JP2013201112A - 電気自動車用バッテリパックケースアセンブリ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ケースの素材として軽量のプラスチック複合素材を用いて重量を減少させると共に剛性、衝突特性、及び寸法安定性を同時に向上できる電気自動車用プラスチック複合材のバッテリパックケースアセンブリ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】バッテリパックが収納されるケース本体と、ケース本体に組み立てられるカバーとを含んで構成される電気自動車用バッテリパックケースアセンブリであって、ケース本体が、プラスチック基材に補強繊維として長繊維、または長繊維と連続繊維が混合使用されたプラスチック複合材料からなり、ケース本体における車体締結のための両サイドブラケット部には、プラスチック基材に補強繊維として長繊維、連続繊維、または長繊維と連続繊維が混合使用されたプラスチック複合材料からなる別途の補強部材が接合されたことを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、電気自動車用バッテリパックケースアセンブリ及びその製造方法に係り、より詳しくは、重量減少と共に剛性、衝突特性、寸法安定性を同時に向上することができる電気自動車用バッテリパックケースアセンブリ及びその製造方法に関する。

最近、原油高騰とＣＯ_２排出量規制などにより、既存の内燃機関自動車の代わりに環境に優しい自動車の開発が盛んであり、その結果、純粋な電気自動車やハイブリッド自動車は、既に製品化されて市場に出回っているものもあり、またこれから商品化されるものもある。
図１は、車両にバッテリが装着された状態を示す概略図である。図示したとおり、電気自動車やハイブリッド自動車は、電気モーターなどに電力を供給するためのバッテリ１を車体の下部やトランクルームなどに搭載しているが、電気自動車及びハイブリッド自動車で主な動力源として用いられる高電圧バッテリ１は、バッテリパックケースアセンブリに複数のバッテリパックが収納された構成を有する。

図２は、バッテリパックケースアセンブリに複数のバッテリパックが収納された電気自動車用バッテリ構成を示す概略図である。図示したとおり、通常のバッテリパックケースアセンブリは、バッテリパック３００が収納されるケース本体２００（複数のバッテリパックを入れる下部ケース）、ケース本体２００の上面を覆うカバー１００（ケース本体を覆う上部カバー）、及び各種構造補強用メンバ類（クロスメンバ、サイドメンバなど）で構成され、バッテリパックと共にバッテリ制御機（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ、ＢＭＳ）、冷却用ブロワー（Ｂｌｏｗｅｒ）などの関連部品が装着される。
一方、電気自動車の走行可能距離は車両の重量と逆相関の関係にあるため、電気自動車の開発に当たって車両の軽量化が主要課題とされ、そのため、電気自動車の様々な部品に軽量化素材を利用しようとする試みがなされてきた。

その中で、従来金属材料で製造されてきたバッテリパックケースの材質をプラスチック複合材料に変更しようとする試みがある。上部カバーにはあまり荷重がかかることがないため、一般的なプラスチック複合材で成形製造することが可能である。一方、ケース本体及び構造補強用メンバ類にはバッテリの重量がかかるため、この荷重に十分に耐える構造が必要であり、別途にプレス成形したスチール部品を使用するか、または、スチール補強材をプラスチック複合材にインサート（Ｉｎｓｅｒｔ）して製造したものを使用してきた。
バッテリパックケースアセンブリのケース本体及び構造補強用メンバ類に適用されるスチール素材は剛性及び耐久性を確保するための十分な厚さの素材でなければならず、また、マウンティングブラケットなどの部品を別途に装着しなければならないため、バッテリパックケースアセンブリの総重量が増大する問題がある。
バッテリパックケースアセンブリの車体フロアの下部装着構造に対する先行特許文献としては、下記の特許文献１〜７などがあり、これらの文献では、スチールフレームをインサートする構造のプラスチック複合材を使用する方法や、剛性を向上させるためにスチール素材で製作された別途のクロスメンバを装着した後、車体クロスメンバ及びサイドメンバに設置する構造を開示している。

しかし、スチール素材を用いた従来のバッテリパックケースアセンブリは、複数のスチール部品が必要であり、それによる総重量の増加により車体の重量をさらに増加させ、結局、走行可能距離を短縮させる問題がある。
さらに、バッテリパックアセンブリのケース本体のような大型熱可塑性プラスチック部品は、成形条件に応じて収縮または捩れなどが発生する問題がある。また、使用環境の温度により収縮と膨張を繰り返して残留応力による変形が発生する問題もある。
そのため、プラスチック複合材を用いた重量を低減した部品であって、かつ部品の寸法安定性を確保できる方案が求められている。

欧州特許第１９５００７０号明細書 欧州特許第１９３９０２８号明細書 欧州特許第１９３９０２７号明細書 欧州特許第１９３９０２５号明細書 米国特許出願公開第２００９／０２３６１６２号明細書 米国特許第７６１０９７８号明細書 特願２００９−１３７４０８号公報

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、ケースの素材として軽量のプラスチック複合素材を用いて重量を減少させると共に剛性、衝突特性、及び寸法安定性を同時に向上できる電気自動車用プラスチック複合材のバッテリパックケースアセンブリ及びその製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するためになされた本発明の電気自動車用バッテリパックケースアセンブリは、バッテリパックが収納されるケース本体と、ケース本体に組み立てられるカバーとを含んで構成される電気自動車用バッテリパックケースアセンブリであって、ケース本体が、プラスチック基材に補強繊維として長繊維、または長繊維と連続繊維が混合使用されたプラスチック複合材料からなり、ケース本体における車体締結のための両サイドブラケット部には、プラスチック基材に補強繊維として長繊維、連続繊維、または長繊維と連続繊維が混合使用されたプラスチック複合材料からなる別途の補強部材が接合されたことを特徴とする。

ケース本体及び補強部材において、長繊維は１０００以上の縦横比を有することを特徴とする。
補強部材は、補強リブが形成されたブラケット形状の補強部材であり、ケース本体のサイドブラケット部とブラケット形状の補強部材が互いに接合された状態で衝突エネルギの吸収のための閉断面構造領域を有することを特徴とする。
補強部材は、平板形状の補強部材であり、ケース本体の両サイドブラケット部に接合されたことを特徴とする。

ケース本体の底部には、プラスチック基材に補強繊維として連続繊維を含有したプラスチック複合材料で成形製作された平板形状の補強部材がさらに設置されたことを特徴とする。
ケース本体の底部に設置された補強部材において、連続繊維はプラスチック基材内に一方向に配列されるか、または縦横に交差した製織繊維の形態に固定されたことを特徴とする。
一方向に配列された連続繊維は、ケース本体の前後長さ方向に対して横方向の左右幅方向に長く配列されたことを特徴とする。

本発明の電気自動車用バッテリパックケースアセンブリの製造方法は、バッテリパックが収納されるケース本体と、ケース本体に組み立てられるカバーとを含んで構成される電気自動車用バッテリパックケースアセンブリの製造方法であって、プラスチック基材に補強繊維として長繊維、または長繊維と連続繊維が混合使用されたプラスチック複合材料を使用してケース本体を成形し、プラスチック基材に補強繊維として長繊維、連続繊維、または長繊維と連続繊維が混合使用されたプラスチック複合材料を使用して別途の補強部材を成形した後、車体との締結のためのケース本体の両サイドブラケット部に補強部材を接合して製造することを特徴とする。

ケース本体及び補強部材の成形時に残存長繊維の縦横比が１０００以上となるように成形することを特徴とする。
補強部材を補強リブが形成されたブラケット形状に成形し、ケース本体のサイドブラケット部とブラケット形状の補強部材が互いに接合された時、衝突エネルギの吸収のための閉断面構造領域を有するように成形することを特徴とする。
補強部材を平板形状に成形製作してケース本体の両サイドブラケット部に接合することを特徴とする。

プラスチック基材に補強繊維として連続繊維を含むプラスチック複合材料を用いて平板形状の別途補強部材をさらに成形し、ケース本体の底部に平板形状の補強部材を設置することを特徴とする。
平板形状の補強部材を成形する時、一方向の連続繊維テープを使用するか、連続繊維で製織した製織繊維を使用することを特徴とする。
一方向の連続繊維テープの使用時、ケース本体の前後長さ方向に対して横方向の左右幅方向に連続繊維が長く配列されるようにすることを特徴とする。

本発明によるプラスチック複合材のバッテリパックケースアセンブリ及びその製造方法は、ケースの素材として軽量のプラスチック複合素材を使用する一方で、荷重を大きく受ける部分に連続繊維を局部的に使用することにより、重量減少の効果と共に剛性、衝突特性及び寸法安定性を同時に向上できる利点がある。
特に、本発明では長繊維と共に機械的物性及び寸法安定性に優れた連続繊維を使用することにより、既存の構造補強用メンバ類、すなわちクロスメンバ、サイドメンバ、マウンティングブラケットなどの周辺部品を排除できるため、重量の低減、製造工程の縮小、生産性の向上（大量生産可能）、コストダウンなどの利点がある。

車両にバッテリが装着された状態を示す概略図である。 バッテリパックケースアセンブリに複数のバッテリパックが収納された電気自動車用バッテリ構成を示す概略図である。 本発明の一実施例によるバッテリパックケースアセンブリのケース本体の上面斜視図である。 本発明の一実施例によるバッテリパックケースアセンブリのケース本体の下面斜視図である。 本発明の一実施例によるバッテリパックケースアセンブリを示す図３のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 図３から図５に示すケース本体のサイドブラケット部に適用される連続繊維補強部材を示す下面斜視図である。 図３から図５に示す実施例でケース本体のサイドブラケット部に連続繊維補強部材が接合された状態を示す断面図である。 本発明の他の実施例でケース本体の底部の上面に平板形状の連続繊維補強部材を設置した様子を示し（ａ）は上面斜視図、（ｂ）は下面斜視図、（ｃ）は（ａ）のＡ’−Ａ’線に沿った断面図である。 本発明のまた他の実施例でケース本体の底面に大面積を有する平板形状の連続繊維補強部材を設置した様子を示し、（ａ）は上面斜視図、（ｂ）は下面斜視図、（ｃ）は（ａ）のＡ’’−Ａ’’線に沿った断面図である。 本発明のまた他の実施例を示す斜視図で、ケース本体の両サイドブラケット部に平板形状の連続繊維補強部材を接合した上面斜視図である。 本発明のまた他の実施例を示す斜視図で、ケース本体の両サイドブラケット部と底部の上面に複数の平板形状の連続繊維補強部材を設置した様子を示す上面斜視図である。

以下、添付した図面を基に本発明の好ましい実施例について詳細に説明する。
本発明は、バッテリパックケースの素材として軽量のプラスチック複合材を用いて製造した電気自動車用バッテリパックケースアセンブリに関するものであって、特に、バッテリパックケースアセンブリの構成部品において、バッテリパックが収納されるケース本体、すなわち高荷重支持及び高剛性という特性を必要とするケース本体に関する。
また、本発明は、重量を低減するために繊維補強プラスチック複合素材を用いて押出−圧縮同時成形法でケースを製造するとき、縦横比（Ａｓｐｅｃｔ Ｒａｔｉｏ）、または長さと直径の比（Ｌ／Ｄ；Ｌｅｎｇｔｈ ｂｙ Ｄｉａｍｅｔｅｒ）が１，０００以上の長繊維（Ｌｏｎｇ Ｆｉｂｅｒ）または途切れることのない連続繊維（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｆｉｂｅｒ）を用いて剛性、衝突特性、寸法安定性を同時に向上させるようにした点に主な特徴がある。

また、本発明では、複数のバッテリパックが収納される大型のプラスチック複合材ケースを製造する場合、全ケースにおいて、相対的に高い剛性を要する部分に連続繊維を局部的に用いた点に特徴があり、このような連続繊維の利用により、既存の構造補強用クロスメンバ、サイドメンバ、マウンティングブラケットなどの部品を排除することができ、それによって、重量の低減及びコストダウンの効果が得られる。
以下、本発明を説明するに当たって、連続繊維（または縦横比１０００以上の長繊維）を高荷重支持及び高剛性を要するケース本体、すなわちケース本体に適用した実施例に対して説明するが、このような連続繊維（または縦横比１０００以上の長繊維）をケース本体だけでなく、ケース本体を覆うように組み立てられるカバー（ケース本体の相対部品である上部カバー）に適用してもよい。

図２は、バッテリパックケースアセンブリに複数のバッテリパックが収納された電気自動車用バッテリ構成を示す概略図であって、本発明の実施例によるバッテリパック３００が収納されたケース本体（下部ケース）２００と、ケース本体２００に組み立てられるカバー（上部カバー）１００と、を含んで構成される。
図３から図５は、本発明の一実施例によるバッテリパックケースアセンブリを示す図面である。
図３は、ケース本体の上面斜視図であり、図４は、ケース本体の下面斜視図であり、図５は、図３のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
ケース本体は、プラスチック基材に長繊維を補強した長繊維補強プラスチック複合材料（Ｌｏｎｇ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃｓ、ＬＦＲＴ）を用いてケース本体を成形製作する。

この時、繊維補強複合材料のプラスチック基材（Ｍａｔｒｉｘ）としては、ポリプロピレン（Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ、ＰＰ）、ポリアミド（Ｐｏｌｙａｍｉｄｅ、ＰＡ）、ポリエーテルエーテルケトン（Ｐｏｌｙｅｔｈｅｒ Ｅｔｈｅｒ Ｋｅｔｏｎｅ、ＰＥＥＫ）、ポリカーボネート（Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ、ＰＣ）、ポリフェニレンスルホン（Ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅ Ｓｕｌｆｏｎｅ、ＰＰＳ）、ポリフェニレンエーテル（Ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅ Ｅｔｈｅｒ、ＰＰＥ）、及び熱可塑性ポリウレタン（Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ、ＴＰＵ）などの熱可塑性樹脂材質から選択された何れか１つが使用される。
また、補強繊維に用いられる長繊維は、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、火山灰入り繊維、及び天然繊維から選択された何れか１つまたは２つ以上が混合使用される。

補強繊維が含まれていた繊維補強熱可塑性プラスチック複合材料を用いてケース本体をプレス成形する時、残存補強繊維の長さを縦横比１０００以上にしてケース本体を成形する。ここで、残存補強繊維とは、成形加工した成形品に含まれる補強繊維を意味する。
残存補強繊維の縦横比が１０００未満であれば、十分な剛性補強効果が得られないため、少なくとも残存補強繊維の縦横比が１０００〜１００００の範囲になるように成形する。
通常、部品の寸法安定性は、部品の形状から直接的に影響を受けるが、材質及び成形法により改善が可能であり、この点を考慮して本発明では、製品の成形時、せん断力による残留応力を最小化させる押出−圧縮同時成形（Ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ−Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｍｏｌｄｉｎｇ）法を適用して繊維補強プラスチック複合材ケースを製造する。

ケース本体２００を製造する場合、長繊維は、ケース本体に用いられるプラスチック複合素材の総重量を基準に３０〜７０重量％を使用することが好ましい。プラスチック複合素材の含有重量が、３０重量％未満であれば、所望する力学特性が得られない場合があり、７０重量％を超えると、成形時の流動性が低下して成形性が低下するだけでなく、外観品質も低下する恐れがある。
そして、繊維補強プラスチック複合材ケース２００を製造する場合、長繊維と連続繊維の混用、すなわち途切れることのない連続繊維形態の補強繊維を長繊維と混合して使用することができる。この時、連続繊維が適用される部分はケースの全領域とすることができ、また、高い剛性を要する部分にだけ局部的に使用することもできる。

例えば、ケース２００において、既存の構造補強用メンバ類、すなわちクロスメンバ、サイドメンバ、マウンティングブラケットが設置された部分や車体にボルト締結される部分にだけ連続繊維を部分的に適用してもよく、このように連続繊維を局部的に適用する場合、既存の構造補強用メンバ類がケースに一体に成形されるため、これらの別途の部品を排除することができる。
従来、繊維補強プラスチック複合材を用いてケース本体を製造する場合、ケース内に単純な平板形状ではなく、閉断面構造領域を有する２重板構造を形成して衝突エネルギを吸収するようにし、これによって、構造的な部品剛性及び衝突特性を確保していた。

本発明では２重板構造ではなく、単一層構造にしてケース本体２００を製作し、長繊維と共に機械的物性及び寸法安定性に優れた連続繊維を全体的にまたは局部的に混合使用することにより、既存の構造補強用メンバ類、すなわちクロスメンバ、サイドメンバ、マウンティングブラケットなどの周辺部品を排除でき、重量の低減、製造工程の縮小、生産性の向上（大量生産が可能）、コストダウンなどの様々な利点が提供される。
一方、本発明では、ケース本体２００とは別途に、プラスチックを基材とし、連続繊維を補強繊維とするプラスチック複合材料からなる補強部材（以下、連続繊維補強部材と称する）２１２をさらに製作した後、これをケース２００の成形時にケース内の荷重を大きく受ける部位に局部的に接合することを特徴とする。

すなわち、ケース本体２００の補強繊維として連続繊維を使用することとは別途に、連続繊維補強部材２１２をさらに使用することである。
補強部材２１２に連続繊維を使用する場合の長所は上述したケース２００内に連続繊維を使用する場合の長所とほぼ同様である。
ケース２００に用いられる連続繊維、そして別途の連続繊維補強部材２１２に用いられる連続繊維として、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、火山灰入り繊維、天然繊維などがあり、これらから選択された何れか１つを使用してもよく、または２つ以上を混合使用してもよい。

また、連続繊維補強部材２１２のプラスチック基材としては、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリフェニレンスルホン（ＰＰＳ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、及び熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）などの熱可塑性樹脂材質から選択された何れか１つが使用される。
ケース２００と連続繊維補強部材２１２のプラスチック基材は同じであってもよく、また異なってもよいが、同じプラスチック基材を使用することが、異種部品間の界面接着力がさらに向上するため好ましい。
本発明で連続繊維補強部材２１２が適用される部分は、図３から図５に示したとおり、ケース本体２００の左右の両側端にそれぞれ突出形成されたサイドブラケット部２１１であってよい。

図６は、図３から図５に示したケース本体のサイドブラケット部に適用される連続繊維補強部材を示す下面斜視図であり、図７は、図３から図５に示す実施例でケース本体のサイドブラケット部に連続繊維補強部材が接合された状態を示す断面図である。
図３〜図７に示したとおり、ケース本体（下部ケース）２００の左右の両側端に車体とのボルト締結のためのサイドブラケット部２１１が側方に突出して形成され、このサイドブラケット部２１１の下面に連続繊維補強部材２１２が接合された状態を示した。
すなわち、ケース本体２００の両側端に一体に成形されたサイドブラケット部２１１と連続繊維補強部材２１２が組み合わされて形成された車体締結用サイドブラケットが設けられる。
サイドブラケットを構成する連続繊維補強部材２１２の形状は、ケース本体２００のサイドブラケット部２１１に接合された時、図５及び図７に示したとおり、閉断面構造領域を形成できるブラケット形状が好ましい。

図６に示したとおり、ブラケット形状の連続繊維補強部材２１２の下面には複数の補強リブ（Ｒｉｂ）２１３を所定間隔、例えば等間隔に形成されることが好ましい。
ブラケット形状の連続繊維補強部材２１２とケース本体２００は、振動溶着、超音波溶着、ＩＲ（Ｉｎｆｒａｒｅｄ）溶着、ホットプレート（Ｈｏｔ Ｐｌａｔｅ）溶着、レーザ溶着、熱溶着から選択された何れか１つの溶着方法により接合されるか、または接着剤を用いて接合される。

また、本発明によるケース本体２００において、サイドブラケットを構成するブラケット形状の補強部材２１２が、連続繊維の代わりに長繊維を補強繊維として製造されてもよいが、十分な剛性補強効果を得るためには、補強部材２１２のプレス成形時に残存長繊維の縦横比が１０００以上になるように製造することが好ましい。
縦横比１０００以上の長繊維で補強されたブラケット形状の長繊維補強部材２１２はサイドブラケットの補強部材として設置することができ、補強部材２１２のプレス成形時、長繊維の縦横比が１０００〜１００００の範囲になるように成形する。
また、長繊維補強部材２１２の成形時、その材料のプラスチック複合素材の総重量を基準に３０〜７０重量％の長繊維を用いて成形することが好ましく、長繊維の含量が３０重量％未満であれば、所望する力学特性が得られない場合があり、７０重量％を超えると、成形時の流動性が低下して成形性が低下するだけでなく、外観品質も低下する恐れがある。

また、補強部材に用いられる補強繊維として長繊維と連続繊維を混合使用することもできる。
そして、ケース本体２００の剛性及び衝突エネルギの吸収性能を高めるために、ケース本体２００（下部ケース）の底部に平板形状の連続繊維補強部材２２０ａ，２２０ｂを局部的に設置してもよい。
この時、１つまたは複数の連続繊維補強部材２２０ａ，２２０ｂをケース本体２００の成形時に一体に設置することができ、また、連続繊維補強部材２２０ａ，２２０ｂを適切な大きさに切断した後、ケース本体２００の底部の各位置に単層構造で設置するか、２重以上の積層構造に設置してもよい。
また、連続繊維補強部材２２０ａ，２２０ｂをケース本体２００の底部の内部に埋め立てるようにインサートするか、ケース本体２００の底部の表面に接合して設置してもよい。

この時、連続繊維補強部材２２０ａ，２２０ｂがケース本体の底部の上面（内側面）、または下面、または上下両面に所定面積をもって設置される。
図８は、本発明の他の実施例でケース本体の底部の上面に平板形状の連続繊維補強部材を設置した様子を示し、（ａ）は上面斜視図、（ｂ）は下面斜視図、（ｃ）は（ａ）のＡ’−Ａ’線に沿った断面図である。
また、図９は、本発明のまた他の実施例でケース本体の底面に大面積を有する平板形状の連続繊維補強部材を設置した様子を示し、（ａ）は上面斜視図、（ｂ）は下面斜視図、（ｃ）は（ａ）のＡ’’−Ａ’’線に沿った断面図である。
図示したとおり、本発明では平板形状の連続繊維補強部材２２０ａ，２２０ｂをケース本体２００に局部的に補強設置することにより、ケース本体２００の剛性及び衝突エネルギの吸収性能を高めることができる。
連続繊維補強部材２２０ａ，２２０ｂの設置方法は、先ず、成形した連続繊維補強部材２２０ａ，２２０ｂを所望する大きさに切断した後、予熱し、ケース本体の成形のための金型内の所望する設置部位に載置または装着した後、押出−圧縮同時成形装備を用いてケース本体を成形する。
連続繊維補強部材２２０ａ，２２０ｂを単層または積層して装着された金型に、ケース本体２００の素材として、高温の繊維補強複合材料を金型内に設置して圧縮成形すると、連続繊維補強部材２２０ａ，２２０ｂが一体に成形されたケース本体２００を製作することができる。

図１０は、本発明のまた他の実施例を示す斜視図で、ケース本体の両サイドブラケット部に平板形状の連続繊維補強部材を接合した上面斜視図である。図示したとおり、ケース本体２００の両サイドブラケット部２１１にブラケット形状ではなく、平板形状の連続繊維補強部材２２０ｃが接合される（対向する２ケ所に連続繊維補強部材が設置される）。
この平板形状の連続繊維補強部材２２０ｃは、上述したブラケット形状の連続繊維補強部材２１２の代わりに設置されるもので、ブラケット形状の連続繊維補強部材２１２と同じ材質で製作される。

また、図１１は、本発明のまた他の実施例を示す斜視図で、ケース本体の両サイドブラケット部と底部の上面に複数の平板形状の連続繊維補強部材を設置した様子を示す上面斜視図である。図示したとおり、ケース本体２００の両サイドブラケット部２１１、そしてケース本体の底部にそれぞれ連続繊維補強部材２２０ａ，２２０ｃを一体に成形した。図１１では全部で５ケ所に連続繊維補強部材が設置されている。
図１１に示した、ケース本体２００の底部の連続繊維補強部材２２０ａは、図８に示した連続繊維補強部材２２０ａと同じ構造及び方法と同様に設置されているが、図９に示した構造及び方法と同様に、連続繊維補強部材２２０ｂがケース本体の底部の下面に設置することもできる。
また、上記のように別途に製作してケース本体２００に設置される補強部材２２０ａ，２２０ｂ，２２０ｃは、連続繊維の代わりに縦横比１０００以上の長繊維を補強繊維として用いてもよい。

縦横比１０００以上の長繊維を用いた長繊維補強部材２２０ａ，２２０ｂ，２２０ｃを設置する場合、長繊維補強部材２２０ａ，２２０ｂ，２２０ｃはその材料のプラスチック複合素材の総重量を基準に３０〜７０重量％の長繊維を用いて製作することが好ましい。
長繊維補強部材に含有される長繊維が３０重量％未満であれば、所望する力学特性が得られない場合があり、７０重量％を超えると、成形時の流動性が低下して成形性が低下するだけでなく、外観品質も低下する恐れがある。
また、別の補強部材として、補強繊維として長繊維と連続繊維を混合使用してもよい。

ケース本体２００のサイドブラケットを構成するブラケット形状の連続繊維補強部材２１２（図３から図７の実施例の補強部材）と、ケース本体２００に別途に設置される連続繊維補強部材２２０ａ，２２０ｂ，２２０ｃ（図８から図１１の実施例の補強部材）を製造する場合、連続繊維は、補強部材の材料であるプラスチック複合素材の総重量を基準に３０〜７０重量％を用いることが好ましい。連続繊維の含量が、３０重量％未満であれば、所望する力学特性が得られない場合があり、７０重量％を超えると、成形時の流動性が低下して成形性が低下するだけでなく、外観品質も低下する恐れがある。

以上、説明した通り、本発明では連続繊維形態の補強繊維を用いた熱可塑性プラスチック複合材料を用いてケース本体を補強した点に主な特徴があり、本発明で用いられる連続繊維は一方向または縦横の交差方向に途切れることのない繊維配列構造を有する点が、所定の長さを有する長繊維とは異なり、そのため、既存の長繊維を用いたケースに比して連続繊維を用いたケースがさらなる物理学的特性を提供する。
上述した本発明では、ケース本体のプラスチック基材及び連続繊維補強部材のプラスチック基材に連続繊維を用いた場合、一方向の連続繊維テープ（Ｕｎｉ−ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ Ｔａｐｅ）や、連続繊維を製織した形態の繊維織物を使用すること ができる。

一方向の連続繊維テープは、複数の筋（Ｓｔｒａｎｄ）からなる連続繊維が同一方向に長く延びた配列構造を有し（ストランド配列）、連続繊維織物は連続繊維が縦方向と横方向に交差した製織構造を有する。
要するに、連続繊維の形態がＵＤ（Ｕｎｉ−ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ）のテープ、または織物形態のものが使用され、織物形態としては０°／９０°に製織した平織り（Ｐｌａｉｎ）、綾織り（Ｔｗｉｌｌ）、朱子織（Ｓａｔｉｎ）の形態、または０°／９０°／−４５°／４５°に製織した形態など様々な形態が適用される。
本発明ではプラスチック基材に一方向の連続繊維テープまたは連続繊維織物を用いてケース本体と連続繊維補強材を成形製作でき、これによって、プラスチック基材内に連続繊維が一方向に配列されるか、製織繊維の形態に固定されたケース本体及び連続繊維補強材を製作することができる。

図８及び図９、図１１の実施例では、連続繊維が一方向に配列された連続繊維補強部材を使用する場合（例えば、繊維補強材料として一方向の連続繊維テープを使用する場合）、連続繊維補強部材内の連続繊維がケース本体の前後長さ方向に対してその横方向、すなわちケース本体の左右幅方向に配列されることが好ましい。
また、図面符号「２１５ａ」、「２１５ｂ」はケース本体２００の底部に形成された補強リブを示し、ケース本体２００の剛性を向上させるために１つ以上の補強リブが部分的にまたは全体的に形成される。
補強リブ２１５ａ，２１５ｂは、ケース本体２００の大面積部分の底部に単純一字型、「Ｌ」字型、格子型、網型、クロス型、六角ハニカム型などの様々な形状に形成される。

例えば、図４に示したとおり、ケース本体２００の底部の下面に格子型補強リブ２１５ａを形成すると共に、この格子型補強リブ２１５ａの内側に対角線方向に横切る別途の補強リブ２１５ｂをさらに形成した構造にしてもよい。
または、様々な形状のうち２つ以上を混合した構造として補強リブが形成されてもよい。
本発明では繊維補強プラスチック複合材料を用いて製造するが、サイドブラケットや大きい剛性を要する部分に連続繊維を適用することにより、大量生産に適しており、かつ成形後に捩れまたは寸法変化の問題を効果的に解決でき、部品の剛性及び衝突特性を同時に向上できる。
また、プラスチック複合材と共に連続繊維を使用してケースを局部的に補強することにより、従来のスチール材部品及びスチール補強物の使用時に比べて、重量を極端に減少できることは勿論、クロスメンバ、サイドメンバなどの複数の部品の排除が可能になるため、ケース本体及び全アセンブリの軽量化及びコストダウンに大きく寄与することができる。
以下、実施例に基づき本発明をより詳しく説明する。

実施例１
平均縦横比１０００の炭素繊維を３０重量％に補強したＰＡ６複合材料（材料−Ａ）を用いて押出−圧縮成形法でケース本体２００とブラケット形状の補強部材２１２を製作した（図３から図７参照）。
ＰＡ６複合材料の繊維長さ方向の引張強度及び引張弾性率は、それぞれ２５０ＭＰａ及び２０ＧＰａであり、ケース本体２００とブラケット形状の補強部材２１２との間の接合方法は振動融着方法を適用した。振動融着時の１．５ｍｍのオーバーラップ（Ｏｖｅｒｌａｐ）区間に溶着ビード（Ｗｅｌｄ Ｂｅａｄ）構造を加えた（図７参照）。

また、同じＰＡ６複合材料（材料−Ａ）を用いて上部カバー１００を同一工法で製作し、補強部材２１２が接合されたケース本体２００と上部カバー１００によりケースアセンブリを完成した。
スチール部品を用いた従来のケースアセンブリは、約３０個以上の部品を溶接して製作するため、全体重量が約３５ｋｇであったが、本実施例のケースアセンブリではプラスチック複合材料を用いたケース本体２００、左右ブラケット形状の補強部材２１２、上部カバー１００の総４個の部品を用いて約１１ｋｇの軽量化効果が得られた。
また、実際のバッテリパック３００を搭載して振動耐久試験及びスレッド（Ｓｌｅｄ）を用いた実車衝突試験を行った結果、所定の要求条件を全て満足することを確認した。金型から脱型してケース本体の収縮率を測定した結果、１．５／１，０００（０．１５％）であった。

実施例２
連続繊維及び製織繊維形態の炭素繊維５７重量％を用い、基材としてＰＡ６６を用いた複合材料（材料−Ｂ）を用いて平板形状の連続繊維補強部材２２０ａを製作し、これを予熱した後、ケース本体金型内に装着し、押出装備から得られた実施例１の材料−Ａを用いてオーバーモールド（Ｏｖｅｒｍｏｌｄｉｎｇ）することで、連続繊維補強部材２２０ａが設置された最終のケース本体２００を製作した。
この時、ケース本体２００のサイドブラケット部２１１には実施例１と同様にブラケット形状の補強部材２１２を設置した。
材料−Ｂの繊維長さ方向の引張強度及び引張弾性率はそれぞれ７８５ＭＰａ及び５３ＧＰａであり、炭素繊維織物補強部材の追加設置により、軽量化効果は同等水準であったが、成形後の収縮率は１／１，０００（０．１％）に減少して寸法安定性が向上したことを確認した。

以上、本発明に関する好ましい実施例を説明したが、本発明の範囲は特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって解釈されなければならない。また、この技術分野で通常の知識を有する者なら、本発明の技術的範囲内で多くの修正と変形ができることはいうまでもない。

１ （高電圧）バッテリ
１００ （上部）カバー
２００ ケース本体（下部ケース）
２１１ サイドブラケット部
２１２ ブラケット形状の補強部材（連続繊維補強部材、長繊維補強部材）
２１３ （サイドブラケット部の）補強リブ
２１５ａ，２１５ｂ （ケース本体の）補強リブ
２２０ａ，２２０ｂ，２２０ｃ 平板形状の五経部材（連続繊維補強部材、長繊維補強部材）
３００ バッテリパック

Claims (26)

1. バッテリパックが収納されるケース本体と、前記ケース本体に組み立てられるカバーとを含んで構成される電気自動車用バッテリパックケースアセンブリであって、
   前記ケース本体が、プラスチック基材に補強繊維として長繊維、または前記長繊維と連続繊維が混合使用されたプラスチック複合材料からなり、
   前記ケース本体における車体締結のための両サイドブラケット部には、プラスチック基材に補強繊維として長繊維、連続繊維、または前記長繊維と前記連続繊維が混合使用されたプラスチック複合材料からなる別途の補強部材が接合されたことを特徴とする電気自動車用バッテリパックケースアセンブリ。
2. 前記ケース本体及び前記補強部材において、前記長繊維は１０００以上の縦横比を有することを特徴とする請求項１に記載の電気自動車用バッテリパックケースアセンブリ。
3. 前記ケース本体及び前記補強部材において、前記長繊維は１０００〜１００００の縦横比を有することを特徴とする請求項１または２に記載の電気自動車用バッテリパックケースアセンブリ。
4. 前記補強部材のプラスチック基材は、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリカーボネート、ポリフェニレンスルホン、ポリフェニレンエーテル、及び熱可塑性ポリウレタンから選択された１つであることを特徴とする請求項１に記載の電気自動車用バッテリパックケースアセンブリ。
5. 前記ケース本体のプラスチック基材は、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリカーボネート、ポリフェニレンスルホン、ポリフェニレンエーテル、及び熱可塑性ポリウレタンから選択された１つであることを特徴とする請求項１または４に記載の電気自動車用バッテリパックケースアセンブリ。
6. 前記ケース本体及び前記補強部材の前記長繊維または前記連続繊維は、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、火山灰入り繊維、及び天然繊維から選択された１つまたは２つ以上であることを特徴とする請求項１に記載の電気自動車用バッテリパックケースアセンブリ。
7. 前記補強部材は、補強リブが形成されたブラケット形状の補強部材であり、前記ケース本体のサイドブラケット部と前記ブラケット形状の補強部材が互いに接合された状態で衝突エネルギの吸収のための閉断面構造領域を有することを特徴とする請求項１に記載の電気自動車用バッテリパックケースアセンブリ。
8. 前記補強部材は、平板形状の補強部材であり、前記ケース本体の前記両サイドブラケット部に接合されたことを特徴とする請求項１に記載の電気自動車用バッテリパックケースアセンブリ。
9. 前記ケース本体の底部には、プラスチック基材に補強繊維として前記連続繊維を含有したプラスチック複合材料で成形製作された平板形状の補強部材がさらに設置されたことを特徴とする請求項１に記載の電気自動車用バッテリパックケースアセンブリ。
10. 前記ケース本体の底部に設置された前記補強部材が前記底部の表面に接合されるか、前記底部の内部に埋め立てられるようにインサートされたことを特徴とする請求項９に記載の電気自動車用バッテリパックケースアセンブリ。
11. 前記ケース本体の底部の表面に設置された前記補強部材が前記底部の上面、下面、または上下両面に設置されたことを特徴とする請求項１０に記載の電気自動車用バッテリパックケースアセンブリ。
12. 前記ケース本体の底部に設置された前記補強部材において、前記連続繊維はプラスチック基材内に一方向に配列されるか、または縦横に交差した製織繊維の形態に固定されたことを特徴とする請求項９に記載の電気自動車用バッテリパックケースアセンブリ。
13. 前記一方向に配列された前記連続繊維は、前記ケース本体の前後長さ方向に対して横方向の左右幅方向に長く配列されたことを特徴とする請求項１２に記載の電気自動車用バッテリパックケースアセンブリ。
14. 前記ケース本体の底部に設置される前記補強部材において、プラスチック基材は、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリカーボネート、ポリフェニレンスルホン、ポリフェニレンエーテル、及び熱可塑性ポリウレタンから選択された１つであることを特徴とする請求項１０に記載の電気自動車用バッテリパックケースアセンブリ。
15. 前記ケース本体の底部に設置される前記補強部材において、前記連続繊維としてガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、火山灰入り繊維、及び天然繊維から選択された１つが使用されるか、または２つ以上が混合使用されたことを特徴とする請求項９に記載の電気自動車用バッテリパックケースアセンブリ。
16. バッテリパックが収納されるケース本体と、前記ケース本体に組み立てられるカバーとを含んで構成される電気自動車用バッテリパックケースアセンブリの製造方法であって、
    プラスチック基材に補強繊維として長繊維、または前記長繊維と連続繊維が混合使用されたプラスチック複合材料を使用して前記ケース本体を成形し、
    プラスチック基材に補強繊維として長繊維、連続繊維、または前記長繊維と前記連続繊維が混合使用されたプラスチック複合材料を使用して別途の補強部材を成形した後、
    車体との締結のための前記ケース本体の両サイドブラケット部に前記補強部材を接合して製造することを特徴とする電気自動車用バッテリパックケースアセンブリの製造方法。
17. 前記ケース本体及び前記補強部材の成形時に残存長繊維の縦横比が１０００以上となるように成形することを特徴とする請求項１６に記載の電気自動車用バッテリパックケースアセンブリの製造方法。
18. 前記補強部材のプラスチック基材として、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリカーボネート、ポリフェニレンスルホン、ポリフェニレンエーテル、及び熱可塑性ポリウレタンから選択された１つを使用することを特徴とする請求項１６に記載の電気自動車用バッテリパックケースアセンブリの製造方法。
19. 前記ケース本体及び前記補強部材において、前記長繊維または前記連続繊維としてガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、火山灰入り繊維、及び天然繊維から選択された１つを使用するか、または２つ以上を混合使用することを特徴とする請求項１６に記載の電気自動車用バッテリパックケースアセンブリの製造方法。
20. 前記補強部材を補強リブが形成されたブラケット形状に成形し、前記ケース本体のサイドブラケット部と前記ブラケット形状の補強部材が互いに接合された時、衝突エネルギの吸収のための閉断面構造領域を有するように成形することを特徴とする請求項１６に記載の電気自動車用バッテリパックケースアセンブリの製造方法。
21. 前記補強部材を平板形状に成形製作して前記ケース本体の両サイドブラケット部に接合することを特徴とする請求項１６に記載の電気自動車用バッテリパックケースアセンブリの製造方法。
22. 前記プラスチック基材に前記補強繊維として前記連続繊維を含むプラスチック複合材料を用いて平板形状の補強部材をさらに成形し、前記ケース本体の底部に前記平板形状の補強部材を設置することを特徴とする請求項１６に記載の電気自動車用バッテリパックケースアセンブリの製造方法。
23. 前記平板形状の補強部材を成形する時、一方向の連続繊維テープを使用するか、または、連続繊維で製織した製織繊維を使用することを特徴とする請求項２２に記載の電気自動車用バッテリパックケースアセンブリの製造方法。
24. 前記一方向の連続繊維テープの使用時、前記ケース本体の前後長さ方向に対して横方向の左右幅方向に連続繊維が長く配列されるようにすることを特徴とする請求項２３に記載の電気自動車用バッテリパックケースアセンブリの製造方法。
25. 前記ケース本体の底部に設置される前記補強部材において、プラスチック基材は、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリカーボネート、ポリフェニレンスルホン、ポリフェニレンエーテル、及び熱可塑性ポリウレタンから選択された１つを使用することを特徴とする請求項１６に記載の電気自動車用バッテリパックケースアセンブリの製造方法。
26. 前記ケース本体の底部に設置される前記補強部材において、前記連続繊維としてガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、火山灰入り繊維、及び天然繊維から選択された１つを使用するか、または２つ以上を混合使用することを特徴とする請求項１６に記載の電気自動車用バッテリパックケースアセンブリの製造方法。

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