(57)【要約】      （修正有）【課題】電池ボックスの接着強度を保証するとともに、電池ボックスの絶縁強度を向上させ、電池ボックスの安全性を効果的に保証する電池ボックスを提供する。【解決手段】筐体１、複数の電池２、絶縁膜３及び構造接着剤４を備え、絶縁膜は電池のケーシング２１の外部を被覆し、且つ、開口が設けられてケーシングの対応部分を絶縁膜から露出させ、構造接着剤は電池と筐体との間に設けられ、開口の面積をＡ１、開口に対応するケーシングの表面の総面積をＡ、構造接着剤の厚さをＬ１、構造接着剤の体積抵抗率をρ１、絶縁膜の厚さをＬ２、絶縁膜の体積抵抗率をρ２としたときに、Ａ１、Ａ、Ｌ１、ρ１、Ｌ２とρ２は、2020109743.tif 000016を満たす、電池ボックス。【選択図】図１
2020109743.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池ボックスであって、
筐体（１）と、複数の電池（２）と、絶縁膜（３）と、構造接着剤（４）とを備え、
複数の電池（２）は、縦方向（Ｙ）に配列されて筐体（１）に収容され、各電池（２）は、ケーシング（２１）を有し、
絶縁膜（３）は、各電池（２）のケーシング（２１）の外部に被覆されて固定され、且つ、絶縁膜（３）には、開口（３１）が設けられることにより、ケーシング（２）の対応部分を絶縁膜（３）から露出させ、
構造接着剤（４）は、電池（２）と筐体（１）との間に設けられ、各電池（２）を筐体（１）に固定するために用いられ、
開口（３１）の面積をＡ１、開口（３１）に対応するケーシング（２１）の表面の総面積をＡ、構造接着剤（４）の厚さをＬ１、構造接着剤（４）の体積抵抗率をρ１、絶縁膜（３）の厚さをＬ２、絶縁膜（３）の体積抵抗率をρ２としたときに、Ａ１、Ａ、Ｌ１、ρ１、Ｌ２及びρ２は、以下の条件式（１）を満たすことを特徴とする電池ボックス。
【数１】
2020109743.tif 000014
【請求項２】
以下の条件式（２）を満たすことを特徴とする請求項１に記載の電池ボックス。
【数２】
2020109743.tif 000015
【請求項３】
Ａ１とＡは、以下の条件式（３）を満たすことを特徴とする請求項１に記載の電池ボックス。
Ａ１／Ａ＞５０％  （３）
【請求項４】
以下の条件式（４）を満たすことを特徴とする請求項１に記載の電池ボックス。
Ａ１／Ａ≦７０％  （４）
【請求項５】
絶縁膜（３）は、ポリプロピレン、ポリカーボネート又はポリエステル樹脂で製造され、
絶縁膜（３）の体積抵抗率ρ２は、以下の条件式（５）を満たすことを特徴とする請求項１に記載の電池ボックス。
０．１×１０１４Ω・ｃｍ≦ρ２≦２×１０１４Ω・ｃｍ  （５）
【請求項６】
以下の条件式（６）を満たすことを特徴とする請求項１に記載の電池ボックス。
０＜Ｌ１≦２ｍｍ  （６）
【請求項７】
以下の条件式（７）を満たすことを特徴とする請求項１に記載の電池ボックス。
０＜Ｌ２≦０．１５ｍｍ  （７）
【請求項８】
構造接着剤（４）の材質は、単一成分ポリウレタン又は二成分ポリウレタンであることを特徴とする請求項１に記載の電池ボックス。
【請求項９】
構造接着剤（４）の材質は、単一成分エポキシ樹脂又は二成分エポキシ樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の電池ボックス。
【請求項１０】
各電池（２）のケーシング（２１）は、底面を有し、
開口（３１）は、上下方向（Ｚ）に沿ってケーシング（２１）の底面の下方に位置し、ケーシング（２１）の一部の底面を絶縁膜（３）から露出させることを特徴とする請求項１に記載の電池ボックス。
【請求項１１】
各電池（２）のケーシング（２１）は、側面を有し、
開口（３１）は、横方向（Ｘ）に沿ってケーシング（２１）の側面の外側に位置し、ケーシング（２１）の一部の側面を絶縁膜（３）から露出させることを特徴とする請求項１に記載の電池ボックス。
【請求項１２】
請求項１から１１の何れか一項に記載の電池ボックスを備える車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池技術分野に関し、特に、電池ボックス及び車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、多数の電池ボックスの内部において電池の底部が接着の方式で下筐体に直接固定されている。一般的に、下筐体と電池のケーシングが金属（例えば、アルミニウム）で製造されるため、電池のケーシングに対して絶縁処理を行うために、通常、ケーシングの周囲に絶縁膜を被覆する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
絶縁膜が通常、ＰＥＴ、ＰＣなどの高分子材料で製造され、且つこれらの高分子材料の表面エネルギーが低いため、構造接着剤で下筐体と電池ケーシングの外部の絶縁膜を直接接着する時、その接着効果が良くない。絶縁膜との接着効果に比べて、構造接着剤がアルミニウム板と接着される接着効果が優れたため、接着効果を高めるために、通常、電池の底部で絶縁膜を完全に除去することで、構造接着剤によって電池のケーシングの底部全体を下筐体に接着させる。このようにすると、電池ボックスの接着強度を保証できるが、電池ボックスが長期間にわたって使用されている中で、電池の絶縁強度が足りないことによって安全問題が頻繁に起きる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
背景技術に存在する問題に鑑て、本発明は、電池ボックスの接着強度を保証するとともに、電池ボックスの絶縁強度を向上させ、電池ボックスの安全性を効果的に保証する電池ボックスを提供することを目的とする。
【０００５】
上記目的に達成するために、本発明は電池ボックスを提供する。当該電池ボックスは、筐体と、複数の電池と、絶縁膜と、構造接着剤とを備える。複数の電池は、縦方向に配列されて筐体に収容され、各電池は、ケーシングを有する。絶縁膜は、各電池のケーシングの外部に被覆されて固定され、且つ、絶縁膜には、開口が設けられることにより、ケーシングの対応部分を絶縁膜から露出させる。構造接着剤は、電池と筐体との間に設けられ、各電池を筐体に固定するために用いられる。ここで、開口の面積をＡ１、開口に対応するケーシングの表面の総面積をＡ、構造接着剤の厚さをＬ１、構造接着剤の体積抵抗率をρ１、絶縁膜の厚さをＬ２、絶縁膜の体積抵抗率をρ２としたときに、Ａ１、Ａ、Ｌ１、ρ１、Ｌ２及びρ２は以下の条件式（１）を満たす。
【数１】
2020109743.tif 000003
【０００６】
一実施例では、以下の条件式（２）を満たす。
【数２】
2020109743.tif 000004
【０００７】
一実施例では、Ａ１とＡは、以下の条件式（３）を満たす。
Ａ１／Ａ＞５０％  （３）
【０００８】
一実施例では、以下の条件式（４）を満たす。
Ａ１／Ａ≦７０％  （４）
【０００９】
一実施例では、絶縁膜は、ポリプロピレン、ポリカーボネート又はポリエステル樹脂で製造され、絶縁膜の体積抵抗率ρ２は、以下の条件式（５）を満たす。
０．１×１０１４Ω・ｃｍ≦ρ２≦２×１０１４Ω・ｃｍ  （５）
【００１０】
一実施例では、以下の条件式（６）を満たす。
０＜Ｌ１≦２ｍｍ  （６）
【００１１】
一実施例では、以下の条件式（７）を満たす。
０＜Ｌ２≦０．１５ｍｍ  （７）
【００１２】
一実施例では、構造接着剤の材質は、単一成分ポリウレタン又は二成分ポリウレタンである。
【００１３】
一実施例では、構造接着剤の材質は、単一成分エポキシ樹脂又は二成分エポキシ樹脂である。
【００１４】
一実施例では、各電池のケーシングは、底面を有し、開口は、上下方向に沿ってケーシングの底面の下方に位置し、ケーシングの一部の底面を絶縁膜から露出させる。
【００１５】
一実施例では、各電池のケーシングは、側面を有し、開口は、横方向に沿ってケーシング側面の外側に位置し、ケーシングの一部の側面を絶縁膜から露出させる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、下記の有利な作用効果を有する。
絶縁膜に開口が設けられ、且つ構造接着剤は、一部が開口において電池のケーシングを筐体に接着し、一部が開口の外側で絶縁膜を筐体に接着することにより、電池と筐体との接着強度を保証する。なお、絶縁膜の開口面積Ａ１とＡ、Ｌ１、ρ１、Ｌ２及びρ２が上述した関係を満たすため、絶縁膜の電池において被覆する面積が絶縁強度の要求を満たし（即ち、電池ボックスの内部で絶縁故障が生じない）、これにより電池ボックスの安全性を効果的に保証する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る電池ボックスの構成を示す模式図である。
【図２】図１に示される絶縁膜の開口と電池の位置を示す模式図である。
【図３】図２の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の目的、解決手段及び利点がより明瞭になるように、以下、図面及び実施例を参照して、本発明をさらに詳細に説明する。なお、ここに記載した具体的な実施例は、あくまで本発明を解釈するためのものであり、本発明を限定するものではない。
【００１９】
本発明の記載において、特に明記しない限り、用語「複数」は、２つ又は２つ以上を意味するものであり、当業者にとって，具体的な状況に基づいて上記用語の本発明における具体的な意味を理解することができる。
【００２０】
本明細書の記載において、本発明の実施例で説明した「上」、「下」等の方位語は、図面に示す角度で記述されたものであり、本発明の実施例を限定するものと解すべきではない。以下に図面を参照しながら本発明をさらに詳細に説明する。
【００２１】
図１を参照すると、根据本発明に係る電池ボックスは、筐体１、複数の電池２、絶縁膜３及び構造接着剤４を備える。
【００２２】
複数の電池２は、縦方向Ｙに配列されて筐体１に収容されている。各電池２はケーシング２１を有し、また、ケーシング２１は、横方向Ｘにおいて２つの側面を有し、縦方向Ｙにおいて２つの大きい面を有し、そして、上下方向Ｚにおいて１つの底面を有する。ケーシング２１は、金属材料（例えば、アルミニウム又は鋼）で製造することができる。
【００２３】
絶縁膜３が電池２のケーシング２１の外部に被覆されて接着されるように、絶縁膜３の電池２に向かう側には、接着剤が設けられている。絶縁膜３には、開口３１が設けられることにより、ケーシング２の対応部分を絶縁膜３から露出させる。具体的に、ケーシング２１の一部の底面が絶縁膜３に露出するように（図２に示すように）、開口３１は、上下方向Ｚに沿って絶縁膜３の電池２のケーシング２１の底面を被覆する部分に貫通設置されてもよい（即ち、開口３１はケーシング２１の底面の下方に位置する）。選択的に、ケーシング２１の一部の側面が絶縁膜３に露出するように（図３に示すように）、開口３１は、横方向Ｘに沿って絶縁膜３の電池２のケーシング２１の側面を被覆する部分に貫通設置されてもよい（即ち、開口３１はケーシング２１の側面の外側に位置する）。
【００２４】
構造接着剤４は、電池２と筐体１との間に設けられ、各電池２を筐体１に固定することに用いられる。上記複数の電池２が筐体１に配置された後、構造接着剤４は、一部が絶縁膜３と筐体１との間に位置し、一部が電池２のケーシング２１と筐体１との間に位置する（即ち、構造接着剤４が開口３１に充填されている）。無論、隣り合う２つの電池２の間に構造接着剤４の一部が押し込まれることもある。
【００２５】
電池ボックスが組み立てられた後、電池２のケーシング２１が構造接着剤４によって筐体１に接着され、絶縁膜３も構造接着剤４によって筐体１に接着されることにより、各電池２は筐体１に固定される。
【００２６】
本発明に係る電池ボックスにおいて、絶縁膜３の開口３１の面積をＡ１、開口３１に対応するケーシング２１の表面の総面積をＡ、構造接着剤４の厚さをＬ１、構造接着剤４の体積抵抗率をρ１、絶縁膜３の厚さをＬ２、絶縁膜３の体積抵抗率をρ２としたときに、Ａ１、Ａ、Ｌ１、ρ１、Ｌ２及びρ２は以下の条件式（１）を満たす。
【数３】
2020109743.tif 000005
【００２７】
絶縁膜３に開口３１が設けられ、且つ、構造接着剤４は、一部が開口３１において電池２のケーシング２１を筐体１に接着し、一部が開口３１の外側で絶縁膜３を筐体１を接着することにより、電池２と筐体１との接着強度を保証する。なお、絶縁膜３の開口３１面積Ａ１とＡ、Ｌ１、ρ１、Ｌ２及びρ２は、上記関係を満足するため、絶縁膜３の電池２において被覆する面積が絶縁強度の要求を満たすことにより（即ち、電池ボックスの内部で絶縁故障が生じない）、電池ボックスの安全性を効果的に保証する。
【００２８】
条件式（１）について、
【数４】
2020109743.tif 000006
とし、即ち、Ｆ≧１０ＭΩとなる。なお、Ｆの値が大きいほど、電池ボックスの絶縁強度が大きくなり、より高い絶縁強度の要求を満足するために、Ｆの値が大きくなるように、条件式（１）によりＡ１、Ａ、Ｌ１、ρ１、Ｌ２及びρ２の大きさを合理的に設定することができ、電池ボックスの安全性をさらに向上させる目的に達成するとともに、設計のコストを大幅に低下させて、生産効率を向上させることができる。具体的には、Ｆ≧１５０ＭΩであり、即ち、
【数５】
2020109743.tif 000007
である。
【００２９】
電池２のケーシング２１が構造接着剤４によって筐体１に接着される接着強度は、構造接着剤４の量に関連し、構造接着剤４の量は絶縁膜３における開口３１の面積Ａ１に関連するため、電池ボックスの接着強度の要求を満足するために、好ましくは、Ａ１とＡはＡ１／Ａ＞５０％を満たす。
【００３０】
なお、電池２自体の構成から（即ち、電池２の底部の４つの角位置に丸みが存在する）、絶縁膜３における開口３１の面積Ａ１が大きすぎると、隣り合う２つの電池２の底部の丸みの間に絶縁故障が生じるリスクを増大させる。従って、電池２の絶縁故障のリスクを低下させるために、好ましくは、Ａ１とＡがＡ１／Ａ≦７０％を満たすことが必要である。
【００３１】
ポリプロピレン（Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ、ＰＰと略称される）、ポリカーボネート（Ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ、ＰＣと略称される）及びポリエステル樹脂（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ  ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ、ＰＥＴと略称される）などの高分子材料の体積抵抗率が大きく（近似値が１０１４Ω・ｃｍ）、絶縁性能が良いため、絶縁膜３は、上述した高分子材料のうちの１種で製造されることができ、この場合、絶縁膜３の体積抵抗率ρ２は、０．１×１０１４Ω・ｃｍ≦ρ２≦２×１０１４Ω・ｃｍを満たす。
【００３２】
なお、構造接着剤４の厚さＬ１が大きいほど、電池ボックスの接着強度により有利であるが、Ｌ１が大きすぎると、電池ボックスの絶縁強度をある程度弱める。従って、電池ボックスの接着強度と絶縁強度とを両立させるために、好ましくは、０＜Ｌ１≦２ｍｍを満たす。
【００３３】
絶縁膜３が電池２のケーシング２１の外部に被覆されているため、その厚さＬ２が大きすぎると、電池２の実装寸法が大きくなり、電池ボックスのエネルギー密度に不利であり、その厚さＬ２が小さすぎると、電池ボックスの接着強度を保証できない。従って、好ましくは、０＜Ｌ２≦０．１５ｍｍを満たす。
【００３４】
構造接着剤４と電池２のケーシング２１及び絶縁膜３との接着強度を保証するために、一実施例では、構造接着剤４の材質は、単一成分ポリウレタン又は二成分ポリウレタンであってもよい。ここで、ポリウレタンが初期状態での体積抵抗率は１０１０Ω・ｃｍであり、且つ、使用過程では、体積抵抗率は、完全に硬化する状態に達するまで（このとき、体積抵抗率が１０１２Ω・ｃｍ）、時間とともに上昇する（具体的に、表Ｓ−１に示すとおりであり、単位がΩ・ｃｍ）。
【００３５】
【表Ｓ−１】
2020109743.tif 000008
【００３６】
単一成分ポリウレタンで製造される構造接着剤４は、湿気硬化又は加熱硬化などによって接着強度を実現することができる。二成分ポリウレタンで製造される構造接着剤４は、化学結合と分子間の作用力によって接着強度を実現することができ、また、二成分ポリウレタンの接着原理について、以下のように説明する。
【００３７】
二成分ポリウレタンは、−ＮＣＯ基を含む成分（例えば、イソシアネート又はポリイソシアネート）及び−ＯＨ基を含むポリオール成分を含み、両者が触媒と混合して二成分ポリウレタンを形成する。ここで、二成分ポリウレタンが硬化を実現する方式は以下のとおりである。
【化１】
2020109743.tif 000009
【００３８】
二成分ポリウレタンの分子間の作用力とは、硬化後の−ＮＨ−基、―ＯＨ基と基材（電池２のケーシング２１及び絶縁膜３を含む）との間に水素結合を形成するファンデルワールス力及び分子間のファンデルワールス力を指す。化学結合とは、架橋ネットワークに硬化されていないＯＣＮ−Ｒ−ＮＣＯと基材表面の微量の水及び金属酸化物が形成する共有結合を指す。なお、構造接着剤４の接着強度を実現することには、二成分ポリウレタンの分子間の作用力が主な作用を果たし、化学結合が補助的な作用を果たす。
【００３９】
なお、在二成分ポリウレタンの配合時に、以下の２点を注意する必要があり、（１）―ＮＣＯは、水と反応してウレア基を生成する際に、一部が消費されるため、―ＮＣＯの含有量が―ＯＨの含有量よりも高いことが必要であり、（２）―ＮＣＯの含有量が高いほど、形成される金属間の共有物が多くなり、結合強度が良くなるが、―ＮＣＯの含有量が高すぎると、コロイドが硬化しすぎて脆くなり、ひいては、硬化しない状態となる恐れがある。そのため、二成分ポリウレタンの配合時に、―ＮＣＯと―ＯＨとのモル比を一定の割合に保つ必要がある。
【００４０】
構造接着剤４と電池２のケーシング２１及び絶縁膜３との接着強度を保証するために、他の実施例では、構造接着剤４の材質は、単一成分エポキシ樹脂又は二成分エポキシ樹脂であってもよい。ここで、エポキシ樹脂の初期状態での体積抵抗率は１０８Ω・ｃｍであり、且つ、使用過程では、体積抵抗率は、完全に硬化する状態に達するまで（このとき、体積抵抗率が１０１３Ω・ｃｍ）、時間とともに上昇する（具体的に、表Ｓ−２に示すとおりであり、単位がΩ・ｃｍ）。
【００４１】
【表Ｓ−２】
2020109743.tif 000010
【００４２】
単一成分エポキシ樹脂で製造される構造接着剤４は、湿気硬化又は加熱硬化などによって接着強度を実現することができる。二成分エポキシ樹脂で製造される構造接着剤４は、化学結合と分子間の作用力によって接着強度を実現することができ、また、二成分エポキシ樹脂の接着原理について、以下のように説明する。
【００４３】
二成分エポキシ樹脂は、エポキシ基を含有する成分及びＯＨ基、ＮＨ基を含有する成分を含み、両者が触媒と混合して二成分エポキシ樹脂を形成する。ここで、二成分エポキシ樹脂が硬化を実現する方式は以下のとおりである。
【００４４】
二成分エポキシ樹脂は、エポキシ基を含有する成分及び−ＯＨ基、−ＮＨ２基を含有する成分を含み、両者が触媒と混合して二成分エポキシ樹脂を形成する。ここで、二成分エポキシ樹脂が硬化を実現する方式は以下のとおりである。
【００４５】
【化２】
2020109743.tif 000011
【００４６】
二成分エポキシ樹脂の分子間の作用力とは、エポキシ基、―ＯＨ基、―ＮＨ２基、―Ｏ―エーテル基と基材との間に水素結合を形成するファンデルワールス力及び分子間のファンデルワールス力を指す。化学結合とは、―ＮＨ２基を含む成分と基材表面の微量の水及び金属酸化物が形成する共有結合、エポキシ基を含む成分が開環過程で基材表面の金属酸化物及び微量の水と形成する共有結合を指す。
【００４７】
なお、エポキシ樹脂の分子は、架橋の過程で付加反応であってもよく、水が生成せず、且つ揮発生成物がないため、その全体硬化収縮率が低く、本体強度が高く、大きな接着強度を実現することができる。
【００４８】
本発明では、一試験例では、４種の構造接着剤４（番号が１、２、３、４であり、そして、１−４番の構造接着剤がいずれもエポキシ樹脂で製造され、且つ１番はエポキシ樹脂が３０ｍｉｎの時の状態であり、２番はエポキシ樹脂が１ｈの時の状態にあり、３番はエポキシ樹脂が１ｄａｙの時の状態にあり、４番はエポキシ樹脂が５ｄａｙの時の状態にあり）を用いて５種の絶縁膜３の開口３１の大きさと組み合わせて２０グループの試験群を構成し（Ｌ１＝０．５ｍｍ、Ｌ２＝０．１１ｍｍ）、式（１）で各グループの試験群が対応する値を算出し、具体的な試験結果は表Ｓ−３の通りである。
【００４９】
【表Ｓ−３】
2020109743.tif 000012
【００５０】
表Ｓ−３からわかるように、１番の構造接着剤と２番の構造接着剤で構成される試験群について、式（１）で算出されたＦ値はいずれも１０ＭΩよりも小さく、その絶縁試験では、いずれも故障が発生した。３番の構造接着剤と４番の構造接着剤で構成される試験群について、式（１）で算出されたＦ値はいずれも１０ＭΩよりも大きく、それらは、いずれも絶縁試験を通過した。
【００５１】
本発明では、他の試験例では、４種の構造接着剤４（番号が５、６、７、８であり、そして、５−８番の構造接着剤がいずれもポリウレタンで製造され、且つ５番はポリウレタンが３０ｍｉｎの時の状態にあり、６番はポリウレタンが１ｈの時の状態にあり、７番はポリウレタンが１ｄａｙの時の状態にあり、８番はポリウレタンが５ｄａｙの時の状態にあり）を用いてそれぞれ絶縁膜３の開口３１の大きさと組み合わせて２０グレープの試験群を構成し（Ｌ１＝０．５ｍｍ、Ｌ２＝０．１１ｍｍ）、式（１）で各グループの試験群が対応する値を算出し、具体的な試験結果は表Ｓ−４の通りである。
【００５２】
【表Ｓ−４】
2020109743.tif 000013
【００５３】
表Ｓ−４からわかるように、５番の構造接着剤と６番の構造接着剤で構成させる試験群について、式（１）で算出されたＦ値はいずれも１０ＭΩよりも小さく、その絶縁試験はいずれも故障が発生した。７番の構造接着剤と８番の構造接着剤で構成される試験群について、式（１）で算出されたＦ値はいずれも１０ＭΩよりも大きく、それらは、いずれも絶縁試験を通過した。
【００５４】
従って、上記試験例からわかるように、電池ボックスの後続の構造設計において、条件式（１）で電池ボックスの絶縁強度を直接取得することができ、絶縁耐圧試験機で測定する必要がなく、コストを大幅に低減でき、生産効率が向上する。
【符号の説明】
【００５５】
１    筐体
２    電池
２１  ケーシング
３    絶縁膜
３１  開口
４    構造接着剤
Ｘ    横方向
Ｙ    縦方向
Ｚ    上下方向
【図１】
2020109743.tif 000017
【図２】
2020109743.tif 000018
【図３】
2020109743.tif 000019