JP2022526353A - バッテリハウジング、及び電気自動車におけるその使用 - Google Patents

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Abstract

本発明は、バッテリハウジング、及び電気自動車におけるその使用に関する。【選択図】図１

Description

本発明は、バッテリハウジング、及び電気自動車におけるその使用に関する。
対応するバッテリを有する電気自動車が長らく知られている。これらのバッテリを保護する、特に、例えば事故が発生した場合に又は障害物との衝突時に、機械的影響に対して保護する必要があることが早期から認識されていた。
電気自動車のバッテリのバッテリハウジングは、個々のバッテリモジュール及び制御ユニットを備え、バッテリを環境の影響から保護するとともに、バッテリの効率性を可能な限り増大させるように意図される。加えて、バッテリハウジングは、自動車の電力消費を低減するために可能な限り軽くすべきである。個々の部品は、可能な限り省スペースになるように配置されるとともに、バッテリハウジングに接合されるべきである。自動車衝突が発生した場合、バッテリハウジングは、バッテリハウジングからの衝突エネルギーを吸収するか又は衝突エネルギーを周囲の自動車構造に分散させることによって、バッテリモジュール及び制御ユニットを変形から保護するべきである。危険な衝突事例は、例えば、サイドポールとの衝突、及びバッテリ床に対する衝撃である。バッテリの効率性を高めるために、バッテリハウジングは、バッテリモジュールを寒い周辺気温において最適な温度範囲内で維持することができるように、可能な限り低い熱伝導率を有するべきである。
特許文献１は、二重壁ハウジング及び鋼製のばね要素を使用して、衝突が発生した場合にバッテリモジュールを変形から保護するとされたバッテリハウジングを記載している。ここでの不利な点としては、ばね要素のために追加で空間が必要であること、及びばねを使用するため重量が増加することが挙げられる。加えて、個々のバッテリモジュールは、可動式に取り付けられ、これにより、ケーブルの接続及び配線が阻害される。また、金属を使用するため、バッテリハウジングは、高い熱伝導率を有する。
特許文献２は、モジュール式バッテリパック及びこのモジュール式バッテリパックを生産するプロセスを記載している。設計のモジュール性により、バッテリのサイズを自動車に容易に適合することが可能になる。また、製造公差を補償するために、個々のバッテリセル及びバッテリモジュールを支持構造内に柔軟に固定することが可能である。１つの実施形態において、熱除去又は供給のための更なる冷却導管を取り付けることができる。
特許文献３は、バッテリを電気自動車に設置するための構造を記載している。金属製のフレーム構成要素が、プラスチック製のバッテリハウジング内に埋め込まれる。この構造を自動車の残りの部分に接合することに特に焦点を当てている。この構造の大部分であるバッテリハウジングがプラスチック製であるため、本質的な衝突特性は、金属構造又は自動車の残りの部分によって引き受けられる。フレーム構成要素により、重量が増加する。
特許文献４は、バッテリを収容するアンダーボディを記載している。このアンダーボディは、バッテリを設置することができるいくつかの区画に分割された搭載部を有する。バッテリは、様々なブレースによって保護される。
特許文献５は、ハウジング床だけでなくハウジング壁、ハウジング蓋及び分割壁も、繊維強化熱プラスチックからならなければない、熱プラスチック製のバッテリハウジングを記載している。熱プラスチックは、一般に機械的性質が不良である。バッテリハウジングは、３Ｄ印刷プロセスで生産されることが好ましい。図４から明らかなように、プロセスの結果としてシート要素内で異なる繊維配向が生じる。達成可能な繊維含量が比較的低く、少なくとも、繊維強化構成要素を生産するための他のプロセスにおける繊維含量よりも低い。自動車の移動方向に対する強化繊維の好ましい配向については言及されていない。そのような構成は、側面衝突が発生した場合にバッテリモジュールを保護するのに適切ではない。
特許文献６は、ハウジング本体、カバー、及びハウジングの側部領域及び／又は下側における補強要素からなるバッテリパックハウジングアセンブリを記載している。ハウジング本体は、長繊維又は長繊維と無端繊維との混合物を用いて強化されたプラスチックから作製される。このような強化材を使用する場合、低い繊維含量しか達成することができない。加えて、長繊維を使用する場合、長繊維の配向を生産プロセスにおいて具体的かつ均一に調節することができない。提案されたプラスチックは、ポリプロピレン、ポリアミド等の熱プラスチックである。ハウジング本体の生産プロセスとしては押出圧縮成形が提案されている。熱プラスチックに基づく繊維強化プラスチック部品の機械的特性、及び押出圧縮成形によって生産される部品の機械的特性は、特に良好ではない。バッテリパックハウジングアセンブリは、全体的に強化プラスチックから作製される。衝撃荷重、例えばサイドポールとの衝突が発生した場合、エネルギーは、局所集中的にバッテリハウジングに作用する。強化プラスチックのみから作製されるアセンブリは、広い部品面積にわたってエネルギーを分散すること、ひいては部品の過度の変形を回避することに不向きであり、したがってバッテリモジュールが保護されない。
バートナウハイムにおける２０１８年６月１２日の学会「Batteriesysteme im Karosseriebau 2018」において発表された学会論文である非特許文献１及び非特許文献２は、全体的に金属形材から生産された構造を有するバッテリハウジングを実証した。側壁は、衝突エネルギーを吸収するために複数の中空のチャンバーを有する中空の形材からなる。床も中空のチャンバーを有する金属形材から作製される。したがって、バッテリハウジングは高重量である。加えて、ハウジングが容易に熱を外方及び内方に伝導するため、バッテリモジュールの効率的な温度制御が阻害される。
電気自動車におけるバッテリを保護するための既知の設計は、高価であり、技術的に複雑であり、重すぎることが多く、時に実用的でないこともあり、バッテリモジュールを温度制御することができない。
欧州特許出願公開第３４２８９９３号 独国特許出願公開第１０２０１２２２４０４１号 欧州特許第１９５００７０号 国際公開第２０１２／０９１４０４号 独国特許出願公開第１０２０１７２１７１５５号 米国特許出願公開第２０１３２５２０５９号
Eduard Haberstroh（Automotive Center Suedwestfalen GmbH社）著、「Methodisches und effizientes Entwickeln von Batteriegehaeusesystemen」Batteriesysteme im Karosseriebau 2018 Alexander Guenther（Kirchhoff Automotive Deutschland GmbH社）著、「Herausforderungen in der Entwicklung von HV-Batteriegehaeusen」Batteriesysteme im Karosseriebau 2018
したがって、本発明の目的は、電気自動車におけるバッテリに対し、構築及び生産が可能な限り単純であり、汎用性高く利用可能であり、費用効果が高く、軽量であり、同時に慣例的な衝突試験に合格する保護を提供するという目的であった。
この目的は、本明細書において以下に特許請求されるバッテリハウジングによって達成された。生産及び同様に設置が単純であり、ハウジングは汎用性高く利用可能である。
本発明は、電気自動車のバッテリハウジングであって、このハウジングは、互いに接合される少なくともカバー及び床から構成され、カバーは、自動車本体に接合されるか、又は自動車本体の一部がハウジングのカバーを形成し、床は、自動車本体から外方を向き、ハウジングの床は、引抜成形によって得られる床であり、反応性樹脂混合物から取得可能であるとともに無端繊維を用いて強化された熱硬化性プラスチックから作製され、繊維は、自動車の移動方向に対して横断することを特徴とする、バッテリハウジングを提供する。
１つの実施の形態において、本発明は、電気自動車に対する側面衝突が発生した場合にバッテリを保護する、電気自動車のバッテリハウジングを提供する。
熱硬化性プラスチックは、ポリウレタンであることが好ましい。
バッテリハウジングは、全体として自動車の下に設置することができる。
電気自動車に対する側面衝突によって少なくとも１００ｋＮの典型的な事故時の力が発生した場合、本発明に係るバッテリハウジングは、バッテリハウジング内に存在するバッテリモジュールを損傷から保護し、典型的なサイドポールとの衝突において、バッテリモジュールに対する損傷を起こさずに少なくとも２４０００Ｊの衝突エネルギーを吸収することができる。実施例のセクションにおいて、対応する側面衝突試験を記載する。
バッテリハウジングの床は、無端繊維を用いて強化された熱硬化性プラスチックから引抜成形によって生産され、プラスチックに利用される反応性樹脂混合物は、ポリウレタン反応性樹脂混合物であることが好ましい。他のプロセスとは対照的に、引抜成形プロセスにより、特に高い無端繊維含量を達成することが可能になる。加えて、引抜成形プロセスにより、無端繊維の極めて良好な配向、及び引抜成形／プロファイル方向における非常に良好な機械的性質が達成される。したがって、引抜成形された形材は、高い機械的負荷を吸収するのに特に好適であると同時に低重量である。
床は、中空のチャンバーを備えることが好ましい。中空のチャンバーは、重量を節減し、例えばケーブルの収容に使用することができる。床が引抜成形によって生産される場合、中空のチャンバーは、無端繊維の引張方向に延びる。特定の実施の形態において、温度制御媒体を使用して、中空のチャンバーをバッテリハウジングの能動温度制御のためのチャネルとして使用することも可能である。
プラスチックとして利用されることが好ましいポリウレタン及びガラス系無端繊維を用いる場合、床は、１１００ＭＰａ～１５００ＭＰａのＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ １４１２５に従った軸方向曲げ強さ、５０ＧＰａ～６０ＧＰａのＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ １４１２６に従った軸方向圧縮弾性率、６０ＭＰａ～８０ＭＰａのＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ １４１３０に従った軸方向層間せん断強さ、３ＧＰａ～６ＧＰａのＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ １５３１０に従ったせん断弾性率、４５ＧＰａ～６０ＧＰａのＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ ５２７－４に従った軸方向引張弾性率、１０ＧＰａ～１５ＧＰａのＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ ５２７－４に従った横方向引張弾性率、及び０．１Ｗ／ｍ Ｋ～０．７Ｗ／ｍ ＫのＤＩＮ ＥＮ ９９３－１４に従った熱伝導率を有することが特に好ましい。
ガラス系無端繊維を用いて強化されたポリウレタンは、１．５ｇ／ｃｍ３～２．２ｇ／ｃｍ３のＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ １１８３に従った密度を有することが好ましい。
床は、互いに接合される床モジュールから構成することができることが好ましい。個々の床モジュールが、「さねはぎ」の原理に従うか又は「パズルピース」のように相互接続する接合部が、特に有利であることが分かっている。接着結合又はクランピングも可能である。床モジュールを接合する上述した実施の形態において、接合箇所に補強材、例えば、ストラット及びブレーシングの形態の補強材を更に取り付けることが好ましい。
床に対して垂直に取り付けられることが好ましいこれらのストラット及びブレーシングにより、バッテリハウジングの床が補強され、これらのストラット及びブレーシングは、個々のバッテリモジュールの分割壁として同時に機能することができる。床を引抜成形によって生産する場合、これらのストラット及びブレーシングのうちのいくつかを、ハウジング床と同時に生産することができる。
ハウジング基部が、バッテリモジュールから外方を向く側部において、金属又は他の不燃性材料から作製されたカバーも有する場合が特に好ましい。本発明に係るバッテリハウジングのカバー及び床は、接合部品を使用して互いに接合される。
これらの接合部品は、好ましくは金属製の形材及び／又は側部を介して実現可能であることが好ましい。接合部品は、プラスチック、セラミック又は繊維強化プラスチックからも作製することができる。重量節減のため、これらの形材／側部は、穴を有することができる。形材／側部は、任意の所望の形状／構成を有することができる。
金属形材を利用することが特に好ましい。なぜなら、これらの金属形材により、特に、例えば、ねじ、リベット、接着結合点及び溶接点等の接合要素を統合するという選択肢が提供されるからである。二重壁接合部品は、衝突が発生した場合に変形する１つ以上の空洞を有することが特に好ましい。特に、鋼製の接合部品は、曲げ強さが高い。したがって、鋼製の接合部品は、衝突が発生した場合の局所集中した事故のエネルギーを広い面積にわたって分散するとともに、床の機械的性質を全活用するのに好適である。さらに、接合部品は、可能な限り少ない個々の部品からなるべきである。
特に、金属製の接合部品は、バッテリハウジングを更に安定させ、例えば自動車の床に容易に接合することができる。さらに、接合部品は、バッテリモジュールを湿気から保護し、バッテリモジュールを環境の影響から防御する。漏れが発生した場合に何も流出する可能性はない。衝突エネルギーは、プラスチック変形によって更に吸収される。
本発明に係るバッテリハウジングを、異なる材料からなり得る床、カバー及び接合部品から構築することにより、通常動作及び衝突が発生した場合のために個々の部品を互いに接合する接合技法が必要となるという結果になる。接合部が単純で容易にアクセス可能であること、及び接合部がいくつかの事例において取り外し可能であることを確実にすることが重要である。接合要素が動的な負荷も吸収することができる場合も有利である。異なる材料を組み合わせる場合、異なる熱膨張率を考慮に入れなければならない。
本発明に係るバッテリハウジングに以下の異なる接合技法を使用することができることが好ましい。
・バッテリモジュール及び引抜成形された基部をともにねじ留めすること。
・ストラット／ブレーシング及び引抜成形された基部をともにねじ留めすること。
・引抜成形された床モジュールを互いに接着結合すること。
・ストラット／ブレーシング及び接合部品（側部）をともにねじ留めすること。
・引抜成形された床を接合部品（側部）に接着結合すること。
引抜成形された床／引抜成形された床モジュールのマトリックス材料として無端繊維を用いて強化されたプラスチック、特にポリウレタンを使用する特定の利点は、予め穿孔する必要なく、一方向に補強された床にねじをねじ留めすることができることである。より脆い別のマトリックス材料、例えば、不飽和ポリエステルの場合、床が粉砕する可能性がある。したがって、利用されることが好ましいポリウレタンに基づく本発明に係る引抜成形された床は、予め穿孔しなくてよいため、ねじ留めによる接合に特に適している。また、これにより、バッテリボックスの構築が単純になり、取り外し可能な接合が確実になり、前処理／設置ステップの数が少なくなる。
本発明に係るバッテリハウジングは、引抜成形によって得られる床であって、反応性樹脂混合物から取得可能であるとともに、無端繊維を用いて強化されたポリウレタン系の熱硬化性プラスチックから作製される、床と、金属形材から作製された接合部品とを備えることが特に好ましい。
本発明に関連して、「無端繊維」は、当業者には既知である繊維、例えば、無機繊維、有機繊維、金属繊維、天然繊維、好ましくはガラス繊維及び炭素繊維、特に好ましくはガラス繊維を意味するものとして理解されるべきである。無端繊維という用語は、少なくとも数メートルの長さを有する繊維材料を意味するものとして理解されるべきである。これらは、例えばロール又はスプールから巻出される。繊維材料としては、個々の繊維、いわゆる繊維ロービング、及び編組繊維を使用することができる。繊維マット、繊維ノンクリンプファブリック、及び繊維織物は、繊維ロービングを使用する場合と比較して、概して繊維含量が低いため、好ましくない。本発明の好ましい実施の形態において、ガラス繊維が繊維ロービングの形態で利用される。
引抜成形された基部に利用されることが好ましい熱硬化性プラスチック（バッテリ基部のマトリックス材料）は、４０ｖｏｌ％～８０ｖｏｌ％、好ましくは、５０ｖｏｌ％～７５ｖｏｌ％の無端繊維、及び残りは熱硬化性プラスチックから構成された引抜成形物である。例えばポリウレタンに基づくマトリックス（無端繊維なし）は、１．０５ｇ／ｃｍ３よりも大きい密度を有することが好ましい。
利用されることが好ましいポリウレタンは、
ポリイソシアネート成分（Ａ）と、
ポリオール成分（Ｂ）であって、
ｂ１）少なくとも２つのポリオールの混合物、
ｂ２）（Ｂ）の全重量に対して０重量％～２０重量％の、ｂ１）とは異なる１つ以上の更なるイソシアネート反応性化合物、
からなり、
ｂ３）（Ｂ）の全重量に対して０重量％～５重量％の１つ以上の触媒、
ｂ４）（Ｂ）の全重量に対して０重量％～２０重量％の更なる助剤及び／又は添加物、
が存在する、ポリオール成分（Ｂ）と、
（Ｂ）の全重量に対して０．１重量％～８重量％の少なくとも１つの内部離型剤（Ｃ）と、
から構成される反応性混合物から取得されることが特に好ましい。
ポリイソシアネート成分（Ａ）は、モノマーＭＤＩ、オリゴマーＭＤＩ、ポリマーＭＤＩ、又はそれらの混合物から構成されることが特に好ましい。
（Ｂ）における総成分の数平均ヒドロキシル価は、４００ｍｇ ＫＯＨ／ｇ以上かつ２０００ｍｇ ＫＯＨ／ｇ以下であることが特に好ましく、（Ｂ）における名目ＯＨ官能価の合計は、２．５～３．５の数平均値を有し、（Ａ）におけるＮＣＯ基の数と、（Ｂ）及び（Ｃ）におけるＯＨ基の総数との比に１００を乗算した値（いわゆるインデックス）は、９０～１２０の値を有することが好ましい。
ポリイソシアネート成分（Ａ）のＮＣＯ含量は、２５重量％よりも大きいことが好ましく、３０重量％よりも大きいことが好ましく、３１．５重量％よりも大きいことが特に好ましい。ポリイソシアネート成分（Ａ）は、２．１～２．９の官能価を有することが好ましい。ポリイソシアネート成分（Ａ）の粘度は、ＤＩＮ ５３０１９－１に従って（２５℃で）測定された５００ｍＰａｓ以下であることが好ましい。
さらに、ポリウレタン化学により知られている慣例的な脂肪族、脂環式、芳香脂肪族（araliphatic）ジイソシアネート及び／又はポリイソシアネート、特に芳香族イソシアネートが利用可能である。かかる好適なポリイソシアネートの例は、エチレンジイソシアネート、１，４－ブチレンジイソシアネート、１，５－ペンタンジイソシアネート、１，６－ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）、１，１２－ドデカンジイソシアネート、シクロブタン－１，３－ジイソシアネート、シクロヘキサン－１，３－ジイソシアネート及びシクロヘキサン－１，４－ジイソシアネート並びにこれらの異性体の混合物、イソホロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）、２，４－ヘキサヒドロトリレンジイソシアネート及び２，６－ヘキサヒドロトリレンジイソシアネート並びにこれらの異性体の混合物、２，２，４－トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート及び／又は２，４，４－トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、ビス（４，４’－、２，４’－及び２，２’－イソシアナトシクロヘキシル）メタン又はこれらの異性体の混合物、並びに一般式Ｒ（ＮＣＯ）ｚ（式中、Ｒは芳香性（aromatic）を有する多価有機ラジカルであり、ｚは少なくとも２の整数である）の芳香族イソシアネートである。それらの例は、１，３－ジイソシアナト－ｏ－キシレン、１，３－ジイソシアナト－ｐ－キシレン、１，３－ジイソシアナト－ｍ－キシレン、２，４－ジイソシアナト－１－クロロベンゼン、２，４－ジイソシアナト－１－ニトロベンゼン、２，５－ジイソシアナト－１－ニトロベンゼン、ｍ－フェニレンジイソシアネート、ｐ－フェニレンジイソシアネート、２，４－トリレンジイソシアネート、２，６－トリレンジイソシアネート、２，４－トリレンジイソシアネートと２，６－トリレンジイソシアネートとの混合物、１，５－ナフタレンジイソシアネート、１－メトキシ－２，４－フェニレンジイソシアネート、４，４’－ビフェニレンジイソシアネート、３，３’－ジメチル－４，４’－ジフェニルメタンジイソシアネート、及び３，３’－ジメチルジフェニルメタン－４，４’－ジイソシアネート；４，４’，４’’－トリフェニルメタントリイソシアネート及び２，４，６－トルエントリイソシアネート等のトリイソシアネート；並びに４，４’－ジメチル－２，２’－５，５’－ジフェニルメタンテトライソシアネート等のテトライソシアネート；並びに１，３－及び／又は１，４－ビス（２－イソシアナトプロパ－２－イル）ベンゼン（ＴＭＸＤＩ）、１，３－ビス（イソシアナトメチル）ベンゼン（ＸＤＩ）である。
上述のイソシアネートに加えて、変性イソシアネート、例えばウレトジオン構造、イソシアヌレート構造、カルボジイミド構造、ウレトンイミン（uretonimine）構造、アロファネート構造又はビウレット構造を有するものも利用可能である。
少なくとも２つのポリオールの混合物（ｂ１）として利用可能なのは、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリエーテルエステルポリオール及び／又はポリカボネートポリオールである。混合物（ｂ１）において利用されることが好ましいのは、ポリエーテルポリオール及び／又はポリエステルポリオールであり、ポリエーテルポリオールが特に好ましい。
ＯＨ官能基に加えて、ｂ１）として利用されるポリオールは、他のイソシアネート反応性水素原子（すなわち活性水素原子）、例えば、ＮＨ基及びＮＨ２基も含むことができる。そのような更なる活性水素原子が存在する限りにおいて、ポリオール製剤において全てのイソシアネート反応性水素原子のうち、好ましくは９０％よりも多くが、特に９５％よりも多くが、特に好ましくは９９％よりも多くが、非常に特に好ましくは１００％がＯＨ官能基に由来するものである。
そのようなポリオールは、例えば、Ionescu著「Chemistry and Technology of Polyols for Polyurethanes」Rapra Technology Limited, Shawbury 2005の、３１頁以下（第３章：The General Characteristics of Oligo-Polyols）、５５頁以下（第４章：Oligo-Polyols for Elastic Polyurethanes）、２６３頁以下（第８章：Polyester Polyols for Elastic Polyurethanes）、特に３２１頁以下（第１３章：Polyether Polyols for Rigid Polyurethane Foams）、及び４１９頁以下（第１６章：Polyester Polyols for Rigid Polyurethane Foams）に記載されている。
混合物ｂ１）として利用されることが好ましいのは、それ自体が既知である方法で、酸化プロピレン及び／又は酸化エチレン等のアルキレンオキシドを、触媒の存在下で多官能性スターター化合物に重付加することによって生産可能な２つ以上のポリエーテルポリオールである。ポリヒドロキシルポリエーテルは、平均２つ～８つの活性水素原子と、１つ以上のアルキレンオキシド、例えば、酸化エチレン、酸化ブチレン及び／又は酸化プロピレンとを有するスターター化合物から生産されることが好ましい。好ましいスターター化合物は、１分子当たり２個～８個のヒドロキシル基を有する分子、例えば水、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール、トリプロピレングリコール、１，４－ブタンジオール、１，６－ヘキサンジオール、ビスフェノールＡ、グリセロール、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ソルビトール及びスクロース、並びに例えばエチレンジアミン及びトリエタノールアミン等のアミン系スターター化合物である。スターター化合物は、単独で又は混合して使用することができる。１，２－プロピレングリコール及び１，３－プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ソルビトール、グリセロール、トリメチロールプロパン、スクロース、及び列挙した生成物の混合物が特に好ましい。列挙した成分ｂ１）の代表例は、例えば、「Kunststoff-Handbuch, volume VII "Polyurethanes"」3rd edition, Carl Hanser Verlag, Munich / Vienna, 1993の５７頁～６７頁及び８８頁～９０頁に記載されている。
ポリエステルポリオールは、エステル基を有するポリヒドロキシル化合物、例えば、例として本明細書において上記で列挙したタイプの単純多価アルコールの余剰分を、好ましくは二塩基カルボン酸又はそれらの無水物、例えば、アジピン酸、フタル酸、又は無水フタル酸と重縮合することによって取得可能であるような、ひまし油又はポリヒドロキシルポリエステルである。
利用されることが好ましいポリウレタン系は、（Ｂ）の総重量に対して０重量％～２０重量％の、混合物ｂ１）とは異なる更なるイソシアネート反応性成分ｂ２）を含むことができる。これらは、ポリウレタンの成分としてそれ自体既知である。例としては、多価アルコール及び（オキシ）アルキレンジオール、例えば、エチレングリコール及びそのオリゴマー、プロピレングリコール及びそのオリゴマー、１，６－ヘキサンジオール、グリセロール、又はトリメチロールプロパン、並びに更なるＯＨ官能性化合物、例えばソルビトール又はビス（２－ヒドロキシエチレンオキシ）ベンゼンが挙げられる。
触媒成分（ｂ３）として、例えば、既知のポリウレタン触媒、例えば有機金属化合物、例えば有機カルボン酸のカリウム塩又はナトリウム塩、例えば酢酸カリウム；同様に有機カルボン酸のスズ（ＩＩ）塩、例えば酢酸スズ（ＩＩ）、オクチル酸スズ（ＩＩ）、ヘキサン酸エチルスズ（ＩＩ）及びラウリン酸スズ（ＩＩ）、並びに有機カルボン酸のジアルキルスズ（ＩＶ）塩、例えば二酢酸ジブチルスズ、ジラウリン酸ジブチルスズ、ジラウリン酸ジメチルスズ、マレイン酸ジブチルスズ及び二酢酸ジオクチルスズ、並びにまた例えば、ジイソオクチル－２，２’－［（ジオクチルスタニレン）ビス（チオ）］ジアセテート、ジ－ｎ－ブチル－ビス（ドデシルチオ）スズ、２－エチルヘキシル－４，４’－ジブチル－１０－エチル－７－オキソ－８－オキサ－３，５－ジチア－４－スタンナテトラデカノエート、ジメチルスズジチオグリコレート及び／又は強塩基アミン、例えば２，２，２－ジアザビシクロオクタン、Ｎ，Ｎ－ジメチルアミノプロピルアミン、Ｎ，Ｎ－ビス（３－ジメチルアミノプロピル）－Ｎ－イソプロパノールアミン、トリエチルアミン、トリエチレンジアミン、テトラメチルヘキサメチレンジアミン、ペンタメチルジエチレントリアミン、Ｎ，Ｎ－ジメチルシクロヘキシルアミン又はビス（Ｎ，Ｎ－ジメチルアミノエチル）エーテル、Ｎ，Ｎ－ジメチルベンジルアミン、Ｎ，Ｎ－メチルジベンジルアミン及びＮ－メチルイミダゾール、並びに潜在触媒が利用可能である。潜在触媒及びそれらの作用機構は、例えば、欧州特許出願公開第２５３１５３８号の１頁～４頁、及び９頁２６行目～１０頁２行目に記載されている。典型的な潜在触媒としては、閉塞アミン及びアミジン触媒、例えば、Air Products社による触媒（例えば、Ｐｏｌｙｃａｔ（商標）ＳＡ－１／１０、Ｄａｂｃｏ ＫＴＭ６０）及びTosoh Corporation社による触媒（例えばＴｏｙｏｃａｔ（商標）ＤＢ２、ＤＢ３０、ＤＢ３１、ＤＢ４０、ＤＢ４１、ＤＢ４２、ＤＢ６０、ＤＢ７０）がある。触媒の更なる代表例、及び触媒の作用機構に関する詳細は、「Kunststoff-Handbuch, volume VII "Polyurethane"」3rd edition, Carl Hanser Verlag, Munich / Vienna, 1993の１０４頁～１１０頁に記載されている。
適切な助剤及び添加物ｂ４）としては、ポリウレタンの生産に知られている全ての助剤及び添加物が含まれる。そのような物質は、既知であり、例えば、「Kunststoffhandbuch, volume 7, Polyurethane」Carl Hanser Verlag, 3rd edition 1993の第３．４．４章及び第３．４．６章～第３．４．１１章に記載されている。例としては、例えば表面活性物質、消泡剤、乳化剤、粘度低下剤、染料、顔料、難燃剤、水結合剤、例えばトリス（クロロエチル）オルトホルメート、アルカリ土類金属酸化物、ゼオライト、酸化アルミニウム、オキサゾリジン及びシリケート、並びに接着促進剤、並びに充填剤、例えば炭酸カルシウム、硫酸バリウム、二酸化チタン、ポリエチレン、短繊維、例えばガラス若しくは炭素製の短繊維、又は天然鉱物、例えばタルク、ウォラストナイト若しくはマスコバイトが挙げられる。
利用可能な内部離型剤（Ｃ）としては、ポリウレタンの生産において慣例的な全ての離型剤、例えば、長鎖モノカルボン酸、特に、ステアリン酸等の脂肪酸、ステアラミド等の長鎖カルボン酸のアミン、脂肪酸エステル、ステアリン酸亜鉛又はシリコーン等の長鎖脂肪酸の金属塩が含まれる。特に適切なのは、特に引抜成形のために取得可能な内部離型剤、例えば、Axel Plastics社から取得可能なＭＯＬＤ ＷＩＺ ＩＮＴ－１９４８ ＭＣＨ、ＭＯＬＤ ＷＩＺ－１９６０ ＭＣＨ、又は、Lehmann&Voss社から取得可能なＬｕｖｏｔｒｅｎｔ ＴＬ ＨＢ ５５０－Ｄ、Ｌｕｖｏｔｒｅｎｔ ＴＬ ＨＢ ５５０である。内部離型剤は、（Ｂ）内で溶解しないことが好ましい。内部離型剤は、（Ｂ）の総重量に対して、０．１重量％～８重量％、好ましくは０．１重量％～６重量％、特に好ましくは０．１重量％～４重量％の量で利用される。
本発明は、本発明に係るバッテリハウジングを備える電気自動車であって、バッテリハウジングは、ハウジングの床に存在する無端繊維が、電気自動車の移動方向に対して横方向に（すなわち、移動方向に対して約９０度の角度をなして）整列されるように、自動車に取り付けられることを特徴とする、電気自動車を更に提供する。
バッテリモジュール及び制御ユニットがない状態の本発明に係るバッテリハウジングの一部を示す図である。 図１における破線の円によって画定された図１の詳細部分図である。
バッテリハウジングは、基部１と、側壁３及び４と、また、ストラット５とを有する。矢印６は、側面衝突が発生した場合の衝突方向を示し、矢印７は、バッテリハウジングが配置された自動車（図示せず）の移動方向を示す。側部は、ボア８によってカバー（図示せず）に接合することができる。ケーブル（図示せず）は、例えば、穴９及び９’を通って延びることができる。図１における破線の円は、図２に示す部分図を示す。
バッテリハウジングの基部モジュールは、さねはぎ接合部１１によって互いに接合される。ねじ１２により、ストラットがバッテリハウジングの床に接続される。
以下の例示的な実施形態を参照して、本発明をより詳細に説明する。
例
本発明に係るバッテリハウジングは、以下のものから構成される。
・その繊維が自動車の移動方向に対して垂直に整列した、複合的な引抜成形された中空のチャンバー形材（ポリウレタンマトリックスに埋め込まれる一方向に整列したガラス繊維；繊維含量は６５容量パーセント）から作製される床。ポリウレタン系の引抜成形された形材は、金属よりも密度が低く、したがって低重量である。
・鋼製の中空のチャンバー形材から構成される側部。
・２つの隣接した床形材及び２つの対向した側部を接続する鋼製のストラット。
・バッテリハウジングを密封するポリプロピレンプレートから構成される蓋。
・バッテリモジュール及び制御ユニット。
利用されたポリウレタン系は以下のものであった。
Figure 2022526353000002
ポリウレタン系を用いて生産される引抜成形された形材は、以下の物理的性質を有する。
・軸方向曲げ強さ：約１３００ＭＰａ（ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ １４１２５）。
・軸方向圧縮弾性率：約５３．５ＧＰａ（ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ １４１２６）。
・層間軸方向せん断強さ：約７０ＭＰａ（ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ １４１３０）。
・熱伝導率：約０．５Ｗ／ｍ Ｋ（ＤＩＮ ＥＮ ９９３－１４）。
・密度：約２．１ｇ／ｃｍ３（ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ １１８３）。
・横方向引張弾性率：約１２ＧＰａ（ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ ５２７－４）。
・軸方向引張弾性率：約５０ＧＰａ（ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ ５２７－４）。
・せん断弾性率：約３．５ＧＰａ（ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ １５３１０）。
比較用のバッテリハウジングは、ダイカストアルミニウム製の型出しされた床板（硬化するために「波状の形材」）からなり、このバッテリハウジング上にバッテリモジュールが固定される。バッテリモジュールは、ガラス繊維強化ポリプロピレン製の蓋によって覆われる。床板は、側方に突出し、したがって、床板の上に固定されるバッテリモジュールよりも大きな面積を有するため、衝突が発生した場合に変形によって力を吸収するように意図された側方クランプルゾーンを構成する。
本発明に係るバッテリハウジングを、シミュレーションの２つの異なる衝突事例（衝突負荷事例用のＮＣＡＰ試験に対応するいわゆる「中国破壊試験（China crush test）」及び「サイドポール衝突試験（３５ｋｍ／ｈ（９０度））」）の対象とし、従来技術による上述した比較用のバッテリハウジングと比較した。
いわゆる中国破壊試験において、バッテリモジュール及び制御ユニットを備えるバッテリハウジングは、１５０ｍｍの直径を有するポールに対して１ｍ／ｓの速さで（側方かつ中央から）押圧され、結果として生じる変形が観測される。バッテリモジュールは、１２０ｋＮの力を達成する際に損傷されるべきではない。
本発明に係るバッテリハウジングを用いた中国破壊試験のシミュレーションにより、１２０ｋＮにおいてバッテリ／バッテリモジュールへの損傷は生じないことが分かった。
ダイカストアルミニウム製のバッテリハウジングを用いてシミュレーションを繰り返した。シミュレーションでは、バッテリ／バッテリモジュールへの重大な損傷が示された。
いわゆるサイドポール衝突試験において、バッテリモジュール及び制御ユニットを備えるバッテリハウジングは、自動車のシャシを構成するフレーム構造体とともに、３５ｋｍ／ｈでポールに対して垂直にかつ中央からぶつかる。総重量は１７５０ｋｇであった。フレーム構造体（「自動車のシャシ」）の硬度を低減してシミュレーションを繰り返した。バッテリモジュール／バッテリは、ポール衝突シミュレーションにおいて損傷されるべきではない。１回目のシミュレーションでは、バッテリハウジングに対して１５９６０Ｊの衝突エネルギーが作用し、２回目のシミュレーションでは、２５３０９Ｊの衝突エネルギーが作用する。
本発明に係るバッテリハウジングを用いたポール衝突試験のシミュレーションにより、１５９６０Ｊの衝突エネルギー及び２５３０９Ｊの衝突エネルギーはいずれも、本発明に係るバッテリハウジングによって、バッテリ／バッテリモジュールの損傷なく吸収することができることが分かった。
上述した比較用のハウジングを用いたシミュレーションでは、１５９６０Ｊの衝突エネルギーでさえも、バッテリ／バッテリモジュールに対して深刻な損傷を観測した。
３１０．３ｋｇである本発明に係るバッテリハウジングは、２９１．１ｋｇである比較用のハウジングよりも僅かに重いだけである。
ガラス繊維強化ポリウレタン製の床は、ＤＩＮ ＥＮ ９９３－１４に従った０．５Ｗ／（ｍ＊Ｋ）という低い熱伝導率を有し、したがって、バッテリモジュールは、好ましい温度範囲内でエネルギー効率良く動作することができる。

Claims (12)

  1. 電気自動車のバッテリハウジングであって、該ハウジングは、互いに接合される少なくともカバー及び床から構成され、前記カバーは、前記自動車本体に接合されるか、又は前記自動車本体の一部が該ハウジングの前記カバーを形成し、前記床は、前記自動車本体から外方を向き、該ハウジングの前記床は、引抜成形によって得られる床であり、反応性樹脂混合物から取得可能であるとともに無端繊維を用いて強化された熱硬化性プラスチックから作製され、前記繊維は、前記自動車の移動方向に対して横断することを特徴とする、バッテリハウジング。
  2. 前記プラスチックはポリウレタンであることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリハウジング。
  3. 前記床は中空のチャンバーを有することを特徴とする、請求項１又は２に記載のバッテリハウジング。
  4. 前記カバー及び前記床は、金属製の形材及び／又は側部によって接合されることを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載のバッテリハウジング。
  5. 前記床は、互いに接合され、したがって接合箇所を有する床モジュールから構成されることを特徴とする、請求項１～４のいずれか一項に記載のバッテリハウジング。
  6. 前記床モジュールは、該床モジュールの前記接合箇所において更に補強されることを特徴とする、請求項５に記載のバッテリハウジング。
  7. 前記床は、該床に対して垂直に配置されたストラット及び／又はブレーシングによって補強されることを特徴とする、請求項１～６のいずれか一項に記載のバッテリハウジング。
  8. 前記プラスチックとしてポリウレタンから作製されたとともにガラス系無端繊維を用いて強化された前記引抜成形された床は、１１００ＭＰａ～１５００ＭＰａのＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ １４１２５に従った軸方向曲げ強さ、５０ＧＰａ～６０ＧＰａのＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ １４１２６に従った軸方向圧縮弾性率、６０ＭＰａ～８０ＭＰａのＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ １４１３０に従った軸方向層間せん断強さ、３ＧＰａ～６ＧＰａのＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ １５３１０に従ったせん断弾性率、４５ＧＰａ～６０ＧＰａのＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ ５２７－４に従った軸方向引張弾性率、１０ＧＰａ～１５ＧＰａのＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ ５２７－４に従った横方向引張弾性率、及び／又は０．１Ｗ／ｍ Ｋ～０．７Ｗ／ｍ ＫのＤＩＮ ＥＮ ９９３－１４に従った熱伝導率を有することを特徴とする、請求項２に記載のバッテリハウジング。
  9. 無端繊維を用いて強化された前記ポリウレタンは、１．５ｇ／ｃｍ３～２．２ｇ／ｃｍ３のＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ １１８３に従った密度を有することを特徴とする、請求項２に記載のバッテリハウジング。
  10. 無端繊維の含量は、無端繊維を用いてされた前記ポリウレタンにおいて少なくとも４０容量％であり、最大で８０容量％であることを特徴とする、請求項２に記載のバッテリハウジング。
  11. 前記ポリウレタンは、
    ポリイソシアネート成分（Ａ）と、
    ポリオール成分（Ｂ）であって、
    ｂ１）少なくとも２つのポリオールの混合物、
    ｂ２）（Ｂ）の全重量に対して０重量％～２０重量％の、ｂ１）とは異なる１つ以上の更なるイソシアネート反応性化合物、
    からなり、
    ｂ３）（Ｂ）の全重量に対して０重量％～５重量％の１つ以上の触媒、
    ｂ４）（Ｂ）の全重量に対して０重量％～２０重量％の更なる助剤及び／又は添加物、
    が存在する、ポリオール成分（Ｂ）と、
    （Ｂ）の全重量に対して０．１重量％～８重量％の少なくとも１つの内部離型剤（Ｃ）と、
    からなるポリウレタン反応混合物から得られうることを特徴とする、請求項２に記載のバッテリハウジング。
  12. 請求項１～１１のいずれか一項に記載のバッテリハウジングを備える電気自動車であって、前記バッテリハウジングは、該ハウジングの前記床に存在する前記無端繊維が、該電気自動車の前記移動方向に対して横方向に整列されるように、該自動車に取り付けられることを特徴とする、電気自動車。
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