(57)【要約】【課題】異常発熱や発火が生じた電池を効率よく冷却したり、消火できる電池システムを提供する。【解決手段】この電池システムは、難燃性液体からなる冷媒が流通する冷媒流路Ｌ２、Ｌ３と、該冷媒流路Ｌ２，Ｌ３に隔壁を介して接するように配置された電池１０，１０とを備え、冷媒流路Ｌ２，Ｌ３と電池１０，１０とを仕切る隔壁４１の少なくとも一部が、電池の異常発熱又は発火により溶融又は熱変形して孔開き可能な熱可塑性樹脂で形成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
難燃性液体からなる冷媒が流通する冷媒流路と、該冷媒流路に隔壁を介して接するように配置された電池とを備えた電池システムであって、
前記冷媒流路と前記電池とを仕切る隔壁の少なくとも一部が、前記電池の異常発熱又は発火により溶融又は熱変形して孔開き可能な熱可塑性樹脂で形成されていることを特徴とする電池システム。
【請求項２】
前記冷媒流路に前記隔壁を介して接するように配置された電池が複数あり、各電池どうしの間は、耐火性、耐熱性及び断熱性から選ばれる１種以上の機能を有する第２の隔壁によって仕切られていて、１つの電池に接する前記隔壁に孔が開いて前記冷媒が流入しても、前記第２の隔壁によって、他の電池が設置された部分には前記冷媒が流入しないように構成されている請求項１記載の電池システム。
【請求項３】
前記冷媒流路に、前記電池収容凹部を有する支持材が配置され、該支持材の電池収容凹部に前記電池が設置されており、前記支持材が前記冷媒流路と前記電池とを仕切る隔壁をなし、該隔壁の少なくとも一部が前記熱可塑性樹脂で形成されている請求項１又は２記載の電池システム。
【請求項４】
前記電池は複数あり、前記冷媒流路は、前記各電池に向かう複数の流路で構成されており、各電池に向かう冷媒流路のそれぞれに設けられた流量調整バルブと、前記各電池の温度を計測する温度センサと、前記温度センサによって測定された温度に応じて、各電池に向かう冷媒流路の流量を制御する制御装置とを備える請求項１〜３のいずれか１つに記載の電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却機能を備えた電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電池は、使用環境温度によって性能や劣化速度が変化することが知られている。また、リチウムイオン電池等の二次電池は、熱暴走に伴う異常発熱や、発火の恐れがあり、安全性に課題がある。
【０００３】
そこで、不燃性液体を冷媒として用いて、電池を冷却することが行われている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、パック容器と、パック容器内に収納され、複数の角型扁平電池を積層した組電池と、組電池の少なくとも各角型扁平電池間に配置され、不燃性絶縁溶媒からなる冷却媒体が流通する融点が１１０〜２００℃の熱可塑性樹脂膜からなる中空体とを備えた電池パックが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−５４２９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１は、組電池を構成する角型扁平電池の異常発熱や発火が起こると、異常発熱や発火が起こった角型扁平電池と接する中空体は溶融し、破損されて、内部を流通する冷却媒体がパック容器内に流出する。その結果、パック容器内が冷媒で満たされ、異常発熱や発火が起こった角型扁平電池を冷却したり、発火や延焼を回避できるというものである。
【０００７】
しかしながら、異常発熱や、発火が起きていない、正常な電池までもが、冷媒と接触して故障する恐れがあった。
【０００８】
よって、本発明の目的は、異常発熱や発火が生じた電池を効率よく冷却したり、消火できる電池システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するにあたり、本発明は、難燃性液体からなる冷媒が流通する冷媒流路と、該冷媒流路に隔壁を介して接するように配置された電池とを備えた電池システムであって、前記冷媒流路と前記電池とを仕切る隔壁の少なくとも一部が、前記電池の異常発熱又は発火により溶融又は熱変形して孔開き可能な熱可塑性樹脂で形成されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、冷媒流路と電池とを仕切る隔壁の少なくとも一部が、電池の異常発熱又は発火により溶融又は熱変形して孔開き可能な熱可塑性樹脂で形成されているので、電池の異常発熱や発火が生じると、該電池に接する隔壁が、溶融又は熱変形して孔開きして、電池に冷媒が直接接触する。このため、電池の異常発熱や発火を安全に止めることができる。
【００１１】
本発明の電池システムは、前記冷媒流路に前記隔壁を介して接するように配置された電池が複数あり、各電池どうしの間は、耐火性、耐熱性及び断熱性から選ばれる１種以上の機能を有する第２の隔壁によって仕切られていて、１つの電池に接する前記隔壁に孔が開いて前記冷媒が流入しても、前記第２の隔壁によって、他の電池が設置された部分には前記冷媒が流入しないように構成されていることが好ましい。この態様によれば、第２の隔壁によって、他の電池が設置された部分に冷媒が流入することを防止できるので、異常発熱や発火が生じていない電池への被害を抑えることができる。
【００１２】
本発明の電池システムは、前記冷媒流路に、前記電池収容凹部を有する支持材が配置され、該支持材の電池収容凹部に前記電池が設置されており、前記支持材が前記冷媒流路と前記電池とを仕切る隔壁をなし、該隔壁の少なくとも一部が前記熱可塑性樹脂で形成されていることが好ましい。この態様によれば、電池の異常発熱や発火が生じると、支持材が溶融又は熱変形して孔開きするので、電池と冷媒とが直接接触して、電池を冷却したり消火できる。また、電池が、冷媒流路に形成された電池収容凹部に設置されているので、支持材が孔開きしても、冷媒が周囲に漏れにくく、異常発熱や発火が生じていない電池への被害を抑えることができる。
【００１３】
本発明の電池システムは、前記電池は複数あり、前記冷媒流路は、前記各電池に向かう複数の流路で構成されており、各電池に向かう冷媒流路のそれぞれに設けられた流量調整バルブと、前記各電池の温度を計測する温度センサと、前記温度センサによって測定された温度に応じて、各電池に向かう冷媒流路の流量を制御する制御装置とを備えることが好ましい。この態様によれば、温度センサによって測定された温度に応じて、各電池に向かう冷媒流路の流量を制御するので、異常発熱や発火が生じている電池セルを効率よく冷却できる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、冷媒流路と電池とを仕切る隔壁の少なくとも一部が、電池の異常発熱又は発火により溶融又は熱変形して孔開き可能な熱可塑性樹脂で形成されているので、電池の異常発熱や発火が生じると、該電池に接する隔壁が、溶融又は熱変形して孔開きして、電池に冷媒が直接接触する。このため、電池の異常発熱や発火を安全に止めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の電池システムの概略図である。
【図２】図１の範囲Ａの概略図である。
【図３】図２の要部断面図である。
【図４】図１の範囲Ａの分解斜視図である。
【図５】制御装置での制御フローチャートの一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の電池システムについて、図１〜４を用いて説明する。
【００１７】
この電池システムは、建屋１内に設置された複数の電池１０（この実施形態では２個）と、建屋１内に設置された屋内タンク２０と、建屋１外に設置された屋外タンク３０とで主に構成されている。
【００１８】
電池１０としては、特に限定は無く、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池、鉛蓄電池、リチウムイオンポリマー電池、ニッケル鉄蓄電池、ニッケル亜鉛蓄電池、酸化銀亜鉛蓄電池等の二次電池等が挙げられる。
【００１９】
屋内タンク２０及び屋外タンク３０には、水、フッ素系液体、イオン液体等の不燃性液体が貯留されている。
【００２０】
図１を併せて参照すると、屋内タンク２０には、温度センサＴ１と、冷却装置２１と、加温装置２２とが設けられている。
【００２１】
屋内タンク２０からは、ポンプＰ１が介装された配管Ｌ１が伸びている。
【００２２】
配管Ｌ１の下流側は、開閉バルブＶ１，Ｖ２が介装された配管Ｌ２，Ｌ３が接続している。各配管Ｌ２，Ｌ３の外周には、開閉バルブＶ１，Ｖ２よりも下流側に、電池１０が配置されている。各電池には、温度センサＴ２，Ｔ３が設けられている。各電池１０，１０は発電設備１１と電気的に接続している。
【００２３】
図２〜４を併せて参照すると、配管Ｌ２，Ｌ３の上面には、冷媒流路と電池１０とを仕切る隔壁となる、支持材４１が形成されている。支持材４１は、少なくとも一部が、熱可塑性樹脂で構成されている。支持材４１の表面には、電池収容凹部４０が設けられており、電池収容凹部４０内に電池１０が設置されている。支持材４１を構成する熱可塑性樹脂は、融点が１００〜１３０℃であることが好ましく、１００〜１１０℃がより好ましい。熱可塑性樹脂の具体例としては、ＡＢＳ樹脂、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリスチレン（ＰＳ）、アクリル樹脂（ＰＭＭＡ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、ナイロン／ポリアミド（ＰＡ）、ポリカーボネイト（ＰＣ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、フッ素樹脂、ウレタン樹脂、エラストマー等が挙げられる。
【００２４】
図２を併せて参照すると、配管Ｌ２と配管Ｌ３との間には、耐火性、耐熱性及び断熱性から選ばれる１種以上の機能を有する隔壁５０が設けられている。隔壁５０の材質としては、グラスウール、ロックウール、セルローズファイバー、セラミックファイバー等が挙げられる。
【００２５】
図１に再び戻ると、配管Ｌ２，Ｌ３は、配管Ｌ４に接続している。配管Ｌ４の下流側は、開閉弁Ｖ３が介装された、屋外タンク３０に接続する配管Ｌ４ａと、開閉弁Ｖ４が介装された、後述する配管Ｌ５に接続する配管Ｌ４ｂとに分岐している。
【００２６】
屋外タンク３０には、温度センサＴ４が配置されている。また、屋外タンク３０からは、開閉バルブＶ５が介装された配管Ｌ５が伸びて屋内タンク２０と接続している。配管Ｌ４ｂは、配管Ｌ５の開閉弁Ｖ５よりも上流側に接続している。
【００２７】
開閉バルブＶ１〜Ｖ５、ポンプＰ１、冷却装置２１、加温装置２２は、制御装置１００によって制御される。
【００２８】
制御装置１００での制御の一例について、図５に示すフローチャートを用いて説明する。以下に示す例では、デフォルト状態にて、ポンプＰ１、冷却装置２１、加温装置２２は停止しており、開閉バルブＶ１〜Ｖ５は閉じている。
【００２９】
まず、ステップＳ１にて、温度センサＴ２（Ｔ３）の測定値が設定された上限値（上限閾値）よりも高いかどうか判断する。温度センサＴ２（Ｔ３）の測定値が上限閾値を超える場合は、ステップＳ２に移る。
【００３０】
ステップＳ２では、温度センサＴ４の測定値が、温度センサＴ１の測定値よりも低いかどうか判断する。温度センサＴ４の測定値が、温度センサＴ１の測定値よりも低い場合は、開閉バルブＶ３，Ｖ５を開く（ステップＳ３）。一方、温度センサＴ４の測定値が、温度センサＴ１の測定値よりも高い場合は、開閉バルブＶ４を開く（ステップＳ４）。
【００３１】
次に、ステップＳ３又はＳ４の処理を行った後、開閉バルブＶ１（Ｖ２）を開き、ポンプＰ１を作動させる（ステップＳ５）。
【００３２】
次に、ステップＳ６にて、温度センサＴ１の測定値が、温度センサＴ２（Ｔ３）の測定値よりも所定値以上低いかどうか判断し、低い場合は、ステップＳ８へと移り、高い場合は、冷却装置２１を作動させて（ステップＳ７）、ステップＳ８へと移る。
【００３３】
ステップＳ８では、温度センサＴ２（Ｔ３）の測定値が上限閾値よりも低いかどうか判断し、上限閾値よりも低くなったらステップＳ９へと移る。
【００３４】
ステップＳ９では、ポンプＰ１を停止した後、開閉バルブＶ１（Ｖ２）を閉じる。そして、開閉バルブＶ３〜Ｖ５が開いている場合は、これらの開閉バルブを閉じ、冷却装置２１が作動している場合は、冷却装置２１を停止して、デフォルト状態に戻し、制御終了となる。
【００３５】
一方、ステップＳ１にて、温度センサＴ２（Ｔ３）の測定値が上限閾値以下の場合は、ステップＳ１０に移り、温度センサＴ２（Ｔ３）の測定値が設定された下限値（下限閾値）より低いかどうか判断する。温度センサＴ２（Ｔ３）の測定値が下限閾値より低い場合は、ステップＳ１１に移る。
【００３６】
ステップＳ１１では、温度センサＴ４の測定値が、温度センサＴ１の測定値よりも高いかどうか判断する。温度センサＴ４の測定値が、温度センサＴ１の測定値よりも高い場合は、開閉バルブＶ３，Ｖ５を開く（ステップＳ１２）。一方、温度センサＴ４の測定値が、温度センサＴ１の測定値よりも低い場合は、開閉バルブＶ４を開く（ステップＳ１３）。
【００３７】
次に、ステップＳ１２又はＳ１３の処理を行った後、開閉バルブＶ１（Ｖ２）を開き、ポンプＰ１を作動させる（ステップＳ１４）。
【００３８】
次に、ステップＳ１５にて、温度センサＴ１の測定値が、温度センサＴ２（Ｔ３）の測定値よりも所定値以上高いかどうか判断し、高い場合は、ステップＳ１７へと移り、低い場合は、加温装置２２を作動させて（ステップＳ１６）、ステップＳ１７へと移る。
【００３９】
ステップＳ１７では、温度センサＴ２（Ｔ３）の測定値が下限閾値よりも高いかどうか判断し、下限閾値よりも高くなったらステップＳ１８へと移る。
【００４０】
ステップＳ１８では、ポンプＰ１を停止した後、開閉バルブＶ１（Ｖ２）を閉じる。また、開閉バルブＶ３〜Ｖ５が開いている場合は、これらの開閉バルブを閉じ、加温装置２２が作動している場合は、加温装置２２を停止して、デフォルト状態に戻し、制御終了となる。
【００４１】
一方、ステップＳ１０にて、温度センサＴ２（Ｔ３）の測定値が設定された下限値（下限閾値）より高い場合は制御終了となる。
【００４２】
本発明の電池システムの運転について説明する。
【００４３】
各電池１０は、発電設備１１の発電によって充電、放電、待機が繰り返される。電池１０の充電時や放電時に電流が流れると電池１０の温度が上昇する。電池１０の温度が上昇して、温度センサＴ２，Ｔ３の測定値が上限閾値を超えたら、開閉バルブＶ１，Ｖ２を開き、ポンプＰ１を駆動させ、屋内タンク２０に貯留された冷媒を循環させて、電池１０，１０の温度を下げる。なお、温度センサＴ２、Ｔ３の測定値のうち、いずれか一方の測定値のみが上限閾値を超えている場合は、該当する配管に介装された開閉バルブのみを開き、他方の開閉バルブは、閉じる。
【００４４】
電池１０との熱交換により加温された冷媒は、配管Ｌ４、Ｌ４ｂ、Ｌ５を通って室内タンク２０に導入されるか、あるいは、配管Ｌ４、Ｌ４ａを通って屋外タンク３０に導入される。室内タンク２０に導入された冷媒は、外気で冷やされた後、配管Ｌ５を通って水タンクに導入される。室内タンク２０に貯留された冷媒の温度が、温度センサＴ１，Ｔ２の測定値よりも高く、冷媒を循環させても、温度センサＴ１，Ｔ２の測定値が上限閾値を超える場合は、冷却装置２１を作動させて屋内タンク２０に貯留された冷媒の温度を下げる。
【００４５】
また、冬季など、外気温が低い状態に電池１０が曝され、温度センサＴ１，Ｔ２の測定値が下限閾値未満となる場合は、太陽熱等で温められた屋外タンク３０内に貯留された冷媒を屋内タンク２０に引き込むと共に、冷媒を循環させて、電池１０の温度を上げる。室内タンク２０に貯留された冷媒の温度が、温度センサＴ１，Ｔ２の測定値よりも低く、冷媒を循環させても、温度センサＴ１，Ｔ２の測定値が下限閾値未満の場合は、加温装置２２を駆動させて、屋内タンク２０に貯留された冷媒の温度を昇温させる。
【００４６】
このようにして、各電池１０の温度を設定範囲に維持することができる。また、開閉バルブＶ１，Ｖ２により、電池毎に温度制御するので、熱い電池または冷たい電池のみ温度を調節でき、運転コストを低減できる。また、電池毎の性能のバラツキを最小限に止めることができる。
【００４７】
そして、本発明では、図２に示されるように、配管Ｌ２，Ｌ３の上面に、冷媒流路と電池１０とを仕切る隔壁となる支持材４１が形成され、該支持部材に電池収容凹部４０が設けられ、該電池収容凹部４０内に電池１０が設置され、支持材４１の少なくとも一部が熱可塑性樹脂で構成されているので、電池１０に、熱暴走に伴う異常発熱や発火が発生しても、支持材４１が高温に曝されることによって、孔開きして電池１０の周囲に冷媒が流入する。このため、電池と冷媒とが直接接触し、電池１０の異常発熱や発火を安全に止めることができる。
【００４８】
また、この実施形態では、隣接する電池１０，１０の間に、隔壁５０が配置されているので、異常な電池の熱暴走に伴う異常発熱や発火から、健全な電池への曝露を防ぐことができると共に、他の電池が設置された部分に冷媒が流入することを防止できるので、異常発熱や発火が生じていない電池への被害を抑えることができる。
【符号の説明】
【００４９】
１０：電池
２０：屋内タンク
２１：冷却装置
２２：加温装置
３０：屋外タンク
４０：電池収容凹部
４１：支持材
５０：隔壁
１００：制御装置
Ｌ１〜Ｌ５：配管
Ｐ１：ポンプ
Ｔ１〜Ｔ４：温度センサ
Ｖ１〜Ｖ５：開閉バルブ
【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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