JP2011233366A - 蓄電システム - Google Patents

Abstract

【課題】電池冷却システムの冷却性能を正確に判定する。
【解決手段】二次電池８と、二次電池８を冷却する冷却媒体４の流路１１を有し、二次電池８を保持する保持部材１０と、流路１１の二カ所の冷却媒体４の温度Ｔ１、Ｔ２を計測する媒体温度計測手段１２ａ、１２ｂと、二次電池８の温度Ｔ３を計測する電池温度計測手段１２ｃと、（Ｔ３−Ｔ１）／（Ｔ２−Ｔ１）または（Ｔ３−Ｔ２）／（Ｔ２−Ｔ１）または（Ｔ３−Ｔ２）／（Ｔ３−Ｔ１）で定義される係数αを繰り返し算出し、係数αの変化に基づいて二次電池８の冷却性能を判定する判定手段とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は二次電池を用いた蓄電システムに関する。

二次電池の性能や寿命は温度に大きく依存し、高温になると劣化が起こり易くなるため、ハイブリッド車両のように大電流を必要とする二次電池システムでは、充放電時の冷却システムの冷却性能を正確に監視する必要がある。二次電池の冷却方式には、ファンにより送風して二次電池を冷却する空冷方式と、液体の冷却媒体を二次電池に循環して熱を外部に移送する液冷方式の２つに大別される。冷却性能の低下の原因としては、空冷方式ではファンの不具合、二次電池やその送風路における埃や付着物の堆積があり、液冷方式では冷却媒体を循環させるポンプの不具合、冷却媒体の成分変化、冷媒流路の金属腐食による劣化などが考えられる。このような二次電池冷却システムにおける冷却性能の異常を判定する技術として、二次電池の充放電電流と冷却状態から二次電池の温度を推定し、この温度推定値を二次電池の温度実測値と比較して冷却性能の異常を判定するようにした蓄電システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−３１３０９２号公報

しかしながら、上述した従来の蓄電システムでは、二次電池の充放電電流に基づく発熱量、周囲温度、ファンの動作モード、推定温度の来歴などにより電池温度を推定しているので、推定値に誤差が含まれ、電池冷却システムの冷却性能が正常か否かを正確に判定できないという問題がある。

(１) 請求項１の発明は、二次電池と、二次電池を冷却する冷却媒体の流路を有し、二次電池を保持する保持部材と、流路の二カ所の冷却媒体の温度Ｔ１、Ｔ２を計測する媒体温度計測手段と、二次電池の温度Ｔ３を計測する電池温度計測手段と、（Ｔ３−Ｔ１）／（Ｔ２−Ｔ１）または（Ｔ３−Ｔ２）／（Ｔ２−Ｔ１）または（Ｔ３−Ｔ２）／（Ｔ３−Ｔ１）で定義される係数αを繰り返し算出し、係数αの変化に基づいて二次電池の冷却性能を判定する判定手段とを備える蓄電システムである。
(２) 請求項２の発明は、請求項１に記載の蓄電システムにおいて、判定手段は、係数αの今回の算出値と過去の算出値との差分が予め設定された範囲を超えた場合に、二次電池の冷却性能が異常であると判定する。
(３) 請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載の蓄電システムにおいて、媒体温度計測手段は、保持部材を通る流路の保持部材の入側と出側の温度Ｔ１、Ｔ２を計測する。
(４) 請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の蓄電システムにおいて、保持部材は、熱伝導性シートを介して二次電池を保持する。
(５) 請求項５の発明は、請求項４に記載の蓄電システムにおいて、判定手段は、係数αの今回の算出値と過去の算出値との差分が予め設定された範囲を超え、かつ今回の算出値が過去の算出値よりも大きい場合には、冷却性能の異常の原因が熱伝導性シートの不具合にあると判定する。
(６) 請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載の蓄電システムにおいて、判定手段は、係数αの今回の算出値と過去の算出値との差分が予め設定された範囲を超え、かつ今回の算出値が過去の算出値よりも小さい場合には、冷却性能の異常の原因が冷却媒体による二次電池の冷却システムの不具合にあると判定する。
（７）請求項７の発明は、請求項６に記載の蓄電システムにおいて、判定手段は、冷却媒体による二次電池の冷却システムの不具合と判定した場合は、冷却システムの冷却能力を増加させる。

本発明によれば、電池冷却システムの冷却性能を正確に判定することができる。

一実施の形態の液冷式蓄電システムの構成を示す図 図１に示す電池モジュールの部分的な構成を示す図 図２に示す電池モジュールの１個の二次電池部分を拡大して示す側面図 図２に示す電池モジュールの１個の二次電池部分を拡大して示す上面図 図３および図４に示す１個の二次電池周りの熱等価回路を示す図 二次電池の１個あたりの発熱量を７Ｗと２０Ｗに設定した場合の冷却媒体流量に対する係数αの関係を示す図 異なる熱伝導特性を有する２種類の熱伝導性シートにおける冷却媒体流量と係数αの関係を示す図 一実施形態の蓄電システムの制御系統の構成を示す図 冷却性能の測定と判定を行う処理例を示すフローチャート 冷却性能が異常と判定した場合の処理例を示すフローチャート 冷却性能が異常と判定した場合の他の処理例を示すフローチャート 一実施の形態の空冷式蓄電システムの電池モジュールを示す斜視図

図１は一実施の形態の液冷式蓄電システムの構成を示す。一実施の形態の蓄電システム１は電池モジュール２、冷却システム３、冷却媒体４などを備えている。冷却システム３は冷却媒体４を電池モジュール２に循環させる。冷却媒体４は電池モジュール２で発生した熱を吸収し、電池モジュール２の外部に熱を移動する。冷却媒体４には例えば水や不凍液などを用いることができる。液冷式の冷却システム３は循環ポンプ５、タンク６、熱交換器７などを備えている。循環ポンプ５は、冷却媒体４を電池モジュール２へ送り出すために冷却媒体４に運動エネルギーを与える。タンク６は循環させる冷却媒体４を蓄え、循環ポンプ５に供給する。熱交換器７は電池モジュール２の熱を吸収して回収された冷却媒体４を外部との熱交換により冷却し、タンク６に蓄える。

図２は電池モジュール２の部分的な構成を示す。電池モジュール２は、複数の二次電池８が熱伝導性シート９に被覆されて冷却ブロック１０により保持されている。図２では冷却ブロック１０により６個の二次電池８が保持された電池モジュール２の一部を示すが、電池モジュール２には同様な構造によりさらに多くの二次電池８が組み込まれている。冷却ブロック１０の内部には、冷却媒体４を通流させるための冷却用パイプ１１が貫通している。なお、図２では、冷却用パイプ１１がブロック１０内部の入側で２本に分岐し出側で合流する例を示すが、冷却ブロック１０内の冷却用パイプ１１の配管形状、方法については図２に示すものに限定されない。

図３および図４は電池モジュール２の１個の二次電池部分を拡大して示し、図３は側面図、図４は上面図である。円筒形の二次電池８は熱伝導性シート９により被覆されて冷却ブロック１０に保持されており、冷却ブロック１０の内部には冷却媒体４を通流させるための冷却用パイプ１１が配管されている。なお、二次電池８の形状は円筒形に限定されず、角形やラミネート形などの円筒形以外の形状であってもよい。

充放電時に二次電池８で発生した熱は、主に二次電池８の側面周囲を取り巻く熱伝導性シート９と冷却ブロック１０を介して移動し、冷却用パイプ１１の中を流れる冷却媒体４に吸収される。熱伝導性シート９は１ｍｍ程度の厚みを持ち、絶縁性と厚み方向の熱伝導性に優れ、シート表面の密着性が高い特徴があり、二次電池８と冷却ブロック１０の間を絶縁しながら熱伝達を容易にする。なお、二次電池の表面が電位を持たない構造の二次電池であって、電池表面が冷却ブロック１０と直接接触しても問題のない二次電池であれば、熱伝導性シート９の絶縁性は必須の要件ではなく、また熱伝導性シート９を用いずに二次電池８を直接、冷却ブロック１０に接触させて保持する構造としてもよい。冷却ブロック１０は熱伝導性の高いアルミニウムなどの金属で形成される。さらに、冷却用パイプ１１も金属製で、冷却ブロック１０の内部を貫通している。

冷却用パイプ１１の冷却ブロック入側のパイプ表面と冷却ブロック出側のパイプ表面には温度センサー１２ａ、１２ｂが設置され、入側冷媒温度Ｔinと出側冷媒温度Ｔoutが測定される。なお、入側冷媒温度Ｔinを測定する温度センサー１２ａの設置場所は、冷却用ブロック１０の内部を貫通する冷却用パイプ１１のブロック入口付近が望ましいが、ブロック入側に近い箇所であればよい。同様に、出側冷媒温度Ｔoutを測定する温度センサー１２ｂの設置場所は、冷却用ブロック１０の内部を貫通する冷却用パイプ１１のブロック出口付近が望ましいが、ブロック出側に近い箇所であればよい。なお、図２に示すように複数個の二次電池８を一つの冷却ブロック１０で保持する電池モジュール２では、冷却ブロック１０を貫通する冷却用パイプ１１のブロック入側とブロック出側付近に温度センサー１２ａ、１２ｂを設置すればよい。

また、二次電池８の表面には温度センサー１２ｃが設置され、二次電池８の表面温度Ｔｓが測定される。この一実施の形態では二次電池８の表面温度Ｔｓを電池温度とする例を示すが、電池温度は二次電池８の表面温度に限定されず、例えば二次電池８の内部温度であってもよい。

図５は、図３および図４に示す１個の二次電池周りの熱等価回路を示す。図５において、Ｑ０は二次電池８の発熱量、Ｒcは二次電池８の内部熱抵抗、Ｒaは大気熱抵抗、Ｒsは熱伝導性シート９の熱抵抗、Ｒbは冷却ブロック１０の熱抵抗、Ｒpは冷却媒体４の熱抵抗である。また、熱等価回路の各節点の温度として、Ｔaは周囲温度、Ｔcは二次電池８の内部温度、Ｔsは二次電池８の表面温度、Ｔinは冷却媒体４のブロック入側温度、Ｔoutは冷却媒体４のブロック出側温度である。さらに、熱の流れを示す冷却媒体吸収熱量Ｑ１と大気放熱量Ｑ２を定義する。

図５に示す熱等価回路の各パラメーターについてさらに詳しく説明する。電池内部熱抵抗Ｒｃは二次電池８の内部から表面に至る間の熱抵抗を定義したものであり、大気熱抵抗Ｒａは二次電池８の表面から周辺の大気に至る間の熱抵抗を定義したものである。周囲温度Ｔａは二次電池８の周辺の大気の温度であり、電気回路における電圧源として取り扱う。また、熱伝導性シート熱抵抗Ｒｓは二次電池８の表面から熱伝導性シート９を介し冷却ブロック１０の表面に至る間の熱抵抗を定義したものであり、冷却ブロック熱抵抗Ｒｂは冷却ブロック１０の熱伝導性シート９と接する表面から内部を経て冷却用パイプ１１の壁を通じ冷却媒体４に至る間の熱抵抗を定義したものである。冷却媒体熱抵抗Ｒｐは、冷却用パイプ１１と冷却システム３で構成される冷却媒体循環経路において冷却媒体４が吸収した熱を放熱するに至る間で定義される熱抵抗である。

電池発熱量Ｑ０は二次電池８が充放電時に発生する熱量であり、電気回路における電流源として取り扱う。冷却媒体出側温度Ｔoutは、冷却媒体４が吸熱した後の冷却用パイプ１１の冷却ブロック出側における冷却媒体４の温度である。また、冷却媒体入側温度Ｔinは、冷却システム３により冷却されパイプ１１の冷却ブロック入側に流入する冷却媒体４の温度である。この冷却媒体入側温度Ｔinは冷却システム３の熱交換器７の動作制御により可変にでき、ここでは電気回路における電圧源として取り扱う。

電池発熱量Ｑ０は電池内部熱抵抗Ｒｃを介して流れた後、冷却媒体４が吸収する熱量である冷却媒体吸収熱量Ｑ１と、大気に放熱する熱量である大気放熱量Ｑ２とに分かれる。すなわち、電池発熱量Ｑ０は、
Ｑ０＝Ｑ１＋Ｑ２ ・・・(１)
で表される。冷却媒体吸収熱量Ｑ１は、図５に示す熱等価回路から明らかなように、
Ｑ１＝（Ｔｓ−Ｔin）／（Ｒs＋Ｒｂ＋Ｒｐ） ・・・(２)
または、
Ｑ１＝（Ｔｓ−Ｔout）／（Ｒｓ＋Ｒｂ） ・・・(３)
あるいは、
Ｑ１＝（Ｔout−Ｔin）／Ｒｐ ・・・(４)
と表すことができる。また、大気放熱量Ｑ２は、
Ｑ２＝（Ｔｓ−Ｔａ）／Ｒａ ・・・(５)
と表すことができる。

次に、冷却性能の劣化の判定方法について説明する。冷却性能の優劣は、冷却媒体４により電池発熱量Ｑ０を効率よく熱移動できているか否かで判定する。すなわち、電池発熱量Ｑ０が冷却媒体吸収熱量Ｑ１として熱移動する割合が高いほど、冷却性能が優れていると考えることができる。冷却媒体吸収熱量Ｑ１の流れる経路には、図５に示すように、電池内部熱抵抗Ｒｃ、熱伝導性シート熱抵抗Ｒｓ、冷却ブロック熱抵抗Ｒｂ、冷却媒体熱抵抗Ｒｐが存在し、これらの熱抵抗が大きくなると冷却媒体吸収熱量Ｑ１が流れにくくなり、冷却性能が劣化すると考える。

冷却媒体吸収熱量Ｑ１の流れる経路の熱抵抗の内、熱伝導性シート熱抵抗Ｒｓと冷却媒体熱抵抗Ｒｐは経時的に劣化あるいは変動が起こり易い。熱伝導性シート熱抵抗Ｒｓでは、シート材料の変質やシート表面の密着性の低下により二次電池８の表面から冷却ブロック１０への熱移動が困難になる。また、冷却媒体熱抵抗Ｒｐでは、冷却媒体４の不純物の混入や成分変化による粘性の変化、循環ポンプ５の動作異常、冷却媒体４の流路を構成するパイプ１１などの冷却媒体４と接する表面における腐食や形状変化による圧力損失の増加、それらによる冷却媒体４の流量減少などが想定できる。

そこで、一実施の形態の蓄電システム１では、熱伝導性シート熱抵抗Ｒｓおよび冷却媒体熱抵抗Ｒｐの変化を検出するために、図３および図４に示すように電池モジュール２に温度センサー１２ａ、１２ｂ、１２ｃを設置して冷却媒体入側温度Ｔin、冷却媒体出側温度Ｔoutおよび電池表面温度Ｔｓを測定する。さらに、冷却媒体吸収熱量Ｑ１を表す(２)式および(４)式の右辺どうしを等号で結び、変形して係数αを下記(６)式のように定義する。
α＝（Ｔｓ−Ｔin）／（Ｔout−Ｔin）＝（Ｒｓ＋Ｒｂ＋Ｒｐ）／Ｒｐ ・・・(６)
係数αは冷却媒体入側温度Ｔin、冷却媒体出側温度Ｔoutおよび電池表面温度Ｔｓの測定値に基づいて算出可能である。ここで、係数α＝（Ｒｓ＋Ｒｂ＋Ｒｐ）／Ｒｐであることから、熱伝導性シート９の異変による熱伝導性シート熱抵抗Ｒｓの増加は係数αの増加として表れる。また、冷却媒体循環系の異変による冷却媒体熱抵抗Ｒｐの増加は係数αの減少として表れる。

図６および図７は冷却媒体流量に対する係数αの関係を示す。これらは、二次電池８を７２個搭載した液冷方式の電池モジュール２についてシミュレーションによる熱解析で得られた結果から作成したものである。また、電池表面温度Ｔｓは代表的な位置にある１個の二次電池８における表面温度情報を適用した。これらの図を参照して熱伝導性シート９と冷却媒体循環系の異変による係数αの変化について説明する。

図６は、二次電池８の１個あたりの発熱量を７Ｗと２０Ｗに設定した場合の冷却媒体流量に対する係数αの関係を示す。これらは二次電池８の発熱量Ｑ０を変えた場合に相当する。上記(６)式に示すように係数αは電池発熱量Ｑ０を含まないのでこれに依存せず、発熱量Ｑ０が変化しても係数αはほぼ一定である。しかし、係数αは流量が増えるにつれ増大する傾向があり、このことから冷却媒体循環系に異変があって冷却媒体流量が減少するような場合には、係数αが減少すると予想される。

図７は、異なる熱伝導特性を有する２種類の熱伝導性シート９における冷却媒体流量と係数αの関係を示す。熱伝導性シートＡは、熱伝導率を１Ｗ／ｍ・Ｋに、シートの厚さを１．０ｍｍにそれぞれ設定し、熱伝導性シートＢは、熱伝導率を３Ｗ／ｍ・Ｋに、シートの厚さを０．１ｍｍにそれぞれ設定した条件で熱解析シミュレーションを行った結果である。これらの条件により、熱伝導性シート９の熱抵抗Ｒｓは、熱伝導性シートＡより熱伝導性シートＢのほうが小さくなる。同じ冷却媒体４の流量において両者を比較すると、熱伝導性シートＡのほうが熱伝導性シートＢより係数αが大きい。すなわち、熱伝導性シート９に異変があって熱抵抗Ｒｓが増加するような場合には、係数αが増加すると予想される。

以上説明したように、電池モジュール２に温度センサー１２ａ、１２ｂ、１２ｃを設置して冷却媒体入側温度Ｔin、冷却媒体出側温度Ｔoutおよび電池表面温度Ｔｓを測定し、係数αを計算して過去の来歴の係数αと比較することによって、電池モジュール２の冷却性能の状態を正確に検出し、冷却性能を正確に判定することができる。また、算出した係数αの増減によって、冷却性能低下の原因が冷却媒体４による冷却システム３に起因するのか、または熱伝導性シート９の不具合に起因するのかを特定することができる。さらに、係数αは二次電池８の発熱量Ｑ０に依存しないので、蓄電システム１の負荷や動作状態に関わらず冷却性能の検出と判定が可能である。

ところで、上述した実施の形態では、(６)式に示すように、係数αを（Ｔｓ−Ｔin）と（Ｔout−Ｔin）の比で定義する例を示したが、冷却媒体吸収熱量Ｑ１は上記(３)式に示すように（Ｔｓ−Ｔout）を用いても表せるので、
α’＝（Ｔｓ−Ｔout）／（Ｔｓ−Ｔin）＝（Ｒｓ＋Ｒｂ）／（Ｒｓ＋Ｒｂ＋Ｒｐ） ・・・(７)，
α”＝（Ｔｓ−Ｔout）／（Ｔout−Ｔin）＝（Ｒｓ＋Ｒｂ）／Ｒｐ ・・・(８)
という二つの係数α’とα”が得られ、これらを上記係数αに置き換えても熱伝導性シート熱抵抗Ｒｓや冷却媒体熱抵抗Ｒｐの増加を検出する指標になり得る。

また、上述した一実施の形態では、図３〜図５に示すように、二次電池８と冷却ブロック１０との間に熱伝導性シート９を挟む例を示したが、二次電池８がその表面に電位を持たない構造である場合には熱伝導性シート９を挟まず、二次電池８と冷却ブロック１０を直接金属どうしで接合し、熱結合させることが可能である。例えば、二次電池８と冷却ブロック１０との間を溶接したり、二次電池８と冷却ブロック１０を金具やねじの締結により機械的に接合させることが考えられる。

冷却ブロック１０で二次電池８を直接保持する場合には、図５に示す熱等価回路の熱伝導性シート熱抵抗Ｒｓを省略することができ、係数αは、
α＝（Ｔｓ−Ｔin）／（Ｔout−Ｔin）＝（Ｒｂ＋Ｒｐ）／Ｒｐ ・・・(９)
となる。これにより、熱伝導性シート９がない場合でも上述した実施の形態と同様に、冷却媒体熱抵抗Ｒｐの増加は係数αの減少として表れ、冷却媒体循環系における異変を検出することができる。

次に、図８を参照して一実施形態の蓄電システム１の制御系統の構成について説明する。制御系統は図１に示す蓄電システム１の冷却系統の構成要素以外に、コントローラ１３、メモリ１４、表示器１５、ポンプ制御信号１６、熱交換器制御信号１７、表示情報１８、冷却媒体入側温度信号ＳＴin、冷却媒体出側温度信号ＳＴout、電池表面温度信号ＳＴｓなどを備えている。コントローラ１３はＡＤコンバータなどのインターフェイスを含むマイクロコンピュータなどから構成され、演算処理や情報および信号の入出力を制御する。メモリ１４は係数αの初期値や来歴値などを記憶する。表示器１５はディスプレイ、ランプ、スピーカーなど冷却性能状態を視覚や聴覚で知らせる装置である。

ポンプ制御信号１６は循環ポンプ５のモータ回転数などを制御する信号であり、熱交換器制御信号１７は熱交換器７の動作を制御する信号である。また、表示情報１８は表示器１５に表示する情報である。冷却媒体入側温度信号ＳＴin、冷却媒体出側温度信号ＳＴoutおよび電池表面温度信号ＳＴｓは、それぞれ図３および図４に示す電池モジュール２内の温度センサー１２ａ、１２ｂ、１２ｃの出力である。

図９〜図１１を参照してコントローラ１３による冷却性能の測定と判定を行う処理を説明する。図９は冷却性能の測定と判定を行う処理例を示すフローチャートである。コントローラ１３は、ステップ１においてセンサー１２ａ、１２ｂ、１２ｃから冷却媒体入側温度信号ＳＴin、冷却媒体出側温度信号ＳＴoutおよび電池表面温度信号ＳＴｓを取り込み、これらの電圧値あるいは電流値を読み出す。続くステップ２でセンサー１２ａ、１２ｂ、１２ｃからの信号ＳＴin、ＳＴout、ＳＴｓに基づいて冷却媒体入側温度Ｔin、冷却媒体出側温度Ｔoutおよび電池表面温度Ｔｓを求める。さらにステップ３では冷却媒体入側温度Ｔin、冷却媒体出側温度Ｔoutおよび電池表面温度Ｔｓにより係数α＝（Ｔｓ−Ｔin）／（Ｔout−Ｔin）を演算する。

ステップ４においてメモリ１４に格納されている係数αの来歴値αｉを読み出し、続くステップ５で係数αと係数来歴値αｉとを比較して差分Δαを求める。ステップ６では冷却性能の異常状態を表すフラグＦlagに０を設定する。ステップ７においてメモリ１４から予め設定されている上限閾値Ｔｈを読み出し、差分Δαを上限閾値Ｔｈと比較する。差分Δαが上限閾値Ｔｈ以下の場合は冷却性能が正常と判定してステップ９へ進み、それ以外の場合は冷却性能が異常と判定してステップ８へ進む。冷却性能が異常と判定した場合にはステップ８でフラグＦlagnに１を設定して図１０のステップ１１（または図１１のステップ１１）へ進む。一方、冷却性能が正常と判定した場合はステップ９でメモリ１４から予め設定されている下限閾値Ｔｌを読み出し、差分Δαを下限閾値Ｔｌと比較する。差分Δαが下限閾値Ｔｌ以上の場合は冷却性能が正常と判定して判定処理を終了し、それ以外の場合は冷却性能が異常と判定して図１０のステップ１１（または図１１のステップ１１）へ進む。

図１０は冷却性能が異常と判定した場合の処理例を示すフローチャートである。コントローラ１３は、ステップ１１において冷却性能の異常状態を表すフラグＦlagの値に応じて表示器１５へ出力する表示情報１８を設定する。フラグＦlag＝０の場合はステップ１２へ進んで表示器１５に異常Ａを表示し、フラグＦlag＝１の場合はステップ１３へ進んで表示器１５に異常Ｂを表示する。異常Ａは、係数αが係数来歴値αｉに比べ異常に小さくなったことをエラーコードやメッセージ、ランプの表示状態などで表す。一方、異常Ｂは、係数αが係数初期値α０に比べ異常に大きくなったことを、異常Ａとは異なる形式でエラーコードやメッセージ、ランプの表示状態などで表す。異常Ａの場合は冷却媒体循環系の異常が疑われ、異常Ｂの場合は熱伝導性シートの劣化が疑われる。

図１１は冷却性能が異常と判定した場合の他の処理例を示すフローチャートである。コントローラ１３は、ステップ１１において冷却性能の異常状態を表すフラグＦlagの値に応じて表示器１５に出力する表示情報１８を設定する。フラグＦlag＝０の場合はステップ１２へ進んで表示器１５に異常Ａを表示し、フラグＦlag＝１の場合はステップ１３へ進んで表示器１５に異常Ｂを表示する。異常Ａの場合は冷却媒体循環系の異常が疑われるので、程度によっては循環ポンプ５や熱交換器７の動作を変えれば対処することが可能である。そこで、ステップ１４において循環ポンプ５のモータの回転数を上げ、冷却媒体４の流量を増やすようにポンプを制御する。さらにステップ１５で熱交換器７で冷却される冷却媒体４の目標温度を下げるように熱交換器を制御する。その後、図９のステップ１へ戻って係数αの計算処理をふたたび実行し、最終的に差分Δαが上限閾値Ｔｈと下限閾値Ｔｌの間に収まるようにする。

図９に示す冷却性能の判定処理では、測定された係数αを係数来歴値αｉと比較し、比較結果に基づいて冷却性能の判定を行う例を示したが、係数αを初期値から所定の時間間隔ごとに係数来歴値αｉとしてメモリ１４に記憶し、係数来歴値αｉの経時変化傾向を検出する処理を実行することによって、測定された係数αが係数来歴値αｉの変化傾向と整合しているか、突然変化したのかを判定する。係数αが急に変化した場合は冷却性能に何らかの異常が発生したと推定され、さらに係数αの増減により上述したように異常原因を特定することができる。これにより、冷却性能の判定精度を改善でき、より的確な異常処理が可能になる。

上述した発明の一実施の形態として液冷式の蓄電システム１を例に挙げて説明したが、本発明は空冷式の蓄電システムにも適用できる。図１２は一実施の形態の空冷式蓄電システム１０１の電池モジュール１０２を示す斜視図である。この空冷式蓄電システム１０１の電池モジュール１０２では、略直方体形状の筐体ブロック１１０がその内部に複数個の二次電池１０８を保持している。筐体ブロック１１０は樹脂または樹脂モールドの５つの筐体部材１１０ａ〜１１０ｅから構成され、筐体ブロック１１０内に複数の円筒形状の二次電池１０８を保持する。

筐体ブロック１１０の長手方向の一端には冷却風の取り入れ口１１０ｆが形成され、他端には冷却風の排出口１１０ｇが形成されている。すなわち、筐体ブロック１１０の内部には長手方向に沿って冷却風通路が形成され、複数の二次電池１０８は筐体ブロック１１０内の冷却風通路に沿って一列に並ぶように配列されている。なお、図１２に示す空冷式電池モジュール１０２では二次電池１０８を筐体ブロック１１０の長手方向に沿って一列に配列した例を示すが、筐体ブロック１１０内の二次電池１０８の配列はこの例に限定されない。

筐体ブロック１１０には温度センサー１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ、１１２ｄが設置されている。温度センサー１１２ａは筐体ブロック１１０の冷却風取り入れ口１１０ｆ付近に配置され、入側冷媒（ここでは冷却風）温度信号ＳＴinを出力する。温度センサー１１２ｂは筐体ブロック１１０の冷却風排出口１１０ｇ付近に配置され、出側冷媒（ここでは冷却風）温度信号ＳＴoutを出力する。また、温度センサー１１２ｃ、１１２ｄは筐体ブロック１１０内に保持される二次電池１０８の代表的な２個の二次電池表面に配置され、二次電池１０８の表面温度信号ＳＴｓを出力する。これらのセンサー１１２ａ〜１１２ｄの出力信号線はハーネス１３１に纏められ、図８に示すコントローラ１７へ接続される。

図１２に示す空冷式電池モジュール１０２には、図示しない空調用ダクトと冷却用ファンから成る冷却システム（図１の液冷式冷却システム３に相当）が接続されており、冷却用ファンにより空調用ダクトを通して電池モジュール１０２内の二次電池１０８への送風が行われる。冷却用ファンは図８に示すコントローラ１７からのファン制御信号(不図示)により制御される。なお、空冷式電池モジュール１０２の制御系統の構成については、上述した図８に示す液冷式電池モジュール２のコントローラ、表示器、メモリなどから成る制御系統と同様であり、図示と説明を省略する。

このような空冷式の蓄電システム１０１では熱伝導性シートが不要になり、空冷式蓄電システム１１０の冷却性能の測定と判定については、熱伝導性シートを省略した場合の液冷式蓄電システム１の冷却性能の測定と判定と同様である。

上述した一実施の形態とその変形例では、図８に示すように電池モジュール２，１０２の外部に設けられたコントローラ１７およびメモリ１４により電池モジュール２，１０２の冷却性能を検出し判定する例を示したが、コントローラ１７とメモリ１４を電池モジュール２，１０２の内部に設置し、上述した判定結果の異常Ａまたは異常Ｂの信号を電池モジュール２，１０２の外部にある上位の制御装置へ出力する構成としてもよい。

なお、上述した実施の形態とそれらの変形例において、実施の形態どうし、または実施の形態と変形例とのあらゆる組み合わせが可能である。

上述した実施の形態とその変形例によれば以下のような作用効果を奏することができる。まず、二次電池を冷却する冷却媒体の流路（上述した冷却用パイプや冷却風通路など）を有する保持部材（上述した冷却ブロックや筐体ブロックなど）により二次電池を保持するとともに、上記流路の二カ所における冷却媒体の温度Ｔ１、Ｔ２と二次電池の温度Ｔ３を計測し、（Ｔ３−Ｔ１）／（Ｔ２−Ｔ１）または（Ｔ３−Ｔ２）／（Ｔ２−Ｔ１）または（Ｔ３−Ｔ２）／（Ｔ３−Ｔ１）で定義される係数αを繰り返し算出して係数αの変化に基づいて二次電池の冷却性能を判定するようにしたので、推定値を用いず、実測値に基づいて電池冷却システムの冷却性能を正確に判定することができる。

また、一実施の形態とその変形例によれば、係数αの今回の算出値と過去の算出値との差分が予め設定された範囲を超えた場合に、二次電池の冷却性能が異常であると判定するようにしたので、電池冷却システムの冷却性能を正確に判定することができる。

一実施の形態とその変形例によれば、上述した保持部材を通る流路の保持部材の入側と出側の温度Ｔin、Ｔoutを計測し、Ｔ１＝Ｔin、Ｔ２＝Ｔoutとして係数αを算出するようにしたので、電池冷却システムの冷却性能をより正確に判定するための係数αを算出することができる。

一実施の形態とその変形例によれば、熱伝導性シートを介して二次電池を保持する構造の保持部材（上述した冷却ブロックや筐体ブロックなど）に対しても、電池冷却システムの冷却性能を正確に判定することができる。

一実施の形態とその変形例によれば、係数αの今回の算出値と過去の算出値との差分が予め設定された範囲を超え、かつ今回の算出値が過去の算出値よりも大きい場合には、冷却性能の異常の原因が熱伝導性シートの不具合にあると判定するようにしたので、電池冷却システムの冷却性能の異常原因を特定することができる。

一実施の形態とその変形例によれば、係数αの今回の算出値と過去の算出値との差分が予め設定された範囲を超え、かつ今回の算出値が過去の算出値よりも小さい場合には、冷却性能の異常の原因が冷却媒体による電池冷却システムの不具合にあると判定するようにしたので、電池冷却システムの冷却性能の異常原因を特定することができる。

一実施の形態とその変形例によれば、冷却媒体による電池冷却システムの不具合と判定した場合は、電池冷却システムの冷却能力を増加させるようにしたので、電池冷却システムの不具合を解消することができる。

１、１０１；蓄電システム、２、１０２；電池モジュール、３；冷却システム、８、１０８；二次電池、１０；冷却ブロック、１１；冷却用パイプ、１２ａ〜１２ｃ、１１２ａ〜１１２ｄ；温度センサー、１４；メモリ、１７；コントローラ、１１０；筐体ブロック

Claims (7)

1. 二次電池と、
   前記二次電池を冷却する冷却媒体の流路を有し、前記二次電池を保持する保持部材と、
   前記流路の二カ所の前記冷却媒体の温度Ｔ１、Ｔ２を計測する媒体温度計測手段と、
   前記二次電池の温度Ｔ３を計測する電池温度計測手段と、
   （Ｔ３−Ｔ１）／（Ｔ２−Ｔ１）または（Ｔ３−Ｔ２）／（Ｔ２−Ｔ１）または（Ｔ３−Ｔ２）／（Ｔ３−Ｔ１）で定義される係数αを繰り返し算出し、前記係数αの変化に基づいて前記二次電池の冷却性能を判定する判定手段とを備えることを特徴とする蓄電システム。
2. 請求項１に記載の蓄電システムにおいて、
   前記判定手段は、前記係数αの今回の算出値と過去の算出値との差分が予め設定された範囲を超えた場合に、前記二次電池の冷却性能が異常であると判定することを特徴とする蓄電システム。
3. 請求項１または請求項２に記載の蓄電システムにおいて、
   前記媒体温度計測手段は、前記保持部材を通る前記流路の前記保持部材の入側と出側の温度Ｔ１、Ｔ２を計測することを特徴とする蓄電システム。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の蓄電システムにおいて、
   前記保持部材は、熱伝導性シートを介して前記二次電池を保持することを特徴とする蓄電システム。
5. 請求項４に記載の蓄電システムにおいて、
   前記判定手段は、前記係数αの今回の算出値と過去の算出値との差分が予め設定された範囲を超え、かつ今回の算出値が過去の算出値よりも大きい場合には、冷却性能の異常の原因が前記熱伝導性シートの不具合にあると判定することを特徴とする蓄電システム。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の蓄電システムにおいて、
   前記判定手段は、前記係数αの今回の算出値と過去の算出値との差分が予め設定された範囲を超え、かつ今回の算出値が過去の算出値よりも小さい場合には、冷却性能の異常の原因が前記冷却媒体による前記二次電池の冷却システムの不具合にあると判定することを特徴とする蓄電システム。
7. 請求項６に記載の蓄電システムにおいて、
   前記判定手段は、前記冷却媒体による前記二次電池の冷却システムの不具合と判定した場合は、前記冷却システムの冷却能力を増加させることを特徴とする蓄電システム。

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