JP5977374B2

JP5977374B2 - バッテリーケース

Info

Publication number: JP5977374B2
Application number: JP2014556382A
Authority: JP
Inventors: 竜蔵西村; 伸一郎中根; 康加瀬戸
Original assignee: Futaba Industrial Co Ltd
Current assignee: Futaba Industrial Co Ltd
Priority date: 2013-01-11
Filing date: 2013-12-26
Publication date: 2016-08-24
Anticipated expiration: 2033-12-26
Also published as: US20150357606A1; CA2897918A1; EP2945204A1; CA2897918C; CN104919620A; JPWO2014109243A1; EP2945204A4; US9761846B2; WO2014109243A1; EP2945204B1; CN104919620B

Description

関連出願の相互参照

本国際出願は、２０１３年１月１１日に日本国特許庁に出願された日本国特許出願第２０１３−３７２５号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願第２０１３−３７２５号の全内容を本国際出願に援用する。

本発明は、バッテリーケースに関する。

電気自動車（ＥＶ）やプラグインハイブリッド車（ＰＨＶ）などの床下には、バッテリーを収容するバッテリーケースが設けられている（特許文献１参照）。

特開２０１１−２３２３０号公報

前述したバッテリーケースは、外部からの衝撃に対する補強構造のために、重量が重くなりやすいという問題があった。
本発明の一側面においては、バッテリーケースの軽量化を図ることが望ましい。

本発明の一側面のバッテリーケースは、第１のケーシング部材と、前記第１のケーシング部材とともに閉空間を形成するための第２のケーシング部材と、前記閉空間の内壁面に沿って設けられた発泡材と、前記閉空間において前記内壁面との間で前記発泡材を挟むように設けられた補強材と、を備える。このような構成によれば、発泡材を用いたことにより、補強材を簡素化することができるため、軽量化を図ることができる。

なお、上記構成において、前記補強材は、ホットスタンプ加工で形成されていてもよい。

バッテリーケースの斜視図である。図１のII−II断面図である。自動車におけるバッテリーケースの搭載位置の一例を示す図である。従来例のバッテリーケースの部分断面図である。図５Ａは補強材の幅の数値例を示す図、図５Ｂはバッテリー搭載スペースの数値例を示す図、図５Ｃは全塑性モーメントの数値例を示す図、図５Ｄは質量の数値例を示す図である。変位量と荷重との関係を示すグラフである。変形例のバッテリーケースの断面図である。

１…バッテリーケース、２…ロアケース、３…アッパーケース、４…補強材、５…樹脂発泡材、６…シール材、７…樹脂発泡材、９…自動車、２１…フランジ、３１…フランジ、４１…第１の板部、４２…第２の板部、４３…第３の板部、４４…第４の板部

以下、本発明が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
図１は、実施形態のバッテリーケース１の斜視図、図２は、図１のII−II断面図である。バッテリーケース１は、例えば図３に示すように、電気自動車（ＥＶ）やプラグインハイブリッド車（ＰＨＶ）などの自動車９の床下に配置されている。バッテリーケース１は、ロアケース２と、アッパーケース３と、補強材４と、樹脂発泡材５と、を備える。

ロアケース２及びアッパーケース３は、いずれも、金属製の材料（この例では板厚０．７ｍｍの２７０材）を加工した部材であって、中央が凹んでおり、凹み部分の底面が概略長方形の容器状に形成されている。ロアケース２及びアッパーケース３は、凹んでいる側が互いに対向するように配置されることで、バッテリを収容して密閉するための概略直方体状の収容空間（閉空間）を内部に形成する。ロアケース２は、アッパーケース３よりも深い形状であり、アッパーケース３は、ロアケース２の蓋体として機能する。なお、２７０材の数値である２７０は、材料の引張強度（下限値）を表す。後述する５９０材も同様である。

ロアケース２の外縁にはフランジ２１が形成されている。同様に、アッパーケース３の外縁にもフランジ３１が形成されている。これらのフランジ２１，３１の形状は対応しており、ロアケース２及びアッパーケース３は、それぞれのフランジ２１，３１が互いに重なる状態で組み立てられる。これらのフランジ２１，３１の間には、シール材６が設けられている。また、フランジ２１，３１の部分が、バッテリーケース１を自動車に取り付けるための車両取付部として機能する。

補強材４は、金属製の材料（この例では厚さ２．０ｍｍの鉄板）にホットスタンプ加工を施して形成されたものである。ホットスタンプ加工とは、鋼板を用いて行われるプレス成形と熱処理（焼入れ・焼戻し）とを組み合せた加工方法である。ホットスタンプ加工によれば、鋼板をいったん加熱し、所望の形状に成形する金型を用いて成形と同時に急冷することで、成形した鋼板に焼入れを行い、高強度化を図ることができる。

補強材４は、ロアケース２の内側面に沿うように長方形の環状（枠状）に形成されている。具体的には、補強材４は、第１の板部４１と、第２の板部４２と、第３の板部４３と、第４の板部４４と、を備える。第１の板部４１は、ロアケース２の底面に溶接されている。第２の板部４２は、ロアケース２の内側面に対して一定の間隔Ｄ１（例えば３０ｍｍ）を空けて対向する。第３の板部４３は、ロアケース２の底面に対して一定の間隔Ｄ２を空けて対向する。第４の板部４４は、ロアケース２の内側面に溶接されている。

樹脂発泡材５は、閉空間に充填されることで硬質発泡体が得られる高剛性発泡充填材であり、ロアケース２と補強材４との間に形成された空間に充填されている。つまり、樹脂発泡材５は、ロアケース２の内壁面（底面及び内側面）に沿うように長方形の環状（枠状）に形成されている。

以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
バッテリーケース１は、ロアケース２と、ロアケース２とともに閉空間を形成するためのアッパーケース３と、閉空間の内壁面（ロアケース２の内壁面）に沿って設けられた樹脂発泡材５と、閉空間においてロアケース２の内壁面との間で樹脂発泡材５を挟むように設けられた補強材４と、を備える。本実施形態によれば、樹脂発泡材５を用いた補強構造により、補強材４を簡素化することができるため、部品点数の削減や部品の小型化を図ることができ、その結果、軽量化を図ることができる。

本実施形態の効果を従来構造と比較して説明する。従来例として図４に示すバッテリーケース８は、上記実施形態と同じ材料（板厚０．７ｍｍの２７０材）のアッパーケース８１及びロアケース８２と、これらに比べ強度の高い材料（板厚２．０ｍｍの５９０材）で形成された複数の補強材８３，８４，８５と、さらに強度の高い材料（板厚２．３ｍｍの５９０材）で形成された補強材８６と、を備えている。補強材８３，８４，８５，８６は、アッパーケース８１及びロアケース８２により形成される収容空間の外側に設けられており、複数の（この例では４箇所に設けられた）シール材８７でシールされている。このように、板金の補強材だけで強度を確保する構造では、補強材の板厚を厚くしたり部品点数を多くしたりする必要があるため、溶接箇所やシール箇所が多くなりやすい。溶接箇所やシール箇所が多くなることは、重量の増加や防水性能の低下の要因となる。

これに対し、本実施形態のように、ホットスタンプ加工で形成された高強度の補強材４を収容空間に設けた構造によれば、部品点数を少なくしてシール箇所を低減する（例えば１箇所にする）ことができる。また、樹脂発泡体の充填形状を検討することで断面形状の形状保持力が向上し、それに伴い、各部品の荷重分担能力も向上する。その結果、小型化及び軽量化を図ることができ、防水性能を向上させることができる。例えば、バッテリーケースにおいて所定の補強効果を得るためには、図４に示す従来構造では、補強材の幅Ｄ３が４０ｍｍ必要であった。一方、図２に示す本実施形態の構造では、補強材の幅Ｄ１を３０ｍｍに抑えることができる（図５Ａ）。また、バッテリーケースの最外形をＬ１０００ｍｍ×Ｗ９００ｍｍとし、フランジ８３およびフランジ３１の幅を共に４０ｍｍとした場合、図４に示す従来構造では、バッテリー搭載に使用できるＷ寸法が７４０ｍｍとなるのに対し、図２に示す本実施形態の構造では、７６０ｍｍとすることができる（図５Ｂ）。すなわち、本実施形態の構造では、バッテリーケースの収容空間を、従来の構造よりも大きくとることができる。

ロアケース２は薄板であるため荷重に弱いが、本実施形態ではロアケース２と補強材４との間に樹脂発泡材５を充填し、その充填形状を検討することで充填量を４０％に抑えつつ、断面強度を５０％近く向上させることができる（図６）。このときの全塑性モーメントを確認すると、充填されていない状態では３．８［ｋＮ・ｍ］であったが、樹脂充填無し（樹脂発泡材５が充填されていない状態）に比べて１４５％向上を見込むと５．５［ｋＮ・ｍ］となり、従来形状とほぼ同等の強度が得られると考えられる（図５Ｃ）。

特に、本実施形態によれば、大幅な軽量化を図ることができる。例えば、最外形をＬ１０００ｍｍ×Ｗ９００ｍｍとし、バッテリーケースにおいて所定の補強効果となるようにした場合、図４に示す従来構造では４３．８ｋｇの重さとなるのに対し、本実施形態の構造は２４．３ｋｇに抑えることができる（図５Ｄ）。

なお、ロアケース２が第１のケーシング部材の一例に相当し、アッパーケース３が第２のケーシング部材の一例に相当し、樹脂発泡材５が発泡材の一例に相当する。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。

例えば、上記実施形態では、発泡材として樹脂発泡材５を例示したが、これ以外の発泡材を用いてもよい。また、発泡材の形状や数などは特に限定されない。すなわち、発泡材は、当該発泡材を充填可能な空間である充填可能空間（第１のケーシング部材と第２のケーシング部材とにより形成される閉空間において、閉空間の内壁面と補強材との間に形成される空間）の全部を埋めるように設けられてもよい。ここでいう「充填可能空間の全部を埋める」とは、隙間が生じないといった厳密な意味に限定されるものではなく、充填可能空間の形状と発泡材の形状とが対応しており、充填可能空間において発泡材の存在しない空間が意図的に形成されていない状態（例えば図２に示す状態）を意味する。一方、発泡材は、例えば図６に示すように、充填可能空間の一部のみを埋めるように（換言すれば、発泡材の存在しない空間が形成されるように）設けられてもよく、また、複数設けられてもよい。図６に示す例では、断面円状（この例では円柱状）の複数（この例では３つ）の樹脂発泡材７が収容されている。発泡材の形状としては、断面三角形状、断面長方形状、断面台形状など、種々の形状を採用することが可能である。

また、上記実施形態では、ホットスタンプ加工により形成された補強材４を備える構成を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、ホットスタンプ加工により形成された部品を有しない構成としてもよく、逆に、ケーシング部材にもホットスタンプ加工により形成された部品を用いた構成としてもよい。

また、本発明は、バッテリーケース以外の用途にも適用可能である。

Claims

第１のケーシング部材と、
前記第１のケーシング部材とともに閉空間を形成するための第２のケーシング部材と、
前記閉空間の内壁面に沿って設けられた発泡材と、
前記閉空間において前記内壁面との間で前記発泡材を挟むように設けられた補強材と、
を備えることを特徴とするバッテリーケース。
請求項１に記載のバッテリーケースであって、
前記補強材は、ホットスタンプ加工で形成されている
ことを特徴とするバッテリーケース。
請求項２に記載のバッテリーケースであって、
前記第１のケーシング部材及び前記第２のケーシング部材は、ホットスタンプ加工で形成されていない金属製の部材である
ことを特徴とするバッテリーケース。
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のバッテリーケースであって、
前記閉空間は、前記第１のケーシング部材及び前記第２のケーシング部材のみから形成され、
前記補強材は、前記閉空間の内部に収容されている
ことを特徴とするバッテリーケース。
請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のバッテリーケースであって、
前記補強材は、
前記第２のケーシング部材の底面に溶接された第１の板部と、
前記第２のケーシング部材の内側面に対して間隔を空けて対向する第２の板部と、
前記第２のケーシング部材の底面に対して間隔を空けて対向する第３の板部と、
前記第２のケーシング部材の内側面に溶接された第４の板部と、
を備えることを特徴とするバッテリーケース。