JP2013097883A - 車両用バッテリーケース - Google Patents

Abstract

【課題】金属材料を基材として剛性を確保しながら、電波吸収性能が高く、電磁波遮蔽効果が高い車両用バッテリーケースを提供することを目的とする。
【解決手段】基材１１は、導電性を有する金属系シート材からなり、基材１１の外面に耐チッピング塗膜１２が被覆されている。一方、基材１１の内面には、合成樹脂製塗料１４に、導電性粉末又は導電性繊維１５がＰＷＣ（顔料重量濃度）として、２〜２５％、磁性粉末１６が２〜２５％含まれた混合材１３が被覆されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、金属材料で形成される車両用バッテリーケースであって、内面からのバッテリーの電磁波を減衰・吸収すると共に外表面を補強した車両用バッテリーケースに関する。

近年、大容量のバッテリーが搭載され、当該バッテリーの電力で駆動される駆動モータを動力源の１つとするハイブリッド車や電気自動車が実用化されてきている。

このような車両に装着するバッテリーを格納するバッテリーケースは、例えば、合成樹脂で構成するものが知られている。バッテリーケースに樹脂材料を使用することで、軽量化できるが、バッテリー内部からの電磁波が透過したり輻射したりして、電波障害を引き起こす不具合を有している。そのために、電磁波の遮蔽及び電磁波の反射をするための種々の材料および方法が示されている。例えば、特許文献１では、電磁波を反射するための金網を合成樹脂内に介挿させるようになっている。

また、上記のような大容量のバッテリーケースとしては、バッテリーを支える剛性を確保するために、スチール材及びアルミニウム材等の金属材料で形成されたバッテリーケースが知られている（例えば、特許文献２）。

特開平０８−１８６３９０号公報 特開２００１−２９４０４８号公報

電気自動車やハイブリッド車のような車両では、大容量で重量のかさむバッテリーを必要とするために、このバッテリーを保持する高い剛性が要求される。それと共に、内面は、バッテリー本体との絶縁性能、内部から発生する電磁波を外部に出さない遮断性能、内部から発生する電磁波を内部に反射しない吸収性能が、一方、外面は、外部から内部に侵入する電磁波を遮断する遮断性能がそれぞれ求められる。その上、軽量化も強く要求されている。

しかしながら、特許文献１に示すような合成樹脂で構成されたバッテリーケースでは、剛性が不十分で、大容量のバッテリーケースとしては強度不足が発生するという問題がある。それと共に、遮断性能や吸収性能が不十分である。

それに対して、特許文献２に示すような、金属材料製のバッテリーケースは、合成樹脂製に比較して強度及び靭性の点では優れている。しかし、電磁波の遮蔽性能や吸収性能が不十分であり、向上させる点に問題を含んでいる。その上、バッテリーを車両下回りに搭載する場合には耐チッピング性等の外部からの衝撃に対する性能や防錆性能等を考慮することが望まれている。

本発明は、金属材料を基材として剛性を確保しながら、電波吸収性能が高く、電磁波遮蔽効果が高い車両用バッテリーケースを提供することを目的とする。

本発明の車両用バッテリーケースは、金属製材料からなる基材とし、内面に電磁波を反射する物質と導電性物質とを含む樹脂材料を被覆して形成されることを特徴とする。

具体的には、請求項１の発明の車両用バッテリーケースは、
そのバッテリーケースの基材が、導電性を有する金属系シート材からなり、
該基材の外面には、耐チッピング塗膜が被覆され、
該基材の内面には、合成樹脂製塗料に、ＰＷＣ（顔料重量濃度）として、２〜２５％の導電性粉末又は導電性繊維と２〜２５％の磁性粉末とが含まれた混合材が被覆されていることを特徴とする。

請求項２の発明では、
請求項１記載の車両用バッテリーケースにおいて、
該導電性粉末又は該導電性繊維と該磁性粉末とは、１：０．８〜１．２の重量割合であることを特徴とする。

請求項３の発明では、
請求項１又は２記載の車両用バッテリーケースにおいて、
該混合材の厚さが、５０μｍ〜５００μｍであることを特徴とする。

請求項４の発明では、
請求項１ないし３のいずれか１つに記載の車両用バッテリーケースにおいて、
該磁性粉末がフェライトからなることを特徴とする。

請求項５の発明では、
請求項１ないし４のいずれか１つに記載の車両用バッテリーケースにおいて、
該導電性粉末が炭素粉末または炭素繊維からなることを特徴とする。

請求項６の発明では、
請求項１ないし５のいずれか１つに記載の車両用バッテリーケースにおいて、
該合成樹脂製塗料がポリ塩化ビニル系樹脂からなることを特徴とする。

請求項７の発明では、
請求項１ないし６のいずれか１つに記載の車両用バッテリーケースにおいて、
該基材が、メッキ鋼板、アルミニウム合金製板、ステンレス鋼板から選ばれた素材からなることを特徴とする。

請求項１の発明の車両用バッテリーケースによれば、導電性粉末又は導電性繊維、及び磁性粉末を有する合成樹脂塗料を基材の内面に被覆することによって、電界及び磁界遮断性と高絶縁性を発揮できる。また、外面には耐チッピング塗膜を設けることで、耐チッピング性を確保できる。

請求項２の発明によれば、導電性粉末又は導電性繊維と、磁性粉末とが、１：０．８〜１．２の重量割合であり、導電性と電磁波遮断性を同時にバランス良く有する。

請求項３の発明によれば、混合材が、５０μｍ〜５００μｍであり、電磁波遮断性と電波吸収性を効果的に発揮できる。

請求項４の発明によれば、内部から発生する電磁波を外部に出さない遮断性能、内部から発生する電磁波を内部に反射しない吸収性能を強く発揮できる。

請求項５の発明によれば、内部から発生する電磁波を外部に出さない遮断性能、内部から発生する電磁波を内部に反射しない吸収性能を更に強く発揮できる。

請求項６の発明によれば、バッテリー本体との絶縁性能を有効に発揮できる。

請求項７の発明によれば、基材が高い剛性を有すると共に、電磁波透過を低減する効果が高い。

本発明の実施形態に係る車両用バッテリーケースの概略断面図である。 図１の車両用バッテリーケースの部分拡大断面図である。 本発明の実施例と比較例との実験設備の概略図である。 本発明の実施例と比較例との電磁波遮断性を示す図である。 本発明の実施例１，２の導電率及び抵抗率を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎない。

本実施形態に係るバッテリーケース１０を図１及び図２に基づいて説明する。バッテリーケース１０は、金属系シート材からなる基材１１を備え、その外面側に耐チッピング塗膜１２が設けられ、内面側には電磁波シールド性を有する混合材１３が設けられている。

基材１１は、メッキ鋼板、アルミニウム合金製板、ステンレス鋼板等の導電性を有する金属材料が好ましい。特に、メッキ鋼板としては、防錆性能の観点からは、錫亜鉛メッキ鋼板、ニッケル亜鉛メッキ鋼板などの合金化メッキ鋼板が好ましい。ステンレス鋼板としては、材料価格と深絞りプレス品に好適なものとして、オーステナイト系よりもフェライト系が好ましい。アルミニウム合金は、剛性を確保する観点から６０００系以上とすることが好ましい。

耐チッピング塗膜１２は、ポリ塩化ビニル系塗膜であり、塗布して形成されている。このポリ塩化ビニル系塗膜１２は耐チッピング性能及び防錆性能にも優れる。

一方、基材１１の内面側の混合材１３は、ポリ塩化ビニル系塗料やエポキシ系塗料等の合成樹脂製塗料１４に、炭素粉末等の導電性粉末１５とフェライト等の磁性粉末１６とを含有するもので構成され、基材１１の内面に塗布して形成されている。なお、図２において、耐チッピング塗膜１２と混合材１３は、説明のために、実際よりも厚くして図示した。また、混合材１３中の導電性粉末１５と磁性粉末１６も、解り易くするために模式的に粉末を拡大して図示した。なお、本発明では、導電性粉末でも導電性繊維でも良く、或いはこれらの混合体でも良いので、導電性粉末又は導電性繊維と称して述べる。

混合材１３の導電性粉末又は導電性繊維１５は、少なすぎると要求される導電性が得られず、多すぎると導通して遮断性が悪くなるので、２〜２５％が好ましい。なお、本発明では、割合を重量％でなく、ＰＷＣ（顔料重量濃度）で示した。平均粒子径は、薄膜を形成する上で５μｍ以下とすることが好ましい。

磁性粉末１６は、少なすぎると電磁波吸特性を発揮できず、多過ぎると皮膜密着性、加工性等の要求特性が悪くなるので、２〜２５％が好ましい。平均粒子径は、薄膜を形成する上で５μｍ以下とすることが好ましい。

導電性粉末又は導電性繊維１５と磁性粉末１６とは、電磁波遮断性と電磁波吸収性を両立させるためには、１：０．８〜１．２の重量割合であること、特に同等量にすることが好ましい。

混合材１３の膜厚は、薄いと要求される性能が得られず、厚いと加工性や密着性が悪くなると共に高コストになる。従って、混合材１３の厚さは、５０μｍ〜５００μｍが好ましく、特に２００μｍ〜４００μｍが好ましい。

樹脂製塗料１４には、混合材１３以外に可塑剤、付着付与樹脂、顔料（体質、着色他）、軽量骨材（バルーン材）添加剤、希釈溶剤を加えても良い。

本実施形態では、金属製基材１１の内面に導電性粉末又は導電性繊維１５と磁性粉末１６とを混在させたので、電磁波シールド性と電磁波吸収性とを両立させることができ、特に、内部で発生する電磁波を吸収して減衰すると共に電磁波のシールド性を高めることができる。

その上、外面でも耐チッピング塗膜１２を設けているので、耐チッピング性や防錆性能も十分有していると共に、内部に伝わる電磁波を低減できるので、車両用バッテリーケースとしての有用性に優れる。

次に、実施例及び比較例について、実験して比較した結果を説明する。

（実施例１）
基材
錫亜鉛メッキ鋼板：ＳＰＣ１ＳＺ-３０／３０ 縦：２００ｍｍ 横：３００ｍｍ 厚さ：０．６ｍｍ
外面塗料（耐チッピング塗膜）
ポリ塩化ビニル樹脂 膜厚：３００μｍ
内面塗料（合成樹脂製塗料）
ポリ塩化ビニル樹脂 膜厚：３００μｍ
磁性粉末：フェライト
圧縮密度：３．１７ｇ／ｃｍ^３、平均粒子径：１．１３μｍ、比表面積：２．４３ｍ^２／ｇ、残留磁束密度：１４９０Ｇ、保持力：２５８０Ｏｅ
導電性粉末：炭素粉末
メディアン径：３９．０μ、充填密度：０．４４ｇ／ｍｌ、体積固有抵抗率：０．０４Ω・ｃｍ
混合材
上記合成樹脂製塗料に、上記磁性粉末と導電性粉末とをＰＷＣ（顔料重量濃度）で２．５％ずつ混入した混合材を基材の内側に塗布した。その膜厚は３００μｍとした。

また、外側にはポリ塩化ビニル樹脂の塗料を塗布して耐チッピング塗膜を形成した。膜厚は、３００μｍとした。

（実施例２）
実施例１と異なる点は、上記磁性粉末と導電性粉末とを１５％ずつ混入した混合材とした点である。その他は実施例１と同じである。

（比較例１）
実施例１の基材に対し、外面にはポリ塩化ビニル樹脂の塗料を塗布し、内面側には何も塗布してない例である。

（比較例２）
実施例１の基材に対し、外面にポリ塩化ビニル樹脂の塗料を塗布し、内面側に塗布する混合材は、ポリ塩化ビニル樹脂の塗料に上記磁性粉末を５％混入した混合材とした例である。

（比較例３）
実施例１の基材に対し、外面にポリ塩化ビニル樹脂の塗料を塗布し、内面側の混合材は、ポリ塩化ビニル樹脂の塗料に上記導電性粉末を５％混入した混合材とした例である。

（比較例４）
実施例１の基材に対し、外面にポリ塩化ビニル樹脂の塗料を塗布し、内面側の混合材は、ポリ塩化ビニル樹脂の塗料に上記磁性粉末を３０％混入した混合材とした例である。

（比較例５）
実施例１の基材に対し、外面にポリ塩化ビニル樹脂の塗料を塗布し、内面側の混合材は、ポリ塩化ビニル樹脂の塗料に上記導電性粉末を３０％混入した混合材とした例である。

実験方法
図３に示すように、実施例１及び２、比較例１〜５の各サンプル２１をそれぞれ測定カバー２２，２３間に挟んだ状態で該測定カバー２２，２３を圧縮して閉じる。信号発生器２４の信号を測定カバー２２内のアンテナ２５に送ってアンテナ２５から発信させ、サンプル２１の反対面に伝わった電磁波を、測定カバー２３内の受信部２６で受けて受信機２７に送り、アナライザ２８で測定結果を表示する。なお、上記測定装置及び測定方法はＫＥＣ法（関西電子工業振興センターの開発した電磁波シールド効果の測定方法）に準じて測定した。

実験結果
実施例１及び２、比較例１〜５をそれぞれ５個ずつサンプルを作製して測定して、それぞれ平均値を出した。図４に示すように、実施例１及び２では、低周波領域から高周波領域まで、高い電磁波遮断性が得られた。また、周波数の増減に対して大きな変動はなく、安定した電磁波シールド性が得られた。

特に、磁性粉末だけの場合や導電性粉末だけの場合で５％含む場合よりも、それぞれを２．５％で合わせて５％にしたもののほうが、電磁波シールド性が優れていることが判った。３０％の場合でも、磁性粉末だけの場合や導電性粉末だけの場合で３０％含む場合よりも、それぞれを１５％で合わせて３０％にしたもののほうが、電磁波シールド性が優れていることが判った。

即ち、本発明では、磁性粉末と導電性粉末とをバランス良く含むので、電磁波シールド性が、比較例に対して優れる結果となった。特に磁性粉末や導電性粉末を単独で塗料に入れただけでは、いくら量を増やしても電磁波シールド性は良くならず、粉末のトータル量を同量とするのであれば、磁性粉末と導線性粉末とを半分ずつにした方が良い結果となった。このことは、磁性粉末と導線性粉末とが、相乗的に作用して良い結果を示していると予測される。

また、比較例１では１ＭＨｚ以上の周波数でのシールド性能に、また比較例２、４及び５では、３ＫＨｚ以上の周波数でのシールド性能にそれぞればらつきがあり、安定性に欠ける。比較例３は、０．１〜０．４ＫＨｚの低周波領域での電磁波シールド性が悪い。

また、図５に示すように、実施例１では、導電率が３．８７Ｅ−１６（即ち３．８７−１６）で、抵抗率は２．５８Ｅ＋１５（即ち２．５８１５）であり、導電粉末を加えているが、電気絶縁性を有している。これは磁性粉末を一緒に入れているためだと思われる。それに対して、導電粉末だけを入れた場合には、導通性が出る結果となり、電気絶縁性は不十分であった。

実施例２についても、上記と同様なことが言える結果であった。

なお、上記実験では、導電性粉末の例だけで、導電性繊維については行っていないが、導電性繊維でも同様な導電結果が得られることは同様といえ、当該実験では省略している。また、導電性粉末や磁性粉末の割合としては、それぞれ２．５％、１５％の数値結果としたが、下限及び上限の範囲としては、それぞれ２％、２５％でも本発明の範囲として適用可能であり、本発明では、上記の範囲とした。

更に、磁性粉末は上記実験で利用した程度の磁性を有しておればよく、磁性金属を充填または担持したＣＮＴ（カーボンナノチューブ）材に置き換えることでも同様な効果を得ることが可能である。

本発明は、金属材料で形成される車両用バッテリーケースに適用できる。

１０ バッテリーケース
１１ 基材
１２ 耐チッピング塗膜
１３ 混合材
１４ 合成樹脂製塗料
１５ 導電性粉末
１６ 磁性粉末

Claims (7)

1. 基材が、導電性を有する金属系シート材からなり、
   該基材の外面には、耐チッピング塗膜が被覆され、
   該基材の内面には、合成樹脂製塗料にＰＷＣ（顔料重量濃度）として、２〜２５％の導電性粉末又は導電性繊維と２〜２５％の磁性粉末とが含まれた混合材が被覆されていることを特徴とする車両用バッテリーケース。
2. 請求項１記載の車両用バッテリーケースにおいて、
   該導電性粉末又は該導電性繊維と該磁性粉末とは、１：０．８〜１．２の重量割合であることを特徴とする車両用バッテリーケース。
3. 請求項１又は２記載の車両用バッテリーケースにおいて、
   該混合材の厚さが、５０μｍ〜５００μｍであることを特徴とする車両用バッテリーケース。
4. 請求項１ないし３のいずれか１つに記載の車両用バッテリーケースにおいて、
   該磁性粉末がフェライトからなることを特徴とする車両用バッテリーケース。
5. 請求項１ないし４のいずれか１つに記載の車両用バッテリーケースにおいて、
   該導電性粉末が炭素粉末または炭素繊維からなることを特徴とする車両用バッテリーケース。
6. 請求項１ないし５のいずれか１つに記載の車両用バッテリーケースにおいて、
   該合成樹脂製塗料がポリ塩化ビニル系樹脂からなることを特徴とする車両用バッテリーケース。
7. 請求項１ないし６のいずれか１つに記載の車両用バッテリーケースにおいて、
   該基材が、メッキ鋼板、アルミニウム合金製板、ステンレス鋼板から選ばれた素材からなることを特徴とする車両用バッテリーケース。

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