(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
硫酸系あるいは有機酸系電解液による硬質陽極酸化皮膜を施した、ブスバーとして兼用するアルミニウム合金製の電気自動車用二次電池収納筐体。
【請求項２】
前記硬質陽極酸化皮膜の厚みが２０〜１００μｍである請求項１に記載のアルミニウム合金製の電気自動車用二次電池収納筐体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気自動車に搭載する多数の二次電池を載置する筐体に関し、特には二次電池周りのブスバーを兼用した二次電池収納筐体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
環境問題に配慮して、排ガスの出ない電気自動車が注目されてきている。二次電池を利用した電気自動車では、二次電池の種類によって異なるとはいえ、電池重量が占める割合は一般に非常に大きく、車体重量の軽量化に対する要求が過酷になる。
二次電池は、通常、筐体に複数個収納され、筐体が車体に固定される。二次電池は、筐体内に直列にブスバーを用いて結線され、さらに筐体単位に直列または並列に結線されて、モーターへと出力される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来、ブスバーとしては電気抵抗の小さいものであることが重視されるため、Ｃｕが用いられ、一方、筐体としては強度と絶縁性・熱伝導性・熱放散性が重要視され、両者は別体のものとされてきた。
しかし、筐体とブスバーとを別体のものとするのでは、それだけ重量が嵩み、電気自動車の軽量化の要請に必ずしも十分に応えることはできない。そこで本発明では、この筐体とブスバーとを兼用させることを課題とし、筐体及びブスバーとして必要な基礎的な諸条件を明らかにすることを課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の電気自動車用二次電池収納筐体は、上記の課題を解決するために、硬質陽極酸化皮膜を施した、ブスバーとして兼用するアルミニウム合金製の電気自動車用二次電池収納筐体とする。前記硬質陽極酸化皮膜の厚みが２０〜１００μｍであることが好ましい。
【０００５】
【発明の実施の形態】
電気自動車用の仕様としては、例えば、リチウム電池を用いた一例では、放電時起電力４Ｖのリチウム電池４個単位７組を筐体内に直列に設置し、筐体を３個直列に結線してチャンネルとし、２チャンネルで電気自動車用動力源とするものがある。これによれば、電池の駆動用起電力としては常用３００Ｖ（放電初期時３３６Ｖ）、通常運転時の駆動用電流は約２００〜２５０Ａ程度、発進・高加速時の最大許容電流１２００Ａが一応の目安となっている。
【０００６】
電気自動車用に用いられる二次電池収納筐体としては、強度と共に、電気絶縁性と、電池からの放電中（走行中）に発生する熱の放散性、さらに、電池からの万一の電解質漏洩に対する、および／または自然腐食に対する耐食性を有する必要があり、ブスバーとして兼用させる観点からは比抵抗の小さいことも必要である。全体として軽量であることも望ましい。
それらの諸条件を兼ね備えた材料として、アルミニウム合金材に陽極酸化皮膜処理を施したものが好適であることを見出し、本発明に至った。
以下、順次説明する。
【０００７】
初めに、アルミニウム表面の陽極酸化皮膜厚さと絶縁破壊電圧との関係を調べた。
Ａ１０５０材に厚みを変えて硫酸系陽極酸化皮膜を施し、未封孔のものと純水３０分の封孔処理を施したものの絶縁破壊電圧を測定した。図１に未封孔のものの、また、図２に純水封孔処理したものの測定結果を示す。両図中、実線は表面−表面間の、点線は表面−素地間の絶縁破壊電圧測定結果である。絶縁破壊電圧は５００Ｖ以上、好ましくは１０００Ｖ以上必要である。この測定結果から、封孔処理をした陽極酸化皮膜は、通常建材等に適用される５〜１０μｍでは不足気味で、２０μｍ以上、好ましくは２５μｍ以上、さらに好ましくは５０μｍ程度以上であれば、電気自動車用の二次電池トレーとして用いられ得ることが判る。
【０００８】
アルミニウム材の表面に施される陽極酸化皮膜は、絶縁性と耐摩耗性を備えているものとして知られているが、熱放散性については知られていなかった。
Ａ６０６１材に１００×１００×１０ｍｍ板の一面に、▲１▼：硫酸系陽極酸化皮膜（約５５μｍ）に純水封孔３０分、▲２▼：吹き付け黒色塗装２２．６μｍ、および▲３▼：無処理の３枚の試料を準備し、室温雰囲気約２２．５℃中で、６０℃にセットしたホットプレート上に乗せて１分ごとに各試料の表面温度を測定した結果を図３に示す。
【０００９】
図３から明らかなように、初期の１〜２分で▲２▼の塗装アルミ板では、塗膜が保温膜として働くために、温度が高くなり、▲１▼の封孔処理アルマイト板では熱放散で温度は低い。そして、いずれの試料も約１０分で表面温度はほぼ一定となった。
一定となったときの温度は、▲３▼の無処理板では５９．３℃、▲２▼の塗装アルミ板では５９．１℃となったのに対して、▲１▼の封孔処理アルマイト板では５８．４℃と、約１℃の温度低下を示した。このことから、封孔処理アルマイト板の表面からの熱放散は、無処理のアルミニウム板よりも十分に大きいことが判った。なお、ホットプレートの温度を６０℃としたのは、リチウム電池では電池温度が５０℃を超えると電池寿命の低下が著しくなる、といわれていることに鑑み、近似する温度での熱放散の評価を試みたものである。
【００１０】
次に、電気自動車用二次電池収納筐体を構成する仮想トレーを試作し、電流を流してその表面温度等の変化を調べた。この場合、トレーに二次電池を載置・固定し、トレーは筐体の一壁をなすか、あるいは、筐体の内部に収納される。本発明においては、トレーを含めて筐体と呼ぶ。
試作トレーは、材質６Ｎ０１の押出型材で、Ｔ６処理、硫酸系陽極酸化皮膜５０μｍ厚、Ｎｉ酢酸塩封孔（３０分）＋加圧蒸気封孔のダブル封孔処理を施した、トレー幅１７５ｍｍ（内法１７１ｍｍ）、幅両端の立ち上がり２２ｍｍ、肉厚２ｍｍ、長さ２０００ｍｍの試作トレーを、内寸法２５０×２５０ｍｍの木製風洞内中央に垂直に設置し、風洞の両端密閉の場合、風洞の両端を開放して自然対流を許容する場合、および風洞内に流速１．１６ｍ／ｓｅｃ（風量約０．３７ｍ3／ｓｅｃ）の空気を強制対流させた場合について、電流１２００Ａ（電流密度約２．９４Ａ／ｍｍ2）、電流５７１Ａ（電流密度１．４Ａ／ｍｍ2）をそれぞれ流した場合のトレー中央部表面温度を測定した。併せて、いくつかの場合については、同一形状の表面処理をしない試作トレーについても同様に測定した。
【００１１】
測定結果を図４に示す。
図４において、Ａ線は電流１２００Ａで密閉状態の場合、Ｂ線は電流１２００Ａで自然対流状態の場合、Ｃ線は電流１２００Ａで強制対流状態の場合、Ｄ線は電流５７１Ａで密閉状態の場合であり、添字の１（Ａ1等）は表面処理（陽極酸化皮膜処理）トレー中央部の温度、添字の２（Ａ2等）は表面未処理トレー中央部の温度である。
【００１２】
図４によれば、発進・高加速時の最大許容電流である１２００Ａを連続して流しても、実質密閉状態においても、３分経過後でトレー中央部の温度は３６．３℃、１５分経過後で６５．７℃（以上Ａ1）、強制冷却を行えば１５分経過後でも３７℃（Ｃ1）であり、その時点で温度上昇はほぼ限界に近付いている。通常運転時に想定される駆動用電流は約２００〜２５０Ａであるが、その約倍の電流（５７１Ａ）を流しても、実質密閉状態において１１分経過後でトレー中央部の温度は３４．７℃（Ｄ1）、１５分経過後でも４０℃以下であった。
【００１３】
図５は、図４の結果から下記の式（１）により熱伝達係数を求め、硬質陽極酸化皮膜の有（実線）・無（破線）による放熱性の差異を表したものである。
Ｑ＝ｈ・Ｓ（θ−θ0）……（１）
ここで、Ｑ：放熱量（Ｗ）、ｈ：熱伝達係数（Ｗ／ｍ2・℃）、Ｓ：表面積（ｍ2）、θ：安定した後の表面温度（℃）、θ0：周囲温度（℃）である。
陽極酸化皮膜有（５０μｍ）は、皮膜無に比べ、空気の流速が同じとすると、熱伝達係数は５０％前後大きくなっている。
例えば、
▲１▼  θ＝４０℃、θ0＝２０℃とした場合、
実験条件：Ｑ＝３００Ｗ、Ｓ＝０．８６８ｍ2を用いて熱伝達係数を求めると、ｈ＝１７．２Ｗ／ｍ2・℃となる。
表面温度が維持されるに必要な空気の流速は、グラフより皮膜有：０．２３ｍ／ｓ、皮膜無：０．６９ｍ／ｓとなり、硬質陽極酸化皮膜を施すことにより、１／３の流速で間に合う。
▲２▼  流速１ｍ／ｓの場合
グラフより、熱伝達係数は、皮膜有：２７．２Ｗ／ｍ2・℃、皮膜無：１９．２Ｗ／ｍ2・℃となり、硬質陽極酸化皮膜を施すことにより、放熱量が約１．４倍大きくなる。
以上のことから、硬質陽極酸化皮膜を施したアルミニウム合金製トレーの放熱性のよいことが確認された。
【００１４】
発進・高加速運転が長時間連続されることはないから、この仮想トレーは、ブスバーとして兼用しても、密閉状態で用いても、電気自動車に搭載されるリチウム電池の電池寿命の低下が懸念される５０℃を超えることはないといえる。強制冷却すれば、たとえ発進・高加速運転が長時間連続される場合でも、安全である。
逆に、リチウム電池の放電時の発熱に対して、ヒートシンク様に作用して、リチウム電池の冷却に寄与することが可能であることが判る。
【００１５】
【発明の効果】
本発明は、アルミニウム合金製電池収納筐体がブスバーを兼用することにより、ブスバーとしての専用配線による導電が不要となり、重量が軽減でき、コスト的にもプラスとなる上に、筐体を固定するシャーシ（フレーム）がコンパクトにできる。
また、アルミニウム合金製電池収納筐体に硬質陽極酸化皮膜を施すことにより、筐体自体が電気絶縁性を有するために、電池外箱の電気絶縁性を簡略化できるので、電池の放熱性を落とさないで済む。さらに、電池から筐体への接触熱伝導と筐体からの熱放散が図られ得るという利点が得られる。筐体を元々熱伝導性のよいアルミニウム合金製とすれば、陽極酸化皮膜の赤外線領域での良好な放熱特性がプラスされることも判った。
そして、陽極酸化皮膜により、筐体表面の耐食性が向上し、仮に電池からの電解液の漏れが起こっても、それによる腐食や、さらに自然腐食が防止され、トレーを含む筐体自体の耐久性を向上させることができる。
以上、予備的な性能チェックにより、ブスバーを兼用した電気自動車用二次電池収納筐体として、硬質陽極酸化皮膜を施したアルミニウム合金材が有効に利用し得ることが判った。
【図面の簡単な説明】
【図１】  未封孔であるＡ１０５０材の陽極酸化皮膜膜厚と絶縁破壊電圧との関係を示すグラフである。
【図２】  純水封孔を施したＡ１０５０材の陽極酸化皮膜膜厚と絶縁破壊電圧との関係を示すグラフである。
【図３】  Ａ６０６１材の表面状態の差異による熱放散性能を比較したグラフである。
【図４】  トレーへの通電による温度変化を示すグラフである。
【図５】  硬質陽極酸化皮膜の有無による放熱性の差異を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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