特開 2024-100420 バッテリーケース

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024100420

(43)【公開日】2024-07-26

(54)【発明の名称】バッテリーケース

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/224 20210101AFI20240719BHJP

   H01M 50/242 20210101ALI20240719BHJP

【ＦＩ】

H01M50/224

H01M50/242

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023004412

(22)【出願日】2023-01-16

(71)【出願人】

【識別番号】308039414

【氏名又は名称】株式会社ＦＴＳ

(71)【出願人】

【識別番号】000001199

【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所

(74)【代理人】

【識別番号】110000497

【氏名又は名称】弁理士法人グランダム特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】宮崎 吉則

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 憲一

(72)【発明者】

【氏名】下田 陽一朗

(72)【発明者】

【氏名】戸田 要

【テーマコード（参考）】

5H040

【Ｆターム（参考）】

5H040AA01

5H040AA14

5H040JJ03

5H040LL01

5H040NN00

(57)【要約】

【課題】軽量化を図る。
【解決手段】バッテリーケースＡは、バッテリーモジュールＢが載置されるロアトレイ２１と、ロアトレイ２１の底壁部２２の下面に対し、水平方向に並列した状態で溶接されたリインフォース３１と、を備え、ロアトレイ２１は、リインフォース３１よりも密度の小さい材料からなる。ロアトレイ２１をリインフォース３１よりも密度の小さい材料としたので、ロアトレイ２１がリインフォース３１と同じ材料からなるものに比べると、軽量化を実現できる。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

バッテリーモジュールが載置されるロアトレイと、
前記ロアトレイの底壁部の下面に対し、水平方向に並列した状態で溶接されたリインフォースと、を備え、
前記ロアトレイは、前記リインフォースよりも密度の小さい材料からなるバッテリーケース。

【請求項2】

前記ロアトレイの材料はアルミニウム合金であり、
前記リインフォースの材料は鋼材である請求項１に記載のバッテリーケース。

【請求項3】

前記リインフォースは、貫通孔を有しており、
前記リインフォースは、前記貫通孔が前記ロアトレイの前記底壁部によって塞がれるように配置され、
前記貫通孔内に収容された溶接金属が前記ロアトレイの前記底壁部に溶着することによって、前記ロアトレイと前記リインフォースの接合部が形成されている請求項１又は請求項２に記載のバッテリーケース。

【請求項4】

前記リインフォースは、細長い形状をなし、平面視において両端部が前記ロアトレイから突出するように配置され、
複数の前記接合部が、前記リインフォースの長さ方向に沿って間隔を空けて並ぶように配置され、
前記リインフォースの長さ方向に隣り合う前記接合部間のピッチが、前記リインフォースの長さ方向中央部よりも長さ方向両端部の方が狭い請求項３に記載のバッテリーケース。

【請求項5】

前記リインフォースの長さ方向に隣り合う前記接合部間のピッチは、前記リインフォースの長さ方向中央から長さ方向両端に向かうほど狭くなるように設定されている請求項４に記載のバッテリーケース。

【請求項6】

前記溶接金属が、前記貫通孔の開口縁に引っ掛かる拡径部を有している請求項３に記載のバッテリーケース。

【請求項7】

前記溶接金属が、前記ロアトレイと同一材質の金属である請求項３に記載のバッテリーケース。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、バッテリーケースに関するものである。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、電池パックを収容するための電池パックトレーが開示されている。この電池パックトレーは、電池パックを載せるためのトレー本体と、トレー本体の上面に並列配置した複数本のクロスメンバと、トレー本体の外側壁に沿って配置されてクロスメンバの端部同士を連結する一対の補強フレームとを備えて構成されている。クロスメンバと補強フレームとによって、電池パックトレーの変形が防止されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１４－０１９２０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記の電池パックトレーにおいては、トレー本体の変形防止機能を高めるために、トレー本体、クロスメンバ、補強フレームの材料として、剛性の高い金属が用いられている。コストと剛性のバランスを勘案すると、一般的には、鉄又は鉄を主成分とする合金が用いられる。しかし、鉄は比重が大きいため、電池パックトレー全体が重量化するという問題がある。

【0005】

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、軽量化を図ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示のバッテリーケースは、
バッテリーモジュールが載置されるロアトレイと、
前記ロアトレイの底壁部の下面に対し、水平方向に並列した状態で溶接されたリインフォースと、を備え、
前記ロアトレイは、前記リインフォースよりも密度の小さい材料からなる。

【発明の効果】

【0007】

ロアトレイをリインフォースよりも密度の小さい材料としたので、ロアトレイがリインフォースと同じ材料からなるものに比べると、軽量化を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施例１のバッテリーケースの斜視図

【図2】ロアトレイとバッテリーモジュールとアッパカバーを分離した状態をあらわす斜視図

【図3】補強部材をロアトレイから外した状態をあらわす斜視図

【図4】ロアケースの底面図

【図5】ロアトレイとリインフォースの溶接前の状態をあらわす部分拡大断面図

【図6】ロアトレイとリインフォースを溶接した状態をあらわす部分拡大断面図

【発明を実施するための形態】

【0009】

最初に本開示の実施形態を列記して説明する。下記の複数の実施形態を、矛盾を生じない範囲で任意に組み合わせたものも、発明を実施するための形態に含まれる。
ロアトレイの材料はアルミニウム合金であり、リインフォースの材料は鋼材である。この構成によれば、鉄を主成分とする鋼材は高い強度を有しているので、リインフォースは衝撃吸収性能に優れている。アルミニウムは鉄に比べると比強度が大きいので、ロアトレイは、軽量であると同時に変形を生じ難くなっている。

【0010】

リインフォースは貫通孔を有しており、リインフォースは、貫通孔がロアトレイの前記底壁部によって塞がれるように配置されている。貫通孔内に収容された溶接金属がロアトレイの底壁部に溶着することによって、ロアトレイとリインフォースの接合部が形成されている。この構成によれば、ロアトレイの底面に固着された溶接金属が、貫通孔の内周面に引っ掛かることによって、ロアトレイとリインフォースとの位置ずれを防止できる。

【0011】

リインフォースは、細長い形状をなす。リインフォースは、平面視において両端部がロアトレイから突出するように配置されている。複数の接合部は、リインフォースの長さ方向に沿って間隔を空けて並ぶように配置されている。リインフォースの長さ方向に隣り合う接合部間のピッチは、リインフォースの長さ方向中央部よりも長さ方向両端部の方が狭い。リインフォースの長さ方向の端部に衝撃が加わったときに、衝撃に起因して接合部に生じる剪断力は、リインフォースの端部において最大である。この点に鑑み、リインフォースの両端部における接合部間のピッチを狭くしたので、１つの接合部に生じる剪断力を低減し、接合部の破壊を抑制できる。

【0012】

リインフォースの長さ方向に隣り合う接合部間のピッチは、リインフォースの長さ方向中央から長さ方向両端に向かうほど狭くなるように設定されている。この構成によれば、リインフォースの端部に衝撃が加わったときに生じる剪断力を、効果的に低減できる。

【0013】

溶接金属は、貫通孔の開口縁に引っ掛かる拡径部を有している。この構成によれば、リインフォースが、貫通孔内の溶接金属から離脱して落下することを防止できる。

【0014】

溶接金属が、ロアトレイと同一材質の金属である。この構成によれば、溶接金属とロアトレイとの接合強度が高い。

【0015】

＜実施例１＞
以下、本発明を具体化した実施例１を図１～図６を参照して説明する。尚、以下の説明において、前後の方向については、図１～６におけるＦ方向を前方と定義する。上下の方向については、図１～３，５，６におけるＨ方向を上方と定義する。左右の方向については、図１～４におけるＲ方向を右方と定義する。

【0016】

本実施例１のバッテリーケースＡは、バッテリーモジュールＢを下から支えるロアケース２０と、ロアケース２０に対しバッテリーモジュールＢを覆い隠すように取り付けられる金属製のアッパカバー１０とを備えて構成されている。ロアケース２０は、金属製のロアトレイ２１と、金属製の補強部材３０とを備えて構成されている。図２に示すように、ロアトレイ２１は、平面視形状が略方形をなす水平な底壁部２２と、底壁部２２の外周縁から立ち上がった下部周壁部２３と、下部周壁部２３の立ち上がり端縁から水平方向外方へ張り出した下部フランジ部２４とを有する単一部材である。

【0017】

図１，２に示すように、アッパカバー１０は、平面視形状が略方形をなす水平な上壁部１１と、上壁部１１の外周縁から斜め下方へ張り出した上部周壁部１２と、上部周壁部１２の下端縁から水平方向外方へ張り出した上部フランジ部１３とを有する単一部材である。アッパカバー１０は、上部フランジ部１３を下部フランジ部２４に載置した状態で、ロアトレイ２１に取り付けられている。上部フランジ部１３と下部フランジ部２４をボルト締め等によって固定することによって、アッパカバー１０とロアトレイ２１が組付け状態に保持されている。バッテリーモジュールＢは、ロアトレイ２１とアッパカバー１０とによって形成された収容空間（図示省略）内に収容される。

【0018】

図３に示すように、補強部材３０は、４本のリインフォース３１と、８つのブラケット４０と、６本の連結部材４６とを組み付けて構成されている。リインフォース３１とブラケット４０と連結部材４６は、高張力鋼（金属材料）からなる。

【0019】

リインフォース３１は、全体として左右方向に細長い形状をなする単一部品である。リインフォース３１は、リインフォース３１の全長に亘って形成された基部３２と、同じくリインフォース３１の全長に亘って形成された一対の受板部３５とを有する。基部３２は、左右方向に細長い水平な基板部３３と、基板部３３の前後両縁部から斜め上方へリブ状に延出した一対の細長い支持板部３４とからなる。一対の受板部３５は、基部３２（両支持板部３４）の上端縁から前後方向へ水平に延出した形態である。

【0020】

リインフォース３１を長さ方向（左右方向）に見た側面視において、基板部３３と支持板部３４が角度（鈍角又は直角）をなして連なり、基部３２の前後両端（支持板部３４の上端）に対して一対の受板部３５が角度（鈍角又は直角）をなして連なっている。したがって、リインフォース３１は、その長さ方向の軸線を屈曲させるように曲げ変形や座屈変形が生じ難い。つまり、リインフォース３１は、長さ方向（左右方向）の外力を受けたときの軸剛性が高いものとなっている。

【0021】

図４に示すように、４本のリインフォース３１の左右両端部は、ロアトレイ２１の下部周壁部２３を構成する左右両側壁部２７よりも側方へ突出している。リインフォース３１の左右両端部は、受圧部３６として機能する。受圧部３６は、平面視においてロアトレイ２１の下部周壁部２３の外部に配されている。

【0022】

図３に示すように、ブラケット４０は、本体部４１と背板部４４とから構成された単一部品である。本体部４１は、上板部４２と、上板部４２の前後両側部に連なり、上板部４２よりも低い位置に配置された前後一対の下板部４３とから構成されている。背板部４４は、本体部４１の左右方向における一方の端縁から上方へフランジ状に張り出した形態である。背板部４４は、ロアトレイ２１の側壁部２７の外側面に固着されている。ロアトレイ２１と背板部４４との固着は、後述するロアトレイ２１とリインフォース３１との固着と同様、アークスポット溶接によって行われる。ブラケット４０の両下板部４３は、リインフォース３１の受板部３５における左右両端部（受圧部３６）の上面に載置するように重ねられている。下板部４３と受板部３５は、溶接等によって固着されている。

【0023】

１本のリインフォース３１に対して左右対称な一対のブラケット４０が一体化されている。リインフォース３１の左端部においては、受圧部３６の左側の端面とブラケット４０の下板部４３の左側の端面とが、左右方向において同じ位置に配され、面一状の位置関係で上下に連なっている。リインフォース３１の右端部においては、受圧部３６の右側の端面とブラケット４０の下板部４３の右側の端面とが、左右方向において同じ位置に配され、面一状の位置関係で上下に連なっている。

【0024】

連結部材４６は、前後方向（リインフォース３１の長さ方向と直交する方向）に長い形状である。連結部材４６は、水平な平板状をなす連結機能部４７と、連結機能部４７の左右いずれかの側縁部から下向き（連結機能部４７と直角）に延出した平板状の押圧機能部４８とを有する単一部品である。図に示すように、連結部材４６は、前後に隣り合う２本のリインフォース３１の左端部同士の間、及び右端部同士の間に橋渡されるように配置されている。連結機能部４７の前後両端部は、前後方向に隣り合うブラケット４０の下板部４３の上面に載置されている。連結機能部４７と下板部４３は、溶接によって固着されている。連結部材４６は、ブラケット４０を介すことによって、前後方向に隣り合うリインフォース３１の左端部（受圧部３６）同士と右端部（受圧部３６）同士を連結している。左側の押圧機能部４８は左側の受圧部３６を左方から覆っている。右側の押圧機能部４８は右側の受圧部３６を右方から覆っている。

【0025】

図４に示すように、４本のリインフォース３１は、ロアトレイ２１の底壁部２２の下面に取り付けられている。４本のリインフォース３１は、長さ方向を左右方向に向け、前後方向に間隔を空けて並列するように配置されている。ロアトレイ２１の底壁部２２は、並列配置した４本のリインフォース３１の受板部３５の上面に載置され、アークスポット溶接によって固着されている。ロアトレイ２１に収容したバッテリーモジュールＢの重量は、底壁部２２（ロアトレイ２１）を介して４本のリインフォース３１によって下から支えられる。

【0026】

リインフォース３１とロアトレイ２１との固着構造について説明する。リインフォース３１とロアトレイ２１との溶接部分を、接合部３７と定義する。接合部３７においては、リインフォース３１のうちロアトレイ２１と底壁部２２に接触する受板部３５には、受板部３５を上下に貫通する複数の貫通孔３８が形成されている。尚、図３では、貫通孔３８の図示を省略している。貫通孔３８の平面視形状は、円形である。貫通孔３８の内径は、受板部３５の上面から下面に亘って同一寸法である。つまり、受板部３５をその板厚方向と平行に切断したときの貫通孔３８の断面形状は、方形である。貫通孔３８の上端の開口は、底壁部２２の下面によって塞がれている。

【0027】

アークスポット溶接を行う際には、ロアトレイ２１を上下反転させ、底壁部２２の上にリインフォース３１を載置し、ロアトレイ２１とリインフォース３１を治具によって固定する。貫通孔３８は、上板部４２の上方へ開口した状態となっている。この状態で、棒状の溶接金属５０を貫通孔３８に挿入して底壁部２２に接触させ、溶接金属５０と底壁部２２との間にアークを発生させ、溶接金属５０を溶融させて底壁部２２と一体化させる。溶接金属５０は、底壁部２２と同一の材料（アルミ合金）からなるので、溶接金属５０と底壁部２２は強固に接合される。

【0028】

溶融した溶接金属５０は、貫通孔３８内の全体に充填され、更に貫通孔３８の上端から溢れ出ている。溢れた溶接金属５０のうち、受板部３５の上面における貫通孔３８の開口縁部に盛り上がった部分は、拡径部５１となる。受板部３５のうち貫通孔３８の内壁部を構成する部位は、底壁部２２と拡径部５１との間で上下方向に挟み付けられた状態となる。受板部３５の材料である高張力鋼の融点は、底壁部２２及び溶接金属５０の材料であるアルミニウム合金の融点よりも高いので、アーク溶接の際に、受板部３５が溶融することはない。

【0029】

リインフォース３１の材料とロアトレイ２１の材料は、異種金属（アルミニウム合金と高張力鋼）の組み合わせであるため、両者を直接、接触させると電食が発生する。電食防止手段として、受板部３５の上面と底壁部２２の下面との間には、防水剤としてシーラー５２を介在させている。シーラー５２は、アーク溶接工程の前に、予め、受板部３５に塗布されている。尚、図６においては、シーラー５２の図示を省略している。

【0030】

ロアトレイ２１とリインフォース３１は、複数の接合部３７において接合されている。図４に示すように、複数の接合部３７は、リインフォース３１の長さ方向（左右方向）に一直線状に並ぶように配置されている。左右に隣り合う接合部３７間のピッチＰ，Ｐｎ，Ｐｗ（間隔）は、一定ではない。具体的には、リインフォース３１の長さ方向両端部における接合部３７間のピッチＰ，Ｐｎは、リインフォース３１の長さ方向中央部における接合部３７間のピッチＰ，Ｐｗよりも狭く設定されている。左右に隣り合う接合部３７間のピッチＰ，Ｐｎ，Ｐｗのうち、リインフォース３１の長さ方向中央に位置する２つの接合部３７間のピッチＰｗが、最も大きい。リインフォース３１の長さ方向両端に近いほど、接合部３７間のピッチＰ，Ｐｎが次第に狭くなっている。

【0031】

リインフォース３１の長さ方向に沿って並ぶ複数の接合部３７のうち、リインフォース３１の長さ方向最端に最も近い２つの接合部３７間のピッチＰｎが、最も狭い。この最もピッチＰｎの狭い接合部３７は、左右方向からリインフォース３１に衝撃が作用したときに、衝撃が最大となる受圧部３６に最も近い位置に配置されている。そして、リインフォース３１のうち衝撃が最大となる受圧部３６の近い領域では、接合部３７間が高密度（狭いピッチＰ，Ｐｎ）で配置されている。

【0032】

このような配置としたことによって、受圧部３６に作用した衝撃が、リインフォース３１の端部に近い複数の接合部３７に分散されるので、１つ１つの接合部３７に生じる左右方向の剪断力が低減される。衝撃と剪断力を、リインフォース３１の長さ方向に効率良く分散させたことによって、リインフォース３１の座屈変形と、リインフォース３１の座屈に伴う底壁部２２（ロアトレイ２１）の変形を抑制又は防止するとこができる。

【0033】

本実施例１のバッテリーケースＡは、バッテリーモジュールＢが載置されるロアトレイ２１と、リインフォース３１とを備えている。リインフォース３１は、ロアトレイ２１の底壁部２２の下面に対し、水平方向に並列した状態で溶接されている。ロアトレイ２１は、リインフォース３１よりも密度の小さい材料からなる。ロアトレイ２１をリインフォース３１よりも密度の小さい材料としたので、ロアトレイ２１がリインフォース３１と同じ材料からなるものに比べると、軽量化を実現できる。

【0034】

ロアトレイ２１の材料はアルミニウム合金であり、リインフォース３１の材料は鋼材である。鉄を主成分とする鋼材は高い強度を有しているので、リインフォース３１は衝撃吸収性能に優れている。アルミニウムは鉄に比べると比強度が大きいので、ロアトレイ２１は、軽量であると同時に変形を生じ難くなっている。

【0035】

リインフォース３１は、貫通孔３８を有している。リインフォース３１は、貫通孔３８がロアトレイ２１の底壁部２２によって塞がれるように配置されている。貫通孔３８内に収容された溶接金属５０がロアトレイ２１の底壁部２２に溶着することによって、ロアトレイ２１とリインフォース３１の接合部３７が形成されている。ロアトレイ２１の底面に固着された溶接金属５０が、貫通孔３８の内周面に引っ掛かることによって、ロアトレイ２１とリインフォース３１との位置ずれを防止できる。

【0036】

リインフォース３１は、細長い形状をなしている。平面視において、リインフォース３１の両端部は、ロアトレイ２１から突出するように配置されている。複数の接合部３７は、リインフォース３１の長さ方向に沿って間隔を空けて並ぶように配置されている。リインフォース３１の長さ方向に隣り合う接合部３７間のピッチＰ，Ｐｎ，Ｐｗは、リインフォース３１の長さ方向中央部よりも、長さ方向両端部の方が狭い。リインフォース３１の長さ方向の端部に衝撃が加わったときに、衝撃に起因して接合部３７に生じる剪断力は、リインフォース３１の端部において最大である。しかし、リインフォース３１の両端部における接合部３７間のピッチＰ，Ｐｎを狭くしているので、１つの接合部３７に生じる剪断力を低減し、接合部３７の破壊を抑制できる。

【0037】

リインフォース３１の長さ方向に隣り合う接合部３７間のピッチＰ，Ｐｎ，Ｐｗは、リインフォース３１の長さ方向中央から長さ方向両端に向かうほど狭くなるように設定されている。リインフォース３１の長さ方向中央から両端に向かうほど、隣り合う接合部３７の間隔が狭くなっているので、リインフォース３１の端部に衝撃が加わったときに生じる剪断力を、効果的に低減できる。

【0038】

リインフォース３１は、ロアトレイ２１の底壁部２２の下面に配置されており、貫通孔３８の内径は、受板部３５の上面から下面に亘って一定の寸法である。そのため、溶接金属５０と貫通孔３８の内壁面との間の接合力だけでは、リインフォース３１が底壁部２２から外れて落下することが懸念される。その点、本実施例１では、溶接金属５０が、貫通孔３８の開口縁に引っ掛かる拡径部５１を有しているので、リインフォース３１が、貫通孔３８内の溶接金属５０から離脱して落下することを防止できる。溶接金属５０は、ロアトレイ２１と同一材質の金属であるから、溶接金属５０とロアトレイ２１との接合強度が高い。

【0039】

＜他の実施例＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施例に限定されるものではなく、例えば次のような実施例も本発明の技術的範囲に含まれる。
・ロアトレイとリインフォースの材料の組合せは、アルミニウム合金と高張力鋼に限らず、アルミニウム合金と高張力鋼以外の金属との組合せでもよく、アルミニウム合金以外の金属と高張力鋼との組合せでもよく、アルミニウム合金以外の金属と高張力鋼以外の金属との組合せでもよい。
・ロアトレイの材質は、アルミニウム合金に限らず、例えば、マグネシウム合金等でもよい。
・リインフォースの材質は、高張力鋼に限らず、鉄を主材とする各種鋼材（ステンレス鋼、ニッケルクロム鋼、クロムモリブデン鋼、ニッケルクロムモリブデン鋼、マンガン鋼）等でもよい。
・ロアトレイとリインフォースを溶接する方法は、アークスポット溶接以外の各種アーク溶接や、抵抗溶接等を用いてもよい。
・溶接金属は、拡径部を有しない形状でもよい。
・溶接金属とロアトレイは、異種の金属であってもよい。
・リインフォースの長さ方向中央部における接合部間のピッチは、一定でもよい。
・リインフォースの長さ方向両端部における接合部間のピッチは、一定でもよい。
・リインフォースの全長に亘って、接合部間のピッチを一定にしてもよい。
・リインフォースの本数は、３本以下でもよく、５本以上でもよい。
・貫通孔の平面視形状は、円形に限らず、長円形、楕円形、三角形、方形、５辺以上の多角形などでもよい。
・貫通孔の断面形状は、方形に限らず、受板部の上面から下面に向かって幅寸法が次第に大きくなる台形でもよく、受板部の上面から下面に向かって幅寸法が次第に小さくなる台形でもよい。
・シーラーは、底壁部に塗布してもよく、受板部と底壁部の両方に塗布してもよい。

【符号の説明】

【0040】

Ａ…バッテリーケース
Ｂ…バッテリーモジュール
Ｐ，Ｐｎ，Ｐｗ…接合部間のピッチ
２１…ロアトレイ
２２…底壁部
３１…リインフォース
３７…接合部
３８…貫通孔
５０…溶接金属
５１…拡径部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】