WO2021220027A1 - 電気自動車のフロア構造 - Google Patents

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WO2021220027A1
WO2021220027A1 PCT/IB2020/000408 IB2020000408W WO2021220027A1 WO 2021220027 A1 WO2021220027 A1 WO 2021220027A1 IB 2020000408 W IB2020000408 W IB 2020000408W WO 2021220027 A1 WO2021220027 A1 WO 2021220027A1
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WO
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panel
battery unit
floor structure
cooling water
floor
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PCT/IB2020/000408
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French (fr)
Inventor
弘晃 名渕
大樹 永田
裕司 岡本
信也 秋月
竜也 今塩屋
龍希 前田
Original Assignee
日産自動車株式会社
ルノー エス. ア. エス.
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    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D25/00Superstructure or monocoque structure sub-units; Parts or details thereof not otherwise provided for
    • B62D25/20Floors or bottom sub-units
    • B62D25/2072Floor protection, e.g. from corrosion or scratching
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60KARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K1/00Arrangement or mounting of electrical propulsion units
    • B60K1/04Arrangement or mounting of electrical propulsion units of the electric storage means for propulsion
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    • B60VEHICLES IN GENERAL
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    • B60K2001/0405Arrangement or mounting of electrical propulsion units of the electric storage means for propulsion characterised by their position
    • B60K2001/0438Arrangement under the floor

Definitions

  • the present invention relates to a floor structure [a floor structure of an electric vehicle] of an electric vehicle.
  • Patent Document 1 discloses the floor structure of a battery electric vehicle (BEV).
  • the floor structure includes a battery module arranged between the front wheels and wheels under the floor of the passenger compartment, and a GFRP underfloor panel that covers the entire bottom surface of the battery module from below. It is disclosed that the undercover can prevent the curb [road edge stone] and the convex part [bump] of the road surface from directly hitting the battery unit. It is also disclosed that the undercover can prevent the bolts that fix the battery unit to the vehicle body from falling. Further, it is disclosed that the undercover can also rectify the airflow under the vehicle floor.
  • an object of the present invention is to provide a floor structure of an electric vehicle capable of improving the soundproofing under the floor and reliably protecting the battery unit arranged under the floor.
  • the floor structure of the electric vehicle includes a battery unit arranged between the front wheels and wheels under the floor of the passenger compartment, and an underfloor panel that covers the entire bottom surface of the battery unit from below.
  • the underfloor panel includes a central panel made of a sound absorbing material arranged in the center in the width direction and in the center in the front-rear direction of the electric vehicle, and a peripheral panel made of a high-strength material arranged around the central panel. I have.
  • the sound absorption [noise absorption] by the central panel and the sound insulation [noise shielding] by the peripheral panels can improve the soundproofing [noise insulation], and the underfloor panel can reliably protect the battery unit.
  • FIG. 1 is a perspective view of the floor structure according to the embodiment as viewed from below.
  • FIG. 2 is a perspective view of the underfloor panel having the floor structure as viewed from above.
  • FIG. 3 is a side sectional view of the floor structure.
  • FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of the floor structure.
  • the electric vehicle [electric vehicle] of the present embodiment does not have an internal combustion engine, consumes the power stored in the battery unit 1, and has two motors mounted on the front and rear of the battery unit 1 (shown in the figure). It is a battery-electric vehicle (BEV) that drives four wheels (front wheel FW and rear wheel RW) with four wheels. At the time of deceleration of this vehicle [vehicle], the motor regenerates power generation, and the battery unit 1 is charged by the generated power. The battery unit 1 is also charged by electric power supplied from the outside of the vehicle.
  • BEV battery-electric vehicle
  • the cruising range of the BEV is determined by the electric power stored in the battery unit 1 (and the regenerated electric power). Therefore, it is required to mount the battery unit 1 having a larger charging capacity.
  • the larger the charging capacity the larger the volume of the battery unit 1. Therefore, the BEV battery unit 1 is mounted on the vehicle so as to occupy the entire underfloor of the passenger compartment [passenger compartment]. More specifically, the battery unit 1 is mounted between the front wheel FW and the rear wheel RW (front wheel house and rear wheel house) and between the pair of side sills 2.
  • the battery unit 1 occupies a range between the rear end of the front wheel FW (front wheel house) and the front end of the rear wheel RW (rear wheel house) and between the pair of side sills 2. Since the battery unit 1 has a heavy weight per unit volume, such a mounting position of the battery unit 1 lowers the position of the center of gravity of the vehicle and improves the kinetic performance of the vehicle.
  • the battery unit 1 has a case 1c made of an aluminum alloy, and a large number of battery modules 1m containing a plurality of battery cells are mounted inside the case 1c. Peripheral devices related to charging / discharging of the battery module 1 m are also built in the case 1c. Further, inside the case 1c, a beam material [beam member] 1s that supports the battery module 1m is also attached while ensuring the strength and rigidity of the case 1c. The bottom of the case 1c is closed by a plurality of bottom panels [bottom panels] 1p.
  • the bottom panel 1p is made of extruded aluminum, and the cross-sectional shape perpendicular to the vehicle's front-rear direction [longitudinal direction] (horizontal direction in FIG. 3) does not change.
  • the bottom panel 1p has the same length as the front-rear length [longitudinal length] of the battery unit 1.
  • the bottom panels 1p are arranged in parallel in the width direction [lateral direction] (left-right direction in FIG. 4) of the vehicle and attached to the case 1c.
  • Each bottom panel 1p has a double bottom structure [double bottom structure] composed of a top plate [top plate] 1t and a bottom plate [bottom plate] 1b. That is, a double bottom structure is provided at the bottom of the battery unit 1. Inside the double bottom structure, a cooling water circulation pipe [coolant circulation pipe] 1f is provided. As described above, since the bottom panel 1p is an extruded aluminum material, the cooling water circulation pipe 1f is integrally formed with the top plate 1t. Further, the width of the cooling water circulation pipe 1f is widened as it approaches the top plate 1t. Therefore, the cooling water flowing inside the cooling water circulation pipe 1f can efficiently absorb the heat of the battery modules 1m arranged on the top plate 1t.
  • such a shape of the cooling water circulation pipe 1f imparts strength and rigidity to the cooling water circulation pipe 1f itself, and also imparts strength and rigidity to the bottom panel 1p. Further, a gap [clearance] is formed between the cooling water circulation pipe 1f and the bottom plate 1b. Therefore, even if the bottom panel 1p is impacted from below by a curb or a convex portion of the road surface and the bottom plate 1b is deformed, the cooling water circulation pipe 1f can be protected if the bottom plate 1b does not come into contact with the cooling water circulation pipe 1f.
  • the double bottom structure of the bottom panel 1p also functions as a sound insulation structure that prevents noise from being transmitted from under the floor to the passenger compartment.
  • a vertical wall [vertical walls] 1w connecting the top plate 1t and the bottom plate 1b is also integrally provided.
  • one bottom panel 1p is provided with three cooling water circulation pipes 1f and three vertical walls 1w.
  • the vertical wall 1w also imparts strength and rigidity to the bottom panel 1p and prevents contact between the bottom plate 1b and the cooling water circulation pipe 1f due to an impact from below.
  • resin or metal for connecting to the ends of other cooling water circulation pipes 1f so that all the cooling water circulation pipes 1f form a cooling water circulation path.
  • a connecting pipe (not shown) is attached. That is, a plurality of connecting pipes are arranged at the front end and the rear end of the bottom of the battery unit 1.
  • the cooling water circulation pipes 1f of the plurality of bottom panels 1p are arranged in the width direction at regular intervals (see FIG. 4). The positional relationship between the cooling water circulation pipe 1f and the vertical wall 1w and the underfloor panel 3 described later will be described in detail later.
  • the battery unit 1 of the present embodiment is attached to the vehicle body from below and is not supported from below. Therefore, it is important to improve the strength and rigidity of the floor portion (bottom panel 1p) of the battery unit 1 that supports a large number of heavy battery modules 1 m from below. Further, as described above, in order to protect the battery module 1 m from an impact from below, it is important to improve the strength and rigidity of the floor portion (bottom panel 1p) of the battery unit 1.
  • an underfloor panel 3 that covers the entire bottom surface of the battery unit 1 from below is provided mainly as a soundproofing member.
  • the underfloor panel 3 is attached to the bottom surface of the battery unit 1 (bottom plate 1b of the bottom panel 1p) by a resin clip.
  • the underfloor panel 3 also functions as a protective member for the battery unit 1 and also as an aerodynamic member for rectifying the air flow under the vehicle floor.
  • the underfloor panel 3 has a felt center panel [center panel] 3C arranged in the center in both the width direction and the front-rear direction, and a fiber reinforced plastic (FRP) periphery arranged around the center panel 3C. It consists of a panel [surrounding panel] (3F, 3R, 3S).
  • the FRP fiber of the peripheral panel (3F, 3R, 3S) is glass fiber, and the matrix resin thereof is polypropylene (PP).
  • the peripheral panels (3F, 3R, 3S) further include a front panel [front panel] 3F arranged in front of the center panel 3C, a rear panel [rear panel] 3R arranged behind the center panel 3C, and the like. It is composed of side panels [side panels] 3S arranged on both sides of the central panel 3C.
  • the front panel 3F, the rear panel 3R, and the side panel 3S are formed by injection molding.
  • the central panel 3C formed of the water resistant felt is formed by pressing the felt (while applying heat as necessary).
  • the felt central panel 3C which has a large number of minute spaces inside, mainly functions as a sound absorbing member. Further, even if the gravel or the like jumped up by the wheels hits the central panel 3C, the felt central panel 3C serves as a cushion to reduce the generation of noise.
  • the front panel 3F, the rear panel 3R, and the side panel 3S mainly function as sound insulating members.
  • the side panel 3S is a single plate, but the front panel 3F and the rear panel 3R have a double panel structure including an inner panel [inner panel] 3i and an outer panel [outer panel] 3o, respectively. (See FIG. 4).
  • the inner panel 3i and the outer panel 3o are injection-molded and then integrated with an adhesive.
  • a plurality of beads 3b are formed in a large part (at least a part) of the inner panel 3i in order to give strength and rigidity to the front panel 3F and the rear panel 3R.
  • the bead 3b bulges on the side opposite to the outer panel 3o and extends in the front-rear direction. Therefore, the inner panel 3i is formed in a wavy shape by the plurality of beads 3b.
  • a short bead is also formed in the width direction between the adjacent beads 3b in order to improve the strength and rigidity. Further, the bead 3b forms a space between the inner panel 3i and the outer panel 3o (and between the inner panel 3i and the bottom panel 1p). It is known that the sound insulation of a double panel (double wall) structure with a space between the two panels is superior to the sound insulation of a structure in which two panels are interviewed on the entire surface. There is.
  • the bottom surface of the outer panel 3o is basically formed flat to rectify the airflow under the vehicle floor.
  • dimples are formed at the above-mentioned resin clip attachment position on the outer panel 3o.
  • Dimple holes are also formed in the inner panel 3i at the resin clip attachment position.
  • the inner panel 3i and the outer panel 3o (that is, the front panel 3F and the rear panel 3R) bonded to each other overlap the edge with the edge of the center panel 3C and the side panel 3S via the dimples of the outer panel 3o. It is wrapped and attached to the bottom plate 1b of the bottom panel 1p.
  • the front panel 3F and the rear panel 3R have a double panel structure, they are excellent in sound insulation performance that blocks gas propagating sound from the outside of the vehicle to the vehicle interior. Further, the front panel 3F and the rear panel 3R are arranged in the vicinity of the wheels (front wheel FW and rear wheel RW). The gravel and rainwater splashed up by the wheels hit the underfloor panel 3 vigorously to generate noise, but the gravel hits mainly the front panel 3F and the rear panel 3R. At this time, since the front panel 3F and the rear panel 3R have a double panel structure having a high sound insulation effect, such noise is difficult to be transmitted to the vehicle interior.
  • the underfloor panel 3 functions not only as a soundproofing member but also as a protective member for the battery unit 1.
  • a curb or a convex portion of the road surface collides with the bottom of the vehicle, it collides with the underfloor panel 3 before the bottom panel 1p of the battery unit 1, and the underfloor panel 3 collides with the battery unit 1 (bottom panel 1p).
  • the bottom panel 1p itself has a collision protection structure, but is more reliably protected by the underfloor panel 3.
  • the impact on the bottom of the vehicle occurs with the suspension stroke immediately after the wheel passes through the convex part of the road surface (rides on the curb).
  • the impact on the bottom of the vehicle also occurs with the suspension stroke immediately after the wheels fall into the recesses on the road surface (get off the curb).
  • Such interference with the convex portion of the road surface may occur regardless of whether the vehicle is moving forward or backward. Therefore, the impact is input to the range immediately after the front wheel FW and the range immediately before the rear wheel RW, and in the present embodiment, the front panel 3F and the rear panel 3R having a double panel structure are arranged at this position. .. Therefore, according to the present embodiment, the battery unit 1 (particularly, the cooling water circulation pipe 1f provided at the bottom thereof) can be protected more reliably.
  • a plurality of connecting pipes for connecting the cooling water circulation pipe 1f are arranged at the front end and the rear end of the bottom portion of the battery unit 1. Since the front panel 3F and the rear panel 3R also cover these connecting pipes from below, these connecting pipes can also be protected. Since the connecting pipe is provided outside the double bottom structure of the bottom panel 1p, it is important to protect the connecting pipe by the front panel 3F and the rear panel 3R.
  • the side panel 3S may come into contact with the road surface. Therefore, the battery unit 1 (bottom panel 1p) can be protected by providing the side panel 3S in a range close to the side surface of the vehicle even in the center between the front wheel FW and the rear wheel RW.
  • the bottom surface of the side panel 3S is also basically formed to be flat, and rectifies the airflow under the vehicle floor. Dimples are also formed at the resin clip attachment position of the side panel 3S, and the side panel 3S is attached to the bottom plate 1b of the bottom panel 1p via the dimples.
  • the side panel 3S is made of GFRP because the possibility of contact with the convex portion of the road surface is lower than that of the front panel 3F and the rear panel 3R.
  • ribs are formed on its inner surface (upper surface) so as to connect dimples (see FIG. 2).
  • a central panel 3C made of water-resistant felt as a sound-absorbing member is arranged in this portion with an emphasis on soundproofing.
  • the bottom surface of the central panel 3C is also basically formed to be flat, and rectifies the airflow under the vehicle floor. Dimples are also formed at the resin clip attachment position of the central panel 3C, and the central panel 3C is attached to the bottom plate 1b of the bottom panel 1p via the peripheral edge thereof and the dimples.
  • the peripheral resin clip is covered by the front panel 3F, the rear panel 3R and the side panel 3S. Through holes for drainage are formed in the central panel 3C, the front panel 3F, the rear panel 3R, and the side panel 3S.
  • the positional relationship between the front panel 3F (rear panel 3R) and the bottom panel 1p is set so that the impact on the battery unit 1 (bottom panel 1p) is reduced even in such a case. There is.
  • the load input to the outer panel 3o of the front panel 3F (or the rear panel 3R) is input to the inner panel 3i, and then is input to the bottom panel 1p via the upper surface of the bead 3b. Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 4, the bead 3b extending in the front-rear direction does not overlap with the cooling water circulation pipe 1f extending in the front-rear direction in the plan view (or bottom view). With this structure, even if the bottom plate 1b of the bottom panel 1p is deformed upward by the load input from the bead 3b, the contact between the bottom plate 1b and the cooling water circulation pipe 1f is avoided. As a result, damage to the cooling water circulation pipe 1f, that is, damage to the cooling system of the battery unit 1 can be avoided.
  • a vertical wall 1w is also provided inside the double panel structure of the bottom panel 1p.
  • the bead 3b is arranged so that the extension surface of the vertical side wall [raised side wall (s)] 3w extending in the front-rear direction does not intersect with the vertical wall 1w. ing.
  • the load input from the bead 3b to the bottom plate 1b is input particularly along the erection side wall 3w of the bead 3b. Therefore, the beads 3b are arranged so that the above-mentioned extension surface does not intersect with the vertical wall 1w so that this load is not directly input to the vertical wall 1w.
  • the load may be directly input to the vertical wall 1w and the vertical wall 1w may buckle. In this case, the deformation of the bottom plate 1b cannot be effectively prevented.
  • a force for lifting the entire bottom plate 1b acts on the battery modules 1m arranged in an orderly manner inside the battery unit 1. Therefore, by arranging the beads 3b so that the above-mentioned extension surface does not intersect the vertical wall 1w, damage to the battery unit 1 can be avoided.
  • the underfloor panel 3 covering the entire bottom surface of the battery unit 1 is a central panel 3C made of a sound absorbing material (felt) arranged in the center and a high-strength material (fiber) arranged around the central panel 3C. It is equipped with a peripheral panel (3F, 3R, 3S) made of (reinforced resin).
  • the central panel 3C made of a sound absorbing material absorbs noise from under the floor outside the vehicle to the interior of the vehicle to reduce noise inside the vehicle.
  • Peripheral panels (3F, 3R, 3S) made of high-strength material arranged around the central panel 3C, which may interfere with the convex parts of the road surface, function as sound insulation materials and go from under the floor outside the vehicle to the passenger compartment. Prevents the transmission of noise and reduces the noise inside the vehicle.
  • a member having high strength can function as a sound insulating material for preventing the transmission of noise.
  • the peripheral panels (3F, 3R, 3S) interfere with the convex portions of the road surface, they are made of high-strength material and are not easily damaged, and the battery unit 1 can be protected. Of course, the entire underfloor panel 3 can rectify the airflow under the vehicle floor.
  • the sound absorbing member forming the central panel 3C is felt. In the case of felt, even if gravel or the like jumped up by the wheels hits the central panel 3C, the central panel 3C made of felt acts as a cushion to reduce the generation of noise.
  • the sound absorbing member forming the central panel 3C is preferably felt, but is not limited to felt.
  • the sound absorbing member is preferably formed of a porous material having a large number of minute spaces inside, and the central panel 3C may be an injection molded member using a foamed resin.
  • the high-strength member forming the peripheral panels (3F, 3R, 3S) is GFRP.
  • the high-strength member forming the peripheral panels (3F, 3R, 3S) is preferably FRP such as GFRP (glass fiber reinforced resin) or CFRP (carbon fiber reinforced resin), but is not limited to FRP.
  • FRP such as GFRP (glass fiber reinforced resin) or CFRP (carbon fiber reinforced resin)
  • CFRP carbon fiber reinforced resin
  • the high-strength member that also functions as a sound insulating material a resin composite member is preferable in consideration of moldability and light weight.
  • the peripheral panel (3F, 3R, 3S) may be a resin injection molded member in which a metal mesh is inserted.
  • the peripheral panels (3F, 3R, 3S) may be made of different materials as long as they are made of high-strength members.
  • the peripheral panels (3F, 3R, 3S) include a front panel 3F, a rear panel 3R, and a pair of side panels 3S, and the front panel 3F and the rear panel 3R are double, respectively. It has a panel structure. Since the front panel 3F and the rear panel 3R have a double panel structure, their sound insulation is excellent. Since gravel and the like that bounce off the wheels easily hit the front panel 3F and the rear panel 3R arranged in the vicinity thereof, the excellent sound insulation of the front panel 3F and the rear panel 3R is effective in reducing such noise. Is. In addition, the vicinity of the wheels tends to interfere with the convex portions of the road surface.
  • the double panel structure of the front panel 3F and the rear panel 3R improves their strength and rigidity, so that damage to the front panel 3F and the rear panel 3R is more effective. Can be prevented. As a result, the battery unit 1 can be reliably protected.
  • the inner panel 3i is formed in a wavy shape by the beads 3b, and the bottom surface of the outer panel 3o is formed flat. Therefore, the strength and rigidity of the front panel 3F and the rear panel 3R are further improved by the inner panel 3i on which the beads 3b are formed. Further, since the space is formed between the outer panel 3o and the bottom surface of the battery unit 1 (bottom panel 1p) by forming the bead 3b, this space further improves the soundproofing property. Further, since the bottom surface of the outer panel 3o is flat, the airflow under the vehicle floor can be effectively rectified.
  • the bead 3b is arranged so as not to overlap the cooling water circulation pipe 1f of the battery unit 1 in a plan view, the load from the bead 3b to the bottom surface of the battery unit 1 due to interference with the convex portion of the road surface or the like is circulated in the cooling water. It is possible to avoid acting on the tube 1f. As a result, damage to the cooling water circulation pipe 1f, that is, damage to the cooling system of the battery unit 1 can be avoided.
  • the cooling water circulation pipe 1f is arranged inside a double bottom structure (top plate 1t and bottom plate 1b) provided at the bottom of the battery unit 1.
  • This double bottom structure further reduces noise from under the floor outside the vehicle to the passenger compartment.
  • a vertical wall 1w is also provided inside the double bottom structure, and the extension surface of the vertical side wall 3w of the bead 3b does not intersect with the vertical wall 1w.
  • the electric vehicle of the above embodiment is a battery electric vehicle (BEV), but may be a hybrid electric vehicle (HEV: including PHEV).
  • HEV hybrid electric vehicle
  • the layout of the battery unit 1 and the underfloor panel 3 described above does not hold.
  • the HEV has a small internal combustion engine as a range extender mounted on the rear of the vehicle, the layout of the battery unit 1 and the underfloor panel 3 described above can be established.

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Abstract

電気自動車のフロア構造は、車室床下の前輪(FW)及び後輪(RW)の間に配されたバッテリユニット(1)と、バッテリモジュール(1)の底面全体を下方から覆うアンダーフロアパネル(3)とを備えている。アンダーフロアパネル(3)は、アンダーフロアパネル(3)の幅方向中央で、かつ、前後方向中央に配された、吸音材料からなる中央パネル(3C)と、中央パネル(3C)の周囲に配された、高強度部材からなる周囲パネル(3F,3R,3S)とを備えている。

Description

電気自動車のフロア構造
 本発明は、電気自動車のフロア構造[a floor structure of an electric vehicle]に関する。
 下記特許文献1は、バッテリ電気自動車(BEV)のフロア構造を開示している。上記フロア構造は、車室床下の前輪及び車輪の間に配されたバッテリモジュールと、バッテリモジュールの底面の全てを下方から覆うGFRP製のアンダーフロアパネルとを備えている。アンダーカバーによって、縁石[road edge stone]や路面の凸部[bump]がバッテリユニットに直撃するのを回避することができると開示されている。また、アンダーカバーは、バッテリユニットを車体に固定するボルトの落下を防止できるとも開示されている。さらに、アンダーカバーは、車両床下の空気流を整流することもできると開示されている。
日本国特開2009−83598号公報
 電気自動車においては、特許文献1に開示されているようにバッテリユニットを保護する必要があるが、防音性[noise insulation]の向上も要望されている。電気自動車がモータ走行時に発生する騒音は、内燃機関によって走行する自動車が発生する騒音よりも小さい。このため、電気自動車では、走行時にタイヤの接地面[tread surface]と路面との間で発生するロードノイズが気体伝搬音として床下から車室に届くと、乗員は内燃機関自動車[ICE vehicle]の場合よりも騒音として認識しやすい。タイヤが巻き上げた砂利などが床下にあたって発生する騒音も、乗員は内燃機関自動車の場合よりも騒音として認識しやすい。従って、電気自動車には内燃機関自動車よりも防音性が求められる。
 従って、本発明の目的は、床下の防音性を向上すると共に床下に配置されたバッテリユニットを確実に保護することのできる、電気自動車のフロア構造を提供することにある。
 本発明の特徴に係る電気自動車のフロア構造は、車室床下の前輪及び車輪の間に配されたバッテリユニットと、バッテリユニットの底面全体を下方から覆うアンダーフロアパネルと、を備えている。アンダーフロアパネルは、電気自動車の幅方向中央で、かつ、前後方向中央に配された、吸音材料からなる中央パネルと、中央パネルの周囲に配された、高強度材料からなる周囲パネルと、を備えている。
 上記特徴によれば、中央パネルによる吸音[noise absorption]及び周囲パネルによる遮音[noise shielding]によって防音性[noise insulation]を向上すると共に、アンダーフロアパネルによってバッテリユニットを確実に保護することができる。
図1は、実施形態に係るフロア構造を下方から見た斜視図である。 図2は、上記フロア構造のアンダーフロアパネルを上方から見た斜視図である。 図3は、上記フロア構造の側断面図である。 図4は、上記フロア構造の拡大断面図である。
 以下、図1~図4を参照しつつ実施形態に係る電気自動車のフロア構造について説明する。
 本実施形態の電気自動車[electric vehicle]は、内燃機関を搭載しておらず、バッテリユニット1に蓄えられた電力を消費して、その前部及び後部にそれぞれ搭載された二つのモータ(図示せず)で四輪(前輪FW及び後輪RW)を駆動するバッテリ電気自動車(BEV)である。この車両[vehicle]の減速時には、モータは回生発電を行い、発電された電力によってバッテリユニット1が充電される。バッテリユニット1は、車両の外部から供給される電力によっても充電される。
 BEVの航続距離は、バッテリユニット1に蓄えられた電力(及び回生発電された電力)で決まる。そこで、より多くの充電容量のバッテリユニット1を搭載することが求められる。充電容量が多いほど、バッテリユニット1の体積は大きくなる。従って、BEVのバッテリユニット1は、車室[passenger compartment]の床下全体を占有するように車両に搭載されている。より具体的には、バッテリユニット1は、前輪FW及び後輪RW(フロントホイールハウス及びリアホイールハウス)の間で、かつ、一対のサイドシル2の間に搭載されている。
 平面視において、バッテリユニット1は、前輪FW(フロントホイールハウス)の後端と後輪RW(リアホイールハウス)の前端との間で、かつ、一対のサイドシル2の間の範囲を占めている。バッテリユニット1は単位体積あたりの重量が重いので、このようなバッテリユニット1の搭載位置は、車両の重心位置を低くして車両の運動性能を向上させる。
 バッテリユニット1は、アルミ合金製のケース1cを有しており、ケース1cの内部には、複数のバッテリセルを内蔵するバッテリモジュール1mが多数搭載されている。ケース1cの内部には、バッテリモジュール1mの充放電に関連する周辺機器も内蔵されている。また、ケース1cの内部には、ケース1cの強度及び剛性を確保すると共に、バッテリモジュール1mを支持する梁材[beam member]1sも取り付けられている。ケース1cの底部は、複数の底部パネル[bottom panels]1pで閉じられている。
 底部パネル1pはアルミ押し出し材で形成されており、車両の前後方向[longitudinal direction](図3の左右方向)に垂直な断面形状は変わらない。底部パネル1pは、バッテリユニット1の前後長さ[longitudinal length]と同じ長さを有している。底部パネル1pは、車両の幅方向[lateral direction](図4の左右方向)に平行に並べられてケース1cに取り付けられている。
 各底部パネル1pは、天板[top plate]1t及び底板[bottom plate]1bからなる二重底構造[double bottom structure]を備えている。即ち、バッテリユニット1の底部には、二重底構造が設けられている。二重底構造の内部には、冷却水循環管[coolant circulation pipe]1fが設けられている。上述したように底部パネル1pはアルミ押し出し材であるので、冷却水循環管1fは天板1tと一体的に形成されている。また、この冷却水循環管1fの横幅は、天板1tに近づくにつれて広くされている。従って、冷却水循環管1fの内部を流れる冷却水は、天板1t上に並べられたバッテリモジュール1mの熱を効率的に吸収できる。
 また、冷却水循環管1fのこのような形状は、冷却水循環管1f自体に強度及び剛性を付与すると共に、底部パネル1pにも強度及び剛性を付与する。さらに、冷却水循環管1fと底板1bとの間には隙間[clearance]が形成されている。従って、縁石や路面の凸部等で底部パネル1pが下方より衝撃を受けて底板1bが変形しても、底板1bが冷却水循環管1fに接触しなければ、冷却水循環管1fは保護され得る。また、仮に、底板1bが冷却水循環管1fに接触しても、冷却水循環管1fの上述した形状によって冷却水循環管1f自体の強度及び剛性が向上されているので、冷却水循環管1fの破損を回避し得る。さらに、底部パネル1pの二重底構造は、床下から車室への騒音の透過を防止する遮音構造としても機能する。
 さらに、二重底構造の内部には、天板1tと底板1bとを繋ぐ縦壁[vertical walls]1wも一体的に設けられている。本実施形態では、一つの底部パネル1pに、三つの冷却水循環管1fが設けられると共に三つの縦壁1wが設けられている。この縦壁1wも、底部パネル1pに強度及び剛性を付与し、下方からの衝撃による底板1bと冷却水循環管1fとの接触を防止する。冷却水循環管1fの前後端部には、全ての冷却水循環管1fで冷却水の循環路を形成するように、他の冷却水循環管1fの端部との接続のための樹脂製や金属製の接続管(図示せず)が取り付けられている。即ち、バッテリユニット1の底部の前端及び後端には複数の接続管が配置されている。
 複数の底部パネル1pの冷却水循環管1fは、一定間隔ごとに幅方向に並べられる(図4参照)。冷却水循環管1f及び縦壁1wと後述するアンダーフロアパネル3との間の位置関係については追って詳しく説明する。本実施形態のバッテリユニット1は、下方から車体に取り付けられ、下方から支持されない。従って、重い多数のバッテリモジュール1mを下方より支持するバッテリユニット1の床部(底部パネル1p)の強度及び剛性の向上は重要である。また、上述したように、下方からの衝撃からバッテリモジュール1mを保護するためにも、バッテリユニット1の床部(底部パネル1p)の強度及び剛性の向上は重要である。
 さらに、本実施形態では、主として防音部材として、バッテリユニット1の底面全体を下方から覆うアンダーフロアパネル3が設けられている。アンダーフロアパネル3は、樹脂クリップによってバッテリユニット1の底面(底部パネル1pの底板1b)に取り付けられている。アンダーフロアパネル3は、バッテリユニット1の保護部材としても機能するし、車両床下の空気流の整流を行う空力部材としても機能する。アンダーフロアパネル3は、幅方向及び前後方向の双方の中央に配されたフエルト製の中央パネル[center panel]3Cと、中央パネル3Cの周囲に配された、繊維強化樹脂(FRP)製の周囲パネル[surrounding panel](3F,3R,3S)とからなる。
 本実施形態では、周囲パネル(3F,3R,3S)のFRPの繊維はガラス繊維であり、そのマトリクス樹脂はポリプロピレン(PP)である。周囲パネル(3F,3R,3S)は、さらに、中央パネル3Cの前方に配置される前部パネル[front panel]3F、中央パネル3Cの後方に配置される後部パネル[rear panel]3R、及び、中央パネル3Cの両側にそれぞれ配置される側部パネル[side panels]3Sとからなる。前部パネル3F、後部パネル3R及び側部パネル3Sは、射出成形によって形成されている。なお、耐水性フエルトで形成された中央パネル3Cは、(必要に応じて熱を加えながら)フエルトをプレスすることで成形されている。
 内部に微小空間を多数有するフエルト製の中央パネル3Cは、主として、吸音部材として機能する。また、車輪によって跳ね上がった砂利などが中央パネル3Cに当たっても、フエルト製の中央パネル3Cがクッションとなり、騒音の発生を低減する。一方、前部パネル3F、後部パネル3R及び側部パネル3S(FRP製の周囲パネル)は、主として、遮音部材として機能する。側部パネル3Sは一枚板であるが、前部パネル3F及び後部パネル3Rは、それぞれ、内側パネル[inner panel]3i及び外側パネル[outer panel]3oからなる二重パネル構造を有している(図4参照)。内側パネル3i及び外側パネル3oは、それぞれ射出成形された後、接着剤によって一体化されている。
 内側パネル3iの大部分(少なくとも一部)の範囲には、前部パネル3F及び後部パネル3Rに強度及び剛性を与えるために、複数のビード3bが形成されている。ビード3bは、外側パネル3oとは反対側に膨出されており、前後方向に延在している。従って、内側パネル3iは、複数のビード3bによって波形状に形成されている。なお、隣接するビード3bの間にも、強度及び剛性の向上のために、背の低いビードが幅方向に形成されている。また、ビード3bにより、内側パネル3iと外側パネル3oとの間(及び、内側パネル3iと底部パネル1pとの間)に空間が形成される。二枚のパネルを全面で面接した構造の遮音性よりも、二枚のパネルの間に空間を設けた二重パネル(二重壁)構造の遮音性の方が優れていることが知られている。
 一方、外側パネル3oの底面は、基本的に平坦に形成されており、車両床下の気流を整流する。ただし、外側パネル3oにおける上述した樹脂クリップ取り付け位置には、ディンプルが形成されている。内側パネル3iにも、樹脂クリップ取り付け位置にディンプルホールが形成されている。互いに接着された内側パネル3i及び外側パネル3o(即ち、前部パネル3F及び後部パネル3R)は、外側パネル3oのディンプルを介して、端縁を中央パネル3C及び側部パネル3Sの端縁とオーバーラップさせて底部パネル1pの底板1bに取り付けられる。
 前部パネル3F及び後部パネル3Rは、二重パネル構造を有しているため、車外から車室への気体伝搬音を遮断する遮音性能に優れる。また、前部パネル3F及び後部パネル3Rは、車輪(前輪FW及び後輪RW)の近傍に配置される。車輪によって跳ね上げられた砂利や雨水がアンダーフロアパネル3に勢いよく当たって騒音を発生するが、砂利が当たるのは主として前部パネル3F及び後部パネル3Rである。このとき、前部パネル3F及び後部パネル3Rが遮音効果の高い二重パネル構造を有しているため、このような騒音は車室に伝えられ難い。
 上述したように、アンダーフロアパネル3は、防音部材として機能すると共に、バッテリユニット1の保護部材としても機能する。縁石や路面の凸部等が車両の底部に衝突する際には、バッテリユニット1の底部パネル1pよりも先にアンダーフロアパネル3に衝突し、アンダーフロアパネル3がバッテリユニット1(底部パネル1p)を保護する。上述したように、底部パネル1p自体も衝突に対する保護構造を有しているが、アンダーフロアパネル3によってより確実に保護される。
 車両の底部への衝撃は、車輪が路面の凸部を通過した(縁石に乗り上げた)直後に、サスペンションストロークに伴って生じる。あるいは、車両の底部への衝撃は、車輪が路面の凹部に落ちた(縁石から降りた)直後に、サスペンションストロークに伴っても生じる。このような路面の凸部等との干渉は、車両が前進している場合も、後進している場合も起こり得る。このため、衝撃は、前輪FWの直後の範囲や後輪RWの直前の範囲に入力され、本実施形態では、二重パネル構造の前部パネル3F及び後部パネル3Rがこの位置に配置されている。従って、本実施形態によれば、バッテリユニット1(特に、その底部に設けられた冷却水循環管1f)をより確実に保護することができる。
 また、上述したように、バッテリユニット1の底部の前端及び後端には、冷却水循環管1fを接続する複数の接続管が配置されている。前部パネル3F及び後部パネル3Rは、これらの接続管も下方から覆うため、これらの接続管も保護することができる。接続管は、底部パネル1pの二重底構造の外に設けられているため、前部パネル3F及び後部パネル3Rによる接続管の保護は重要である。
 また、車両の片側で前輪FW及び後輪RWを同時に側溝に脱輪した場合などは、側部パネル3Sが路面と接触し得る。このため、前輪FW及び後輪RWの間の中央であっても車両の側面に近い範囲に側部パネル3Sを設けることで、バッテリユニット1(底部パネル1p)を保護できる。側部パネル3Sの底面も、基本的に平坦に形成されており、車両床下の気流を整流する。また、側部パネル3Sの樹脂クリップ取り付け位置にもディンプルが形成されており、側部パネル3Sは、ディンプルを介して底部パネル1pの底板1bに取り付けられる。側部パネル3Sは、路面の凸部等との接触の可能性が前部パネル3F及び後部パネル3Rよりも低いため、GFRP製の一枚パネルとされている。ただし、その強度及び剛性を向上させるために、その内面(上面)にはディンプルを繋ぐようにリブが形成されている(図2参照)。
 前輪FW及び後輪RWの間の中央で、かつ、車幅方向の中央は、路面の凸部等と接触する可能性が低い。このため、この部分は、防音性を重視して、吸音部材としての耐水フエルト製の中央パネル3Cが配されている。中央パネル3Cの底面も、基本的に平坦に形成されており、車両床下の気流を整流する。また、中央パネル3Cの樹脂クリップ取り付け位置にもディンプルが形成されており、中央パネル3Cは、その周縁とディンプルを介して底部パネル1pの底板1bに取り付けられる。周縁の樹脂クリップは、前部パネル3F、後部パネル3R及び側部パネル3Sによって覆われる。中央パネル3C、前部パネル3F、後部パネル3R及び側部パネル3Sには、排水用の貫通孔が形成されている。
 上述したように、路面の凸部等が車両の底部に衝突する際には、アンダーフロアパネル3を介してバッテリユニット1(底部パネル1p)に衝撃が入力されることがあり得る。本実施形態では、このような場合でも、バッテリユニット1(底部パネル1p)への衝撃が軽減されるように、前部パネル3F(後部パネル3R)と底部パネル1pとの位置関係が設定されている。
 前部パネル3F(又は、後部パネル3R)の外側パネル3oに入力された荷重は、内側パネル3iに入力され、その後、ビード3bの上面を介して底部パネル1pに入力される。そこで、本実施形態では、図4に示されるように、前後方向に伸びるビード3bが、平面視(又は底面視)において、前後方向に延在する冷却水循環管1fとは重複しない。この構造により、ビード3bからの荷重入力によって底部パネル1pの底板1bが上方に変形しても、底板1bと冷却水循環管1fとの接触が回避される。この結果、冷却水循環管1fの破損、即ち、バッテリユニット1の冷却システムの破損を回避できる。
 上述したように、底板1bが上方に変形するのを防止するために、底部パネル1pの二重パネル構造の内部には縦壁1wも設けられている。そして、本実施形態では、図4に示されるように、ビード3bは、前後方向に伸びるその立設側壁[raised side wall(s)]3wの延長面が縦壁1wと交差しないように配置されている。ビード3bから底板1bへの荷重入力は、特にビード3bの立設側壁3wに沿って入力される。そこで、この荷重が縦壁1wに直接入力されないように、上述した延長面が縦壁1wと交差しないようにビード3bが配置される。
 延長面が縦壁1wと交差するようであると、荷重が縦壁1wに直接入力されて縦壁1wが座屈するおそれがある。この場合は、底板1bの変形を効果的に防止できない。また、荷重が縦壁1wに直接入力されて縦壁1wが座屈しない場合は、底板1b全体を持ち上げる力が作用し、バッテリユニット1内部に整然と並べられたバッテリモジュール1mに影響する。そこで、上述した延長面が縦壁1wと交差しないようにビード3bを配置することで、バッテリユニット1の損傷を回避できる。
 上記実施形態では、バッテリユニット1の底面全体を覆うアンダーフロアパネル3が、中央に配された吸音材料(フエルト)からなる中央パネル3Cと、中央パネル3Cの周囲に配された高強度材料(繊維強化樹脂)からなる周囲パネル(3F,3R,3S)とを備えている。吸音材料からなる中央パネル3Cが、車外床下から車室への騒音を吸収して車内騒音を低減する。路面の凸部等と干渉する可能性のある、中央パネル3Cの周囲に配された高強度材料からなる周囲パネル(3F,3R,3S)は、遮音材として機能し、車外床下から車室への騒音の透過を防止して車内騒音を低減する。高い強度を有する部材であれば、騒音の透過を防止する遮音材として機能し得る。また、周囲パネル(3F,3R,3S)は路面の凸部等と干渉しても、高強度材料であるため損傷しにくく、バッテリユニット1を保護することができる。もちろん、アンダーフロアパネル3全体は、車両床下の気流を整流することができる。
 なお、本実施形態では、中央パネル3Cを形成する吸音部材がフエルトである。フエルトであれば、車輪によって跳ね上がった砂利などが中央パネル3Cに当たっても、フエルト製の中央パネル3Cがクッションとなって騒音の発生を低減できる。しかし、中央パネル3Cを形成する吸音部材はフエルトが好ましいがフエルトに限定されない。吸音部材としては内部に微小空間を多数有する多孔質材で形成されるのが好ましく、中央パネル3Cは、発泡樹脂を用いた射出成形部材であってもよい。また、本実施形態では、周囲パネル(3F,3R,3S)を形成する高強度部材がGFRPである。周囲パネル(3F,3R,3S)を形成する高強度部材はGFRP(ガラス繊維強化樹脂)やCFRP(炭素繊維強化樹脂)などのFRPが好ましいがFRPに限定されない。遮音材としても機能する高強度部材は、成形性や軽量であることを考慮すると樹脂複合部材が好ましい。例えば、周囲パネル(3F,3R,3S)は、金属メッシュをインサートした樹脂射出成形部材であってもよい。周囲パネル(3F,3R,3S)は、高強度部材で形成されれば、互いに異なる素材で形成されてもよい。
 ここで、周囲パネル(3F,3R,3S)が、前部パネル3F、後部パネル3R、及び、一対の側部パネル3Sを備えており、前部パネル3F及び後部パネル3Rは、それぞれ、二重パネル構造を有している。前部パネル3F及び後部パネル3Rは、二重パネル構造を有しているため、その遮音性が優れている。車輪によって跳ね上がった砂利などは、その近傍に配されている前部パネル3F及び後部パネル3Rに当たりやすいので、前部パネル3F及び後部パネル3Rの優れた遮音性はこのような騒音の低減に効果的である。また、車輪の近傍は路面の凸部等と干渉しやすい。このため、前部パネル3F及び後部パネル3Rの二重パネル構造(内側パネル3i及び外側パネル3o)はそれらの強度及び剛性を向上させるので、前部パネル3F及び後部パネル3Rの損傷をより効果的に防止できる。結果として、バッテリユニット1を確実に保護することができる。
 さらに、内側パネル3iの少なくとも一部がビード3bによって波形状に形成され、かつ、外側パネル3oの底面が平坦に形成されている。従って、前部パネル3F及び後部パネル3Rは、ビード3bが形成された内側パネル3iによって、その強度及び剛性がさらに向上されている。また、ビード3bの形成によって、外側パネル3oとバッテリユニット1(底部パネル1p)の底面との間に空間が形成されるため、この空間が防音性をさらに向上させる。また、外側パネル3oの底面が平坦なので、効果的に車両床下の気流を整流することができる。また、ビード3bは、平面視においてバッテリユニット1の冷却水循環管1fと重複しないように配置されているので、路面の凸部等と干渉によるビード3bからバッテリユニット1の底面への荷重が冷却水循環管1fに作用するのを回避できる。この結果、冷却水循環管1fの破損、即ち、バッテリユニット1の冷却システムの破損を回避できる。
 またさらに、冷却水循環管1fは、バッテリユニット1の底部に設けられた二重底構造(天板1t及び底板1b)の内部に配されている。この二重底構造は、車外床下から車室への騒音をより一層低減する。二重底構造の内部には縦壁1wも設けられており、ビード3bの立設側壁3wの延長面は縦壁1wと交差しない。路面の凸部等と干渉によるビード3bからバッテリユニット1の底面(底部パネル1pの底板1b)への上述した荷重は、ビード3bの立設側壁3wに沿って入力される。立設側壁3wの延長面と縦壁1wとが交差しないので、この荷重が縦壁1wに直接入力されるのを回避でき、縦壁1wの座屈を防止できる。従って、バッテリユニット1(特に、冷却水循環管1f)の損傷をより一層回避できる。
 なお、本発明は上述した実施形態に限定されない。例えば、上記実施形態の電気自動車は、バッテリ電気自動車(BEV)であったが、ハイブリッド電気自動車(HEV:PHEVを含む)であってもよい。車両前部に搭載された内燃機関の排気管を床下に配設するHEVの場合は、上述したバッテリユニット1及びアンダーフロアパネル3のレイアウトが成立しないことが考えられる。しかし、レンジエクステンダーとしての小型の内燃機関を車両後部に搭載しているようなHEVであれば、上述したバッテリユニット1及びアンダーフロアパネル3のレイアウトは成立し得る。
1 バッテリユニット
1p (二重底構造の)底部パネル
1t (底部パネル1pの)天板
1b (底部パネル1pの)底板
1f 冷却水循環管
1w 縦壁
3 アンダーフロアパネル
3C 中央パネル
3S 側部パネル(周囲パネルの一部)
3F 前部パネル(周囲パネルの一部)
3R 後部パネル(周囲パネルの一部)
3i (二重パネル構造の)内側パネル
3o (二重パネル構造の)外側パネル
3b ビード
3w 立設側壁
FW 前輪
RW 後輪

Claims (4)

  1.  電気自動車のフロア構造であって、
     車室床下の前輪及び後輪の間に配されたバッテリユニットと、
     前記バッテリユニットの底面全体を下方から覆うアンダーフロアパネルと、を備えており、
     前記アンダーフロアパネルが、当該アンダーフロアパネルにおける幅方向及び前後方向の双方の中央に配された吸音材料からなる中央パネルと、前記中央パネルの周囲に配された高強度材料からなる周囲パネルと、を備えている、フロア構造。
  2.  請求項1に記載のフロア構造であって、
     前記周囲パネルが、前記中央パネルの前方に配置される前部パネル、前記中央パネルの後方に配置される後部パネル、及び、前記中央パネルの両側にそれぞれ配置される側部パネル、を備えており、
     前記前部パネル及び前記後部パネルが、それぞれ、内側パネル及び外側パネルとからなる二重パネル構造を有している、フロア構造。
  3.  請求項2に記載のフロア構造であって、
     前記内側パネルの少なくとも一部が前後方向に延在する前記外側パネルとは反対側に膨出されたビードによって波形状に形成され、かつ、前記外側パネルの底面が平坦に形成されており、
     前記バッテリユニットが、その底部に前後方向に延在する冷却水循環管を備えており、
     前記ビードは、平面視において前記冷却水循環管と重複しないように配置されている、フロア構造。
  4.  請求項3に記載のフロア構造であって、
     前記冷却水循環管が、前記バッテリユニットの底部に設けられた二重底構造の内部に配されており、
     前記二重底構造の内部に前後方向に延在する縦壁が設けられており、
     前記ビードは、その立設側壁の延長面が前記縦壁と交差しないように配置されている、フロア構造。
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