JP2017091950A

JP2017091950A - 車載用バッテリ装置

Info

Publication number: JP2017091950A
Application number: JP2015223955A
Authority: JP
Inventors: 順多片山; Junta Katayama
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-11-16
Filing date: 2015-11-16
Publication date: 2017-05-25
Anticipated expiration: 2035-11-16
Also published as: JP6464999B2

Abstract

【課題】車載用バッテリ装置において、リチウムイオン電池内部で発生したガスを車両外に排出する排煙ダクトの排気口から水が侵入した場合であっても、リチウムイオン電池が浸水することを抑制する。
【解決手段】車載用バッテリ装置１００において、排ガス部１１を有するリチウムイオン電池１０と、排ガス部１１から排出されたガスを収集する排煙流路１３と、リチウムイオン電池１０と排煙流路１３とを収容するケーシング１５と、を含む電池パック２０と、排煙流路１３に接続され、ガスを車両４０外に排出する排煙ダクト１７と、排煙ダクト１７に設けられた排水孔３６および弁３０と、を備え、弁３０は、ガスの発生が無い時には、車両４０外と電池パック２０との間を塞ぎ、ガスが発生した際には、電池パック２０と車両４０外との間を開き、かつ、排水孔３６を塞ぐ。
【選択図】図１

Description

本発明は、車載用バッテリ装置の構造に関する。

近年、モータを駆動源とする電気自動車や、モータとエンジンを駆動源とするハイブリッド車両等の電動車両が多く用いられている。このような電動車両には、モータに電力を供給したり、モータが発電機として機能した際に発電した電力を充電したりする充放電可能なリチウムイオン電池等の二次電池が多く用いられている。リチウムイオン電池等の二次電池には過充電等によって発生したガスを放出するためのガス放出弁が設けられている。ガス放出弁から放出されたガスが車両内に流入すると、車両内のＣＯ濃度が上昇してしまう。そのため、二次電池を収容する電池パックには、ガス放出弁から放出されたガスを車両外に排出するための排煙ダクトが接続されている。（例えば、特許文献１参照）。

排煙ダクトは車両外に連通しているため、車両走行中に排煙ダクトの内部に外気や、異物が流入し、電池パック側へ流れていく場合がある。この場合、電池温度を検出するために配置されたサーミスタが実際の電池温度とは異なる外気温度を電池温度として読み取ってしまう可能性がある。また、排煙ダクトを介して電池パックの内部に異物が流入するおそれがある。このため、特許文献１に記載された電池パックの排煙構造では、一端が電池パックに接続され、他端が車両外に連通する排煙経路において、電池パック側の流路と、車両外部側の流路と、の間に流路断面積が小さい絞り流路を設けることで、電池パックの内部に外気、埃などの異物を入り難くすることが提案されている。

特開２０１５−１４９１４６号公報

ところで、車両が渡川するときや、浸水路を走行するときなどに、排煙ダクトの車両外へのガス排出口である排気口を介して水が浸入する可能性がある。特許文献１に記載された電池パックの排煙構造では、浸入した水が電池パックにまで到達する可能性がある。電池パックが浸水した場合、電池パック内に収容された二次電池が水に浸かり故障するおそれがある。

そこで、本発明は、車両内に配置された二次電池内部で発生したガスを車両外に排出する排煙ダクトの排気口から水が侵入した場合であっても、二次電池が浸水することを抑制することを目的とする。

本発明の車載用バッテリ装置は、内部で発生したガスを外部に排出する排ガス部をそれぞれ有する複数の二次電池と、前記各排ガス部から排出された前記ガスを収集する排煙流路と、前記各二次電池と前記排煙流路とを収容するケーシングと、を含み、車両内に搭載される電池パックと、一端が前記排煙流路に接続され、他端が車両外に連通し、前記ガスを前記車両外に排出する排煙ダクトと、前記車両内に配置された前記排煙ダクトの部分に設けられ、前記排煙ダクト内と前記車両内を連通する排水孔と、前記排煙ダクトに設けられる弁と、を備え、前記弁は、前記排煙ダクト内に配置された第１弁座と、前記排水孔の周囲に配置された第２弁座と、前記第１弁座または前記第２弁座に着座する１つの弁体と、を備え、前記ガスの発生が無い時には、前記弁体は前記第１弁座に着座して前記車両外と前記電池パックの間を塞ぎ、前記ガスが発生した際には、前記弁体は前記ガス圧力によって前記第１弁座から離れて前記電池パックと前記車両外との間を開き、かつ、前記第２弁座に着座して前記排水孔を塞ぐ、ことを特徴とする。

本発明は、車両内に配置された二次電池内部で発生したガスを車両外に排出する排煙ダクトの排気口から水が侵入した場合であっても、二次電池が浸水することを抑制することができる。

車両に搭載された本発明の実施形態における車載用バッテリ装置の車両上方から見た部分平面図である。車両に搭載された本発明の実施形態における車載用バッテリ装置の車両前方から見た部分側面図である。本発明の実施形態における車載用バッテリ装置の排煙ダクトの一部の分解斜視図である。本発明の実施形態における車載用バッテリ装置の排煙ダクトに設けられる弁の断面図である。本発明の実施形態における排煙ダクトへ水が侵入した時の弁の状態と水の排出経路を示す図である。本発明の実施形態におけるガス発生時の弁の状態とガスの排出経路を示す図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態の車載用のバッテリ装置１００について説明する。図１は、車両４０に搭載された本発明の実施形態における車載用バッテリ装置１００の車両４０上方から見た部分平面図であり、内部に収容されたリチウムイオン電池１０が見えるようにケーシング１５の一部を切り欠いて示してある。図２は、車両４０に搭載された本発明の実施形態における車載用バッテリ装置１００の車両４０前方から見た部分側面図であり、内部に収容されたリチウムイオン電池１０が見えるようにケーシング１５の一部を切り欠いて示してある。図１，２に示すように、本実施形態のバッテリ装置１００は、ケーシング１５の中に、二次電池であるリチウムイオン電池１０と排煙流路１３とを収容し車両４０内に搭載された電池パック２０と、排煙流路１３に接続される排煙ダクト１７と、車両４０内に配置された排煙ダクト１７の部分に設けられ、排煙ダクト１７内と車両４０内を連通する排水孔３６と、排煙ダクト１７の中に設けられた弁３０とを備えている。図１，２に示すように、電池パック２０と、排煙ダクト１７とは、車両後方部８０、例えば、トランク下部の車両４０内に搭載されている。なお、図１〜６において、上下、左右、前後の表示は、車両４０の上下、左右、前後の各方向を示す。

リチウムイオン電池１０は、正極活物質層を含む正極板と、負極活物質層を含む負極板との間にセパレータを挟んで積層して渦巻き状に巻回した発電要素を、電解液と共に厚さの薄い角型の容器の中に収納したものである。図１，２に示すように、リチウムイオン電池１０の容器の上面中央には、容器内の圧力が上昇すると破断、開口し、容器内のガスを容器の外部に逃がす排ガス部１１が取り付けられている。ケーシング１５には、リチウムイオン電池１０が厚さ方向に複数積層されて収納され、積層されたリチウムイオン電池１０の容器に取り付けられた排ガス部１１の上部には、排ガス部１１が破断、開口した際に容器の中から吹き出したガスが収集される排煙流路１３が取り付けられている。図１，２に示すように、排煙流路１３は、角型断面のダクト形状で、その一端はケーシング１５から外部に突出した出口ノズル１４となっている。

排煙流路１３の出口ノズル１４にはフランジ１６を介して排煙ダクト１７が接続されている。排煙ダクト１７は、フランジ１６に近い側の直線部１７ａとフランジ１６から遠い側の湾曲部１７ｂとを備えている。直線部１７ａは、出口ノズル１４から車両左側に向って延び、湾曲部１７ｂは、直線部１７ａから車両４０のフロアパネル４１に設けられた孔４２に向って下方向に湾曲する。湾曲部１７ｂの先端部分は、孔４２に差し込まれ、排煙ダクト１７の排気口１８は車両４０の外部に突出している。直線部１７ａには、第１弁座３１と、第２弁座３５と、弁体３２とを含む弁３０が配置されている。

図３は、排煙ダクト１７の直線部１７ａの一部を分解して示した分解斜視図であり、一部は透視して描かれている。図３に示すように、直線部１７ａの弁３０が配置されている部分の断面形状は、底板１７ｃと、天井板１７ｄと、車両前側側板１７ｅと、車両後側側板１７ｆとで構成される略四角断面を有している。直線部１７ａは、弁３０から車両左側に向かう途中において、その断面形状が略四角断面から円形断面に変化している。直線部１７ａは、完全な水平では無く、電池パック２０側が排気口１８側に比べて若干低くなっている。車両前側側板１７ｅには、排水孔３６が設けられている。直線部１７ａは車両４０内に配置されており、排水孔３６は、排煙ダクト１７内と車両４０内を連通させる孔である。図４は、直線部１７ａの弁３０が配置されている部分の断面図である。図３，４に示すように、弁３０の第１弁座３１は、平板状で中央に開口３３を有する基板３１ａと、基板３１ａの開口３３の周縁に形成された突出部であるシール部３１ｂとを含んで構成されている。弁３０の第２弁座３５は、排水孔３６の周囲の車両前側側板１７ｅと、車両前側側板１７ｅの排水孔３６の周縁に形成された突出部であるシール部３５ａを含んで構成されている。弁３０の弁体３２は、平板状の弁体本体３２ａと細長状のヒンジ部３２ｂを含んで構成されている。

図３に示すように、直線部１７ａには、第１弁座３１の基板３１ａが、底板１７ｃに対して略垂直に接続されている。また、第１弁座３１の基板３１ａは、直線部１７ａのダクト軸方向に対して４５°程度傾斜して接続されている。図３の矢印９１及び図４に示すように、弁体３２の細長状のヒンジ部３２ｂは、第１弁座３１の基板３１ａと車両前側側板１７ｅとの接続部分の近傍の位置に、底板１７ｃに対して略垂直に取り付けられている。

弁体３２の弁体本体３２ａは、ヒンジ部３２ｂを回転軸として、回転可能となっている。弁体本体３２ａは回転移動し、第１弁座３１のシール部３１ｂの表面に当接して開口３３を覆うことが可能である。すなわち、弁体３２は、開口３３を開閉可能である。また、弁体本体３２ａは回転移動し、第２弁座３５のシール部３５ａの表面に当接して排水孔３６を覆うことが可能である。すなわち、排水孔３６は、弁体３２によって覆うことができる位置に配置されており、弁体３２によって開閉可能である。

リチウムイオン電池１０のガスの発生が無い時、つまり、通常の状態においては、弁体本体３２ａは、第１弁座３１のシール部３１ｂの表面に当接して開口３３を覆っている。これは次の理由による。前述したように、弁３０が設けられている直線部１７ａは、完全な水平では無く、電池パック２０側が排気口１８側に比べて若干低くなっている。したがって、弁体本体３２ａは、自重によって第１弁座３１のシール部３１ｂの表面に押し付けられることになるためである。また、車両４０が走行すると、車両４０内が負圧となり、車両４０の外の空気である外気が排煙ダクト１７の排気口１８から車両４０の中に配置されている電池パック２０に向かって逆流し、電池パック２０の内部に流れ込もうとする。すると、自重によって第１弁座３１のシール部３１ｂの表面に当接している弁体本体３２ａの電池パック２０の側と排気口１８の側に差圧が発生し、この差圧により、弁体本体３２ａは、さらに第１弁座３１のシール部３１ｂの表面に押し付けられることになる。

次に、図５を用いて、リチウムイオン電池１０のガスの発生が無い、通常の状態において、排煙ダクト１７に水が浸入した時の、弁３０の状態と水の排出経路ついて説明する。前述した通り、通常の状態においては、図５に示すように、弁体本体３２ａは、第１弁座３１のシール部３１ｂの表面に当接して開口３３を覆っている。すなわち、弁体３２が第１弁座３１に着座して車両４０外と電池パック２０の間を塞いでいる。また、弁体３２が第２弁座３５から離れて排水孔３６を開いている。図５における、白抜きの矢印は、水の経路を示している。車両４０が浸水路等を走行したことによって、排煙ダクト１７の排気口１８から水が入ると、水は排煙ダクト１７内を、電池パック２０側に向かって進んでくる。開口３３は弁体３２によって塞がれているので、排煙ダクト１７内に浸入した水は、排煙ダクト１７の車両前側側板１７ｅに設けられた排水孔３６を通って、排煙ダクト１７外に速やかに排出される。したがって、水が電池パック２０まで侵入することがなく、リチウムイオン電池１０の故障を防ぐことができる。また、排煙ダクト１７内部に侵入した水の量が多い場合や、水圧が高い場合であっても、水が、弁３０を越えて、電池パック２０まで侵入することを防ぐことができる。

次に、図６を用いて、リチウムイオン電池１０からガスが発生した際の、弁３０の状態とガスの排出経路ついて説明する。短絡等によりリチウムイオン電池１０の内部でガスが発生し、容器内部の圧力が上昇した際には、容器の上面中央に設けられた排ガス部１１が破断、開口し、ガスは排煙流路１３を通って排煙ダクト１７に流れる。この際、ガスの圧力によって弁体本体３２ａは、図６に示すように車両前側側板１７ｅに向けて回転し、第２弁座３５のシール部３５ａの表面に押し付けられた状態となる。すなわち、弁体３２が第２弁座３５に着座した状態となり、排水孔３６が塞がれる。また、弁体３２が第１弁座３１から離れて電池パック２０と車両４０外との間が開いた状態となる。図６における、太線の黒の矢印は、ガスの経路を示している。ガスは、弁体本体３２ａが車両前側側板１７ｅに回転したことにより解放された開口３３を通って、排煙ダクト１７の排気口１８に向かって流れ、車両４０の外部に排出される。また、排煙ダクト１７内と車両４０内を連通している排水孔３６は塞がれているため、ガスが、排水孔３６を通って、車両４０内に流出されることを防ぐ。

以上説明した実施形態のバッテリ装置１００によれば、リチウムイオン電池１０内部で発生したガスを車両４０外に排出する排煙ダクト１７の排気口１８から水が侵入した場合であっても、電池パック２０の中に水が浸入することを抑制できるため、リチウムイオン電池１０の故障を防ぐことができる。したがって、車両４０の信頼性向上、安全性向上につながる。また、電池パック２０に対して防水用の保護部品が不要であるため、電池パック２０の重量低減、小型化が可能になる。また、ガスを車両４０外に排出する時は、弁体３２が車両４０外と電池パック２０の間を開き、ガスを確実に車両４０外に排出させるとともに、弁体３２が排煙ダクト１７内と車両４０内を連通する排水孔３６を塞ぐので、車両４０内にガスが流出されることが無く安全である。

以上説明した実施形態のバッテリ装置１００では、図３に示すように、車両前側側板１７ｅに設けられた排水孔３６は、天井板１７ｄと底板１７ｃのそれぞれからの距離が同じ程度、すなわち、上下方向において真ん中程度に設けられている。別の構成として、排水孔３６を、弁体３２が覆うことができる範囲で、なるべく底板１７ｃに近い部分に設ける構成であってもよい。この構成の場合、排水孔３６からより効果的に水の排出が行われ、電池パック２０側への水の浸入が抑制される。

また、以上説明した実施形態のバッテリ装置１００では、リチウムイオン電池１０のガスの発生が無い、通常の状態においては、弁体本体３２ａは、自重によって第１弁座３１のシール部３１ｂの表面に当接するものとして説明したが、以下説明するように、単に自重で当接させるのみでなく、弱い吸着力で弁体本体３２ａを第１弁座３１のシール部３１ｂに吸着させてもよい。

この場合、図４に示す第１弁座３１の基板３１ａとシール部３１ｂをポリプロピレン（ＰＰ）製とし、弁体本体３２ａをオレフィン系エラストマー（ＴＰＯ）製とする。すると、自重で弁体本体３２ａが第１弁座３１のシール部３１ｂに接している間に、ポリプロピレン（ＰＰ）製のシール部３１ｂとオレフィン系エラストマー（ＴＰＯ）製の弁体本体３２ａとの間に弱い吸着力が発生する。この吸着力は、リチウムイオン電池１０のガスの発生が無い、通常の状態において、車両４０の走行による振動で弁体本体３２ａがバタつかない程度の吸着力であり、リチウムイオン電池１０の内部で発生したガスが排煙ダクト１７に流入する際の圧力によって剥がれる程度の吸着力である。

以上説明した実施形態は、リチウムイオン電池１０のガスの発生が無い、通常の状態において、弁体本体３２ａの第１弁座３１のシール部３１ｂへの当接が好適に維持され、車両４０外と電池パック２０との間を塞いだ状態が維持されるので、排煙ダクト１７内に浸入した水が、弁３０を越えて、電池パック２０まで侵入することを効果的に抑制することができる。

１０リチウムイオン電池、１１排ガス部、１３排煙流路、１４出口ノズル、１５ケーシング、１６フランジ、１７排煙ダクト、１７ａ直線部、１７ｂ湾曲部、１７ｃ底板、１７ｄ天井板、１７ｅ車両前側側板、１７ｆ車両後側側板、１８排気口、２０電池パック、３０弁、３１第１弁座、３１ａ基板、３１ｂシール部、３２弁体、３２ａ弁体本体、３２ｂヒンジ部、３３開口、３５第２弁座、３５ａシール部、３６排水孔、４０車両、４１フロアパネル、４２孔、５０車室、６１本体、６２上半部分、８０車両後方部、９１，９２矢印、１００バッテリ装置。

Claims

車載用バッテリ装置であって、
内部で発生したガスを外部に排出する排ガス部をそれぞれ有する複数の二次電池と、前記各排ガス部から排出された前記ガスを収集する排煙流路と、前記各二次電池と前記排煙流路とを収容するケーシングと、を含み、車両内に搭載される電池パックと、
一端が前記排煙流路に接続され、他端が車両外に連通し、前記ガスを前記車両外に排出する排煙ダクトと、
前記車両内に配置された前記排煙ダクトの部分に設けられ、前記排煙ダクト内と前記車両内を連通する排水孔と、
前記排煙ダクトに設けられる弁と、
を備え、
前記弁は、前記排煙ダクト内に配置された第１弁座と、前記排水孔の周囲に配置された第２弁座と、前記第１弁座または前記第２弁座に着座する１つの弁体と、を備え、
前記ガスの発生が無い時には、前記弁体は前記第１弁座に着座して前記車両外と前記電池パックの間を塞ぎ、
前記ガスが発生した際には、前記弁体は前記ガス圧力によって前記第１弁座から離れて前記電池パックと前記車両外との間を開き、かつ、前記第２弁座に着座して前記排水孔を塞ぐ
ことを特徴とする車載用バッテリ装置。