特開 2024-174443 移動体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024174443

(43)【公開日】2024-12-17

(54)【発明の名称】移動体

(51)【国際特許分類】

   B64U 50/19 20230101AFI20241210BHJP

   A62C 3/07 20060101ALI20241210BHJP

   B64U 10/14 20230101ALI20241210BHJP

   H01M 10/6563 20140101ALI20241210BHJP

   H01M 10/6567 20140101ALI20241210BHJP

   H01M 10/613 20140101ALI20241210BHJP

   H01M 10/625 20140101ALI20241210BHJP

   H01M 50/249 20210101ALI20241210BHJP

   H01M 10/6565 20140101ALI20241210BHJP

   H01M 50/572 20210101ALI20241210BHJP

   H01M 50/204 20210101ALN20241210BHJP

【ＦＩ】

B64U50/19

A62C3/07 Z

B64U10/14

H01M10/6563

H01M10/6567

H01M10/613

H01M10/625

H01M50/249

H01M10/6565

H01M50/572

H01M50/204 401F

H01M50/204 401H

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023092268

(22)【出願日】2023-06-05

(71)【出願人】

【識別番号】000005348

【氏名又は名称】株式会社ＳＵＢＡＲＵ

(74)【代理人】

【識別番号】100090033

【弁理士】

【氏名又は名称】荒船 博司

(74)【代理人】

【識別番号】100093045

【弁理士】

【氏名又は名称】荒船 良男

(72)【発明者】

【氏名】大園 隆一

(72)【発明者】

【氏名】立川 律哉

(72)【発明者】

【氏名】田邉 成司

(72)【発明者】

【氏名】市來 智之

【テーマコード（参考）】

5H031

5H040

5H043

【Ｆターム（参考）】

5H031CC05

5H031KK08

5H040AA28

5H040AA37

5H040AS07

5H043AA04

5H043AA13

(57)【要約】

【課題】バッテリにおける通常時の通気性と消火後の安全性を両立する。
【解決手段】移動体は、バッテリと、通気口を有し、バッテリを収容する収容部と、所定の温度を超えた場合に通気口を閉塞する閉塞手段と、を備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

バッテリと、
通気口を有し、前記バッテリを収容する収容部と、
所定の温度を超えた場合に前記通気口を閉塞する閉塞手段と、
を備える移動体。

【請求項2】

前記収容部内に放電処理用の液体を供給可能な給液手段を備える、
請求項１に記載の移動体。

【請求項3】

前記閉塞手段は、所定の温度で膨張する熱膨張性耐火材であり、前記通気口の周縁に配置されて膨張時に当該通気口を閉塞する、
請求項１に記載の移動体。

【請求項4】

前記収容部内のうち前記バッテリの上方には、所定の温度で落下する消火剤が配置される、
請求項１に記載の移動体。

【請求項5】

前記バッテリは、ケース部材に収容された状態のバッテリセルであり、
前記収容部は、前記ケース部材を着脱可能に収容する、
請求項１に記載の移動体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、移動体に関する。

【背景技術】

【0002】

移動体に搭載されるバッテリは、一度発火すると消火後も熱を持ち続け、再発火するおそれがある。再発火を抑制できないと、消火後のバッテリを安全に回収することが難しい。再発火の抑制には、バッテリを低温に保つか、水没等による放電処理が必要になる。

【0003】

例えば特許文献１に記載の技術では、バッテリ（電池モジュール）の温度が所定値（例えば１００℃）に達した場合に、バッテリが収容された収容部内に水等の液体を供給してバッテリを水没（液没）させている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２１－１２２０３１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、上記特許文献１に記載の技術では、バッテリが収容部で囲われてしまうため、通常時でのバッテリの通気性を確保することが難しい。特にマルチコプター等の航空機に搭載されるバッテリでは、放熱しやすい良好な通気性が求められる。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、バッテリにおける通常時の通気性と消火後の安全性を両立することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するために、本発明の一実施の形態は、移動体であって、
バッテリと、
通気口を有し、前記バッテリを収容する収容部と、
所定の温度を超えた場合に前記通気口を閉塞する閉塞手段と、
を備える。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、バッテリを収容する収容部の通気口は、閉塞手段が所定の温度を超えた場合に当該閉塞手段により閉塞される。これにより、通常時には通気口を通じたバッテリへの通気性を確保できる。また、発火時又は消火後には、通気口が閉塞された収容部内に水等の放電処理用の液体を溜めてバッテリを水没（液没）させることができる。したがって、バッテリにおける通常時の通気性と消火後の安全性を両立することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施形態に係る無人航空機の斜視図である

【図2】実施形態に係るバッテリユニットの断面図である。

【図3】通常時におけるバッテリユニットの状態を示す断面図である。

【図4】発火時におけるバッテリユニットの状態を示す断面図である。

【図5】消火後におけるバッテリユニットの状態を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

【0010】

［無人航空機の全体構成］
図１は、本実施形態に係る無人航空機１の斜視図である。
図１に示すように、本実施形態に係る無人航空機（以下、単に「無人機」という）１は、本発明に係る移動体の一例であり、複数の回転翼部（プロペラ）２１によって揚力（推力）を得るマルチコプターである。

【0011】

具体的に、無人機１は、本体部２０と、複数の回転翼部２１とを備える。
複数の回転翼部２１は、本体部２０から四方に延出する複数のアーム部２２の先端に設けられている。
本体部２０は、矩形箱状に形成され、無人機１の各部に電力を供給するバッテリユニット５（図２参照）等を備えている。

【0012】

［バッテリユニットの構成］
図２は、バッテリユニット５の断面図である。
図２に示すように、バッテリユニット５は、少なくとも１つ（本実施形態では２つ）のバッテリセル５１を収容するバッテリケース５２を含む。

【0013】

バッテリケース５２は、例えば矩形箱状に形成されている。
バッテリケース５２の側板及び底板（下板）には、当該バッテリケース５２の内部と外部を連通する第１通気口５２ａが形成されている。ただし、第１通気口５２ａは、バッテリケース５２の側板及び底板のうちいずれか少なくとも１つ（１箇所）に形成されていれば、その位置や形状、数量等は特に限定されない。
バッテリケース５２の上板には、スリット状の孔部である複数のスリット孔５２ｂが形成されている。スリット孔５２ｂは、後述のとおり、バッテリセル５１が発火した場合に後述の消火剤６５や水等の放電処理用の液体をケース内部に投入するための貫通孔である。本実施形態のスリット孔５２ｂは、バッテリセル５１の直上に形成されている。

【0014】

バッテリケース５２内には、バッテリセル５１を冷却するための冷却ファン５４及び第１冷却水配管５５が配置されている。
冷却ファン５４は、例えばバッテリセル５１の側方に配置され、その駆動によりバッテリケース５２内を通気する。
第１冷却水配管５５は、例えばバッテリセル５１に沿って延在するようにバッテリケース５２内を引き回され、両端が外部の冷却水ポンプ（図示省略）に接続されている。当該冷却水ポンプの駆動により、第１冷却水配管５５に冷却水が循環し、バッテリケース５２内が冷却される。

【0015】

バッテリケース５２は、着脱可能なようにバッテリ装着棚６１内に収容されている。例えば、バッテリケース５２は、図２の紙面垂直方向に挿抜することで、バッテリ装着棚６１に対して着脱可能となっている。
バッテリ装着棚６１は、上方に開口した形状に形成され、当該開口を閉塞する機体ボディ２３を天板として、当該機体ボディ２３の下面に取り付けられている。機体ボディ２３は、無人機１の本体部２０の一部である。バッテリ装着棚６１は、少なくとも平面視形状がバッテリケース５２にほぼ対応した形状に形成され、バッテリケース５２の側板及び底板との間に殆ど隙間の無い状態で当該バッテリケース５２を収容している。

【0016】

バッテリ装着棚６１の側板及び底板には、バッテリケース５２の第１通気口５２ａに対応した第２通気口６１ａが形成されている。第２通気口６１ａは、対応する位置の第１通気口５２ａとともに、バッテリケース５２の内部とバッテリ装着棚６１の外部とを連通している。なお、第２通気口６１ａは、第１通気口５２ａに対応して、バッテリ装着棚６１の側板及び底板のうちいずれか少なくとも１つ（１箇所）に形成されていれば、その位置や形状、数量等は特に限定されない。

【0017】

各第２通気口６１ａには、当該第２通気口６１ａを閉塞可能な閉塞手段６２が設けられている。閉塞手段６２は、所定の温度を超えた場合に、外部からの電気的な制御に依らず自動的に第２通気口６１ａを閉塞する。
閉塞手段６２には、例えば熱膨張性耐火材を適用できる。熱膨張性耐火材は、所定の温度で数倍から数十倍に膨張する耐火材であり、例えば建築物の防火対策や延焼防止等に用いられる。閉塞手段６２としては、このような熱膨張耐火材を、膨張に伴って第２通気口６１ａを閉塞するように当該第２通気口６１ａの周縁に配置すればよい。
なお、閉塞手段６２は、所定の温度を超えた場合に第２通気口６１ａを閉塞するものであれば、その具体構成は特に限定されない。例えば、閉塞手段６２は、第２通気口６１ａを閉塞する耐火シャッターを、所定の温度で焼き切れる金属線で片寄せしたもの等であってもよい。また、閉塞手段６２は、第２通気口６１ａを閉塞したときに、空気が漏れないように第２通気口６１ａを完全に密閉できるのが望ましいが、大量に漏水（漏液）しない程度の密閉状態が得られればよい。

【0018】

バッテリ装着棚６１の内部空間Ｓ１（正しくは、バッテリ装着棚６１と機体ボディ２３とで画成される空間）は、バッテリケース５２よりも上側にスペース（余剰空間）を有している。この内部空間Ｓ１内のスペースには、第２冷却水配管６４と消火剤６５が設けられている。
第２冷却水配管６４は、例えばバッテリケース５２に近接させてバッテリ装着棚６１の側板に取り付けられ、両端が外部の冷却水ポンプ（図示省略）に接続されている。当該冷却水ポンプの駆動により、第２冷却水配管６４に冷却水が循環し、バッテリケース５２が冷却される。なお、第２冷却水配管６４は、第１冷却水配管５５と同一の冷却系統であってもよいし、別の冷却系統であってもよい。
消火剤６５は、バッテリケース５２の上方に配置され、機体ボディ２３の下面に固定されている。消火剤６５は、内部空間Ｓ１の雰囲気温度が所定の温度を超えた場合に、下方のバッテリケース５２へ落下するように封入されている。「所定の温度」とは、バッテリセル５１が発火したと考えられる内部空間Ｓ１内の温度である。なお、消火剤６５は、少なくともスリット孔５２ｂの上方位置に配置されていることが好ましい。ただし、消火剤６５は、所定の温度を超えた場合に、外部からの制御に依らずに自動的にバッテリセル５１に掛かるように設けられていればよい。

【0019】

また、バッテリ装着棚６１の内部空間Ｓ１には、圧力調整弁６６と給液口６７が設けられている。
圧力調整弁６６は、内部空間Ｓ１とその外部を連通可能に機体ボディ２３に配置され、常態（通常時の状態）で閉止している。圧力調整弁６６は、所定の温度に達した場合（又は手動操作された場合）に、内部空間Ｓ１とその外部とを連通させる。
給液口６７は、内部空間Ｓ１とその外部を連通可能に機体ボディ２３に配置され、常態で閉止している。給液口６７の外部側（図中の上側）は、例えば給液ホース等を装着可能なソケットとなっている。給液口６７の外部側に給液ホース等を装着することで、外部から内部空間Ｓ１内へ放電処理用の液体を供給することができる。

【0020】

バッテリ装着棚６１は、周囲をバッテリカバー７１に覆われている。
バッテリカバー７１は、無人機１の外部に露出している。具体的に、バッテリカバー７１は、上方に開口した形状に形成され、当該開口を機体ボディ２３で閉塞するように機体ボディ２３の下面に取り付けられている。バッテリカバー７１は、バッテリ装着棚６１との間に所定の通気空間Ｓ２を介在させた状態で、バッテリ装着棚６１の側方を含むその下側全体を囲うように配置されている。
バッテリカバー７１の側板には、無人機１の外部と通気空間Ｓ２とを連通するメッシュ状の通風孔７１ａが形成されている。なお、通風孔７１ａは、外部と通気空間Ｓ２とを連通するように設けられていれば、その位置や形状、数量等は特に限定されない。

【0021】

［バッテリユニットの機能及び動作］
続いて、バッテリユニット５の機能及び動作について説明する。
図３～図５は、バッテリユニット５の状態を示す断面図であって、図３が通常時、図４が発火時、図５が消火後のものである。
なお、「通常時」とは、発火時や消火後を含む非常時以外の場合をいう。

【0022】

＜通常時＞
通常時（例えば無人機１の飛行時）には、バッテリユニット５は、バッテリセル５１の発電により、無人機１の各部に必要な電力を供給する。
このとき、バッテリセル５１は、図３に示すように、バッテリケース５２内を通気する冷却ファン５４により空冷される。具体的には、まず無人機１の外気が、例えば無人機１の前側の通風孔７１ａを通じてバッテリカバー７１内の通気空間Ｓ２に流入する。通気空間Ｓ２の空気は、例えば下側の第１通気口５２ａ及び第２通気口６１ａを通じてバッテリケース５２内に流入してバッテリセル５１を冷却した後、側方の第１通気口５２ａ及び第２通気口６１ａから再び通気空間Ｓ２に流出する。バッテリケース５２内から通気空間Ｓ２に流出した空気は、例えば無人機１の後側の通風孔７１ａを通じて無人機１の外部に流出する。
このように、バッテリユニット５は通気性の良好な構造を有しており、通常時にはバッテリセル５１の熱が好適に除去される。

【0023】

またこのとき、バッテリケース５２は、第１冷却水配管５５及び第２冷却水配管６４に通水（通液）される冷却水によって水冷（液冷）される。具体的には、図示しない冷却水ポンプにより、バッテリケース５２内の第１冷却水配管５５と、バッテリケース５２外の第２冷却水配管６４とに冷却水が循環される。第１冷却水配管５５は直接にバッテリセル５１を冷却し、第２冷却水配管６４はバッテリケース５２の外部から間接的にバッテリセル５１を冷却する。

【0024】

＜発火時＞
バッテリセル５１が何らかの要因により発火した場合、バッテリユニット５では消火動作が実行される。
具体的には、図４に示すように、まず閉塞手段６２がバッテリ装着棚６１の第２通気口６１ａを閉塞し、火元を外気から遮断する。本実施形態の閉塞手段６２は熱膨張性耐火材であり、バッテリセル５１の発火に伴って所定の温度を超えるまで温度上昇し、膨張して第２通気口６１ａを閉塞する。これにより、火の広がりを抑制できる。

【0025】

また、バッテリケース５２の上方に配置された消火剤６５が、バッテリセル５１の発火に伴う雰囲気温度の上昇により、溶け出して落下する。この消火剤６５は、下方のバッテリケース５２へ落下し、スリット孔５２ｂを通じてバッテリケース５２内のバッテリセル５１に降りかかって消火を行う。

【0026】

また、第２冷却水配管６４にバルブを設け、当該バルブが手動又は自動で（温度に応じて自動的に）開放されることで、第２冷却水配管６４内の冷却水が放水（放液）されるように構成してもよい。バルブは、第２冷却水配管６４内の冷却水を手動又は自動で外部に放出できる構成に代えてもよい。例えば、第２冷却水配管６４の一部に、所定の温度で内部の冷却水が自動的に漏出するような、熱に弱い部分を設けてもよい。
さらに、第１冷却水配管５５にも、内部の冷却水を手動又は自動で外部に放出できる同様の構成を設けてもよい。
これにより、バッテリ装着棚６１の内部空間Ｓ１に冷却水を放水（放液）してバッテリセル５１を消火できる。

【0027】

＜消火後＞
上述のとおり、消火剤６５の投下、又はさらに冷却水の放水（放液）により、バッテリセル５１が消火される。
このとき、消火時（発火時）にバッテリ装着棚６１の内部空間Ｓ１に冷却水を放水（放液）した場合には、図５に示すように、バッテリ装着棚６１の第２通気口６１ａが閉塞手段６２で閉塞されているため、内部空間Ｓ１が冷却水で満たされる。
内部空間Ｓ１の水量（液量）が不足している（例えばバッテリケース５２が完全に水没（液没）していない）、又はそもそも消火時に冷却水を放水（放液）していない場合には、冷却水をさらに放水（放液）するか、給液口６７を通じて外部から内部空間Ｓ１内に放電処理用の液体を供給してもよい。
これにより、バッテリセル５１をバッテリケース５２ごと水没（液没）させることができる。したがって、十分な水量（液量）によってバッテリセル５１の冷却と放電処理を行うことができる。

【0028】

なお、内部空間Ｓ１内に供給する放電処理用の液体は、バッテリセル５１の放電を促進するものであれば特に限定されない。当該液体は、例えば、所定濃度の塩化ナトリウム水溶液や水、特許第６８４７７１６号公報に記載の陰イオン性界面活性剤、特開２００５－３４７１６２号公報に記載のアルカリ金属弱酸性塩の水溶液等である。
また、液体の供給時には、圧力調整弁６６を開放して内部空間Ｓ１の空気（発生ガスを含む）を外部に逃がしてもよい。この圧力調整弁６６の開放は、発火時に手動又は自動で行っていてもよい。

【0029】

［本実施形態の技術的効果］
以上のように、本実施形態によれば、バッテリケース５２（バッテリセル５１）を収容するバッテリ装着棚６１の第２通気口６１ａは、閉塞手段６２が所定の温度を超えた場合に当該閉塞手段６２により閉塞される。
そのため、通常時には第２通気口６１ａを通じたバッテリケース５２（バッテリセル５１）への通気性を確保できる。また、発火時及び消火後には、第２通気口６１ａが閉塞されたバッテリ装着棚６１の内部空間Ｓ１に放電処理用の液体を溜めて、バッテリケース５２を水没（液没）させることができる。これにより、バッテリセル５１の放電処理を好適に行い、再発火や感電のおそれを抑制して安全にバッテリケース５２を回収できる。
したがって、バッテリにおける通常時の通気性と消火後の安全性を両立することができる。

【0030】

また、本実施形態によれば、バッテリ装着棚６１の内部空間Ｓ１に放電処理用の液体を供給可能な給液手段（第１冷却水配管５５、第２冷却水配管６４及び給液口６７の少なくとも１つ）を備える。
これにより、発火時又は消火後に速やかに内部空間Ｓ１に放電処理用の液体を供給して、好適にバッテリセル５１を消火又は水没（液没）させることができる。

【0031】

また、本実施形態によれば、閉塞手段６２は、所定の温度で膨張する熱膨張性耐火材であり、第２通気口６１ａの周縁に配置されて膨張時に当該第２通気口６１ａを閉塞する。
これにより、簡便な構成、かつ、電気的な制御の必要ない自動的な動作で、第２通気口６１ａを好適に所定の温度で閉塞することができる。

【0032】

また、本実施形態によれば、バッテリ装着棚６１の内部空間Ｓ１のうちバッテリケース５２の上方には、所定の温度で落下する消火剤６５が配置される。
これにより、簡便な構成、かつ、電気的な制御の必要ない自動的な動作で、発火時のバッテリケース５２（バッテリセル５１）を好適に消火することができる。

【0033】

また、本実施形態によれば、バッテリ装着棚６１は、バッテリセル５１を収容した状態のバッテリケース５２を着脱可能に収容する。
これにより、複数のバッテリセル５１等をモジュール化（ユニット化）して、消火後の回収を含む当該モジュールのハンドリングを容易に行うことができる。

【0034】

［その他］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態（変形例含む）に限られない。
例えば、上記実施形態では、バッテリセル５１の発火を消火剤６５と冷却水で消火することとした。しかし、冷却水は使用せず、消火剤６５だけで消火することとしてもよい。この場合、第１冷却水配管５５及び第２冷却水配管６４は不要である。
また、バッテリセル５１の冷却系統に用いる液体は、水（冷却水）や、凍結防止等の添加剤を含む液体である。

【0035】

また、上記実施形態では、バッテリ装着棚６１の第２通気口６１ａを閉塞手段６２により閉塞し、バッテリ装着棚６１の内部空間Ｓ１に放電処理用の液体を供給することとした。しかし、バッテリケース５２の第１通気口５２ａに閉塞手段を配置して、発火時には当該閉塞手段により第１通気口５２ａを閉塞し、バッテリケース５２内に液体を供給することとしてもよい。このような構成によってもバッテリセル５１を水没（液没）させることができる。

【0036】

また、上記実施形態では、本発明に係る移動体の一例として無人航空機を挙げて説明した。しかし、本発明は、バッテリを搭載する移動体（例えば、車両や船舶、又はこれらを模した玩具等）に広く適用できる。ただし、本発明に係る移動体は、バッテリが堅牢な筐体で密閉される自動車（電気自動車）等よりも、通常時におけるバッテリの通気性や軽量化の要請が強い航空機に、より好適に適用できる。

【0037】

その他、上記実施形態で示した細部は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

【符号の説明】

【0038】

１ 無人航空機（移動体）
５ バッテリユニット
２３ 機体ボディ
５１ バッテリセル
５２ バッテリケース（ケース部材）
５２ａ 第１通気口
５２ｂ スリット孔
５４ 冷却ファン
５５ 第１冷却水配管（給液手段）
６１ バッテリ装着棚（収容部）
６１ａ 第２通気口（通気口）
６２ 閉塞手段
６４ 第２冷却水配管（給液手段）
６５ 消火剤
６６ 圧力調整弁
６７ 給液口（給液手段）
７１ バッテリカバー
７１ａ 通風孔
Ｓ１ 内部空間
Ｓ２ 通気空間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】