(57)【要約】【課題】  車両の衝突時に、複数の電池のうちの、一部の電池のみを利用可能とすること。【解決手段】車両は、電気負荷と、前記電気負荷に電気的に接続される第１電池と、前記電気負荷に、前記第１電池に対して並列な関係で、電気的に接続される第２電池であって、車両の上面視で、前記第１電池よりも車両の中心に近い第２電池と、前記第１電池及び前記第２電池のうちの、前記第１電池のみを前記電気負荷から電気的に切り離すことが可能なスイッチと、車両の衝突の検出、又は、前記第１電池の異常の検出に基づいて、前記スイッチを開放するように構成されている制御部とを含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気負荷と、
前記電気負荷に電気的に接続される第１電池と、
前記電気負荷に、前記第１電池に対して並列な関係で、電気的に接続される第２電池であって、車両の上面視で、前記第１電池よりも車両の中心に近い第２電池と、
前記第１電池及び前記第２電池のうちの、前記第１電池のみを前記電気負荷から電気的に切り離すことが可能なスイッチと、
車両の衝突の検出、又は、前記第１電池の異常の検出に基づいて、前記スイッチを開放するように構成されている制御部とを含む、車両。
【請求項２】
前記第１電池は、車両の上面視で、所定方向で前記第２電池の両側にそれぞれ設けられる、請求項１に記載の車両。
【請求項３】
前記所定方向は、車両の車幅方向である、請求項２に記載の車両。
【請求項４】
前記第１電池及び前記第２電池は、一の筐体内に収容され、
前記第２電池は、車両の上面視で、前記第１電池よりも前記筐体の中心の近くに設けられる、請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載の車両。
【請求項５】
前記第１電池は、車両における衝突時の衝撃吸収のための変形が許容される所定の領域内に設けられ、
前記第２電池は、前記所定の領域外に設けられる、請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載の車両。
【請求項６】
前記第２電池は、側面視で、シートを支持する車幅方向のフレーム部材の可動範囲であって、シートの前後方向の位置調整に伴う可動範囲に重ならない範囲に設けられる、請求項１に記載の車両。
【請求項７】
前記第２電池は、車両前後方向で前記第１電池に対してオフセットして設けられる、請求項６に記載の車両。
【請求項８】
前記第１電池及び前記第２電池は、側面視で、シートを支持する車幅方向のフレーム部材の可動範囲であって、シートの前後方向の位置調整に伴う可動範囲に重なる範囲に設けられ、
前記第１電池及び前記第２電池は、車両の上面視で、車両の車幅方向で前記第２電池の両側に前記第１電池が位置する態様で、左右のフレーム部材間に設けられる、請求項１に記載の車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、複数の電池を備える車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池スタックよりも車両前側にインタークーラを配置することで、車両の前突時における衝撃から燃料電池スタックを保護する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2015-157608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、車両の衝突時に、燃料電池スタックの含まれる複数の電池のうちの、一部の電池のみを電気負荷から電気的に切り離して他の電池のみを利用可能とすることが難しい。
【０００５】
そこで、一側面によれば、本発明は、車両の衝突時に、複数の電池のうちの、一部の電池のみを利用可能とする車両の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の態様は、電気負荷と、
前記電気負荷に電気的に接続される第１電池と、
前記電気負荷に、前記第１電池に対して並列な関係で、電気的に接続される第２電池であって、車両の上面視で、前記第１電池よりも車両の中心に近い第２電池と、
前記第１電池及び前記第２電池のうちの、前記第１電池のみを前記電気負荷から電気的に切り離すことが可能なスイッチと、
車両の衝突の検出、又は、前記第１電池の異常の検出に基づいて、前記スイッチを開放するように構成されている制御部とを含む、車両が提供される。
【０００７】
上記態様によれば、第１電池及び第２電池は、車両の上面視で、第１電池よりも車両の中心に近い配置であるので、衝突時に第１電池の方が第２電池よりもダメージを受ける可能性が高い。この点を利用し、第２電池車両の衝突の検出又は第１電池の異常の検出に基づいて、スイッチが開放される。スイッチが開放されると、第１電池及び第２電池のうちの、第１電池のみが電気負荷から電気的に切り離される。これにより、車両の衝突時、第２電池のみを利用可能とできる。この結果、衝突時に第１電池よりもダメージを受け難い第２電池のみにより、電気負荷を安全に動作させることが可能となる。
【０００８】
本発明の他の態様は、前記第１電池は、車両の上面視で、所定方向で前記第２電池の両側にそれぞれ設けられてもよい。該態様によれば、所定方向に力が加わる形態の衝突に対して、第１電池により第２電池を保護できる。
【０００９】
本発明の他の態様は、所定方向は、車両の車幅方向であってもよい。該態様によれば、側突に対して、第２電池を保護できる。
【００１０】
本発明の他の態様は、前記第１電池及び前記第２電池は、一の筐体内に収容され、前記第２電池は、車両の上面視で、前記第１電池よりも前記筐体の中心の近くに設けられてよい。該態様によれば、筐体内において、第１電池により第２電池を保護できる。
【００１１】
本発明の他の態様は、前記第１電池は、車両における衝突時の衝撃吸収のための変形が許容される所定の領域内に設けられ、前記第２電池は、前記所定の領域外に設けられてもよい。該態様によれば、第１電池を衝撃吸収のために利用できる。
【００１２】
本発明の他の態様は、前記第２電池は、側面視で、シートフレームの可動範囲に重ならない範囲に設けられてもよい。該態様によれば、側突時に車両内側に移動しうるシートフレームに起因して第２電池がダメージを受けることを、防止できる。
【００１３】
本発明の他の態様は、前記第２電池は、車両前後方向で前記第１電池に対してオフセットして設けられてもよい。該態様によれば、車幅方向にスペースを取らずに第１電池及び第２電池を配置できる。
【００１４】
本発明の他の態様は、前記第１電池及び前記第２電池は、側面視で、シートを支持する車幅方向のフレーム部材の可動範囲であって、シートの前後方向の位置調整に伴う可動範囲に重なる範囲に設けられ、
前記第１電池及び前記第２電池は、車両の上面視で、車両の車幅方向で前記第２電池の両側に前記第１電池が位置する態様で、左右のフレーム部材間に設けられてもよい。該態様によれば、側突時にシートフレームを介して第１電池に荷重が入力されるが、かかる場合でも、第１電池により第２電池を保護できる。
【発明の効果】
【００１５】
一側面によれば、車両の衝突時に、複数の電池のうちの、一部の電池のみを利用可能とできる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】車両の上面視を概略的に示す図である。
【図２】電池パック２を背面側から視た図である。
【図３】車両１の概略的なシステム構成図である。
【図４】電池ＥＣＵ１０の処理装置１１による動作例を示す概略フローチャートである。
【図５】電池ケース２０Ａ内での好ましい電池配置構造の説明図である。
【図６】電池ケース２０Ｂ内での好ましい他の電池配置構造の説明図である。
【図７】電池ケース２０Ｃ内での好ましい他の電池配置構造の説明図である。
【図８】側突時におけるシートフレーム５０と電池パック２Ｃとの関係の説明図である。
【図９】電池パック２とシートフレーム５０との関係を背面から示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照しながら各実施例について詳細に説明する。
【００１８】
図１は、車両の上面視を概略的に示す図である。以下の説明において、「接続」とは、「電気的な接続」を意味する。図２は、電池パック２を背面側から視た図であり、電池パック２を背面（電池ケース２０部分）を透視して内部を示す図である。
【００１９】
車両１は、電池パック２を備える。電池パック２は、例えばセンターコンソールの下方に配置される。電池パック２は、電池ケース２０を有し、電池ケース２０内に、通常電池セル２１、２２（第１電池の一例）と、非常用電池セル２４（第２電池の一例）とを含む。通常電池セル２１、２２は、非常用電池セル２４を車幅方向で挟む態様で配置される。即ち、通常電池セル２１、２２は、車両１の上面視で、車幅方向で非常用電池セル２４の両側にそれぞれ設けられる。より具体的には、非常用電池セル２４は、車両１の上面視で、通常電池セル２１、２２よりも電池ケース２０の中心Ｃの近くに設けられる。これにより、側突時に通常電池セル２１、２２により非常用電池セル２４を保護できる。通常電池セル２１、２２は、車両における衝突時の衝撃吸収のための変形が許容される所定の領域（以下、「クラッシャブルゾーン」と称する）内に設けられる。非常用電池セル２４は、クラッシャブルゾーン以外の領域に設けられる。即ち、非常用電池セル２４は、クラッシャブルゾーンには設けられない。尚、図２には、クラッシャブルゾーンＺ１が模式的に示される。
【００２０】
図２に示す例では、通常電池セル２１、２２、及び、非常用電池セル２４は、共通の電池セル拘束部１５により電池ケース２０に固定される。また、電池ケース２０の下方には、共通の冷却ダクト１７が設けられる。冷却ダクト１７は、通常電池セル２１、２２、及び、非常用電池セル２４を冷却する冷却手段を形成する。また、電池ケース２０の上方には、共通の排煙ダクト１６が設けられる。排煙ダクト１６は、排煙手段を形成する。
【００２１】
図３は、車両１の概略的なシステム構成図である。
【００２２】
通常電池セル２１、２２、及び、非常用電池セル２４は、図３に示すように、グランド線７と通常負荷電源線８との間に並列に接続される。通常電池セル２１、２２の正極側と通常負荷電源線８との間には、それぞれ、電池遮断リレー５（スイッチの一例）が設けられる。電池遮断リレー５は、常態が閉である。尚、電池遮断リレー５は、通常電池セル２１、２２の負極側とグランド線７との間に配置されてもよい。通常電池セル２１には、サーミスタ１２が設けられる。グランド線７には、電流センサ１３が設けられる。通常負荷電源線８には、通常負荷３が接続される。
【００２３】
通常負荷３は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）やセンサ、補機などを含む各種の電子機器（電気負荷の一例）であり、衝突時以外の通常時に動作する。
【００２４】
通常負荷電源線８には、非常用負荷電線９を介して非常用負荷４が接続される。非常用負荷４は、車両の衝突後に所定機能を実現する所定の電気負荷（電気負荷の一例）である。非常用負荷４は、シフトバイワイヤシステムや、メーデーシステム（緊急通報機能を実現するシステム）等である。尚、メーデーシステムは、携帯電話網を用いる無線通信装置を含む。通常負荷電源線８は、通常電池セル２１、２２、及び、非常用電池セル２４に対して、通常負荷３と並列に接続される。
【００２５】
車両１は、通常電池セル２１、２２、及び、非常用電池セル２４を監視等する電池ＥＣＵ１０を含む。電池ＥＣＵ１０は、処理装置１１を含む。処理装置１１は、コンピュータにより実現される。より具体的には、処理装置１１は、図示を省略するが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、補助記憶装置、及び通信インターフェース等を含み、ＣＰＵが記憶装置内のプログラムを実行することで各種機能を実現する。
【００２６】
電池ＥＣＵ１０には、サーミスタ１２、電流センサ１３、及び電池遮断リレー５が接続される。また、電池ＥＣＵ１０には、CAN（controller area network）９０を介してエアバックＥＣＵ９２が接続される。
【００２７】
処理装置１１は、車両１の衝突の検出、又は、通常電池セル２１、２２の異常の検出に基づいて、電池遮断リレー５を開放する。即ち、処理装置１１は、車両１の衝突、又は、通常電池セル２１、２２の異常が検出された場合に、電池遮断リレー５を開放する。
【００２８】
車両の衝突は、エアバックＥＣＵ９２からの情報（例えば衝突検知信号）に基づいて検出できる。或いは、処理装置１１は、加速度センサ（図示せず）からの信号に基づいて、自身で衝突の有無を判定してもよい。
【００２９】
通常電池セル２１、２２の異常は、サーミスタ１２や電流センサ１３からの情報に基づいて検出できる。例えばサーミスタ１２や電流センサ１３から異常（過電流、過電圧、電池温度異常など）を示す情報が得られた場合に、通常電池セル２１、２２の異常が検出される。尚、通常電池セル２１、２２の異常としては、通常電池セル２１、２２の個別の異常が検出されてもよいし、通常電池セル２１、２２のどちらが異常か不明な態様で検出されてもよい。通常電池セル２１、２２の個別の異常が検出される構成では、通常電池セル２１、２２のうちの、異常が検出された方の電池遮断リレー５だけが開放されてもよい。本実施例では、一例として、通常電池セル２１、２２の双方に係る電池遮断リレー５が開放されるものとする。
【００３０】
電池遮断リレー５が開放されると、通常電池セル２１、２２が通常負荷電源線８から電気的に切り離される。これにより、通常電池セル２１、２２が通常負荷３及び非常用負荷４から電気的に切り離される。この結果、非常用電池セル２４だけを安全に動作させることができる。
【００３１】
ここで、通常電池セル２１、２２は、上述のように、クラッシャブルゾーンに設けられるので、車両１の衝突時（特に側突時）に、通常電池セル２１、２２がダメージを受けうる。この結果、車両１の衝突時は、通常電池セル２１、２２が異常となり易い。
【００３２】
この点、本実施例によれば、上述のように、車両１の衝突の検出、又は、通常電池セル２１、２２の異常の検出に基づいて、電池遮断リレー５が開放される。従って、車両１の衝突時に、電池遮断リレー５を開放できる。電池遮断リレー５が開放されると、通常電池セル２１、２２が通常負荷電源線８から電気的に切り離される。即ち、電池パック２のうちの、非常用電池セル２４のみを利用可能とできる。これにより、通常電池セル２１、２２が通常負荷３及び非常用負荷４から電気的に切り離される。この結果、車両１の衝突時に、非常用電池セル２４だけを安全に動作させることができる。
【００３３】
また、本実施例によれば、通常電池セル２１、２２、及び、非常用電池セル２４が１つの電池ケース２０内に配置されるので、通常電池セル２１、２２、及び、非常用電池セル２４が別々の筐体内に配置される場合に比べて、電池ケース２０の共通化や、通常電池セル２１、２２、及び、非常用電池セル２４への配線、通常電池セル２１、２２、及び、非常用電池セル２４の拘束や固定手段、冷却手段、排煙手段、電池ＥＣＵ１０への配線等を共通化できる。この結果、コスト、重量、及び体格を低減できる。
【００３４】
図４は、電池ＥＣＵ１０の処理装置１１による動作例を示す概略フローチャートである。図４に示す処理は、例えばイグニッションスイッチのオン状態において所定周期毎に実行される。
【００３５】
ステップＳ４００では、処理装置１１は、車両１の衝突、又は、通常電池セル２１、２２の異常が検出されたか否かを判定する。
【００３６】
ステップＳ４０２では、処理装置１１は、電池遮断リレー５を開放する。
【００３７】
図４に示す処理によれば、イグニッションスイッチのオン状態において、車両１の衝突、又は、通常電池セル２１、２２の異常の有無を監視し、車両１の衝突の検出、又は、通常電池セル２１、２２の異常の検出に基づいて、電池遮断リレー５を開放できる。
【００３８】
次に、図５以降を参照して、電池ケース内での好ましい電池配置構造について説明する。
【００３９】
図５は、電池ケース２０Ａ内での好ましい電池配置構造の説明図であり、図２と同様、電池パック２Ａを背面側から視た図であり、電池パック２Ａを背面（電池ケース２０Ａ部分）を透視して内部を示す図である。
【００４０】
尚、図５では、図２とは異なり、通常電池セル２１、２２、及び非常用電池セル２４は、１つずつ横並びに設けられるが、かかる相違は本質的ではない。
【００４１】
図５には、衝突による外力Ｐが模式的に示される。外力Ｐがかかると、電池ケース２０Ａの側板（以下、「ケース側板」と称する）は、図５にて点線８０で示すように、内側に変形する。この結果、通常電池セル２１が、図５にて点線２１０で示すように、内側に移動する。このとき、通常電池セル２１と非常用電池セル２４とが干渉しないように、各寸法ａ，ｂ，Ｃ等が設定される。
【００４２】
具体的には、図５において、各文字の意味は以下のとおりである。
a：通常電池セル２１と非常用電池セル２４との間隔
b： 外力Ｐによるケース側板×電池セル干渉量
C：電池ケース２０Ａと通常電池セル２１のセル固定部７０Ａ（通常電池セル２１と一体化された最も側方の部位）との隙間
δ：外力Ｐによるケース側板のたわみ量
E：ケース側板のヤング率
I：ケース側板の断面2次モーメント
このとき、外力Ｐによるケース側板のたわみ量δは、以下の式で算出できる。
δ＝P／（48E・I／L）
尚、ここでは、簡易のため、ケース側板と通常電池セル２１との干渉時の反力は、無視することとする。外力Ｐによるケース側板×電池セル干渉量bは、以下のとおりである。
b＝δ-Ｃ
従って、通常電池セル２１と非常用電池セル２４との間隔aは、ｂより十分大きくなるような配置を実現することで、衝突による外力Ｐが電池ケース２０Ａにかかる場合でも、通常電池セル２１と非常用電池セル２４とが干渉することを防止できる。即ち、外力を受け電池ケース２０Ａが変形し通常電池セル２１が非常用電池セル２４に向けて移動しても、通常電池セル２１が非常用電池セル２４には直接当たらず、非常用電池セル２４への入力荷重を低減できる。これにより、非常用電池セル２４を保護できる。
【００４３】
図６は、電池ケース２０Ｂ内での好ましい他の電池配置構造の説明図であり、図２と同様、電池パック２Ｂを背面側から視た図であり、電池パック２Ｂを背面（電池ケース２０Ｂ部分）を透視して内部を示す図である。
【００４４】
尚、図６では、図２とは異なり、通常電池セル２１、２２、及び非常用電池セル２４は、１つずつ横並びに設けられるが、かかる相違は本質的ではない。
【００４５】
図６には、衝突による外力Ｐ１が模式的に示される。外力Ｐ１がかかると、電池ケース２０Ｂの側板（ケース側板）は、図５にて点線８０で示すように、内側に変形する。この結果、通常電池セル２１が、図５にて点線２１２で示すように、内側に変形する。このとき、電池セル反力がセル固定部７０Ｂにかかる。図５には、通常電池セル２１の変形による応力Ｐ２が模式的に示される。かかる応力Ｐ２によっても破断しないように、セル固定部７０Ｂの固定強度が設定される。
【００４６】
具体的には、図６において、各文字の意味は以下のとおりである。
δ1：外力Ｐ１によるケース側板のたわみ量
δ2：外力Ｐ１による通常電池セル２１の変形量
E1：ケース側板のヤング率
I1：ケース側板の断面2次モーメント
Ａ：電池とケースとのすきま
このとき、外力Ｐ１によるケース側板のたわみ量δ１は、以下の式で算出できる。
δ1＝P1／（48E1・I1／L ）
尚、ここでは、簡易のため、ケース側板と通常電池セル２１との干渉時の反力は、無視することとする。外力Ｐ１による通常電池セル２１の変形量δ2は、以下のとおりである。
δ2＝δ1−A
従って、δ2変形した時の電池セルの反力P2を例えば、実験的に求め、セル固定部７０Ｂの固定強度をP2より大きくしておくことで、衝突による外力Ｐ１が電池ケース２０Ｂにかかる場合でも、通常電池セル２１と非常用電池セル２４とが干渉することを防止できる。具体的には、外力Ｐ１を受け電池ケース２０Ｂや通常電池セル２１が変形するが、固定強度が確保できているため、通常電池セル２１は内側に移動しない。この結果、通常電池セル２１が非常用電池セル２４には直接当たらず、非常用電池セル２４への入力荷重を低減できる。これにより、非常用電池セル２４を保護できる。
【００４７】
図７は、電池ケース２０Ｃ内での好ましい他の電池配置構造の説明図であり、電池パック２Ｃを側面から視た図であり、電池パック２Ｃを側面（電池ケース２０Ｃ部分）を透視して内部を示す図である。
【００４８】
図７に示す電池パック２Ｃでは、非常用電池セル２４は、シートフレーム（横方向のフレーム部材）５０の可動範囲Ｚ３（シート位置調整に起因した可動範囲）に入らないように配置される。即ち、非常用電池セル２４は、側面視で、シートフレーム５０の可動範囲Ｚ３に重ならない範囲に設けられる。図７に示す例では、通常電池セル２１は、範囲Ｚ３内に位置するが、非常用電池セル２４は、範囲Ｚ３に対して車両後側にオフセットして配置される。尚、図７に示す例では、通常電池セル２２は、通常電池セル２１に隣接する態様で配置されてもよい。尚、図７では、シートフレーム５０は、簡易的に１本で示されるが、複数本配設され得り、この場合、シートフレーム５０の可動範囲Ｚ３は、シートフレーム５０全体としての可動領域である。
【００４９】
図８は、側突時におけるシートフレーム５０と電池パック２Ｃとの関係の説明図であり、側突ポールと側突したときの状態を模式的に示す図である。
【００５０】
図８に示すように、側突ポールと側突したとき、側突側のシートフレーム５０が車両内側に移動し（矢印Ｒ１参照）、通常電池セル２１に当たる。しかしながら、非常用電池セル２４は、上述のように、シートフレーム５０が可動する範囲Ｚ３外に位置するので、シートフレーム５０が車両内側に移動しても、シートフレーム５０が非常用電池セル２４には直接当たらず、非常用電池セル２４への入力荷重を低減できる。これにより、非常用電池セル２４を保護できる。
【００５１】
以上、各実施例について詳述したが、特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。また、前述した実施例の構成要素を全部又は複数を組み合わせることも可能である。
【００５２】
例えば、図２に示す例では、側突に対する保護を図るために、通常電池セル２１、２２は、車両１の上面視で、車幅方向で非常用電池セル２４の両側にそれぞれ設けられるが、これに限られない。例えば、前後方向の衝突に対する保護を図るために、通常電池セル２１、２２は、車両１の上面視で、車両前後方で非常用電池セル２４の両側にそれぞれ設けられてもよい。但し、一般的に、クラッシャブルゾーンは車幅方向の方が狭いため、本発明は、側突に対する保護を図るための構成として好適である。
【００５３】
また、上述した実施例において、電池パック２、２Ａ、２Ｂは、シートフレーム（横方向のフレーム部材）５０の可動範囲Ｚ３（図７）内に配置されてもよい。図９は、電池パック２とシートフレーム５０との関係を背面から示す概略図である。この場合、図８と同様、側突ポールと側突したとき、側突側のシートフレーム５０が車両内側に移動し（図８の矢印Ｒ１参照）、電池パック２の側面に当たる。このとき、電池パック２の側面には、外力Ｐ３がかかる。外力Ｐ３は、図５等を参照して説明した外力Ｐや外力Ｐ１に対応する。この場合も、上述のように、通常電池セル２１、２２は、非常用電池セル２４を車幅方向で挟む態様で配置されるので、非常用電池セル２４を効果的に保護できる。
【符号の説明】
【００５４】
１  車両
２  電池パック
２  断面
２Ａ  電池パック
２Ｂ  電池パック
２Ｃ  電池パック
３  通常負荷
４  非常用負荷
５  電池遮断リレー
７  グランド線
８  通常負荷電源線
９  非常用負荷電線
１１  処理装置
１２  サーミスタ
１３  電流センサ
１５  電池セル拘束部
１６  排煙ダクト
１７  冷却ダクト
２０  電池ケース
２０Ａ  電池ケース
２０Ｂ  電池ケース
２０Ｃ  電池ケース
２１  通常電池セル
２２  通常電池セル
２４  非常用電池セル
５０  シートフレーム
７０Ａ  セル固定部
【図１】
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【図２】
2018114812.tif 000004
【図３】
2018114812.tif 000005
【図４】
2018114812.tif 000006
【図５】
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【図６】
2018114812.tif 000008
【図７】
2018114812.tif 000009
【図８】
2018114812.tif 000010
【図９】
2018114812.tif 000011