JP2011065805A - 電池システムの充電装置及び電池システムの消火方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】電池システムの充電装置及び電池システムの消火方法において、車両に搭載する電池システムを小型し、電池システムが同じ体積ならば電池容量を増大させ、電池に一体的に備わる消火システムを電池から分離することにある。
【解決手段】電池システム(3)に充電装置(4)を接続した充電接続時に、冷却システム(22)も電池システム(3)に接続し、電池システム(3)の充電と同時に冷却システム(22)による電池システム(3)の冷却を行い、電池システム(3)の異常時には冷却システム(22)を介して消火剤を電池システム(3)に供給する。
【選択図】図1
【解決手段】電池システム(3)に充電装置(4)を接続した充電接続時に、冷却システム(22)も電池システム(3)に接続し、電池システム(3)の充電と同時に冷却システム(22)による電池システム(3)の冷却を行い、電池システム(3)の異常時には冷却システム(22)を介して消火剤を電池システム(3)に供給する。
【選択図】図1
Description
この発明は、電池システムの充電装置及び電池システムの消火方法に係り、電気自動車等の車両に搭載される大きな容量の電池システムを充電する充電装置に関し、特に、電池がリチウムイオン電池等の温度に関わる管理が難しい電池であり、電池システムとして、電池の温度を調節する電池システムの充電装置及び電池システムの消火方法に関する。
電気自動車等の車両には、大きな容量の電池システムを搭載したものがある。この電池システムには、車両の外部に設けた充電装置と接続して充電可能であり、電池パックに温度調節用の空気を供給できる吸気通路あるいは掃気通路を備えた充電装置を車両の外部から接続しているものがある。電池パックには、温度に関わる管理が難しいリチウムイオン電池等の電池が設けられている。
特許文献1に係るリチウム二次電池の監視システムは、設置ポイントから離れた位置に管理サーバを設置し、各々二次電池の状態を監視センサで検出し、監視装置によって二次電池の異常を判定するものである。
特許文献2に係る電源装置は、隣接する電池の間の隙間に配管を介して消火剤を充填した密閉タンクを備えたものである。
特許文献2に係る電源装置は、隣接する電池の間の隙間に配管を介して消火剤を充填した密閉タンクを備えたものである。
ところが、従来、電池システムを搭載した車両においては、電池を冷却する冷却ファンが搭載されていることから、車室スペースを狭くしていた。また、電池の消火装置が電池パックに内蔵されているため、電池パックの体積が増加し、車室スペースを狭くしていた。更に、電池パックに消火装置が内蔵されているため、車両1台につき1個の消火装置が必要であった。更にまた、電池から有毒ガスが発生した場合、車室内あるいは車外に放出される構造となっていた。また、家人が家屋内に居ながら充電している最中に、電池が発火したり有毒ガスを発生した場合、そのことを知る手段がなかった。
そこで、この発明の目的は、車両に搭載する電池システムを小型にすること、あるいは電池システムが同じ体積ならば電池容量を増大させること、電池に一体的に備わる消火システムを電池から分離すること、電池システムの充電中に発生するガスの処理に配慮すること、充電中のトラブルを直ちに周知させることができる電池システムの充電装置及び電池システムの消火方法を提供することにある。
この発明は、車両に搭載され且つこの車両の外部に設けた充電装置と接続して充電可能となる電池システムであって、電池パックに温度調節用の空気を供給できる吸気通路あるいは掃気通路を備えた電池システムの充電装置において、前記充電装置に配管を有する冷却システム及び消火剤供給部を設け、前記電池システムに前記充電装置を接続した充電接続時に前記冷却システムも前記電池システムに接続し、前記電池システムの充電と同時に前記冷却システムによる前記電池システムの冷却を行い、前記電池システムの異常時には前記冷却システムを介して消火剤を前記電池システムに供給することを特徴とする。
この発明の電池システムの充電装置及び電池システムの消火方法は、車両に搭載する電池システムを小型にし、あるいは電池システムが同じ体積ならば電池容量を増大させ、電池に一体的に備わる消火システムを電池から分離し、充電中に発生するガスの処理に配慮し、そして、充電中のトラブルを直ちに周知させることができる。
この発明は、車両に搭載する電池システムを小型にし、あるいは電池システムが同じ体積ならば電池容量を増大させ、電池に一体的に備わる消火システムを電池から分離し、充電中に発生するガスの処理に配慮し、そして、充電中のトラブルを直ちに周知させる目的を、充電接続時や異常時に電池システムを冷却可能にして実現するものである。
図1、図2は、この発明の実施例を示すものである。
図1において、1は車両用電池充電システムである。この車両用電池充電システム1は、電気自動車等の車両2に搭載される電池システム3と、この電池システム3に外部から接続可能に設けられる充電装置4とを備える。この充電装置4は、車両2の外部で据え置かれるものであり、電池システム3に接続してこの電池システム3を充電可能とするものである。
電池システム3は、電池パック5を備えている。この電池パック5は、大きな容量のリチウムイオン電池(以下「電池」という)6と、この電池6に直列に接続した遮断器7とを有する。この電池6は、温度に関わる管理が難しいものであり、適宜温度調節が必要なものである。
電池パック5のハウジング8には、温度調節用の空気である吸気を内部へ供給可能な吸気口9を備えた吸気側空気通路10を形成する吸気側通気管11と、内部の空気を排出する排気口12を備えた排気側空気通路13を形成する排気側通気管14とが設けられている。
また、電池パック5のハウジング8には、吸気側通気管11の基部位に分岐して吸気側空気通路10と連通する循環入口側空気通路15を形成する循環入口側通気管16と、排気側通気管14の基部位に分岐して排気側空気通路13と連通する循環出口側空気通路17を形成する循環出口側通気管18とが設けられている。
電池パック5には、吸気側空気通路10と循環入口側空気通路15とを切り替えて内部への空気を切り替える入口側切替弁19が設けられ、また、排気側空気通路13と循環出口側空気通路17とを切り替えて内部からの空気を切り替える出口側切替弁20が設けられる。
図1において、1は車両用電池充電システムである。この車両用電池充電システム1は、電気自動車等の車両2に搭載される電池システム3と、この電池システム3に外部から接続可能に設けられる充電装置4とを備える。この充電装置4は、車両2の外部で据え置かれるものであり、電池システム3に接続してこの電池システム3を充電可能とするものである。
電池システム3は、電池パック5を備えている。この電池パック5は、大きな容量のリチウムイオン電池(以下「電池」という)6と、この電池6に直列に接続した遮断器7とを有する。この電池6は、温度に関わる管理が難しいものであり、適宜温度調節が必要なものである。
電池パック5のハウジング8には、温度調節用の空気である吸気を内部へ供給可能な吸気口9を備えた吸気側空気通路10を形成する吸気側通気管11と、内部の空気を排出する排気口12を備えた排気側空気通路13を形成する排気側通気管14とが設けられている。
また、電池パック5のハウジング8には、吸気側通気管11の基部位に分岐して吸気側空気通路10と連通する循環入口側空気通路15を形成する循環入口側通気管16と、排気側通気管14の基部位に分岐して排気側空気通路13と連通する循環出口側空気通路17を形成する循環出口側通気管18とが設けられている。
電池パック5には、吸気側空気通路10と循環入口側空気通路15とを切り替えて内部への空気を切り替える入口側切替弁19が設けられ、また、排気側空気通路13と循環出口側空気通路17とを切り替えて内部からの空気を切り替える出口側切替弁20が設けられる。
充電装置4には、配管(ダクト)21を備えた冷却システム22が設けられる。
配管21は、一端側接続部23が循環出口側通気管18の出口側端部24に接続可能であり、他端側接続部25が循環入口側通気管16の入口側端部26に接続可能である。従って、冷却システム22では、充電装置4が電池システム3に接続することにより閉循環系となり、冷却風やガスを配管21内に閉じ込めて外部に排出しない構造である。
また、この配管21の途中には、一端側接続部23側から順次に、熱交換器27と送風手段(冷却ファン)28とが設けられる。配管21は、熱交換器27を境として、一端側接続部23と熱交換器27間で復路用冷却風通路29を形成する第1配管21Aと、熱交換器27と他端側接続部25間で往路用冷却風通路30を形成する第2配管21Bとに分割される。この第2配管21Bには、熱交換器27側で、前記送風手段28が配置される。
熱交換器27は、電池パック5から排出された高温の排気を冷却するものである。送風手段28は、熱交換器27で冷却された空気を電池パック5へ供給するものである。
これは、電気自動車からなる車両2において、走行中は走行風によって電池6の冷却が可能であるため、送風手段28による強制冷却の必要性が低く、走行風の当たらない充電中(特に急速充電中)に送風手段28による強制冷却の必要性が高いことに着目し、送風手段28を充電装置4側に設置した。
配管21は、一端側接続部23が循環出口側通気管18の出口側端部24に接続可能であり、他端側接続部25が循環入口側通気管16の入口側端部26に接続可能である。従って、冷却システム22では、充電装置4が電池システム3に接続することにより閉循環系となり、冷却風やガスを配管21内に閉じ込めて外部に排出しない構造である。
また、この配管21の途中には、一端側接続部23側から順次に、熱交換器27と送風手段(冷却ファン)28とが設けられる。配管21は、熱交換器27を境として、一端側接続部23と熱交換器27間で復路用冷却風通路29を形成する第1配管21Aと、熱交換器27と他端側接続部25間で往路用冷却風通路30を形成する第2配管21Bとに分割される。この第2配管21Bには、熱交換器27側で、前記送風手段28が配置される。
熱交換器27は、電池パック5から排出された高温の排気を冷却するものである。送風手段28は、熱交換器27で冷却された空気を電池パック5へ供給するものである。
これは、電気自動車からなる車両2において、走行中は走行風によって電池6の冷却が可能であるため、送風手段28による強制冷却の必要性が低く、走行風の当たらない充電中(特に急速充電中)に送風手段28による強制冷却の必要性が高いことに着目し、送風手段28を充電装置4側に設置した。
熱交換器27及び送風手段28よりも下流側であって電池システム3との間の第2配管21Bの途中には、消火システムを構成する消火剤供給部(消火装置)31が電池システム3との間に設けられる。これは、発火するおそれが高い急速充電状態に着目し、消火剤供給部31を、電池パック5内ではなく、充電装置4側に配設した。
これにより、消火剤供給部31からの消火剤を、イベント発生後に遅滞なく供給することができ、また、電池システム3への充電中に発生するガスの処理に配慮して、煙ガス、消火剤等を配管21内に留め置くことができ、更に、回収あるいは換気等の選択的に対応できる。
また、充電装置4において、電池6からの発煙及び可燃ガスの発生を監視するために、第1配管21A内には、復路側温度センサ32と可燃ガスセンサ33と発煙センサ34とが配置され、第2配管21Bには、消火剤供給部31の下流側で往路側温度センサ35が配置されている。
復路側温度センサ32は、電池パック5からの空気の温度を検知する。可燃ガスセンサ33は、電池パック5からの可燃ガスを検知する。発煙センサ34は、発煙状態を検知する。往路側温度センサ35は、電池パック5への空気の温度を検知する。
これにより、消火剤供給部31からの消火剤を、イベント発生後に遅滞なく供給することができ、また、電池システム3への充電中に発生するガスの処理に配慮して、煙ガス、消火剤等を配管21内に留め置くことができ、更に、回収あるいは換気等の選択的に対応できる。
また、充電装置4において、電池6からの発煙及び可燃ガスの発生を監視するために、第1配管21A内には、復路側温度センサ32と可燃ガスセンサ33と発煙センサ34とが配置され、第2配管21Bには、消火剤供給部31の下流側で往路側温度センサ35が配置されている。
復路側温度センサ32は、電池パック5からの空気の温度を検知する。可燃ガスセンサ33は、電池パック5からの可燃ガスを検知する。発煙センサ34は、発煙状態を検知する。往路側温度センサ35は、電池パック5への空気の温度を検知する。
配管21の一端側接続部23及び他端側接続部25は、一括着脱コネクタ(充電用コネクタ)36周囲に一括して集約され、この一括着脱コネクタ36によって循環出口側通気管18の出口側端部24及び循環入口側通気管16の入口側端部26に着脱可能に集約して設けられる。
一括着脱コネクタ36には、コネクタ電気回路37と充電用電気プラグ38とが一体的に設けられている。これにより、配管21の循環入口側通気管16及び循環出口側通気管18の接続の手間を省き、簡便とする。また、配管21の一端側接続部23及び他端側接続部25を車室外(客室外、荷室外)に配置することができ、ガスの処理に配慮することができ、また、充電に伴う接続作業を簡便に行わせることができる。
一括着脱コネクタ36には、コネクタ電気回路37と充電用電気プラグ38とが一体的に設けられている。これにより、配管21の循環入口側通気管16及び循環出口側通気管18の接続の手間を省き、簡便とする。また、配管21の一端側接続部23及び他端側接続部25を車室外(客室外、荷室外)に配置することができ、ガスの処理に配慮することができ、また、充電に伴う接続作業を簡便に行わせることができる。
また、充電装置4においては、充電用電気プラグ38に接続するAC/DCコンバータ39と遮断器7と入口側切替弁19と出口側切替弁20と送風手段28と消火剤供給部31と充電用電気プラグ38と復路側温度センサ32と可燃ガスセンサ33と発煙センサ34と往路側温度センサ35とに連絡する制御装置(制御手段)40が設けられている。
AC/DCコンバータ39は、住戸又は監視所の施設41内の電源42に接続する。この電源42は、AC/DCコンバータ39を経て充電用電気プラグ38に充電出力する。
また、制御装置40には、施設41内に設置した警報手段43として、警告ランプ44及び警報アラーム45に接続する。
この制御装置40は、入口側切替弁19と出口側切替弁20とを作動制御して電池パック5内の温度を調節する。
更に、この制御装置40は、復路側温度センサ32と可燃ガスセンサ33と発煙センサ34と往路側温度センサ35とからの各種信号を入力し、復路側温度センサ32と往路側温度センサ35とからの空気温度を比較して電池6の発熱状態を監視し、また、可燃ガスセンサ33で可燃ガスの発生を検知し、発煙センサ34で発煙状態を検知し、そして、電池システム3が異常時と判断した場合に、充電用電気プラグ38への充電出力を停止し、また、コネクタ電気回路37及び遮断器7に緊急遮断信号を出力し、さらに、消火剤供給部31へ作動信号を送信し、しかも、報知手段43へ信号を出力する。
AC/DCコンバータ39は、住戸又は監視所の施設41内の電源42に接続する。この電源42は、AC/DCコンバータ39を経て充電用電気プラグ38に充電出力する。
また、制御装置40には、施設41内に設置した警報手段43として、警告ランプ44及び警報アラーム45に接続する。
この制御装置40は、入口側切替弁19と出口側切替弁20とを作動制御して電池パック5内の温度を調節する。
更に、この制御装置40は、復路側温度センサ32と可燃ガスセンサ33と発煙センサ34と往路側温度センサ35とからの各種信号を入力し、復路側温度センサ32と往路側温度センサ35とからの空気温度を比較して電池6の発熱状態を監視し、また、可燃ガスセンサ33で可燃ガスの発生を検知し、発煙センサ34で発煙状態を検知し、そして、電池システム3が異常時と判断した場合に、充電用電気プラグ38への充電出力を停止し、また、コネクタ電気回路37及び遮断器7に緊急遮断信号を出力し、さらに、消火剤供給部31へ作動信号を送信し、しかも、報知手段43へ信号を出力する。
次に、この実施例の作用を説明する。
車両用電池充電システム1において、電池システム3に外部から充電装置4を接続した充電接続時には、電池システム3に冷却システム22も接続し、電池システム3への充電と同時に、入口側切替弁19、出口側切替弁20、送風手段28を作動制御するとともに、冷却システム22の冷却風による電池システム3の冷却を行い、電池パック5内の温度調節を行う。
この時、制御装置40においては、図2に示すように、定期的に異常判定プログラムがスタートし(ステップA01)、各センサ(32、33、34、35)からの信号を入力し(ステップA02)、電池システム3が異常か否かを判断する(ステップA03)。
このステップA03がYESで、電池システム3が異常の場合には、充電用電気プラグ38への充電出力を停止し(ステップA04)、電池パック5の遮断器7を作動して電気の流れを停止し(ステップA05)、消火剤供給部31を作動して消火剤を往路用冷却風通路30から電池パック5側へ供給し(ステップA06)、そして、警報手段43を作動して警告を発し(ステップA07)、プログラムをエンドとする(ステップA08)。
一方、前記ステップA03がNOで、電池システム3が正常の場合には、直ちにプログラムをエンドとする(ステップA08)。
車両用電池充電システム1において、電池システム3に外部から充電装置4を接続した充電接続時には、電池システム3に冷却システム22も接続し、電池システム3への充電と同時に、入口側切替弁19、出口側切替弁20、送風手段28を作動制御するとともに、冷却システム22の冷却風による電池システム3の冷却を行い、電池パック5内の温度調節を行う。
この時、制御装置40においては、図2に示すように、定期的に異常判定プログラムがスタートし(ステップA01)、各センサ(32、33、34、35)からの信号を入力し(ステップA02)、電池システム3が異常か否かを判断する(ステップA03)。
このステップA03がYESで、電池システム3が異常の場合には、充電用電気プラグ38への充電出力を停止し(ステップA04)、電池パック5の遮断器7を作動して電気の流れを停止し(ステップA05)、消火剤供給部31を作動して消火剤を往路用冷却風通路30から電池パック5側へ供給し(ステップA06)、そして、警報手段43を作動して警告を発し(ステップA07)、プログラムをエンドとする(ステップA08)。
一方、前記ステップA03がNOで、電池システム3が正常の場合には、直ちにプログラムをエンドとする(ステップA08)。
これにより、小型の電池6を集積した容量が大きな電池パック5に対して、消火剤を集約することができ、車両2に搭載する電池システム3全体を小型にでき、あるいは、電池システム3が同じ体積ならば電池6の容量を増大させることができる。
また、電池6に一体的に備わる消火システムである消火剤供給部31を電池6から分離することができる。
更に、消火剤の供給時には、警報を出すので、充電装置4器周辺が無人の状態で充電でき、充電中のトラブルを直ちに周知させることができる。
また、電池6に一体的に備わる消火システムである消火剤供給部31を電池6から分離することができる。
更に、消火剤の供給時には、警報を出すので、充電装置4器周辺が無人の状態で充電でき、充電中のトラブルを直ちに周知させることができる。
この発明に係る電池システム及び冷却システムを、リチウムイオン電池を急速充電する必要のある充電装置にも適用可能である。
1 車両用電池充電システム
2 車両
3 電池システム
4 充電装置
5 電池パック
6 電池
10 吸気側空気通路
13 排気側空気通路
21 配管
22 冷却システム
27 熱交換器
28 送風手段
29 復路側冷却通路
30 往路側冷却通路
31 消火剤供給部
32 復路側温度センサ
33 可燃ガスセンサ
34 発煙センサ
35 往路側温度センサ
36 一括着脱コネクタ(充電コネクタ)
38 充電電気プラグ
40 制御装置
43 警報手段
2 車両
3 電池システム
4 充電装置
5 電池パック
6 電池
10 吸気側空気通路
13 排気側空気通路
21 配管
22 冷却システム
27 熱交換器
28 送風手段
29 復路側冷却通路
30 往路側冷却通路
31 消火剤供給部
32 復路側温度センサ
33 可燃ガスセンサ
34 発煙センサ
35 往路側温度センサ
36 一括着脱コネクタ(充電コネクタ)
38 充電電気プラグ
40 制御装置
43 警報手段
Claims (5)
- 車両に搭載され且つこの車両の外部に設けた充電装置と接続して充電可能となる電池システムであって、電池パックに温度調節用の空気を供給できる吸気通路あるいは掃気通路を備えた電池システムの充電装置において、前記充電装置に配管を有する冷却システム及び消火剤供給部を設け、前記電池システムに前記充電装置を接続した充電接続時に前記冷却システムも前記電池システムに接続し、前記電池システムの充電と同時に前記冷却システムによる前記電池システムの冷却を行い、前記電池システムの異常時には前記冷却システムを介して消火剤を前記電池システムに供給することを特徴とする電池システムの充電装置。
- 前記冷却システムは前記電池システムと接続することにより閉循環系となり、前記冷却システムの配管には熱交換器及び送風手段を備えるとともに、この熱交換器及び送風手段よりも下流側であって前記電池システムとの間に前記消火剤供給部を配置したことを特徴とする請求項1に記載の電池システムの充電装置。
- 前記電池システムと接続する前記冷却システムの配管の接続部は、充電コネクタ周囲に一括して集約して設けられたことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の電池システムの充電装置。
- 前記消火剤供給部を作動した消火剤の供給時には、警報手段を作動することを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の電池システムの充電装置。
- 電池システムと共に閉循環系を形成する冷却システムを備えた電池システムの消火方法であって、熱交換器及び送風手段を備えるとともに、この熱交換器及び送風手段よりも下流側であって前記電池システムとの間に消火剤供給部を備え、前記電池システムの異常時には前記冷却システムを介して消火剤を前記電池システムに供給する電池システムの消火方法。
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