(57)【要約】【課題】、部品剛性を向上させ耐衝突特性が確保できおるプラスチック複合材を利用し、周辺部品を下部ケースと一体成形した重量及び原価低減可能な電気自動車用バッテリーパックケースアセンブリーを提供する。【解決手段】本発明は、車体下部に装着される上部カバーと下部ケース及び前記下部ケースに収納されるバッテリーパックからなるバッテリーパックケースアセンブリーにおいて、前記下部ケースは、繊維補強プラスチック複合材からなる上板と下板が接合され衝突エネルギー吸収のための閉断面領域を有する二層構造に形成されることによって剛性が向上することを特徴とし、前記閉断面領域は、上板の突部と下板により囲まれた内部空間を有する構造からなることを特徴とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体下部に装着される上部カバーと下部ケース及び前記下部ケースに収納されるバッテリーパックからなるバッテリーパックケースアセンブリーにおいて、
前記下部ケースは、繊維補強プラスチック複合材からなる上板と下板が接合され衝突エネルギー吸収のための閉断面領域を有する二層構造に形成されることによって剛性が向上することを特徴とするプラスチック複合材を利用した電気自動車用バッテリーパックケースアセンブリー。
【請求項２】
前記閉断面領域は、上板の突部と下板により囲まれた内部空間を有する構造からなることを特徴とする請求項１記載のプラスチック複合材を利用した電気自動車用バッテリーパックケースアセンブリー。
【請求項３】
前記上板と下板は、振動溶着、超音波溶着、ホットプレート溶着、レーザー溶着、熱溶着、赤外線溶着の中から選択されるいずれか１種の溶着法により接合されるか、または接着剤を使用して接合されることを特徴とする請求項１記載のプラスチック複合材を利用した電気自動車用バッテリーパックケースアセンブリー。
【請求項４】
前記閉断面領域の内部には、衝突エネルギー吸収性能を増大するために衝撃吸収用部材が選択的に挿入されることを特徴とする請求項１記載のプラスチック複合材を利用した電気自動車用バッテリーパックケースアセンブリー。
【請求項５】
前記衝撃吸収用部材は、ポリウレタン（ＰＵ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）及びポリエチレン（ＰＥ）材質の発泡フォームの中から選択されるいずれか１種からなることを特徴とする請求項４記載のプラスチック複合材を利用した電気自動車用バッテリーパックケースアセンブリー。
【請求項６】
前記繊維補強プラスチック複合材は原料樹脂と補強繊維を混合したものであり、前記原料樹脂としてポリプロピレン（ＰＰ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）及びポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のような熱可塑性樹脂または不飽和ポリエステル（ＵＰ）、エポキシ及びポリウレタン（ＰＵ）のような熱硬化性樹脂の中から選択されるいずれか１種を使用し、前記補強繊維としてガラス繊維、炭素繊維、火山灰繊維及び天然繊維の中から選択されるいずれか１種または２種以上を混合して使用することを特徴とする請求項１記載のプラスチック複合材を利用した電気自動車用バッテリーパックケースアセンブリー。
【請求項７】
前記上板と下板には剛性向上のために一つ以上の補強リブが形成されることを特徴とする請求項１記載のプラスチック複合材を利用した電気自動車用バッテリーパックケースアセンブリー。
【請求項８】
前記下部ケースには構造補強用クロスメンバー、サイドメンバー及びマウンティングブラケットのうち少なくとも一つが一体成形されることを特徴とする請求項１記載のプラスチック複合材を利用した電気自動車用バッテリーパックケースアセンブリー。
【請求項９】
前記上板の端には、下部ケースを車体下部に装着するために多数のマウンティングホールが形成されることを特徴とする請求項１記載のプラスチック複合材を利用した電気自動車用バッテリーパックケースアセンブリー。
【請求項１０】
前記下部ケースのバッテリーパックマウンティング部には、バッテリーパックのマウンティングのためのインサートボルトまたはインサートナットが一体に挿入されるインサート部品挿入部が形成されることを特徴とする請求項１記載のプラスチック複合材を利用した電気自動車用バッテリーパックケースアセンブリー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプラスチック複合材を利用した電気自動車用バッテリーパックケースアセンブリーに関し、更に詳しくは、軽量複合素材を利用して重量を減少させ、閉断面領域を有する二層構造に形成して、衝突エネルギーを吸収できるようにしたプラスチック複合材を利用した電気自動車用バッテリーパックケースアセンブリーに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に電気自動車に使用されるバッテリーパックケースアセンブリーは、バッテリーパック、バッテリーマネージメントシステム、ブロワー、上部カバー、下部ケース、構造補強用メンバーなどで構成されており、車体下部に装着される（図１参照）。
【０００３】
前記上部カバーは大きな耐荷重を必要としないため、一般的なプラスチック複合材成形工法で製造可能であり、前記下部ケース及び構造補強用メンバー類はバッテリーの荷重を耐えるために、スチール素材をプレス成型して製造するか、スチール補強材が挿入されたプラスチック複合材を使用して成形される。
【０００４】
一般的にバッテリーパックケースアセンブリーの下部ケース及び構造補強用メンバー類に適用されるスチール素材は、剛性及び耐久性確保のために０．７〜２．５ｍｍの厚のものを使用するが、これはバッテリーパックケースアセンブリーの総重量を増大させる問題がある。
【０００５】
一方、バッテリーパックケースの内部には多数個のバッテリーパックモジュールが冷却効率を考慮して配置されるが、前記バッテリーパックモジュールは下部ケースの上に溶接されたスチールマウンティングブラケット上にボルティングにて搭載されるか、または特別に考案されたホルダーに装着させた後、仕切りが壁の間に設けられたりする。
【０００６】
このようなバッテリーパックケースアセンブリーは通常車体フロアパネルの下に装着されるため、実際に走行時、耐チッピング性（Ｃｈｉｐｐｉｎｇ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）、水密性及び耐腐食性などが要求され、耐チッピング性のために別途アンダーカバーが装着される。
【０００７】
バッテリーパックケースアセンブリーの車体フロアパネルの下部装着構造に対する特許事例としては、ＥＰ１９５００７０、ＥＰ１９３９０２８、ＥＰ１９３９０２７、ＥＰ１９３９０２５、ＵＳ２００９／０２３６１６２、ＵＳ７６１０９７８、ＪＰ２００９−１３７４０８などがあり、これらはスチールフレームが挿入された構造のプラスチック複合材を使用するか、剛性向上のためにスチール製のクロスメンバーで車体クロスメンバー及びサイドメンバーを補強する構造を採用している。
このような既存のバッテリーパックケースアセンブリーの装着構造は、バッテリーパックケースアセンブリーの総重量を増加させ、結局車体を重量を増やして車両の燃費を低下させる問題点を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】ＥＰ１９５００７０
【特許文献２】ＥＰ１９３９０２８
【特許文献３】ＥＰ１９３９０２７
【特許文献４】ＥＰ１９３９０２５
【特許文献５】ＵＳ０２３６１６２
【特許文献６】ＵＳ７６１０９７８
【特許文献７】特開２００９−１３７４０８号公報
【特許文献８】特開２００５−１８３２１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は前記のような問題点を解決するためになされたものであって、本発明の目的は、自動車の軽量化のために、既存のスチール製またはスチールフレームとプラスチック複合材のハイブリッド形態で製作していた下部ケースを、繊維補強プラスチック複合材に代替し、更に、繊維補強プラスチック複合材を使用して単純平板ではない閉断面領域を有する二層構造を形成して衝突エネルギーを吸収できるように製造することで、部品剛性を向上させ耐衝突特性を確保するようにしたプラスチック複合材を利用した電気自動車用バッテリーパックケースアセンブリーを提供することにある。
【００１０】
本発明の別の目的は、プラスチック素材の優れた成形性を利用して構造補強用クロスメンバー、サイドメンバー及びマウンティングブラケットなどの周辺部品を下部ケースと一体成形した重量及び原価低減可能なプラスチック複合材を利用した電気自動車用バッテリーパックケースアセンブリーを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成するために本発明は、車体下部に装着される上部カバーと下部ケース及び前記下部ケースに収納されるバッテリーパックからなるバッテリーパックケースアセンブリーにおいて、前記下部ケースは、繊維補強プラスチック複合材からなる上板と下板が接合され衝突エネルギー吸収のための閉断面領域を有する二層構造に形成されることによって剛性が向上することを特徴とする。
【００１２】
前記閉断面領域は、上板の突部と下板により囲まれた内部空間を有する構造からなることを特徴とする。
【００１３】
前記上板と下板は、振動溶着、超音波溶着、ホットプレート溶着、レーザー溶着、熱溶着、赤外線溶着の中から選択されるいずれか１種の溶着法により接合されるか、または接着剤を使用して接合されることを特徴とする。
【００１４】
前記閉断面領域の内部には、衝突エネルギー吸収性能を増大するために衝撃吸収用部材が選択的に挿入されることを特徴とする。
【００１５】
前記衝撃吸収用部材は、ポリウレタン（ＰＵ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）及びポリエチレン（ＰＥ）材質の発泡フォームの中から選択されるいずれか１種からなることを特徴とする。
【００１６】
前記繊維補強プラスチック複合材は原料樹脂と補強繊維を混合したものであり、前記原料樹脂としてポリプロピレン（ＰＰ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）及びポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のような熱可塑性樹脂または不飽和ポリエステル（ＵＰ）、エポキシ及びポリウレタン（ＰＵ）のような熱硬化性樹脂の中から選択されるいずれか１種を使用し、前記補強繊維としてガラス繊維、炭素繊維、火山灰繊維及び天然繊維の中から選択されるいずれか１種または２種以上を混合して使用することを特徴とする。
【００１７】
前記上板と下板には剛性向上のために一つ以上の補強リブが形成されることを特徴とする。
【００１８】
前記下部ケースには構造補強用クロスメンバー、サイドメンバー及びマウンティングブラケットのうち少なくとも一つが一体成形されることを特徴とする。
【００１９】
前記上板の端には、下部ケースを車体下部に装着するために多数のマウンティングホールが形成されることを特徴とする。
【００２０】
前記下部ケースのバッテリーパックマウンティング部には、バッテリーパックのマウンティングのためのインサートボルトまたはインサートナットが一体に挿入されるインサート部品挿入部が形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によると、バッテリーパックケースの軽量化が達成でき、部品の剛性及び耐衝突特性が向上でき、周辺部品を下部ケースと一体成型することにより生産性の向上、及び、重量、原価低減の効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明は、プラスチック複合材を利用した電気自動車用バッテリーパックケースの製造方法に係り、特にバッテリーパック下部ケースの製造において、繊維補強プラスチック複合材料を利用して軽量化を計り、衝突エネルギーが吸収できる閉断面領域空間を有する二層構造を形成して剛性及び耐衝突特性の向上を確保するものである。
【００２３】
以下、添付した図面を参照として本発明の好ましい一実施例を詳しく説明する。
図２に示す通り、通常バッテリーパックケースアセンブリーは、車体下部に装着される上部カバー１００と下部ケース２００及び下部ケース２００に収納されるバッテリーパック３００からなる。
本発明ではバッテリーパックケースアセンブリーのうち特に下部ケース２００を繊維補強プラスチック複合材を利用して射出成型または圧縮成型のような一般的な成形工法にて製造する。
【００２４】
下部ケース２００の上板２１０及び下板２２０をなす繊維補強プラスチック複合材は原料樹脂と補強繊維を混合したものであり、原料樹脂として、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）及びポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの熱可塑性樹脂または不飽和ポリエステル（ＵＰ）、エポキシ及びポリウレタン（ＰＵ）などの熱硬化性樹脂の中から選択される１種を使用し、補強繊維として、ガラス繊維、炭素繊維、火山灰繊維及び天然繊維の中から選択されるいずれか１種または２種以上を混合して使用する。
【００２５】
そして、繊維補強プラスチック複合材からなる下部ケース２００の剛性を確保するために、下部ケース２００は上板２１０と下板２２０を接合して衝突エネルギーを吸収できる閉断面領域Ｓを有する二層構造に形成する。
繊維補強プラスチック複合材からなる上板２１０と下板２２０を接合して閉断面領域Ｓを有する二層構造の下部ケース２００に形成することによって、外部衝撃に対する衝突エネルギー吸収性能が向上する。
閉断面領域Ｓは下部ケース２００の前後左右及び底部に形成される。
【００２６】
具体的には、閉断面領域Ｓはバッテリーパック３００を収納するバッテリーパックマウンティング部２１７の前後左右の端及びバッテリーパックマウンティング部２１７の底面に形成される。
図６及び図７に示す通り、閉断面領域Ｓを形成するために、下部ケース２００の上板２１０にはバッテリーパックマウンティング部２１７の端に沿って底面より高くなり段を形成する突出部２１３と、バッテリーパックマウンティング部２１７の底面で段を形成して高くなる格子形突出部２１６が形成される。このような突出部２１３，２１６の下段には下板２２０の挿入部２２１に差し込まれる差し込み突起２１４が形成される。
【００２７】
そして、下部ケース２００の下板２２０には差し込み突起２１４が挿入される溝を有する挿入部２２１が形成され、差し込み突起２１４を挿入部２２１に差し込みながら、上板２１０と下板２２０を後述する溶着法により接合固定することにより突出部２１３，２１６と下板２２０により囲まれる内部空間を有する閉断面領域Ｓが形成される。
即ち、閉断面領域Ｓは上板２１０の突出部２１３，２１６と下板２２０により形成される内部空間を言う。
【００２８】
併せて、閉断面領域Ｓには必要に応じて下部ケース２００の衝突エネルギー吸収性能を増大するために、衝撃吸収用部材２１８が部分的にまたは全体的に挿入される。
衝撃吸収用部材２１８は衝突発生時に衝突エネルギーを吸収できるポリウレタン（ＰＵ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）及びポリエチレン（ＰＥ）などの発泡フォームの中から選択されるいずれか１種からなる。
【００２９】
そして、上板２１０と下板２２０には剛性を増大させるために一つ以上の補強リブ２１１が部分若しくは全体的に形成される。
補強リブ２１１は単純一字形、Ｌ字形、格子形、網形、十字架形、六角蜂の巣模様形など多様な構造に成形され、または、例えば、格子形補強リブの内側を対角線に横切るリブを追加した構造及びこれらを混合した構造などにより形成される。
【００３０】
更に、下部ケース２００の周辺には補強用クロスメンバー、サイドメンバー及びバッテリー装着用マウンティングブラケットなどの周辺部品が装着されるが、プラスチック複合材の優れた成形性を利用して下部ケース２００の上板２１０及び下板２２０を同時圧出圧縮成形工法にて成形すると同時に、前記周辺部品のうちいずれか一つ或いは二つ以上を下部ケース２００と一体に成形することができる。
【００３１】
ここで、下部ケース２００を成形する際に、同時圧出圧縮成形工法以外に、熱可塑性樹脂を使用して射出成形、圧縮成形、同時圧出射出など多様な成形工法にて製造することができ、または熱硬化性樹脂を使用してＲＴＭ（Ｒｅｓｉｎ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｍｏｌｄｉｎｇ）、ＳＭＣ（Ｓｈｅｅｔ  Ｍｏｌｄｉｎｇ  Ｃｏｍｐｏｕｎｄ）、ＲＩＭ（Ｒｅａｃｔｉｏｎ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  Ｍｏｌｄｉｎｇ）、オートクレーブまたはハンドレイアップなどの成形工法を利用して製造することができる。
【００３２】
前記周辺部品を下部ケース２００と一体化することにより周辺部品と下部ケース２００間の締結のための部品を削除することができ、これによって重量及び原価を節減することができる。
更に、下部ケース２００のうち上板２１０のふちには、下部ケース２００を車体下部に装着するために多数のマウンティングホール２１２が適正間隔を置いて配列形成される。
そして、下部ケース２００のバッテリーパックマウンティング部２１７には、バッテリーパック３００をマウンティングするためのインサートボルトＩ１とインサートナットＩ２が挿入されて一体に形成される。
【００３３】
即ち、インサートボルトＩ１とインサートナットＩ２はバッテリーパックマウンティング部２１７に突出形成されたインサート部品挿入部２１５に挿入された構造で一体化され、所定位置にそれぞれ一体形成されることによってバッテリー装着用マウンティングブラケットなどの削除が可能であり、これによる追加重量節減及び原価節減が可能である。
一方、本発明は熱可塑性樹脂基盤の繊維補強プラスチック複合材を使用することによって接着剤の使用なく溶着工程を通して下部ケース２００の上板２１０と下板２２０を接合させて積層板構造の二重構造物を成形することができる。
【００３４】
試験結果によると、熱溶着面の界面強度は接着剤を使用して接合させる場合より接合性能が優れ、熱収縮膨張による溶着面の強度低下を最小にすることができる。
下部ケース２００の上板２１０及び下板２２０を接合するための溶着工程としては、振動溶着法、超音波溶着法、赤外線溶着法、ホットプレート溶着法、レーザー溶着法及び熱溶着法などを適用することができ、更に接着剤を使用して接合することも可能である。
【００３５】
本発明で使用する射出成型または圧縮成型の場合、金型設計次第で３次元リブパターンの具現が可能なため、下部ケース２００の任意の位置に厚さ、高さ、形態などを自由に具現した補強リブ２１１を一つ以上成形することができ、これら補強リブ２１１は下部ケース２００の剛性及び耐衝突特性を向上させることができる。
前記の通り、本発明によるバッテリーパックケースアセンブリーの下部ケース２００は既存の鋼板製品に比べて約３０％の軽量化効果を得ることができ、周辺部品を一体化成形することにより生産性の向上及び原価節減を成し遂げることができる。
【００３６】
併せて、プラスチック複合材を使用することにより腐食問題を根本的に解決することができ、下部ケース２００に衝突エネルギーを吸収できる閉断面領域Ｓを有する二層構造を形成することによって、衝撃により下部ケース２００の下板２２０が一部損傷しても上板２１０により耐チッピング性及び水密性などを確保することができるため、下部ケース２００を保護するために別途のアンダーカバーを装着する必要がない。
このような本発明のバッテリーパックケースアセンブリーは、電気自動車はもちろんのことハイブリッド車両のようにバッテリーを使用する車両にはすべて適用可能である。
【００３７】
以上、本発明に関する好ましい実施形態を説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の属する技術範囲を逸脱しない範囲での全ての変更が含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】一般的なバッテリーパックケースアセンブリーの装着位置を図示した図面である。
【図２】本発明によるバッテリーパックケースアセンブリーの構造を図示した概略図である。
【図３】本発明の一実施例による下部ケースを図示した斜視図である。
【図４】本発明の一実施例による下部ケースを図示した平面図及び側面図である。
【図５】図４のＡ−Ａ線から見た断面を図示した図面である。
【図６】図４のＢ−Ｂ線から見た断面を図示した図面である。
【図７】図４のＣ−Ｃ線から見た断面を図示した図面である。
【図８】本発明の一実施例によるバッテリーパック装着用インサートボルト及びナットを一体化した下部ケースの上板を図示した部分図である。
【符号の説明】
【００３９】
Ｓ  閉断面領域
１００  上部カバー
２００  下部ケース
２１０  上板
２１１  補強リブ
２１２  マウンティングホール
２１３，２１６  突出部
２１４  差し込み突起
２１５  インサート部品挿入部
２１７  バッテリーパックマウンティング部
２１８  衝撃吸収用部材
２２０  下板
３００  バッテリーパック
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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