(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両用電池パックであって、
電気的に接続された複数の電池セル（２）と、
少なくとも１つの電流遮断デバイス（３）とを備え、
前記電流遮断デバイス（３）は、前記電池パック内の圧力上昇（１）によって作動する可動感圧要素（５）を備え、
前記電流遮断デバイス（３）は、前記電池セル（２）の電気的接続を物理的に切断する切断部材（７）を備え、
前記可動感圧要素（５）および前記切断部材（７）が、少なくとも１つの電池セル（２）に対して並列になるようにして開並列回路（８）に配設され、電池パック内の圧力が上昇すると前記可動感圧要素（５）によって前記並列回路（８）が閉じられ、閉じられた前記並列回路（８）内で電力が供給された前記切断部材（７）によって前記電池セル（２）の電気的接続を切り離すことを特徴とする車両用電池パック。
【請求項２】
前記電流遮断デバイス（３）および前記感圧要素（５）が、前記電池セル（２）を電気的に接続する導電性部材（６）をさらに備える圧力スイッチ（４）の一部であり、前記圧力スイッチ（４）の上側カバーが、前記電池パック内の圧力上昇（１）により前記上側カバーの位置から移動し、前記電池セル（２）を切り離すように構成される、請求項１に記載の電池パック。
【請求項３】
前記並列回路（８）および／または電流遮断デバイス（３）が、前記切断部材（７）に加えて更にヒューズ（９）を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の電池パック。
【請求項４】
前記切断部材（７）が、点火回路切断手段から構成されることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の電池パック。
【請求項５】
前記可動感圧要素（５）が、メンブレンまたはピストンを備える、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電池パック。
【請求項６】
いくつかの電池セル（２）が、群としてまとめて切り離され、前記群の追加電流が、５０ボルトＤＣ以下である、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の電池パック。
【請求項７】
前記感圧要素（５）および前記切断部材（７）が、感圧衝撃点火器として具現化される、請求項１乃至６の何れか一項に記載の電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部に記載の特徴を備えた車両用電池パックに関する。
【背景技術】
【０００２】
動力に電気を使用する車両は、ハイブリッド電気自動車のように部分的にしか電気を使用しない場合でも、全電気自動車のようにすべて電気でまかなう場合でも、１つ以上の電池または電池パックからエネルギーを受ける。各電池パックは、通常、複数の電池セルを備える。
【０００３】
場合によっては、電池または電池パックとの電気的接続を断つことが有益な場合がある。特に、電池が損傷を受けた場合、蓄積された電気エネルギーを制御されていない状態で放出してしまうことがある。したがって、電池の切り離しや終端は、非常に有益でありうる。
【０００４】
特許文献１には、電気自動車用の電源装置が開示されている。衝撃センサ、算出回路、スイッチおよびさらなる制御手段を使用して、搭乗者を保護するために、ユニット電池が複数の群に分けられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第５，２３８，０８３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような配列の問題は、非常に複雑であり、例えば、使用されているスイッチの各々は、算出回路と電気的に接触した状態にある。使用されているスイッチの各々はまた、電気コイルを備えていることで、装置全体の複雑性がさらに増す。
【０００７】
この事実を鑑みて、本発明の目的は、前述した問題を低減または回避可能な車両用電池パックを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、請求項１に記載の特徴を備える電池パックを用いて、この目的を解決する。車両用電池パックであって、複数の電気的に接続された電池セルと、少なくとも１つの電流遮断デバイスとを備え、少なくとも１つの電流遮断デバイスが可動感圧要素を備え、可動感圧要素が、電池パック内の圧力上昇によって係合され、可動感圧要素が係合することで、１つ以上の電池セルが電気的に切り離される電池パックが提供される。
【０００９】
これらの特徴を備えた電池パックにより、電池パック内の電気セルを切り離すための迅速かつコスト効率の良い方法が提供される。電流遮断デバイスは、電池パックにすでに使用されている回路装置に集積されることが好ましい。特に、すべての電流遮断デバイスを何らかの制御ユニットに接続する必要はない。電池パック内の圧力が、あるしきい値を超えて上昇すると、電流遮断デバイスは、独立して確実に機能する。電池パック内での圧力上昇は、電池パック内の障害から、好ましくは、圧縮ガスの放出などの意図的な上昇から起こりうる。
【００１０】
一実施形態において、電流遮断デバイスおよび感圧要素が、電池セルを電気的に接続する導電性要素をさらに備える可動圧力スイッチの一部であり、圧力スイッチの上側カバーが可動であり、電池パック内の圧力上昇により上側カバーの位置から移動し、電池セルを切り離すように構成されることが好ましい。
【００１１】
圧力スイッチカバーが圧力起因で移動すると、導電性要素の位置が変化するため、感圧要素および導電性要素が物理的に接続されることが好ましい。電気的接続が切断され、ひいては、可動圧力スイッチに電流が流れなくなるように圧力スイッチカバーが移動する。このように、すでに接続された電池セルは隔離され、比較的無害になる。
【００１２】
別の実施形態において、感圧要素および電流遮断デバイスが、少なくとも１つの電池セルを含む開並列回路に配設され、電流遮断デバイスが、並列回路が閉じられると電池セルの電気的接続を切り離すように構成されることが好ましい。
【００１３】
この実施形態の感圧要素は、前述した感圧スイッチに類似したものでありうるが、係合時に電気的接続を直接切断しない点が異なる。実際、係合により並列回路が閉じられることで、電流遮断デバイスが電池を電気的に切り離す。言い換えれば、感圧スイッチが係合すると、間接的な方法で電池セルを電気的に切り離すことになる。いずれの方法も切り離しが行われるが、その方法は異なる。圧力スイッチによって電池セルを切り離す最初に記載した方法が「直接的な」方法であるのに対して、直前に記載したのは「間接的な」方法である。
【００１４】
電池セルならびに回路遮断デバイスおよび感圧要素を含む並列回路を提供することによって、電池セルの切り離しに電池セルの電気エネルギーを使用することが可能である。したがって、並列回路は、感圧要素の係合時または圧力スイッチの係合時にそれぞれ閉状態になるように構成されることが好ましい。
【００１５】
この配列により、外部電源を必要とせずに電流遮断デバイスの高度な手段が使用されうる。通常の電池使用時にはエネルギーの消耗はないが、緊急の場合には、電池セルが電池セルの切り離しにエネルギーを供給することで、少量の蓄積エネルギーを使い果たす。
【００１６】
電流遮断デバイスは、この場合、並列回路が閉じられると係合される点火作動式のカッターとして具現化されることが好ましい。
【００１７】
電流遮断デバイスはまた、電池セルの電気的接続を物理的に切断する切断部材を備えてもよい。切断部材は、並列回路が閉じられると始動するように構成される。次に、切断部材は電池セルを切り離す。
【００１８】
電流が高くなりすぎないように、並列回路はヒューズを備えることが好ましい。電流が高くなれば、ヒューズが作動して電池セルを切り離し、または隔離する。
【００１９】
本発明の別の実施形態において、電気セル間に点火回路切断手段を備えることが好ましい電流遮断デバイスを配設することが好ましい。
【００２０】
また、感圧衝撃点火器として感圧要素および電流遮断デバイスを具現化することが有益な場合もある。この感圧衝撃点火器は、電池パック内の圧力上昇を相対運動に変換して、カッター機構を作動させるメンブレンまたはピストンを備えてもよい。
【００２１】
さらに、感圧要素および切断部材が、感圧衝撃点火器として具現化されることが有益でありうる。このように、単一のコンポーネントに感圧要素の機能と切断部材の機能とを組み合わせることが可能である。各感圧衝撃点火器は、圧力上昇の場合に他の電流遮断デバイスから独立して電気的接続を確実に切断できる。
【００２２】
一般に、電流遮断デバイスの感圧要素がメンブレンまたはピストンを備えることが有益でありうる。電池パック内の圧力が上昇する場合、その力がメンブレンおよび／またはピストンに作用して相対運動を生じる。
【００２３】
いくつかの電池セルが群としてまとめて切り離されることが好ましく、この群の追加電流は、５０ボルトＤＣ以下である。一般に、約６０または約５０ボルトＤＣの電圧は人への有害度が高いため、このような切り離し方法をとることで、個々の群の電圧があまり危険な領域にならない。
【００２４】
５０ボルトＤＣ以下の電圧を有する電池セル群では、電池パックは、比較的危険のないコンポーネントの群またはブロックに分けられる。分け方は、電圧に応じて電池セル、群および電池モジュールを分ける方法を含んでもよい。電池モジュールまたはブロックは、いくつかの電池セル群を備える。
【００２５】
以下の理由から、さらに小さな群へ分けることは、車両の安全性を高めるための重要な役割を果たす。
【００２６】
短絡放電が熱を発生し、電気容量に応じた大きさが短絡電流によって放電可能である。
【００２７】
電池パックを複数のさらに小さな電池群またはユニットに分割することで、完全な電池パックに故障ユニットが接続されていたとしても、短絡がそれほど大きな電流を発生することはない。
【００２８】
また、発生した熱は、短絡が現れるレベル（電池のセル、ブロック、モジュール、パックまたは外部）に依存する。外部の短絡放電から発生した熱は、全電池パックにわたって均一に分布される一方で、より低いレベル（例えば、セル）での短絡放電は、より局所的な発熱を与える。
【００２９】
最も危険なケースは、電池セルが周囲の電池システムに接続されたままの状態で起こる電池セル内部の短絡であり、周囲の電気容量は、電池セル内部の短絡を介して放電しうる。このときの状況は、いつ熱暴走が始まってもおかしくない危険な状況であり、その後に発火や爆発が続く危険性が高まる。
【００３０】
以下、本発明は、添付の図面を参照しながら、好ましい実施形態を基に例示される。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】電池セル間に圧力スイッチを有する電池セルを示す。
【図２ａ】係合時に電気的接続を切断するように構成された圧力スイッチの断面図を示す。
【図２ｂ】圧力スイッチの等角図を示す。
【図２ｃ】係合時に電気的接続をするように構成された圧力スイッチの断面図を示す。
【図３】電池セルおよび圧力作動式スイッチが並列回路をなす配置を示す。
【図４】感圧衝撃点火器として具現化された電流遮断デバイスを示す。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図１は、車両の電池パックの一部である２つの電池セル２を示す。電池セル２の間に、電流遮断デバイス３が配設される。電流遮断デバイス３は、可動感圧要素５を備える圧力スイッチ４として具現化される。
【００３３】
圧力が上昇すると、圧力スイッチ４が係合する。圧力上昇１の力により、圧力スイッチ４が押されて、可動感圧要素５が動く。この実施形態の感圧要素は、圧力スイッチ４の上側カバーである。
【００３４】
図２ａは、このような圧力スイッチ４の断面図を示す。電流は、導電性部材６によって圧力スイッチ４を通過する。感圧要素５が動くと、導電性部材６が動き、導電性部材６の位置が動くことで、電気的接続が切断される。この時点で、電流は圧力スイッチ４を流れず、電池セル２は隔離状態になる。
【００３５】
電気的に切り離された、または隔離されたという用語は、電池セル２が他の電池セル２と接続されていないという意味である。電池セルは切り離され、車両用の電源として作用できない。切り離された電池セル２は、隣接するセル２を伴う電気故障モードの電源としても機能しない。
【００３６】
隔離するためには、電池セル２の片側、例えば、電池セル２の「右」側または「左」側の接続を断つだけでよい。図１において、電池セル２の各々は、２つの電流遮断デバイス３（「左」に１つ、「右」に１つ）の間に配設され、図１に示すケースでは、両側の接続が切断されている。
【００３７】
この切り離しは、例えば、衝突時のように、車および／または電池パックが損傷を受ける緊急事態に起こるように構成される。圧力上昇は、電池パックの変形により、または電池セル２の障害により起こりうる。しかしながら、圧力上昇は、圧縮空気の放出によって、例えば、事故表示信号からインフレータまたは圧縮空気カートリッジを作動させることによって意図的に生じさせることが好ましい。
【００３８】
図２ｂは、圧力スイッチ４の等角図を示し、図２ｃは、異なるタイプの圧力スイッチ４を示す。
【００３９】
図２ｃの圧力スイッチ４はまた、電池パック内の圧力上昇によって作動されるが、電気的接続を切断せず、電気的接続を閉じる。以下、図２ｃに示すこのような異なるタイプの圧力スイッチを「タイプＢ」と表し、図２ａに示す圧力スイッチ４を「タイプＡ」と表す。
【００４０】
電池セル２を隔離するためにタイプＡの圧力スイッチ４を使用可能なことは、図１を参照しながらすでに記載した。
【００４１】
図３は、タイプＢの圧力スイッチを使用することによって、電池セル２を隔離する方法を示す。電池セル２、タイプＢの圧力スイッチ４および切断部材７を含む開並列回路８が配設される。切断部材７および圧力スイッチ４は、電流遮断デバイス３の一部である。したがって、この実施形態の並列回路８および／または電流遮断デバイス３は、ヒューズ９を備えることが好ましい。
【００４２】
圧力上昇１により、圧力スイッチ４が作動される。圧力スイッチ４がタイプＢのものであるため、圧力上昇により、圧力スイッチ４は並列回路８を閉じる。これは、圧力スイッチ４の導電性部材６が適所に移動して接続を閉じるために起こる。並列回路８が閉じられると、切断部材７は、電池セル２の群を分けるように係合される。切断部材７が電池セル２の接続を無事に切断すると、電池セル２が切り離されて切断部材にさらなる電力を供給しないため、機能が停止される。
【００４３】
言い換えれば、切断部材７は、目的が達成されると、自ら機能を停止する。並列回路８の電流が高すぎる場合、ヒューズ９は電池セル２を隔離する。切断部材７はまた、点火作動式カッターとして具現化されてもよい。
【００４４】
図３に示されているように、電流遮断デバイス３は、任意の外部電源なしに機能し、エネルギーは、切り離しが必要な同じ電池セル２から消耗される。
【００４５】
図４は、本発明の別の実施形態を示す。２つの電池セル２の２つの群の間に、それぞれ電流遮断デバイス３が配置される。電流遮断デバイス３は、感圧要素５と、切断部材７とを備える。切断部材７は、感圧要素５によって作動される。
【００４６】
圧力上昇により、可動感圧要素５が動く。感圧要素５は、この目的のために、メンブレンおよび／またはピストンを備え、上側カバーまたは側壁として具現化されてもよい。
【００４７】
感圧要素５が動くと、切断部材７が作動され、切断部材７は、隣接する電池セル２の間の電気的接続を切断する。
【００４８】
図４に示す本発明の実施形態において、感圧要素５および切断部材７（または、それぞれ電流遮断デバイス３）が、感圧衝撃点火器として具現化される。
【符号の説明】
【００４９】
１  圧力上昇
２  電池セル
３  電流遮断デバイス
４  圧力スイッチ
５  感圧要素
６  導電性部材
７  切断部材
８  並列回路
９  ヒューズ
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図３】
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【図４】
0005666635.tif 000007