JP6988308B2 - 電池パックシステム - Google Patents

Description

本発明は、電池パックシステムに関する。

従来から、電池ケースの内部に電池を収納した電池パックを備える電池パックシステムが公知である（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、複数のリチウムイオン電池を、収納容器内の電池収納部に配列して収納した蓄電装置に設けて消火する消火装置が記載されている。この消火装置は、粉末消火剤を充填した容器と、一端を容器の内部に開口すると共に他端を容器の外部に開口し、容器内に充填した粉末消火剤を外部へ放出する消火剤放出管を備える。消火装置は、消火剤放出管の内部開口に配置され、粉末消火剤の加圧で破れる封止部材と、消火剤放出管の外部開口に装着され、電池収納部へ粉末消火剤を放出するヘッド部と、を備える。消火装置は、容器の内部に配置され、粉末消火剤を加圧する燃焼加圧部と、リチウムイオン電池の異常に伴う火災を検知した場合に、粉末消火剤を加圧し、消火剤放出管を介してヘッド部から粉末消火剤を電池収納部へ放出させる消火制御部と、をさらに備える。

特開２０１４−１４４０３３号公報

前述のような電池パックシステムにおいては、電池に異常が生じて電池ケースの内部にガスが発生し、電池ケースの内部の酸素とガスとが反応（酸化反応）して高温のガスとなることにより、異常が生じた電池以外の電池に悪影響を与える可能性がある。このため、電池ケースの内部に発生したガスに、酸化反応を抑制するための酸化抑制剤を供給して、ガスと酸化抑制剤とを混合させることにより、電池ケースの内部におけるガスの酸化反応を抑制することが考えられる。

電池ケースには、一般的に、電池ケースの内部の圧力が所定圧力以上になった場合にガスを電池ケースの内部から外部に排出するためにガス排出口が形成されている。このため、酸化抑制剤がガス排出口から遠い位置に供給された場合には、ガスと酸化抑制剤とが十分に混合されず、電池ケースの内部から外部に排出されるガスの酸化反応を十分に抑制することができない可能性がある。

そこで、本発明は、電池ケースの内部に発生したガスに酸化抑制剤を供給する際に、ガスと酸化抑制剤とを十分に混合して、電池ケースの内部から外部に排出されるガスの酸化反応を十分に抑制することを目的とする。

本発明に係る電池パックシステムは、電池ケースの内部の電池収納空間に電池を収納した電池パックを備える。電池パックシステムは、電池収納空間とガス排出口との間に形成されるガス排出領域内に酸化抑制剤を供給する第一供給機構と、電池収納空間内に酸化抑制剤を供給する第二供給機構と、を備える。第一供給機構は、ガス排出領域内の温度が第一温度以上になったときに酸化抑制剤をガス排出領域内に供給し、第二供給機構は、電池収納空間内の温度が第一温度よりも高い第二温度以上になったときに酸化抑制剤を電池収納空間内に供給する。

本発明に係る電池パックシステムによれば、電池ケースの内部に発生したガスに酸化抑制剤を供給する際に、ガスと酸化抑制剤とを十分に混合して、電池ケースの内部から外部に排出されるガスの酸化反応を十分に抑制することができる。

電池パックシステムが搭載される車両の概略図である。 本発明の実施形態に係る電池パックシステムの斜視図である。 本発明の実施形態に係る電池パックシステムの分解斜視図である。 電池ケースの分解斜視図である。 図４に示す電池ケースの平面図である。 本発明の他の実施形態に係る電池パックシステムの斜視図である。 本発明の他の実施形態に係る電池パックシステムの平面図である。 本発明の他の実施形態に係る電池パックシステムの概略的な平面図である。 本発明の他の実施形態に係る電池パックシステムの概略的な平面図である。 本発明の他の実施形態に係る電池パックシステムの概略的な斜視図である。 本発明の他の実施形態に係る電池パックシステムの概略的な平面図である。 本発明の他の実施形態に係る電池パックシステムの概略的な平面図である。

以下、本発明の実施形態を図面と共に詳述する。

図１に示すように、電池パックシステム１０Ａは、電動車両１内に設置され、電動車両１に走行のためのエネルギーを供給する。具体的には、電池パックシステム１０Ａは、電動車両１のフロア（フロアパネル）２下に配置される。電動車両１には、電動パワートレインのみを搭載した車両だけではなく、内燃機関及び電動パワートレインの両方を搭載したハイブリッド車両を含むものとする。なお、図１中において、符号３は電動車両１の操縦者席を示し、符号４は電動車両１のタイヤを示す。

図２から図５に示すように、電池パックシステム１０Ａは、電池パック１１と、ガス排出機構１２と、第一供給機構（第一酸化抑制剤供給機構）１３と、第二供給機構（第二酸化抑制剤供給機構）１４とを備える。なお、図２から図４中において、矢印ＦＲは車両前側を示し、矢印ＵＰは車両上方を示し、矢印Ｒは車幅方向右側を示し、矢印Ｌは車幅方向左側を示す。また、図３においては、第一供給機構１３及び第二供給機構１４を図示省略している。

電池パック１１は、電池１６と、内部に電池１６を収納する電池ケース１７と、電池ケース１７に形成されたガス排出口１８とを有する。

電池ケース１７は、ロワーケース１９とアッパーケース２０とにより構成される。ロワーケース１９及びアッパーケース２０の両者を組み合わせて接合することにより電池ケース１７の内部に閉空間（電池収納空間２１）が形成され、この閉空間内に、複数の電池１６が配置される。電池収納空間２１は、電池ケース１７の内部に電池１６を収納するために形成される空間であり、ロワーケース１９の側面部１９ｂから離間させて形成される（図５参照）。

ロワーケース１９は、図示しない車体骨格部材に対して固定される。ロワーケース１９は、箱形の上部が開口した有底箱状に形成されている。具体的には、ロワーケース１９は、底面部１９ａと、底面部１９ａの外周縁から車両上方に延びる側面部１９ｂとを少なくとも有する。ロワーケース１９の側面部１９ｂに、電池ケース１７の内部と外部とを連通するガス排出口１８が形成されている。なお、ガス排出口１８は、アッパーケース２０に形成されていてもよい。

アッパーケース２０は、ロワーケース１９に複数箇所にて接合される。アッパーケース２０は、少なくとも蓋面部２０ａを有する。

これらのロワーケース１９及びアッパーケース２０は、例えば、鉄等の金属材料により形成される。

電池１６は、電池モジュールとも称されるものであり、ロワーケース１９に搭載され、第一電池モジュール２２と第二電池モジュール２３と第三電池モジュール２４との三分割モジュールによって構成される。第一電池モジュール２２、第二電池モジュール２３及び第三電池モジュール２４は、二次電池（リチウムイオン電池等）による複数の電池セルを積層して固縛した集合体構造である。

第一電池モジュール２２は、電池収納空間２１の車両後側領域に搭載される。第一電池モジュール２２は、厚さが薄い直方体形状の電池セルを構成単位とし、複数の電池セルを厚さ方向に積層して固縛したものである。第一電池モジュール２２は、電池セルの積層方向を車両上下方向と一致させて搭載する平積み状態とされている。

第二電池モジュール２３は、電池収納空間２１の車両前後方向中間領域に搭載される。第二電池モジュール２３は、厚さが薄い直方体形状の電池セルを構成単位とし、複数の電池セルを厚さ方向に積層して固縛したものである。第二電池モジュール２３は、電池セルの積層方向を車両上下方向と一致させて搭載する平積み状態とされている。

第三電池モジュール２４は、電池収納空間２１の車両前側領域に搭載される。第三電池モジュール２４は、厚さが薄い直方体形状の電池セルを構成単位とし、複数の電池セルを厚さ方向に積層して固縛したものである。第三電池モジュール２４は、電池セルの積層方向を車両上下方向と一致させて搭載する平積み状態とされている。

ガス排出機構１２は、通常時はガス排出口１８を閉塞し、電池ケース１７の内部の圧力が所定圧力以上になったときにガス排出口１８を開放するものである。ガス排出機構１２としては、例えば、圧力開放弁、ラプチャーディスク（破裂板）等を用いることができる。本実施形態では、ガス排出機構１２として、圧力開放弁を用いている。

第一供給機構は、電池収納空間２１とガス排出口１８との間に形成されるガス排出領域２５内に酸化抑制剤を供給する。ガス排出領域２５は、電池ケース１７の内部にガス排出経路として形成されるものであり、電池１６（電池収納空間２１）とロワーケース１９の側面部１９ｂとの間に形成される（図５参照）。その一方で、第二供給機構１４は、電池収納空間２１内に酸化抑制剤を供給する。酸化抑制剤としては、例えば、窒素、二酸化炭素、アルゴン等の不活性気体を用いることができる。また、酸化抑制剤として、水等の不燃性揮発液体、ハロゲンを含有するハロゲン化炭化水素（炭化水素系ハロゲン化合物）、及び、有機カルボン酸カリウム、酢酸カリウム、塩素酸カリウム等を含有するエアロゾル組成物を用いることもできる。

第一供給機構１３は、酸化抑制剤を保持する第一保持部（第一酸化抑制剤保持部）２６を有し、ガス排出領域２５内の温度が第一温度以上になったときに第一保持部２６の酸化抑制剤をガス排出領域２５内に供給する。第一供給機構１３は、第一温度以上の熱による化学反応によって第一保持部２６からの酸化抑制剤の供給を開始する。第一保持部２６によって保持される酸化抑制剤は、熱による化学反応により膨張する性質を有しており、ガス排出領域２５内の温度が第一温度以上になったときに熱膨張により周囲に拡散されるように構成される。このような第一保持部２６が、ガス排出口１８の近傍に配置される。本実施形態では、第一保持部２６は、ガス排出機構１２（圧力開放弁）のケース内側部分に配置されている。

第一保持部２６は、ガス排出領域２５内の配置箇所への酸化抑制剤の塗布により配置された固形の酸化抑制剤である。すなわち、本実施形態の第一保持部２６は、ガス排出機構１２（圧力開放弁）のケース内側部分への酸化抑制剤の塗布により配置された固形の酸化抑制剤である。なお、ガス排出領域２５内の配置箇所への第一保持部２６の配置方法は、「酸化抑制剤の塗布」によるものに限定はされず、種々の方法から適宜選択することが可能である。

第二供給機構１４は、酸化抑制剤を保持する第二保持部（第二酸化抑制剤保持部）２７を有し、電池収納空間２１内の温度が第一温度よりも高い第二温度以上になったときに第二保持部２７の酸化抑制剤を電池収納空間２１内に供給する。第二供給機構１４は、第二温度以上の熱による化学反応によって第二保持部２７からの酸化抑制剤の供給を開始する。第二保持部２７によって保持される酸化抑制剤は、熱による化学反応により膨張する性質を有しており、電池収納空間２１内の温度が第二温度以上になったときに熱膨張により周囲に拡散されるように構成される。このような第二保持部２７が、電池１６の近傍に配置される。本実施形態では、第二保持部２７は、電池１６の上部に配置されている。

第二保持部２７は、電池収納空間２１内の配置箇所への酸化抑制剤の塗布により配置された固形の酸化抑制剤である。すなわち、本実施形態の第二保持部２７は、電池１６の上部への酸化抑制剤の塗布により配置された固形の酸化抑制剤である。なお、電池収納空間２１内の配置箇所への第二保持部２７の配置方法は、「酸化抑制剤の塗布」によるものに限定はされず、種々の方法から適宜選択することが可能である。

次に、電池パックシステム１０Ａにおけるガス排出について説明する。

何らかの異常時にガスが電池ケース１７の内部で発生して内圧が上昇した際に、ガスが電池ケース１７の内部から外部へとガス排出口１８を通って排出される。この際には、第一供給機構１３及び第二供給機構１４により、酸化抑制剤が電池ケース１７の内部に供給されることになる。

第一供給機構１３による酸化抑制剤の供給開始温度（第一温度）と、第二供給機構１４による酸化抑制剤の供給開始温度（第二温度）とは異なっている。具体的には、第二供給機構１４による酸化抑制剤の供給開始温度（第二温度）は、第一供給機構１３による酸化抑制剤の供給開始温度（第一温度）よりも高い温度である。このように酸化抑制剤の供給開始温度を設定することにより、第一供給機構１３による酸化抑制剤供給時には、第二供給機構１４から酸化抑制剤が供給されないようにすることが可能である。第一供給機構１３による酸化抑制剤供給時に第二供給機構１４から酸化抑制剤が供給されないようにすることにより、ガスが電池１６から再度排出されたような場合に、第二供給機構１４から酸化抑制剤を供給することが可能である。

酸化抑制剤を電池ケース１７の内部に供給することにより、ガスが酸化抑制剤と十分に混合された状態で電池ケース１７のガス排出口１８から大気に放出される。電池ケース１７の内部においてガスが酸化抑制剤と十分に混合されることにより、大気に放出されたガスと大気中の酸素との酸化反応が阻害され、大気に放出されたガスが高温になることを抑制することができる。

以下に、本実施形態による作用効果を説明する。

（１）電池パックシステム１０Ａは、電池１６と、電池１６を収納する電池収納空間２１を内部に備える電池ケース１７と、電池ケース１７に形成されたガス排出口１８とを有する電池パック１１を備える。電池パックシステム１０Ａは、通常時はガス排出口１８を閉塞し、電池ケース１７の内部の圧力が所定圧力以上になったときにガス排出口１８を開放するガス排出機構１２を備える。電池パックシステム１０Ａは、電池収納空間２１とガス排出口１８との間に形成されるガス排出領域２５内に酸化抑制剤を供給する第一供給機構１３と、電池収納空間２１内に酸化抑制剤を供給する第二供給機構１４と、を備える。第一供給機構１３は、酸化抑制剤を保持する第一保持部２６を有し、ガス排出領域２５内の温度が第一温度以上になったときに第一保持部２６の酸化抑制剤をガス排出領域２５内に供給する。第二供給機構１４は、酸化抑制剤を保持する第二保持部２７を有し、電池収納空間２１内の温度が第一温度よりも高い第二温度以上になったときに第二保持部２７の酸化抑制剤を電池収納空間２１内に供給する。

第一供給機構１３（第一保持部２６）が電池収納空間２１とガス排出口１８との間のガス排出領域２５に配置されることにより、ガスと酸化抑制剤とを電池ケース１７の内部で混合することができ、ガスと酸化抑制剤とを効率的に混合することが可能である。また、第二供給機構１４による酸化抑制剤の供給開始温度が第一供給機構１３による酸化抑制剤の供給開始温度よりも高いことにより、ガスが電池１６から再度排出されたような場合に、第二供給機構１４から酸化抑制剤を供給することが可能である。

従って、電池パックシステム１０Ａによれば、電池ケース１７の内部に発生したガスに酸化抑制剤を供給する際に、ガスと酸化抑制剤とを十分に混合して、電池ケース１７の内部から外部に排出されるガスの酸化反応を十分に抑制することができる。

（２）第一供給機構１３の第一保持部２６は、ガス排出領域２５内の配置箇所への酸化抑制剤の塗布により配置された固形の酸化抑制剤である。第二供給機構１４の第二保持部２７は、電池収納空間２１内の配置箇所への酸化抑制剤の塗布により配置された固形の酸化抑制剤である。

第一保持部２６及び第二保持部２７の配置方法が「酸化抑制剤の塗布」によるものであることにより、酸化抑制剤を電池ケース１７の内部に効率的に配置することができる。

［本発明の他の実施形態］
図６及び図７に示す電池パックシステム１０Ｂのように、第二供給機構１４の第二保持部２７が、アッパーケース２０の内面（下面）に配置されていてもよい。このように第二保持部２７（酸化抑制剤）を配置することにより、第二保持部２７を電池１６の上部に配置した場合と比較して、第二保持部２７をより広い面積に対して配置することが可能になる。

図８に示す電池パックシステム１０Ｃでは、第一供給機構１３が、ガス排出領域２５内の温度を検出する温度検出部３０を有する。第一供給機構１３は、温度検出部３０によって検出されたガス排出領域２５内の温度が第一温度以上になったときに第一保持部２６からの酸化抑制剤の供給を起動する供給起動部３１をさらに有する。温度検出部３０は、例えば、温度検出線３２であり、供給起動部３１は、例えば、ニクロム線等の供給起動線３３である。これらの温度検出線３２及び供給起動線３３は、電池ケース１７の外部に配置されるコントローラー３４に接続される。

電池パックシステム１０Ｃによれば、ガス排出領域２５内の温度を検出し、検出した温度に基づいて第一保持部２６からの酸化抑制剤の供給を強制的に起動することにより、応答性よく即座に酸化抑制剤をガス排出領域２５内に供給することができる。また、第二供給機構１４に関しては、熱による化学反応によって第二保持部２７からの酸化抑制剤の供給を開始することにより、温度検出線や供給起動線の破損や溶損による不具合の発生の可能性を排除することができる。

図９に示す電池パックシステム１０Ｄでは、第二供給機構１４の第二保持部２７は、電池収納空間２１内の複数箇所に配置され、第二保持部２７からの酸化抑制剤の供給開始温度は、ガス排出口１８に近い第二保持部２７ほど高く設定される。例えば、第一電池モジュール２２の上部に配置された第二保持部２７における酸化抑制剤の供給開始温度は、第二電池モジュール２３の上部に配置された第二保持部２７における酸化抑制剤の供給開始温度よりも高くなっている。さらに、第二電池モジュール２３の上部に配置された第二保持部２７における酸化抑制剤の供給開始温度は、第三電池モジュール２４の上部に配置された第二保持部２７における酸化抑制剤の供給開始温度よりも高くなっている。

ガス排出口１８に近い第二保持部２７は高熱のガスに触れる回数（頻度）が高くなり得ることから、電池パックシステム１０Ｄでは、第二保持部２７は、ガス排出口１８に近いほど、熱による化学反応によって酸化抑制剤を供給し難くされている。このようにすることにより、第二保持部２７（酸化抑制剤）が設置されている電池１６以外が高温になった際には、酸化抑制剤の供給はされず、第二保持部２７（酸化抑制剤）が設置されている電池１６が高温になった際に、酸化抑制剤の供給がされることになる。

図１０及び図１１に示す電池パックシステム１０Ｅでは、電池１６が、電池１６の内部で発生するガスを排出するガス排出部（図示せず）を有し、第二供給機構１４の第二保持部２７は、電池収納空間２１内において電池１６のガス排出部の近傍に配置される。前述のガス排出部は、例えば、電池１６の異常時に故意にガスを排出する排出弁であり、この排出弁の近傍に第二保持部２７（酸化抑制剤）が配置される。

電池パックシステム１０Ｅによれば、電池１６に異常時に故意にガスを排出するガス排出部を設け、このガス排出部の近傍に第二保持部２７（酸化抑制剤）を配置することにより、酸化抑制剤を電池ケース１７の内部に効率的に配置することができる。

なお、図１２に示すように、電池１６とガス排出口１８との位置関係に応じて、第二保持部２７を設置する場所を電池１６毎に異なるようにしてもよい。

ところで、本発明の電池パックシステムは前述の実施形態に例をとって説明したが、この実施形態に限ることなく本発明の要旨を逸脱しない範囲で他の実施形態を各種採用することができる。

１ 電動車両（車両）
２ フロア（フロアパネル）
１０ 電池パックシステム
１１ 電池パック
１２ ガス排出機構
１３ 第一供給機構（第一酸化抑制剤供給機構）
１４ 第二供給機構（第二酸化抑制剤供給機構）
１６ 電池
１７ 電池ケース
１８ ガス排出口
２１ 電池収納空間
２５ ガス排出領域
２６ 第一保持部（第一酸化抑制剤保持部）
２７ 第二保持部（第二酸化抑制剤保持部）
３０ 温度検出部
３１ 供給起動部

Claims (4)

1. 電池と、前記電池を収納する電池収納空間を内部に備える電池ケースと、前記電池ケースに形成されたガス排出口とを有する電池パックと、
   通常時は前記ガス排出口を閉塞し、前記電池ケースの内部の圧力が所定圧力以上になったときに前記ガス排出口を開放するガス排出機構と、
   前記ガス排出機構に酸化抑制剤を供給する第一供給機構と、
   前記電池収納空間内に酸化抑制剤を供給する第二供給機構と、を備え、
   前記第一供給機構は、酸化抑制剤を保持する第一保持部を有し、前記ガス排出機構の温度が第一温度以上になったときに前記第一保持部の酸化抑制剤を前記ガス排出機構に供給し、
   前記第二供給機構は、酸化抑制剤を保持する第二保持部を有し、前記電池収納空間内の温度が前記第一温度よりも高い第二温度以上になったときに前記第二保持部の酸化抑制剤を前記電池収納空間内に供給し、
   前記第二供給機構の前記第二保持部は、前記電池収納空間内の複数箇所に配置され、
   前記第二保持部からの酸化抑制剤の供給開始温度は、前記ガス排出口に近い前記第二保持部ほど高く設定される
   ことを特徴とする電池パックシステム。
2. 前記第一供給機構は、
   前記ガス排出機構の温度を検出する温度検出部と、
   前記温度検出部によって検出された前記ガス排出機構の温度が前記第一温度以上になったときに前記第一保持部からの酸化抑制剤の供給を起動する供給起動部とを有し、
   前記第二供給機構は、前記第二温度以上の熱による化学反応によって前記第二保持部からの酸化抑制剤の供給を開始する
   ことを特徴とする請求項１に記載の電池パックシステム。
3. 前記電池は、前記電池の内部に発生するガスを排出するガス排出部を側面に有し、
   前記第二供給機構の第二保持部は、前記電池の前記ガス排出部が設けられた側面に配置される
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の電池パックシステム。
4. 前記第一供給機構の第一保持部は、前記ガス排出機構に配置された固形の酸化抑制剤であり、
   前記第二供給機構の第二保持部は、前記電池収納空間内に配置された固形の酸化抑制剤である
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電池パックシステム。

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