JP5507328B2

JP5507328B2 - バッテリーケース

Info

Publication number: JP5507328B2
Application number: JP2010101680A
Authority: JP
Inventors: 哲也中村
Original assignee: 羽立化工株式会社
Priority date: 2010-04-27
Filing date: 2010-04-27
Publication date: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2030-04-27
Also published as: JP2011233320A

Description

本発明は、電気自動車やハイブリッド電気自動車等に搭載されるバッテリーを収容するためのバッテリーケースに関する。

従来、電気自動車等の車両においては、例えば車体の床面にバッテリーモジュールやバッテリーパック等からなる多数のバッテリーが搭載されており、各バッテリーは、ケーブルで電気的に接続されると共に、鉄やアルミニウム等の金属で形成されたバッテリーケース内に収容された状態で車体に取り付けられている。なお、この種のバッテリーケースに関する公報としては、例えば特許文献１がある。

特開２００９−３０２０３６号公報

しかしながら、このようなバッテリーケースにおいては、内部にバッテリーが収容されるケース本体が、バッテリーから発生する電磁波をシールド（遮蔽）する目的で金属により形成されているため、所定の電磁波シールド性を確保できるものの、バッテリーケース自体の重量が重くなり、車両の軽量化を図ることが困難で、環境対策で要求される車両の燃費効率を高めることが難しい。また、バッテリーケースが金属製のため、バッテリーケース自体の剛性（強度）は有る程度確保できるものの、バッテリーケースが衝撃により変形する虞があったり腐食する虞がある等、十分な耐衝撃性や耐腐食性等を得ることが難しい。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、十分な電磁波シールド性を確保しつつその軽量化を図ることができると共に、耐衝撃性や耐腐食性等に優れたバッテリーケースを提供することにある。

かかる目的を達成すべく、本発明のうち請求項１に記載の発明は、ヒンジにより開閉可能に連結された一対のケース本体を有し、該ケース本体の内部にバッテリーが収容されるバッテリーケースであって、前記一対のケース本体は、多層ブロー成形により、樹脂材で前記ケース本体の外面側に形成された外側樹脂層、導電性材料が樹脂中に混練された材料で前記外側樹脂層の内面側に形成された導電材料層、及び樹脂材で前記導電材料層の内側に形成された内側樹脂層をそれぞれ有する外壁及び内壁と、前記外壁と内壁間に密閉状態で形成された中空層とを有し、前記導電材料層が前記外側樹脂層及び内側樹脂層より薄く形成されていることを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、前記内側樹脂層が、リターン材で形成されていることを特徴とする。また、請求項３に記載の発明は、前記導電材料層と前記外側樹脂層もしくは内側樹脂層との間にバインダー層が設けられていることを特徴とする。さらに、請求項４に記載の発明は、前記バッテリーが、電気自動車やハイブリッド電気自動車に搭載されるバッテリーであることを特徴とする。

本発明のうち請求項１に記載の発明によれば、内部にバッテリーが収容される一対のケース本体が、多層ブロー成形により、ケース本体の外面側に形成された外側樹脂層と該樹脂層の内面側に形成された樹脂製の導電材料層及び該導電材料層の内面側に形成された内側樹脂層とを有するため、導電材料層で十分な電磁波シールド性を確保しつつ、ケース本体を樹脂製とすることでその軽量化を図ることができると共に、耐衝撃性や耐腐食性等を向上させることができる。

また、ケース本体が、外壁及び内壁と該外壁及び内壁間に密閉状態で形成された中空層とを有する二重壁構造であるため、中空層によりケース本体の耐衝撃性等を一層向上させることができる。

また、外壁と内壁が、外側樹脂層及び内側樹脂層と該両樹脂層間に形成された導電材料層とを有するため、外壁及び内壁を一対の樹脂層と導電材料層のサンドイッチ構造とすることができて、ケース本体の耐衝撃性等をより一層向上させることができる。

さらに、導電材料層が外側樹脂層及び内側樹脂層より薄く形成されているため、導電性材料の使用量を抑えつつ所定の電磁波シールド性を確保できる最適量に設定できて、バッテリーケースの一層のコストダウンを図ることができる。

また、請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、内側樹脂層がリターン材で形成されているため、ケース本体のブロー成形時に発生した端材としてのリターン材を有効利用して樹脂の歩留まりを向上させ、安価なバッテリーケースを得ることができる。

また、請求項３に記載の発明によれば、請求項１または２に記載の発明の効果に加え、導電材料層と外側樹脂層もしくは内側樹脂層との間にバインダー層が設けられているため、導電性材料の種類に応じて所定の接着剤からなるバインダー層で導電材料層を各樹脂層に確実に密着できて、長期に亘り安定した電磁波シールド性を確保することができる。

また、請求項４に記載の発明によれば、請求項１ないし３に記載の発明の効果に加え、バッテリーが電気自動車やハイブリッド電気自動車に搭載されるバッテリーであるため、電気自動車等の車両に搭載される多数のバッテリーを、車体に良好な電磁波シールド性を確保しつつ安定した状態で取り付けることができて、車両の燃費効率を向上させる等、環境対策に貢献することが可能となる。

本発明に係わるバッテリーケースの一実施形態を示す斜視図同その縦断面図同図２のＡ部を拡大した断面図同本発明の基本概念を示す図２のＢ部を拡大した断面図同ケース本体の実施例を示す図４と同様の断面図同ケース本体の変形例を示す図４と同様の断面図同ケース本体の他の変形例を示す図４と同様の断面図本発明に係わるバッテリーケースの参考例を示す図２と同様の縦断面図同図８のＣ部を拡大した断面図

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１〜図３は、本発明に係わるバッテリーケースの一実施形態を示している。このバッテリーケース１は、図１及び図２に示すように、側壁１ａ〜１ｄ、天井壁１ｅ及び底壁１ｆ（以下、これらの壁を側壁１ａ〜１ｆという）を有し、例えば長さＬ、幅Ｗ、高さＨの中空直方体形状に形成されると共に、略同一高さを有する上下に分割状態とされた一対のケース本体２、３を有している。この各ケース本体２、３は、その長辺側の一方の側壁１ａがヒンジ４によって連結され、また、長辺側の他方の側壁１ｂがスライド式のフック５によって係止（開閉）可能に連結されている。

また、各ケース本体２、３は、その内部に後述するバッテリー１９が収容される収容凹部２ａ、３ａを有すると共に、例えば下方のケース本体３の短辺側の一方の側壁１ｃにはバッテリー接続用のケーブル（図示せず）が引き出されるケーブル引出孔６が複数個形成されている。さらに、前記各ケース本体２、３のフック５が取り付けられる側壁１ｂの中間位置には、内側に窪んだ凹部７、８が上下方向に隣接（連続）する状態で設けられている。

そして、下方のケース本体３の凹部８の上端部には、長手方向の全域に亘って係止突条１０が設けられ、上方のケース本体２の凹部７の下端部には、長手方向の一方側に所定長さの係止突条９が設けられている。この各係止突条９、１０に、前記フック５の裏面側に設けた上下一対の係止凹部５ａ、５ｂが係止されるようになっている。

またフック５は、その下方の係止凹部５ｂが常時下方のケース本体３の係止突条１０にスライド可能に係止され、図１に示す位置において、上方の係止凹部５ａと上方のケース本体２の係止突条９との係止状態が解除されて、上下のケース本体２、３が前記ヒンジ４を中心に開閉可能とされている。また、図１に示す位置から矢印イの如くフック５をスライドさせることにより、フック５の上方の係止凹部５ａが上方のケース本体２のケース突条９に係止されて、一対のケース本体２、３の開放が禁止されるようになっている。

このように構成されたバッテリーケース１の各側壁１ａ〜１ｆは、図２、図３及び前記ケース本体２、３の基本概念を示す図４の如く構成されている。すなわち、前記ケース本体２、３は、多層ブロー成形により、各側壁１ａ〜１ｆが外壁１１及び内壁１２とこの外壁１１と内壁１２間に設けられた中空層１３の二重壁構造で形成されている。このとき、外壁１１及び内壁１２は、図４に示すように、各側壁１ａ〜１ｆの外面側に設けられた樹脂層１４と、この各樹脂層１４の内側である前記中空層１３側に設けられた導電材料層１５の二重壁構造で形成されている。

前記樹脂層１４としては、例えばポリプロピレン（ＰＰ）、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、ナイロン（ＰＡ）等の樹脂材が使用される。また、前記導電材料層１５としては、例えばカーボンブラック、ＣＦＲＰ、金属フィラー等の導電性材料を所定の樹脂材に所定の割合で混練した材料が使用され、この導電材料層１５によって、後述する如く電磁波シールド性が確保されることになる。また、前記外壁１１と内壁１２の樹脂層１４の厚さｔ１と導電材料層１５の厚さｔ２は、ｔ１＞ｔ２に設定されて、導電材料層１５の薄肉化が図られている。

なお、前記ケース本体２、３を開閉可能に連結する前記ヒンジ４は、上下のケース本体２、３の多層ブロー成形時に一体成形された一体フランジで形成されている。また、ケース本体２、３の側壁１ｂの端部には、図３に示すように、互いに係合可能な凹部１６と凸部１７が必要に応じて一体形成されて嵌合連結可能に構成されると共に、ケース本体２、３の外壁１１と内壁１２の外周端部は、外壁１１や内壁１２と同様の壁からなる連結壁１８（図３参照）で連結されることにより、前記中空層１３が密閉された空間で形成されている。なお、前記凹部１６と凸部１７は、必ずしも必要ではなく省略することも可能である。

そして、前記バッテリーケース１は、前述したように多層ブロー成形機を使用し、前記樹脂層１４を形成し得る樹脂材と、予め前記導電性材料が混練された樹脂材の２種類を使用してブロー成形することにより、各ケース本体２、３とヒンジ４、凹部７、８や係止突条９、１０が同時に成形される。なお、バッテリーケース１のブロー成形時に使用される樹脂材としては、樹脂層１４がポリプロピレンの場合、導電材料層１５の導電性材料としてオレフィン系が使用され、樹脂層１４がナイロンの場合、導電性材料としてナイロン系を使用することが好ましく、このことは、後述する実施例等においても同様である。そして、この成形された両ケース本体２、３に、別途成形したフック５の係止凹部５ａ、５ｂを係止させて組み付けることにより、バッテリーケース１が製造される。

なお、前記バッテリーケース１の成形に多層ブロー成形を使用した理由は、次の理由による。すなわち、樹脂成形品で金属に勝る耐衝撃性を得るには、中空層を設けることでモノコック構造を形成して物理的強度を上げることで解決が図れるが、中空層のある二重壁構造のケースを樹脂成形するには、射出成形では外壁と内壁を別体で成形して合体する必要がある。その点、多層ブロー成形を使用すれば、外壁や内壁、ヒンジ等が同時に一体に成形できるため、樹脂層１４や導電材料層１５の樹脂の種類、導電性材料の種類や樹脂への混練率、パリソンの温度条件や粘度等を所定に設定することで、例えば電磁波シールド性が６０ｄＢで体積固有抵抗が１０^−２〜１０^４Ω・ｃｍの性能を有する前記バッテリーケース１が得られるからである。

このように製造されたバッテリーケース１は、下方のケース本体３の収容凹部３ａに、図２に示すように３個のバッテリーモジュールやバッテリーパック等からなる例えば電気自動車用のバッテリー１９を収容し、３個のバッテリー１９の各端子を図示しないケーブルで所定に接続する。そして、３個のバッテリー１９を接続したケーブルの端部をケース本体３のケーブル引出孔６から引き出して、隣接設置されている他のバッテリーケース１のバッテリー１９やそのケーブルに接続する。これを所定数のバッテリーケース１に適用し、各バッテリーケース１を電気自動車の車体に搭載することで、各バッテリーケース１内のバッテリー１９が電気自動車のバッテリーとして使用できることになる。

このとき、電気自動車の場合、システムの関係上ＤＣ−ＡＣ変換またはブラシ制御によって電気制御系に流れる電流がリップルの多い電流となり、これがバッテリー１９にも流れることから、バッテリー１９から電磁波が輻射され易いが、この電磁波がバッテリーケース１の前記導電材料層１５により遮蔽されて、バッテリーケース１外への輻射（漏洩）が防止される。また、各バッテリー１９を接続するケーブルから輻射される電磁波は、ケーブル自体に設けたシールド構造により、電磁波のケーブル外への輻射が防止されることになる。

つまり、バッテリーケース１の各側壁１ａ〜ｆｄを樹脂製としてその軽量化を図りつつ、側壁１ａ〜１ｆの樹脂層１４の内側である中空層１３側に導電性材料が混練された導電材料層１５を設けることで、バッテリー１９から輻射される電磁波を遮蔽して、バッテリーケース１に所定の電磁波シールド性を確保することが可能になる。

このように、前記バッテリーケース１によれば、内部にバッテリー１９が収容される収容凹部２ａ、３ａを有する上下一対のケース本体２、３が、多層ブロー成形により、各ケース本体２、３の外面側に形成された樹脂層１４と該樹脂層１４の内面側に形成された樹脂製の導電材料層１５とを有するため、各ケース本体２、３の導電材料層１５により、バッテリー１９から輻射される電磁波を遮蔽して外部への輻射や漏洩を防止でき、バッテリーケース１に十分な電磁波シールド性を確保することができて、例えば電磁波による車両の制御系や人体への悪影響を抑制することが可能になる。

また、バッテリーケース１の一対のケース本体２、３が樹脂製で形成されるため、従来の金属製のケースに比較してその重量を軽くして、バッテリーケース１の軽量化を図ることができると共に、樹脂の弾性力によりバッテリーケース１の変形等を防止できてその耐衝撃性を向上させたり、樹脂の使用によりケース本体２、３の腐食を防止できて、バッテリーケース１の耐腐食性等を向上させる等、信頼性の高いバッテリーケース１を得ることが可能になる。

また、一対のケース本体２、３が、外壁１１及び内壁１２と該外壁１１及び内壁１２間に密閉状態で形成された中空層１３を有する二重壁構造で形成されているため、中空層１３によりケース本体２、３の耐衝撃性等を一層向上させることができて、例えば車両事故発生時のバッテリーケース１の変形による漏電等を確実に防止することができる。さらに、導電材料層１５が樹脂層１４より薄く形成されているため、導電性材料の使用量を抑えつつ最適量（最小量）に設定できて、バッテリーケース１のコストダウンを図ることができる。

また、バッテリーケース１を電気自動車やハイブリッド電気自動車等に搭載することにより、電気自動車等の車両に搭載される多数のバッテリー１９を車体に安定した状態で取り付けることができると共に、電気自動車特有のシステム上の電磁波を導電材料層１５で確実にシールドしつつ、車両の軽量化を図って燃費効率を向上させることができる等、自動車に係わる環境対策に貢献することが可能となる。

さらにまた、バッテリーケース１が上下に開放可能に連結された一対のケース本体２、３を有するため、バッテリー１９のケース本体２、３内への収納作業を簡単に行うことができると共に、上方のケース本体２をフック５のスライド移動で開放することで、内部のバッテリー１９の交換等を簡単に行うことができて、そのメンテナンス性を向上させることができる。また、上下のケース本体２、３を開閉可能に連結するヒンジ４やフック５用の係止突条９、１０等を、ブロー成形で同時に一体成形できるため、ケース本体２、３自体の製造コストを低減させて、より一層安価なバッテリーケース１を得ることができる。

ところで、前記実施形態のケース本体２、３の図４に示す基本概念においては、バッテリーケース１の各側壁１ａ〜１ｆの外壁１１及び内壁１２が、樹脂層１４と導電材料層１５の２層で構成される例について説明したが、本発明の実施例は、図５〜図７に示すように３層以上で構成される。以下、前記基本概念と同一部位には同一符号を付して説明する。先ず、図５に示す実施例のバッテリーケース１は、側壁１ａ〜１ｆの外壁１１と内壁１２を３層構造としたのもので、前記導電材料層１５の内側に樹脂層２１を設けることで、外壁１１と内壁１２を、外側樹脂層としての樹脂層１４、導電材料層１５、内側樹脂層としての樹脂層２１のサンドイッチ構造としたものである。

この側壁１ａ〜１ｆの場合は、樹脂層１４及び導電材料層１５としては前記実施形態と同様の樹脂及び導電性材料が使用され、外壁１１と内壁１２の内面側の樹脂層２１としては、リターン材が使用される。このリターン材とは、前記バッテリーケース１を成形した際に、成形品の外周側に発生する端材のことである。また、樹脂層１４、導電材料層１５及び樹脂層２１の厚さｔ１〜ｔ３は、例えばｔ１＝１．１ｍｍ、ｔ２＝０．２ｍｍ、ｔ３＝１．２ｍｍ程度に設定されて、導電材料層１５の薄肉化が図られている。

この実施例においても、導電材料層１５により所定の電磁波シールド性が確保される等、前記実施形態と同様の作用効果が得られる他に、次のような作用効果が得られる。すなわち、外壁１１と内壁１２がサンドイッチ構造であるため、導電材料層１５を側壁１ａ〜１ｆの厚さ方向の所定位置に位置させることができて、安定した電磁波シールド性を確保しつつ、ケース本体２、３の耐衝撃性等をより一層向上させることができる。また、外部に露出しない導電材料層１５内側の樹脂層２１がリターン材で形成されているため、ケース本体２、３のブロー成形時に発生した端材としてのリターン材を有効利用して、樹脂の歩留まりを向上させることができ、より安価なバッテリーケース１を得ることが可能となる。

また、図６に示すバッテリーケース１は、側壁１ａ〜１ｆの外壁１１と内壁１２を４層構造としたのもので、前記樹脂層１４と導電材料層１５との間にバインダー層（接着層）２２を設けたものである。この側壁１ａ〜１ｆの場合は、樹脂層１４及び導電材料層１５としては前記実施形態と同様の樹脂及び導電性材料が使用され、外壁１１と内壁１２の内面側の樹脂層２１としてはリターン材が使用される。さらに、図７に示すバッテリーケース１は、図６に示すバッテリーケース１のリターン材からなる樹脂層２１の内面側に樹脂層１４と同様の樹脂層２３を設けて、側壁１ａ〜１ｆの外壁１１と内壁１２を５層構造としたものである。

これらの各変形例においても、前記実施例と同様の作用効果が得られる他に、樹脂層１４と導電材料層１５との間にバインダー層２２が設けられているため、導電性材料の種類に応じて所定の接着剤からなるバインダー層２２で導電材料層１５を樹脂層１４に確実に密着できて、より安定した電磁波シールド性を確保することが可能になる。なお、図６及び図７におけるバインダー層２２の位置は、図示した例に限定されず、例えば導電材料層１５と樹脂層２１の間に設けることも勿論可能である。このように、本発明の前記実施形態に係わるバッテリーケース１の場合、側壁１ａ〜１ｆの外壁１１と内壁１２が、多層構造で構成されれば良く、バッテリーケース１の使用形態等に応じて、適宜構造を採用することができる。

図８及び図９は、本発明に係わるバッテリーケースの参考例を示している。以下、前記実施形態と同一部位には、同一符号を付して説明する。この参考例のバッテリーケース１の特徴は、各ケース本体２、３の側壁１ａ〜１ｆを単壁構造とし、各側壁１ａ〜１ｆを、図８（ａ）に示すように、外面側に位置する樹脂層１４と内面側に位置する導電材料層１５で形成したり、あるいは図８（ｂ）に示すように、樹脂層１４及び導電材料層１５と例えばリターン材からなる樹脂層２１とで形成したものである。

この参考例のバッテリーケース１は、前記中空層１３は有さないものの、導電材料層１５で電磁波シールド性を確保でき、軽量化と併せ前記実施形態と略同様の作用効果を得ることができる他に、ケース本体２、３自体の構成を簡略化できるという作用効果が得られる。この実施形態のバッテリーケース１においても、例えばバインダー層２２を設ける等、前記実施形態の各実施例の外壁１１や内壁１２と同様の各種多層構造を採用することもできる。

なお、前記実施形態においては、バッテリーケース１内にバッテリー１９が３個積層状態で収容される例について説明したが、例えば複数個のバッテリー１９を併設状態で収容する等、収容されるバッテリー１９の個数やその収容形態は、適宜に変更することができるし、バッテリーケース１自体の形状も、収容されるバッテリー１９の形態等に応じて適宜に変更することができる。また、前記実施形態においては、バッテリーケース１を同一高さを有する略同一形状の一対のケース本体２、３で形成したが、例えば下方のケース本体３の高さを高くする等、異なる形態のケース本体２、３で構成することもできるし、上下のケース本体２、３の開閉構造も前記フック５に限定されず適宜の構造を採用することができる。

本発明は、電気自動車やハイブリッド電気自動車等の車両用バッテリーへの適用に限らず、電気機器等のバッテリーが使用される全ての機器に利用できる。

１・・・・・・・・バッテリーケース
１ａ〜１ｄ・・・・側壁
１ｅ・・・・・・・天井壁
１ｆ・・・・・・・底壁
２・・・・・・・・ケース本体
２ａ・・・・・・・収容凹部
３・・・・・・・・ケース本体
３ａ・・・・・・・収容凹部
４・・・・・・・・ヒンジ
５・・・・・・・・フック
５ａ、５ｂ・・・・係止凹部
６・・・・・・・・ケーブル引出孔
９、１０・・・・・係止突条
１１・・・・・・・外壁
１２・・・・・・・内壁
１３・・・・・・・中空層
１４・・・・・・・樹脂層
１５・・・・・・・導電材料層
１６・・・・・・・凹部
１７・・・・・・・凸部
１８・・・・・・・連結壁
１９・・・・・・・バッテリー
２１・・・・・・・樹脂層
２２・・・・・・・バインダー層
２３・・・・・・・樹脂層

Claims

ヒンジにより開閉可能に連結された一対のケース本体を有し、該ケース本体の内部にバッテリーが収容されるバッテリーケースであって、
前記一対のケース本体は、多層ブロー成形により、樹脂材で前記ケース本体の外面側に形成された外側樹脂層、導電性材料が樹脂中に混練された材料で前記外側樹脂層の内面側に形成された導電材料層、及び樹脂材で前記導電材料層の内側に形成された内側樹脂層をそれぞれ有する外壁及び内壁と、前記外壁と内壁間に密閉状態で形成された中空層とを有し、前記導電材料層が前記外側樹脂層及び内側樹脂層より薄く形成されていることを特徴とするバッテリーケース。
前記内側樹脂層は、リターン材で形成されていることを特徴とする請求項１に記載のバッテリーケース。
前記導電材料層と前記外側樹脂層もしくは内側樹脂層との間にバインダー層が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のバッテリーケース。
前記バッテリーが、電気自動車やハイブリッド電気自動車に搭載されるバッテリーであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のバッテリーケース。