JP2011146320A - 二次電池の冷却システム - Google Patents

Abstract

【課題】高温乾燥環境下（例えば、水がない高温乾燥地帯）で使用される場合であっても、二次電池を効率よく冷却する。
【解決手段】一次冷却系Ｓ１は、冷却用液体によって直接的に冷却される二次電池２と、この液冷型二次電池２と電気的に絶縁された、冷却用液体の液体通路３と、この液体通路３において前記冷却用液体を循環させる電動ポンプ４とを備える。二次冷却系Ｓ２は、前記冷却用液体を冷却する冷媒を収納する冷媒タンク５ａを有し液体通路３の一部が冷媒タンク５ａの冷媒中を通過することで熱交換を行うヒートパイプ方式の冷却装置５よりなり、前記冷却用液体の冷却で二次電池２を間接的に冷却する。二次電池２は、複数の電池ユニット７を組み合わせてなり、電池ユニット７の間に導電性の冷却部材８が設けられたものである。冷却部材８の内部に、前記冷却用液体が流れる通路８Ｃを有するものである。
【選択図】 図１

Description

この発明は、主として室外が高温乾燥環境下（例えば、水がない高温乾燥地帯）で使用される二次電池の冷却システムに関するものである。

一般に、電池は、容量および寸法が小さい場合、充電時および放電時における電池の発熱については自然冷却（単なる放熱あるいは自然対流）だけでも問題が少ない。

しかし、電池の容量が大きい場合（例えば電池自体の容量が大容量である大型単電池、または複数の電池ユニットを組み合わせてなり電池全体で大容量となる場合）、電池容量に比例する電池体積と比較して、電池の表面積は、２／３乗しか増大しないため、電池の容量が大きい場合には、電池の充電時と放電時に発生する熱の放散が悪くなり、そのままでは電池の温度が高くなり、電池が使用可能温度を超える可能性がある。そのため、発生した熱の強制冷却が必要となる。

そこで、二次電池を冷却空気によって強制的に冷却しながら、電池寿命が短くなるのを防止したものが知られている（例えば、特許文献１，２参照）。

特開２００７−１２４８６号公報 国際公開第２００８／０９９６０９号パンフレット

電池から直接開放空間への熱の放散が可能な場合は、空冷式の場合でも効率が高いが、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池を使用する上で、電池として機能を果たすことのできる電池本体の使用可能温度は、ニッケル水素電池およびリチウムイオン電池のいずれの場合においても、実用上５０℃程度である。そのため、外部環境が通常の電池使用可能温度を超えた場合においては（例えば外部気温が５０℃を超えた場合等）、電池本体の温度を使用可能温度に下げる必要があるが、その場合に充放電に伴う発生熱をどのように外部へ排熱するかの課題がある。

つまり、外部に対して閉じている閉鎖空間かそれに近い空間で、容量が大きい大型電池を連続使用する場合は、充放電時における発熱により、電池の温度と電池周囲の空気の温度が高くなる。そのため、電池の温度が高くなり、空冷により冷却しようとしても、電池周囲の空気の温度が高くなっているので、電池の温度と電池周囲の空間温度との温度差がなくなり、やがて熱的に飽和してしまう。そのようになると、電池の温度は使用可能温度を超えるので、それ以上は電池を使用することができない状態となる。またこの温度上昇が使用可能温度内であっても冷却が充分でないと、電池の温度が上昇して電池の内部抵抗が大きくなり、この結果エネルギー損失が大となる。

また、ノンフロン冷媒を使用したヒートポンプに水を冷媒として使用した場合、高温乾燥地帯（例えば中近東近辺の砂漠地帯や乾季のインド等の熱帯地帯）では、通常気温が４０℃〜５０℃以上になるとともに水は貴重品であるため、冷却水を利用して、電池を冷却する水冷方式を採用することは困難である。

しかし、そのような高温乾燥地帯においても、今後は省エネルギーの観点から、電力の有効利用のための電力用途の二次電池として、自然エネルギーを利用したマイクログリッドによる電力供給や回生システムの一要素として、二次電池を利用した電力供給システムとして、これらの大型の高容量のニッケル水素電池およびリチウムイオン電池等の二次電池が用いられることが予想される。

本用途に使用される二次電池は電力供給用であるので、これまで使用されてきたコンピュータバックアップシステム用の制御用途（安定化電源用途）等と比較すれば、電力量が格段に大きくなる。そのような大型の電池設備全体としては、建物の空調環境のサブシステム下に設置されることで対応可能な規模よりは、必要な冷却容量も格段に大きくなるため、電池システム独自の冷却装置が必要となる。

建物内にある大型電池設備であっても、また建物内に設置されない独自の設備であっても、建物外に対して独自に排熱することが可能な冷却システムであることが、電池の温度を最適化するための温度制御上も効率が良く有効である。

そこで、発明者は、二次電池の冷却システムとして、二段階の冷却システム、つまり、二次電池を、冷却部材（ヒートシンク）を介して直接的に冷却用液体で冷却する一次冷却系と、その冷却用液体を冷媒で冷却する方法により二次電池を間接的に冷却する二次冷却系とを有する冷却システムを発明した。

この発明は、高温乾燥環境下（例えば、直接水による冷却または水による気化熱による冷却が困難な高温乾燥地帯）で使用される場合であっても、二次電池を効率よく冷却することができる二次電池の冷却システムを提供することを目的とする。

請求項１の発明は、複数の電池ユニットを組み合わせてなり前記電池ユニットの間に導電性の冷却部材が設けられてなる二次電池と、前記二次電池と電気的に絶縁された、前記二次電池を冷却する冷却用液体の液体通路と、前記液体通路において前記冷却用液体を循環させるポンプとを有する一次冷却系と、前記冷却用液体を冷却する冷媒を収納する冷媒タンクを有し液体通路の一部が前記冷媒タンクの冷媒中を前記冷却用液体が通過することで熱交換を行う二次冷却系とを備え、前記冷却部材の内部に、前記液体通路に連通され前記冷却用液体が流れる通路を有するものである。なお、前記冷却用液体が流れる通路の内部の断面形状は、前記冷却用液体が流れる形状であればよく、円形状であっても矩形状であってもよい。また、前記二次冷却系の冷却装置は、ヒートパイプ方式であってもよく、また、ヒートポンプ方式であってもよい。

この場合には、請求項２に記載のように、前記冷却用液体は、絶縁物であり、前記液体通路を構成する部材の一部または全部は絶縁物である。

このようにすれば、前記二次電池を直接的に冷却する一次冷却系の前記冷却用液体が、二次冷却系の冷媒を用いて冷却されることで、二次電池が間接的に冷却される。このように、二段階の冷却システムによって冷却されるので、効率よく冷却される。なお、前記液体通路を構成する部材であっても、他の部分が絶縁物で構成された場合でも、二次冷却系の冷媒タンク内を前記冷却用液体が通過し熱交換を行う部分に、熱伝導性に優れる金属材料等の材料を使用すると、冷却のための効率が高まる。

請求項３に記載のように、前記二次電池は、電池ユニットである密閉型ニッケル水素電池ユニットを複数基積層してなる積層型密閉型ニッケル水素電池であって、隣り合う２基の前記密閉型ニッケル水素電池ユニット間に前記冷却部材が設けられている構成とすることができる。

このようにすれば、二次電池が複数の電池ユニットを組み合わせてなる場合に、電池ユニット間の前記冷却部材の内部に形成した通路を、前記冷却用液体が流れるようにしているので、電池ユニットを組み合わせてなる密閉構造の電池であっても、効率よく各電池ユニットが冷却される。

請求項４に記載のように、前記冷却部材は、その内部に複数の、前記冷却用液体が流れる前記通路が形成されているものとすることができる。
この構成によれば、冷却部材の内部に、複数の孔を穿ち、冷却用液体が流れる通路としてもよい。
また、前記冷却部材は、箱体の内部に複数の仕切板が平行に設けられ、前記仕切板の間に、前記冷却油終え気体が流れる前記通路がそれぞれ形成されている構成とすることができる。

このようにすれば、押し出し形材を利用することで、冷却用液体が流れる通路を有する冷却部材を簡単に形成することができる。

請求項５に記載のように、前記二次電池の電池温度を検出する電池温度検出手段と、前記電池温度検出手段よりの信号を受け、前記電池温度に応じて前記冷却用液体の流量を調節する冷却制御手段とを備えることが望ましい。

このようにすれば、電池温度に応じて前記冷却用液体の流量を調節するので、冷却用液体の温度が、二次電池の冷却に適する温度となるように制御される。

ところで、一部の不燃性で絶縁物のノンフロン冷媒であるＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）やフッ化アルコールはオゾン破壊係数（ＯＤＰ）がゼロで、オゾン層を破壊しない。前記一部の不燃性で絶縁物のノンフロン冷媒であるＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）やフッ化アルコールを、二次電池の冷却部材（ヒートシンク）を直接冷却する冷媒として用いて、請求項６の発明のように構成することができる。

不燃性で絶縁物の高いノンフロン冷媒であれば、電池を直接冷却する電圧のかかる二次電池の冷却手段に使用しても火災の発生のおそれは少なく、同時に冷媒を介して電流は流れないからである。

すなわち、請求項６の発明は、複数の電池ユニットを組み合わせてなり前記電池ユニットの間に導電性の冷却部材が設けられてなる二次電池と、前記二次電池と電気的に絶縁され前記二次電池を冷却する冷却用冷媒の冷媒通路とを備え、前記冷媒通路には、不燃物でかつ、絶縁物である冷媒が流れてなるものとすることができる。この場合、二次電池からある程度距離を置く範囲は、絶縁性が高く不燃性の材料で構成されることが必要となる。そのため二次電池を直接冷却する冷媒自体が電気的に絶縁物で不燃性の高い材料であることが必要な条件となる。

二次電池を、不燃物でかつ、絶縁物である冷媒が流れる冷媒通路（冷却装置）は、ヒートパイプ方式であってもよく、また、ヒートポンプ方式であってもよい。

このようにすれば、不燃物でかつ、絶縁物である冷媒によって、前記二次電池を冷却部材を介して冷却するので、効率よく冷却される。

請求項７に記載のように、前記二次電池は、密閉型ニッケル水素電池ユニットを複数基積層してなる積層型密閉型ニッケル水素電池であって、隣り合う２基の前記密閉型ニッケル水素電池ユニット間に前記冷却部材が設けられている構成とすることできる。

ところで、請求項６，７に記載のように、不燃物でかつ、絶縁物である冷媒（例えばＨＦＣ）を使用したとしても、前記冷却部材同士を導通し前記冷媒を流す冷媒通路（例えばパイプ）自体が絶縁状態で構成されないと、全体として電気的絶縁性が保てない。またこのような前記冷媒（例えばＨＦＣ）は、二酸化炭素を使用した場合ほど耐圧が必要でなくても、従来の一般的なフロンガスより高圧の状態に耐えることが必要である。

また一般的にヒートパイプ方式またはヒートポンプ方式は、銅または銅合金でパイプが構成されることが多いが、これらの材料は電気的に良導体である。そのため、前記冷却部材同士を連通し前記冷媒を流す冷媒通路（例えばパイプ）自体が絶縁状態で構成されないと全体として電気的絶縁性を保つために冷却部材（ヒートシンク）の構造および、冷媒通路の構造を工夫する必要がある。

例えば、請求項８に記載のように、前記冷却部材は、前記電池ユニットの間に配置される板状の中央板状部と、この中央板状部の両側にそれぞれ設けられ前記冷却装置の冷媒が流れる耐圧性の側パイプ部とを有し、前記中央板状部は前記電池ユニットの間に設けられる一方、前記側パイプ部は絶縁カバーで覆われるとともに、前記冷却部材間の導通管は電気的に絶縁される構成とすればよい。そのため側パイプ部を繋ぐ部分全体を絶縁物であるセラミックか工業用プラスチックで構成するか、導通管の柔軟性を要する部分（例えばパイプ）はヒートパイプ方式またはヒートポンプ方式の管に使用されることの多い銅または銅合金で構成し、その部分（パイプ）の周囲と前記冷却部材の繋ぎ部分のみ電気的に絶縁物で構成すればよい。

請求項１〜５の発明は、二次電池を、冷却部材（ヒートシンク）を介して直接的に冷却する一次冷却系の冷却用液体が、二次冷却系の冷媒によって冷却され、間接的に二次電池が冷却されるので、二段階の冷却システムによって、効率よく冷却できる。

請求項６〜８の発明は、不燃性で絶縁物の冷媒によって、前記二次電池を直接冷却するので、同様に、効率よく冷却できる。

本発明に係る二次電池の冷却システムの実施の形態の概略構成を示す図である。 前記冷却システムの適用例の説明図である。 前記冷却システムで用いられる二次電池の構造を示す図である。 前記二次電池についての冷却作用を示す説明図である。 前記二次電池に用いられる冷却板の説明図である。 （ａ）（ｂ）（ｃ）はそれぞれ前記二次電池に用いられる冷却板の他の例を示す説明図である。 図１に示す実施の形態の変形例を示す図である。 本発明に係る二次電池の冷却システムの他の実施の形態の概略構成を示す図である。 （ａ）（ｂ）（ｃ）はそれぞれ図８に示すシステムの二次電池に用いられる冷却板の説明図である。 図８に示す実施の形態の変形例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に沿って説明する。

図１および図２に示すように、本発明に係る二次電池の冷却システム１は、冷却部材である冷却板８を介して直接的に冷却用液体によって冷却される二次電池２と、この二次電池２と電気的に絶縁された、二次電池２を冷却する冷却用液体の液体通路３と、この液体通路３において前記冷却用液体を循環させる電動ポンプ４とを備える一次冷却系Ｔ１と、前記冷却用液体を冷却する冷媒を収納する冷媒タンク５Ｂを有し液体通路３の一部が冷媒タンク５Ｂの冷媒中を通過するヒートパイプ方式の冷却装置５よりなる二次冷却系Ｔ２とを備える。この二次冷却系Ｔ２の冷媒によって一次冷却系Ｔ１の冷却用液体を冷却することで、二次冷却系Ｔ２によって二次電池２が間接的に冷却されることになる。電動ポンプ４を使用しているので、冷却対象である二次電池２と冷媒タンク５Ｂとのある程度の距離があっても、効率よく冷却することができる。なお、図２に示すように、二次電池２と冷却装置５とは、離れた位置に配置され、冷却装置５は、例えば、日よけなどがあり、通風のよい建物内に設置される。

そして、一次冷却系Ｔ１の、二次電池２から冷却装置５の冷媒タンク５Ｂまでを絶縁状態とするため、液体通路３が不導体となるように耐熱絶縁チューブ（例えば、シリコンチューブ）を利用するとともに耐熱構造とされる。ここで、耐熱といっても、電池自体が６０℃以上となること自体が、使用上問題な状態であるので、絶縁油と絶縁チューブとについては、連続１００℃程度までの耐熱性があれば十分である。

一次冷却系の冷却用液体としては、耐熱絶縁性の電気絶縁油、例えば、鉱油（１種）、アルキルベンゼン（２種）、ポリブテン（３種）、アルキルナフタレン（４種）、アルキルジフェニルアルカン（５種）、シリコン油（６種）、鉱油アルキルベンゼン（７種）などが用いられるが、この実施の形態では低粘度のシリコン油が用いられる。

二次冷却系の冷媒としては、ノンフロンガス、つまり自然媒体であるアンモニアや炭化水素、合成媒体で水よりも沸点が低い代替フロンとしてのハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）、イソブタン、ノルマルブタン、エタン、プロパン、フッ化アルコール、二酸化炭素（ＣＯ₂）などが使用される。

そして、この一次冷却系Ｔ１（絶縁・不燃性の冷却系）の冷却用液体と二次冷却系Ｔ２（可燃性冷却系（イソブタン等の炭化水素を利用した場合は可燃性であるが、二酸化炭素を利用した場合は可燃性でない））の冷媒との間で、熱交換が行われる。

この二次電池２は、複数の、直方体形状の電池ユニット７を組み合わせてなり、電池ユニット７の間に導電性の冷却部材８が設けられたものである。冷却部材８は、前記冷却用液体が流れる通路を有するものである。

このように二次電池２が、複数の電池ユニット７を組み合わせて積層した構造で、大型化すると、表面積も大きくなり、表面を冷却するだけでは電池内部の冷却が不充分になるので、各電池ユニット７の間に冷却用液体を流して各電池ユニット７を冷却するために冷却板８を設け、電池内部も効果的に冷却するようにしているのである。

この二次電池２は、大容量ニッケル水素電池で、例えば図３および図４に示すように、電池ユニット７を積層したもので、各電池ユニット７は、対向して設けられた正極集電体７１と負極集電体７２の間に、アルカリ電解液中で腐食など変質せず、イオンは透過するが電子を透過させない蛇腹状のセパレータ７３が交互に両集電体に近接するように配置され、蛇腹状のセパレータ７３と正極集電体７１とで形成される区画される空間に電解質溶液７４とともに正極活物質を含有する正極シート７５を配置し、蛇腹状のセパレータ７３と負極集電体７２とで形成される区画される空間に電解質溶液７４とともに負極活物質を含有する負極シート７６を配置し、正極シート７５と負極シート７６がセパレータ７３を挟んで交互に組み込まれている。また、正極シート７５は正極集電体７１に接し、負極シート７６は負極集電体７２に接している。そして、隣り合う２基の電池ユニット７の間には、一方の電池ユニットの正極集電体７１ともう一方の電池ユニットの負極集電体７２に接するように冷却板８（冷却部材）が挿入されている。この冷却板８の通路８Ｃ（冷却用液体が流通する通路）は断面円形状で正極シート７５と負極シート７６の上下方向に一致している。

冷却板８は、アルミニウムを素材としてニッケルメッキを施したもので、電池ユニット７に対応する大きさを有し、図５に示すように、上下方向に空気が流通する経路８Ｃが多数設けられている。この冷却板８を正極シート７５と負極シート７６との間に挿入して、冷却用液体が通路８Ｃを流通するようにしている。この冷却板８は正極シート７５と負極シート７６とに接して両シート７５，７６を接続するための部材であり、熱伝導性が良いとともに電気伝導性が良いことも必要である。その点でアルミニウムは電気抵抗が比較的低く、熱伝導率が比較的大きいので、本発明の冷却板として好ましい特性を有しているが、酸化しやすいという欠点を有している。そこで、アルミニウム板にニッケルメッキを施したものは、ニッケルメッキを施すことにより接触抵抗を低下させることができるので、この発明の冷却板としてさらに好ましい。

各電池ユニットの電流を通すとともに熱伝導性のよい金属で構成された正極集電体７１と負極集電体７２が、それぞれ正極シート７５及び負極シート７６と直接接触し、その上、各集電体が電気的に正極集電体７１と負極集電体７２をつなぐ役割を果たす冷却板８と接触しているため、上から下に向かって冷却板８の通路８Ｃを流通する冷却用液体に対して、電池反応の結果発生した熱は図４の矢符で示す方向に沿って効率的に伝達されて外部に放出されるので、二次電池（電池ユニットの積層体）の温度を、電池反応をスムーズに実行することができる適正な範囲に維持することができる。

７７は統括正極集電体、７８は統括負極集電体、７９，８０は絶縁板である。

正極シート７５は、例えば、正極活物質と導電性フィラーと樹脂に溶剤を加えてぺ一スト状にしたものを基板上に塗布して板状に成形し、硬化させたものであり、負極シート７６は、例えば、負極活物質と導電性フィラーと樹脂に溶剤を加えてぺースト状にしたものを基板上に塗布して板状に成形し、硬化させたものである。正極活物質および負極活物質としては、すべての公知の活物質材料を用いることができる。導電性フィラーとしては、炭素繊維、炭素繊維にニッケルメッキしたもの、炭素粒子、炭素粒子にニッケルメッキしたもの、有機繊維にニッケルメッキしたもの、繊維状ニッケル、ニッケル粒子、ニッケル箔を単独または組み合わせて用いることができる。樹脂としては、軟化温度１２０℃までの熱可塑性樹脂、硬化温度が常温から１２０℃までの樹脂、蒸発温度１２０℃以下の溶剤に溶解する樹脂、水に可溶な溶剤に溶解する樹脂、アルコールに可溶な溶剤に溶解する樹脂などを用いることができる。基板としては、ニッケル板などの電気伝導性のある金属板を用いることができる。セパレータ７３としては、例えば、四フッ化エチレン樹脂、ポリエチレン、ナイロン、ポリプロピレンなどの織物や不織布又はメンブレンフィルターなどを使用することができる。

なお、電池ユニット７の大きさは、例えば、大型のもので３０ｍｍ×２００ｍｍ×２６０ｍｍ（３６Ｖ仕様，２４Ｖ仕様）、小型のもので３０ｍｍ×１００ｍｍ×１６０ｍｍ（３６Ｖ仕様，２４Ｖ仕様，１２Ｖ仕様）である。電池容量は、大型もので１５０〜２２０Ａｈ、小型のもので５０Ａｈである。大型の電池ユニットであっても小型の電池ユニットあっても、1ユニットあたりの端子電圧は１．２Ｖである。
前記電池ユニットを、冷却板を介して直列につなぐことで、所望の電圧が得られる（所望の電圧＝１．２Ｖ×直列ユニット電池個数）。

前記冷却板は、前述した断面円形状の通路を形成した板状のもののほか、より冷却用液体が流れやすくなるように、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように構成することも可能である。すなわち、冷却板１８は、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、矩形筒状の箱体１８Ａの内部に複数の仕切板１８Ｂが平行に設けられて、押し出し形材で水平断面ハモニカ形状に形成されている。そして、仕切板１８Ｂの間に、前記冷却用液体が流れる前記複数の通路１８Ｃがそれぞれ形成されている。箱体１８Ａの上下に、筒状の導入口部１８Ｄａおよび導出口部１８Ｅａを有する板状の蓋体１８Ｄ，１８Ｅがロー付けで接合され、仕切板１８Ｂの上下端部と蓋体１８Ｄ，１８Ｅとの間に、複数の通路１８Ｃに連通する空間部１８Ｆ，１８Ｇが形成される。

この複数の通路１８Ｃを冷却用液体が流れることで、冷却用液体によって二次電池２（複数の電池ユニット７）が冷却される。

冷却装置５は、冷却フィン５Ａを備えるヒートパイプ方式の冷却装置で、この冷却装置５の冷媒Ｓを貯留する冷媒タンク５Ｂ内の前記冷媒Ｓ中を、前記冷却用液体の液体通路３が通過することで、冷媒Ｓと冷却用液体との間で熱交換が行われる構成とされている。

二次電池２には、二次電池２の温度が一定の温度範囲になるように冷却制御するために、二次電池２の電池温度を検出する電池温度検出センサ２１（電池温度検出手段）と、冷却フィン５Ａ付近のフィン温度を検出するフィン温度検出センサ２２（フィン温度検出手段）と、マイクロコンピュータからなる冷却制御装置２３（冷却制御手段）が、両検出センサ２１，２２からの信号を受け、前記電池温度及びフィン温度に応じて電動ポンプ４の流量を制御するようになっている。これにより、液体通路３を流れる冷却用液体の流量が制御される。なお、システムの簡素化のために、冷却制御装置２３（冷却制御手段）が、電池温度検出センサ２１からの信号だけを受け、前記電池温度に応じて電動ポンプ４の流量を制御するようにすることも可能である。

このように、二次冷却系となる、外気への熱交換器部分は、電池温度が一定以下であれば、ヒートパイプ方式の冷却装置５を採用すると、エネルギー効率からも騒音の発生の問題からも、利点が大きい。

ここで、ヒートパイプ方式は、閉鎖され内部を真空状態として、作動液体となる冷媒を封入し、一方に冷却すべき加熱源（本例の場合は冷却用液体）を設け、その部分で冷媒が蒸発し、その蒸気が例えば冷却部分のフィン５Ａで放熱することで凝縮して液体に戻ることによって、蒸発と凝縮に伴う潜熱移動による効率的な冷却方式である。

また、前記二次冷却系となる冷却装置としては、ヒートパイプ方式の冷却装置５のほか、図７に示すように、ヒートパイプ方式と同様に、閉鎖され内部を真空状態として、作動液体となる冷媒を封入し、一方に冷却すべき加熱源（本例の場合は冷却用液体）を設け、その部分で冷媒が蒸発し、その蒸気が凝縮器３１Ｂを強制冷却させる冷却ファン３１Ｃで冷却されるとともに、冷媒の蒸気を凝縮させることで液化を行う圧縮器３１Ａを備える、ヒートポンプ方式の冷却装置３１を採用することも可能である。ヒートポンプ方式は、ヒートパイプ方式より小型でかつ熱容量の大きく効率的な冷却を行う方式である。また、ヒートポンプ方式による冷却は、ヒートパイプ方式の冷却より、二次電池の冷却において細かな温度制御が可能となる。

この場合も、この冷却装置３１の冷媒Ｓを貯留する冷媒タンク３１Ｄ内の冷媒Ｓ中を、前記冷却用液体の液体通路３が通過することで熱交換が行われる。二次冷却のための外気への熱交換器部分は、電池温度が一定以上であれば、ヒートポンプ方式の冷却装置３１を採用すると、冷却効率が高い。

またヒートポンプ方式の冷却装置３１であっても、低騒音化を狙う場合は、外部熱交換器の面積を大きく取り、大風量で低風速によるファン冷却（例えば５ｍ/ｓ以下の風、騒音の発生と風速は６乗の関係）をすればよい。

ところで、一部の不燃性で絶縁物のノンフロン冷媒がオゾン破壊係数（ＯＤＰ）ゼロで、オゾン層を破壊しないので、冷媒として用い、二次電池のヒートシンクを直接冷却する冷媒を、直接ノンフロン冷媒を使用したヒートパイプ方式の冷却装置の冷媒とすることができる。そのような条件をクリアする冷媒としては、ブタン等のＨＣ系の冷媒は高い燃焼性があるために使用することができず、純水の場合は不燃な冷媒であるが電気的に絶縁状態を保つことが困難であるため（全くの不純物の混ざらない純水はほぼ絶縁物質であるが使用中周囲の物質による汚染により電気的に導体となる。）使用することができない。また純水を維持することができる装置もあるが、高価なため実質的に使用することは困難である。また二酸化炭素はどちらの要求も満たしているが、かなりの高圧下での使用が要求されるので、装置の耐圧性の必要レベルの問題から実際上の使用は困難である。これらの条件をクリアする素材はフロンまたはそれに近い物質であるが、オゾン層破壊の原因物質であり、地球温暖化係数が大きいため、今後の使用が禁止されている。現時点でこれらの条件をクリアする物質は、ＨＦＣ（ハイドロフルオロカーボン）やフッ化アルコールがあげられる。

この場合、図８に示すように、液冷型二次電池２Ａと、ヒートパイプ方式の冷却装置４１とを備え、この冷却装置４１の冷媒によって、二次電池２を冷却するようにすることも可能である。

この場合も、二次電池２Ａは、複数の電池ユニット７を組み合わせてなり、電池ユニット７の間に、導電性の冷却部材４２が設けられたものであるが、冷却部材４２は、冷却装置４１の冷媒が流れる通路４１ａ（冷媒通路）に連通する通路を有するものであるので、耐圧性能が求められ、冷却部材４２は、図９（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、板状の中央板状部４２Ａと、この中央板状部４２Ａの両側にそれぞれ設けられ冷却装置４１の冷媒が流れる耐圧性の円形断面の側パイプ部４２Ｂ，４２Ｂとを有するアルミ形材からなる。左右の側パイプ部４２Ｂ，４２Ｂには絶縁材からなるカバー部材４３が設けられている。

また、液体通路も柔軟性のあるパイプでは高圧に耐えないので、冷却部材４２から一定距離までは、絶縁物質であるセラミック製あるいは強度が高く耐熱性に優れるエンジニアリングプラスチック製のつなぎパイプ４４で繋ぎ、そこから先は、一般的に冷媒を流すのに使用される銅管（または銅系合金管）４５を使用し、銅管４５の周囲には絶縁材料４６を巻くことで冷却部材４２間や冷媒を流す管から外部への絶縁性が保たれ、同時に冷却部材４２間の絶縁が保たれる構造となっている。ここで、銅管４５を巻く絶縁材料や絶縁性を持たせるための繋ぎパイプ４４（セラミックあるいはエンジニアリングプラスチック）は耐熱が必要であるといっても、電池自体が６０℃以上となること自体が問題な状態であるので、連続１００℃程度までの耐熱性があれば十分である。一般的に冷媒を流すのに使用される銅管４５は、ある程度の柔軟性があるとともに耐圧性があるため、この用途に用いられるので都合がよい。しかし冷却部材４２間を繋ぐ用途に絶縁物であるセラミックあるいはエンジニアリングプラスチックが単独で使用できれば構造が簡単になるため、さらに都合がよい。

この場合も、冷却制御装置５１が、電池温度を検出する電池温度検出センサ５２および冷却装置４１のフィン温度を検出するフィン温度測定センサの５３からの信号を受け、電池温度およびフィン温度に応じて冷却ファン５４のファン回転数を制御するようになっている。

また、前記冷却装置としては、ヒートパイプ方式の冷却装置４１に代えて、図１０に示すように、圧縮器６１Ａと、凝縮器６１Ｂと、凝縮器６１Ｂを強制冷却させる冷却ファン６１Ｃとを備えるヒートポンプ方式の冷却装置６１を用いることも可能である。この場合も、冷却部材４２の側パイプ部４２Ｂに、冷却装置６１の冷媒が流れる通路６１ａが接続される。

本発明は、前述したほか、次のように変更して実施することもできる。
(i)電池温度が一定温度以下の場合には、ヒートパイプ方式の冷却装置で冷却し、電池温度が一定温度を超える場合には、ヒートポンプ方式の冷却装置で冷却する構成を採用することもできる。
(ii)前述した大容量ニッケル水素電池に限らず、大容量の二次電池であれば、全てのタイプで採用可能である。
(iii)特に、太陽光発電や風力発電を利用し発電量を平準化するマイクログリッドシステ
ムにおける大型二次電池システムにおいて有効である。

１ 二次電池の冷却システム
２ 二次電池
３ 液体通路
４ 電動ポンプ
５、４１ ヒートパイプ方式の冷却装置
５Ｂ， 冷媒タンク
７ 電池ユニット
８，１８，４２ 冷却板
２３，５１ 冷却制御装置
３１，６１ ヒートポンプ方式の冷却装置
３１Ｄ 冷媒タンク

Claims (8)

1. 複数の電池ユニットを組み合わせてなり前記電池ユニットの間に導電性の冷却部材が設けられてなる二次電池と、
   前記二次電池と電気的に絶縁された、前記二次電池を冷却する冷却用液体の液体通路と、
   前記液体通路において前記冷却用液体を循環させるポンプとを有する一次冷却系と、
   前記冷却用液体を冷却する冷媒を収納する冷媒タンクを有し液体通路の一部が前記冷媒タンクの冷媒中を前記冷却用液体が通過することで熱交換を行う二次冷却系と
   を備え、
   前記冷却部材の内部に、前記液体通路に連通され前記冷却用液体が流れる通路を有する二次電池の冷却システム。
   
2. 前記冷却用液体は絶縁物であり、前記液体通路を構成する部材の一部または全部は絶縁物である請求項１記載の二次電池の冷却システム。
   
3. 前記二次電池は、電池ユニットである密閉型ニッケル水素電池ユニットを複数基積層してなる積層型密閉型ニッケル水素電池であって、
   隣り合う２基の前記密閉型ニッケル水素電池ユニット間に前記冷却部材が設けられている請求項１または２記載の二次電池の冷却システム。
   
4. 前記冷却部材は、その内部に複数の、前記冷却用液体が流れる前記通路が形成されている請求項１〜３のいずれか１つに記載の二次電池の冷却システム。
   
5. 前記二次電池の電池温度を検出する電池温度検出手段と、
   前記電池温度検出手段よりの信号を受け、前記電池温度に応じて前記冷却用液体の流量を調節する冷却制御手段とを備える請求項１〜４のいずれか１つに記載の二次電池の冷却システム。
   
6. 複数の電池ユニットを組み合わせてなり前記電池ユニットの間に導電性の冷却部材が設けられてなる二次電池と、
   前記二次電池と電気的に絶縁され前記二次電池を冷却する冷却用冷媒の冷媒通路と
   を備え、
   前記冷媒通路には、不燃物でかつ、絶縁物である冷媒が流れてなる二次電池の冷却システム。
   
7. 前記二次電池は、密閉型ニッケル水素電池ユニットを複数基積層してなる積層型密閉型ニッケル水素電池であって、
   隣り合う２基の前記密閉型ニッケル水素電池ユニット間に前記冷却部材が設けられている請求項６記載の二次電池の冷却システム。
   
8. 前記冷却部材は、前記電池ユニットの間に配置される板状の中央板状部と、この中央板状部の両側にそれぞれ設けられ前記冷却装置の冷媒が流れる耐圧性の側パイプ部とを有し、
   前記中央板状部は前記電池ユニットの間に設けられる一方、前記側パイプ部は絶縁カバーで覆われるとともに、前記冷却部材間の導通管は電気的に絶縁される請求項６または７記載の二次電池の冷却システム。

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