(57)【要約】車両シャーシ用のバッテリ筐体は、上面及び下面を有し、前記上面に、各セルの輪郭を画定する、複数の隆起した表面機構を有し、各セルが少なくとも１つのバッテリを受け入れるように構成された基材と、上面及び下面を有するカバー材であって、各セルの輪郭を画定する、複数の従属的な表面機構をその下面に有し、その表面機構は、前記基材の前記表面機構に位置合わせされ、その上面に形成される少なくとも１つのチャネルを有し、そのチャンネルは、前記下面に配置された従属的な表面機構と位置合わせされ、その長さに沿って延在する、カバー材と、軸方向に延在する複数の支持部材と、横方向に延在する複数の支持部材とを含む格子指示構造とを備える。前記格子支持構造は、前記カバー材の前記チャネル内に少なくとも部分的に配置され、前記車両シャーシに取り付けられるように構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面及び下面を有し、前記上面に、各セルの輪郭を画定する、複数の隆起した表面機構を有し、各セルが少なくとも１つのバッテリを受け入れるように構成された基材と、
上面及び下面を有するカバー材であって、各セルの輪郭を画定する、複数の従属的な表面機構をその下面に有し、その表面機構は、前記基材の前記表面機構に位置合わせされ、その上面に形成される少なくとも１つのチャネルを有し、そのチャンネルは、前記下面に配置された従属的な表面機構と位置合わせされ、その長さに沿って延在する、カバー材と、
軸方向に延在する複数の支持部材と、横方向に延在する複数の支持部材とを含む格子指示構造と
を備え、
前記格子支持構造は、前記カバー材の前記チャネル内に少なくとも部分的に配置され、前記車両シャーシに取り付けられるように構成される、車両シャーシ用のバッテリ筐体。
【請求項２】
前記格子支持構造の支持部材は中空ビームを含む、請求項１に記載のバッテリ筐体。
【請求項３】
前記格子支持構造は金属で構成される、請求項１に記載のバッテリ筐体。
【請求項４】
前記格子支持構造は、各層において、前記支持部材の主軸と整列した少なくとも６０％の補強ファイバを有する、連続したファイバ補強材の複数の層からなる、請求項１に記載のバッテリ筐体。
【請求項５】
前記格子支持構造の上面は、前記車両シャーシに連結されている、請求項１に記載のバッテリ筐体。
【請求項６】
前記格子支持構造の境界エッジは、前記車両シャーシのロッカーパネル間に配置される、請求項５に記載のバッテリ筐体。
【請求項７】
各セルは、複数の対称セルを含む、請求項１に記載のバッテリ筐体。
【請求項８】
前記格子支持構造は、
共通の断面を有する第１及び第２の軸方向支持部材と、
異なる断面を有する第３の軸方向支持部材と
を含む、請求項１に記載のバッテリ筐体。
【請求項９】
前記カバー材の少なくとも１つの従属的な表面機構は、前記基材の少なくとも１つの隆起した表面機構よりも大きい距離だけ延在する、請求項１に記載のバッテリ筐体。
【請求項１０】
前記カバー材の前記表面機構は、前記基材の前記表面機構と係合して、少なくとも１つの閉じた容積のセルを形成する、請求項１に記載のバッテリ筐体。
【請求項１１】
前記カバー材は、その外周の周りに延在するフランジを有し、
前記格子支持構造の底面は、前記カバー材の前記フランジの前記上面と係合する、請求項１に記載のバッテリ筐体。
【請求項１２】
前記カバー材及び格子支持構造は、車両の荷重支持床を形成する、請求項１に記載のバッテリ筐体。
【請求項１３】
前記カバー材及び前記基材の少なくとも一方が、一体成形品として形成される、請求項１に記載のバッテリ筐体。
【請求項１４】
前記カバー材及び前記基材の少なくとも一方が、樹脂内に配置された強化ファイバで形成されている、請求項１３に記載のバッテリ筐体。
【請求項１５】
ファイバが、少なくとも１つのカーボンファイバ、グラスファイバ、アラミドファイバ、ポリエチレン又はポリプロピレンファイバを含む、請求項１３に記載のバッテリ筐体。
【請求項１６】
樹脂が、エポキシ、不飽和イソフタル酸ポリエステル、ビニルエステル、メチルメタクリレート、又はフェノール樹脂のうちの少なくとも１つを含む液体熱硬化性樹脂である、請求項１３に記載のバッテリ筐体。
【請求項１７】
樹脂が、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、アクリル、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、又はポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂のうちの少なくとも１つを含む熱可塑性樹脂を含む、請求項１３に記載のバッテリ筐体。
【請求項１８】
前記カバー材及び基材の少なくとも１つが、各層において、車両の軸方向に対するファイバの角度が＋／−２０°より大きく、＋／−７０°未満であるクロスプライ方式で整列された連続ファイバ強化材の複数の層を含む、請求項１３に記載のバッテリ筐体。
【請求項１９】
前記カバー材及び基材の少なくとも１つが、各層が不規則に配向された不連続強化ファイバを有する複数の層を含む、請求項１３に記載のバッテリ筐体。
【請求項２０】
車両シャーシ用のバッテリ筐体であって、
上面及び下面を有し、前記上面に、各セルの輪郭を画定する、複数の隆起した表面機構を有し、各セルが少なくとも１つのバッテリを受け入れるように構成された基材と、
上面及び下面を有するカバー材であって、各セルの輪郭を画定する、複数の従属的な表面機構をその下面に有し、その表面機構は、前記基材の前記表面機構に位置合わせされ、その上面に形成される少なくとも１つのチャネルを有し、そのチャンネルは、前記下面に配置された従属的な表面機構と位置合わせされ、その長さに沿って延在する、カバー材と、
軸方向に延在する複数の支持部材と、横方向に延在する複数の支持部材とを含み、筐体内に含まれる各セルを囲う格子支持構造と
を含み、
前記格子支持構造の上面及び下面は厚さを規定し、前記格子支持構造の厚さは、該カバー材内のチャネルの深さと等しい、バッテリ筐体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の主題は、複合封止区画のためのシステムに関する。特に、本開示の主題は、複合バッテリ筐体に関する。なお、本出願は、２０１８年１月３１日に出願された米国仮出願第６２／６２４，２８８号に対する米国特許法第１１９条に基づく優先権の利益を主張し、その全内容が参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
自立型であり、車両システムのバランスから構造的に分離しているバッテリ筐体のための種々の構造が知られている。この結果、システム全体の質量が増大し、したがって経済性が低下し（製造コストが増大する）、性能が低下する（重量が大きいほど、チャージ間の動作範囲が減少するか、又はハイブリッドの燃料経済性が低下する）。
【０００３】
バッテリの質量が大きいと、典型的には、バッテリを車両システム内に保持するための剛性及び強度を提供するためにかなりの材料が必要となる。同様に、従来の設計のバッテリ筐体は、車両衝突の場合に物体の侵入を防止するためにかなりの補強を必要とする。車両とバッテリ筐体の構造要件は伝統的に分離されており、それによって、バッテリ筐体は純粋に寄生質量となり、車両の性能に対して冗長となる。
【０００４】
従来のバッテリ筐体の例は以下の特許文献１〜１３に提供され、その各々はその全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第８２８６７４３号明細書
【特許文献２】米国特許第８３９３４２７号明細書
【特許文献３】米国特許第８８３３４９９号明細書
【特許文献４】米国特許第５６２００５７号明細書
【特許文献５】米国特許第７３２３２７２号明細書
【特許文献６】米国特許第８１１５４５０号明細書
【特許文献７】米国特許第８２１０３０１号明細書
【特許文献８】米国特許第８８７５８２８号明細書
【特許文献９】米国特許第９３３１３２１号明細書
【特許文献１０】米国特許出願公開第２０１０／０１３６４０２号明細書
【特許文献１１】米国特許出願公開第２０１２／０１０３７１４号明細書
【特許文献１２】米国特許出願公開第２０１５／０７９４５４号明細書
【特許文献１３】米国特許出願公開第２０１５／３１８５２５号明細書
【発明の概要】
【０００６】
現在開示されている主題は、ハイブリッド、プラグインハイブリッド及び電気自動車用途のためのバッテリの収納、保護及び使用のための新しい革新的な解決策を提供する。本発明の開示は、バッテリ筐体を白色及び／又は車両シャーシ内の車体と一体化させる、独創的で革新的な構造的アプローチを完全に記載している。
【０００７】
本明細書に開示されている主題は、バッテリ筐体上にボルト止めされたものとは無関係に、衝突保護の設計がなされている従来の車両設計を利用可能な空間内に存在しなければならない、別個のバッテリ筐体に関連するパッケージングの課題の多くを解決する。更に、本明細書に開示されているバッテリ筐体のシステム及び構造は、ハイブリッド、プラグインハイブリッド及びプラグイン電気乗用車において、輸送、並びに他の大量輸送システム（例えば、バス、シャトル及び鉄道車両）のために適用可能である。開示された主題の目的及び利点は以下の説明に記載され、以下の説明から明らかになり、また、開示された主題の実施によって理解されるのであろう。開示される主題のさらなる利点は、本明細書及び特許請求の範囲において、ならびに添付の図面から特に指摘される方法及びシステムによって実現され、達成されるであろう。
【０００８】
これら及びその他の利点を達成し、開示された主題の目的に従って、具体化されかつ広く説明されるように、開示された主題は、上面及び下面を有する基材を備える車両シャーシのためのバッテリ筐体を形成するシステム及び構造を含む。基材は、その上面に、個々のセルの輪郭を画定する複数の隆起した表面機構を有する。各セルは少なくとも１つのバッテリを受け入れるように構成される（複数のモジュールが一のバッテリを形成するために使用される実施形態においては、一のバッテリが個別モジュールとして構成され得る）。前記システム及び構造は、上面及び下面を有するカバー材も含む。カバー材は、個々のセルの輪郭を画定する、下面に複数の従属的な表面機構を有し、基材の表面機構と整列する。その表面機構は、その上面に形成された少なくとも１つのチャネルを有し、底面に配置された表面機構に応じて整列し、且つ表面機構に沿って延びるカバー材と、軸方向に延びる複数の支持部材とを含む格子支持構造と、を含む。横方向に延びる複数の支持部材であって、前記格子支持構造は、前記カバー材の前記チャネル内に少なくとも部分的に配置され、前記車両シャーシに取り付けられるように構成される。
【０００９】
いくつかの実施形態では、格子支持構造の支持部材が金属で構成される中空ビーム、及び／又は、各層において支持部材の主軸と整列した少なくとも６０％の強化ファイバを有する連続ファイバ強化材の複数の層を含む。
【００１０】
いくつかの実施形態では格子支持構造の上面が車両シャーシのロッカーパネル間に配置された格子支持構造の境界エッジを有する車両シャーシに結合され、個々のセルは複数の対称セルを含む。
【００１１】
いくつかの実施態様において、格子支持構造は、共通断面を有する第１の軸方向支持部材及び第２の軸方向支持部材、並びに異なる断面を有する第３の軸方向支持部材を含む。
【００１２】
いくつかの実施形態では、カバー材の少なくとも１つの従属表面機構が基材の少なくとも１つの隆起表面機構よりも大きい距離だけ延びる。
【００１３】
いくつかの実施形態では、カバー材の表面機構が基材の表面機構と係合して、少なくとも１つの閉鎖容積セルを形成し、カバー材は周囲の周囲に延在するフランジを有し、格子支持構造の底面はカバー材及び格子支持構造が車両の荷重支持床を形成するように、カバー材フランジの上面と係合する。
【００１４】
いくつかの実施形態では、カバー材及び基材のうちの少なくとも１つは樹脂内に配置された強化ファイバを有する一体成形品として形成される。
【００１５】
いくつかの実施形態ではファイバが少なくとも１つのカーボンファイバ、グラスファイバ、アラミドファイバ、ポリエチレン又はポリプロピレンファイバを含み、樹脂はエポキシ、不飽和イソフタル酸ポリエステル、ビニル−エステル、メチル−メタクリレート又はフェノール樹脂のうちの少なくとも１つを含む液体熱硬化性樹脂である。
【００１６】
いくつかの実施形態では、樹脂がポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、アクリル、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、又はポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂のうちの少なくとも１つを含む熱可塑性樹脂を含む。
【００１７】
いくつかの実施形態では、カバー材及び基材のうちの少なくとも１つは車両の軸方向に対するファイバの角度が＋／−２０度よりも大きく＋／−７０度よりも小さい、クロスプライ方式で整列された連続ファイバ強化材の複数の個々の層を含む。
【００１８】
いくつかの実施形態では、カバー材及び基材のうちの少なくとも１つは、各層において、不規則に配向された不連続強化ファイバを有する複数の層を含む。
【００１９】
いくつかの実施態様において、車両シャーシ用のバッテリ筐体は、車両シャーシ用のバッテリ筐体であって、上面及び下面を有し、前記上面に、各セルの輪郭を画定する、複数の隆起した表面機構を有し、各セルが少なくとも１つのバッテリを受け入れるように構成された基材と、上面及び下面を有するカバー材であって、各セルの輪郭を画定する、複数の従属的な表面機構をその下面に有し、その表面機構は、前記基材の前記表面機構に位置合わせされ、その上面に形成される少なくとも１つのチャネルを有し、そのチャンネルは、前記下面に配置された従属的な表面機構と位置合わせされ、その長さに沿って延在する、カバー材と、軸方向に延在する複数の支持部材と、横方向に延在する複数の支持部材とを含み、筐体内に含まれる各セルを囲う格子指示構造とを含む。前記格子支持構造の上面及び下面は厚さを規定し、前記格子支持構造の厚さは、該カバー材内のチャネルの深さと等しい。
【００２０】
前述の一般的な説明及び以下の詳細な説明の両方は例示的なものであり、特許請求される開示された主題のさらなる説明を提供することが意図されていることを理解されたい。
【００２１】
本明細書に組み込まれ、その一部を構成する添付の図面は、開示される主題の方法及びシステムを例示し、更に理解するために含まれる。説明と共に、図面は、開示された主題の原理を説明する役割を果たす。本明細書で説明される主題の様々な態様、特徴、及び実施形態の詳細な説明は、添付の図面を参照して提供され、添付の図面は以下で簡単に説明される。図面は例示的なものであり、必ずしも一定の縮尺で描かれているわけではなく、いくつかの構成要素及び特徴は、明確にするために誇張されている。図面は本主題の様々な態様及び特徴を示し、本主題の１つ又は複数の実施形態又は例を、全体的に又は部分的に示すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】開示された主題に従ったバッテリ筐体の構成要素の斜視図を示す分解概略図である。
【図２Ａ】開示された主題による基材の概略図であり、上面斜視図である。
【図２Ｂ】開示された主題による基材の概略図であり、底面斜視図である。
【図２Ｃ】開示された主題による基材の概略図であり、底面斜視図である。
【図２Ｄ】開示された主題による基材の概略図であり、断面図である。
【図３Ａ】開示された主題によるカバー材の概略図であり、上面斜視図である。
【図３Ｂ】開示された主題によるカバー材の概略図であり、底面斜視図である。
【図３Ｃ】開示された主題によるカバー材の概略図であり、底面斜視図である。
【図３Ｄ】開示された主題によるカバー材の概略図であり、断面図である。
【図４Ａ】開示された主題によるカバー材及び格子支持構造を有する基材の概略図であり、上面斜視図である。
【図４Ｂ】開示された主題によるカバー材及び格子支持構造を有する基材の概略図であり、底面斜視図である。
【図４Ｃ】開示された主題によるカバー材及び格子支持構造を有する基材の概略図であり、上面斜視図である。
【図４Ｄ】開示された主題によるカバー材及び格子支持構造を有する基材の概略図であり、断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
ここで、開示された主題の例示的な実施形態を詳細に参照し、その一例を添付の図面に示す。開示された主題の方法及び対応するステップは、システムの詳細な説明と併せて説明される。
【００２４】
本明細書で提示される方法及びシステムは、バッテリ筐体構造のために使用され得る。開示された主題は車両シャーシに直接一体化することができ、それにより、バッテリモジュールを侵入、及び熱漏れ／熱侵入から保護しながら構造的統合性を高めることができる複合バッテリ筐体構造に特に適している。説明及び例示の目的のためであって、限定のためではないが、開示された主題によるシステムの例示的な実施形態が図１に示され、そのシステムは参照符号１０００によって全体的に指し示される。機能的に対応するが、必ずしも同一ではない構造を示すために、本明細書で提示される様々な図及び図の間で類似の参照番号（先頭の数字によって区別される）を提供されることがある。
【００２５】
図１に示されるように、バッテリ筐体システム１０００は一般に、基材１００と、カバー材２００と、格子支持構造３００とを含む複数のコンポーネントを含む。それらの各々は、以下で更に詳細に説明される。
【００２６】
[基材] 
図１及び２Ａ〜Ｄは、バッテリ筐体の下部構造の例示的な実施形態を示す。
【００２７】
いくつかの実施態様では、基材１００は、車両動力システムを構成する個々のバッテリを受領するための「セル」を区画し形成する、複数の軸方向及び横方向の表面機構１１０を有する一体成形として形成することができる。このような表面機構１１０の存在は、接合面の適切な位置合わせを介して各セル内にバッテリを適切に設置することの触覚的及び視覚的確認を提供することによって、組立を容易にする。更に、個別セルの形成は、筐体内の隣接するバッテリ間の有害事象（例えば、漏れ、熱変化など）を隔離することができるという点で有利である。
【００２８】
図示の例示的な実施形態では、表面機構は、矩形セルの輪郭に沿った、隆起し又は上方に延びるリブ又はチャネル１１０である。しかし、基材１００は代替の形状のセルで形成することができると理解されたい。同様に、表面機構１１０は図２Ｄに示されるように、側壁１１０ａ、１１０ｂを有するチャネルとして形成することができ、基材１１２の底面から上方に突出し得る。図示の例示的な実施形態では側壁１１０ａ、１１０ｂは水平頂部１１０ｃの幅と同等の高さを有する。しかし、所望に応じて、様々な寸法及び相対的な比率を提供することができることを理解されたい。
【００２９】
そのような実施形態では、底面１１２がその下面の平面内に（チャネル頂部１１０ｃと一致する位置で）一連の破断部又は不連続部を有するように形成することができる。これに加えて、又はこれに代えて、表面機構１１０は基材の連続した底面から上方に突出する固体のリブ部材として形成することができ、これにより、基材に形成された破断部又は不連続部がないようにすることができる。従って、本明細書に記載されるバッテリ筐体ユニットは、バッテリ筐体が設置されたときに、車両の下面を形成する平坦で平面の表面を形成することができる。
【００３０】
基材１００は、周辺部又はその選択部分を取り囲むフランジ１２０を含むことができる。フランジ１２０は、以下に更に詳細に説明するように、カバー材２００に結合することができる。いくつかの実施形態では、フランジ１２０が表面機構１１０の距離、すなわち垂直高さよりも大きい距離だけ横方向に延びる幅で形成することができる。
【００３１】
更に、軸方向及び横方向の表面機構１１０、及びフランジ部１２０は、カバー材２００内の同様の軸方向及び横方向に整列した表面機構及びフランジ部と整合又は包含するように配置される。これにより、以下に詳述するように、遮蔽される容量と完全に係合又はその容量を包含し、内部に組み立てられる個々のバッテリセルを収容する閉鎖容積を形成することができる。
【００３２】
基材１００は、強化ファイバを含む様々な材料から形成することができる。そのような強化ファイバのいくつかの例示的な例としては、カーボンファイバ、グラスファイバ、ケブラー（アラミド）ファイバ、及びそれらの組み合わせが挙げられる。いくつかの実施形態では、エポキシ、不飽和イソフタル酸ポリエステル、ビニルエステル、メチルメタクリレート、フェノール樹脂を含む液体熱硬化樹脂の化学クラスのいずれかから選択される樹脂のマトリックス中で安定化するポリエチレン又はポリプロピレンファイバを使用することができる。いくつかの実施形態では、強化ファイバがポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド（ナイロン）、アクリル、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、又はポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、又はそれらの組み合わせを含む熱可塑性樹脂中で安定化することができる。
【００３３】
本開示の一態様によれば、構造材料は、各層において整列され連続する上述のファイバ材料のファイバ強化材の複数の層を含むことができる。例えば、基材は、エンドグレインバルサ、又は、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、架橋ポリ塩化ビニル（ＣＰＶＣ）、スチレンアクリロニトリル（ＳＡＮ）、ポリウレタン、又はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、及びこれらの組み合わせを含む内部発泡（発泡剤）で鋳造又は押出成形された樹脂のクラスを含み得るコア材料のクラスから選ばれる低密度材料のコアに積層された複数の補強材料の層を有するサンドイッチ材料として製造され得る。このような実施形態では、密集したバッテリパックによって下部構造が加えられる負荷から加えられるのであろう横方向に加えられた負荷による変形による抵抗を得る。しかしながら、下部構造の面内（伸張性）剛性は、全く適合的なまま（剛性が低いまま）であり得る。
【００３４】
いくつかの実施形態では、基材は、クロスプライ方式で整列された２つ以上のファイバ層で構成された、整列され連続したファイバ強化材からなる層の複数層から形成され得る。例えば、車両の軸方向に対するファイバの角度は＋／−２０度よりも大きく、＋／−７０度よりも小さくすることができるが、所望に応じて、別の角度を使用することもできる。そのような構成は、バッテリ筐体構造に増大したねじり剛性を提供することができる。
【００３５】
これに加えて、またはこれに代えて、基材は、各層において、カーボンファイバ、グラスファイバ及びケブラー（アラミド）ファイバ、ポリエチレン又はポリプロピレンファイバを含む補強材のクラスから選択される、不連続で不規則に配向されたファイバからなる補強ファイバの複数の層から形成され得る。
【００３６】
[カバー材]
図１及び３Ａ−Ｄは、バッテリ筐体のカバー材の例示的実施形態を示す。いくつかの実施態様では、カバー材２００は、車両動力システムを構成する個々のバッテリを受領するための「セル」の輪郭を画定し、「セル」を形成する複数の軸方向及び横方向の表面機構２１０を有する一体成形として形成することができる。このような表面機構２１０の存在は、接合面の適切な位置合わせを介して、各セル内でのバッテリの適切な設置の触覚的及び視覚的確認を提供することによって、組み立てを容易にする。
【００３７】
図示の例示的な実施形態では、表面機構は従属的であり、長方形のセルの輪郭を画定する、下向きの又は下方に延びるリブ又はチャネル２１０である。カバー材２００は別の形状のセルと共に形成することができることを理解されたい。同様に、図３Ｄに示すように、表面機構２１０はカバー材２１２の底面から下方に突出する側壁２１０ａ、２１０ｂを有するチャネルとして形成することができる。図示の例示的な実施形態では、側壁２１０ａ、２１０ｂは、水平頂部２１０ｃの幅と同等の高さを有する。しかし、要望に応じて、様々な寸法及び相対的な比率を提供することができることを理解されたい。
【００３８】
そのような実施形態では、上面２１２がその上面の平面内に（チャネル頂部２１０ｃと一致する位置で）、一連の破断部又は不連続部を有して形成され得る。これに加えて、又はこれに代えて、表面機構２１０は、カバー材の連続した上面から下方に突出する固体のリブ部材として形成されてもよく、これにより、カバー材に形成される破断部又は不連続部はない。従って、本明細書に記載されるバッテリ筐体ユニットは、その上面及び下面の両方に平坦で平面の表面を形成することができる。このような平面は、車両シャーシとの係合のためにより大きな表面積が設けられるという点で有利である。
【００３９】
また、カバー材２００は、外周部又はその選択部分を取り囲むフランジ２２０を含むことができる。フランジ２２０は、機械的締結、化学的（例えば、接着剤）結合、及び／又は融着（例えば、超音波溶接）を含む様々な方法で、基材１００の対応するフランジ１１０に結合することができる。いくつかの実施形態では、フランジ２２０が表面機構２１０の距離、すなわち垂直高さよりも大きい距離だけ横方向に延びる幅で形成することができる。
【００４０】
加えて、カバー材２００の軸方向及び横方向の表面機構２１０、及びフランジ部分２２０は、基材１００内の同様の軸方向及び横方向に整列した表面機構１１０及びフランジ部分１２０と一致又は整列するように位置決めされ、それらを完全に係合／包含し、かつ、内部に組み立てられる個々のバッテリセルを収容することができる閉じた容積を生成する。上述のように、閉じた容積の形成は、任意の特定のセル内の有害事象を単離するために有利である。そのような閉じたセルを形成するために、表面機構１１０、２１０は、互いに係合するような大きさ及び形状にされる。
【００４１】
いくつかの実施形態では、表面機構１１０は、表面機構２１０が下方に延在する距離と等価な距離だけ上方に延在することができる。その結果、頂部１１０ｃ、２１０ｃは、その中に含まれるバッテリのほぼ中間点である位置で互いに当接する。他の実施形態では、側壁１１０ａ、１１ｂは、セル内に配置されるバッテリの高さと等しいか又はそれよりも高い高さで形成することができる。これに加えて、又はこれに代えて、カバー材２００の従属的な表面機構２１０は、基材１００の表面機構１１０が上方に延在する距離よりも大きい距離を延在することができる。いくつかの実施形態では表面機構１１０、２１０は長さに沿って変化する高さで形成することができる。したがって、表面形状１１０、２１０の側壁は、必要に応じて、構造的完全性を高めるように、及び／又は車両シャーシの設計を収容するように寸法決めされ、成形され得る。
【００４２】
いくつかの実施形態では、カバー材２００と基材１００との間に追加のシール部材を設けることができる。シール部材は、その外周の周囲、すなわちフランジ２２０、１２０の間にのみ延在することができる。これに加えて、又はこれに代えて、シール部材は、選択されたセルの周りに（すなわち、隆起した表面機構１１０ｃ、２１０ｃの間に）延在することができる。シール部材は、流体がセルに出入りするのを防止するために、圧縮性ガスケット、例えばＯリングとして形成することができる。
【００４３】
カバー材２００は、強化ファイバを含む様々な材料から形成することができる。そのような強化ファイバのいくつかの例示的な例としては、カーボンファイバ、グラスファイバ、ケブラー（アラミド）ファイバ、及びそれらの組み合わせが挙げられる。いくつかの実施形態では、エポキシ、不飽和イソフタル酸ポリエステル、ビニルエステル、メチルメタクリレート又はフェノール樹脂、又はそれらの組み合わせを含む液体熱硬化性樹脂の化学クラスのいずれかからの樹脂のマトリックス中で安定化されたポリエチレン又はポリプロピレンファイバを使用することができる。いくつかの実施形態では、強化ファイバは、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド（ナイロン）、アクリル、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、又はポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、又はそれらの組み合わせを含む熱可塑性樹脂中で安定化することができる。
【００４４】
本開示の一態様によれば、構造材料は、各層において、上述のファイバ材料の整列した連続ファイバ強化材の複数の層を含むことができる。例えば、基材は、エンドグレインバルサ、又はポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、架橋ポリ塩化ビニル（ＣＰＶＣ）、スチレンアクリロニトリル（ＳＡＮ）、ポリウレタン、又はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、及びこれらの組み合わせを含む内部発泡（発泡剤）で鋳造又は押出成形された樹脂のクラスを含み得るコア材料のクラスから選択される、低密度材料のコアに積層された複数の補強材料の層を有するサンドイッチ材料として製造され得る。このような実施例では、密集したバッテリパックによって加えられる荷重から与えられるのであろう横方向に加えられた荷重による変形から抵抗を得る。しかしながら、下部構造の面内（伸張性）剛性は、全く適合的（剛性が低い）ままであり得る。
【００４５】
いくつかの実施形態では、カバー材は、各層が、クロスプライ方式で整列された２つ以上のファイバ層から構成される、整列された連続ファイバ強化材の複数の層から形成することができる。例えば、車両の軸方向に対するファイバの角度は＋／−２０度よりも大きく、＋／７０度よりも小さくすることができるが、所望に応じて、別の角度を使用することもできる。そのような構成は、バッテリ筐体構造に増大したねじり剛性を提供することができる。
【００４６】
更に、又は代替的に、カバー材は、個々の層が、カーボンファイバ、グラスファイバ及びケブラー（アラミド）ファイバ、ポリエチレン又はポリプロピレンファイバを含む補強材のクラスからの不連続な不規則に配向されたファイバからなる補強ファイバの複数の層から形成することができる。
【００４７】
カバー材２００及び／又は基材１００は、様々な製造技術から形成することができる。
例えば、液体圧縮成形（ＬＣＭ）プロセスを、カバー及び基材を製造するために採用することができる。更に、高圧樹脂転写成形（ＨＰ−ＲＴＭ）を用いて、プレスと樹脂をツールに注入する前に、樹脂を部品の上にロボットで層状にすることができる。いくつかの例では、ＬＣＭ技術が次のような利点（対ＨＰ−ＲＴＭ）を提供することができる。
・樹脂がモールドの外側に適用されるのでサイクルタイムがより速い
・複雑なツーリングがより少ない
・予備成形が不要であり、従って、無駄がより少ない。
更に、所与のセル内への有害事象の封じ込めを容易にするために、カバー材２００及び／又は基材１００は部材の構造的完全性を損なうことなく（例えば、反り、薄化、孔の形成などなしに）、６００℃の耐熱性を１時間示す材料から形成することができる。
【００４８】
[格子支持構造]
図１及び４Ａ−Ｄは、バッテリ筐体の格子支持構造３００の例示的実施形態を示す。
図示の例示的な実施形態では、格子支持構造３００がカバー材２００の上面のスロット内、すなわち、表面機構２１０ｃによって形成された凹部内に適合するように寸法が決められ、形状が決められている。図４は、格子支持構造３００と筐体の組み立てられたカバー材２００及び基材１００との一体化を示す。この例示的な実施形態では、格子支持構造３００は、カバー材２００内に成形された軸方向チャネル及び横方向チャネル、及びカバー材フランジ２２０の上面と完全に係合する、軸方向及び横方向に組み立てられた支持部材３１０、３１２を含み、カバー材が取り付けられた堅固な構造を提供する。この構成では、格子支持構造３００が横方向の衝撃（支持部材３１２に沿った）又は正面／背面の衝撃（支持部材３１０に沿った）の場合に、剛性フレーム及び直接荷重経路を提供する。このように、バッテリ筐体を車両シャーシに組み付けて設置すると、カバー材及び格子支持構造体が車両の耐荷重床を形成する。
【００４９】
図４Ｃ〜図４Ｄに示されるように、いくつかの実施形態では、格子支持構造３００が中空ビーム３１０、３１２で形成され得る。更に、支持部材はセル全体を取り囲む。格子支持構造３００は、格子支持構造３００がカバー材に取り付けられるとき、格子支持構造３００の上面が、図４Ｄに示されるように、カバー材２００の上面と同一平面又は面一となるように、カバー材２００の側壁２１０ａ、２１０ｂの深さに等しい高さ又は厚さを有する。格子支持構造３００の上面は、車両シャーシに結合される。いくつかの実施形態では、本明細書に記載されるバッテリ筐体ユニットが境界エッジが車両シャーシのロッカーパネル間に配置されるような大きさである。格子支持構造３００は機械的締結、化学的（例えば、接着剤）結合、及び／又は融着（例えば、超音波溶接）を含む様々な方法で（例えば、フランジ２１０及びチャネル２１０ｃに沿って）カバー材に結合することができる。
【００５０】
いくつかの実施形態では格子支持構造３００の支持部材が均一な断面形状で形成されるが、他の実施形態では支持構造が様々な寸法で形成される。例えば、格子支持構造３００のエッジを形成する軸方向支持部材は、図４Ｄに示すように、例えば中心線に沿ってエッジ間に配置される軸方向支持部材よりも大きな断面形状を有することができる。
【００５１】
格子支持構造３００は、炭素鋼、アルミニウム、及び合金、又はそれらの組み合わせを含む押出金属などの様々な材料から形成することができる。これに加えて、又はこれに代えて、格子支持構造３００は基部部材及びカバー材に関して上述したように、ファイバ及び樹脂の任意の組合せを含むことができる補強ファイバで引抜成形された補強ポリマー複合体から製造することもできる。
【００５２】
また、ベース及びカバー材と同様に、格子支持構造は、連続ファイバ強化ポリマー複合材料から製造することができる。このような実施形態では、補強ファイバの少なくとも６０％が、ビームの長さに沿って高い剛性を有する主に直交する構造を作り出すように、支持部材の主軸と整列される。
【００５３】
本開示の一態様によれば、格子構造はその長さに沿って高度の剛性を提供し、これにより、車両の衝撃又は衝突から生じる外部から加えられる荷重に対して剛性の面内荷重経路が提供される。比較すると、車両の軸方向又は横方向の向きと整列していないカバー及び基材のファイバ整列はより低い面内剛性を示し、したがって、車両バッテリセルを収容する筐体によって運ばれる荷重を回避する。これは更に、バッテリを保護し、同時に、衝突事象中の乗客室の侵入を防止するために車両のための堅いフレームワークを提供する。
【００５４】
図１〜図４に示す実施形態ではセルは対称（すなわち、矩形）であるが、代替の設計も本開示の範囲内である。例えば、隆起表面形状１１０、２１０及び格子支持構造支持梁（又はまとめて「セル壁」）は、変化する、不均一な形状で形成され得る。例えば、フロントインパクトシナリオに対する剛性を高めるために、バッテリ筐体の前面に、より多数のセル壁（例えば、より小さなサイズのセル、又は複製／並列補強壁のいずれか）を備えた勾配設計を採用することができる。
【００５５】
加えて、いくつかの実施態様では、セル壁がセル内に形成されたアクセス特徴（例えば、開口、溝など）を有し、セル内に収容されたバッテリへの配線などの隣接するセル間の導管及び相互接続を可能にすることができる。同様に、これらの接近機構は、バッテリセル間の通気手段として働くことができる。いくつかの実施形態では、セルの加熱又は冷却を提供するために、そのようなアクセス機構を通して流体流を導くことが望ましい場合がある。更に、幾つかの実施例では、複合筐体はアクセスポイントを含むことができ、例えば、技術者がヒューズ、プリント回路基板、コネクタ、制御装置等のような制限されたライフサイクルを有する装置を交換するためにアクセスポイントを含むことができる。
アクセスポイントは、筐体の水平軸に沿ってスライドさせることによって、又は筐体内に形成されたヒンジを中心に旋回させることによって、又は筐体の残りの部分から取り外すことによって開くことができる、密閉可能なパネルとして形成することができる。いくつかの実施形態では、アクセスポイント（及びその下にある交換可能な機器）がバッテリを含むセルから隔離された（すなわち、開いていない、又はそれと流体連通していない）区画内に配置される。この構成により、バッテリと周囲の空気との間で常に（つまりアクセスパネルが開いている場合でも）気密シールが維持される。
【００５６】
更に、本明細書に示される例示的な実施形態は一定の厚さを有する概して長方形の筐体を描写するが、代替の設計、例えば、所望のバッテリ容量と、バッテリ筐体がどのように、どこに結合されるべきかを指示する車両シャーシ設計との両方に適応するために、様々な（テーパ状又は階段状の）幅及び／又は高さを有するバッテリ筐体を提供することができる。
【００５７】
いくつかの実施形態では、上述のような複数の複合バッテリ筐体を、例えば、互いの上に垂直に積み重ねてバッテリ容量を増加させるように、モジュール式に組み合わせることができる。このような積み重ねは、質量を増加させ、したがって、骨材構造の剛性を増加させるとともに、あらゆる望ましくない振動荷重を減衰させる。更に、本開示の複合バッテリ筐体は、先に形成された車両シャーシに後付けすることができる。
【００５８】
本開示の別の態様に従って、本明細書に記載される複合バッテリ筐体は、電磁シールド特性を組み込むことができる。いくつかの実施形態では、電磁遮蔽が筐体の外側の周囲に設けることができる。いくつかの実施形態では、電磁シールドが筐体の選択セル（個別又は複数）の周囲に設けることができる。このようなＥＭＦ／ＥＭＣシールドの存在は、バッテリと車両の他の構成要素との間の望ましくない電気的干渉を抑制する。
【００５９】
本開示の更に別の態様によれば、本明細書に記載の複合筐体は複数の「機能的に傾斜した」積層体、すなわち、特定の個別の機能を果たす各積層体から形成することができる。
例えば、複合材料は第１の積層体層を有し、カーボンナノチューブ濃縮（例えば、グラフェン）複合プライの層（又は複数の層）を有し、接地面として作用する導電性表面を作製し、更に、電磁遮蔽機能を提供することができる。加えて、フェノール基複合材料の層を筐体の内部に形成して、破局的な故障を防止するとともにバッテリの熱暴走から保護する熱バリアを提供することができる。更に、アラミド、結晶性ポリエチレン、又はＤｙｎｅｅｍａから構成される外装層を組み込んで、局所的な衝撃（浸透）保護などを提供することができる。
【００６０】
開示された主題は特定の好ましい実施形態に関して本明細書に記載されているが、当業者は開示された主題に対して、その範囲から逸脱することなく、様々な修正及び改善がなされ得ることを認識するのであろう。更に、開示された主題の１つの実施形態の個々の特徴は本明細書で論じられるか、又は１つの実施形態の図面に示されてもよく、他の実施形態ではそうではないが、１つの実施形態の個々の特徴は別の実施形態の１つ又は複数の特徴、又は複数の実施形態からの特徴と組み合わされてもよいことが明らかであるはずである。
【００６１】
以下に請求される特定の実施形態に加えて、開示される主題は、以下に請求される従属する特徴と上記に開示される特徴との任意の他の可能な組み合わせを有する他の実施形態にも向けられる。したがって、従属請求項に提示され、上記で開示された特定の特徴は開示された主題の範囲内で他の方法で互いに組み合わせることができ、その結果、開示された主題は、任意の他の可能な組み合わせを有する他の実施形態にも具体的に向けられたものとして認識されるべきである。したがって、開示された主題の特定の実施形態の前述の説明は、例示及び説明の目的で提示されている。網羅的であること、又は開示された主題を開示された実施形態に限定することは意図されていない。
【００６２】
開示された主題の精神又は範囲から逸脱することなく、開示された主題の方法及びシステムにおいてさまざまな修正及び変形を行うことができることは、当業者には明らかであろう。したがって、開示された主題は、添付の特許請求の範囲及びそれらの均等物の範囲内にある修正及び変形を含むことが意図される。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【国際調査報告】
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