JP6289752B2

JP6289752B2 - 蓄電装置

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Publication number: JP6289752B2
Application number: JP2017520167A
Authority: JP
Inventors: 吉田　幸弘; 幸弘吉田; 万基岡田; 昭白神; 智己竹上; 敏裕和田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2015-05-27
Filing date: 2015-05-27
Publication date: 2018-03-07
Anticipated expiration: 2035-05-27
Also published as: US20180151925A1; US10615468B2; DE112015006567B4; DE112015006567T5; WO2016189708A1; JPWO2016189708A1

Description

この発明は、蓄電装置に関する。

電池は温度の影響を受けやすく、高温では劣化が進み、低温では性能を十分に発揮することができない。電池の使用時には電池自体が発熱するため、複数の電池セルを組み合わせてモジュール化する場合には、モジュール内の電池セルの位置によって放熱の程度が異なり、モジュール内で温度分布の偏りが生じる。温度分布の偏りを低減するため、冷却風によって電池を冷却し、モジュール内での温度分布の偏りを低減することが行われている。

特許文献１に開示される電源装置は、電池ブロックの側面から冷却隙間に冷却気体を送風することで電池セルを冷却すると共に、冷却隙間に流入する冷却気体の量が、冷却気体の風上側に位置する電池セル程少なくなるように冷却隙間の開口部を部分的に遮る温度均等化プレートを設けることで、温度分布の偏りを低減する。

特許第５４５０１２８号公報

特許文献１に開示される電源装置では、温度分布幅が広く、温度が高い電池を冷却して温度が低い電池を暖める必要がある場合でも、温度が低い電池を冷却してしまう。そのため、該電源装置では温度分布の偏りの低減が十分にできない場合がある。

本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、複数の電池セルの温度分布の偏りをより低減することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の蓄電装置は、筐体、筐体の内部に、互いに離隔して配置される複数の電池セル、および、筐体の内部の空間を高温領域と低温領域とに分ける仕切り部材を備える電池モジュールと、ファンと、調節部とを備える。高温領域には、複数の電池セルの内、配置の方向の中央に位置する電池セルが含まれる。低温領域には、複数の電池セルの内、配置の方向の端部に位置する電池セルが含まれる。ファンは高温領域に冷却風を供給する。調節部は、複数の電池セルの温度分布の偏りの程度を示す値に応じてファンを制御して冷却風の風量を調節する。仕切り部材には、ファンから高温領域に供給され、高温領域内に位置する電池セルの間を通った冷却風を低温領域に流入させる通風孔が設けられる。筐体には、通風孔を通って低温領域に流入し、低温領域内に位置する電池セルの間を通った冷却風を、筐体の外部に流出させる排気孔と、ファンから高温領域に供給され、高温領域内に位置する電池セルの間を通った冷却風を筐体の外部に流出させる中央排気孔とが設けられる。蓄電装置は、通風孔および中央排気孔のそれぞれを通って高温領域から流出する冷却風の風量を調節するバルブをさらに備える。調節部は、複数の電池セルの温度の最小値に相当する値に応じてバルブを制御する。

本発明によれば、配置の方向の中央に位置する電池が含まれる高温領域を通った冷却風を、配置の方向の端部に位置する電池が含まれる低温領域を通って筐体の外部に流出させることで、複数の電池セルの温度分布の偏りをより低減することが可能となる。

本発明の実施の形態１に係る電池モジュールの平面図である。実施の形態１に係る電池モジュールの断面図である。実施の形態１に係る電池モジュールの断面図である。実施の形態１に係る電池モジュールにおける冷却風の流れを示す図である。実施の形態１に係る蓄電装置の構成例を示すブロック図である。実施の形態１に係る電池モジュールにおける内部抵抗と電池の温度との関係の一例を示す図である。実施の形態１に係る蓄電装置が行う温度分布の偏りを低減する動作の一例を示すフローチャートである。自然冷却時の電池モジュールの温度変化を示す図である。電池モジュールにおける温度分布の一例を示す図である。本発明の実施の形態２に係る電池モジュールの断面図である。実施の形態２に係る電池モジュールの断面図である。実施の形態２に係るバルブの構造の一例を示す図である。実施の形態２に係るバルブの構造の一例を示す図である。実施の形態２に係る電池モジュールの構成例を示すブロック図である。実施の形態２に係る電池モジュールの断面図である。実施の形態２に係る電池モジュールの断面図である。実施の形態２に係るバルブの構造の他の例を示す図である。実施の形態２に係る電池モジュールにおける冷却風の流れを示す図である。実施の形態２に係るバルブの構造の他の例を示す図である。実施の形態２に係る電池モジュールにおける冷却風の流れを示す図である。実施の形態２に係るバルブの構造の他の例を示す図である。実施の形態２に係る電池モジュールにおける冷却風の流れを示す図である。実施の形態２に係るバルブの構造の他の例を示す図である。実施の形態２に係る電池モジュールにおける冷却風の流れを示す図である。実施の形態２に係る蓄電装置が行う温度分布の偏りを低減する動作の一例を示すフローチャートである。本発明の実施の形態３に係る電池モジュールの平面図である。実施の形態３に係る電池モジュールの断面図である。実施の形態３に係る電池モジュールの断面図である。電池モジュールにおける電池セルの配置例を示す図である。電池モジュールにおける温度分布の一例を示す図である。電池モジュールにおける温度分布の一例を示す図である。電池モジュールにおける温度分布の一例を示す図である。実施の形態３に係る電池モジュールにおける温度分布の一例を示す図である。本発明の実施の形態４に係る電池モジュールの平面図である。実施の形態４に係る電池モジュールの断面図である。実施の形態４に係る電池モジュールの断面図である。実施の形態４に係る電池モジュールの平面図である。実施の形態４に係る電池モジュールの断面図である。実施の形態４に係る電池モジュールの断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお図中、同一または同等の部分には同一の符号を付す。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る電池モジュールの平面図である。実施の形態１に係る蓄電装置１は、電池モジュール１０を備え、例えば、発電機から供給される電力を蓄電し、蓄電された電力を電動機に供給する。図２および図３は、実施の形態１に係る電池モジュールの断面図である。図２は、図１に示す電池モジュール１０のＡ−Ａ線の断面図であり、図３は、図１に示す電池モジュール１０のＢ−Ｂ線の断面図である。電池モジュール１０の筐体１１の内部には、複数の電池セル１２が互いに離隔して配置される。図１の例では、複数の電池セル１２が配置される方向をＸ軸方向とする。図１に示す電池モジュール１０の筐体１１の上面においてＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向とする。Ｘ軸方向およびＹ軸方向に直交する方向をＺ軸方向とする。

電池モジュール１０には、筐体１１の内部の空間を、複数の電池セル１２の内、Ｘ軸方向の中央に位置する電池セル１２が含まれる高温領域１７と、複数の電池セル１２の内、Ｘ軸方向の端部に位置する電池セル１２が含まれる低温領域１８とに分ける仕切り部材１６が設けられる。図１の例では、２つの仕切り部材１６が設けられる。仕切り部材１６には、通風孔１９が設けられる。ファン１３から高温領域１７に供給された冷却風が電池セル１２の間を通ってから、通風孔１９を通って低温領域１８に流入するように、各仕切り部材１６に２つの通風孔１９が、仕切り部材１６において筐体１１の底面に近い位置に設けられる。筐体１１には、排気孔１５が設けられる。低温領域１８に流入した冷却風が電池セル１２の間を通ってから、排気孔１５を通って筐体１１の外部に流出するように、２つの排気孔１５は、Ｘ軸方向に直交する筐体１１の面において筐体１１の上面に近い位置に設けられる。

図４は、実施の形態１に係る電池モジュールにおける冷却風の流れを示す図である。図４において、電池モジュール１０の断面図における冷却風の流れを黒色の矢印で示す。ファン１３からダクト１４を通って高温領域１７に供給される冷却風は、高温領域１７内に位置する電池セル１２の間を通り、通風孔１９を通って低温領域１８に流入する。通風孔１９から低温領域１８に流入した冷却風は、低温領域１８内に位置する電池セル１２の間を通り、排気孔１５を通って筐体１１の外部に流出する。高温領域１７内に位置する電池セル１２と熱交換をした後の冷却風が低温領域１８に流入するため、低温領域１８に流入する時点の冷却風の温度は、ファン１３から高温領域１７に供給される時点の冷却風の温度より高い。高温領域１７を通った冷却風を低温領域１８に流入させることで、電池モジュール１０における複数の電池セル１２の温度分布の偏りを低減する。

図１の例では、電池モジュール１０に１２個の電池セル１２が格納され、中央の４つの電池セル１２が高温領域１７に含まれ、残りの電池セル１２が低温領域１８に含まれているが、電池モジュール１０が備える電池セル１２の数、および高温領域１７および低温領域１８のそれぞれに含まれる電池セル１２の数は任意である。

温度分布の偏りをより低減するために、蓄電装置１は、複数の電池セル１２の温度分布の偏りの程度を示す値に応じてファン１３を制御する機能を有してもよい。図５は、実施の形態１に係る蓄電装置の構成例を示すブロック図である。蓄電装置１は、発電機から供給される電力を必要に応じて変換して電池モジュール１０に供給し、電池モジュール１０に蓄電された電力を必要に応じて変換して発電機に供給する電力制御部２と、複数の電池セル１２の温度分布の偏りの程度を示す値に応じてファン１３を制御して冷却風の風量を調節する調節部３とを備える。図５の例では、蓄電装置１は、電池モジュール１０を流れる電流を検出する電流検出部４と、各電池セル１２の電圧を検出する電圧検出部５と、各電池セル１２の温度を測定する温度測定部６とを備える。温度測定部６は、例えば熱電対などの温度センサを有する。

温度分布の偏りの程度を示す値について説明する。温度分布の偏りの程度を示す値は、例えば、複数の電池セル１２の温度の最大値と最小値の差、または複数の電池セル１２の温度の分散などである。調節部３は、例えば温度測定部６が測定した各電池セル１２の温度に基づいて温度分布の偏りの程度を示す値を算出する。

また例えば、蓄電装置１は温度測定部６を備えずに、調節部３が、電流検出部４が検出した電流および電圧検出部５が検出した電圧から電池セル１２の内部抵抗を算出し、算出された内部抵抗から電池セル１２の温度を推定し、推定された各電池セル１２の温度に基づいて温度分布の偏りの程度を示す値を算出する。この場合、調節部３は、内部抵抗算出部および温度推定部としての機能を有する。内部抵抗の算出には、例えば、ＪＩＳ規格の規格番号ＪＩＳＣ８７１５−１において定められている下記（１）式が用いられる。下記（１）式において、Ｒ_ｄｃは直流内部抵抗（単位：Ω）であり、Ｉ_１，Ｉ_２は放電電流値（単位：Ａ）であり、Ｕ_１，Ｕ_２は放電中に測定される電圧（単位：Ｖ）である。

上述のように算出された電池セル１２の内部抵抗は、電池セル１２の温度と相関を有する。図６は、実施の形態１に係る電池モジュールにおける内部抵抗と電池の温度との関係の一例を示す図である。図６において、横軸は温度を示し、縦軸は内部抵抗の抵抗値を示す。調節部３は、図６に示す内部抵抗と温度の関係を予め保持している。調節部３は、図６に示すような予め定められた内部抵抗と温度の関係および上記（１）式で算出した内部抵抗から、電池セル１２の温度を推定し、推定した温度に基づいて温度分布の偏りの程度を示す値を算出することができる。

電池セル１２の測定温度および推定温度のいずれを使う場合であっても、温度分布の偏りの程度を示す値を算出する際に全ての電池セル１２の温度を用いる必要はなく、自然冷却時の温度分布に応じて定められた、高温領域１７および低温領域１８のそれぞれに位置する一部の電池セル１２の温度によって温度分布の偏りの程度を示す値を決定してもよい。ここで自然冷却とはファン１３などによる電池モジュール１０の冷却を行わないことを意味する。例えば、自然冷却時に最も高温となるＸ軸方向の中央に位置する２つの電池セル１２の温度および自然冷却時に最も低温となるＸ軸方向の両端に位置する２つの電池セル１２の温度に基づいて、温度分布の偏りの程度を示す値を決定してもよい。

上述の温度分布の偏りの程度を示す値に応じて調節部３が行うファン１３の制御について説明する。調節部３は、温度分布の偏りの程度を示す値Ｔｄが第１の閾値Ｔ１以上である場合、または複数の電池セル１２の温度の最大値に相当する値Ｔｈが第２の閾値Ｔ２以上である場合にファン１３を作動させる。Ｔ１は、例えば電池セル１２の温度と内部抵抗との関係から複数の電池セル１２における抵抗値の差の許容範囲に応じて定めてもよいし、電池セル１２の温度と電池セル１２の寿命との関係に応じて定めてもよい。Ｔ２は、電池セル１２の温度がその温度以上となると、電池セル１２に求められる電池としての機能である正反応ではない副反応が起こって電池セル１２の劣化が生じる恐れがある温度に応じて定めることができる。Ｔ２は、設計情報または試験評価などに基づいて定めることができる。

調節部３は、ファン１３の作動後に、複数の電池セル１２の温度の最小値に相当する値Ｔｃが第３の閾値Ｔ３以上となり、ＴｄがＴ１未満かつＴｈがＴ２未満となった場合にはファン１３を停止する。Ｔ３は、電池セル１２の温度と内部抵抗との関係から、電池セル１２の温度がその温度以上であれば、電池モジュール１０に求められる入出力の性能が発揮できる温度に応じて定められる。

温度測定部６において各電池セル１２の温度を測定する場合または調節部３において各電池セル１２の温度を推定する場合には、Ｔｈは、電池セル１２の測定温度または推定温度の最大値であり、Ｔｃは電池セル１２の測定温度または推定温度の最小値である。自然冷却時の温度分布に応じて定められた一部の電池セル１２の温度によってＴｄを決定する場合には、高温領域１７に位置する電池セル１２の温度をＴｈとし、低温領域１８に位置する電池セル１２の温度をＴｃとする。

ＴｄがＴ１以上またはＴｈがＴ２以上の場合にファン１３を作動させることで、電池モジュール１０における温度分布の偏りを低減し、電池セル１２が高温になることにより生じる電池セル１２の劣化を抑制することができる。ファン１３の起動後に、ＴｃがＴ３未満である間は、ファン１３の作動を継続し、高温領域１７を通った冷却風を低温領域１８に流入させることで、低温領域１８内に位置する電池セル１２の温度を上昇させることが可能となる。その後、ＴｃがＴ３以上であり、ＴｄがＴ１未満かつＴｈがＴ２未満となった場合には、電池モジュール１０における温度分布の偏りが許容範囲内であり、電池モジュール１０に求められる入出力の性能が発揮できる温度であるとみなせるので、調節部３はファン１３を停止させる。Ｔ１，Ｔ２はヒステリシス特性を有してもよい。

図７は、実施の形態１に係る蓄電装置が行う温度分布の偏りを低減する動作の一例を示すフローチャートである。蓄電装置１は、電池セル１２の温度を検出する（ステップＳ１１）。ステップＳ１１の処理は、上述のように、温度測定部６による電池セル１２の温度の測定でもよいし、調節部３による電池セル１２の温度の推定でもよい。ＴｄがＴ１以上またはＴｈがＴ２以上である場合には（ステップＳ１２；Ｙ）、調節部３はファン１３を作動させる（ステップＳ１３）。蓄電装置１は、ステップＳ１１と同様に電池セル１２の温度を検出する（ステップＳ１４）。ＴｃがＴ３以上でない場合には（ステップＳ１５；Ｎ）、ステップＳ１４に戻って上述の処理を繰り返す。ファン１３の作動を継続した後に、ＴｃがＴ３以上となった場合には（ステップＳ１５；Ｙ）、ステップＳ１１に戻って温度を検出し、ステップＳ１２の判定処理を行う。ＴｄがＴ１未満かつＴｈがＴ２未満である場合であって（ステップＳ１２；Ｎ）、ファン１３が作動中である場合には（ステップＳ１６；Ｙ）、ファン１３を停止し（ステップＳ１７）、処理を終了する。ＴｄがＴ１未満かつＴｈがＴ２未満である場合であって（ステップＳ１２；Ｎ）、ファン１３が作動中でない場合には（ステップＳ１６；Ｎ）、何も行わずに処理を終了する。蓄電装置１は、図７に示す温度分布の偏りを低減する処理を任意に定められた間隔で繰り返し行う。

図１に示すようにＸ軸方向に１２個の電池セル１２を配置した電池モジュール１０について、一定の電流値で連続して充放電を繰り返した場合の各電池セル１２の温度の測定結果の一例を示す。図８は、自然冷却時の電池モジュールの温度変化を示す図である。図８において、横軸は時間を示し、縦軸は温度を示す。図８では、測定された各電池セル１２の表面温度および外気温を示す。図８に示すように外気温が低い場合に、充放電を繰り返す電池モジュール１０を自然冷却すると、充放電によって電池セル１２自体が発熱し、電池モジュール１０の各電池セル１２の温度が上昇する。電池モジュール１０を自然冷却する場合には、Ｘ軸方向の端部に位置する電池セル１２の放熱量は、Ｘ軸方向の中央部に位置する電池セル１２の放熱量よりも大きい。そのため、図８において示すように、Ｘ軸方向の中央部に位置する電池セル１２の温度は、Ｘ軸方向の端部に位置する電池セル１２の温度よりも高くなる。図８の例では、中央部と端部の電池セル１２の温度差は約１３度である。測定に用いた電池セル１２では、温度差１３度によって抵抗値差１ｍΩが生じた。この場合に、５０Ａで充放電を行うと、約０．０５Ｖの電圧差が生じる。例えば各電池セル１２の上限電圧を４．２Ｖに設定すると、低温であるために内部抵抗が高い端部の電池セル１２の電圧が４．２Ｖに達しても、中央部の電池セル１２の電圧は４．１５Ｖにしか達していない。そのため、電池モジュール１０において中央部の電池セル１２の利用効率が端部の電池セル１２の利用効率より低くなってしまう。

図９は、電池モジュールにおける温度分布の一例を示す図である。図９において横軸は各電池セル１２を示し、縦軸は各電池セル１２の温度を示す。図９の横軸の数値は、図１に示す電池モジュール１０において左端から何番目に位置する電池セル１２であるかを示す。すなわち、図１に示す電池モジュール１０における左端の電池セル１が、図９の横軸の１に対応する。

電池モジュール１０を自然冷却した場合を、図９においてプロット点が菱形である点線のグラフで示す。Ｙ軸に直交する電池モジュール１０の側面から各電池セル１２に一律に冷却風を供給した場合を、図９においてプロット点が四角である実線のグラフで示す。Ｙ軸に直交する電池モジュール１０の側面から、Ｘ軸方向の中央に位置する複数の電池セル１２に対して冷却風を供給した場合を、図９においてプロット点が三角である点線のグラフで示す。本実施の形態１に係る蓄電装置１の場合を、図９においてプロット点が丸である実線のグラフで示す。

電池モジュール１０を自然冷却した場合には、図９に示すように温度分布の偏りが生じる。電池セル１２に一律に冷却風を供給した場合には、全体的に電池セル１２の温度が下がるが、温度分布の偏りは生じたままである。Ｘ軸方向の中央に位置する一部の電池セル１２に冷却風を供給した場合には、温度分布の偏りが低減されるが、Ｘ軸方向中央と端部との間に位置する電池セル１２とＸ軸方向端部に位置する電池セル１２との間に温度差が生じる。実施の形態１に係る蓄電装置１においては、ファン１３から供給された冷却風が高温領域１７を通って低温領域１８に流入することで、電池モジュール１０における複数の電池セル１２の温度分布の偏りをより低減できることがわかる。

以上説明したとおり、本実施の形態１に係る蓄電装置１によれば、高温領域１７を通った冷却風を低温領域１８を通って筐体１１の外部に流出させることで、電池モジュール１０における複数の電池セル１２の温度分布の偏りをより低減することが可能となる。

（実施の形態２）
実施の形態２に係る電池モジュール１０の平面図は図１と同様である。図１０および図１１は、本発明の実施の形態２に係る電池モジュールの断面図である。図１０は、図１に示す電池モジュール１０のＡ−Ａ線の断面図であり、図１１は、図１に示す電池モジュール１０のＢ−Ｂ線の断面図である。実施の形態２に係る電池モジュール１０においては、筐体１１に中央排気孔２０が設けられる。ファン１３から高温領域１７に供給された冷却風が電池セル１２の間を通ってから、筐体１１の外部に流出するように、中央排気孔２０が、Ｙ軸方向に直交する筐体１１の面の筐体１１の底面に近い位置に設けられる。実施の形態２においては、仕切り部材１６のＸ軸方向に直交する面のそれぞれに１つの通風孔１９が、仕切り部材１６において筐体１１の底面に近い位置に設けられる。電池モジュール１０は、後述する、通風孔１９および中央排気孔２０のそれぞれを通って高温領域１７から流出する冷却風の風量を調節するバルブを備える。調節部１３は、Ｔｃに応じてバルブを制御する。

図１２および図１３は、実施の形態２に係るバルブの構造の一例を示す図である。バルブ２１は、冷却風の流路を切り替える。バルブ２１はＸ−Ｙ断面の形状が一部が欠けた円であり、Ｚ軸方向の軸を中心に回転する。図１２は、冷却風を高温領域１７から低温領域１８に流入させる場合のバルブ２１の位置を示し、図１３は、冷却風を高温領域１７から筐体１１の外部に流出させる場合のバルブ２１の位置を示す。

図１４は、実施の形態２に係る電池モジュールの構成例を示すブロック図である。調節部３は、ファン１３およびバルブ２１の制御を行う。調節部３が行うファン１３の制御は、実施の形態１と同様である。調節部３は、ファン１３の作動後に、Ｔｃに応じてバルブ２１を制御する。調節部３は、ファン１３の作動後に、ＴｃがＴ３未満である間は、図１２に示すように冷却風を高温領域１７から低温領域１８に流入させるようにバルブ２１を制御する。調節部３は、ファン１３の作動後に、ＴｃがＴ３以上となった場合には、図１３に示すように冷却風を高温領域１７から筐体１１の外部に流出させるようにバルブ２１を制御する。

ＴｃがＴ３以上となった場合には高温領域１７で電池セル１２と熱交換をした冷却風を筐体１１の外部に流出させることで、低温領域１８内の電池セル１２の温度が所望の温度よりも上昇することを抑制することが可能となる。

電池モジュール１０は、高温領域１７から通風孔１９および中央排気孔２０のそれぞれを通って流出する冷却風の風量を調節できるバルブを備えてもよい。図１５および図１６は、実施の形態２に係る電池モジュールの断面図である。図１５は、図１に示す電池モジュール１０のＡ−Ａ線の断面図であり、図１６は、図１に示す電池モジュール１０のＢ−Ｂ線の断面図である。図１０および図１１と同様に、中央排気孔２０が筐体１１に設けられる。

図１７は、実施の形態２に係るバルブの構造の他の例を示す図である。図１７は、図１５に示す電池モジュール１０のＤ−Ｄ線の断面図である。バルブ２２は、高温領域１７から通風孔１９および中央排気孔２０のそれぞれを通って流出する冷却風の風量を調節する。バルブ２２はＸ−Ｙ断面の形状が半円であり、Ｚ軸方向の軸を中心に回転する。通風孔１９および中央排気孔２０への流路の入り口の少なくともいずれかの一部または全部を覆うことができる。図１８は、実施の形態２に係る電池モジュールにおける冷却風の流れを示す図である。図１７に示す電池モジュール１０の断面図における、冷却風の流れを黒色の矢印で示す。バルブ２２が図１７に示す位置にある場合、高温領域１７に供給された全ての冷却風は電池セル１２の間を通り、通風孔１９を通って低温領域１８に流入する。

図１９は、実施の形態２に係るバルブの構造の他の例を示す図である。図１７に示すバルブ２２が１８０度回転すると、図１９に示す位置に移動する。図２０は、実施の形態２に係る電池モジュールにおける冷却風の流れを示す図である。図２０において、電池モジュール１０の断面図における冷却風の流れを黒色の矢印で示す。バルブ２２が図１９に示す位置にある場合、高温領域１７に供給された全ての冷却風は電池セル１２の間を通り、中央排気孔２０を通って筐体１１の外部に流出する。

図２１は、実施の形態２に係るバルブの構造の他の例を示す図である。図２２は、実施の形態２に係る電池モジュールにおける冷却風の流れを示す図である。図２２において、電池モジュール１０の断面図における冷却風の流れを黒色の矢印で示す。バルブ２２が図２１に示す位置にある場合、高温領域１７に供給された冷却風の大部分は電池セル１２の間を通り、通風孔１９を通って低温領域１８に流入し、該冷却風の一部は、電池セル１２の間を通り、中央排気孔２０を通って筐体１１の外部に流出する。

図２３は、実施の形態２に係るバルブの構造の他の例を示す図である。図２４は、実施の形態２に係る電池モジュールにおける冷却風の流れを示す図である。図２４において、電池モジュール１０の断面図における冷却風の流れを黒色の矢印で示す。バルブ２２が図２３に示す位置にある場合、高温領域１７に供給された冷却風の大部分は電池セル１２の間を通り、中央排気孔２０を通って筐体１１の外部に流出し、該冷却風の一部は、電池セル１２の間を通り、通風孔１９を通って低温領域１８に流入する。

図１２および図１３に示すバルブ２１が電池モジュール１０に設けられている場合に、蓄電装置１が行う温度分布の偏りを低減する動作について説明する。図２５は、実施の形態２に係る蓄電装置が行う温度分布の偏りを低減する動作の一例を示すフローチャートである。ステップＳ１１〜Ｓ１７の処理は、図７に示す実施の形態１に係る蓄電装置１が行う動作と同じである。ＴｃがＴ３以上でない場合には（ステップＳ１５；Ｎ）、調節部３はバルブ２１を図１２に示す位置に制御して、高温領域１７から低温領域１８に冷却風を流入させ（ステップＳ１８）、ステップＳ１４に戻って上述の処理を繰り返す。ファン１３の作動および高温領域１７から低温領域１８への冷却風の流入を継続した後に、ＴｃがＴ３以上となった場合には（ステップＳ１５；Ｙ）、調節部３はバルブ２１を図１３に示す位置に制御して、高温領域１７から筐体１１の外部に冷却風を流出させ（ステップＳ１９）、ステップＳ１１に戻って温度を検出し、ステップＳ１２の判定処理を行う。

以上説明したとおり、本実施の形態２に係る蓄電装置１によれば、高温領域１７を通った冷却風が低温領域１８に流入する量を調節することで、電池モジュール１０における複数の電池セル１２の温度分布の偏りをより低減することが可能となる。

（実施の形態３）
実施の形態１，２では、電池セル１２をＸ軸方向に沿って配置したが、電池セル１２の配置方向は１つに限られない。図２６は、本発明の実施の形態３に係る電池モジュールの平面図である。図２７および図２８は、実施の形態３に係る電池モジュールの断面図である。図２７は図２６に示す電池モジュール１０のＥ−Ｅ線の断面図であり、図２８は、図２６に示す電池モジュール１０のＦ−Ｆ線の断面図である。実施の形態３においては、電池セル１２をＸ軸方向およびＹ軸方向に配置した。仕切り部材１６は、筐体１１の内部の空間を、複数の電池セル１２の内、Ｘ軸方向の中央かつＹ軸方向の中央に位置する電池セル１２が含まれる高温領域１７と、複数の電池セル１２の内、Ｘ軸方向の端部に位置する電池セル１２およびＹ軸方向の端部に位置する電池セル１２が含まれる低温領域１８とに分ける。実施の形態１と同様に、仕切り部材１６の各面に、２つの通風孔１９が、仕切り部材１６において筐体１１の底面に近い位置に設けられる。実施の形態３においては、Ｙ軸方向に直交する筐体１１の面において筐体１１の上面およびＸ軸方向に直交する筐体１１の面に近い位置に４つの排気孔１５が設けられる。

図２７および図２８において、冷却風の流れを黒色の矢印で示す。電池セル１２を二次元に配置した場合でも、実施の形態１と同様に、ファン１３からダクト１４を通って高温領域１７に供給された冷却風は、高温領域１７内に位置する電池セル１２の間を通り、通風孔１９を通って低温領域１８に流入する。通風孔１９を通って低温領域１８に流入した冷却風は、低温領域１８内に位置する電池セル１２の間を通り、排気孔１５を通って筐体１１の外部に流出する。高温領域１７内に位置する電池セル１２と熱交換をした後の冷却風が低温領域１８に流入するため、低温領域１８に流入する時点の冷却風の温度は、ファン１３から高温領域１７に供給される時点の冷却風の温度より高い。高温領域１７を通った冷却風を低温領域１８に流入させることで、電池モジュール１０における複数の電池セル１２の温度分布の偏りを低減する。

図２９は、電池モジュールにおける電池セルの配置例を示す図である。図２９に示すように二次元に４８個の電池セル１２を配置した電池モジュール１０について、一定の電流値で連続して充放電を繰り返した場合の電池セル１２の温度の測定結果の一例を示す。図３０ないし図３２は、電池モジュールにおける温度分布の一例を示す図である。図３３は、実施の形態３に係る電池モジュールの温度分布の一例を示す図である。図３０ないし図３３において、横軸は電池セル１２を示し、縦軸は電池セル１２の温度を示す。図３０ないし図３３の横軸の数値は、図２９に示す電池セル１２の各列において左端から何番目に位置する電池セル１２であるかを示す。すなわち、図２９に示す電池セル１２の各列の左端の電池セル１２が、図３０ないし図３３の横軸の１に対応する。

図３０は、電池モジュール１０を自然冷却した場合の電池モジュール１０における温度分布を示す。図３０において、図２９の１列目の電池セル１２の温度をプロット点が菱形である点線のグラフで示し、図２９の２列目の電池セル１２の温度をプロット点が四角である実線のグラフで示し、図２９の３列目の電池セル１２の温度をプロット点が三角である点線のグラフで示し、図２９の４列目の電池セル１２の温度をプロット点が丸である実線のグラフで示す。１列目の電池セル１２の温度と４列目の電池セル１２の温度はほぼ同じであり、２列目の電池セル１２の温度と３列目の電池セル１２の温度はほぼ同じである。各列において、列の中央に位置する電池セル１２の温度は、列の端部に位置する電池セル１２の温度よりも高く、また２列目および３列目の電池セル１２の温度は、１列目および４列目において同じ位置にある電池セル１２の温度より高い。電池モジュール１０の中央に位置する電池セル１２の温度が、端部に位置する電池セル１２よりも高くなることがわかる。

図３１は、１列目の各電池セル１２に１列目から４列目に向かって一律に冷却風を供給した場合の電池モジュール１０における温度分布を示す。図の見方は図３０と同様である。１列目の電池セル１２の温度が下がるが、温度分布の偏りは生じたままである。

図３２は、１列目の中央に位置する一部の電池セル１２に１列目から４列目に向かって冷却風を供給した場合の電池モジュール１０における温度分布を示す。図の見方は図３０と同様である。各列の中央に位置する電池セル１２の温度は低下するが、各列において中央と端部との間に位置する電池セル１２と端部に位置する電池セル１２との間に温度差が生じる。

図３３は、実施の形態３に係る電池モジュールにおける温度分布を示す。実施の形態３に係る蓄電装置１においては、ファン１３から供給された冷却風が高温領域１７を通って低温領域１８に流入することで、電池モジュール１０における複数の電池セル１２の温度分布の偏りが低減されていることがわかる。

以上説明したとおり、本実施の形態３に係る蓄電装置１によれば、高温領域１７を通った冷却風を低温領域１８を通って筐体１１の外部に流出させることで、電池セル１２が二次元に配置されている電池モジュール１０における複数の電池セル１２の温度分布の偏りをより低減することが可能となる。

（実施の形態４）
電池モジュール１０において、電池セル１２は３次元に配置されてもよい。図３４は、本発明の実施の形態４に係る電池モジュールの平面図である。図３５および図３６は、実施の形態４に係る電池モジュールの断面図である。図３５は図３４に示す電池モジュール１０のＧ−Ｇ線の断面図であり、図３６は、図３４に示す電池モジュール１０のＨ−Ｈ線の断面図である。実施の形態４においては、電池セル１２をＸ軸方向、Ｙ軸方向、およびＺ軸方向に配置した。仕切り部材１６は、筐体１１の内部の空間を、複数の電池セル１２の内、Ｘ軸方向の中央かつＹ軸方向の中央かつＺ軸方向の中央に位置する電池セル１２が含まれる高温領域１７と、複数の電池セル１２の内、Ｘ軸方向の端部に位置する電池セル１２、Ｙ軸方向の端部に位置する電池セル１２、およびＺ軸方向の端部に位置する電池セル１２が含まれる低温領域１８とに分ける。実施の形態４においては、Ｚ軸に直交する仕切り部材１６の面の中央に通風孔１９が設けられる。Ｙ軸方向に直交する筐体１１の面において筐体１１の上面または底面およびＸ軸方向に直交する筐体１１の面に近い位置に８つの排気孔１５が設けられる。

図３５および図３６において、冷却風の流れを黒色の矢印で示す。電池セル１２を三次元に配置した場合でも、実施の形態１と同様に、ファン１３からダクト１４を通って高温領域１７に供給された冷却風は、高温領域１７内に位置する電池セル１２の間を通り、通風孔１９を通って低温領域１８に流入する。通風孔１９を通って低温領域１８に流入した冷却風は、低温領域１８内に位置する電池セル１２の間を通り、排気孔１５を通って筐体１１の外部に流出する。高温領域１７内に位置する電池セル１２と熱交換をした後の冷却風が低温領域１８に流入するため、低温領域１８に流入する時点の冷却風の温度は、ファン１３から高温領域１７に供給される時点の冷却風の温度より高い。高温領域１７を通った冷却風を低温領域１８に流入させることで、電池モジュール１０における複数の電池セル１２の温度分布の偏りを低減する。

実施の形態２と同様に、バルブ２１，２２のいずれかを設けて、ファン１３の作動後にＴｃがＴ３以上となれば、高温領域１７に供給された冷却風が電池セル１２の間を通ってから、中央排気孔２０を通って筐体１１の外部に流出するように電池モジュール１０を構成してもよい。図３７は、実施の形態４に係る電池モジュールの平面図である。図３８および図３９は、実施の形態４に係る電池モジュールの断面図である。図３８は図３７に示す電池モジュール１０のＩ−Ｉ線の断面図であり、図３９は、図３７に示す電池モジュール１０のＪ−Ｊ線の断面図である。調節部３は、Ｔｃに応じて電池モジュール１０に設けられたバルブ２１，２２を制御し、通風孔１９および中央排気孔２０のそれぞれを通って高温領域１７から流出する冷却風の風量を調節する。これにより電池モジュール１０における複数の電池セル１２の温度分布の偏りを低減することが可能となる。

以上説明したとおり、本実施の形態４に係る蓄電装置１によれば、高温領域１７を通った冷却風を低温領域１８を通って筐体１１の外部に流出させることで、電池セル１２が三次元に配置されている電池モジュール１０における複数の電池セル１２の温度分布の偏りをより低減することが可能となる。

本発明の実施の形態は上述の実施の形態に限られず、上述の実施の形態のうち複数の形態を任意に組み合わせたもので構成してもよい。電池モジュール１０における電池セル１２の配置方法、排気孔１５、通風孔１９および中央排気孔２０を設ける位置は上述の実施の形態に限られない。例えば、実施の形態４において、仕切り部材１６の各面の中央に通風孔１９を設けてもよい。ファン１３の制御方法は、上述の実施の形態に限られず、温度分布の偏りを低減する任意の方法を採用することができる。例えば、ＴｄがＴ１以上またはＴｈがＴ２以上の場合には、Ｔｃによらずファン１３を動作させてもよい。

本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。すなわち、本発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。

１蓄電装置、２電力制御部、３調節部、４電流検出部、５電圧検出部、６温度測定部、１０電池モジュール、１１筐体、１２電池セル、１３ファン、１４ダクト、１５排気孔、１６仕切り部材、１７高温領域、１８低温領域、１９通風孔、２０中央排気孔、２１，２２バルブ。

Claims

筐体、
前記筐体の内部に、互いに離隔して配置される複数の電池セル、および、
前記筐体の内部の空間を、前記複数の電池セルの内、前記配置の方向の中央に位置する電池セルが含まれる高温領域と、前記複数の電池セルの内、前記配置の方向の端部に位置する電池セルが含まれる低温領域とに分ける仕切り部材、
を備える電池モジュールと、
前記高温領域に冷却風を供給するファンと、
前記複数の電池セルの温度分布の偏りの程度を示す値に応じて前記ファンを制御して前記冷却風の風量を調節する調節部と、
を備え、
前記仕切り部材には、前記ファンから前記高温領域に供給され、前記高温領域内に位置する前記電池セルの間を通った前記冷却風を前記低温領域に流入させる通風孔が設けられ、
前記筐体には、前記通風孔を通って前記低温領域に流入し、前記低温領域内に位置する前記電池セルの間を通った前記冷却風を前記筐体の外部に流出させる排気孔と、前記ファンから前記高温領域に供給され、前記高温領域内に位置する前記電池セルの間を通った前記冷却風を前記筐体の外部に流出させる中央排気孔とが設けられ、
前記通風孔および前記中央排気孔のそれぞれを通って前記高温領域から流出する前記冷却風の風量を調節するバルブをさらに備え、
前記調節部は、前記複数の電池セルの温度の最小値に相当する値に応じて前記バルブを制御する、
蓄電装置。
前記調節部は、前記温度分布の偏りの程度を示す値が第１の閾値以上である場合または前記複数の電池セルの温度の最大値に相当する値が第２の閾値以上である場合に前記ファンを作動させ、前記ファンの作動後に、前記複数の電池セルの温度の最小値に相当する値に応じて前記バルブを制御し、前記複数の電池セルの温度の最小値に相当する値が第３の閾値以上となり、前記温度分布の偏りの程度を示す値が前記第１の閾値未満であって前記複数の電池セルの温度の最大値に相当する値が前記第２の閾値未満となった場合には前記ファンを停止する、
請求項１に記載の蓄電装置。
筐体と、
前記筐体の内部に、互いに離隔して配置される複数の電池セルと、
前記筐体の内部の空間を、前記複数の電池セルの内、前記配置の方向の中央に位置する電池セルが含まれる高温領域と、前記複数の電池セルの内、前記配置の方向の端部に位置する電池セルが含まれる低温領域とに分ける仕切り部材と、
前記高温領域に冷却風を供給するファンと、
前記複数の電池セルの温度分布の偏りの程度を示す値に応じて前記ファンを制御して冷却風の風量を調節する調節部と、
を備え、
前記仕切り部材には、前記ファンから前記高温領域に供給され、前記高温領域内に位置する前記電池セルの間を通った前記冷却風を前記低温領域に流入させる通風孔が設けられ、
前記筐体には、前記通風孔を通って前記低温領域に流入し、前記低温領域内に位置する前記電池セルの間を通った前記冷却風を前記筐体の外部に流出させる排気孔が設けられ、
前記調節部は、前記温度分布の偏りの程度を示す値が第１の閾値以上である場合または前記複数の電池セルの温度の最大値に相当する値が第２の閾値以上である場合に前記ファンを作動させ、前記ファンの作動後に、前記複数の電池セルの温度の最小値に相当する値が第３の閾値未満である間は、前記ファンの作動を継続し、前記複数の電池セルの温度の最小値に相当する値が前記第３の閾値以上となり、前記温度分布の偏りの程度を示す値が前記第１の閾値未満であって前記複数の電池セルの温度の最大値に相当する値が前記第２の閾値未満となった場合には前記ファンを停止する、
蓄電装置。
前記第１の閾値は、前記電池セルの温度と内部抵抗との関係から複数の前記電池セルにおける抵抗値の差の許容範囲、又は、前記電池セルの温度と前記電池セルの寿命との関係に応じて設定され、
前記第２の閾値は、前記電池セルの温度がその温度以上となると、前記電池セルに求められる電池としての機能である正反応ではない副反応が起こって前記電池セルの劣化が生じる恐れがある温度に応じて設定され、
前記第３の閾値は、前記電池セルの温度と内部抵抗との関係から、前記電池セルの温度がその温度以上であれば、前記複数の電池セルに求められる入出力の性能が発揮できる温度に応じて設定される、
請求項３に記載の蓄電装置。
前記電池セルの温度を測定する温度測定部をさらに備え、
前記調節部は前記温度測定部が測定した前記電池セルの温度に基づく前記温度分布の偏りの程度を示す値を算出する、
請求項３または４に記載の蓄電装置。
前記電池セルの電圧および前記電池セルを流れる電流から前記電池セルの内部抵抗を算出する内部抵抗算出部と、
予め定められた内部抵抗と温度との関係および前記内部抵抗算出部で算出した前記内部抵抗から、前記電池セルの温度を推定する温度推定部と、
をさらに備え、
前記調節部は前記温度推定部が推定した前記電池セルの温度に基づく前記温度分布の偏りの程度を示す値を算出する、
請求項３または４に記載の蓄電装置。
前記温度分布の偏りの程度を示す値は、前記ファンを作動させない場合の前記複数の電池セルの温度分布に応じて定められた、前記複数の電池セルの内、前記高温領域および前記低温領域のそれぞれに位置する一部の電池セルの温度によって決定される、
請求項３または４に記載の蓄電装置。