特許 5994345 蓄電池の温度調節装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5994345

(24)【登録日】2016年9月2日

(45)【発行日】2016年9月21日

(54)【発明の名称】蓄電池の温度調節装置

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/613 20140101AFI20160908BHJP

   H01M 10/615 20140101ALI20160908BHJP

   H01M 10/625 20140101ALI20160908BHJP

   H01M 10/647 20140101ALI20160908BHJP

   H01M 10/653 20140101ALI20160908BHJP

   H01M 10/6551 20140101ALI20160908BHJP

   H01M 10/6555 20140101ALI20160908BHJP

   H01M 10/6557 20140101ALI20160908BHJP

   H01M 10/6567 20140101ALI20160908BHJP

   H01M 10/6568 20140101ALI20160908BHJP

   B60L 11/18 20060101ALI20160908BHJP

【ＦＩ】

   H01M10/613

   H01M10/615

   H01M10/625

   H01M10/647

   H01M10/653

   H01M10/6551

   H01M10/6555

   H01M10/6557

   H01M10/6567

   H01M10/6568

   B60L11/18 A

【請求項の数】7

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2012-87173(P2012-87173)

(22)【出願日】2012年4月6日

(65)【公開番号】特開2013-12463(P2013-12463A)

(43)【公開日】2013年1月17日

【審査請求日】2015年4月1日

(31)【優先権主張番号】特願2011-120611(P2011-120611)

(32)【優先日】2011年5月30日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000006714

【氏名又は名称】横浜ゴム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001368

【氏名又は名称】清流国際特許業務法人

(74)【代理人】

【識別番号】100129252

【弁理士】

【氏名又は名称】昼間 孝良

(74)【代理人】

【識別番号】100066865

【弁理士】

【氏名又は名称】小川 信一

(74)【代理人】

【識別番号】100066854

【弁理士】

【氏名又は名称】野口 賢照

(74)【代理人】

【識別番号】100117938

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 謙二

(74)【代理人】

【識別番号】100138287

【弁理士】

【氏名又は名称】平井 功

(74)【代理人】

【識別番号】100155033

【弁理士】

【氏名又は名称】境澤 正夫

(74)【代理人】

【識別番号】100068685

【弁理士】

【氏名又は名称】斎下 和彦

(72)【発明者】

【氏名】坂 直樹

【審査官】 坂本 聡生

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−０５００００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０５４２９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１０８６８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−２４１７３９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ １０／６０−１０／６６７

Ｂ６０Ｌ １／００− ３／１２

Ｂ６０Ｌ ７／００−１３／００

Ｂ６０Ｌ １５／００−１５／４２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

蓄電池を構成するセルの外壁面に設置される蓄電池の温度調節装置であって、前記セルの外壁面に接触して取り付けられる樹脂製の中空の筐体内に、前記筐体の外部に連通する流入口と流出口とを両端部に有する温調流体の流路が設けられているとともに、前記流路と前記筐体との隙間に熱媒体が充填されていて、前記流路に接続されて前記筐体の外部に延設される外部流路または前記筐体に、他の部分よりも厚みが相対的に薄い部分が形成されていて、前記相対的に薄い部分を含んで構成された流体噴出部が設けられていて、前記セルの温度が基準温度に上昇した際に、前記温調流体の膨張圧力により、前記流体噴出部を破裂させて、この流体噴出部を通じて前記温調流体を、そのセルに対して噴出する構成にしたことを特徴とする蓄電池の温度調節装置。

【請求項2】

前記熱媒体が高分子化合物である請求項１に記載の蓄電池の温度調節装置。

【請求項3】

前記高分子化合物に金属粉を混合した請求項２に記載の蓄電池の温度調節装置。

【請求項4】

前記流路の内壁及び外壁の少なくとも一方にフィンを突設した請求項１〜３のいずれかに記載の蓄電池の温度調節装置。

【請求項5】

蓄電池を構成するセルの外壁面に設置される蓄電池の温度調節装置であって、前記セルの外壁面に接触して取り付けられる樹脂製の中空の筐体内に、前記筐体の外部に連通する流入口と流出口とを両端部に有する温調流体の流路が設けられているとともに、前記流路と前記筐体との隙間に熱媒体が充填されていて、前記筐体に熱媒体噴出部が設けられていて、前記セルの温度が基準温度に上昇した際に、前記熱媒体噴出部を通じて前記熱媒体を、そのセルに対して噴出する構成にしたことを特徴とする蓄電池の温度調節装置。

【請求項6】

前記筐体に他の部分よりも厚みが相対的に薄い部分を形成し、前記相対的に薄い部分を含んで前記熱媒体噴出部を構成し、前記セルの温度が前記基準温度になった時の前記熱媒体の膨張圧力により、前記熱媒体噴出部を破裂させて前記熱媒体を噴出する請求項５に記載の蓄電池の温度調節装置。

【請求項7】

前記熱媒体噴出部が、前記基準温度になった時に開弁する開閉バルブである請求項５に記載の蓄電池の温度調節装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は蓄電池の温度調節装置に関し、更に詳しくは、蓄電池を均一に冷却及び加温することができる蓄電池の温度調節装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、自動車からの排気ガスによる大気汚染や、二酸化炭素による地球温暖化、更には石油資源の枯渇などの問題から、電気モータを動力源とする電気自動車の開発が進められている。この電気自動車の電気モータは、車載された二次電池（蓄電池）から電力を供給される。

【0003】

一般に蓄電池は、充放電の度に反応熱やジュール熱が発生するため高温になりやすい。例えば、車載用の蓄電池として有望視されているリチウムイオン電池では、そのまま充放電を繰り返すと、約６０℃以上の温度になることがあるが、そのような高温になると、放電率が高くなったり電極が劣化したりして性能が低下する。一方、低温すぎると蓄電池の起電力が低下するという不具合もある。そのため、蓄電池には適切な温度管理が必要となる。

【0004】

蓄電池の温度管理を行う手段として、例えば特許文献１は、蓄電池のケースの外壁面に側板を気密に熱溶着し、その外壁面と側板との間に冷却流体を循環させる温度調節装置を提案している。

【0005】

しかし、上記の温度調節装置では、蓄電池の外壁面と冷却流体とが直接に接触して、冷却流体が熱を奪いつつ外壁面に沿って移動するので、蓄電池を均一に冷却することができないという問題がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平６−２１５８０４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明の目的は、蓄電池を均一に冷却及び加温することができる蓄電池の温度調節装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記の目的を達成する本発明の蓄電池の温度調節装置は、蓄電池を構成するセルの外壁面に設置される蓄電池の温度調節装置であって、前記セルの外壁面に接触して取り付けられる樹脂製の中空の筐体内に、前記筐体の外部に連通する流入口と流出口とを両端部に有する温調流体の流路が設けられているとともに、前記流路と前記筐体との隙間に熱媒体が充填されていて、前記流路に接続されて前記筐体の外部に延設される外部流路または前記筐体に、他の部分よりも厚みが相対的に薄い部分が形成されていて、前記相対的に薄い部分を含んで構成された流体噴出部が設けられていて、前記セルの温度が基準温度に上昇した際に、前記温調流体の膨張圧力により、前記流体噴出部を破裂させて、この流体噴出部を通じて前記温調流体を、そのセルに対して噴出する構成にしたことを特徴とするものである。
また、本発明の別の蓄電池の温度調節装置は、蓄電池を構成するセルの外壁面に設置される蓄電池の温度調節装置であって、前記セルの外壁面に接触して取り付けられる樹脂製の中空の筐体内に、前記筐体の外部に連通する流入口と流出口とを両端部に有する温調流体の流路が設けられているとともに、前記流路と前記筐体との隙間に熱媒体が充填されていて、前記筐体に熱媒体噴出部が設けられていて、前記セルの温度が基準温度に上昇した際に、前記熱媒体噴出部を通じて前記熱媒体を、そのセルに対して噴出する構成にしたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

本発明の蓄電池の温度調節装置によれば、蓄電池を構成するセルの外壁面に接触して取り付けられる樹脂製の中空の筐体内に、その筐体の外部に連通する流入口と流出口とを両端部に有する温調流体の流路を設けるとともに、流路と筐体との隙間に熱媒体を充填するようにしたので、セル及び温調流体の一方で発生した熱が、熱媒体において均一に分散され蓄えられてから他方へ伝達されるため、蓄電池を均一に冷却及び加温することができる。

【0010】

熱媒体としては、熱伝導性が高くかつ成形性が良いことから、高分子化合物を用いることが望ましく、その高分子化合物には金属粉を混合して熱伝導度を向上させるのがよい。

【0011】

また、流路の内壁及び外壁の少なくとも一方にフィンを突設することで、伝熱面積を増加させて熱伝達性を向上させることができる。

【0012】

本発明では、前記流路に接続されて前記筐体の外部に延設される外部流路または前記筐体に流体噴出部を設け、前記セルの温度が基準温度に上昇した際に、前記流体噴出部を通じて前記温調流体を、そのセルに対して噴出する構成にする。この構成によれば、セル（蓄電池）が異常発熱した場合に温調流体をセルに噴出させることができる。したがって、セルに噴出された温調流体が気化する際の気化熱によって、そのセルの温度を低下させることができ、異常時の安全性が向上する。

【0013】

具体的には、例えば、前記外部流路または前記筐体に、他の部分よりも厚みが相対的に薄い部分を形成し、前記相対的に薄い部分を含んで前記流体噴出部を構成し、前記セルの温度が前記基準温度になった時の前記温調流体の膨張圧力により、前記流体噴出部を破裂させて前記温調流体を噴出する仕様にする。

【0014】

また、本発明の別の蓄電池の温度調節装置では、前記筐体に熱媒体噴出部を設け、前記セルの温度が基準温度に上昇した際に、前記熱媒体噴出部を通じて前記熱媒体を、そのセルに対して噴出する構成にする。この構成によれば、セル（蓄電池）が異常発熱した場合に熱媒体をセルに噴出させることができる。したがって、セルに噴出された熱媒体が気化する際の気化熱によって、そのセルの温度を低下させることができ、異常時の安全性が向上する。

【0015】

具体的には、例えば、前記筐体に他の部分よりも厚みが相対的に薄い部分を形成し、前記相対的に薄い部分を含んで前記熱媒体噴出部を構成し、前記セルの温度が前記基準温度になった時の前記熱媒体の膨張圧力により、前記熱媒体噴出部を破裂させて前記熱媒体を噴出する仕様にする。或いは、前記熱媒体噴出部が、前記基準温度になった時に開弁する開閉バルブである仕様にする。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の参考形態からなる蓄電池の温度調節装置を蓄電池に取り付けた場合を示す斜視図である。

【図2】図１におけるＸ−Ｘ断面図である。

【図3】図２におけるＹ−Ｙ断面における構造例を説明する分解図である。

【図4】図３におけるＺ部の変形例の拡大断面図である。

【図5】本発明の参考形態からなる蓄電池の温度調節装置を蓄電池に取り付けた場合の別の例を示す斜視図である。

【図6】外部流路に流体噴出部を設けた実施形態を例示する説明図である。

【図7】筐体に流体噴出部を設けた実施形態を例示する説明図である。

【図8】筐体に熱媒体噴出部を設けた実施形態を例示する説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

【0018】

図１は、本発明の参考形態からなる蓄電池の温度調節装置を、蓄電池に取り付けた場合を示す。

【0019】

この蓄電池１は、車載用のリチウムイオン電池であり、複数のセル２を互いに電気的に直列又は並列に接続し、それらのセル２を側面が対向するように整列させてバンド３で固定したものである。リチウムイオン電池は、コバルト酸リチウムなどからなる正極と、カーボンからなる負極との間をリチウムイオンが移動することで電気の充放電を行うことを原理とし、エネルギー密度が高く、繰り返し充放電可能回数が大きいなどの多くの優れた特性を持つため、電気自動車の車載用バッテリーとして有望視されている。

【0020】

本発明の蓄電池の温度調節装置４（以下、「温度調節装置４」という。）は、直方体状の樹脂製の筐体５の上部に、水や不凍液を混合した冷却水などの温調流体の流入口６及び流出口７を設けた外観構造を有し、セル２の互いに対向する外壁面（側面）の間に表面が密着するようにして取り付けられている。この図１の例では、４台のセル２の各側面間に１台ずつ計３台の温度調節装置４を取り付けているが、両端のセル２において外部へ露出している側面に取り付けるようにしてもよい。

【0021】

図２に示すように、筐体５はセルの側面と同一形状の表面を有する中空体であり、流入口６と流出口７とは、筐体５の内部を蛇行状に延びる流路８（例えば、直径が約３〜５ｍｍ）により連通している。この例では、流路８は１本であるが、途中で分岐させるなどして複数本を設けるようにしてもよい。

【0022】

筐体５と流路８との隙間には、高分子化合物からなる熱媒体９が充填されている。高分子化合物としては、熱伝導性が高くかつ成形性が良いことから、シリコーンゴムや水とゲル剤（天然高分子や合成高分子からなる高分子ゲル）などが好適に用いられる。また、筐体５の材料としては、成形性に優れたＡＢＳ樹脂などの熱可塑性樹脂などが好ましく例示される。

【0023】

このような構造の温度調節装置４は、例えば図３に示すように、片面に凹部１０を有するアッパーパネル１１の内側に熱媒体９を充填し、その熱媒体９の上から蛇行状の溝１２が形成されたセンターパネル１３を積層し、そのセンターパネル１３の上から凹部１０に平板状のロアパネル１４を嵌め込むことにより製作することができる。各パネル１１、１３、１４は、例えば１５０×２００×１ｍｍのサイズを有し、モールドによる成形加工で容易に製造される。また、樹脂を材料とすることで軽量化を図ることができるため、車載用バッテリーに取り付けた場合には燃費を損わないという利点もある。

【0024】

この温度調節装置４の流入口６に、図示しない温調流体供給装置で適当な温度に調節した温調流体１５を供給し、流路８を経て流出口７から再び温調流体供給装置へ戻して循環させることにより、セル２の冷却又は加温を行う。つまり、セル２を冷却するときには温調流体１５を低温にし、加温するときには温調流体１５を高温にする。具体的な温度調節範囲としては、例えばリチウムイオン電池の場合には、セル２の温度を約１０〜４０℃の範囲にする。なお、温調流体供給装置においては、温調流体１５の温度だけでなく流速も調節することで、セル２の温度をより正確に調節することができる。

【0025】

このとき、セル２と温調流体１５との間の熱伝達は、熱媒体９を介して行われることになる。その際には、セル２及び温調流体１５の一方で発生した熱は、熱媒体９において均一に分散され蓄えられてから他方へ伝達されるため、セル２を均一に冷却及び加温することができる。

【0026】

また、セル２と温調流体１５との間に熱媒体９が介在して直接に接触しにくくなるため、蓄電池１の安全性を向上させることも期待できる。

【0027】

熱媒体９である高分子化合物には、金属粉を混合させることが望ましい。金属粉としては、アルミニウム粉末やチタン粉末などが好ましく例示される。そのようにすることで、熱媒体９の熱伝導度が高くなるので、温度調節の性能をより向上することができる。

【0028】

また、図４に示すように、流路８（溝１２）内に内壁１６及び／又は外壁１７から突出するフィン１８を設けることにより、伝熱面積を増加させて温度調節の性能を更に向上することが可能である。なお、外壁１７のみにフィン１８を設けた場合には、温調流体１５の流動性を妨げることなく、伝熱面積を増加できるという利点がある。

【0029】

温度調節装置４は、図５に示すように、セル２の底面にも取り付けることもできる。そ
の場合には、複数のセル２の底面に跨るようにするのが良い。

【0030】

ところで、蓄電池１は、内部の異常（短絡等）によって内部の電解液が発火する危険性がある。発火に至る過程では蓄電池１が異常加熱されることになる。そのため、蓄電池１（セル２）が予め設定した基準温度Ｍまで上昇した場合には危険であると判断して、その時に蓄電池１の温度を低下させることが安全性の向上につながる。

【0031】

そこで、異常加熱した蓄電池１の温度を低下させるために、図６に例示する実施形態のように、温度調節装置４に流体噴出部２０を設けることもできる。この実施形態では、流路８に接続されて筐体５の外部に延びる外部流路１９が設けられていて、この外部流路１９に流体噴出部２０が設けられている。

【0032】

外部流路１９は温調流体供給装置に接続されていて、流路８および外部流路１９には設定された温度に調節された温調流体１５が流通する。そして、セル２の温度が基準温度Ｍに上昇した際に、流体噴出部２０を通じて、温調流体１５がそのセル２に対して噴出される構成になっている。

【0033】

具体的には、外部流路１９の壁面に、外部流路１９の壁面の他の部分よりも厚みが相対的に薄い部分２０ａを形成し、この相対的に薄い部分２０ａを含んで流体噴出部２０を構成する。この流体噴出部２０（相対的に薄い部分２０ａ）は、セル２の温度が基準温度Ｍになった時の温調流体１５の膨張圧力により破裂されるように形成されている。

【0034】

例えば、セル２が基準温度Ｍまで高温になった場合は、この高温の影響を受けて温調流体１５も高温になる。そのため、温度上昇した温調流体１５の膨張圧力が外部流路１９に作用して、相対的に薄い部分２０ａが破裂されて、セル２に対して温調流体１５が噴出されることになる。そして、セル２に噴出された温調流体１５が気化する際の気化熱によって、そのセル２の温度を低下させることができる。それ故、セル２（蓄電池１）が異常発熱した場合に温度を低下させて安全性を向上させることができる。尚、基準温度Ｍは、例えば６０℃〜７０℃の範囲で設定される。

【0035】

図７に例示する実施形態のように、筐体５に流体噴出部２０を設け、セル２の温度が基準温度Ｍに上昇した際に、流体噴出部２０を通じて温調流体１５を、そのセル２に対して噴出する構成にすることもできる。この実施形態では、筐体５の壁面に、筐体５の壁面の他の部分よりも厚みが相対的に薄い部分２０ａを形成し、この相対的に薄い部分２０ａを含んで流体噴出部２０を構成する。この流体噴出部２０（相対的に薄い部分２０ａ）は、セル２の温度が基準温度Ｍになった時の温調流体１５の膨張圧力により破裂されて、セル２に対して温調流体１５が噴出されることになる。

【0036】

流体噴出部２０としては、基準温度Ｍになった時に開弁する開閉バルブを採用することもできる。この場合、セル２の温度が基準温度Ｍになった時の温調流体１５の膨張圧力によって、閉弁していた開閉バルブが開弁して、セル２に対して温調流体１５が噴出されることになる。

【0037】

或いは、外部流路１９または筐体５のそれぞれの壁面に、それぞれの壁面の他の部分の材質よりも熱変形し易い材質を一部分に採用して相対的に弱い部分を形成し、この相対的に弱い部分を含んで流体噴出部２０を構成する。そして、セル２の温度が基準温度Ｍになった時の温調流体１５の膨張圧力により、流体噴出部２０（相対的に弱い部分）を破裂させて温調流体１５をセル２に対して噴出させる構成にする。

【0038】

図８に例示する実施形態のように、異常加熱した蓄電池１の温度を低下させるために、筐体５に熱媒体噴出部２１を設けることもできる。そして、セル２の温度が基準温度Ｍに上昇した際に、熱媒体噴出部２１を通じて、筐体５と流路８との隙間に充填されている流動性のある熱媒体９がそのセル２に対して噴出される構成になっている。

【0039】

具体的には、筐体５の壁面に、筐体５の壁面の他の部分よりも厚みが相対的に薄い部分２１ａを形成し、この相対的に薄い部分２１ａを含んで熱媒体噴出部２１を構成する。この熱媒体噴出部２１（相対的に薄い部分２１ａ）は、セル２の温度が基準温度Ｍになった時の熱媒体９の膨張圧力により破裂されるように形成されている。

【0040】

例えば、セル２が基準温度Ｍまで高温になった場合は、この高温の影響を受けて熱媒体９も高温になる。そのため、温度上昇した熱媒体９の膨張圧力が筐体５に作用して、相対的に薄い部分２１ａが破裂されて、セル２に対して熱媒体９が噴出されることになる。そして、セル２に噴出された熱媒体９が気化する際の気化熱によって、そのセル２の温度を低下させることができる。それ故、セル２（蓄電池１）が異常発熱した場合に温度を低下させて安全性を向上させることができる。熱媒体噴出部２１は、筐体５の上部に設けるのが好ましい。

【0041】

熱媒体噴出部２１としては、基準温度Ｍになった時に開弁する開閉バルブを採用することもできる。この場合、セル２の温度が基準温度Ｍになった時の熱媒体９の膨張圧力によって、閉弁していた開閉バルブが開弁して、セル２に対して熱媒体９が噴出されることになる。

【0042】

或いは、筐体５の壁面に、筐体５の壁面の他の部分の材質よりも熱変形し易い材質を一部分に採用して相対的に弱い部分を形成し、この相対的に弱い部分を含んで熱媒体噴出部２１を構成する。そして、セル２の温度が基準温度Ｍになった時の熱媒体９の膨張圧力により、熱媒体噴出部２１（相対的に弱い部分）を破裂させて熱媒体９をセル２に対して噴出させる構成にする。

【0043】

尚、温度調節装置４には、既述した少なくとも１種類の流体噴出部２０と、既述した少なくとも１種類の熱媒体噴出部２１とを同時に設けることもできる。

【符号の説明】

【0044】

１ 蓄電池
２ セル
３ バンド
４ 温度調節装置
５ 筐体
６ 流入口
７ 流出口
８ 流路
９ 熱媒体
１０ 凹部
１１ アッパーパネル
１２ 溝
１３ センターパネル
１４ ロアパネル
１５ 温調流体
１６ 内壁
１７ 外壁
１８ フィン
１９ 外部流路
２０ 流体噴出部
２０ａ 相対的に薄い部分
２１ 熱媒体噴出部
２１ａ 相対的に薄い部分

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】