特許 7571745 二次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】

(24)【登録日】2024-10-15

(45)【発行日】2024-10-23

(54)【発明の名称】二次電池の温度調節装置

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/617 20140101AFI20241016BHJP

   H01M 10/613 20140101ALI20241016BHJP

   H01M 10/6569 20140101ALI20241016BHJP

   H01M 10/6557 20140101ALI20241016BHJP

   H01M 10/651 20140101ALI20241016BHJP

   H01M 10/625 20140101ALI20241016BHJP

【ＦＩ】

H01M10/617

H01M10/613

H01M10/6569

H01M10/6557

H01M10/651

H01M10/625

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2022018673

(22)【出願日】2022-02-09

(65)【公開番号】P2023116092

(43)【公開日】2023-08-22

【審査請求日】2023-06-02

(73)【特許権者】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100160691

【弁理士】

【氏名又は名称】田邊 淳也

(74)【代理人】

【識別番号】100157277

【弁理士】

【氏名又は名称】板倉 幸恵

(74)【代理人】

【識別番号】100182718

【弁理士】

【氏名又は名称】木崎 誠司

(72)【発明者】

【氏名】若杉 知寿

【審査官】鈴木 智之

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－０６２０２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－２２０３９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－０２６０３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０２１／００６６７６８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１６－１０５３６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０７９６０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２２／０８４５９９（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ １０／６１７

Ｈ０１Ｍ １０／６１３

Ｈ０１Ｍ １０／６５６９

Ｈ０１Ｍ １０／６５５７

Ｈ０１Ｍ １０／６５１

Ｈ０１Ｍ １０／６２５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

二次電池の温度調節装置であって、
前記二次電池のうち鉛直方向の上方に配置される冷媒流路であって、冷媒が流れる冷媒流路を形成する冷媒流路形成部と、
前記二次電池の側面に配置される熱交換媒体流路であって、前記二次電池と前記冷媒流路を流れる前記冷媒とのそれぞれと熱交換可能な熱交換媒体が収容された熱交換媒体流路を形成する熱交換媒体流路形成部と、
前記二次電池のうち鉛直方向の下方に配置される熱媒流路であって、前記熱交換媒体と熱交換可能な熱媒が流れる熱媒流路を形成する熱媒流路形成部と、
を備え、
前記熱交換媒体は、
前記熱交換媒体流路内において、前記冷媒によって冷却されることで凝縮し、前記二次電池の熱を奪って加熱されることにより蒸発し、
前記熱交換媒体流路内において、前記熱媒によって加熱されることで蒸発し、前記二次電池に熱を与えて冷却されることにより凝縮する、温度調節装置。

【請求項2】

請求項１に記載の温度調節装置であって、
前記熱交換媒体流路形成部は、
前記二次電池の側面に隣接する外壁と、
前記外壁の内側に配置された、多孔質体で形成された多孔質体層と、
を有する、温度調節装置。

【請求項3】

二次電池の温度調節装置であって、
前記二次電池のうち鉛直方向の上方に配置される冷媒流路であって、冷媒が流れる冷媒流路を形成する冷媒流路形成部と、
前記二次電池の側面に配置される熱交換媒体流路であって、前記二次電池と前記冷媒流路を流れる前記冷媒とのそれぞれと熱交換可能な熱交換媒体が収容された熱交換媒体流路を形成する熱交換媒体流路形成部と、
を備え、
前記熱交換媒体は、前記熱交換媒体流路内において、前記冷媒によって冷却されることで凝縮し、前記二次電池の熱を奪って加熱されることにより蒸発し、
前記熱交換媒体流路形成部は、
前記二次電池の側面に隣接する外壁と、
前記外壁の内側に配置された、多孔質体で形成された多孔質体層と、
を有する、温度調節装置。

【請求項4】

請求項３に記載の温度調節装置であって、さらに、
前記二次電池のうち鉛直方向の下方に配置される貯留部であって、液体の前記熱交換媒体を貯留する貯留部を備える、温度調節装置。

【請求項5】

請求項４に記載の温度調節装置であって、
複数の前記熱交換媒体流路を有し、
各前記熱交換媒体流路は、前記冷媒流路の下方において並べて配置された複数の前記二次電池の間に、それぞれ配置され、
前記貯留部は、複数の前記二次電池の下方において、複数の前記熱交換媒体流路を接続するように前記二次電池の配列方向に沿って延びている、温度調節装置。

【請求項6】

請求項３から請求項５までのいずれか一項に記載の温度調節装置であって、さらに、
前記二次電池のうち鉛直方向の下方に配置される熱媒流路であって、前記熱交換媒体と熱交換可能な熱媒が流れる熱媒流路を形成する熱媒流路形成部を備え、
前記熱交換媒体は、前記熱交換媒体流路内において、前記熱媒によって加熱されることで蒸発し、前記二次電池に熱を与えて冷却されることにより凝縮する、温度調節装置。

【請求項7】

請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の温度調節装置であって、
前記熱交換媒体は、フロン類の化合物である、温度調節装置。

【請求項8】

請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の温度調節装置であって、
前記熱交換媒体は、沸点が摂氏３０度（℃）以下である、温度調節装置。

【請求項9】

請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載の温度調節装置であって、
複数の前記熱交換媒体流路を有し、
各前記熱交換媒体流路は、前記冷媒流路の下方において並べて配置された複数の前記二次電池の間に、それぞれ配置され、
前記温度調節装置は、さらに、
複数の前記二次電池の上方において、複数の前記熱交換媒体流路を接続するように前記二次電池の配列方向に沿って連通する連通空間を備える、温度調節装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、二次電池の温度調節装置に関する。

【背景技術】

【0002】

温度が上昇したバッテリを冷却する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された技術では、ヒートパイプの一端がバッテリに接続され、他端が蓄熱材を包含するヒートシンクに接続されている。蓄熱材は、ヒートシンクを介してバッテリの熱を奪い、ヒートシンク内を通る冷却水により冷却される。温度が上昇した冷却水は、ラジエータにより外部へと熱を放出することで冷却される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平１１－２０４１５１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載された液体を用いてバッテリから熱を移動させる液冷式の冷却方法では、冷却水の流体比熱が大きく、冷却能力が高い。しかしながら、複数のバッテリが積層されている電池システムを液冷式で冷却すると、各バッテリ間に形成された複数の流路のそれぞれへと、均一に冷却水を分配できない。この結果、各バッテリの冷却度合いにバラツキが生じる。また、冷却水が流れる流路では、入口側の冷却水の温度よりも出口側の冷却水の温度の方が高く、冷却水の流れ方向であるバッテリの面方向に沿ったバッテリの温度差が大きくなる。この結果、冷却水の分配が少ない流路に隣接するバッテリを十分に冷却できず、冷却されていない一部のバッテリが他のバッテリよりも劣化してしまう課題がある。空冷式の冷却方法でも、液冷式と同じ課題が存在する。特に、自動車に搭載されるリチウム電池などの二次電池の寿命を長く維持するためには、一部の二次電池が他の二次電池よりも極端に劣化しないように、複数の二次電池を均一に冷却することが望まれていた。

【0005】

本発明は、上述した課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、二次電池における温度分布の差を抑制して、二次電池全体を均一に冷却することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現できる。二次電池の温度調節装置であって、前記二次電池のうち鉛直方向の上方に配置される冷媒流路であって、冷媒が流れる冷媒流路を形成する冷媒流路形成部と、前記二次電池の側面に配置される熱交換媒体流路であって、前記二次電池と前記冷媒流路を流れる前記冷媒とのそれぞれと熱交換可能な熱交換媒体が収容された熱交換媒体流路を形成する熱交換媒体流路形成部と、前記二次電池のうち鉛直方向の下方に配置される熱媒流路であって、前記熱交換媒体と熱交換可能な熱媒が流れる熱媒流路を形成する熱媒流路形成部と、を備え、前記熱交換媒体は、前記熱交換媒体流路内において、前記冷媒によって冷却されることで凝縮し、前記二次電池の熱を奪って加熱されることにより蒸発し、前記熱交換媒体流路内において、前記熱媒によって加熱されることで蒸発し、前記二次電池に熱を与えて冷却されることにより凝縮する、温度調節装置。二次電池の温度調節装置であって、前記二次電池のうち鉛直方向の上方に配置される冷媒流路であって、冷媒が流れる冷媒流路を形成する冷媒流路形成部と、前記二次電池の側面に配置される熱交換媒体流路であって、前記二次電池と前記冷媒流路を流れる前記冷媒とのそれぞれと熱交換可能な熱交換媒体が収容された熱交換媒体流路を形成する熱交換媒体流路形成部と、を備え、前記熱交換媒体は、前記熱交換媒体流路内において、前記冷媒によって冷却されることで凝縮し、前記二次電池の熱を奪って加熱されることにより蒸発し、前記熱交換媒体流路形成部は、前記二次電池の側面に隣接する外壁と、前記外壁の内側に配置された、多孔質体で形成された多孔質体層と、を有する、温度調節装置。そのほか、本発明は、以下の形態としても実現可能である。

【0007】

（１）本発明の一形態によれば、二次電池の温度調節装置が提供される。この二次電池の温度調節装置は、前記二次電池のうち鉛直方向の上方に配置される冷媒流路であって、冷媒が流れる冷媒流路を形成する冷媒流路形成部と、前記二次電池の側面に配置される熱交換媒体流路であって、前記二次電池と前記冷媒流路を流れる前記冷媒とのそれぞれと熱交換可能な熱交換媒体が収容された熱交換媒体流路を形成する熱交換媒体流路形成部と、を備え、前記熱交換媒体は、前記熱交換媒体流路内において、前記冷媒によって冷却されることで凝縮し、前記二次電池の熱を奪って加熱されることにより蒸発する。

【0008】

この構成によれば、充電または放電によって二次電池が発熱すると、熱交換媒体流路に収容された熱交換媒体が二次電池の熱を奪って蒸発する。蒸発した熱交換媒体は、熱交換
媒体流路内において上昇し、冷媒流路を流れる冷媒によって冷却され凝縮する。凝縮した熱交換媒体は、再度二次電池の熱を奪って蒸発する。すなわち、熱交換媒体は、液体と気体とに交互に変化して熱交換媒体流路内を循環することにより、二次電池を冷却する。本構成と異なる空冷式および液冷式の冷却方法では、気体または液体の熱交換媒体は、二次電池の熱を奪って昇温するため、流入する入口側と出口側とで温度差が生じる。換言すると、入口側と出口側とで二次電池を冷却する冷媒の温度分布差が発生する。この結果、空冷式および液冷式の冷却方法では、充放電を繰り返すと、二次電池の部位によって劣化具合が異なる。それに対して、本構成では、熱交換媒体の蒸発潜熱を利用して二次電池を冷却しているため、二次電池が熱交換媒体の沸点近傍の温度で、かつ、速やかに冷却され、二次電池における温度分布差が抑制される。すなわち、本構成では、二次電池全体をできるだけ均一に冷却し、充放電を繰り返した二次電池の一部が極端に劣化することを抑制できる。

【0009】

（２）上記態様の二次電池の温度調節装置において、前記熱交換媒体は、フロン類の化合物であってもよい。
この構成によれば、熱交換媒体がフロン類の化合物である。フロン類の熱交換媒体は、水などに比べて密度が高いため、凝縮した場合に鉛直下方へと速やかに移動する。この結果、熱交換媒体が二次電池を冷却する速度が上昇する。

【0010】

（３）上記態様の二次電池の温度調節装置において、前記熱交換媒体は、沸点が摂氏３０度（℃）以下であってもよい。
この構成によれば、熱交換媒体の沸点は、二次電池が稼働に適した温度の上限付近の３０℃である。そのため、熱交換媒体が液体から気体へと変化する際の蒸発潜熱を二次電池の冷却に効果的に利用できる。これにより、二次電池の温度が３０℃よりも高くなることを抑制できる。

【0011】

（４）上記態様の二次電池の温度調節装置において、さらに、前記二次電池のうち鉛直方向の下方に配置される熱媒流路であって、前記熱交換媒体と熱交換可能な熱媒が流れる熱媒流路を形成する熱媒流路形成部を備え、前記熱交換媒体は、前記熱交換媒体流路内において、前記熱媒によって加熱されることで蒸発し、前記二次電池に熱を与えて冷却されることにより凝縮してもよい。
この構成によれば、寒冷地などにおいて二次電池の温度が過度に低下している場合に、熱媒流路を流れる熱媒が熱交換媒体を加熱して蒸発させる。蒸発した熱交換媒体が、蒸気拡散作用により広い表面に拡散して二次電池を加熱する。その後、凝縮した熱交換媒体は、重力作用により速やかに熱媒側へ液体として供給されるため、熱交換媒体の熱輸送速度が高くなる。本構成では、空冷、液冷、および直接沸騰冷却と比較して、熱交換媒体の流量を分配する必要がないため、熱交換媒体の流量を削減でき、稼働に適した温度よりも低い二次電池の温度を稼働に適した温度へと速やかに加熱できる。

【0012】

（５）上記態様の二次電池の温度調節装置において、前記熱交換媒体流路形成部は、前記二次電池の側面に隣接する外壁と、前記外壁の内側に配置された、多孔質体で形成された多孔質体層と、を有していてもよい。
この構成によれば、熱交換媒体流路を形成する熱交換媒体流路形成部は、二次電池に隣接する外壁の内側に多孔質体層を有している。液体の熱交換媒体は、多孔質体によって発生する毛細管現象により、多孔質体層へと浸透する。この結果、液体の熱交換媒体が速やかに多孔質体層へと広がるため、外壁を介した熱交換媒体と二次電池との熱交換が速やかに行われる。この結果、熱交換媒体は、二次電池を速やかに冷却できる。

【0013】

（６）上記態様の二次電池の温度調節装置において、さらに、前記二次電池のうち鉛直方向の下方に配置される貯留部であって、液体の前記熱交換媒体を貯留する貯留部を備えて
いてもよい。
この構成によれば、貯留部に貯留されている液体の熱交換媒体は、多孔質体層の毛細管現象により、多孔質体層へと浸透する。そのため、重力作用により鉛直下方の貯留部に貯留された熱交換媒体は、多孔質体層に浸透することにより二次電池との熱交換を速やかに行うことができる。

【0014】

（７）上記態様の二次電池の温度調節装置において、複数の前記熱交換媒体流路を有し、各前記熱交換媒体流路は、前記冷媒流路の下方において並べて配置された複数の前記二次電池の間に、それぞれ配置され、前記貯留部は、複数の前記二次電池の下方において、複数の前記熱交換媒体流路を接続するように前記二次電池の配列方向に沿って延びていてもよい。
この構成によれば、複数の二次電池が配置されている二次電池間に熱交換媒体流路が形成されている。貯留部は、複数の二次電池の配列方向に沿って延びている各熱交換媒体流路を、二次電池の鉛直下方において接続している。本構成と異なる空冷式および液冷式の冷却方法では、二次電池間に形成された複数の熱交換媒体流路に対して、熱交換媒体を均一に分配できずに、各二次電池を均一に冷却できない場合がある。この場合に、充放電を繰り返すと、複数の二次電池において、十分に冷却されなかった二次電池の劣化が大きくなる。複数の二次電池を一括で制御する場合には、最も劣化した二次電池に応じて充放電が行われるため、一部の二次電池が他の二次電池よりも劣化していると、複数の二次電池全体の寿命を低下させるおそれがある。これに対して、本構成では、蒸発することにより二次電池を冷却する熱交換媒体を利用して二次電池を冷却しているため、複数の二次電池のそれぞれが熱交換媒体の沸点温度でほぼ均一に冷却される。また、貯留部が複数の熱交換媒体流路に接続しているため、一部の二次電池の温度が高い場合に、当該二次電池を多くの熱交換媒体により冷却できる。この結果、本構成では、複数の二次電池間における温度分布差が抑制され、複数の二次電池を一括で制御する場合に複数の二次電池全体の寿命の低下を抑制できる。

【0015】

（８）上記態様の二次電池の温度調節装置において、複数の前記熱交換媒体流路を有し、各前記熱交換媒体流路は、前記冷媒流路の下方において並べて配置された複数の前記二次電池の間に、それぞれ配置され、前記温度調節装置は、さらに、複数の前記二次電池の上方において、複数の前記熱交換媒体流路を接続するように前記二次電池の配列方向に沿って連通する連通空間を備えていてもよい。
この構成によれば、複数の二次電池が配置されている二次電池間に熱交換媒体流路が形成されている。連通空間は、複数の二次電池の配列方向に沿って延びている各熱交換媒体流路を、二次電池の鉛直上方において接続している。そのため、外部衝撃等による特定の二次電池における電極間短絡などにより、当該二次電池が急激に発熱して熱交換媒体の蒸気量が増加しても、熱交換媒体が連通空間を介して他の熱交換媒体流路に流入するため、圧力上昇が緩和される。また、冷媒により増加した熱交換媒体の蒸気が凝縮するため、圧力上昇がさらに緩和される。すなわち、電極間短絡などに起因する二次電池の発熱による高温劣化を抑制できる。また、本構成では、熱交換媒体の蒸発を利用して二次電池を冷却しているため、各二次電池は、部位にかかわらずほぼ均一に冷却される。連通空間が複数の熱交換媒体流路を接続しているため、一の熱交換媒体流路を流れていた熱交換媒体は、連通空間を介して他の熱交換媒体流路へと流入可能である。そのため、一部の二次電池の温度が他の二次電池よりも高い場合に、温度が高い二次電池と熱交換可能な熱交換媒体流路に熱交換媒体が流入することにより、温度が高い二次電池を多くの熱交換媒体により冷却できる。この結果、本構成では、複数の二次電池における温度分布差が抑制され、複数の二次電池を一括で制御する場合に複数の二次電池全体の寿命の低下を抑制できる。

【0016】

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、二次電池、二次電池の温度調節装置、二次電池の冷却装置、リチウムイオン電池、二次電池の温度調節方法
、二次電池の制御方法およびこれらの装置を備えるシステム、これら装置を実行するためのコンピュータプログラム、このコンピュータプログラムを配布するためのサーバ装置、コンピュータプログラムを記憶した一時的でない記憶媒体等の形態で実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の一実施形態としての二次電池システムの概略断面図である。

【図2】本発明の一実施形態としての二次電池システムの概略断面図である。

【図3】二次電池の温度上昇のサイクル回数と容量損失との説明図である。

【図4】解析条件についての説明図である。

【図5】二次電池の温度変化についての説明図である。

【図6】二次電池の温度変化についての説明図である。

【図7】ＨＷ走行モードの場合における二次電池の温度変化の説明図である。

【図8】ＨＷ走行モードの場合における二次電池の温度変化の説明図である。

【図9】ＨＷ走行モードの場合における二次電池の温度変化の説明図である。

【図10】各冷却方法で二次電池を冷却した場合の電池容量率の説明図である。

【図11】各冷却方法で二次電池を冷却した場合の電池容量率の説明図である。

【図12】熱交換媒体の沸点が異なる低沸点媒体の評価の説明図である。

【図13】熱交換媒体の沸点が異なる低沸点媒体の評価の説明図である。

【図14】第２実施形態の二次電池システムの一部の概略断面図である。

【図15】多孔質体層による熱交換媒体の液輸送速度の説明図である。

【図16】多孔質体層による熱交換媒体の液輸送速度の説明図である。

【図17】多孔質体層を用いた熱交換媒体と減圧水との液輸送量についての説明図である。

【図18】第３実施形態の二次電池システムの一部の概略断面図である。

【図19】冷却された複数の二次電池のうちの最大温度と最小温度との差についての説明図である。

【図20】空冷で冷却した場合の各二次電池の温度の説明図である。

【図21】低沸点媒体の冷却と空冷とによる二次電池の容量劣化率の説明図である。

【図22】低沸点媒体の冷却と液冷とによる二次電池の容量劣化率の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

＜第１実施形態＞
１．二次電池システムの構成：
図１および図２は、本発明の一実施形態としての二次電池システム１００の概略断面図である。本実施形態の二次電池システム１００は、複数の二次電池１０と、二次電池１０の温度を調節する温度調節システム２０とを備えている。温度調節システム２０は、低い沸点を有する熱交換媒体の蒸発潜熱を利用して二次電池の温度を調節することにより、複数の二次電池全体をほぼ均一かつ速やかに冷却する。

【0019】

図１，２には、二次電池システム１００の一部の概略断面図が示されている。各二次電池１０は、略直方体の形状を有している。本実施形態における複数の二次電池１０のそれぞれは、同じ材質および形状を有するリチウムイオン電池である。複数の二次電池１０は、水平方向に沿って配列されている。なお、図１，２に示される直交座標系ＣＳは、水平方向に平行なＸ軸と、鉛直方向に平行なＺ軸と、Ｘ軸とＹ軸とのそれぞれに直交するＹ軸と、により構成されている。直交座標系ＣＳは、図３以降に示される直交座標系ＣＳと対応している。

【0020】

温度調節システム２０は、二次電池１０の上方に配置される冷媒流路３１を形成する冷媒流路形成部３０と、二次電池１０のうち鉛直方向の下方に配置される熱媒流路４１を形
成する熱媒流路形成部４０と、各二次電池１０の間に配置される複数の熱交換媒体流路５１を形成する熱交換媒体流路形成部５０と、を備えている。

【0021】

図１，２に示されるように、本実施形態の冷媒流路形成部３０は、Ｘ軸に沿って延び、内部に冷媒が流れる配管の外壁である。同じように、熱媒流路形成部４０は、Ｘ軸に沿って延び、内部に熱媒が流れる配管の外壁である。冷媒流路３１および熱媒流路４１を流れる冷媒は、不凍液（ＬＬＣ：long life coolant）である。図１，２では図示されていないが、本実施形態の冷媒流路３１を流れる冷媒は、空気中の大気によって大気の温度（摂氏２７度（℃））、または、媒体をエアコン冷媒としていた場合にはエアコン冷媒温度（５℃）まで冷却される。熱媒流路４１を流れる熱媒は、図示されていないヒータにより、３５℃まで加熱される。

【0022】

本実施形態の熱交換媒体流路形成部５０は、内部に熱交換媒体を収容する空間を形成する外壁である。図１，２に示されるように、複数の熱交換媒体流路形成部５０は、複数の熱交換媒体流路５１を形成する。本実施形態では、複数の熱交換媒体流路形成部５０は、各熱交換媒体流路５１が別々の空間になるように形成されている。各熱交換媒体流路５１は、冷媒流路形成部３０および熱媒流路形成部４０と隣接している。そのため、熱交換媒体流路５１を流れる熱交換媒体は、冷媒と熱媒とのそれぞれと熱交換可能である。また、各熱交換媒体流路形成部５０は二次電池１０と隣接しているため、熱交換媒体は、熱交換媒体流路形成部５０を介して、二次電池１０と熱交換可能である。

【0023】

本実施形態の熱交換媒体は、沸点が２９℃のフロン類の化合物で形成された低沸点媒体である。図１には、二次電池１０および冷媒との熱交換により、熱交換媒体流路５１内を流れる熱交換媒体のイメージが示されている。二次電池１０の温度が２９℃を超えると、液体の熱交換媒体は、二次電池１０との熱交換により、二次電池１０の熱を奪って加熱されることにより蒸発する。蒸発した熱交換媒体ＧＳは、図１に示されるように、熱交換媒体流路５１内を上昇して、冷媒流路３１を流れる冷媒によって冷却されることで凝縮する。凝縮した熱交換媒体は、熱交換媒体流路形成部５０の内側を伝わって、二次電池１０との熱交換を再度行う。すなわち、熱交換媒体は、二次電池１０との熱交換と、冷媒との熱交換とにより、熱交換媒体流路５１内で蒸発と凝縮とを繰り返して循環し、二次電池１０を冷却する。

【0024】

図２には、二次電池１０および熱媒との熱交換により、熱交換媒体流路５１内を流れる熱交換媒体のイメージが示されている。二次電池１０が寒冷地などに存在して、二次電池１０の温度が非常に低い場合（例えば、－１０℃）に、熱交換媒体を介して熱媒が二次電池１０を加熱する。二次電池１０の温度が低い場合に、液体の熱交換媒体は、熱交換媒体流路５１内の下方において、熱媒流路４１を流れる熱媒によって２９℃よりも高く加熱されることにより蒸発する。蒸発した熱交換媒体ＧＳは、図２に示されるように、熱交換媒体流路５１内を上昇して、蒸気拡散作用により熱交換媒体流路形成部５０を介して二次電池１０と熱交換を行う。これにより、熱交換媒体ＧＳは、二次電池１０に熱を与えて冷却されることにより、凝縮して重力作用により下方に速やかに移動して、熱媒側に供給される。凝縮した熱交換媒体は、熱媒により加熱されることで、再度蒸発して二次電池１０と熱交換を行う。すなわち、熱交換媒体は、二次電池１０の温度が低い場合に、熱媒との熱交換と、二次電池１０との熱交換とにより、二次電池１０を加熱する。

【0025】

２．効果：
図３は、二次電池１０の温度上昇のサイクル回数と容量損失との説明図である。図３には、各温度（Ｋ：ケルビン）における充電と放電とを繰り返すサイクル回数に応じて、二次電池１０の劣化による容量損失の解析結果が示されている。容量損失とは、未使用の二次電池１０の電池容量率を１とした場合に、温度上昇サイクルにより失われる電池容量率
である。図３には、２５℃での充電と放電とを繰り返すサイクルの場合の損失曲線Ｃ１（実線）と、５０℃での充電と放電とを繰り返すサイクルの場合の損失曲線Ｃ２（破線）とが示されている。図１に示されるように、基準温度に対してより温度差がある損失曲線Ｃ２の方が、サイクル回数に応じた容量損失が増加する。すなわち、二次電池１０の充放電を繰り返して、二次電池１０の寿命を長くするためには、サイクルを繰り返す温度上昇幅の差を小さくすることが好ましい。

【0026】

次に、低沸点媒体を熱交換媒体として用いた蒸気熱輸送による冷却方法と、熱交換媒体として大気を利用した空冷と、熱交換媒体としてＬＬＣを用いた冷式とより二次電池１０を冷却した場合の二次電池１０の温度上昇について解析した。図４は、解析条件についての説明図である。図４には、エンジンと走行用の二次電池１０を備えるプラグインハイブリッド車（ＰＨＶ：Plug-in Hybrid Vehicle）と、二次電池１０により稼働する電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）とに各冷却方法を適用する場合の冷却諸元が表として示されている。図４に示される解析条件では、外気の温度を２７℃とし、液冷の場合に二次電池１０を冷却するために必要な外気温度差を６℃とした。液冷では、二次電池１０を冷却するための冷媒であるＬＬＣの流入温度が、外気の２７℃よりも高くなり、３３℃として設定した。

【0027】

図５および図６は、二次電池１０の温度変化についての説明図である。二次電池１０の温度は、走行時よりも充電時に上昇しやすい。図５，６では、所定の運転モードである「街乗りモード」を１日に４回行い、街乗りモード４回／日を５日間行った後に、週に１回の充電を行った場合の放電深度の変化が示されている。図５には、充電速度を表すＣレート毎に、時間に応じて変化する二次電池１０の放電深度が示されている。図５には、Ｃレートが１Ｃの場合の放電深度の変化直線Ｌ１（実線）と、Ｃレートが２Ｃの場合の放電深度の変化直線Ｌ２（破線）と、Ｃレートが３Ｃの場合の放電深度の変化直線Ｌ３（一点鎖線）とが示されている。Ｃレートが１Ｃの場合に二次電池１０の充電に要した時間は４８分（ｍｉｎ）であり、２Ｃの場合の所要時間が２４ｍｉｎであり、３Ｃの場合の所要時間が１６ｍｉｎである。

【0028】

図６には、１Ｃ～３ＣのＣレートに対して、各冷却方法で冷却した場合における二次電池１０の温度変化が示されている。図７には、蒸気熱輸送で冷却した場合の二次電池１０の温度変化Ｃ３１（実線）と、空冷の各Ｃレートに対応した温度変化Ｃ４１～Ｃ４３（破線）と、液冷の各Ｃレートに対応した温度変化Ｃ５１～Ｃ５３（一点鎖線）とが示されている。なお、蒸気熱輸送の冷却方法の温度変化は、Ｃレートにかかわらず同じであったため、図６では、Ｃレートが３Ｃである温度変化Ｃ３１のみが示されている。

【0029】

図６の温度変化Ｃ３１で示されるように、蒸気熱輸送の冷却方法では、二次電池１０の温度は、熱交換媒体の沸点である２９℃程度までしか上昇しない。一方、温度変化Ｃ４３で示されるように、空冷の冷却方法では、Ｃレートが３Ｃの場合に二次電池１０の温度が最大で５０℃まで上昇する。また、温度変化Ｃ５３で示されるように、液冷の冷却方法では、Ｃレートが３Ｃの場合に二次電池１０の温度が最大で３７℃まで上昇する。すなわち、蒸気熱輸送の冷却方法は、空冷および液冷よりも二次電池１０の温度上昇を抑制できる。

【0030】

次に、運転モードを変化させた場合の二次電池１０の温度変化について評価した。図７から図９までの各図は、ＨＷ走行モードの場合における二次電池１０の温度変化についての説明図である。図７～９では、所定の運転モードとしてＨＷ走行モードが行われた場合の温度変化が示されている。ＨＷ走行モードは、５０分間、時速１００ｋｍ（ｋｍ／ｈ）の走行と、１０分間、３ＣのＣレートの充電とを繰り返す運転モードである。

【0031】

図７には、二次電池１０の電力変化Ｃ６と、二次電池１０の放電深度変化Ｃ７とが示されている。電力変化Ｃ６は、二次電池１０単体での走行時に放電している電力を表し、充電時に充電されている電力を表している。図７の電力変化Ｃ６で示されるように、二次電池１０の充電時の電力は、走行時の電力よりも大きくなる。図７に示される放電深度変化Ｃ７は、放電深度（ＤＯＤ：Depth of Discharge）が０．３から０．７の間で推移している。放電深度は、充電時に最小の０．３となり、走行すると徐々に増加する。

【0032】

図８には、ＨＷ走行モードにおいて各冷却方法で冷却した場合の二次電池１０の温度変化が示されている。図８には、蒸気熱輸送で冷却した場合の二次電池１０の温度変化Ｃ８（実線）と、空冷の二次電池１０の温度変化Ｃ９（破線）と、液冷の二次電池１０の温度変化Ｃ１０（一点鎖線）とが示されている。図８に示されるように、いずれの冷却方法でも充電時に二次電池１０の温度が最も高くなる。蒸気熱輸送の温度変化Ｃ８で示されるように、蒸気熱輸送で冷却される二次電池１０の温度は、走行時において２９℃であり、充電時において一時的に２９℃よりも若干高くなる。一方で、空冷の温度変化Ｃ９で示されるように、空冷の二次電池１０の温度は、充電時において４５℃前後まで上昇し、走行時において３０℃前後まで低下する。また、液冷の温度変化Ｃ１０で示されるように、液冷の二次電池１０の温度は、充電時において３８℃前後まで上昇し、３３℃前後まで低下する。すなわち、空冷／液冷では走行時も電池温度が高いが、蒸気熱輸送の冷却方法は、空冷および液冷よりも二次電池１０の温度上昇を抑制する。

【0033】

図９には、ＨＷ走行モードにおいて各冷却方法における冷媒（熱交換媒体）の媒体流入温度からの顕熱変化が示されている。図９には、蒸気熱輸送の熱交換媒体の顕熱変化Ｃ１１（実線）と、空冷の熱交換媒体である空気の顕熱変化Ｃ１２（破線）と、液冷の熱交換媒体であるＬＬＣの顕熱変化Ｃ１３（一点鎖線）とが示されている。蒸気熱輸送の顕熱変化Ｃ１１で示されるように、熱交換媒体の顕熱変化量は、ほぼ一定である。一方で、空冷の顕熱変化Ｃ１２および液冷の顕熱変化Ｃ１３で示されるように、空冷および液冷の熱交換媒体の顕熱変化量は、充電時に上昇して、走行時に低下する。図８，９に示される二次電池１０の温度上昇および熱交換媒体における顕熱変化量の上昇は、二次電池１０の劣化に影響する。そのため、蒸気熱輸送の冷却方法は、空冷および液冷よりも二次電池１０の劣化を抑制する。

【0034】

図１０および図１１は、各冷却方法で二次電池１０を冷却した場合の電池容量率についての説明図である。電池容量率は、未使用の二次電池１０が充放電可能な容量を１とした場合に、二次電池１０の１０年使用後に劣化した二次電池１０の充放電可能な容量の割合である。図１０，１１では、所定の運転モードにより使用した二次電池１０の１０年後の電池容量率が示されている。

【0035】

図１０には、蒸気熱輸送と、空冷と、液冷とにおいて３つの運転モードで二次電池１０を使用した場合の１０年後の電池容量率が棒グラフで示されている。３つの運転モードは、街乗りモードと、街乗りモードとＨＷモードとを組み合わせた混合モードと、混合モードにおいて冷媒の流量分配を考慮した流量分配モードとである。混合モードでは、街乗りモードに加えて、月に１回の５０分放電と１０分充電とを５連続で行うＨＷモードを加えている。混合モードでは、二次電池１０間の各熱交換媒体流路を流れる熱交換媒体の流量が同じである。一方で、流量分配モードは、主管を流れる熱交換媒体の流量が各熱交換媒体流路に分配されている。そのため、流量分配モードでは、各熱交換媒体流路内の熱交換媒体の流量が異なる。なお、蒸気熱輸送では、流量分配は不要である。そのため、蒸気熱輸送においては、街乗りモードと混合モードとの２つの運転モードに対応した電池容量率が図１０に示されている。

【0036】

図１０に示されるように、蒸気熱輸送で冷却された二次電池１０の電池容量率は、街乗
りモードで０．８３、混合モードで０．６６である。一方で、空冷の二次電池１０の電池容量率は、街乗りモードで０．７９、混合モードで０．５８、流量分配モードで０．５４である。また、液冷の二次電池１０の電池容量率は、街乗りモードで０．７８、混合モードで０．５７、流量分配モードで０．５７である。以上のことから、蒸気熱輸送を利用して二次電池１０を冷却することにより、空冷および液冷よりも電池容量率の減少を抑制できる。

【0037】

図１１には、蒸気熱輸送の冷却と、空冷と、液冷とのそれぞれについて、放電および充電が及ぼす電池容量率の劣化の度合いが示されている。なお、空冷と液冷との電池容量率は、流量分配モードの数値が示されている。図１１に示されるように、蒸気熱輸送の電池容量率は、放電により０．２５劣化し、充電により０．０８劣化する。空冷の電池容量率は、放電により０．３１劣化し、充電により０．１５劣化する。液冷の電池容量率は、放電により０．３１劣化し、充電により０．１２劣化する。

【0038】

図１２および図１３は、熱交換媒体の沸点が異なる低沸点媒体の評価の説明図である。図１２には、沸点が２９℃、３９℃、４９℃の熱交換媒体を用いて、街乗りモードの二次電池１０を蒸気熱輸送で冷却した場合に、放電および充電が及ぼす電池容量率の劣化の度合いが示されている。図１２に示されるように、沸点が２９℃の熱交換媒体を用いた蒸気熱輸送の電池容量率は、放電により０．０９劣化し、充電により０．０８劣化した０．８３である。沸点が３９℃の電池容量率は、放電により０．１０劣化し、充電により０．１１劣化した０．７９である。沸点が４９℃の電池容量率は、放電により０．１８劣化し、充電により０．１８劣化した０．６４である。熱交換媒体の沸点が高くなることにより、冷却後の二次電池１０の温度も高くなる。図１２に示されるように、二次電池１０の温度が充電時および放電時に高く維持されると、二次電池１０が劣化し、二次電池１０の電池容量率が低下する。

【0039】

図１３には、温度に応じて変化する熱交換媒体のゲージ圧変化が示されている。具体的には、沸点が２９℃の熱交換媒体のゲージ圧変化Ｃ１４が実線で示され、沸点が３９℃の熱交換媒体のゲージ圧変化Ｃ１５が破線で示され、沸点が４９℃の熱交換媒体のゲージ圧変化Ｃ１６が一点鎖線で示されている。図１３に示されるように、同じ温度でも沸点が低い熱交換媒体ほどゲージ圧が高くなる。－５℃から４０℃の環境温度下で熱交換媒体のゲージ圧がゼロよりも大きい正圧だと、熱交換媒体が大気に漏れる場合がある。ゲージ圧が正圧の場合には、漏れた熱交換媒体を定期的に補充することで、熱交換媒体の冷却機能を維持できる。一方で、環境温度下で熱交換媒体のゲージ圧がゼロよりも小さい負圧だと、大気が熱交換媒体流路５１に流れ込む場合がある。熱交換媒体と空気とが混合されると、熱交換媒体の分圧が低下し大気成分が蒸気の拡散を阻害するため、熱交換媒体の蒸気輸送能力が低下するおそれがある。そのため、熱交換媒体のゲージ圧は高い方が好ましい。すなわち、図１３に示される３種類の熱交換媒体のうち、沸点が２９℃の熱交換媒体が二次電池１０の冷却に用いられることが好ましい。

【0040】

以上説明したように、本実施形態の温度調節システム２０では、冷媒が流れる冷媒流路３１を形成する冷媒流路形成部３０は、二次電池１０の上方に配置されている。熱交換媒体流路形成部５０が形成する熱交換媒体流路５１には、二次電池１０と冷媒と熱交換可能な熱交換媒体が流れている。液体の熱交換媒体は、二次電池１０との熱交換により、二次電池１０の熱を奪って加熱されることにより蒸発する。蒸発した熱交換媒体ＧＳは、熱交換媒体流路５１内を上昇して、冷媒流路３１を流れる冷媒によって冷却されることで凝縮する。そのため、本実施形態の温度調節システム２０では、充電または放電によって二次電池１０が発熱すると、熱交換媒体流路５１に収容された熱交換媒体が二次電池の熱を奪って蒸発する。蒸発した熱交換媒体は、熱交換媒体流路５１内において上昇し、冷媒流路３１を流れる冷媒によって冷却され凝縮する。凝縮した熱交換媒体は、再度二次電池１０
の熱を奪って蒸発する。すなわち、熱交換媒体は、液体と気体とに交互に変化して熱交換媒体流路５１内を循環することにより、二次電池１０を冷却する。本実施形態と異なる空冷式および液冷式の冷却方法では、冷媒は、二次電池１０の熱を奪って昇温するため、流入する入口側と出口側とで温度差が生じる。換言すると、入口側と出口側とで二次電池１０を冷却する冷媒の温度分布差が発生する。この結果、空冷式および液冷式の冷却方法では、充放電を繰り返すと、二次電池１０の部位によって劣化具合が異なる。それに対して、本実施形態では、熱交換媒体の蒸発潜熱を利用して二次電池１０を冷却しているため、二次電池１０が熱交換媒体の沸点近傍の温度で、かつ、速やかに冷却され、二次電池１０における温度分布差が抑制される。すなわち、本実施形態では、二次電池１０全体をできるだけ均一に冷却し、充放電を繰り返した二次電池１０の一部が極端に劣化することを抑制できる。

【0041】

また、本実施形態の熱交換媒体は、フロン類の化合物である。フロン類の熱交換媒体は、水などに比べて密度が高いため、凝縮した場合に鉛直下方へと速やかに移動する。この結果、熱交換媒体が二次電池１０を冷却する速度が上昇する。

【0042】

また、本実施形態の熱交換媒体は、沸点が２９℃（≦３０℃）である。沸点の２９℃は、二次電池１０が稼働に適した温度の上限温度付近であるため、熱交換媒体が液体から気体へと変化する際の蒸発潜熱を二次電池１０の冷却に効果的に利用できる。これにより、二次電池１０の温度が２９℃よりも高くなることを抑制できる。

【0043】

また、本実施形態の温度調節システム２０では、熱媒流路形成部４０が二次電池１０のうち鉛直方向の下方に配置される熱媒流路４１を形成する。二次電池１０の温度が低い場合に、液体の熱交換媒体は、熱交換媒体流路５１内の下方において、熱媒流路４１を流れる熱媒によって加熱されることにより沸点よりも高温の気体に変化する。熱交換媒体は、二次電池１０に熱を与えて冷却されることにより、液体へと変化して重力作用により下方に速やかに移動して、熱媒側に供給される。そのため、本実施形態では、寒冷地などにおいて二次電池１０の温度が過度に低下している場合に、熱媒流路４１を流れる熱媒が熱交換媒体を加熱して蒸発させる。蒸発した熱交換媒体が、蒸気拡散作用により広い表面に拡散して二次電池１０を加熱する。その後、凝縮した熱交換媒体は、重力作用により速やかに熱媒側へ液体として供給されるため、熱交換媒体の熱輸送速度が高くなる。本実施形態では、空冷、液冷、および直接沸騰冷却と比較して、熱交換媒体の流量を分配する必要がないため、熱交換媒体の流量を削減でき、稼働に適した温度よりも低い二次電池１０の温度を稼働に適した温度へと速やかに加熱できる。

【0044】

＜第２実施形態＞
図１４は、第２実施形態の二次電池システム１００ａの一部の概略断面図である。第２実施形態では、第１実施形態の二次電池システム１００と比較して、熱交換媒体流路形成部５０ａが外壁５２および多孔質体層５３を備えることが第１実施形態と異なる。そのため、第２実施形態では、第１実施形態と異なる構成について説明し、第１実施形態と同じ構成および形状等についての説明を省略する。

【0045】

図１４に示されるように、外壁５２は、二次電池１０の側面に隣接する。外壁５２は、金属の材質で形成されている。多孔質体層５３は、外壁５２の内側に配置され、多孔質体で形成されている。本実施形態では、多孔質体層５３を形成する多孔質体は、空隙率が８０％、目開きが１００μｍ、厚さが１ｍｍのアルミで形成されている。第２実施形態では、二次電池１０の冷却時に、冷媒流路３１を流れる冷媒により冷却されて凝縮した熱交換媒体は、毛細管現象と重力作用とにより多孔質体層５３内を鉛直下方へと流れ落ちる。

【0046】

図１５および図１６は、多孔質体層５３による熱交換媒体の液輸送速度の説明図である
。図１５には、フロン類の化合物である熱交換媒体の液輸送速度の時間変化Ｃ１７（実線）と、フロン類化合物と同じ沸点（２９℃）である４．１ｋＰａの減圧水の液輸送速度の時間変化Ｃ１８（破線）と、が示されている。図１５に示される液輸送速度Ｖは、運動量方程式から導出された下記式（１）により算出される。図１５の時間変化Ｃ１７，１８で示されるように、フロン類化合物の液輸送速度Ｖは、減圧水よりも速い。

【0047】

【数1】

ｒ：気孔径
η：粘度
ｈ_c：浸透距離
σ：表面張力
θ：接触角
ρ：密度
ｇ：重力加速度
ξ：屈曲や気孔径変化の補正係数

【0048】

図１６には、図１５の０ｓ～２０ｓを拡大したフロン類化合物の熱輸送速度の時間変化Ｃ１７が示されている。図１６に示される時間変化Ｃ１７では、冷媒流路形成部３０から二次電池１０の下端までの距離が３０ｃｍの場合に、冷媒により冷却されて凝縮した熱交換媒体が二次電池１０の下端に到達するまでの時間は８．６ｓであった。

【0049】

図１７は、多孔質体層５３を用いたフロン類化合物と減圧水との液輸送量についての説明図である。図１７に示されるように、沸点が２９℃のフロン類化合物である熱交換媒体の液輸送量は、３．２８ｃｃ／ｓである。一方で、同じ沸点温度の減圧水の液輸送量は、１．４３ｃｃ／ｓである。すなわち、フロン類化合物の液輸送量は、減圧水の約２．３倍である。

【0050】

以上説明したように、第２実施形態の二次電池システム１００ａでは、熱交換媒体流路形成部５０ａは、二次電池１０の側面に隣接する外壁５２と、外壁５２の内側に多孔質体で形成された多孔質体層５３と、を備えている。そのため、第２実施形態では、液体の熱交換媒体は、多孔質体によって発生する毛細管現象と重力作用により、多孔質体層５３へと浸透する。この結果、液体の熱交換媒体が速やかに多孔質体層５３へと広がるため、外壁５２を介した熱交換媒体と二次電池１０との熱交換が速やかに行われる。この結果、熱交換媒体は、二次電池１０を速やかに冷却できる。特に、二次電池１０の充電時のＣレートが３Ｃ等である急速充電時にも、多孔質体層５３により熱交換媒体の十分な液輸送量を得ることができる。

【0051】

＜第３実施形態＞
図１８は、第３実施形態の二次電池システム１００ｂの一部の概略断面図である。第３実施形態の二次電池システム１００ｂは、二次電池１０の鉛直上方に形成された連通空間５４と、二次電池１０の鉛直下方に配置された貯留部６０と、を備えることが第２実施形態の二次電池システム１００ａと異なる。そのため、第３実施形態では、第１実施形態と第２実施形態とのそれぞれと異なる構成について説明し、第１実施形態または第２実施形態と同じ構成および形状等についての説明を省略する。

【0052】

図１８に示されるように、連通空間５４は、冷媒流路３１の鉛直下方において各二次電
池１０の間に配置された複数の熱交換媒体流路５１を、二次電池１０の配列方向に沿って連通している。そのため、熱交換媒体流路５１内で蒸発した熱交換媒体は、連通空間５４を介して他の熱交換媒体流路５１へと流入可能である。貯留部６０は、複数の熱交換媒体流路５１を接続するように二次電池１０の配列方向に沿って延びている。そのため、熱交換媒体流路５１内で凝縮した熱交換媒体は、貯留部６０を介して他の熱交換媒体流路５１へと流入可能である。

【0053】

二次電池システム１００ｂは、複数の二次電池１０の充電量（ＳＯＣ：State Of Charge）を一括で管理する。ＳＯＣ一括管理では、複数の二次電池１０のうちの一部が他の二次電池１０よりも劣化している場合に、劣化している二次電池１０が過充電または過放電とならないように、各二次電池１０の充放電が行われる。すなわち、複数の二次電池１０のＳＯＣ範囲で規定される電池容量率は、最も劣化している二次電池１０によって決まる。二次電池システム１００ｂの複数の二次電池１０間の劣化の分布を抑制するために、各二次電池１０の温度が均一に冷却されることが好ましい。

【0054】

図１９は、冷却された複数の二次電池１０のうちの最大温度と最小温度との差についての説明図である。図１９には、各二次電池１０を、第３実施形態の低沸点媒体と、比較例の空冷および液冷とのそれぞれで冷却した場合に、最も高い二次電池１０の温度と、最も低い二次電池１０の温度差である最大最小温度差が示されている。空冷および液冷では、二次電池１０の配列と鉛直方向に配置された主管から、配列方向に平行な各熱交換媒体流路５１を枝管とするマニホールド分配方式で熱交換媒体の空気またはＬＬＣが供給されている。

【0055】

熱交換媒体が低沸点媒体である第３実施形態では、連通空間５４で蒸気圧力が均質化されて冷媒流路３１にほぼ均一に供給されて凝縮する。その後、凝縮した熱交換媒体が多孔質体層５３を介して鉛直下方に輸送される。その結果、図１９に示されるように、最大最小温度差は、０．０１℃以下であり、ほとんど生じていない。

【0056】

一方で、空冷または液冷で各二次電池１０が冷却された場合には、複数の枝管である熱交換媒体流路５１のうち、主管に熱交換媒体が流れ込む流入口側に近い熱交換媒体流路５１ほど熱交換媒体である空気またはＬＬＣの流量が少なくなる。一方で、流入口側に最も遠い位置にある熱交換媒体流路５１内の熱交換媒体の流量が多くなる。そのため、熱交換媒体の流量が多い熱交換交換媒体流路５１に隣接する二次電池１０の温度が相対的に下がり、熱交換媒体の流量が少ない熱交換媒体流路５１に隣接する二次電池１０の温度が相対的に上昇する。その結果、図１９に示されるように、空冷で二次電池１０が冷却された場合の最大最小温度差が１４．６℃であった。また、液冷で各二次電池１０が冷却された場合の最大最小温度差が３．７℃であった。

【0057】

図２０は、空冷で冷却した場合の各二次電池１０の温度の説明図である。図２０には、主管における熱交換媒体としての空気の流入口側から遠い順番に二次電池１０のセルナンバー（Cell Number）を付した場合に、各二次電池１０の温度がプロットされている。図２０では、真ん中のセルナンバーの二次電池１０に隣接する熱交換媒体流路５１内の熱交換媒体の流量を基準として、他の熱交換媒体流路５１内の最大の熱交換媒体の流量と、最小の熱交換媒体の流量とが異なる４種類の二次電池１０の温度がプロットされている。図２０では、最大と最小の熱交換媒体の流量が、同じ（ゼロ）である温度が黒で塗りつぶした丸でプロットされ、±２０％の温度が星印でプロットされ、±４０％の温度が黒の四角でプロットされ、±６０％の温度が白抜きの丸でプロットされている。図２０の４種類のプロットで示されるように、複数の熱交換媒体流路５１に流れる流量の差が大きくなるほど、各熱交換媒体流路５１に隣接する複数の二次電池１０の温度差が大きくなる。

【0058】

図２１は、低沸点媒体の冷却と空冷とによる二次電池１０の容量劣化率の説明図である。図２１には、図２０と同じセルナンバーに対応する二次電池１０の容量劣化率が示されている。図２１には、低沸点媒体を熱交換媒体として用いて二次電池１０を３ＣのＣレートでの充電を１０年間使用した場合の容量劣化率が実線で示されている。また、図２１には、図２０に対応するように、複数の熱交換媒体流路５１を流れる熱交換媒体の流量が最大と最小が、±２０％と、±４０％と、±６０％との場合の容量劣化率がプロットと、各プロットを結ぶ直線（実線、破線、一点鎖線）とで示されている。図２１に示されるように、低沸点媒体を熱交換媒体として用いて二次電池システム１００ｂを冷却する方法は、最大と最小の流量差が生じる空冷の冷却方法よりも、各二次電池１０の容量劣化を抑制できる。また、空冷では、複数の熱交換媒体流路５１に流れる流量の差が大きくなるほど、各二次電池１０における劣化度合いの差が大きくなる。

【0059】

図２２は、低沸点媒体の冷却と液冷とによる二次電池１０の容量劣化率の説明図である。図２２には、図２１における空冷の代わりに液冷の場合の容量劣化率が示されている。図２２には、複数の熱交換媒体流路５１を流れる熱交換媒体としてのＬＬＣの流量が最大と最小が、±２０％と、±４０％と、±６０％との場合の容量劣化率がプロットと、各プロットを結ぶ直線（実線、破線、一点鎖線）とで示されている。図２２に示されるように、低沸点媒体を熱交換媒体として用いて二次電池システム１００ｂを冷却する方法は、最大と最小の流量差が生じる液冷の冷却方法よりも、各二次電池１０の容量劣化を抑制できる。また、液冷では、複数の熱交換媒体流路５１に流れる流量の差が大きくなるほど、各二次電池１０における劣化度合いの差が大きくなる。

【0060】

以上説明したように、第３実施形態の貯留部６０は、二次電池１０の鉛直下方に配置されている。貯留部６０に貯留されている液体の熱交換媒体は、多孔質体層５３の毛細管現象により、多孔質体層５３へと浸透する。そのため、鉛直下方に存在して、二次電池１０と熱交換が行いづらい熱交換媒体でも、多孔質体層５３により二次電池１０との熱交換を速やかに行うことができる。そのため、第３実施形態では、貯留部６０に貯留されている液体の熱交換媒体は、多孔質体層５３の毛細管現象により、多孔質体層５３へと浸透する。これにより、余剰液体により鉛直下方の貯留部６０に貯留された熱交換媒体は、多孔質体層５３の上昇方向に浸透することにより二次電池１０との熱交換を速やかに行うことができる。

【0061】

また、第３実施形態の貯留部６０は、複数の熱交換媒体流路５１を接続するように二次電池１０の配列方向に沿って延びている。図１９～２２に示されるように、比較例の空冷および液冷では、複数の二次電池１０間に形成された各熱交換媒体流路５１に対して熱交換媒体を均一に分配できずに、各二次電池１０を均一に冷却できない場合がある。この場合に、充放電を繰り返すと、複数の二次電池１０において、十分に冷却されなかった二次電池１０の劣化が大きくなる。ＳＯＣ一括管理では、最も劣化した二次電池１０に応じて充放電が行われるため、一部の二次電池１０が他の二次電池１０よりも劣化していると、複数の二次電池１０全体の寿命を低下させるおそれがある。これに対して、第３実施形態の二次電池システム１００ｂでは、低沸点媒体の熱交換媒体を利用して二次電池１０を冷却しているため、複数の二次電池１０のそれぞれが熱交換媒体の沸点温度でほぼ均一に冷却される。また、貯留部６０が複数の熱交換媒体流路５１を接続しているため、一部の二次電池１０の温度が高い場合に、当該二次電池１０を多くの熱交換媒体により冷却できる。この結果、複数の二次電池１０間における温度分布差が抑制され、複数の二次電池１０をＳＯＣ一括管理する場合に、複数の二次電池１０を備える二次電池システム１００ｂの寿命の低下を抑制できる。

【0062】

また、第３実施形態の連通空間５４は、二次電池１０の鉛直上方に形成されている。連通空間５４は、冷媒流路３１の鉛直下方において各二次電池１０の間に配置された複数の
熱交換媒体流路５１を、二次電池１０の配列方向に沿って連通している。そのため、外部衝撃等による特定の二次電池１０における電極間短絡などにより、当該二次電池１０が急激に発熱して熱交換媒体の蒸気量が増加しても、熱交換媒体が連通空間５４を介して他の熱交換媒体流路５１に流入するため、圧力上昇が緩和される。また、冷媒により増加した熱交換媒体の蒸気が凝縮するため、圧力上昇がさらに緩和される。すなわち、電極間短絡などに起因する二次電池１０の発熱による高温劣化を抑制できる。また、第３実施形態の二次電池システム１００ｂでは、熱交換媒体である低沸点媒体の蒸発を利用して二次電池１０を冷却しているため、各二次電池１０は、枝管に沿った位置にかかわらずほぼ均一に冷却される。連通空間５４が複数の熱交換媒体流路５１を接続しているため、一部の熱交換媒体流路５１を流れていた熱交換媒体は、連通空間５４を介して他の熱交換媒体流路５１へと流入可能である。そのため、一部の二次電池１０の温度が他の二次電池１０よりも高い場合に、温度が高い二次電池１０と隣接する熱交換媒体流路５１に熱交換媒体が流入することにより、温度が高い二次電池１０を多くの熱交換媒体により冷却できる。この結果、第３実施形態では、複数の二次電池１０における温度分布差が抑制され、複数の二次電池１０をＳＯＣ一括管理で制御する場合に、一部の二次電池１０が他の二次電池１０と比較して過度に劣化することを抑制できる。よって、複数の二次電池１０を備える二次電池システム１００ｂの寿命の低下を抑制できる。

【0063】

＜上記実施形態の変形例＞
本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。また、上記実施形態において、ハードウェアによって実現されるとした構成の一部をソフトウェアに置き換えるようにしてもよく、逆に、ソフトウェアによって実現されるとした構成の一部をハードウェアに置き換えるようにしてもよい。

【0064】

上記第１実施形態から第３実施形態までの二次電池システム１００，１００ａ，１００ｂは、一例であって、二次電池システム１００，１００ａ，１００ｂの構成および計上等については変形可能である。例えば、二次電池システム１００は、複数の二次電池１０を備えていない温度調節システム２０のみで構成されていてもよい。温度調節システム２０は、冷媒が流れる冷媒流路３１を形成する冷媒流路形成部３０を備えていなくてもよい。熱媒流路４１を流れる熱媒と二次電池１０との熱交換を行う熱交換媒体は、沸点が２９℃のフロン類化合物でなくてもよく、例えば、沸点が調整された減圧水であってもよく、沸点が３０℃を超えるフロン類の化合物であってもよい。なお、熱交換媒体は、沸点が３０℃以下のフロン類化合物が好ましい。

【0065】

二次電池システム１００における熱交換媒体流路形成部５０は、配列された複数の二次電池１０間にそれぞれ配置されたが、必ずしも各二次電池１０間に配置されてなくもよい。例えば、熱交換媒体流路形成部５０は、鉛直方向に沿って１つのみ配置されてもよいし、複数個の二次電池１０を１セットとして各セット間に配置されてもよい。熱交換媒体流路形成部５０は、二次電池１０に隣接するように配置されたが、熱交換媒体が二次電池１０と熱交換可能な状態で配置されていればよい。例えば、二次電池１０と熱交換媒体流路形成部５０との間に他の部材が配置されてもよい。

【0066】

二次電池システム１００では、複数の二次電池１０の配列方向が水平方向に平行であったが、二次電池１０の鉛直上方に熱媒流路４１が配置される範囲で、二次電池１０の配列方向については変形可能である。上記第２実施形態の多孔質体層５３を形成する多孔質体は、熱交換媒体が毛細管現象を利用できる範囲で変形可能である。例えば、多孔質体の材質と、目開きと、空隙率とについては変形高可能である。また、多孔質体層５３の厚さについても変形可能である。多孔質体層５３は、流れ方向に液浸透速度を向上させるため、伝熱面上に溝を形成させたものでもよい。

【0067】

以上、実施形態、変形例に基づき本態様について説明してきたが、上記した態様の実施の形態は、本態様の理解を容易にするためのものであり、本態様を限定するものではない。本態様は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本態様にはその等価物が含まれる。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することができる。

【符号の説明】

【0068】

１０…二次電池
２０…温度調節システム
３０…冷媒流路形成部
３１…冷媒流路
４０…熱媒流路形成部
４１…熱媒流路
５０，５０ａ…熱交換媒体流路形成部
５１…熱交換媒体流路
５２…外壁
５３…多孔質体層
５４…連通空間
６０…貯留部
１００，１００ａ，１００ｂ…二次電池システム
Ｃ１，Ｃ２…損失曲線
Ｃ８，Ｃ９，Ｃ１０…温度変化
Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ１３…顕熱変化
Ｃ１４，Ｃ１５，Ｃ１６…ゲージ圧変化
Ｃ１７，Ｃ１８…時間変化
Ｃ３１，Ｃ４１，Ｃ４３，Ｃ５１，Ｃ５３…温度変化
Ｃ６…電力変化
Ｃ７…放電深度変化
ＣＳ…直交座標系
ＧＳ…熱交換媒体
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３…放電深度の変化直線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】