JP2018055768A - 二次電池の熱暴走抑止システム - Google Patents

Abstract

【課題】二次電池の熱暴走が始まったときに、二次電池を的確に冷却する二次電池の熱暴走抑止システムを提供する。【解決手段】筐体３と、冷却剤供給源５と、筐体３内に設置される二次電池モジュール２７を冷却するために、冷却剤供給源５から筐体３内に冷却剤を供給する配管７と、第１の時間では第１の供給量で冷却剤を供給し、第２の時間では、第１の供給量よりも少ない第２の供給量で冷却剤を供給するように、冷却剤の量を調整する冷却剤調整機構９とを有する二次電池の熱暴走抑止システム１である。【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池の熱暴走抑止システムに係り、たとえば、発電設備等に付随する大規模な二次電池システムを、冷却剤を用いて冷却するものに関する。

リチウムイオン電池等の二次電池は、通常は空冷等によって冷却される。二次電池が熱暴走を始めて発火すると、ガス系の消火設備等によって消火する。この消火設備は、たとえば、熱感知器、煙感知器で発火を検出し、消火を行う。なお、消火等の異常事態では、二次電池を周辺回路から遮断する。

また、二次電池付近に設けられていて、高温になったときに消火ガスを発生する消火設備が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２０１３−１７８９０９号公報

ところで、二次電池は、上述したように、通常、空冷などで冷却されているが、たとえば６０℃を超えると電解液の劣化が始まり、１２０℃を超えると熱暴走が始まり発火に至る。そこで、発火前に二次電池の冷却を行うことが重要になる。なお、熱暴走が始まると二次電池を周辺回路から遮断しても、熱暴走は止まらず二次電池が発火する場合がある。

本発明は、二次電池の熱暴走が始まったとき二次電池が発火する前に、二次電池を的確に冷却する二次電池の熱暴走抑止システムを提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、筐体と、冷却剤供給源と、前記筐体内に設置される二次電池モジュールを冷却するために、前記冷却剤供給源から前記筐体内に冷却剤を供給する配管と、前記冷却剤の供給を開始したときから第１の時刻に至るまでの第１の時間では、第１の供給量で冷却剤を供給し、前記第１の時刻以後の時刻から第２の時刻に至るまでの第２の時間では、前記第１の供給量よりも少ない第２の供給量で冷却剤を供給するように、前記冷却剤供給源から前記筐体内に供給される冷却剤の量を調整する冷却剤調整機構とを有する二次電池の熱暴走抑止システムである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の二次電池の熱暴走抑止システムにおいて、前記第２の時間は前記第１の時間よりも長い時間である二次電池の熱暴走抑止システムである。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の二次電池の熱暴走抑止システムにおいて、前記冷却剤調整機構は、絞りと切換弁とを組み合せ、前記切換弁を開状態もしくは閉状態にすることで、前記冷却剤供給源から前記筐体内に供給される冷却剤の量を調整するように構成されている二次電池の熱暴走抑止システムである。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の二次電池の熱暴走抑止システムにおいて、前記冷却剤の流れ方向の第１の途中の部位で、前記配管が複数に分岐しており、前記第１の途中の部位よりも前記冷却剤の流れ方向の下流側に位置している第２の途中の部位で、前記分岐していた配管が合流しており、前記冷却剤調整機構は、前記分岐している配管それぞれの途中に設けられている前記絞りと、前記分岐している配管それぞれの途中で前記絞りと直列に設けられている前記切換弁とを備えており、前記各切換弁のそれぞれを個別に開状態もしくは閉状態にすることで、前記冷却剤供給源から前記筐体内に供給される冷却剤の量を調整するように構成されている二次電池の熱暴走抑止システムである。

請求項５に記載の発明は、請求項３に記載の二次電池の熱暴走抑止システムにおいて、前記冷却剤の流れ方向の第１の途中の部位で、前記配管が複数に分岐しており、前記第１の途中の部位よりも前記冷却剤の流れ方向の下流側に位置している第２の途中の部位で、前記分岐していた配管が合流しており、前記冷却剤調整機構は、前記分岐している配管のうちの１本の配管の途中に設けられている前記切換弁と、前記分岐している配管のうちの残りの配管の途中に設けられている前記絞りとを備えており、前記切換弁を開状態もしくは閉状態にすることで、前記冷却剤供給源から前記筐体内に供給される冷却剤の量を調整するように構成されている二次電池の熱暴走抑止システムである。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の二次電池の熱暴走抑止システムにおいて、前記筐体は、複数設けられており、前記配管が前記筐体側で分岐していることで、前記各筐体それぞれの内部に冷却剤を供給するように構成されており、前記分岐している各配管それぞれの途中には選択弁が設けられている二次電池の熱暴走抑止システムである。

請求項７に記載の発明は、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の二次電池の熱暴走抑止システムにおいて、前記冷却剤供給源は、二酸化炭素を供給する第１の冷却剤供給源と、ＩＧ５４１を供給する第２の冷却剤供給源とを備えて構成されており、前記冷却剤調整機構は、前記第１の時間で前記第１の冷却剤供給源から二酸化炭素を供給し、前記第２の時間で前記第２の冷却剤供給源からＩＧ５４１を供給するように構成されている二次電池の熱暴走抑止システムである。

請求項８に記載の発明は、筐体と、第１の冷却剤である二酸化炭素を供給するための第１の冷却剤供給源と、第２の冷却剤であるＩＧ５４１を供給するための第２の冷却剤供給源と、前記筐体内に設置される二次電池モジュールを冷却するために、前記各冷却剤供給源から前記筐体内に冷却剤を供給する配管と、前記冷却剤の供給を開始したときから第１の時刻に至るまでの第１の時間では、第１の冷却剤供給源から前記筐体内へ前記第１の冷却剤を供給し、前記第１の時刻以後の時刻から第２の時刻に至るまでの第２の時間では、第２の冷却剤供給源から前記筐体内へ前記第２の冷却剤を供給する冷却剤供給機構とを有する二次電池の熱暴走抑止システムである。

請求項９に記載の発明は、筐体と、冷却剤供給源と、前記筐体内に設置される二次電池モジュールを冷却するために、前記冷却剤供給源から前記筐体内に冷却剤を供給する配管と、前記配管内を流れる冷却剤の量を減少させるために前記配管の途中に設けられた絞りとを有する二次電池の熱暴走抑止システムである。

請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の二次電池の熱暴走抑止システムにおいて、前記筐体は、複数設けられており、前記配管は、前記筐体側で分岐していることで、前記各筐体それぞれの内部に冷却剤を供給するように構成されており、前記分岐している各配管それぞれの途中には選択弁と絞りとが直列に配置されて設けられている二次電池の熱暴走抑止システムである。

請求項１１に記載の発明は、請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の二次電池の熱暴走抑止システムにおいて、前記配管は断熱材で覆われている二次電池の熱暴走抑止システムである。

本発明によれば、二次電池の熱暴走が始まったとき二次電池が発火する前に、二次電池を的確に冷却する二次電池の熱暴走抑止システムを提供できるという効果を奏する。

本発明の実施形態に係る二次電池の熱暴走抑止システムの概略構成を示す図である。 変形例に係る二次電池の熱暴走抑止システムであって、二次電池用筐体を複数備えたものの概略構成を示す図である。 変形例に係る二次電池の熱暴走抑止システムの概略構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る二次電池の熱暴走抑止システムの冷却剤調整機構の概略構成を示す図である。 変形例に係る二次電池の熱暴走抑止システムの冷却剤調整機構の概略構成を示す図である。 図６で示す冷却剤調整機構の動作を示すタイムチャートである。 変形例に係る二次電池の熱暴走抑止システムの概略構成を示す図である。 図７で示す二次電池の熱暴走抑止システムの動作を示すフローチャートである。

本発明の実施形態に係る二次電池の熱暴走抑止システム１は、図１で示すように、筐体（二次電池用筐体）３と、冷却剤供給源５と、冷却剤供給源５から筐体３内に冷却剤を供給するための配管７と、冷却剤調整機構（冷却剤調整部）９とを備えて構成されている。

ここで、説明の便宜のために、水平な所定の一方向を横方向とし、水平な所定の他の一方向であって横方向に対して直交する方向を前後方向とし、横方向と前後方向とに対して直交する方向を上下方向とする。

二次電池用筐体３は、図１で示すように、たとえば、矩形な枡状の筐体本体部１１と、この筐体本体部１１の前面の矩形な開口部１３を開閉する扉とを備えて構成されている。なお、図１では、筐体３の内部を見やすくするために扉の表示を省略してある。

矩形な枡状の筐体本体部１１は、下端部に位置している１枚の底板１５と、この底板１５から上方に起立している２枚の側板１７および１枚の裏板１９と、これらの側板１７および裏板１９の上端を塞いでいる１枚の天板２１とを備えて構成されている。

なお、筐体本体部１１は、底板１５と側板１７と裏板１９と天板２１とが一体になっている所定形状のものに適宜折り曲げ加工をすることで形成される。

筐体本体部１１の前面に位置している開口部１３が扉で塞がれている状態では、筐体３の外形は、直方体状に形成されており、底板１５と側板１７と裏板１９と扉と天板２１との内側には、直方体状の内部空間が形成されている。筐体本体部１１（扉でもよい）には、扉で塞がれている筐体３内に外気を取り入れるための空気導入孔（図示せず）と、扉で塞がれている筐体３内の空気等を筐体３の外に排出するための空気排出孔（図示せず）とが設けられている。

空気導入孔と空気排出孔とを塞いだとすれば、扉が閉じられた状態で、筐体３の外部と筐体３の内部空間との間は、完全な気密性が確保されていないが、概ね遮断される。

また、筐体３内には、仕切り壁２３が設けられている。仕切り壁２３は、筐体本体部１１の内部空間を、たとえば、上下方向で複数の蓄電池室（直方体状の電池室）２５に仕切る。仕切り壁２３は、複数設けられている。また、仕切り壁２３は、たとえば平板状に仕切り板で構成されており、これらの厚さ方向が上下方向になり、また、お互いが上下方向で所定の距離だけ離れるようにして、筐体本体部１１の内部空間内で、筐体本体部１１に一体的に設けられる。

冷却剤供給源５は、たとえば、筐体３とは別個に筐体３の外部に設置される。配管７は、筐体３内に設置される（たとえば、各蓄電池室２５のそれぞれに設置される）二次電池モジュール（二次電池）２７を冷却するために、冷却剤供給源５から扉が閉じられている筐体３内に冷却剤（第１の冷却剤；たとえば二酸化炭素）を供給する。なお、二次電池モジュール２７は、所定の間隔をあけ横方向にならんで各仕切り壁２３それぞれに上に載置されている。

冷却剤調整機構９は、冷却剤供給源５から筐体３内に供給される冷却剤の量を調整する（配管７を流れる冷却剤の量を調整する）。

すなわち、冷却剤調整機構９は、第１の時間では、第１の供給量（単位時間あたりの流量が概ね一定である第１の流量）で冷却剤を筐体３内に供給し、第２の時間では、第１の供給量よりも少ない第２の供給量（単位時間あたりの流量が概ね一定であり第１の流量よりも少ない第２の流量）で冷却剤を筐体３内に供給する。

第１の時間とは、冷却剤の供給を開始したとき（冷却剤供給開始時刻）から第１の時刻が到来するまでの時間である。冷却剤の供給の開始は、二次電池モジュール２７の温度が熱暴走を始める温度に達したときになされる。第１の時間での冷却剤の供給は、二次電池モジュール２７を急冷するためになされる。第２の時間とは、第１の時刻以後の時刻（たとえば、第１の時刻）から第２の時刻に至るまでの時間である。なお、筐体３内に供給される冷却剤は、筐体３内の二次電池モジュール２７に向かって吹き付けられることが望ましい。

冷却剤供給源５は、筐体（冷却剤用筐体）２９と冷却剤貯蔵容器３１とを備えて構成されている。冷却剤が貯蔵されている冷却剤貯蔵容器３１は、筐体２９内に設置されている。冷却剤貯蔵容器３１内には、冷却剤（たとえば圧縮液化状態で充填された二酸化炭素）が収容されている。

冷却剤貯蔵容器３１の冷却剤の放出口には、この放出口を開閉するための容器弁３３が設けられている。配管７は、容器弁３３の先に設けられており、容器弁３３が開いたときに、冷却剤貯蔵容器３１内の冷却剤が、容器弁３３と配管７とを通って二次電池用筐体３内まで送られ二次電池モジュール２７を冷却するようになっている。また、冷却剤供給源５には、操作パネル（たとえばＬＣＤ等の表示部とスイッチやタッチパネル等の入力部を備えた操作パネル）３５と制御部（ＣＰＵとメモリとを備えて構成されている制御部）３７とが設けられている。

冷却剤は、上述したように、圧縮液化された状態で、冷却剤貯蔵容器３１内に貯蔵されており、冷却剤貯蔵容器３１を出たときに断熱膨張し温度が低下する。

二次電池モジュール２７には、二次電池モジュール２７の温度を検出する温度センサー（図示せず）が設けられている。

そして、制御部３７の制御の下、温度センサーで検出した温度が所定の閾値（二次電池モジュール２７が熱暴走を開始する温度）を超えたときに、容器弁３３を開状態にし、冷却剤調整機構９で流量を調整しつつ、冷却剤を筐体３内に供給して二次電池モジュール２７を冷やす。

ここで、容器弁３３による冷却剤貯蔵容器３１の冷却剤の放出口の開閉（特に、閉状態から開状態にする場合）について例を掲げて詳しく説明する。

起動装置を構成する電磁開放器（図示せず）が、制御部３７から送信された起動信号（温度センサで検出した温度が所定の閾値を越えたことによる起動信号）を受信すると、電磁開放器が作動する。そして、電磁開放器に連結された針（図示せず）が突出して起動ガスが充填されている起動用ガス容器（図示せず）の封板を破り、導管（図示せず）内に起動ガスが送出される。

この送出された起動ガスが冷却剤貯蔵容器３１の頭部の容器弁３３に導かれ、容器弁３３の封板（図示せず）を破り、容器弁３３が閉状態から開状態になる。

なお、放出された冷却剤は、配管を介して圧力スイッチ（図示せず）にも導かれ、放出ガスの圧力によって圧力スイッチが作動し、その出力信号が制御部３７に入力され、配管内のガス圧が所定圧まで高まったことを検知した圧力スイッチの信号を受信したとき制御部は、電磁開放器への起動信号をＯＦＦ状態にする。

また、第１の時間と第２の時間とは、連続している（第１の供給量での冷却剤の供給を終了したと同時に第２の供給量での冷却剤の供給を開始している）が、第１の供給量での冷却剤の供給を終了した後、所定の時間（たとえばわずかな時間）をあけて第２の供給量での冷却剤の供給を開始してもよい。

第２の時間は第１の時間よりも長い時間になっている。また、第１の時間で供給される冷却剤の量（第１の時間×第１の供給量）と、第２の時間で供給される冷却剤の量（第２の時間×第２の供給量）とはお互いがほぼ等しくなっている。なお、第１の時間で供給される冷却剤の量が第２の時間で供給される冷却剤の量より多くなっていてもよいし少なくなっていてもよい。

ここで、冷却剤調整機構９について詳しく説明する。冷却剤調整機構９は、図４や図５で示すように、絞り３９と切換弁（二方弁）４１とを組み合せ、切換弁４１を開状態もしくは閉状態にすることで、冷却剤供給源５から筐体３内に供給される冷却剤の量を調整するように構成されている。

絞り３９として、オリフィスを採用しているが、チョークを採用してもよいし、さらに、配管７の内径を配管の全長もしくは配管の一部にわたって小さくすることで、絞り３９に代えて冷却剤の流量を減少させ、冷却剤貯蔵容器３１から冷却剤をより長時間放出するように構成してもよい。

冷却剤調整機構９について、例を掲げてさらに詳しく説明する。

図４で示すように、冷却剤の流れ方向（図４の矢印参照）の第１の途中の部位（分岐部）４３で、配管７が複数に分岐しており（たとえば、配管７ａと配管７ｂとに分岐しており）、分岐部４３よりも冷却剤の流れ方向の下流側に位置している第２の途中の部位（合流部）４５で、分岐していた配管７ａ、７ｂが合流している。

そして、冷却剤調整機構９では、分岐している配管７ａ、７ｂのうちの１本の配管７ａの途中に切換弁４１が設けられており、分岐している配管７ａ、７ｂのうちの残りの配管７ｂの途中に絞り３９が設けられている。そして、切換弁４１を開状態もしくは閉状態にすることで、冷却剤供給源５から筐体３内に供給される冷却剤の量を調整するように構成されている。

なお、上記説明では、配管７ａの途中に切換弁４１のみを設け配管７ｂの途中に絞り３９のみを設けているが、配管７ｂの途中に絞り３９と直列に切換弁４１を設けてもよいし、配管７ｂの途中の絞り３９を削除してもよい。

また、上記説明では、配管７が２本（配管７ａ、７ｂ）に分岐しているが、配管７が３本以上の複数本に分岐していてもよい。この場合、分岐している配管のうちの１本の配管に切換弁４１のみを設け、分岐している配管のうちの残りの複数の配管のうちの１本の配管に絞り３９のみを設け、分岐している配管のうちのさらなる残りの配管それぞれの途中に、切換弁と絞りとを直列に設けてもよい。

ここで、図４で示す冷却剤調整機構９を備えた二次電池の熱暴走抑止システム１の動作を説明する。

初期状態では、冷却剤貯蔵容器３１内に圧縮液化された冷却剤が貯蔵されており、容器弁３３が閉じており、切換弁４１は開いている。

上記初期状態において、温度センサーで検出した二次電池モジュール２７の温度が所定の閾値（熱暴走を開始する温度）を超えたことが検出されると、制御部３７の制御の下、容器弁３３を開状態にし、切換弁４１を開状態にしたまま、第１の時間（第１の時刻が到来するまで）、二次電池用筐体３内に冷却剤を供給する。このとき、冷却剤は、図４に示す配管７ａと、配管７ｂ（絞り３９）との両方を流れる。

続いて、切換弁４１を閉状態にし、第２の時間（第２の時刻が到来するまで）、二次電池用筐体３内に冷却剤を供給する。このとき、冷却剤は、図４に示す配管７ｂ（絞り３９）のみを流れるので、第２の時間で供給される冷却剤の流量は、第１の時間で供給される冷却剤の流量よりも少なくなる。

なお、上記初期状態において、温度センサーで検出した二次電池モジュールの温度の所定の閾値を、二次電池モジュールの電解質の劣化が始まる温度と二次電池モジュールが熱暴走を開始する温度との間の所定の温度（閾値）としてもよい。

二次電池の熱暴走抑止システム１によれば、冷却剤調整機構９によって、第１の時間では、第１の供給量で冷却剤を供給し、第２の時間では、第１の供給量よりも少ない第２の供給量で冷却剤を供給するようになっているので、二次電池モジュール２７の熱暴走が始まったときもしくは始まりそうなとき二次電池モジュール２７が発火する前に、二次電池モジュール２７を的確に冷却することができる。

たとえば、二次電池モジュール２７の熱暴走が始まったときに、第１の時間内に、流量の多い第１の供給量で冷却剤を供給するので、二次電池モジュール２７を急速冷却することができ、二次電池モジュール２７の発火を確実に防止することができる。また、第１の時間後の第２の時間内に、流量の少ない第２の供給量で冷却剤を供給するので、温度の下がった二次電池モジュール２７を比較的少量の冷却剤で継続して冷却することができ、二次電池モジュール２７の温度が再び上昇することを防ぐことができる。

また、二次電池の熱暴走抑止システム１によれば、第２の時間が第１の時間よりも長い時間になっているので、温度の下がった二次電池モジュール２７を比較的少量の冷却剤でより長い時間継続して冷却することができ、二次電池モジュール２７の温度が再び上昇することを一層確実に防ぐことができる。

また、二次電池の熱暴走抑止システム１によれば、冷却剤調整機構９が、絞り３９と切換弁４１とを組み合せて構成されており、切換弁４１を開状態もしくは閉状態にすることで、冷却剤供給源５から筐体３内に供給される冷却剤の量を調整するようになっているので、簡素な構成で供給する冷却剤の量を調整することができる。

ここで、変形例に係る冷却剤調整機構９について、図５を参照しつつ説明する。

図５に示すものでは、冷却剤の流れ方向（図５の矢印参照）の第１の途中の部位（分岐管ヘッド）４７で、配管７が複数に分岐しており（配管７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄに分岐しており）、分岐管ヘッド４７よりも冷却剤の流れ方向の下流側に位置している第２の途中の部位（合流管ヘッド）４９で、分岐していた配管７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄが合流している。

冷却剤調整機構９では、分岐している配管７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄそれぞれの途中に、絞り３９（３９Ａ、３９Ｂ、３９Ｃ、３９Ｄ）が設けられており、分岐している配管７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄそれぞれの途中で絞り３９Ａ、３９Ｂ、３９Ｃ、３９Ｄと直列に切換弁４１（４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、４１Ｄ）が設けられている。

そして、図５に示す冷却剤調整機構９では、各切換弁４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、４１Ｄのそれぞれを個別に開状態もしくは閉状態にすることで、冷却剤供給源５から筐体３内に供給される冷却剤の量を調整するように構成されている。

次に、図５に示す冷却剤調整機構９を備えた二次電池の熱暴走抑止システム１の動作を、図６を参照しつつ説明する。

初期状態では、冷却剤貯蔵容器３１内に圧縮液化された冷却剤が貯蔵されており、容器弁３３が閉じており、各切換弁４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、４１Ｄは開いている。

上記初期状態において、温度センサーで検出した二次電池モジュール２７の温度が所定の閾値を超えたことが検出されるとただちに（冷却開始時刻ｔ０で）、制御部３７の制御の下、容器弁３３を開状態にし、時刻ｔ１が到来したときに、切換弁４１Ａ（選択弁１）を閉じ、その後、時刻ｔ２が到来したときに、切換弁４１Ｂ（選択弁２）をさらに閉じ、その後、時刻ｔ３が到来したときに、切換弁４１Ｃ（選択弁３）をさらに閉じ、その後、時刻ｔ５が到来したときに、切換弁４１Ｄ（選択弁４）をさらに閉じる。

これにより、筐体３内に供給される冷却剤の流量は、時刻の経過とともに、段階的に次第に少なくなる。なお、時刻ｔ３と時刻ｔ５との間の時刻ｔ４は、冷却完了目標時刻であり、少なくとも、二次電池モジュール２７の温度が熱暴走を開始する温度になった時刻ｔ０から時刻ｔ４までの間に冷却剤を供給すれば、二次電池モジュール２７の冷却が完了し、二次電池モジュール２７の熱暴走が終了する。

なお、図４で示す構成の冷却剤調整機構９を備えた二次電池の熱暴走抑止システム１や後述する二次電池の熱暴走抑止システムにおいても、冷却完了目標時刻を過ぎた時刻まで、冷却剤の供給がなされるものとする。

図５に示す変形例に係る冷却剤調整機構９を備えた二次電池の熱暴走抑止システム１によれば、冷却剤調整機構９が、各切換弁４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、４１Ｄのそれぞれを個別に開状態もしくは閉状態にすることで、冷却剤供給源５から筐体３内に供給される冷却剤の量を調整するようになっているので、冷却剤供給源５から筐体３内に供給される冷却剤の量を一層細やかに調整することができる。

たとえば、第１の時間（時刻ｔ０から時刻ｔ１までの時間）内に流量の多い第１の供給量で冷却剤を供給し、第１の時間後の第２の時間（時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間）内に流量が中くらいの第２供給量で冷却剤を供給し、第２の時間後の第３の時間（時刻ｔ２から時刻ｔ３までの時間）内に流量が少ない第３供給量で冷却剤を供給することができ、第３の時間後の第４の時間（時刻ｔ２から時刻ｔ５までの時間）内に流量がさらに少ない第４供給量で冷却剤を供給することで、冷却剤の無駄を極力無くして、二次電池モジュール２７を的確に冷却することができる。

ところで、二次電池の熱暴走抑止システム１において、図２や図３で示すように、内部に二次電池モジュール２７が設置されている筐体（二次電池用筐体）３を、複数（たとえば、１つの冷却剤調整機構９に対して複数）設けてもよい。

この場合、配管７が、筐体３（３Ａ、３Ｂ、３Ｃ）側で分岐していることで、各筐体３Ａ、３Ｂ、３Ｃそれぞれの内部に冷却剤を供給するように構成されている。また、分岐している各配管７Ａ、７Ｂ、７Ｃそれぞれの途中には選択弁（二方弁）５１（５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃ）が設けられている。

また、二次電池の熱暴走抑止システム１において、図２で示すように、冷却剤供給源５がパッケージ化された複数の冷却剤供給ユニット５３（５３Ａ、５３Ｂ）で構成されており、冷却剤供給ユニット５３の数を適宜増減可能構成されていてもよい。これにより、冷却対象（二次電池モジュール２７の容量等）に応じて冷却剤の貯蔵量を容易に調整することができる。

図２で示す二次電池の熱暴走抑止システム１では、各筐体３Ａ、３Ｂ、３Ｃそれぞれの内側に設けられている二次電池モジュールに、温度センサーが設けられており、次に示すようにして動作する。

初期状態では、冷却剤貯蔵容器３１内に圧縮液化された冷却剤が貯蔵されており、容器弁３３が閉じており、各選択弁５１は閉じている。

上記初期状態において、温度センサーで検出した二次電池モジュールの温度が所定の閾値を超えたことが検出されると（たとえば、筐体３Ａ内の二次電池モジュールの温度が所定の閾値を超えたことが検出されると）、制御部３７の制御の下、容器弁３３を開状態にし、選択弁５１Ａを開状態にし、冷却剤調整機構９で冷却剤の量を調整しつつ、筐体３Ａ内にのみ冷却剤を供給する。

図２で示す二次電池の熱暴走抑止システム１によれば、分岐している各配管７Ａ、７Ｂ、７Ｃそれぞれの途中には選択弁５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃが設けられているので、熱暴走が始まった二次電池モジュールを設けられた筐体内のみを効率良く冷却することができる。

なお、内部に二次電池モジュール２７が設置されている筐体３が、複数設けられている場合、図５や図７で示す複数の配管７Ｘ、７Ｙのそれぞれを、複数の筐体３（３Ａ、３Ｂ）のそれぞれに接続してもよい。

ところで、上記説明では、冷却剤（第１の冷却剤）として二酸化炭素のみを使用しているが、第１の冷却剤の他に、別の冷却剤（第２の冷却剤；たとえば、ＩＧ５４１）を用いた、二次電池モジュール２７を冷却する二次電池の熱暴走抑止システム１ａとしてもよい。

すなわち、冷却剤供給源５を、図７で示すように、二酸化炭素を供給する第１の冷却剤供給源５Ａと、ＩＧ５４１を供給する第２の冷却剤供給源５Ｂとで構成してもよい。そして、第１の時間もしくは二次電池モジュール２７の温度が熱暴走を開始する温度よりも下がるまでの間、冷却剤調整機構９によって、第１の冷却剤供給源５Ａから二酸化炭素を供給し、冷却剤調整機構９によって、第２の時間もしくは二次電池モジュール２７の温度が熱暴走を開始する温度よりも下がった後の所定の時間で、第２の冷却剤供給源５ＢからＩＧ５４１を供給するように、二次電池の熱暴走抑止システム１ａが構成されていてもよい。

ここで、ＩＧ５４１（不活性ガス）について説明する。ＩＧ５４１は、冷却剤だけでなく消火剤として作用するものであり、大気組成成分である窒素・アルゴン・二酸化炭素の混合ガスであり、「人体に安全な新しい消火ガス」として、米国・アンスル社で開発された。

「人体への安全」の他、「地球環境の保全」「確実な冷却」「確実な消火」を確保することができる。

単に酸素濃度を下げる冷却剤や消火剤では人体への危険性が懸念されるが、ＩＧ−５４１には二酸化炭素が適量添加されていることで、放出時において人体への影響はほとんどない。

冷却剤放出時に、窒息冷却（窒息消火）に必要な１２％〜１３％の低酸素濃度と３〜４％の二酸化炭素濃度の組み合わせが人体保護のために有効である。

適量の二酸化炭素には肺換気促進作用や脳血管拡張作用があるが、この機能を利用して、吸気が低酸素状態でも脳への酸素供給量を減少させないように、二酸化炭素濃度を３％〜４％のガス構成としてある。

このため、脳の呼吸中枢が刺激されて呼吸量と血量が増えて脳への酸素供給量が確保され、消火ガス放出下の火災時でも、正常な退避行動がとれる。

ＩＧ５１４の混合比は、Ｎ_２５２％，Ａｒ４０％，ＣＯ_２８％（質量比）であり、室内放出後の比重は、空気とほぼ同じ１．０７であり、ＩＧ５１４は無色無臭である。

ＩＧ５１４は、室内（筐体３内）の酸素濃度を約１２％〜１３％に下げて、消火を行い、筐体３内の二酸化炭素濃度を３％〜４％に引き上げて呼吸機能を刺激、呼吸量と血流を増やし、脳への酸素供給量を確保する。

その他、気体で貯蔵するため、ＩＧ５４１には、放出時に次のような利点がある。

室温の急激な低下、結露による水分への影響がなく、燃焼による煙以外に空気の白濁がなく、視界が良く、消火確認と退避が容易である。配管抵抗が小さいので、ボンベ室を離して設置することができる。

不活性ガスなので熱分解生成物の発生が無く、金属腐食、器物への汚損・発錆が無い。貯蔵中の変質が無いため、薬剤の劣化を考慮する必要が無い。

ＩＧ５４１は、例示であり、「人体への安全」の他、「確実な消火」を行える機能（ＩＧ５４１と同様の機能）を備えていれば他の冷却を用いてもよい。

ここで、図７で示す二次電池の熱暴走抑止システム１ａについてさらに説明する。

二次電池の熱暴走抑止システム１ａは、たとえば、内部に二次電池モジュール２７（図１参照）が設けられている複数の筐体３（３Ａ、３Ｂ）と配管７と冷却剤供給源５Ａと冷却剤供給源５Ｂと冷却剤調整機構９とを備えて構成されている。

冷却剤供給源５Ａから各筐体３Ａ、３Ｂへは配管７Ａによって二酸化炭素が供給され、冷却剤供給源５Ｂから各筐体３Ａ、３Ｂへは配管７ＢによってＩＧ５４１が供給される。

配管７Ａは、各筐体３Ａ、３Ｂ側で、配管７ＡＡと配管７ＡＢとに分岐しており、各配管７ＡＡ、７ＡＢそれぞれの途中には、選択弁５１ＡＡ、５１ＡＢが設けられている。配管７Ｂは、各筐体３Ａ、３Ｂ側で、配管７ＢＡと配管７ＢＢとに分岐しており、各配管７ＢＡ、７ＢＢそれぞれの途中には、選択弁５１ＢＡ、５１ＢＢが設けられている。なお、図７で示す部位ＶＩＩでは、配管７ＢＡと配管７ＡＢとは、お互いが離れている。

次に、二次電池の熱暴走抑止システム１ａの動作について、図８を参照しつつ説明する。

初期状態では、冷却剤供給源５Ａの冷却剤貯蔵容器内に圧縮液化された二酸化炭素が貯蔵されており、冷却剤供給源５Ｂの冷却剤貯蔵容器内に圧縮されたＩＧ５４１が貯蔵されており、各冷却剤供給源５Ａ、５Ｂの容器弁３３が閉じており、各選択弁５１ＡＡ、５１ＡＢ、５１ＢＡ、５１ＢＢは閉じている。

上記初期状態において、温度センサーで検出した二次電池モジュールの温度が所定の閾値を超えたか否かを判断する（Ｓ１）。

ステップＳ１で、たとえば筐体３Ａ内の二次電池モジュールの温度が所定の閾値を超えたことが検出された場合、冷却剤供給源５Ａの容器弁を開状態にし、選択弁５１ＡＡを開状態にし、筐体３Ａ内に二酸化炭素を供給する（Ｓ３）。

続いて、温度センサーで検出した二次電池モジュールの温度が所定の閾値よりも下がったか否かを判断する（Ｓ５）。

ステップＳ５で、温度センサーで検出した二次電池モジュールの温度が所定の閾値よりも下がったと判断した場合には、選択弁５１ＡＢを閉じ（冷却剤供給源５Ａの容器弁を閉じてもよい。）、冷却剤供給源５Ｂの容器弁を開状態にし、選択弁５１ＢＡを開状態にし、筐体３Ａ内にＩＧ５４１を供給する（Ｓ７）。

ところで、ステップＳ５で、温度センサーで検出した二次電池モジュールの温度が所定の閾値よりも下がったか否かに加えて、温度センサーで検出した二次電池モジュールの温度が火災発生温度におよんだか否かも判断し、火災発生温度におよんだときに、ステップＳ７で、筐体３Ａ内にＩＧ５４１を供給してもよい。

冷却剤供給源５Ｂの冷却剤貯蔵容器３１内に圧縮されて貯蔵されているＩＧ５４１も、二酸化炭素の場合と同様にして、冷却剤貯蔵容器３１を出たときに断熱膨張する。

なお、図８で説明する二次電池の熱暴走抑止システム１ａでは、第１の時間を温度センサーでの検出温度で決めているが、温度センサーを用いることなく時刻の経過で決めてもよい。さらに、図１等で示す二次電池の熱暴走抑止システム１において、第１の時間を温度センサーでの検出温度で決めてもよい。

二次電池の熱暴走抑止システム１ａによれば、冷却剤調整機構９が、第１の時間等で第１の冷却剤供給源５Ａから二酸化炭素を供給し、第２の時間で第２の冷却剤供給源５ＢからＩＧ５４１を供給するように構成されているので、第１の時間等での二酸化炭素の供給によって温度の下がった二次電池モジュールを、第２の時間でＩＧ５４１によって継続して冷却することができるとともに、筐体３内に充満していた二酸化炭素がＩＧ５４１に置換され（二酸化炭素がパージされ）、人が呼吸困難になりさらに失神するおそれを回避することができる。

なお、上述した二次電池の熱暴走抑止システム１ａは、筐体と、第１の冷却剤である二酸化炭素を供給するための第１の冷却剤供給源と、第２の冷却剤であるＩＧ５４１を供給するための第２の冷却剤供給源と、前記筐体内に設置される二次電池モジュールを冷却するために、前記各冷却剤供給源から前記筐体内に冷却剤を供給する配管と、前記冷却剤の供給を開始したときから第１の時刻に至るまでの第１の時間では、第１の冷却剤供給源から前記筐体内へ前記第１の冷却剤を供給し、前記第１の時刻以後の時刻から第２の時刻に至るまでの第２の時間では、第２の冷却剤供給源から前記筐体内へ前記第２の冷却剤を供給する冷却剤供給機構とを有する二次電池の熱暴走抑止システムの例である。

また、上述した二次電池の熱暴走抑止システム１は、筐体と、冷却剤供給源と、前記筐体内に設置される二次電池モジュールを冷却するために、前記冷却剤供給源から前記筐体内に冷却剤を供給する配管と、前記配管内を流れる冷却剤の量（単位時間あたりの流量）を減少させるために前記配管の途中に設けられた絞りとを有する二次電池の熱暴走抑止システムの例である。

なお、絞りは、固定絞りになっている。たとえば、絞りがオリフィスで構成されている場合、オリフィスの絞り断面の面積は一定になっている。なお、絞りを可変絞りにしてもよい。この場合、配管内を流れる冷却剤の量が、絞り量（たとえばオリフィスの絞り断面の面積）を変えることで調整することができるようになっている。

可変絞りを「全開」にした状態における配管を流れる冷却剤の流量は、可変絞りを設けていない場合とほぼ同量であり、可変絞りを絞る（絞り断面の面積を小さくする）にしたがって、配管を流れる冷却剤の流量が次第に少なくなる。

配管に設けられている絞りが可変絞りである場合、たとえば、制御部の制御の下、遠隔操作で、可変絞りの絞り量を変えることができるようになっている。

また、上述した二次電池の熱暴走抑止システムにおいて、配管７が断熱材で覆われていてもよい。これにより、電池モジュールにむけて低温の冷却剤を確実に放出することができる。

１、１ａ 二次電池の熱暴走抑止システム
３、３Ａ、３Ｂ、３Ｃ 筐体
５、５Ａ、５Ｂ 冷却剤供給源
７、７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ 配管
９ 冷却剤調整機構
２７ 二次電池モジュール（二次電池）
３９、３９Ａ、３９Ｂ、３９Ｃ、３９Ｄ 絞り
４１、４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、４１Ｄ 切換弁
４３ 第１の途中の部位（分岐部）
４５ 第２の途中の部位（合流部）
４７ 第１の途中の部位（分岐管ヘッド）
４９ 第２の途中の部位（合流管ヘッド）
５１、５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃ、５１ＡＡ、５１ＡＢ、５１ＢＡ、５１ＢＢ 選択弁

Claims (11)

1. 筐体と、
   冷却剤供給源と、
   前記筐体内に設置される二次電池モジュールを冷却するために、前記冷却剤供給源から前記筐体内に冷却剤を供給する配管と、
   前記冷却剤の供給を開始したときから第１の時刻に至るまでの第１の時間では、第１の供給量で冷却剤を供給し、前記第１の時刻以後の時刻から第２の時刻に至るまでの第２の時間では、前記第１の供給量よりも少ない第２の供給量で冷却剤を供給するように、前記冷却剤供給源から前記筐体内に供給される冷却剤の量を調整する冷却剤調整機構と、
   を有することを特徴とする二次電池の熱暴走抑止システム。
2. 請求項１に記載の二次電池の熱暴走抑止システムにおいて、
   前記第２の時間は前記第１の時間よりも長い時間であることを特徴とする二次電池の熱暴走抑止システム。
3. 請求項１または請求項２に記載の二次電池の熱暴走抑止システムにおいて、
   前記冷却剤調整機構は、絞りと切換弁とを組み合せ、前記切換弁を開状態もしくは閉状態にすることで、前記冷却剤供給源から前記筐体内に供給される冷却剤の量を調整するように構成されていることを特徴とする二次電池の熱暴走抑止システム。
4. 請求項３に記載の二次電池の熱暴走抑止システムにおいて、
   前記冷却剤の流れ方向の第１の途中の部位で、前記配管が複数に分岐しており、前記第１の途中の部位よりも前記冷却剤の流れ方向の下流側に位置している第２の途中の部位で、前記分岐していた配管が合流しており、
   前記冷却剤調整機構は、前記分岐している配管それぞれの途中に設けられている前記絞りと、前記分岐している配管それぞれの途中で前記絞りと直列に設けられている前記切換弁とを備えており、前記各切換弁のそれぞれを個別に開状態もしくは閉状態にすることで、前記冷却剤供給源から前記筐体内に供給される冷却剤の量を調整するように構成されていることを特徴とする二次電池の熱暴走抑止システム。
5. 請求項３に記載の二次電池の熱暴走抑止システムにおいて、
   前記冷却剤の流れ方向の第１の途中の部位で、前記配管が複数に分岐しており、前記第１の途中の部位よりも前記冷却剤の流れ方向の下流側に位置している第２の途中の部位で、前記分岐していた配管が合流しており、
   前記冷却剤調整機構は、前記分岐している配管のうちの１本の配管の途中に設けられている前記切換弁と、前記分岐している配管のうちの残りの配管の途中に設けられている前記絞りとを備えており、前記切換弁を開状態もしくは閉状態にすることで、前記冷却剤供給源から前記筐体内に供給される冷却剤の量を調整するように構成されていることを特徴とする二次電池の熱暴走抑止システム。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の二次電池の熱暴走抑止システムにおいて、
   前記筐体は、複数設けられており、
   前記配管が前記筐体側で分岐していることで、前記各筐体それぞれの内部に冷却剤を供給するように構成されており、
   前記分岐している各配管それぞれの途中には選択弁が設けられていることを特徴とする二次電池の熱暴走抑止システム。
7. 請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の二次電池の熱暴走抑止システムにおいて、
   前記冷却剤供給源は、二酸化炭素を供給する第１の冷却剤供給源と、ＩＧ５４１を供給する第２の冷却剤供給源とを備えて構成されており、
   前記冷却剤調整機構は、前記第１の時間で前記第１の冷却剤供給源から二酸化炭素を供給し、前記第２の時間で前記第２の冷却剤供給源からＩＧ５４１を供給するように構成されていることを特徴とする二次電池の熱暴走抑止システム。
8. 筐体と、
   第１の冷却剤である二酸化炭素を供給するための第１の冷却剤供給源と、
   第２の冷却剤であるＩＧ５４１を供給するための第２の冷却剤供給源と、
   前記筐体内に設置される二次電池モジュールを冷却するために、前記各冷却剤供給源から前記筐体内に冷却剤を供給する配管と、
   前記冷却剤の供給を開始したときから第１の時刻に至るまでの第１の時間では、第１の冷却剤供給源から前記筐体内へ前記第１の冷却剤を供給し、前記第１の時刻以後の時刻から第２の時刻に至るまでの第２の時間では、第２の冷却剤供給源から前記筐体内へ前記第２の冷却剤を供給する冷却剤供給機構と、
   を有することを特徴とする二次電池の熱暴走抑止システム。
9. 筐体と、
   冷却剤供給源と、
   前記筐体内に設置される二次電池モジュールを冷却するために、前記冷却剤供給源から前記筐体内に冷却剤を供給する配管と、
   前記配管内を流れる冷却剤の量を減少させるために前記配管の途中に設けられた絞りと、
   を有することを特徴とする二次電池の熱暴走抑止システム。
10. 請求項９に記載の二次電池の熱暴走抑止システムにおいて、
    前記筐体は、複数設けられており、
    前記配管は、前記筐体側で分岐していることで、前記各筐体それぞれの内部に冷却剤を供給するように構成されており、
    前記分岐している各配管それぞれの途中には選択弁と絞りとが直列に配置されて設けられていることを特徴とする二次電池の熱暴走抑止システム。
11. 請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の二次電池の熱暴走抑止システムにおいて、
    前記配管は断熱材で覆われていることを特徴とする二次電池の熱暴走抑止システム。
    

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