JP7124656B2 - 蓄電装置 - Google Patents

Description

本開示は、蓄電装置に関する。

従来から蓄電装置が浸水したことを考慮して設計された蓄電装置について各種検討されている。

たとえば、特開２０１７－５００９３号公報に記載された電池パックは、組電池と、組電池を監視するＥＣＵ（Electronic Control Unit）と、収容ケースとを備える。

組電池およびＥＣＵは、配線に接続されており、ＥＣＵには当該配線が接続される高圧コネクタが設けられている。

組電池と、ＥＣＵと、配線とは、収容ケース内に配置されており、上記の高圧コネクタは、収容ケース内において、他の機器よりも高い位置に設けられている。

この電池パックにおいては、電池パック内に水が浸水したとしても、高圧コネクタが水に浸かることを遅らせることが図られている。

特開２０１７－５００９３号公報

ここで、近年、ＥＶ走行可能距離を長くするために蓄電装置が大型化している。大型化した蓄電装置を車室内に搭載したのでは、室内空間が狭くなることから蓄電装置をたとえば、フロアパネルの下面側などの室外空間に配置することが多い。

上記のように車室外に搭載される蓄電装置においては、収容ケース内に外部の異物が入り込むことを抑制するために、各種の構成が採用されている。

たとえば、蓄電装置の収容ケースは、上方に向けて開口する開口部が形成されたケース本体と、この開口部を閉塞するように設けられた蓋とを含み、ケース本体および蓋との間にシール部材が配置されている。そして、シール部材によって、収容ケース内に水などの異物が入り込むことが抑制されている。

その一方で、シール部材によるシール性は、各種の状況によって低下する場合がある。たとえば、蓄電装置が路面干渉したときなどの衝撃力によって、収容ケースが変形し、蓋またはケース本体と、シール部材との間に隙間ができる場合がある。

走行中に飛来した異物が、シール部材とケース本体などの間に入り込み、シール部材およびケース本体の間に隙間が形成される場合もある。また、シール部材への高圧洗車により蓋またはケース本体と、シール部材との間に隙間ができたり、異物が蓋またはケース本体と、シール部材との間にかみ込み、隙間ができたりする場合がある。さらには、シール部材に薬品が付着して、シール部材が劣化して、蓋またはケース本体と、シール部材との間に隙間ができたりする場合もある。

このように、シール部材によるシール性が低下した状態で、浸水路面を車両が走行すると、収容ケース内に水などが入り込み、蓄電モジュール内に水などが入り込むおそれがある。

このように、蓄電モジュールの内部に水が入り込んだ状態で車両の走行が継続されると、蓄電モジュールが浸水により短絡して高温になるおそれがある。

そこで、本願発明者等は、収容ケース内に水が入り込むことが予見することができる状況においては、積極的に水を収容ケース内に入り込ませることで、浸水した多くの水で蓄電モジュールを冷却することと、蓄電モジュールを完全に放電させることを検討した。

本開示は、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、収容ケース内に水が入り込むことが予見することができる状況においては、積極的に水を収容ケース内に入り込ませることで、浸水した多くの水で蓄電モジュールを冷却することと、蓄電モジュールを放電させることができる蓄電装置を提供することである。

本開示に係る蓄電装置は、蓄電モジュールと、蓄電モジュールを内部に収容する収容ケースと、収容ケースに設けられた第１弁および第２弁とを備え、収容ケースは、上方に向けて開口する開口部が形成され、開口部に沿って延びるシール面を含むケース本体と、シール面に配置され、ケース本体の開口部を閉塞するように設けられた蓋と、シール面に配置されると共にケース本体および蓋の間に配置されたシール部材とを含み、シール面は、蓄電モジュールよりも上方に位置しており、第１弁は、収容ケースの外部の圧力が第１圧力よりも大きくなると、開弁して収容ケースの内部と、収容ケースの外部とを連通させ、第２弁は、収容ケースの内圧が、第２圧力よりも大きくなると、開弁して、収容ケースの内部と、収容ケースの外部とを連通させる。

上記の蓄電装置によれば、当該蓄電装置が車両の下面に配置されたときにおいても、シール部材およびシール面は、蓄電モジュールよりも上方に位置しているため、地面の水などがシール部材およびシール面に達し難い。これにより、シール部材とシール面との間から外部の水などが収容ケース内に入り込むことを抑制することができる。

さらに、シール部材によるシール性が低下した状態において、冠水した道路を車両が走行し、蓄電装置が水没する場合がある。このように、蓄電装置が水没すると、収容ケース内に水が入り込む可能性がある。収容ケース内に水が入り込むと、蓄電モジュールが被水して、蓄電モジュールが短絡して高温になる可能性がある。

その一方で、蓄電装置が水没すると、第１弁に加えられる圧力が第１圧力以上となり、第１弁が開弁する。第１弁が開弁すると、水没している蓄電装置の周囲の水が、収容ケース内に大量に入り込む。この大量の水によって、蓄電モジュールを冷却することと、蓄電モジュールを放電させることができる。

また、蓄電モジュールが被水したときに、蓄電モジュールから高温ガスが噴出する場合がある。収容ケースは、密封性が高いため、高温ガスが蓄電モジュールから噴出すると、収容ケース内の内圧が高くなる。収容ケース内の内圧が第２圧力以上となると、第２弁が開弁する。これにより、収容ケース内の高温ガスを蓄電装置の外部に排気することができ、収容ケース内の内圧が過度に高くなることを抑制することができる。

本開示に係る蓄電装置によれば、収容ケース内に水が入り込むことが予見することができる状況においては、積極的に水を収容ケース内に入り込ませることで、浸水した多くの水で蓄電モジュールを冷却することと、蓄電モジュールを放電させることができる。

本実施の形態に係る車両１を模式的に示す模式図である。 蓄電装置５を模式的に示す断面図である。

図１から図２を用いて、本実施の形態に係る蓄電装置について説明する。図１および図２に示す構成のうち、同一または実質的に同一の構成については、同一の符号を付して重複した説明を省略する。なお、実施の形態に示す構成において、請求項に記載された構成に対応する構成には、括弧書きで請求項の構成を併記する場合がある。

図１は、本実施の形態に係る車両１を模式的に示す模式図である。
車両１は、車両本体２と、モータジェネレータ３と、ＰＣＵ（Power Control Unit）４と、蓄電装置５とを備える。車両本体２は、フロアパネル６を含み、フロアパネル６は車両１の底面を形成する金属製の板状部材である。

モータジェネレータ３と、ＰＣＵ４とは、車両本体２に形成されたエンジンコンパートメント内に設けられている。

ＰＣＵ４は、インバータおよびコンバータを含む。ＰＣＵ４は、蓄電装置５から供給される直流電力を交流電力に変換して、モータジェネレータ３に供給する。モータジェネレータ３は、供給された交流電力によって駆動して、たとえば、前輪７を回転させる。

蓄電装置５は、フロアパネル６の下面に設けられている。蓄電装置５およびＰＣＵ４はワイヤーハーネス９によって接続されている。

図２は、蓄電装置５を模式的に示す断面図である。なお、図２においては、車両１の前後方向に延びる断面で断面視したときの断面図である。蓄電装置５は、蓄電モジュール２０と、収容ケース２１と、ジャンクションボックス２２と、バッテリＥＣＵ２３と、弁４０，４１とを含む。

蓄電モジュール２０と、ジャンクションボックス２２と、バッテリＥＣＵ２３とは、収容ケース２１内に収容されている。

蓄電モジュール２０は、たとえば、車両１の幅方向に複数配置されている。各蓄電モジュール２０は、たとえば、電気的に直列もしくは並列になるように接続されている。そして、各蓄電モジュール２０は、車両１の前後方向に配列する複数の蓄電セル２４を含む。各蓄電セル２４は、互いに電気的に直列に接続されている。

蓄電セル２４は、たとえば、リチウムイオン電池である。蓄電セル２４は、金属製のセルケースと、このセルケース内に収容された電極体および電解液とを含む。

収容ケース２１は、ケース本体２５と、蓋２６と、シール部材２７とを含む。ケース本体２５は、上方に向けて開口する開口部３０が形成されている。

ケース本体２５は、たとえば、アルミニウムおよびアルミニウム合金などの金属材料、または、ＦＲＰ（ポリエステル樹脂）などの樹脂材料などによって形成されている。ケース本体２５は、底部３１と、周壁３２と、鍔３３とを含む。

底部３１は、ケース本体２５の底面を形成しており、周壁３２は底部３１の外周縁部から上方に立ち上がるように形成されている。開口部３０は、周壁３２の環状に延びる上辺によって形成されている。鍔３３は周壁３２の上辺から水平方向に延びるように形成されている。なお、鍔３３は環状に形成されており、鍔３３の上面にシール面２８が形成されている。

シール部材２７は、環状に形成されている。シール部材２７は、エチレン・プロピレン・ジエンゴム(ＥＰＤＭ)やＦＩＰＧ（Formed In Place Gasket）などによって形成されている。シール部材２７は、シール面２８に配置されている。

蓋２６は、シール部材２７を間に挟んで、シール面２８に配置されており、ケース本体２５の開口部３０を閉塞するように設けられている。

なお、収容ケース２１は、ケース本体２５および蓋２６を互いに連結する複数のボルトを含み、ケース本体２５および蓋２６は、シール部材２７を間に挟んだ状態で連結されており、シール部材２７はケース本体２５および蓋２６に密着している。

このように、シール部材２７がケース本体２５および蓋２６に密着することで、蓄電装置５の外部から水などの異物が収容ケース２１内に入り込むことを抑制することができる。

ジャンクションボックス２２には、蓄電モジュール２０に接続された配線３５が接続されており、配線３５には、たとえば、電流センサ３６が接続されている。さらに、ジャンクションボックス２２には、ワイヤーハーネス９が接続されている。

バッテリＥＣＵ２３は、電流センサ３６や、蓄電モジュール２０に設けられた温度センサおよび電圧センサに接続されている。そして、バッテリＥＣＵ２３は、蓄電モジュール２０の充電状態などを算出している。

弁４０および弁４１は、蓋２６に設けられている。弁（第１弁）４０は、蓄電装置５の外部圧力が所定圧力Ｐ１よりも大きくなると開弁するように形成されている。たとえば、蓄電装置５の外部の外部圧力が所定圧力Ｐ１よりも大きくなると、蓄電装置５の外部空間と、収容ケース２１内の内部空間とを連通させる。その一方で、蓄電装置５の外部空間の外部圧力が所定圧力Ｐ１以下のときには、弁４０は閉弁しており、蓄電装置５の外部空間と収容ケース２１の内部空間との連通状態を遮断する。

弁４１は、収容ケース２１の内部空間の内圧が所定圧力Ｐ２よりも高くなると、弁４１は開弁し、収容ケース２１の内部空間と蓄電装置５の外部空間とを連通する。

そして、収容ケース２１の内圧が所定圧力Ｐ２以下のときには、弁４１は閉弁しておりり、収容ケース２１の内部空間と蓄電装置５の外部空間との連通状態を遮断する。

シール部材２７およびシール面２８は、蓄電モジュール２０と、ジャンクションボックス２２と、バッテリＥＣＵ２３とのいずれよりも上方に位置している。そして、弁４０および弁４１も、蓄電モジュール２０と、ジャンクションボックス２２と、バッテリＥＣＵ２３とのいずれよりも上方に位置している。

上記のように構成された車両１において、車両１が冠水した道路を走行することがある。ケース本体２５のシール面２８およびシール部材２７は、蓄電モジュール２０、ジャンクションボックス２２およびバッテリＥＣＵ２３よりも上方に位置している。

このため、冠水した道路などを車両１が走行したとしても、水などがシール部材２７に達することを抑制することができる。これにより、収容ケース２１内に水などが入り込むことを抑制することができる。

上記の車両１において、シール部材２７によるシール性が低下する場合がある。たとえば、製造時にシール部材２７と、蓋２６または鍔３３との間に異物が挟まりこんでいたり、走行中に飛来物がシール部材２７と、蓋２６または鍔３３との間に異物が挟まりこんだりする。また、蓄電装置５が障害物と接触することで、鍔３３などが変形する場合もある。このように、異物が挟まりこんだり、収容ケース２１が変形したりすることで、シール部材２７と、蓋２６または鍔３３との間に隙間などが生じて、シール部材２７によるシール性が低下することがある。

このように、シール部材２７のシール性が低下した状態において、車両１が冠水した路面などを走行する場合があり、特に、災害時などにおいては、蓄電装置５が水没する程度にまで水が溜まっている所を車両１が走行するケースがある。

このように、シール部材２７のシール性が低下した状態において、蓄電装置５が水没すると、シール部材２７と、蓋２６または鍔３３との間に形成された隙間から収容ケース２１内に水などが入り込む場合がある。

そして、収容ケース２１内に入り込んだ水によって、蓄電モジュール２０、ジャンクションボックス２２およびバッテリＥＣＵ２３が被水する場合が生じる。たとえば、ジャンクションボックス２２には、高い電圧が印加されているため、ジャンクションボックス２２が被水することで、ジャンクションボックス２２が高温になる場合がある。同様に、蓄電モジュール２０およびバッテリＥＣＵ２３も高温になるおそれがある。

また、蓄電セル２４内に水などの異物が入り込むと、蓄電セル２４が非常に高温となり、高温ガスが蓄電セル２４から噴出するおそれがある。

特に、蓄電装置５が水没するような状態においては、収容ケース２１内に水が入り込む可能性が高い。

蓄電装置５が水没すると、収容ケース２１の蓋２６に設けられた弁４０も水没する。弁４０が水没すると、蓄電装置５の外部から弁４０に加えられる圧力が上昇し、所定圧力Ｐ１よりも大きくなる。

弁４０に加えられる圧力が所定圧力Ｐ１よりも大きくなると、弁４０が開弁する。弁４０が開弁すると、水没している蓄電装置５の周囲の水が開弁した弁４０から大量に蓄電装置５内に入り込む。蓄電装置５内に大量の水が入り込むと、高温となった蓄電セル２４、蓄電モジュール２０、ジャンクションボックス２２およびバッテリＥＣＵ２３を冷却することができる。

さらに、大量の水を収容ケース２１内に供給することで、蓄電モジュール２０内に蓄電された電力を早期に放電させることができる。蓄電モジュール２０に蓄電された電力を早期に低下させることで、ジャンクションボックス２２や蓄電モジュール２０内で短絡などが生じたとしても、当該短絡部分に蓄電モジュール２０からの電力が供給され難くなり、当該短絡部分が高温となることを抑制することができる。

このように、弁４０に加えられる外部圧力が所定圧力Ｐ１よりも大きくなるような状況としては、蓄電装置５が水没したものと考えられることができる。なお、弁４０が開弁する所定圧力Ｐ１は、弁４０が水没したときに、弁４０に加えられる圧力となるように設定されている。たとえば、蓄電装置５が水没して、蓋２６の上面から数センチ程度まで水が達したときに弁４０に加えられる圧力を所定圧力Ｐ１とする。

ここで、蓄電モジュール２０の蓄電セル２４に多くの水が入り込むと、蓄電セル２４から高温ガスが噴出することがある。高温ガスが収容ケース２１内に充満すると、収容ケース２１内の内圧が上昇する。

収容ケース２１内の内圧が上昇すると、弁４１に印加される圧力が所定圧力Ｐ２よりも大きくなる。弁４１に加えられる圧力が所定圧力Ｐ２よりも大きくなると、弁４１が開弁して、収容ケース２１内の内部空間と、収容ケース２１の外部空間とが連通する。

収容ケース２１の内部空間が外部空間と連通することで、蓄電セル２４から噴出する高温ガスを車両１の外部空間に排出することができ、収容ケース２１内の内圧が過度に高くなることを抑制することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 車両、２ 車両本体、３ モータジェネレータ、５ 蓄電装置、６ フロアパネル、７ 前輪、９ ワイヤーハーネス、２０ 蓄電モジュール、２１ 収容ケース、２２ ジャンクションボックス、２４ 蓄電セル、２５ ケース本体、２６ 蓋、２７ シール部材、２８ シール面、３０ 開口部、３１ 底部、３２ 周壁、３３ 鍔、３５ 配線、３６ 電流センサ、４０，４１ 弁。

Claims (1)

1. 蓄電モジュールと、
   前記蓄電モジュールを内部に収容する収容ケースと、
   前記収容ケースに設けられた第１弁および第２弁と
   を備え、
   前記収容ケースは、上方に向けて開口する開口部が形成され、前記開口部に沿って延びるシール面を含むケース本体と、
   前記シール面に配置され、前記ケース本体の前記開口部を閉塞するように設けられた蓋と、
   前記シール面に配置されると共に前記ケース本体および前記蓋の間に配置されたシール部材とを含み、
   前記シール面は、前記蓄電モジュールよりも上方に位置しており、
   前記第１弁は、前記収容ケースの外部の圧力が第１圧力よりも大きくなると、開弁して前記収容ケースの内部と、前記収容ケースの外部とを連通させ、
   前記第２弁は、前記収容ケースの内圧が、第２圧力よりも大きくなると、開弁して、前記収容ケースの内部と、前記収容ケースの外部とを連通させ、
   前記第１弁は開弁することで前記収容ケースの内部および外部を連通させ、
   前記収容ケースが水没した状態で、前記第１弁が開弁することで開弁した前記第１弁を通って前記収容ケースの外部の水が前記収容ケース内に流入するように、前記第１弁が形成された、蓄電装置。

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