(57)【要約】【課題】漏れた冷却液の導電率の上昇を抑制できる電池冷却システムを提供する。【解決手段】車両走行用の電池パックを冷却する電池冷却システムは、複数の単電池を有する電池パック１と、電池パック１を冷却する冷却液１２と、電池パック１と冷却液１２とを熱交換させて電池パック１を冷却する冷却器１６と、冷却液１２の熱を放出させる放熱器１８とを備える。冷却液１２は、液状の基材と、基材に相溶するオルト珪酸エステルとを含み、イオン系防錆剤を含まない。電池パックの金属部品は、金属材料で構成された本体部と、本体部を覆う電気絶縁性の被覆層とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の単電池を有する車両走行用の電池パックを冷却する電池冷却システムであって、
前記電池パック（１）と、
前記電池パックを冷却する冷却液（１２）と、
前記電池パックと前記冷却液とを熱交換させて前記電池パックを冷却する冷却器（１６）と、
前記冷却液の熱を放出させる放熱器（１８）とを備え、
前記冷却液は、液状の基材と、前記基材に相溶するオルト珪酸エステルとを含み、イオン系防錆剤を含まず、
前記電池パックの金属部品（２ａ、２ｂ、２ｃ、４、５、７）は、金属材料で構成された本体部（３０）と、前記本体部を覆う電気絶縁性の被覆層（３２）とを有する、電池冷却システム。
【請求項２】
前記金属部品は、前記電池パックの放電時に通電する活電部（２ａ、２ｂ、７）である、請求項１に記載の電池冷却システム。
【請求項３】
前記本体部は、第１金属材料を含む母材（３４）と、前記母材の表面に形成され、前記第１金属材料よりもイオン化傾向が大きい第２金属材料を含む金属層（３６）とを有する、請求項１または２に記載の電池冷却システム。
【請求項４】
前記被覆層は、粒径が１〜１００ｎｍのシリカ粒子の集合体で構成されている、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の電池冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池冷却システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、電池を冷却液で冷却する電池冷却システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１３１５９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電池冷却システムでは、冷却液が漏れたときに、冷却液の導電率が高いと、活電部で冷却液を介した液絡が発生する。これを回避するためには、導電率が低い冷却液を用いることが必要である。
【０００５】
しかしながら、導電率が低い冷却液を用いた場合であっても、冷却液が漏れた後に、漏れた冷却液の導電率が上昇するという課題が本発明者によって見出された。すなわち、漏れた冷却液が電池パックの金属部品に接している場合、金属部品から冷却液に金属イオンが溶出する。これにより、漏れた冷却液の導電率が時間経過に伴って上昇する。漏れた冷却液の導電率が上昇すると、活電部に冷却液が接触している場合、活電部で液絡が発生する。
【０００６】
本発明は上記点に鑑みて、漏れた冷却液の導電率の上昇を抑制できる電池冷却システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明によれば、
複数の単電池を有する車両走行用の電池パックを冷却する電池冷却システムは、
電池パック（１）と、
電池パックを冷却する冷却液（１２）と、
電池パックと冷却液とを熱交換させて電池パックを冷却する冷却器（１６）と、
冷却液の熱を放出させる放熱器（１８）とを備え、
冷却液は、液状の基材と、基材に相溶するオルト珪酸エステルとを含み、イオン系防錆剤を含まず、
電池パックの金属部品（２ａ、２ｂ、２ｃ、４、５、７）は、金属材料で構成された本体部（３０）と、本体部を覆う電気絶縁性の被覆層（３２）とを有する。
【０００８】
これによれば、冷却液は、オルト珪酸エステルを含む。このため、冷却液に防錆機能を持たせることができる。さらに、冷却液には、イオン系防錆剤が含まない。このため、冷却液にイオン系防錆剤が含まれる場合と比較して、冷却液の導電率を低くすることができる。したがって、このシステムでは、導電率が低い冷却液が用いられる。
【０００９】
さらに、金属部品は、金属材料で構成された本体部と、本体部を覆う電気絶縁性の被覆層とを有している。このため、漏れた冷却液が金属部品に接したときの本体部から冷却液への金属イオンの溶出を抑制することができる。よって、漏れた冷却液の導電率の上昇を抑制することができる。この結果、冷却液の漏洩時に液絡が生じることを回避することができる。
【００１０】
なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態における電池冷却システムの全体構成を示す模式図である。
【図２】図１中の電池パックの断面図である。
【図３】図２中の単電池の斜視図である。
【図４】図２中の複数の単電池の上面図である。
【図５】第１実施形態における金属部品の断面図である。
【図６】冷却液が接した状態の比較例１の金属部品の断面図である。
【図７】冷却液が接した状態の第１実施形態の金属部品の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。
【００１３】
（第１実施形態）
図１に示す電池冷却システム１０は、電動車両に搭載される。以下では、電池冷却システム１０は、単に、システム１０と呼ばれる。電動車両は、走行用電動モータから車両走行用の駆動力を得る。電動車両としては、電気自動車、プラグインハイブリッド自動車、電動２輪等が挙げられる。電動車両の車輪数や車両用途は限定されない。電動車両には、走行用電動モータ、電池パック１等が搭載されている。
【００１４】
走行用電動モータは、電池パック１から供給された電力を車両走行用の動力に変換するとともに、減速時に車両の動力を電力に変換するモータジェネレータである。電池パック１は、走行用電動モータに電力を供給する車両走行用の電池である。電池パック１は、車両減速時に走行用電動モータから供給される電力を充電する。電池パック１は、車両停車時に外部電源（すなわち、商用電源）から供給される電力の充電が可能である。電池パック１は、充放電に伴い発熱する。システム１０は、電池パック１を冷却する。
【００１５】
システム１０は、電池パック１と、電池パック１を冷却する冷却液１２と、冷却液１２が流れる冷却回路１４とを備える。電池パック１の構成については、後述する。
【００１６】
冷却液１２は、電池パック１から受けた熱を輸送する。冷却液１２は、液状の基材と、オルト珪酸エステルとを含み、イオン性防錆剤を含まない。
【００１７】
基材は、冷却液１２のベースとなる材料である。液状の基材とは、使用状態で液体の状態であることを意味する。基材としては、凝固点降下剤が添加された水が用いられる。水が用いられるのは、水は熱容量が大きく、安価であり、粘性が低いからである。凝固点降下剤が用いられるのは、環境温度が氷点下であっても液体の状態を確保するためである。凝固点降下剤は、水に溶解し、水の凝固点を降下させる。凝固点降下剤としては、有機アルコール、例えば、アルキレングリコールまたはその誘導体が用いられる。アルキレングリコールとしては、例えば、モノエチレングリコール、モノプロピレングリコール、ポリグリコール、グリコールエーテル、グリセリンが単独または混合物として用いられる。凝固点降下剤としては、有機アルコールに限らず、無機塩等が用いられてもよい。
【００１８】
また、基材としては、凝固点降下剤が添加された水に替えて、有機溶剤が用いられてもよい。
【００１９】
オルト珪酸エステルは、基材に相溶する。オルト珪酸エステルは、冷却液１２に防錆の機能を持たせるための化合物である。オルト珪酸エステルが冷却液１２に含まれることで、冷却液１２は防錆の機能を有する。このため、冷却液１２にイオン性防錆剤が含まれなくてもよい。イオン防錆剤を含まないので、この冷却液１２は、イオン防錆剤を含む冷却液と比較して、導電率が低く、高い電気絶縁性を有する。
【００２０】
オルト珪酸エステルとしては、一般式（Ｉ）で示される化合物が用いられる。
【００２１】
【化１】
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一般式（Ｉ）において、置換基Ｒ１〜Ｒ４は、同じ又は異なり、かつ、炭素数１〜２０のアルキル置換基、炭素数２〜２０のアルケニル置換基、炭素数１〜２０のヒドロキシアルキル置換基、置換又は非置換の炭素数６〜１２のアリール置換基及び／又は式−（ＣＨ２−ＣＨ２−Ｏ）ｎ−Ｒ５のグリコールエーテル−置換基を表す。Ｒ５は、水素又は炭素数１〜５のアルキルを表す。ｎは、１〜５の数を表す。
【００２２】
オルト珪酸エステルの典型的な例は、純粋なテトラアルコキシシラン、例えば、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラ（ｎ−プロポキシ）シラン、テトラ（イソプロポキシ）シラン、テトラ（ｎ−ブトキシ）シラン、テトラ（ｔ−ブトキシ）シラン、テトラ（２−エチルブトキシ）シラン、又はテトラ（２−エチルヘキソキシ）シラン、並びにさらにテトラフェノキシシラン、テトラ（２−メチルフェノキシ）シラン、テトラビニルオキシシラン、テトラアリルオキシシラン、テトラ（２−ヒドロキシエトキシ）シラン、テトラ（２−エトキシエトキシ）シラン、テトラ（２−ブトキシエトキシ）シラン、テトラ（１−メトキシ−２−プロポキシ）シラン、テトラ（２−メトキシエトキシ）シラン又はテトラ［２−［２−（２−メトキシエトキシ）エトキシ］エトキシ］シランである。
【００２３】
オルト珪酸エステルとしては、一般式（Ｉ）において、置換基Ｒ１〜Ｒ４は、同じであり、かつ、炭素数１〜４のアルキル置換基又は式−（ＣＨ２−ＣＨ２−Ｏ）ｎ−Ｒ５のグリコールエーテル置換基を表し、Ｒ５は水素、メチル又はエチルを表し、ｎは１、２又は３の数を表す化合物が用いられることが好ましい。
【００２４】
オルト珪酸エステルは、冷却液１２の全体に対するケイ素の濃度が１〜１００００質量ｐｐｍとなるように、冷却液１２に含まれる。このケイ素の濃度は、１質量ｐｐｍ以上２０００質量ｐｐｍ以下であることが好ましい。また、このケイ素の濃度は、２０００質量ｐｐｍより高く１００００質量ｐｐｍ以下であることが好ましい。上記のオルトケイ酸エステルは、市販されているか又は１当量のテトラメトキシシランを、４当量の相応する長鎖アルコール又はフェノールで簡単にエステル交換し、メタノールを留去することにより製造可能である。
【００２５】
冷却液１２にイオン性防錆剤が含まれないため、冷却液１２の導電率は、冷却液１２にイオン系防錆剤が含まれる場合と比較して低い。冷却液１２の導電率は、５０μＳ／ｃｍ以下であり、好ましくは、１μＳ／ｃｍ以上５μＳ／ｃｍ以下である。
【００２６】
なお、冷却液１２には、オルト珪酸エステルに加えて、防錆剤としてのアゾール誘導体が含まれていてもよい。
【００２７】
冷却回路１４は、冷却器１６と、放熱器１８と、ポンプ２０と、ホース２２とを含む。
【００２８】
冷却器１６は、電池パック１と冷却液１２との熱交換によって、電池パック１から冷却液１２へ熱を移動させて、電池パック１を冷却する。冷却器１６を構成する部材を介して、電池パック１と冷却液１２とが熱交換するように、冷却器１６が構成されている。なお、電池パック１が冷却液１２に浸漬され、電池パック１と冷却液１２とが直接熱交換するように、冷却器１６が構成されていてもよい。
【００２９】
放熱器１８は、車両の外部の空気との熱交換によって、冷却液１２を放熱させる熱交換器である。図示しない送風機の作動によって、放熱器１８に空気が供給される。ポンプ２０は、冷却液１２を送る流体機械である。ホース２２は、冷却液１２が流れる流路を形成する流路形成部材である。冷却器１６と、放熱器１８と、ポンプ２０とは、ホース２２によって接続されている。これによって、冷却液１２が循環して流れる冷却回路１４が形成されている。
【００３０】
ポンプ２０が作動することによって、冷却器１６と放熱器１８との間を、冷却液１２が循環する。このとき、冷却器１６で、冷却液１２は電池パック１から熱を受ける。放熱器１８で、冷却液１２は熱を車両の外部の空気へ放出する。これにより、電池パック１が冷却される。
【００３１】
次に、電池パック１の構成について説明する。図２に示すように、電池パック１は、複数の単電池２が１つにまとめられたものである。具体的には、電池パック１は、複数の単電池２と、介在物３と、エンドプレート４と、バンド５とを有する。複数の単電池２は、一方向に積層されている。
【００３２】
図３に示すように、複数の単電池２のそれぞれは、＋極の電池端子２ａと−極の電池端子２ｂと、単電池ケース２ｃとを有する。電池端子２ａ、２ｂは、電力を出力する。単電池ケース２ｃは、単電池２の外殻を形成する。単電池ケース２ｃの形状は、直方体である。電池端子２ａ、２ｂおよび単電池ケース２ｃは、金属材料で構成されている。
【００３３】
電池端子２ａ、２ｂには、電池状態監視装置６が接続されている。電池状態監視装置６は、複数の単電池２のそれぞれの電圧、電流等の電池状態を監視する。電池状態監視装置６は、過充電、過放電等から複数の単電池２を保護するために、複数の単電池２のそれぞれの電池状態を制御する。
【００３４】
介在物３は、隣り合う単電池２の間や、エンドプレート４と単電池２との間に配置されている。介在物３は、合成樹脂材料等の絶縁材料で構成されている。
【００３５】
エンドプレート４は、複数の単電池２および介在物３が積層された積層体のうち積層方向での両端に配置されている。エンドプレート４は、金属材料で構成されている。
【００３６】
バンド５は、複数の単電池２を一体化させる一体化部材である。バンド５は、２つのエンドプレート４に固定されている。バンド５は、２つのエンドプレート４に挟まれた複数の単電池２をひとつにまとめている。バンド５は、金属材料で構成されている。
【００３７】
また、図４に示すように、電池パック１は、バスバー７を有する。バスバー７は、複数の単電池２のうち隣り合う単電池２の同極の電池端子２ａ、２ｂ同士を電気的に接続する接続部材である。バスバー７は、金属材料で構成されている。
【００３８】
本実施形態では、電池端子２ａ、２ｂ、単電池ケース２ｃ、エンドプレート４、バンド５およびバスバー７は、電池パック１を構成する金属部品である。また、電池端子２ａ、２ｂおよびバスバー７は、単電池２の放電時に電流が流れる。このため、電池端子２ａ、２ｂおよびバスバー７は、電池パック１の放電時に通電する活電部である。
【００３９】
図５に示すように、上記した金属部品２ａ、２ｂ、２ｃ、４、５、７は、金属材料で構成された本体部３０と、本体部３０を覆う電気絶縁性の被覆層３２とを有する。さらに、本体部３０は、母材３４と、母材３４の表面に形成された金属層３６とを有する。
【００４０】
母材３４は、鋼で構成されている。このため、母材３４には鉄が含まれる。金属層３６は、亜鉛めっき層である。このため、金属層３６には亜鉛が含まれる。亜鉛は、鉄よりもイオン化傾向が大きい金属材料である。本実施形態では、鉄が、母材３４に含まれる第１金属材料に相当する。亜鉛が、金属層３６に含まれる第１金属材料よりもイオン化傾向が大きい第２金属材料に相当する。
【００４１】
被覆層３２は、本体部３０の表面全域を覆っている。被覆層３２は、本体部３０の表面に定着している。被覆層３２は、粒径が１〜１００ｎｍの複数のシリカ粒子の集合体で構成されている。被覆層３２の形成方法は、次の通りである。上記サイズの複数のシリカ粒子が分散した分散液に本体部３０が浸漬される。その後、本体部３０の表面の分散液が乾燥され、分散液中の液体が除去される。これによって、被覆層３２が形成される。被覆層３２では、複数のシリカ粒子のうち隣り合うシリカ粒子同士が、分子間力によって、直接結合している。
【００４２】
次に、本実施形態のシステム１０の効果について説明する。図６に、比較例１の金属部品４０の断面図を示す。図６では、金属部品４０の表面に冷却液１２が触れている。比較例１の金属部品４０は、被覆層３２を有していない点で、本実施形態の金属部品２ａ、２ｂ、２ｃ、４、５、７と異なる。比較例１の金属部品４０の他の構成は、本実施形態の金属部品２ａ、２ｂ、２ｃ、４、５、７と同じである。
【００４３】
冷却回路１４から冷却液１２が漏れた場合を想定する。この場合、比較例１の金属部品４０の表面に冷却液１２が接していると、金属層３６から亜鉛イオン３６ａが溶出する。冷却液１２の亜鉛イオン３６ａの濃度が時間経過に伴って上昇する。これにより、漏れた冷却液１２の導電率が時間経過に伴って上昇する。漏れた冷却液１２の導電率が上昇すると、活電部に冷却液１２が接触している場合、活電部で液絡が発生する。
【００４４】
これに対して、本実施形態の金属部品２ａ、２ｂ、２ｃ、４、５、７は、本体部３０と、被覆層３２とを有している。このため、図７に示すように、漏れた冷却液１２が金属部品に接したときの金属層３６から冷却液１２への亜鉛イオン３６ａの溶出を抑制することができる。よって、漏れた冷却液１２の導電率の上昇を抑制することができる。
【００４５】
実際に、本発明者は、複数のシリカ粒子の集合体で構成された被覆層３２が形成されている金属部品と、この被覆層３２が形成されていない金属部品とのそれぞれを、冷却液１２に浸漬したときの時間経過に伴う導電率の変化を調べた。その結果、被覆層３２が形成されている金属部品を浸漬した冷却液１２の方が、被覆層３２が形成されていない金属部品を浸漬した冷却液１２と比較して、導電率の上昇が抑制されていた。
【００４６】
以上の説明の通り、本実施形態のシステム１０では、導電率が低い冷却液１２が用いられている。さらに、本実施形態のシステム１０によれば、漏れた冷却液１２の導電率の上昇を抑制することができる。この結果、冷却液１２の漏洩時に液絡が生じることを回避することができる。
【００４７】
また、本実施形態のシステム１０では、活電部である電池端子２ａ、２ｂおよびバスバー７は、被覆層３２を有している。このため、冷却液１２の漏洩時に、電池端子２ａ、２ｂおよびバスバー７に冷却液１２が接しても、液絡が生じない。
【００４８】
なお、本実施形態では、被覆層３２は、本体部３０の表面全域を覆っている。しかしながら、被覆層３２は、本体部３０の表面全域を覆っていなくてもよい。
【００４９】
また、本実施形態では、母材３４に含まれる第１金属材料は鉄であり、金属層３６に含まれる第２金属材料は亜鉛である。しかしながら、第１金属材料、第２金属材料は、他の金属材料であってもよい。
【００５０】
ただし、第２金属材料として、第１金属材料よりもイオン化傾向が大きい金属材料が用いられていることが好ましい。この場合に、金属部品が被覆層３２を有していないと、金属層３６から冷却液１２に金属イオンが溶出しやすい。このため、この場合に、金属部品が被覆層３２を有することが、特に有効である。
【００５１】
また、本実施形態では、本体部３０は、母材３４と、金属層３６とを有する。しかしながら、本体部３０は、金属層３６を有していなくてもよい。この場合であっても、金属部品が被覆層３２を有していないと、母材３４から冷却液１２に金属イオンが溶出する。これに対して、金属部品が被覆層３２を有することで、母材３４から冷却液１２への金属イオンの溶出を抑制することができる。
【００５２】
（他の実施形態）
（１）第１実施形態では、電池端子２ａ、２ｂ、単電池ケース２ｃ、エンドプレート４、バンド５およびバスバー７の全部が、被覆層３２を有する。しかしながら、これらの金属部品の少なくとも１つが、被覆層３２を有していればよい。この場合であっても、被覆層３２を有していない場合と比較して、金属イオンの溶出を抑制できる。
【００５３】
（２）第１実施形態では、被覆層３２を有する金属部品は、電池端子２ａ、２ｂ、単電池ケース２ｃ、エンドプレート４、バンド５およびバスバー７である。しかしながら、被覆層３２を有する金属部品は、これらに限られず、電池パック１を構成する他の金属部品であってもよい。
【００５４】
（３）第１実施形態では、被覆層３２は、複数のシリカ粒子の集合体で構成されている。しかしながら、被覆層３２は、合成樹脂材料等の他の電気絶縁性の材料で構成されていてもよい。
【００５５】
（４）本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能であり、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の材質、形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の材質、形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その材質、形状、位置関係等に限定されるものではない。
【００５６】
（まとめ）
上記各実施形態の一部または全部で示された第１の観点によれば、複数の単電池を有する車両走行用の電池パックを冷却する電池冷却システムは、電池パックと、電池パックを冷却する冷却液と、電池パックと冷却液とを熱交換させて電池パックを冷却する冷却器と、冷却液の熱を放出させる放熱器とを備える。冷却液は、液状の基材と、基材に相溶するオルト珪酸エステルとを含み、イオン系防錆剤を含まない。電池パックの金属部品は、金属材料で構成された本体部と、本体部を覆う電気絶縁性の被覆層とを有する。
【００５７】
また、第２の観点によれば、金属部品は、電池パックの放電時に通電する活電部である。これによれば、活電部が被覆層を有することで、冷却液の漏洩時に活電部に冷却液が接しても、液絡が生じない。
【００５８】
また、第３の観点によれば、本体部は、第１金属材料を含む母材と、母材の表面に形成され、第１金属材料よりもイオン化傾向が大きい第２金属材料を含む金属層とを有する。
【００５９】
本体部がこのように構成されていて、金属部品が被覆層を有していない場合、本体部に冷却液が触れていると、金属層から冷却液に金属イオンが溶出しやすい。このため、本体部がこのように構成されている場合に、金属部品が被覆層を有することが、特に有効である。
【００６０】
また、第４の観点によれば、被覆層は、粒径が１〜１００ｎｍのシリカ粒子の集合体で構成されている。具体的には、このように構成された被覆層を用いることができる。
【符号の説明】
【００６１】
１      電池パック
１２    冷却液
１６    冷却器
１８    放熱器
３０    本体部
３２    被覆層
【図１】
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【図２】
2020107443.tif 000005
【図３】
2020107443.tif 000006
【図４】
2020107443.tif 000007
【図５】
2020107443.tif 000008
【図６】
2020107443.tif 000009
【図７】
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