JP5858229B2 - 電動車両の消火構造 - Google Patents

Description

本発明は、電動車両のバッテリからの火災を消火可能とした電動車両の消火構造に関する。

電動車両の多くは、バッテリ、例えばリチウムイオン電池など多数の二次バッテリや、同二次バッテリのエネルギーで駆動輪を駆動する走行用の電動モータなどを搭載して、二次バッテリを電力源に走行を行う。
こうした電動車両では、二次バッテリへの衝撃保護及び、人体に対する感電保護などの安全性を確保するために、高い剛性強度をもつ密閉式の金属製のバッテリケース内に二次バッテリを収める。また、同密閉したバッテリケース内では、二次バッテリから生ずる発熱を抑えるために、バッテリ冷却装置などが用いられる。特にバッテリ冷却装置では、高い冷却性能を確保するため、バッテリケース内に配置した吸熱部とバッテリ外に配置した放熱部とを間に冷却液を循環させる液冷式、例えば水冷式の構造が用いられる傾向にある。

二次バッテリからの火災には、直接、二次バッテリへ水などの消火液（消火剤）を放水することが有効であるが、二次バッテリは、感電から保護するバッテリケース内に収められているため、消防車などから、直接、二次バッテリに放水することは困難である。
そこで、二次バッテリの火災を消火する技術として、特許文献１のような二次バッテリの水冷式のバッテリ冷却装置における冷却液循環路の一部を、融点の低い部材で形成して、火災の要因となる発火が生じると、当該冷却液循環路部分が溶融して破損し、同破損個所から、二次バッテリの冷却用の冷却水（冷却液）をバッテリパック内へ注水する消火構造が提案されている。

また特許文献２のような急速充電装置に、消火剤供給装置を設け、電動車両と急速充電装置との充電接続時に、当該消火剤供給装置を、電動車両の二次バッテリを冷却する通路に接続する構造にして、二次バッテリの充電時、二次バッテリが発火する事態が生ずると、急速充電装置に据付けた消火剤供給装置から消火剤（冷却液）を、接続した通路を通じて、二次バッテリへ供給させる消火構造も提案されている。

特開２００９− ５４２９７号公報 特開２０１１− ６５８０５号公報

ところで、衝突事故などを想定した電動車両における二次バッテリの火災を消火したり発火を抑えたりするには、種々の点を考慮すると、電動車両が路上に残されるなどの状況でも、消火剤を二次バッテリへ供給できること、またバッテリの安定のため、二次バッテリの全体が消火剤で浸漬される状況、すなわちバッテリパック内部の全体を消火剤で満たせることが求められる。

ところが、前者の消火構造だと、二次バッテリの消火（発火を抑制を含む）には、予め二次バッテリを冷却するためタンク内に所定量貯留していた冷却液を用いるため、冷却液の量には限りがある。このため、バッテリケース内の二次バッテリの全体を浸漬させるのは困難で、十分な消火には至らないおそれがある。
後者の急速充電スタンドに組み付いている消火剤供給装置を電動車両に接続する消火構造だと、急速充電スタンドにおいて電動車両が、停止または駐車している状況でしか消火機能は働かない。このため、種々の状況、特に電動車両が事故などで路上に残される状況には対応できない。

そこで、本発明の目的は、路上などに電動車両が残されるような種々の状況でも、外部からの消火剤の供給で、バッテリの全体を浸漬可能にした電動車両の消火構造を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するために、液冷式のバッテリ冷却装置のバッテリケース外に配置される冷却液循環路部分に、火災の消火作業を行う消火装置の消火剤吐出部と接続可能な消火剤用注入口部を設け、バッテリケース内に配置される冷却液循環路部分の一部に、消火剤用注入口部から冷却液循環路内へ圧送される消火剤の圧力を受けて当該冷却液循環路部分の路壁を破損させる脆弱部を設けることとした。

同構成によると、例えば路上に残された電動車両において、バッテリの火災を抑えることが必要になったときは、消火装置を、この電動車両の有る地点へ配置し、この消火装置の消火剤吐出部を、電動車両の冷却液循環路に有る消火剤用注入部に接続し、この消火剤用注入部を通じて、消火装置から消火剤を冷却液循環路へ圧送すればよい。すなわち、冷却液潤滑路の一部に形成されている脆弱部が、消火剤の圧力を受けて破損し、この破損した部分から消火剤がバッテリケース内へ供給される。多量の消火剤の供給により、バッテリケース内は消火剤で満たされ、バッテリケース内のバッテリの全体は消火剤で浸漬される。これにより、バッテリは、発火が抑えられるだけでなく、冷却により安定、さらにはバッテリケース内で安定した放電が行われ、バッテリの火災は抑えられる（消火）。しかも、電動車両は、路上のみならず、停止状態である限り、どのような場所でも消火作業が行え、どのような状況でもバッテリの消火作業が行える。

請求項２に記載の発明は、さらに迅速に消火剤がバッテリへ供給されるよう、脆弱部は、バッテリケース内に配置される冷却液循環路部分のうち、屈曲部の外側に設けることとした。
請求項３に記載の発明は、屈曲部の外側が、バッテリケース内に配置される冷却液循環路部分のうち、消火剤注入口部から圧送された消火剤の流れと向き合う路壁であることとした。
請求項４に記載の発明は、さらに消防車両や近隣の消防設備などから消火作業を行えるよう、消火装置の消火剤吐出部は、消防車両や消防設備の消火液を放水する放水ホースの端部であるものとした。

請求項１の発明によれば、バッテリの消火が求められるときは（発火の抑制を含む）、消火剤用注入部に消火装置の消火剤吐出部を接続し、消火剤用注入部を通じ、消火装置から消火剤を冷却液循環路へ圧送するだけで、バッテリの発火抑制、消火が行われる。すなわち、脆弱部が消火剤の圧力を受けて破損し、破損した部分から消火剤がバッテリケース内へ供給され、バッテリケース内に満たされる消火剤でバッテリの全体を浸漬し、バッテリの発火を抑える（消火）。

したがって、路上に電動車両が残される状況でも、外部からの消火剤供給作業により、バッテリの発火抑制、消火作業が行え、車両が停止状態にある限り、どのような車両状況においても、バッテリを有効に消火（発火抑制を含む）できる。
請求項２，３の発明によれば、脆弱部は、供給される消火剤の圧力によって速やかに破損するから、迅速に消火剤をバッテリに供給することができる。

請求項４の発明によれば、さらに消防車両や近隣の消防設備を用いて、効果的に消火作業（発火抑制を含む）を進めることができる。

本発明の一実施形態に係る電動車両を、バッテリを消火する消火構造と共に示す斜視図。 図１中のＡ部の脆弱部の有る部分を拡大して示す斜視図。 同脆弱部の構造を示す分解斜視図。 図１中のＢ部の消火剤用注入口部を拡大して示す斜視図。 同消火剤用注入口部の構造を、消火装置の消火剤吐出部と共に示す斜視図。 冷却水循環路の湾曲部に設けられた脆弱部を示す断面図。

以下、本発明を図１〜図５に示す一実施形態にもとづいて説明する。
図１は本発明を適用した電動車両の概略構成を示し、図２〜図５は同電動車両のうちの要部となる各部の構成をそれぞれ示している。
電動車両は、例えば図１に示されるように車体１の前後方向中央に形成されている客室２、リヤ側に形成されている荷室３に渡り、フロア４（一部だけ図示）が設けられている。荷室３のフロア４下に形成されているパワーユニット室５には、後輪７（走行用の駆動輪に相当）を駆動する走行用の電動モータ８やインバータ９や車載充電器１０などが設けられている。ちなみに、パワーユニット室５のフロア部分には、メンテナンス用の開閉蓋４ａが設けてある。

また客室２のフロア４下には、当該フロア４下のスペースを占めるよう、扁平形のバッテリパック１１が据え付けられている。さらに車体１のフロント側に形成された補機室１３には、空調装置１４が収められている。
このうちバッテリパック１１は、例えば上下で分割可能な扁平箱形のバッテリケース１３内の前後部に、バッテリであるところの多数の二次バッテリ、例えば多数のリチウムイオンバッテリセルを積層してなる複数のバッテリモジュール１５を収めて構成される。ここでは、複数のバッテリモジュール１５は、車幅方向に重ねた状態で収められている。バッテリケース１３は、高い剛性強度をもつ密閉式の金属製のケース部材で形成され、不慮の感電から保護、さらには外部の衝撃からバッテリモジュール１５を保護できるようにしている。このバッテリパック１１が、インバータ９を介して電動モータ８に接続され、バッテリモジュール１５に蓄えたエネルギー（電力）で電動モータ８を駆動して走行が行えるようにしている。

空調装置１４は、エバポレータ１７やヒータコア（図示しない）や各種モードの吹き出しを構成する吹出口や送風機やダンパ類や（いずれも図示しない）を収めた温度調整ユニット１６に、冷凍サイクル機器を接続した構造で構成されている。ここでは、エバポレータ１７に、冷媒循環路１９を介して、電動コンプレッサ２０、膨張弁（図示しない）などを接続して、冷凍サイクルを構成してあり、冷凍サイクル運転とヒータコアのヒータ運転との組み合わせ、さらには送風機やダンパ類の動きにより、所定の温度に調整された冷風、同じく温風が客室２内へ供給されるようにしてある。

またバッテリパック１１には、バッテリ冷却装置、例えば冷凍サイクルを冷却源とした水冷式（液冷式）のバッテリ冷却装置２２が組み付けられている。
バッテリ冷却装置２２は、バッテリケース１３の内部、例えばバッテリモジュール１５間に、吸熱部をなす熱交換機器、例えばヒートシンク２４をそれぞれ介装する。バッテリバック１１外、例えば温度調整ユニット１６の周辺に、放熱部をなす熱交換機器、例えばヒートシンク２６を配置する。パワーユニット室５内に、冷却水（本願の冷却液に相当）を貯留するコンデンスタンク２７を設ける。これら機器を、電動式のウォータポンプ２８を介装した冷却水循環路２９（本願の冷却液循環路に相当）で、順に接続した構造となっている。

ここでは、冷却水循環路２９のうち、バッテリパック１１内の冷却水循環路１９部分は、例えば図２に拡大して示されるように各バッテリモジュール群の側方に、バッテリモジュール１５の重なる方向（車幅方向）に沿って、往側のヘッダ配管部材３１、復側のヘッダ配管部材３２をそれぞれ配管し、これらヘッダ配管部材３１，３２に、各ヒートシンク２４から延びる冷却水入口部２４ａ，冷却水出口部２４ｂを接続する。これらヘッダ配管部材３１，３２の端部が、バッテリケース１３の壁を水密に貫通して、バッテリケース１３外の冷却水循環路２９部分を構成する配管部材３０と連結されている。これで、各ヒートシンク２４を、コンデンスタンク２７およびウォータポンプ２８を介してヒートシンク２６につなげている。

ヒートシンク２６は、例えばエバポレータ１７と並列に接続されている冷却器３３に組み込まれ、冷凍サイクルで冷却される冷却器３３により、冷却される構造となっている。つまり、ウォータポンプ２８の運転により、ヒートシンク２６で冷却された冷却水が各ヒートシンク２４へ循環して、バッテリモジュール１５を冷却（水冷）する構造にしている。ちなみに、３５は、冷媒の流れを、冷却器３３へ向かう流れに変えるための切換弁を示している。

この電動車両には、バッテリモジュール１５の火災を消火したり発火を抑えたりする消火構造が設けられている。この消火構造には、バッテリモジュール１５（バッテリ）を冷却するバッテリ冷却装置２２（水冷式）を流用して、外部の消火装置、例えば火災の消火作業を行う消防車両や消防設備などから、バッテリモジュール１５へ直接、消火剤、ここでは消火液の供給が行えるようにした構造が用いられている。

同構造には、バッテリパック１１外の冷却水循環路２９部分の一部、例えばコンデンスタンク２７に消火剤注入口部３８を設け、バッテリパック１１内の冷却水循環路１９部分のうち屈曲部に脆弱部４３が設けられた構造が用いられている。ここで、バッテリパック１１内の冷却水循環路１９部分は、消火剤注入口部３８から供給された消火剤の流れと向き合う路壁を有する経路をもっており、ここで言うバッテリパック１１内の冷却水循環路１９部分のうちの屈曲部とは、この路壁に相当する。ここでは、往側のヘッダ配管部材３１、復側のヘッダ配管部材３２の一部、例えば後述する入出配管の分岐により屈曲部が形成されるヘッダ配管部材端に、脆弱部４３を設ける構造が用いられている。図２，３には、このうちの脆弱部４３の詳細な構造が示され、図４，５には消火剤注入口部３８の詳細な構造が示されている。

すなわち、消火剤注入口部３８は、図４および図５に示されるように通常の冷却水注入口部２７ａの他に、コンデンスタンク２７のタンク壁、ここでは上部壁の一部に、消防車両や消防設備から延びる放水ホース４２（本願の消火剤吐出部に相当）の端部、例えば放水ノズル部４２ａが挿入可能な口径をもつ専用の注入口体３９を設けて構成される。注入口体３９は、通常は蓋体４０で塞いである。同構造により、荷室フロアに有る開閉蓋４ａを開き、露出するコンデンスタンク２７の蓋体４０を開け、開放した注入口体３９に放水ホース４２の先端部を挿入ならびに接続して放水を行うと、消防車両や消防設備からの多量の消火液が、注入口体３９から冷却水循環路２９へ圧送、すなわち供給できるようにしている。

また脆弱部４３は、図２および図３に示されるようにヘッダ配管部材３１，３２から同配管部材３１，３２の曲がる箇所を経てヒートシンク２４へ向かうバッテリパック１１内の経路αのうち、例えばヘッダ配管部材３１，３２の先端開口を塞ぐ路壁に設けられている。同部分は、通常、プラグ部材４４を強固に取着して閉塞される部位であるが、ここではプラグ部材４４は、例えば浅い圧入構造など、他部分よりも固定力を抑えた構造で配管部材端に固定され、注入口体３９から冷却水循環路１９へ供給（圧送）される消火液（消火剤）の圧力（一定以上の圧力）を受けると、配管部材端の路壁部分だけが破損、すなわちプラグ部材４４が配管部材端から抜け出る構造にしている。つまり、配管部材端の路壁部分は、注入口体３９から供給された消火剤の流れと向き合う部分なので、受ける消火液の圧力は他の配管部材の部分よりも大きい。よって、脆弱部４３を配管部材端の路壁部分に設けること、つまり、プラグ部材４４を他部分よりも固定力を抑えた構造で配管部材端に固定することで、冷却水循環路１９への消火液供給時に、よりスムーズにプラグ部材４４が配管部材端から抜け出ることを可能としている。

ちなみに、固定力を抑える構造は、他の構造でも構わない。例えば、配管部材端の路壁部分を、他の配管部材の部分に用いられる素材よりも強度の低い素材で形成したり、他の配管部材の部分よりも板厚を薄く形成したりして、消火液の圧力を受けると、その路壁部分だけ破損させるようにしてもよい。これにより、消防車両や消防設備からの多量の消火液を、破損した部分を通じて、直接、バッテリケース１１内のバッテリモジュール１５へ供給できるようにしている。

また、バッテリパック１１内の冷却水循環路１９部分は、プラグ部材４４が配管部材端に固定された構造でなくてもよく、消火剤注入口部３８から供給された消火剤の流れと向き合う路壁を有する経路をもった構造でなくてもよい。例えば図６に示すように、バッテリパック１１内の冷却水循環路１９部分に湾曲部１８が設けられる場合、この湾曲部１８の内側部分１８ａと外側部分１８ｂのうち、外側部分１８ｂを本発明で言うバッテリパック１１内の冷却水循環路１９部分のうちの屈曲部としてもよい。つまり、注入口体３９から消火液が供給されたときに破損する脆弱部４３を、湾曲部１８の外側部分１８ｂに設けてもよい。湾曲部１８の外側部分１８ｂに設けられた脆弱部４３（図６中の黒色部分）は、他の配管部材の部分に用いられる素材よりも強度の低い素材で形成されたり、他の配管部材の部分よりも板厚を薄く形成されることによって構成され、消火液の圧力を受けると、外側部分１８ｂだけが破損する。外側部分１８ｂは、他の配管部材の部分よりも供給された消火液による圧力を受けやすい箇所であるため、脆弱部４３を外側部分１８ｂに設けることで、冷却水循環路１９への消火液供給時に、スムーズに脆弱部４３を破損させることが可能となる。これにより、消防車両や消防設備からの多量の消火液を、破損した部分を通じて、直接、バッテリケース１１内のバッテリモジュール１５へ供給できる。

こうした脆弱部４３を用いた消火構造で、例えば衝突事故などより、路上に残された状態となった電動車両のバッテリモジュール１５（二次バッテリ）に対する消火作業（発火抑制を含む）を行うとする。
このときは、車体１のリヤのテールゲート（図示しない）を開き、さらに荷室フロアに有る開閉蓋４ａを開き、消火剤注入口部３８の有るコンデンスタンク２７を外部に露出させる。ついで、図５に示されるようにコンデンスタンク２７の蓋体４０を開け、開放した注入口体３９に、例えば事故で駆け付けていた消防車両や近くの消防設備から延びる放水ホース４２の先端部を挿入して接続する。続いて、放水ホース４２から放水を行う。これにより、消防車両や消防設備から多量の消火液が、高圧力（一定以上の圧力）で、注入口体３９へ注入（圧送）され、冷却水循環路２９の各部に圧送される。

ここで、バッテリケース１３内に配管されたヘッダ配管部材３１，３２の一部、ここでは各ヘッダ配管部材端のプラグ部材４４を、抜け出やすい構造にして、プラグ部材４４の有る路壁部分を破損しやすい脆弱部４３としている。
このため、プラグ部材４４は、供給される消火剤の圧力（一定以上の圧力）を受けると、ヘッダ配管部材３１，３２の端から抜け出て、プラグ部材４４の有る路壁部分が破損を起こす。この破損した部分から多量の消火液がバッテリケース１３内へ供給される。すると、バッテリケース１３の内部は消火液で次第に満たされ、バッテリケース内１３のバッテリモジュール１５（二次バッテリ）の全体は消火液で浸漬される。

これにより、バッテリモジュール１５は、消火液により発火が抑えられるだけでなく、冷却により安定、さらにはバッテリケース１３内で安定した放電が行われる。つまり、バッテリモジュール１５（二次バッテリ）の火災は抑えられる（消火）。
こうした水冷式のバッテリ冷却装置２２を流用して、外部からの消火液の供給で、バッテリモジュール１５を浸漬させる消火構造は、どのような状況でもバッテリモジュール１５（二次バッテリ）の全体を消火液で浸漬させることができるうえ、路上のみならず、電動車両が停止状態である限り、どのような場所でも消火作業が行える。

それ故、バッテリモジュール１５は、種々の電動車両の状況でも、十分に消火に対する対応ができる。しかも、構造は簡単である。そのうえ脆弱部４３は、冷却水循環路１９部分の屈曲部の外側に設けたことにより、速やかに破損できるようになる。特に冷却水循環路１９部分の経路αのうち、ヘッダ配管部材３１，３２の端のような消火液の流れと向き合う路壁に脆弱部４３を設けると、同部分が、格段に圧送（供給）される消火液の圧力で破損しやすくなり、迅速に消火液をバッテリモジュール１５に供給することができる。

そのうえ、消火剤注入口部３８は、火災の消火を専門とする消防車両や消防設備の放水ホース４２（消火剤吐出端部）と接続可能なので、事故で駆け付けた消防車両や近くの消防設備などから多量の消火液を供給して、効果的に消火作業を行うことができる。
なお、本発明は、上述した一実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々可変して実施しても構わない。例えば一実施形態では、プラグ部材を抜け出やくした構造から脆弱部を構成したが、これに限らず、他の構造で脆弱部を構成してもよい。また脆弱部は、ヘッダ配管部材の端に設けたが、これに限らず、他の地点に設けても構わない。

７ 後輪（駆動輪）
８ 電動モータ
１１ バッテリパック
１３ バッテリケース
１５ バッテリモジュール（バッテリ）
２２ 液冷式のバッテリ冷却装置
２４ ヒートシンク（吸熱部）
２６ ヒートシンク（放熱部）
２９ 冷却水循環路（冷却液循環路）
３１，３２ ヘッダ配管部材
３８ 消火剤注入口部
４２ 消防車両や消防設備の放水ホース（消火装置、消火剤吐出部）
４３ 脆弱部
４４ プラグ部材

Claims (4)

1. 電動車両の駆動輪を駆動する電動モータと、
   バッテリをバッテリケース内に収めて構成され、前記電動モータへ駆動電力を供給するバッテリパックと、
   前記バッテリケース内に配置した吸熱部と前記バッテリケース外に配置した放熱部間を冷却液循環路で接続して構成され、冷却液の循環により前記バッテリを冷却するバッテリ冷却装置と
   を有した電動車両において、
   前記バッテリケース外に配置される冷却液循環路部分に設けられ、火災の消火作業を行う消火装置の消火剤吐出部と接続可能な消火剤用注入口部と、
   前記バッテリケース内に配置される冷却液循環路部分の一部に設けられ、前記消火剤用注入口部から前記冷却液循環路内へ圧送される消火剤の圧力を受けて当該冷却液循環路部分の路壁を破損させる脆弱部と
   を具備してなることを特徴とする電動車両の消火構造。
2. 前記脆弱部は、前記バッテリケース内に配置される冷却液循環路部分のうち、屈曲部の外側に設けられることを特徴とする請求項１に記載の電動車両の消火構造。
3. 前記屈曲部の外側は、前記バッテリケース内に配置される冷却液循環路部分のうち、前記消火剤注入口部から圧送された消火剤の流れと向き合う路壁であることを特徴とする請求項２に記載の電動車両の消火構造。
4. 前記消火装置の消火剤吐出部は、消防車両や消防設備の消火液を放水する放水ホースの端部であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電動車両の消火構造。

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