JP6816705B2 - 電池ケース - Google Patents

Description

本開示は、電池ケースに関する。

上下両面に対向配置された面材間に発泡性樹脂芯材が発泡成形されてなるサンドイッチパネルに関する技術が、たとえば特開２０１６−１２０６０７号公報（特許文献１）に開示されている。

特開２０１６−１２０６０７号公報

プラグインハイブリッド車または電気自動車向けの大容量化を狙った大型の組電池は、車両の床下に搭載される構造が多いため、組電池の下部に路面から負荷を受ける場合がある。そのため、組電池の下部の剛性を向上させる必要がある。

電池ケースの底板としてサンドイッチパネルを用いる場合、剛性を向上させるために発泡樹脂の発泡倍率を低くすると、組電池の重量が大きくなる。

本開示では、剛性を確保した上で軽量化できる電池ケースが提供される。

本開示に係る電池ケースは、外周壁と、リインフォースと、底板とを備えている。リインフォースは、両端が外周壁の内周面と連結されている。底板は、外周壁およびリインフォースを搭載している。底板は、平板状の上板と、平板状の下板と、上板と下板との間に充填された発泡樹脂製の中間材とを含んでいる。リインフォースが外周壁の内側領域を区切ることによって、各々が電池モジュールを収容する複数の収容領域が規定されている。複数の収容領域ごとに中間材が設けられている。リインフォースおよび外周壁は、収容領域を取り囲む囲繞壁を構成している。中間材は、囲繞壁近傍に、発泡樹脂の発泡倍率が相対的に高い周縁部を有している。中間材は、周縁部よりも囲繞壁から離れた、発泡倍率が周縁部よりも相対的に低い中央部を有している。

囲繞壁が剛性を担保できる箇所では、中間材の発泡倍率を高くし中間材の密度を低くすることにより、中間材の重量を小さくする。これにより、電池ケースの剛性を確保した上で電池ケースを軽量化することができる。

本開示に従えば、剛性を確保した上で軽量化できる電池ケースを実現することができる。

実施の形態１に従う組電池の平面図である。 図１に示すＩＩ−ＩＩ線に沿う組電池の断面図である。 実施の形態１に従う電池ケースの平面図である。 実施の形態１に従う中間材の製造に用いられる金型の概略図である。 実施の形態２に従う組電池の断面図である。 実施の形態２に従う中間材の斜視図である。 図６に示すＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う中間材の断面の一部を拡大した図である。 実施の形態２に従う中間材の製造方法の第一工程について説明するための概略図である。 実施の形態２に従う中間材の製造方法の第二工程について説明するための概略図である。

以下、図面に基づいて本開示の実施の形態を説明する。以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。

［実施の形態１］
（組電池１）
図１は、実施の形態１に従う組電池１の平面図である。組電池１は、ハイブリッド自動車に搭載されている。組電池１は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関とともに、ハイブリッド自動車の動力源とされている。組電池１は、車両の床下に配置されている。別の例として、組電池１は、電気自動車または燃料電池自動車に搭載されている。

組電池１は、複数の電池モジュール２０と、電池ケース１０とを備えている。電池モジュール２０は、積層された二次電池２からなる積層体２０ａを含んでいる。電池モジュール２０は、積層体２０ａが２列に並んで構成されている。組電池１は、１０個の電池モジュール２０を備えている。

電池ケース１０は、外周壁７と、リインフォース８とを含んでいる。外周壁７は、複数の電池モジュール２０を囲って配置されている。外周壁７は、電池ケース１０の外周に設けられている。外周壁７は、平面視において、角が面取りされたほぼ矩形状の形状を有している。

図中に両矢印で示された積層方向ＤＲ１は、複数の二次電池２が積層されている方向であり、図１においては左右方向である。奥行方向ＤＲ３は、積層体２０ａが２列に並んでいる方向であり、図１においては上下方向である。奥行方向ＤＲ３は、積層方向ＤＲ１と直交している。

リインフォース８は、縦リインフォース８ａおよび横リインフォース８ｂを有している。縦リインフォース８ａは、積層方向ＤＲ１に並ぶ電池モジュール２０の間を通って、奥行方向ＤＲ３に延在している。縦リインフォース８ａは、積層方向ＤＲ１における組電池１のほぼ中央に設けられている。縦リインフォース８ａの奥行方向ＤＲ３における両端は、外周壁７の内周面と連結されている。縦リインフォース８ａは、外周壁７を補強している。

横リインフォース８ｂは、積層方向ＤＲ１に延在している。複数の横リインフォース８ｂは、奥行方向ＤＲ３に並んで配置されている。横リインフォース８ｂの積層方向ＤＲ１における両端は、外周壁７の内周面と連結されている。横リインフォース８ｂは、外周壁７を補強している。横リインフォース８ｂは、電池モジュール２０を奥行方向ＤＲ３の両側から挟むように配置されている。

外周壁７の内側には、内側領域２１が規定されている。内側領域２１は、外周壁７に囲われた領域である。内側領域２１が縦リインフォース８ａおよび横リインフォース８ｂに区切られることによって、内側領域２１内に複数の収容領域２３が規定されている。実施の形態１の組電池１では、１０の収容領域２３が規定されている。収容領域２３は、縦リインフォース８ａ、横リインフォース８ｂ、および外周壁７に囲われている。複数の収容領域２３は、各々が電池モジュール２０を収容している。収容領域２３は、電池モジュール２０ごとに規定されている。

縦リインフォース８ａ、横リインフォース８ｂ、および外周壁７は、収容領域２３を取り囲む囲繞壁２２を構成している。囲繞壁２２は、電池モジュール２０を囲っている。

図２は、図１に示すＩＩ−ＩＩ線に沿う組電池１の断面図である。隣り合う二次電池２の間には、スペーサ９が設けられている。スペーサ９は、絶縁材である。スペーサ９は、隣り合う二次電池２を絶縁している。複数の二次電池２は、スペーサ９を介して積層されている。二次電池２は、ほぼ矩形箱状の外形を有している。二次電池２は、一対の側面２ｂ、および一対の狭面２ｃ（図１）を有している。

側面２ｂは、二次電池２の側面のうち面積が大きい面である。側面２ｂは、スペーサ９と向かい合っている。積層体２０ａの端にある二次電池２の側面２ｂは、外周壁７と向かい合っている。

狭面２ｃ（図１）は、二次電池２の側面のうち面積が小さい面である。一対の狭面２ｃのうち一方は、横リインフォース８ｂと向かい合っている。一対の狭面２ｃのうち他方は、隣の積層体２０ａに含まれる二次電池２における一対の狭面２ｃのうちの他方と向かい合っている。

断面視した外周壁７は、上部７ｂ、および下部７ｃを有している。上部７ｂおよび下部７ｃは、一体に設けられている。下部７ｃは、上部７ｂよりも幅広に形成されている。上部７ｂは、下部７ｃから上方向に突出している。

（底板３）
図２に示すように、電池ケース１０は、底板３をさらに含んでいる。複数の二次電池２は、底板３に搭載されている。複数の二次電池２は、底板３の上に載せ置かれている。外周壁７およびリインフォース８は、底板３に搭載されている。底板３は、平板状の上板４と、平板状の下板６と、発泡樹脂製の中間材５と、を有している。中間材５は、上板４と下板６との間に充填されている。底板３は、発泡材である中間材５を金属板である上板４および下板６で挟んだいわゆるサンドイッチパネルである。

図２中に上下方向に延びる両矢印で示された厚み方向ＤＲ２は、底板３の厚み方向、すなわち上板４、下板６、および中間材５の各々の厚み方向である。厚み方向ＤＲ２は、積層方向ＤＲ１と直交し奥行方向ＤＲ３と直交する方向である。組電池１は、厚み方向ＤＲ２が上下方向（鉛直方向）に沿うように配置されている。

中間材５は、表面５ｂと裏面５ｃとを有している。表面５ｂは、上板４と接触している。上板４は、外周壁７の上部７ｂの内周面７ｄよりも内側に設けられている。外周壁７の下部７ｃは、上板４と下板６との間に挟まれている。上板４は、内側領域２１のほぼ全体に亘る形状を有している。上板４は、複数の収容領域２３に亘って設けられている。

中間材５の裏面５ｃは、下板６と接触している。下板６は、組電池１の下部に設けられている。下板６は、組電池１のうち最も下方向に設けられている。下板６は、車両の床下に配置された組電池１のうち、路面に最も近い位置に配置されている。外周壁７は、下板６上に搭載されている。下板６の周縁６ａは、上部７ｂの内周面７ｄよりも電池モジュール２０から離れて配置されている。下板６の周縁６ａは、内側領域２１外に配置されている。下板６は、内側領域２１の全体に亘る形状を有している。下板６は、複数の収容領域２３に亘って設けられている。

（中間材５）
図３は、実施の形態１に従う電池ケース１０の平面図である。図３では、上板４は図示を省略されており、平面視した中間材５が図示されている。中間材５は、複数の収容領域２３ごとに設けられている。積層方向ＤＲ１において隣り合う中間材５の境界は、縦リインフォース８ａの下方に配置されている。奥行方向ＤＲ３において隣り合う中間材５の境界は、横リインフォース８ｂの下方に配置されている。

中間材５は、中央部５ｄ、中間部５ｅ、および周縁部５ｆを有している。図において、中央部５ｄ、中間部５ｅ、および周縁部５ｆは、密度の異なるドットハッチングで示されている。

中央部５ｄは、収容領域２３内において、積層方向ＤＲ１および奥行方向ＤＲ３におけるほぼ中央に設けられている。中央部５ｄは、中央部５ｄ、中間部５ｅ、および周縁部５ｆのうち囲繞壁２２から最も離れて設けられている。

中間部５ｅは、中央部５ｄを囲うように設けられている。中間部５ｅは、中央部５ｄよりも囲繞壁２２の近くに設けられている。周縁部５ｆは、中間部５ｅを囲うように設けられている。周縁部５ｆは、中間部５ｅよりも囲繞壁２２の近くに設けられている。周縁部５ｆは、囲繞壁２２の近傍に設けられている。周縁部５ｆは、中央部５ｄ、中間部５ｅ、および周縁部５ｆのうち囲繞壁２２の最も近くに設けられている。

中央部５ｄ、中間部５ｅ、および周縁部５ｆは、それぞれ異なる発泡倍率を有している。発泡倍率とは、発泡後の発泡樹脂の体積の、発泡前の発泡樹脂の体積に対する比である。発泡樹脂の発泡倍率が高いほど、発泡後の発泡樹脂の体積は大きくなり、発泡後の発泡樹脂の密度は低くなる。すなわち、発泡樹脂の発泡倍率が高いほど、発泡後の発泡樹脂の単位体積あたりの重量が小さくなる。

周縁部５ｆの発泡倍率は中間部５ｅよりも相対的に高く、周縁部５ｆの密度は中間部５ｅよりも相対的に低い。中央部５ｄの発泡倍率は中間部５ｅよりも相対的に低く、中央部５ｄの密度は中間部５ｅよりも相対的に高い。周縁部５ｆよりも囲繞壁２２から離れている中央部５ｄの方が、密度が相対的に高い。中間材５は、囲繞壁２２から離れた部分において、中間材５の発泡倍率が相対的に低く、密度が高くなっている。

(中間材５の製造方法)
図４は、実施の形態１に従う中間材５の製造に用いられる金型１１の概略図である。金型１１の上面の中央には、発泡樹脂を注入する注入口１２が形成されている。注入口１２から発泡樹脂を注入し、発泡樹脂を発泡することにより、中間材５が成型される。

まず、注入口１２から発泡樹脂を注入し（図４中白抜き矢印）、注入した発泡樹脂を一旦発泡させる。その後、注入した発泡樹脂が完全に硬化する前に、再度発泡樹脂を注入する。これにより、注入口１２に近い金型１１の中央部分において、発泡樹脂の発泡倍率が相対的に低くなり、発泡後の発泡樹脂の密度が相対的に高くなる。注入口１２から離れた金型１１の周縁部分において、発泡樹脂の発泡倍率が相対的に高くなり、発泡後の発泡樹脂の密度が相対的に低くなる。このようにして、金型１１の中央部分に中央部５ｄが成型され、金型１１の周縁部分に周縁部５ｆが成型される。

発泡樹脂は、たとえばウレタン樹脂である。ウレタン樹脂を発泡することにより、発泡ウレタンが成形される。上記で説明したように発泡ウレタンを成型した場合、金型１１の中央部分に成型される中央部５ｄの密度は、金型１１の周縁部分に成型される周縁部５ｆの密度と比較して、たとえば２０［％］程度高くなる。

(作用効果)
実施の形態１に従う組電池１では、路面からの負荷に対する電池ケース１０の耐久性を向上させるため、図３に示すように、電池モジュール２０を収容する収容領域２３ごとにリインフォース８および外周壁７により構成される囲繞壁２２が設けられている。これにより、組電池１の下部（底板３）が補強されるため、電池ケース１０の剛性を確保できる。

組電池１を車両に搭載するにあたっては、より軽量な電池ケース１０が求められている。中間材５の発泡倍率が高いほど、発泡後における中間材５の密度が低くなり、中間材５の重量が小さくなる。囲繞壁２２を設けることにより、囲繞壁２２近傍における電池ケース１０の剛性は、囲繞壁２２から離れた部分における電池ケース１０の剛性よりも相対的に大きくなる。そのため、囲繞壁２２近傍の中間材５の剛性を相対的に小さくしても、電池ケース１０全体として、剛性を十分に確保できる。

実施の形態１に従う中間材５では、囲繞壁２２近傍の周縁部５ｆの発泡倍率を、中央部５ｄの発泡倍率よりも相対的に高くし、周縁部５ｆの重量を低減している。これにより、発泡倍率が均一の従来の中間材と比較して、中間材５の重量を小さくすることができる。

したがって、電池ケース１０の剛性を確保した上で電池ケース１０を軽量化することができる。中間材５の密度を低くすることにより、中間材５の材料使用量を低減し、電池ケース１０の製造コストを抑制することができる。

［実施の形態２］
図５は、実施の形態２に従う組電池１の断面図である。図６は、実施の形態２に従う中間材５の斜視図である。図７は、図６に示すＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う中間材５の断面の一部を拡大した図である。

実施の形態２に従うスペーサ９は、上端部９ａおよび突出部９ｇを有している。上端部９ａは、二次電池２の上側に設けられている。突出部９ｇは、上端部９ａから下方に突出している。隣り合う二次電池２の間に突出部９ｇが設けられていることにより、隙間２ａが形成されている。

実施の形態２に従う中間材５は、上層部５ｇおよび下層部５ｈを有している。上層部５ｇは、下層部５ｈよりも発泡倍率が低い。上層部５ｇは、下層部５ｈよりも上方に設けられている。下層部５ｈは、上層部５ｇよりも路面に近い位置に設けられている。

上層部５ｇには、中間材５の表面５ｂが溝状に窪んだ複数の凹部５ａが形成されている。複数の凹部５ａは、積層方向ＤＲ１に並んで形成されている。凹部５ａは、奥行方向ＤＲ３に延びている。

凹部５ａを覆うように上板４が設けられている。上板４には、貫通孔４ａが複数形成されている。貫通孔４ａは、上板４を厚み方向ＤＲ２に貫通している。貫通孔４ａは、凹部５ａと隙間２ａとを連通している。複数の貫通孔４ａは、積層方向ＤＲ１に並んで形成されている。

(実施の形態２に従う中間材５の製造方法)
図８は、実施の形態２に従う中間材５の製造方法の第一工程について説明するための概略図である。第一工程において、中間材５の凹部５ａを成型するための凹凸形状が設けられている金型Ａと、金型Ａに合わせられる金型Ｂとが用いられる。

第一工程において、まず金型Ａと金型Ｂを合わせる。金型Ａと金型Ｂとの間に中空の空間が形成される。その後、上記中空の空間に発泡樹脂を注入する（図８中白抜き矢印）。第一工程において、発泡倍率が相対的に低い発泡体が成型される。第一工程において、上層部５ｇが成型される。上層部５ｇが成型された後、金型Ａから金型Ｂを引き離す。

図９は、実施の形態２に従う中間材５の製造方法の第二工程について説明するための概略図である。第二工程において、金型Ｂの代わりに、金型Ｃが用いられる。金型Ａに向かって突き出る突起形状の突出高さが、金型Ｃは金型Ｂよりも小さい。

第二工程において、まず金型Ａと金型Ｃを合わせる。金型Ａ、金型Ｃおよび上層部５ｇによって取り囲まれた中空の空間が形成される。その後、上記中空の空間に発泡樹脂を注入する（図９中白抜き矢印）。第二工程において、発泡倍率が相対的に高い発泡体が成型される。第二工程において、下層部５ｈが成型される。これにより、発泡倍率が異なる部分を有する発泡体（中間材５）が成型される。

(作用効果)
図５に示すように、実施の形態２において、中間材５に凹部５ａを形成し、凹部５ａから貫通孔４ａを通じて隙間２ａに冷媒を送り込み二次電池２を冷却する構成としている。

凹部５ａが形成されている上層部５ｇの発泡倍率は、下層部５ｈよりも相対的に低く、上層部５ｇの密度は相対的に高い。これにより、中間材５のうちの剛性が小さい部分（凹部５ａ付近）の剛性を大きくすることができる。したがって、組電池１の下部の剛性を確保することができる。

凹部５ａと接していない下層部５ｈの発泡倍率は、上層部５ｇよりも相対的に高い。これにより、路面に近い下層部５ｈの断熱性が向上する。そのため、外気から下板６に伝達された熱が凹部５ａに伝達して凹部５ａ内の冷媒の温度が上昇することを、抑制することができる。したがって、冷媒が流れる凹部５ａの断熱性を確保し、組電池１の冷却効率を向上させることができる。

今回開示された実施の形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１ 組電池、２ 二次電池、２ａ 隙間、２ｂ 側面、３ 底板、４ 上板、４ａ 貫通孔、５ 中間材、５ａ 凹部、５ｂ 表面、５ｃ 裏面、５ｄ 中央部、５ｅ 中間部、５ｆ 周縁部、６ 下板、７ 外周壁、８ リインフォース、８ａ 縦リインフォース、８ｂ 横リインフォース、９ スペーサ、１０ 電池ケース、２０ 電池モジュール、２０ａ 積層体、２１ 内側領域、２２ 囲繞壁、２３ 収容領域、ＤＲ１ 積層方向、ＤＲ２ 厚み方向、ＤＲ３ 奥行方向。

Claims (1)

1. 外周壁と、
   両端が前記外周壁の内周面と連結されているリインフォースと、
   前記外周壁および前記リインフォースを搭載する底板と、を備え、
   前記底板は、平板状の上板と、平板状の下板と、前記上板と前記下板との間に充填された発泡樹脂製の中間材とを含み、
   前記リインフォースが前記外周壁の内側領域を区切ることによって、各々が電池モジュールを収容する複数の収容領域が規定され、
   前記複数の収容領域ごとに前記中間材が設けられ、
   前記リインフォースおよび前記外周壁は、前記収容領域を取り囲む囲繞壁を構成し、
   前記中間材は、前記囲繞壁の近傍に、発泡樹脂の発泡倍率が相対的に高い周縁部を有し、前記周縁部よりも前記囲繞壁から離れた、前記発泡倍率が前記周縁部よりも相対的に低い中央部を有する、電池ケース。

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