(57)【要約】【課題】異常時において電池と車体との干渉を抑制することができ、車両における安全性を高める。【解決手段】通常時において電池カプセル３０を車体２００に固定させ、異常時において電池カプセル３０を移動及び退避させる電池退避手段Ｃを備え、異常時において電池カプセル３０と車体２００との干渉を抑制する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
通常時において電池を車体に固定させ、異常時において前記電池を移動及び退避させる電池退避手段を備え、
異常時において前記電池と前記車体との干渉を抑制することを特徴とする車両搭載電池の保護装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両搭載電池の保護装置であって、
異常を感知する異常感知手段を備え、
異常感知手段において異常が感知された場合に前記電池退避手段を用いて前記電池を移動及び退避させることを特徴とする車両搭載電池の保護装置。
【請求項３】
請求項２に記載の車両搭載電池の保護装置であって、
異常感知手段は、前記車体に対する衝撃が衝撃基準値以上となった場合に異常として感知することを特徴とする車両搭載電池の保護装置。
【請求項４】
請求項２に記載の車両搭載電池の保護装置であって、
異常感知手段は、前記車体に搭載されたレーダによって取得されたレーダ信号又は前記車体に搭載された撮像装置によって撮像された画像情報から前記車体に対する衝撃が衝撃基準値以上となると予測された場合に異常として感知することを特徴とする車両搭載電池の保護装置。
【請求項５】
請求項２に記載の車両搭載電池の保護装置であって、
異常感知手段は、前記電池の温度が温度基準値以上となった場合に異常として感知することを特徴とする車両搭載電池の保護装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の車両搭載電池の保護装置であって、
前記電池退避手段は、異常時において前記電池を前記車体に固定している部材を破壊することによって前記電池を移動及び退避させることを特徴とする車両搭載電池の保護装置。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の車両搭載電池の保護装置であって、
前記電池退避手段は、異常時において前記電池を前記車体に固定している電磁力電池退避手段材を解放することによって前記電池を移動及び退避させることを特徴とする車両搭載電池の保護装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の車両搭載電池の保護装置であって、
前記電池退避手段は、振り子リンク機構又はガイド軌道機構を用いて前記電池を移動及び退避させることを特徴とする車両搭載電池の保護装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の車両搭載電池の保護装置であって、
異常時において前記電池を移動及び退避させた干渉余裕空間に発泡剤を噴出又はエアバッグを膨張させる手段を備えることを特徴とする車両搭載電池の保護装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両搭載電池の保護装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ハイブリッド車両や電気自動車等の電池を搭載した車両において、車体に衝撃が加わったときに電池を保護する構成が採用されている。例えば、衝撃が加わったときに電池が変形しないように強固な車体フレームによって衝撃を受け止める構造が開示されている（特許文献１）。また、衝撃により車体が破壊されたときに、車体と電池とが干渉しないような電池パックの形状とする技術が開示されている（特許文献２）。また、衝撃による車体の変形を制御することによって、車体と電池の干渉を避ける技術が開示されている（特許文献３，４）。また、衝撃により車体が変形した際に電池に負荷荷重が伝わらないように長穴で固定する構成が開示されている（特許文献５）。また、電池ケース内部にエアバッグ等の緩衝材を設けて、外部からの衝撃が電池に直接加わらないようにした構成が開示されている（特許文献６）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５４７２３６１号公報
【特許文献２】特開２００８−２２６６１０号公報
【特許文献３】特開２０１４−２２６９５７号公報
【特許文献４】特許第６０７００４６号公報
【特許文献５】特許第５１４１０２６号公報
【特許文献６】特開２００８−２３０５１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来技術では、車体に電池を固定したままの対策であるため、衝撃破壊による車体フレームの侵襲量は極力小さくすることが求められる。したがって、車体フレームの設計において堅牢でありながら衝撃エネルギーを吸収するという背反要件の両立が求められ、電池の保護性能の向上は非常に難しいという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の１つの態様は、通常時において電池を車体に固定させ、異常時において前記電池を移動及び退避させる電池退避手段を備え、異常時において前記電池と前記車体との干渉を抑制することを特徴とする車両搭載電池の保護装置である。
【０００６】
ここで、異常を感知する異常感知手段を備え、異常感知手段において異常が感知させた場合に前記電池退避手段を用いて前記電池を移動及び退避させることが好適である。
【０００７】
また、異常感知手段は、前記車体に対する衝撃が衝撃基準値以上となった場合に異常として感知することが好適である。
【０００８】
また、異常感知手段は、前記車体に搭載されたレーダによって取得されたレーダ信号又は前記車体に搭載された撮像装置によって撮像された画像情報から前記車体に対する衝撃が衝撃基準値以上となると予測された場合に異常として感知することが好適である。
【０００９】
また、異常感知手段は、前記電池の温度が温度基準値以上となった場合に異常として感知することが好適である。
【００１０】
また、前記電池退避手段は、異常時において前記電池を前記車体に固定している部材を破壊することによって前記電池を移動及び退避させることが好適である。
【００１１】
また、前記電池退避手段は、異常時において前記電池を前記車体に固定している電磁力電池退避手段材を解放することによって前記電池を移動及び退避させることが好適である。
【００１２】
また、前記電池退避手段は、振り子リンク機構又はガイド軌道機構を用いて前記電池を移動及び退避させることが好適である。
【００１３】
また、異常時において前記電池を移動及び退避させた干渉余裕空間に発泡剤を噴出又はエアバッグを膨張させる手段を備えることが好適である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、異常時において電池と車体との干渉を抑制することができ、車両における安全性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態における車両搭載電池の保護装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態における電池カプセルの構成を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態における車両搭載電池の保護装置の構成例を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態における車両搭載電池の保護装置の作用例を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態における車両搭載電池の保護装置の構成例を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態における車両搭載電池の保護装置の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施の形態における車両搭載電池の保護装置１００は、図１に示すように、電池カプセル３０（３０ａ〜３０ｄ）、電池退避手段Ｃ（Ｃ１１〜１４、Ｃ２１〜２４、Ｃ３１〜３４、Ｃ４１〜４４）を含んで構成される。なお、図１は、車両搭載電池の保護装置１００が搭載される車体２００を底部方向からみた図である。
【００１７】
電池スタック１０は、電池セル１２を複数集合させた構造体である。電池スタック１０は、図２に内部構造図として示すように、電池セル１２をモジュールに必要な個数だけ集めて、その底部と肩部に固定フレーム１４を当て、エンドプレート１６とボルト等の固定部材１８を用いて両側から締め付けて固定した構造とすることができる。
【００１８】
保護ケース２０は、耐腐食性材料で構成され、例えばステンレス、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）、ＣＦＲＴＰ（炭素繊維強化熱可塑性樹脂）、ＧＦＲＰ（ガラス繊維強化プラスチック）等により構成することができる。また、保護ケース２０は、電池スタック１０を出し入れするために２個以上の部分に分割できる構成とすることが好適である。例えば、側面のサイドプレートを外して電池スタックを横から挿入したり、上面のアッパープレートを外して電池スタックを上から挿入したりできる構成とすることが好適である。
【００１９】
電池スタック１０の保護ケース２０への固定は、接着剤やボルト締結で行うことができる。接着剤には、例えば、構造用接着剤や弾性接着剤を適用すればよい。また、電池スタック１０と保護ケース２０の間の空間に発泡ゲルなどを挿入して衝撃吸収性能や絶縁性を向上させてもよい。また、電池スタック１０と保護ケース２０の間の空間を通風用の流路として利用してもよい。
【００２０】
図３は、電池スタック１０と保護ケース２０と組み合わせた電池カプセル３０を車体２００の床板下部に取り付けた構成を示す。
【００２１】
図３では、車体２００において異常が生じた場合、ここでは車体２００に衝撃が加わった場合に電池カプセル３０の電池退避手段Ｃ１１（Ｃ１２）を解放し、車体２００の下方に回転移動させた状態も併せて示している（図中、破線で示した状態）。この場合、車体２００の側面側の電池カプセル３０の下部に弾性車輪３２を設けておくことによって、電池カプセル３０が下方に解放されたときに弾性車輪３２が路面に着輪することで電池カプセル３０への衝撃を緩和できる。なお、詳細に図示しないが、弾性車輪３２の回転方向は動きが限定されないように全方位に回転自由度をもつ構造とすることが好適である。
【００２２】
このように電池カプセル３０を解放させることによって、衝突方向に距離ｄだけ干渉余裕空間が増加する。当初の衝撃吸収距離Ｄとして、構成上の剛性が変わらないとすると、数式（１）のように衝撃吸収エネルギーはＥｃ倍に増加する。したがって、異常時において電池カプセル３０と車体２００との干渉を抑制することができ、車体２００における安全性を高めることができる。
【数１】
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【００２３】
電池退避手段Ｃ１１（Ｃ１２）の解放のタイミングは、車体２００に設けた異常感知手段による異常の感知に基づいて行うようにすることが好適である。例えば、電池カプセル３０が移動に要する時間Ｔｍを勘案し、車体２００に取り付けたレーダからのレーダ信号や車体２００に取り付けたカメラ等の撮像装置で撮像された画像情報から衝突を事前に予測した段階から時間Ｔｍ以上の余裕をもって開始することが好適である。ただし、比較的低速での衝突であれば、車体２００に対して実際に受けた衝撃を加速度計で感知し、当該衝撃が衝撃基準値以上である場合に電池退避手段Ｃ１１（Ｃ１２）を解放させる構成としてもよい。
【００２４】
図４は、電池退避手段Ｃの構成例を示す。当該例では、電池退避手段Ｃ１は、電池カプセル３０側に取り付けられたフック４０が掛けられている車体２００側のピン４２を電磁石等のピン駆動部４４によってピン４２の軸方向に移動させることにより外す構成としている。
【００２５】
電池退避手段Ｃの解放をさらに高速で行いたい場合、電磁石の反発力を利用した電磁反発式や小型のエアバックを短時間で展開させる気体膨脹方式を適用してもよい。また、小型で廉価の構成としては、フック４０とピン４２との接触部を鋭利な形状にした上で相手側の引っ掛かり部の破断強度を適切に設計することで、衝撃を受けた直後に破断等の受動的に電池退避手段Ｃが解放される構成としてもよい。
【００２６】
図４において回転の支持部となる電池退避手段Ｃ１３（Ｃ１４）では、フック４０とピン４２だけでもよい。また、転がり軸受やすべり軸受けで回転軸を支えて回動し易い構成としてもよい。また、一旦退避した電池カプセル３０が衝突に伴う慣性力で衝突側に戻らないように、電池退避手段Ｃ１３（Ｃ１４）にワンウェイクラッチ等の揺り戻し防止手段を設けた構成としてもよい。この揺り戻し防止手段をより小型で廉価に設置するためには、電池カプセル３０の上面か車体２００にばねの力で押し出されるピンを埋め込み、電池退避手段Ｃ１３（Ｃ１４）が一旦解放されたら、ピンが電池カプセル３０と車体２００との間で突っ張り続ける構造にしてもよい。
【００２７】
また、電池カプセル３０の退避・移動において、電池カプセル３０の全体を退避・移動させる構成としてもよい。例えば、振り子リンク機構又はガイド軌道機構を用いて電池カプセル３０を退避・移動させる構成としてもよい。
【００２８】
図５は、複数のリンク５０を用いて電池カプセル３０の全体を車体２００から退避させる構成例を示す。車体２００に対して衝突衝撃が加わると電池退避手段Ｃ１ａ及び電池退避手段Ｃ２ａが解放され、電池退避手段Ｃ１ｂ及び電池退避手段Ｃ２ｂを回転中心としてリンク５０が回転して電池カプセル３０を退避させる。
【００２９】
図５の構成によれば、電池カプセル３０の退避・移動距離ｄ２は、図３の構成に比べて大きくなり、路面との干渉を避けることもできる。ここで、リンク５０が長いほど退避距離を大きくできるが、路面との干渉を避ける上限があるので、設置場所とリンク長さを適切に選定することが好適である。図５では、電池カプセル３０の底部に弾性車輪を設けていない構成を示しているが、車体２００の上下動が大きい場合や路面の凹凸が大きい場合には弾性車輪を装備することが好適である。
【００３０】
また、リンク５０によって衝突側から遠ざかるように電池カプセル３０を退避させた位置から揺り戻しによって衝突側に戻らないようにワンウェイクラッチ等の揺り戻し防止手段を設けた構成としてもよい。
【００３１】
図６は、電池カプセル３０の固定を解放して路面に落下させ、柔軟性のある縄状の連結部材６０で繋ぎ止める構成を示す。電池カプセル３０には、路面に落下させたときに移動可能となるように弾性車輪６２を設けている。この場合、衝突等の異常の発生によって車体２００が変形して電池カプセル３０に迫ったときであっても電池カプセル３０が路面上を自由に移動できる。したがって、衝突等の異常時において電池カプセル３０と車体２００との干渉を抑制し、電池カプセル３０への損傷を防ぐことができる。
【００３２】
図６の構成では、図３のようにリンク機構を用いる場合に比べてさらに干渉余裕空間が拡大し、電池カプセル３０の衝撃破壊を効果的に抑止できる。
【００３３】
縄状の連結部材６０としては、炭素繊維等の軽量で柔軟性の高い材料を適用することが好適である。さらに、車体２００側か電池カプセル３０側の端部にオイルダンパや粘弾性材料を設けることが好適である。これによって、縄状の連結部材６０が張りつめた際の電池カプセル３０の衝撃を低減させることができる。
【００３４】
以上のように、電池カプセル３０を退避・移動させて車体２００との干渉に対する余裕空間を増大させることで、電池カプセル３０への衝撃を減らすことができる。
【００３５】
なお、電池カプセル３０には高電圧線や制御信号線等のワイヤハーネスが設けられ、電池カプセル３０と車体２００とが接続されているので、電池カプセル３０を退避・移動させることができるようなワイヤハーネスの構造とすることが好適である。例えば、電池カプセル３０の移動に追従できるように、ワイヤハーネスをコイル状にして伸展性を持たせて装備すればよい。また、当該コイル状のワイヤハーネスの設置余裕が無い場合、衝突時に高電流・高電圧の電源回路を停止させる機能を持たせ、ワイヤハーネスのコネクタ部分も電池カプセル３０の電池退避手段を解放すると同時に分離させるような構成とすればよい。
【００３６】
また、図１に示したように、電池カプセル３０及び電池退避手段Ｃは、前後左右の衝突の方向に対応させて分割して設けることが好適である。図１では、４つの電池カプセル３０に分割して配置した例を示している。このような分割構造とすることによって、全体で同一の退避処理を適用する必要がなくなり、衝突等の異常が発生した箇所に応じて一部の電池カプセル３０のみを退避・移動させることができる。例えば、車体２００の右側面から衝突が生じた場合、車体２００の右側に配置された電池カプセル３０のみを退避・移動させるようにすればよい。これによって、衝突等の異常の発生に伴って損傷を受けない部分の電池カプセル３０の電力で事故後の車体２００の走行を維持又は再開できる。
【００３７】
また、上記図１、図３、図５、図６に示した構成に加えて、車体２００のフレームにビードや切欠きを入れるなどして構造破壊制御を行ったり、車体２００側の支持部周辺に装備したエアバッグを膨張させて展開させたり、発泡ウレタン等の発泡剤を噴出させたりして、電池カプセル３０への衝撃負荷を抑制する構成とすることも好適である。
【００３８】
なお、本実施の形態では、衝突という異常に対して電池カプセル３０を退避・移動させる態様について説明したが、異常はこれに限定されるものではなく、電池カプセル３０の温度の異常（過熱）等の他の異常に応じて電池カプセル３０を退避・移動させる構成としてもよい。この場合、例えば、電池カプセル３０に温度測定手段を設け、電池カプセル３０の温度が温度基準値以上となった場合に異常として感知し、電池カプセル３０を退避・移動させるようにすればよい。
【符号の説明】
【００３９】
１０  電池スタック、１２  電池セル、１４  固定フレーム、１６  エンドプレート、１８  固定部材、２０  保護ケース、３０  電池カプセル、３２  弾性車輪、４０  フック、４２  ピン、４４  ピン駆動部、５０  リンク、６０  連結部材、６２  弾性車輪、１００  保護装置、２００  車体。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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