JP2012054202A - 二次電池モジュールおよび車両 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の電池セル間において温度の均一化を図ることができる二次電池モジュールの提供。
【解決手段】二次電池モジュールには複数の電池セル１が配置され、電池セル１の周面に設けられ、冷却液供給源４から供給された気化用冷却液３を保持するとともに気化させる冷却液気化層９と、電池セル１の温度を検出する温度センサ１０と、温度センサ１０の検出対象電池セルの冷却液気化層９に、気化用冷却液が供給されたか否かを検出する液検出センサ１１と、温度センサ１０および液検出センサ１１の検出値に基づいて、冷却液供給源４から冷却液気化層９への気化用冷却液３の供給および停止を制御する制御部７と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の電池セルを備える二次電池モジュール、および、その二次電池モジュールを備えた車両に関する。

リチウムイオン二次電池は、出力密度が高い為に従来からパソコンや携帯電話等の小型機器に用いられてきた。近年、リチウムイオン二次電池はＨＥＶ(ハイブリッド自動車)やＥＶ(電気自動車)に用いられ始めており、また、さらに出力の大きい建設機械等の重機に搭載する試みも進められている。更に、太陽光発電や風力発電等の出力の不安定な発電設備の電力平準化用蓄電池としての用途を期待されている。これらの用途に用いる場合、単電池(電池セル)を複数組み合わせた組電池、即ち、モジュールとして電力供給システムの中に組み込むことになる。

これらの用途に用いるモジュールは、その容量が数ｋＷから数百ｋＷを超えるものまである。容量が大きくなるほど電池セルが多くなって、電池セル自体の体積が大きくなるとともに、充放電時に発生する熱の増大に伴う放熱用内部空間を広く取る必要が生じ、モジュールの大型化を招く。そのため、高密度な電池セル実装を実現してモジュールの小型化を図るために、放熱効率が高く、モジュール内セルの温度分布を抑えたコンパクトなモジュール構造が必要とされる。

複数の電池セルを組み合わせた従来の二次電池モジュールとしては、特許文献１や特許文献２に記載のようなものがある。特許文献１に記載の技術では、筐体内に横置きされた円筒形セルが複数段設けられていて、その筐体の天板および底板に冷却空気流通用の穴が形成されている。筐体内の電池セルは、対流により底板から天板方向に流れる空気との熱交換によって自然冷却される。また、特許文献２に記載の技術では、角形の電池セルと冷却板とを交互に並べてモジュールとしている。そして、冷却板内に冷却液を流すことによって電池セルを冷却するようにしている。

特許第３５２４２３７号公報 特開２００９−９８５３号公報

しかしながら、上述した特許文献１，２に記載の技術では、モジュール内に設けられた複数の電池セルの位置によって冷却効果が異なる。すなわち、特許文献１では、冷却空気自体の温度がセルを通過する度に高くなり、また、特許文献２においても、冷却板内部を流れる冷却媒体の温度は下流になるほど高くなるため、いずれの場合も下流側で冷却効果が落ちる。その結果、電池セルの配置場所によって電池温度が異なり、電池性能のばらつきや電池劣化のばらつきを招き易くなる。さらには、冷却効率の悪い場所の電池セルの温度が許容温度を超えてしまうおそれがある。

本発明に係る二次電池モジュールは、複数の電池セルと、電池セルの周面に設けられ、冷却液供給源から供給された気化用冷却液を保持するとともに気化させる冷却液気化層と、電池セルの温度を検出する温度センサと、温度センサの検出対象電池セルの冷却液気化層に、気化用冷却液が供給されたか否かを検出する液検出センサと、温度センサおよび液検出センサの検出値に基づいて、冷却液供給源から冷却液気化層への気化用冷却液の供給および停止を制御する制御部と、を備えたことを特徴とする。
本発明による車両は、上述の二次電池モジュールと、二次電池モジュールに気化用冷却液を供給する冷却液供給源と、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、二次電池モジュールに設けられた複数の電池セルに関して、温度の均一化を図ることができる。

第１の実施の形態における二次電池モジュールの概略構成を示す図。 図１のＡ−Ａ断面図。 図１のＢ−Ｂ断面図。 冷却液３の供給を説明する図。 制御部７による開閉弁５の開閉動作の一例に示すフローチャート。 二次電池モジュールの第２の実施の形態を示す図。 第２の実施の形態における制御動作の一例を示すフローチャート。 第２の実施の形態の第１変形例を示す図。 第２の変形例を示す図。 第３の変形例を示す図。 二次電池モジュールが搭載された車両を示す図。

以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。
−第１の実施形態−
図１〜３は、二次電池モジュールの概略構成を示す図である。図１は、電池セル１が横置きに収納された筐体２を、電池セル１の軸方向に沿って断面した図であり、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は図１のＢ−Ｂ断面図である。本実施の形態の二次電池モジュールは、例えば、ハイブリッド自動車、電気自動車、建設機械等の重機などの電源として搭載される。また、太陽光発電や風力発電等の出力の不安定な発電設備の電力平準化用蓄電池としても用いられる。

二次電池モジュールは、筐体２内に設けられた複数の電池セル１と、気化用冷却液を供給するための配管６および開閉弁５と、冷却液の供給および停止を制御する制御部７とを備えている。配管６は、開閉弁５を介して冷却液供給タンク４に接続されている。冷却液供給タンク４に設けられた開閉弁８は、例えば、冷却液供給タンク４内の冷却液３を交換するような場合に、冷却液３を冷却液供給タンク４から抜き取るためのドレイン用の弁である。本実施の形態では、気化用冷却液３として、水道水等の水を用いている。

電池セル１は、例えばリチウムイオン電池が用いられ、円筒状のケースの両端に電極端子１３が設けられている。筐体２内には、横向き（水平）に配置された１２本の電池セル１が、天地方向が３列、水平方向が４列となるように配置されている。すなわち、一列４本のセル電池１が上下に３段形成されている。なお、図１は二次電池モジュールの一例を示したものであり、電池セル１の総数や横列および縦列の本数については、図示したものに限定されない。筐体２内には、一対の支持板２３が所定間隔を設けて垂直に立設されている。各支持板２３には、各電池セル１が挿入される孔２３ａが１２個形成されている（図３参照）。

図１に示すように、各電池セル１は、一方の端部を一方の支持板２３の穴２３ａ（図３参照）に挿入するとともに、他方の端部を他方の支持板２３の孔２３ａに挿入することによって支持されている。筐体２の天板２１および底板２２には、空気を流通させるための複数の流通孔２１ａ，２２ａが形成されている。冷却空気１００は、底板２２に形成された流通孔２２ａから筐体２内に入り、セル電池１との間で熱交換した後、天板２１に形成された流通孔２１ａから筐体外へと排出される。

各セル電池１の周面には、冷却液３を保持するとともに気化させるための冷却液気化層９が、周面を囲むように密着して設けられている。冷却液気化層９と電池周面との間には、電池セル１の温度を検出するための温度センサ１０が、電池周面に密着するように設けられている。また、冷却液気化層９の下部外周面には冷却液３が冷却液気化層９に供給されたか否かを検出するための液検出センサ１１が設けられている。液検出センサ１１には、例えば、周知の漏水センサ等（例えば、特開平１０−１９８３７３号公報参照）が用いられる。冷却液３が冷却液気化層９の下部まで達し、その冷却液３を液検出センサ１１が検出すると、液検出センサ１１から制御部７へと検出信号が出力される。

なお、図１に示すように、冷却液気化層９は、電池セル１の外周の、一対の支持板２３で挟まれた領域に設けられており、電極端子１３が支持板２３の外側の領域に来るように各電池セル１は支持されている。そのため、冷却液３が冷却液気化層９から染み出したとしても、電極端子１３に達することがない。すなわち、支持板２３は、冷却液３が電池セル１の電極端子へと漏れ出るのを防止するための遮蔽板としても機能している。なお、電池セル１の周面に絶縁性の被覆材が設けられる場合には、その被覆材の上面に冷却液気化層９が設けられる。

冷却液気化層９としては、例えば、ガーゼやフェルト等の織布や不織布、金属メッシュ、セラミックスやプラスチックで形成された多孔質部材など、保水性を有するものであれば種々の材料を用いることができる。冷却液気化層９に冷却液３が保持されることにより、電池セル１の表面に冷却液３の液膜が形成される。特に、金属メッシュのように高熱伝導性の材料を用いることで、冷却液気化層９に保持された冷却液３の気化をより効果的行わせることができる。

第１の実施の形態では、配管６を介した冷却液３の供給は、上段に配置された４つの電池セル１に対して行われる。上段の電池セル１に設けられた冷却液気化層９と、中段に配置された電池セル１の冷却液気化層９との間には、冷却液３を上段側から中段側へと伝達する伝達部材９１が、上下の冷却液気化層９に接触するように配置されている。本実施の形態では、伝達部材９１も冷却液気化層９と同一の材料で形成されているが、冷却液３を伝達することができるものであれば、例えば、多孔質ではなく板状部材でもかまわない。伝達部材９１は、中段の電池セル１の冷却液気化層９と下段の電池セル１の冷却液気化層９との間にも設けられている。

図４は、図２に示した縦一列の電池セル１を示したものである。ここでは、上段の電池セルを符号１ａで示し、中段の電池セルを符号１ｂで示し、下段の電池セルを符号１ｃで示す。図４（ａ）は開閉弁５が閉じた状態を示しており、上段、中段および下段のいずれの電池セル１ａ〜１ｃの冷却液気化層９も冷却液３が供給されていない状態、すなわち、冷却液気化層９が乾いた状態となっている。

図４（ａ）の状態から図４（ｂ）に示すように開閉弁５を開くと、配管６を介して冷却液３が上段の電池セル１ａの冷却液気化層９に供給される。冷却液３は、重力や毛管現象などにより冷却液気化層９の上部から下部へと伝わる。図４（ｂ）では、ハッチングを施した領域に冷却液３が供給されていることを示している。図４（ｂ）に示すように冷却液３が冷却液気化層９の下部まで伝わると、液検出センサ１１が冷却液３を検出し、検出信号が図１に示す制御部７に送信される。

例えば、この検出信号により開閉弁５を閉じると、図４（ｂ）に示すように上段の電池セル１ａの冷却液気化層９のみに冷却液３が供給された状態となる。実際には、重力や毛管現象などの影響により、冷却液気化層９に接触している伝達部材９１にも、冷却液気化層９の冷却液３の一部が伝わることになる。冷却液気化層９に保持された冷却液３が気化すると、電池セル１ａから気化熱が奪われ、電池セル１ａの温度が低下する。冷却液気化層９に保持されていた冷却液３が気化により減少し、冷却液気化層９が図４（ａ）に示すような乾いた状態になると、液検出センサ１１の検出信号がオフとなる。

上段の電池セル１ａの温度だけが上限温度を超えている場合には、図４（ｂ）に示すような状態で開閉弁５が閉じられる。しかし、中段の電池セル１ｂの温度も上限温度を超えている場合には、電池セル１ａの液検出センサ１１が冷却液３を検出しても開閉弁５は閉じられず、さらに冷却液３が供給される。その結果、冷却液３は伝達部９１を介して中段の電池セル１ｂの冷却液気化層９へと伝達され、図４（ｃ）に示すように電池セル１ｂの冷却液気化層９の上側から下側へと冷却液３が伝えられる。そして、電池セル１ｂの液検出センサ１１が冷却液３を検出すると、検出信号が制御部７へ送信され、開閉弁５が閉じられる。

ここで、開閉弁の制御に用いられる上限温度は、電池セル１の許容上限温度に基づいて決定されるものである。リチウムイオン電池の場合には、５０℃程度が許容上限温度とされているが、上限温度はこの許容上限温度に安全度等を考慮して決定される。また、電池セル１の許容上限温度は、電池セル１の種類によっても異なる。

第１の実施の形態では、図１に示すように筐体２の天板２１および底板２２に流通孔２１ａ，２２ａを設けて、空気の自然対流による自然冷却により電池セル１を冷却するような筐体構造になっている。すなわち、電池セル１で暖められた空気が天板２１の流通孔２１ａから筐体外へ流出すると、底板２２の流通孔２２ａから筐体外の空気が筐体２内へ流入する。筐体２内へ流入した空気は筐体２内を上昇しながら電池セル１と熱交換し、電池セル１を冷却するとともに空気自身の温度は次第に上昇する。

このような自然冷却の場合、一般的に、空気の流れの上流側にある電池セル１ほどより効果的に冷却され、より上段側にある電池セル１ほど電池温度が高めとなり易い。そこで、第１の実施の形態では、電池温度の最も高くなる上段の電池セル１ａの冷却液気化層９に冷却液３を供給し、伝達部材９１を利用して上段側から下段側へと冷却液３を伝えるような構成とした。

次いで、制御部７によって行われる冷却液３の制御動作、すなわち開閉弁５の開閉動作の一例について、図５のフローチャートを参照して説明する。まず、図５のステップＳ１００において開閉弁５を閉状態とし、冷却液３が供給されない状態とする。なお、制御部７の電源がオフ状態においては、すなわち初期状態では開閉弁５は閉状態とされている。制御開始直後の状態（開閉弁５が閉じた状態）では、図４（ａ）に示すように、上・中・下のいずれの段の冷却液気化層９にも冷却液３が保持されていないので、気化熱による冷却は機能しておらず、冷却空気１００による自然冷却状態となっている。

ステップＳ１０２では、下段の電池セル１ｃに設けられた温度センサ１０の検出温度Ｔ３が上限温度Ｔ０を超えているか否かを判定する。上述したように、図１に示す電池セル１の配置構成では、上段側の電池セル１ほど温度が高くなる傾向となるので、下段の電池セル１ｃの温度が上限温度Ｔ０を超えている場合には、一般的に中段および上段の電池セル１ｂ，１ａも上限温度Ｔ０を超えることになる。

なお、図１に示す構成では、各段の電池セル１の全てに温度センサ１０が設けられているが、必ずしも各段の全てに設ける必要はなく、各段において少なくとも一つの電池セル１に温度センサ１０を設けるようにすれば良い。その場合、最も温度が高くなり易い位置に設けられた電池セル１、例えば、筐体中央付近に配置される電池セル１に温度センサ１０を設けるのが好ましい。液検出センサ１１についても同様であり、例えば、温度センサ１０が設けられている電池セル１に対して液検出センサ１１を配置するようにしても良い。

本実施の形態では、全ての電池セル１に温度センサ１０および液検出センサ１１が設けられているので、ステップＳ１０２では、下段の電池セル１に設けられた温度センサ１０のいずれか一つの検出温度が上限温度Ｔ０を超えた場合に、ＹＥＳと判定される。ステップＳ１０２でＴ３＞Ｔ０と判定されると、ステップＳ１０８へ進んで開閉弁５を開状態に切り換える。その結果、図４（ｂ）や図４（ｃ）に示すように上段の電池セル１ａの冷却液気化層９に冷却液３が供給される。

ステップＳ１０８で開閉弁５を開いたならば、ステップＳ１１０へ進んで下段の電池セル１ｃの液検出センサ１１からの検出信号を受信したか否かを判定する。すなわち、ステップＳ１１０では、上限温度Ｔ０を超えている電池セル１と同一段に設けられた複数の液検出センサ１１のいずれかが冷却液３を検出した場合、または、上限温度Ｔ０を超えている電池セル１ｃの液検出センサ１１が冷却液３を検出した場合に、ＹＥＳと判定する。ステップＳ１１０でＹＥＳと判定されると、すなわち、下段の電池セル１ｃの冷却液気化層９まで冷却液３が供給されると、ステップＳ１００に戻って開閉弁５を閉じる。一方、ステップＳ１１０でＮＯと判定されると、ステップＳ１０２へ戻る。

一方、ステップＳ１０２でＮＯと判定された場合には、ステップＳ１０４へ進んで、中段の電池セル１ｂに設けられた温度センサ１０の検出温度Ｔ２が上限温度Ｔ０を超えているか否かを判定する。ステップＳ１０４でＹＥＳと判定されると、ステップＳ１０８へ進んで開閉弁５を開く。その後ステップＳ１１０へ進んで、中段の電池セル１ｂの液検出センサ１１により冷却液３が検出されたか否かを判定し、検出した場合にはステップＳ１００へ戻って開閉弁５を閉じ、検出されない場合にはステップＳ１０２へ戻る。ステップＳ１０４でＹＥＳと判定されてステップＳ１０８，Ｓ１１０と進んだ場合には、図４（ｃ）に示すように上段および中段の電池セル１ａ，１ｂの冷却液気化層９に冷却液３が供給されることになる。

ステップＳ１０４でＮＯと判定された場合には、ステップＳ１０６へ進んで、上段の電池セル１ａに設けられた温度センサ１０の検出温度Ｔ１が上限温度Ｔ０を超えているか否かを判定する。ステップＳ１０６でＹＥＳと判定されると、ステップＳ１０８へ進んで開閉弁５を開く。その後ステップＳ１１０へ進んで、上段の電池セル１ａの液検出センサ１１により冷却液３が検出されたか否かを判定し、検出した場合にはステップＳ１００へ戻って開閉弁５を閉じ、検出されない場合にはステップＳ１０２へ戻る。ステップＳ１０６でＹＥＳと判定されてステップＳ１０８，Ｓ１１０と進んだ場合には、図４（ｂ）に示すように上段の電池セル１ａの冷却液気化層９のみに冷却液３が供給されることになる。

上述のように、ステップＳ１０２，Ｓ１０４およびＳ１０６でＹＥＳと判定されてステップＳ１０８で開閉弁５を開いた場合、上限温度Ｔ０を超えた電池セル１と同一段に設けられた液検出センサ１１が冷却液３を検出した時点で開閉弁５が閉じられる。しかし、液検出センサ１１が冷却液３を検出する前であっても、上限温度Ｔ０を超えていた電池セル１の温度がＴ０以下となった時点で、ステップＳ１０２〜Ｓ１０４の全てにおいてＮＯと判定され、ステップＳ１００において開閉弁５が閉じられることになる。その後、いずれかの電池セル１の温度が上限温度Ｔ０を超えると、再び開閉弁５が開かれて冷却液３が供給され、気化熱を利用した冷却が再開されることになる。

上述したように、第１の実施の形態では図１のような気化熱を利用した冷却構成を備えており、図５に示すように、上限温度Ｔ０を超えた電池セル１に対して気化冷却を追加することができる。その結果、冷却風１００の冷却に加えて、冷却液３の気化熱を利用した冷却を行うことができる。上述したように、冷却風１００の温度は下流側ほど（図１の構成の場合には上段ほど）高くなるので、冷却液３の気化による冷却効果は上段側ほど大きくなる。すなわち、気化冷却効果は、電池温度の高い電池セル１に対してより大きく作用することになる。そのため、気化冷却を行うことによって、複数の電池セル１の間の温度をより均一に維持することが可能となる。また、高温環境下で二次電池モジュールを使用した場合、空気温度が高くなるほど気化量が増加して気化冷却能力が向上するので、環境温度の影響を抑える効果がある。そのため、本実施の形態の二次電池モジュールは、炎天下で作業を行う建設機械等での使用に適している。

−第２の実施形態−
図６は、二次電池モジュールの第２の実施の形態を示す図である。図６は、第１の実施の形態の図２に対応する図であって、伝達部材９１を削除するとともに、配管６ａ，６ｂおよび開閉弁５ａ，５ｂを追加した点が第１の実施の形態と異なる。その他の構成は第１の実施の形態と同様である。

上述した第１の実施の形態では、中段および下段の電池セル１ｂ，１ｃの冷却液気化層９に冷却液３を供給する場合、伝達部材９１を介してより上段側の冷却液気化層９から冷却液３を導くような構成とした。一方、第２の実施の形態では、伝達部材９１に代えて配管６ａ，６ｂおよび開閉弁５ａ，５ｂを追加し、それらを介して中段および下段の電池セル１ｂ，１ｃの冷却液気化層９に冷却液３を直接供給するようにした。すなわち、上段の電池セル１ａの冷却液気化層９に冷却液３を供給する場合には、開閉弁５ａ，５ｂを閉じるとともに開閉弁５を開く。中段の電池セル１ｂの冷却液気化層９に冷却液３を供給する場合には、開閉弁５ｂを閉じるとともに開閉弁５，５ａを開く。下段の電池セル１ｃの冷却液気化層９に冷却液３を供給する場合には、全ての開閉弁５，５ａ，５ｂを開く。

図７は、冷却液３を供給する場合の開閉弁５，５ａ，５ｂの制御動作の一例を示すフローチャートである。図７のステップＳ２００では、開閉弁５，５ａ，５ｂを閉にして冷却液３が供給されない状態とする。なお、気化熱を利用した電池冷却を開始する前の初期状態では、開閉弁５，５ａ，５ｂは全て閉じた状態となっている。

ステップＳ２０２では、下段の電池セル１ｃに設けられた温度センサ１０の検出温度Ｔ３が上限温度Ｔ０を超えているか否かを判定する。なお、図６に示す構成では、全ての電池セル１に温度センサ１０および液検出センサ１１が設けられているので、ステップＳ２０２では、下段の電池セル１ｃに設けられた温度センサ１０のいずれか一つが上限温度Ｔ０を超えた場合に、ＹＥＳと判定されるものとする。ステップＳ２０２でＴ３＞Ｔ０と判定されると、ステップＳ２０８へ進んで開閉弁５，５ａ，５ｂを開状態に切り換える。その結果、配管６，６ａ，６ｂを介して上段、中段および下段の電池セル１ａ，１ｂ，１ｃの各冷却液気化層９に冷却液３が供給される。

ステップＳ２０８で開閉弁５，５ａ，５ｂを開いたならば、ステップＳ２１４へ進んで下段の電池セル１ｃの液検出センサ１１からの検出信号を受信したか否かを判定する。すなわち、ステップＳ１１４では、下段の電池セル１ｃに設けられた液検出センサ１１のいずれかが冷却液３を検出した場合、または、上限温度Ｔ０を超えている電池セル１ｃの液検出センサ１１が冷却液３を検出した場合に、ＹＥＳと判定する。下段の電池セル１ｃの冷却液気化層９まで冷却液３が供給されステップＳ２１４でＹＥＳと判定されると、ステップＳ２００に戻って開閉弁５，５ａ，５ｂを閉じる。一方、ステップＳ２１４でＮＯと判定されると、ステップＳ２０２へ戻る。

ステップＳ２０２でＮＯと判定されてステップＳ２０４へ進んだ場合には、ステップＳ２０４において、中段の電池セル１ｂに設けられた温度センサ１０の検出温度Ｔ２が上限温度Ｔ０を超えているか否かを判定する。ステップＳ２０４でＹＥＳと判定されるとステップＳ２１０へ進み、開閉弁５，５ａを開くとともに開閉弁５ｂを閉じる。その結果、配管６，６ａを介して、上段および中段の電池セル１ａ，１ｂの冷却液気化層９に冷却液３が供給されることになる。ステップＳ２１０の処理が終了したら、ステップＳ２１４へ進んで、中段の電池セル１ｂの液検出センサ１１により冷却液３が検出されたか否かを判定する。ステップＳ２１４で検出された（ＹＥＳ）と判定されると、ステップＳ２００へ戻って開閉弁５，５ａ，５ｂを閉じ、一方、検出されないと判定されるとステップＳ２０２へ戻る。

ステップＳ２０４でＮＯと判定された場合には、ステップＳ２０６へ進んで、上段の電池セル１ａに設けられた温度センサ１０の検出温度Ｔ１が上限温度Ｔ０を超えているか否かを判定する。ステップＳ２０６でＹＥＳと判定されるとステップＳ２１２へ進み、開閉弁５を開くとともに開閉弁５ａ，５ｂを閉じる。その結果、上段の電池セル１ａの冷却液気化層９にのみ、冷却液３が供給されることになる。その後、ステップＳ２１４に進んで、上段の電池セル１ａの液検出センサ１１により冷却液３が検出されたか否かを判定し、検出した場合にはステップＳ２００へ戻って開閉弁５，５ａ，５ｂを閉じ、検出されない場合にはステップＳ２０２へ戻る。

上述した第１の実施の形態では、各段の間に設けた伝達部材９１を介してより下側の段に冷却液３を供給するようにした。そのため、例えば、２段目（中段）の液検出センサ１１が冷却液３を検出して開閉弁５を閉じた場合でも、伝達部材９１を介して下段の電池セル１ｃの冷却液気化層９に冷却液３が浸透する懸念があった。しかし、第２の実施の形態では、配管６ａ，６ｂを介して中段および下段の電池セル１ｂ，１ｃの冷却液気化層９に冷却液３を直接供給するようにしたので、気化冷却が必要ない段の冷却液気化層９に冷却液３が流出してしまうのを完全に防止することができる。それにより、冷却液流出によって、気化冷却が必要な電池セル１における気化冷却性能の低下を防止することができる。

ただし、配管６の引き回しや開閉弁５ａ，５ｂの追加によるコストアップおよび大型化が懸念されるので、第１の実施の形態の構成と第２の実施の形態の構成とのいずれを選択するかは、二次電池モジュールの規模や使用環境等を考慮して決める必要がある。第１の実施の形態の構成は環境温度の安定している電力貯蔵用などに適しており、第２の実施形態の構成は、例えば環境温度の変動の激しい建設機械等の重機用などに適している。

（変形例１）
図８は第２の実施の形態の第１変形例を示す図である。この変形例においては、配管６を３つの配管６１〜６３に分岐させ、分岐した配管６１〜６３に個別に開閉弁５１，５２，５３を設けた。配管６１は上段に設けられた電池セル１ａの各冷却液気化層９に冷却液３を供給し、配管６２は中段に設けられた電池セル１ｂの各冷却液気化層９に冷却液３を供給し、配管６３は下段に設けられた電池セル１ｃの各冷却液気化層９に冷却液３を供給する。このような構成とすることにより、冷却液３の供給を、上段、中段および下段の段毎に独立して制御することができる。

(変形例２)
図９は第２の変形例を示す図であって、冷却風が筐体２の側面方向から供給される場合の構成を示す。例えば、二次電池モジュールが電気自動車等の車両に搭載される場合、走行風が冷却風として用いられる場合が多い。また、車両用に限らず、冷却ファンを用いて図９のように冷却風を強制的に供給する場合もある。このような場合、冷却風が筐体２の左右方向に流れるため、上下方向に並んだ電池セル１をグループ単位として冷却液３の供給制御を行うのが好ましい。

図９に示す例では、図示右側（流れの上流側）から１列目、２列目、３列目、４列目と区分する。そして、１列目の各電池セル１の冷却液気化層９には配管６１を介して冷却液３が供給される。冷却液３の供給、停止は開閉弁５１の開閉により制御される。同様に２列目には配管６２および開閉弁５２が設けられ、３列目には配管６３および開閉弁５３が設けられ、４列目には配管６２４および開閉弁５４が設けられている。

冷却風による冷却性能は、冷却風の下流側ほど条件が悪く、同一列の電池セル間においては同一条件であると考えることができる。図９に示すような構成とすることにより、走行風の流れの上流側から下流側にかけて設けられた冷却条件の異なる列の電池セル１に対して、冷却液３の供給を個別に行うことができ、それぞれの列の冷却条件に応じた気化冷却を行うことができる。その結果、複数のセル電池１の温度をより均一に保つことができる。

なお、図９の構成の場合、各列の３つの電池セル１は冷却風の流れの方向に関して同一位置に配置されているので、冷却液３を供給する場合には、３つの電池セル１の全てに冷却液３が供給されるような構成とする。そのため、液検出センサ１１は、最も下側にある電池セル１のみの設けるだけで良い。

(変形例３)
図１０は第３の変形例を示す図であり、図６に示す構成から下段の電池セル１ｃに対する冷却液気化層９を省略するとともに、関連する配管６ｂおよび開閉弁５ｂを除去したものである。例えば、電力貯蔵用等のように使用環境温度が安定している場合には、冷却風１００の温度も安定しており、上流側の電池セル１においては、冷却空気による冷却だけで、上述した所定の上限温度よりも電池温度を低く保つことができるだけの冷却性能を確保できる場合が多い。そのような場合には、図１０に示すように、その上流側の電池セル１ｃに対する気化冷却機構を省略することができる。

また、車載用の場合においても、図９に示すように、走行風を冷却風として積極的に利用する場合には、上流側の列においては、冷却風による冷却で十分な冷却性能を得ることが可能となる。例えば、図９の１列目や２列目の電池セル１の温度を、冷却風により上限温度以下に維持できる場合には、１列目や２列目の気化冷却機構（冷却液気化層９、配管、開閉弁など）を省略することができる。寧ろ、このような場合には、冷却液気化層９が冷却風による冷却に対して阻害要因となるので、冷却液気化層９を設けないほうが好ましい。

図１１は、図９に示す二次電池モジュールを電気自動車等の車両に搭載した場合を示す図である。車両２００が図示左方向に走行すると、冷却風１００が二次電池モジュールの筐体２に流れ込む。なお、図１１では図１に示した制御部７の図示を省略した。

なお、上述した実施の形態では、冷却液３の供給を制御するために開閉弁を用いたが、流量制御弁を用いても良い。この場合、温度センサ１０および液検出センサ１１の検出信号に基づいて、流量制御弁による冷却液３の流量制御量を制御する。

上述した各実施形態はそれぞれ単独に、あるいは組み合わせて用いても良い。それぞれの実施形態での効果を単独あるいは相乗して奏することができるからである。また、本発明の特徴を損なわない限り、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではない。

１，１ａ〜１ｃ：電池セル、２：筐体、３：冷却液、４：冷却液供給タンク、５，５ａ，５ｂ，５１〜５３：開閉弁、６，６ａ，６ｂ，６１〜６３：配管、２１：天板、２２：底板、２１ａ，２２ａ：流通孔、２３：支持板、９：冷却液気化層、１０：温度センサ、１１：液検出センサ、９１：伝達部

Claims (7)

1. 複数の電池セルと、
   前記電池セルの周面に設けられ、冷却液供給源から供給された気化用冷却液を保持するとともに気化させる冷却液気化層と、
   前記電池セルの温度を検出する温度センサと、
   前記温度センサの検出対象電池セルの前記冷却液気化層に、前記気化用冷却液が供給されたか否かを検出する液検出センサと、
   前記温度センサおよび前記液検出センサの検出値に基づいて、前記冷却液供給源から前記冷却液気化層への前記気化用冷却液の供給および停止を制御する制御部と、を備えたことを特徴とする二次電池モジュール。
2. 請求項１に記載の二次電池モジュールにおいて、
   前記制御部は、前記温度センサの検出温度が所定温度を超えた場合に前記冷却液気化層へ前記気化用冷却液を供給し、前記温度センサの検出温度が所定温度以下の場合、または、前記液検出センサが前記気化用冷却液を検出した場合には、前記冷却液気化層への前記気化用冷却液の供給を停止することを特徴とする二次電池モジュール。
3. 請求項１または２に記載の二次電池モジュールにおいて、
   前記冷却液気化層が設けられた電池セルが鉛直方向に並ぶように配置され、前記鉛直方向に冷却空気が流れるように構成された筐体と、
   前記鉛直方向に隣接して配置された一対の電池セルの間に介在し、鉛直方向上側の電池セルの前記冷却液気化層から鉛直方向下側の電池セルの前記冷却液気化層へと前記気化用冷却液を伝達する冷却液伝達部材とを備え、
   前記冷却液供給源からの気化用冷却液が、前記鉛直方向に並んだ複数段の電池セルの内、最も上側の電池セルの前記冷却液気化層に供給される構成としたことを特徴とする二次電池モジュール。
4. 請求項１または２に記載の二次電池モジュールにおいて、
   前記複数の電池セルは、冷却空気の流れに直交する方向に並んだ２以上の前記電池セルで構成される複数のセル群を備え、
   前記複数のセル群は、前記冷却空気の流れの方向に沿って配置され、
   前記制御部は、前記気化用冷却液の供給および停止の制御を前記電池セル群毎に行うことを特徴とする二次電池モジュール。
5. 請求項４に記載の二次電池モジュールにおいて、
   前記複数のセル群の内、前記構成する電池セルの温度が冷却空気による冷却時に前記所定温度以上となるセル群に対してのみ、前記冷却気化層を設けたことを特徴とする二次電池モジュール。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載の二次電池モジュールにおいて、
   前記電池セルを支持するとともに、前記冷却液気化層に保持された気化用冷却液が前記冷却液気化層から前記電池セルの電極端子へと移動するのを防止する、遮蔽板を設けたことを特徴とする二次電池モジュール。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の二次電池モジュールと、
   前記二次電池モジュールに前記気化用冷却液を供給する冷却液供給源と、を備えた車両。

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