(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-09-30
(45)【発行日】2024-10-08
(54)【発明の名称】バッテリケース及びその製造方法
(51)【国際特許分類】
H01M 50/204 20210101AFI20241001BHJP
B23K 20/12 20060101ALI20241001BHJP
H01M 10/613 20140101ALI20241001BHJP
H01M 10/6556 20140101ALI20241001BHJP
H01M 10/6554 20140101ALI20241001BHJP
【FI】
H01M50/204 401H
B23K20/12 360
H01M10/613
H01M10/6556
H01M10/6554
(21)【出願番号】P 2023048489
(22)【出願日】2023-03-24
【審査請求日】2023-11-24
(73)【特許権者】
【識別番号】000005326
【氏名又は名称】本田技研工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002505
【氏名又は名称】弁理士法人航栄事務所
(72)【発明者】
【氏名】横山 明男
(72)【発明者】
【氏名】片山 吾一
(72)【発明者】
【氏名】砂田 俊秀
【審査官】滝谷 亮一
(56)【参考文献】
【文献】特表2022-540234(JP,A)
【文献】特開2022-42851(JP,A)
【文献】特許第7323859(JP,B1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01M 50/204
B23K 20/12
H01M 10/613
H01M 10/6556
H01M 10/6554
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
凹凸が形成されたケース部材同士を対向する合わせ面で接合し、前記凹凸をカバープレートで覆うことで形成された冷媒流路を備えるバッテリケースであって、
前記冷媒流路は、前記合わせ面の位置において、前記合わせ面を含む平面に直交する方向に形成されており、
前記ケース部材は、それぞれ、
前記冷媒流路の流れ方向に沿って段差なく連続して平坦に延びる第1凸部と、
前記合わせ面の位置で、前記流れ方向に直交する方向に段差なく連続して平坦に延びる第2凸部と、
凹部と、を有し、
前記第1凸部及び前記第2凸部は、交差する位置において段差なく平坦に交差しており、
前記カバープレートは、前記流れ方向に沿って段差なく平坦に延びる凸部及び凹部を有し、
前記冷媒流路は、
前記第1凸部と前記カバープレートの前記凸部が接合されることで形成され、
前記ケース部材の前記凹部と前記カバープレートの前記凹部との間に形成された第1空間と、
前記第2凸部と前記カバープレートの前記凹部との間に形成された第2空間と、を含む、バッテリケース。
【請求項2】
請求項1に記載のバッテリケースであって、
前記カバープレートは、板材のプレス成型品であり、
前記ケース部材は、ダイカスト品であり、
前記第2凸部は、前記ケース部材の前記凹部よりも肉厚に形成されている、バッテリケース。
【請求項3】
請求項2に記載のバッテリケースであって、
前記冷媒流路において、前記第2空間の高さは、前記第1空間の高さよりも低い、バッテリケース。
【請求項4】
金属の板材をプレス加工して流路になる凹凸が設けられたカバープレートを形成するカバープレート形成工程と、
凹凸が形成されたケース部材を成型するケース部材成型工程と、
前記ケース部材同士を合わせ面で接合してケースを形成するケース接合工程と、
前記凹凸が形成された前記カバープレートで前記ケースを覆い、前記ケース部材の凸部と前記カバープレートの凸部を接合して冷媒流路を形成するカバープレート接合工程と、を備え、
前記ケース部材成型工程は、アルミニウム合金をダイカストにより、
前記カバープレートと接合する部分と、前記ケース部材の合わせ面に沿う部分とを肉厚に形成し、且つ
肉厚部分の高さは前記ケース部材の全面で同じ高さになるように成型する、バッテリケースの製造方法。
【請求項5】
請求項4に記載のバッテリケースの製造方法であって、
前記ケース接合工程では、前記合わせ面に沿って肉厚に形成された部分を摩擦攪拌接合によって接合し、
前記カバープレート接合工程では、前記ケース部材の前記凸部及び前記カバープレートの前記凸部に沿って摩擦攪拌接合によって接合する、バッテリケースの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、バッテリケース及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、低炭素社会又は脱炭素社会の実現に向けた取り組みが活発化し、車両においてもCO2排出量の削減やエネルギー効率の改善のために、電動化技術に関する研究開発が行われている。
【0003】
電動化技術ではバッテリが重要な役割を担っている。バッテリは発熱部品であるため、適切に温度管理を行う必要がある。例えば、特許文献1に記載のバッテリパックでは、バッテリケースを二重底構造として、ロアパネルとシェアパネルとの間にヒートシンクを形成することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、特許文献1では、ロアパネルとシェアパネルとの間に、別部材としてヒートシンクを設けるので、コスト及び重量の増加の要因となる。そこで、2枚の板部材の間にウォータージャケットを形成することが考えられるが、この場合、2枚の板部材の間に冷媒流路が形成されるため、高精度の接合品質が求められる。また、近年では、バッテリケースを分割して製造することも検討されており、ケース部材同士の接合についても検討の余地があった。
【0006】
本発明は、安定した接合品質を有するバッテリケース、及びその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は、
凹凸が形成されたケース部材同士を対向する合わせ面で接合し、前記凹凸をカバープレートで覆うことで形成された冷媒流路を備えるバッテリケースであって、
前記冷媒流路は、前記合わせ面の位置において、前記合わせ面を含む平面に直交する方向に形成されており、
前記ケース部材は、それぞれ、
前記冷媒流路の流れ方向に沿って段差なく連続して平坦に延びる第1凸部と、
前記合わせ面の位置で、前記流れ方向に直交する方向に段差なく連続して平坦に延びる第2凸部と、
凹部と、を有し、
前記第1凸部及び前記第2凸部は、交差する位置において段差なく平坦に交差しており、
前記カバープレートは、前記流れ方向に沿って段差なく平坦に延びる凸部及び凹部を有し、
前記冷媒流路は、
前記第1凸部と前記カバープレートの前記凸部が接合されることで形成され、
前記ケース部材の前記凹部と前記カバープレートの前記凹部との間に形成された第1空間と、
前記第2凸部と前記カバープレートの前記凹部との間に形成された第2空間と、を含む。
【0008】
また、本発明は、バッテリケースの製造方法であって、
金属の板材をプレス加工して流路になる凹凸が設けられたカバープレートを形成するカバープレート形成工程と、
凹凸が形成されたケース部材を成型するケース部材成型工程と、
前記ケース部材同士を合わせ面で接合してケースを形成するケース接合工程と、
前記凹凸が形成された前記カバープレートで前記ケースを覆い、前記ケース部材の凸部と前記カバープレートの凸部を接合して冷媒流路を形成するカバープレート接合工程と、を備え、
前記ケース部材成型工程は、アルミニウム合金をダイカストにより、
前記カバープレートと接合する部分と、前記ケース部材の合わせ面に沿う部分とを肉厚に形成し、且つ
肉厚部分の高さは前記ケース部材の全面で同じ高さになるように成型する。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、冷媒流路を備えるバッテリケースにおいて、安定した接合品質を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【
図1】バッテリケース1の組立工程を示す図であり、(A)は第1ケース部材11及び第2ケース部材12を形成するケース部材成型工程、(B)は第1ケース部材11及び第2ケース部材12を合わせ面Xで接合してケース10を形成するケース接合工程、(C)はカバープレート20でケース10を覆い冷媒流路を形成するカバープレート接合工程、を示す。
【
図6】
図2のP1-P1矢印の方向から合わせ面Xのケース接合工程を見た図である。
【
図7】
図2のP2矢印の方向から合わせ面Xのケース接合工程を見た図である。
【
図8】
図2のP1-P1矢印の方向からカバープレート20と第1ケース部材11及び第2ケース部材12とを接合するカバープレート接合工程を見た図である。
【
図9】
図8のB-B線に沿った断面で、カバープレート20と第1ケース部材11及び第2ケース部材12とを接合するカバープレート接合工程を見た図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、図面を参照しながら、本発明のバッテリケース及びその製造方法について説明する。
【0012】
図1に示すように、本発明の一実施形態のバッテリケース1は、2つのケース部材である第1ケース部材11と第2ケース部材12同士を対向する合わせ面Xで接合し、第1ケース部材11及び第2ケース部材12の凹凸をカバープレート20で覆うことで形成される。バッテリケース1は、内部にバッテリを収容した状態で不図示のカバープレートで覆われ、電動車両の床下に固定される。
【0013】
図1の(A)に示すように、第1ケース部材11及び第2ケース部材12は、それぞれ凹凸が形成されたケース部材である。第1ケース部材11及び第2ケース部材12は、例えばアルミニウム合金のダイカスト品である。本実施形態において、第1ケース部材11及び第2ケース部材12は、平面視で略矩形形状を有し、周縁の4辺のうち3辺が折り曲げられている。
【0014】
図1の(B)及び
図2に示すように、第1ケース部材11及び第2ケース部材12を合わせ面Xで接合することにより、一体のケース10が形成される。接合の方法は種々のものがあるが、特に摩擦攪拌接合(FSW;Friction Stir Welding)が好適に用いられる。
【0015】
図1の(C)及び
図3に示すように、ケース10の凹凸をカバープレート20で覆うように固定することで、バッテリケース1が完成する。カバープレート20は、凹凸が形成された板状の部材であり、例えば板材のプレス成型品である。バッテリケース1には、
図4及び
図5に示すように、ケース10とカバープレート20との間に冷媒流路30が形成される。これにより、バッテリケース1の内部に収容されたバッテリが、冷媒流路30を流れる冷媒により冷却及び/又は加温され、バッテリの温度が調整され得る。
【0016】
図3に示すように、第1ケース部材11及び第2ケース部材12は、それぞれ、第1凸部14と、第2凸部15と、凹部16と、を有している。第1凸部14は、
図4及び
図5に示す冷媒流路30の流れ方向に沿って段差なく連続して平坦に延びるように形成されている。
図6及び
図7も参照して、第2凸部15は、合わせ面Xの位置で、流れ方向に直交する方向に段差なく連続して平坦に延びるように形成されている。第1凸部14及び第2凸部15は、交差する位置において段差なく平坦に交差している。
【0017】
凹部16は、隣り合う第1凸部14の間に形成された凹み部分である。第1凸部14及び第2凸部15は、凹部16から第1ケース部材11及び第2ケース部材12の高さ方向に突出しているということもできる。
【0018】
カバープレート20は、
図3に示すように、
図4及び
図5に示す冷媒流路30の流れ方向に沿って段差なく平坦に延びる凸部21及び凹部22を有する。
図8及び
図9も参照して、凸部21は、ケース10に向かって突出しており、凹部22は、ケース10から離れる方向に窪んでいる。すなわち、本明細書では、カバープレート20からケース10側の方向を基準とした突出または凹みにより、凸部21及び凹部22が定義されている。
【0019】
図4及び
図5に示すように、冷媒流路30は、合わせ面Xの位置において、合わせ面Xを含む平面に直交する方向に形成されている。
【0020】
冷媒流路30は、
図8及び
図9に示すように、第1ケース部材11及び第2ケース部材の第1凸部14と、カバープレート20の凸部21が接合されることで形成される。この接合にも摩擦攪拌接合が好適に用いられる。このような接合構造により、冷媒流路30は、
図5に示すように、第1空間31及び第2空間32の2種の空間を含むことになる。
【0021】
第1空間31は、第1ケース部材11及び第2ケース部材12の凹部16と、カバープレート20の凹部22との間に形成された空間である。一方、第2空間32は、第1ケース部材11及び第2ケース部材12の第2凸部15と、カバープレート20の凹部22との間に形成された空間である。
【0022】
すなわち、第1ケース部材11及び第2ケース部材12に関して、凹部16と第2凸部15が冷媒流路30を画定する役割を果たす。そして、凹部16が第1空間31を画定する役割を果たすとともに、第2凸部15が第2空間32を画定する役割を果たす。
【0023】
一方、カバープレート20に関しては、凹部22が、第1空間31及び第2空間32の双方を画定する役割を果たす。
【0024】
上述した構成によれば、合わせ面Xで第2凸部15が段差なく連続して平坦に延びているので、第1ケース部材11及び第2ケース部材12の製品バラつきに対しても安定した接合品質を実現できる。また、第1凸部14と第2凸部15の交差部が段差なく連続して平坦に延びているので、カバープレート20の凸部21が接合される際にも、安定した接合品質を実現できる。
【0025】
上述した様にカバープレート20は、例えば板材のプレス成型品であり、第1ケース部材11及び第2ケース部材12は、例えばアルミニウム合金のダイカスト品である。また、第1ケース部材11及び第2ケース部材12において、第2凸部15は、凹部16よりも肉厚に形成されている。したがって、摩擦攪拌接合時において、十分な接合深さが確保される。
【0026】
また、冷媒流路30には、第1ケース部材11及び第2ケース部材12の第2凸部15とカバープレート20の凹部22との間に第2空間32が形成される。よって、第2凸部15の凹凸量を調整することで、第1ケース部材11及び第2ケース部材12の合わせ面Xの位置での流路断面を調整できる。また、第2凸部15を肉厚にすることで接合品質を安定させつつ、第1ケース部材11及び第2ケース部材12の第1凸部14及び第2凸部15を除く凹部16で板厚を薄くすることで、バッテリパックとしての重量を小さくすることができる。
【0027】
また、
図5に示すように、冷媒流路30において、第2空間32の高さH2は、第1空間31の高さH1よりも低い。これにより、冷媒流路30内に第1空間31と第2空間32との境目に段差ができる。これにより、冷媒流路30内に乱流が発生し、表層のみが温まった状態よりも冷却効率があがり、さらに段差で流速があがるので熱引きもよくなる。これにより、冷却能力を向上させることができる。
【0028】
次に、バッテリケース1の製造方法について説明する。なお、
図6~
図9は、理解を容易にするため、凹凸を誇張して示している点に留意が必要である。
【0029】
まず、金属の板材をプレス加工して流路になる凹凸が設けられたカバープレート20を形成する(カバープレート形成工程)。カバープレート20の形成とは別に、
図1の(A)に示すように、凹凸が形成された第1ケース部材11及び第2ケース部材12を形成する(ケース部材成型工程)。
【0030】
ここで、
図1の(A)に示すケース部材成型工程においては、第1ケース部材11及び第2ケース部材12の素材となるアルミニウム合金をダイカストにより、カバープレート20と接合する部分、即ち第1凸部14と、第1ケース部材11及び第2ケース部材12の合わせ面Xに沿う部分、即ち第2凸部15とを肉厚に形成する。
【0031】
図2に示すように、カバープレート20と接合する部分である第1凸部14と、合わせ面Xに沿う部分である第2凸部15の双方を含む肉厚部分の高さは、第1ケース部材11及び第2ケース部材12の全面で同じ高さになるように成型される。
【0032】
このような成型によれば、接合面が平坦になるため、後のケース接合工程において、安定した接合品質を実現できる。また、鋳造型で成型した第1ケース部材11及び第2ケース部材12同士の組み合わせというバラつきに対しても、安定した接合品質を実現できる。さらに、第1ケース部材11及び第2ケース部材12の第1凸部14及び第2凸部15を除く凹部16で板厚を薄くすることで、バッテリパックとしての重量を小さくすることができる。
【0033】
次に、
図1の(B)に示すように、第1ケース部材11及び第2ケース部材12を合わせ面Xで接合してケース10を形成する(ケース接合工程)。
【0034】
具体的には、
図6及び
図7に示すように、合わせ面Xに沿って肉厚に形成された第2凸部15を摩擦攪拌接合によって接合する。摩擦攪拌接合は、摩擦熱で軟化させた材料を攪拌して接合する接合方法である。本例では、摩擦攪拌接合ツール50が、上から第2凸部15の部分を所定の力で押圧したまま、回転しながら移動する(
図6では左右方向に、
図7では紙面に垂直な方向に移動)。この過程で、第1ケース部材11及び第2ケース部材12の双方にまたがった第2凸部15の一部(
図7中のドットでハッチングした領域)が、摩擦攪拌接合ツール50の回転力によって、軟化するとともに塑性流動によって、第1ケース部材11及び第2ケース部材12それぞれの部分が練り混ざり、一体化する。
【0035】
最後に、
図1の(C)に示すように、凹凸が形成されたカバープレート20でケース10を覆い、第1ケース部材11及び第2ケース部材12の第1凸部14とカバープレート20の凸部21を接合して冷媒流路30を形成する(カバープレート接合工程)。
【0036】
具体的には、
図8及び
図9に示すように、第1ケース部材11及び第2ケース部材12の第1凸部14及びカバープレート20の凸部21に沿って摩擦攪拌接合によって接合する。
図8及び
図9においても、摩擦攪拌接合ツール50が、第1凸部14の部分及び凸部21の部分を所定の力で押圧したまま、回転しながら移動する(
図8では紙面に垂直な方向に、
図9では左右方向に移動)。この過程で、第1凸部14と凸部21とが、摩擦攪拌接合ツール50の回転力によって、軟化するとともに塑性流動によって、練り混ざり、一体化する。
【0037】
このような接合によれば、第1凸部14及び凸部21を含む平坦部のみの接合であるので、摩擦攪拌接合を適用することで、レーザー溶接に比べて入熱量が小さくなるので、接合した製品の歪を小さくできる。これにより、接合品質の向上と製品の精度向上を両立することができる。
【0038】
以上、図面を参照しながら各種の実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。
【0039】
例えば、ケース10は、2つのケース部材から構成される場合に限らず、3つ以上のケース部材が接合されて形成されてもよい。
【0040】
また、好適な接合方法として摩擦攪拌接合を例示したが、これに限らず、レーザー溶接等の他の接合方法であってもよい。
【0041】
本明細書には少なくとも以下の事項が記載されている。なお、括弧内には、上記した実施形態において対応する構成要素等を示しているが、これに限定されるものではない。
【0042】
(1) 凹凸が形成されたケース部材(第1ケース部材11、第2ケース部材12)同士を対向する合わせ面(合わせ面X)で接合し、前記凹凸をカバープレート(カバープレート20)で覆うことで形成された冷媒流路(冷媒流路30)を備えるバッテリケース(バッテリケース1)であって、
前記冷媒流路は、前記合わせ面の位置において、前記合わせ面を含む平面に直交する方向に形成されており、
前記ケース部材は、それぞれ、
前記冷媒流路の流れ方向に沿って段差なく連続して平坦に延びる第1凸部(第1凸部14)と、
前記合わせ面の位置で、前記流れ方向に直交する方向に段差なく連続して平坦に延びる第2凸部(第2凸部15)と、
凹部(凹部16)と、を有し、
前記第1凸部及び前記第2凸部は、交差する位置において段差なく平坦に交差しており、
前記カバープレートは、前記流れ方向に沿って段差なく平坦に延びる凸部(凸部21)及び凹部(凹部22)を有し、
前記冷媒流路は、
前記第1凸部と前記カバープレートの前記凸部が接合されることで形成され、
前記ケース部材の前記凹部と前記カバープレートの前記凹部との間に形成された第1空間(第1空間31)と、
前記第2凸部と前記カバープレートの前記凹部との間に形成された第2空間(第2空間32)と、を含む、バッテリケース。
【0043】
(1)によれば、合わせ面で第2凸部が段差なく連続して平坦に延びているので、ケース部材の製品バラつきに対しても安定した接合品質を実現できる。また、第1凸部と第2凸部の交差部が段差なく連続して平坦に延びているので、カバープレートの凸部が接合される際にも、安定した接合品質を実現できる。
【0044】
(2) (1)に記載のバッテリケースであって、
前記カバープレートは、板材のプレス成型品であり、
前記ケース部材は、ダイカスト品であり、
前記第2凸部は、前記ケース部材の前記凹部よりも肉厚に形成されている、バッテリケース。
【0045】
冷媒流路には、ケース部材の第2凸部とカバープレートの凹部との間に第2空間が形成される。(2)によれば、第2凸部の凹凸量を調整することで、ケース部材の合わせ面の位置での流路断面を調整できる。また、第2凸部を肉厚にすることで接合品質を安定させつつ、ケース部材の第1凸部及び第2凸部を除く凹部で板厚を薄くすることで、バッテリパックとしての重量を小さくすることができる。
【0046】
(3) (2)に記載のバッテリケースであって、
前記冷媒流路において、前記第2空間の高さは、前記第1空間の高さよりも低い、バッテリケース。
【0047】
(3)によれば、冷媒流路内に第1空間と第2空間との境目に段差ができる。これにより、冷媒流路内に乱流が発生し、表層のみが温まった状態よりも冷却効率があがり、さらに段差で流速があがるので熱引きもよくなる。これにより、冷却能力を向上させることができる。
【0048】
(4) 金属の板材をプレス加工して流路になる凹凸が設けられたカバープレートを形成するカバープレート形成工程と、
凹凸が形成されたケース部材を成型するケース部材成型工程と、
前記ケース部材同士を合わせ面で接合してケースを形成するケース接合工程と、
前記凹凸が形成された前記カバープレートで前記ケースを覆い、前記ケース部材の凸部と前記カバープレートの凸部を接合して冷媒流路を形成するカバープレート接合工程と、を備え、
前記ケース部材成型工程は、アルミニウム合金をダイカストにより、
前記カバープレートと接合する部分と、前記ケース部材の合わせ面に沿う部分とを肉厚に形成し、且つ
肉厚部分の高さは前記ケース部材の全面で同じ高さになるように成型する、バッテリケースの製造方法。
【0049】
(4)によれば、接合面が平坦になるため、安定した接合品質を実現できる。また、鋳造型で成型したケース部材同士の組み合わせというバラつきに対しても、安定した接合品質を実現できる。さらに、ケース部材の肉厚部分を除く凹部で板厚を薄くすることで、バッテリパックとしての重量を小さくすることができる。
【0050】
(5) (4)に記載のバッテリケースの製造方法であって、
前記ケース接合工程では、前記合わせ面に沿って肉厚に形成された部分を摩擦攪拌接合によって接合し、
前記カバープレート接合工程では、前記ケース部材の前記凸部及び前記カバープレートの前記凸部に沿って摩擦攪拌接合によって接合する、バッテリケースの製造方法。
【0051】
(5)によれば、平坦部のみの接合であるので摩擦攪拌接合を適用することで、レーザー溶接に比べて入熱量が小さくなるので、接合した製品の歪を小さくできる。これにより、接合品質の向上と製品の精度向上を両立することができる。
【符号の説明】
【0052】
1 バッテリケース
10 ケース
11 第1ケース部材(ケース部材)
12 第2ケース部材(ケース部材)
14 第1凸部
15 第2凸部
16 凹部
20 カバープレート
21 凸部
22 凹部
30 冷媒流路
31 第1空間
32 第2空間
50 摩擦攪拌接合ツール
X 合わせ面
【要約】
【課題】安定した接合品質を有するバッテリケース、及びその製造方法を提供する。
【解決手段】バッテリケース1は、ケース部材11、12同士を合わせ面Xで接合し、カバープレート20で覆われることで形成される。ケース部材11、12は、冷媒流路30の流れ方向に沿って段差なく連続して平坦に延びる第1凸部14と、合わせ面Xの位置で、流れ方向に直交する方向に段差なく連続して平坦に延びる第2凸部15と、凹部16と、を有する。第1凸部14及び第2凸部15は、交差する位置において段差なく平坦に交差している。カバープレート20は、流れ方向に沿って段差なく平坦に延びる凸部21及び凹部22を有する。冷媒流路30は、第1凸部14と凸部21が接合されることで形成され、凹部16と凹部22との間に形成された第1空間31と、第2凸部15と凹部22との間に形成された第2空間32と、を含む。
【選択図】
図3