(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】
(24)【登録日】2022-12-07
(45)【発行日】2022-12-15
(54)【発明の名称】電池ケース
(51)【国際特許分類】
H01M 50/242 20210101AFI20221208BHJP
H01M 50/224 20210101ALI20221208BHJP
H01M 50/249 20210101ALI20221208BHJP
【ＦＩ】
H01M50/242
H01M50/224
H01M50/249
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2021525798
(86)(22)【出願日】2019-11-26
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2022-01-18
(86)【国際出願番号】 KR2019016341
(87)【国際公開番号】W WO2020111714
(87)【国際公開日】2020-06-04
【審査請求日】2021-05-12
(31)【優先権主張番号】10-2018-0151870
(32)【優先日】2018-11-30
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(73)【特許権者】
【識別番号】592000691
【氏名又は名称】ポスコ
【氏名又は名称原語表記】ＰＯＳＣＯ
(74)【代理人】
【識別番号】100083806
【弁理士】
【氏名又は名称】三好 秀和
(74)【代理人】
【識別番号】100095500
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 正和
(74)【代理人】
【識別番号】100111235
【弁理士】
【氏名又は名称】原 裕子
(72)【発明者】
【氏名】チュン、 ギ－スク
(72)【発明者】
【氏名】ウィー、 サン－クォン
(72)【発明者】
【氏名】キム、 ドン－グン
【審査官】鈴木 雅雄
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１８－１８８１０６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－１４１３１６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－００６３１４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－０９６３８５（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１８／０２９１６７（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１７－１２４６９７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－１２４６９８（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｍ ５０／２４２
Ｈ０１Ｍ ５０／２２４
Ｈ０１Ｍ ５０／２４９
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
板材と、前記板材を取り囲む側面フレームと、を備えたケース本体を含む電池ケースであって、前記側面フレームは、
中空部を形成する第１壁、第２壁、第３壁及び第４壁と、
前記中空部を横切って前記第２壁と前記第３壁を連結する補強部と、を含み、
前記補強部は、折り曲げられるかまたは湾曲されて形成された衝撃吸収部を含み、
前記第１壁は、第１折り曲げ点まで水平方向に延び、
前記第２壁は、前記第１折り曲げ点で時計回り方向に折り曲げられて第２折り曲げ点まで延び、
前記補強部は、前記第２折り曲げ点で時計回り方向に折り曲げられて第３折り曲げ点まで延び、
前記第３壁は、前記第３折り曲げ点で反時計回り方向に折り曲げられて第４折り曲げ点まで延び、
前記第４壁は、前記第４折り曲げ点まで水平方向に延びる、電池ケース。
【請求項2】
前記側面フレームにはフランジ部が形成される、請求項１に記載の電池ケース。
【請求項3】
前記側面フレームの第１壁～第４壁は四角形状の閉鎖断面を形成する、請求項１に記載の電池ケース。
【請求項4】
前記側面フレームは、引張強度が９８０ＭＰａ以上の鋼材で形成される、請求項１に記載の電池ケース。
【請求項5】
前記第４壁は、前記第２折り曲げ点と接合されることで、前記側面フレームの下部角を形成し、前記第３折り曲げ点が前記第１壁の開始点と、または開始点に隣接した部位と接合されることで、前記側面フレームの上部角を形成する、請求項１に記載の電池ケース。
【請求項6】
前記側面フレームは、前記第１壁の前に、前記反時計回り方向に折り曲げられてから前記時計回り方向に折り曲げられて段差部を含むフランジ部を形成し、前記第３折り曲げ点が前記段差部と接合されることで、前記側面フレームの上部角を形成する、請求項１に記載の電池ケース。
【請求項7】
前記第４壁は、第５折り曲げ点で前記反時計回り方向に折り曲げられ、前記第２折り曲げ点と接合されるように延びる、請求項１に記載の電池ケース。
【請求項8】
前記衝撃吸収部は屈曲した形状に形成されている、請求項１に記載の電池ケース。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、鋼材からなり、耐衝突特性を向上させることができる電池ケースに関する。
【背景技術】
【0002】
電気自動車やハイブリッド自動車などのような車両に装着される電池は、車両の衝突時に火災や爆発につながり、運転者と乗員に深刻な危険をもたらす恐れがある。これを防止するために、車体が有する衝突補強材とは別に、電池自体にも補強材を設けて衝突事故に備えている。
【0003】
電池の補強材は、通常、電池ケースの内部または外部に組み立てられることができる。
【0004】
例えば、アルミニウムが適用される場合には、電池ケースの側壁自体を押出材で構成することができ、鋼材が適用される場合には、電池ケースの内部に補強材を接合する構造になっている。
【0005】
アルミニウムの押出材で形成される場合には、補強材が多様な形状に容易に製造されることができるが、比較的高価であって、鋼材より強度が低いため厚さが厚くなることにより、軽量化に限界がある。
【0006】
一方、鋼材で形成される場合には、軽量化のために、引張強度が約９８０ＭＰａ以上である超高強度の素材が適用されるが、このような超高強度の素材は、成形が困難であり、スプリングバックが多く発生するという問題を有する。スプリングバックを改善するには、数回または数十回の補正時間が必要になり、場合によっては、部品間の平行度が一致しないため、組み立てが容易ではなくなるという問題もある。
【0007】
関連する先行技術としては、特開２０１７－１９３２８８号公報（２０１７年１０月２６日公開）に開示された発明が挙げられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
そこで、本発明は、鋼材からなり、アルミニウムの押出材と類似のレベルの断面形状を提供しながらも、耐衝突特性が向上するとともに、部品の一体化などによりコストを低減することができる電池ケースを提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明の一実施形態による電池ケースは、板材と、上記板材を取り囲む側面フレームと、を備えたケース本体を含む電池ケースであって、上記側面フレームは、中空部を挟んだ第１側壁及び第２側壁と、上記第１側壁と上記第２側壁との間で上記中空部を横切って上記第１側壁と上記第２側壁を連結するか、上記第１側壁と上記第２側壁のうち少なくとも１つから上記中空部内に突出して形成された補強部と、を含み、上記補強部は、折り曲げられるか湾曲されて形成された衝撃吸収部を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【0010】
以上のような本発明によると、衝撃吸収部を電池ケースの側面フレーム自体に形成することで、側面の衝突荷重に対する高い変形抵抗を確保するとともに、約９８０ＭＰａ以上の超高強度鋼が電池ケースに適用可能であるため、電池ケースのさらなる軽量化を確保することができるという効果がある。
【0011】
また、本発明によると、電池ケースに鋼材を適用する時に、従来の補強材を接合する方式に比べて組み立て性を著しく向上させることができ、部品数を画期的に減少させることで、金型、工程などに関連するコストを大幅に低減することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】電池ケースの斜視図である。
【図3】本発明の一実施形態による電池ケースの側面フレームの変形例を示した断面図である。
【図4】本発明の一実施形態による電池ケースの側面フレームの他の変形例を示した断面図である。
【図5】本発明の一実施形態による電池ケースの側面フレームのさらに他の変形例を示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明の例示的な図面を参照して詳細に説明する。各図面の構成要素に図面符号を付するにあたり、同一の構成要素にはたとえ異なる図面上に表示されていてもできるだけ同一の符号を有するようにしている点に留意すべきである。また、本発明を説明するにあたり、係る公知の構成または機能についての具体的な説明が本発明の要旨を不明瞭にする可能性があると判断される場合には、その詳細な説明を省略する。
【0014】
【0015】
本発明の一実施形態による電池ケースは、板材２と、この板材を取り囲む側面フレーム３と、を備えたケース本体１を含む電池ケースであって、側面フレーム３は、中空部１０を挟んだ第１側壁及び第２側壁と、第１側壁と第２側壁との間で中空部を横切って第１側壁と第２側壁を連結するか、第１側壁と第２側壁のうち少なくとも１つから中空部内に突出して形成された補強部２０と、を含み、この補強部は、折り曲げられるか湾曲されて形成された衝撃吸収部３０を含んでいる。
【0016】
電池ケースは、車体を構成するアンダーフロアパネル（不図示）に固定されるように設けられることができる。この電池ケースは、略直方体状を有し、その内部には複数の電池セル（不図示）が収納されることができる。
【0017】
かかる電池ケースは、一対のケース本体１、例えば、上部ケース本体と下部ケース本体を含み、これらの上部及び下部ケース本体は、内部に空間を形成するように結合されることができる。
【0018】
一例として、上部ケース本体と下部ケース本体には、それぞれの縁に沿ってフランジ部４が形成されており、これらのフランジ部が互いに重なってボルト及びナットなどのような固定具により組み立てられることができる。
【0019】
上部ケース本体は、重量減少及び原価低減を図り、かつ十分な強度を確保することができる高強度プラスチックや、アルミニウムなどのような軽金属で形成されることができる。材質がプラスチックである場合には、上部ケース本体が射出成形や圧縮成形などにより形成されることができ、金属である場合には、上部ケース本体がプレス加工などにより所定の形状に形成されることができる。
【0020】
下部ケース本体は、外部に直接露出することがあり、外部の異物による破損及び損傷の恐れが大きいため、電池セルをより効果的に保護するように、金属で形成されることが好ましい。この場合、下部ケース本体は、適当な強度を有する鋼材、例えば、軽量化のために引張強度が約９８０ＭＰａ以上である超高強度の鋼材のような素材をプレス加工などにより所定の形状に形成することで作製されることができる。
【0021】
以下では、便宜上、下部ケース本体がケース本体１を代表して本発明による電池ケースが説明される。言い換えれば、上部ケース本体にも、下部ケース本体と同一の構成要素が全て含まれており、同一の構造が適用可能であることはいうまでもない。
【0022】
ケース本体１は、板材２と、この板材を取り囲む側面フレーム３と、を備える。かかるケース本体が下部ケース本体に適用されると、板材は、電池セルを支持する底材として働き、ケース本体が上部ケース本体に適用されると、板材は、電池を覆うカバー材として働くことができる。
【0023】
側面フレーム３は、ケース本体１に内蔵される電池セルの大きさに応じて、その高さ寸法が連動して変更されることができる。少なくとも４個の側面フレームが備えられており、各側面フレームの両端部は、所定の角度（例えば、約４５度）で斜めに切断され、対応する他の側面フレームとそれぞれ両端部で接してから、レーザー溶接またはＣＯ２溶接などの溶接により接合されることができる。
【0024】
ケース本体１の側面フレーム３は、例えば、全体的に四角形状の閉鎖断面を有することができ、これにより、中空部１０を挟んだ第１側壁と第２側壁が形成されることができる。
【0025】
また、この中空部内には、側面荷重を支持する補強部２０が、第１側壁と第２側壁との間で中空部を横切って第１側壁と第２側壁を連結するように配置されることで、中空部を少なくとも２つの空間に区画することができる。
【0026】
選択的に、側面フレーム３には、該当ケース本体１を他のケース本体と、例えば、側面フレームを有する下部ケース本体を上部ケース本体と密着するように結合することで、水密性を確保可能にするフランジ部４が形成されることができる。かかるフランジ部により、側面フレームには段差部５が備えられることができる。
【0027】
本発明の一実施形態による電池ケースの側面フレーム３は、例えば、引張強度が約９８０ＭＰａ以上である超高強度の鋼材のような金属素材を、そのスプリングバックの調整が容易なロールフォーミング（Ｒｏｌｌ Ｆｏｒｍｉｎｇ）により加工して形成することが好ましい。
【0028】
このようにロールフォーミングにより形成する場合、板状からなる素材を多数回折り曲げるようになるため、アルミニウムの押出材とほぼ類似のレベルの断面形状及び耐衝突特性を提供することができる。
【0029】
素材において、折り曲げられた地点と接する素材の他の地点は、該当折り曲げ地点と溶接などにより接合され、四角形状の閉鎖断面とともに中空部１０を形成することができる。
【0030】
より具体的に、図２を参照して説明すると、側面フレーム３の一側上部の角から始まり、側面フレームの幅方向に水平に延びた素材は、第１方向（図２において時計回り方向）にほぼ直角になるように第１折り曲げ点１１で折り曲げられ、高さ方向に下降してから、第１方向に所定の角度で第２折り曲げ点１２で折り曲げられ、衝撃吸収部３０を形成するために、任意の方向及び任意の角度で折り曲げまたは湾曲された後、第１方向の反対方向である第２方向（図２において反時計回り方向）に第３折り曲げ点１３で折り曲げられ、高さ方向に下降してから、第２方向にほぼ直角になるように第４折り曲げ点１４で折り曲げられて水平方向に延びる。
【0031】
第４折り曲げ点１４で折り曲げられてから水平方向に延びた素材は、第２折り曲げ点１２と溶接などにより接合され、側面フレーム３の他側下部の角を形成することができる。もし、溶接などの接合に続いて素材が延び続けると、この延長部が少なくとも部分的に底材またはカバー材を構成することもできる。
【0032】
第３折り曲げ点１３は、素材の開始点、または開始点に隣接した部位と溶接などにより接合され、側面フレームの一側上部の角を形成することができる。
【0033】
フランジ部４のための段差部５が形成される必要がある場合、素材は、側面フレーム３の幅方向に水平に延びる前に、第２方向に折り曲げられてから第１方向に折り曲げられて段差部を形成しながら、側面フレームの一側上部の角とフランジ部を形成することができる。この際、第３折り曲げ点１３は、段差部と溶接などにより接合されることができる。
【0034】
図３は本発明の一実施形態による電池ケースの側面フレームの変形例を示した断面図である。
【0035】
これに示したように、第４折り曲げ点１４で折り曲げられてから水平方向に延びた素材は、第２方向（図３において反時計回り方向）にほぼ直角になるように第５折り曲げ点１５で折り曲げられ、素材の終結点が第２折り曲げ点１２と溶接などにより接合されることができる。
【0036】
また、第５折り曲げ点１５は、ケース本体１の底材またはカバー材として働く板材２の端部と溶接などにより接合され、側面フレーム３の他側下部の角を形成することができる。
【0037】
一方、第３折り曲げ点１３は、素材の開始点、または開始点に隣接した部位と溶接などにより接合され、側面フレーム３の一側上部の角を形成することができる。第３折り曲げ点１３の接合位置によって、フランジ部４が存在してもよく、フランジ部が除去されてもよい。
【0038】
図４は本発明の一実施形態による電池ケースの側面フレームの他の変形例を示した断面図である。
【0039】
【0040】
また、補強部２０に形成される衝撃吸収部３０は、最も単純には、補強部が一回折り曲げられるか、一回湾曲されて形成されることができる。その他にも、衝撃吸収部は多様な形状で実現されることができるが、例えば、ほぼウェーブ（Ｗａｖｅ）状に湾曲されるか、ほぼ鋸歯状に折り曲げられて屈曲した形状を有することができる。このような場合、側面衝突荷重に対する抵抗力が大きく強化されることができる。
【0041】
このように本発明の一実施形態による電池ケースでは、厚さの増加や構成品の追加なしに、衝撃吸収のための形状をケース本体の側面フレーム自体に形成することで、側面衝突荷重に対する高い変形抵抗を確保することができる。
【0042】
図５は本発明の一実施形態による電池ケースの側面フレームのさらに他の変形例を示した断面図である。
【0043】
図５の変形例は、素材を全て折り曲げ点で直角に折り曲げ、側面フレーム３の全体断面形状をほぼＩ字状に形成した後、側方に突出し、かつ互いに向かい合う折り曲げ点の間に補助補強材２５を溶接などにより接合したことを特徴とする。このような変形例も、衝撃吸収能を大きく向上させることができる。
【0044】
図４及び図５の変形例のように、本発明の一実施形態による電池ケースにおいて、補強部２０にさらなる折り曲げ点もしくは屈曲形状、補助補強材などを付加することで、側面の衝突荷重に対する高い変形抵抗をより最大化することができる。
【0045】
以上のように、本発明によると、衝撃吸収部を電池ケースの側面フレーム自体に形成することで、側面の衝突荷重に対する高い変形抵抗を確保するとともに、約９８０ＭＰａ以上の超高強度鋼が電池ケースに適用可能であって、電池ケースのさらなる軽量化を確保することができる効果がある。
【0046】
また、本発明によると、電池ケースに鋼材を適用する時に、従来の補強材を接合する方式に比べて組み立て性を著しく向上させることができ、部品数を画期的に減少させることにより、金型、工程などに関連するコストを大幅に低減することができる効果が得られる。
【0047】
以上の説明は、本発明の技術思想を例示的に説明したものにすぎず、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者であれば、本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲で多様な修正及び変形が可能である。したがって、本明細書及び図面に開示の実施形態は、本発明の技術思想を限定するためのものではなく、説明するためのものであり、このような実施形態により本発明の技術思想の範囲が限定されるものではない。本発明の保護範囲は添付の特許請求の範囲によって解釈されるべきであり、それと同等な範囲内にある全ての技術思想は本発明の権利範囲に含まれるものと解釈されるべきである。
【産業上の利用可能性】
【0048】
上述のように、本発明は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車などのような車両に装着される電池を構成するのに有用である。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】