JP2011065805A

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

Info

Publication number: JP2011065805A
Application number: JP2009214230A
Authority: JP
Inventors: Manabu Kawabata; 学河端
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2009-09-16
Filing date: 2009-09-16
Publication date: 2011-03-31

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

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。

特開２００２−２８９２６２号公報特開２００８−２５１２６３号公報

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。

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。

図１は電池システムの充電装置のシステム構成図である。（実施例）図２は電池システムの消火方法のフローチャートである。（実施例）

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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

Claims

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。