特許 7480658 電池ユニット

(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】

(24)【登録日】2024-04-30

(45)【発行日】2024-05-10

(54)【発明の名称】電池ユニット

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/6557 20140101AFI20240501BHJP

   H01M 10/658 20140101ALI20240501BHJP

   H01M 10/625 20140101ALI20240501BHJP

   H01M 10/647 20140101ALI20240501BHJP

   H01M 10/651 20140101ALI20240501BHJP

   H01M 10/6568 20140101ALI20240501BHJP

   H01M 10/633 20140101ALI20240501BHJP

   H01M 50/204 20210101ALI20240501BHJP

   H01M 50/209 20210101ALI20240501BHJP

   H01M 50/213 20210101ALI20240501BHJP

   H01M 50/249 20210101ALI20240501BHJP

【ＦＩ】

H01M10/6557

H01M10/658

H01M10/625

H01M10/647

H01M10/651

H01M10/6568

H01M10/633

H01M50/204 401H

H01M50/209

H01M50/213

H01M50/249

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020158663

(22)【出願日】2020-09-23

(65)【公開番号】P2022052337

(43)【公開日】2022-04-04

【審査請求日】2023-02-21

(73)【特許権者】

【識別番号】000003137

【氏名又は名称】マツダ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山本 嵩

(72)【発明者】

【氏名】▲高▼橋 敏貴

【審査官】宮本 秀一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２１－１１１４７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－２３８３７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０００９４８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ１０／５２－１０／６６７

Ｈ０１Ｍ５０／２０－５０／２９８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

並設された複数の電池セルと、該電池セルを冷却する冷却システムと、を備えた電池ユニットであって、
前記冷却システムは、
冷媒と、
前記電池セルと接するように設けられた前記冷媒が循環するための循環経路と、
前記循環経路に設けられた前記冷媒を循環させるための循環器と、
前記循環経路に設けられた前記冷媒を放熱させるための熱交換器と、
前記循環経路に設けられ、前記冷媒中に熱凝集性を有する断熱部材を投入するための断熱部材投入器と、
前記電池セルの過熱を検出する手段と、
前記過熱が検出されたときに、前記断熱部材が前記循環経路に投入されるように前記断熱部材投入器を作動させるコントローラと、を有することを特徴とする電池ユニット。

【請求項2】

請求項１に記載の電池ユニットにおいて、
前記循環経路には、前記冷媒中に投入された前記断熱部材を捕集するための捕集器が設けられていることを特徴とする電池ユニット。

【請求項3】

請求項２に記載の電池ユニットにおいて、
前記冷却システムは、前記電池セル各々の電圧を検出する電圧検出手段と、該電池セル各々の温度を検出するセル温度センサと、前記熱交換器に流入する前記冷媒の温度を検出する冷媒温度センサと、をさらに備え、
前記コントローラは、前記電圧検出手段によって検出される電池セル各々の電圧又は前記セル温度センサによって検出される電池セル各々の温度に基づいて過熱した電池セルに隣接しない電池セルを特定し、前記断熱部材投入器の作動から所定時間が経過し、前記熱交換器に流入する前記冷媒の温度が所定値未満であり、且つ前記特定された電池セルの温度が所定値以上であるときに、前記捕集器による前記断熱部材の捕集を実行することを特徴とする電池ユニット。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか１つに記載の電池ユニットにおいて、
前記複数の電池セル各々は、該電池セルが並設された並設方向において互いに逆向きになった対応する外面である対応面と、該対応面同士を互いの周縁部において接続する側面と、を有し、
前記循環経路は、
前記循環器の冷媒吐出部に接続され、前記電池セル各々における一方の前記側面に沿って前記並設方向に連続して延びる第１側面経路部と、
前記循環器の冷媒吸引部に接続され、前記電池セル各々における他方の前記側面に沿って前記並設方向に連続して延びる第２側面経路部と、
前記並設方向の前記対応面に沿って延びる、前記第１側面経路部と前記第２側面経路部とを接続する対応面経路部と、を有し、
前記第１側面経路部及び前記第２側面経路部各々が前記電池セル各々の前記側面に沿って延びる長さは、前記対応面経路部が前記電池セル各々の前記対応面に沿って延びる長さよりも短いことを特徴とする電池ユニット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電池ユニットに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、複数の電池を組み合わせた組電池が記載されている。この組電池の電池各々は矩形板状である。この電池同士が上下方向に間隔をあけて積層されている。これらの電池の表面には、電池の熱を放熱するための金属製の放熱部材が設けられている。また、隣接する電池同士の間には、両電池に設けられた放熱部材と接するように断熱部材が設けられている。

【0003】

この組電池が備える電池に設けられた放熱部材は、伝熱性のある部材により隣接していない他の電池に設けられた放熱部材に接続されている。この放熱部材を介して、電池の発した熱が隣接していない他の電池に設けられた放熱部材へ伝熱される。また、隣接した電池同士の間には断熱部材が設けられている。この断熱部材により、電池の発した熱が隣接する電池へ伝熱されることが抑制される。このため、電池が発熱したときに、発熱した電池の周辺に熱がこもることが抑制され、組電池の温度の上昇が抑制される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１１－２３８３７４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、特許文献１に記載された組電池には、各電池同士の間に２つの放熱部材と１つの断熱部材とが配置されている。このため、組電池が大型化するという問題がある。また、各電池セル同士は常に断熱部材によって断熱されている。

【0006】

本発明は、斯かる点に鑑みて為されたものであり、その目的は、電池ユニットを冷却する冷却システムに、必要なときにのみ作動する電池セル各々に対する断熱機能をもたせることにより、コンパクトかつ効率的な冷却システムを備えた電池ユニットを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

具体的には、ここで開示する電池ユニットは、並設された複数の電池セルと、これらの電池セルを冷却する冷却システムと、を備える電池ユニットであって、この冷却システムは、冷媒と、この電池セルと接するように設けられたこの冷媒が循環するための循環経路と、この循環経路に設けられたこの冷媒を循環させるための循環器と、この循環経路に設けられたこの冷媒を放熱させるための熱交換器と、この循環経路に設けられ、この冷媒中に熱凝集性を有する断熱部材を投入するための断熱部材投入器と、この電池セルのする手段と、この過熱が検出されたときに、断熱部材が循環経路に投入されるようにこの断熱部材投入器を作動させるコントローラと、を有することを特徴とする。

【0008】

この構成によると電池ユニットの使用に伴って発熱した電池セル各々は、これらの電池セルに設けられた循環経路を循環する冷媒によって吸熱される。この冷媒は循環器によってこの循環経路を循環させられる。この冷媒はこの循環経路に設けられた熱交換器により放熱される。この冷媒の吸熱と放熱とを繰り返すことにより、これらの電池セルの温度上昇が抑えられる。

【0009】

また、電池セルに不具合が発生したときには、電池セルが過熱（異常発熱）するときがある。このときは、過熱した電池セルから冷媒に伝わる熱量が大きくなる。このため、冷媒の温度が過熱した電池セルまわりにおいて局所的に急上昇する。

【0010】

電池セルの過熱が検出された場合には、コントローラは断熱部材投入器に冷媒中へ熱凝集性を有する断熱部材を投入させる。この断熱部材は、冷媒の循環に伴って冷媒と共に流動する。流動した断熱部材は過熱した電池セルのまわりにまで運ばれる。この過熱した電池セルのまわりにおいて、断熱部材の温度がその熱凝集温度をこえて上昇したとき、当該電池セルのまわりには、この断熱部材が凝集した言わば断熱層が形成される。

【0011】

従って、過熱した電池セルから他の電池セルに熱が伝わり、この他の電池セルの温度が上昇することが断熱層によって抑制される。さらに、この断熱層は電池セルを冷却するために冷媒が循環する循環経路の内部に形成される。このため、循環経路とは別に断熱材を設ける必要がなくなり、電池ユニットの構成がコンパクトになる。

【0012】

一方で、電池セルの過熱が検出されていない場合には、冷媒中に断熱部材は投入されない。従って、電池セルが過熱していないときに、冷媒の流速が断熱部材によって低下し、冷媒の吸熱及び放熱の効率が低下することは抑制される。

【0013】

前記の電池ユニットにおいて、循環経路には、冷媒中に投入された断熱部材を捕集するための捕集器が設けられているとしてもよい。

【0014】

このようにすれば、過熱した電池セルと接する循環経路内に断熱層が形成された後、断熱層を形成しなかった断熱部材が捕集器により捕集される。このため、断熱層を形成していない断熱部材が冷媒中に残ることにより、冷媒の冷却性能が悪化することが抑制される。

【0015】

前記の電池ユニットにおいて、冷却システムは、電池セル各々の電圧を検出する電圧検出手段と、電池セル各々の温度を検出するセル温度センサと、熱交換器に流入する前記冷媒の温度を検出する冷媒温度センサと、をさらに備え、コントローラは、前記電圧検出手段によって検出される電池セル各々の電圧又は前記セル温度センサによって検出される電池セル各々の温度に基づいて過熱した電池セルに隣接しない電池セルを特定し、断熱部材投入器の作動から所定時間が経過し、前記熱交換器に流入する冷媒の温度が所定値未満であり、且つ前記特定された電池セルの温度が所定値以上であるときに、捕集器による断熱部材の捕集を実行する構成とすることができる。

【0016】

このようにすれば、断熱部材の投入から所定時間が経過した後に確認された熱交換器に流入する冷媒の温度に基づいて、過熱した電池セルに対する断熱の完了が判定される。このため、過熱した電池セルに対する断熱の完了が誤判定されることを抑制できる。

【0017】

また、過熱した電池セルに対する断熱が完了したと判定された後において、過熱した電池セルから離れた電池セルの温度が未だ高いときには、断熱部材が捕集される。このため、過熱した電池セルに対して断熱不良になることを避けながら、断熱部材を捕集することができる。これにより、過熱した電池セルに対する断熱の完了後において、断熱部材による冷媒の流速の低下が抑制され、離れた電池セルの温度の上昇を抑制し、その劣化を防止することが出来る。

【0018】

さらに、過熱した電池セルに対する断熱が完了したと判定された後において、過熱した電池セルの隣の電池セルではなく、過熱した電池セルから離れた電池セルの温度が確認される。これは、この隣の電池セルは過熱した電池セルの熱により劣化するのが通常であるためである。この離れた電池セルにも過熱した電池セルの熱影響は及ぶものの、その影響はこの隣の電池セルに比べて小さくなる。このため、隣接しない電池セルの温度を測定することにより、この電池セルを可能な限り熱劣化から守ることができる。

【0019】

前記の電池ユニットにおいて、複数の電池セル各々は、これらの電池セルが並設された並設方向において互いに逆向きになった対応する外面である対応面と、この対応面同士を互いの周縁部において接続する側面と、を有し、循環経路は、循環器の冷媒吐出部に接続され、これらの電池セル各々における一方の側面に沿って前記並設方向に連続して延びる第１側面経路部と、循環器の冷媒吸引部に接続され、これらの電池セル各々における他方の側面に沿って前記並設方向に連続して延びる第２側面経路部と、前記並設方向の対応面に沿って延びる、この第１側面経路部とこの第２側面経路部とを接続する対応面経路部と、を有し、これらの第１側面経路部及び第２側面経路部各々がこれらの電池セル各々の側面に沿って延びる長さは、対応面経路部がこれらの電池セル各々の対応面に沿って延びる長さよりも短いことを特徴とする。

【0020】

この構成によると、電池ユニットに異常が発生するなどして、電池セルが過熱することがある。この電池セルには、電池セルが並設される方向に相対する対応面と、対応面同士を周縁部において接続する側面とを有している。この側面に沿って延びる第１側面経路部と第２側面経路部との長さは、この対応面に沿って延びる対応面経路部よりも短い。長さの短いこれら第１側面経路部と第２側面経路部において冷媒が一つの過熱された電池セルから受け取る熱量は、長さの長い対応面経路部において冷媒が一つの過熱された電池セルから受け取る熱量よりも少なくなる。受け取る熱量の少ない第１側面経路部と第２側面経路部における熱凝集性断熱粒子の凝集量は、対応面経路部における凝集量よりも少なくなる。

【0021】

このように、第１側面経路部及び第２側面経路部における熱凝集性断熱粒子の凝集量が少ない。凝集量が少ないため、第１側面経路部及び第２側面経路部が凝集した熱凝集性断熱粒子により詰まることが抑制される。すなわち、過熱された電池セル両側の対応面経路部が熱凝集性断熱粒子の凝集によって塞がっても、電池セルの並設方向に連続した第１及び第２の両側面経路部での冷媒の流れは保たれやすい。従って、電池セルの過熱を生じた後も、複数の電池セル全体にわたる冷媒の循環を維持することが容易になる。

【発明の効果】

【0022】

本発明によれば、電池ユニット全体を冷却する冷却システムに必要なときにのみ作動する電池セルに対する断熱機能をもたせた、コンパクトかつ効率的な電池ユニットを実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明の実施形態１に係る電池ユニット１の概略図である。

【図2】電池セルの斜視図である。

【図3】電池セルの内部構造を示す斜視図である。

【図4】電池セルに設けられた循環経路を示す側面図である。

【図5】本発明に係る断熱部材の断面図である。

【図6】冷却システムの制御系の構成を示すブロック図である。

【図7】電池セルが過熱した際の図１に相当する図である。

【図8】冷却システムの制御の処理の流れを示すフローチャートである。

【図9】本発明の実施形態２に係る電池ユニットの電池セルが過熱した際の概略図である。

【図10】その他の実施形態に係る図４に相当する図である。

【図11】その他の実施形態に係る図４に相当する図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。

【0025】

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る電池ユニット１の構成を示している。この電池ユニット１は、並設された複数の電池セル２（図１では電池セル２は３つのみ記載）と電池ユニット１を冷却するための冷却システムとを備えている。この電池ユニット１は、電気自動車などに用いられる。これら複数の電池セル２は、これら電池セル２の並設方向において互いに逆向きになった対応する外面である対応面２１１と、これら対応面２１１の周縁部同士を接続する側面２１２とを有している。これらの電池セル２は、互いの対応面２１１同士を対向させるように配置されている。また、これらの電池セル２各々には、電圧線を介して電圧検出手段としての電圧検出回路ＶＤが設けられている。さらに、これらの電池セル２各々には各電池セル２の温度を測定するセル温度センサＳＮ１が設けられている。このセル温度センサＳＮ１としては、ＮＴＣサーミスタ、熱電対等が挙げられる。このセル温度センサＳＮ１からの信号を温度検出回路によって検出することで、各電池セル２の温度が測定される。

【0026】

これら電池セル２は、図２に示すように、略直方体状のセル筐体２１を有している。電池セル２は、他の電池セル２と電気的に並列又は直列に接続されている。この電池セル２は、面積の大きい対応面２１１と面積の小さい側面２１２とを有している。この電池セル２の上側面（図中で上側）には端子２１３が２つ設けられている。これらの端子２１３の一方が＋極、他方が－極となっている。この電池セル２の内部構造は図３に示されている。この電池セル２は、略直方体状の電極体２２を有している。この電極体は、正極シート、負極シート及びセパレータを捲回して、又は積層して略直方体状に形成されている。この電極体２２の側面２１２側の両端には、樹脂製の固定部材２３が設けられている。この電極体２２の上側面（図中で上側）には、側面２１２側の両端から電池セル２の中央側に向けて延びる、金属製のタブリード２４が設けられている。このタブリード２４の一方が＋極、他方が－極となっている。このタブリード２４は、電極体２２の上側面（図中で上側）における側面２１２側の両端から下側（図中で下側）に向けて板状に延びている。このタブリード２４は、この下側に向けて延びた板状の箇所が電極体２２の集電体に接続されている。

【0027】

冷却システムは、冷媒としての冷却水３と、循環経路４と、循環器５と、熱交換器６とを有している。この冷却水３は、電池ユニット１の複数の電池セル２に対して循環させられる。これにより、この冷却水３はこれら電池セル２から熱を奪って電池セル２を冷却する。この冷却水３の循環は循環経路４を介して行われる。

【0028】

この循環経路４は、複数の電池セル２に沿うようにして設けられている。この循環経路４には循環器５の冷媒吐出部５１と冷媒吸引部５２とが接続されている。この循環器５は、循環経路４において冷却水３を循環させるためのポンプである。

【0029】

この循環器５には断熱部材貯留器７ａがバルブ７ｂを介して接続されている。断熱部材貯留器７ａに熱凝集性と断熱性とを有する断熱部材７０が収容されている。断熱部材貯留器７ａ、バルブ７ｂ及び循環器５が循環経路４に断熱部材７０を投入する断熱部材投入器７を構成している。

【0030】

また、この循環経路４には循環器５に対して熱交換器６が直列的に接続されている。この熱交換器６は冷却水３を冷却する機器であり、空冷用のファン(図示せず)を有している。

【0031】

この循環経路４には、捕集器９が設けられている。この捕集器９は冷却水３中の断熱部材７０を捕集するための機器である。この捕集器９は、バイパス経路９１を介して循環経路４に接続されている。この循環経路４からバイパス経路９１へ分岐する分岐点と、バイパス経路９１から循環経路４に合流する合流点とには、冷却水３の流れる方向を切り替える切替弁９２がそれぞれに設けられている。

【0032】

この循環経路４における捕集器９と循環器５との間には、濃度センサＳＮ３が設けられている。この濃度センサＳＮ３によって、冷却水３に投入された断熱部材７０の濃度が測定される。また、この循環経路４における循環器５と熱交換器６との間には、冷却水３の温度を検出する冷媒温度センサＳＮ２が設けられている。これにより、熱交換器６に流入する前の冷却水３の温度が測定される。

【0033】

循環経路４は、電池セル２に沿って設けられた対応面経路部４１と側面経路部４２とを有している。この対応面経路部４１は、電池セル２の対応面２１１に沿って設けられている。この対応面経路部４１は、各電池セル２の対応面２１１の前記並設方向の両側に設けられている。この対応面経路部４１の形状が図４に示されている。図４においてセル筐体２１は省略されている。この対応面経路部４１は、一方の側面２１２から他方の側面２１２に向かってジグザグに進むように設けられている。側面経路部４２は、電池セル２の側面２１２に沿って設けられている。この側面経路部４２は、隣り合う電池セル２の一方では、電池セル２の片側の側面２１２に沿って設けられて当該電池セル２の両側の対応面経路部４１に接続され、他方では、電池セル２の反対側の側面２１２に沿って設けられて当該電池セル２の両側の対応面経路部４１に接続されている。これにより、循環経路４は、対応面経路部４１と側面経路部４２とを経由して、冷却水３が循環できるように構成されている。

【0034】

断熱部材貯留器７ａに収容されている断熱部材７０が図５に示されている。この断熱部材７０は中空シリカ７１を有している。この中空シリカ７１の中心部には空気７２が含まれている。中空シリカ７１はこの空気７２により断熱性をもつ。この中空シリカ７１の表面には、吸水性高分子であるポリアクリル酸ソーダが設けられている。これにより、中空シリカ７１の表面には高い吸水性をもつポリアクリル酸ソーダ高分子層７３が形成されている。このポリアクリル酸ソーダ高分子層７３は、中空シリカ７１にポリアクリル酸ソーダを直接投入する、又はバインダーを使用するなどして形成されている。このバインダーには、超高分子量ポリエチレンオキシドなどが用いられる。ポリアクリル酸ソーダ高分子層７３の外側は、熱溶融性高分子であるポリスチレンに覆われている。これにより、ポリアクリル酸ソーダ高分子層７３の外側には、熱溶融性をもつ熱溶融性高分子層としてのポリスチレン高分子層７４が形成されている。このポリスチレン高分子層７４は、液中乾燥法などによって形成されている。

【0035】

図６に示すように、電池ユニット１は、冷却システムを制御する冷却制御手段として、マイクロコンピュータをベースとした制御部ＣＵを備えている。この制御部ＣＵは、コンピュータプログラムを実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）や、コンピュータプログラム及びデータを収納するＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）により構成されたメモリを有している。

【0036】

この制御部ＣＵには、バスを介して各種センサから測定情報が送信される。具体的には、制御部ＣＵは、電圧検出回路ＶＤ、セル温度センサＳＮ１、冷媒温度センサＳＮ２及び濃度センサＳＮ３と電気的に接続されている。これら電圧検出回路ＶＤ及び各種センサＳＮ１～ＳＮ３に検出された、電池セル２各々の電圧、電池セル２各々の温度、冷却水３の温度、冷却水３における断熱部材７０の濃度が、それぞれ信号として制御部ＣＵに送信される。

【0037】

また、この制御部ＣＵは、電圧検出回路ＶＤ及び各種センサＳＮ１～ＳＮ３からの入力情報に基づいて、各種の判定及び冷却システムの機器各々の制御を行う。この制御部ＣＵは、バスを介して機器各々に制御信号を出力する。具体的には、この制御部ＣＵは、循環器５、熱交換器６、断熱部材投入器７及び切替弁９２と電気的に接続されている。

【0038】

この制御部ＣＵには、電圧検出回路ＶＤを介して測定された、電池ユニット１全体の電圧と各電池セル２の電圧とが送信されている。この制御部ＣＵは、この電池ユニット１全体の電圧又は各電池セル２の電圧に急激な低下があったときに、いずれかの電池セル２に過熱があると判定する。このようにして、制御部ＣＵと電圧検出回路ＶＤとが、電池セル２の過熱を検出する手段として機能する。

【0039】

この制御部ＣＵのメモリには、各電池セル２の許容できる最大温度である許容限界温度が記録されている。この制御部ＣＵは、電池セル２各々の温度がこの許容限界温度を超えないように、循環器５の出力を制御する。また、制御部ＣＵは、冷却水３の温度がこの許容限界温度を超えないように、熱交換器６のファンの出力を制御する。

【0040】

さらに、電池セルの過熱が検出されたとき、この制御部ＣＵは断熱部材投入器７に対しバルブ７ｂを開けさせる。これにより、断熱部材７０が冷却水３中に投入される。

【0041】

また、この制御部ＣＵは、断熱部材７０が投入された後に、セル温度センサＳＮ１又は冷媒温度センサＳＮ２により検出される各電池セル２又は冷却水３の温度に基づいて、断熱部材７０を捕集するかどうかを判定する。捕集すると判定されたとき、制御部ＣＵは、冷却水３が捕集器９を経由して循環するように、切替弁９２を切り替える。これにより、冷却水３に投入された断熱部材７０は捕集器９に捕集される。断熱冷却水３中の断熱部材７０の濃度が所定値以下になるまで捕集されたとき、制御部ＣＵは断熱部材７０の捕集が完了したと判定する。そして制御部ＣＵは、冷却水３が捕集器９を経由せず循環するように、切替弁９２を切り替える。

【0042】

次に、電池ユニット１の冷却システムによる温度上昇の抑制について説明する。この電池ユニット１の使用に伴って、電池セル２各々が発熱する。発熱した電池セル２は、各電池セル２の対応面２１１と側面２１２とにそれぞれ設けられた、対応面経路部４１と側面経路部４２とを介して冷却水３に吸熱される。この吸熱によって、電池セル２は温度上昇が抑制される。この吸熱により温度が上昇した冷却水３は熱交換器６を通過するときに、空冷ファンで送られる外気との熱交換によって冷却される。

【0043】

次に、電池セル２の過熱が検出された際に、冷却水３中に投入される断熱部材７０の作用について説明する。この断熱部材７０は、電池セル２が過熱したときに冷却水３中に投入される。このため、この冷却水３の循環に伴って断熱部材７０は循環経路４の内部を冷却水３と共に流動する。図７は、図中の一番左側の電池セル２が過熱した状態を示す。電池セル２が過熱すると、この電池セル２に接する対応面経路部４１と側面経路部４２とが加熱される。これらの対応面経路部４１と側面経路部４２とが加熱されると、これらの内部にいて冷却水３の温度が上昇させられる。冷却水３の温度の上昇によって、冷却水３中に投入された断熱部材７０の表面温度は上昇させられる。表面温度が上昇した断熱部材７０は、その表面を形成するポリスチレン高分子層７４が溶融させられる。これにより断熱部材７０は、ポリスチレン高分子層７４の内側に設けられたポリアクリル酸ソーダ高分子層７３が露出させられる。この吸水性をもつポリアクリル酸ソーダ高分子層７３は、循環経路４内を流れる冷却水３を吸収して膨張する。その結果、膨潤したポリアクリル酸ソーダ高分子層７３を介して、中空シリカ７１が結合していき、凝集する。また、断熱部材７０の中空シリカ７１は断熱性を持っている。このため、凝集した断熱部材７０により、中空シリカ７１の空気７２が断熱効果を発揮する断熱層８が過熱した電池セル２のまわりに形成される。

【0044】

次に、電池ユニット１の電池セル２の過熱が検出された際の冷却システムの動作について説明する。図８は、制御部ＣＵによる冷却システムの制御の手順を示している。

【0045】

ステップＳｔ１において、制御部ＣＵは、電圧検出回路ＶＤからの入力情報に基づいて、電池ユニット１全体及び電池セル２各々の電圧情報を読み込む。

【0046】

ステップＳｔ２において、制御部ＣＵは電池ユニット１全体又は電池セル２各々の電圧が急激に低下したか否かを判定している。電圧の急激な低下があると判定したときに、制御部ＣＵによって電池セル２の過熱が検出される。電圧の急激な低下があると判定した（ＹＥＳ）場合、制御部ＣＵはプロセスをステップＳｔ３に進める。電圧の急激な低下がないと判定した（Ｎｏ）場合、制御部ＣＵはプロセスをステップＳｔ１に戻す。

【0047】

ステップＳｔ３において、制御部ＣＵは循環器５の出力を最大に上昇させる。これにより制御部ＣＵは循環経路４内を流れる冷却水３の流量を上昇させる。

【0048】

ステップＳｔ４において、制御部ＣＵは熱交換器６のファンの出力を最大に上昇させる。これにより、制御部ＣＵは熱交換器６の冷却水３を放熱させる効率を上昇させる。

【0049】

ステップＳｔ５において、制御部ＣＵは断熱部材投入器７に対してバルブ７ｂを開けさせて、冷却水３中に断熱部材７０を投入させる。

【0050】

ステップＳｔ６において、制御部ＣＵは、過熱した電池セル２が電池ユニット１の中のどの電池セル２であるかを、電池セル２の電圧又は温度に基づいて特定する。電圧が極端に低い又は温度が許容限界温度よりも高い電池セル２が、制御部ＣＵに過熱していると判定される。

【0051】

ステップＳｔ７において、制御部ＣＵは、過熱した電池セル２に隣接しない電池セル２の中から、温度が許容限界温度以下である電池セル２を探索する。この探索された温度が許容限界温度以下である電池セル２の中から、制御部ＣＵは過熱した電池セル２から並設方向に２つ目の電池セル２を特定する。特定する電池セル２は、過熱した電池セル２から並設方向に２つ目であることが好ましいが、並設方向に３つ以上離れた電池セル２としても構わない。

【0052】

ステップＳｔ８において、制御部ＣＵは予め定められた時間待機する。この所定時間の経過後に、制御部ＣＵはプロセスをステップＳｔ８からステップＳｔ９に進める。

【0053】

ステップＳｔ９において、制御部ＣＵはステップＳｔ７で特定した電池セル２の温度ＴＢを、セル温度センサＳＮ１からの入力情報に基づいて読み込む。

【0054】

ステップＳｔ１０において、制御部ＣＵは、冷媒温度センサＳＮ２からの入力情報に基づいて、冷却水３の熱交換器６に流入する前の温度ＴＣを読み込む。

【0055】

ステップＳｔ１１において、制御部ＣＵはステップＳｔ１０で読み込んだ冷却水３の温度ＴＣと許容限界温度とを比較する。冷却水３の温度ＴＣが許容限界温度よりも低い（ＹＥＳ）場合、制御部ＣＵはプロセスをステップＳｔ１２に進める。冷却水３の温度ＴＣが許容限界温度よりも高い（ＮＯ）場合、制御部ＣＵはプロセスをステップＳｔ１０に戻す。

【0056】

ステップＳｔ１２において、制御部ＣＵはステップＳｔ９で読み込んだ電池セル２の温度ＴＢと許容限界温度とを比較する。この電池セル２の温度ＴＢが許容限界温度よりも低い（ＹＥＳ）場合、制御部ＣＵはプロセスをステップＳｔ１９に進める。この電池セル２の温度ＴＣが許容限界温度よりも高い（ＮＯ）場合、制御部ＣＵはプロセスをステップＳｔ１３に進める。

【0057】

ステップＳｔ１３において、冷却水３が捕集器９を経由するように、制御部ＣＵは切替弁９２を切り替える。これにより、冷却水３中の断熱部材７０が捕集器９に捕集される。

【0058】

ステップＳｔ１４において、制御部ＣＵは、ステップＳｔ７で特定した電池セル２の温度ＴＢを、セル温度センサＳＮ１からの入力情報に基づいて読み込む。

【0059】

ステップＳｔ１５において、制御部ＣＵは、ステップＳｔ１４で読み込んだ電池セル２の温度ＴＢと許容限界温度とを比較する。この電池セル２の温度ＴＢが許容限界温度よりも低い（ＹＥＳ）場合、制御部ＣＵはプロセスをステップＳｔ１６に進める。この電池セル２の温度ＴＣが許容限界温度よりも高い（ＮＯ）場合、制御部ＣＵはプロセスをステップＳｔ１４に戻す。

【0060】

ステップＳｔ１６において、制御部ＣＵは、濃度センサＳＮ３からの入力情報に基づいて、冷却水３に投入された断熱部材７０の濃度を読み込む。

【0061】

ステップＳｔ１７において、制御部ＣＵは、ステップＳｔ１６で読み込んだ濃度が所定値以下であるか否かを判定する。これにより、制御部ＣＵは冷却水３中の断熱部材７０の捕集が完了したか否かを判定している。所定値以下である（ＹＥＳ）場合、制御部ＣＵはプロセスをステップＳｔ１８に進める。所定値以上である（ＮＯ）場合、制御部ＣＵはプロセスをステップＳｔ１６に戻す。

【0062】

ステップＳｔ１８において、制御部ＣＵは、冷却水３が捕集器９を経由せずに循環するように切替弁９２を切り替える。

【0063】

ステップＳｔ１９において、制御部ＣＵは熱交換器６のファンの出力を最大から低下させる。これにより、熱交換器６が消費するエネルギー（電力）は抑制される。

【0064】

ステップＳｔ２０において、制御部ＣＵは循環器５の出力を最大から低下させる。これにより、循環器５が消費するエネルギー（電力）は抑制される。

【0065】

従って、この実施形態において、過熱した電池セル２があるとき、電池ユニット１の温度上昇を抑制する冷却システムの冷却水３には、断熱部材７０が投入される。これにより、電池セル２が過熱した際には、過熱した電池セル２と接する循環経路４の対応面経路部４１と側面経路部４２との内部に断熱層８が形成される。このため、過熱した電池セル２が発する熱から他の電池セル２が受ける影響は断熱層８によって抑制される。また、この断熱層８は電池ユニット１を冷却するための循環経路４の内部に形成される。このため、循環経路４とは別に断熱材を設ける必要がなくなり、電池ユニット１の構成がコンパクトになる。

【0066】

さらに、セル２の過熱を生じないときは、循環経路４には断熱部材７０が投入されない。従って、断熱部材７０が投入されることにより冷却水３の流速が低下し、冷却水３の吸熱及び放熱の効率が低下することが抑制される。これにより、電池ユニット１の冷却システムによる冷却が効率的に行われる。

【0067】

また、熱交換器６に流入する前の冷媒の温度が低下した後において、過熱した電池セル２から離れた電池セル２の温度が許容限界温度よりも高いときには、冷却水３に投入された断熱部材７０が捕集器９によって捕集される。すなわち、断熱層８の形成によって過熱した電池セル２に対する断熱が完了した後に、冷却水３と共に流動する断熱部材７０は捕集される。これにより、熱交換器６に流入する前の冷媒の温度が低下した後において、断熱部材７０が冷却水３と共に流動することによる冷却水３の流速が低下し、冷却水３の吸熱及び放熱の効率が低下することが抑制される。このため、過熱した電池セル２から離れた電池セル２の温度上昇が抑制され、その劣化を防止できる。

【0068】

さらに、過熱した電池セル２の発生に伴う、この過熱した電池セル２と隣接しない電池セル２の温度上昇は、断熱層８の形成によって抑制される。このとき、電池セル２の過熱があったとしても、直ちに車両の走行を止めることはできずに、暫時走行を続ける必要がある。この走行時に、ステップＳｔ１９、Ｓｔ２０において、熱交換器６及び循環器５が消費するエネルギー（電力）を抑制することによって、電池ユニット１の消費するエネルギー（電力）を抑制することができる。

【0069】

（実施形態２）
図９は、本発明の実施形態２に係る電池ユニット１の構成を示している。電池セル２に沿って設けられた循環経路４の構成が前記実施形態１とは異なるが、他の構成は実施形態１と同様である。

【0070】

実施形態２においても、実施形態１と同様に、電池ユニット１は並設された複数の電池セル２（図９では、電池セル２は３つのみ記載）を備えている。図９は、図中の一番左側の電池セルが過熱した際の電池ユニット１を示す。この電池セル２の構造は実施形態１と同様である。

【0071】

電池ユニット１は、図９に示すように、複数の電池セル２（図９では電池セル２は３つのみ記載）を備えている。これらの電池セル２は、対応面２１１を対向させるように配置されている。

【0072】

電池ユニット１は、電池ユニット全体を冷却するための冷却システムを備えている。この冷却システムは、冷媒としての冷却水３を利用して各電池セルを冷却するシステムである。電池ユニット１は、実施形態１と同様に、冷却水３が循環経路４を循環することにより冷却される。また、実施形態２におけるこの冷却システムの動作は、制御部ＣＵによって実施形態１と同様に制御される。

【0073】

この循環経路４は、第１側面経路部４２１と第２側面経路部４２２と対応面経路部４１とを有している。第１側面経路部４２１は、電池セル２各々における図中で上側の側面２１２に沿って、電池セル２が並設された方向（図中で左右方向）に連続して設けられている。また、この第１側面経路部４２１は、循環器５の冷媒吐出部５１に接続されている。第２側面経路部４２２は、電池セル２各々における図中で下側の側面２１２に沿って、電池セル２が並設された方向（図中で左右方向）に接続されている。また、この第２側面経路部４２２は、循環器５の冷媒吸引部５２に接続されている。対応面経路部４１は、電池セルの対応面２１１に沿って設けられている。この対応面経路部４１は、一端が第１側面経路部４２１に他端が第２側面経路部４２２にそれぞれ接続されている。

【0074】

この各電池セル２の側面２１２の長さは、対応面２１１の長さに比べて短くなっている。このため、各電池セル２の側面２１２に沿う第１側面経路部４２１及び第２側面経路部４２２の長さは、対応面２１１に沿う対応面経路部４１の長さに比べて短くなっている。

【0075】

次に、実施形態２において電池ユニット１の電池セル２が過熱した際の、断熱部材７０の作用について説明する。この電池セル２が過熱すると、電池セル２から対応面経路部４１と第１側面経路部４２１及び第２側面経路部４２２に伝熱される。この過熱した電池セル２に沿って延びる長さが、第１側面経路部４２１及び第２側面経路部４２２は対応面経路部４１に比べて短くなっている。このため、第１側面経路部４２１及び第２側面経路部４２２に伝わる熱量は、対応面経路部４１に伝わる熱量に比べて小さくなる。

【0076】

また、電池セル２の電極体２２が過熱したとき、電極体２２が発する熱はセル筐体２１に伝熱される。この熱は、対応面２１１側においては、直接セル筐体２１に伝熱される。一方で、この熱は、側面２１２側においては、タブリード２４と固定部材２３とを介してセル筐体２１に伝熱される。これにより、電池セル２のセル筐体２１は、対応面２１１の温度が上がりやすくなり、側面２１２の温度が上がりにくくなる。

【0077】

さらに、セル筐体２１と電極体２２との距離が近い対応面２１１は側面２１２よりも電極体２２が発する熱の影響を受けやすく、表面温度が上昇しやすい。これにより、電池セル２のセル筐体２１は、対応面２１１の温度が上がりやすくなり、側面２１２の温度が上がりにくくなる。

【0078】

このように、伝わる熱量が小さく且つ温度の上がりにくい側面２１２に設けられた第１側面経路部４２１及び第２側面経路部４２２内の冷却水３の温度は、伝わる熱量が大きく且つ温度の上がりやすい対応面に設けられた対応面経路部４１内の冷却水３の温度に比べて低くなる。過熱した電池セル２の熱により、まず、対応面経路部４１内の冷却水３の温度が、断熱部材７０のポリスチレン高分子層７４が溶融する温度まで上昇させられる。ポリスチレン高分子層７４が溶融した断熱部材７０により、実施形態１と同様に、対応面経路部４１内には断熱層８が形成される。一方で、第１側面経路部４２１及び第２側面経路部４２２内の冷却水３の温度は、対応面経路部４１内の冷却水３の温度に比べ低い。温度の低い第１側面経路部４２１及び第２側面経路部４２２内において、断熱部材７０はポリスチレン高分子層７４が溶融しづらく、凝集量が少なくなる。

【0079】

従って、この実施形態において、電池セル２が過熱したとき、対応面経路部４１に比べ、第１側面経路部４２１と第２側面経路部４２２とにおいて、断熱部材７０の凝集量が少なくなっている。これにより、第１側面経路部４２１及び第２側面経路部４２２は凝集した断熱部材７０による詰まりが抑制される。このため、これらの第１側面経路部４２１及び第２側面経路部４２２を流れる冷却水３の流量が十分に確保される。そして、これら第１側面経路部４２１及び第２側面経路部４２２は、電池セル２の配設方向に連続している。このため、対応面経路部４１に断熱層８が形成されたとき、対応面経路部４１が断熱層８により詰まったとしても、第１側面経路部４２１と第２側面経路部４２２とを介して、冷却水３を循環させることができる。

【0080】

このように、この電池ユニット１は、対応面経路部４１に断熱層８が形成されたとき、第１側面経路部４２１と第２側面経路部４２２とを介して、冷却水３の循環ができるように構成されている。このため、冷却水３の循環による電池ユニット１の冷却と、過熱した電池セル２に対する断熱とを同時に行うことができる。

【0081】

また、図９のように、電池セル２は対応面２１１を対向させて配置されている。これらの対応面２１１同士の間に設けられた対応面経路部４１内に断熱層８が形成されやすいため、過熱した電池セル２の熱から他の電池セル２が受ける影響を十分に抑制することができる。

【0082】

(その他の実施形態)
前記実施形態では、電池セル２を３つのみ記載したが、電池セル２の個数は３つに限定されない。電池セル２は複数あればよい。

【0083】

前記実施形態では、循環経路４の対応面経路部４１は対応面２１１上にジグザグに設けられているとした。しかし、図１０に示すように、対応面２１１上に上下方向（図中で上下方向）に並行して３本の対応面経路部４１が設けられているとしてもよい。この場合、循環器５の冷媒吐出部５１に続く１本の循環経路４が３本の側面経路部４２に分岐させられ、この分岐させた側面経路部４２と３本の対応面経路部４１とが接続されている。そして、この３本の対応面経路部４１に続く下流側の３本の側面経路部４２を１本に集合させ、循環器５の冷媒吸引部５２に接続されているとしてもよい。或いは、対応面経路部４１の上流側及び下流側各々に設けられた側面経路部４２は１本であり、３本の対応面経路部４１に分岐させられてもよい。或いは、３本の循環経路４を平行に設け、各々に循環器５及び熱交換器６を設けてもよい。

【0084】

さらに、対応面経路部４１は、図１１に示すように、ジグザグの対応面経路部４１が２本並設されているとしてもよい。また、これら２本の対応面経路部４１は、頂点を上下方向（図中で上下方向）に対応させて設けられているとしてもよい。この場合、循環器５の冷媒吐出部５１に続く１本の循環経路４が２本の側面経路部４２に分岐させられ、この分岐させた側面経路部４２と２本の対応面経路部４１とが接続されている。そして、この２本の対応面経路部４１に続く下流側の２本の側面経路部４２を１本に集合させ、循環器５の冷媒吸引部５２に接続されているとしてもよい。或いは、対応面経路部４１の上流側及び下流側各々に設けられた側面経路部４２は１本であり、２本の対応面経路部４１に分岐させられてもよい。或いは、２本の循環経路４を平行に設け、各々に循環器５及び熱交換器６を設けてもよい。

【0085】

前記実施形態では、冷却水３が、図１、図７及び図９において、反時計回りに循環するように、循環器５の冷媒吐出部５１と冷媒吸引部５２とが循環器５に接続されているとした。しかし、冷媒吐出部５１と冷媒吸引部５２とを反対に接続し、時計回りに冷却水３が循環しても構わない。この場合、濃度センサＳＮ３の設置個所を、捕集器９と熱交換器６との間に変更すればよい。要は濃度センサＳＮ３によって、捕集器９から流出した冷却水３の濃度を測定できればよい。さらに、冷媒温度センサＳＮ２の設置個所を、熱交換器６と切替弁９２との間にすればよい。要は冷媒温度センサＳＮ２によって、熱交換器６に流入する冷却水３の温度が測定できればよい。

【0086】

前記実施形態では、電池セル２は対応面２１１と側面２１２とを有する直方体状の電池とした。しかし、電池セル２の形状は、円筒電池でもよくどのような形状でも構わない。例えば、円筒電池を用いたとき、円筒電池が軸方向に対して垂直方向に並設されている場合は、円筒電池の側面が対応面２１１であり、両底面が側面２１２であるとすればよい。一方、円筒電池が軸方向に並設されている場合は、円筒電池の両底面が対応面２１１であり、側面が側面２１２であるとすればよい。

【0087】

前記実施形態では、断熱部材７０の芯材には中空粒子である中空シリカ７１を用いるとしたが、発泡粒子等でもよい。芯材に用いる粒子は断熱性があればよい。例えば、中空シリカ７１の代替品としては、多孔質シリカ、ポリイミド多孔質、有機－無機ハイブリッド多孔質等が挙げられる。

【0088】

前記実施形態では、中空シリカ７１の表面には、吸水性高分子であるポリアクリル酸ソーダが設けられているとしたが、吸水性があればポリアクリル酸ソーダでなくてもよい。例えば、ポリアクリル酸ソーダの代替品としては、ポリアクリル酸塩系、デンプン－アクリル酸塩グラフトポリマー、酢酸ビニル共重合体、無水マレイン酸共重合体、ポリビニルアルコール系、ＣＭＣ系等が挙げられる。

【0089】

前記実施形態では、ポリアクリル酸ソーダ高分子層７３の外側は、熱溶融性高分子であるポリスチレンに覆われているとしたが、熱溶融性があればポリスチレンでなくてもよい。例えば、ポリスチレンの代替品としては、ＡＢＳ（アクリロニトリル－ブタジエン－スチレン共重合体）、ＡＳ（アクリロニトリル－スチレン共重合体）等が挙げられる。

【0090】

前記実施形態では、断熱部材７０は芯材と吸水性高分子層と熱溶融性高分子層とが積層された３層構造であるとした。しかし、断熱部材７０の構造は３層構造に限らない。例えば、芯材の外側に加熱されることにより粘着性を発揮する樹脂や、加熱されることにより吸水性を発揮する樹脂による層を形成することにより、２層構造としても構わない。

【産業上の利用可能性】

【0091】

本発明は、電池ユニット１の構成をコンパクトにし、効率的な冷却ができる点で極めて有用である。

【符号の説明】

【0092】

１ 電池ユニット
２ 電池セル
３ 冷却水
４ 循環経路
５ 循環器
６ 熱交換器
７ 断熱部材投入器
８ 断熱層
９ 捕集器
９２ 切替弁

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】