(57)【要約】【課題】  電池パックが衝撃を受けて損傷するおそれがある場合、電解液を外部に排出して、電池パックから意図しない電流が流れることを防止することができる電気自動車用電池における電解液排出機構の作動装置を提供する。【解決手段】  電極部を電解液に浸漬して収納容器内に収容した電池セルを搭載した電気自動車用電池における電解液排出機構の作動装置において、車両に加わる衝撃を検出する検出部１１を設け、前記検出部１１からの信号により作動し前記電池セル５内の電解液５ａを排出する電解液排出機構１２を設けたことにある。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極部を電解液に浸漬して収納容器内に収容した電池セルを搭載した電気自動車用電池における電解液排出機構の作動装置において、車両に加わる衝撃を検出する検出部を設け、前記検出部からの信号により作動し前記電池セル内の電解液を排出する電解液排出機構を設けたことを特徴とする電気自動車用電池における電解液排出機構の作動装置。
【請求項２】
前記検出部の検出値が所定値まで上昇した場合にのみ前記電解液排出機構を作動し、前記電池セル内の電解液を外部に排出することを特徴とする請求項１に記載の電気自動車用電池における電解液排出機構の作動装置。
【請求項３】
前記電解液排出機構として、車両に加わる衝撃によって、または前記検出部の検出値が所定値まで上昇した場合に、前記電池セルの容器壁面に流出孔を穿設する穿設手段を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の電気自動車用電池における電解液排出機構の作動装置。
【請求項４】
前記電解液排出機構として、車両に加わる衝撃によって、または前記検出部の検出値が所定値まで上昇した場合に、前記電池セルの容器壁面を破壊し、容器壁面に流出孔を穿設する穿設手段を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の電気自動車用電池における電解液排出機構の作動装置。
【請求項５】
前記電解液排出機構として、前記電池セルの容器壁面に流出孔を予め穿設し、該流出孔を塞ぐ栓を設け、車両に加わる衝撃によって、または前記検出部の検出値が所定値まで上昇した場合に、前記栓を開放する開放手段を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の電気自動車用電池における電解液排出機構の作動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気自動車用電池における電解液排出機構の作動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気自動車では、例えば、バンパー部などに設置される加速度センサなどの衝突検知センサに衝撃の値が加わった場合、車両制御装置が車両に異常が発生したと判断した場合、単数若しくは複数の電池セルからなる電池パックに一般的に設けられているリレーを切断することにより、電池パックから意図しない電流が流れることを防止している。
このように、リレーを切断することで意図しない電流が流れることを防止しているものの、電池セルの内部は電解液で満たされており、電力が残っているため、もし短絡すれば大きな電流が流れることとなる。
ここで、電池パックの外周部に損傷が無い場合には、リレーで電流が流れることを防止できるため、電池パックや車体に電圧が印加されることはない。
しかし、電池パック自体が損傷してしまうと、通常は触れることのできない活電部が外部に露出してしまうために、触れることが可能となってしまう。若しくは、電池ケースの変形により、活電部と電池ケースが接触して、想定されていない部位が活電部となってしまう。
そのため、電池パックのリレーが切断されていても、電流が流れる状態となり、搭乗者又は救助者が活電部に触れてしまうおそれがある。
【０００３】
そこで、電池が破損した際に電池コントローラなど周辺部品を保護するために漏出した電解液を吸収する先行技術（特許文献１参照）が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５１６９１９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の技術によると、電解液が満たされているセルは電力が残っており短絡すれば大きな電流が流れることになる。電池周りに損傷が無ければリレーで電流が流れてしまうことを防ぐことができ、電池パックや車体に電圧が印可されることはないが、電池パックにまで損傷が及んだ場合には搭乗者や救助者が容易に活電部に触れて電気ショックを受ける可能性がある。
【０００６】
本発明は、電池パックが衝撃を受けて損傷した場合、電解液を外部に排出して、電池パックから意図しない大電流が流れることを防止することができる電気自動車用電池における電解液排出機構の作動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するため、電極部を電解液に浸漬して収納容器内に収容した電池セルを搭載した電気自動車用電池における電解液排出機構の作動装置において、車両に加わる衝撃を検出する検出部を設け、前記検出部からの信号により作動し前記電池セル内の電解液を排出する電解液排出機構を設けたことにある。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、衝撃検知センサにより衝突等の衝撃を検出した時には、電池から大電流が放電されることを防止する。車両に大荷重が加わり電池セルが損傷した場合には、車両に加わる衝撃を検出部で検出し、該電池セルの電解液排出機構を作動し、該電池セル内の電解液を外部に排出する。電池セルの内部の電解液が外部に排出されて少なくなるため、内部抵抗が増加し電流が流れにくくなる。
よって、電池セルを収容した電池パック自体に損傷が発生した場合でも、電池セルから外部に電解液が排出されると、電池内部では負極から正極にイオンが移動できなくなるため、大きな電流が流れる状態となることがなく、活電流に触れたとしても人体が電気ショックを受けるおそれがない。
また、例え、電解液が外部に抜けきらずに、電池セルの内部に残った場合でも、電解液が大きく減少し、イオンの移動が制限されていることから、電池セルの内部抵抗が大きく増加し、電流は流れにくくなる。このため、電池の残容量から発生する電流による電気ショックを防止することができる。また、短絡により大きな火花が発生する危険性も低減できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の電気自動車用電池における電解液排出機構の作動装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の電気自動車用電池における電解液排出機構の作動装置のフローチャートを示す図である。
【図３】本発明の電気自動車用電池における電解液排出機構の作動装置の電池セルを示す図である。
【図４】本発明の電気自動車用電池における電解液排出機構の作動装置の実施の形態を示す概念斜視図である。
【図５】図４の本発明の電気自動車用電池における電解液排出機構の作動装置の電解液排出機構の実施の形態を示し、（ａ）は衝撃が加わる前の状態を示す概念図、（ｂ）は衝撃が加わった場合の電池セルの電解液排出機構の作動状態を示す概念図である。
【図６】本発明の電気自動車用電池における電解液排出機構の作動装置の他の実施の形態を示す概念斜視図である。
【図７】図６の本発明の電気自動車用電池における電解液排出機構の作動装置の電解液排出機構の実施の形態を示し、（ａ）は衝撃が加わる前の状態を示す概念図、（ｂ）は衝撃が加わった場合の電池セルの電解液排出機構の作動状態を示す概念図である。
【図８】本発明の電気自動車用電池における電解液排出機構の作動装置の他の実施の形態を示し、（ａ）は衝撃が加わる前の状態を示す概念図、（ｂ）は衝撃が加わった場合の電池セルの電解液排出機構の作動状態を示す概念図である。
【図９】本発明の電気自動車用電池における電解液排出機構の作動装置のフローチャートの変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１において、主電池１にはインバータ２を介してモータ３が接続されている。このモータ３の駆動によってタイヤ４が回転し電気自動車が走行する。前記主電池１には、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、リチウム空気電池などの電解液を使用するタイプの電池を採用したものである。
主電池１は、図３に示すように、正極端子（+）・負極端子（-）からなる電極部間に、電解液５ａを用いる電池セル５を複数結合して構成される電池モジュール６からなる電池パック７と、電池セル５を導通させるリレー８と、これらを制御する電池コントローラ９とから構成されている。
前記モータ３の制御は電池コントローラ９と連携された車両コントローラ１０によって行なわれる。すなわち、アクセルからの出力トルクについての指令値が車両コントローラ１０に入力されると、前記車両コントローラ１０はモータ３において、入力された指令値に対応した出力が得られるようにインバータ２の出力を制御する。また、制動時はブレーキからの制動要求についての指令値が車両コントローラ１０に入力されジェネレータ（モータ）３´の発電量を制御して制動力を得る。
【００１１】
主電池１の正負両端子もしくは片方の端子には、電池コントローラ９を介して充放電リレー７が接続されており、電池、車両の状態が既定の条件を満たせば電池パック７の充放電を可能とする。通常、電気自動車などでは、衝突など車両に異常があると車両コントローラ１０が判断した場合（たとえば衝撃検知センサ１１が反応した場合など）にはリレー８を切断することにより電池パック７から意図しない放電が起こることを防止している。
【００１２】
本発明では、車両において電池パック７が変形するほどの大きな衝撃を受けた際に、電池セル５の電解液５ａを排出させることにより電池セル５を不能とし、電気ショックを受けることを防止するものである。
具体的には車両に搭載される検出部としての衝撃検知センサ（加速度センサ等でありバンパー部などに設置される）１１の値を利用し、非常に大きな値（加速度）を検知した場合に車両コントローラ１０からの指令により電解液排出機構１２を起動し車両中央の底面や後部荷室などに搭載される電池パック７中の電池セル５に穴を開け電解液（有機液体、アルカリ水溶液など）５ａを排出させる。穴を開ける方法は、後述するように突起物を刺す、予め電池セル５に設けた解放口を開く等の方法が採用される。
【００１３】
図２は、車両が衝撃を受けたときの電解液排出機構の作動装置の動作を説明するフローチャートである。
図２のフローチャートに示すように、検出部としての衝撃検知センサ１１により車両の骨格が変形するほどの大きな衝撃が加えられたことを検知した場合（ステップＳ１）には、車両コントローラ１０が入力された値を判別し（ステップＳ２）、入力値が閾値以下ではない場合（ＮＯ）、すなわち閾値を超えた場合、電池コントローラ９に対して充放電リレー８の切断（ＯＦＦ）を指令し（ステップＳ３）、および電解液５ａの排出機構１２に作動の指令（ステップＳ４）を出す。一方、車両コントローラ１０が入力された値を判別し（ステップＳ２）、入力値が閾値以下の場合（ＹＥＳ）、電池コントローラ９から充放電リレー８の切断（ＯＦＦ）の指令（ステップＳ５）が出ることはなく、衝撃検知センサ１１の検出を継続する。
【００１４】
電池セル５から電解液５ａを抜くと、図３に示すように電池内で負極（-）から正極（+）へのイオン移動ができなくなる。電池内部でのイオン移動と電池セル５から流れる電流（電子の移動）はセットなのでイオン移動が止まれば電流は流れなくなり、電気ショックを受けない。もし、電解液５ａが抜けきらずに残ってしまったとしても電解液５ａが大きく減少することでイオン移動が制限されるため、電池の内部抵抗が大きく増加し、電流は流れにくくなる。したがって、電解液５ａを抜くことで電気ショックを防ぐことができる。
【００１５】
電解液排出機構の作動装置の実施の形態を図４ないし図５（ａ）（ｂ）により説明する。複数の電池セル５からなるモジュール６を収容した電池パック７に電解液排出機構１２を装備する。
電解液５ａを排出させる電解液排出機構１２の具体的な手段としては、各電池セル５付近に針状の突起物１３を設置し、衝撃検知センサ１１の信号を受けた車両コントローラ１０からの指令によりストッパ１４が解放されると、ばね等により突起物１３が電池セル５の壁面を突き刺すことにより開口する方法（図４参照）である。
【００１６】
電解液排出機構の作動装置の動作を図５（ａ）（ｂ）を参照して説明する。
図５（ａ）は、衝撃が加わる前の電池パック７を示したもので、矢視方向から衝撃が電池パック７に加わった場合、衝撃検知センサ１１の信号により、図２のフローチャートを参照すると、入力値が閾値を超えた場合、充放電リレー８がＯＦＦとなり、リレー８の接点を開放する。これにより、電池セル５の電源回路は、切り離されるので、電流が流れることはない。そして、ストッパ１４が解放されると突起物１３が電池セル５を突き刺すことにより、図５（ｂ）のように、電池セル５内部の電解液５ａを外部に排出させる。電解液５ａは電池パック７に予め設けられている孔（図示せず）等から車両外部に排出される。
【００１７】
次に、電解液排出機構の作動装置の他の実施の形態を図６ないし図７（ａ）（ｂ）により説明する。
図６において、同様に予め電解液排出孔１５を電池セル５に設けておき、この排出孔１５をプレート１６で塞ぎ、衝撃検知センサ１１の信号を受けた車両コントローラ１０からの指令によりストッパ１４が解放されるとばね等により電池セル５からプレート１６を引き剥がし、排出孔１５を開放する。このように電池セル５からプレート１６が引きちぎられて排出孔１５を機械的に開口する方法である。
この場合、電池セル５の側面５ａもしくは底面の一部にプレスで形状をつけ破壊しやすい構造とした部分５ｂを形成し、この部分５ｂにリング状の取っ手１７などを付けておいても良い。
【００１８】
電解液排出機構の作動装置の動作を図７（ａ）（ｂ）を参照して説明する。
図７（ａ）は、衝撃が加わる前の電池パック７を示したもので、衝撃が電池パック７に加わった場合、衝撃検知センサ１１の信号により、図２のフローチャートを参照すると、入力値が閾値以上の場合、充放電リレー８がＯＦＦとなり、リレー８の接点を開放する。これにより、電池セル５の電源回路は、切り離されるので、電流が流れることはない。そして、ストッパ１４が解放されるとばね等による作用によって取っ手１７を引っ張り、図７（ｂ）のようにプレート１６を引き剥がす。こうして、電池セル５内部の電解液５ａを外部に排出させる。電解液５ａは電池パック７に予め設けられている孔等から車両外部に排出される。
【００１９】
さらに、電解液排出機構の作動装置の他の実施の形態を図８（ａ）（ｂ）により説明する。
この場合、図８（ａ）に示すように、電池セル５のケース１８の底部や側面の一部を薄い板１８ａで形成し、この板１８ａを溶接等によって貼り付け、板１８ａの一部１８ｂをタブ状に伸ばしておき、この部分１８ｂにプレート１９等を係合させておき、衝撃検知センサ１１の信号を受けた車両コントローラ１０からの指令によりストッパが解放されるとばね等によりプレート１９を図示矢視方向に移動させて板１８ａを引き剥がすことで、電池セル５の側面もしくは底面を開口する構造（図８（ｂ）参照）である。  
【００２０】
上記実施の形態によれば、車両に加わる衝撃を衝撃検知センサ１１により検出し、電池セル５の電解液排出機構１２を作動し、該電池セル５内の電解液５ａを外部に放出するので、衝撃検知センサ１１により衝突を検出した時には、電池を不能にできる。車両に大荷重が加わり電池セル５が損傷した場合には、車両に加わる衝撃を検出し、該電池セル５の電解液排出機構１２を作動し、該電池セル５内の電解液５ａを外部に排出するので、電池セル５の内部の電解液５ａが外部に排出されて少なくなるため、電流が流れにくくなり、電池が不能となる。
よって、電池セル５を収容した電池パック７自体に損傷が発生した場合でも、電池セル５から外部に電解液５ａが排出されると、電池内部では負極から正極にイオンが移動できなくなるため、大きな電流が流れる状態となることがないため、電気ショックを受けるおそれがない。
また、例え、電解液５ａが外部に抜けきらずに、電池セル５の内部に残った場合でも、電解液５ａが大きく減少し、イオンの移動が制限されていることから、電池セル５の内部抵抗が大きく増加し、電流は流れにくくなる。このため、電池の残容量から発生する電流による電気ショックを防止することができる。
【００２１】
また、車両に加わる衝撃を検知する衝撃検知センサ１１を設け、該衝撃検知センサ１１の検出値が所定値まで上昇した場合に電池セル５の電解液５ａを排出する電解液排出機構１２を作動し、前記電池セル５内の電解液５ａを外部に排出するので、衝撃が少ない場合には、通常の走行動作を続けることができるので、走行に支障が生じることがない。
さらに、前記電解液排出機構１２として、車両に加わる衝撃によって、または前記衝撃検知センサ１１の検出値が所定値まで上昇した場合に、前記電池セル５の容器壁面に突起物１３を押し当てて流出孔を穿設するので、残存する電力によって生じる電気ショックを防止することができる。
またさらに、前記電解液排出機構１２として、予め電解液排出孔１５を電池セル５に設けておき、この排出孔１５を、プレート１６を溶接等で張り付けることによって塞ぎ、衝撃検知センサ１１の信号を受けた車両コントローラ１０からの指令によりストッパ１４が解放されると、ばね等により電池セル５からプレート１６を引き剥がし、排出孔１５を開放する構成を備えたので、残存する電力によって生じる電気ショックを防止することができる。
さらに、前記電解液排出機構１２として、電池セル５のケース１８の底部や側面の一部を溶接等で接合された薄い板１８ａで形成し、この板１８ａの一部１８ｂをタブ状に伸ばしておき、この部分にプレート１９等を係合させておき、衝撃検知センサ１１の信号を受けた車両コントローラ１０からの指令によりストッパが解放されるとばね等によりプレート１９を移動させて板１８ａを引き剥がすことで、電池セル５の側面もしくは底面を開口する構造にしたので、残存する電力によって生じる電気ショックを防止することができる。
【００２２】
図９は、図２の電解液排出機構の作動装置のフローチャートの変形例を示す図である。この場合、図２のＳ１とＳ２の間に閾値１でＳ１１を設け、Ｓ２の閾値は閾値２とする。閾値２は閾値１よりも衝撃値を小さく設定（閾値１＞閾値２）し、強い衝撃ではあるが電解液を抜くほどの衝撃ではない場合にはリレーＯＦＦ（Ｓ１３）までに留める処理とする。
そして、図９に示すように、検出部としての衝撃検知センサ１１により車両の骨格が変形するほどの大きな衝撃が加えられたことを検知した場合（ステップＳ１）には、車両コントローラ１０が入力された値を判別し（ステップＳ１１）、入力値が閾値以下ではない場合（ＮＯ）、すなわち閾値１を超えた場合、電池コントローラ９に対して充放電リレー８の切断（ＯＦＦ）を指令し（ステップＳ３）、および電解液５ａの排出機構１２に作動の指令（ステップＳ４）を出す。一方、車両コントローラ１０が入力された値を判別し（ステップＳ１１）、入力値が閾値１以下の場合（ＹＥＳ）であって、入力値が閾値２を超えた場合（ステップＳ２）、電池コントローラ９に対して充放電リレー８の切断（ＯＦＦ）を指令し（ステップＳ１３）、一方、車両コントローラ１０が入力された値を判別し（ステップＳ２）、入力値が閾値２以下の場合（ＹＥＳ）、電池コントローラ９から充放電リレー８の切断（ＯＦＦ）の指令（ステップＳ５）が出ることはなく、衝撃検知センサ１１の検出を継続することになる。なお、この場合、Ｓ３とＳ１３の充放電リレー（ＯＦＦ）は共通のリレーを用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明は、上記実施の形態のみに限定されるものではなく、前記電解液排出機構１２として、各種の構造について説明したが、前記電解液排出機構として、前記電池セル５の容器壁面に流出孔を予め穿設し、該流出孔を単に塞ぐ栓を設け、車両に加わる衝撃によって、または前記検知手段の検出値が所定値まで上昇した場合に、前記栓を開放する構造を採用することもできる。
また、電池セル５に突き刺す突起物１３は中実である必要はなく、パイプ状などであればより電解液５ａが抜け易くなる。さらに、電解液５ａの排出機構は電池セル５あたり1か所である必要はなく、複数設置すればより確実に電解液５ａを抜くことができ安全になる。
さらに、排出機構は必ずしもすべての電池セル５に設けなくても効果がある。直列接続されている電池セル５の数個おきに設置すれば最大電圧を下げることができ、抵抗の増加により大電流が流れることを防ぐことができる。
またさらに、上記機構の作動は必ずしも車両コントローラ１０の指令による必要はなく、機構自体が衝撃を受けた際に作動しても構わない。たとえば、電池セル５を突き刺す突起物１３と電池パック７を一体化しておくと衝撃により電池パック７が変形した際に突起物１３が電池セル５に突き刺さり電解液５ａを排出することも可能である（図５（ａ）（ｂ））。この方法によれば車両コントローラ１０が不能となっていた場合にも電解液５ａを排出することが出来るためより安全となる。
本案はリチウムイオン電池でも、ニッケル水素電池でも、金属空気電池でも、低粘度の液体電解質を用いる電池であれば適用可能である。
ただし、搭乗者や周囲の人に降りかかることがないように排液経路を設け可能な限り車外に排出する構造にする。排出された電解液５ａは雨水などにより希釈されていくが、消火砂に吸着させるなどして処理することも可能である。その他、本発明の技術的範囲を変更しない範囲内で適宜、変更して実施しうることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００２４】
１  主電池
２  インバータ
３  モータ
４  タイヤ
５  電池セル
５ａ  電解液
６  電池モジュール
７  電池パック
８  充放電リレー
９  電池コントローラ
１０  車両コントローラ
１１  衝撃検知センサ
１２  電解液排出機構
１３  突起物
１４  ストッパ
１５  電解液排出孔
１６  プレート
１７  取っ手
１８  ケース
１９  プレート
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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