JP2014190722A - 漏液検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリーケースの内部で少量の液体の増加があっても、液体の増加を確実に判断する。
【解決手段】バッテリーケース３の取出し部１１の周辺部位で、膨張ゴム３１の膨張によりスイッチ３３のスイッチ部３３ａを直接押してスイッチ３３をオン状態にし、液体の増加（漏液）を短時間で確実に検出し、配線が接近している部位での漏液を短時間で検出して、正極側配線７と負極側配線８の短絡を確実に阻止する。
【選択図】図５

Description

本発明は、例えば、電池モジュールが収容されたバッテリーケースの漏液を検出する漏液検出装置に関する。

環境へ排出される排ガスを削減するため、電気自動車が種々開発されている。電気自動車は、モータの駆動により動力を得ているため、電源となる電池セルを搭載している。電気自動車では、限られたスペースに多くの電池セルを搭載する必要があるため、複数の電池セルを積層して電池モジュールを形成し、多数の電池モジュールをフロア下等のバッテリケースに収納している。

電気自動車に搭載されるバッテリー装置は、走行に応じて充放電が繰り返されて電池セルの温度が上昇するため、複数の電池セルで構成される電池モジュールは、冷却装置により冷却されている。電池モジュールの冷却を行う冷却装置としては、冷却効率が高い水冷の冷却装置が従来から用いられている（例えば、特許文献１）。

水冷の冷却装置を備えたバッテリー装置では、多数の電池モジュールが収納されたバッテリーケース内の適宜箇所に冷却配管を配置し、冷却配管に冷却水を流通させて複数の電池セルを冷却するようになっている。冷却水は外部の熱交換器（例えば、蒸発器）により冷却され、冷媒として機能する冷却水が流通される。

バッテリー装置は高電圧の電気回路が構築されているため、水冷の冷却装置を用いた場合、漏液に対する対策を講じる必要がある。例えば、漏液を検出する漏液検出装置を備える必要がある。漏液検出装置は、一般的には、バッテリーケースに溜まった漏液（凝縮水）の水位を検出し、水位の上昇により漏液の発生を判断するようになっている。

水位を検出することで漏液の発生を判断する漏液検出装置では、少量の漏液では水位の上昇を検出することができず、ある程度の量の冷却水が漏れた状態になるまで漏液を検出することができなかった。

特開２００９−１３４９０１号公報

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、冷却手段が備えられたケースの内部で少量の漏液があっても、液体の増加を確実に判断することができる漏液検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の漏液検出装置は、冷却対象物が収容されたケースと、冷媒を循環させることによって前記冷却対象物を冷却する冷却手段と、前記ケース内の底部に設置され、液体を吸収することにより膨潤する膨張部材と、前記膨張部材の膨潤に基づき前記冷却手段の漏液を検出する漏液検出手段とを備えたことを特徴とする。

請求項１に係る本発明では、冷却手段の漏液によりケースの底部に液体が溜まると、膨張部材が液体を吸収して膨潤し、膨張手段の膨潤に基づき漏液検出手段により漏液が検出されるので、少量の液体の漏れであっても、短時間で、しかも安価で簡単にケース内の漏液を検出することができる。

このため、ケースの内部で少量の液体の増加があっても、液体の増加を確実に判断することが可能になる。

因みに、特開２０１０−１２２０３９号公報（先行例の技術）には、配管接続部にＩＣタグを設け、ＩＣタグの周囲を吸湿膨張材シートで覆い、吸湿膨張材シートの周囲を電磁遮蔽シートで覆い、水漏れ時には、吸湿膨張材シートを膨張させて電磁遮蔽シートを破壊し、ＩＣタグを通信可能とすることで、通信部位での配管接続部の水漏れを検知する液漏れ検知システムが開示されている。

この先行例の技術は、ＩＣタグが通信可能となった際に、通信可能となったＩＣタグが設けられた場所の（電子機器の）配管接続部の水漏れを検出する技術であり、電子機器等、精密部材の複数箇所の接続部の液漏れを高度な通信機能を用いて管理する技術である。

本願発明の技術は、ケース内（例えば、バッテリーケース内）の液体の増加を検出し漏液の有無を検出する技術であり、膨張部材を膨潤させて漏液検出手段を直接作動させる簡素な構成でケース（バッテリーケース）の内部の液体の増加を短時間で確実に判断するようになっている。このため、本願発明は、高価な通信機能を設ける必要がなく、先行例の技術は、ケース（バッテリーケース）の内部の液体の増加だけを判断する本願発明の技術とは相違する。

そして、請求項２に係る本発明の漏液検出装置は請求項１に記載の漏液検出装置において、前記ケースはバッテリーケースであり、前記冷却対象物は、前記バッテリーケースに収容された電池モジュールであることを特徴とする。

請求項２に係る本発明では、電池モジュールが収容されたバッテリーケースの冷却水の漏液を検出することができる。

また、請求項３に係る本発明の漏液検出装置は、請求項１もしくは請求項２に記載の漏液検出装置において、前記漏液検出手段は、押されることでオン状態となるスイッチ部を有すると共に、前記スイッチ部がオン状態である場合に漏液を検出し、前記膨張部材の膨潤方向は上方を含み、前記スイッチ部は、前記膨張部材の上方に設けられ、前記膨張部材が膨潤した際に膨潤部位が前記スイッチ部位を押すことによって前記スイッチ部がオン状態となることを特徴とする。

請求項３に係る本発明では、膨張部材が上方に膨潤することで膨潤部位によりスイッチ部位が押されてスイッチ部がオン状態となるので、漏液検出手段を確実にオン状態に作動させることができる。

また、請求項４に係る本発明の漏液検出装置は、請求項３に記載の漏液検出装置において、前記膨張部材の周囲には、前記膨張部材に対して同一液体量での膨張割合が相対的に低い材料の周囲部材が配され、前記膨張部材が液体を吸収した際に、前記周囲部材に対して前記膨張部材が上方に向かって膨張することを特徴とする。

請求項４に係る本発明では、周囲部材が膨張部材に対して膨張割合が相対的に低い材料とされているため、膨張部材の上方に向けての膨張を制御することができる。周囲部材としては、液体が吸収されずに膨張しない材料や、同一液体量での膨張割合が膨張部材よりも低い材料を用いることができる。

また、請求項５に係る本発明の漏液検出装置は、請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の漏液検出装置において、前記電池モジュールの正極側配線の端部が前記バッテリーケースの正極取出し部から取り出されると共に、前記電池モジュールの負極側配線の端部が前記バッテリーケースの負極取出し部から取り出され、前記膨張部材は、前記正極側配線の端部と前記負極側配線の端部が接近して配される部位に設置されることを特徴とする。

請求項５に係る本発明では、正極側配線の端部（端子）と負極側配線の端部（端子）が接近して高電位差が生じる部位の周辺部位の漏液を検出することができ、配線の端部（端子）が接近している部位での正極側配線と負極側配線の短絡を確実に阻止することができる。そして、膨張部材が膨潤することにより、正極側配線の端部（端子）と負極側配線の端部（端子）が接近している部位に対しての液体の浸入が物理的に阻止される。即ち、膨潤した膨張部材を、液体の浸入を物理的に阻止するダムとして機能させることができる。

また、請求項６に係る本発明の漏液検出装置は、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の漏液検出装置において、前記冷却手段は、冷媒が流通する配管部材と、循環した冷媒を冷却する熱交換器と、前記熱交換器で冷却された冷媒を圧送する圧送手段とを有することを特徴とする。

請求項６に係る本発明では、熱交換器（例えば、蒸発器）で冷却された冷却水を圧送手段（ポンプ）により配管部材に送り、電池モジュールの所定部位を循環した後の冷却水を熱交換器に循環させる構成の冷却系が構築される。冷却水を循環させる冷却系は、ケースの外部に構築しても良いし、ケースの内部に構築しても良い。

また、請求項７に係る本発明の漏液検出装置は、請求項６に記載の漏液検出装置において、前記漏液検出手段の漏液検出状況が入力される制御手段を備え、前記制御手段は、前記漏液検出手段が漏液を検出した場合に前記圧送手段を停止させることを特徴とする。

請求項７に係る本発明では、漏液により漏液検出手段がバッテリーケース内の液体の増加を検出した際に、圧送手段を停止させて冷却水の循環を停止させ、漏液の拡大を防止することができる。

バッテリーケースが車両に適用される場合、車両で漏電が生じた際には、例えば、車両を安全に停止させることが促進され、その後、シフトレバーがパーキングに操作された後に、強制的に断線させるようになっている。このため、漏電が生じた際には、断線させる前に圧送手段を停止させて漏液の拡大を防止することが有意義となる。

また、請求項８に係る本発明の漏液検出装置は、請求項２から請求項７のいずれか一項に記載の漏液検出装置において、前記電池モジュールが収容されるバッテリーケースが車両に搭載され、前記電池モジュールの電力が前記車両の走行駆動源とされることを特徴とする。

請求項８に係る本発明では、バッテリーケースに収容された電池モジュールの電力が走行駆動源とされる車両に適用することができる。

本発明の漏液検出装置は、冷却手段が備えられたケースの内部で少量の漏液があっても、液体の増加を確実に判断することが可能になる。

本発明の一実施例に係る漏液検出装置を備えた電気自動車の外観図である。 本発明の一実施例に係る漏液検出装置の分解斜視図である。 配線の概念図である。 冷却系統の概念図である。 配線の取出し部の斜視図である。 図５の平面図である。 漏液検出手段の動作説明図である。

図１から図４に基づいて本発明の一実施例に係る漏液検出装置を説明する。

図１には電池モジュールを収容したバッテリーケースの漏液を検出する本発明の一実施例に係る漏液検出装置を備えた電気自動車の外観を表す分解斜視、図２には電池パックの分解斜視、図３には電池パックにおける配線の概念、図４には電池パックの冷却系統の概念を示してある。

図１に示すように、車両としての電気自動車１のフレーム（図示省略）には電池パック２が取り付けられている。電池パック２は、ケースとしてのバッテリーケース３、及び、バッテリーケース３の内部に固定（収容）される複数の冷却対象物としての電池モジュールにより形成されている。

図２に示すように、電池モジュール４は複数の電池セル５から構成され、バッテリーケース３のトレイに複数の電池モジュール４が固定されている。複数の電池セル５が接続されることにより、走行駆動用等の動力源となる高電圧回路が形成される。つまり、図２、図３に示すように、複数の電池モジュール４における電池セル５の正極側の端子と負極側の端子がブスバー６により互いに接続され、高電圧回路が形成されている。

そして、例えば、一端部の電池モジュール４の正極側の端子に正極側配線７が接続され、正極側配線７はバッテリーケース３の取出し部１１（正極取出し部）から外部に取出されている。また、他端部の電池モジュール４の負極側の端子に負極側配線８が接続され、負極側配線８はバッテリーケース３の取出し部１１（負極取出し部）から外部に取出されている。

一方、図１、図４に示すように、電池モジュール４を冷却する水冷冷却手段１５が備えられている。即ち、冷却水が電池モジュール４のヒートシンク等に送られ、冷却水により電池モジュール４（電池セル５）が冷却される。

水冷冷却手段１５は、例えば、バッテリーケース３の取出し部１１（入口部）に循環配管２１の冷却水の供給側の端部が接続され、バッテリーケース３の後側（取出し部１１の反対側：出口部）に循環配管２１の冷却水の排出側の端部が接続されている。バッテリーケース３の内部には、取出し部１１（入口部）から電池モジュール４の所定部位（ヒートシンク等）を循環して出口部まで繋がる配管部材２２が備えられている。

バッテリーケース３の外側に配される循環配管２１には、電池モジュール４を冷却した後の冷却水を冷却する熱交換器（例えば、蒸発器）２３が備えられている。熱交換器２３で冷却された冷却水は圧送手段としての給水ポンプ２４により循環配管２１を介して配管部材２２に圧送される。

つまり、熱交換器２３で冷却された冷却水が給水ポンプ２４により配管部材２２に送られ、電池モジュール４の所定部位を循環した冷却後の冷却水が熱交換器２３に循環される冷却系が構築されている。

主に図５から図７に基づいて液体増加の検出構成を説明する。

図５には配線の取出し部の斜視状況、図６には図５の平面視状況を示してある。また、図７には漏液検出手段（スイッチ）の動作説明を示してあり、図７（ａ）はスイッチ部が押される前の状態、図７（ｂ）はスイッチ部が押されている状態である。

図５（図２）、図６に示すように、バッテリーケース３の取出し部１１の底部には、円柱状の膨張ゴム３１が設けられている。膨張ゴム３１は、バッテリーケース３内の液体（水分）が増加すると、液体を吸収することにより膨潤する膨張部材である。バッテリーケース３の取出し部１１には、正極側配線７の端部と負極側配線８の端部が接近して（図６中幅ｈ）配され、取出し部１１の部位は高電位差が生じる部位とされている。

主に図７に示すように、膨張ゴム３１の周囲には、膨張ゴム３１に対して同一液体量での膨張割合が相対的に低い材料のゴムの周囲ゴム３５が配され、膨張ゴム３１が液体を吸収した際に、周囲ゴム３５に対して膨張ゴム３１が上方に向かって膨張するようになっている。

バッテリーケース３の取出し部１１にはステー３２を介して漏液検出手段としてのスイッチ３３が取り付けられ、スイッチ３３は膨張ゴム３１の上側に対向して取り付けられている。スイッチ３３はスイッチ部３３ａが上方に押されることでオン状態とされるスイッチであり、膨張ゴム３１は液体を吸収することにより周囲ゴム３５に規制されて上方に膨潤し、膨潤部位がスイッチ３３のスイッチ部３３ａを直接押してオン状態にさせる。

つまり、図７（ａ）に示すように、通常時には、膨張ゴム３１及び周囲ゴム３５は上面が略同じ高さに揃えられて配置されている。図７（ｂ）に示すように、液体が増加してバッテリーケース３の取出し部１１（高電位差が生じる部位）の底面に水Ｗが溜まり始めると、膨張ゴム３１が液体を吸収し、周囲ゴム３５に対して膨張ゴム３１が上方に向かって（スイッチ３３のスイッチ部３３ａが押される方向に）膨張する。

膨張ゴム３１が膨張することにより膨潤部によりスイッチ３３のスイッチ部３３ａが直接押されてオン状態になり、スイッチ部３３ａがオン状態になることによりバッテリーケース３の取出し部１１（高電位差が生じる部位）での液体の増加が検出される。このため、バッテリーケース３の内部で漏液があった場合に、短時間で取出し部１１での液体の増加が判断される。

尚、膨張ゴム３１の周囲に膨張割合が相対的に低い周囲ゴム３５を配して膨張ゴム３１の膨潤方向を上方に制御しているが、膨張ゴム３１の周囲に液体を吸収しない部材を配することも可能である。また、周囲ゴム３５を省略することも可能である。

スイッチ３３の作動情報は制御手段（ＥＣＵ）２５に入力され、ＥＣＵ２５でスイッチ３３の作動が判断された際に、ＥＣＵ２５は給水ポンプ２４に停止の指令を出力する。つまり、バッテリーケース３の内部で液体の増加があった場合（冷却水の漏れがあった場合）、給水ポンプ２４を停止させる。

上述した漏液検出装置の作用を説明する。

電池モジュール４（電池セル５）を冷却するため、水冷冷却手段１５の給水ポンプ２４の駆動により冷却水がバッテリーケース３の内部に送られる。水冷冷却手段１５の運転中に、バッテリーケース３の内部で冷却水の漏れが生じた場合、バッテリーケース３の底面に漏れた冷却水が溜まり始める。

正極側配線７の端部と負極側配線８の端部が接近して（図６中幅ｈ）配されて高電位差が生じる部位とされる、バッテリーケース３の取出し部１１に冷却水が溜まると、高電位差が生じる部位で正極側配線７と負極側配線８が短絡する虞があるため、冷却水の漏れの拡大を抑制する必要がある。

バッテリーケース３の取出し部１１の底部の液体が増加すると（漏れた冷却水が溜まり始めると）、膨張ゴム３１が液体を吸収して上方に向かって（スイッチ３３のスイッチ部３３ａを押す方向に）膨張する。膨張ゴム３１が膨張することにより膨潤部によりスイッチ３３のスイッチ部３３ａが直接押されてオン状態にされる（スイッチ３３が作動される）。スイッチ３３の作動によりバッテリーケース３の取出し部１１での液体の増加が短時間で検出される。

スイッチ３３の作動情報はＥＣＵ２５に入力され、ＥＣＵ２５から給水ポンプ２４に停止の指令が出力される。つまり、バッテリーケース３で漏液があった場合、取出し部１１での液体の増加が短時間で検出され、給水ポンプ２４を停止させて水冷冷却手段１５の冷却水の循環を停止させ、水漏れの拡大を防止する。

上述した構成では、正極側配線７の端部と負極側配線８の端部が接近して配され、高電位差が生じる部位となっているバッテリーケース３の取出し部１１の周辺部位で、膨張ゴム３１の膨張によりスイッチ３３のスイッチ部３３ａが直接押されることでオン状態になり、液体の増加（漏液）を短時間に、しかも、確実に検出することができる。このため、配線の端部が接近している部位での漏液を短時間に検出することができ、正極側配線７の端部と負極側配線８の端部が接近して高電位差が生じる部位の短絡を確実に阻止することができる。

そして、膨張した膨張ゴム３１が液体の浸入を物理的に阻止するダムとして機能し、正極側配線７の端部と負極側配線８の端部が接近している部位の取出し部１１に対して、バッテリーケース３の本体側（電池モジュール４が収納されている側）からの液体の浸入を物理的に阻止することができる。

上述した漏液検出手段では、バッテリーケース３の取出し部１１の底部の液体が増加すると、膨張ゴム３１が液体を吸収して膨潤し、スイッチ３３のスイッチ部３３ａが直接押されてスイッチ３３が物理的に作動され、液体の増加（漏液）が検出される。このため、水位が増加しない状態であってもバッテリーケース３内での水漏れを短時間で検出することができ、バッテリーケース３の内部で少量の液体の増加があっても、漏液を確実に判断することが可能になる。

上述した実施例では、バッテリーケース３の取出し部１１に正極側配線７の端部と負極側配線８の端部が接近して配され、取出し部１１に膨張ゴム３１及びスイッチ３３を設けた例を挙げて説明したが、バッテリーケース３の電池モジュール４が収納されている部位の適宜箇所に膨張ゴム３１及びスイッチ３３を設けることも可能である。

また、バッテリーケース３の取出し部１１に正極側配線７の端部と負極側配線８の端部が接近して配された例を挙げて説明したが、他の部位で正極側配線７と負極側配線８が接近して配されたバッテリーケースであっても適用することが可能である。

この場合、正極側配線７の端部と負極側配線８の端部が接近して配された部位の底部に膨張ゴム３１を配し、対応部位にスイッチ３３を設けることで、漏液を短時間で確実に検出することができ、高電位差が生じる部位での正極側配線７と負極側配線８の短絡を抑制することが可能になる。

また、水冷冷却手段１５として、バッテリーケース３の取出し部１１（入口部）に循環配管２１の冷却水の供給側の端部が接続され、バッテリーケース３の後側（取出し部１１の反対側：出口部）に循環配管２１の冷却水の排出側の端部が接続された例を挙げて説明したが、バッテリーケース３の取出し部１１に、循環配管２１の冷却水の供給側の端部及び循環配管２１の冷却水の排出側の端部の両方を接続することも可能である。

また、電気自動車１の電池パック２の漏液を例に挙げて本発明の漏液検出装置を説明したが、漏液を検出するための電池パックとしては、家庭用や業務用の蓄電池や、ハイブリッド自動車等他の車両や乗り物の蓄電池の電池パックに適用することも可能である。

更に、冷却対象物として電池モジュール４を収容したバッテリーケース３の漏液の検出を例に挙げて説明したが、本発明の漏液検出装置は、電池モジュール４を収容したバッテリーケース３の他にも、冷却対象物が収容されるケースの漏液の検出に適用することが可能である。

本発明は、冷却対象物が収容されたケースの漏液を検出する漏液検出装置の産業分野で利用することができる。

１ 電気自動車
２ 電池パック
３ バッテリーケース
４ 電池モジュール
５ 電池セル
６ ブスバー
７ 正極配線
８ 負極配線
１１ 取出し部
１５ 水冷冷却手段
２１ 循環配管
２２ 配管部材
２３ 熱交換器
２４ 給水ポンプ
２５ ＥＣＵ
３１ 膨張ゴム
３２ ステー
３３ スイッチ
３５ 周囲ゴム

Claims (8)

1. 冷却対象物が収容されたケースと、
   冷媒を循環させることによって前記冷却対象物を冷却する冷却手段と、
   前記ケース内の底部に設置され、液体を吸収することにより膨潤する膨張部材と、
   前記膨張部材の膨潤に基づき前記冷却手段の漏液を検出する漏液検出手段とを備えた
   ことを特徴とする漏液検出装置。
2. 請求項１に記載の漏液検出装置において、
   前記ケースはバッテリーケースであり、
   前記冷却対象物は、前記バッテリーケースに収容された電池モジュールである
   ことを特徴とする漏液検出装置。
3. 請求項１もしくは請求項２に記載の漏液検出装置において、
   前記漏液検出手段は、押されることでオン状態となるスイッチ部を有すると共に、前記スイッチ部がオン状態である場合に漏液を検出し、
   前記膨張部材の膨潤方向は上方を含み、
   前記スイッチ部は、前記膨張部材の上方に設けられ、
   前記膨張部材が膨潤した際に膨潤部位が前記スイッチ部位を押すことによって前記スイッチ部がオン状態となる
   ことを特徴とする漏液検出装置。
4. 請求項３に記載の漏液検出装置において、
   前記膨張部材の周囲には、前記膨張部材に対して同一液体量での膨張割合が相対的に低い材料の周囲部材が配され、
   前記膨張部材が液体を吸収した際に、前記周囲部材に対して前記膨張部材が上方に向かって膨張する
   ことを特徴とする漏液検出装置。
5. 請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の漏液検出装置において、
   前記電池モジュールの正極側配線の端部が前記バッテリーケースの正極取出し部から取り出されると共に、前記電池モジュールの負極側配線の端部が前記バッテリーケースの負極取出し部から取り出され、
   前記膨張部材は、
   前記正極側配線の端部と前記負極側配線の端部が接近して配される部位に設置される
   ことを特徴とする漏液検出装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の漏液検出装置において、
   前記冷却手段は、
   冷媒が流通する配管部材と、
   循環した冷媒を冷却する熱交換器と、
   前記熱交換器で冷却された冷媒を圧送する圧送手段とを有する
   ことを特徴とする漏液検出装置。
7. 請求項６に記載の漏液検出装置において、
   前記漏液検出手段の漏液検出状況が入力される制御手段を備え、
   前記制御手段は、前記漏液検出手段が漏液を検出した場合に前記圧送手段を停止させる
   ことを特徴とする漏液検出装置。
8. 請求項２から請求項７のいずれか一項に記載の漏液検出装置において、
   前記電池モジュールが収容されるバッテリーケースが車両に搭載され、
   前記電池モジュールの電力が前記車両の走行駆動源とされる
   ことを特徴とする漏液検出装置。

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