JP2018133134A

JP2018133134A - 二次電池冷却機構

Info

Publication number: JP2018133134A
Application number: JP2017023913A
Authority: JP
Inventors: 内田　仁; Hitoshi Uchida; 仁内田
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2017-02-13
Filing date: 2017-02-13
Publication date: 2018-08-23

Abstract

【課題】熱暴走に至る虞のある二次電池を個別に冷却可能な技術を提供する。【解決手段】電動車両１に搭載された複数の二次電池２に対して、冷却用の液体Ｌを噴射可能な複数の噴射ノズル１２と、複数の噴射ノズルに液体を供給するための液体供給装置（給水管１３、液体リザーバ１４、給水コントローラ１５、温度センサ（温度測定部１６ｓ、センサ本体１６））と、を有する。複数の噴射ノズルは、個々の二次電池に向けて、液体を個別に噴射可能に構成されている。【選択図】図３

Description

本発明は、熱暴走に至る虞のある二次電池を個別に冷却可能な冷却機構に関する。

近年、電気自動車やプラグインハイブリッド自動車をはじめ、各種の電動車両が実用化されている。当該電動車両に搭載された駆動用バッテリには、充電可能な二次電池が多数収容されている。かかる二次電池は、高いエネルギ密度を有し、長寿命であり、かつ、出力特性に優れている。

特許第３５２３２６５号公報

その一方で、二次電池は、例えば、内部短絡などを引き金として急激な温度上昇を伴う熱暴走に至る場合がある。そうなると、例えば、電池内部からの電解液（ガス）の噴出や発煙などにより、周辺構成ないし周辺環境に影響を与える虞がある。

ところで、電池内部の熱暴走は、外部から認識することが困難である。このため、熱暴走の冷却方法としては、例えば、上記した駆動用バッテリの全体を水で冷却する方法が想定される。しかし、かかる方法では、熱暴走状態の二次電池だけで無く、熱暴走に至っていない正常な二次電池まで考慮した分量の水が必要となる。そうすると、電動車両に搭載された各種液体（例えば、エンジン冷却水、ウインドウォッシャ液）だけで、熱暴走の冷却を賄えないことは否めない。

本発明の目的は、熱暴走に至る虞のある二次電池を個別に冷却可能な技術を提供することにある。

かかる目的を達成するために、本発明の二次電池冷却機構は、電動車両に搭載された複数の二次電池に対して、冷却用の液体を噴射可能な複数の噴射ノズルと、複数の噴射ノズルに液体を供給するための液体供給装置と、を有する。複数の噴射ノズルは、個々の二次電池に向けて、液体を個別に噴射可能に構成されている。

本発明によれば、熱暴走に至る虞のある二次電池を個別に冷却可能な技術を実現することができる。

本発明の一実施形態に係る二次電池冷却機構が電動車両に搭載された仕様の一例を示す斜視図。二次電池の内部構成を一部断面して示す斜視図。二次電池冷却機構の仕様の一例を示す斜視図。

「一実施形態の構成」
図１には、後述する二次電池冷却機構１１（図３参照）が搭載された電動車両１（例えば、電気自動車、プラグインハイブリッド自動車）が示されている。二次電池冷却機構１１は、複数の二次電池２（例えば、リチウムイオン電池）を個別に冷却可能に構成されている。ここで、二次電池２の仕様として、電動車両１には、駆動用バッテリ３（以下、電池パック３と言う）が搭載されている。図面では一例として、電池パック３は、車体１ａの下回りに搭載されている。電池パック３には、複数の二次電池２が収容されている。二次電池２は、充電可能に構成されている。

図２に示すように、二次電池２は、例えば、金属製の筐体４と、負極５と、正極６と、セパレータ７と、図示しない電解液と、負極端子８と、正極端子９と、安全弁１０と、を有している。

筐体４は、中空の立方体形状を有している。筐体４の内部には、中空の収容（空間）領域４ａが構成されている。収容（空間）領域４ａは、筐体４の外部に対して液密（気密）的に密閉（密封）された状態に維持されている。収容（空間）領域４ａには、負極５と、正極６と、セパレータ７と、電解液と、が収容されている。なお、筐体４は、立方体形状に限定されることは無く、他の形状（例えば、円筒、多角柱）であってもよい。

収容（空間）領域４ａにおいて、負極５と正極６とは、交互に対向させて配置されている。セパレータ７は、絶縁性を有している。セパレータ７は、負極５と正極６との間に配置されている。セパレータ７は、負極５と正極６との間を絶縁している。なお、電解液には、二次電池２に適用可能な既製品が用いられるため、ここでは特に限定しない。

負極端子８及び正極端子９は、それぞれ、筐体４に固定されている。負極端子８は、上記した負極５に電気的に接続されている。正極端子９は、上記した正極６に電気的に接続されている。

安全弁１０は、筐体４に設けられている。安全弁１０は、例えば、筐体４の一部を薄肉化させて構成されている。安全弁１０は、例えば、筐体４の内部の温度（圧力）が所定レベルを越えた際に動作（破裂）して、当該筐体４の破裂を防止可能に構成されている。安全弁１０は、予め設定された温度帯域で、即ち、所定温度（圧力）以上になると開弁可能に構成されている。

「二次電池冷却機構１１」
図３に示すように、二次電池冷却機構１１は、電動車両１に搭載された複数の二次電池２に対して個別に冷却用の液体Ｌを噴射可能に構成されている。このため、二次電池冷却機構１１は、複数の噴射ノズル１２を備えている。各噴射ノズル１２は、個々の二次電池２に向けて、液体Ｌを個別に噴射可能に配置されている。かくして、複数の二次電池２を１つ１つ別々に冷却することができる。

図面では一例として、１つの噴射ノズル１２が、１つの二次電池２に対向させて配置されている。ここで、噴射ノズル１２の向きは、当該噴射ノズル１２から噴射された液体Ｌが二次電池２の表面に向かうように設定されている。なお、二次電池２の表面とは、上記した筐体４の外周（面）４ｓないし安全弁１０及びその周辺を含めた概念として規定することができる。

この場合、噴射ノズル１２は、安全弁１０に対向させて配置されている。即ち、液体Ｌが安全弁１０に向かうように、噴射ノズル１２の向きが設定されている。これにより、噴射ノズル１２から噴射された液体Ｌを、二次電池２の安全弁１０に吹き付けることができる。

更に、二次電池冷却機構１１は、上記した各噴射ノズル１２に液体Ｌを供給するための液体供給装置を備えている。液体供給装置は、給水管１３と、液体リザーバ１４と、給水コントローラ１５と、温度センサと、を備えている。

給水管１３は、複数の二次電池２に沿って配管可能に構成されている。上記した噴射ノズル１２は、給水管１３に連結させることができる。更に、給水管１３は、液体リザーバ１４に連結可能に構成されている。液体リザーバ１４は、上記した液体Ｌを収容可能に構成されている。

かかる構成によれば、液体リザーバ１４に収容された液体Ｌを、給水管１３を通して各噴射ノズル１２に供給することができる。かくして、当該噴射ノズル１２から液体Ｌを噴射させることができる。なお、液体リザーバ１４としては、専用の貯水タンクを電動車両１に増築してもよいし、或いは、エンジン冷却水用の貯水タンクやウインドウォッシャ液用の貯水タンクを利用してもよい。

また、液体供給装置は、例えば、難燃剤などの薬剤を収容可能な薬剤リザーバ１８と、上記した液体Ｌに薬剤を添加可能な添加コントローラ１９と、を更に備えて構成してもよい。薬剤リザーバ１８は、上記した給水管１３に向けて薬剤を添加可能な位置に設けられている。添加コントローラ１９は、給水管１３を流れる液体Ｌに対して、薬剤リザーバ１８に収容された薬剤を添加可能に構成されている。

かかる構成において、例えば、添加コントローラ１９によって、図示しない弁機構（例えば、電磁弁）を開制御する。これにより、薬剤リザーバ１８の薬剤を、給水管１３を流れる液体Ｌに添加することができる。ここで、後述するように、給水コントローラ１５によって特定の弁機構を開制御する。このとき、特定の噴射ノズル１２から噴射させる液体Ｌに薬剤を混ぜることができる。この結果、薬剤を含む液体Ｌが、安全弁１０を介して二次電池２の内部に流れ込む。かくして、熱暴走に至る虞のある二次電池２を、より少量の液体Ｌで、効率的に冷却することができる。

温度センサは、複数の二次電池２のそれぞれに１つずつ配置されており、二次電池２の温度変化を個別に測定可能に構成されている。温度センサとしては、市販の熱電対を適用することができる。個々の温度センサ（熱電対）は、温度測定部１６ｓと、センサ本体１６と、を備えている。

温度測定部１６ｓは、比較的薄肉化された安全弁１０に接近させて配置されている。これにより、筐体４（二次電池２）の内部の温度変化を短時間かつリアルタイムに測定することができる。このとき、温度測定部１６ｓによる測定結果は、センサ本体１６によって所定の電気信号に変換されて、給水コントローラ１５に出力される。

給水コントローラ１５（液体供給装置）は、センサ本体１６（温度センサ）の出力信号に基づいて、複数の噴射ノズル１２の中から選択した特定の噴射ノズル１２に対応する噴射ノズル１２から液体Ｌを噴射可能に（換言すると、複数の二次電池２の中から選択した特定の二次電池２を冷却可能に）構成されている。かかる構成を実現するために、各噴射ノズル１２には、図示しない弁機構（例えば、電磁弁）が構築されている。当該弁機構は、給水コントローラ１５によって、開閉制御可能に構成されている。

この場合、給水コントローラ１５によって特定の弁機構を開制御する。これにより、特定の噴射ノズル１２から液体Ｌを噴射させることができる。この結果、ターゲットとなった二次電池２だけに液体Ｌを吹き付けることが可能となる。かくして、熱暴走に至る虞のある二次電池２を個別に冷却することができる。

「一実施形態の動作」
本動作の説明に際し、温度センサ（温度測定部１６ｓ、センサ本体１６）によって、複数の二次電池２のそれぞれの温度変化が個別に測定されているものとする。そして、例えば、複数の二次電池２のうち、１個の二次電池２の内部の温度が上昇している状態を想定する。

かかる状態において、温度測定部１６ｓによる測定結果（即ち、測定温度）が、予め設定した許容レベル（例えば、許容温度）に達したとき（或いは、許容レベル（許容温度）を越えたとき）、これを反映した電気信号がセンサ本体１６から出力される。なお、許容温度としては、例えば、二次電池２が熱暴走に至る直前（以前）の所定温度に設定することができる。この場合、例えば、所定温度以上とは、二次電池２の内部の温度が、当該所定温度に達した状態、及び、越えた状態の双方を含めた概念を指す。

このとき、給水コントローラ１５は、当該センサ本体１６の出力信号に基づいて、上記した弁機構を開制御する。この結果、特定に噴射ノズル１２からターゲット（即ち、熱暴走に至る虞のある二次電池２）に向けて液体Ｌが噴射される。かくして、液体Ｌが、当該二次電池２の安全弁１０に吹き付けられる。

ここで、例えば、筐体４の内部の温度（圧力）が、上記した所定温度（許容温度）に達した（或いは、越えた）とき、安全弁１０が動作（破裂）する。これにより、液体Ｌが、動作（破裂）した安全弁１０を通って当該二次電池２の内部に流れ込む。当該液体Ｌによって当該二次電池２の内部が冷却される。この結果、熱暴走に至る虞のある二次電池２のみが個別に冷却される。

「一実施形態の効果」
本実施形態によれば、二次電池冷却機構１１を設けることで、熱暴走に至る虞のある二次電池２を個別に冷却することができる。これにより、例えば、当該二次電池２の内部からの電解液（ガス）の噴出や発煙などを未然に防止することができる。この結果、当該二次電池２の周辺構成ないし周辺環境に影響を与えることは無い。

本実施形態によれば、二次電池冷却機構１１によって複数の二次電池２を個別に冷却することができる。これにより、必要最小限の液体Ｌだけで、熱暴走に至る虞のある二次電池２を１つ１つ別々に冷却することができる。この結果、電動車両１に搭載された液体Ｌ（例えば、エンジン冷却水、ウインドウォッシャ液）だけで、熱暴走の冷却を賄うことができる。

本実施形態によれば、複数の二次電池２のそれぞれに１つずつ温度センサを配置する。これにより、個々の二次電池２の温度変化をリアルタイムに測定することができる。この結果、熱暴走に至る虞のある二次電池２のみを確実に冷却することができる。

本実施形態によれば、給水管１３を流れる液体Ｌに対して、例えば薬剤などの難燃剤を添加可能に構成する。これにより、難燃剤を含む液体Ｌが、安全弁１０を介して二次電池２の内部に流れ込む。この結果、熱暴走に至る虞のある二次電池２を、より少量の液体Ｌで、効率的に冷却することができる。

「変形例」
上記した実施形態では、１つの噴射ノズル１２を１つの二次電池２に対向配置させる仕様を想定したが、これに代えて、複数の噴射ノズル１２を１つの二次電池２に対向配置させてもよい。これにより、１つの二次電池２の複数個所に同時に液体Ｌを吹き付けることができる。例えば、上記した安全弁１０、及び、その他の筐体４の外周（面）４ｓに向けて液体Ｌを同時に吹き付ける。この結果、熱暴走に至る虞のある二次電池２を短時間で確実に冷却することができる。

上記した実施形態では、噴射ノズル１２から液体Ｌを噴射させる際の強さ（例えば、噴射速度、噴射圧力）について特に言及しなかったが、例えば、安全弁１０を突き破るような強さで、液体Ｌを噴射させるように設定してもよい。これにより、熱暴走に至る以前の段階で、二次電池２の内部を直接冷却することができる。この結果、熱暴走に至る虞のある二次電池２に対する冷却効率を飛躍的に向上させることができる。

上記した実施形態では、液体Ｌの噴射方向の精度について特に言及しなかったが、例えば、噴射ノズル１２からターゲット（二次電池２）に向けて延びるガイド管１７を設けてもよい。図３では一例として、噴射ノズル１２から二次電池２の安全弁１０に向けて延びるガイド管１７が設けられている。この場合、ガイド管１７は、中空の円筒状を有しているが、例えば、使用目的や使用環境に応じて、中空の矩形状或いは楕円形状など各種の形状を適用することができる。

ガイド管１７を設けることで、噴射ノズル１２から液体Ｌを精度良くターゲット（二次電池２）に向けて噴射させることができる。即ち、噴射ノズル１２から噴射された液体Ｌは、その全てがガイド管１７に沿ってターゲット（二次電池２）に向けて案内される。換言すると、噴射ノズル１２から噴射された液体Ｌは、その全てが漏れ無く（無駄無く）二次電池２に吹き付けられる。かくして、熱暴走に至る虞のある二次電池２に対する冷却精度及び冷却効果を格段に向上させることができる。

Ｌ…液体、１…電動車両、２…二次電池、１０…安全弁、１１…二次電池冷却機構、
１２…噴射ノズル、１３…給水管、１４…液体リザーバ、１５…給水コントローラ、
１６…センサ本体（温度センサ）、１６ｓ…温度測定部（温度センサ）、１７…ガイド管。

Claims

電動車両に搭載された複数の二次電池に対して、冷却用の液体を噴射可能な複数の噴射ノズルと、
複数の前記噴射ノズルに前記液体を供給するための液体供給装置と、を有し、
複数の前記噴射ノズルは、個々の前記二次電池に向けて、前記液体を個別に噴射可能に構成されている二次電池冷却機構。
前記液体供給装置は、複数の前記二次電池のそれぞれに１つずつ配置された複数の温度センサを、備え、
前記液体供給装置は、前記温度センサの出力信号に基づいて、複数の前記二次電池の中から選択した特定の前記二次電池に対応する前記噴射ノズルから前記液体を噴射させる請求項１に記載の二次電池冷却機構。
前記液体供給装置は、
前記液体を収容可能な液体リザーバと、
複数の前記噴射ノズルを連結可能であって、かつ、前記液体リザーバに収容された前記液体を前記噴射ノズルに供給可能な給水管と、
所定温度以上の前記二次電池に向けて、複数の前記噴射ノズルの中から選択した特定の前記噴射ノズルから前記液体を噴射可能な給水コントローラと、を更に備えている請求項２に記載の二次電池冷却機構。
前記二次電池は、所定温度以上になると開弁する安全弁を備え、
前記噴射ノズルは、前記安全弁に対向する位置に設けられている請求項３に記載の二次電池冷却機構。
前記液体供給装置は、
薬剤を収容可能な薬剤リザーバと、
前記給水管を流れる前記液体に対して、前記薬剤リザーバに収容された前記薬剤を添加可能な添加コントローラと、を更に備えている請求項３に記載の二次電池冷却機構。
前記液体リザーバは、前記電動車両に搭載されたエンジン冷却水用及びウインドウォッシャ液用の貯水タンクである請求項３に記載の二次電池冷却機構。
前記噴射ノズルから前記安全弁に向けて延びるガイド管を、更に有する請求項４に記載の二次電池冷却機構。