(57)【要約】【課題】二次電池は低温時には出力が低下する傾向にある。このため、低温環境下で起動する場合、充分な出力を得られない恐れがあり、暖機設備が考案された。上記従来の冷却／暖機設備は冷却水循環系内に冷却のための熱交換器と保温のための蓄熱装置を有し、装置が大型化した。しかし、車両用電池としては搭載スペースに限りがあるため装置の小型化が必要であった。本発明は車両用電池の冷却／暖機設備の小型化を目的としている。【解決手段】本発明では二次電池の冷却液を用いた冷却装置と二次電池の温度検出手段と車両の停止を検出する手段を有し、車両が停止し、二次電池温度が所定値以下になった際に、冷却液の流路を遮断し、二次電池の温度低下を緩和する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載される二次電池を複数備える二次電池モジュールと
冷却液を有し、前記二次電池モジュールを冷却する冷却手段と
前記冷却液の流路を遮断する遮断手段と
前記二次電池の温度を検出する温度検出手段と
前記車両の停止を検出する停止検出手段と
前記二次電池の温度及び前記車両の停止の情報に基づいて、前記遮断手段を制御する制御手段とを有し、
前記制御手段は、前記車両が停止し、且つ、前記二次電池の温度が所定値以下になった場合に前記冷却液の流路を遮断することを特徴とする二次電池の温度調整装置。
【請求項２】
請求項１記載の二次電池の温度調整装置において
前記遮断手段が電磁弁で構成されていることを特徴とする二次電池の温度調整装置。
【請求項３】
請求項１記載の二次電池の温度調整装置において
前記遮断手段が断熱構造または断熱材で構成されていることを特徴とする二次電池の温度調整装置。
【請求項４】
請求項１記載の二次電池の温度調整装置において
前記遮断手段の熱伝導率は、前記冷却液の熱伝導率よりも低いことを特徴とする二次電池の温度調整装置。
【請求項５】
請求項１記載の二次電池の温度調整装置において
前記停止検出手段は、イグニッションキーのＯＦＦ，車内の対人センサー、またはシートの重量センサーのいずれかであることを特徴とする二次電池の温度調整装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池の温度を調節する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化や枯渇燃料の問題から電気自動車（ＥＶ）や駆動の一部を電気モーターで補助するハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）が各自動車メーカーで開発され、その電源として高容量で高出力な二次電池が求められるようになってきた。このような要求に合致する電源として、高電圧を有する非水溶液系のリチウム二次電池が注目されている。なお、円筒型に加えて角形リチウム二次電池もパック化した際の体積効率が優れているため、ＨＥＶ用あるいはＥＶ用として角形リチウム二次電池の開発も併せて期待が高まっている。
【０００３】
一方、二次電池は入出力特性に温度依存性があり、低温時には出力が低下する傾向にある。このため、車両用電池の冷却／暖機設備に関する技術も提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−４２８４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
二次電池は低温時には出力が低下する傾向にある。このため、低温環境下で起動する場合、充分な出力を得られない恐れがあり、暖機設備が考案された。上記従来の冷却／暖機設備は冷却水循環系内に冷却のための熱交換器と保温のための蓄熱装置を有し、装置が大型化した。しかし、車両用電池としては搭載スペースに限りがあるため装置の小型化が必要であった。本発明は車両用電池の冷却／暖機設備の小型化を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明では二次電池の冷却液を用いた冷却装置と二次電池の温度検出手段と車両の停止を検出する手段を有し、車両が停止し、二次電池温度が所定値以下になった際に、冷却液の流路を遮断し、二次電池の温度低下を緩和する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば車両の停止時に冷却液によって二次電池を保温することにより、起動の際の電池温度を高く保つための暖機設備を小型化できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】二次電池の温度調整装置の概略図である。
【図２】円筒形リチウムイオン二次電池の構造を示す分解斜視図である。
【図３】円筒型電池の概略断面図である。
【図４】二次電池の温度調整制御の概念図である。
【図５】流路遮断の制御方法の概念図である。
【図６】流路遮断の構造の概略図である。
【図７】リチウムイオン二次電池の温度特性を示す図である。
【図８】リチウムイオン二次電池の温度劣化特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図１から図６により本発明を実施するための形態を説明する。
【００１０】
図２は車両用二次電池の１つである円筒形リチウムイオン二次電池の構造を示す分解斜視図である。なお、ここでは円筒形のリチウムイオン二次電池を例にとって構造を説明するが、本発明は低温で出力が低下するリチウムイオン二次電池であれば、角型等の様々な形状のリチウムイオン二次電池に適用可能である。正極電極１４はアルミニウム等の金属薄膜であり、両面に正極合剤１６が塗布されている。図中上方の長辺部には正極タブ１２が複数設けられている。負極電極１５は銅等の金属薄膜であり、両面に負極合剤１７が塗布されている。図中下方の長辺部には負極タブ１３が複数設けられている。
【００１１】
これら正極電極１４と負極電極１５を樹脂製の軸芯７の周囲に多孔質で絶縁性を有するセパレータ１８を介して捲回し、最外周のセパレータをテープ１９で止めて、電極群８を構成する。この際、軸芯７に接する最内周はセパレータ１８であり、最外周は負極電極１５を覆うセパレータ１８である。
【００１２】
管状の軸芯７の両端には正極集電板５と負極集電板６が嵌め合いにより固定されている。正極集電部品５には正極タブ１２が、例えば、超音波溶接法により溶接されている。同様に負極集電部品６には負極タブ１３が、例えば、超音波溶接法により溶接されている。負極の端子を兼ねる電池容器１の内部には、樹脂製の軸芯７を軸として捲回された電極群８に、正極，負極の集電板５，６が取り付けられて、収納されている。この際、負極の集電板６は負極リード（図示せず）を介して電池容器１に電気的に接続される。その後、非水電解液が電池容器１内に注入される。また、電池容器１と上蓋ケース４との間にはガスケット２が設けられ、このガスケット２により電池容器１の開口部を封口するとともに電気的に絶縁する。正極集電板５の上には電池容器１の開口部を封口するように設けられた電導性を有する上蓋部があり、上蓋部は上蓋３と上蓋ケース４からなる。上蓋ケース４に正極リード９の一方が溶接され、他方が正極集電部品５に溶接されることによって上蓋部と電極群８の正極が電気的に接続される。
【００１３】
正極合剤１６は、正極活物質と、正極導電材と、正極バインダを有する。正極活物質は、リチウム酸化物が好ましい。例として、コバルト酸リチウム，マンガン酸リチウム，ニッケル酸リチウム，リン酸鉄リチウム，リチウム複合酸化物（コバルト，ニッケル，マンガンから選ばれる２種類以上を含むリチウム酸化物）、などが挙げられる。正極導電材は、正極合剤中におけるリチウムイオンの吸蔵放出反応で生じた電子の正極電極への伝達を補助できる物質であれば制限はない。正極導電材の例として、黒鉛やアセチレンブラックなどが挙げられる。正極バインダは、正極活物質と正極導電材、及び正極合剤と正極集電体、を結着させることが可能であり、非水電解液との接触により、大幅に劣化しなければ特に制限はない。正極バインダの例としてポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）やフッ素ゴムなどが挙げられる。正極合剤の形成方法は、正極電極上に正極合剤が形成される方法であれば制限はない。正極合剤の形成方法の例として、正極合剤の構成物質の分散溶液を正極電極上に塗布する方法が挙げられる。塗布方法の例として、ロール塗工法，スリットダイ塗工法、などが挙げられる。分散溶液の溶媒例として、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）や水が挙げられる。
【００１４】
負極合剤１７は、負極活物質と、負極バインダと、増粘剤とを有する。なお、負極合剤１７は、アセチレンブラックなどの負極導電材を有しても良い。本発明では、負極活物質として、黒鉛炭素を用いることが好ましい。黒鉛炭素を用いることにより、大容量が要求されるプラグインハイブリッド自動車や電気自動車向けのリチウムイオン二次電池が作製できる。負極合剤１７の形成方法は、負極電極１５上に負極合剤１７が形成される方法であれば制限はない。負極合剤１７の形成方法の例として、負極合剤１７の構成物質の分散溶液を負極電極１５上に塗工する方法が挙げられる。塗工方法の例として、ロール塗工法，スリットダイ塗工法、などが挙げられる。
非水電解液は、リチウム塩がカーボネート系溶媒に溶解した溶液を用いることが好ましい。リチウム塩の例として、フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ6），フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ6）、などが挙げられる。また、カーボネート系溶媒の例として、エチレンカーボネート（ＥＣ），ジメチルカーボネート（ＤＭＣ），プロピレンカーボネート（ＰＣ），メチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）、或いは上記溶媒の１種類以上から選ばれる溶媒を混合したもの、が挙げられる。
【００１５】
図３に円筒型電池の概略断面図を示す。樹脂製の軸芯７の周囲に捲回された電極群８には、正極，負極の集電板５，６が取り付けられて、電池容器１内に収納されている。電極群８のうち、負極の電極は負極の集電板６に溶接等で接続され、負極のリード１０を介して、電池容器１に電気的に接続されている。
【００１６】
電池容器１内に電極群８と正極，負極の集電板５，６が収納された後、軸芯７の中央に溶接冶具を通して、電池容器１の缶底と負極のリード１０を溶接する。その後、電池容器１内に電解液が注入される。正極の集電板５の上には電池容器１の開口部を封口するように設けられた電導性を有する上蓋部があり、上蓋部は上蓋３と上蓋ケース４からなる。上蓋ケース４に正極リード９の一方が溶接され、他方が正極集電部品５に溶接されることによって上蓋部と電極群８の正極が電気的に接続される。電池容器１と上蓋ケース４との間にはガスケット２が設けられ、このガスケット２により電池容器１の開口部を封口するとともに電池容器１と上蓋ケース４とを電気的に絶縁する。これにより、二次電池１１が構成される。
【００１７】
図１は本発明における二次電池１１の温度調整装置の概略構造を示している。二次電池１１は冷却するための液（冷却液３１）を充填している二次電池モジュール３２内に配置されており、車両稼働時には、冷却液３１は冷却通路３５，３７と放熱部３６を循環し、二次電池モジュール３２内で発生した熱量を放出する構造となっている。二次電池モジュール３２と冷却通路３５，３７は遮断弁３４で接続されている。また、それら以外に、車両停止の情報と二次電池の温度を監視して遮断弁３４，３８の開閉を制御する制御装置３３を有している。なお、流路の遮断弁３４，３８の熱伝導率は冷却液３１の熱伝導率よりも低い。これにより、流路を遮断した際に冷却液３１と二次電池モジュール３２との間で遮断弁３４を介して移動する熱量を減らす効果がある。なお、放熱部を冷却装置ともいう。
【００１８】
車両稼働時には二次電池１１から充放電による発熱があり、二次電池１１を冷却液３１で冷却するシステムとなっているが、その際、遮断弁３４，３７は開放状態であり、制御装置３３からの閉鎖指令は出ない。
【００１９】
一方、車両が停止した際には、制御装置３３に車両状態の情報が入力され、二次電池１１の温度が温度センサー３９により検出され、５０℃以下になった時点で、遮断弁３４，３８を閉鎖する指令を出す。それにより、遮断弁３４，３８が閉鎖し、二次電池モジュール３２と冷却通路３５，３７内の冷却液３１が遮断される。なお、５０℃を閾値としている理由は図８を用いて後述する。
【００２０】
それにより、二次電池モジュール３２内に残された冷却液３１は車両稼働時に発生した熱をそのまま保持することとなる。即ち、冷却液３１が車両停止後には蓄熱液として働き、次回の稼働時まで二次電池１１の温度を保温することができる。
【００２１】
なお、車両の起動時には、制御装置３３より遮断弁３４，３８の開放指令を出し、それにより、遮断弁３４，３８が開放し、冷却液３１の循環が開始される。
遮断弁３４，３８は例えば電磁弁である。また、遮断弁３４，３８は断熱構造または断熱材でできており、車両停止期間の冷却液３１からの熱の逃げを防止するので、蓄熱に対してより効果を発揮する。
【００２２】
図４に二次電池の温度調整制御の概念図を示す。車両の停止は車両の起動を行うイグニッションキー５１のＯＦＦにより、検出する。または、運転席に設けた対人センサー５２あるいは運転席の座席に設けた重量センサー５３等により、運転者の有無を検出し、これにより、車両の停止を検出する。尚、運転者の有無の検出は一例であり、この限りではない。車両の特徴に応じて、運転者の有無の検出は自由に変化して良い。
【００２３】
本実施形態では制御装置３３がイグニッションキー５１のＯＦＦにより車両の停止を検出し、運転席に設けた対人センサー５２あるいは運転席の座席に設けた重量センサー５３等により、運転者の有無を検出、二次電池モジュール３２内の温度センサー３９により、検出された温度が所定値以下になったら、二次電池モジュール３２と放熱部３６をつなぐ冷却通路３５，３７を遮断弁３４，３８により閉鎖する。
【００２４】
図５に流路遮断の制御方法の概念図を示す。車両停止の情報は、イグニッションキー５１のＯＦＦで検出し、運転者の有無を車内の対人センサー５２，シートの重量センサー５３等で検出し、二次電池モジュール３２内の温度センサー３９が所定温度以下になったら、冷却液の流路を遮断する。
【００２５】
図６に遮断弁３８の構造概略図を示す。二次電池モジュール３２は遮断弁３８を介して、冷却通路３７により、放熱部３６につながっている。遮断弁３８は、遮断部４１，開放側コイル４２，開放側磁石４３，閉鎖側コイル４４，閉鎖側磁石４５を有する。図は冷却液３１の流路が開放されている場合を示す。制御装置３３から開放側コイル４２に通電することで、電磁力を発生させ、開放側磁石４３を引き付ける。開放側磁石４３，遮断部４１，閉鎖側磁石４５は一体であり、遮断部４１が冷却通路３７から外れて、冷却液３１の流路が開放される。
【００２６】
冷却液３１の流路が遮断される場合は、制御装置３３から閉鎖側コイル４４に通電することで、電磁力を発生させ、閉鎖側磁石４５を引き付ける。これにより、遮断部４１が冷却通路３７を遮断する。尚、遮断部４１は冷却液３１の流路を遮断することが目的であり、二次電池モジュール３２，冷却通路３７を密閉する必要は無い。遮断部４１は冷却液３１の熱的遮断を目的としており、熱伝導率は冷却液３１の熱伝導率より低く、例えば断熱セラミック等で形成されている。遮断弁３８の構造は一例に過ぎず、例えば、ばねのような弾性部材と一組の磁石−コイルの組み合わせによるものでも良いのは言うまでもない。また、遮断弁３４も同一の構造でよく、説明は省略する。
【００２７】
図７はリチウムイオン二次電池の温度特性を示す図である。横軸は電池のＳＯＣで、縦軸は出力であり、ここでは、０℃，−１０℃，−２０℃，−３０℃の場合の電池のＳＯＣと出力の関係を示す。図７で明らかなように、リチウムイオン二次電池は低温時に出力が低下する傾向にあるため、本実施形態の構成を採用して停止時にリチウムイオン二次電池を保温することで、起動時の出力低下を緩和できる。
【００２８】
図８はリチウムイオン二次電池の温度劣化特性を示す図である。横軸は保存時の温度であり、縦軸は一定期間置いた後の容量維持率と出力維持率であり、初期状態を１００％として算出している。この図から、電池温度が高いときほど容量維持率と出力維持率が低下することが分かる。従って、リチウムイオン二次電池の劣化を極力防ぐためには、電池温度は低い方が望ましい。
【００２９】
また、ある電池温度がある温度領域を超えると、容量維持率と出力維持率が急激に低下することがわかる。従って、温度センサー３９により検出された温度がこの所定の温度以下になった場合に冷却液３１の流路を遮断するのが適切である。なお、図８ではその温度領域はおよそ５０℃を中心とした領域である。
【符号の説明】
【００３０】
１  電池容器
８  電極群
１１  二次電池
３１  冷却液
３２  二次電池モジュール
３３  制御装置
３４，３８  遮断弁
３５，３７  冷却通路
３６  放熱部
３９  温度センサー
４１  遮断部
４２  開放側コイル
４３  開放側磁石
４４  閉鎖側コイル
４５  閉鎖側磁石
５１  イグニッションキー
５２  対人センサー
５３  重量センサー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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