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特表2023-542694電気車両用バッテリートレイ底部

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-10-11

(54)【発明の名称】電気車両用バッテリートレイ底部

(51)【国際特許分類】

H01M 50/242 20210101AFI20231003BHJP

C22C 21/02 20060101ALI20231003BHJP

C22F 1/043 20060101ALI20231003BHJP

H01M 50/224 20210101ALI20231003BHJP

H01M 50/233 20210101ALI20231003BHJP

H01M 50/236 20210101ALI20231003BHJP

C22F 1/00 20060101ALN20231003BHJP

【ＦＩ】

H01M50/242

C22C21/02

C22F1/043

H01M50/224

H01M50/233

H01M50/236

C22F1/00 613

C22F1/00 623

C22F1/00 630A

C22F1/00 640A

C22F1/00 631Z

C22F1/00 682

C22F1/00 683

C22F1/00 686A

C22F1/00 691B

C22F1/00 691C

C22F1/00 692A

C22F1/00 694A

C22F1/00 686B

C22F1/00 692B

C22F1/00 630M

C22F1/00 685Z

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023518334

(86)(22)【出願日】2021-09-22

(85)【翻訳文提出日】2023-04-27

(86)【国際出願番号】 FR2021051628

(87)【国際公開番号】W WO2022064140

(87)【国際公開日】2022-03-31

(31)【優先権主張番号】2009649

(32)【優先日】2020-09-23

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

(31)【優先権主張番号】2104966

(32)【優先日】2021-05-11

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】517422951

【氏名又は名称】コンステリウムヌフ－ブリザック

【氏名又は名称原語表記】ＣＯＮＳＴＥＬＬＩＵＭＮＥＵＦ－ＢＲＩＳＡＣＨ

(74)【代理人】

【識別番号】100080447

【弁理士】

【氏名又は名称】太田恵一

(72)【発明者】

【氏名】バルビエ，ダヴィ

(72)【発明者】

【氏名】リスト，ジョスリーヌ

(72)【発明者】

【氏名】マッス，ジャン－フィリップ

【テーマコード（参考）】

5H040

【Ｆターム（参考）】

5H040AA37

5H040AS07

5H040AY10

5H040CC33

5H040LL01

5H040NN00

(57)【要約】

本発明は、電気車両用またはハイブリッド車両用バッテリートレイに関する。バッテリートレイ底部は、侵入に対する耐性を保証しつつ厚みを最適化するために弾性率が７７ＧＰａを超えるアルミニウム合金製薄板を用いて作られる。本発明はまた、弾性率が７７ＧＰａを超えかつ降伏応力Ｒｐ０．２が２９５ＭＰａを超える４０００系のアルミニウム合金製薄板にも関する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

バッテリートレイ底部を製作するための、弾性率が少なくとも７７ＧＰａであるアルミニウム合金製薄板の利用。

【請求項2】

合金が、少なくとも１０重量％のケイ素含有量を有する４０００系合金であることを特徴とする、請求項１に記載のアルミニウム合金製薄板の利用。

【請求項3】

合金が、スクラップ、好ましくは廃車両に由来する廃棄物または残片を、好ましくは少なくとも５０％、より好ましくは少なくとも８０％含むことを特徴とする、請求項１または２に記載のアルミニウム合金製薄板の利用。

【請求項4】

薄板の製造に必要な鋳造スラブの製造のカーボンフットプリントが、鋳造スラブあたり４トン未満のＣＯ_２、好ましくは鋳造スラブあたり２トン未満のＣＯ_２であることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一つに記載のアルミニウム合金製薄板の利用。

【請求項5】

バッテリートレイ底部でのその成形後かつバッテリートレイ底部の熱処理後の薄板の降伏応力Ｒｐ０．２が、少なくとも２９５ＭＰａ、好ましくは少なくとも３１５ＭＰａ、好ましくは少なくとも３２０ＭＰａ、より好ましくは少なくとも３３０ＭＰａ、より好ましくは少なくとも３５０ＭＰａ、より好ましくは少なくとも４００ＭＰａであることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一つに記載のアルミニウム合金製薄板の利用。

【請求項6】

弾性率が少なくとも７７ＧＰａであり、かつ降伏応力Ｒｐ０．２が、質別Ｔ６で少なくとも３１５ＭＰａであるアルミニウム合金製の、バッテリートレイ底部用４０００系合金製薄板。

【請求項7】

４０００系合金が、スクラップ、好ましくは廃車両に由来する廃棄物または残片を、好ましくは少なくとも５０％、より好ましくは少なくとも８０％含む、請求項６に記載の薄板。

【請求項8】

薄板の製造に必要な鋳造スラブの製造のカーボンフットプリントが、鋳造スラブあたり４トン未満のＣＯ_２、好ましくは鋳造スラブあたり２トン未満のＣＯ_２であることを特徴とする、請求項６または７に記載の薄板。

【請求項9】

４０００系合金の組成が、重量％で、
Ｓｉ：１０～１４、
Ｍｇ：０.０５～０．８、
Ｃｕ：０．２～２．０、
Ｆｅ：≦０．５、
Ｍｎ：≦０．５、
任意でＮａ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、ＹおよびＬｉの中で選択される少なくとも一つの元素であって、選択される場合の前記元素の量は、Ｎａ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｙについては０．０１～０．０５またＬｉについては０．１～０．３、
Ｓｂ：≦０．０５、
Ｃｒ：≦０．１、
Ｔｉ：≦０．２、
他の元素が各々０．０５未満で合計０．１５未満、残りはアルミニウム、
であることを特徴とする、請求項６から８のいずれか一つに記載の薄板。

【請求項10】

不溶性析出物Ｍｇ_２Ｓｉを含むことを特徴とする、請求項９に記載の薄板。

【請求項11】

Ｓｉ含有量が、１１～１３重量％であることを特徴とする、請求項９または１０に記載の薄板。

【請求項12】

Ｃｕ含有量が、少なくとも０．２５重量％、好ましくは少なくとも０．３０重量％、好ましくは０．３５重量％、好ましくは０．４～０．８重量％、好ましくは０．５～０．７重量％であることを特徴とする、請求項９から１１のいずれか一つに記載の薄板。

【請求項13】

Ｆｅ含有量が、少なくとも０．１０重量％、好ましくは０．１０～０．３重量％であることを特徴とする、請求項９から１２のいずれか一つに記載の薄板。

【請求項14】

Ｍｎ含有量が、０．０５～０．２重量％であることを特徴とする、請求項９から１３のいずれか一つに記載の薄板。

【請求項15】

Ｍｎ含有量が、０．０５重量％未満であることを特徴とする、請求項９から１３のいずれか一つに記載の薄板。

【請求項16】

Ｓｒ含有量が、０．０１～０．０５重量％であることを特徴とする、請求項９から１５のいずれか一つに記載の薄板。

【請求項17】

Ｃｒ含有量が、０．０１～０．０５重量％であり、かつ／またはＴｉ含有量が、０．０１～０．１５重量％であることを特徴とする、請求項９から１６のいずれか一つに記載の薄板。

【請求項18】

質別Ｔ６での降伏応力が、少なくとも３２０ＭＰａ、より好ましくは少なくとも３３０ＭＰａ、より好ましくは少なくとも３４０ＭＰａ、より好ましくは少なくとも３５０ＭＰａ、より好ましくは少なくとも４００ＭＰａであることを特徴とする、請求項６から１７のいずれか一つに記載の薄板。

【請求項19】

請求項６から１８のいずれか一つに記載の薄板を用いて作られる、バッテリートレイ底部。

【請求項20】

ａ．好ましくは竪型半連続鋳造による、鋳造スラブの製造、
ｂ．好ましくは少なくとも５４０℃の温度での１．５時間の間の、好ましくは５５０℃の温度での少なくとも４時間の間の均質化、
ｃ．熱間圧延、
ｄ．少なくとも６０％の好ましい圧下率を伴う冷間圧延、
ｅ．少なくとも５００℃の温度での溶体化処理、ついで焼入れ、好ましくは、５０℃から１００℃の温度でのコイリング、
という連続するステップを含む、請求項６から１８のいずれか一つに記載の薄板の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電気モーター付き車両またはハイブリッドモーター付き車両の分野に関する。

【0002】

本発明はより詳細には、そのような電気モーター付き車両またはハイブリッドモーター付き車両のバッテリートレイに関しており、該トレイは、平面図で概して多角形の形を有する周縁フレーム、周縁フレームの下部表面に連結される、アルミニウム合金で製作される底部、および閉じるための上部カバーで構成されている。

【背景技術】

【0003】

バッテリーのトレイまたはバッテリートレイは、電気車両またはハイブリッド車両の作動に使用される電気エネルギーを生み出すことを可能にする、電気エネルギーの貯蔵セルの構成要素のユニットを収容するチャンバを含むことができる。電気エネルギー貯蔵セルの構成要素のユニットは、バッテリートレイの中に配置され、それからバッテリーのトレイは電気モーター付き車両またはハイブリッドモーター付き車両に取り付けられる。

【0004】

電気モーター付き車両またはハイブリッド車両（内燃機関もまた備えた電気モーター付き車両）は、モーターを作動させるために多くのバッテリーを必要とする。欧州特許出願公開第１９３９０２６号明細書、米国特許出願公開第２００７／０１４１４５１号明細書、米国特許出願公開第２００８／０１７３４８８号明細書、米国特許出願公開第２００９／０２３６１６２号明細書および欧州特許出願公開第２６２３３５３号明細書の参考文献は、従来の電気車両用バッテリートレイのいくつかの例を示している。

【0005】

バッテリートレイは、電気エネルギーの貯蔵に使用されるバッテリーのセルを保護しなければならない。とりわけ、事故の場合には、この保護は、車両の完全な故障を引き起こすショートを避けなければならない。バッテリートレイは、電磁放射線を避けるためにファラデーケージの機能もまた有しなければならない。

【0006】

したがって、バッテリートレイは、衝突による衝撃の場合にモジュールを保護するのに十分な機械的特性を有しなければならない。

【0007】

中国特許出願公開第１０６２０７０４４号明細書は、積層されたＰＶＣフォームと炭素繊維との中間層で形成され、側面の衝撃に耐える性能を有する、炭素繊維ベースの複合材料製バッテリートレイを示している。中国実用新案第２０５９３０８９２号明細書は、衝突の場合の安全性能を改善するために、底部の代わりにバッフルのハニカム構造を必要とする実用新案を示している。欧州特許出願公開第２７６６２４７号明細書は、バッテリーのサブコンパートメントの側面壁と車両の本体の長手方向の梁との間の自由な変形空間およびトレイの利用を提案している。

【0008】

中国特許出願公開第１０８３４２６２７号明細書は、質量部で表現される以下の原料から調製される電気車両用バッテリートレイを示している：０．４～０．９質量部の鉄、０．５～０．８質量部のチタン、０．７～１．３質量部の亜鉛、０．２～０．６質量部のケイ素、３～６質量部のニッケル、４～８質量部の銅、１～３質量部のマンガン、８０～９０質量部のアルミニウム、０．２～０．６質量部の炭化ホウ素、０．８～１質量部の酸化クロム、０．２～０．２５質量部の酸化マグネシウム、０．２～０．５質量部の酸化ケイ素、０．２～０．５質量部の酸化チタン、０．２～０．５質量部の酸化イットリウム、０．０２～０．０５質量部の炭化ベリリウム、０．０２～０．０５質量部の炭化ジルコニウムおよび０．０２～０．０５質量部の炭化タングステン。

【0009】

中国特許出願公開第１０７２０１４６４号明細書は、０．４～０．９質量部の鉄、０．５～０．８質量部のチタン、０．７～１．３質量部の亜鉛、０．２～０．６質量部のケイ素、０．１～０．１５質量部のチタン、３～６質量部のニッケル、４～８質量部の銅、１～３質量部のマンガンおよび８０～９０質量部のアルミニウムから調製される電気自動車用バッテリートレイを示している。

【0010】

中国特許出願公開第１０７７６０１６２号明細書は、高強度の合金において製作される本体を含む、高強度かつ耐腐食性の、乗用車用バッテリートレイを示している。バッテリートレイの本体の表面は、耐腐食性被覆の層で覆われている。アルミニウム合金は、重量パーセント含有量で以下のような成分から調製される：０．２１～０．４７％のＭｎ、１．８３～３．７５％のＣｕ、０．２３～０．４７％のＴｉ、２．３５～７．４８％のＳｉＣ、０．１３～０．５４％のＥｒおよび、純アルミニウムと微量の不純物とから成る残部。

【0011】

仏国特許発明第２７２１０４１号明細書は、Ｓｉ：６．５から１１％、Ｍｇ：０．５から０．８％、Ｃｕ：＜０．３％、Ｆｅ：＜０．０８％、Ｍｎ：＜０．５％、および／またはＣｒ：＜０．５％、Ｓｒ０．００８から０．０２５％、Ｔｉ：＜０．０２％、他の元素の合計が０．２％未満で残りはアルミニウムの組成（重量）によって特徴づけられる、機械建造物、航空機建造物または宇宙建造物を目的としたアルミニウム合金製薄板に関している。この発明による薄板は、飛行機の翼の下面および胴体の被覆、ならびにロケットの極低温タンクのために特に使用され得る。

【0012】

欧州特許出願公開第３３８４０６０号明細書の発明は、自動車車体の補強部品用または構造部品用のアルミニウム合金製薄板に関しており、該アルミニウム合金製薄板の組成は、重量％で：Ｓｉ：１０～１４、Ｍｇ：０.０５～０．８、Ｃｕ：０～０．２、Ｆｅ：０～０．５、Ｍｎ：０～０．５、任意でＮａ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、ＹおよびＬｉの中で選択される少なくとも一つの元素であって、選択される場合の前記元素の量は、Ｎａ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｙについては０．０１～０．０５またＬｉについては０．１～０．３、Ｓｂ：０～０．０５、Ｃｒ：０～０．１、Ｔｉ：０～０．２、他の元素が各々０．０５未満で合計０．１５未満、残りはアルミニウムである。本発明はまた、そのような薄板の製造方法および、自動車車体の補強部品または構造部品を製作するための、弾性率が少なくとも７７ＧＰａである、少なくとも１０重量％のケイ素含有量を有する４０００系合金製薄板の利用にも関している。

【0013】

２０１８年５月１６日バート・ナウハイムに於ける会議「Ｍａｔｅｒｉａｌｓｉｎｃａｒｂｏｄｙｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ」の一環として行われたＮｏｖｅｌｉｓ社の説明によると、バッテリートレイの軽量化は、降伏応力が高いアルミニウム薄板を用いて得られる。

【0014】

２０１９年６月２８日バート・ナウハイムに於ける会議「Ｂａｔｔｅｒｙｓｙｓｔｅｍｓｉｎｃａｒｂｏｄｙｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ」の一環として行われたＡｒｃｅｌｏｒ社の説明によると、バッテリートレイの軽量化は、降伏応力が非常に高い鋼を用いて得られる。

【0015】

バッテリートレイはまた、バッテリートレイのチャンバの内部への流体の侵入、または、バッテリートレイのチャンバの外への電気エネルギー貯蔵セルの構成要素内に入っている電解質の漏れを避けるために、完全に密封されていなければならない。もしバッテリートレイが車両のフロアの下に固定されているならば、水や泥の侵入を防ぐために、密封閉塞はとりわけ必須である。さらに、入って来る流体および出て行く流体に対する耐腐食性を提供することが必要である。

【0016】

車両の作動性能を改善するために、バッテリートレイは、最大限の耐衝撃性、密封閉塞、耐腐食性、温度の制御に適合する能力、および非常に多くの、電気エネルギー貯蔵セルの構成要素を収める能力を同時に提供しつつ、減少した重量を有しなければならない。

【0017】

本発明は、電気モーター付き車両用またはハイブリッドモーター付き車両用バッテリートレイ底部を軽量化するために開発された。トレイのこの領域の主な機能性は、電気エネルギー貯蔵セルとそれらの冷却システムとを、道路からの（液体または固体の）侵入から守ることである。本発明は、アルミニウム合金製薄板の利用を提案する。この解決案は実際に、大きい面積上での完璧な密封性（溶接接合部は不可欠ではない）と高い運動エネルギーを有する物体の侵入を制限することを可能にする構造性能とを同時に提供しながらの優れた機能的反応、ならびに性能の経時的な高い安定性（特性の経時的変化がほぼないまたはないこと、関係する環境における組織の腐食への高耐性）、そして最後に最適化された質量を保証することを可能にする。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0018】

【特許文献1】欧州特許出願公開第１９３９０２６号明細書

【特許文献2】米国特許出願公開第２００７／０１４１４５１号明細書

【特許文献3】米国特許出願公開第２００８／０１７３４８８号明細書

【特許文献4】米国特許出願公開第２００９／０２３６１６２号明細書

【特許文献5】欧州特許出願公開第２６２３３５３号明細書

【特許文献6】中国特許出願公開第１０６２０７０４４号明細書

【特許文献7】中国実用新案第２０５９３０８９２号明細書

【特許文献8】欧州特許出願公開第２７６６２４７号明細書

【特許文献9】中国特許出願公開第１０８３４２６２７号明細書

【特許文献10】中国特許出願公開第１０７２０１４６４号明細書

【特許文献11】中国特許出願公開第１０７７６０１６２号明細書

【特許文献12】仏国特許発明第２７２１０４１号明細書

【特許文献13】欧州特許出願公開第３３８４０６０号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0019】

本発明の目的は、機械的特性、腐食とりわけ粒間腐食に対する耐性、バッテリートレイの接合方法のための優れた挙動を有しつつ、侵入に対して優れた特性を有するバッテリートレイ用アルミニウム合金製金属材料を定義することである。

【課題を解決するための手段】

【0020】

本発明の第一の対象は、バッテリートレイ底部を製作するための、弾性率が少なくとも７７ＧＰａであるアルミニウム合金製薄板の利用である。

【0021】

本発明の別の対象は、弾性率が少なくとも７７ＧＰａでありかつ降伏応力Ｒｐ０．２が質別Ｔ６で少なくとも２９５ＭＰａであるアルミニウム合金製の、バッテリートレイ底部用４０００系アルミニウム合金製薄板である。

【0022】

本発明のさらに別の対象は、本発明による薄板を用いて作られるバッテリートレイ底部である。

【0023】

本発明のさらに別の対象は、薄板の製造方法であり、該製造方法は以下の連続するステップを含む：
ａ．好ましくは竪型半連続鋳造による、鋳造スラブの製造、
ｂ．均質化、好ましくは少なくとも５４０℃の温度での１．５時間の間の、好ましくは５５０℃の温度での少なくとも４時間の間の加熱、
ｃ．熱間圧延、
ｄ．少なくとも６０％の好ましい圧下率を伴う冷間圧延、
ｅ．少なくとも５００℃の温度での溶体化処理、ついで焼入れ、好ましくは、５０℃から１００℃の温度でのコイリング。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】電気モーター付き車両用またはハイブリッドモーター付き車両用バッテリートレイの分解組立図であり、この場合、底部は周縁フレームと区別された部品である。

【図2】侵入試験の実験装置を示している。

【図3】衝撃部材を用いた数値シミュレーションモデルを示している。

【図4】利用される材料の応力－ひずみ曲線を示している。

【図5】軽量化を示しており、横座標では、利用されるさまざまな材料の降伏応力Ｒｐ０．２が示されている。

【発明を実施するための形態】

【0025】

相反する言及のないかぎり、合金の化学組成に関して表示されているものは全て、合金の総重量に基づく重量百分率として表現されている。１．４Ｃｕと表現されている場合、重量パーセントで表示された銅含有量を１．４倍するという意味である。アルミニウム合金の呼称は、当業者に知られている、アルミニウム協会の規定に従ったものである。冶金学的質別の定義は、欧州規格ＥＮ５１５中に記されている。

【0026】

引張りにおける静的機械的特性、言い換えると破断強度Ｒｍ、０．２％の伸びにおける慣用的な降伏応力Ｒｐ０．２、局部伸びＡｇ％および破断伸びＡ％は、規格ＮＦＥＮＩＳＯ６８９２－１に準じた引張り試験により決定され、試験の採取および方向は、規格ＥＮ４８５－１によって定義されている。

【0027】

ヤング率とも呼ばれる、弾性率は、規格ＡＳＴＭ１８７６に準じて測定される。

【0028】

相反する言及のないかぎり、規格ＥＮ１２２５８の定義が適用される。薄板は、矩形の横断面の圧延製品であり、その一様な厚みは０．２０ｍｍから６ｍｍの間である。

【0029】

図１は、電気モーター付き車両用またはハイブリッドモーター付き車両用バッテリートレイの非限定例を示しており、それは底部２１、底部２１の周縁の稜の外側部分の上に位置決めされるように形成される外側周縁フレーム２２、および上の方で周縁フレームの上に配置される上部の頑丈な薄板またはカバー２３を含んでいる。外側周縁フレーム２２は一般に、溶接または接着のような接合手段によって底部２１に連結されており、下部と周縁フレームとの間の稜の接合の強度および閉塞を保証している。外側周縁フレームは、主として多角形の形状を有している。上部カバーは、非制限例としてリベット、接着、溶接またはねじのような接合手段によって周縁フレームに接合される。それはまた、密封して固定されることができる。周縁フレーム２２と底部２１との全体は、非制限例として型打ち鍛造によって、薄板の変形から得られる一つの部品から成ることもできる。

【0030】

下部金属板の主な構造的機能は、道路からバッテリートレイへの物体の侵入からの保護である。その原則はつまり、バッテリートレイのバッテリーを損傷から守ることである。発明者らは、バッテリートレイのために最も適合されたアルミニウム合金製材料を特定しようと努めた。最良の材料を定義するための典型的な選択基準は、衝撃部材によるバッテリートレイ底部の変形に対する最も大きいエネルギー吸収を得ること、または、バッテリートレイ底部の同じ変形について、衝撃部材の最も大きい侵入力を得ることである。発明者らは複数のステップで行った：第一は、さまざまな仮想材料を用いて数値シミュレーションを実現することにあった。仮想材料とは、それが存在し得るかどうかを先験的に気にかけることなく、もっぱらその機械的特性によって定義される材料である。これらの機械的特性とは、弾性率、降伏応力Ｒｐ０．２および応力－ひずみ曲線である。第二のステップは、採択された特性を得ることを可能にする組成および製造方法を探すことによって、採択された仮想材料を定義することにあった。これらのステップは当然、バッテリートレイ底部の軽量化のために最も高性能な現実の材料を得るために、一定の回数繰り返された。

【0031】

通常、材料の降伏応力Ｒｐ０．２の上昇は、前記材料を用いて作られる部品を薄くし得るための従来の手段である。驚くべきことに、発明者らは、バッテリートレイ底部の特性を改善するために弾性率を上げることもまた適切であることを示した。弾性率および降伏応力が、独立した２つの特性であって、相関していないことが知られている。アルミニウム薄板について、通常、弾性率は典型的には７０ＧＰａである。

【0032】

本発明によるバッテリートレイ底部はつまり、弾性率が少なくとも７７ＧＰａであるアルミニウム薄板を利用する。

【0033】

好ましい一実施形態において、バッテリートレイ底部のために利用される薄板は、少なくとも７９ＧＰａ、より好ましくは少なくとも８４ＧＰａ、より好ましくは少なくとも８９ＧＰａ、より好ましくは少なくとも９４ＧＰａ、より好ましくは少なくとも９９ＧＰａの弾性率を有する。

【0034】

一実施形態において、バッテリートレイ底部は、Ｓｉ含有量が少なくとも１０％である、４０００系のアルミニウム合金製薄板を利用する。

【0035】

一実施形態において、バッテリートレイ底部は、バッテリートレイ底部での成形後かつバッテリートレイ底部の熱処理後の降伏応力Ｒｐ０．２が、少なくとも２９５ＭＰａ、好ましくは少なくとも３１５ＭＰａ、好ましくは少なくとも３２０ＭＰａ、より好ましくは少なくとも３３０ＭＰａ、より好ましくは少なくとも３４０ＭＰａ、より好ましくは少なくとも３５０ＭＰａ、より好ましくは少なくとも３７０ＭＰａ、より好ましくは少なくとも３８０ＭＰａ、より好ましくは少なくとも３９０ＭＰａ、より好ましくは少なくとも４００ＭＰａであるアルミニウム合金製薄板を利用する。

【0036】

本発明の別の態様は、弾性率が少なくとも７７ＧＰａであり、かつ降伏応力Ｒｐ０．２が質別Ｔ６で少なくとも２９５ＭＰａであるアルミニウム合金製の、バッテリートレイ底部用４０００系アルミニウム合金製薄板である。

【0037】

一実施形態において、薄板は、４０００系合金の組成として、重量％で、以下を有する：
Ｓｉ：１０～１４、
Ｍｇ：０.０５～０．８、
Ｃｕ：０．２～２．０、
Ｆｅ：≦０．５、
Ｍｎ：≦０．５、
任意でＮａ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、ＹおよびＬｉの中で選択される少なくとも一つの元素であって、選択される場合の前記元素の量は、Ｎａ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｙについては０．０１～０．０５またＬｉについては０．１～０．３、
Ｓｂ：≦０．０５、
Ｃｒ：≦０．１、
Ｔｉ：≦０．２、
他の元素が各々０．０５未満で合計０．１５未満、残りはアルミニウム。

【0038】

ケイ素含有量は、好ましくは少なくとも１０重量％、好ましくは１０．５重量％また好ましくは１１重量％であり、実際、それより少ない含有量だと一般的に、十分な弾性率に達することができない。ケイ素含有量は有利には、少なくとも１１．５重量％また好ましくは少なくとも１２重量％である。ケイ素含有量は、好ましくは多くて１４重量％であり、実際、それより多い含有量だと一般的に、伸びおよび成形性の望まれる特性に達することができない。有利にはケイ素含有量は、多くて１３．５重量％また好ましくは多くて１３重量％である。有利な一実施形態は、最小１１重量％から最大１３重量％までのＳｉ含有量を有している。

【0039】

マグネシウム含有量は、好ましくは少なくとも０．０５重量％また好ましくは少なくとも０．１重量％であり、実際、それより少ない含有量だと一般的に、十分な機械的特性に達することができない。マグネシウム含有量は、好ましくは多くて０．８重量％また好ましくは多くて０．７％であり、実際、型打ち鍛造されたバッテリートレイ底部の場合には、それより多い含有量だと一般的に、伸びおよび成形性の望まれる特性に達することができない。本発明の一実施形態において、マグネシウム含有量は、０．１重量％から０．３重量％であり、このことは薄板の高成形性を得ることを可能にする。

【0040】

本発明の別の実施形態において、マグネシウム含有量は、０．３重量％から０．６重量％であり、このことは十分な成形性を保ちつつより高い機械的強度を得ることを可能にする。

【0041】

銅含有量は好ましくは、少なくとも０．２重量％、好ましくは少なくとも０．２５重量％、多くて２．０重量％である。最小０．２％、好ましくは最小０．２５％、より好ましくは最小０．３０％、より好ましくは最小０．３５％、より好ましくは０．４０％でありかつ最大０．７％の低い銅含有量は、時効後（例えば質別Ｔ４）の薄板にとって腐食に対する耐性のために有利である。それに対して最小０．５％から最大２％までの高い銅含有量は、部品の最終熱処理後（例えば質別Ｔ６またはＴ７）の高い機械的強度を得るために有利である。驚くべきことに、０．３％のＣｕ含有量から、不溶性析出物Ｍｇ_２ＳｉおよびＱ（ＡｌＭｇＳｉＣｕ）が形成され得るが、機械的特性を有意に低下させることはない。これらの不溶性析出物は、少なくとも０．１μｍ、または０．５μｍの典型的なサイズを有する。析出物は、溶体に入れた際に溶けることができない場合に、不溶性である。成形性と降伏応力Ｒｐ０．２との間の興味深いトレードオフが、０．４％、好ましくは０．４０％またより好ましくは少なくとも０．５％の最低含有量および／または好ましくは０．８％またより好ましくは０．７％の最大含有量の銅を用いて得られる。

【0042】

鉄含有量は、好ましくは多くて０．５重量％である。０．５重量％より多い鉄含有量は、成形性に不利な影響を及ぼし得る。有利には、機械的強度および成形性を改善するために０．１重量％、好ましくは０．１０重量％から０．３重量％である量の鉄の添加を行う。より具体的に成形性を改善するために、０．０５重量％、好ましくは０．１０重量％から０．２重量％である量の鉄の添加を行うことが有利であり得る。

【0043】

マンガン含有量は、好ましくは多くて０．５重量％である。０．５重量％より多いマンガン含有量は、成形性に不利な影響を及ぼし得る。一実施形態において、特に成形性を改善するために、０．０５重量％から０．２重量％である量のマンガンの添加を行うことが有利である。しかしながら別の実施形態においては、マンガンは添加されないので、マンガン含有量は０．０５重量％未満である。

【0044】

Ｎａ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、ＹおよびＬｉの中で選択される少なくとも一つの元素の添加は有利であり、選択される場合の前記元素の量は、Ｎａ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｙについては０．０１～０．０５でありまたＬｉについては０．１～０．３である。添加物として選択されない元素は、その含有量がＮａ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｙについては０．０１重量％未満、またＬｉについては０．０５重量％未満に保たれる。これらの元素は、凝固の際のケイ素を含む共晶化合物のサイズを制御することおよび／またはそれらの組織を変更することを特に可能にする変性剤であり、このことは、特に大きなサイズのスラブの鋳造の際の機械的特性とりわけ成形性に有利な影響を及ぼす。ストロンチウムは好まれる変性剤であり、０．０１～０．０５重量％のストロンチウムの添加は有利である。

【0045】

Ｓｂ含有量は、好ましくは多くて０．０５重量％である。アンチモンの添加は特に、合金の中のリンの存在を制限するために有利であるが、この元素は共晶の組織を不利に変更するものである。本発明の一実施形態において、アンチモン含有量は、０．０１重量％から０．０４重量％であるが、しかしながらこの実施形態において、ナトリウムやストロンチウムのような変性剤の添加は、好ましくは避けられる。

【0046】

クロム含有量は、多くて０．１重量％である。有利には、０．０１重量％から０．０５重量％、好ましくは０．０１重量％から０．０３重量％である量のクロムの添加を行う。

【0047】

チタン含有量は、０重量％から０．２重量％である。有利には、０．０１重量％から０．１５重量％である量のチタンの添加を行う。

【0048】

一実施形態において、薄板は、少なくとも３２０ＭＰａ、より好ましくは少なくとも３３０ＭＰａ、より好ましくは少なくとも３４０ＭＰａ、より好ましくは少なくとも３５０ＭＰａ、より好ましくは少なくとも３７０ＭＰａ、より好ましくは少なくとも３８０ＭＰａ、より好ましくは少なくとも３９０ＭＰａ、より好ましくは少なくとも４００ＭＰａの、質別Ｔ６での降伏応力を有する。

【0049】

本発明による薄板の製造方法は、好ましくは以下の連続するステップを有する。

【0050】

まず初めに、薄板のために必要な組成の鋳造スラブを製造するステップである。

【0051】

好ましくは、鋳造スラブは、４０００系合金製である。

【0052】

好ましくはこの合金は、規格ＥＮ１２２５８－３に準じたスクラップを含んでいる。鋳造スラブの合金はつまり、スクラップであり得る原料を用いて製造される。

【0053】

スクラップと呼ばれるのは、さまざまな製造工程で生まれる金属の収集および／または回収から生じる、アルミニウムおよび／またはアルミニウム合金から成る生産物であり、それらはプロダクションスクラップと呼ばれるか、または使用後の製品の、リカバリースクラップと呼ばれる。

【0054】

プロダクションスクラップの中で、ＥＮ１２２５８－３に準じて定義されているドロス、ドリッピング、細かく切り刻まれたスクラップおよび金属屑を挙げることができる。

【0055】

リカバリースクラップの中で、廃車両に由来する廃棄物または残片を挙げることができる。

【0056】

好ましくは、４０００系合金は、少なくとも５０重量％、より好ましくは少なくとも８０重量％のスクラップを少なくとも含んでいる。

【0057】

好ましくは、４０００系合金は、少なくとも５０重量％のリカバリースクラップ、より好ましくは少なくとも８０重量％のリカバリースクラップを少なくとも含んでいる。

【0058】

好ましくは、リカバリースクラップは、廃車両に由来する廃棄物または残片であって、好ましくは少なくとも５０％、より好ましくは少なくとも８０％である。このような合金はとりわけ興味深く、なぜなら通常、廃車両、非制限例として観光車両、軽車両、小型トラック、トラックは、多くのアルミニウム製部品を含んでいるからである。これらの廃車両の一部は、指令２０００／５３／ＥＣによって定義されている。

【0059】

これらのアルミニウム製部品は、非常に種々さまざまである。それは非制限例としてエアコンのコンデンサおよびエバポレータ、モーターの冷却用ラジエータまたは室内の暖房用ラジエータ、過給空気冷却器、オイルラジエータおよびオイル交換器、燃料冷却装置といった熱交換器のような部品であり得る。それはまた、非制限例としてシリンダヘッド、シリンダブロックまたはエンジンブロックといったエンジンの部品でもあり得る。それはまた、他の成型部品、非制限例として、サスペンションのための部品でもある。これらの部品は、ケイ素を含有した合金を成分とする。このことは、ろう付けされる、上述の、熱交換器に当てはまる。このことは、通常４０００系の合金が利用される成型によって得られ、ろう付けされる熱交換器のリサイクル系に使用される、先に列挙された他の部品に当てはまる。ところで、燃焼エンジン推進から電気推進への転換は、このリサイクル系を不安定にすることになる。車両における、とりわけ車体および構造部品のためのアルミニウム合金製薄板は、先行技術においては５０００系および６０００系合金製であり、それらは、それらの組成を考慮すると４０００系合金の多量のリサイクル用に適していない。

【0060】

本発明による薄板はつまり、電解工場に由来するアルミニウム利用を減らすことを可能にするであろう廃車両のリサイクル系を作り出すことを可能にする。本発明による薄板の４０００系合金は好ましくは、アルミニウム合金の廃棄物または残片、好ましくは使用中の車両に由来する廃棄物または残片を、好ましくは少なくとも５０％、より好ましくは少なくとも８０％含んでいる。

【0061】

水力電気を利用する、最良の電解工場は、炭素陽極の利用を考慮すると鋳造スラブ１トンあたり４トンのＣＯ_２換算（ＣＯ_{２ eq}）カーボンフットプリントを有する。ヨーロッパで生産される電解アルミニウム鋳造スラブ１トンに対する典型的なカーボンフットプリントは、７トンのＣＯ_{２ eq}より少し少ない。もっぱらリサイクルアルミニウム合金を用いて得られる鋳造スラブ１トンのカーボンフットプリントは、鋳造スラブあたりおよそ０．５ｔのＣＯ_{２ eq}である。

【0062】

廃車両に由来する廃棄物または残片の合金の多様性を考慮すると、もっぱら廃車両の廃棄物または残片を用いて鋳造スラブを製作することは必ずしも可能というわけではない。本発明による薄板に必要な組成を得るために、一次金属のインゴットおよび添加金属を利用することが必要である。これらの添加を考慮すると、本発明による鋳造スラブのカーボンフットプリントは、好ましくは鋳造スラブ１トンあたり４トン未満のＣＯ_{２ eq}、好ましくは鋳造スラブ１トンあたり２トン未満のＣＯ_{２ eq}、好ましくは鋳造スラブ１トンあたり１トン未満のＣＯ_{２ eq}、より好ましくは鋳造スラブ１トンあたり１ｔから０．５ｔのＣＯ_{２ eq}、より好ましくは鋳造スラブ１トンあたり０．５トン未満のＣＯ_{２ eq}である。

【0063】

ＣＯ_{２ eq}のトン数は、上述の作業によって生み出されるＣＯ_２だけではなく、またそれらのＣＯ_２換算トン数のために生み出される他の温室効果ガスのトン数も含んでいる。

【0064】

好ましくは、鋳造スラブの鋳造は、竪型半連続鋳造によって行われる。

【0065】

好ましくは、鋳造スラブは次に、皮層を取り除くためにスカルピングされる。

【0066】

鋳造スラブは次に、好ましくは少なくとも５４０℃で１．５時間の間、好ましくは５５０℃で少なくとも４時間の間、均質化される。

【0067】

鋳造スラブは次に、３ｍｍから１０ｍｍの好ましい厚みにまで熱間圧延される。ついで冷間圧延が少なくとも６０％の好ましい圧下率を伴って実現され、薄板の厚みが得られる。

【0068】

一実施形態において、冷間圧延は、薄板の破断を引き起こし得る端の亀裂の発生を避けるために、焼きなましによって分けられる２つのステップで行われる。

【0069】

薄板は次に、溶体化処理ついで焼入れされる。溶体化処理は、少なくとも５００℃、好ましくは少なくとも５４０℃の温度で、少なくとも３０秒、好ましくは少なくとも１分の間行われる。焼入れは、少なくとも１℃／秒、好ましくは５℃／秒の速度で、水または空気で行われる。薄板は次に好ましくは、５０℃から１００℃、好ましくは６０℃から８０℃の温度でコイリングされ、ついでコイルは、１０℃から３５℃の周囲温度で自然に冷却される。このコイリングの代わりに、薄板に８５℃で８時間の熱処理を受けさせることも可能である。このステップは、薄板を用いてとりわけ型打ち鍛造によって作られる部品が塗装されるときに有用である。

【0070】

このステップは実際に、１８０℃で２０分間の塗装焼付の際に、好ましくは質別Ｔ６を得るために薄板の組織硬化を改善することを可能にすることになる予備時効として作用する。

【0071】

第一の実施形態において、薄板、好ましくは質別Ｔ４の薄板は次に、任意に切断され、例えば型打ち鍛造によって任意に成形されて、好ましくはバッテリートレイ底部、または、周縁フレーム、任意に前記周縁フレームの一部のついたバッテリートレイ底部である部品を得る。

【0072】

薄板または得られた部品は次に、典型的には２００℃から２５０℃の温度での１５分から１５０分の継続時間の間の焼戻しによって、熱処理されて、好ましくはＴ６を得る。

【0073】

この薄板を用いて得られるバッテリートレイ底部の材料の降伏応力および／または質別Ｔ６での薄板の降伏応力は、少なくとも２９５ＭＰａ、好ましくは少なくとも３１５ＭＰａ、好ましくは少なくとも３２０ＭＰａ、より好ましくは少なくとも３３０ＭＰａ、より好ましくは少なくとも３４０ＭＰａ、より好ましくは少なくとも３５０ＭＰａ、より好ましくは少なくとも３７０ＭＰａ、より好ましくは少なくとも３８０ＭＰａ、より好ましくは少なくとも３９０ＭＰａ、より好ましくは少なくとも４００ＭＰａである。

【0074】

第二の実施形態において、薄板は、１００℃から１５０℃、好ましくは１２０℃から１４０℃の、５時間から１５時間、好ましくは７時間から９時間の間の処理による薄板の低温時効によって得られる質別Ｔ６ｘにある。薄板は次に、任意に切断され、例えば型打ち鍛造によって任意に成形されて、好ましくはバッテリートレイ底部、または、周縁フレーム、任意に前記周縁フレームの一部のついたバッテリートレイ底部である部品を得る。前記部品は次に塗装され、塗装ステップは、１８０℃で２０分間の塗装焼付を有する。

【0075】

驚くべきことに、発明者らは、薄板またはこの薄板を用いて得られるバッテリートレイ底部が、車両とりわけ電気車両での利用について、合金中の銅の存在にもかかわらず、腐食に耐えることを確認した。質別Ｔ６の薄板の、および／または、とりわけ質別Ｔ４、質別Ｔ６または質別Ｔ６ｘではあるがそれらに限定されるものではない薄板を用いて得られるバッテリートレイ底部の材料の、規格ＩＳＯ１１８４６に準じて測定される粒間腐食に対する耐性は、１９５℃で４０分の追加時効の後または１３０℃で１０００時間の時効の後に、多くて４００μｍ、好ましくは３００μｍの最大深さ、または多くて３５０μｍ、好ましくは２５０μｍの平均深さである。

【実施例】

【0076】

特定の侵入試験が、底部２１の侵入に対する耐性を評価するために設計された。薄板の材料の侵入に対する耐性を評価するために、底部２１の薄板上での重大な２つの構成を用いることが可能であり、それらは外側周縁フレームに近い侵入および外側周縁フレームから離れた侵入を形成するものである。フレームのすぐ近くでは、機械システムは頑丈であり、侵入の間の薄板のわずかな変形のみ可能にする。このように、材料の割れは、主要な損傷のメカニズムである。フレームから遠い中心位置では、システムは、弾性的に動く。それは弾塑性変形の中枢であり得、バッテリーモジュールと薄板の高い接触リスクを導く。試験は、静的荷重試験機Ｚｗｉｃｋ４００で行われることができる。図２で示されているように、薄板１３は、３０ｍｍの幅の上部鋼製フレームと下部鋼製フレーム１１との間に締めつけられて、複数のねじ１２によって固定されている。端部が丸みのある（ｒ＝１．５ｍｍ）直径１９．６ｍｍの円筒形マンドレルが、薄板の中への侵入を実行するために機械に固定される。マンドレルに押し当てられる力およびその変位が測定される。フレームは、薄板の中心の参照記号１および角にある参照記号４の同じ位置上で２つの位置を制御するように移動することができる。試験中のマンドレルの全変位は、底部２１とバッテリーとの間の典型的な空間を示すために選択される１５ｍｍの距離に調整される。

【0077】

試験は、ほぼ静的な条件において行われた。

【0078】

上に記述された侵入テストは、テストされるべき材料を保持することを必要とする。発明者らはつまり、初めに、バッテリートレイ底部を軽量化するために最も有望な材料を特定しようと努めた。発明者らはつまり、バッテリートレイ底部の全体を軽量化する目的において最も有望なものを特定するために仮想材料の特性を定義した。仮想材料の特性は、弾性率、降伏応力および応力－ひずみ曲線である。これらのデータは、表１および表２にまとめられており、また応力－ひずみ曲線については図４にまとめられている。Ａ０と呼称される材料は、仮想ではない。それは、自動車ボディ製造用によく知られているアルミニウム合金ＡＡ６１１１である。この合金ＡＡ６１１１の採用された特性は、塗装焼付処理（「Ｂａｋｅｈａｒｄｅｎｉｎｇ」）後の型打ち鍛造された薄板の特性である。

【0079】

材料のこれらのさまざまな特性は、単純化されたバッテリートレイ底部を利用して侵入に対するそれらの耐性を調べるために、数値シミュレーションにおいて利用された。数値シミュレーションソフトは、ＬＳ－Ｄｙｎａである。単純化されたバッテリートレイ底部は、３５０×６００ｍｍの薄板である。シミュレーション用の網状組織は、厚みの中に５つの積分点をもつ「ｆｕｌｌｙｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｓｈｅｌｌｅｌｅｍｅｎｔ（完全積分シェル要素）」である、長さ２．５ｍｍの構成要素を利用する。数値シミュレーション用の境界条件は、２つの特徴を有する。第一は、端部から薄板の内側へ２０ｍｍのところの幅３０ｍｍのストリップであって、ここで薄板の平面における平行移動および垂直軸の周りの回転のみが許可される。第二の特徴は、ねじの領域を示すための薄板の周りに分配された直径１０ｍｍの１６の領域の存在であって、ここで全ての平行移動および全ての回転は継手部に固定される。図２の平面図は、このストリップおよびこれらの１６領域を示している。

【0080】

下部金属板の主な構造的機能は、道路からバッテリートレイ上への物体に対する侵入からの保護である。その原則はつまり、バッテリーケースのバッテリーを損傷から守ることである。

【0081】

数値的アプローチは、直径１５０ｍｍの球形の衝撃部材を用いた、ほぼ静的な侵入テストのシミュレーションである。発明者らは、端部が丸みのある直径１９．６ｍｍの円筒形マンドレルよりもむしろ１５０ｍｍの球形の衝撃部材の直径を利用したのであり、なぜなら、それが、実際にバッテリートレイに衝撃を与える可能性のある現実の物体により近いからである。シミュレーションは、一定速度での薄板の中心での１５ｍｍのパンチの変位まで行われ、そしてパンチへの反力が計算された。さまざまな材料選択間の曲線が比較された。

【0082】

表２によってかつ図５でグラフによって示されているように、降伏応力Ｒｐ０．２の増加は、バッテリートレイ底部を、該底部を７０ＧＰａの弾性率のアルミニウム合金製材料を用いて６％から１９％薄くすることによって軽量化することを可能にする。表３に示されているように、７０ＧＰａの代わりに８０ＧＰａの弾性率を有する薄板の利用は、同じ降伏応力Ｒｐ０．２で、薄板を、典型的には６％さらに薄くすることを可能にする。表３の例Ａ０および例Ａ１０の場合、７０ＧＰａの代わりに８０ＧＰａの弾性率は、２８０ＭＰａから２６０ＭＰａへの降伏応力の低下を補うことを可能にする。同様に、表３の例Ａ６および例Ａ８が示しているように、同じ降伏応力Ｒｐ０．２で弾性率を８０ＧＰａから１００ＧＰａに増加することは、薄化を典型的には６％改善することをまた可能にする。

【0083】

【表1】