特許 6798983 バッテリー、自動車及び製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6798983

(24)【登録日】2020年11月24日

(45)【発行日】2020年12月9日

(54)【発明の名称】バッテリー、自動車及び製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 2/10 20060101AFI20201130BHJP

   H01M 10/613 20140101ALI20201130BHJP

   H01M 10/6556 20140101ALI20201130BHJP

   H01M 10/625 20140101ALI20201130BHJP

   H01M 10/6561 20140101ALI20201130BHJP

   H01M 10/6567 20140101ALI20201130BHJP

   B60K 6/28 20071001ALI20201130BHJP

   B60W 20/00 20160101ALI20201130BHJP

【ＦＩ】

   H01M2/10 S

   H01M10/613

   H01M2/10 V

   H01M10/6556

   H01M10/625

   H01M10/6561

   H01M10/6567

   B60K6/28ZHV

   B60W20/00

【請求項の数】13

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2017-516749(P2017-516749)

(86)(22)【出願日】2015年9月22日

(65)【公表番号】特表2017-531290(P2017-531290A)

(43)【公表日】2017年10月19日

(86)【国際出願番号】EP2015071631

(87)【国際公開番号】WO2016046146

(87)【国際公開日】20160331

【審査請求日】2018年8月16日

(31)【優先権主張番号】102014114021.4

(32)【優先日】2014年9月26日

(33)【優先権主張国】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】515239892

【氏名又は名称】オブリスト テクノロジーズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100102819

【弁理士】

【氏名又は名称】島田 哲郎

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100112357

【弁理士】

【氏名又は名称】廣瀬 繁樹

(74)【代理人】

【識別番号】100130133

【弁理士】

【氏名又は名称】曽根 太樹

(72)【発明者】

【氏名】フランク オブリスト

(72)【発明者】

【氏名】マルティン グラーツ

(72)【発明者】

【氏名】ヨアヒム ゲオルク ロート

(72)【発明者】

【氏名】ペーター ギーゼ

【審査官】 結城 佐織

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０２４２４２３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１４−１１６３１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１１９１５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２０００２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−２７５１１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１３／１２０７７０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１２−１９９１４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２３８３９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／０８６９９１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１４／０８６９８９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１４／１２０６８８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００１−３５４０３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１４５６４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１６６５７０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ２／１０

Ｂ６０Ｋ ６／２８

Ｂ６０Ｗ ２０／００

Ｈ０１Ｍ １０／６１３

Ｈ０１Ｍ １０／６２５

Ｈ０１Ｍ １０／６５５６

Ｈ０１Ｍ １０／６５６１

Ｈ０１Ｍ １０／６５６７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも１つのバッテリーハウジングと、少なくとも１つの冷却エレメントと、円筒セルとして形成されたバッテリーセルからなる少なくとも１つのセルブロックと、を備えたバッテリーであって、前記冷却エレメント及び前記セルブロックが前記バッテリーハウジングの内部に配置されており、
前記バッテリーハウジングは、
管状本体と、少なくとも２つの終端キャップと、を備え、前記終端キャップは本体内に挿入され且つそれぞれ１つの閉鎖プレートを具備し、前記閉鎖プレートは前記本体の長手方向で内側にずれて配置され且つ前記本体のハウジング壁を支持しており、前記終端キャップはそれぞれ前記本体と流体密に溶接されており、前記バッテリーハウジングのすべての接合箇所が別個の結合要素なしに形成されており、
前記冷却エレメントは前記セルブロックと前記バッテリーハウジングとの間に配置されており、前記冷却エレメントと前記バッテリーハウジングとの間に圧力バッグが設けられていて、前記圧力バッグは、硬化したプラスチックを有し、且つ、前記バッテリーハウジングが前記圧力バッグを越えて内側に向けられた緊定力を前記冷却エレメント及び前記セルブロックに及ぼすように、前記バッテリーハウジングを少なくとも部分的に外方に膨らませる、バッテリー。

【請求項2】

前記本体及び前記終端キャップは、それぞれ同一の材料特性を有する材料からなることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリー。

【請求項3】

最高で４つの連続した流体密の溶接シームを特徴とする、請求項１又は２に記載のバッテリー。

【請求項4】

前記本体は、それぞれＣ形状に折り曲げた２つの板材から成形されており、前記板材は、実質的に方形の管形状に形成されるようにそれら長手方向縁部で溶接されていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のバッテリー。

【請求項5】

前記閉鎖プレートは、電気接続及び流体接続の一方又は双方を行うための開口部を有することを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のバッテリー。

【請求項6】

前記終端キャップは、それぞれ１つの環状の縁フランジを具備し、前記縁フランジは、前記閉鎖プレートと一体的に形成されて、前記本体の長手方向で外側に延びて前記本体と溶接されていることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のバッテリー。

【請求項7】

前記縁フランジは、前記本体の端側の端縁部と同一平面で終端している外縁部を有することを特徴とする、請求項６に記載のバッテリー。

【請求項8】

前記本体を車両に固定するのに適している少なくとも１つの固定フランジが前記本体に溶接されていることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載のバッテリー。

【請求項9】

前記本体及び前記終端キャップはそれぞれ、２ｍｍ〜５ｍｍ、特に２．５ｍｍ〜４ｍｍ、特に２．８ｍｍ〜３．５ｍｍ、特に３ｍｍの壁厚を具備することを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載のバッテリー。

【請求項10】

前記バッテリーハウジングは、少なくとも前記本体の長手方向で、重力（ｇ）の少なくとも２０倍、特に少なくとも３０倍、特に少なくとも４０倍、特に少なくとも５０倍の衝突力の影響下で形状安定であることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載のバッテリー。

【請求項11】

請求項１から１０のいずれか一項に記載のバッテリーを備えた自動車、特にハイブリッド車。

【請求項12】

請求項１から１０のいずれか一項に記載のバッテリーを製造するための方法において、
− 鋼板を折り曲げてＣ形状を形成するステップと、
− ２つのＣ形状の長手方向縁部を溶接して四角中空形状を備えた前記本体を形成するステップと、
− ２つの終端キャップを前記本体の端側に配置し、前記終端キャップが前記四角中空形状の内部に配置されるステップと、
− 前記終端キャップを前記本体と溶接するステップと、
を備える方法。

【請求項13】

請求項１１に記載の自動車を製造するための方法において、
− 鋼板を折り曲げてＣ形状を形成するステップと、
− ２つのＣ形状の長手方向縁部を溶接して四角中空形状を備えた前記本体を形成するステップと、
− ２つの終端キャップを前記本体の端側に配置し、前記終端キャップが前記四角中空形状の内部に配置されるステップと、
− 前記終端キャップを前記本体と溶接するステップと、
を備える方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、特にハイブリッド駆動のためのエネルギー貯蔵器用のバッテリーハウジングに関する。また本発明は、斯かるエネルギー貯蔵器、例えば自動車用のハイブリッド駆動のための貯蔵バッテリー用のハウジングを製造する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

自動車の電気若しくはハイブリッド駆動のための貯蔵バッテリーは、原則としてハウジングの内部に配置されたバッテリーから構成されている。これらバッテリーは、好ましくは複数の層にまとめられており、ハウジングの内部に配置され且つそれぞれ１つのバッテリーの極と熱伝導的に接触している冷却エレメントによって温度調節される。ハウジングには冷却回路を形成するために冷却流体の流入及び流出のための流体接続が設けられている。更にハウジングにはバッテリーセルと接続するための電気接続も配置されている。

【0003】

最新技術により斯かるハウジング構造は、例えば欧州特許出願公開第１１０９５４３（Ａ１）号明細書により知られている。この文書は、外側に対して気密に閉じられた直方体の形をした鋼製の二重壁に構成された金属ハウジングを開示している。双方のハウジング壁の間のスペースは排気されて断熱材が充填されている。ハウジングの内部スペースには貯蔵セルと、冷却のために必要に応じてハウジングから取り出すことができる熱交換器が配置されている。このために直方体のハウジングはその端面が同様に二重壁に構成された取外し可能な栓で閉じられており、内部に熱交換器に対する冷媒の供給及び排出を行うために冷媒配管が組み込まれて配置されている。

【発明の概要】

【0004】

本発明の課題は、斯かるバッテリーのためのハウジングを改良して、動作が安定し、場合により衝突の場合の安全性（短絡リスク及び場合によってはその結果発生する火災の回避）を更に改善することである。

【0005】

この課題は本発明により、バッテリー型エネルギー貯蔵器のためのハウジングが、端部に少なくとも２つの開口部を備えた実質的に管状本体で構成され、開口部には本体の長手方向で内側にずれた閉鎖プレートを備えたそれぞれ１つの閉鎖キャップがフォームフィットでハウジング壁に当接支持されるように挿入され、閉鎖キャップがこの位置で本体と溶接されていることによって解決される。

【0006】

本体及び終端キャップは、それぞれ同一の材料特性を有する材料、特に鋼又は合金鋼から製造されていると特に有利である。

【0007】

ハウジングは、最大で４つの、しかし好ましくは最大で３つの連続した流体密の溶接シームを有するべきである。

【0008】

本体を実質的にＣ形状に成形して折り曲げた２つの板材から構成し、これら板材を実質的に方形の管形状に形成されるようにそれら長手方向縁部で溶接することが特に有利である。

【0009】

本体内の端側の開口部を閉じるための閉鎖プレートは、本体の長手方向軸に対して実質的に垂直に延びることができ、電気接続及び／又は流体接続を導入するための開口部を有している。この場合、閉鎖キャップはそれぞれ１つの閉じた環状の縁フランジを有しており、縁フランジは、閉鎖プレートと一体的に形成されて、本体内の開口部に挿入された位置において本体の長手方向で外側に延びて本体と溶接されている。好ましくは、縁フランジは本体の端側の端縁部と同一平面で終端する外縁部を有している。

【0010】

本発明によるハウジングを車両に固定することは、好ましくは少なくとも１つの固定フランジが本体の外側に溶接されていることによって行うことができる。このように固定フランジを外側に配置することによって、車両ジオメトリとほとんど関係なく個別の構成を車両に設けることが可能である。更に本体と閉鎖キャップを溶接し、１つ以上の固定フランジをハウジングに溶接することによって、ハウジング部分の間に他の結合手段が全く必要ないことが達成される。それにより構造の安定性及び場合によっては衝突の場合の安全性が著しく改善される。

【0011】

好ましくは本体及び終端キャップの材料の厚さは、２ｍｍ〜５ｍｍ、特に２．５ｍｍ〜４ｍｍ、特に２．８ｍｍ〜３．５ｍｍ、特に３ｍｍであることができる。斯かる構造によって、バッテリーハウジングは少なくとも本体の長手方向で重力（ｇ）の少なくとも２０倍、特に少なくとも３０倍、特に少なくとも４０倍、特に少なくとも５０倍の衝突力の影響下で形状安定であることを達成できる。

【0012】

特に本発明による少なくとも１つのバッテリーハウジングを備えた自動車のハイブリッド駆動のための、バッテリーの形式によるエネルギー貯蔵器は、少なくとも１つの冷却エレメントと、円筒セルとして形成されたバッテリーセルからなる少なくとも１つのセルブロックと、で構成でき、冷却エレメント及びセルブロックがバッテリーハウジングの内部に配置されている。冷却エレメントはセルブロックとバッテリーハウジングとの間に配置されており、冷却エレメントとバッテリーハウジングとの間に圧力バッグが設けられていて、圧力バッグは、硬化したプラスチックを有し、且つ、ハウジングが圧力バッグを越えて内側に向けられた緊定力を冷却エレメント及びセルブロックに及ぼすように、ハウジングを少なくとも部分的に外方に膨らませる。

【0013】

本発明は更に、エネルギー貯蔵器及び／又は少なくとも１つのバッテリー用の少なくとも１つのハウジングを備えた自動車、特にハイブリッド車に関する。

【0014】

エネルギー貯蔵器用のハウジングの斯かる構造において、特別な利点は、電気接続と冷却流体のための接続とが完全に分離され且つ互いに大きい間隔で配置可能であり、特にそれによって電気接続を本体の一方の端側にある閉鎖キャップの閉鎖プレート内に配置し、冷却流体のための接続（供給及び排出）を本体の反対の端側にある閉鎖キャップの閉鎖プレート内に導入することによって行う。このように間隔を空けて配置することは、電気接続をバッテリーハウジングの内部で冷却流体の案内から分離して確実に案内するために特に有利である。

【0015】

自動車、特にハイブリッド車のためのエネルギー貯蔵器若しくはバッテリーシステム用のハウジングを製造するための方法は、
− 鋼板を折り曲げてＣ形状を形成するステップと、
− ２つのＣ形状を接合して四角中空形状を備えた実質的に直方体の本体を形成するステップと、
− 双方のＣ形状の長手方向縁部を溶接するステップと、
− ２つの終端キャップを本体の端側に配置し、終端キャップが本体の長手方向で内側にずれた閉鎖プレートと一緒に四角中空形状の内部に配置されるステップと、
− 終端キャップを本体と溶接するステップと、を特徴とする。

【0016】

以下に本発明の対象の特徴及び詳細に関して実施例に基づき添付の模式的な図面を参照して詳細に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明によるハウジングの若しくはバッテリーの斜視図である。この表現では直方体のハウジングの側壁は省略されている。

【図2】本発明による閉鎖キャップの配置構成の斜視図である。

【図3】固定フランジをハウジングの本体に溶接することによる配置構成の可能性を示す図である。

【図4】固定フランジをハウジングの本体に溶接することによる配置構成の可能性を示す図である。

【図5】固定フランジをハウジングの本体に溶接することによる配置構成の可能性を示す図である。

【0018】

図面の種々の図においてハウジング１１を備えたバッテリーシステム１０が示されている。このバッテリーシステム１０は、特に車両、例えばハイブリッド駆動を備えた自動車に適している。車両、特に自動車は、陸上、空中、又は水上でも動かされる車両と解すべきである。

【0019】

ハウジング１１は実質的に管状本体１２から構成されており、図面に示された実施例では実質的に直方体形の基本形状を有する。この直方体形の基本形状は、好ましくは実質的にＣ形形状に折り曲げた２つの鋼板を直方体形の本体１２に組合せて、衝合する長手方向縁部を流体密に溶接することによって達成される。

【0020】

ハウジング１１の内部には多数のバッテリーセル１７及び冷却エレメント１８が配置されている。

【0021】

管状本体１２の開いた端側にはそれぞれ１つの閉鎖キャップ１９若しくは２０が当接支持されるように（フォームフィットで）挿入されている。閉鎖キャップ１９若しくは２０はこの位置で管状本体１２の壁と溶接されており、環状の縁フランジ２１の端縁部がそれぞれ本体１２の端側の端縁部と同一平面で終端するように当接していると目的に適っている。これにより挿入された閉鎖キャップ１９、２０と管状本体１２との流体密の溶接が特に簡単に達成可能である。

【0022】

閉鎖キャップ１９内にはバッテリーセル１７のための電気接続が配置されている。電源ソケット２２と並んで、例えば電子ソケット２３（図２参照）を設けることができる。電源ソケット２２は、バッテリーセル１７の内部に貯蔵された電気エネルギーを取り出すために若しくはバッテリーセルを充電するために用いられる。電子ソケット２３は、ハウジング１１の内部の電子部材との接続を生成することができ、例えばバッテリーシステム１０と車両電子装置、例えばバスシステムとの間の信号及び／又はデータ交換に用いられる。電源ソケット２２も電子ソケット２３も、及びこれらの支持部材２４も、閉鎖キャップ１９上に流体密にシールするように固定されている。

【0023】

閉鎖キャップ１９内にはこれらに加えて開口部若しくはバルブ２５が−好ましくは電気接続２２若しくは２３に対して離間して−配置されてよい。閉鎖キャップ１９内のバルブ開口部は、例えば空気乾燥媒体を装備できるバルブを外側から保守するために寄与する。この空気乾燥媒体はバルブ開口部のすぐ上に置かれて、ハウジング１１の内部で作用が発揮され、それによりハウジング１１の内部スペースは常に湿気がないようにすることができる。

【0024】

管状本体１２若しくはハウジング１１の第２の端側では、閉鎖キャップ１９を嵌め込むのと等しい要領で閉鎖キャップ２０が挿入され、そこで流体密に溶接されている。閉鎖キャップ１９の場合と同様に閉鎖キャップ２０は本体１２の長手方向で内側にずれており−それぞれ環状の縁フランジ２１によって段差を設けて−閉鎖プレート１９．１若しくは２０．１を有している。しかし閉鎖キャップ１９若しくは閉鎖プレート１９．１とは異なり、閉鎖キャップ２０若しくは閉鎖プレート２０．１内には電子接続若しくは電気接続は導入されておらず、冷却流体の供給及び排出のための接続２６が導入されている。このように流体接続２６を電動接続２２若しくは２３から完全に分離して配置することは、安全上の理由から非常に重要である。

【0025】

特に図２に示されている閉鎖キャップ１９とこれに統合された閉鎖プレート１９．１及び環状の縁フランジ２１の構造−閉鎖キャップ２０とその閉鎖プレート２０．１の設計構造とほぼ同一−は一連の利点を提供する。第１に、閉鎖キャップ１９若しくは２０の当接支持構造によりハウジング１１の安定性が高められるだけでなく、接続箇所に非常に簡単に固定できて、一方ではフォームフィットにより他方では縁部の溶接により流体密性を容易に達成できる。更にとりわけ斯かる構造により、流体接続２６も電気接続２２及び２３も、及びバルブ２５も、管状本体１２の長手方向で内側にずれて保護されたスペース内に配置されている。

【0026】

衝突安全性及び耐久性のために特に有利なのは、ハウジング１１のすべての部材を−本体１２とＣ形状、閉鎖キャップ１９若しくは２０、並びに電気接続、バルブ、流体接続を固定するための部材も−同一の材料特性を有する材料から、しかし特に鋼又は合金鋼から製造することである。この場合、本体１２及び閉鎖キャップ１９若しくは２０に対しては２ｍｍ〜５ｍｍの壁厚が非常に有利であり、中でも約３ｍｍの壁厚が特に有利であることが分かった。

【0027】

バッテリーシステムの構造の安定性及び特に衝突安全性を追加的に向上させるために、冷却エレメントはハウジング１１の内部でバッテリーセル１７から構成されたセルブロックと管状本体１２の内壁との間に配置され、冷却エレメントと本体１２の内壁との間に少なくとも１つの圧力バッグが配置されて、圧力バッグは、硬化したプラスチックを有し、且つ、ハウジングが圧力バッグを越えて内側に向けられた緊定力を冷却エレメント及びセルブロックに及ぼすように、管状本体１２を少なくとも部分的に外方に膨らませ若しくは緊定する。

【0028】

図３〜図５には、自動車におけるバッテリーハウジングの可能な固定形態が示されている。このために管状本体１２の外側の任意の箇所に、例えばバッテリーシステム１０を自動車の構造とねじ止めするための複数の固定フランジ２７を溶接することが提案される。固定フランジ２７をハウジング１１の任意の箇所に取り付けることにより、個々に車両ジオメトリに合わせて固定することが容易に可能である。固定フランジ２７の数と位置は、ほぼ任意に選択可能である。このように溶接された固定フランジ２７を介して固定する特別な利点は、ハウジング１１の安定性は衝突安全性に関して、及び特にハウジング１１の内部の機能部材の保護に関して、固定フランジ２７を外側に溶接することによって決して損なわれないことに見られる。言うまでもなく固定フランジは、図３〜図５に示された例のようにハウジング１１の狭い側に設けることが考えられるだけでなく、むしろ−車両側の要件に応じて−上側又は下側に設けることも可能である。

【符号の説明】

【0029】

１０ バッテリーシステム
１１ ハウジング
１２ 管状本体
１７ バッテリーセル
１８ 冷却エレメント
１９ 閉鎖キャップ
１９．１ 閉鎖プレート
２０ 閉鎖キャップ
２０．１ 閉鎖プレート
２１ １９若しくは２０の縁フランジ
２２ 電源ソケット
２３ 電子ソケット
２４ 部材
２５ バルブ／バルブ開口部
２６ 冷却流体のための流体接続
２７ 固定フランジ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】