JP6447421B2 - 車載用バッテリ装置 - Google Patents

Description

本発明は、車載用バッテリ装置の構造に関する。

近年、モータを駆動源とする電気自動車や、モータとエンジンを駆動源とするハイブリッド車両等の電動車両が多く用いられている。このような電動車両には、モータに電力を供給したり、モータが発電機として機能した際に発電した電力を充電したりする充放電可能なリチウムイオン電池等の二次電池が多く用いられている。二次電池は、正極活物質層を含む正極板と、負極活物質層を含む負極板との間にセパレータを挟んで積層して渦巻き状に巻回した発電要素を、電解液と共に角型の容器の中に収納したものが用いられることが多い。単体の二次電池の電圧は、３〜４Ｖなので、車載用のバッテリとしては、バスバーで単体の二次電池を複数個直列に接続し、２００〜４００Ｖの出力電圧とした組電池が用いられている（例えば、特許文献１参照）。

リチウムイオン電池等の二次電池は、過充電や短絡あるいは外部からの加熱、車両衝突時の外力による容器変形等が原因で、極板群が化学反応を起こして容器の内部で水素ガスや、ハロンガス等のガスが発生する可能性がある。このガスの大量発生が起きると、容器圧力が異常に上昇して容器自体の膨張を生じ、容器が破損する可能性がある。このため、特許文献１に記載された組電池では、各単電池の各容器の上面中央に、容器内の圧力が上昇すると破断、開口し、容器内のガスを各容器の外部に逃がす安全弁（排ガス部）と、安全弁（排ガス部）から吹き出したガスを誘導して排出するためのガス排出通路とを設ける構造が提案されている。

特開２０１２−１１３８９６号公報

ところで、組電池が車室内に搭載された場合、車室内に配置された二次電池の内部で発生したガスを車室外に排出する排気ダクトを設けることが必要となる。一方、車両が走行すると、車室内が負圧となるため、外気が排気ダクトから二次電池に向かって逆流し、二次電池の温度計測に誤差が発生したり、外気の逆流に伴って塵埃がガス排出通路や二次電池の安全弁（排ガス部）の近傍に入り込んで二次電池の各安全弁（排ガス部）の上面やガス排出通路内に堆積し、二次電池の内部で発生したガスの排出が十分に行えなくなったりするという問題があった。

そこで、本発明は、車室内に配置された二次電池内部で発生したガスを車室外に排出する排気ダクトから外気が二次電池に向かって逆流することを抑制することを目的とする。

本発明の車載用バッテリ装置は、内部で発生したガスを外部に排出する排ガス部をそれぞれ有する複数の二次電池と、前記各排ガス部から排出された前記ガスを収集する排煙流路と、前記各二次電池と前記排煙流路とを収容するケーシングと、を含み、車室内に搭載される電池パックと、前記排煙流路に接続され、前記ガスを排気口から車室外に排出する排煙ダクトと、前記排煙ダクトに設けられ、前記車室外から前記電池パックに向かう空気の流れを抑制する逆止弁と、を備え、前記逆止弁は、表面が水平方向から傾斜して設けられ、中央に前記ガスが通る開口が設けられた弁座と、前記弁座の前記表面において前記開口の周縁に、前記表面から前記排気口側に僅かに突出するように形成されたシール部と、前記弁座の前記シール部の上端より上部に位置する軸を中心に回転自在に保持され、回転することにより前記シール部に対して接離方向に移動可能であり、前記シール部の表面に当接した場合には前記開口を塞ぐ状態となる弁体と、を備え、前記弁体の前記電池パックの側と前記排気口の側との間に差圧が発生していない場合には、前記弁体の自重により前記弁体が前記シール部の表面に当接した状態となること、を特徴とする。

本発明は、車室内に配置された二次電池内部で発生したガスを車室外に排出する排気ダクトから外気が二次電池に向かって逆流することを抑制することができる。

車両に搭載された本発明の実施形態における車載用バッテリ装置の車両前方から見た部分側断面図である。 車両に搭載された本発明の実施形態における車載用バッテリ装置の車両上方から見た部分平断面図である。 本発明の実施形態における車載用バッテリ装置の排煙ダクトの分解斜視図である。 本発明の実施形態における車載用バッテリ装置の排煙ダクトに設けられる逆止弁の断面図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態の車載用のバッテリ装置１００について説明する。図１，２に示すように、本実施形態のバッテリ装置１００は、ケーシング１５の中に、二次電池であるリチウムイオン電池１０と排煙流路１３とを収容した電池パック２０と、排煙流路１３に接続される排煙ダクト１７と、排煙ダクト１７の中に設けられた逆止弁３０とを備えている。図１，２に示すように、電池パック２０と、排煙ダクト１７とは、車両４０の車室５０の中、例えば、リアシートの下等に搭載されている。なお、図１〜３において、上下、左右、前後の表示は、車両４０の上下、左右、前後の各方向を示す。

リチウムイオン電池１０は、正極活物質層を含む正極板と、負極活物質層を含む負極板との間にセパレータを挟んで積層して渦巻き状に巻回した発電要素を、電解液と共に厚さの薄い角型の容器の中に収納したものである。図１，２に示すように、リチウムイオン電池１０の容器の上面中央には、容器内の圧力が上昇すると破断、開口し、容器内のガスを容器の外部に逃がす排ガス部１１が取り付けられている。ケーシング１５には、リチウムイオン電池１０が厚さ方向に複数積層されて収納され、積層されたリチウムイオン電池１０の容器に取り付けらたれ排ガス部１１の上部には、排ガス部１１が破断、開口した際に容器の中から吹き出したガスが収集される排煙流路１３が取り付けられている。図１，２に示すように、排煙流路１３は、角型断面のダクト形状で、その一端はケーシング１５から外部に突出した出口ノズル１４となっている。

排煙流路１３の出口ノズル１４にはフランジ１６を介して排煙ダクト１７が接続されている。排煙ダクト１７は、フランジ１６に近い側の直線部１７ａとフランジ１６から遠い側の湾曲部１７ｂとを備えている。直線部１７ａは、略四角断面で出口ノズル１４から略水平に車両左側に向って延び、湾曲部１７ｂは、直線部１７ａから車両４０のフロアパネル４１に設けられた孔４２に向って下方向に湾曲すると共に、その断面形状が略四角断面から円形断面に徐々に変化している。直線部１７ａには弁座３１と弁体３２とを含む逆止弁３０が配置されている。湾曲部１７ｂの先端部分は、車両４０のフロアパネル４１に設けられた孔４２に差し込まれ、排煙ダクト１７の排気口１８は車室５０の外部に突出している。

図３に示すように、排煙ダクト１７は、略四角断面の直線部１７ａと、略円形断面の湾曲部１７ｂの下半部分が連結した本体６１と、湾曲部１７ｂの上半部分６２とを含んでいる。図３に示すように、車両左右方向に延びる本体６１の直線部１７ａには、水平方向に対して傾斜した弁座３１が設けられ、弁座３１の中央には開口３３が設けられている。弁座３１は、平板状で、電池パック２０の側が排煙ダクト１７の排気口１８の側よりも高くなるよう水平方向から傾斜しており、傾斜角度は、４５°程度である。また、図３，４に示すように、弁座３１の開口３３の周縁には、弁座３１の表面から僅かに突出したシール部３１ｂが形成されている。また、弁座３１の電池パック２０の側の開口３３の上部には、スリット３１ａが設けられている。

図３，４に示すように、弁体３２は、弁座３１の開口３３を覆い、その周縁が弁座３１のシール部３１ｂの表面に当接する平板状の弁体本体３２ａと、弁体本体３２ａの上端から突出した差し込み部３２ｂとを備えている。図３に示すように、弁体本体３２ａと差し込み部３２ｂとの間には、切欠き３２ｃが設けられている。図３に示す矢印９１のように、弁体３２の差し込み部３２ｂを弁座３１に設けられたスリット３１ａに差し込み、切欠き３２ｃをスリット３１ａの両端に係合させると、スリット３１ａと切欠き３２ｃとは弁体３２をスリット３１ａの周りに回転自在に保持するヒンジを構成し、図１に示すように、弁体本体３２ａは、切欠き３２ｃを中心に回転して弁座３１の表面のシール部３１ｂに対して接離するように移動可能となる。また、図３に示す矢印９２のように、本体６１の上に上半部分６２を被せると、排煙ダクト１７となる。

以上説明した、直線部１７ａに設けられた水平方向に対して傾斜した弁座３１と、弁座３１のスリット３１ａに回転自在に係合して弁座３１のシール部３１ｂに対して接離方向に移動可能な弁体３２とは、逆止弁３０を構成する。車両４０が停止している状態では、逆止弁３０の弁体３２の弁座３１側の面は、自重によって弁座３１のシール部３１ｂの表面に当接した状態となっている。

車両４０が走行すると、車室５０が負圧となり、車室５０の外の空気である外気が排煙ダクト１７の排気口１８から車室５０の中に配置されている電池パック２０に向かって逆流し、電池パック２０の内部に流れ込もうとする。すると、弁座３１のシール部３１ｂの表面に当接している弁体３２の電池パック２０の側と排気口１８の側に差圧が発生し、この差圧により、弁体３２は弁座３１のシール部３１ｂの表面に押し付けられ、逆止弁３０が排煙ダクト１７内部の空気流路を遮断する。このため、外気は電池パック２０の中に流れ込まず、リチウムイオン電池１０の温度計測に誤差が発生したり、外気の逆流に伴って塵埃が排煙流路１３の中やリチウムイオン電池１０の排ガス部１１の上に入り込んだりすることを抑制することができる。

一方、短絡等によりリチウムイオン電池１０の内部でガスが発生し、容器内部の圧力が上昇した際には、容器の上面中央に設けられた排ガス部１１が破断、開口し、ガスは排煙流路１３を通って排煙ダクト１７に流れる。この際、ガスの圧力によって弁体３２は、図１に示すように上方向に回転する。これにより、図３に示す開口３３が解放され、ガスは開口３３を通って排煙ダクト１７の湾曲部１７ｂに流れ、排気口１８から車両４０の外部に排出される。

以上説明したバッテリ装置１００では、車両４０が停止している状態では、逆止弁３０の弁体３２の弁座３１側の面は、自重によって水平に対して傾斜した弁座３１のシール部３１ｂの表面に当接した状態となっている。車両４０が走行すると、車室５０が負圧となると共に、走行による振動が発生する。この振動によりシール部３１ｂの表面に当接している弁体３２がバタついて、弁体３２がシール部３１ｂの表面から離れてしまい、外気が電池パック２０に逆流してしまう場合がある。このため、本実施形態のバッテリ装置１００では、車両４０の振動が逆止弁３０に伝わりにくいように、車両４０の左右方向の中央に近い位置で、電池パック２０の近傍に逆止弁３０を配置している。また、本実施形態のバッテリ装置１００では、逆止弁３０の弁座３１を車両左右方向に向けて配置し、車両４０のピッチング振動による影響を低減するようにしている。更に、本実施形態のバッテリ装置１００は、弁座３１の傾斜角度を４５°程度とすることにより、車両４０の上下方向の振動による弁体３２のバタつきと車両４０の左右方向の振動による弁体３２のバタつきのいずれもが大きくならないようにしている。例えば、弁座３１と弁体３２を水平に配置した場合には、車両４０の上下方向の振動が弁体３２のシール部３１ｂに対する接離方向に加わるため、弁体３２のバタつきが大きくなってしまう。逆に弁座３１と弁体３２とを垂直方向に配置した場合には、車両４０の上下方向の振動による弁体３２のバタつきは大きくならないものの、車両４０の左右方向の振動により弁体３２のバタつきが大きくなってしまう。車両４０は、上下、左右どちらの方向の振動も発生するので、弁座３１と弁体３２の方向を水平或いは垂直にすると、いずれかの方向の振動によって弁体３２のバタつきが発生し、外気が電池パック２０に逆流してしまう可能性が大きくなる。そこで、本実施形態のバッテリ装置１００では、弁座３１の傾斜角度を４５°程度とすることにより、車両４０の上下方向の振動による弁体３２のバタつきと車両４０の左右方向の振動による弁体３２のバタつきのいずれもが大きくならないようにしている。

以上説明したように、本実施形態のバッテリ装置１００は、車両４０の振動により、弁体３２がバタついて、外気が電池パック２０に逆流することを抑制するように逆止弁３０が配置されており、外気の電池パック２０への逆流を効果的に抑制することができる。

以上説明した実施形態のバッテリ装置１００では、車両４０が停止した状態では、弁体３２の弁座３１側の面は、自重によって弁座３１のシール部３１ｂの表面に当接するものとして説明したが、以下説明するように、単に自重で当接させるのみでなく、弱い接着力で弁体３２をシール部３１ｂに接着させ、車両４０の走行による振動が発生しても弁体３２のバタつきを抑制するようにしてもよい。

この場合、図４に示す本体６１の弁座３１及びシール部３１ｂをポリプロピレン（ＰＰ）製とし、弁体３２をオレフィン系エラストマー（ＴＰＯ）製とする。すると、自重で弁体３２がシール部３１ｂに接している間に、ポリプロピレン（ＰＰ）製のシール部３１ｂとオレフィン系エラストマー（ＴＰＯ）製の弁体３２との間に弱い接着力が発生する。この接着力は、車両４０の走行による振動で弁体３２がバタつかない程度の接着力であり、リチウムイオン電池１０の内部で発生したガスが排煙ダクト１７に流入する際の圧力によって剥がれる程度の接着力である。

以上説明した実施形態は、車両４０の振動による弁体３２のバタつきを好適に抑制することができるので、車両４０の振動によって外気が電池パック２０に逆流することをより効果的に抑制することができる。

１０ リチウムイオン電池、１１ 排ガス部、１３ 排煙流路、１４ 出口ノズル、１５ ケーシング、１６ フランジ、１７ 排煙ダクト、１７ａ 直線部、１７ｂ 湾曲部、１８ 排気口、２０ 電池パック、３０ 逆止弁、３１ 弁座、３１ａ スリット、３１ｂ シール部、３２ 弁体、３２ａ 弁体本体、３２ｂ 差し込み部、３２ｃ 切欠き、３３ 開口、４０ 車両、４１ フロアパネル、４２ 孔、５０ 車室、６１ 本体、６２ 上半部分、９１，９２ 矢印、１００ バッテリ装置。

Claims (1)

1. 車載用バッテリ装置であって、
   内部で発生したガスを外部に排出する排ガス部をそれぞれ有する複数の二次電池と、前記各排ガス部から排出された前記ガスを収集する排煙流路と、前記各二次電池と前記排煙流路とを収容するケーシングと、を含み、車室内に搭載される電池パックと、
   前記排煙流路に接続され、前記ガスを排気口から車室外に排出する排煙ダクトと、
   前記排煙ダクトに設けられ、前記車室外から前記電池パックに向かう空気の流れを抑制する逆止弁と、を備え、
   前記逆止弁は、
   表面が水平方向から傾斜して設けられ、中央に前記ガスが通る開口が設けられた弁座と、
   前記弁座の前記表面において前記開口の周縁に、前記表面から前記排気口側に僅かに突出するように形成されたシール部と、
   前記弁座の前記シール部の上端より上部に位置する軸を中心に回転自在に保持され、回転することにより前記シール部に対して接離方向に移動可能であり、前記シール部の表面に当接した場合には前記開口を塞ぐ状態となる弁体と、を備え、
   前記弁体の前記電池パックの側と前記排気口の側との間に差圧が発生していない場合には、前記弁体の自重により前記弁体が前記シール部の表面に当接した状態となること、
   を特徴とする車載用バッテリ装置。

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