(57)【要約】【課題】蓄熱部材１０の大きさを小さくすることができる電池パック１を提供する。【解決手段】複数の単位電池を構成するセル３をケース４の内部空間５に収納した電池パック１は、セル３および内部空間５を密閉して包囲するケース４と、ケース４内に配置された内部送風機９とを備える。かつ、ケース４内に配置され、潜熱を利用して蓄熱する蓄熱部材１０を備える。内部送風機９は、ケース４内の流体を、ケース４の内面と、セル３と、蓄熱部材１０とを一巡して通過するように循環路２０において循環させる。電池パック１は、循環路２０にセル３と蓄熱部材１０とを並存させ、ケース４の内壁から外部に放熱させるとともに、蓄熱部材１０に蓄熱する。蓄熱部材１０は矢印Ｙ３１等によって示す循環路２０の流体と熱交換し易くするための熱交換用フィン１０ｆを有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の単位電池を構成するセル（３）をケース（４）の内部空間（５）に収納した電池パック（１）において、
前記セル（３）および前記内部空間（５）を密閉して包囲する前記ケース（４）と、
前記ケース（４）内に配置された内部送風機（９）と、
前記ケース（４）内に配置され、前記セル（３）が発生する熱を蓄熱する蓄熱部材（１０）と、を備え、
前記内部送風機（９）によって、前記ケース（４）内の流体を、前記ケース（４）の内面と、前記セル（３）と、前記蓄熱部材（１０）とを一巡して通過させる循環路（２０）が形成され、
前記循環路（２０）には、前記セル（３）と前記蓄熱部材（１０）とが存在し、
前記流体は、前記ケース（４）の内壁から外部に放熱し、前記蓄熱部材（１０）は、前記流体の熱を蓄熱することを特徴とする電池パック。
【請求項２】
前記蓄熱部材（１０）は、潜熱を利用して融点を越える熱を蓄熱する潜熱方式の蓄熱剤を含むことを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
【請求項３】
更に、前記内部送風機（９）を制御する制御装置（１２）を備え、
前記制御装置（１２）に所定温度値が記憶され、前記セル（３）の温度が前記所定温度値に達する前の温度で前記蓄熱部材（１０）が、前記潜熱により蓄熱を開始することを特徴とする請求項２に記載の電池パック。
【請求項４】
更に、前記内部送風機（９）を制御する制御装置（１２）を備え、
前記制御装置（１２）には、第１風量と、前記第１風量よりも風量が多い第２風量とが記憶され、
前記制御装置（１２）は、前記ケース（４）内の温度に基づいて前記内部送風機（９）から第１風量が流れるように前記内部送風機（９）を制御し、
前記制御装置（１２）は、前記ケース（４）内の温度に基づいて前記内部送風機（９）から第２風量が流れるように前記内部送風機（９）を制御し、
前記内部送風機（９）が前記第２風量を送風した後に、前記蓄熱部材（１０）が前記潜熱により蓄熱を開始することを特徴とする請求項２に記載の電池パック。
【請求項５】
前記循環路（２０）を前記流体が循環するときに、前記流体が、前記セル（３）を通過してから、前記蓄熱部材（１０）を通過して前記内部送風機（９）に戻ることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の電池パック。
【請求項６】
前記循環路（２０）を前記流体が循環するときに、前記流体が、前記蓄熱部材（１０）を通過してから、前記セル（３）を通過して前記内部送風機（９）に戻ることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の電池パック。
【請求項７】
前記蓄熱部材（１０）が前記潜熱を蓄積し始める前記融点は、前記セル（３）の寿命を保証できる温度である寿命保障温度より低いことを特徴とする請求項２ないし４のいずれか一項に記載の電池パック。
【請求項８】
前記蓄熱部材（１０）は、内部に蓄熱剤を内蔵し、前記蓄熱剤と前記循環路（２０）を循環する前記流体とが熱交換するように、熱交換用フィンが設けられていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載の電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単位電池を成すセルを複数接続した電池パックに関する。特には、車両の走行用電力を蓄える電池パックの温度調整構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１に記載の高温電池用保温容器が知られている。この特許文献１は、高温電池の発熱を容器内部に蓄熱して高温を維持するための熱源として利用し、発熱が外部に逃げないようにした高性能の断熱性能を有する保温容器により実現するものである。
【０００３】
そのために、特許文献１では、高温電池を高温に保持する真空断熱保温容器に、塩類の潜熱を利用した蓄熱材料を入れて高温電池とともに収納している。これにより塩類の潜熱を利用して、高温電池の充電・放電時の発熱が蓄熱材料に蓄熱され、発熱が終ったときに、蓄熱された熱エネルギーを容器内部の高温維持のために利用する。このとき、容器内部の温度は蓄熱材料の融点に保たれ、高温電池の動作温度維持のためのエネルギーは基本的には必要としないものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−２２６２２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１の技術によると、真空断熱保温容器に収納された電池の発熱を全て蓄熱材料が吸収する為、多くの蓄熱材料が必要となる。よって、コストおよび体格が大きくなる。
【０００６】
本発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目して成されたものであり、その目的は、蓄熱部材の大きさを小さくすることができる電池パックを提供することにある。
【０００７】
従来技術として列挙された特許文献の記載内容は、この明細書に記載された技術的要素の説明として、参照によって導入ないし援用することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記目的を達成するために、下記の技術的手段を採用する。すなわち、本発明の一つでは、複数の単位電池を構成するセル（３）をケース（４）の内部空間（５）に収納した電池パック（１）において、セル（３）および内部空間を密閉して包囲するケース（４）を備える。かつ、ケース（４）内に配置された内部送風機（９）と、を備える。また、ケース（４）内に配置され、セル（３）が発生する熱を蓄熱する蓄熱部材（１０）を備える。そして、内部送風機（９）によって、ケース（４）内の流体を、ケース（４）の内面と、セル（３）と、蓄熱部材（１０）とを一巡して通過するように循環路（２０）に循環させる。これにより、循環路（２０）にセル（３）と蓄熱部材（１０）とを存在させ、ケース（４）の内壁から外部に放熱させるとともに、蓄熱部材（１０）に蓄熱する。
【０００９】
この発明によれば、ケース（４）内の流体を、ケース（４）の内面と、セル（３）と、蓄熱部材（１０）とを一巡して通過するように循環路（２０）に循環させ、循環路（２０）にセル（３）と蓄熱部材（１０）とを存在させている。これにより、内部送風機（９）によるケース（４）内流体の流動によりケース（４）の外部に放熱すると共に蓄熱部材（１０）に蓄熱させている。従って、蓄熱部材（１０）の蓄熱材料が少量ですむ。また、蓄熱部材（１０）が蓄熱した熱をセル（３）の保温に用いることができるため、セル（３）の保温効果が優れる。これにより、セル（３）は、充放電効率が優れる温度に管理され、電池寿命を長くすることができる。
【００１０】
次に、本発明の一つでは、蓄熱部材（１０）は、潜熱を利用して融点を越える熱を蓄熱する潜熱方式の蓄熱剤を含む。これによれば、蓄熱部材（１０）内で状態変化が発生するまではケース（４）から外部に放熱し、蓄熱部材（１０）内で状態変化が発生してから、熱量が潜熱を利用して蓄熱される。このことにより、蓄熱部材（１０）の蓄熱材料が少量ですむ。更に、蓄熱部材（１０）の潜熱を利用して蓄熱するため、セル（３）の温度が安定し保温効果が優れる。なお、少なくとも潜熱方式の蓄熱剤を含んでいればよく、顕熱方式の蓄熱剤は含まれていても含まれていなくても良い。
【００１１】
次に、本発明の一つでは、制御装置（１２）に所定温度値が記憶され、セル（３）の温度が所定温度値に達する前の温度で蓄熱部材（１０）が、潜熱により蓄熱を開始する。セル（３）の発熱に伴いケース（４）の表面から外部に放熱していくが、放熱量が多くなると、ケース（４）内の内部温度および表面温度が上昇していく。しかし、ケース（４）での放熱には限界があり、ケース（４）の放熱能力をセル（３）の発熱が越える時がある。これによって、セル（３）の温度が所定温度値を超えることが考えられるが、このセル（３）の温度が所定温度値を超える前の段階で、蓄熱部材（１０）が潜熱としてケース（４）内部の熱を蓄熱するようにされている。よって、セル（３）の温度が所定温度値を超える頻度が少ない。従って、セル（３）温度の過上昇を抑制し電池効率および寿命を改善できる。
【００１２】
次に、本発明の一つでは、更に、内部送風機（９）を制御する制御装置（１２）を備える。また、制御装置（１２）は、ケース（４）内の温度に基づいて内部送風機（９）から第１風量が流れるように内部送風機（９）を制御し、かつ内部送風機（９）から第１風量よりも風量が多い第２風量が流れるように内部送風機（９）を制御する。そして、蓄熱部材（１０）が潜熱により蓄熱を開始するのは、内部送風機（９）が第２風量を送風した後である。この発明によれば、先ず、内部送風機（９）によってケース（４）を介して外部に放熱し、次に、蓄熱部材（１０）に蓄熱してそれ以上温度が上がらないようにすることができる。
【００１３】
なお、特許請求の範囲および上記各手段に記載の括弧内の符号ないし説明は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を分かり易く示す一例であり、発明の内容を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態における電池パックの内部構成とインバータの接続部分とを示す概略構成図である。
【図２】上記実施形態における制御を示すフローチャートである。
【図３】本発明の第２実施形態を示す電池パック内の構成を示す概略構成図である。
【図４】本発明の第３実施形態を示す電池パックの内部構造を透視して示す概略構成図である。
【図５】図４の矢印Ｖ方向から見た電池パックの内部構造を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部を説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。
【００１６】
各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示していなくても実施形態同士を部分的に組合せることも可能である。
【００１７】
（第１実施形態）
以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部を説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。
【００１８】
各実施形態で具体的に組合せが可能であることを明示している部分同士の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示していなくても実施形態同士を部分的に組合せることも可能である。
【００１９】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図１を用いて詳細に説明する。図１は、電池パック１とインバータ２の接続部分とを示している。複数の単位電池を構成するセル３をケース４の内部空間５に収納して電池パック１が構成されている。電池パック１は、ＤＣ−ＤＣコンバータ（ＤＤＣとも記す）６を介してインバータ２に接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ６はインバータ２の交流出力を適度な電圧の直流に変換する。
【００２０】
複数のセル３間には隙間７が設けられて、セル３が並んで配置されている。セル３から内部空間５へ熱を放散させる放熱手段の一部をセルの側面８が形成している。セル３の側面８同士が隙間７を介して相対向し、この間に流体となる空気が矢印Ｙ１１のように流れる。
【００２１】
ケース４は、セル３を密閉して包囲する少なくとも６面を有する箱型の形状を有するアルミニウム板または鉄板の成型品であり、図１では省略しているが、アッパーケースとロアケースとを接合することで、密閉された内部空間５が形成されている。また、ケース４の内面または外面に放熱面積を大きくするために図示しない凹凸が形成されていることが好ましい。ケース４は、以上のように密閉構造であるが、図１は内部の構成がわかるように内部を透視した形態で概略的に図示している。
【００２２】
ケース４内に内部送風機９が配置されている。この内部送風機９は、シロッコファンまたは軸流ファンで形成することができる。内部送風機９によって、ケース４内の空気を、ケース４の内面、セル３の表面および隙間７を通過するように循環させる。これによりケース４の内壁全面から外部にセル３で発生した熱が放熱される。内部送風機９は、ケース４の外部に流体となる空気を漏らすことなく循環させる。
【００２３】
セル３の放熱手段の他の一つは、セル３に接続され放熱のために湾曲した放熱用バスバー（湾曲バスバー）１１から成る。放熱用バスバー１１は、導電性の金属板から成り、隣接するセル３同士を電気的に接続するものである。この接続のために通常必要な長さを超える長さを持つように放熱用バスバー１１は、山型に大きく湾曲して形成されている。
【００２４】
内部送風機９は、セル監視部（セル監視モジュール）１２に内蔵された制御装置（制御装置１２とも記す）によって制御される。セル３の温度をセル監視モジュール１２がモニターしているため、このセル３の温度に基づいて、内部送風機９の回転数が制御される。
【００２５】
また、セル３の温度には所定の上限値が設定され、セル３の温度が、この上限値を超えた場合には、制御装置１２がこれを検知し、警報を発生する等の処置を行う。後述する蓄熱剤が、物質の固−液間の相変化、転移の際に外部とやりとりされる潜熱を熱エネルギーとして蓄積するのは、上記上限値を超える場合である。
【００２６】
セル３は、電池パック１から電流が取り出される出力時および電池パック１が充電される入力時に自己発熱する。このセル３の自己発熱により、セル３の温度を上げるときは、内部送風機９から第１風量が流れるように内部送風機９が運転されるか、または、内部送風機９が停止される。
【００２７】
一方、セル３を冷却してセル３の温度を下げるときは、第１風量よりも風量が多い第２風量が内部送風機９から流れるように内部送風機９が運転される。第２風量は、乱流効果を発揮させるために、予め実験（シュミレーションを含む）で定めた所定風量以上の風量である。
【００２８】
内部送風機９の風量が少ないと、一部のセル３にしか風が当たらなかったり、風の分布が不均一に成ったりする。風量を大きくしていくと、風がケース４内の種々の部分に当たり、乱流と成って、均一にセル３の群を冷却出来るようになる。これを本発明では乱流効果と称することにする。
【００２９】
更に、送風量を上げてもよいが、内部送風機９の電力消費量が増加する。従って、セル３の群を均一に冷却するために、予め乱流効果が発揮される最低風量を実験により求めておく。
【００３０】
ケース４の外周の一部を覆うカバー１３が設けられている。少なくともカバー１３の内面は平坦である。またカバー１３は、ケース４の隣接する２面１４、１５を覆う断面が屈曲した形状を有する。
【００３１】
カバー１３の内表面とケース４の外表面との間の外部隙間１６に、矢印Ｙ１２のように風を送る外部送風機１７を備えている。この外部送風機１７が回転すると、外部隙間１６が比較的単純な空気通路であるため、外部隙間１６に風がスムーズに流れる。つまり、通風抵抗が少ない。一般に通風抵抗が少ない部分に風を流すと送風機の騒音が小さいことが知られている。このため、騒音を少なくするには、外部隙間１６は、ケースの６面のうちの一面を覆う平坦な一枚のカバー１３とケース４の少なくとも一面１４の間に形成されていることが望ましい。
【００３２】
ケース４内部に、セル３の少なくとも電圧と温度とを監視するセル監視部を成すセル監視モジュール１２と、ジャンクションボックス（Ｊ／Ｂ）１３０と、サービスプラグ１４０と、蓄熱部材１０とを内蔵している。
【００３３】
ジャンクションボックス１３０は、電池モジュール群を成すセル３の所定の接続端子間を連結する電流制御機器であり、絶縁カバーの内部に電流線を流れる電流をオンオフするリレーおよび抵抗類を収納する。
【００３４】
サービスプラグ１４０は、セル３の所定の接続端子間を連結する電流制御機器であり、電流線に接続されているセル３の群を非導通状態および導通状態にできる抜き取り式のプラグである。例えば、サービスプラグ１４０は、メンテナンス時に操作される非通電用のスイッチであり、プラグを抜けば電流が流れない状態を外部から目視できるものであり、電池パック１の回路を強制的に切断することができる。サービスプラグ１４０は、抜き取り可能な把手部を含むプラグがケース４の外部に露出する形態で、土台部がケース４に固定されている。
【００３５】
蓄熱部材１０は、この蓄熱部材１０の周囲を流れるケース４内流体（空気）の温度が上昇していくと、蓄熱部材１０の温度も上昇し、顕熱を蓄積する。更に温度が上昇し蓄熱部材１０内の蓄熱剤の融点を越えると、蓄熱部材１０内の蓄熱剤は融解し融解に伴う融解熱を吸収し始める。これによって、電池（セル３）温度の上昇を抑制できる。内部送風機９によって空気の流れが発生し、この空気の流れはケース４内を循環する。
【００３６】
この循環する空気が流れる経路を内部循環経路と言う。蓄熱部材１０は、内部送風機９による空気の流れが衝突する位置に設けられる。つまり、蓄熱部材１０およびセル３は、同じ内部循環経路にある。
【００３７】
蓄熱ケース１０ｋ内に蓄熱剤が封入されている。また、蓄熱剤と空気の流れが良好に熱交換するように、複数の金属プレートからなる熱交換用フィン１０ｆが蓄熱ケース１０ｋの表面に凹凸部を形成するように設けられている。熱交換用フィン１０ｆは、蓄熱ケース１０ｋを貫通して蓄熱剤まで延在していてもよい。
【００３８】
つまり、蓄熱部材１０は内部に蓄熱剤が内蔵され、この蓄熱剤と内部送風機９によって流動するケース４内の流体とが熱交換するように、蓄熱部材１０に熱交換用フィン１０ｆが設けられていることが望ましい。これによれば、蓄熱剤と内部送風機９によって流動するケース４内の流体とが効率よく熱交換するため、素早くセル３の温度上昇を抑制することができる。
【００３９】
蓄熱剤としては、物質の固−液間の相変化、転移の際に外部とやりとりされる潜熱を熱エネルギーとして蓄積できる材料であれば何を用いてもよい。この材料には、例えば、パラフィン、無機塩などがあり、それらの融点での融解熱、および凝固点での凝固熱を利用できる。これらの材料は、固−液間の相変化を伴うため、潜熱蓄熱に用いられる材料をPCM（Phase  Change  Materials）と呼称している。
【００４０】
なお、図１では省略されているが、セル３とセル監視モジュール１２との間にはセル３の温度を検出する温度センサの配線が設けられている。また、放熱用バスバー１１とセル監視モジュール１２との間にはセル３の電圧を検出する電圧センサの配線が設けられている。なお、放熱用バスバー１１は、セル３同士を電気的に接続し、組電池を形成することに主な機能がある。
【００４１】
また、ケース４内は、密閉されている。このため、埃等の侵入を防止し、かつ、ケース４内の結露を防止できる。ケース４は、圧力弁（リリーフバルブ）１８を介して、ケース４内部で発生した高い圧力のガス等を安全な外部に排出するようにしている。
【００４２】
次に、内部送風機９の制御について説明する。図２において、制御がスタートすると、ステップＳ２１で、車両外部の温度である外気温度を外気温度センサの値から検出する。また、各セル３の温度およびセル３群の平均温度を検出する。
【００４３】
次に、ステップＳ２２で、外気温度とセルの電流値に応じて、第１風量と第２風量とを制御マップから求める。第１風量は、第２風量よりも弱い風量である。外気温度が高いほどケース４からの放熱が困難になるため、第１風量および第２風量が大きくなる。セルの電流に応じて第１風量と第２風量を求める理由は後述する。
【００４４】
なお、ステップＳ２２において、ステップＳ２１で求めたセル温度が低く全く冷却の必要が無い場合は、第１風量、第２風量は共にゼロに設定され、内部送風機９は回転しない。
【００４５】
第２風量は、ケース内で乱流効果が現れ、セル３の温度が均一にケース４の表面から放熱される風量として予め実験等により設定されている風量以上の風量とされる。ステップＳ２２で使用する制御マップは、予め実験によって決定されている。次に、ステップＳ２３において、現時点のセル３の温度（現セル温度）とセル３の適正温度レベルとを比較し、セル３の温度を上げるべきか否かを判定する。
【００４６】
セル３の温度を上げると判定されたとき（ＹＥＳの時）は、ステップＳ２４において第１風量が出るレベルの駆動電圧を内部送風機９の駆動用電動機に印加する。これによって第１風量で内部送風機９を運転する。
【００４７】
これにより、ケース４を介しての放熱量が減少し、セル３の群の発熱量が放熱量より多いときは、セル３の温度が上昇する。例えば、セル３の温度が適正温度より低い場合は、セル３の温度を上げたほうがセル３としての効率が良くなる。
【００４８】
セル３の温度が上がるか否かは、上記放熱量とセル３に流れる電流の大きさ（セルの自己発熱量）とに関係する。従って、ステップＳ２２では、外気温度とセルの電流に応じて第１風量と第２風量とが決定される。
【００４９】
次に、ステップＳ２５で、運転スイッチ（イグニッションスイッチ）がＯＦＦされたか否かを判定する。運転スイッチがＯＦＦされた場合は、制御を終了し、そうでない場合は、ステップＳ２１に戻る。
【００５０】
ステップＳ２３において、セルの温度を上げるべきでないと判定されたとき（ＮＯの時）は、ステップＳ２６において、第２風量が出るレベルの駆動電圧を内部送風機９の駆動用電動機に印加する。これによって第２風量で内部送風機９を運転する。
【００５１】
これにより、ケース４を介しての放熱量が増加し、かつケース４内では風の乱流効果が発揮される。なお、複数のセル３の最高温度と最低温度間の差が大きく、セル３の群の間で温度のばらつきが大きいと判断されたときも、ステップＳ２３でＮＯと判定される。
【００５２】
例えば、セル３の温度が適正温度より高い場合は、セル３の温度を下げたほうがセル３としての効率が良くなる。セル３の温度が下がるか否かは、上記放熱量とセル３に流れる電流とに関係する。従って、ステップＳ２２では、外気温度とセルの電流に応じて第２風量が決定されている。また、特定のセル３が高温で別のセル３が低温のように温度差が大きいときも、第２風量による乱流効果でケース４内のセル３の温度の均一化を実行する。
【００５３】
第２風量で送風したにも係らず、なお、セル３の温度が上昇することがある。この場合は内部送風機９によるセル３の冷却が限界に達している。この上限値となる温度は、予め実験により設定されている。そして、蓄熱部材１０の融点は、この限界温度に設定される。蓄熱部材１０の融点つまり上限値は、電池メーカが推奨するセル寿命を保証できる温度以下の温度に設定される。
【００５４】
これにより、第２風量による送風が行われるまでは、セルの温度が上昇しても蓄熱部材１０は顕熱を蓄積するだけである。第２風量の送風が行われ、それでもセル３の温度が上限値（蓄熱部材１０の融点）に達すると、蓄熱部材１０は融解に伴う融解熱を潜熱として蓄積し始める。蓄熱部材１０が潜熱を蓄積している間は、セル３の温度は、実質的に上昇しない。
【００５５】
このように、セル３の温度に関して、制御装置１２のメモリに所定温度値が記憶されている。この所定温度値に達する前の温度で蓄熱部材１０が、状態変化を伴う潜熱により蓄熱を開始するように、蓄熱剤が選定されている。
【００５６】
内部送風機９を制御する制御装置１２は、セル監視モジュール１２内に設けてもケースの外部に設けても良いが、第１実施形態においては、制御装置１２は、セル監視モジュール１２内に設けているものとして説明する。
【００５７】
この制御装置１２は、内部送風機９から第１風量が流れるように内部送風機９を制御し、かつ内部送風機９から第１風量よりも風量が多い第２風量が流れるように内部送風機９を制御する。そして、蓄熱部材１０が潜熱により蓄熱を開始する融点は、内部送風機が第２風量を送風した後である。これにより、先ず、内部送風機９によってケース４を介して外部に放熱し、次に、蓄熱部材１０に蓄熱してそれ以上温度が上がらないようにすることができる。
【００５８】
上記第１実施形態においては、ケース４が密閉され、その中に電池を成すセル３が内蔵されている。内部送風機９は、ケース内部の空気を循環してセル３を冷却する。密閉されたケース４の一部に蓄熱部材１０が設けられている。蓄熱部材１０、およびセル３は同じ内部循環経路にある。
【００５９】
蓄熱部材１０が潜熱を蓄積し始める融点は、電池の寿命を保証できる温度である寿命保障温度より低く設定される。これにより、電池メーカが推奨する寿命保障温度より蓄熱部材１０が潜熱を蓄積し始める融点の方が低いから、電池の長期寿命を保証でき信頼度を向上することができる。
【００６０】
複数の単位電池を構成するセル３をケース４の内部空間５に収納した電池パック１において、セル３と、放熱用バスバー１１と、ケース４と、内部送風機９とを備える。複数のセル３は、互いに対向して並置されている。放熱用バスバー１１は、セル３から内部空間５へ熱を放散させる。ケース４は、セル３および内部空間５を密閉して包囲し、少なくとも６面を有する箱型の形状を有する。内部送風機９は、ケース４内に配置されている。この内部送風機９によって、ケース４内の流体を、ケース４の内面および放熱用バスバー１１を含むセル３の周囲を通過するように循環させ、ケース４の内壁から外部に放熱させる。
【００６１】
これによれば、内部送風機９によってケース４内を循環する流体がケース４内部のセル３の周りを四方八方から流動し、セル３から内部空間５へ放熱用バスバー１１等を介して熱が伝達される。この熱がケース４の内壁全面に伝わり、このケース４の内壁全面から外部に放熱させることによりセル３を冷却することができる。
【００６２】
また、内部送風機９は、ケース４の外部に流体を漏らすことなく循環させる。従って、ケース４の６面から効率良く放熱させることができる。そして、ケース４からの騒音や煙等が、意図しない外部に発生するのを防止することができる。
【００６３】
更に、通常状態においては、ケース４には流体の入口および出口を有せず、内部送風機９を流れる流体は、内部送風機９によってケース４の内部を循環する。これによれば、ケース４は、セル３を密閉して包囲するから、外部に音が漏れることがない。また、ケース４内に塵埃が侵入することがない。更に、ケース４内部で結露することがない。
【００６４】
また、内部送風機９を制御する制御装置をセル監視モジュール１２内に備えている。この制御装置１２は、セル３の自己発熱によりセル３の温度を上げるときは、内部送風機９から第１風量が流れるように内部送風機９を制御する。セル３を冷却してセル３の温度を下げるときは、内部送風機９から第１風量よりも風量が多い第２風量が流れるように内部送風機９を制御する。これによれば、セル３を加熱するときは内部送風機９を比較的低風量で運転するから、外部への放熱を少なくして内部のセル３を昇温させることができる。
【００６５】
更に、第２風量は、予め実験で定めた所定風量以上の風量である。従って、内部送風機９によってケース４内を循環する流体がケース４内部のセル３の周りを四方八方から均一に流動する。これにより、セル３から内部空間５へ放熱用バスバー１１を介して熱が均一に伝達される。この熱がケース４の内壁に均一伝わり、このケース４の内壁から外部に効率よく放熱させることによりセル３を均一に冷却することができる。
【００６６】
次に、ケース４の外周の一部を覆うカバー１３と、カバー１３とケース４の外表面との間の外部隙間１６に風を送る外部送風機１７とが備えられている。これによれば、ケース４の外表面に風が流れにくい状況において強制的に外部送風機１７によってケース４の表面に沿って風を流し、ケース４を冷却することができる。
【００６７】
また、外部隙間１６は、ケース４の６面のうちの一面を覆う平坦なカバー１３と一面の間に形成されている。従って、外部隙間１６は通風抵抗の少ない空気通路を形成しており、外部送風機１７の騒音を少なくすることができる。
【００６８】
更に、外部隙間１６の一部にＤＣ−ＤＣコンバータ６が配設され、このＤＣ−ＤＣコンバータ６が、外部送風機１７によって冷却される。従って、電池パック１のケース４とＤＣ−ＤＣコンバータ６とを、外部送風機１７によって冷却することができる。
【００６９】
（第１実施形態の作用効果）
以上のように、上記第１実施形態においては、複数の単位電池を構成するセル３をケース４の内部空間５に収納した電池パック１において、セル３および内部空間を密閉して包囲するケース４と、ケース４内に配置された内部送風機９とを備える。かつ、ケース４内に配置され、セル３が発生する熱を蓄熱する蓄熱部材１０を備える。
【００７０】
そして、内部送風機９によって、ケース４内の流体を、ケース４の内面と、セル３と、蓄熱部材１０とを一巡して通過するように循環路２０に循環させる。これにより、循環路２０にセル３と蓄熱部材１０とを存在させ、ケース４の内壁から外部に放熱させるとともに、蓄熱部材１０に蓄熱する。
【００７１】
このように、ケース４内の流体を、ケース４の内面と、セル３と、蓄熱部材１０とを一巡して通過するように循環路２０に循環させ、循環路２０にセル３と蓄熱部材１０とを存在させている。これにより、内部送風機によるケース内流体の流動によりケースの外部に放熱すると共に蓄熱部材１０に蓄熱させている。
【００７２】
従って、蓄熱部材１０の蓄熱材料が少量ですむ。また、蓄熱部材１０が蓄熱した熱をセル３の保温に用いることができるため、セル３の保温効果が優れる。これにより、セル３は、充放電効率が優れる温度に管理され、電池寿命を長くすることができる。
【００７３】
また、蓄熱部材１０は、潜熱を利用して融点を越える熱を蓄熱する潜熱方式の蓄熱剤を含む。従って、蓄熱部材１０内で状態変化が発生するまではケース４から外部に放熱し、蓄熱部材１０内で状態変化が発生してから、熱量が潜熱を利用して蓄熱される。このことにより、蓄熱部材１０の蓄熱材料が少量ですむ。更に、蓄熱部材１０の潜熱を利用して蓄熱するため、セル３の保温効果が優れる。更に、セル３の温度には所定温度値が設定され、所定温度値に達する前の温度で蓄熱部材１０が、潜熱により蓄熱を開始する。
【００７４】
セル３の発熱に伴いケース４の表面から外部に放熱していくが、放熱量が多くなると、ケース４内の内部温度および表面温度が上昇していく。しかし、ケース４での放熱には限界があり、ケース４の放熱能力をセル３の発熱が越える時がある。
【００７５】
これによって、セル３の温度が所定の上限値を超えることが考えられるが、このセル３の温度が所定の上限値を超える前の段階で、蓄熱部材１０が潜熱としてケース４内部の熱を蓄熱するようにされている。よって、セル３の温度が所定の上限値を超える頻度が少ない。従って、セル３温度の過上昇を抑制し電池効率および寿命を改善できる。
【００７６】
次に、内部送風機９を制御する制御装置１２を備える。制御装置１２は、ケース４内の温度に基づいて内部送風機９から第１風量が流れるように内部送風機９を制御し、かつ内部送風機９から第１風量よりも風量が多い第２風量が流れるように内部送風機９を制御する。蓄熱部材１０が潜熱により蓄熱を開始するのは、内部送風機９が第２風量を送風した後である。これによれば、先ず、内部送風機９によってケース４を介して外部に放熱し、次に、蓄熱部材１０に蓄熱してそれ以上温度が上がらないようにすることができる。
【００７７】
また、内部送風機９によって、ケース４内の流体が、ケース４の内面およびセル３と蓄熱部材１０とを通過するように循環する場合に、内部送風機９から送風された循環風が、セル３を通過してから、蓄熱部材１０を通過して内部送風機９に戻る。従って、セル３からの放熱の変化が素早く蓄熱部材１０に伝わり、セル３の過温度上昇（オーバシュート）を低減することができる。
【００７８】
なお、蓄熱部材１０は、内部に蓄熱剤が内蔵され、この蓄熱剤と内部送風機９によって流動するケース４内の流体とが熱交換するように、蓄熱部材１０に熱交換用フィン１０ｆ（図１）が設けられている。従って、蓄熱剤と内部送風機９によって流動するケース４内の流体とが効率よく熱交換するため、素早くセル３の温度上昇を抑制することができる。
【００７９】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、以降の各実施形態においては、上述した第１実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略し、異なる構成について説明する。なお、第２実施形態以下については、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明が援用される。
【００８０】
図３は、本発明の第２実施形態を示す電池パック１内の構成を示している。ケース４内の複数の隔壁部３ｗ内には、単位電池を成すセル３が夫々収納されている。各セル３は、外郭が金属で覆われた缶タイプの電池であるが、ラミネートタイプの電池であっても良い。セル３は、上部にプラスとマイナスの電極が位置しており、直列または並列に接続されて組電池を形成している。
【００８１】
各隔壁部３ｗの下方には、ケース４内流体例えば空気が流動可能な金網部１０ｍが形成され、この金網部１０ｍを流れた空気が蓄熱部１０ｓ内に侵入するようになっている。蓄熱部１０ｓは、蓄熱部材１０を収納する空間である。
【００８２】
蓄熱部材１０は、蓄熱ケース１０ｋの内部にパラフィン等の蓄熱剤を有し、蓄熱ケース１０ｋを貫通して熱交換用フィン１０ｆが多数突出している。熱交換用フィン１０ｆを形成するためには、金属プレートをプレスしたり切り起こしたりして形成することができる。また、蓄熱ケース１０ｋに金属を使用し、この金属製の蓄熱ケース１０ｋの内部に蓄熱剤を封入し、かつ金属製の蓄熱ケース１０ｋに別体の熱交換用フィン１０ｆを接合または溶接してもよい。
【００８３】
シロッコファンから成る内部送風機９は、電動機９ｍによって回転する。電動機９ｍとしてはブラシレス電動機等の直流電動機または交流電動機が使用できるが、この実施形態では直流電動機が使用されている。この電動機９ｍは印加される電圧または周波数が、図示しない制御装置により制御され、ケース４内を矢印Ｙ３１等の矢印によって示す循環路２０を巡回流として流動する流体の流量または流速が制御される。この第２実施形態においては、電動機９ｍの印加電圧を、無電圧、第１印加電圧、第２印加電圧のいずれかに設定している。
【００８４】
電動機９ｍの印加電圧が第１印加電圧から第２印加電圧に昇圧されると巡回流の流速が早くなり、密閉容器を成すケース４の表面からの矢印Ｙ３２によって示す自然対流放熱における放熱量が増加する。なんらかの原因で密閉されたケース４内の圧力が所定圧力以上に増加したときは、圧力弁１８が開放され矢印Ｙ３３のように排気される。
【００８５】
（第２実施形態の作用効果）
上記第２実施形態においては、内部送風機９を制御する制御装置（１２）を備える。この制御装置（１２）は図３では省略されているが、第１実施形態と同様にケース４の内部、または外部に設けることが出来る。
【００８６】
制御装置１２は、ケース４内の温度に基づいて内部送風機９から第１風量が流れるように内部送風機９を制御し、かつ内部送風機９から第１風量よりも風量が多い第２風量が流れるように内部送風機９を制御する。
【００８７】
蓄熱部１０ｓ内の蓄熱部材１０が潜熱により蓄熱を開始するのは、内部送風機９が第２風量を送風した後である。これによれば、先ず、内部送風機９によってケース４を介して外部に放熱し、次に、蓄熱部材１０に蓄熱して、それ以上温度が上がらないようにすることができる。
【００８８】
また、内部送風機９によって、ケース４内の流体が、ケース４の内面およびセル３と蓄熱部材１０とを通過するように循環する場合に、内部送風機９から送風された循環風が、セル３を通過してから、蓄熱部材１０を通過して内部送風機９に戻る。従って、セル３からの放熱の変化が素早く蓄熱部材１０に伝わり、セル３の過温度上昇を低減することができる。
【００８９】
次に、図３に示すように、セル３が並んで配置された方向（図３の左右方向）と蓄熱部材１０の延在方向とが並列であり、蓄熱部材１０は、セル３が配置された空間とは別の空間である蓄熱部１０ｓ内に設けられている。これによれば、充分な量の蓄熱剤を有する蓄熱部材１０を設けることができる。
【００９０】
かつ、蓄熱部材１０は、内部に蓄熱剤が内蔵され、この蓄熱剤と内部送風機９によって流動するケース４内の流体とが熱交換するように、蓄熱部材１０に熱交換用フィン１０ｆが設けられている。熱交換用フィン１０ｆは、蓄熱部１０ｓ内において、蓄熱部材１０の延在方向に複数分散されて配置されている。これによれば、蓄熱剤と内部送風機９によって流動するケース４内の流体とが効率よく熱交換するため、素早くセル３の温度上昇を抑制することができる。
【００９１】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。上述した実施形態と異なる部分を説明する。図４は、本発明の第３実施形態を示す電池パック１の外観および内部構造を透視して示している。図４において、電池パック１のケース４は、６面を持つ直方体である。ケース４は、上部に細かい波状の凹凸部２１が形成されており、ケース４の外表面からの熱放散を良くしている。
【００９２】
電池パック１は、複数の単位電池を構成するセル３をケース４の内部空間内に収納している。この際に複数のセル３は２つの群である第１モジュール２２と第２モジュール２４に分けられている。体積は３７．２３リットルである。第１モジュール２２と第２モジュール２４合計の容量は１．９１ｋｗｈである。
【００９３】
第１モジュール２２と第２モジュール２４間には、空気が流れるモジュール間隙間２５が存在する。セルは３．７ボルト、２１．５Ａｈの出力特性を持つ。第１モジュール２２と第２モジュール２４に、夫々１２個のセルが収納されている。
【００９４】
第１モジュール２２の側面には、リレー２３が設けられている。また、第１モジュール２２と第２モジュール２４との上部には、セル３の少なくとも電圧と温度とを監視し、制御装置ともなるセル監視部１２がセル監視基盤として設けられている。
【００９５】
内部送風機９は、３台に分割して設けられ、傾斜して配設された軸流ファンから構成されている。この内部送風機９は、ケース４外部に空気を漏らすことなく、空気を循環させる。つまり、ケース４には、通常状態において、空気の入口および出口を有せず、内部送風機９を流れる空気は、ケース４の内部を循環する。
【００９６】
セル３の自己発熱によりセル３の温度を上げるときは、内部送風機９から第１風量が吹出されるように内部送風機９を運転するか、または、内部送風機９を停止させる。セル３を冷却してセル３の温度を下げるときは、内部送風機９を第１風量よりも風量が多い第２風量が吹出されるよう運転する。第２風量は、予め実験で定めた所定風量以上の風量である。第１風量と第２風量は、内部送風機９内の電動機の第１印加電圧と第２印加電圧に夫々対応している。
【００９７】
図５は、図４の矢印Ｖ方向から見たケース４内の側面を示している。内部送風機９の風の一部は、内部送風機９前面から出てケース４の内面で反射し、基本的には、ケース４の天井面および底面に沿って矢印Ｙ５１、Ｙ５２のように流れ、内部送風機９の背面に戻る。
【００９８】
内部送風機９の送風量が多いセル３の冷却時は、ケース４の内面で反射する空気流は乱流と成っている。ケース４の外表面には、放熱面積を大きくするための凹凸部２１がケース成型時に加工されている。
【００９９】
ケース４は、セル３を密閉して包囲する少なくとも６面を有する箱型の形状を有し、ケース４内に配置された内部送風機９によって、ケース内の空気から成る流体を、ケース４の内面およびセル３の周囲およびモジュール間隙間２５を通過するように循環させる。
【０１００】
各セル３は、各セル３を半分包み込む図示しない樹脂部材内に把持されている。よって、セル３とセル３の間には樹脂部材が介在し、セル３同士が絶縁されている。セル３の表面は導電性の部材で形成されており帯電している。複数のセル３は、強固な一対の押し当て板３１、３２（図４）に挟まれて圧接されている。
【０１０１】
そして、通しシャフト３３ａ〜３３ｄが、押し当て板３１、３２間を結び、複数のセル３を挟みこみ、セル３発熱時の膨張を抑制している。セル３は膨張すると電池としての効率が低下する。セル３の下部には、複数の空気通路３４が形成されている。
【０１０２】
セル３相互間には、このセル３の側面に密接した図示しないアルミニウム製の放熱プレートが存在する。放熱プレートには、セル３と共に、一対の押し当て板３１、３２に挟まれて保持されている。上記放熱プレートには、セル３の側面から熱が伝達される。放熱プレートは空気通路３４内にまで延在し、この空気通路３４を流れる巡回流によって冷却される。この各空気通路３４内で、放熱プレートが効率よく空気と熱交換するように、放熱プレートの一部が波状に屈曲された屈曲放熱部を形成している。
【０１０３】
上述のようにセル３が互いに圧接されているため、セル３の群れであるモジュール２２、２４と蓄熱部材１０とを別の場所に設置することは意義のあることである。仮に同じ場所に設置すると、圧接時の圧力に対して蓄熱部材１０の強度が不足することが考えられる。
【０１０４】
内部送風機９は軸流ファンから成る。この内部送風機９から送風されケースの天井部に沿って流れた空気は下部の複数の平行に延在する空気通路３４を流れ、蓄熱部材１０の周辺を流れる。これによって、各セル３が発熱し、蓄熱部材１０の周辺を流れる空気の温度が所定温度以上に成ると、蓄熱部材１０に潜熱が蓄熱される。
【０１０５】
このように、内部送風機９によって、ケース４内の流体が、ケース４の内面およびセル３と蓄熱部材１０との周囲を通過するように循環する場合に、内部送風機９から送風された循環風が、セル３を通過してから、蓄熱部材１０を通過して内部送風機９に戻る。これによれば、セル３からの放熱の変化が素早く蓄熱部材１０に伝わり、セル３の過温度上昇を低減することができる。
【０１０６】
（第３実施形態の変形例１）
複数の空気通路３４内に蓄熱部材１０を分散配置しても良い。この空気通路３４自体は、一対の押し当て板３１、３２による圧力を受けないため、蓄熱部材１０に押し当て板３１、３２からの圧力が加わることがない。また、第１モジュール２２と第２モジュール２４とが並ぶ方向（図５の左右方向）に空気通路３４が長く延在するため、充分な量の蓄熱剤を有する蓄熱部材１０を設けることができる。
【０１０７】
（第３実施形態の変形例２）
蓄熱部材１０は、図５で実線によって示した内部送風機９の吸入側である第１設置位置Ｐ１に設けてもよいが、仮想線によって示した内部送風機９の吐出側の第２設置位置Ｐ２に設けてもよい。この第２設置位置Ｐ２に設けた場合は、内部送風機９から送風された循環風が、第２設置位置Ｐ２の蓄熱部材１０ｂを通過してから、セル３の群れを通過して内部送風機９に戻る。
【０１０８】
これによれば、第２設置位置Ｐ２の蓄熱部材１０への循環風の風速または風量を充分なものとすることが容易である。従って、セル３によって加熱された循環風からの第２設置位置Ｐ２の蓄熱部材１０ｂによる蓄熱を確実に行い、セル３の過温度上昇を低減することができる。例えば、内部送風機９の送風側の形状を工夫して集中的に蓄熱部材１０に風が当たるようにすることが容易である。なお、第１設置位置Ｐ１と第２設置位置Ｐ２との両方に蓄熱部材１０（１０ａ、１０ｂ）を配置しても良い。
【０１０９】
（第３実施形態の作用効果）
上記第３実施形態においては、内部送風機９によって、ケース４内の流体が、ケース４の内面およびセル３と蓄熱部材１０とを通過するように循環する場合に、内部送風機９から送風された循環風が、セル３を通過してから、蓄熱部材１０を通過して内部送風機９に戻る。
【０１１０】
これによれば、セル３からの放熱の変化が素早く蓄熱部材１０に伝わり、セル３の過温度上昇を低減することができる。
【０１１１】
また、第３実施形態の変形例１のように、複数の空気通路３４内に蓄熱部材１０を分散配置すれば、第１モジュール２２と第２モジュール２４とが並ぶ方向に空気通路３４が長く延在するため、充分な量の蓄熱剤を有する蓄熱部材１０を設けることができる。
【０１１２】
次に、第３実施形態の変形例２のように、内部送風機９の吐出側の第２設置位置Ｐ２に蓄熱部材１０ｂを設けてもよい。これによれば、第２設置位置Ｐ２の蓄熱部材１０への循環風の風速または風量を充分なものとすることが容易である。そして、セル３によって加熱された循環風からの第２設置位置Ｐ２の蓄熱部材１０による蓄熱を確実に行い、セル３の過温度上昇を低減することができる。
【０１１３】
（他の実施形態）
上述の実施形態では、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。上記実施形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内での全ての変更を含むものである。
【０１１４】
ケース４内の内部送風機９は、軸流ファンのほかシロッコファン、ターボファン等を使用できる。また、送風機用電動機の左右両端から夫々突出した回転軸の夫々に、シロッコファンを取付けてもよい。これにより、送風機用電動機の両側にファンを持つ軸方向に長い内部送風機が得られる。また、ケース内の流体は空気としたが、その他のガスでもよい。
【０１１５】
また、内部送風機９を制御する制御装置をセル監視モジュール１２内に備えたが、この制御装置は、ジャンクションボックス１３０内に設けたり、ケース４の外部に設けたりしてもよい。
【０１１６】
更に、上記実施形態の放熱手段は、セル３の側面８から放熱させるためにセル３に密接して配置された放熱プレートまたはセル３に電気的に接続された放熱用バスバーが採用されているが、セル３の側面８自体が放熱手段とされても良い。あるいは、これらの放熱手段を組み合わせても良い。
【０１１７】
次に、複数のセル３は互いに対向させて並べて配置しているが、対向させる必要は無い。また、並行に整列していなくてもよい。ケースの内部の風を強制循環させ、複数のセル３を均一に冷却することができればよい。また、ケースの外面でなく、ケースの内面に凹凸を設けても良い。セル３は、リチウムイオン電池のほか、ニッケル水素二次電池や有機ラジカル電池等であっても良い。
【０１１８】
蓄熱剤は、熱を一時的に蓄え、必要に応じてその熱を取り出す蓄熱が出来る材料であれば良く、蓄熱方式は、実施形態の潜熱蓄熱に限らず、煉瓦等を利用した顕熱蓄熱、物質の化学反応熱などを利用した化学蓄熱を利用しても良い。
【０１１９】
しかし、化学蓄熱は、吸熱・放熱での特性の違いが生じやすく、反応を繰り返すことによって材料の劣化も生じてしまう。さらには、化学物質による環境汚染を防止するための配慮に気をつけなければならない。また、顕熱蓄熱では物質の比熱を利用するため蓄熱温度域が広域になりやすい。
【０１２０】
一方、潜熱蓄熱では、相変化温度で蓄熱を行うため、一定温度での蓄熱が可能であり、蓄熱中のセル３の温度変動を抑制できる。これは、相変化の際に固体と液体の二相が混在する限り外部より熱を奪い続けるため、融点以上に温度が上がらなくなるという現象のためである。従って、潜熱方式がもっとも優れるが、これらの蓄熱方式を組合せても良い。
【０１２１】
なお、ノルマルパラフィンを蓄熱剤に使用すれば、炭素数の大小により融点が異なるので、複数の温度での蓄熱が可能であることが知られている。しかしながら、材料として見た場合は引火性を有する。
【０１２２】
従って、本発明のようにケースを密閉することは、蓄熱剤の利用分野を広げ、かつ安全性の確保に繋がる。また、ケース内を流動する流体は空気でなく、より不活性な窒素ガスを使用しても良い。更に熱伝導特性の優れた水素ガスを利用しても良い。
【符号の説明】
【０１２３】
１  電池パック
３  単位電池となるセル
４  ケース
５  内部空間
７  セル間の隙間
９  内部送風機
１０、１０ａ、１０ｂ  蓄熱部材
１０ｋ  蓄熱ケース
１０ｆ  熱交換用フィン
３ｗ  隔壁部
【図１】
2015011826.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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