JP2006182264A - ハイブリッド車両の排気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電池で発生したガスを、簡易な構成で車両から排出できるハイブリッド車両の排気装置を提供する。
【解決手段】 ハイブリッド自動車の排気装置は、電池セル２１を収容する電池パック１１と、エンジンの排気ガス管１４とに接続され、電池セル２１で発生したガスが流れる排煙ダクト１２と、排煙ダクト１２の経路上に設けられ、排気ガス管１４から電池パック１１に向けたガス流れを規制する逆流防止弁３１とを備える。
【選択図】 図２

Description

この発明は、一般的には、ハイブリッド車両の排気装置に関し、より特定的には、電池から発生するガスを車両から排出するハイブリッド車両の排気装置に関する。

従来のハイブリッド車両の排気装置に関して、たとえば、特開平７−２４５０８９号公報には、排気管が閉鎖された場合であっても、バッテリ内にガスを滞留させないことを目的とした電動車両用バッテリのガス排出装置が開示されている（特許文献１）。特許文献１に開示されたガス排出装置では、バッテリ液が電気分解して発生した水素ガスを、バッテリから排出するための排気管が設けられている。

また、特開平９−２００９０８号公報には、排気ガス量を低減させるとともに、一般車両と比較して遜色のない優れた運動性能を実現することを目的としたハイブリッド自動車用駆動装置が開示されている（特許文献２）。特許文献２に開示されたハイブリッド自動車用駆動装置では、高温ナトリウム２次電池が収容された断熱容器内に、内燃機関の排気ガスが導入される。

また、特開２００４−２４３８５５号公報には、高い信頼性を実現することを目的とした電池ケース用ダクトが開示されている（特許文献３）。特許文献３に開示された電池ケース用ダクトは、冷却風または電池セルから排出されるガスを排出するための排気ダクトを備える。その排気ダクトは、車体の底面を構成するフロアパネルを貫通するように形成されている。また、特開平５−１９３３７６号公報には、複数のバッテリを有効に冷却するとともに、水や泥等の進入を阻止することを目的とした電気自動車用バッテリの冷却構造が開示されている（特許文献４）。
特開平７−２４５０８９号公報 特開平９−２００９０８号公報 特開２００４−２４３８５５号公報 特開平５−１９３３７６号公報

特許文献１に開示されたガス排出装置では、水素ガスを大気中に放出するため、排気管が、バッテリから車両後部下側に配設された大気排出部にまで延びて形成されている。しかしながら、バッテリを設ける位置によっては、排気管の長さが長大になったり、排気管の取り回しが困難になったりするおそれがある。また、バッテリで発生したガスの排出のみを目的として専用の排気管を設けることは、設備として冗長であり、車両の製造コストを増大させてしまう。

そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、電池で発生したガスを、簡易な構成で車両から排出できるハイブリッド車両の排気装置を提供することである。

この発明に従ったハイブリッド車両の排気装置は、内燃機関の動力と、２次電池から供給される電力によって駆動するモータの動力とを利用可能なハイブリッド車両に設けられ、２次電池で発生したガスを排出するための排気装置である。ハイブリッド車両の排気装置は、２次電池を収容する電池パックと、内燃機関の排気ガス通路とに接続され、２次電池で発生したガスが流れる接続通路と、接続通路の経路上に設けられ、排気ガス通路から電池パックに向けたガス流れを規制する逆流防止弁とを備える。

このように構成されたハイブリッド車両の排気装置によれば、２次電池で発生したガスは、接続通路を通って電池パックから排気ガス通路に導かれる。その後、ガスは、排気ガス通路内に流れる内燃機関の排気ガスとともに排気ガス通路から大気中に排出される。このように本発明では、排気ガス通路を利用しているため、電池パックと排気ガス通路との間を接続する接続通路を設けるだけで、２次電池で発生したガスの排出を行なうことができる。また、接続通路には、逆流防止弁が設けられているため、排気ガス通路内を流れる排気ガスが、接続通路を通って電池パック内に導かれるということがない。このため、２次電池で発生したガスを、２次電池の信頼性を低下させることなく、簡易な構成で車両から排出することができる。

また好ましくは、排気ガス通路の経路上には、排気ガス浄化部が設けられている。接続通路は、排気ガス浄化部に対して排気ガス通路内の排気ガス流れの上流側に位置して、排気ガス通路に接続されている。このように構成されたハイブリッド車両の排気装置によれば、排気ガス通路に導かれたガスは、排気ガス浄化部を通過する。このため、２次電池で発生したガスの浄化を図った後、そのガスを大気中に排出することができる。

また好ましくは、ハイブリッド車両の排気装置は、接続通路とは独立して延び、２次電池を冷却した冷却風を電池パックから排出する冷却風排気通路をさらに備える。このように構成されたハイブリッド車両の排気装置によれば、２次電池で発生したガスが、冷却風に混入して、冷却風排気通路から排出されるということがない。このため、ガスを、排気ガス通路から車両外に確実に排出することができる。

また、２次電池は、リチウムイオン電池である。このように構成されたハイブリッド車両の排気装置によれば、リチウムイオン電池で発生したガスは、排気ガス通路に沿って車両後方に排出される。このため、電池からガスが発生した場合であっても、そのガスをハイブリッド車両の周囲に停滞させることなく、迅速に排出することができる。

以上説明したように、この発明に従えば、電池で発生したガスを、簡易な構成で車両から排出できるハイブリッド車両の排気装置を提供することができる。

この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。

（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１における排気装置が適用されたハイブリッド自動車を示す模式図である。図中には、電池と、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関とを動力源として駆動するハイブリッド自動車が示されている。図２は、図１中の２点鎖線ＩＩで囲まれた位置を拡大して示す模式図である。

図１および図２を参照して、ハイブリッド自動車１０は、車両前方に搭載されたエンジン１３と、エンジン１３のエキゾーストマニホールドから延びて形成され、エンジン１３から排出される排気ガスが流れる排気ガス管１４と、フロントシート１８の下に配置され、電池セル２１を収容する電池パック１１とを備える。電池セル２１は、リチウムイオン電池から構成されている。ハイブリッド自動車１０には、電池パック１１と排気ガス管１４との間で延びる排煙ダクト１２と、排煙ダクト１２の経路上に配設された逆流防止弁３１とが設けられている。

排気ガス管１４は、エンジン１３のエキゾーストマニホールドに接続された一方端１４ｍと、車両後方で開口する他方端１４ｎとを有する。エンジン１３から排出された排気ガスは、一方端１４ｍから他方端１４ｎに向けて流れ、他方端１４ｎから大気中に排出される。排気ガス管１４の経路上には、一方端１４ｍに近い側、つまり、排気ガス管１４内の排気ガス流れの上流側から順に、３元触媒１６およびマフラー１５が設けられている。

３元触媒１６は、排気ガス中のＣＯ、ＨＣ（炭化水素）およびＮＯｘ（窒素酸化物）を、それぞれＣＯ_２、Ｈ_２ＯおよびＮ_２に同時に変化させる触媒コンバータであり、たとえば、白金とロジウムとから構成されている。３元触媒１６は、一方端１４ｍに相対的に近く、他方端１４ｎに相対的に遠くに位置して、フロア下に配置されている。なお、３元触媒１６に替えて、酸化触媒、リーンＮＯｘ触媒、酸化触媒付きＤＰＦ（diesel particulate filter）またはＨＣ吸着浄化触媒などを用いても良い。

排煙ダクト１２は、一方端１４ｍと３元触媒１６との間に位置して、排気ガス管１４に接続されている。つまり、排煙ダクト１２は、３元触媒１６に対して、排気ガス管１４内の排気ガス流れの上流側に位置して、排気ガス管１４に接続されている。本実施の形態では、電池セル２１が、フロントシート１８の下に配置されている。このため、排煙ダクト１２を、一方端１４ｍと３元触媒１６との間で排気ガス管１４に接続する場合に、より短い管路長で排煙ダクト１２を構成することができる。

電池パック１１内には、空間２３が形成されている。空間２３には、リチウムイオン電池からなる板状の電池セル２１が互いに間隔を隔てて複数、収容されている。電池セル２１は、電解液に浸された状態で多層に積層された正極および負極と、正極と負極との間に配置されたセパレータとによって構成されている。互いに隣り合う電池セル２１の間には、通風孔２２ｓが形成されたハーモニカチューブ２２が配置されている。電池パック１１には、ブロアファン２４が設けられた冷却風供給ダクト２５と、冷却風排出ダクト２６とが、空間２３に連通するように接続されている。ブロアファン２４を稼動させると、車両室内の空気が、冷却風として冷却風供給ダクト２５から空間２３に取り込まれる。取り込まれた冷却風は、空間２３内で通風孔２２ｓを流れ、その間、電池セル２１を冷却する。その後、冷却風は、冷却風排出ダクト２６から、トランクルーム内および車外に排出される。

電池パック１１内には、さらに、空間２３とは区画された空間２７が形成されている。空間２７は、電池セル２１の上端部のみが突出して収容されるように形成されている。電池パック１１には、空間２７に連通するように排煙ダクト１２が接続されている。このような構成により、排煙ダクト１２は、電池パック１１内に導入された冷却風が流れる経路と連通することなく、独立して形成されている。

排煙ダクト１２は、電池パック１１に接続された位置から、排気ガス管１４内に開口する開口端１２ｔまで延びて形成されている。開口端１２ｔは、排気ガス管１４の他方端１４ｎ、つまり、排気ガス管１４内の排気ガス流れの下流側に面して、開口している。排煙ダクト１２の経路上には、開口端１２ｔから電池パック１１に向けたガス流れを規制し、電池パック１１から開口端１２ｔに向けたガス流れを許容する逆流防止弁３１が設けられている。逆流防止弁３１によって、排気ガス管１４に流れる排気ガスが、排煙ダクト１２を通って電池パック１１内に流入することを防止できる。これにより、電池セル２１の信頼性を確保することができる。

なお、逆流防止弁３１としては、弁体とスプリングとから構成される一般的なタイプのものを使用することができる。弁体は、ボールであっても良いし、軸方向に移動可能に設けられたプランジャであっても良い。また、逆流防止弁３１は、金属から形成されていることが好ましい。この場合、電池セル２１で発生するガスが高温であっても、正常な作動を確保することができる。

続いて、電池セル２１で発生するガスの排出経路について説明を行なう。図１および図２を参照して、極度な過充電を繰り返し行なうと、電池セル２１からガスが発生する場合がある。この場合、電池の容量にもよるが、１セル当たり、たとえば１５（Ｌ／ｓ）ものガスが発生する。発生したガスは、電池セル２１の上端部に形成された排気孔２８から電池パック１１の空間２７に排出される。そして、ガスは、排煙ダクト１２を通って、電池パック１１から排気ガス管１４に導かれる。この際、排煙ダクト１２の開口端１２ｔは、排気ガス流れの下流側に面して開口しているため、電池セル２１で発生したガスを、排気ガス流れに逆らわせることなく、排気ガス管１４内に容易に流出させることができる。

電池セル２１で発生したガスは、排気ガス管１４内で排気ガスと一緒になって、３元触媒１６を通過する。これにより、ガスは、３元触媒１６が有する酸化作用によって浄化され、ガスの色が無色化される。ガスは、さらに、３元触媒１６から他方端１４ｎに向かって流れ、その後、他方端１４ｎから車両後方に排出される。この際、ガスは、３元触媒１６により無色化されているため、運転者の視界が、ガスによって遮られるということがない。

また、本実施の形態では、排煙ダクト１２と、電池パック１１内に導入された冷却風が流れる経路とが、互いに連通することなく、それぞれ独立して形成されている。このため、電池セル２１で発生したガスが、冷却風とともにトランクルーム内に導入されることを確実に防止できる。

この発明の実施の形態１におけるハイブリッド車両の排気装置は、内燃機関としてのエンジン１３の動力と、２次電池としての電池セル２１から供給される電力によって駆動するモータの動力とを利用可能なハイブリッド自動車１０に設けられ、電池セル２１で発生したガスを排出するための排気装置である。ハイブリッド自動車１０の排気装置は、電池セル２１を収容する電池パック１１と、エンジン１３の排気ガス通路としての排気ガス管１４とに接続され、電池セル２１で発生したガスが流れる接続通路としての排煙ダクト１２と、排煙ダクト１２の経路上に設けられ、排気ガス管１４から電池パック１１に向けたガス流れを規制する逆流防止弁３１とを備える。

なお、本実施の形態では、２次電池としてリチウムイオン電池が用いられている場合について説明したが、２次電池が、これ以外の電池、たとえば、ニッケル水素電池である場合にも、本発明を適用することができる。また、電池セル２１を設ける位置は、フロントシート１８の下に限定されず、リヤシートの下やトランクルーム内など適当な位置であっても良い。

このように構成された、この発明の実施の形態１におけるハイブリッド自動車１０の排気装置によれば、電池セル２１で発生したガスを車両外に排出する配管として、既存の排気ガス管１４を利用している。このため、電池パック１１と排気ガス管１４とを接続する排煙ダクト１２を設けるだけで、ガスを車両後方にまで導き、大気中に排出することができる。これにより、排気装置を簡易かつ安価な構造に構成することができる。

図３は、図２中の排気装置の変形例を示す模式図である。図３を参照して、本変形例では、図２中の３元触媒１６に替えて、エンジン１３のエキゾーストマニホールドに、マニホールド内蔵型触媒コンバータ３６が設けられている。排煙ダクト１２は、マニホールド内蔵型触媒コンバータ３６と他方端１４ｎとの間に位置して、排気ガス管１４に接続されている。つまり、本変形例では、排煙ダクト１２は、排気ガス浄化部としてのマニホールド内蔵型触媒コンバータ３６に対して排気ガス管１４内の排気ガス流れの下流側に位置して、排気ガス管１４に接続されている。なお、本変形例では、触媒がエキゾーストマニホールドに直接、設けられたマニホールド内蔵型触媒コンバータ３６を用いたが、触媒は、エキゾーストマニホールドとは別体に、エキゾーストマニホールドの直下に位置して設けられていても良い。マニホールド内蔵型触媒コンバータ３６またはエキゾーストマニホールドの直下に配置された触媒は、エンジンからの距離が近いため、熱的に有利である。これらの触媒としては、一般的に容量の小さい３元触媒が使用され、エンジン始動時に早期に触媒活性温度まで暖められる。このため、エンジン始動時のＨＣ、ＣＯおよびＮＯｘの浄化が可能となる。

電池パック１１に収容される電池の種類によっては、マニホールド内蔵型触媒コンバータ３６が被毒するガスが電池から発生する場合がある。これに対して、本変形例では、電池パック１１から排出されたガスが、マニホールド内蔵型触媒コンバータ３６を通過することなく車両外に放出される。このため、電池で発生したガスによって、マニホールド内蔵型触媒コンバータ３６が被毒するということがない。これにより、マニホールド内蔵型触媒コンバータ３６の性能低下を防止することができる。

（実施の形態２）
本実施の形態におけるハイブリッド自動車の排気装置は、実施の形態１におけるハイブリッド自動車１０の排気装置と同様の構造を備え、さらに、以下に説明する制御システムを備える。図４は、この発明の実施の形態２における排気装置が備える制御システムを示すブロック図である。

図４を参照して、本実施の形態では、電池セル２１でガスが発生した場合、ＨＶ（hybrid vehicle）ＥＣＵ（electronic control unit）４１で、電池セル２１の電圧低下を検知することによって、ガスの発生が認識される。この情報は、エンジンＥＣＵ４２に伝達され、エンジンＥＣＵ４２からエンジン１３に向けて、エンジン出力を低下するように指令が出される。つまり、この発明の実施の形態２におけるハイブリッド自動車の排気装置では、電池セル２１でガスが発生した場合、エンジン１３の出力が低下される。このような指令により、エンジン１３から排出される排気ガス量が少なくなり、排気ガス管１４内の排気圧を低減させることができる。これにより、電池セル２１で発生したガスを、排煙ダクト１２から排気ガス管１４内に容易に流出させることができる。

このように構成された、この発明の実施の形態２におけるハイブリッド自動車の排気装置によれば、実施の形態１に記載の効果と同様の効果を得ることができる。加えて、電池セル２１で発生したガスの排出を、さらに迅速かつ確実に行なうことができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施の形態１における排気装置が適用されたハイブリッド自動車を示す模式図である。 図１中の２点鎖線ＩＩで囲まれた位置を拡大して示す模式図である。 図２中の排気装置の変形例を示す模式図である。 この発明の実施の形態２における排気装置が備える制御システムを示すブロック図である。

符号の説明

１０ ハイブリッド自動車、１１ 電池パック、１２ 排煙ダクト、１３ エンジン、１４ 排気ガス管、１６ ３元触媒、２１ 電池セル、２５ 冷却風供給ダクト、２６ 冷却風排出ダクト、３１ 逆流防止弁、３６ マニホールド内蔵型触媒コンバータ。

Claims (4)

1. 内燃機関の動力と、２次電池から供給される電力によって駆動するモータの動力とを利用可能なハイブリッド車両に設けられ、前記２次電池で発生したガスを排出するためのハイブリッド車両の排気装置であって、
   前記２次電池を収容する電池パックと、前記内燃機関の排気ガス通路とに接続され、前記２次電池で発生したガスが流れる接続通路と、
   前記接続通路の経路上に設けられ、前記排気ガス通路から前記電池パックに向けたガス流れを規制する逆流防止弁とを備える、ハイブリッド車両の排気装置。
2. 前記排気ガス通路の経路上には、排気ガス浄化部が設けられており、
   前記接続通路は、前記排気ガス浄化部に対して前記排気ガス通路内の排気ガス流れの上流側に位置して、前記排気ガス通路に接続されている、請求項１に記載のハイブリッド車両の排気装置。
3. 前記接続通路とは独立して延び、前記２次電池を冷却した冷却風を前記電池パックから排出する冷却風排気通路をさらに備える、請求項１または２に記載のハイブリッド車両の排気装置。
4. 前記２次電池は、リチウムイオン電池である、請求項１から３のいずれか１項に記載のハイブリッド車両の排気装置。

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