  • the amount of the structural material used is increased in order to secure the required rigidity in both the battery box 80 and the floor cross member. It will increase and lead to an increase in the weight of automobiles.
  • the load paths are aggregated into only one system indicated by the white arrow in FIG.
  • This road path is the main path through which the load that stops the vehicle when it collides with the pole 60 is transmitted, and the rigidity of the vehicle body floor 110 is increased by members such as floor cross members 14a to 14f and front side members 16a and 16b.
  • the battery box 80 Since the load due to the deceleration of the battery 50 is directly transmitted to the strong vehicle body floor 110, the battery box 80 as in the structure shown in FIG. 12 is unnecessary.
  • the side collision of the automobile has been described as an example, but even when the automobile collides from the front, the load is transmitted in the longitudinal direction of the front side members 16a and 16b, so that the road paths are integrated into one. ..
  • the vehicle body floor 110 only needs to have the required rigidity, and the battery box itself becomes unnecessary.
  • the structure for transmitting the load in the battery box 80 can be abolished, and the structure for transmitting the load of the battery 50 in the event of a collision can be integrated into the strong vehicle body floor 110.
  • members such as floor cross members elastically buckle without plastic deformation due to the load at the time of collision.
  • the cross-sectional area of the cross section in the direction orthogonal to the longitudinal direction of these cross members is small and the plate thickness is thick.
  • the cross-sectional area of the cross section is made smaller and the plate thickness is increased without increasing the overall weight. Can be thickened. Therefore, according to the present embodiment, as compared with the structure shown in FIG. 12, it is possible to increase the impact absorption capacity by delaying the elastic buckling at the time of collision, and reduce the amount of structural material used. It is possible to achieve weight reduction and reduce manufacturing costs.
  • the battery 50 since the battery 50 is fixed over the entire surface of the vehicle body floor 110, there may be an effect of reducing the transmitted sound rate-determined by the mass.
  • the heavier the weight of the substructure 100 the less the transmitted sound from the outside of the automobile. Therefore, it is not necessary to provide a separate member such as an asphalt sheet in order to reduce the transmitted sound, and by reducing these separate members, it is possible to reduce the weight.
  • FIG. 13 is a side view showing the hollow member 90 used when comparing the load bearing performance.
  • FIG. 14 is a schematic view showing a cross section along the alternate long and short dash line IV-IV'in FIG. 13.
  • the hollow member 90 corresponds to the floor cloth member 14c shown in FIGS. 10 and 12.
  • a hollow member 90 having a length in the longitudinal direction of 250 mm, a rectangular cross section shown in FIG. 14 having a long side of 80 mm and a short side of 40 mm was used. Then, as shown in FIG. 13, the hollow member 90 is arranged so that the longitudinal direction is the direction of gravity, one end face in the longitudinal direction is brought into contact with the floor 92, and a flat plate-shaped impactor is provided with respect to the other end face.
  • the load-bearing performance was compared by calculating the weight efficiency of the load-bearing capacity of the hollow member 90 with respect to the displacement of the impactor 94.
  • one hollow member 90 made of a steel plate having a yield strength of 1470 MPa class and a plate thickness of 2.0 mm was used.
  • two hollow members 90 made of a steel plate having a yield strength of 1470 MPa class and a plate thickness of 1.0 mm were used in parallel.
  • FIG. 15 is a characteristic diagram showing a comparison result of the load bearing performance of the example and the comparative example.
  • the horizontal axis represents the displacement of the impactor 94.
  • F * on the vertical axis is a value indicating the load capacity in terms of weight efficiency, and is an example or a comparative example with respect to (maximum load applied to the hollow member 90 / member weight of the hollow member 90) of the comparative example. The ratio of (load applied to the hollow member 90 / member weight of the hollow member 90) is shown. As shown in FIG.
  • the load capacity is withstood as compared with the comparative example in which the load paths are divided into two and the plate thickness is reduced. It can be seen that both performance and weight reduction can be achieved at a high level.
  • the battery 50 is directly fixed to the lower side with respect to the vehicle body floor 110 without using the battery box 80, so that the case where the battery box 80 is used is compared with the case where the battery box 80 is used.
  • the number of load paths can be reduced. As a result, it is possible to achieve both load bearing performance and weight reduction.

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Abstract

簡素な構成で自動車にバッテリを搭載することができ、衝突時の荷重を効率的に伝達することが可能な、自動車の下部構造を提供する。　自動車の下部構造１００は、自動車の床面を構成する車体フロア１１０と、車体フロア１１０の下側に車体フロア１１０から直接的に吊り下げられて固定されたバッテリ５０（バッテリセルまたはバッテリモジュール）と、を備える。

Description

自動車の下部構造
　本発明は、自動車の下部構造に関する。
　従来、電気自動車などに搭載されるバッテリをバッテリボックスなどの容器に収容し、この容器を車体に取り付けることが公知である（例えば、特許文献１～６を参照）。
特開２０１７－２２６３５３号公報 特開２０１９－１４３４９号公報 特開２０１９－１５６０２９号公報 特許第６１２２８０７号公報 特許第５４１１２３５号公報 特開２０１３－０６０１６０号公報
　バッテリは比重が高く比較的重いため、バッテリが搭載された自動車が衝突するとバッテリに大きな荷重が加わる。荷重を受けたバッテリが変形すると、バッテリが発火したり、バッテリが漏電する可能性がある。このため、バッテリをバッテリボックスなどの容器に収容して車体に取り付ける場合は、容器が構造的に高い剛性を有している必要がある。容器の剛性が低いと、衝突時に容器が壊れてバッテリが変形する可能性があり、またバッテリを収容した容器が車体から離脱する可能性があるためである。
　上記特許文献１～６は、いずれも、耐衝突性を向上するために高い剛性を有する車両用のバッテリボックスを開示している。例えば、特許文献１に記載されたバッテリパックは、バッテリクロスメンバ、縦骨などの高剛性部材を備えている。特許文献２に記載された電池パックは、押出成形品からなる高剛性の側壁部、前壁部、および後壁部を備えている。特許文献３に記載されたバッテリパックは、バッテリパックを保護する高剛性の骨格部材であるパック内クロスを備えている。特許文献４に記載されたバッテリフレームは、ＩＣＵの下方に高剛性の第２クロスメンバを備えている。特許文献５に記載されたバッテリケースは、高剛性の第１～第４のクロスメンバを備えている。そして、特許文献６に記載されたバッテリパックは、電池フレームにサブクロスメンバを備えている。
　しかしながら、バッテリを収容するバッテリボックスなどの容器に高い剛性を持たせると、これら容器の構造が複雑になり、また容器の重量が増大する問題がある。
　そこで、本発明は、簡素な構成で自動車にバッテリを搭載することができ、衝突時の荷重を効率的に伝達することが可能な、自動車の下部構造を提供することを目的とする。
　本開示の要旨は以下のとおりである。
（１）自動車の床部を構成する車体フロアと、前記車体フロアの下側に前記車体フロアから直接吊り下げられて固定されたバッテリセルまたはバッテリモジュールと、を備える、自動車の下部構造。
（２）前記バッテリセルまたは前記バッテリモジュールは、上面が前記車体フロアの下面に当接した状態で前記車体フロアに対して固定されている、上記（１）に記載の自動車の下部構造。
（３）冷却液が循環する冷却パネルを更に備え、前記バッテリセルまたは前記バッテリモジュールは、前記車体フロアとの間に前記冷却パネルを介在させて前記車体フロアに対して固定されている、上記（１）に記載の自動車の下部構造。
（４）前記バッテリセルまたは前記バッテリモジュールの上面が前記冷却パネルの下面に当接している、上記（３）に記載の自動車の下部構造。
（５）前記車体フロアは、自動車の床面を構成するフロアパネルを有し、前記バッテリセルまたは前記バッテリモジュールは、前記フロアパネルに対して固定されている、上記（１）～（４）のいずれかに記載の自動車の下部構造。
（６）前記車体フロアは、前記フロアパネル上に配置され、自動車の左右方向に延在するクロスメンバーを有し、前記バッテリセルまたは前記バッテリモジュールは、前記フロアパネル又は前記クロスメンバーに対して固定されている、上記（５）に記載の自動車の下部構造。
（７）前記車体フロアは、自動車の左右方向の最外部において自動車の前後方向に延在するサイドシルを有し、前記フロアパネルは、左右の前記サイドシルの間に設けられ、
　前記バッテリセルまたは前記バッテリモジュールは、前記サイドシルと隣接する領域を含む前記フロアパネルの全域に配置されている、上記（５）又は（６）に記載の自動車の下部構造。
　本発明によれば、簡素な構成で自動車にバッテリを搭載することができ、衝突時の荷重を効率的に伝達することが可能な、自動車の下部構造を提供することができるという効果を奏する。
本実施形態に係る自動車の下部構造を説明するための模式図であって、自動車の下部構造を上方から見た平面図である。 自動車の下部構造を下方から見た図である。 図１の一点鎖線Ｉ－Ｉ’に沿った断面を示す模式図である。 図１の一点鎖線ＩＩ－ＩＩ’に沿った断面を示す模式図である。 図１の一点鎖線ＩＩＩ－ＩＩＩ’線に沿った断面を示す模式図である。 図４において、サイドシルの近辺を拡大して示す模式図である。 図５において、サイドシルの近辺を拡大して示す模式図である。 サイドシル２０の近辺を拡大して示す図であって、バッテリとフロアパネルの間に水冷パネルが配置された例を示す模式図である。 下側からバッテリと水冷パネルを見た状態を示す斜視図である。 本実施形態の下部構造により、荷重のロードパスが削減される様子を説明する。 本実施形態の下部構造により、荷重のロードパスが削減される様子を説明する。 本実施形態の下部構造により、荷重のロードパスが削減される様子を説明する。 耐荷重性能を比較する際に用いる中空部材を示す側面図である。 図１３中の一点鎖線ＩＶ－ＩＶ’に沿った断面を示す模式図である。 実施例と比較例の耐荷重性能の比較結果を示す特性図である。
　まず、図１～図５を参照して、本発明の一実施形態に係る自動車の下部構造の構成について説明する。本実施形態に係る自動車の下部構造１００は、電気自動車などバッテリを搭載した自動車の下部構造に関する。この下部構造は、自動車の車体フロアを構成する部材に対して、自動車のバッテリセルまたはバッテリモジュールが直接固定された構造を有する。
　図１は、本実施形態に係る自動車の下部構造１００を説明するための模式図であって、自動車の下部構造１００を上方から見た平面図である。図２は、自動車の下部構造１００を下方から見た図である。図３は、図１の一点鎖線Ｉ－Ｉ’に沿った断面を示す模式図である。なお、図２では、アンダーカバー１８の図示を省略している。
　先ず、自動車の下部構造１００における車体フロア１１０の基本的な構造について説明する。図１に示すように、車体フロア１１０は、フロアパネル１２、フロアクロスメンバー１４ａ～１４ｆ、フロントバンパー１５、フロントサイドメンバー１６ａ，１６ｂ、リアサイドメンバー１７ａ，１７ｂ、アンダーカバー１８、リアバンパー１９、サイドシル２０、を有している。
　サイドシル２０は、自動車の左右の側面に沿って、自動車の前後方向（車長方向、図中に示すｙ軸方向）に延在している。フロアクロスメンバー１４ａ～１４ｆは、自動車の左右方向（車幅方向、図中に示すｘ軸方向）に延在している。なお、図中に示すｚ軸方向は、ｘ軸及びｙ軸の双方と直交する方向であり、自動車の高さ方向（車高方向）を示している。フロアクロスメンバー１４ａ～１４ｆのそれぞれは、両端部において、左右のサイドシル２０のそれぞれと、溶接、リベット止め、ボルト締結等（以下、溶接等という）により接合されている。
　フロアクロスメンバー１４ａ～１４ｆのうち、最も前側に位置するフロアクロスメンバー１４ａと、最も後側に位置するフロアクロスメンバー１４ｆは、上下方向でサイドシル２０と同等の厚みを有している。
　フロアクロスメンバー１４ｂ～１４ｅは、左右のサイドシル２０、フロアクロスメンバー１４ａ、及びフロアクロスメンバー１４ｆで囲まれた領域内で、車幅方向に延在して配置されている。図３に示したように、フロアクロスメンバー１４ａ，１４ｆ、フロアクロスメンバー１４ｂ～１４ｄ、及びサイドシル２０は、上面がほぼ同じ位置に配置されている。フロアクロスメンバー１４ｂ～１４ｅの下面は、上下方向で同一の位置に配置され、フロアクロスメンバー１４ａ，１４ｆ及びサイドシル２０の下面よりも上に位置している。
　フロアクロスメンバー１４ｂ～１４ｅの下には、フロアパネル１２が配置されている。フロアパネル１２は、フロアクロスメンバー１４ａ～１４ｆ、サイドシル２０に対して、溶接等により固定されている。
　フロアクロスメンバー１４ａ～１４ｆはいずれもハット材（断面ハット形状部材）から構成されてもよく、ハット材のフランジがフロアパネル１２に接合されていてもよい。また、フロアクロスメンバー１４ａ～１４ｆは、中空の管状の部材から構成されていてもよく、長手方向と直交する断面が矩形形状であってもよい。
　サイドシル２０よりも車幅方向の内側には、車長方向に２つのフロントサイドメンバー１６ａ，１６ｂが延在している。図２に示すように、フロントサイドメンバー１６ａ，１６ｂの後側の端部は、フロアクロスメンバー１４ｆに当接し、溶接等によりフロアクロスメンバー１４ｆに対して固定されていてもよい。
　図３に示すように、フロントサイドメンバー１６ｂの下面の上下方向の位置は、フロアクロスメンバー１４ａ，１４ｆの下面の位置と一致していてもよいし、下面よりもアンダーカバー１８の厚み分だけ上に位置していてもよい。また、フロントサイドメンバー１６ｂの下面の上下方向の位置は、サイドシル２０の下面の位置と一致していてもよいし、下面よりもアンダーカバー１８の厚み分だけ上に位置していてもよい。なお、フロントサイドメンバー１６ａの下面の上下方向の位置は、フロントサイドメンバー１６ｂの下面の位置と一致していてもよい。
　フロントサイドメンバー１６ａ，１６ｂの上面は、フロアパネル１２に当接してもよく、フロアパネル１２に対して溶接等により固定されていてもよい。
　図２に示すように、フロントサイドメンバー１６ａ，１６ｂとフロアクロスメンバー１４ａが交差する位置では、フロアクロスメンバー１４ａに溝状の退避部１４ａ’が設けられていてもよい。フロントサイドメンバー１６ａ，１６ｂとフロアクロスメンバー１４ａが交差する位置では、フロントサイドメンバー１６ａ，１６ｂは、これらの退避部１４ａ’に挿入されてもよく、フロアクロスメンバー１４ａに対して溶接等により接合されていてもよい。フロントサイドメンバー１６ａ，１６ｂの前側の端部には、フロントバンパー１５が固定されていてもよい。
　フロアクロスメンバー１４ｆの後側には、車長方向に２つのリアサイドメンバー１７ａ，１７ｂが延在している。リアサイドメンバー１７ａ，１７ｂの前側の端部は、溶接等によりフロアクロスメンバー１４ｆに固定されていてもよい。リアサイドメンバー１７ａ，１７ｂの後側の端部には、リアバンパー１９が固定されていてもよい。また、リアサイドメンバー１７ａ，１７ｂの前後方向の中間には、リアサイドメンバー１７ａとリアサイドメンバー１７ｂを結合するクロスメンバー１７ｃが配置されていてもよい。クロスメンバー１７ｃの端部は、溶接等によりリアサイドメンバー１７ａ及びリアサイドメンバー１７ｂのそれぞれに固定されていてもよい。
　図４は、図１の一点鎖線ＩＩ－ＩＩ’に沿った断面を示す模式図である。図４に示すように、フロアクロスメンバー１４ｃの下にフロアパネル１２が配置され、フロアパネル１２の下にフロントサイドメンバー１６ａ，１６ｂが配置されている。フロントサイドメンバー１６ａ，１６ｂは、フロアパネル１２に対して溶接等により接合されている。
　図４に示すように、サイドシル２０は、長手方向と直交する断面が中空の構造とされている。サイドシル２０の内部には、上下方向でフロアクロスメンバー１４ａ～１４ｆの位置に対応するように、エネルギー吸収部材２２が配置されている。エネルギー吸収部材２２は、例えばアルミニウムの押出材または鋼製構造体等から構成され、エネルギー吸収部材２２がアルミニウムの押出材である場合は、その押出方向がフロアクロスメンバー１４ａ～１４ｆの長手方向と一致する方向とされていてもよい。
　図５は、図１の一点鎖線ＩＩＩ－ＩＩＩ’線に沿った断面を示す模式図である。図５に示す断面の構造は、フロアクロスメンバー１４ｃが存在しない点を除き、図４と同様である。
　図４及び図５に示すように、サイドシル２０の内側でフロアパネル１２の下側の領域は、バッテリ５０が搭載される領域である。アンダーカバー１８は、バッテリ５０の下側を覆い、フロントサイドメンバー１６ａ，１６ｂの下面またはサイドシル２０の下面に対して固定される。
　以上のように、サイドシル２０、フロアクロスメンバー１４ａ～１４ｆ、フロントサイドメンバー１６ａ，１６ｂ、フロアパネル１２により、車体フロア１１０の基本構造が構成されている。そして、この基本構造に対して、リアサイドメンバー１７ａ，１７ｂ、フロントバンパー１５、アンダーカバー１８、リアバンパー１９等が取り付けられていてもよい。
　次に、本実施形態に係る自動車の下部構造１００において、自動車のバッテリ５０を車体フロア１１０の下部に敷き詰めた構造について説明する。バッテリ５０は、車体フロア１１０に対して下側に取り付けられ、車体フロア１１０に吊り下げられている。
　最初に、本実施形態に係るバッテリ５００について説明する。本実施形態に係るバッテリ５０は、バッテリセルまたはバッテリモジュールである。複数のバッテリモジュールを収納し、耐衝突性を有する車両用のバッテリパックは、本実施形態におけるバッテリ５０に含まれない。なお、バッテリパックは、バッテリボックス、バッテリケース、ＩＰＵケース、バッテリハウジング等と称される場合があるが、いずれも耐衝突性を有する構造を有する。
　バッテリセルとは、共通の電解質を１つの筐体（ケース）が内在させて成る単位セルであり、バッテリモジュールは複数のバッテリセルを束ねた集合体である。なお、バッテリセルに含まれる電解質としては液体または固体のものが用いられる。
　バッテリモジュールとバッテリパックの違いを詳細に説明すると、バッテリパックは、例えば耐衝突性を向上することを目的とした剛性を高めるための構造（骨格など）、または剛性を高めるための部品を備える。一方、バッテリモジュールは、剛性を高めるための構造、または剛性を高めるための部品を備えていない。なお、バッテリモジュールは、複数のバッテリセルを繋ぎ合わせるフレーム状の部品を有している場合があるが、この部品は複数のバッテリセルを繋ぎ合わせるためのものであり、バッテリモジュール自体の剛性を高めるものではない。
　また、バッテリパックは、ボックス構造により内部のバッテリモジュールを密封しており、バッテリパックの内部は気密性を有している。一方、バッテリモジュールは、バッテリセルを密封する構造を有しておらず、バッテリセルは、その一部が外部に露出している場合がある。
　更に、バッテリパックは、充放電を制御するためのバッテリＥＣＵ（Electronic Control Unit）を搭載しているが、バッテリモジュールはバッテリＥＣＵを搭載していない。
　本実施形態に係るバッテリ５０は、バッテリパックのような剛性を高める構造または部品を備えていない。また、バッテリ５０がバッテリモジュールの場合、バッテリモジュールはバッテリセルを密封する構造を有しておらず、またバッテリＥＣＵを搭載していない。このため、本実施形態に係るバッテリ５０は、いわゆるバッテリパックには相当しない。
　以上のような相違は、車両用のバッテリパックが耐衝突性を考慮して構成されるとともに、交換などのメンテナンス性を考慮して構成されることに起因する。一方、本実施形態に係るバッテリ５０は、後述するように衝突時のロードパスを１系統に集約し、衝突時の荷重を効率的に伝達するため、バッテリパックのような高剛性部材は備えていない。
　図２に示したように、車体フロア１１０には、複数のバッテリ５０が配置されている。バッテリ５０は、左右のサイドシル２０、フロアクロスメンバー１４ａ、及びフロアクロスメンバー１４ｆで囲まれた領域内で、フロントサイドメンバー１６ａ，１６ｂが配置された領域を除き、ほぼ全面に敷き詰められて配置されていてもよい。
　図３～図５に示すように、バッテリ５０は、その上面がフロアパネル１２の下面に当接し、フロアパネル１２に対して固定されている。一方、図４に示したように、前後方向でフロアクロスメンバー１４ａ～１４ｆに対応する位置では、バッテリ５０は、フロアクロスメンバー１４ａ～１４ｆに対して固定されていてもよい。これらの固定の方法としては、バッテリの交換・メンテナンスの必要性がある場合はボルト締結、サムターンクランパー締結、嵌め合い締結等の着脱可能な締結機構を用いることができ、バッテリの交換・メンテナンスの必要性がほとんど無い場合は、リベット締結、溶接または接着等を用いることができる。
　電気自動車などの自動車では、航続距離を伸ばすために、より多くのバッテリ５０を搭載できることが望ましい。本実施形態では、車体フロア１１０の下側において、フロアパネル１２の全面にバッテリ５０が敷き詰められているため、より多くのバッテリ５０が搭載可能とされている。特に、フロントサイドメンバー１６ａ，１６ｂよりも外側において、フロントサイドメンバー１６ａ，１６ｂとサイドシル２０との間にもバッテリ５０が搭載される。したがって、バッテリ５０の搭載量が増大され、自動車の航続距離をより長くすることが可能である。
　バッテリ５０を自動車に搭載するにあたり、バッテリ５０は比較的重いため、上下方向で高い位置にバッテリ５０を搭載すると、自動車の重心が高くなり、操縦安定性に支障が生じる。本実施形態では、車体フロア１１０に対して下側にバッテリ５０が固定される。したがって、自動車の重心位置が低くなり、操縦安定性が高められる。
　更に、本実施形態によれば、バッテリ５０が車体フロア１１０に対して下側に直接固定され、車体フロア１１０に吊り下げられるため、バッテリ５０を下側から支持するバッテリボックス等の部品が不要となる。これにより、部品点数が削減され、製造コストが低減される。また、自動車が衝突した際にかかる荷重は、フロアクロスメンバー１４ａ～１４ｆに集約されるため、荷重のロードパスが集約され、設計が単純化されるため、設計工程を削減することができる。
　図６は、図４において、サイドシル２０の近辺を拡大して示す模式図である。図６では、フロアクロスメンバー１４ｃが角パイプから構成される例を示している。図６に示すように、フロアパネル１２は、サイドシル２０と隣接する位置で上方に向けて断面Ｌ字形に折り曲げられてもよく、フロアクロスメンバー１４ｃの端部とサイドシル２０との間に挿入されてもよい。サイドシル２０、フロアパネル１２、及びフロアクロスメンバー１４ｃは、サイドシル２０とフロアクロスメンバー１４ｃの間にフロアパネル１２が挿入された状態で、溶接等により接合され、一体化されていてもよい。なお、他のフロアクロスメンバー１４ｂ，１４ｄ，１４ｅとサイドシル２０との接合部位についても同様である。アンダーカバー１８は、ボルト７２をフロントサイドメンバー１６ａ，１６ｂに締め込むことによって、フロントサイドメンバー１６ａ，１６ｂに対して固定されていてもよい。また、アンダーカバー１８は、ボルト７４をサイドシル２０に締め込むことによって、サイドシル２０に対して固定されていてもよい。
　バッテリ５０は、ボルト７０によりフロアパネル１２またはフロアクロスメンバー１４ｃに対して固定されていてもよい。具体的には、バッテリ５０には、ボルト７０が挿入されるボルト挿入孔５２が設けられていてもよい。また、フロアパネル１２またはフロアクロスメンバー１４には、ボルト７０が締め込まれるねじ孔が設けられていてもよい。バッテリ５０は、下側からボルト挿入孔５２にボルト７０が挿入され、ボルト７０がフロアパネル１２またはフロアクロスメンバー１４ｃのねじ孔に締め込まれることによって、フロアパネル１２またはフロアクロスメンバー１４ｃに対して固定されていてもよい。
　なお、図６では、フロアクロスメンバー１４ｃの位置での断面を示しているが、他のフロアクロスメンバー１４ｂ，１４ｄ，１４ｅの位置においても、バッテリ５０は図６と同様に固定される。
　図７は、図５において、サイドシル２０の近辺を拡大して示す模式図である。図５に示す断面の位置では、バッテリ５０の上部にフロアクロスメンバーが存在しない。このため、バッテリ５０は、ボルト７０によりフロアパネル１２に対して固定されていてもよい。フロアパネル１２には、ボルト７０が締め込まれるねじ孔が設けられていてもよい。バッテリ５０は、下側からボルト挿入孔５２にボルト７０が挿入され、ボルト７０がフロアパネル１２のねじ孔に締め込まれることによって、フロアパネル１２に対して固定されていてもよい。
　なお、フロアパネル１２またはフロアクロスメンバー１４ｂ～１４ｅの板厚が薄い場合は、フロアパネル１２またはフロアクロスメンバー１４ｂ～１４ｅにねじ孔を設ける代わりに、フロアパネル１２またはフロアクロスメンバー１４にねじ孔を有するナットを溶接等により固定してもよい。この場合、バッテリ５０を固定するボルト７０は、フロアパネル１２またはフロアクロスメンバー１４に固定されたナットに対して締め込まれ、バッテリ５０が固定される。なお、本実施形態では、後述するバッテリボックスを省略できるため、フロアパネル１２、フロアクロスメンバー１４ｂ～１４ｅの板厚を、バッテリボックスを省略した分だけ厚くしても車両重量が増加することはない。したがって、フロアパネル１２、フロアクロスメンバー１４ｂ～１４ｅを、ねじ孔が形成できる程度まで厚くすることができる。
　走行中の自動車が、他の自動車または地面固定物等に衝突すると、バッテリ５０に急激な減速が生じ、減速により生じた荷重（慣性力）がバッテリ５０に加わる。あるいは、停止中の自動車に他の自動車が衝突すると、バッテリ５０に急激な加速が生じ、加速により生じた荷重（慣性力）がバッテリ５０に加わる。いずれにせよ、生じた荷重（慣性力）がバッテリ５０に加わっても、以上のような構成によれば、前後方向に延在するサイドシル２０、フロントサイドメンバー１６ａ，１６ｂと、左右方向に延在するフロアクロスメンバー１４ａ～１４ｆにより、車体フロア１１０は高剛性を有する。特に、フロアクロスメンバー１４ａ～１４ｆにより側面からの衝突に対して剛性が高められ、フロントサイドメンバー１６ａ，１６ｂにより前面からの衝突に対して剛性が高められている。バッテリ５０は、高剛性の車体フロア１１０に対して直接固定されているため、減速時または加速時の荷重（慣性力）は高剛性を有する車体フロア１１０に直接伝達される。特に、バッテリ５０の上面がフロアパネル１２の下面に当接した状態で固定されることで、バッテリ５０の上面とフロアパネル１２の下面との間に生じる摩擦力および／またはこの固定に用いたボルト等の前記着脱可能な締結機構（前記着脱可能な締結機構を用いない場合は、リベット、溶接部または接着部）のせん断力により、減速時または加速時の荷重は高剛性を有する車体フロア１１０に直接且つ確実に伝達される。これにより、バッテリ５０の支持機能が高められる。
　図８は、サイドシル２０の近辺を拡大して示す図であって、バッテリ５０とフロアパネル１２の間に水冷パネル４０が配置された例を示す模式図である。図８は、図６と同様に、フロアクロスメンバー１４ｃの延在する方向に沿った断面を示している。水冷パネル４０は、例えば直方体の中空構造から構成され、内部に冷却液が循環している。バッテリ５０は、フロアパネル１２との間に水冷パネル４０を介在させた状態で、フロアパネル１２またはフロアクロスメンバー１４に対してボルト７０により固定されていてもよい。
　図９は、下側からバッテリ５０と水冷パネル４０を見た状態を示す斜視図である。図９に示すように、バッテリ５０には、ボルト７０が挿入されるボルト挿入孔５２が設けられている。また、水冷パネル４０には、ボルト７０が挿入されるボルト挿入孔４２が設けられていてもよい。
　バッテリ５０及び水冷パネル４０は、下側からボルト挿入孔５２，４２にボルト７０が挿入され、ボルト７０がフロアパネル１２またはフロアクロスメンバー１４ｂ～１４ｅのねじ孔に締め込まれることによって、いわゆる共締めによりフロアパネル１２またはフロアクロスメンバー１４ｂ～１４ｅに対して固定されていてもよい。
　バッテリ５０がバッテリセルの場合、電解質を内在するバッテリセルの筐体にボルト挿入孔５２が設けられ、ボルト７０がフロアパネル１２またはフロアクロスメンバー１４ｂ～１４ｅのねじ孔に締め込まれることによってバッテリセルがフロアパネル１２またはフロアクロスメンバー１４ｂ～１４ｅに対して固定される。また、バッテリ５０がバッテリモジュールの場合においても、バッテリセルの筐体にボルト挿入孔５２が設けられ、ボルト７０がフロアパネル１２またはフロアクロスメンバー１４ｂ～１４ｅのねじ孔に締め込まれることによってバッテリモジュールがフロアパネル１２またはフロアクロスメンバー１４ｂ～１４ｅに対して固定されてもよい。
　また、バッテリ５０がバッテリモジュールの場合は、バッテリセル同士を束ねるフレーム状の部品にボルト挿入孔５２が設けられ、ボルト７０がフロアパネル１２またはフロアクロスメンバー１４ｂ～１４ｅのねじ孔に締め込まれることによってバッテリモジュールがフロアパネル１２またはフロアクロスメンバー１４ｂ～１４ｅに対して固定されてもよい。また、この場合に、個々のバッテリセルは、バッテリセル同士を繋ぎ合わせるフレーム状の部品の天板に固定されてもよい。
　バッテリ５０の電極は、バッテリ５０の上面に設けられていてもよいし、下面、または側面に設けられていてもよい。電極がバッテリ５０の上面に設けられている場合は、フロアパネル１２またはフロアクロスメンバー１４ｂ～１４ｅに電極との干渉を避けるための逃げ加工等が適宜行われる。
　バッテリ５０は、放電することで自動車に電力を供給する。また、バッテリ５０は、自動車が備えるモータジェネレータが発電した電力、あるいは外部から供給された電力を蓄電する。バッテリ５０は、放電または充電する過程で発熱する。バッテリ５０の発熱により生じた熱は、バッテリ５０の上方向へ移動する。したがって、バッテリ５０の上部に水冷パネル４０を配置することで、バッテリ５０を効果的に冷却することができる。これにより、バッテリ５０の寿命を、より延ばすことが可能となる。
　特に、バッテリ５０が急速充電される際には、バッテリ５０の発熱量が多くなる。水冷パネル４０がバッテリ５０の上に配置されることで、急速充電の際においてもバッテリ５０の昇温を確実に抑えることができる。
　次に、図１０～図１２に基づいて、本実施形態の下部構造１００により、衝突時に荷重（慣性力）が伝わる際のロードパスが集約される様子を説明する。図１０では、図８に示した構成において、自動車の側面（サイドシル２０）が電柱を見立てたポール６０に対して衝突した場合に、荷重がかかる方向を白の矢印で示している。
　図１０は、自動車の側面衝突（側突）を示しており、車体フロア１１０が図中で右から左に移動し、車体フロア１１０のサイドシル２０がポール６０に衝突した様子を示している。
　サイドシル２０がポール６０に衝突すると、図中で右から左に運動していた車体フロア１１０を含む自動車の構成部品（例えば、フロアパネル１２に固定されたシートなど）に急激な減速が生じ、減速により生じた荷重（慣性力）は、図１０中に白の矢印で示す方向に伝達される。バッテリ５０の減速によりバッテリ５０にかかる荷重は、ボルト７０、及びフロアパネル１２を介してフロアクロスメンバー１４ｂ～１４ｅに伝達される。フロアクロスメンバー１４ｂ～１４ｅは、サイドシル２０に対して固定されているため、フロアクロスメンバー１４ｂ～１４ｅに伝達された荷重はサイドシル２０に伝達される。そして、サイドシル２０に内蔵されたエネルギー吸収部材２２が荷重を吸収する。
　図１１は、図１０の上方から車体フロア１１０を見た状態を示す平面図である。なお、図１１では、フロアパネル１２の図示を省略している。図１１に示す平面図上では、衝突による荷重は、白の矢印で示すように、フロアクロスメンバー１４ｂ，１４ｃ，１４ｄを伝わり、サイドシル２０へ伝達される。
　上述したように、エネルギー吸収部材２２は、アルミニウムの押出材等から構成され、サイドシル２０内において、押出方向がフロアクロスメンバー１４ａ～１４ｆの長手方向と一致するように配置されている。一例として、エネルギー吸収部材２２は、中空構造を有し、長手方向と直交する断面の形状が矩形とされている。このため、サイドシル２０がポール６０に衝突すると、エネルギー吸収部材２２が圧壊することで、衝突のエネルギーが吸収される。
　以上のように、本実施形態によれば、衝突時にバッテリ５０が急減速することによって発生する荷重は、フロアクロスメンバー１４からサイドシル２０に伝達される。したがって、図１０に示す断面図上において、荷重の伝わる経路（ロードパス）は１つである。
　図１２は、図１０との比較のため、バッテリボックス８０内にバッテリ５０を載せて固定し、バッテリボックス８０をフロアパネル１２に固定した比較例の構造において、サイドシル２０の近辺を拡大して示す模式図である。
　図１２に示す構造では、バッテリボックス８０の下面部にバッテリ５０を載せて固定されている。バッテリボックス８０は、バッテリ５０の自重支持、衝突安全性の観点から複雑な構造となっている。
　バッテリボックス８０は、衝突による荷重に耐えるため、剛性の高い構造とされている。バッテリボックス８０は、内部の底面から側面にかけて、剛性補強のためのクロスメンバー８２を有している。クロスメンバー８２は、フロアクロスメンバーと同じ方向に延在するように配置され、中空構造の別部材、リブ等によって構成される。なお、このようなクロスメンバー８２を設ける理由は、クロスメンバー８２を設けていないと、衝突によりバッテリ５０に荷重がかかった際に、バッテリボックス８０が変形したり、バッテリボックス８０がバッテリ５０とともに車体フロアから離脱する可能性があるためである。
　したがって、図１２に示す構造では、バッテリボックス８０は、車体フロアと同等に剛性が高い構造とされている。このような構造では、サイドシル２０がポール６０に衝突すると、図１２に示す断面図上において、荷重の伝わる経路（ロードパス）は２系統となる。すなわち、サイドシル２０がポール６０に衝突すると、図中で右から左に運動していた車体フロア１１０を含む自動車の構成部品に急激な減速が生じ、減速により生じた荷重は、フロアクロスメンバー１４ｂ～１４ｅの長手方向に沿って、図１２中に白の矢印で示す方向に伝達される。
　また、バッテリ５０の減速によりバッテリ５０にかかる荷重は、バッテリボックス８０の底面から側面にかけて設けられたクロスメンバー８２を伝わり、フロアクロスメンバー１４ｂ～１４ｅに伝わる。したがって、バッテリ５０の減速によりバッテリ５０にかかる荷重は、図１２中の黒の矢印で示す方向に伝達される。
　以上のように、図１２に示す構造では、白の矢印で示すロードパスと、黒の矢印で示すロードパスの２つ存在するため、双方のロードパスにおいて、衝突時の荷重に耐えうる剛性を確保する必要がある。換言すれば、図１２に示す構造では、フロアクロスメンバーとバッテリボックスの双方が重複した機能を有しており、機能に無駄が生じている。
　例えば、バッテリボックス８０とフロアクロスメンバーを鋼材で構成する場合、図１２に示すような構造では、バッテリボックス８０とフロアクロスメンバーの双方で必要な剛性を確保するために、構造材料の使用量が増大し、自動車の重量増を招来する。
　一方、本実施形態によれば、ロードパスは、図１０中に白の矢印で示した１系統のみに集約される。このロードパスには、ポール６０に衝突した際に自動車を停止させる荷重が伝わる主経路であり、フロアクロスメンバー１４ａ～１４ｆ、フロントサイドメンバー１６ａ，１６ｂ等の部材により剛性が高められた車体フロア１１０上の経路である。バッテリ５０の減速による荷重は、強固な車体フロア１１０に直接的に伝達されるため、図１２に示す構造のようなバッテリボックス８０は不要である。なお、ここでは、自動車の側面衝突を例に挙げて説明したが、自動車が前面から衝突した場合もフロントサイドメンバー１６ａ，１６ｂの長手方向に荷重が伝わるため、ロードパスは１つに集約される。
　したがって、本実施形態では、車体フロア１１０が必要な剛性を有していればよく、バッテリボックス自体が不要となる。これにより、バッテリボックス８０内に荷重を伝達する構造を廃止し、衝突時にバッテリ５０の荷重が伝達される構造を強固な車体フロア１１０に統合することができる。
　特に、高張力鋼を用いて鋼材の板厚を薄くして軽量化を図るような場合、衝突時の荷重により、フロアクロスメンバーなどの部材は塑性変形せずに弾性座屈する。衝突時の弾性座屈をできるだけ遅らせて衝撃吸収能力を高めるためには、これらクロスメンバーの長手方向と直交する方向の横断面の断面積が小さく、且つ板厚の厚い方が有利である。図１２のように２つに分かれているロードパスを、図１０のように１つに集約させることで、全体の重量を増加させることなく、横断面の断面積をより小さくして板厚を厚くすることができる。したがって、本実施形態によれば、図１２に示すような構造と比較して、衝突時の弾性座屈を遅らせることで衝撃吸収能力を高めることが可能となり、且つ構造材料の使用量を削減して軽量化を達成することが可能であり、製造コストを低減することができる。
　また、本実施形態によれば、図２に示したように、車体フロア１１０の全面に渡ってバッテリ５０が固定されるため、質量に律速される透過音が減少する効果も生じ得る。換言すれば、下部構造１００の重量が重いほど、自動車の車外からの透過音が減少する。したがって、透過音を低減するためにアスファルトシートなどの別部材を設ける必要がなく、これら別部材を削減することで、軽量化を図ることが可能となる。
　以下では、図１０のようにロードパスを１つに集約した実施例と、図１２のようにロードパスが２つに分かれている比較例の耐荷重性能をシミュレーションにより比較した結果を説明する。図１３は、耐荷重性能を比較する際に用いる中空部材９０を示す側面図である。また、図１４は、図１３中の一点鎖線ＩＶ－ＩＶ’に沿った断面を示す模式図である。中空部材９０は、図１０および図１２に示すフロアクロスメンバー１４ｃに相当する。
　この耐荷重性能の比較では、長手方向の長さが２５０ｍｍであり、図１４に示す長方形形状の断面の長辺が８０ｍｍであり、短辺が４０ｍｍである中空部材９０を用いた。そして、図１３に示すように、中空部材９０の長手方向が重力方向となるように配置し、長手方向の一方の端面を床９２に当接させ、他方の端面に対して平板状のインパクター９４で重力方向下向きに１０ｍｍ／ｓの速度で荷重をかけた際に、インパクター９４の変位に対する中空部材９０の耐荷重の重量効率を算出することで耐荷重性能を比較した。
　ロードパスを１つに集約した実施例では、降伏強度が１４７０ＭＰａ級で板厚が２．０ｍｍの鋼板からなる中空部材９０を１つ用いた。一方、ロードパスが２つに分かれている比較例では、降伏強度が１４７０ＭＰａ級で板厚が１．０ｍｍの鋼板からなる中空部材９０を２つ並列に用いた。
　図１５は、実施例と比較例の耐荷重性能の比較結果を示す特性図である。図１５において、横軸はインパクター９４の変位を示している。また、図１５において、縦軸のＦ＊は耐荷重を重量効率で示した値であり、比較例の（中空部材９０にかかる最大荷重／中空部材９０の部材重量）に対する、実施例または比較例の（中空部材９０にかかる荷重／中空部材９０の部材重量）の比率を示している。図１５に示すように、ロードパスを１つに集約して中空部材９０の板厚を増加した実施例は、ロードパスを２つに分けて板厚を減らした比較例に対して、耐荷重性能と軽量化を高いレベルで両立できることが判る。
　以上のように、本実施形態によれば、バッテリボックス８０を用いることなく、バッテリ５０が車体フロア１１０に対して下側に直接固定されるため、バッテリボックス８０を用いた場合と比較して、ロードパスの数を削減することができる。この結果、耐荷重性能と軽量化の双方を達成することが可能となる。
　１２　　フロアパネル
　１４ａ～１４ｆ　　フロアクロスメンバー
　１５　　フロントバンパー
　１６ａ，１６ｂ　　フロントサイドメンバー
　１７ａ，１７ｂ　　リアサイドメンバー
　１７ｃ　　クロスメンバー
　１８　　アンダーカバー
　１９　　リアバンパー
　２０　　サイドシル
　２２　　エネルギー吸収部材
　４０　　水冷パネル
　４２，５２　　ボルト挿入孔
　５０　　バッテリ
　６０　　ポール
　７０，７２，７４　　ボルト
　９０　　中空部材
　９２　　床
　９４　　インパクター

Claims (7)

  1. 　自動車の床部を構成する車体フロアと、
    　前記車体フロアの下側に前記車体フロアから直接吊り下げられて固定されたバッテリセルまたはバッテリモジュールと、
    　を備える、自動車の下部構造。
  2. 　前記バッテリセルまたは前記バッテリモジュールは、上面が前記車体フロアの下面に当接した状態で前記車体フロアに対して固定されている、請求項１に記載の自動車の下部構造。
  3. 　冷却液が循環する冷却パネルを更に備え、
    　前記バッテリセルまたは前記バッテリモジュールは、前記車体フロアとの間に前記冷却パネルを介在させて前記車体フロアに対して固定されている、請求項１に記載の自動車の下部構造。
  4. 　前記バッテリセルまたは前記バッテリモジュールの上面が前記冷却パネルの下面に当接している、請求項３に記載の自動車の下部構造。
  5. 　前記車体フロアは、自動車の床面を構成するフロアパネルを有し、
    　前記バッテリセルまたは前記バッテリモジュールは、前記フロアパネルに対して固定されている、請求項１～４のいずれか一項に記載の自動車の下部構造。
  6. 　前記車体フロアは、前記フロアパネル上に配置され、自動車の左右方向に延在するクロスメンバを有し、
    　前記バッテリセルまたは前記バッテリモジュールは、前記フロアパネル又は前記クロスメンバに対して固定されている、請求項５に記載の自動車の下部構造。
  7. 　前記車体フロアは、自動車の左右方向の最外部において自動車の前後方向に延在するサイドシルを有し、
    　前記フロアパネルは、左右の前記サイドシルの間に設けられ、
    　前記バッテリセルまたは前記バッテリモジュールは、前記サイドシルと隣接する領域を含む前記フロアパネルの全域に配置されている、請求項５又は６に記載の自動車の下部構造。
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