JP2013038059A - バッテリーパック保護装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】車両衝突の際、ネールのような形態の物体によるバッテリーパックの貫通によってバッテリーパックのセル間の短絡が発生することを防止するバッテリーパック保護装置を提供する。
【解決手段】バッテリーパック１０を取り囲むハウジング２０に絶縁膜部材３０及び支持部材４０が設置され、前記絶縁膜部材３０は前記ハウジング２０に固定設置された支持部材４０に巻き付けられるか引き出すことができる構造からなることを特徴とする。
【選択図】 図３
【解決手段】バッテリーパック１０を取り囲むハウジング２０に絶縁膜部材３０及び支持部材４０が設置され、前記絶縁膜部材３０は前記ハウジング２０に固定設置された支持部材４０に巻き付けられるか引き出すことができる構造からなることを特徴とする。
【選択図】 図３
Description
本発明はバッテリーパックを取り囲むハウジングに係り、より詳しくは、ハウジングに絶縁膜部材及び支持部材が設置され、前記絶縁膜部材は前記ハウジングに固定設置された支持部材に巻き付けられるか、又は、引き出すことができる構造からなるバッテリーパック保護装置に関する。
ハイブリッド車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ）または電気自動車（ＥＶ）の高電圧システムは、高電圧バッテリー、インバーター、ＬＤＣ、電動式コンプレッサー、及び高電圧モーターなどで構成されている（図１）。
構成用品の中、高電圧部品を除いた一般車両の電装部品の駆動のために補助バッテリー（１２Ｖ鉛酸バッテリー）を使っている。
（例えば特許文献１参照）
構成用品の中、高電圧部品を除いた一般車両の電装部品の駆動のために補助バッテリー（１２Ｖ鉛酸バッテリー）を使っている。
（例えば特許文献１参照）
そして、ＨＥＶ、ＰＨＥＶまたはＥＶの制限された空間に要求エネルギー及び容量を合致させるためにバッテリーセルスタック（ｓｔａｃｋ）及びモジュール（ｍｏｄｕｌｅ）が構成されているが、冷却のための流路を除きバッテリーセル間の空間の余裕がなく、直並列連結のいずれにおいてもバッテリー間の空間的な余裕がないという欠点がある。
ＨＥＶ、ＰＨＥＶまたはＥＶ車両の電気動力化が進むにつれて、バッテリーの搭載空間が狭小になっているため、一般的なタイヤ保管及び工具保管用に使用しているデッドスペース（ｄｅａｄ ｓｐａｃｅ）であるタイヤウェル（ｔｉｒｅ ｗｅｌｌ）にバッテリーを装着することが考慮され、そのようなタイヤウェルの使用によって、後方衝突の際、鋭い物体及びビームによるバッテリーの貫通のおそれが生じて安全性の問題が高まっている（図２参照）。
具体的に、ネール（ｎａｉｌ）のような形態の物体がバッテリーパックを貫通するとき、貫通されたセル間の短絡（ｓｈｏｒｔ）発生による安全性の問題が発生する可能性が非常に高い。
本発明者らは、車両衝突の際、ネール（ｎａｉｌ）のような形態の物体によるバッテリーパックの貫通によってバッテリーパックセル間の短絡が発生することを防止できる装置を開発しようと努力した。
その結果、バッテリーパックを取り囲むハウジングに絶縁膜部材及び支持部材を設置し、前記絶縁膜部材は前記ハウジングに固定設置された支持部材に巻き付けられるか引き出すことができる構造を持つバッテリーパック保護装置を設置することにより、伝導性物体のバッテリー貫通による短絡を防止してバッテリーの安全性を確保できることを確認して本発明を完成することになった。
前記の背景技術として説明した事項は本発明の背景に対する理解を助けるためのものであって、当業者で既に知られた従来技術はその一部にすぎない。
本発明は前記のような点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、バッテリーパック保護装置を提供することにある。
本発明の他の目的及び利点は下記の発明の詳細な説明、請求範囲及び図面によってより明らかになるであろう。
本発明の他の目的及び利点は下記の発明の詳細な説明、請求範囲及び図面によってより明らかになるであろう。
上記のような目的を達成するための本発明に係る一具現例によれば、バッテリーパックを取り囲むハウジングに絶縁膜部材及び支持部材が設置され、前記絶縁膜部材は前記ハウジングに固定設置された支持部材に巻き付けられるか引き出すことができる構造からなるバッテリーパック保護装置を提供することを特徴とする。
本発明の他の具現例によれば、前記絶縁膜部材及び支持部材は前記ハウジングの内部に設置され、前記絶縁膜部材は前記ハウジングの内部に固定設置された支持部材に巻き付けられるか引き出すことができる構造からなることを特徴とする。
本発明のさらに他の具現例によれば、前記絶縁膜部材は弾性を持つ絶縁体の纎維材または合成樹脂材であることを特徴とする。
本発明のさらに他の具現例によれば、前記絶縁膜部材はハウジングの内部に固定設置された支持部材に引出可能な構造で巻き付けられているか折り畳まれて設置されることを特徴とする。
本発明のさらに他の具現例によれば、前記絶縁膜部材は多数に分割構成されることを特徴とする。
本発明のさらに他の具現例によれば、前記絶縁膜部材は前記ハウジングの内側の前後面、上下面及び左右面に設置されることを特徴とする。
本発明のさらに他の具現例によれば、前記バッテリーパックは、ハイブリッド車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ）または電気自動車（ＥＶ）のバッテリーパックであることを特徴とする。
本発明の特徴及び利点をまとめると次のとおりである。
（ｉ）本発明は、バッテリーパックを取り囲むハウジングに絶縁膜部材及び支持部材が設置され、前記絶縁膜部材は前記ハウジングに固定設置された支持部材に巻き付けられるか引き出すことができる。
（ii）本発明のバッテリーパック保護装置は、ＨＥＶ、ＰＨＥＶまたはＥＶのような大容量バッテリーに伝導性物体が貫通することによる短絡を防止して、バッテリーの発火及び発煙を防止することができる。
（iii）本発明の装置は、かなりの体積を占めるＨＥＶ、ＰＨＥＶまたはＥＶのバッテリーをタイヤウェルに装着することにより、余裕空間を確保するとともに衝突安全性を確保したバッテリーの搭載が可能である。
（iv）本発明の装置は、ＨＥＶ、ＰＨＥＶまたはＥＶ以外の電気を用いるどの車両にも適用可能である。
以下、添付図面を参照する実施例に基づいて本発明をより詳細に説明する。これら実施例は単に本発明をより具体的に説明するためのものであって、本発明の範囲がこれら実施例に制限されないということは当業者にとって明白である。
実施例
以下、本発明のバッテリーパック保護装置を図面に基づいて詳細に説明する。
以下、本発明のバッテリーパック保護装置を図面に基づいて詳細に説明する。
本発明のバッテリーパック保護装置５０は、バッテリーパック１０を取り囲むハウジング２０に絶縁膜部材３０及び支持部材４０が設置され、前記絶縁膜部材３０は前記ハウジング２０に固定設置された支持部材４０に巻き付けられるか引き出すことができる構造からなる。
図３から分かるように、好適な具現例として、本発明のバッテリーパック保護装置５０の前記絶縁膜部材３０及び支持部材４０は前記ハウジング２０の内部に設置され、前記絶縁膜部材３０は前記ハウジング２０の内部に固定設置された支持部材４０に巻き付けられるか引き出すことができる構造からなっている。
前記バッテリーパック保護装置５０とは、バッテリーパック１０を含む電気自動車の衝突によって前記バッテリーパック１０に物理的な衝撃が加わり、具体的にネール６０のような物体がバッテリーケースまたはダクトの内部に貫通したとき、連続的に連結されたバッテリーセルの外部短絡（ｅｘｔｅｒｎａｌ ｓｈｏｒｔ ｃｉｒｃｕｉｔ）が発生する可能性があるので、これによって発火することを根本的に遮断する装置のことを言う。
前記絶縁膜部材３０はバッテリーパック１０を取り囲むハウジング２０に設置され、外部衝撃を吸収することができる弾性を有し、伝導性がなく、形状が柔軟に変更可能であることを要する。好ましくは、前記絶縁膜部材３０は弾性を持つ絶縁体の纎維材または合成樹脂材である。
前記絶縁膜部材３０はバッテリーパック１０を取り囲むハウジング２０に設置され、外部衝撃を吸収することができる弾性を有し、伝導性がなく、形状が柔軟に変更可能であることを要する。好ましくは、前記絶縁膜部材３０は弾性を持つ絶縁体の纎維材または合成樹脂材である。
他の好適な具現例として、前記絶縁体の纎維材は炭素繊維（ｃａｒｂｏｎ ｆｉｂｅｒ）、ガラス纎維、及びアラミド張纎維の中で少なくとも一種以上からなる織物であり、前記織物は互いに十字状に交差して形成されることを特徴とする。アラミドは芳香族ポリアミド型纎維の総称であり、原料によって２種に区分される。
その一つはメタ型であり、他の一つはパラ型である。メタ型は融点が３２０℃で、耐熱性、難燃性及び防炎性に優れて航空機、防護衣類、産業用フィルターなどに使われ、パラ型は高強度と５７０℃以上の高融点及び高モジュラス性を持つので、航空機などの軽量化複合材料、タイヤコードなどの産業材として使われる。これは鋼鉄纎維よりも強く、耐屈曲性及び耐熱性に優れる。したがって、本発明においては、適用される構造物の用途に鑑みてアラミド纎維の種類を選別することが好ましい。
その一つはメタ型であり、他の一つはパラ型である。メタ型は融点が３２０℃で、耐熱性、難燃性及び防炎性に優れて航空機、防護衣類、産業用フィルターなどに使われ、パラ型は高強度と５７０℃以上の高融点及び高モジュラス性を持つので、航空機などの軽量化複合材料、タイヤコードなどの産業材として使われる。これは鋼鉄纎維よりも強く、耐屈曲性及び耐熱性に優れる。したがって、本発明においては、適用される構造物の用途に鑑みてアラミド纎維の種類を選別することが好ましい。
アラミド纎維は同じ重さの鋼鉄より強度が５倍高く、５００℃でも燃えなく、化学薬品に対する強耐性を有する高機能性の素材で、めったに摩耗されなく、軽くて加工が便利であるので、高性能タイヤ、ホース、光ケーブル補強材、防弾素材などの多様な産業分野に適用されている。また、鋼鉄より高い強度を有するので、鉄鋼に代わり素材の軽量化に画期的に寄与することが予想され、全世界的に規制が拡散されている石綿、ガラスなどの公害を誘発する産業素材を効果的に取り替えることができると期待される素材である。
さらに他の好適な具現例として、前記絶縁体の合成樹脂材は弾性重合体で、熱可塑性材料または熱硬化性材料のいずれか一方または両方から成ってもよい。ここで、熱硬化性材料は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、及びポリエステルの中で少なくとも１種以上であることができる。また、熱可塑性材料は、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、ポリアクリレート、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィドの中で少なくとも１種以上から構成することができる。
本明細書において、弾性重合体という用語は、外力を加えて引っぱれば何倍も伸び、外力を除けば元の長さに戻る性質を持つ高分子物質であり、これをエラストマー（ｅｌａｓｔｏｍｅｒ）とも言う。弾性重合体の代表的なものとして、弾性ゴムと呼ばれる加硫ゴムがある。この場合、力を加えれば伸びるのは、長い線状高分子が互いに滑って全体的に長くなるからである。しかし、これには脚（加硫ゴムにおいては、例えば、−Ｓ−Ｓ−という硫黄（ｓｕｌｆｕｒ））が係わっているため、加えた力を除けば変形した脚の関係が分子運動によって元の安定した状態に戻るからである。
他の好適な具現例として、前記絶縁膜部材３０は、ハウジングの内部に固定設置された支持部材４０に引出可能な構造で巻き付けられるか折り畳まれて設置される。
前記支持部材４０に引出可能な構造で巻き付けられている場合は、ロール（ｒｏｌｌ）方式と呼ばれるもので、前記絶縁膜部材３０がロールに巻き付けられていて、外部衝撃が加わった場合、例えばネール６０のような物体が貫通する場合、ロール状に巻き付けられていた絶縁膜部材３０がネール６０を包んで解けることによりバッテリーパック１０内部のセルを保護する方式を言う。
前記支持部材４０に折り畳まれて設置された場合は、前記絶縁膜部材３０が皺状に折り畳まれた構造を言うもので、前記絶縁膜部材３０が折り畳まれた状態で外部から衝撃が加わった場合、例えばネール６０のような物体が貫通する場合、絶縁膜部材３０のしわが展開しながらネール６０を包んで伸びることでバッテリーパック１０内部のセルを保護する方式を言う。
さらに他の好適な具現例として、前記絶縁膜部材３０を多数に分割でき、前記絶縁膜部材３０を固定支持している支持部材４０はハウジング２０の構造によって多数に分割して構成することができる。例えば、ハウジング２０が直方体の場合、一側面の両端に支持部材４０が設置され、直方体ハウジング２０の内側の四面の両端に支持部材４０を設置して前記絶縁膜部材３０を分割して構成することができる。そして、各頂点に形成された支持部材４０の間隔が狭いほど、物理的衝撃を加えるネール６０などから、バッテリーパック１０を保護する領域が広くなる利点がある。
他の好適な具現例として、前記絶縁膜部材３０は前記ハウジング２０内側の前後面、上下面及び左右面に設置することができる。
前記絶縁膜部材３０は、バッテリーハウジング２０の形状が変わっても、外部の物理的衝撃からバッテリーパック１０を保護するために、ハウジング２０の内側の前後面、上下面及び左右面に設置できる。
このような絶縁膜部材３０の設置によって、水平方向のネール貫通及び垂直方向のネール貫通からバッテリーパック１０を保護することができる。
図４はバッテリーパック保護装置５０が設置されたバッテリーの平面図を示す。そして、図５はネール６０のような物体がバッテリーに貫通したとき、バッテリーパック保護装置５０が作動する使用状態図を示す。
図５を参照すれば、バッテリーにネール６０のような物体による物理的な衝撃が加わったとき、弾性及び柔軟性を持つ絶縁体の絶縁膜部材３０は支持部材４０から引き出されるのでネール６０を包んでバッテリーセルを保護するとともにセル間の短絡を防止する。
さらに他の好適な具現例として、前記バッテリーパック１０は電気を利用するすべての車両のバッテリーパック１０を意味するもので、好ましくはＰＨＥＶ、ＨＥＶまたはＥＶのバッテリーパック１０を含む。すなわち、前記バッテリーパック保護装置５０はバッテリーパック１０を備えるすべての自動車に適用されることができ、好ましくはハイブリッド車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ）または電気自動車（ＥＶ）に適用することができる。
バッテリーパック保護装置５０を備えたバッテリーは、ＰＨＥＶ、ＨＥＶまたはＥＶのタイヤウェルに装着することにより、余裕空間を確保するとともに衝突安全性を確保したバッテリーの搭載が可能である。
図６はバッテリーに対するネール貫通（Ｎａｉｌ ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ）テストを示す写真である。
ネール貫通テストは尖った品物をバッテリーに一定速度で透過させて人為的に陽極と陰極が互いにくっつく内部短絡を発生させ、バッテリーの発火及び爆発発生の有無を観察するテストである。
図７は、ネール６０がモジュールの６番セルと７番セルの間を貫通することを示す。バッテリーパック保護装置５０を備えていない場合には、ネール６０が６番セルの上端部を貫通した後、ネール６０の進行方向がずれて７番セルを大きく貫通する。
そして、図８は、２次スモーク（ｓｍｏｋｅ）が発生した後に発火することを示す。２次スモークが発生する時点を見ると、発火原因は直列で連結された二つのセルがネール６０を介して電気的に連結され、発生した外部短絡電流（ｅｘｔｅｒｎａｌ ｓｈｏｒｔ ｃｉｒｃｕｉｔ ｃｕｒｒｅｎｔ）によるものであると判断される。
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、当業者にとってこのような技術はただ好適な具現例であるだけであり、これに本発明の範囲が制限されるものではないことは明らかである。
本発明は、バッテリーパック保護装置の分野に適用できる。
１０ バッテリーパック
２０ ハウジング
３０ 絶縁膜部材
４０ 支持部材
５０ バッテリーパック保護装置
６０ ネール（ｎａｉｌ）
２０ ハウジング
３０ 絶縁膜部材
４０ 支持部材
５０ バッテリーパック保護装置
６０ ネール（ｎａｉｌ）
Claims (7)
- バッテリーパック１０を取り囲むハウジング２０に絶縁膜部材３０及び支持部材４０が設置され、前記絶縁膜部材３０は前記ハウジング２０に固定設置された支持部材４０に巻き付けられるか引き出すことができる構造からなることを特徴とする、バッテリーパック保護装置。
- 前記絶縁膜部材３０及び支持部材４０は前記ハウジングの内部に設置され、前記絶縁膜部材３０は前記ハウジング２０の内部に固定設置された支持部材４０に巻き付けられるか引き出すことができる構造からなることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリーパック保護装置。
- 前記絶縁膜部材３０は弾性を持つ絶縁体の纎維材または合成樹脂材でなることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリーパック保護装置。
- 前記絶縁膜部材３０はハウジング２０の内部に固定設置された支持部材４０に引出可能な構造で巻き付けられているか折り畳まれて設置されたことを特徴とする、請求項１に記載のバッテリーパック保護装置。
- 前記絶縁膜部材３０は多数に分割構成されたことを特徴とする、請求項１に記載のバッテリーパック保護装置。
- 前記絶縁膜部材３０は前記ハウジングの内側の前後面、上下面及び左右面に設置されたことを特徴とする、請求項１に記載のバッテリーパック保護装置。
- 前記バッテリーパック１０は、ハイブリッド車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ）または電気自動車（ＥＶ）のバッテリーパック１０であることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリーパック保護装置。
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