JP2019021589A - 電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】低温時の電池出力の低下を抑制することができる電池パックを提供する。【解決手段】電池パック１Ａは、熱伝導性を有する筐体２と、筐体２の内部空間２ａに配列され、かつ筐体２に保持される複数個の電池３と、筐体２に収容されるとともに、各電池３に直接または熱伝導部材５を介して接続され、かつ凝固点以下で過冷却状態に移行する潜熱蓄熱部材４と、潜熱蓄熱部材４の過冷却状態を解除する過冷却解除部６とを備える。潜熱蓄熱部材４は、電池３の使用温度範囲の上限温度に対応する温度より低い温度で固相から液相に相変化する融点を有し、凝固点以下で過冷却状態に移行し、かつ過冷却状態が自然に解除される温度まで過冷却状態を維持する。【選択図】図１

Description

本発明は、電池パックに関する。

電気車両（ＥＶ）、ハイブリッド車両（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド車両（ＰＨＥＶ）等の車両は、駆動源であるモータの駆動に必要な電力を供給する電源として、例えば電池パックが搭載されている。電池パックは、例えば、複数個の電池（二次電池）が収容されており、各電池が直列および／または並列に接続されている。電池パックに収容される電池には、例えば、リチウムイオン電池が利用される。リチウムイオン電池は、低温時の入出力特性が低下する。そのため、低温時の車両の始動に支障をきたさないように、大容量のリチウムイオン電池を搭載することで、容量当たりの入出力負荷を軽減している。例えば、特許文献１では、電池の温度上昇を防ぐことができるが、低温時の電池の入出力特性を確保するまでには至っていない。

特願２０１６−１６３５７２号

低温時の電池の入出力特性を確保する方法として、例えば、電池自体をヒータで加熱する方法がある。ヒータをすべての電池に接触するように配索すると、電池間に隙間を設ける必要があり、電池パックの容積に対するエネルギー密度が低下することから、改善の余地がある。

本発明は、低温時の電池出力の低下を抑制することができる電池パックを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る電池パックは、熱伝導性を有する筐体と、前記筐体の内部空間に配列され、かつ前記筐体に保持される複数個の電池と、前記筐体に収容されるとともに、各前記電池に直接または熱伝導部材を介して接続され、かつ凝固点以下で過冷却状態に移行する潜熱蓄熱部材と、前記潜熱蓄熱部材の前記過冷却状態を解除する過冷却解除手段と、を備え、前記潜熱蓄熱部材は、前記電池の使用温度範囲の上限温度に対応する温度より低い温度で固相から液相に相変化する融点を有し、前記凝固点以下で前記過冷却状態に移行し、かつ前記過冷却状態が自然に解除される温度まで前記過冷却状態を維持することを特徴とする。

また、上記電池パックにおいて、前記過冷却解除手段は、さらに、前記電池パックにより駆動する車両の始動を検出する始動検出手段を備え、前記始動検出手段により前記車両の始動が検出されたときに、前記潜熱蓄熱部材に任意のエネルギーを与えて前記過冷却状態を解除することが好ましい。

また、上記電池パックにおいて、前記過冷却解除手段は、前記車両が停止した後の始動時に、前記電池の温度が前記潜熱蓄熱部材の凝固点に対応する温度以下で、かつ外気温が前記電池への加温が必要となる第１閾値温度以下の場合に、前記過冷却状態を解除することが好ましい。

また、上記電池パックにおいて、前記過冷却解除手段は、前記車両が停止した後、前記電池の温度が前記潜熱蓄熱部材の凝固点に対応する電池温度以下であって、前記外気温が前記第１閾値温度より越えて、かつ前記外気温に第２閾値温度を加えた温度以下の場合に、前記過冷却状態を解除することが好ましい。

本発明に係る電池パックによれば、低温時の電池出力の低下を抑制することができるという効果を奏する。

図１は、実施形態に係る電池パックの概略構成を示す部分平面図である。 図２は、図１中のＡ−Ａ断面図である。 図３は、実施形態に係る潜熱蓄熱部材のＤＳＣ曲線の一例を示す図である。 図４は、実施形態に係るＢＭＵの過冷却状態解除動作を示すフローチャート図である。 図５は、実施形態に係る電池の温度降下時間、電池温度と外気温との温度差の割合を示すグラフである。 図６は、実施形態の変形例に係る電池パックの概略構成を示す部分平面図である。 図７は、図６中のＢ−Ｂ断面図である。

以下に、本発明の実施形態に係る電池パックを図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態により本発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。

［実施形態］
本実施形態に係る電池パックについて説明する。図１は、実施形態に係る電池パックの概略構成を示す部分平面図である。図２は、図１中のＡ−Ａ断面図である。図３は、実施形態に係る潜熱蓄熱部材のＤＳＣ曲線の一例を示す図である。図４は、実施形態に係るＢＭＵの過冷却状態解除動作を示すフローチャート図である。図５は、実施形態に係る電池の温度降下時間、電池温度と外気温との温度差の割合を示すグラフである。なお、図１（図６も同様）は、筐体の蓋（不図示）を取り外して、内部空間を外部に露出させた状態を示す図である。ここで、図１（図２、図６、図７も同様）のＸ方向は、以下に示す実施形態における電池パックの幅方向である。Ｙ方向は、以下に示す実施形態における電池パックの奥行き方向であり、幅方向と直交する方向である。Ｚ方向は、以下に示す実施形態における電池パックの上下方向であり、幅方向および奥行き方向と直交する方向である。

本実施形態に係る電池パック１Ａは、駆動源としてモータを用いる車両、例えば電気車両（ＥＶ）、ハイブリッド車両（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド車両（ＰＨＥＶ）等に搭載され、モータに電力を供給する高電圧電源である。電池パック１Ａは、図１および図２に示すように、筐体２と、複数個の電池３と、潜熱蓄熱部材４と、過冷却解除部６とを含んで構成される。

筐体２は、複数個の電池３、潜熱蓄熱部材４、および保持部材（不図示）を収容するものである。筐体２は、例えば、外表面が車両外から取り込まれた外気等と接触可能な場所に設けられている。本実施形態における筐体２は、内部空間２ａを有する箱状に形成されている。筐体２は、熱伝導性を有するものであり、例えば、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等により構成されている。なお、筐体２は、蓋により、内部空間２ａを閉塞する。電池パック１Ａに防水性が要求される場合は、筐体２と蓋との間に防水構造を形成し、内部空間２ａを密閉する。

複数個の電池３は、それぞれが充放電可能な二次電池である。本実施形態の電池３は、例えば、鉛直方向に延びる円筒型のリチウムイオン電池で構成される。複数個の電池３は、筐体２の内部空間２ａに配列され、かつ筐体２に保持部材により保持される。本実施形態における複数個の電池３は、筐体２の内部空間２ａにおいて上下方向と直交する方向（幅方向または奥行き方向）に互いに間隔をあけて千鳥格子状または正方格子状に配列される。なお、複数個の電池３を筐体２に保持する保持部材については、どのような構造、構成であってもよい。

潜熱蓄熱部材４は、熱伝導性および蓄熱性を有し、筐体２よりも蓄熱量が大きく、顕熱と潜熱の両方の特性を有する潜熱蓄熱材で構成される。潜熱蓄熱材は、典型的には、融点で固相から液相に相変化（融解）するときに熱を蓄え（蓄熱）、凝固点で液相から固相に相変化（凝固）するときに熱を放出（放熱）する特性を有する。本実施形態における潜熱蓄熱材は、凝固点以下で過冷却状態に移行する。過冷却状態は、潜熱蓄熱材が凝固点を過ぎて冷却されても液相から固相に相変化せずに液相を維持している状態をいう。このような特性を有する潜熱蓄熱材は、いわゆる過冷却型潜熱蓄熱材とも呼ばれる、過冷却型潜熱蓄熱材は、例えば、酢酸ナトリウム三水和物（ＣＨ３ＣＯＯＮａ・３Ｈ２Ｏ）、硝酸ニッケル（II）六水和物（Ｎｉ（ＮＯ３）２・６Ｈ２Ｏ）、チオ硫酸ナトリウム五水和物（Ｎａ２Ｓ２Ｏ３・５Ｈ２Ｏ）、臭化カルシウム・六水塩（ＣａＢｒ２・６Ｈ２Ｏ）等が挙げられるが、上記特性を有するものであれば、これらに限定されるものではない。

潜熱蓄熱部材４は、筐体２に収容されるとともに、少なくとも各電池３および筐体２と直接熱的に接続される。ここで、潜熱蓄熱部材４が各電池３および筐体２と直接熱的に接続されるとは、各電池３および筐体２と接触することで、潜熱蓄熱部材４と、各電池３および筐体２との間で直接的に熱の授受が可能な場合をいう。本実施形態における潜熱蓄熱部材４は、液相時に流動性を有し、複数個の電池３と鉛直方向に対向する筐体２の内部底面２ｂに貯留する。潜熱蓄熱部材４は、液相時に、筐体２の内部空間２ａを残して収容され、かつ各電池３を少なくとも部分的に覆うように貯留される。潜熱蓄熱部材４は、液相時に、車両が傾斜していない状態で複数個の電池３のすべてを全体的に覆うように筐体２内に充填されていてもよいし、車両が最大安定傾斜角まで傾斜しても複数個の電池３のすべてを少なくとも部分的に覆うように貯留されていてもよい。

過冷却解除部６は、過冷却解除手段であり、潜熱蓄熱部材４の過冷却状態を解除するものである。過冷却解除部６は、ドライバ１１と、ＢＭＵ１２と、電磁リレー（電磁継電器）１３とを含んで構成される。

ドライバ１１は、ＢＭＵ１２からの制御信号１６に基づいて電磁リレー１３に電圧１５を印加して電磁リレー１３を駆動するものである。ドライバ１１は、電源７からの電力供給を受けて駆動する。電源７は、例えば、車両に搭載され、電池パック１Ａとは異なる電圧を有する補機バッテリである。補機バッテリは、典型的には、車両内の各種補機に電力を供給するための１２Ｖの二次電池である。電源７は、例えばＤＣ／ＤＣコンバータ（不図示）を介して電池パック１Ａに接続され、電池パック１Ａの出力電圧がＤＣ／ＤＣコンバータによって降圧され供給されることで適宜充電される。

ＢＭＵ（Battery Management Unit）１２は、典型的には、温度センサ、電圧センサ、電流センサ等により、電池３の温度、充電電圧、充電電流等を検出し、電池３が過充電や過放電とならないように電池３の状態を監視するものである。ＢＭＵ１２は、例えばマイクロコンピュータであり、電源７からの電力供給を受けて駆動する。本実施形態におけるＢＭＵ１２は、電池管理手段としての機能と、車両の始動検出手段としての機能を有する。

ＢＭＵ１２は、電池管理手段として、温度センサ（不図示）から入力された温度センサ信号１４に基づいて電池３の温度（以下、「電池温度」とも呼ぶ）を検出すると共に、外気温センサ（不図示）から入力された外部信号１７に基づいて外気温を検出する。温度センサおよび外気温センサは、例えば、サーミスタ等で構成される。温度センサは、電池３の内部または近傍に設置されている。外気温センサは、車両外から取り込まれた外気と接触可能な場所に設置されている。

ＢＭＵ１２は、始動検出手段として、不図示のＭＰＵ（Micro Processing Unit）から入力された外部信号１７に基づいて、車両の始動および停止を判定する。ＭＰＵは、車両内の各部を制御するものである。外部信号１７は、外気温センサから出力される外気温センサ信号、ＭＰＵから出力される車両停止信号や車両始動信号等を総称するものである。車両の始動は、例えば、車両に搭載された不図示のＳＭＲ（System Main Relay）がＯＮされ、電池パック１Ａからモータへの電力供給が可能で、車両がアクセルペダルの操作に応じて走行可能な状態をいう。車両の停止は、例えば、ＳＭＲがＯＦＦされ、電池パック１Ａからモータへの電力供給が不可能で、車両が直ちに走行できない状態をいう。ＢＭＵ１２は、車両が停止した後、電池温度、外気温、および車両の始動有無に応じて、過冷却状態にある潜熱蓄熱部材４に任意のエネルギーを与えて過冷却状態を解除するように制御する。この任意のエネルギーには、例えば「衝撃」が含まれる。すなわち、ＢＭＵ１２は、ドライバ１１に制御信号１６を送信し、ドライバ１１により電磁リレー１３を駆動して潜熱蓄熱部材４に衝撃を与える。

電磁リレー１３は、典型的には、電磁石により可動鉄片を物理的に動かしてスイッチを開閉するものである。本実施形態における電磁リレー１３は、潜熱蓄熱部材４に直接または間接的に衝撃を与えて過冷却状態を解除するものである。すなわち、電磁リレー１３は、例えば電磁石により可動鉄片を動作させることで振動を発生し、過冷却状態を解除するための衝撃を潜熱蓄熱部材４に与える。電磁リレー１３は、図２に示すように、潜熱蓄熱部材４内に埋設され、内部底面２ｂ上に固定される。電磁リレー１３は、例えば不図示の電磁石、可動鉄片、固定鉄片、復帰ばね等を含んで構成され、電磁石に通電すると鉄芯に吸引力が発生して可動鉄片と一方の固定鉄片とが衝突する。電磁石の通電が無くなると、復帰ばねの力で可動鉄片がもとの状態に戻って他方の固定鉄片と衝突する。電磁リレー１３は、これらの動作が繰り返されることで振動が発生する。

次に、本実施形態に係る電池パック１Ａの熱特性について図３を参照して説明する。なお、図３に示すＤＳＣ（Differential scanning calorimetry）曲線は、縦軸に熱流［ｍＷ］、横軸に温度［℃］を示す。ＤＳＣ（示差走査熱量測定）の詳細については省略する。

車両の走行中は、各電池３で熱が発生して電池温度が上昇する。各電池３で発生した熱は、各電池３の外周面３ａを介して、潜熱蓄熱部材４に伝熱され、潜熱蓄熱部材４に一旦蓄熱される。潜熱蓄熱部材４に蓄熱された熱は、一部が潜熱蓄熱部材４に接する筐体２の内部底面２ｂおよび内部側面２ｃに伝熱され、筐体２の外表面から外気等に放熱されるので、潜熱蓄熱部材４を介して各電池３が冷却される。さらに、電池温度が上昇した場合、液相に相変化した潜熱蓄熱部材４が自然対流や車両走行時の揺れ等によって流動し、液温の均一化が急速に進むとともに、筐体２の内部底面２ｂや内部側面２ｃに繰り返し伝熱され、筐体２の外表面から外気等への放熱が促されるので、電池３を継続的に許容上限温度６０℃以下で使用することができ、電池３の劣化の進行を抑制することができる。

車両の走行中に、急加速等で電池３に高負荷がかかり、電池温度が急激に上昇した場合、潜熱蓄熱部材４が融点で固相から液相に相変化（融解）して電池３に生じた熱を吸熱するので、電池温度の上昇を抑制することができる。本実施形態における潜熱蓄熱部材４は、電池３の使用温度範囲の上限温度に対応する温度より低い温度で固相から液相に相変化する融点を有する。電池３がリチウムイオン電池の場合、電池温度が使用温度範囲（例えば−３０℃〜６０℃）であれば電池出力や電池寿命に対する影響を抑えることが可能であるが、上限温度６０℃を超える環境で使用すると劣化が進む。潜熱蓄熱部材４の融点（相変化温度）は、上限温度６０℃よりも低い温度、例えば３８℃〜５０℃の範囲で設定されることが好ましい。さらに、潜熱蓄熱部材４の融点は、例えば電池３の使用温度範囲の上限温度が６０℃である場合、３８℃〜５０℃が好適である。潜熱蓄熱部材４は、融点より高い温度で吸熱ピークを迎えることから（図示の矢印ａ）、融点が電池３の使用温度範囲の上限温度の手前にあることで、電池温度を使用温度範囲内に抑えることが可能となる。潜熱蓄熱部材４の吸熱ピークは、例えば４５℃〜６０℃の範囲内にあることが好ましい。さらに、潜熱蓄熱部材４の吸熱ピークは、電池３の使用温度範囲の上限温度が好適である。

車両の停止後しばらく経過した場合、潜熱蓄熱部材４は、温度が低下して凝固点に達しても液相から固相への相変化（凝固）することなく、過冷却状態に移行する。本実施形態における潜熱蓄熱部材４は、例えば凝固点が融点と略同一であり、３８℃〜５０℃の範囲内にあることが好ましい。潜熱蓄熱部材４は、過冷却状態に移行すると、過冷却状態が自然に解除される温度まで過冷却状態を維持する。本実施形態では、過冷却状態が自然に解除される温度を過冷却自然解除点と呼ぶ。潜熱蓄熱部材４は、過冷却自然解除点を電池３の使用温度範囲の下限温度（例えば−３０℃）の付近にすることで、凝固点から過冷却自然解除点までの温度範囲（以下、「過冷却領域」とも呼ぶ）では過冷却状態を維持し、任意のタイミングで過冷却解除部６により過冷却状態が解除される。

本実施形態に係る潜熱蓄熱部材４は、電池温度および外気温に応じて過冷却状態が解除される。例えば、車両の始動時に電池温度および外気温がいずれも低い場合、潜熱蓄熱部材４を過冷却状態から解除することで、潜熱蓄熱部材４に生じた凝固熱を電池３に伝熱することができ、電池３の出力特性を確保または維持する。潜熱蓄熱部材４が過冷却状態のまま、電池温度の上昇により暖められて融点に達した場合、相変化による吸熱効果が得られないおそれがあることから、電池温度および外気温に応じて、過冷却状態が解除される。

次に、電池パック１Ａにおける過冷却解除部６の動作について図４を参照して説明する。過冷却解除部６は、例えば、車両の始動（例えば、イグニッションＯＮ）とともに起動するものとするが、これに限定されるものではない。例えば、タイマーによる自動起動やリモコンによる起動であってもよい。

ステップＳ１１では、ＢＭＵ１２は、ＭＰＵから受信する車両停止信号に応じて、車両が停止したか否かを判定する。ＢＭＵ１２は、ＭＰＵから車両停止信号を受信した場合、車両が停止したと判定して、ステップＳ１２に進む。一方、ＭＰＵから車両停止信号を受信していない場合には、ステップＳ１１を繰り返す。

ステップＳ１２では、ＢＭＵ１２は、現在の電池温度ＴＢが潜熱蓄熱部材４の凝固点に対応する電池温度ＴＬ以下か否かを判定する。電池温度ＴＢは、ＢＭＵ１２が温度センサ信号１４を受信して取得したものである。電池温度ＴＬは、ＢＭＵ１２が内部のメモリから取得したものであり、潜熱蓄熱部材４が高温から凝固点に達したときの電池温度である。ステップＳ１２の判定の結果、電池温度ＴＢが電池温度ＴＬ以下の場合には、ステップＳ１３に進む。一方、電池温度ＴＢが電池温度ＴＬを越える場合には、ステップＳ１６に進む。

ステップＳ１３では、ＢＭＵ１２は、外気温が第１閾値温度ＴＳ１以下か否かを判定する。外気温は、ＢＭＵ１２が外部信号１７を受信して取得したものである。第１閾値温度ＴＳ１は、電池３を加温するか否かを判定するために予め設定される温度であり、例えば１０℃である。第１閾値温度ＴＳ１は、電池３の種類（正極、負極等）に応じて変更される。ステップＳ１３の判定の結果、外気温が第１閾値温度ＴＳ１以下である場合には、ステップＳ１４に進む。一方、外気温が第１閾値温度ＴＳ１を越える場合には、ステップＳ１８に進む。

ステップＳ１４では、ＢＭＵ１２は、ＭＰＵから受信する車両始動信号に応じて、車両が始動したか否かを判定する。ＢＭＵ１２は、ＭＰＵから車両始動信号を受信した場合、車両が始動したと判定して、ステップＳ１５へ進む。一方、ＭＰＵから車両始動信号を受信していない場合には、ステップＳ１２に戻る。

ステップＳ１５では、ＢＭＵ１２は、潜熱蓄熱部材４の過冷却状態を解除して、本処理を終了する。ＢＭＵ１２は、電池温度ＴＢが十分に下がり、電池３への伝熱を行う必要があることから、ドライバ１１に制御信号１６を送信し、ドライバ１１により電磁リレー１３を駆動して潜熱蓄熱部材４に衝撃を与える。電磁リレー１３は、電磁石により可動鉄片を動作させることで振動を発生して潜熱蓄熱部材４に衝撃を与える。

ステップＳ１６では、ＢＭＵ１２は、ＭＰＵから受信する車両始動信号に応じて、車両が始動したか否かを判定する。ＭＰＵから車両始動信号を受信した場合、車両が始動したと判定して、ステップＳ１７へ進む。一方、ＭＰＳから車両始動信号を受信していない場合、車両が始動していないと判定して、ステップＳ１２に戻る。

ステップＳ１７では、ＢＭＵ１２は、潜熱蓄熱部材４の過冷却状態の解除不可と判定して、本処理を終了する。ＢＭＵ１２は、電池温度ＴＢが十分に下がっておらず、電池３への伝熱を行う必要がないことから、潜熱蓄熱部材４の過冷却状態の解除を行うことなく、終了する。

ステップＳ１８では、ＢＭＵ１２は、電池温度ＴＢが外気温に第２閾値温度ＴＳ２を加えた温度以下か否かを判定する。第２閾値温度ＴＳ２は、電池温度ＴＢと外気温との差分の許容温度である。すなわち、潜熱蓄熱部材４の過冷却状態の解除は、電池温度ＴＢが外気温と同じ温度まで低下した後に実施することが好ましいが、車両停止後に電池温度ＴＢが外気温と同じ温度まで低下するには相当な時間がかかる。図５は、縦軸の一方が電池温度［℃］、他方が温度差の割合［％］であり、横軸が時間［秒］である。例えば、図５に示すように、車両停止直後の電池温度ＴＢが６０℃である場合、外気温２５℃と同じ温度まで低下するのに約１８００秒（約３０分）かかる。そこで、本実施形態では、電池温度ＴＢが（外気温＋第２閾値温度ＴＳ２）と同じ温度まで低下したときに、潜熱蓄熱部材４の過冷却状態を解除する。第２閾値温度ＴＳ２は、例えば車両停止時の電池温度ＴＢ（図示例の６０℃）と外気温（図示例の２５℃）との温度差の割合５％（約１．７５℃）とする。第２閾値温度ＴＳ２に対応する電池温度と外気温との温度差の割合が５％の場合、電池温度ＴＢが（外気温＋第２閾値温度ＴＳ２）と同じ温度まで低下する時間が約８００秒（約１３分）に短縮される。ステップＳ１８の判定の結果、電池温度ＴＢが第２閾値温度ＴＳ２を越える場合、ステップＳ１１に戻る。一方、電池温度ＴＢが第２閾値温度ＴＳ２以下の場合、ステップＳ１５に進む。

以上のように、本実施形態に係る電池パック１Ａは、熱伝導性を有する筐体２と、筐体２の内部空間２ａに配列され、かつ筐体２に保持される複数個の電池３と、筐体２に収容されるとともに、各電池３に直接または熱伝導部材５を介して接続され、かつ凝固点以下で過冷却状態に移行する潜熱蓄熱部材４と、潜熱蓄熱部材４の過冷却状態を解除する過冷却解除部６とを備える。潜熱蓄熱部材４は、電池３の使用温度範囲の上限温度に対応する温度より低い温度で固相から液相に相変化する融点を有し、凝固点以下で過冷却状態に移行し、かつ過冷却状態が自然に解除される温度まで過冷却状態を維持する。

上記構成を有する電池パック１Ａによれば、例えば車両の低温時に潜熱蓄熱部材４の過冷却状態を過冷却解除部６により解除することで、低温時の電池出力の低下を抑制することができる。また、潜熱蓄熱部材４の潜熱を電池３に伝熱して電池温度の低下を抑制するので、電池パック１Ａ内のヒータの配置によるエネルギー密度の低下や消費電力の増加による燃費性能の低下を抑制することが可能となる。

また、上記構成を有する電池パック１Ａは、過冷却解除部６が、車両の始動を検出したときに、潜熱蓄熱部材４に衝撃を与えて過冷却状態を解除する。これにより、車両の始動時に潜熱蓄熱部材４を過冷却状態から解除することで、潜熱蓄熱部材４に生じた凝固熱を電池３に伝熱することができ、始動時の電池出力の低下を抑制することができる。

また、上記構成を有する電池パック１Ａは、過冷却解除部６が、車両の停止後の始動時に、電池温度が潜熱蓄熱部材４の凝固点に対応する温度以下で、かつ外気温が電池への加温が必要となる第１閾値温度ＴＳ１以下の場合に過冷却状態を解除する。これにより、例えば外気温に応じて潜熱蓄熱部材４の過冷却状態を解除することができる。

また、上記構成を有する電池パック１Ａは、過冷却解除部６が、車両の停止後、電池温度が潜熱蓄熱部材４の凝固点に対応する電池温度以下であって、外気温が第１閾値温度ＴＳ１より越えて、かつ外気温に第２閾値温度ＴＳ２を加えた温度以下の場合に、過冷却状態を解除する。これにより、例えば外気温に応じて潜熱蓄熱部材４の過冷却状態を解除する場合において、時間を掛けることなく、過冷却状態の解除を判定することができる。

また、上記構成を有する電池パック１Ａは、過冷却解除部６が、車両の停止後の始動時に、電池温度が潜熱蓄熱部材４の凝固点に対応する温度より高い場合には、潜熱蓄熱部材４の過冷却状態を解除しないので、過冷却解除を適切なタイミングで行うことが可能となる。

また、上記構成を有する電池パック１Ａは、過冷却解除部６が、車両に搭載された電池パック１Ａは異なる電源７の電力に基づいて衝撃を発生する電磁リレー１３を備える。これにより、高電圧電源である電池パック１Ａの電圧を降圧することなく、例えば低電圧の電源７で過冷却解除部６を駆動することが可能となる。

また、上記構成を有する電池パック１Ａは、電磁リレー１３が潜熱蓄熱部材４内に埋設され、内部底面２ｂ上に固定されるので、潜熱蓄熱部材４に直接的に衝撃を与えることができる。

［変形例］
なお、上記実施形態では、各電池３に潜熱蓄熱部材４が直接的に熱接続されていたがこれに限定されるものではない。図６は、実施形態の変形例に係る電池パック１Ｂの概略構成を示す部分平面図である。図７は、図６中のＢ−Ｂ断面図である。図６および図７に示すように、電池パック１Ｂは、潜熱蓄熱部材４が、筐体２に収容されるとともに、各電池３に熱伝導部材５を介して接続されている。熱伝導部材５は、潜熱蓄熱部材４よりも熱伝導性が高い熱伝導材で構成される。熱伝導材としては、例えば、グラファイト、熱伝導性フィラーを含有する樹脂、熱伝導性が高い金属材料である銅、アルミニウム等がある。熱伝導部材５は、例えばシート状のグラファイトで構成される。熱伝導部材５は、少なくとも各電池３および潜熱蓄熱部材４と熱的に接続される。熱伝導部材５は、複数個の電池３の配列方向に沿って配置され、複数個の電池３の各外周面３ａに接触する。熱伝導部材５は、図６に示すように、上下方向から見た場合に、幅方向に配列される各電池３の外周面３ａに沿って波状に形成され、奥行き方向に電池３が隣り合う場合には、隣り合う電池３に挟まれて形成される。熱伝導部材５は、図７に示すように、電池３の外周面３ａと接触する接触部５ａと、当該接触部５ａから上下方向に向かって延設された延設部５ｂとを有し、当該延設部５ｂが潜熱蓄熱部材４に浸かっている。潜熱蓄熱部材４は、熱伝導部材５の延設部５ｂが部分的に浸かる（または埋没する）ように、筐体２の内部底面２ｂ上に満たされている。

また、上記実施形態では、電池３は、円筒型のリチウムイオン電池である場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、四角柱型の電池であってもよいし、リチウムイオン電池以外の電池であってもよい。

また、上記実施形態では、電磁リレー１３は、潜熱蓄熱部材４内に埋設され、内部底面２ｂ上に固定されているが、これに限定されるものではない。例えば、図１、図２、図６、および図７に示すように、筐体２の外部側面２ｄに接するように配置されていてもよいし、筐体２の内部空間２ａに配置されていてもよい。

また、上記実施形態では、過冷却解除部６は、電磁リレー１３により潜熱蓄熱部材４に衝撃を与えているが、潜熱蓄熱部材４に衝撃を与えることが可能なものであれば、これに限定されるものではない。例えば、電圧を印加することで伸縮するピエゾ素子を可動子に用いた装置により当該可動子で潜熱蓄熱部材４に衝撃を与えてもよいし、電圧を印加してファンが回転する装置により当該ファンで潜熱蓄熱部材４を攪拌して衝撃を与えてもよい。また、超音波振動発生装置を筐体２の外部側面２ｄに接するように配置して、当該超音波発生装置により潜熱蓄熱部材４に超音波振動を与えてもよい。さらに、高電圧を印加して火花放電を起こす装置により潜熱蓄熱部材４に火花放電をもって衝撃を与えてもよい。

また、上記実施形態では、熱伝導部材５は、延設部５ｂが部分的に潜熱蓄熱部材４に浸かる構成であるが、これに限定されるものではない。例えば、延設部５ｂが部分的に潜熱蓄熱部材４に浸かると共に、延設部５ｂの鉛直方向の端部が筐体２の内部底面２ｂと接触していてもよい。

また、上記実施形態では、ＢＭＵ１２がドライバ１１により電磁リレー１３を駆動していたが、ＢＭＵ１２がドライバ１１を介さず直接電磁リレー１３を駆動する構成であってもよい。

また、上記実施形態では、電池パック１Ａ，１Ｂが車両に搭載される電源に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、電子機器等に利用される電源であってもよい。

１Ａ，１Ｂ 電池パック
２ 筐体
２ａ 内部空間
２ｂ 内部底面
２ｃ 内部側面
２ｄ 外部側面
３ 電池
３ａ 外周面
４ 潜熱蓄熱部材
５ 熱伝導部材
５ａ 接触部
６ 過冷却解除部
７ 電源
１１ ドライバ
１２ ＢＭＵ
１３ 電磁リレー
１４ 温度センサ信号
１５ 電圧
１６ 制御信号
１７ 外部信号
ＴＳ１ 第１閾値温度
ＴＳ２ 第２閾値温度

Claims (4)

1. 熱伝導性を有する筐体と、
   前記筐体の内部空間に配列され、かつ前記筐体に保持される複数個の電池と、
   前記筐体に収容されるとともに、各前記電池に直接または熱伝導部材を介して接続され、かつ凝固点以下で過冷却状態に移行する潜熱蓄熱部材と、
   前記潜熱蓄熱部材の前記過冷却状態を解除する過冷却解除手段と、
   を備え、
   前記潜熱蓄熱部材は、
   前記電池の使用温度範囲の上限温度に対応する温度より低い温度で固相から液相に相変化する融点を有し、
   前記凝固点以下で前記過冷却状態に移行し、かつ前記過冷却状態が自然に解除される温度まで前記過冷却状態を維持する、
   ことを特徴とする電池パック。
2. 前記過冷却解除手段は、さらに、
   前記電池パックにより駆動する車両の始動を検出する始動検出手段を備え、
   前記始動検出手段により前記車両の始動が検出されたときに、前記潜熱蓄熱部材に任意のエネルギーを与えて前記過冷却状態を解除する、
   請求項１に記載の電池パック。
3. 前記過冷却解除手段は、
   前記車両が停止した後の始動時に、前記電池の温度が前記潜熱蓄熱部材の凝固点に対応する温度以下で、かつ外気温が前記電池への加温が必要となる第１閾値温度以下の場合に、前記過冷却状態を解除する、
   請求項２に記載の電池パック。
4. 前記過冷却解除手段は、
   前記車両が停止した後、前記電池の温度が前記潜熱蓄熱部材の凝固点に対応する電池温度以下であって、前記外気温が前記第１閾値温度より越えて、かつ前記外気温に第２閾値温度を加えた温度以下の場合に、前記過冷却状態を解除する、
   請求項３に記載の電池パック。

Images