JP2021018863A - Battery cooling system for vehicle - Google Patents

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Abstract

To provide a battery cooling system for a vehicle, capable of cooling a phase change material at an appropriate timing.SOLUTION: A battery cooling system for a vehicle, comprises: a housing container 8 contacted to a front surface of a battery 2; a phase change material 10 of which a phase is changed between a solid phase and a liquid phase inside of the housing container 8; a vibration propagation measurement unit 23 that detects a vibration propagation speed to the phase change material 10 in the housing container 8 and a vibration propagation speed calculation part 28b; and a control unit U determining that closer the vibration propagation speed to the phase change material 10 to the vibration propagation speed in the case where all of the phase change materials 10 is the liquid phase is, larger a relative rate of the liquid phase in each phase change material 10.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、バッテリーを冷却するための車両用バッテリー冷却システムに関する。 The present invention relates to a vehicle battery cooling system for cooling a battery.

内燃機関の暖機を早期に完了させるために、過冷却状態を破って固相化する際に熱を発生する潜熱蓄熱材を用いた潜熱蓄熱装置が用いられている。このような潜熱蓄熱装置の状態を判定するものとして、潜熱蓄熱装置の状態判定装置が提案されており、そのような潜熱蓄熱装置の状態判定装置には、特許文献１に示すように、相変化材を収容する容器の温度を計測し、その容器の温度が相変化材の融点以上であれば、充分な吸熱状態であると判定するものがある。 In order to complete the warm-up of the internal combustion engine at an early stage, a latent heat storage device using a latent heat storage material that generates heat when the supercooled state is broken and solidified is used. As a device for determining the state of such a latent heat storage device, a state determination device for the latent heat storage device has been proposed, and the state determination device for such a latent heat storage device includes a phase change as shown in Patent Document 1. Some measure the temperature of the container that houses the material, and if the temperature of the container is equal to or higher than the melting point of the phase change material, it is determined that the heat absorption is sufficient.

ところで、リチウムイオンバッテリーは、バッテリー寿命などの観点から人肌程度の温度に維持することが望ましい。そのため、高温になり過ぎたり低温になり過ぎたりするのを抑制するべく、バッテリーの温度調整を行うことが望ましい。その温度調整手段として、パラフィン系炭化水素などでできた相変化材を利用することが考えられる。具体的には、相変化材を、袋状の収容容器（バッグ）に封入してバッテリー表面に当接した状態で配置すれば、相変化材は、バッテリーの方が相変化材よりも高温であるときに、その温度差によって固相の状態から吸熱していくことにより、次第に液相と固相とが混在して温度変化なく液相割合が増えていく状態、すなわち潜熱状態となり、最終的には液相だけの状態となる。このため、バッテリーの冷却性能を的確に確保するためには、相変化材の吸熱能力が無くなる前に相変化材を冷却して、液相の割合が多くなりすぎないようにする必要がある。 By the way, it is desirable to maintain the lithium ion battery at a temperature similar to that of human skin from the viewpoint of battery life and the like. Therefore, it is desirable to adjust the temperature of the battery in order to prevent it from becoming too hot or too cold. As the temperature adjusting means, it is conceivable to use a phase change material made of paraffinic hydrocarbon or the like. Specifically, if the phase change material is enclosed in a bag-shaped storage container (bag) and placed in contact with the battery surface, the phase change material is hotter in the battery than in the phase change material. At a certain time, by absorbing heat from the solid phase state due to the temperature difference, the liquid phase and the solid phase gradually coexist and the liquid phase ratio increases without temperature change, that is, the latent heat state is reached, and finally. Is in the liquid phase only. Therefore, in order to accurately secure the cooling performance of the battery, it is necessary to cool the phase change material before the endothermic capacity of the phase change material is lost so that the ratio of the liquid phase does not become too large.

特開２０１０−２２３５１２号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-2235112

しかし、液固共存状態（液固平衡状態）においては、相変化材の温度変化が無いため（温度一定）、液相の相対的割合を検出することは難しく、これに伴い、相変化材に対する冷却開始のタイミング管理が難しい状況にある。 However, in the liquid-solid coexistence state (liquid-solid equilibrium state), since there is no temperature change of the phase change material (constant temperature), it is difficult to detect the relative ratio of the liquid phase. It is difficult to control the timing of cooling start.

本発明は、上記実情に鑑みてなされたもので、その目的は、適切なタイミングで相変化材を冷却することができる車両用バッテリー冷却システムを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a vehicle battery cooling system capable of cooling a phase change material at an appropriate timing.

前記目的を達成するために本発明にあっては、下記（１）〜（７）とした構成とされている。 In order to achieve the above object, the present invention has the following configurations (1) to (7).

（１）車両用バッテリーを冷却する車両用バッテリー冷却システムであって、
バッテリーの表面に当接される収容容器と、
前記収容容器内に収容され、該収容容器内において固相と液相との間で相変化する相変化材と、
前記相変化材に入力された振動が伝搬する速度である振動伝搬速度を検出する振動伝搬速度検出部と、
前記振動伝搬速度検出部からの振動伝搬速度情報に基づき、振動伝搬速度が、前記収容容器内の相変化材の全てが液相である場合における振動伝搬速度に近いほど、該収容容器内における相変化材中の液相の相対的割合が多いと判断する制御部と、
が備えられている構成とされている。 (1) A vehicle battery cooling system that cools a vehicle battery.
The storage container that comes into contact with the surface of the battery,
A phase change material that is contained in the storage container and undergoes a phase change between the solid phase and the liquid phase in the storage container.
A vibration propagation speed detection unit that detects the vibration propagation speed, which is the speed at which the vibration input to the phase change material propagates,
Based on the vibration propagation velocity information from the vibration propagation velocity detection unit, the closer the vibration propagation velocity is to the vibration propagation velocity when all the phase change materials in the accommodation container are liquid phases, the more the phase in the accommodation container. A control unit that determines that the relative ratio of the liquid phase in the changing material is large,
It is said that it is equipped with.

この構成によれば、相変化材が液相だけの振動伝搬速度に比して、相変化材において、固相が多く含まれていくほど振動伝搬速度が高まることを利用して、相変化材の振動伝搬速度を検出することにより、温度変化がない液固平衡状態の下でも、液相の相対的割合を求めることができる。これにより、適切なタイミングで相変化材を冷却することができる。 According to this configuration, the phase change material utilizes the fact that the vibration propagation speed increases as the number of solid phases is contained in the phase change material, as compared with the vibration propagation speed of the liquid phase alone. By detecting the vibration propagation velocity of, the relative ratio of the liquid phase can be obtained even under the liquid-solid equilibrium state where there is no temperature change. As a result, the phase change material can be cooled at an appropriate timing.

（２）前記（１）の構成の下で、
前記制御部に、
前記相変化材が全て液相であるときにおける振動伝搬速度を基準として、該相変化材の振動伝搬速度が大きいほど、該相変化材における固相の相対的割合が増大する相関関係を示す相関関係情報と、該相変化材における下限固相割合とを記憶する記憶部と、
前記振動伝搬速度検出部からの振動伝搬速度情報を入力情報として、前記記憶部が記憶する前記相関関係情報に基づき、前記相変化材中における固相の割合を導き出す固相割合判定部と、
前記固相割合判定部が導き出す固相割合と、前記記憶部が記憶する前記下限固相割合とを比較して、該固相割合が該下限固相割合未満であると判断したときには、前記相変化材を冷却する必要がある状態と判定する冷却判定部と、
が備えられている構成とされている。 (2) Under the configuration of (1) above
In the control unit
A correlation showing a correlation in which the relative ratio of the solid phase in the phase change material increases as the vibration propagation speed of the phase change material increases, based on the vibration propagation speed when all the phase change materials are in the liquid phase. A storage unit that stores the related information and the lower limit solid phase ratio in the phase change material,
A solid phase ratio determination unit that derives the ratio of the solid phase in the phase change material based on the correlation information stored in the storage unit using the vibration propagation velocity information from the vibration propagation velocity detection unit as input information.
When the solid phase ratio derived by the solid phase ratio determining unit is compared with the lower limit solid phase ratio stored in the storage unit and it is determined that the solid phase ratio is less than the lower limit solid phase ratio, the phase is described. A cooling judgment unit that determines that the changing material needs to be cooled, and
It is said that it is equipped with.

この構成によれば、相変化材中における振動伝搬速度の特性を利用して、振動伝搬速度を入力情報として相変化材における固相割合を導き出すことができ、その固相割合が下限固相割合未満か否かを判別することにより、相変化材に対する冷却の必要性を的確に判断できる。 According to this configuration, the solid phase ratio in the phase change material can be derived by using the vibration propagation velocity as input information by utilizing the characteristics of the vibration propagation velocity in the phase change material, and the solid phase ratio is the lower limit solid phase ratio. By determining whether or not it is less than, the necessity of cooling the phase change material can be accurately determined.

（３）前記（２）の構成の下で、
前記収容容器に、該収容容器内の相変化材を冷却するための冷媒を流す冷媒通路が関係付けられ、
前記冷媒通路に、該冷媒通路に流す冷媒の流量を調整する調整部が設けられ、
前記制御部には、前記冷却判定部が前記相変化材を冷却する必要がある状態と判定したときに、前記調整部を制御して前記冷媒通路に対する冷媒供給を実行する制御実行部が備えられている構成とされている。 (3) Under the configuration of (2) above
A refrigerant passage for flowing a refrigerant for cooling the phase change material in the storage container is associated with the storage container.
The refrigerant passage is provided with an adjusting unit for adjusting the flow rate of the refrigerant flowing through the refrigerant passage.
The control unit is provided with a control execution unit that controls the adjustment unit to supply refrigerant to the refrigerant passage when the cooling determination unit determines that the phase change material needs to be cooled. It is said that it is configured.

この構成によれば、冷却判定部が相変化材を冷却する必要がある状態と判定したとき（制御部が、相変化材中の固相割合が下限固相割合未満になったと判断したとき）には、制御実行部が、調整部を制御して、冷媒通路に対する冷媒供給を実行させることになり、相変化材を的確なタイミングで冷却して、常に、相変化材を、潜熱利用に適した固相と液相との共存状態に維持できる。 According to this configuration, when the cooling determination unit determines that the phase change material needs to be cooled (when the control unit determines that the solid phase ratio in the phase change material is less than the lower limit solid phase ratio). The control execution unit controls the adjustment unit to supply the refrigerant to the refrigerant passage, cools the phase change material at an appropriate timing, and always makes the phase change material suitable for latent heat utilization. It is possible to maintain the coexistence state of the solid phase and the liquid phase.

（４）前記（２）の構成の下で、
前記下限固相割合は、固相割合が該下限固相割合よりも高い状態から該下限固相割合となったタイミングを起点として、前記相変化材に対する冷却を開始しても、該冷却開始からのタイムラグに基づく固相割合の低下によって、該相変化材中に固相が存在しなくなるまでに至らないものである構成とされている。 (4) Under the configuration of (2) above
The lower limit solid phase ratio starts from the timing at which the lower limit solid phase ratio is changed from the state where the solid phase ratio is higher than the lower limit solid phase ratio to the lower limit solid phase ratio, even if the cooling of the phase changing material is started Due to the decrease in the solid phase ratio based on the time lag of the above, the solid phase does not exist in the phase change material.

この構成によれば、相変化材における下限固相割合を起点として、該相変化材の冷却を開始したとしても、その冷却開始からのタイムラグに基づく固相割合の低下（オーバーシュート量）が存在することになるものの、相変化材中に固相が全く存在しなくなる状態を回避することができ、常に、固相と液相とが共存する状態を維持できることになる。このため、的確に潜熱を利用してバッテリーを冷却することができる。 According to this configuration, even if cooling of the phase change material is started starting from the lower limit solid phase ratio in the phase change material, there is a decrease in the solid phase ratio (overshoot amount) based on the time lag from the start of cooling. However, it is possible to avoid a state in which the solid phase does not exist at all in the phase change material, and it is possible to always maintain a state in which the solid phase and the liquid phase coexist. Therefore, the battery can be accurately cooled by utilizing the latent heat.

（５）前記（４）の構成の下で、
前記下限固相割合は、前記相変化材として、熱伝導率が相対的に高いものほど、小さく設定されている構成とされている。 (5) Under the configuration of (4) above,
The lower limit solid phase ratio is set to be smaller as the thermal conductivity of the phase change material is relatively higher.

この構成によれば、相変化材として、熱伝導率が相対的に高いものほど単位時間当たりの相変化材に対する入熱量が小さくなることを利用して、タイムラグにおける相変化材に対する入熱量を減らすことができ、これに伴い、下限固相割合を小さく設定できることから、相変化材の潜熱を利用できる範囲を拡大できることになり、相変化材に対する冷却の頻度を減らすことができる。この結果、冷却に用いられる消費エネルギを節約することができる。 According to this configuration, as the phase changing material, the one having a relatively high thermal conductivity has a smaller amount of heat input to the phase changing material per unit time, thereby reducing the amount of heat input to the phase changing material in the time lag. As a result, the lower limit solid phase ratio can be set small, so that the range in which the latent heat of the phase change material can be used can be expanded, and the frequency of cooling of the phase change material can be reduced. As a result, the energy consumption used for cooling can be saved.

（６）前記（２）〜（５）のいずれかの構成の下で、
前記相変化材の温度を検出する相変化材温度検出部が備えられ、
前記記憶部に、上限固相割合が記憶され、
前記冷却判定部は、前記固相割合判定部が導き出す固相割合と、前記記憶部が記憶する前記上限固相割合とを比較して、該固相割合が該上限固相割合を超えたと判断したとき、又は前記相変化材温度検出部に基づく温度情報に基づき、前記相変化材の温度が前記相変化材の相転移温度未満になったと判断したときには、前記相変化材に対する冷却を停止する状態と判定するように設定されている構成とされている。 (6) Under any of the configurations (2) to (5) above,
A phase change material temperature detection unit for detecting the temperature of the phase change material is provided.
The upper limit solid phase ratio is stored in the storage unit.
The cooling determination unit compares the solid phase ratio derived by the solid phase ratio determination unit with the upper limit solid phase ratio stored in the storage unit, and determines that the solid phase ratio exceeds the upper limit solid phase ratio. When it is determined that the temperature of the phase change material is lower than the phase transition temperature of the phase change material based on the temperature information based on the phase change material temperature detection unit, the cooling of the phase change material is stopped. The configuration is set to determine the state.

この構成によれば、上限固相割合に基づく冷却停止により、相変化材が過冷却液体になることを未然に防止でき、仮に、上限固相割合に基づいて、相変化材が過冷却液体になることを未然に防止できなかったとしても、相変化材の温度が相変化材の相転移温度未満になったことに基づく冷却の停止により、以後、相変化材が過冷却液体として進展することを防止できる。 According to this configuration, the phase change material can be prevented from becoming a supercooled liquid by stopping the cooling based on the upper limit solid phase ratio, and the phase change material becomes a supercooled liquid based on the upper limit solid phase ratio. Even if this cannot be prevented, the phase change material will develop as a supercooled liquid thereafter due to the suspension of cooling due to the temperature of the phase change material becoming lower than the phase transition temperature of the phase change material. Can be prevented.

（７）前記（１）〜（６）のいずれかの構成の下で、
前記振動伝搬速度検出部が、一定長さを有する収容容器内の相変化材に向けて振動を発振し、その振動の反射振動の到達を検出して、振動入力からその反射振動が到達するまでの時間を計測する振動伝搬計測ユニットと、前記制御部に備えられて前記振動伝搬計測ユニットからの情報に基づき振動伝搬速度を演算する振動伝搬速度演算部と、を有している構成とされている。 (7) Under any of the configurations (1) to (6) above,
The vibration propagation velocity detection unit oscillates vibration toward the phase change material in the storage container having a certain length, detects the arrival of the reflected vibration of the vibration, and from the vibration input to the arrival of the reflected vibration. It is configured to have a vibration propagation measurement unit that measures the time of the vibration propagation, and a vibration propagation velocity calculation unit that is provided in the control unit and calculates the vibration propagation velocity based on the information from the vibration propagation measurement unit. There is.

この構成によれば、相変化材の振動伝搬速度を具体的に検出して、相変化材の温度変化がない状況においても、相変化材における固相割合と液相割合とを的確に把握できる。 According to this configuration, the vibration propagation velocity of the phase change material can be specifically detected, and the solid phase ratio and the liquid phase ratio in the phase change material can be accurately grasped even in a situation where there is no temperature change of the phase change material. ..

本発明によれば、適切なタイミングで相変化材を冷却することができる車両用バッテリー冷却システムを提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide a vehicle battery cooling system capable of cooling a phase change material at an appropriate timing.

実施形態に係るバッテリーの冷却システムを簡易的に示す全体構成図。The overall block diagram which shows the cooling system of the battery which concerns on embodiment simply. 実施形態に係る収容容器によるバッテリーの冷却と、その収容容器内の相変化材中における振動伝搬速度の検出とを簡易的に示す説明図。The explanatory view which shows simply cooling the battery by the containment container which concerns on embodiment, and detecting the vibration propagation velocity in the phase change material in the containment container. 実施形態に係る冷却ユニットを制御する制御ユニットに対する入出力関係を 示す図。The figure which shows the input / output relation with respect to the control unit which controls a cooling unit which concerns on embodiment. 制御ユニットにおける演算処理部が、固相割合判定部、振動伝搬速度演算部、冷却判定部、制御実行部を構成している状態を概念的に示す図。The figure which conceptually shows the state in which the arithmetic processing unit in a control unit constitutes a solid phase ratio determination unit, a vibration propagation velocity calculation unit, a cooling determination unit, and a control execution unit. 固相割合（液相割合）と振動伝搬速度（音の速さ）との相関関係を示す図。The figure which shows the correlation between the solid phase ratio (liquid phase ratio) and the vibration propagation speed (sound speed). 下限固相割合とタイムラグ、オーバーシュート量との関係を説明する説明図。Explanatory drawing explaining the relationship between the lower limit solid phase ratio, time lag, and overshoot amount. 相変化材の熱伝導率が下限固相割合に及ぼす影響を説明する説明図。Explanatory drawing explaining the influence which the thermal conductivity of a phase change material has on the lower limit solid phase ratio. 実施形態に係る冷却システムの制御内容を示すフローチャート。The flowchart which shows the control content of the cooling system which concerns on embodiment.

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１において、符号１は、実施形態に係る冷却システムを示す。この冷却システム１は、車両に搭載されて、車両用バッテリー２を冷却する。 In FIG. 1, reference numeral 1 indicates a cooling system according to an embodiment. The cooling system 1 is mounted on the vehicle to cool the vehicle battery 2.

前記バッテリー２は、図１に示すように、複数のバッテリーセル３を積層することにより構成されている。各バッテリーセル３は、平板状に形成されており、その板面は長方形に形成されている。この各バッテリーセル３の短辺の伸び方向一方側側面に、正極セル端子３ａと負極セル端子３ｂとが長辺の伸び方向に間隔をあけて設けられており、その正極セル端子３ａと負極セル端子３ｂとの間から一定電圧が出力される。このような複数の各バッテリーセル３は、その各バッテリーセル３の正極セル端子３ａと負極セル端子３ｂとを上側に向けた状態で積層されて直方体形状に形成されており、この複数のバッテリーセル３を直列に接続することにより、複数のバッテリーセル３は、バッテリー２として、所定の電圧を出力することになっている。 As shown in FIG. 1, the battery 2 is configured by stacking a plurality of battery cells 3. Each battery cell 3 is formed in a flat plate shape, and its plate surface is formed in a rectangular shape. A positive electrode cell terminal 3a and a negative electrode cell terminal 3b are provided on one side of each battery cell 3 in the extending direction of the short side at intervals in the extending direction of the long side, and the positive electrode cell terminal 3a and the negative electrode cell are provided. A constant voltage is output from the terminal 3b. Each of the plurality of such battery cells 3 is laminated in a state where the positive electrode cell terminal 3a and the negative electrode cell terminal 3b of each battery cell 3 are directed upward to form a rectangular body shape, and the plurality of battery cells 3 are formed. By connecting 3 in series, the plurality of battery cells 3 are supposed to output a predetermined voltage as the battery 2.

このようなバッテリー２には、具体的には、例えばリチウムイオンバッテリーが用いられる。リチウムイオンバッテリーには、電力容量や劣化抑制の観点から最適な温度範囲があり、その温度範囲は、例えば２５℃〜６０℃とされている。このため、バッテリー２が、車両のエンジンルームに搭載される場合には、エンジンの冷却システムとは独立したバッテリー２用の冷却システム１が必要となる。 Specifically, for such a battery 2, for example, a lithium ion battery is used. The lithium ion battery has an optimum temperature range from the viewpoint of power capacity and deterioration suppression, and the temperature range is, for example, 25 ° C to 60 ° C. Therefore, when the battery 2 is mounted in the engine room of the vehicle, a cooling system 1 for the battery 2 that is independent of the engine cooling system is required.

前記冷却システム１は、図１に示すように、複数（本実施形態においては５つ）の冷却ユニット４と、筐体５と、を備えている。 As shown in FIG. 1, the cooling system 1 includes a plurality of (five in this embodiment) cooling units 4 and a housing 5.

複数の各冷却ユニット４は、図１、図２に示すように、厚板状（板面が長方形）の中空の収容容器８と、収容容器８内に収容される相変化材１０とを備えている。複数の各冷却ユニット４における収容容器８には、後述する相変化材の体積変化に追従して変形可能なパウチ状のものが用いられており、その各厚み方向一方側(図２中、右側)の外側板面が、バッテリー２の上側構成表面（端子存在面）を除く他の５つの各構成表面にそれぞれ密着（当接）されている。この各収容容器８の材質としては、熱伝導率が高いものが用いられており、例えば、錆に強い金属類（アルミニウム、ステンレス）等が用いられる。本実施形態においては、収容容器８のいくつかに（本実施形態では２つ）、その外側板面の面積がバッテリー２における構成表面の面積に比して比較的小さいものが用いられているが(図１参照)、これは、バッテリー２の関連部品等の配置スペースを考慮したものである。勿論、冷却性能を高める観点からは、バッテリー２における各構成表面全体に各収容容器８の外側板面を当接させる構成とすることが好ましい。尚、図２においては、冷却ユニット４（収容容器８）が１つだけ簡易的に示されている。 As shown in FIGS. 1 and 2, each of the plurality of cooling units 4 includes a thick plate-shaped (rectangular plate surface) hollow storage container 8 and a phase changing material 10 housed in the storage container 8. ing. As the storage container 8 in each of the plurality of cooling units 4, a pouch-shaped one that can be deformed according to the volume change of the phase change material described later is used, and one side in each thickness direction (right side in FIG. 2). ) Is in close contact (contact) with each of the five other constituent surfaces except the upper constituent surface (terminal existing surface) of the battery 2. As the material of each of the storage containers 8, a material having a high thermal conductivity is used, and for example, metals (aluminum, stainless steel) resistant to rust and the like are used. In the present embodiment, some of the storage containers 8 (two in the present embodiment) have an outer plate surface area that is relatively small compared to the area of the constituent surface of the battery 2. (See FIG. 1), this takes into consideration the arrangement space of the related parts of the battery 2. Of course, from the viewpoint of improving the cooling performance, it is preferable that the outer plate surface of each storage container 8 is brought into contact with the entire surface of each configuration of the battery 2. In FIG. 2, only one cooling unit 4 (container container 8) is simply shown.

前記相変化材１０は、固相と液相との間で相変化するものであり、その固相から液相への相変化に際しての潜熱がバッテリー２の冷却に用いられる。この相変化材１０としては、その相転移温度（一定）が、バッテリー２の適正温度範囲（上限と下限の範囲）にあるものが用いられ（バッテリー２がリチウムイオンバッテリーの場合には、２５℃〜６０℃の範囲）、具体的には、パラフィン系炭化水素、遷移金属系セラミックス等が用いられる。 The phase change material 10 undergoes a phase change between the solid phase and the liquid phase, and the latent heat at the time of the phase change from the solid phase to the liquid phase is used for cooling the battery 2. As the phase changing material 10, a material whose phase transition temperature (constant) is within the appropriate temperature range (upper and lower limit range) of the battery 2 is used (when the battery 2 is a lithium ion battery, 25 ° C. (In the range of ~ 60 ° C.), specifically, paraffinic hydrocarbons, transition metal ceramics and the like are used.

前記筐体５は、図１に示すように、上方が開口する箱本体１４と、その箱本体１４の開口を施蓋する上蓋１５と、を備えている。箱本体１４は、その内部に前述のバッテリー２及びその構成表面に当接されるべき冷却ユニット４（収容容器８）を収納するものであり、この収納により、各冷却ユニット４（収容容器８）は、バッテリー２と箱本体１４とにより挟持されることになる。上蓋１５は、そのバッテリー２及び複数の冷却ユニット４を収納した状態で、箱本体１４の上部開口を覆うことになる。この筐体５には、冷却液（冷媒）を流すための冷却経路（冷媒通路）１６が設けられている。冷却経路１６は、各冷却ユニット４における相変化材１０を冷却するために箱本体１４の各構成板をその構成面に沿って通ることになっており、この冷却経路１６を形成するために、箱本体１４に流通路が穿設されたり、冷却管が箱本体１４に取付けられたりする。図１においては、冷却経路１６の存在を明確にするために、冷却経路１６を構成する冷却管が箱本体１４に取付けられた状態が示されている。この冷却経路１６には、調整部としての冷却水ポンプ３１が介装されている。この冷却水ポンプ３１は、電動の冷却水ポンプや、エンジンによって駆動されて駆動の許可・不許可を切り替え可能なクラッチを備えた冷却水ポンプであり、相変化材１０が液固平衡状態にあるときにおいて、固相割合が相対的に不足した状態になったと判断されたときに電動の冷却水ポンプであれば通電が許可されたり、エンジンによって駆動される冷却水ポンプであればクラッチによってエンジンによる冷却水ポンプの駆動が許可されたりすることによって、冷却水ポンプが駆動されることになっており、その駆動により図示を略す冷却水源から冷却水が冷却経路１６に流され、その冷却水により各冷却ユニット４の相変化材１０が冷却される。これにより、収容容器８内における相変化材１０中の固相の相対的な割合が増大することになる。 As shown in FIG. 1, the housing 5 includes a box main body 14 having an upper opening and an upper lid 15 for covering the opening of the box main body 14. The box body 14 houses the above-mentioned battery 2 and the cooling unit 4 (containment container 8) to be brought into contact with the constituent surface thereof, and each cooling unit 4 (containment container 8) is stored by this storage. Will be sandwiched between the battery 2 and the box body 14. The upper lid 15 covers the upper opening of the box body 14 in a state where the battery 2 and the plurality of cooling units 4 are housed. The housing 5 is provided with a cooling path (refrigerant passage) 16 for flowing a coolant (refrigerant). The cooling path 16 is supposed to pass through each constituent plate of the box body 14 along the constituent surface in order to cool the phase change material 10 in each cooling unit 4, and in order to form the cooling path 16, A flow passage is provided in the box body 14, or a cooling pipe is attached to the box body 14. FIG. 1 shows a state in which the cooling pipes constituting the cooling path 16 are attached to the box main body 14 in order to clarify the existence of the cooling path 16. A cooling water pump 31 as an adjusting unit is interposed in the cooling path 16. The cooling water pump 31 is a cooling water pump provided with an electric cooling water pump and a clutch driven by an engine that can switch between permission and disapproval of driving, and the phase change material 10 is in a liquid-solid equilibrium state. At times, when it is determined that the solid phase ratio is relatively insufficient, energization is permitted if it is an electric cooling water pump, or if it is a cooling water pump driven by an engine, it depends on the engine by a clutch. The cooling water pump is to be driven by permitting the driving of the cooling water pump, and the driving causes the cooling water to flow from the cooling water source (not shown) to the cooling path 16, and each of them is driven by the cooling water. The phase change material 10 of the cooling unit 4 is cooled. As a result, the relative proportion of the solid phase in the phase change material 10 in the storage container 8 increases.

前記各冷却ユニット４の収容容器８には、図２に示すように、振動伝搬速度検出部の一構成政要素である振動伝搬計測ユニット２３が設けられている。この振動伝搬計測ユニット２３は、一定長さ（図２では上下方向の一定長さ）を有する収容容器８内の相変化材１０に向けて振動（図２中、破線矢印で示す）を発振する発振源と、その発振源からの振動の反射振動の到達を検出する反射振動検出センサとを備えており、この両者により、一定の振動移動距離に対する振動の戻り時間（振動入力からその反射振動が到達するまでの時間）ｔが求められる。本実施形態においては、１つの振動伝搬計測ユニット２３が、収容容器８の上端面にその厚み方向中央部に設けられているが、収容容器８の厚みが厚いときには、複数の振動伝搬計測ユニット２３を、収容容器８の上端面にその厚み方向に間隔をあけて設け、それらの代表値、平均値を振動の戻り時間ｔとしてもよい。図２中、符号３２は反射板である。 As shown in FIG. 2, the storage container 8 of each of the cooling units 4 is provided with a vibration propagation measurement unit 23, which is a component of the vibration propagation velocity detection unit. The vibration propagation measurement unit 23 oscillates vibration (indicated by a broken line arrow in FIG. 2) toward the phase change material 10 in the storage container 8 having a constant length (constant length in the vertical direction in FIG. 2). It is equipped with an oscillation source and a reflected vibration detection sensor that detects the arrival of reflected vibration of vibration from that oscillation source. With both of these, the return time of vibration for a certain vibration movement distance (the reflected vibration from the vibration input is generated). Time to reach) t is calculated. In the present embodiment, one vibration propagation measurement unit 23 is provided on the upper end surface of the storage container 8 at the center in the thickness direction thereof, but when the storage container 8 is thick, a plurality of vibration propagation measurement units 23 are provided. May be provided on the upper end surface of the storage container 8 at intervals in the thickness direction thereof, and their representative values and average values may be set as the vibration return time t. In FIG. 2, reference numeral 32 is a reflector.

前記冷却システム１は、図３に示すように、前記冷却水ポンプ３１を制御すべく、制御部としての制御ユニットＵを備えている。このため、制御ユニットＵから冷却水ポンプ３１に制御信号が出力される一方、制御ユニットＵには、振動伝搬計測ユニット２３からの一定の振動移動距離に対する振動の戻り時間ｔ情報、相変化材温度検出部としての相変化材温度センサ３３からの相変化材温度情報が入力される。 As shown in FIG. 3, the cooling system 1 includes a control unit U as a control unit for controlling the cooling water pump 31. Therefore, while the control signal is output from the control unit U to the cooling water pump 31, the control unit U has the vibration return time t information and the phase change material temperature with respect to the constant vibration movement distance from the vibration propagation measurement unit 23. The phase change material temperature information from the phase change material temperature sensor 33 as a detection unit is input.

制御ユニットＵには、コンピュータとしての機能を確保すべく、図４に示すように、記憶部２７と、演算制御部２８とが備えられている。記憶部２７は、ＲＯＭ(Read Only Memory)やＲＡＭ(Random Access Memory)等の記憶素子をもって構成され、その記憶部２７には、必要な情報として、相変化材１０が全て液相であるときにおける振動伝搬速度を基準として相変化材１０の振動伝搬速度が大きいほど、その相変化材１０における固相の相対的割合が増大する相関関係情報（後述の図５参照）と、相変化材１０における下限固相割合（設定された固相割合の下限値）情報、相変化材１０における上限固相割合（設定された固相割合の上限値）情報、相変化材１０の相転移温度等が格納されている。 As shown in FIG. 4, the control unit U is provided with a storage unit 27 and an arithmetic control unit 28 in order to secure the function as a computer. The storage unit 27 is composed of storage elements such as a ROM (Read Only Memory) and a RAM (Random Access Memory), and the storage unit 27 contains necessary information when the phase change material 10 is all in the liquid phase. Correlation information (see FIG. 5 described later) that the relative ratio of the solid phase in the phase change material 10 increases as the vibration propagation speed of the phase change material 10 increases with reference to the vibration propagation speed, and the phase change material 10 Stores lower limit solid phase ratio (lower limit value of set solid phase ratio) information, upper limit solid phase ratio in phase change material 10 (upper limit value of set solid phase ratio) information, phase transition temperature of phase change material 10. Has been done.

必要な各種プログラムとしては、基本プログラムの他に、振動伝搬計測ユニット２３及び後述の振動伝搬速度演算部２８ｂにより導き出される振動伝搬速度情報を入力情報として、記憶部２７が記憶する相関関係情報（図５参照）に基づき相変化材中における固相の割合を導き出すもの、振動伝搬計測ユニット２３からの情報（一定の振動移動距離に対する振動の戻り時間ｔ情報）に基づき振動伝搬速度を演算するもの、前記固相割合（導き出されたもの）と前記下限固相割合とを比較して、その固相割合がその下限固相割合未満であると判断したときには、相変化材１０（収容容器８）を冷却する必要がある状態と判定するもの、相変化材１０を冷却する必要がある状態と判定したときに、冷却水ポンプ３１を制御して冷却経路１６に対する冷却水供給を実行させるもの等が記憶部２７に格納されている。 As various necessary programs, in addition to the basic program, the correlation information stored in the storage unit 27 with the vibration propagation velocity information derived by the vibration propagation measurement unit 23 and the vibration propagation velocity calculation unit 28b described later as input information (FIG. 6). (Refer to 5), the ratio of the solid phase in the phase change material is derived, and the vibration propagation velocity is calculated based on the information from the vibration propagation measurement unit 23 (vibration return time t information for a constant vibration movement distance). When the solid phase ratio (derived) is compared with the lower limit solid phase ratio and it is determined that the solid phase ratio is less than the lower limit solid phase ratio, the phase change material 10 (containment container 8) is used. The one that determines that it is necessary to cool, the one that controls the cooling water pump 31 to execute the cooling water supply to the cooling path 16 when it is determined that the phase change material 10 needs to be cooled, and the like are stored. It is stored in the unit 27.

演算制御部２８は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)をもって構成されており、演算制御部２８は、記憶部２７から読み出されたプログラムに基づき、図４に示すように、固相割合判定部２８ａ、振動伝搬速度演算部２８ｂ、冷却判定部２８ｃ、制御実行部２８ｄ等として機能する。 The arithmetic control unit 28 includes a CPU (Central Processing Unit), and the arithmetic control unit 28 is based on a program read from the storage unit 27, and as shown in FIG. 4, the solid phase ratio determination unit 28a, It functions as a vibration propagation velocity calculation unit 28b, a cooling determination unit 28c, a control execution unit 28d, and the like.

このような冷却システム１は、概略的には、次のような制御を行う。 Such a cooling system 1 generally performs the following control.

（１）当該冷却システム１は、次の点を問題点として認識し、それを解消しようとしている。すなわち、相変化材１０の潜熱状態を利用してバッテリー２を冷却することとすれば、バッテリー２表面の温度分布を均一に近づけることができ、バッテリー２寿命の低下を抑制できる（バッテリー２の温度分布が不均一になることに基づく劣化抑制）。しかし、液固平衡状態（液固共存状態）においては、温度（相転移温度）が一定であることから、相変化材１０の液相及び固相の各割合を検出、把握することが容易でなく、相変化材１０が全て液相になった場合には、相変化材１０の温度が変化することになるため、バッテリー６表面の温度分布を均一に近づけることが難しくなる。このため、当該冷却システム１においては、相変化材１０が、液固平衡状態の下にあろうと（相転移温度が一定温度であろうと）、固相割合が少なくなり過ぎないように（液相割合が多くなり過ぎないように）する適切な管理を行わんとしている。 (1) The cooling system 1 recognizes the following points as problems and tries to solve them. That is, if the battery 2 is cooled by utilizing the latent heat state of the phase change material 10, the temperature distribution on the surface of the battery 2 can be made uniform, and the decrease in the life of the battery 2 can be suppressed (the temperature of the battery 2). Deterioration suppression based on non-uniform distribution). However, in the liquid-solid equilibrium state (liquid-solid coexistence state), since the temperature (phase transition temperature) is constant, it is easy to detect and grasp each ratio of the liquid phase and the solid phase of the phase change material 10. However, when all the phase changing materials 10 are in the liquid phase, the temperature of the phase changing material 10 changes, so that it becomes difficult to make the temperature distribution on the surface of the battery 6 uniform. Therefore, in the cooling system 1, the phase change material 10 does not have an excessively small solid phase ratio (liquid phase) even if it is under a liquid-solid equilibrium state (whether the phase transition temperature is a constant temperature). We are trying to manage properly (so that the ratio does not become too large).

（２）当該冷却システム１においては、上記適切な管理を行うべく、相変化材１０の振動伝搬速度（音速）に着目されている。振動伝搬速度（音速）Ｖ（ｍ／ｓ）は、一般に、Ｖ＝（κ／ρ）1/2で示される（κは体積弾性率（Ｐａ）、ρは密度（ｋｇ／ｍ3））。この式を用いれば、液体中での振動伝搬速度（音速）と固体中での振動伝搬速度（音速）とは、特に体積弾性率が大きく異なることから、それに基づき大きく異なることになる。例えば水（液体）と氷（固体）とを比較した場合、水については、密度が１０００（ｋｇ／ｍ3）、体積弾性率が２．２×１０9（Ｐａ）であるとき、水中の振動伝搬速度は１４８０（ｍ／ｓ）となるのに対して、氷については、密度が９００（ｋｇ／ｍ3）、体積弾性率が１．４×１０10（Ｐａ）であるとき、氷の振動伝搬速度は３９４０（ｍ／ｓ）となる。このことから、相変化材１０の振動伝搬速度が、最も遅くなる全液相状態での振動伝搬速度ＶLと最も速くなる全固相状態での振動伝搬速度ＶSとの間で、全固相状態での振動伝搬速度よりも遅くなるほど、固相の相対的割合が減少（液相の相対的割合が増大）していき、全液相状態での振動伝搬速度に近づくほど液相の相対的割合が多くなることが予測できる。この予測の下で、相変化材１０における固相の相対的割合（液体の相対的割合）とその実際の振動伝搬速度との相関関係をプロットして得たものが図５中の特性線ｆであり、その特性線ｆは、上述の通りの傾向を示した。これにより、相変化材１０の振動伝搬速度を得ることができれば、相転移温度一定の下にあろうと、その振動伝搬速度と上記相関関係（特性線ｆ）とにより、相変化材１０における固相割合と液相割合とを求めることができることになる（図５中矢印線参照）。 (2) In the cooling system 1, attention is paid to the vibration propagation velocity (sound velocity) of the phase change material 10 in order to perform the above-mentioned appropriate management. The vibration propagation velocity (sound velocity) V (m / s) is generally represented by V = (κ / ρ) 1/2 (κ is the volume elasticity (Pa) and ρ is the density (kg / m 3 )). When this equation is used, the vibration propagation velocity (sound velocity) in a liquid and the vibration propagation velocity (sound velocity) in a solid are significantly different based on the fact that the volume elasticity is particularly significantly different. For example, when comparing water (liquid) and ice (solid), for water, the density is 1000 (kg / m 3), when the volume elastic modulus of 2.2 × 10 9 (Pa), the vibration of the water The propagation velocity is 1480 (m / s), whereas for ice, when the density is 900 (kg / m 3 ) and the compressibility is 1.4 × 10 10 (Pa), the vibration of the ice. The propagation velocity is 3940 (m / s). From this, the vibration propagation velocity of the phase change material 10 is completely solid between the vibration propagation velocity V L in the all-liquid phase state where it is the slowest and the vibration propagation velocity V S in the all-solid phase state where it is the fastest. The slower the vibration propagation velocity in the phase state, the smaller the relative ratio of the solid phase (the relative proportion of the liquid phase increases), and the closer to the vibration propagation velocity in the whole liquid phase state, the relative the liquid phase. It can be predicted that the target ratio will increase. Under this prediction, the characteristic line f in FIG. 5 is obtained by plotting the correlation between the relative ratio of the solid phase (relative ratio of the liquid) in the phase change material 10 and its actual vibration propagation velocity. The characteristic line f showed the tendency as described above. As a result, if the vibration propagation velocity of the phase change material 10 can be obtained, even if the phase transition temperature is constant, the solid phase in the phase change material 10 is determined by the vibration propagation velocity and the above correlation (characteristic line f). The ratio and the liquid phase ratio can be obtained (see the arrow line in FIG. 5).

このため、相変化材１０における固相割合と液相割合とを求めるに当たり、相変化材１０の振動伝搬速度を検出することとしており、その振動伝搬速度を検出するために、本実施形態においては、前述の通り、振動伝搬計測ユニット２３により、一定の振動移動距離に対する振動の戻り時間ｔ（振動入力からその反射振動が到達するまでの時間）が求められる。そしてその振動の戻り時間ｔは、制御ユニットＵにおける振動伝搬速度演算部２８ｂに入力され、その振動伝搬速度演算部２８ｂにおいて、Ｖ＝（２×Ｈ）／ｔに基づき振動伝搬速度Ｖが演算される。ここで、Ｈは、相変化材１０の計測長さ（振動入力時点から反射振動が到達するまでの長さ（既知））である。固相割合判定部２８ａは、その振動伝搬速度演算部２８ｂにおいて演算された振動伝搬速度Ｖと、前述の相関関係（特性式ｆ：振動伝搬速度Ｖと相変化材１０の固相割合（液相割合）との相関関係）とを利用して、相変化材１０における固相割合と液相割合とを求める（図５参照）。 Therefore, in determining the solid phase ratio and the liquid phase ratio in the phase change material 10, the vibration propagation velocity of the phase change material 10 is detected, and in order to detect the vibration propagation velocity, in the present embodiment, As described above, the vibration propagation measuring unit 23 obtains the vibration return time t (the time from the vibration input to the arrival of the reflected vibration) with respect to a constant vibration movement distance. The vibration return time t is input to the vibration propagation speed calculation unit 28b of the control unit U, and the vibration propagation speed calculation unit 28b calculates the vibration propagation speed V based on V = (2 × H) / t. To. Here, H is the measured length of the phase change material 10 (the length from the time of vibration input to the arrival of reflected vibration (known)). The solid phase ratio determination unit 28a has the above-mentioned correlation (characteristic formula f: vibration propagation speed V and solid phase ratio of the phase change material 10 (liquid phase) with the vibration propagation speed V calculated by the vibration propagation speed calculation unit 28b. Correlation with (ratio)) is used to determine the solid phase ratio and the liquid phase ratio in the phase change material 10 (see FIG. 5).

（３）当該冷却システム１においては、上記固相判定部２８ａが導き出した相変化材１０の固相割合に基づき、冷却判定部２８ｃが、収容容器８内の相変化材１０に対して冷却する必要があるか否かを判定する。相変化材１０の潜熱状態をバッテリー２の冷却に利用することにより、バッテリー２表面の温度分布を所望温度の下で均一に近づけるためである。このため、冷却判定部２８ａは、固相と液相との共存状態（液固平衡状態）を維持すべく、相変化材１０における固相割合が少ないほどその相変化材１０が全液相状態に近い傾向にあることを考慮し、設定された下限固相割合ｘ（％）を基準として、相変化材１０の固相割合がその下限固相割合ｘ（％）未満になったと判断したとき、収容容器８内における相変化材１０の冷却の必要性を判定する(図６上段図及び下段図参照)。これに伴い、制御実行部２８ｄは、上記冷却判定部２８ａによる冷却判定に基づき、冷却水ポンプ３１を制御して冷却経路１６に対する冷却水供給を実行する。 (3) In the cooling system 1, the cooling determination unit 28c cools the phase change material 10 in the storage container 8 based on the solid phase ratio of the phase change material 10 derived by the solid phase determination unit 28a. Determine if it is necessary. This is because the latent heat state of the phase change material 10 is used for cooling the battery 2 so that the temperature distribution on the surface of the battery 2 is uniformly approached under a desired temperature. Therefore, in order to maintain the coexistence state (liquid-solid balance state) between the solid phase and the liquid phase, the cooling determination unit 28a keeps the phase change material 10 in the total liquid phase state as the ratio of the solid phase in the phase change material 10 decreases. When it is determined that the solid phase ratio of the phase change material 10 is less than the lower limit solid phase ratio x (%) based on the set lower limit solid phase ratio x (%) in consideration of the tendency close to. , The necessity of cooling the phase change material 10 in the storage container 8 is determined (see the upper and lower views of FIG. 6). Along with this, the control execution unit 28d controls the cooling water pump 31 to execute the cooling water supply to the cooling path 16 based on the cooling determination by the cooling determination unit 28a.

（４）前記下限固相割合ｘ（％）の設定には、タイムラグ及びタイムラグに伴うオーバーシュート量が考慮されている。図６上段図及び下段図に示すように、相変化材１０の固相割合が下限固相割合ｘ（％）未満になることにより、冷却判定部２８ｃが相変化材１０に対する冷却の必要性を判断し、冷却水ポンプ３１に対するスイッチＯＮ信号が入力され、冷却水ポンプ３１の駆動により冷却水が流されることになるが、冷却水によって各冷却ユニット４における相変化材１０から熱を引き始めるまでタイムラグΔｔを生じる。この間も、相変化材１０はバッテリー２を冷却しており、相変化材１０には、単位時間当たりの入熱量の積算値一定（勾配一定）を維持した下で入熱量が入る。このため、冷却水ポンプ３１に対するスイッチＯＮ信号の入力時点からタイムラグまでの間に相変化材１０に入った入熱量の積算値は、オーバーシュート量Δｋとなる（図６中段図参照）。この相変化材１０に対する単位時間当たりの入熱量の積算値が単位時間当たりの固相割合の減少量(低下量)に相当することから、固相割合の減少の経時変化特性線は、相変化材１０への入熱量の積算値の経時変化特性と同様のものとなり、タイムラグの間、固相割合の減少量についても、オーバーシュート量が生じる。このため、冷却水ポンプ３１に対するスイッチＯＮ信号の入力時点からタイムラグ終了までの間に、固相割合の減少についてのオーバーシュート量によって、相変化材１０中の固相割合が固相割合０％（全液相状態）に達しないようにする必要がある。このことから、本実施形態においては、単位時間当たりの固相割合の減少量（又はタイムラグ当たりのオーバーシュート量（固相割合の減少量））にタイムラグΔｔを掛け合わせたものを最小値とし、それに安全率分を加味したものが下限固相割合ｘ（％）として設定されている（図６中、下段図参照）。 (4) The time lag and the amount of overshoot associated with the time lag are taken into consideration in setting the lower limit solid phase ratio x (%). As shown in the upper and lower figures of FIG. 6, when the solid phase ratio of the phase changing material 10 becomes less than the lower limit solid phase ratio x (%), the cooling determination unit 28c determines the necessity of cooling the phase changing material 10. Judging, a switch ON signal for the cooling water pump 31 is input, and the cooling water is flowed by driving the cooling water pump 31, but until the cooling water starts to draw heat from the phase change material 10 in each cooling unit 4. A time lag Δt occurs. During this period as well, the phase change material 10 cools the battery 2, and the phase change material 10 receives the heat input while maintaining a constant integrated value (constant gradient) of the heat input per unit time. Therefore, the integrated value of the amount of heat input into the phase change material 10 from the time when the switch ON signal to the cooling water pump 31 is input to the time lag is the overshoot amount Δk (see the middle diagram of FIG. 6). Since the integrated value of the amount of heat input per unit time with respect to the phase change material 10 corresponds to the amount of decrease (decrease amount) of the solid phase ratio per unit time, the time-dependent change characteristic line of the decrease in the solid phase ratio is the phase change. It becomes the same as the time-dependent change characteristic of the integrated value of the amount of heat input to the material 10, and the overshoot amount also occurs in the amount of decrease in the solid phase ratio during the time lag. Therefore, from the time when the switch ON signal to the cooling water pump 31 is input to the end of the time lag, the solid phase ratio in the phase change material 10 is 0% (solid phase ratio 0%) due to the overshoot amount for the decrease in the solid phase ratio. It is necessary not to reach the whole liquid phase state). Therefore, in the present embodiment, the minimum value is obtained by multiplying the amount of decrease in the solid phase ratio per unit time (or the amount of overshoot per unit time (the amount of decrease in the solid phase ratio)) by the time lag Δt. The lower limit solid phase ratio x (%) is set by adding the safety factor to it (see the lower diagram in FIG. 6).

（５）また、前記下限固相割合ｘ（％）の設定に当たり、相変化材１０の熱伝導率が考慮されている。相変化材１０に添加物としてカーボン、セラミックス系フィラー等を添加すれば、その添加量が多いほど、相変化材１０の熱伝導率が高まる。この熱伝導率が高めた相変化材１０（図７中の特性線ｍ２参照）は、その単位時間当たりの固相割合の減少量が、図７に示すように、熱伝導率を高めていない（前記添加物を添加していない）相変化材１０（図７中の特性線ｍ１参照）の単位時間当たりの固相割合の減少量よりも小さくなる（勾配が小、冷却水ポンプ３１に対するスイッチＯＮ信号の入力時点の下限固相割合ｘ２）。このため、熱伝導率を高めていない相変化材１０（特性線ｍ１）についてのタイムラグ終了時点の固相割合に、熱伝導率を高めた相変化材１０（特性線ｍ２）についてのタイムラグ終了時点の固相割合を揃えて比較すれば、熱伝導率を高めた相変化材１０（特性線ｍ２´）の下限固相割合ｘ２´は、熱伝導率を高めていない相変化材１０（特性線ｍ１）についての場合の下限固相割合ｘ１を超えて固相０％ラインに近づくことになる（冷却水ポンプ３１に対するスイッチＯＮ信号の入力時点参照）。このため、冷却水ポンプ３１の駆動に関し、相変化材１０の固相割合が下限固相割合未満で冷却水ポンプ３１が駆動を開始して、相変化材１０の固相割合が上限固相割合を超えたときに冷却水ポンプ３１の駆動を停止するという限られた状態範囲に限定できることは勿論、相変化材１０の熱伝導率を高めることにより、下限固相割合を低めて（冷却水ポンプ３１を駆動して冷却水を流さなくてもよい範囲を拡げること）、相変化材に対する冷却の頻度を低めることができる。この結果、消費エネルギの節約を図ることができる。 (5) Further, in setting the lower limit solid phase ratio x (%), the thermal conductivity of the phase change material 10 is taken into consideration. If carbon, a ceramic filler, or the like is added to the phase change material 10 as an additive, the larger the amount added, the higher the thermal conductivity of the phase change material 10. In the phase change material 10 having increased thermal conductivity (see the characteristic line m2 in FIG. 7), the amount of decrease in the solid phase ratio per unit time does not increase the thermal conductivity, as shown in FIG. It is smaller than the amount of decrease in the solid phase ratio per unit time of the phase change material 10 (see the characteristic line m1 in FIG. 7) (without the above-mentioned additive added) (small gradient, switch for cooling water pump 31). Lower limit solid phase ratio x 2) at the time of input of the ON signal. Therefore, the solid phase ratio at the end of the time lag for the phase change material 10 (characteristic line m1) whose thermal conductivity is not increased is equal to the solid phase ratio at the end of the time lag for the phase change material 10 (characteristic line m2) whose thermal conductivity is increased. The lower limit solid phase ratio x2'of the phase change material 10 (characteristic line m2') with increased thermal conductivity is the phase change material 10 (characteristic line m2') without increased thermal conductivity. In the case of m1), the lower limit solid phase ratio x1 is exceeded and the solid phase 0% line is approached (see the time when the switch ON signal is input to the cooling water pump 31). Therefore, regarding the drive of the cooling water pump 31, the cooling water pump 31 starts driving when the solid phase ratio of the phase change material 10 is less than the lower limit solid phase ratio, and the solid phase ratio of the phase change material 10 is the upper limit solid phase ratio. It is possible to limit the driving of the cooling water pump 31 to a limited state range when the temperature exceeds the above, and the lower limit solid phase ratio is lowered by increasing the thermal conductivity of the phase change material 10 (cooling water pump). 31 can be driven to expand the range in which the cooling water does not need to flow), and the frequency of cooling the phase change material can be reduced. As a result, energy consumption can be saved.

（６）当該冷却システム１においては、冷却判定部２８ｃは、上記固相判定部２８ａが導き出した相変化材１０の固相割合が上限固相割合を超えたと判断したときには、収容容器８内の相変化材１０に対する冷却の停止を判定する。これにより、制御実行部２８ｄにより、冷却水ポンプ３１が停止される。相変化材１０が全固相状態になることを未然に防止すると共に、相変化材１０が過冷却液体になることを未然に防止するためである。また、本実施形態においては、相変化材１０の温度を検出して、その温度が相変化材１０の相転移温度未満になったと判断したときにも、収容容器８内の相変化材１０に対する冷却の停止が判定され、冷却水ポンプ３１は停止される。上記上限固相割合に基づく判断によって、相変化材１０が過冷却液体になることを未然に防止できなかったとしても、相変化材１０の温度が相変化材１０の相転移温度未満になったことに基づく冷却の停止により、以後、相変化材１０が過冷却液体として進展することを防止するためである。 (6) In the cooling system 1, when the cooling determination unit 28c determines that the solid phase ratio of the phase changing material 10 derived by the solid phase determination unit 28a exceeds the upper limit solid phase ratio, it is contained in the storage container 8. It is determined that the cooling of the phase change material 10 is stopped. As a result, the cooling water pump 31 is stopped by the control execution unit 28d. This is to prevent the phase change material 10 from being in the all solid phase state and to prevent the phase change material 10 from becoming a supercooled liquid. Further, in the present embodiment, even when the temperature of the phase changing material 10 is detected and it is determined that the temperature is lower than the phase transition temperature of the phase changing material 10, the phase changing material 10 in the storage container 8 is subjected to the temperature. The stop of cooling is determined, and the cooling water pump 31 is stopped. Even if it was not possible to prevent the phase change material 10 from becoming a supercooled liquid by the judgment based on the upper limit solid phase ratio, the temperature of the phase change material 10 became lower than the phase transition temperature of the phase change material 10. This is to prevent the phase change material 10 from advancing as a supercooled liquid thereafter by stopping the cooling based on the above.

上記冷却システム１の制御内容を、図８に示すフローチャート（Ｒはステップを示す）に従って具体的に説明する。 The control content of the cooling system 1 will be specifically described with reference to the flowchart shown in FIG. 8 (R indicates a step).

処理が開始されると、先ず、Ｒ１において、振動伝搬計測ユニット２３における発振源により、振動が収容容器８内の相変化材１０に対して振動が入力される。次のＲ２においては、その振動の反射振動の到達を検出したか否かが判別される。振動伝搬速度の演算に必要な計測時間、すなわち振動入力から反射振動の到達までの時間ｔが検出可能か否かを判別するためである。このため、Ｒ２がＮＯのときには、前記Ｒ１に戻される一方、Ｒ２がＹＥＳのときには、Ｒ３において、Ｒ１における振動の入力タイミングとＲ２における検出タイミングとから、振動入力から反射振動の到達までの時間（戻り時間）ｔが求められる。 When the process is started, first, in R1, the vibration is input to the phase change material 10 in the accommodating container 8 by the oscillation source in the vibration propagation measurement unit 23. In the next R2, it is determined whether or not the arrival of the reflected vibration of the vibration is detected. This is to determine whether or not the measurement time required for calculating the vibration propagation velocity, that is, the time t from the vibration input to the arrival of the reflected vibration can be detected. Therefore, when R2 is NO, it is returned to R1, while when R2 is YES, the time from the vibration input to the arrival of the reflected vibration from the vibration input timing in R1 and the detection timing in R2 in R3 ( Return time) t is calculated.

次のＲ４においては、Ｒ３の戻り時間ｔを用い、振動伝搬速度式Ｖ＝（２×Ｈ）／ｔに基づき振動伝搬速度Ｖが演算される。ここで、Ｈは、相変化材の計測長さ（振動入力時点から反射振動が到達するまでの長さ（既知））である。Ｒ４において、振動伝搬速度Ｖが演算されると、Ｒ５において、その振動伝搬速度Ｖが、全液相状態における振動伝搬速度ＶL100よりも大きいか否かが判別され、そのＲ５がＹＥＳのときには、Ｒ４の振動伝搬速度Ｖが全固相状態における振動伝搬速度ＶS100未満か否かが判別される。振動伝搬速度ＶL100と全固相状態における振動伝搬速度ＶS100との間の振動伝搬速度Ｖ以外は、外乱が働いていると考えられるからである。 In the next R4, the vibration propagation velocity V is calculated based on the vibration propagation velocity equation V = (2 × H) / t using the return time t of R3. Here, H is the measured length of the phase change material (the length from the time of vibration input to the arrival of reflected vibration (known)). When the vibration propagation velocity V is calculated in R4, it is determined in R5 whether or not the vibration propagation velocity V is larger than the vibration propagation velocity V L100 in the whole liquid phase state, and when the R5 is YES, it is determined. Whether or not the vibration propagation velocity V of R4 is less than the vibration propagation velocity V S100 in the all solid phase state is determined. This is because it is considered that a disturbance is acting except for the vibration propagation velocity V between the vibration propagation velocity V L100 and the vibration propagation velocity V S100 in the whole solid phase state.

このため、Ｒ５又はＲ６のいずれかがＮＯのときには、処理がリターンされる一方、Ｒ６がＹＥＳのときには、Ｒ７において、Ｒ４の振動伝搬速度Ｖを用い、前述の相関関係（特性式ｆ）に基づき相変化材１０の固相割合が求められる。そして、次のＲ８において、Ｒ７の固相割合が下限固相割合未満か否かが判別される。相変化材１０が全液相状態になることを回避するだけでなく、冷却水ポンプ３１に対するＯＮ信号から冷却水ポンプ３１が実際に作動するまでのタイムラグ、そのタイムラグに基づくオーバーシュート量によっても、相変化材１０が全液相状態になることを回避するためである。このため、Ｒ８がＹＥＳのときには、Ｒ９において、冷却水ポンプ３１が駆動された上で（相変化材１０を収容する収容容器８の冷却開始）、リターンされる。 Therefore, when either R5 or R6 is NO, the process is returned, while when R6 is YES, the vibration propagation velocity V of R4 is used in R7 based on the above-mentioned correlation (characteristic formula f). The solid phase ratio of the phase change material 10 is obtained. Then, in the next R8, it is determined whether or not the solid phase ratio of R7 is less than the lower limit solid phase ratio. Not only does it prevent the phase change material 10 from being in the all-liquid phase state, but it also depends on the time lag from the ON signal to the cooling water pump 31 until the cooling water pump 31 actually operates, and the overshoot amount based on that time lag. This is to prevent the phase changing material 10 from being in the all-liquid phase state. Therefore, when R8 is YES, the cooling water pump 31 is driven in R9 (cooling of the accommodating container 8 accommodating the phase change material 10 is started) and then returned.

前記Ｒ８がＮＯのときは、冷却水ポンプ３１を駆動しなくてもよいときであり、このときには、Ｒ１０において、冷却水ポンプ３１が駆動中であるか否かが判別され、そのＲ１０がＹＥＳのときには、現状の固相割合（Ｒ７の固相割合）が上限固相割合を超えたか否かが判別される。相変化材１０が全固相状態になることを未然に防止すると共に、相変化材１０が過冷却液体になることを未然に防止するためである。このため、Ｒ１１がＹＥＳのときには、Ｒ１２において、冷却水ポンプ３１が停止される一方、Ｒ１１がＮＯのときには、リターンされる。尚、図示は略されているが、相変化材１０の温度が相変化材１０の相転移温度未満になったと判断されたときにも、過冷却液体としての進展を確実に防止すべく、冷却水ポンプ３１を停止する処理が行われる。また、上限固相割合の設定においては、前記下限固相割合同様、タイムラグ、オーバーシュート量を考慮して設定される。 When R8 is NO, it is a time when the cooling water pump 31 does not have to be driven. At this time, it is determined in R10 whether or not the cooling water pump 31 is being driven, and R10 is YES. Occasionally, it is determined whether the current solid phase ratio (R7 solid phase ratio) exceeds the upper limit solid phase ratio. This is to prevent the phase change material 10 from being in the all solid phase state and to prevent the phase change material 10 from becoming a supercooled liquid. Therefore, when R11 is YES, the cooling water pump 31 is stopped in R12, while when R11 is NO, it is returned. Although not shown, even when it is determined that the temperature of the phase change material 10 is lower than the phase transition temperature of the phase change material 10, it is cooled to surely prevent its development as a supercooled liquid. The process of stopping the water pump 31 is performed. Further, in setting the upper limit solid phase ratio, the time lag and the overshoot amount are taken into consideration as in the case of the lower limit solid phase ratio.

以上実施形態について説明したが本発明にあっては次の態様を包含する。
（１）調整部として開閉弁を設け、冷却水ポンプ３１に代えて、又は、冷却水ポンプ３１と共に、冷却水の供給調整を行うこと。
（２）調整部としての冷却水ポンプ３１、開閉弁により、固相と液相との共存状態を維持する観点から、冷却経路１６への供給流量調整を適宜、行うこと。
（３）バッテリー２を、トランクルーム等、エンジンルーム以外の場所に配置すること。 Although the embodiments have been described above, the present invention includes the following aspects.
(1) An on-off valve is provided as an adjusting unit, and the supply of cooling water is adjusted in place of the cooling water pump 31 or together with the cooling water pump 31.
(2) From the viewpoint of maintaining the coexistence state of the solid phase and the liquid phase by the cooling water pump 31 and the on-off valve as the adjusting unit, the supply flow rate to the cooling path 16 should be adjusted as appropriate.
(3) Place the battery 2 in a place other than the engine room, such as the trunk room.

本発明は、適切なタイミングで相変化材を冷却するために利用できる。 The present invention can be used to cool the phase change material at an appropriate time.

１ 冷却システム
２ バッテリー
８ 収容容器
１０ 相変化材
１６ 冷却経路（冷媒通路）
２３ 振動伝搬計測ユニット（振動伝搬速度検出部）
２７ 記憶部
２８ａ 固相割合判定部（演算制御部、制御部）
２８ｂ 振動伝搬速度演算部（振動伝搬速度検出部、制御部）
２８ｃ 冷却判定部（演算制御部、制御部）
２８ｄ 制御実行部（演算制御部、制御部）
３１ 冷却水ポンプ（調整部）
３３ 相変化材温度センサ（相変化材温度検出部）
ｘ 下限固相割合
Ｕ 制御ユニット（制御部） 1 Cooling system 2 Battery 8 Storage container 10 Phase change material 16 Cooling path (refrigerant path)
23 Vibration propagation measurement unit (vibration propagation velocity detector)
27 Storage unit 28a Solid phase ratio determination unit (calculation control unit, control unit)
28b Vibration propagation velocity calculation unit (vibration propagation velocity detection unit, control unit)
28c Cooling judgment unit (calculation control unit, control unit)
28d Control execution unit (calculation control unit, control unit)
31 Cooling water pump (adjustment part)
33 Phase change material temperature sensor (Phase change material temperature detector)
x Lower limit solid phase ratio U Control unit (control unit)

Claims (7)

車両用バッテリーを冷却する車両用バッテリー冷却システムであって、
バッテリーの表面に当接される収容容器と、
前記収容容器内に収容され、該収容容器内において固相と液相との間で相変化する相変化材と、
前記相変化材に入力された振動が伝搬する速度である振動伝搬速度を検出する振動伝搬速度検出部と、
前記振動伝搬速度検出部からの振動伝搬速度情報に基づき、振動伝搬速度が、前記収容容器内の相変化材の全てが液相である場合における振動伝搬速度に近いほど、該収容容器内における相変化材中の液相の相対的割合が多いと判断する制御部と、
が備えられている、
ことを特徴とする車両用バッテリー冷却システム。 A vehicle battery cooling system that cools vehicle batteries.
The storage container that comes into contact with the surface of the battery,
A phase change material that is contained in the storage container and undergoes a phase change between the solid phase and the liquid phase in the storage container.
A vibration propagation speed detection unit that detects the vibration propagation speed, which is the speed at which the vibration input to the phase change material propagates,
Based on the vibration propagation velocity information from the vibration propagation velocity detection unit, the closer the vibration propagation velocity is to the vibration propagation velocity when all the phase change materials in the accommodation container are liquid phases, the more the phase in the accommodation container. A control unit that determines that the relative ratio of the liquid phase in the changing material is large,
Is provided,
A vehicle battery cooling system that features this. 請求項１において、
前記制御部に、
前記相変化材が全て液相であるときにおける振動伝搬速度を基準として、該相変化材の振動伝搬速度が大きいほど、該相変化材における固相の相対的割合が増大する相関関係を示す相関関係情報と、該相変化材における下限固相割合とを記憶する記憶部と、
前記振動伝搬速度検出部からの振動伝搬速度情報を入力情報として、前記記憶部が記憶する前記相関関係情報に基づき、前記相変化材中における固相の割合を導き出す固相割合判定部と、
前記固相割合判定部が導き出す固相割合と、前記記憶部が記憶する前記下限固相割合とを比較して、該固相割合が該下限固相割合未満であると判断したときには、前記相変化材を冷却する必要がある状態と判定する冷却判定部と、
が備えられている、
ことを特徴とする車両用バッテリー冷却システム。 In claim 1,
In the control unit
A correlation showing a correlation in which the relative ratio of the solid phase in the phase change material increases as the vibration propagation speed of the phase change material increases, based on the vibration propagation speed when all the phase change materials are in the liquid phase. A storage unit that stores the related information and the lower limit solid phase ratio in the phase change material,
A solid phase ratio determination unit that derives the ratio of the solid phase in the phase change material based on the correlation information stored in the storage unit using the vibration propagation velocity information from the vibration propagation velocity detection unit as input information.
When the solid phase ratio derived by the solid phase ratio determining unit is compared with the lower limit solid phase ratio stored in the storage unit and it is determined that the solid phase ratio is less than the lower limit solid phase ratio, the phase is described. A cooling judgment unit that determines that the changing material needs to be cooled, and
Is provided,
A vehicle battery cooling system that features this. 請求項２において、
前記収容容器に、該収容容器内の相変化材を冷却するための冷媒を流す冷媒通路が関係付けられ、
前記冷媒通路に、該冷媒通路に流す冷媒の流量を調整する調整部が設けられ、
前記制御部には、前記冷却判定部が前記相変化材を冷却する必要がある状態と判定したときに、前記調整部を制御して前記冷媒通路に対する冷媒供給を実行する制御実行部が備えられている、
ことを特徴とする車両用バッテリー冷却システム。 In claim 2,
A refrigerant passage for flowing a refrigerant for cooling the phase change material in the storage container is associated with the storage container.
The refrigerant passage is provided with an adjusting unit for adjusting the flow rate of the refrigerant flowing through the refrigerant passage.
The control unit is provided with a control execution unit that controls the adjustment unit to supply refrigerant to the refrigerant passage when the cooling determination unit determines that the phase change material needs to be cooled. ing,
A vehicle battery cooling system that features this. 請求項２において、
前記下限固相割合は、固相割合が該下限固相割合よりも高い状態から該下限固相割合となったタイミングを起点として、前記相変化材に対する冷却を開始しても、該冷却開始からのタイムラグに基づく固相割合の低下によって、該相変化材中に固相が存在しなくなるまでに至らないものである、
ことを特徴とする車両用バッテリー冷却システム。 In claim 2,
The lower limit solid phase ratio starts from the timing at which the lower limit solid phase ratio is changed from the state where the solid phase ratio is higher than the lower limit solid phase ratio to the lower limit solid phase ratio, even if the cooling of the phase changing material is started Due to the decrease in the solid phase ratio based on the time lag of the above, the solid phase does not exist in the phase change material.
A vehicle battery cooling system that features this. 請求項４において、
前記下限固相割合は、前記相変化材として、熱伝導率が相対的に高いものほど、小さく設定されている、
ことを特徴とする車両用バッテリー冷却システム。 In claim 4,
The lower limit solid phase ratio is set smaller as the thermal conductivity of the phase change material is relatively higher.
A vehicle battery cooling system that features this. 請求項２〜５のいずれか１項において、
前記相変化材の温度を検出する相変化材温度検出部が備えられ、
前記記憶部に、上限固相割合が記憶され、
前記冷却判定部は、前記固相割合判定部が導き出す固相割合と、前記記憶部が記憶する前記上限固相割合とを比較して、該固相割合が該上限固相割合を超えたと判断したとき、又は前記相変化材温度検出部に基づく温度情報に基づき、前記相変化材の温度が前記相変化材の相転移温度未満になったと判断したときには、前記相変化材に対する冷却を停止する状態と判定するように設定されている、
ことを特徴とする車両用バッテリー冷却システム。 In any one of claims 2 to 5,
A phase change material temperature detection unit for detecting the temperature of the phase change material is provided.
The upper limit solid phase ratio is stored in the storage unit.
The cooling determination unit compares the solid phase ratio derived by the solid phase ratio determination unit with the upper limit solid phase ratio stored in the storage unit, and determines that the solid phase ratio exceeds the upper limit solid phase ratio. When it is determined that the temperature of the phase change material is lower than the phase transition temperature of the phase change material based on the temperature information based on the phase change material temperature detection unit, the cooling of the phase change material is stopped. It is set to be judged as a state,
A vehicle battery cooling system that features this. 請求項１〜６のいずれか１項において、
前記振動伝搬速度検出部が、一定長さを有する収容容器内の相変化材に向けて振動を発振し、その振動の反射振動の到達を検出して、振動入力からその反射振動が到達するまでの時間を計測する振動伝搬計測ユニットと、前記制御部に備えられて前記振動伝搬計測ユニットからの情報に基づき振動伝搬速度を演算する振動伝搬速度演算部と、を有している、
ことを特徴とする車両用バッテリー冷却システム。 In any one of claims 1 to 6,
The vibration propagation velocity detection unit oscillates vibration toward the phase change material in the storage container having a certain length, detects the arrival of the reflected vibration of the vibration, and from the vibration input to the arrival of the reflected vibration. It has a vibration propagation measurement unit that measures the time of the above, and a vibration propagation speed calculation unit that is provided in the control unit and calculates the vibration propagation speed based on the information from the vibration propagation measurement unit.
A vehicle battery cooling system that features this.
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