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WO2014109243A1 - バッテリーケース - Google Patents

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WO2014109243A1
WO2014109243A1 PCT/JP2013/084863 JP2013084863W WO2014109243A1 WO 2014109243 A1 WO2014109243 A1 WO 2014109243A1 JP 2013084863 W JP2013084863 W JP 2013084863W WO 2014109243 A1 WO2014109243 A1 WO 2014109243A1
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battery case
foam material
case
lower case
closed space
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Ceased
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PCT/JP2013/084863
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French (fr)
Inventor
竜蔵 西村
伸一郎 中根
康加 瀬戸
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Futaba Industrial Co Ltd
Original Assignee
Futaba Industrial Co Ltd
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/50—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells
    • B60L50/60—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by batteries or fuel cells using power supplied by batteries
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    • 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
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    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • 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
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • 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
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery case.
  • the battery case described above has a problem that the weight tends to increase due to the reinforcement structure against an external impact. In one aspect of the present invention, it is desirable to reduce the weight of the battery case.
  • a battery case according to an aspect of the present invention is provided along a first casing member, a second casing member for forming a closed space together with the first casing member, and an inner wall surface of the closed space.
  • a foam material, and a reinforcing material provided to sandwich the foam material between the inner wall surface in the closed space. According to such a structure, since the reinforcing material can be simplified by using the foam material, the weight can be reduced.
  • the reinforcing material may be formed by hot stamping.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG. It is a figure which shows an example of the mounting position of the battery case in a motor vehicle. It is a fragmentary sectional view of the battery case of a prior art example.
  • 5A is a diagram showing a numerical example of the width of the reinforcing material
  • FIG. 5B is a diagram showing a numerical example of the battery mounting space
  • FIG. 5C is a diagram showing a numerical example of the total plastic moment
  • FIG. 5D is a diagram showing a numerical example of the mass It is. It is a graph which shows the relationship between a displacement amount and a load. It is sectional drawing of the battery case of a modification.
  • FIG. 1 is a perspective view of the battery case 1 of the embodiment
  • FIG. 2 is a sectional view taken along the line II-II in FIG.
  • the battery case 1 is disposed under the floor of a vehicle 9 such as an electric vehicle (EV) or a plug-in hybrid vehicle (PHV).
  • the battery case 1 includes a lower case 2, an upper case 3, a reinforcing material 4, and a resin foam material 5.
  • Each of the lower case 2 and the upper case 3 is a member obtained by processing a metal material (270 material having a plate thickness of 0.7 mm in this example), the center is recessed, and the bottom surface of the recessed portion is substantially rectangular. It is formed in a container shape.
  • the lower case 2 and the upper case 3 are arranged so that the recessed sides face each other, thereby forming a substantially rectangular parallelepiped housing space (closed space) for housing and sealing the battery.
  • the lower case 2 has a deeper shape than the upper case 3, and the upper case 3 functions as a lid of the lower case 2.
  • 270 which is a numerical value of 270 material represents the tensile strength (lower limit) of material. The same applies to 590 materials described later.
  • a flange 21 is formed on the outer edge of the lower case 2.
  • a flange 31 is formed on the outer edge of the upper case 3.
  • the shapes of the flanges 21 and 31 correspond to each other, and the lower case 2 and the upper case 3 are assembled in a state where the flanges 21 and 31 overlap each other.
  • a sealing material 6 is provided between the flanges 21 and 31. Further, the flanges 21 and 31 function as a vehicle attachment portion for attaching the battery case 1 to the automobile.
  • the reinforcing material 4 is formed by subjecting a metal material (in this example, an iron plate having a thickness of 2.0 mm) to hot stamping.
  • Hot stamping is a processing method in which press forming performed using a steel plate and heat treatment (quenching / tempering) are combined. According to the hot stamping process, the steel sheet is once heated and rapidly cooled at the same time as forming using a mold that is formed into a desired shape, so that the formed steel sheet can be quenched to increase strength.
  • the reinforcing material 4 is formed in a rectangular annular shape (frame shape) along the inner surface of the lower case 2.
  • the reinforcing member 4 includes a first plate portion 41, a second plate portion 42, a third plate portion 43, and a fourth plate portion 44.
  • the first plate portion 41 is welded to the bottom surface of the lower case 2.
  • the second plate portion 42 is opposed to the inner surface of the lower case 2 with a certain distance D1 (for example, 30 mm).
  • the third plate portion 43 is opposed to the bottom surface of the lower case 2 with a certain distance D2.
  • the fourth plate portion 44 is welded to the inner side surface of the lower case 2.
  • the resin foam material 5 is a high-rigidity foam filler that can be obtained by filling a closed space with a hard foam, and is filled in a space formed between the lower case 2 and the reinforcing material 4. That is, the resin foam material 5 is formed in a rectangular ring shape (frame shape) along the inner wall surface (bottom surface and inner surface) of the lower case 2.
  • the battery case 1 includes a lower case 2, an upper case 3 for forming a closed space together with the lower case 2, a resin foam material 5 provided along an inner wall surface of the closed space (an inner wall surface of the lower case 2), a closed space And a reinforcing member 4 provided so as to sandwich the resin foam material 5 between the inner wall surface of the lower case 2.
  • the reinforcing material 4 can be simplified by the reinforcing structure using the resin foam material 5, the number of parts can be reduced and the parts can be reduced in size. Can be achieved.
  • a battery case 8 shown in FIG. 4 includes an upper case 81 and a lower case 82 made of the same material (270 material having a thickness of 0.7 mm) as in the above embodiment, and a material having a higher strength (plate thickness 2.0 mm).
  • the reinforcing members 83, 84, 85, 86 are provided outside the accommodation space formed by the upper case 81 and the lower case 82, and are sealed with a plurality of sealing materials 87 (provided at four locations in this example). ing.
  • a plurality of sealing materials 87 provided at four locations in this example.
  • the number of parts is reduced and the number of seal points is reduced (for example, one location).
  • Can Further, by examining the filling shape of the resin foam, the shape retaining force of the cross-sectional shape is improved, and accordingly, the load sharing capability of each component is also improved. As a result, the size and weight can be reduced, and the waterproof performance can be improved.
  • the conventional structure shown in FIG. 4 requires a width D3 of the reinforcing material of 40 mm.
  • the width D1 of the reinforcing material can be suppressed to 30 mm (FIG. 5A).
  • the W dimension that can be used for battery mounting is 740 mm, In the structure of this embodiment shown in FIG. 2, it can be 760 mm (FIG. 5B). That is, in the structure of this embodiment, the storage space of the battery case can be made larger than the conventional structure.
  • the resin foam material 5 is filled between the lower case 2 and the reinforcing material 4, and the filling amount is suppressed to 40% by examining the filling shape.
  • the cross-sectional strength can be improved by nearly 50% (FIG. 6).
  • the total plastic moment at this time was confirmed, it was 3.8 [kN ⁇ m] in the unfilled state, but improved by 145% compared to the case without resin filling (the state in which the resin foam material 5 is not filled). Is 5.5 [kN ⁇ m], and it is considered that a strength almost equal to that of the conventional shape can be obtained (FIG. 5C).
  • the lower case 2 corresponds to an example of a first casing member
  • the upper case 3 corresponds to an example of a second casing member
  • the resin foam material 5 corresponds to an example of a foam material.
  • the resin foam material 5 is exemplified as the foam material, but other foam materials may be used.
  • the shape and number of the foam material are not particularly limited. That is, the foam material is a space that can be filled with the foam material (in the closed space formed by the first casing member and the second casing member, the inner wall surface of the closed space and the reinforcing material It may be provided so as to fill the entire space).
  • “filling the entire fillingable space” is not limited to the strict meaning that no gap is formed, and the shape of the fillingable space and the shape of the foam material correspond to each other and can be filled. It means a state (for example, the state shown in FIG.
  • the foam material may be provided so as to fill only a part of the space that can be filled (in other words, a space in which no foam material is present is formed). A plurality of them may be provided.
  • a plurality of (three in this example) resin foam materials 7 having a circular cross section (in this example, a columnar shape) are accommodated.
  • shape of the foam material various shapes such as a triangular cross section, a rectangular cross section, and a trapezoidal cross section can be employed.
  • the configuration including the reinforcing material 4 formed by hot stamping is exemplified, but the present invention is not limited to this.
  • the configuration may be such that there are no parts formed by hot stamping, and conversely, the casing member may also be configured using parts formed by hot stamping.
  • the present invention is also applicable to uses other than battery cases.

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Abstract

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。

Description

バッテリーケース 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 (2)

  1. 　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。
  2. 　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。
PCT/JP2013/084863 2013-01-11 2013-12-26 バッテリーケース Ceased WO2014109243A1 (ja)

Priority Applications (5)

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