JP6676705B2 - バッテリモジュール - Google Patents

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Description

本発明は、バッテリモジュールに関し、特に、異常時にバッテリから発生するガスを外部に導出するダクトを有するバッテリモジュールに関する。
ハイブリッド自動車や電気自動車には、車両に駆動力を与えるモータに電力を供給する大型のバッテリが搭載されている。また、このような車両では、バッテリを冷却するための機構や、異常時にバッテリから発生するガスを外部に導く機構が設けられている。
特許文献１には、電気デバイスから発生するガスを排出する構成が記載されている。具体的には、当該ガスを外部に排出するガス排出口を有しており、ガス排出口と連通する排ガス通路の一端は閉鎖されており、その排ガス通路の他端は外部に解放されている。このようにすることで、ガスを確実に外部に排出することができ、更には排ガスの車室内への逆流を防止できる。
特許文献２には、冷却通路と排出通路とが離隔して形成される電池構造が記載されている。具体的には、バッテリの電極を冷却するための冷却通路と、電池の電極から漏洩するガスが通過する排出通路とが、離隔して形成されている。係る構成により、電池異常時に漏洩したガスが冷却通路に混入することを防止できる。
特許文献３には、電池から発生するガスを排出するダクト部が形成された電池パックが記載されている。具体的には、ダクト部は排煙通路を有しており、この排煙通路は電池セルの積層方向の長さ全体に渡って形成されている。係る構成により、電池セルを効率的に冷却して電池の放電性能を向上することができる。
特開２００６−１８５８９４号公報 特開２０１１−１７１０５２号公報 特開２０１８−１８７５４号公報
しかしながら、上記した各特許文献に記載された発明では、異常時に発生するガスの風路を車体内部にコンパクトに配設することが簡単ではなかった。
具体的には、特許文献１に記載された発明では、異常時に発生するガスを車外に放出する排ガス通路が配置されているが、排ガス通路が電池の長さ方向全体にわたって形成されているため、排ガス通路が占める容積が大きくなってしまい、電池モジュールの大型化を招く課題があった。
特許文献２に記載された発明では、冷却通路と排出通路とが離隔して形成されているため、かかる発明によっても、排出通路が比較的大きな容積を占めてしまい、車室内の有効容積を圧迫してしまう課題があった。
特許文献３に記載された発明では、異常時にガスを排煙する排煙通路が電池パックの長さ方向に渡って形成されているため、かかる発明でも排煙通路が占める容積が大きくなってしまう課題が生じてしまう。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、異常時にガスを外部に排出する径路を確保しつつ、通常時に於いてその径路が占める容積を減少させるバッテリモジュールを提供することにある。
本発明のバッテリモジュールは、バッテリスタックと、前記バッテリスタックを冷却する空気が流通するバッテリ冷却ダクトと、前記バッテリスタックから発生するガスが流通するガス排出ダクトと、を備え、前記ガス排出ダクトの中間部分を縮径した状態で前記バッテリ冷却ダクトに内蔵することを特徴とする。
また、本発明のバッテリモジュールでは、前記バッテリ冷却ダクトの一端側から、車室内の空気が導入され、前記バッテリ冷却ダクトの他端側から、前記バッテリスタックを冷却した空気が、前記車室に帰還することを特徴とする。
また、本発明のバッテリモジュールでは、前記バッテリスタックは、前記車室の内部に配設されることを特徴とする。
また、本発明のバッテリモジュールでは、前記ガス排出ダクトは、前記バッテリ冷却ダクトよりも軟質な材料から構成されることを特徴とする。
また、本発明のバッテリモジュールでは、前記ガス排出ダクトの中間部に弁を配設し、前記バッテリスタックから前記ガスが発生すると、前記弁が前記ガス排出ダクトを閉塞することで、前記バッテリ冷却ダクトの内部で前記ガス排出ダクトが拡径し、前記ガス排出ダクトの内部圧力が一定値に達すると、前記弁の閉塞が解除されることで、前記ガス排出ダクトを経由して、前記ガスが車外に放出されることを特徴とする。
また、本発明のバッテリモジュールでは、展開状態の前記ガス排出ダクトの外面と、前記バッテリ冷却ダクトの内面とが略密着することを特徴とする。
また、本発明のバッテリモジュールでは、前記バッテリ冷却ダクトから引き出される部分の前記ガス排出ダクトを絞り形状とすることで絞り部を形成することを特徴とする。
本発明のバッテリモジュールは、バッテリスタックと、前記バッテリスタックを冷却する空気が流通するバッテリ冷却ダクトと、前記バッテリスタックから発生するガスが流通するガス排出ダクトと、を備え、前記ガス排出ダクトの中間部分を縮径した状態で前記バッテリ冷却ダクトに内蔵することを特徴とする。従って、ガス排出ダクトの中間部分をバッテリ冷却ダクトに内蔵することで、ガス排出ダクトが占有するスペースを小さくし、車室内の有効容積を大きくすることができる。また、ガス排出ダクトは縮径した状態でバッテリ冷却ダクトに収納されているので、バッテリ冷却ダクトの内部でガス排出ダクトが占める容積を小さくし、ガス排出ダクトが冷却ダクトの内部に於ける気体の流通を阻害することを防止している。
また、本発明のバッテリモジュールでは、前記バッテリ冷却ダクトの一端側から、車室内の空気が導入され、前記バッテリ冷却ダクトの他端側から、前記バッテリスタックを冷却した空気が、前記車室に帰還することを特徴とする。従って、バッテリスタックを冷却する空気がバッテリ冷却ダクトを経由して循環するので、ガス排出ダクトの近傍にバッテリ冷却ダクトを配置でき、ガス排出ダクトの敷設径路としてバッテリ冷却ダクトを用いることができる。
また、本発明のバッテリモジュールでは、前記バッテリスタックは、前記車室の内部に配設されることを特徴とする。従って、バッテリスタックを車室内部に配設すると、ガスを車室外に排出するガス排出ダクトを確保する必要があるが、本願発明ではガス排出ダクトの少なくとも一部をバッテリ冷却ダクトに収納しているので、ガス排出ダクトが車室内の有効空間を圧迫しない。
また、本発明のバッテリモジュールでは、前記ガス排出ダクトは、前記バッテリ冷却ダクトよりも軟質な材料から構成されることを特徴とする。従って、ガス排出ダクトとして軟質材料を採用することで、バッテリスタックからガスが発生した際に、そのガスの圧力でガス排出ダクトを容易に拡張することが出来る。
また、本発明のバッテリモジュールでは、前記ガス排出ダクトの中間部に弁を配設し、前記バッテリスタックから前記ガスが発生すると、前記弁が前記ガス排出ダクトを閉塞することで、前記バッテリ冷却ダクトの内部で前記ガス排出ダクトが拡径し、前記ガス排出ダクトの内部圧力が一定値に達すると、前記弁の閉塞が解除されることで、前記ガス排出ダクトを経由して、前記ガスが車外に放出されることを特徴とする。従って、ガス排出ダクトの中間部に弁を配設する簡素な構成で、バッテリスタックからガスが発生した際に、そのガスの圧力を用いてバッテリ冷却ダクトの内部で、軟質な材料から成るガス排出ダクトを拡張することができる。
また、本発明のバッテリモジュールでは、展開状態の前記ガス排出ダクトの外面と、前記バッテリ冷却ダクトの内面とが略密着することを特徴とする。従って、展開した状態のガス排出ダクトでバッテリ冷却ダクトの内部を塞ぐことができ、バッテリ冷却ダクトを経由して車室内空間にガスが流出することを防止できる。
また、本発明のバッテリモジュールでは、前記バッテリ冷却ダクトから引き出される部分の前記ガス排出ダクトを絞り形状とすることで絞り部を形成することを特徴とする。従って、絞り部で圧力損失が発生することで、異常時に発生するガスの圧力を用いて、バッテリ冷却ダクトの内部でガス排出ダクトを膨張させることができる。
本発明の実施形態に係るバッテリモジュールが組み込まれた車両を示す側方断面図である。 本発明の実施形態に係るバッテリモジュールを示す模式図である。 本発明の実施形態に係るバッテリモジュールを示す図であり、（Ａ）はバッテリモジュールを示す模式図であり、（Ｂ）はバッテリ冷却ダクトの断面図である。 本発明の実施形態に係るバッテリモジュールを示す図であり、（Ａ）はバッテリモジュールを示す模式図であり、（Ｂ）は絞り部を示す拡大図である。 本発明の実施形態に係るバッテリモジュールを示す図であり、（Ａ）はバッテリモジュールを示す模式図であり、（Ｂ）はバッテリ冷却ダクトの断面図である。 本発明の実施形態に係るバッテリモジュールを示す図であり、（Ａ）はバッテリモジュールを示す模式図であり、（Ｂ）はバッテリ冷却ダクトの断面図である。
以下、図を参照して本実施形態に係るバッテリモジュール１０を説明する。以下の説明では、同一の部材には原則的に同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略する。
図１を参照して、本形態のバッテリモジュール１０を備えた車両２０を説明する。車両２０は、例えば電気自動車またはハイブリッド自動車である。車両２０が電気自動車の場合は、バッテリモジュール１０から供給される電力で回転するモータを駆動源として、車両２０が走行する。車両２０がハイブリッド自動車の場合は、上記したモータまたはエンジンの一方または両方を駆動源として車両２０が走行する。
バッテリモジュール１０は、後部座席であるシート２２の後方斜め下に配設されており、仕切板２３で覆われている。ここで、バッテリモジュール１０は、シート２２の下方等に配設されても良い。バッテリモジュール１０として、例えばリチウムバッテリを採用することができる。また、バッテリモジュール１０は、電池パックとも称される。
バッテリスタック１３は、バッテリ冷却ダクト１１およびガス排出ダクト１２と共にバッテリモジュール１０を構成している。
本実施形態では、バッテリスタック１３は、乗員が搭乗する車室２１の内部に配置されている。よって、異常時に於いてバッテリスタック１３からガスが発生した場合、乗員の安全を確保するべくガスを車室２１の外部に放出しなければならない。本実施形態では、ガス排出ダクト１２を用いてガスを車外に放出させることで、異常時に於いてガスが車室２１に流入してしまうことを防止している。
図２に、模式化したバッテリモジュール１０を示す。バッテリモジュール１０は、バッテリスタック１３と、ガス排出ダクト１２と、バッテリ冷却ダクト１１と、を有している。バッテリモジュール１０の機能は、バッテリスタック１３で充放電を行う際にバッテリスタック１３を冷却し、異常時に発生するガスを外部に放出することにある。
バッテリ冷却ダクト１１は、バッテリスタック１３が収納される収納容器と車室２１とを連通している。バッテリ冷却ダクト１１は、車室２１からバッテリスタック１３に送風される空気、および、バッテリスタック１３から車室２１に帰還する空気が流通する。また、ここでは図示していないが、車室２１の内部の空気をバッテリスタック１３に送風する送風ファンが配設されても良い。この図では、バッテリ冷却ダクト１１を流通する空気の流れを矢印で示している。
ガス排出ダクト１２は、異常時にバッテリスタック１３から発生するガスを車外に放出する排出径路である。ガス排出ダクト１２の一端は、バッテリスタック１３を構成する各バッテリのガス排出弁に連通している。ガス排出ダクト１２の他端は、車外に連通している。
本実施形態では、ガス排出ダクト１２の中間部分が、畳まれた状態でバッテリ冷却ダクト１１に内蔵されている。これにより、バッテリモジュール１０からガスが発生しない通常時に於いて、ガス排出ダクト１２が占める容積を小さくすることができる。特に、バッテリスタック１３が大型化すると、異常時に発生するガスの量も多くなるので、ガス排出ダクト１２も大型化する傾向にある。本実施形態のバッテリモジュール１０では、ガス排出ダクト１２をバッテリ冷却ダクト１１に縮径した状態で内蔵させている。よって、バッテリスタック１３が大型化しても、ガス排出ダクト１２が占有する容積を小さくし、バッテリモジュール１０全体としてのサイズ増大を抑制している。
図３を参照して、バッテリモジュール１０の構成を詳述する。図３（Ａ）はバッテリモジュール１０を部分的に拡大して示す模式図であり、図３（Ｂ）は図３（Ａ）のＡ−Ａ線に於ける断面図である。
図３（Ａ）を参照して、上記したように、ガス排出ダクト１２の中間部分はバッテリ冷却ダクト１１に収納されている。ガス排出ダクト１２は、バッテリ冷却ダクト１１の途中部分である引込部１５からバッテリ冷却ダクト１１の内部に引き込まれ、バッテリ冷却ダクト１１の引出部１６からバッテリ冷却ダクト１１の外部に引き出されている。即ち、引込部１５から引出部１６までの間に於いて、ガス排出ダクト１２はバッテリ冷却ダクト１１に内蔵されている。
また、引出部１６から引き出される部分のガス排出ダクト１２に、弁１４が介装されている。弁１４は、ガス排出ダクト１２の内部が一定値になるまで閉塞状態であり、ガス排出ダクト１２の内部が一定値よりも大きくなると開放状態となる。弁１４をガス排出ダクト１２に介装することで、後述するように、異常時に於いて発生するガスの圧力を用いて、バッテリ冷却ダクト１１の内部でガス排出ダクト１２を膨張展開することができる。
図３（Ｂ）を参照して、ガス排出ダクト１２は、縮径した状態でバッテリ冷却ダクト１１に内蔵されている。ここでは、ガス排出ダクト１２は、折り畳まれた状態でバッテリ冷却ダクト１１の下部に内蔵されている。このようにすることで、バッテリスタック１３からガスが発生していない通常時に於いて、バッテリ冷却ダクト１１の断面でガス排出ダクト１２が占める面積を小さくすることができ、バッテリスタック１３を冷却する空気が流通する有効面積を大きく確保することができる。
図４を参照して、バッテリモジュール１０の他の形態を説明する。図４（Ａ）はバッテリモジュール１０を部分的に示す模式図であり、図４（Ｂ）はガス排出ダクト１２を部分的に示す図である。
図４（Ａ）を参照して、ここでは、引出部１６から外部に導出する部分のガス排出ダクト１２に絞り部１７を形成している。
図４（Ｂ）を参照して、ガス排出ダクト１２を部分的に絞ることで絞り部１７が形成されている。絞り部１７で抵抗が大きくなることで、図３に示した弁１４と同等の効果を得ることができる。具体的には、バッテリスタック１３からガスが発生した際に、絞り部１７で圧力損失が発生することで、ガス排出ダクト１２の内部圧力が高まり、バッテリ冷却ダクト１１の内部に於いてガス排出ダクト１２が膨張展開する。更に、絞り部１７はガス排出ダクト１２の一部から成るので、コストを低減することができる。
図５を参照して、異常時にバッテリスタック１３からガスが発生した場合のバッテリモジュール１０の機能を説明する。図５（Ａ）はこの場合のバッテリモジュール１０を部分的に示す図であり、図５（Ｂ）はこの場合の図５（Ａ）のＡ−Ａ線に於ける断面図である。
図５（Ａ）を参照して、異常時に於いてバッテリスタック１３からガスが発生すると、発生したガスはガス排出ダクト１２に流入する。この時、上記したようにガス排出ダクト１２の下流の端部側は弁１４で閉塞されているので、ガス排出ダクト１２に流入するガスの圧力で、バッテリ冷却ダクト１１の内部でガス排出ダクト１２は膨張展開する。
弁１４は、ガス排出ダクト１２の内部圧力が一定以下の間は、ガス排出ダクト１２を閉塞する。一方、弁１４は、ガス排出ダクト１２の内部圧力が一定より高くなると、ガス排出ダクト１２を解放する。よって、バッテリ冷却ダクト１１の内部に於いて、ガス排出ダクト１２の内部圧力が一定になるまで、ガス排出ダクト１２は膨張展開する。
図５（Ｂ）に、膨張展開した後のバッテリ冷却ダクト１１およびガス排出ダクト１２の断面を示す。ここでは、上記したガスがガス排出ダクト１２に充填されることで、ガス排出ダクト１２が膨張展開されている。ガス排出ダクト１２が膨張展開することで、バッテリ冷却ダクト１１の断面の殆どが、ガス排出ダクト１２で占められている。例えば、バッテリ冷却ダクト１１の内面に、ガス排出ダクト１２の外面が略密着している。
このようにすることで、ガスを流通するためのスペースを、ガス排出ダクト１２の内部に確保することができる。
また、バッテリ冷却ダクト１１の内部空間をガス排出ダクト１２が塞ぐことになる。よって、仮にバッテリ冷却ダクト１１の内部でガス排出ダクト１２からガスが漏洩したとしても、その漏洩したガスが車室側に流動してしまうことを防止することができる。
ここで、ガス排出ダクト１２はバッテリ冷却ダクト１１よりも軟性が高い材料から成る。具体的には、バッテリ冷却ダクト１１の材料としては、ＰＰ（ポリプロピレン）またはＰＡ（ポリアミド）を採用することができる。バッテリ冷却ダクト１１の材料としてこのような硬質樹脂を採用することで、バッテリ冷却ダクト１１の変形を防止し、バッテリ冷却ダクト１１の内部面積を充分に大きく確保することができる。
一方、ガス排出ダクト１２としては、例えばゴム等の軟質材料を採用することができる。このようにすることで、バッテリスタック１３からガスが発生していない通常時に於いては、図３（Ｂ）に示すように、ガス排出ダクト１２を折り畳み、冷却用の空気が流通するための空間をバッテリ冷却ダクト１１の内部に確保することができる。また、異常時に於いてバッテリスタック１３からガスが発生した際には、図５（Ｂ）に示すように、バッテリ冷却ダクト１１の内部でガス排出ダクト１２を膨張展開させ、ガスが流通するための空間をガス排出ダクト１２の内部に大きく確保することができる。
図６（Ａ）および図６（Ｂ）を参照して、ガス排出ダクト１２の内部の圧力が一定に達すると、弁１４は開放状態となるので、バッテリスタック１３から発生するガスは、弁１４およびガス排出ダクト１２を経由して、車外に放出される。よって、有害なガスが車室２１の内部に流入することを防止することができる。
以上、本発明の実施形態を示したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。
図２を参照して、バッテリスタック１３を冷却した後の空気が流通するバッテリ冷却ダクト１１にガス排出ダクト１２を内蔵したが、バッテリスタック１３を冷却する前の空気が流通するバッテリ冷却ダクト１１の内部にガス排出ダクト１２を内蔵することもできる。
１０ バッテリモジュール
１１ バッテリ冷却ダクト
１２ ガス排出ダクト
１３ バッテリスタック
１４ 弁
１５ 引込部
１６ 引出部
１７ 絞り部
２０ 車両
２１ 車室
２２ シート
２３ 仕切板

Claims (7)

  1. バッテリスタックと、
    前記バッテリスタックを冷却する空気が流通するバッテリ冷却ダクトと、
    前記バッテリスタックから発生するガスが流通するガス排出ダクトと、を備え、
    前記ガス排出ダクトの中間部分を縮径した状態で前記バッテリ冷却ダクトに内蔵することを特徴とするバッテリモジュール。
  2. 前記バッテリ冷却ダクトの一端側から、車室内の空気が導入され、
    前記バッテリ冷却ダクトの他端側から、前記バッテリスタックを冷却した空気が、前記車室に帰還することを特徴とする請求項１に記載のバッテリモジュール。
  3. 前記バッテリスタックは、前記車室の内部に配設されることを特徴とする請求項２に記載のバッテリモジュール。
  4. 前記ガス排出ダクトは、前記バッテリ冷却ダクトよりも軟質な材料から構成されることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載のバッテリモジュール。
  5. 前記ガス排出ダクトの中間部に弁を配設し、
    前記バッテリスタックから前記ガスが発生すると、前記弁が前記ガス排出ダクトを閉塞することで、前記バッテリ冷却ダクトの内部で前記ガス排出ダクトが拡径し、
    前記ガス排出ダクトの内部圧力が一定値に達すると、前記弁の閉塞が解除されることで、前記ガス排出ダクトを経由して、前記ガスが車外に放出されることを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載のバッテリモジュール。
  6. 展開状態の前記ガス排出ダクトの外面と、前記バッテリ冷却ダクトの内面とが略密着することを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載のバッテリモジュール。
  7. 前記バッテリ冷却ダクトから引き出される部分の前記ガス排出ダクトを絞り形状とすることで絞り部を形成することを特徴とする請求項１から請求項６の何れかに記載のバッテリモジュール。




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