(57)【要約】【課題】電力を使用せず、且つ、手間が掛からない簡便な電池の温度制御機構を提供する。【解決手段】電池の温度制御機構であって、前記電池の少なくとも一面を覆うカバーであって、前記カバーの内部と前記電池との間に空気の流路となる空隙が形成され、前記カバー下部および上部に前記空隙と連通する少なくとも１つの開口部を有するカバーと、前記カバー上部の開口部を開閉する蓋部と、温度により変形する部材を含んで構成され、前記蓋部を支持し、前記蓋部を温度により開閉する支持部と、前記電池に接して前記電池の側面温度を前記支持部に伝える伝熱部とを備えた。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池の温度制御機構であって、
前記電池の少なくとも一面を覆うカバーであって、前記カバーの内部と前記電池との間に空気の流路となる空隙が形成され、前記カバー下部および上部に前記空隙と連通する少なくとも１つの開口部を有するカバーと、
前記カバー上部の開口部を開閉する蓋部と、
温度により変形する部材を含んで構成され、前記蓋部を支持し、前記蓋部を温度により開閉する支持部と、
前記電池に接して前記電池の側面温度を前記支持部に伝える伝熱部と
を備えたことを特徴とする温度制御機構。
【請求項２】
前記支持部は、温度により変形する部材で構成され、前記蓋部を支持する湾曲部と、前記カバーの内部に前記湾曲部を固定するための軸とを備え、
前記湾曲部には、前記軸を介して、前記伝熱部から熱が伝えられ、前記湾曲部の温度が第１の所定の温度より高くなる場合、前記蓋部が前記開口部を開放するように前記湾曲部が変形し、前記湾曲部の温度が第２の所定の温度より低くなる場合、前記蓋部が前記開口部を閉塞するように前記湾曲部が変形することを特徴とする請求項１に記載の温度制御機構。
【請求項３】
前記カバーは、前記電池の複数の側面をそれぞれ覆うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の温度制御機構。
【請求項４】
複数の電池の側面の間に設置されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の温度制御機構。
【請求項５】
前記温度により変形する部材は、バイメタルであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の温度制御機構。
【請求項６】
前記湾曲部に、前記湾曲部に効率よく熱を伝導するための摺動板が設けられたことを特徴とする請求項２から請求項５のいずれか一項に記載の温度制御機構。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の温度制御機構が設置された電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池の温度制御機構に関し、より詳細には、電池の内部温度を適切な温度に保つように制御する電池の温度制御機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化や資源枯渇の対策の一環として、太陽光や風力等のクリーンな自然エネルギーの利用が進められており、当該自然エネルギーで発生した電力を充電する二次電池の利用も加速化している。
【０００３】
リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池には適正使用温度範囲が存在する。二次電池の使用温度が適正使用温度より低いと、出力電流の低下が起こる場合があり、また適正使用温度より高いと、電池寿命が短くなる場合があることが知られている。特に大型二次電池においては、屋外または屋外に近い環境に設置されるケースが多く、二次電池の内部に熱がこもりやすい傾向がある。よって、大型二次電池においては、携帯端末等に使用される小型二次電池と比較して、二次電池の内部温度をより積極的にコントロールする必要がある。
【０００４】
そこで、例えば、非特許文献１に記載の大型二次電池の蓄電システムでは、二次電池に蓄えられた電力を使用して電動ファンを駆動し、二次電池内にたまった熱を放出するように強制空冷を行っている。
【０００５】
また、二次電池の周囲を断熱材で覆うことにより外気の温度が低い場合でも二次電池の温度が下がりすぎないようにすることが考えられる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】瀬山幸隆、中本武志、西山浩一、園田輝男、「鉄道用強制空冷式リチウムイオン電池モジュール「LIM30H-8R」の開発」、GS Yuasa Technical Report ２００７年１２月、第４巻、pp24-29、インターネット＜ＵＲＬ：https://www.gs-yuasa.com/jp/technic/vol4_2/pdf/004_2_024.pdf＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、非特許文献１に記載の大型二次電池の蓄電システムでは、電動ファンを駆動する電力を二次電池に蓄えられた電力から賄う必要があり、二次電池のエネルギー効率が低下してしまうという問題があった。
【０００８】
また、二次電池の周囲を断熱材で覆った場合、外気温が上昇した際に二次電池の内部温度が大幅に上昇する可能性があり、二次電池の周囲温度が変動する毎に断熱材の脱着を行う必要があるという手間がかかる問題があった。
【０００９】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、電力を使用せず、且つ、手間が掛からない簡便な電池の温度制御機構を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、このような目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、電池の温度制御機構であって、前記電池の少なくとも一面を覆うカバーであって、前記カバーの内部と前記電池との間に空気の流路となる空隙が形成され、前記カバー下部および上部に前記空隙と連通する少なくとも１つの開口部を有するカバーと、前記カバー上部の開口部を開閉する蓋部と、温度により変形する部材を含んで構成され、前記蓋部を支持し、前記蓋部を温度により開閉する支持部と、前記電池に接して前記電池の側面温度を前記支持部に伝える伝熱部とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように、本発明によれば、電池の内部温度を適切に制御することによって、電池の出力特性や寿命に悪影響が及ぶことを抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施例にかかる温度制御機構を含む二次電池を示す構成図であり、（ａ）は、斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ-Ａ’断面を示す図である。
【図２】本発明の一実施例にかかる温度制御機構の蓋部の開閉原理を説明するための図であり、（ａ）は、カバーの内部温度が高温である場合の開口部の開放を示す図であり、（ｂ）は、カバーの内部温度が低温である場合の開口部の閉塞を示す図である。
【図３】本発明の別の実施例にかかる温度制御機構の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら本発明の実施例について詳細に説明する。但し、本発明の実施例に記載されている構成要素はあくまで例示であり、本発明の範囲をそれらに限定する趣旨のものではない。
【００１４】
本発明の一実施例では、二次電池の側面をカバーで覆う。そして、カバーの内部温度が高温となる場合は、カバー内の熱を放出させ、カバーの内部温度が低温となる場合は、カバー内に熱をためるように、当該カバーに設けられた開口部を開閉制御する。開口部の開閉制御によってカバーの内部温度を制御することによって、二次電池の内部温度を制御することを可能にする。
【００１５】
図１に本発明の一実施例にかかる温度制御機構を含む二次電池の構成図を示す。図１（ａ）に斜視図を示し、図１（ｂ）に図１（ａ）のＡ-Ａ’断面図を示す。二次電池１は、放電時には負荷に電力を供給し、充電時にはＰＣＳ（Power Conditioning System）等の装置からの電力を受電するための電極１０ａ及び電極１０ｂを有する。二次電池１の側面の一面には、二次電池１の内部温度を制御するための本発明の一実施例にかかる温度制御機構２が設置される。
【００１６】
本発明の一実施例にかかる温度制御機構２は、二次電池１の内部から側面を介して伝導された熱をためるカバー２１を備える。カバー２１は、二次電池１の側面に設置した状態で、二次電池１の側面とカバー２１の内面との間に空気の流路となる空隙が形成される構造をしている。そして、カバー２１の側面および上面は、二次電池１に密着していて、空隙内の空気が、カバー２１の側面および上面において通気しないようになっている。
【００１７】
本発明の一実施例にかかる温度制御機構２のカバー２１は、カバー２１にたまった熱を放出させるための開口部２０ａ及び開口部２０ｂを上部に備え、カバー２１内を換気するための開口を有する底部３０を下部に備える。開口部２０ａ及び開口部２０ｂは、カバー２１の内部の空隙と連通している。本実施例では、底部３０の全面が開口している。本実施例では、底部３０の開口から流入した外気は、カバー２１の内部の空隙を通って、開口部２０ａ、開口部２０ｂから流出する。
【００１８】
本発明の一実施例にかかる温度制御機構２は、カバー２１の内部温度に応じて自動的に開閉する蓋部２１１ａ及び蓋部２１１ｂを備える。蓋部２１１ａは、開口部２０ａを開閉し、蓋部２１１ｂは、開口部２０ｂを開閉する。
【００１９】
蓋部付近の構成については、蓋部２１１ａを例として説明する。本発明の一実施例にかかる温度制御機構２は、蓋部２１１ａと、蓋部２１１ａに接合され支持する湾曲部２２１、湾曲部２２１をカバー２１に固定するため湾曲部２２１に結合された軸２２２、カバー２１に接合され軸２２２が差し込まれる形状をした軸受２２３からなる蓋駆動支持部２２と、軸２２２と接合して二次電池１に接する伝熱部を構成する金属板２３１とを備える。
【００２０】
湾曲部２２１は、温度で変形する部材で構成され、例えば、バイメタルで構成される。バイメタルとは、熱膨張率が異なる２枚の金属板を貼り合わせたもので、温度の変化によって曲がり方が変化するものである。蓋部２１１ａは、温度が高くなるほど反りが大きくなるバイメタルによりカバー２１に設けられた軸２２２と接続され、開閉駆動される。金属板２３１および軸２２２は、熱伝導率の高い材料で構成される。金属板２３１は、二次電池１の側面に接触しており、二次電池１の側面温度が湾曲部２２１に伝わりやすい伝熱構造としてある。蓋部２１１ｂ付近の構成は、蓋部２１１ａ付近の構成と同様であるため説明を省略する。
【００２１】
図２に本発明の一実施例にかかる温度制御機構２の蓋部の開閉原理を説明するための図を示す。図２（ａ）にカバー２１の内部温度が高温である場合の開口部の開放を示し、図２（ｂ）にカバー２１の内部温度が低温である場合の開口部の閉塞を示す。ここでは、蓋部２１１ａの開閉について説明するが、蓋部２１１ｂの開閉についても同様である。
【００２２】
前提として、二次電池１の側面から生じた熱は、金属板２３１、軸２２２を介して湾曲部２２１に伝わっており、カバー２１の内部の熱（空隙内の熱）も湾曲部２２１に伝わっているとする。
【００２３】
湾曲部２２１の温度が第１の所定の温度（例えば、４０℃）を超える場合には、湾曲部２２１の反りが大きくなり、蓋部２１１ａが開口部２０ａから押し上げられ、カバー２１の内部の空気が開口部２０ａから排気される（図２（ａ）を参照）。また、蓋部２１１ａが開放されることにより、カバー２１の底面３０から外気が流入し、二次電池１の側面を経由してカバー２１の上面の開口部２０ａから排出される気流を発生させ、二次電池１の側面を外気により冷却する。
【００２４】
一方、湾曲部２２１の温度が第２の所定の温度（例えば、１０℃）を下回る場合には、湾曲部２２１の反りが小さくなり、蓋部２１１ａはカバー２１の上面の開口部２０ａを塞ぐ（図２（ｂ）を参照）。また、カバー２１を樹脂等の比較的熱伝導率の低い材料で形成することにより、二次電池１の充放電時に発生する熱（例えば、反応熱やジュール熱）で暖められた空気がカバー２１の内部に保持され、二次電池１の側面温度を外気の温度より高く維持することが可能になる。
【００２５】
したがって、電力を使用することなく、湾曲部２２１の温度が低い場合には二次電池１の周囲に空気層を形成することによりカバー２１内に熱を蓄える。また、湾曲部２２１の温度が高い場合には二次電池１の周囲に気流を発生させてカバー２１内の排熱を促進させる。つまり、カバー２１の内部温度が二次電池１の側面を介して二次電池１内に伝わり、二次電池１の内部温度を適切な温度にすることが可能となる。よって、カバー２１の内部温度を制御することによって、二次電池１の内部温度を制御することが可能となる。
【００２６】
表１に本発明の一実施例の温度制御機構２を角型のリチウムイオン二次電池１の側面に設置した状態と設置しない状態とで、二次電池１の２Ｃ充放電を２０サイクル繰り返して行った場合の二次電池１の側面温度を、異なる外気温度で測定した結果を示す。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
二次電池１の側面温度の測定は、二次電池１を恒温槽中に設置して実施した。蓋部２１１ａは、湾曲部２２１の温度が１０℃から１５℃の間で閉塞し、４０℃程度になるとかなりの開度で開放される構造とした。外気温度が０℃の場合には、カバー２１を設置した場合の方が設置しなかった場合より二次電池１の側面温度が明らかに高く、外気温度が４０℃の場合にはカバー２１を設置しても二次電池１の側面温度の上昇は、カバー２１を設置しない場合と比較してもわずかであった。
【００２９】
なお、本実施例においてはカバー２１を二次電池１の一つの側面にのみ設置しているが、二次電池１の使用状況や電池ラックの形状等を考慮して、２つ以上の面にカバー２１を設置してもかまわない。また、本実施例においてはカバー２１の底部３０の全面が開口しているが、低温環境で使用される場合であれば、二次電池１の保温性を高めるために開口を小さくしたり、開口の奥に仕切り板を設けてカバー２１の上部の開口部まで直線的に外気が導入されないようにしたりしてもかまわない。カバー内の保温性を高めるため、底部３０の開口に、カバー２１上部の開口部に設置したような蓋部を設けてもよい。
【００３０】
更に、本実施例にかかる温度制御機構２の湾曲部２２１には、温度により曲率が変化する円弧状のバイメタルを使用しているが、ゼンマイばね状や平板状のバイメタルを用いてもかまわない。また、湾曲部２２１の材質には、形状記憶合金等を使用してもよい。
【００３１】
また、複数の二次電池を使用する場合（例えば、モジュールとして使用する場合）は、二次電池間の隙間に本実施例にかかる温度制御機構を配置してもかまわない。この場合は軸２２２の両側の二次電池の側面から伝導される熱により蓋部が開閉することになる。
【００３２】
本実施例にかかる温度制御機構２が設置される二次電池１の形状は直方体に近い形状であるが、限定されず、円柱型や楕円柱型等の形状であってもよい。この場合の温度制御機構のカバーは、二次電池の形状に応じた形状とする。
【００３３】
本実施例にかかる温度制御機構２は、二次電池の側面に設置しているが、これに限定されず、例えば、一次電池の側面に設置してもよい。
【００３４】
本実施例によれば、二次電池１の側面温度が上昇した場合に、電力を使用することなくカバー２１の上面の蓋部を開放することにより、二次電池１の側面近傍に上昇気流を発生させて排熱を促進させることが可能となる。また、本実施例によれば、二次電池１の側面温度が低い場合には二次電池１の周囲に空気層を形成することにより、二次電池１で発生したジュール熱が外部に発散することを防ぐことが可能となる。したがって、本実施例によれば、カバー２１の内部温度の制御によって、二次電池１の内部温度を適切に制御することができるため、二次電池１の出力特性や寿命に悪影響が及ぶことを抑制することが可能となる。
【００３５】
図３に本発明の別の実施例にかかる温度制御機構の構成図を示す。本発明の別の実施例では、二次電池１の側面に接する金属板２３１上を摺動する摺動板４００を湾曲部２２１に設け、二次電池１の側面の熱がバイメタルに効率的に伝導するようしてもよい。図３に示すように、摺動板４００は、湾曲部２２１の変形によって重ならないように間隔を空けて複数取り付けられてもよい。
【００３６】
本発明の別の実施例によれば、迅速かつ正確に二次電池１の側面から生じた熱が湾曲部２２１に伝導するので、本発明の一実施例よりも適切に、開口部を開閉することができ、二次電池１の内部温度を制御することが可能となる。
【符号の説明】
【００３７】
１  二次電池
２  温度制御機構
１０ａ、１０ｂ  電極
２０ａ、２０ｂ  開口部
２１  カバー
２２  支持部
３０  底部
２１１ａ、２１１ｂ  蓋部
２２１  湾曲部
２２２  軸
２２３  軸受
２３１  金属板
４００  摺動板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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