WO2023171716A1 - 電動車両用バッテリーケースおよびその製造方法 - Google Patents

電動車両用バッテリーケースおよびその製造方法 Download PDF

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WO2023171716A1
WO2023171716A1 PCT/JP2023/008867 JP2023008867W WO2023171716A1 WO 2023171716 A1 WO2023171716 A1 WO 2023171716A1 JP 2023008867 W JP2023008867 W JP 2023008867W WO 2023171716 A1 WO2023171716 A1 WO 2023171716A1
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WO
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frame
battery case
tray
engaging portion
electric vehicle
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/008867
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English (en)
French (fr)
Inventor
秀樹 石飛
孝一 大學
Original Assignee
株式会社神戸製鋼所
トヨタ自動車株式会社
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K1/00—Arrangement or mounting of electrical propulsion units
    • B60K1/04—Arrangement or mounting of electrical propulsion units of the electric storage means for propulsion
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/249—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders specially adapted for aircraft or vehicles, e.g. cars or trains
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present disclosure relates to a battery case for an electric vehicle and a method for manufacturing the same.
  • Electric vehicles such as electric cars need to be equipped with large-capacity batteries to ensure sufficient cruising range, while also requiring a spacious cabin.
  • many electric vehicles have large-capacity batteries stored in battery cases that are mounted entirely under the vehicle floor. Therefore, battery cases for electric vehicles are required to have high sealing properties to prevent water from entering from the road surface and malfunction of electronic components, and also to have high collision strength to protect the internal battery. Desired.
  • Patent Document 1 discloses a battery case in which sealing performance is improved by using a tray formed by cold press forming a metal plate into a bathtub shape.
  • sealing performance is improved by a bathtub-shaped tray, but in order to configure a frame that accommodates the tray, the vertical ribs, front beam, and rear beam are joined by a joining means such as welding.
  • a joining means such as welding.
  • An object of the present disclosure is to improve sealing performance with a bathtub-shaped tray and to easily configure a frame that accommodates the tray without thermal damage in a battery case for an electric vehicle and a method for manufacturing the same.
  • a first aspect of the present disclosure includes a frame that is formed into a polygonal frame shape when viewed from the top and bottom of the vehicle by joining a plurality of frame members, and that defines a space inside and houses a battery, and that a bathtub-shaped tray disposed at least partially in the space, and the plurality of skeleton members include a first skeleton member made of extruded aluminum and having a first engaging portion at an end thereof; a second skeleton member having a second engaging part at an end, the first engaging part and the second engaging part having shapes that engage with each other, and the first engaging part and the second engaging part having shapes that engage with each other;
  • the present invention provides a battery case for an electric vehicle in which the first frame member and the second frame member are directly joined by the mating portion and the second engaging portion being engaged with each other.
  • the first skeletal member and the second skeletal member are directly joined by the engagement of the first engaging portion and the second engaging portion, so that no complicated welding is required. Therefore, thermal damage to the frame can be suppressed and the frame can be configured simply.
  • the above-mentioned engagement refers to a fit that structurally involves positional restraint without requiring a separate joining means such as welding. Since accurate positioning is achieved by such fitting with structural positional restraint, dimensional accuracy and joining accuracy can be improved. Furthermore, since the tray is formed into a bathtub shape, there are no seams in the tray, and high sealing performance can be ensured to prevent water from entering from the road surface.
  • At least one of the first engaging portion and the second engaging portion may have a concave shape.
  • the engagement structure of the first engagement part and the second engagement part can be specifically realized.
  • the first engaging part and the second engaging part can be engaged by fitting the other into the concave shape of one of them.
  • the first engaging portion may have a recess that is recessed downward in the vehicle vertical direction
  • the second engaging portion may have a recess that is recessed upward in the vehicle vertical direction.
  • the engagement structure of the first engagement part and the second engagement part can be realized more specifically.
  • the horizontal positions of the first frame member and the second frame member are restrained by fitting the recesses recessed in the vehicle vertical direction into each other.
  • the bathtub-shaped tray is arranged from above with respect to the frame, the first engaging part and the second engaging part can be covered by the tray. Therefore, the position in the vertical direction of the vehicle is also restrained, and disengagement can be suppressed.
  • the tray may be pressed against the frame.
  • the frame and the tray can be easily integrated without welding.
  • a negative corner portion may be provided from the bottom wall of the tray upward in the vehicle vertical direction and at least partially inward in the horizontal direction.
  • a corner member having a curved surface may be disposed at an inner corner portion of the frame when viewed from the vertical direction of the vehicle.
  • the tray is pressed against the curved surface at the inner corner of the frame during the pressure contact. If corner members are not provided, there is a risk that strain will be concentrated at the corners of the tray and the tray will crack.
  • the corner members are arranged as in the above configuration, the corners of the tray are supported by the corner members during the pressure welding, so it is possible to suppress the concentration of stress on the corners of the tray, and Cracks can be suppressed.
  • the curved shape may be, for example, a circular arc shape.
  • a flat member to be formed and a plurality of skeletal members are prepared, and the plurality of skeletal members are made of aluminum extrusion and have a first engaging portion at an end.
  • a frame member and a second frame member made of extruded aluminum and having a second engagement portion at an end thereof, the first engagement portion and the second engagement portion having shapes that engage with each other.
  • the first frame member and the second frame member are joined by engaging the first engagement portion and the second engagement portion to form a polygonal frame shape when viewed from the vertical direction of the vehicle.
  • the present invention provides a method for manufacturing a battery case for an electric vehicle, comprising: expanding the molded member in the space, thereby transforming the molded member into a bathtub-shaped tray, and press-fitting the molded member to the frame.
  • the first skeletal member and the second skeletal member are directly joined by the engagement of the first engaging portion and the second engaging portion, so that no complicated welding is required. Therefore, thermal damage to the frame can be suppressed and the frame can be configured simply.
  • the above-mentioned engagement refers to a fit that structurally involves positional restraint without requiring a separate joining means such as welding. Since accurate positioning is achieved by such fitting with structural positional restraint, dimensional accuracy and joining accuracy can be improved.
  • the tray is formed into a bathtub shape, there are no seams in the tray, and high sealing performance can be ensured to prevent water from entering from the road surface.
  • the frame and the tray can be easily integrated by pressure welding without the need for welding. At this time, the manufacturing process can be simplified by simultaneously forming the bathtub-shaped tray and press-fitting the tray and frame.
  • the bathtub-shaped tray improves sealing performance, and the frame that accommodates the tray can be easily configured without thermal damage.
  • FIG. 1 is a side view of an electric vehicle equipped with an electric vehicle battery case according to a first embodiment of the present disclosure.
  • a schematic cross-sectional view of a battery case. A perspective view of the battery case. An exploded perspective view of the battery case.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of the frame. Top view of the tray.
  • FIG. 3 is a perspective view of a member to be molded, a first skeleton member, and a second skeleton member.
  • FIG. 1 is a first cross-sectional view showing a method for manufacturing a battery case.
  • FIG. 3 is a second sectional view showing a method for manufacturing a battery case.
  • FIG. 3 is a third sectional view showing a method for manufacturing a battery case.
  • FIG. 4 is a fourth sectional view showing a method for manufacturing a battery case.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a first modification of negative angle forming.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a second modification of negative angle forming.
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a battery case showing a modification of the closing plate.
  • FIG. 7 is a perspective view of a frame of a battery case according to a second embodiment.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of the frame.
  • FIG. 7 is a perspective view of a frame in a modified example.
  • electric vehicle 1 is a vehicle that runs by driving a motor (not shown) with electric power supplied from battery 30.
  • the electric vehicle 1 may be an electric vehicle, a plug-in hybrid vehicle, or the like.
  • the type of vehicle is not particularly limited, and may be a passenger car, truck, work vehicle, or other mobility vehicle. In the following, a case where a passenger car type electric vehicle is used as the electric vehicle 1 will be described as an example.
  • the electric vehicle 1 is equipped with a motor, high voltage equipment, etc. (not shown) in the front portion 10 of the vehicle body. Further, the electric vehicle 1 is equipped with an electric vehicle battery case 100 (hereinafter also simply referred to as the battery case 100) in which a battery 30 is stored almost entirely under the floor of the vehicle interior R in the central portion 20 of the vehicle body.
  • the front-rear direction of the electric vehicle 1 is shown as the X direction
  • the up-down direction is shown as the Z direction.
  • the vehicle width direction is indicated by the Y direction in FIG. 2 and subsequent figures.
  • battery case 100 is arranged inside rocker member 200 in the vehicle width direction.
  • the rocker member 200 extends in the vehicle longitudinal direction at the lower portions of both ends in the vehicle width direction of the electric vehicle 1 (see FIG. 1).
  • the rocker member 200 is formed by bonding a plurality of metal plates together, and has a function of protecting the vehicle interior R and the battery case 100 from side impacts of the electric vehicle 1.
  • the battery case 100 includes a frame 110 defining a through hole TH, a bathtub-shaped tray 120, and a top cover 130 (see FIG. 2) disposed to sandwich these from above and below. ), an undercover 140 (see FIG. 2), and a closing plate 123 disposed on the bottom wall 122a of the tray 120.
  • the through hole TH is an example of a space in the present disclosure.
  • frame 110 is a member that forms the skeleton of battery case 100.
  • the frame 110 has a polygonal frame shape (a rectangular frame shape in this embodiment) when viewed from the vehicle vertical direction by joining a plurality of skeleton members 111 and 112, and defines a through hole TH inside.
  • the inside of the frame 110 refers to the center side of the rectangular frame, and the outside refers to the opposite side.
  • the plurality of skeletal members 111 and 112 include two first skeletal members 111 and two second skeletal members 112.
  • the first frame member 111 is an extruded aluminum material that extends linearly in the longitudinal direction of the vehicle.
  • the first skeleton member 111 has a hollow shape.
  • the inside of the first frame member 111 is partitioned in the vehicle vertical direction by a partition wall 111a.
  • the first frame member 111 is inclined by an angle ⁇ 1 from the vertical direction so that the inclined surface 111d on the inner side in the vehicle width direction narrows the through hole TH upward in the vertical direction of the vehicle. (See inside the broken line circle at the bottom right of Figure 5).
  • angle ⁇ 1 may be greater than or equal to 1 degree and less than or equal to 10 degrees.
  • the first frame member 111 has first engaging portions 111b at both ends in the vehicle longitudinal direction.
  • the first engaging portion 111b has a concave shape.
  • the first engaging portion 111b has a recessed portion 111c that is recessed downward in the vehicle vertical direction.
  • the recess 111c includes a bottom surface 111c1 and two side surfaces 111c2 and 111c3.
  • the bottom surface 111c1 is constituted by a partition wall 111a.
  • One side surface 111c2 is provided perpendicularly to the bottom surface 111c1 (that is, along the vertical direction), and the other side surface 111c3 is provided with an inclination (that is, vertically (see the upper left broken line circle in FIG. 5).
  • the second frame member 112 is an extruded aluminum material that extends linearly in the vehicle width direction.
  • the second skeleton member 112 has a hollow shape.
  • the inside of the second frame member 112 is partitioned in the vehicle vertical direction by a partition wall 112a.
  • the second frame member 112 is inclined by an angle ⁇ 2 from the vertical direction so that the inner inclined surface 111d in the vehicle longitudinal direction narrows the through hole TH upward in the vehicle vertical direction. (See the lower left broken line circle in Figure 5).
  • angle ⁇ 2 may be greater than or equal to 1 degree and less than or equal to 10 degrees.
  • the second skeleton member 112 has second engaging portions 112b at both ends.
  • the second engaging portion 112b has a concave shape.
  • the second engaging portion 112b has a recessed portion 112c that is recessed upward in the vehicle vertical direction.
  • the recessed portion 112c includes a top surface 112c1 and two side surfaces 112c2 and 112c3.
  • the top surface 112c1 of the recess 112c is formed by the partition wall 112a.
  • the two side surfaces 112c2 and 112c3 of the recessed portion 112c are provided perpendicularly to the top surface 112c1 (that is, along the vertical direction) (see inside the broken circle in the upper right corner of FIG. 5).
  • the first engaging portion 111b and the second engaging portion 112b have shapes that engage with each other.
  • engagement refers to a fit that structurally involves positional restraint without requiring a separate joining means such as welding.
  • the first skeletal member 111 and the second skeletal member 112 are directly joined by engaging the recess 111c of the first engaging part 111b and the recess 112c of the second engaging part 112b. .
  • the frame 110 that defines the through hole TH will be described as an example, but the shape of the frame 110 is not limited to the through shape.
  • the frame 110 may have a concave shape instead of a penetrating shape, that is, it may have a bottom wall.
  • first engaging portion 111b and the second engaging portion 112b are recessed in the vertical direction of the vehicle, but the first engaging portion 111b and the second engaging portion 112b are
  • the joint portion 112b is not limited to this shape, and may have any shape that allows the first skeleton member 111 and the second skeleton member 112 to be joined.
  • only one of the first engaging portion 111b and the second engaging portion 112b may have a concave shape.
  • the concave shape is not limited to a shape concave in the vehicle vertical direction, but may be a concave shape in other directions.
  • an engagement structure other than a concave shape may be adopted.
  • three cross members 113 are attached to the frame 110.
  • the three cross members 113 are arranged at equal intervals in parallel with the two second frame members 112 so as to connect the two first frame members 111 within the through hole TH.
  • the three cross members 113 have a function of improving the strength of the battery case 100.
  • the three cross members 113 can improve the strength against side collisions of the electric vehicle 1 (see FIG. 1).
  • the aspect of the cross member 113 is not particularly limited, and the size, shape, arrangement, number, etc. can be set arbitrarily. Further, the cross member 113 is not an essential configuration and may be omitted as necessary.
  • the tray 120 is a bathtub-shaped member that accommodates the battery 30.
  • the tray 120 is made of, for example, an aluminum alloy plate.
  • the tray 120 includes a flange 121 extending in the horizontal direction (XY direction) at the outer edge, and a housing portion 122 continuous with the flange 121 and having a concave shape.
  • the accommodating portion 122 is a portion that accommodates the battery 30 and is partially disposed within the through hole TH of the frame 110.
  • the accommodating portion 122 has a bottom wall 122a that forms a bottom surface, and a peripheral wall 122b that is provided around the bottom wall 122a and defines an opening 122d on the opposite side of the bottom wall 122a. Although details will be described later, the peripheral wall 122b is pressed against the frame 110.
  • three projecting portions 122c having a shape complementary to the three cross members 113 are formed.
  • the three projecting portions 122c are portions of the bottom wall 122a that partially project upward and extend in the vehicle width direction. Grooves 124 through which the cooling liquid flows are formed in the bottom wall 122a in each area separated by the three overhangs 122c. Although details will be described later, the three projecting portions 122c are pressed against the three cross members 113.
  • each groove 124 is formed in a bellows shape when viewed from above.
  • An inlet 124a through which the cooling liquid flows is provided at one end of each groove 124, and an outlet 124b through which the cooling liquid flows out at the other end.
  • the cross-sectional shape of the groove 124 is semicircular (see FIG. 2). Note that the plan view shape and cross-sectional shape of the groove 124 are not particularly limited, and may be any shape.
  • a correspondingly shaped closing plate 123 is disposed and joined from above to each area of the bottom wall 122a divided by the three overhangs 122c.
  • the groove 124 is closed by the closing plate 123, and a coolant flow path 124A through which the coolant flows is defined.
  • a battery 30 (see FIG. 2) is placed on the closing plate 123.
  • the coolant flowing through the coolant flow path 124A cools the battery 30 via the closing plate 123.
  • the closing plate 123 may be an aluminum plate with high thermal conductivity to improve cooling efficiency.
  • a joining method such as adhesive or thermal fusion (for example, laser thermal fusion) may be used.
  • thermal fusion for example, laser thermal fusion
  • FSW Fan Stir Welding
  • the thickness of the closing plate 123 may be set to, for example, 2 mm or less (for example, about 1 mm).
  • the flange 121 of the tray 120 is placed on the upper surface of the frame 110, and the accommodating portion 122 of the tray 120 is inserted into the through hole TH of the frame 110. placed within.
  • the projecting portion 122c is arranged so as to partially cover the cross member 113.
  • FIG. 4 shows a virtual exploded view for explanation, the tray 120 is pressed against the frame 110 and the three cross members 113, so that the tray 120 is assembled as shown in FIG. It is integrated.
  • the battery 30 is placed in the accommodating portion 122 of the tray 120.
  • the battery 30 is stored in the battery case 100 by sealing the housing part 122 with the top cover 130 from above the battery 30.
  • This sealed structure prevents water from entering from the outside of the battery case 100.
  • the tray 120 is formed into a bathtub shape, there is no seam in the tray 120, and high sealing performance that can prevent water from entering from the road surface can be ensured.
  • a safety valve for adjusting the pressure inside the battery case 100 may be provided.
  • the top cover 130 and the tray 120 are fixed to the frame 110 by being screwed together.
  • a floor panel 300 constituting the floor of the vehicle interior R and a floor cross member 400 extending in the vehicle width direction in the vehicle interior R are arranged above the top cover 130.
  • an undercover 140 is arranged below the tray 120. The undercover 140 is screwed to the frame 110 and the cross member 113, and supports the tray 120 from below.
  • a flat member to be molded 120, a first skeleton member 111, and a second skeleton member 112 are prepared.
  • the first skeleton member 111 and the second skeleton member 112 are joined to form a rectangular frame shape when viewed from the vertical direction of the vehicle.
  • a frame 110 is configured that defines a through hole TH inside (see FIG. 4).
  • the member to be molded 120 is placed on the stand 55, overlapping the frame 110.
  • a recess 55a having a shape corresponding to the groove 124 is formed on the upper surface of the table 55 in order to form the groove 124 in the tray 120 as described later.
  • the same reference numeral 120 is used for the molded member and the tray, which means that the state before molding is the molded member and the state after molding is the tray.
  • pressurization of the member to be molded 120 is performed by a pressure molding method (rubber bulge method) using an elastic body.
  • the pressure forming method refers to a method of forming a member using the pressure of gas or liquid.
  • a hydraulic pressure transmitting elastic body 50 that can be elastically deformed using liquid pressure is used.
  • the hydraulic pressure transmitting elastic body 50 may have a structure in which only the lower surface of a metal chamber containing a liquid such as water or oil is closed with an elastic membrane. In such a hydraulic pressure transmitting elastic body 50, the elastic membrane is deformed by adjusting the pressure of the liquid, and molding can be performed without the liquid coming into direct contact with the molded member 120.
  • a frame 110, a member to be molded 120, and a hydraulic pressure transmitting elastic body 50 are stacked on a table 55 in this order, and the hydraulic pressure transmitting elastic body 50 is
  • the molded member 120 is pressurized and pressed against the frame 110.
  • the pressurization of the member to be molded 120 by the rubber bulge method is performed in a state where the member to be molded 120 is heated and softened. In this case, by softening the molded member 120, cracking during molding of the tray 120 can be further suppressed.
  • a recess 55a having a shape corresponding to the groove 124 is formed on the upper surface of the table 55 so that the groove 124 can be formed in the tray 120. Therefore, as pressure is applied by the hydraulic pressure transmitting elastic body 50, a groove 124 (see FIG. 5) is formed in the bottom wall 122a of the tray 120. That is, in this embodiment, the member to be molded 120 is molded into a bathtub-shaped tray 120, and the groove 124 is molded in the bottom wall 122a of the accommodating portion 122 of the tray 120. Although details are not shown, in addition to forming the groove 124, a protrusion for positioning the battery 30 may be formed on the tray 120.
  • the hydraulic pressure transmitting elastic body 50 when the pressurizing force is released after the molded member 120 is transformed into the bathtub-shaped tray 120, the hydraulic pressure transmitting elastic body 50 returns to its natural shape. Therefore, the hydraulic pressure transmitting elastic body 50 can be easily removed from the inside of the tray 120. After removing the hydraulic pressure transmitting elastic body 50, as shown in FIG. 2, the closing plate 123 and the under cover 140 are joined to house the battery 30, and then the top cover 130 is joined to form the battery case 100. Ru.
  • the upper portion 110a of the frame 110 is set thicker than the other portions.
  • the upper portion 110a of the frame 110 is a portion that is easily subjected to force due to the above-described molding, and unintended deformation is prevented by increasing the thickness of this portion.
  • the inside of the upper portion 110a of the frame 110 is provided with an R shape (a shape with rounded corners). This rounded shape facilitates the flow of material into the inside of the member to be molded 120 during the above molding.
  • a small rounded shape may be added to areas other than the inside of the upper part 110a of the frame 110. In the illustration, such a small rounded shape is omitted.
  • the tray 120 when forming the member 120 to be formed into the bathtub-shaped tray 120, negative angle forming is performed.
  • the negative angle is a term often used in the field of molding using molds, and indicates that the clearance angle of the mold in the molded member is less than zero (minus).
  • the tray 120 is pressed against the inclined surfaces 111d and 112d of the frame 110 by pressure from the hydraulic pressure transmitting elastic body 50, and horizontally inward from the bottom wall 122a of the tray 120 upward in the vehicle vertical direction.
  • the tray 120 is provided with a negative corner portion 122e having a negative angle toward the tray 120.
  • a closing plate 123 is placed and bonded to the bottom wall 122a of the tray 120 so as to close the groove 124 formed as described above.
  • the closing plate 123 is arranged from above in the accommodating part 122 of the tray 120, and is joined by, for example, FSW. In this way, the closing plate 123 and the groove 124 define a coolant flow path 124A through which the coolant flows.
  • a recessed portion P having a recessed shape may be provided on the inner surface of the frame 110.
  • negative angle forming is performed by pressing the member to be formed 120 against the recessed portion P of the frame 110.
  • a recessed portion P is provided at the bottom of the frame 110.
  • a recess P is provided in the center of the frame 110.
  • such recesses may also be provided in the three cross members 113. In this manner, by providing the recessed portion P in the frame 110, negative angle forming to form the negative corner portion 122e in the tray 120 can be easily and reliably performed.
  • the closing plate 123 may be provided with an uneven shape.
  • the closing plate 123 has a flat surface, but it has an upwardly convex shape (a downwardly concave shape) in accordance with the shape of the groove 124 so as to expand the flow area of the coolant flow path 124A. ) may be applied to the closing plate 123.
  • the closing plate 123 is given a semicircular shape that is vertically symmetrical to the semicircular shape of the groove 124. In this way, by expanding the flow area of the coolant flow path 124A, the flow rate of the coolant can be increased and the cooling performance can be improved.
  • first skeletal member 111 and the second skeletal member 112 are directly joined by engaging the first engaging portion 111b and the second engaging portion 112b, complicated welding is not required. Therefore, thermal damage to the frame 110 can be suppressed and the frame 110 can be configured simply. Since the first engaging portion 111b and the second engaging portion 112b accurately position the first skeleton member 111 and the second skeleton member 112, dimensional accuracy and joining accuracy can be improved. Further, since the tray 120 is formed in a bathtub shape, there is no seam in the tray 120, and high sealing performance that can prevent water from entering from the road surface can be ensured.
  • the recessed portions 111c and 112c recessed in the vertical direction of the vehicle fit into each other, so that the horizontal direction of the first skeleton member 111 and the second skeleton member 112 is The position is constrained. Further, since the bathtub-shaped tray 120 is arranged from above with respect to the frame 110, the first engaging part 111b and the second engaging part 112b can be covered by the tray 120. Therefore, the position in the vertical direction of the vehicle is also restrained, and disengagement can be suppressed.
  • the frame 110 and the tray 120 are pressed together, the frame 110 and the tray 120 can be easily integrated without welding. At this time, the manufacturing process can be simplified by simultaneously forming the bathtub-shaped tray and press-fitting the tray and frame.
  • the negative corner portion 122e is caught on the frame 110, so that the tray 120 can be prevented from coming off the frame 110. That is, it is possible to prevent the tray 120 and the frame 110 from coming out of pressure.
  • the shape of the frame 110 for performing negative angle forming is not limited to that of the above embodiment.
  • the inclined surface 111d of the first skeleton member 111 may be only in the upper half.
  • the lower half of the first skeleton member 111 may be a vertical surface 111e along the vertical direction.
  • only the upper half of the inclined surface 112d of the second skeleton member 112 may be used.
  • the lower half of the second skeleton member 112 may be a vertical surface 112e along the vertical direction.
  • the second embodiment shown in FIGS. 16 and 17 differs from the first embodiment in the configuration regarding the frame 110 and corner members 114.
  • the configuration other than these is substantially the same as the first embodiment. Therefore, the description of the parts shown in the first embodiment may be omitted.
  • the frame 110 has concave mounting portions 111f and 112f (see FIG. 17) complementary to the corner member 114 at an inner corner portion 110b (see FIG. 16) when viewed from the vehicle vertical direction. Corner members 114 are arranged at the attachment parts 111f and 112f.
  • the corner member 114 has a curved surface 114a that smoothly connects the inner inclined surface 111d of the first skeleton member 111 and the inner inclined surface 112d of the second skeleton member 112.
  • the curved surface 114a may have, for example, an arc shape when viewed from the vehicle vertical direction. Therefore, when viewed from the top and bottom of the vehicle, the inner shape of the assembly including the frame 110 and the corner members 114 is a rounded rectangle. Note that the corner member 114 has approximately the same height as the frame 110 in the vehicle vertical direction.
  • the method for manufacturing the battery case 100 of this embodiment is substantially the same as that of the first embodiment except that the corner member 114 is arranged at the inner corner 110b of the frame 110 (see FIG. 16).
  • the effects of the battery case 100 having the above configuration and its manufacturing method are also substantially the same as those of the first embodiment.
  • the tray 120 and the frame 110 are pressed together, the tray 120 is pressed against the curved surface 114a at the inner corner 110b of the frame 110. If the corner member 114 is not provided, there is a risk that strain will be concentrated on the corner portion 122b1 (see FIG. 4) of the tray 120, causing it to crack.
  • the corner member 114 is arranged, the corner 122b1 of the tray 120 is supported by the corner member 114 during the pressure welding, so that stress concentration on the corner 122b1 of the tray 120 can be suppressed, and the tray 120 cracks can be suppressed.
  • the height of the corner member 114 does not have to be approximately the same as that of the frame 110.
  • the corner member 114 may be arranged in about half of the frame 110 in the vehicle vertical direction, or may be arranged only in about the upper half of the frame 110.
  • the attachment parts 111f and 112f may also be formed only in about the upper half of the frame 110.
  • a plurality of grooves 111g and 112g may be formed in the inner upper half surfaces 111h and 112h of the frame 110. The plurality of grooves 111g and 112g can make the pressure contact between the frame 110 and the tray 120 stronger.
  • the upper half surfaces 111h, 112h and the lower half surfaces 111i, 112i inside the frame 110 are both surfaces along the vertical direction.
  • the upper half surfaces 111h and 112h are located more inside the frame 110 than the lower half surfaces 111i and 112i. Therefore, in this modification, the lower half surfaces 111i and 112i constitute the recessed portion P, and negative angle molding can be performed.
  • the present disclosure may include the following aspects.
  • (Aspect 1) A frame formed by joining a plurality of frame members to form a polygonal frame shape when viewed from the top and bottom of the vehicle, and defining a space inside; a bathtub-shaped tray containing a battery and disposed at least partially within the space of the frame;
  • the plurality of skeletal members include a first skeletal member made of extruded aluminum and having a first engaging portion at an end, and a second skeletal member made of extruded aluminum and having a second engaging portion at an end. including;
  • the first engaging part and the second engaging part have shapes that engage with each other,
  • a battery case for an electric vehicle wherein the first frame member and the second frame member are directly joined by the first engagement portion and the second engagement portion being engaged with each other.
  • Aspect 2 The battery case for an electric vehicle according to aspect 1, wherein at least one of the first engaging portion and the second engaging portion has a concave shape.
  • the first engaging portion has a recessed portion recessed downward in the vehicle vertical direction
  • Aspect 5 The battery case for an electric vehicle according to aspect 4, further comprising a negative corner portion formed with a negative angle that extends at least partially inward in the horizontal direction from the bottom wall of the tray upward in the vehicle vertical direction.
  • a flat member to be formed and a plurality of skeletal members are prepared, and the plurality of skeletal members are a first skeletal member made of extruded aluminum and having a first engaging portion at an end, and a first skeletal member made of extruded aluminum.
  • first skeleton member and the second skeleton member having a second engaging part at an end thereof, the first engaging part and the second engaging part having shapes that engage with each other,
  • first engaging portion and the second engaging portion By engaging the first engaging portion and the second engaging portion, the first skeleton member and the second skeleton member are joined to form a polygonal frame-shaped inner side when viewed from the vertical direction of the vehicle. Construct a frame that defines a space, arranging the member to be formed overlapping the frame; Pressure is applied to the member to be formed from the side opposite to the frame, and the member to be formed is pressed against the frame to bulge within the space, thereby transforming the member to be formed into a bathtub-shaped tray and A method of manufacturing a battery case for an electric vehicle, including press-fitting the battery case to a frame.

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Abstract

電動車両用バッテリーケース１００は、複数の骨格部材が接合されることによって車両上下方向から見て多角形枠状に構成され、内側に空間ＴＨを画定するフレーム１１０と、バッテリー３０を収容し、フレーム１１０の空間ＴＨ内に少なくとも部分的に配置されるバスタブ状のトレイ１２０とを備える。複数の骨格部材１１１，１１２は、アルミ押出材であって端部に第１係合部１１１ｂを有する第１骨格部材１１１と、アルミ押出材であって端部に第２係合部１１２ｂを有する第２骨格部材１１２とを含む。第１係合部１１１ｂおよび第２係合部１１２ｂは、互いに係合する形状を有している。第１係合部１１１ｂおよび第２係合部１１２ｂが係合していることにより、第１骨格部材１１１および第２骨格部材１１２が直接的に接合されている。

Description

電動車両用バッテリーケースおよびその製造方法
　本開示は、電動車両用バッテリーケースおよびその製造方法に関する。
　電気自動車などの電動車両は、十分な航続距離を確保するために大容量のバッテリーを搭載する必要がある一方で広い車室が求められている。これらの要求を両立するため、多くの電気自動車では大容量のバッテリーをバッテリーケースに格納して車両の床下全面に搭載している。従って、電動車両用バッテリーケースには、路面などからの水の浸入を防止して電子部品の不具合を防止するための高いシール性が求められるとともに、内部のバッテリーを保護するために高い衝突強度が求められる。
　例えば、特許文献１には、金属板を冷間プレス成形によりバスタブ状に成形したトレイを用いることでシール性を向上させたバッテリーケースが開示されている。
特開２０１７－２２６３５３号公報
　特許文献１のバッテリーケースでは、バスタブ状のトレイによってシール性を向上させているが、トレイを収容するフレームを構成するために、縦骨とフロントビームとリヤビームとを溶接などの接合手段によって接合する必要がある。特に、接合手段として溶接を利用すると、製造工程が複雑化するだけなく熱損傷が生じるおそれがある。
　本開示は、電動車両用バッテリーケースおよびその製造方法において、バスタブ状のトレイによってシール性を向上させるとともに、トレイを収容するフレームを熱損傷なく簡易に構成することを課題とする。
　本開示の第１の側面は、複数の骨格部材が接合されることによって車両上下方向から見て多角形枠状に構成され、内側に空間を画定するフレームと、バッテリーを収容し、前記フレームの前記空間内に少なくとも部分的に配置されるバスタブ状のトレイとを備え、前記複数の骨格部材は、アルミ押出材であって端部に第１係合部を有する第１骨格部材と、アルミ押出材であって端部に第２係合部を有する第２骨格部材とを含み、前記第１係合部および前記第２係合部は、互いに係合する形状を有し、前記第１係合部および前記第２係合部が係合していることにより、前記第１骨格部材および前記第２骨格部材が直接的に接合されている、電動車両用バッテリーケースを提供する。
　この構成によれば、第１係合部および第２係合部が係合することにより、第１骨格部材および第２骨格部材が直接的に接合されるため、複雑な溶接を要しない。従って、フレームの熱損傷を抑制できるとともにフレームを簡易に構成できる。ここで、上記係合とは、溶接などの別途の接合手段を要することなく、構造的に位置拘束を伴う嵌合をいう。このような構造的に位置拘束を伴う嵌合により、正確な位置決めがなされるため、寸法精度および接合精度を向上できる。また、トレイがバスタブ状に形成されているため、トレイに継ぎ目も存在せず、路面などからの水の浸入を防止可能な高いシール性を確保できる。
　前記第１係合部および前記第２係合部の少なくとも一方は、凹形状を有してもよい。
　この構成によれば、第１係合部および第２係合部の係合構造を具体的に実現できる。これにより、第１係合部および第２係合部の一方の凹形状に他方を嵌め込むようにして係合させることができる。
　前記第１係合部は、前記車両上下方向の下方に凹んだ形状の凹部を有し、前記第２係合部は、前記車両上下方向の上方に凹んだ形状の凹部を有してもよい。
　この構成によれば、第１係合部および第２係合部の係合構造を一層具体的に実現できる。特に、車両上下方向に凹んだ凹部が互いに嵌合することで、第１骨格部材および第２骨格部材の水平方向の位置が拘束される。また、バスタブ状のトレイがフレームに対して上方から配置されるため、第１係合部および第２係合部がトレイによって被覆され得る。従って、車両上下方向の位置も拘束されるとともに係合が解かれることを抑制できる。
　前記トレイは、前記フレームに圧接されていてもよい。
　この構成によれば、溶接を要することなく、フレームとトレイとを簡易に一体化できる。
　前記トレイの底壁から前記車両上下方向の上方に向かって少なくとも部分的に水平方向内側へ向かう負角が形成された負角部が設けられていてもよい。
　この構成によれば、トレイに対して上向きの力が付加された場合でも負角部がフレームに引っ掛かるため、トレイがフレームから外れることを抑制できる。即ち、トレイとフレームとの圧接が解かれることを抑制できる。
　前記車両上下方向から見て、前記フレームの内角部には、湾曲面を有するコーナー部材が配置されていてもよい。
　この構成によれば、上記圧接の際にトレイはフレームの内角部において湾曲面に押し付けられる。仮に、コーナー部材を配置しない場合、トレイの角部にひずみが集中して割れるおそれがある。しかし、上記構成のようにコーナー部材が配置されていると、上記圧接の際にトレイの角部は、コーナー部材によって支持されるため、トレイの角部への応力の集中を抑制でき、トレイの割れを抑制できる。ここで、湾曲形状は、例えば円弧形状であってもよい。
　本開示の第２の側面は、平板状の被成形部材と複数の骨格部材とを準備し、前記複数の骨格部材は、アルミ押出材であって端部に第１係合部を有する第１骨格部材と、アルミ押出材であって端部に第２係合部を有する第２骨格部材とを含み、前記第１係合部および前記第２係合部は、互いに係合する形状を有し、前記第１係合部と前記第２係合部とを係合させることによって前記第１骨格部材と前記第２骨格部材とを接合して車両上下方向から見て多角形枠状であって内側に空間を画定するフレームを構成し、前記被成形部材を前記フレームに重ねて配置し、前記フレームとは反対側から前記被成形部材に圧力を加え、前記フレームに前記被成形部材を押し付けて前記空間内で膨出させ、それによって前記被成形部材をバスタブ状のトレイに変形させるとともに前記フレームに圧接することを含む、電動車両用バッテリーケースの製造方法を提供する。
　この方法によれば、第１係合部および第２係合部が係合することにより、第１骨格部材および第２骨格部材が直接的に接合されるため、複雑な溶接を要しない。従って、フレームの熱損傷を抑制できるとともにフレームを簡易に構成できる。ここで、上記係合とは、溶接などの別途の接合手段を要することなく、構造的に位置拘束を伴う嵌合をいう。このような構造的に位置拘束を伴う嵌合により、正確な位置決めがなされるため、寸法精度および接合精度を向上できる。また、トレイがバスタブ状に形成されているため、トレイに継ぎ目も存在せず、路面などからの水の浸入を防止可能な高いシール性を確保できる。また、圧接によって、溶接を要することなく、フレームとトレイとを簡易に一体化できる。このとき、バスタブ状のトレイの成形と、トレイおよびフレームの圧接とを同時に行うことで、製造工程を簡略化できる。
　本開示によれば、電動車両用バッテリーケースおよびその製造方法において、バスタブ状のトレイによってシール性を向上させるとともに、トレイを収容するフレームを熱損傷なく簡易に構成できる。
本開示の第１実施形態に係る電動車両用バッテリーケースを搭載した電気自動車の側面図。 バッテリーケースの概略断面図。 バッテリーケースの斜視図。 バッテリーケースの分解斜視図。 フレームの分解斜視図。 トレイの平面図。 被成形部材、第１骨格部材、および第２骨格部材の斜視図。 バッテリーケースの製造方法を示す第１断面図。 バッテリーケースの製造方法を示す第２断面図。 バッテリーケースの製造方法を示す第３断面図。 バッテリーケースの製造方法を示す第４断面図。 負角成形の第１変形例を示す断面図。 負角成形の第２変形例を示す断面図。 閉鎖板の変形例を示すバッテリーケースの概略断面図。 変形例におけるフレームの分解斜視図。 第２実施形態に係るバッテリーケースのフレームの斜視図。 フレームの分解斜視図。 変形例におけるフレームの斜視図。 変形例におけるフレームの分解斜視図。
　以下、添付図面を参照して本開示の実施形態を説明する。
（第１実施形態）
　図１を参照して、電動車両１は、バッテリー３０から供給される電力によって不図示のモータを駆動させて走行する車両である。例えば、電動車両１は、電気自動車またはプラグインハイブリッド車等であり得る。車両の種類については、特に限定されず、乗用車、トラック、作業車、またはその他のモビリティ等であり得る。以下では、電動車両１として乗用車タイプの電気自動車の場合を例に挙げて説明する。
　電動車両１は、車体前部１０に不図示のモータや高電圧機器等を搭載している。また、電動車両１は、車体中央部２０の車室Ｒの床下の概ね全面にバッテリー３０を格納した電動車両用バッテリーケース１００（以下、単にバッテリーケース１００ともいう。）を搭載している。なお、図１中、電動車両１の前後方向をＸ方向で示し、上下方向をＺ方向で示している。以降の図でも同表記とし、図２以降で車幅方向をＹ方向で示す。
　図２を参照して、バッテリーケース１００は、車幅方向においてロッカー部材２００の内側に配置されている。ロッカー部材２００は、電動車両１（図１参照）の車幅方向両端下部において車両前後方向に延びている。ロッカー部材２００は、複数枚の金属板が貼り合わされて形成されており、電動車両１の側方からの衝撃に対して車室Ｒおよびバッテリーケース１００を保護する機能を有する。
　図２～４を合わせて参照して、バッテリーケース１００は、貫通孔ＴＨを画定するフレーム１１０と、バスタブ状のトレイ１２０と、これらを上下から挟み込むように配置されるトップカバー１３０（図２参照）およびアンダーカバー１４０（図２参照）と、トレイ１２０の底壁１２２ａに配置される閉鎖板１２３とを備える。ここで、貫通孔ＴＨは、本開示における空間の一例である。
　図５を合わせて参照して、フレーム１１０は、バッテリーケース１００の骨格をなす部材である。フレーム１１０は、複数の骨格部材１１１，１１２が接合されることによって車両上下方向から見て多角形枠状（本実施形態では矩形枠状）に構成され、内側に貫通孔ＴＨを画定している。以降、フレーム１１０の内側とは、矩形枠状の中心側をいい、外側とはその反対側をいう。複数の骨格部材１１１，１１２は、２つの第１骨格部材１１１と、２つの第２骨格部材１１２とを含む。
　第１骨格部材１１１は、車両前後方向に直線状に延びるアルミ押出材である。第１骨格部材１１１は、中空状である。第１骨格部材１１１の内部は、仕切壁１１１ａによって車両上下方向に仕切られている。第１骨格部材１１１は、車両前後方向に垂直な断面において、車幅方向内側の傾斜面１１１ｄが車両上下方向の上方に向かうにつれて貫通孔ＴＨを狭めるように鉛直方向から角度θ１だけ傾斜している（図５の右下破線円内参照）。例えば、角度θ１は、１度以上かつ１０度以下であり得る。
　また、第１骨格部材１１１は、車両前後方向の両端部において第１係合部１１１ｂを有している。第１係合部１１１ｂは、凹形状を有している。詳細には、第１係合部１１１ｂは、車両上下方向の下方に凹んだ形状の凹部１１１ｃを有している。凹部１１１ｃは、底面１１１ｃ１と、２つの側面１１１ｃ２，１１１ｃ３とによって構成されている。底面１１１ｃ１は、仕切壁１１１ａによって構成されている。一方の側面１１１ｃ２は底面１１１ｃ１に対して垂直に（即ち鉛直方向に沿って）設けられ、他方の側面１１１ｃ３は後述する第２骨格部材１１２の傾斜面１１２ｄの傾斜に合わせて傾斜して（即ち鉛直方向から角度θ２傾斜して）設けられている（図５の左上破線円内参照）。
　第２骨格部材１１２は、車幅方向に直線状に延びるアルミ押出材である。第２骨格部材１１２は、中空状である。第２骨格部材１１２の内部は、仕切壁１１２ａによって車両上下方向に仕切られている。第２骨格部材１１２は、車幅方向に垂直な断面において、車両前後方向の内側の傾斜面１１１ｄが車両上下方向の上方に向かうにつれて貫通孔ＴＨを狭めるように鉛直方向から角度θ２だけ傾斜している（図５の左下破線円内参照）。例えば、角度θ２は、１度以上かつ１０度以下であり得る。
　また、第２骨格部材１１２は、両端部において第２係合部１１２ｂを有する。第２係合部１１２ｂは、凹形状を有している。詳細には、第２係合部１１２ｂは、車両上下方向の上方に凹んだ形状の凹部１１２ｃを有している。凹部１１２ｃは、天面１１２ｃ１と、２つの側面１１２ｃ２，１１２ｃ３とによって構成されている。凹部１１２ｃの天面１１２ｃ１は、仕切壁１１２ａによって構成されている。凹部１１２ｃの２つの側面１１２ｃ２，１１２ｃ３は天面１１２ｃ１に対して垂直に（即ち鉛直方向に沿って）設けられている（図５の右上破線円内参照）。
　第１係合部１１１ｂおよび第２係合部１１２ｂは、互いに係合する形状を有している。ここで、係合とは、溶接などの別途の接合手段を要することなく、構造的に位置拘束を伴う嵌合をいう。本実施形態では、第１係合部１１１ｂの凹部１１１ｃおよび第２係合部１１２ｂの凹部１１２ｃが係合することにより、第１骨格部材１１１および第２骨格部材１１２が直接的に接合されている。
　なお、本実施形態では、貫通孔ＴＨを画定するフレーム１１０を例に説明するが、フレーム１１０の形状は貫通形状に限定されない。例えば、フレーム１１０は、貫通形状に代えて凹形状を有してもよく、即ち底壁を有していてもよい。
　また、本実施形態では、第１係合部１１１ｂおよび第２係合部１１２ｂの両方が車両上下方向に凹んだ形状を有する構造を例示しているが、第１係合部１１１ｂおよび第２係合部１１２ｂは当該形状に限定されず、第１骨格部材１１１と第２骨格部材１１２とを接合可能な任意の形状であり得る。例えば、第１係合部１１１ｂおよび第２係合部１１２ｂの一方のみが凹形状を有する構造であってもよい。当該凹形状は、車両上下方向に凹んだ形状に限らず、その他の方向に凹んだ形状であってもよい。また、凹形状以外の係合構造が採用されてもよい。
　再び図４を参照して、フレーム１１０には、３本のクロスメンバー１１３が取り付けられている。３本のクロスメンバー１１３は、貫通孔ＴＨ内において２つの第１骨格部材１１１を接続するように２つの第２骨格部材１１２と平行に等間隔で配置されている。３本のクロスメンバー１１３は、バッテリーケース１００の強度を向上させる機能を有する。特に、３本のクロスメンバー１１３によって、電動車両１（図１参照）の側方からの衝突に対しての強度を向上できる。なお、クロスメンバー１１３の態様は特に限定されず、大きさ、形状、配置、または本数等は任意に設定され得る。また、クロスメンバー１１３は、必須の構成ではなく、必要に応じて省略され得る。
　トレイ１２０は、バッテリー３０を収容するバスタブ状の部材である。トレイ１２０は、例えばアルミニウム合金製の板材からなる。トレイ１２０は、外縁部において水平方向（Ｘ－Ｙ方向）へ延びるフランジ１２１と、フランジ１２１と連続して凹形状を有する収容部１２２とを備える。収容部１２２は、バッテリー３０を収容する部分であり、フレーム１１０の貫通孔ＴＨ内に部分的に配置される。収容部１２２は、底面を構成する底壁１２２ａと、底壁１２２ａの周囲に設けられて底壁１２２ａとは反対側に開口部１２２ｄを画定する周壁１２２ｂとを有する。詳細を後述するが、周壁１２２ｂは、フレーム１１０に対して圧接されている。
　収容部１２２の底壁１２２ａには、３本のクロスメンバー１１３に対して相補的な形状を有する３つの張出部１２２ｃが形成されている。３つの張出部１２２ｃは、底壁１２２ａが部分的に上方へ張り出すとともに車幅方向に延びる部分である。底壁１２２ａには、３つの張出部１２２ｃによって区切られた各領域において冷却液が流れる溝１２４がそれぞれ形成されている。詳細を後述するが、３つの張出部１２２ｃは、３本のクロスメンバー１１３に対して圧接されている。
　図４，６を参照して、個々の溝１２４は、平面視において蛇腹状に形成されている。個々の溝１２４の一端には冷却液が流入する入口１２４ａが設けられ、他端には冷却液が流出する出口１２４ｂが設けられている。また、溝１２４の断面形状は半円状である（図２参照）。
なお、溝１２４の平面視形状や断面形状は、特に限定されず、任意の形状であり得る。
　図２および図４を合わせて参照して、３つの張出部１２２ｃによって区切られた底壁１２２ａの各領域には、対応する形状の閉鎖板１２３がそれぞれ上方から配置および接合されている。閉鎖板１２３によって溝１２４が閉じられ、冷却液が流れる冷却液流路１２４Ａが画定される。
　閉鎖板１２３上には、バッテリー３０（図２参照）が配置される。冷却液流路１２４Ａを流れる冷却液は、閉鎖板１２３を介してバッテリー３０を冷却する。閉鎖板１２３は、冷却効率を向上させるために熱伝導率の高いアルミニウム板などであり得る。
　閉鎖板１２３をトレイ１２０に接合する際には、接着材または熱融着（例えばレーザ熱融着）などの接合方法が使用され得る。好ましくは、ＦＳＷ（Friction Stir Welding）が使用される。ＦＳＷは、固相状態での接合であるため、通常の溶接とは異なり、ブローホールを生じさせることもなく、シール性に優れる。冷却性能を向上させるために、閉鎖板１２３の厚みを例えば２ｍｍ以下（例えば１ｍｍ程度）としてもよい。
　図３を再び参照して、トレイ１２０とフレーム１１０が組み合わされた状態では、トレイ１２０のフランジ１２１がフレーム１１０の上面に載置されるとともに、トレイ１２０の収容部１２２がフレーム１１０の貫通孔ＴＨ内に配置される。このとき、張出部１２２ｃがクロスメンバー１１３を部分的に被覆するように配置される。図４では、説明のために仮想的に分解図を示しているが、トレイ１２０はフレーム１１０および３本のクロスメンバー１１３に対して圧接されることにより、図３のように組み合わされた状態で一体化されている。
　図２を再び参照して、トレイ１２０の収容部１２２にはバッテリー３０が配置される。収容部１２２がバッテリー３０の上方からトップカバー１３０によって密閉されることで、バッテリー３０がバッテリーケース１００に格納される。当該密閉構造によって、バッテリーケース１００の外部からの水の浸入が防止される。特に、トレイ１２０がバスタブ状に形成されているため、トレイ１２０に継ぎ目も存在せず、路面などからの水の浸入を防止可能な高いシール性を確保できる。また、バッテリーケース１００の内部の圧力調整用の安全弁が設けられてもよい。
　図２の例では、トップカバー１３０およびトレイ１２０は、フレーム１１０に対してねじで共締めされて固定されている。トップカバー１３０の上方には、車室Ｒの床面を構成するフロアパネル３００と、車室Ｒにおいて車幅方向に延びるフロアクロスメンバー４００とが配置されている。また、トレイ１２０の下方には、アンダーカバー１４０が配置されている。アンダーカバー１４０は、フレーム１１０およびクロスメンバー１１３それぞれにねじ止めされ、トレイ１２０を下方から支持している。
　図７～１１を参照して、上記構成を有するバッテリーケース１００の製造方法を説明する。
　図７を参照して、平板状の被成形部材１２０と、第１骨格部材１１１と、第２骨格部材１１２とを準備する。そして、第１係合部１１１ｂと第２係合部１１２ｂとを係合させることによって第１骨格部材１１１と第２骨格部材１１２とを接合して車両上下方向から見て矩形枠状であって内側に貫通孔ＴＨを画定するフレーム１１０を構成する（図４参照）。
　図８を参照して、被成形部材１２０をフレーム１１０に重ねて台５５上に配置する。台５５の上面には、後述するようにトレイ１２０に溝１２４を成形するために溝１２４と対応した形状の凹部５５ａが形成されている。なお、被成形部材とトレイに対して同じ参照符号１２０を使用するが、これは、成形前の状態が被成形部材であり、成形後の状態がトレイであることを意味する。
　次いで、図９，１０を参照して、フレーム１１０とは反対側（即ち上方側）から被成形部材１２０に圧力を加え、フレーム１１０に被成形部材１２０を押し付けて貫通孔ＴＨ内で膨出させ、それによって被成形部材１２０をバスタブ状のトレイ１２０に変形させるとともにフレーム１１０に圧接する。このとき、被成形部材１２０は、３本のクロスメンバー１１３にも圧接される。その結果、トレイ１２０、フレーム１１０、および３本のクロスメンバー１１３が一体化される。
　本実施形態では、被成形部材１２０に対する加圧は、弾性体を利用した圧力成形法（ゴムバルジ法）によって行われる。圧力成形法は、気体または液体の圧力によって部材を成形する方法のことをいう。本実施形態では、ゴムバルジ法において、液体の圧力を利用して弾性変形可能な液圧伝達弾性体５０を使用する。液圧伝達弾性体５０は、例えば水または油などの液体が入った金属製のチャンバーの下面のみが弾性膜で塞がれている構造を有するものであり得る。そのような液圧伝達弾性体５０は、液体の圧力を調整することにより、弾性膜が変形し、液体が被成形部材１２０と直接接触することなく成形を行うことができる。
　図８，９を参照して、本実施形態では、フレーム１１０、被成形部材１２０、および液圧伝達弾性体５０を台５５上にこの順で重ねて配置し、液圧伝達弾性体５０を介して被成形部材１２０を加圧してフレーム１１０に押し付ける。好ましくは、ゴムバルジ法による被成形部材１２０の加圧は、被成形部材１２０を加熱して軟化させた状態で行われる。この場合、被成形部材１２０の軟化により、トレイ１２０の成形時の割れを一層抑制できる。
　また、台５５の上面には、トレイ１２０に溝１２４を成形できるように溝１２４と対応した形状の凹部５５ａが形成されている。そのため、液圧伝達弾性体５０による加圧に伴って、トレイ１２０の底壁１２２ａには溝１２４(図５参照）が成形される。即ち、本実施形態では、被成形部材１２０をバスタブ状のトレイ１２０に成形するとともにトレイ１２０の収容部１２２の底壁１２２ａに溝１２４を成形する。詳細を図示しないが、溝１２４の成形に加えて、バッテリー３０を位置決めするための突起をトレイ１２０に成形してもよい。
　図１０を参照して、被成形部材１２０がバスタブ状のトレイ１２０に変形した後に加圧力を解放すると、液圧伝達弾性体５０が自然状態の形状に復元する。従って、トレイ１２０の内部から液圧伝達弾性体５０を容易に取り除くことができる。液圧伝達弾性体５０を取り除いた後、図２に示すように閉鎖板１２３やアンダーカバー１４０を接合して、バッテリー３０を収納した後、トップカバー１３０を接合することでバッテリーケース１００が構成される。
　本実施形態では、フレーム１１０は、上部１１０ａの肉厚が他の部分よりも厚く設定されている。フレーム１１０の上部１１０ａは、上記成形によって力を受けやすい部分であり、当該部分の肉厚を厚くすることで意図しない変形を防止している。また、フレーム１１０の上部１１０ａの内側には、Ｒ形状（角の丸い形状）が付与されている。このＲ形状によって上記成形において被成形部材１２０の内側への材料流入を促すようにしている。ただし、押出材などの設計上、フレーム１１０の上部１１０ａの内側以外にも小さなＲ形状が付けられることがある。図示においては、そのような小さなＲ形状は省略するものとする。
　本実施形態では、被成形部材１２０をバスタブ状のトレイ１２０に成形する際、負角成形が行われる。ここで、負角とは、金型を用いた成形分野においてよく使用される用語であり、成形部材における金型の抜き角がゼロ未満（マイナス）であることを示す。本実施形態では、液圧伝達弾性体５０からの加圧によってトレイ１２０がフレーム１１０の傾斜面１１１ｄ，１１２ｄに押し付けられ、トレイ１２０の底壁１２２ａから車両上下方向の上方に向かって水平方向内側へ向かう負角が形成された負角部１２２ｅがトレイ１２０に設けられる。
　次に、図１１を参照して、上記のように成形された溝１２４を閉じるようにトレイ１２０の底壁１２２ａに閉鎖板１２３を配置および接合する。閉鎖板１２３は、トレイ１２０の収容部１２２に上方から配置され、例えばＦＳＷによって接合される。このようにして、閉鎖板１２３と溝１２４によって、冷却液が流れる冷却液流路１２４Ａが画定される。
　また、負角成形の変形例として図１２，１３に示すように、フレーム１１０の内側の面に窪んだ形状を有する窪み部Ｐを設けてもよい。この場合、負角成形は、被成形部材１２０をフレーム１１０の窪み部Ｐに押し付けることにより行われる。図１２の例ではフレーム１１０の最下部に窪み部Ｐが設けられている。図１３の例では、フレーム１１０の中央部に窪み部Ｐが設けられている。また、このような窪み部は３本のクロスメンバー１１３にも設けられてもよい。このように、フレーム１１０に窪み部Ｐを設けることによって、トレイ１２０に負角部１２２ｅを形成する負角成形を容易かつ確実に実行できる。
　また、閉鎖板１２３の変形例として図１４に示すように閉鎖板１２３に凹凸形状を付与してもよい。前述の構成では、平坦な表面を有する閉鎖板１２３を例示しているが、冷却液流路１２４Ａの流路面積を拡大するように溝１２４の形状に合わせて上向きの凸形状（下向きの凹形状）を閉鎖板１２３に付与してもよい。図１４の例では、溝１２４の半円形状と上下対称な半円形状を閉鎖板１２３に付与している。このようにして、冷却液流路１２４Ａの流路面積を拡大することで、冷却液の流量を増加でき、冷却性能を向上できる。
　以上のようなバッテリーケース１００およびその製造方法によれば、以下の作用効果を奏する。
　第１係合部１１１ｂおよび第２係合部１１２ｂが係合することにより、第１骨格部材１１１および第２骨格部材１１２が直接的に接合されるため、複雑な溶接を要しない。従って、フレーム１１０の熱損傷を抑制できるとともにフレーム１１０を簡易に構成できる。第１係合部１１１ｂおよび第２係合部１１２ｂにより、第１骨格部材１１１および第２骨格部材１１２の正確な位置決めがなされるため、寸法精度および接合精度を向上できる。また、トレイ１２０がバスタブ状に形成されているため、トレイ１２０に継ぎ目も存在せず、路面などからの水の浸入を防止可能な高いシール性を確保できる。
　また、第１係合部１１１ｂおよび第２係合部１１２ｂにおいて、車両上下方向に凹んだ凹部１１１ｃ，１１２ｃが互いに嵌合することで、第１骨格部材１１１および第２骨格部材１１２の水平方向の位置が拘束される。また、バスタブ状のトレイ１２０がフレーム１１０に対して上方から配置されるため、第１係合部１１１ｂおよび第２係合部１１２ｂがトレイ１２０によって被覆され得る。従って、車両上下方向の位置も拘束されるとともに係合が解かれることを抑制できる。
　また、フレーム１１０とトレイ１２０とを圧接しているため、溶接を要することなく、フレーム１１０とトレイ１２０とを簡易に一体化できる。このとき、バスタブ状のトレイの成形と、トレイおよびフレームの圧接とを同時に行うことで、製造工程を簡略化できる。
　また、トレイ１２０に対して上向きの力が付加された場合でも負角部１２２ｅがフレーム１１０に引っ掛かるため、トレイ１２０がフレーム１１０から外れることを抑制できる。即ち、トレイ１２０とフレーム１１０との圧接が解かれることを抑制できる。
　なお、負角成形を行うためのフレーム１１０の形状は、上記実施形態のものに限定されない。例えば、図１５に示すように、第１骨格部材１１１の傾斜面１１１ｄは、上半分のみであってもよい。このとき、第１骨格部材１１１の下半分は鉛直方向に沿った鉛直面１１１ｅであってもよい。同様に、第２骨格部材１１２の傾斜面１１２ｄも上半分のみであってもよい。このとき、第２骨格部材１１２の下半分は鉛直方向に沿った鉛直面１１２ｅであってもよい。
（第２実施形態）
　図１６，１７に示す第２実施形態は、フレーム１１０およびコーナー部材１１４に関する構成が第１実施形態とは異なる。これらに関する構成以外は、第１実施形態と実質的に同じである。従って、第１実施形態にて示した部分については説明を省略する場合がある。
　本実施形態では、フレーム１１０は、車両上下方向から見て内角部１１０ｂ（図１６参照）においてコーナー部材１１４と相補的な凹形状の取付部１１１ｆ，１１２ｆ（図１７参照）を有している。取付部１１１ｆ，１１２ｆには、コーナー部材１１４が配置されている。
　コーナー部材１１４は、第１骨格部材１１１の内側の傾斜面１１１ｄと、第２骨格部材１１２の内側の傾斜面１１２ｄとを滑らかに繋ぐ湾曲面１１４ａを有している。湾曲面１１４ａは、車両上下方向から見て例えば円弧形状であり得る。従って、車両上下方向から見ると、フレーム１１０とコーナー部材１１４と合わせた組立体の内形は、角丸四角形となっている。なお、コーナー部材１１４は、車両上下方向においてフレーム１１０と同程度の高さを有する。
　本実施形態のバッテリーケース１００の製造方法は、コーナー部材１１４をフレーム１１０の内角部１１０ｂ（図１６参照）に配置する以外、第１実施形態と実質的に同じである。
　以上のような構成を有するバッテリーケース１００およびその製造方法による作用効果についても第１実施形態と実質的に同一である。ただし、本実施形態では、トレイ１２０とフレーム１１０との圧接の際にトレイ１２０がフレーム１１０の内角部１１０ｂにおいて湾曲面１１４ａに押し付けられる。仮に、コーナー部材１１４を配置しない場合、トレイ１２０の角部１２２ｂ１（図４参照）にひずみが集中して割れるおそれがある。しかし、コーナー部材１１４が配置されていると、上記圧接の際にトレイ１２０の角部１２２ｂ１は、コーナー部材１１４によって支持されるため、トレイ１２０の角部１２２ｂ１への応力の集中を抑制でき、トレイ１２０の割れを抑制できる。
　また、図１８，１９を参照して、コーナー部材１１４の高さは、フレーム１１０と同程度でなくてもよい。例えば、コーナー部材１１４は、車両上下方向においてフレーム１１０の半分程度であってもよく、フレーム１１０の上半分程度のみに配置されてもよい。これに伴い、取付部１１１ｆ，１１２ｆもフレーム１１０の上半分程度のみに形成されてもよい。また、フレーム１１０の内側の上半面１１１ｈ，１１２ｈには、複数の溝１１１ｇ，１１２ｇが形成されてもよい。複数の溝１１１ｇ，１１２ｇにより、フレーム１１０とトレイ１２０との圧接がより強固になり得る。また、図１８，１９の例では、フレーム１１０の内側の上半面１１１ｈ，１１２ｈおよび下半面１１１ｉ，１１２ｉはともに鉛直方向に沿った面である。上半面１１１ｈ，１１２ｈは、下半面１１１ｉ，１１２ｉよりもフレーム１１０の内側に位置している。従って、本変形例では、下半面１１１ｉ，１１２ｉが窪み部Ｐを構成し、負角成形を行うことができる。
　以上より、本開示の具体的な実施形態およびその変形例について説明したが、本開示は上記形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。例えば、個々の実施形態や変形例の内容を適宜組み合わせたものを、この発明の一実施形態としてもよい。
　本開示は、以下の態様を含み得る。
（態様１）
　複数の骨格部材が接合されることによって車両上下方向から見て多角形枠状に構成され、内側に空間を画定するフレームと、
　バッテリーを収容し、前記フレームの前記空間内に少なくとも部分的に配置されるバスタブ状のトレイと
　を備え、
　前記複数の骨格部材は、アルミ押出材であって端部に第１係合部を有する第１骨格部材と、アルミ押出材であって端部に第２係合部を有する第２骨格部材とを含み、
　前記第１係合部および前記第２係合部は、互いに係合する形状を有し、
　前記第１係合部および前記第２係合部が係合していることにより、前記第１骨格部材および前記第２骨格部材が直接的に接合されている、電動車両用バッテリーケース。
（態様２）
　前記第１係合部および前記第２係合部の少なくとも一方は、凹形状を有する、態様１に記載の電動車両用バッテリーケース。
（態様３）
　前記第１係合部は、前記車両上下方向の下方に凹んだ形状の凹部を有し、
　前記第２係合部は、前記車両上下方向の上方に凹んだ形状の凹部を有する、態様１または態様２に記載の電動車両用バッテリーケース。
（態様４）
　前記トレイは、前記フレームに圧接されている、態様１から態様３のいずれかに記載の電動車両用バッテリーケース。
（態様５）
　前記トレイの底壁から前記車両上下方向の上方に向かって少なくとも部分的に水平方向内側へ向かう負角が形成された負角部が設けられている、態様４に記載の電動車両用バッテリーケース。
（態様６）
　前記車両上下方向から見て、前記フレームの内角部には、湾曲面を有するコーナー部材が配置されている、態様４または態様５に記載の電動車両用バッテリーケース。
（態様７）
　平板状の被成形部材と複数の骨格部材とを準備し、前記複数の骨格部材は、アルミ押出材であって端部に第１係合部を有する第１骨格部材と、アルミ押出材であって端部に第２係合部を有する第２骨格部材とを含み、前記第１係合部および前記第２係合部は、互いに係合する形状を有し、
　前記第１係合部と前記第２係合部とを係合させることによって前記第１骨格部材と前記第２骨格部材とを接合して車両上下方向から見て多角形枠状であって内側に空間を画定するフレームを構成し、
　前記被成形部材を前記フレームに重ねて配置し、
　前記フレームとは反対側から前記被成形部材に圧力を加え、前記フレームに前記被成形部材を押し付けて前記空間内で膨出させ、それによって前記被成形部材をバスタブ状のトレイに変形させるとともに前記フレームに圧接する
　ことを含む、電動車両用バッテリーケースの製造方法。
　本出願は、出願日が２０２２年３月９日である日本国特許出願、特願第２０２２－０３６０４４号を基礎出願とする優先権主張を伴う。特願第２０２２－０３６０４４号は参照することにより本明細書に取り込まれる。
１　電動車両
１０　車体前部
２０　車体中央部
３０　バッテリー
５０　液圧伝達弾性体
５５　台
５５ａ　凹部
１００　電動車両用バッテリーケース（バッテリーケース）
１１０　フレーム
１１０ａ　上部
１１０ｂ　内角部
１１１　第１骨格部材（骨格部材）
１１１ａ　仕切壁
１１１ｂ　第１係合部
１１１ｃ　凹部
１１１ｃ１　底面
１１１ｃ２，１１１ｃ３　側面
１１１ｄ　傾斜面
１１１ｅ　鉛直面
１１１ｆ　取付部
１１１ｇ　溝
１１１ｈ　上半面
１１１ｉ　下半面
１１２　第２骨格部材（骨格部材）
１１２ａ　仕切壁
１１２ｂ　第２係合部
１１２ｃ　凹部
１１２ｃ１　天面
１１２ｃ２，１１２ｃ３　側面
１１２ｄ　傾斜面
１１２ｅ　鉛直面
１１２ｆ　取付部
１１２ｇ　溝
１１２ｈ　上半面
１１２ｉ　下半面
１１３　クロスメンバー
１１４　コーナー部材
１１４ａ　湾曲面
１２０　トレイ（被成形部材）
１２１　フランジ
１２２　収容部
１２２ａ　底壁
１２２ｂ　周壁
１２２ｂ１　角部
１２２ｃ　張出部
１２２ｄ　開口部
１２２ｅ　負角部
１２３　閉鎖板
１２４　溝
１２４ａ　入口
１２４Ａ　冷却液流路
１２４ｂ　出口
１３０　トップカバー
１４０　アンダーカバー
２００　ロッカー部材
３００　フロアパネル
４００　フロアクロスメンバー
Ｐ　窪み部

Claims (9)

  1. 　複数の骨格部材が接合されることによって車両上下方向から見て多角形枠状に構成され、内側に空間を画定するフレームと、
    　バッテリーを収容し、前記フレームの前記空間内に少なくとも部分的に配置されるバスタブ状のトレイと
    　を備え、
    　前記複数の骨格部材は、アルミ押出材であって端部に第１係合部を有する第１骨格部材と、アルミ押出材であって端部に第２係合部を有する第２骨格部材とを含み、
    　前記第１係合部および前記第２係合部は、互いに係合する形状を有し、
    　前記第１係合部および前記第２係合部が係合していることにより、前記第１骨格部材および前記第２骨格部材が直接的に接合されている、電動車両用バッテリーケース。
  2. 　前記第１係合部および前記第２係合部の少なくとも一方は、凹形状を有する、請求項１に記載の電動車両用バッテリーケース。
  3. 　前記第１係合部は、前記車両上下方向の下方に凹んだ形状の凹部を有し、
    　前記第２係合部は、前記車両上下方向の上方に凹んだ形状の凹部を有する、請求項１に記載の電動車両用バッテリーケース。
  4. 　前記第１係合部は、前記車両上下方向の下方に凹んだ形状の凹部を有し、
    　前記第２係合部は、前記車両上下方向の上方に凹んだ形状の凹部を有する、請求項２に記載の電動車両用バッテリーケース。
  5. 　前記トレイは、前記フレームに圧接されている、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電動車両用バッテリーケース。
  6. 　前記トレイの底壁から前記車両上下方向の上方に向かって少なくとも部分的に水平方向内側へ向かう負角が形成された負角部が設けられている、請求項５に記載の電動車両用バッテリーケース。
  7. 　前記車両上下方向から見て、前記フレームの内角部には、湾曲面を有するコーナー部材が配置されている、請求項５に記載の電動車両用バッテリーケース。
  8. 　前記車両上下方向から見て、前記フレームの内角部には、湾曲面を有するコーナー部材が配置されている、請求項６に記載の電動車両用バッテリーケース。
  9. 　平板状の被成形部材と複数の骨格部材とを準備し、前記複数の骨格部材は、アルミ押出材であって端部に第１係合部を有する第１骨格部材と、アルミ押出材であって端部に第２係合部を有する第２骨格部材とを含み、前記第１係合部および前記第２係合部は、互いに係合する形状を有し、
    　前記第１係合部と前記第２係合部とを係合させることによって前記第１骨格部材と前記第２骨格部材とを接合して車両上下方向から見て多角形枠状であって内側に空間を画定するフレームを構成し、
    　前記被成形部材を前記フレームに重ねて配置し、
    　前記フレームとは反対側から前記被成形部材に圧力を加え、前記フレームに前記被成形部材を押し付けて前記空間内で膨出させ、それによって前記被成形部材をバスタブ状のトレイに変形させるとともに前記フレームに圧接する
    　ことを含む、電動車両用バッテリーケースの製造方法。
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