JP7339565B2 - 自動車の下部構造 - Google Patents

Description

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、
前記車体フロアは、自動車の前後方向に延在する骨格部材を有し、
前記バッテリセルまたはバッテリモジュールは前記骨格部材との間に他の部材を介在させずに前記骨格部材と隣接して配置される、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前記骨格部材としてのサイドシルを有し、
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、
   前記車体フロアは、自動車の前後方向に延在する骨格部材を有し、
   前記バッテリセルまたはバッテリモジュールは前記骨格部材との間に他の部材を介在させずに前記骨格部材と隣接して配置される、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前記骨格部材としてのサイドシルを有し、
   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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