JP2013502674A - 電気的に駆動される自動車の電池用ハウジング - Google Patents

Abstract

少なくとも一つの低部受容部分及び一つの上部カバー部分を含む電気駆動自動車の多数電池を収容するのに適したハウジング。両部分は互いに連結して、内部に中空空間を形成する。両部分は、互いに接着した、熱可塑性ポリマーからなる少なくとも一層の支持層及び金属からなる少なくとも一層の被覆層を含む多層材料から調製される。係るハウジングは、機械的ダメージに対して、並びに火炎及び／又は電磁照射に対して内部の電池を保護するのに完全に適している。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気駆動自動車における多数電池(electrical power cell)を収容するのに適した新規なハウジングに関する。
さらに、本発明は前記ハウジングの製造法に関する。

自動車における多数電池を収容するハウジングは、普通、外部の影響から内部に配置された電池を保護する必要がある。反対に、過熱や液漏れの可能性のあるハウジング内部の電池からもたらされるいずれかの影響から車内の人を保護するのにもハウジングは適している。このようなハウジングは、ポリエチレンやポリプロピレンのようなプラスチック材料から１０００リットル容積までの種々の寸法に射出成形することにより主に製造されている。かかるハウジングは、一方で、電気絶縁性であり、軽量であるという利点を有する。しかし、他方で、機械的強度が脆弱であり、高温や火災の際燃焼性であるという欠点も有する。

したがって、本発明の目的は、自動車における多数の電池のための新規なハウジング提供することにあり、当該ハウジングは軽量であるが、当該軽量であることと共に、より機械的強度が高く、したがって、機械的ダメージに対してハウジング内の電池に保護を与え、難燃性であり、さらに電磁照射の影響に対しハウジング内に収容されている電池に少なくとも部分的保護を与える。

前記目的は、少なくとも一つの低部受容部分及び一つの上部カバー部分を含み、これらが一緒に連結し、閉じることができる上述したハウジングにより達成され、これらは内部に中空空間を形成でき、互いに接着した少なくとも一層の熱可塑性ポリマーからなる支持層及び少なくとも一層の金属からなる被覆層を含む多層材料から調製される。

図１は、ハウジングの外部に配置された金属からなる被覆層を有する側面からのハウジングの一部による縦横断面を示す。 図２は、側面から観たサンドイッチ構造のハウジングの別の態様による別の縦横断面を示す。

１ 被覆層
２ 支持層

本発明の目的のため、金属からなる被覆層は、ハウジングの外側又はハウジングの内側に配置することができる。しかし、ハウジングの外側及びハウジングの内側のいずれにも金属からなる被覆層を配置することもできる。

驚いたことに、少なくとも一層の熱可塑性ポリマーからなる支持層及び少なくとも一層の金属からなる被覆層を含む多層材料は、電気駆動自動車に電池を使用するとき、当該多数電池を中に組み入れるのに完全に適するハウジングの製造を可能にする。かかるハウジングは、それにもかかわらず、充分に強度があり、特に、底部のような、ハウジングの大表面積部分においても充分に強度があり、さらに内部から外部又は外部から内部のいずれかでの火炎の即時広がりに対しても充分な保護を与える。

驚いたことに、ハウジングの剛性を支持層と金属からなる被覆層の積層により著しく改良することができることを見出した。例えば、ハウジング用途のための全プラスチックパーツ(straight plastics parts)解決策によっては今まで解決できなかった剛性レベルを達成することが可能である。良好な例は、高剛性で知られるアクリロニトリル−ブタジエン−スチレンコポリマー（ＡＢＳ）からなるハウジングである。これは、ハウジングが自動車の相対的に高温に晒されるような領域に特に適用する。本発明のハウジングは、明確な利点をもたらす。金属からなる被覆層を支持層の両側に配置する場合、ハウジングの機械的強度をさらに改良することができる。

ハウジングの機械的特性は、熱可塑性ポリマーからなる支持層の制御した修正により特に広い範囲内でさらに変動でき、当該支持層は無機充填剤で耐衝撃改質するか、又はガラス繊維強化することができ、したがって、機械的特性は、低部収容部分及び上部カバー部分のえずれの、ハウジング部分の表面特性や表面品質に影響をもたらすことなく、ハウジングに設置される要求事項にマッチさせることができる。

熱可塑性ポリマーからなる支持層は、各場合に支持層の重量を基準に１〜６０重量％、好ましくは、５〜５０重量％、特に好ましくは、１０〜４０重量％の強化用充填剤を含むことができる。これらの強化用充填剤の例は、硫酸バリウム、水酸化マグネシウム、ＤＩＮ６６ １１５で測定して０．１〜１０μｍの範囲の平均粒度のタルク、木材、フラックス、チョーク、ガラスビーズ、被覆ガラス繊維、短、長、若しくはその他のガラス繊維、又はそれらの混合物である。低部バッキング層は、さらに、それぞれに利点となる量の別の添加剤、例えば、光安定剤、ｕｖ安定剤、熱安定剤、顔料、カーボンブラック、潤滑剤、及び加工助剤、難燃剤、発泡剤等も含むことができる。本発明では、低部バッキング層自身は熱可塑性ポリマーからなる。

本発明では、支持層のために利点を備えて使用される熱可塑性ポリマーは、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリビニルクロリド（ＰＶＣ）、ポリスルホン類、ポリエーテルケトン類、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート若しくはポリアルキレンナフタレートのようなポリエステル類、ポリシクロオレフィン類、ポリアクリレート類、ポリメタクリレート類、ポリ−エプシロン−カプロラクタム若しくはポリヘキサメチレンアジピンアミド若しくはポリヘキサメチレンセバシンアミドのようなポリアミド類、ポリカルボネート、ポリウレタン類、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）のようなポリアセタール類、又はポリスチレン（ＰＳ）等のポリマー類である。本発明で主に適して使用される熱可塑性ポリマー類はホモポリマー類及びコポリマー類である。これに関連して、ポリエチレン及びエチレンからなるコポリマー類又はエチレン若しくはプロピレンと４〜１０個の炭素原子を有するその他のオレフィン類とからなるコポリマー類は特に特筆すべきであり、スチレンと、そして相対的に少量のブタジエン、アルファメチルスチレン、アクリロニトリル、ビニルカルバゾール、あるいはアクリル、メタクリル若しくはイタコン酸のエステルからなる、コポリマー若しくはターポリマーも同様である。

本発明のハウジングの製造における費用対効果を改良するために、その上部カバー部分は、上部カバー部分の総重量を基準に、６０重量％までの量の上記ポリマーからリサイクルした再生材料を含むこともできる。

本発明では、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）という用語は、ホルムアルデヒド若しくはアセトアルデヒドのような、しかし、好ましくは環状アセタール類のようなアルデヒドのホモポリマー又はコポリマーを意味する。ＰＯＭの特性は、分子鎖の際だった特徴を形成する定常繰り返し炭素−酸素結合があることである。ＰＯＭのメルトフローインデックス（ＭＩ）は、２３０℃の温度、２．１６ｋｇの荷重を用いＩＳＯ１１３３に準拠して測定して、普通、５０〜５０ｇ／１０分、好ましくは、５〜３０ｇ／１０分の範囲である。

本発明が、ハウジングの支持層にポリエステルを使用しようとする場合、この目的のために明らかに好適な材料は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）又はポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）である。双方とも、テレフタル酸とおのおのエチレングリコールおよびブチレングリコールとの高分子量エステル化生成物である。本発明では、特に適しているポリエステル類のＭＩは、２３０℃の温度、２．１６ｋｇの荷重でＤＩＮ１１３３に準拠して測定して、５〜５０ｇ／１０分、好ましくは、５〜３０ｇ／１０分の範囲である。

ハウジングの支持層に使用できるスチレンのコポリマーは、特に、ポリマー内に４５重量％まで、好ましくは、２０重量％までのアクリロニトリルを含むコポリマー類である。これらのコポリマー類のＭＩは、２３０℃の温度、２．１６ｋｇの荷重でＤＩＮ１１３３に準拠して測定して、１〜２５ｇ／１０分、好ましくは、４〜２０ｇ／１０分の範囲である。

さらに、スチレンのターポリマーは、ポリマー内に３５重量％まで、特に、２０重量％までのアクリロニトリル及び３５重量％まで、好ましくは、３０重量％までのブタジエンを含む。略称ＡＢＳもこれらのターポリマーに使用し、そのＭＩは、２３０℃の温度、２．１６ｋｇの荷重でＤＩＮ１１３３に準拠して測定して、典型的には、１〜４０ｇ／１０分、好ましくは、２〜３０ｇ／１０分の範囲である。

さらに、ハウジングの支持層に使用される熱可塑性ポリマーは、特に、ポリエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）のようなポリオレフィン類であり、その中で特に好適なものはＰＰの使用である。本発明では、ＰＰはプロピレンのホモポリマー及びコポリマーを意味する。コポリマーは、プロピレンと共重合できる少量のモノマー、例えば、２個又は４〜８個の炭素原子を有する１−オレフィン類を含む。必要の場合、２種以上のコモノマー類も使用できる。

ハウジングの支持層のために特に適しているとして挙げることのできる熱可塑性ポリマーは、プロピレンホモポリマー又はプロピレンと最高５０重量％までの、最高８炭素原子を有する別の１−オレフィン類とからなるプロピレンコポリマーである。これらのコポリマーは、通常、ランダムコポリマーであるが、ブロックコポリマーであることもできる。

ＰＰの生成のための重合反応は、通常、１〜１００バール（０．１〜１０ＭＰａ）の範囲の圧力下懸濁中又は気相中チグラー・ナッタ触媒系の共存下で起こることができる。チタン含有固体成分ばかりでなく有機アルミニウム化合物の形態の助触媒及び電子供与体化合物主含む触媒系が好適である。

チグラー・ナッタ触媒系は、一般に、チタン含有固体成分、特に三価又は四価チタンのハロゲン化物若しくはアルコラート、そして、さらに担体物質としてハロゲン含有マグネシウム化合物、シリカゲルのような無機酸化物、及び電子供与体化合物を含む。挙げることのできる特定の電子供与体化合物は、カルボン酸誘導体又はケトン、エーテル、アルコール、或いは有機珪素化合物である。

チタン含有固体成分は公知方法により製造できる。好ましくは、ＤＥ１９５２９２４０号公報に詳細に記載されている方法により製造される。
チグラー・ナッタ触媒系に適している助触媒は、トリアルキルアルミニウム化合物ばかりでなく、アルキル基がアルコキシ基又は塩素や臭素のようなハロゲンにより置換された化合物である。アルキル基は同一でも異なってもよい。線状又は分岐状アルキル基も使用できる。本発明では、アルキル基が１〜８個の炭素原子を含むアルキル基、例えば、トリエチルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、トリオクチルアルミニウム、若しくはメチルジエチルアルミニウム、又はそれらの混合物のようなトリアルキルアルミニウム化合物を使用するのが好適である。

しかし、ＰＰは触媒としてメタロセンの存在下で製造することもできる。メタロセンは、層状構造を有する錯体化合物であり、元素の周期表の遷移金属からの金属と有機、好ましくは、芳香族配位子を含む。ＰＰの生成のためにそれらの使用を可能にするために、メタロセン錯体は担体材料に施用するのが有利である。有利であることが示されている担体材料は、チグラー・ナッタ触媒のチタン含有固体成分の製造にも使用される無機酸化物である。

通常使用されるメタロセンは、中心原子として、チタン、ジルコニウム又はハフニウムであり、その中で、ジルコニウムが好適である。中心原子は、少なくとも一つのパイ系に対してパイ結合を有し、シクロペンタジエニル基により具体化される。非常に多くの例では、シクロペンタジエニル基は追加の置換基を有し、触媒の活性を制御するのに使用できる。好適なメタロセンは、二つのパイ系に対して類似の若しくは異なるパイ結合により結合される中心原子を含み、これらは、同時に、適当なヘテロ芳香族系からなる構成でもあることができる。

メタロセンに適する助触媒は、原則として、中性メタロセンをカチオンに変換できるいずれかの化合物であり、メタロセンを安定化させることができる。さらに、ＥＰ４２７６９７号公報に見出すことができるように、助触媒又はそれから形成されるアニオンは、形成したメタロセニウムカチオンとの別の反応に入らない。使用する助触媒は、好ましくは、アルミニウム化合物及び／又はホウ素化合物である。

ホウ素化合物の式は、好ましくは、Ｒ^１８ _ｘＮＨ_４−ｘＢＲ^１９ _４、Ｒ^１８ _ｘＰＨ_４−ｘＢＲ^１９ _４、Ｒ^１８ _３ＣＢＲ^１９ _４、又はＢＲ^１９ _３であり、式中、ｘは１〜４の数、好ましくは、３であり、Ｒ^１８は同一又は異なり、好ましくは、同一であり、Ｃ_１−Ｃ_１０−アルキル又はＣ_６−Ｃ_１８−アリールであり、或いは、二つのＲ^１８基がそれらと結合する原子と一緒になって環を形成し、Ｒ^１９基は同一又は異なり、好ましくは、同一であり、Ｃ_６−Ｃ_１８−アリールであり、置換したアルキル、ハロアルキル、若しくはフッ素であることができる。特にＲ^１８はエチル、プロピル、ブチル、又はフェニルであり、そしてＲ^１９はフェニル、ペンタフルオロフェニル、３，５−ビストリフルオロメチルフェニル、メシチル、キシリル又はトリルである。ＥＰ４２６６３８号公報は、メタロセンのための助触媒としてホウ素化合物を記載する。

使用する助触媒は、アルモキサン及び／又はアルキルアルミニウム化合物のようなアルミニウム化合物である。使用する助触媒が、特に、線状タイプの又は環状タイプのアルミノキサンが特に好ましく、そして、本明細書中、これらの化合物双方において、同一又は異なる有機基も存在でき、それらは水素又はＣ_１−Ｃ_２０−炭化水素基、例えば、Ｃ_１−Ｃ_１８−アルキル基、Ｃ_６Ｃ_１８−アリール基、若しくはベンジルであることができる。

ハウジングの支持層及び金属からなる被覆層が一緒になって、射出成形、押出、あるいは圧縮成形シートの形態で、様々な厚さ及び寸法で形成できる。支持層について好適な層厚さは、１〜２０ｍｍ、特に好適には２〜１５ｍｍである。

金属からなる被覆層について、異なる金属が有用である。したがって、アルミニウムが非常に適しているが、しかし、鉄も有用であり、銀やクロムのような貴金属も有用であり、アルミニウム、鉄又はクロムが好適である。金属からなる被覆層の厚さは、５０〜１０００μｍの範囲、好ましくは、７０〜５００μｍの範囲である。

本発明の好適な実施態様では、追加の中間層を、熱可塑性ポリマーからなる支持層と金属からなる被覆層との間に配置し、２層の接着強度を改良できる。中間層に使用できる特定の材料は、熱可塑性ポリマー、好ましくは、支持層に使用するのと同じ熱可塑性ポリマーである。この組み合わせは、支持層と金属からなる被覆層との間の接着性接合を特に堅固にすることができる。本発明では、中間層は、薄い織物等の形態、好ましくは、薄い不織布の形態であり、０．００１〜１ｍｍ、好ましくは、０．００５〜０．５ｍｍの厚さである。

中間層に好ましく使用される熱可塑性物質の一つは、触媒としてメタロセンの存在下で製造したＰＰであり、そのＭＩは、温度２３０℃、荷重２．１６ｋｇで、ＤＩＮ１１３３に準拠して測定して、１０〜６０ｇ／１０分である。

熱可塑性ポリマーからなる中間層は、樹脂飽和不織布であることも高い利点がある。アクリル樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、又はメラミン樹脂は、飽和性樹脂として本発明で特に使用できる。本発明で樹脂の飽和の程度は最高３００％であることができ、これは中間層の全面が実際的に樹脂で重度に飽和され、樹脂なしの中間層の重量を基準に３００％の量であることを意味する。樹脂での飽和の程度は、好ましくは、１５〜１５０％、特に好ましくは、８０〜１２０％である。本発明では、中間層の重量は、１５〜１５０ｇ／ｍ^２の範囲、好ましくは、３０〜７０ｇ／ｍ^２の範囲である。

本発明は、射出成形法によるリバースコーティングの技術によるハウジングの製造方法も提供する。支持層及び中間層及び金属からなる被覆層を接合し、堅固に接着する多層複合体を与えるために、射出成形法によるリバースコーティングの技術の初期チャージは、中間層及び金属からなる被覆層のための材料を、射出成形金型の半分の一方側に置き、所望の場合、中間層及び金属からなる被覆層のための材料を、射出成形金型の半分の他方側に置く。一旦金型が閉じられると、熱可塑性ポリマーを、１５０〜３３０℃の温度、５〜２５００バール（＝０．５〜２５０ＭＰａ）の高圧で、各側に存在する中間層間の区画に射出成形する。金型温度は、一般的に、各側で８〜１６０℃である。上記の条件下で熱可塑性ポリマーを射出したら、金型を周囲温度に冷却する。このための冷却時間は０．０１〜５．０分である。

本発明方法の別の態様では、中間層及び層厚さが０．０２〜２０ｍｍの金属箔（これの代替として、個々の箔（オーバーレイ、金属、樹脂）を含む予備作製ラミネートを不織布（約３０ｇ／ｍ^２、メタロセンポリマー、Ｎｏｖｏｌｅｎ：登録商標）に第一積層を施す。さらに予備作製ラミネートのための材料を、所望の厚さ及び形体に予備作製する。次いで、これらの二種の変形物を射出成形金型区画の各々対向金型半分に入れ、金型を閉じ、次いで、１７０℃の温度、少なくとも５０バール（５ＭＰａ）でこれらの間で区画中に熱可塑性ポリマーを射出する。

圧縮成形で起こる手順は、原則として同じである。唯一の相違は、支持層のための熱可塑性ポリマーを、層列に挿入した個々の箔間でペレットの形体で導入し、少なくとも５バールの圧力に露出し、各側に少なくとも１００℃の温度で圧縮時間は少なくとも３０秒間圧縮する。

射出圧縮成形及びトランスファー成形を用いて、同手順が実際成功することを立証した。
本発明では、電池のためのハウジングは、少なくとも１リットルから最高約１０００リットルまでの範囲、好ましくは、１．５リットルから約８００リットルまでの範囲の容積を内部に含む。ハウジングの下部受容部分及び上部カバー部分は嵌合等の連結をし、それにより、互いにさねはぎ結合状態になり、互いにねじ止め、クランプ止めで連結される。しかし、多くの応用のため、熱シールや溶接によるかある種のホットメルトにより両部分をシールし、気密や液密状態に連結することも適切である。

当業者に本発明についてさらに明確な説明を与えるために、添付図面は、電気駆動自動車の電池のための種々のハウジングの構造に、そしてその製造中の原理を詳細に示す。
図１は、ハウジングの外部に配置された金属からなる被覆を有する側面からのハウジングの一部による縦横断面を示す。

参照番号は、金属１からなる被覆層がアルミニウム箔を含むのを観ることであり、タルク強化ＰＰからなる支持層２を観ることである。
図２は、側面から観たサンドイッチ構造のハウジングの別の態様による別の縦横断面を示す。被覆層を両側に配置した支持層を使用する態様である。

図３の参照番号は、ＰＰを含む支持層２であり、アルミニウム箔を含有する被覆層１で両側を被覆した支持層２である。

Claims (14)

1. 電気的に駆動される自動車の多数電池を収容するのに適するハウジングであって、当該ハウジングは少なくとも一つの低部受容部分及び一つの上部カバー部分を含み、これらが一緒に連結し、内部に中空空間を形成し、これらの部分は、互いに接着する少なくとも一層の熱可塑性ポリマーからなる支持層及び少なくとも一層の金属からなる被覆層を含む多層材料から製造される、前記ハウジング。
2. 前記金属からなる被覆層が、ハウジングの外側及び／又はハウジングの内側に配置される、請求項１に記載のハウジング。
3. 前記支持層の熱可塑性ポリマーとして、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリビニルクロリド（ＰＶＣ）、ポリスルホン類、ポリエーテルケトン類、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート若しくはポリアルキレンナフタレートのようなポリエステル類、ポリシクロオレフィン類、ポリアクリレート類、ポリメタクリレート類、ポリ−エプシロン−カプロラクタム若しくはポリヘキサメチレンアジピンアミド若しくはポリヘキサメチレンセバシンアミドのようなポリアミド類、ポリカルボネート、ポリウレタン類、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）のようなポリアセタール類、又はポリスチレン（ＰＳ）、又はこれらの混合物を含む、請求項１又は２に記載のハウジング。
4. 支持層の熱可塑性ポリマーは、各場合に支持層の重量を基準に、さらに１〜６０重量％、好ましくは、５〜５０重量％、特に好ましくは、１０〜４０重量％の強化用充填剤を含む、請求項１〜３のいずれかに記載のハウジング。
5. 支持層の熱可塑性ポリマーは、強化用充填剤として、硫酸バリウム、水酸化マグネシウム、ＤＩＮ６６ １１５で測定して０．１〜１０μｍの範囲の平均粒度のタルク、木材、フラックス、チョーク、ガラスビーズ、被覆ガラス繊維、又は短、長、若しくはその他のガラス繊維、又はそれらの混合物を含む、請求項１〜４のいずれかに記載のハウジング。
6. 支持層が、射出成形シート、押出シート又は圧縮成形シートであり、層厚が１〜２０ｍｍ、好ましくは、２〜１５ｍｍである、請求項１〜５のいずれかに記載のハウジング。
7. 被覆層が、アルミニウム、鉄、銀やクロムのような貴金属を含む、請求項１〜６のいずれかに記載のハウジング。
8. 熱可塑性ポリマーからなる支持層と金属からなる被覆層との間に配置された追加の中間層をさらに含み、当該中間層が熱可塑性ポリマー、好ましくは支持層に使用したのと同じ熱可塑性ポリマーを含む、請求項１〜７のいずれかに記載のハウジング。
9. 中間層が、薄い織物等の形態、あるいは、好ましくは、薄い不織布の形態であり、０．００１〜１ｍｍ、好ましくは、０．００５〜０．５ｍｍの厚さである、請求項１〜８のいずれかに記載のハウジング。
10. 中間層は、熱可塑性ポリマーからなる樹脂飽和不織布を含み、飽和性樹脂として、アクリル樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、又はメラミン樹脂を使用する、請求項１〜９のいずれかに記載のハウジング。
11. 中間層の重量が、１５〜１５０ｇ／ｍ^２の範囲、好ましくは、３０〜７０ｇ／ｍ^２の範囲である、請求項１〜１０のいずれかに記載のハウジング。
12. 下部受容部分及び上部カバー部分は互いにさねはぎ結合のような連結をし、両部分を互いにねじ止め、クランプ止め又はシールにより互いに連結する、請求項１〜１１のいずれかに記載のハウジング。
13. 請求項１〜１２のいずれかに記載のハウジングの製造法であり、使用される技術は、射出成形法によるリバースコーティングを含み、そして初期チャージは、各場合にシート様構造の形体の、中間層及び金属からなる被覆層のための材料を含み、次いで、支持層のための熱可塑性ポリマーを射出成形法によるリバースコーティングにより中間層及び金属からなる被覆層のための材料に結合する、前記方法。
14. 電気駆動自動車又はオートバイのための電池を収容するための請求項１〜９のいずれかに記載のハウジングの使用。

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