JP2021089811A - 電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】電池セルの温度を適切に調整することのできる電池パックを提供する。【解決手段】電池パック１００は、電池セル１１、筐体２０、配管３０、開閉弁４０、供給ポンプ５０、および、ＢＭＵ９０を有する。筐体に複数の電池セルが収納されている。筐体に配管が連結されている。配管に開閉弁が設けられている。供給ポンプは配管を介して筐体内に冷却水を供給する。それとともに供給ポンプは筐体内の冷却水を循環させる。ＢＭＵは電池セルの温度が高くなるほどに、電池セルが冷却液体に浸漬される量が増大するように開閉弁を制御する。【選択図】図１

Description

本明細書に記載の開示は、筐体に収納された電池を絶縁性の冷却水で冷却する電池パックに関するものである。

特許文献１に示されるように、冷媒で満たされた容器に複数の単電池の収納されたリチウム二次電池装置が知られている。

特許第２９５９２９８号公報

特許文献１に記載のリチウム二次電池装置に含まれる単電池は通電状態などに応じて発熱量が変化する。この単電池（電池セル）の温度を適切に調整することが望まれる。

そこで本明細書に記載の開示は、電池セルの温度を適切に調整することのできる電池パックを提供することを目的とする。

開示の１つは、複数の電池セル（１１）と、
複数の電池セルを収納する筐体（２０）と、
筐体内に絶縁性の冷却液体を供給するとともに循環させる循環部（５０，９０，１３０）と、
電池セルの温度が高くなるほどに、電池セルが冷却液体に浸漬される量を増大させる浸漬部（４０，９０，１３０）と、を有する。

本開示によれば、電池セル（１１）の温度が高くなるほどに電池セル（１１）が冷却液体に浸漬される量が増大する。これにより電池セル（１１）が高温状態になることが抑制される。この結果、電池セル（１１）の寿命の低下が抑制される。逆に、電池セル（１１）の温度が低くなるほどに電池セル（１１）が冷却液体に浸漬される量が少なくなる。これにより電池セル（１１）が低温状態になることが抑制される。この結果、電池セル（１１）の電気抵抗が著しく低くなることが抑制される。以上に示したように、本開示によれば、電池セル（１１）の温度が適切に調整される。

なお、上記の括弧内の参照番号は、後述の実施形態に記載の構成との対応関係を示すものに過ぎず、技術的範囲を何ら制限するものではない。

電力システムを示すブロック図である。 電池パックを模式的に示す部分断面図である。 電池パックを模式的に示す上面図である。 冷却制御を説明するためのフローチャートである。 冷却処理を説明するための図表である。 冷却水の水位を説明するための図表である。 冷却水の水位を説明するための図表である。 冷却制御を説明するためのフローチャートである。 冷却処理を説明するための図表である。 冷却水の水位を説明するための図表である。 電池パックを示す部分断面図である。 電池パックを示す上面図である。 電池パックの変形例を示す図表である。 電池パックの変形例を示す上面図である。

以下、本開示の実施形態と変形例を図に基づいて説明する。これら実施形態と変形例それぞれには共通要素が含まれている。この共通要素をある実施形態で説明した場合、その共通要素の説明を他の実施形態と変形例では省略する。この共通要素には複数の実施形態と変形例それぞれで同一の符号を付与する。

（第１実施形態）
図１〜図７に基づいて本実施形態に係る電池パック１００、および、それを含む電力システム２００を説明する。なお、図１では介在部材１２と冷却水の図示を省略している。図１と図２では直列バスバ１８と外部接続端子１９の図示を省略している。図２，３，５，６において冷却水をハッチングで示している。

＜電力システムの概要＞
電力システム２００は車両に搭載される。図１に示すように電力システム２００は、電池パック１００、電力変換装置１１０、モータ１２０、および、ＰＣＵ１３０を有する。本実施形態では電池パック１００にＰＣＵ１３０が含まれている。ＰＣＵはパワーコントロールユニットの略である。

電池パック１００は電池１０とＳＭＲ８０を備えている。この電池１０の正極と負極とがＳＭＲ８０を介して電力変換装置１１０と電気的に接続されている。そして電力変換装置１１０の備えるインバータがモータ１２０のステータコイルに接続されている。なおＳＭＲ８０と電力変換装置１１０とを電気的に接続する配線にはヒューズ１４０が設けられている。ＳＭＲはシステムメインリレーの略である。電力変換装置１１０が外部機器に相当する。

電力変換装置１１０の備えるインバータは、電池１０の正極と電気的に接続されたＰバスバと、電池１０の負極と電気的に接続されたＮバスバとの間で並列接続された３相以上のレグを備えている。各相のレグはＰバスバとＮバスバとの間で直列接続された複数のスイッチ素子を備えている。これら各相のレグそれぞれの備える複数のスイッチ素子がＰＣＵ１３０によってＰＷＭ制御される。なお電力変換装置１１０は、インバータの他に、入力される直流電力の電圧を昇圧若しくは昇降圧するコンバータを備えてもよい。

電池１０から電力変換装置１１０に直流電力が供給される。電力変換装置１１０は供給された直流電力を交流電力に変換する。この交流電力がモータ１２０に供給される。これによりモータ１２０が力行する。

逆に、モータ１２０での発電で生じた交流電力が電力変換装置１１０に供給される。電力変換装置１１０は供給された交流電力を直流電力に変換する。この直流電力が電池１０に供給される。これにより電池１０が充電される。なお、この直流電力は他の図示しない車載機器にも供給される。

＜電池パック＞
次に電池パック１００を説明する。電池パック１００はフロアパネルなどの車両の床上に設けられる。電池パック１００は上記した電池１０とＳＭＲ８０の他に、筐体２０、配管３０、開閉弁４０、供給ポンプ５０、熱交換器６０、センサ７０、および、ＢＭＵ９０を有する。

筐体２０は電池１０を収納する。配管３０は筐体２０に冷却水を供給するための通路を構成する。開閉弁４０は筐体２０内の冷却水の水位を調整する。供給ポンプ５０は冷却水を流動させる。熱交換器６０は冷却水の温度を調整する。

センサ７０は冷却水や電池１０の状態に関わる物理量を検出する。ＢＭＵ９０はセンサ７０で検出された信号（検出信号）をＰＣＵ１３０に出力する。ＢＭＵ９０若しくはＰＣＵ１３０の少なくとも一方は、入力される検出信号に基づいて供給ポンプ５０と熱交換器６０それぞれの駆動を制御する。

以下、電池パック１００の構成を説明するため、直交の関係にある３方向を、ｘ方向、ｙ方向、および、ｚ方向と示す。ｚ方向は、車両が水平面に停車している際に、鉛直方向に沿っている。

＜電池＞
電池１０は電池セル１１と介在部材１２それぞれを複数有する。図２および図３に示すように複数の電池セル１１はｙ方向に離間して並んでいる。介在部材１２はｙ方向に並ぶ複数の電池セル１１の間に介在されている。

電池セル１１は具体的にはリチウムイオン二次電池である。リチウムイオン二次電池は化学反応によって起電圧を生成する。なお、電池セル１１としては、ニッケル水素二次電池、有機ラジカル電池などの二次電池を採用することもできる。

電池セル１１は、図示しない発電要素と、この発電要素を収納する電池ケース１３と、電池ケース１３から突出した正極端子１４および負極端子１５と、を有する。

発電要素はプラス電極、セパレータ、マイナス電極、および、電解液を有する。プラス電極とマイナス電極とがセパレータを介して積層されている。これら３層が電解液で濡れている。セパレータは電子を通すが分子を通さない性質を有する。セパレータを介してプラス電極とマイナス電極との間で電子（電流）の流れる構成になっている。

発電要素を収納する電池ケース１３は直方体形状を成している。図２および図３に示すように、電池ケース１３はｚ方向に並ぶ上端面１３ａと下端面１３ｂを有する。電池ケース１３はｘ方向に並ぶ第１側面１３ｃと第２側面１３ｄを有する。電池ケース１３はｙ方向に並ぶ第１主面１３ｅと第２主面１３ｆを有する。

これら電池ケース１３の備える６面のうち第１主面１３ｅと第２主面１３ｆは他の４面よりも面積が大きくなっている。そして電池セル１１は第１主面１３ｅと第２主面１３ｆとの間の長さ（厚さ）の薄い扁平形状を成している。

電池ケース１３の上端面１３ａには、局所的に剛性の低まったガス排出弁１３ｇが形成されている。電池ケース１３内に収納された発電要素は化学反応や経年劣化などによってガスを発生する。このガスの発生によって電池ケース１３の内圧が上昇する。この内圧の上昇によってガス排出弁１３ｇに亀裂が生じる。これにより、電池ケース１３に溜まったガスがガス排出弁１３ｇを介して電池ケース１３の外に排出される。

電池ケース１３の上端面１３ａには、正極端子１４と負極端子１５が形成されている。正極端子１４と負極端子１５は電池ケース１３から離れるように上端面１３ａからｚ方向に沿って突起している。電池ケース１３の上端面１３ａ側が上端部に相当する。正極端子１４と負極端子１５が電極端子に相当する。

正極端子１４と負極端子１５はガス排出弁１３ｇを介してｘ方向に離間して並んでいる。正極端子１４は第１側面１３ｃ側に位置している。負極端子１５は第２側面１３ｄ側に位置している。

図２および図３に示すように複数の電池セル１１はｙ方向に並んでいる。介在部材１２はこれらｙ方向で並ぶ複数の電池セル１１の間に設けられる。介在部材１２はｙ方向で隣り合って並ぶ２つの電池セル１１の隣接間隔を規定する機能を果たす。

介在部材１２は絶縁性の樹脂などから構成される。細分化して説明すると、介在部材１２は基部１６と支持部１７を有する。基部１６はｙ方向で隣り合って並ぶ２つの電池セル１１の間に設けられる。支持部１７は基部１６から電池セル１１に向かって突起している。

基部１６はｙ方向の厚さの薄い扁平形状を成している。基部１６はｘ方向若しくはｚ方向を長手方向とする平板形状を成している。

基部１６は電池セル１１とｙ方向で対向する２つの対向面１６ａを有する。これら２つの対向面１６ａは基部１６の備える他の４面よりも面積が広くなっている。しかしながら、対向面１６ａは電池セル１１の第１主面１３ｅおよび第２主面１３ｆよりも面積が狭くなっている。この対向面１６ａに支持部１７が形成されている。

支持部１７は基部１６の対向面１６ａからｙ方向に突起している。本実施形態の支持部１７は、対向面１６ａ上においてｚ方向に延びた形状を成している。そして１つの対向面１６ａに複数の支持部１７が形成されている。これら複数の支持部１７はｘ方向に離間して並んでいる。

複数の支持部１７それぞれのｙ方向の長さは同等になっている。これら複数の支持部１７それぞれのｙ方向側の先端面１７ａが電池セル１１の主面とｙ方向で対向している。本実施形態では、先端面１７ａと主面とが接触している。

係る構成のため、ｙ方向で隣り合って並ぶ２つの電池セル１１は、ｙ方向において、１つの基部１６と２つの支持部１７分だけ離間している。そして、１つの電池セル１１と１つの基部１６との間には、ｙ方向で対向して並ぶ電池セル１１と基部１６、および、ｘ方向で離間して並ぶ２つの支持部１７によってｚ方向に開口する空間が複数区画されている。

なお、１つの基部１６に形成された複数の支持部１７のうちの少なくとも１つに、ｙ方向に局所的に凹む溝部が少なくとも１つ形成された構成を採用することもできる。係る構成の場合、この溝部を介して上記のｚ方向に開口する空間が他の空間とｘ方向で連通する構成になる。

図２および図３に示すように、ｙ方向で隣り合って並ぶ２つの電池セル１１は、第１主面１３ｅ同士若しくは第２主面１３ｆ同士がｙ方向で対向している。そのため、ｙ方向で並ぶ２つの電池セル１１のうちの一方の備える正極端子１４と他方の備える負極端子１５とがｙ方向で並んでいる。電池１０の備える複数の電池セル１１では、正極端子１４と負極端子１５とがｙ方向で交互に並んでいる。

ｙ方向で隣り合って並ぶ２つの電池セル１１のうちの一方の備える正極端子１４と他方の備える負極端子１５とに直列バスバ１８が接続される。これにより複数の電池セル１１が直列接続されている。これら直列接続された複数の電池セル１１のうちの最高電位の電池セル１１の正極端子１４と最低電位の電池セル１１の負極端子１５それぞれに外部接続端子１９が接続されている。この外部接続端子１９が電池１０の正極と負極に相当する。この外部接続端子１９がＳＭＲ８０に接続される。

なお、複数の電池パック１００が車両に搭載されてもよい。この場合、これら複数の電池パック１００の外部接続端子１９同士が接続される。これにより複数の電池パック１００が直列接続、若しくは、並列接続される。

＜筐体＞
筐体２０は底壁２１、側壁２２、および、天壁２３を有する。底壁２１はｚ方向に並ぶ内底面２１ａとその裏側の外底面２１ｂを有する。側壁２２は内底面２１ａから環状に起立している。側壁２２の先端側で開口が区画されている。この開口が天壁２３によって閉塞される。

底壁２１と側壁２２は例えばアルミダイカストなどによって一体的に製造される。細分化して説明すると、図２および図３に示すように側壁２２は、ｙ方向で離間して並ぶ左壁２４と右壁２５、および、ｘ方向に離間して並ぶ前壁２６と後壁２７を有する。ｚ方向まわりで左壁２４、後壁２７、右壁２５、および、前壁２６が順に連結されている。これにより側壁２２はｚ方向まわりの周方向で環状を成している。

この側壁２２の先端側で区画される開口を介して、その内部へと電池１０が収納される。そして側壁２２の開口が閉塞される態様で、天壁２３が側壁２２に連結される。天壁２３は例えば溶接やボルト止めなどによって側壁２２に連結される。これにより電池１０は筐体２０の内部空間に収納される。

筐体２０の内部空間に収納された状態で、複数の電池セル１１それぞれの下端面１３ｂ側はｚ方向において底壁２１側に位置している。複数の電池セル１１それぞれの上端面１３ａ側はｚ方向において天壁２３側に位置している。

図３に示すように左壁２４と右壁２５それぞれには側壁２２の中央側へと向かってｙ方向に出っ張る支持壁２８が形成されている。これらｙ方向で離間して並ぶ２つの支持壁２８の間に電池１０が設けられる。ｙ方向に並ぶ複数の電池セル１１のうちの端に位置する電池セル１１が支持壁２８とｙ方向で対向している。

この端に位置する電池セル１１と支持壁２８との間に、電池１０の筐体２０に対する位置ずれを防止するための弾性体が設けられる。この弾性体は側壁２２と電池１０との間でｙ方向に縮んでいる。これにより、弾性体から側壁２２へと向かう復元力と、弾性体から電池１０へと向かう復元力とが弾性体に生じている。この弾性力によって筐体２０に対する電池１０の位置ずれが抑制される。それとともに電池１０の備える複数の電池セル１１同士の位置ずれも抑制される。

なお、左壁２４と右壁２５それぞれに支持壁２８が形成されていなくともよい。筐体２０に弾性体が設けられなくともよい。これら支持壁２８や弾性体は電池１０と筐体２０とを固定するための一形態に過ぎない。例えば底壁２１にｚ方向に開口する挿入孔の複数形成された固定部材が設けられてもよい。この固定部材の挿入孔に電池セル１１の挿入固定される構成を採用することもできる。

図２に示すように天壁２３には、天壁２３のｚ方向に並ぶ内天面２３ａと外天面２３ｂとに開口する流入孔３１が形成されている。右壁２５には、側壁２２の内側面２２ａと外側面２２ｂとに開口する流出孔３２が形成されている。これら流入孔３１と流出孔３２は筐体２０の内部空間と配管３０の中空とを連通する機能を果たす。

流入孔３１は天壁２３における左壁２４側に形成されている。そのために流入孔３１と流出孔３２とはｙ方向で離間している。ｙ方向において、これら流入孔３１と流出孔３２との間に複数の電池セル１１が位置している。

本実施形態ではｚ方向の位置の異なる３つの流出孔３２が右壁２５に形成されている。以下においてはこれら３つの流出孔３２を第１流出孔３３、第２流出孔３４、および、第３流出孔３５と示す。

図２に示すように第１流出孔３３はｚ方向において天壁２３側に位置している。第３流出孔３５はｚ方向において底壁２１側に位置している。第２流出孔３４はｚ方向において第１流出孔３３と第３流出孔３５との間に位置している。

第１流出孔３３のｚ方向の位置（高さ位置）は、電池セル１１の上端面１３ａの高さ位置よりも天壁２３側に位置している。第２流出孔３４の高さ位置は、電池セル１１の上端面１３ａと下端面１３ｂとの間の中点の高さ位置よりも上端面１３ａ側になっている。第３流出孔３５の高さ位置は、電池セル１１の下端面１３ｂ側の高さ位置と同等になっている。

＜配管＞
配管３０は筐体２０の内部空間の外に配置される。配管３０の中空と流出孔３２の外側面２２ｂ側の開口とが連通する態様で、配管３０の一端が流出孔３２に連結される。配管３０の中空と流入孔３１の外天面２３ｂ側の開口とが連通する態様で、配管３０の他端が流入孔３１に連結される。これにより配管３０の中空と筐体２０の内部空間とが連通している。配管３０の中空と筐体２０の内部空間とによって環状の空間が構成されている。

上記したように筐体２０には３つの流出孔３２として第１流出孔３３、第２流出孔３４、および、第３流出孔３５が形成されている。これに応じて配管３０の一端側は第１配管３６、第２配管３７、および、第３配管３８の３つに分岐している。これら３つに分岐した第１配管３６、第２配管３７、および、第３配管３８それぞれに、筐体２０内の冷却水の水量（水位）を調整するための開閉弁４０が設けられている。

＜開閉弁＞
配管３０の一端側には、開閉弁４０として、第１開閉弁４１、第２開閉弁４２、および、第３開閉弁４３が設けられている。第１開閉弁４１は第１配管３６に設けられている。第２開閉弁４２は第２配管３７に設けられている。第３開閉弁４３は第３配管３８に設けられている。これら第１開閉弁４１、第２開閉弁４２、および、第３開閉弁４３それぞれの開閉制御はＰＣＵ１３０によってなされる。開閉弁４０とＰＣＵ１３０が浸漬部に相当する。ＰＣＵ１３０が制御部に相当する。

＜供給ポンプ＞
供給ポンプ５０は配管３０に連結される。供給ポンプ５０は配管３０内の冷却水を流出孔３２から流入孔３１側へと向かって流動させる機能を果たす。供給ポンプ５０の駆動制御はＰＣＵ１３０によってなされる。供給ポンプ５０とＰＣＵ１３０が循環部に相当する。

供給ポンプ５０には、筐体２０内で電池１０と熱交換した冷却水が流入する。この電池１０との熱交換によって昇温した冷却水が、供給ポンプ５０によって流入孔３１側へと流れる。

＜熱交換器＞
熱交換器６０は配管３０を流れる冷却水と熱交換することで、冷却水の温度を調整する機能を果たす。熱交換器６０の駆動制御はＰＣＵ１３０によってなされる。

熱交換器６０は配管３０における供給ポンプ５０と配管３０の他端側との間に設けられる。そのために熱交換器６０には、電池１０との熱交換によって昇温した冷却水が流入する。熱交換器６０はこの冷却水の温度をＰＣＵ１３０によって定められた目標温度まで低下する。この温度の低まった冷却水が熱交換器６０から流入孔３１へと向かって流動する。温度の低まった冷却水が筐体２０に供給される。

筐体２０に供給された冷却水は電池１０の備える複数の電池セル１１それぞれと熱交換しながら流出孔３２へと向かって流れる。流出孔３２から配管３０へと流出した冷却水は再び供給ポンプ５０によって熱交換器６０へと供給される。

＜冷却水＞
筐体２０と配管３０とを流動する冷却水は絶縁性を備えている。そのために冷却水を介して複数の電池セル１１が漏電することが避けられている。係る性質を備える冷却水としては、例えば、アルカンなどの炭化水素、ケトン類、シリコーン系油などの非プロトン性の非水溶液体を採用することができる。また、この冷却水としては、例えば、メタノール、エタノール、エチレングリコールなどのマイナス電極に含まれる負極活物質と穏やかに反応して、反応性の低い物質へと変換する液体を採用することができる。冷却水が冷却液体に相当する。

なお、電池１０や筐体２０などから冷却水に電界物質の溶け出す可能性がある。そのため、例えば図１において簡易的に示すように、この電解物質を捉えるためのフィルタ９６が筐体２０および配管３０のうちの少なくとも一方に設けられた構成を採用することもできる。

＜センサ＞
センサ７０は、冷却水と電池セル１１のうちの少なくとも一方に関連する物理量を検出する。冷却水に関連する物理量としては、例えば、冷却水の水量、温度、導電率などがある。電池セル１１に関連する物理量としては、例えば、電池セル１１の温度、電流、電圧などがある。

本実施形態に係るセンサ７０は電池セル１１の温度、電流、電圧を検出する。センサ７０で検出された信号（検出信号）がＢＭＵ９０に入力される。この検出信号がＢＭＵ９０からＰＣＵ１３０に出力される。

＜ＳＭＲ＞
ＳＭＲ８０は電流の通電と遮断とを切り換える機械式のスイッチである。ＳＭＲ８０による電流の通電と遮断の切り換えがＰＣＵ１３０によって制御される。図１に示すようにＳＭＲ８０は筐体２０に設けられている。

＜ＢＭＵ＞
ＢＭＵ９０はバッテリーマネージメントユニットである。ＢＭＵ９０は主として電池１０のＳＯＣを管理する。図１に示すようにＢＭＵ９０は筐体２０に設けられている。

ＢＭＵ９０にセンサ７０の検出信号が入力される。ＢＭＵ９０はその検出信号に基づいた判定信号を生成する。ＢＭＵ９０からＰＣＵ１３０に検出信号と判定信号それぞれが入力される。

ＰＣＵ１３０は入力された検出信号と判定信号とに基づいて、複数の電池セル１１それぞれのＳＯＣの均等化を判断する。そしてＰＣＵ１３０はその判断結果に基づく均等化処理の指示をＢＭＵ９０に出力する。ＳＯＣはstate of chargeの略である。ＳＯＣが充電量に相当する。

ＢＭＵ９０は、複数の電池セル１１それぞれを個別に充放電するためのスイッチを備えている。ＢＭＵ９０はＰＣＵ１３０から入力された指示にしたがってスイッチを開閉制御する。これによって複数の電池セル１１が個別に充放電される。この結果、複数の電池セル１１のＳＯＣが均等化される。

＜冷却制御＞
次に、ＰＣＵ１３０による電池１０の冷却制御を図４〜図７に基づいて説明する。なお、図５において開閉弁が閉状態であることを×で示している。開閉弁が開状態であることを○で示している。開閉弁が開状態または閉状態であることを○／×で示している。

図６の（ａ）欄は浸漬処理を示している。図６の（ｂ）欄は高冷却処理を示している。図７の（ａ）欄は通常冷却処理を示している。図７の（ｂ）欄は低冷却処理を示している。

ＰＣＵ１３０は図４に示す冷却制御を所定周期毎に繰り返し実行している。冷却制御は、大別すると、判定処理と冷却処理とに分けられる。ＰＣＵ１３０は、センサ７０の検出信号、ＢＭＵ９０の判定信号、図示しない車載ＥＣＵや車載センサなどから入力される外部信号、および、あらかじめ記憶されている閾値などに基づいて判定処理を行う。そしてＰＣＵ１３０はその判定処理の結果に応じた冷却処理を行う。図４に示すステップＳ１０，Ｓ３０，Ｓ５０，Ｓ６０，Ｓ７０が判定処理に相当する。ステップＳ２０，Ｓ４０，Ｓ８０，Ｓ９０が冷却処理に相当する。閾値に所定値が含まれる。

先ず、ステップＳ１０においてＰＣＵ１３０は、電池１０が異常状態であるか否かを判定する。すなわちＰＣＵ１３０は、複数の電池セル１１のうちの少なくとも１つに異常が生じているか否かを判定する。ＰＣＵ１３０は電池１０が異常状態であると判定すると、ステップＳ２０へと進む。ＰＣＵ１３０は電池１０が異常状態ではないと判定すると、ステップＳ３０へと進む。

ステップＳ２０へ進むとＰＣＵ１３０は浸漬処理を実行する。すなわちＰＣＵ１３０は、図５に示すように、第１開閉弁４１、第２開閉弁４２、および、第３開閉弁４３それぞれを閉状態にする。

係る開閉制御によって、図６の（ａ）欄に示すように、筐体２０内が冷却水で満たされる。複数の電池セル１１それぞれの全てが冷却水の中に浸漬される。それとともに筐体２０から冷却水の流出が止まる。この浸漬処理を実行するとＰＣＵ１３０は冷却制御を終了する。

ステップＳ３０へ進むとＰＣＵ１３０は電池１０のＳＯＣが不足状態であるか否かを判定する。すなわちＰＣＵ１３０は、電池１０の充電が必要か否かを判定する。ＰＣＵ１３０は充電が必要であると判定すると、ステップＳ４０へと進む。ＰＣＵ１３０は充電が必要ではないと判定すると、ステップＳ５０へと進む。

ステップＳ４０へ進むとＰＣＵ１３０は高冷却処理を実行する。すなわちＰＣＵ１３０は、図５に示すように第１開閉弁４１を開状態にする。それとともにＰＣＵ１３０は第２開閉弁４２と第３開閉弁４３それぞれを閉状態にする。

係る開閉制御によって、図６の（ｂ）欄に示すように、筐体２０内の冷却水の水位が第１流出孔３３の高さ位置になる。複数の電池セル１１、直列バスバ１８、および、外部接続端子１９それぞれが冷却水に浸かった状態になる。冷却水は複数の電池セル１１、直列バスバ１８、および、外部接続端子１９それぞれと熱交換する。この冷却水が第１流出孔３３を介して配管３０へと流動する。この高冷却処理を実行するとＰＣＵ１３０は冷却制御を終了する。

ステップＳ５０へ進むとＰＣＵ１３０は、電池１０は充電状態であるか否かを判定する。ＰＣＵ１３０は充電状態であると判定すると、ステップＳ４０へ進んで高冷却処理を実行する。ＰＣＵ１３０は充電状態ではないと判定すると、ステップＳ６０へと進む。

ステップＳ６０へ進むとＰＣＵ１３０は、電池１０は高温状態であるか否かを判定する。ＰＣＵ１３０は電池１０が高温状態であると判定すると、ステップＳ４０へ進んで高冷却処理を実行する。ＰＣＵ１３０は高温状態ではないと判定すると、ステップＳ７０へと進む。

以上に示したようにＰＣＵ１３０は、電池１０の充電が必要である、電池１０が充電状態である、若しくは、電池１０が高温状態であると判定すると高冷却処理を実行する。これは、電池１０の充電が必要である場合、ＰＣＵ１３０は急速充電を電池１０に施すためである。この急速充電による電池１０の昇温を抑制するためである。電池１０が充電状態の場合、充電のための高電流の流動による電池１０の昇温を抑制するためである。電池１０が高温状態の場合、電池１０の温度を下げるためである。

ステップＳ７０へ進むとＰＣＵ１３０は、電池１０は通常温度であるか否かを判定する。ＰＣＵ１３０は通常温度であると判定すると、ステップＳ８０へと進む。ＰＣＵ１３０は通常温度ではないと判定すると、ステップＳ９０へと進む。

ステップＳ８０へ進むとＰＣＵ１３０は通常冷却処理を実行する。すなわちＰＣＵ１３０は、図５に示すように第２開閉弁４２を開状態にする。それとともにＰＣＵ１３０は第３開閉弁４３を閉状態にする。なお、第１開閉弁４１は開状態でも閉状態でも構わない。

係る開閉制御によって、図７の（ａ）欄に示すように、筐体２０内の冷却水の水位が第２流出孔３４の高さ位置になる。複数の電池セル１１それぞれの半分以上が冷却水に浸かった状態になる。このために冷却水は複数の電池セル１１と熱交換する。この冷却水が第２流出孔３４を介して配管３０へと流動する。この通常冷却処理によって電池１０の温度変化が抑制される。この通常冷却処理を実行するとＰＣＵ１３０は冷却制御を終了する。

ステップＳ９０へ進むとＰＣＵ１３０は低冷却処理を実行する。すなわちＰＣＵ１３０は、図５に示すように第３開閉弁４３を開状態にする。なお、第１開閉弁４１と第２開閉弁４２それぞれは開状態でも閉状態でも構わない。

係る開閉制御によって、図７の（ｂ）欄に示すように、筐体２０内の冷却水の水位が第３流出孔３５の高さ位置になる。複数の電池セル１１それぞれの下端面１３ｂ側が冷却水に浸かった状態になる。このために冷却水はあまり電池セル１１と熱交換されない。この冷却水が第１流出孔３３を介して配管３０へと流動する。低冷却処理によって電池１０が昇温しやすくなる。この低冷却処理を実行するとＰＣＵ１３０は冷却制御を終了する。

＜作用効果＞
これまでに説明したように、ＰＣＵ１３０による冷却制御によって、電池セル１１の状態に応じて筐体２０内の冷却水の貯留状態が変化する。すなわち、電池セル１１の温度が高くなるほどに筐体２０内の冷却水の水位が高くなる。

電池セル１１の温度が高くなるほどに電池セル１１が冷却水に浸漬される量が増大する。これにより電池セル１１が高温状態になることが抑制される。この結果、電池セル１１の寿命の低下が抑制される。逆に、電池セル１１の温度が低くなるほどに電池セル１１が冷却水に浸漬される量が少なくなる。これにより電池セル１１が低温状態になることが抑制される。この結果、電池セル１１の電気抵抗が著しく低くなることが抑制される。このように電池セル１１の温度が適切に調整される。

具体的に言えば、本実施形態で説明したように、筐体２０の右壁２５には、天壁２３側から底壁２１側に向かって、第１流出孔３３、第２流出孔３４、および、第３流出孔３５が順に形成されている。第１配管３６に第１開閉弁４１が設けられている。第２配管３７に第２開閉弁４２が設けられている。第３配管３８に第３開閉弁４３が設けられている。

ＰＣＵ１３０は、電池１０が高温状態であると判定すると、若しくは、充電などによって電池１０が高温状態になると判定すると、第１開閉弁４１を開状態、第２開閉弁４２と第３開閉弁４３それぞれを閉状態にしている。これにより複数の電池セル１１、直列バスバ１８、および、外部接続端子１９それぞれの昇温が抑制される。

ＰＣＵ１３０は、電池１０が通常温度であると判定すると、第２開閉弁４２を開状態、第３開閉弁４３を閉状態にしている。これにより複数の電池セル１１それぞれの温度変化が抑制される。

ＰＣＵ１３０は、電池１０が低温温度であると判定すると、第３開閉弁４３を開状態にしている。これにより複数の電池セル１１それぞれが昇温しやすくなっている。

またＰＣＵ１３０は、電池１０に異常が生じていると判定すると、電池１０の温度にかかわらずに、第１開閉弁４１、第２開閉弁４２、および、第３開閉弁４３それぞれを閉状態にしている。これにより異常状態の電池１０が冷却水に浸漬される。それとともに異常状態の電池１０と、この電池１０を浸漬する冷却水とが共に筐体２０内に閉じ込められる。

ＳＭＲ８０とＢＭＵ９０は冷却水の流動する筐体２０に設けられている。これによりＳＭＲ８０とＢＭＵ９０それぞれの昇温が抑制される。

なお、これらＳＭＲ８０とＢＭＵ９０それぞれの筐体２０に対する配置位置は特に限定されない。ＳＭＲ８０とＢＭＵ９０それぞれは筐体２０の底壁２１、側壁２２、および、天壁２３のいずれに設けられてもよい。ＳＭＲ８０とＢＭＵ９０それぞれの筐体２０に対するｘ方向ｙ方向ｚ方向それぞれに対する配置位置は特に限定されない。

また、ＳＭＲ８０とＢＭＵ９０は何らかの固定部材を介して筐体２０に固定される構成を採用することもできる。そしてその固定部材の一部が冷却水に浸漬された構成を採用することもできる。

電池パック１００はフロアパネルなどの車両の床上に設けられる。そのために筐体２０内の冷却水が漏れたとしても、その冷却水によって車両の搭乗者が濡れることが抑制される。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態を図８に基づいて説明する。第１実施形態では、ＰＣＵ１３０は電池１０に異常が生じていると判定すると浸漬処理を実行する例を示した。

これに対して本実施形態では、例えば図８に示すように、ＰＣＵ１３０は電池１０に異常が生じていると判定すると高冷却処理を実行する。係る構成においては、第１流出孔３３を閉状態にしなくともよくなる。そのために第１開閉弁４１を省略することができる。これにより部品点数が削減される。

なお、本実施形態に記載の電池パック１００には、第１実施形態に記載の電池パック１００と同等の構成要素が含まれている。そのために同等の作用効果を奏することは言うまでもない。以下に示す実施形態でも同様である。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態を図９および図１０に基づいて説明する。第１実施形態と第２実施形態では、高冷却処理、通常冷却処理、低冷却処理などの各種冷却処理における冷却水の流速について特に言及していなかった。

これに対して、本実施形態では、これら各種冷却処理における冷却水の流速に差を設ける。例えば図９に示すようにＰＣＵ１３０は、高冷却処理において供給ポンプ５０を高速回転させて冷却水の流速を速くする。ＰＣＵ１３０は通常冷却処理において供給ポンプ５０を通常回転させて冷却水の流速を普通にする。ＰＣＵ１３０は低冷却処理において供給ポンプ５０を低速回転させて冷却水の流速を遅くする。

なお低冷却処理において電池セル１１はほとんど冷却水に浸漬されない。そのために供給ポンプ５０は通常回転状態でも低速回転状態でもよい。供給ポンプ５０は駆動を停止していてもよい。

以上に示したように各種冷却処理における冷却水の流速に差を設ける場合、各種冷却処理における水位が同等の構成を採用することもできる。そのため、例えば図１０に示すように配管３０の一端側が第１配管３６と第３配管３８の２つに分岐した構成を採用することもできる。

ＰＣＵ１３０は、例えば図１０の（ａ）欄に示すように、高冷却処理と通常冷却処理において第１開閉弁４１を開状態、第３開閉弁４３を閉状態にする。またＰＣＵ１３０は、図１０の（ｂ）欄に示すように、低冷却処理において第１開閉弁４１を開状態、第３開閉弁４３を開状態にする。

なお、第２実施形態と同様にして、本実施形態においてもＰＣＵ１３０は浸漬処理を実行しない。そのために第１開閉弁４１を省略することができる。

（第４実施形態）
次に、第４実施形態を図１１および図１２に基づいて説明する。第１実施形態では、筐体２０の収納空間に電池１０の全てが収納される例を示した。これに対して本実施形態では筐体２０の収納空間に電池１０の一部が収納される。

図１１に示すように、天壁２３には電池１０の備える複数の電池セル１１それぞれを個別に収納するための収納孔２３ｃが複数形成されている。複数の収納孔２３ｃそれぞれは天壁２３の備える外天面２３ｂと内天面２３ａとに開口している。複数の収納孔２３ｃはｙ方向に離間して並んでいる。

これら複数の収納孔２３ｃそれぞれに複数の電池セル１１が個別に挿入される。収納孔２３ｃに挿入された状態で電池セル１１の上端面１３ａ側が収納空間の外に露出されている。電池セル１１の備える正極端子１４と負極端子１５も収納空間の外に露出されている。そのために正極端子１４と負極端子１５に接続される直列バスバ１８と外部接続端子１９も収納空間の外に露出されている。

これにより、外部接続端子１９にワイヤなどを接続することが容易になる。このワイヤを収納空間から引き出すための孔を筐体２０に形成しなくともよくなる。ワイヤとこの孔との間の隙間をシールする必要がなくなる。また、正極端子１４、負極端子１５、直列バスバ１８、および、外部接続端子１９などから冷却水に電界物質の溶け出すことが避けられる。

なお、上記の複数の収納孔２３ｃを備える天壁２３は、例えば冷却水が内部に含浸されるフェルトなどによって構成される。

＜第１パッキン＞
本実施形態では、図１１に示すように、電池セル１１と収納孔２３ｃとの間の空隙を埋めるための第１パッキン９１が各電池セル１１に取り付けられている。第１パッキン９１はｚ方向まわりで環状を成している。この第１パッキン９１の中空に電池セル１１が挿入されている。第１パッキン９１の中空を区画する環状の内面と電池セル１１の備える電池ケース１３の側面および主面それぞれとがｚ方向まわりで全周にわたって接触している。

ｚ方向における第１パッキン９１の中央側は、その上側および下側それぞれと比べて、第１パッキン９１の中心をｚ方向に通る中心線に直交する方向の長さが短くなっている。この第１パッキン９１の中央側が収納孔２３ｃを区画する壁面と電池セル１１の備える電池ケース１３の側面および主面それぞれとの間で挟持されている。

第１パッキン９１の上側はｚ方向まわりの周方向で全周にわたって外天面２３ｂと接触している。同様にして、第１パッキン９１の下側はｚ方向まわりの周方向で全周にわたって内天面２３ａと接触している。これにより電池セル１１と収納孔２３ｃとの間の隙間における外天面２３ｂ側と内天面２３ａ側それぞれの開口が第１パッキン９１の上側と下側の端部によって覆われている。

以上に示した構成により、電池セル１１と収納孔２３ｃとの間の隙間が第１パッキン９１によって閉塞されている。この隙間を介して冷却水が筐体２０の外に漏れることが抑制される。また、第１パッキン９１が電池ケース１３と収納孔２３ｃとの間の隙間から抜けることが抑制される。

＜第２パッキン＞
第１実施形態で説明したように電池ケース１３の上端面１３ａには、局所的に剛性の低まったガス排出弁１３ｇが形成されている。図１２に示すように、この上端面１３ａにおけるガス排出弁１３ｇ周りに接触する態様で、第２パッキン９２が上端面１３ａに設けられる。

第２パッキン９２はｚ方向まわりの周方向で環状をなしている。そのために第２パッキン９２は周方向で環状をなしている。第２パッキン９２はｚ方向で並ぶ環状下面と環状上面を有する。この環状下面が全周にわたって上端面１３ａと接触している。

図１１に示すように複数の電池セル１１それぞれの上端面１３ａには、排気管９３が連結される。第２パッキン９２はこの排気管９３の先端面と上端面１３ａとの間の隙間をシールする機能を果たしている。

係る構成により、電池ケース１３に収納された発電要素で発生したガスによる内圧の上昇によってガス排出弁１３ｇに亀裂が生じた結果、このガス排出弁１３ｇから電池ケース１３の外にガスが排出されたとしても、そのガスを排気管９３に排出することができる。電池セル１１で発生したガスが乗客の搭乗する車室内に排出されることが抑制される。

＜拘束部材＞
第１実施形態で説明したように電池１０は電池セル１１と介在部材１２それぞれを複数有する。本実施形態では、図１２に示すように電池１０はこれら電池セル１１と介在部材１２の他に拘束部材９４を有する。

拘束部材９４はｚ方向まわりの周方向で環状をなしている。この拘束部材９４の中空に複数の電池セル１１と複数の介在部材１２とが収納される。ｙ方向に並ぶ複数の電池セル１１のうちの両端に位置する２つの電池セル１１はそれぞれ拘束部材９４とｙ方向で接触している。これら２つの電池セル１１には、拘束部材９４によって互いにｙ方向に近づく力が作用している。この力によって複数の電池セル１１と複数の介在部材１２それぞれの相対位置が規定されている。

なお、本実施形態では電池セル１１の上端面１３ａ側が筐体２０の外に設けられる例を示した。これとは異なり、電池セル１１の下端面１３ｂ側が筐体２０の外に設けられる構成を採用することもできる。そして排気管９３の電池セル１１側が筐体２０内に収納される構成を採用することもできる。

以上、本開示の好ましい実施形態について説明したが、本開示は上記した実施形態になんら制限されることなく、本開示の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

（第１の変形例）
各実施形態では筐体２０にＳＭＲ８０とＢＭＵ９０の設けられる例を示した。しかしながらＳＭＲ８０とＢＭＵ９０の配置場所としては上記例に限定されない。

例えば図１３に示すように電池パック１００は筐体２０を収納する統合筐体９５を有してもよい。統合筐体９５と内部空間と筐体２０の内部空間とはともに連通している。この統合筐体９５の内部空間にも冷却水が流動する。ＳＭＲ８０とＢＭＵ９０はこの統合筐体９５に設けられてもよい。ＳＭＲ８０の防水性が完備されている場合、図１３の（ｂ）欄に示すようにＳＭＲ８０は統合筐体９５内で冷却水に浸漬される構成を採用することもできる。なお、図１３では筐体２０に形成される流入孔３１と流出孔３２の図示を省略している。

（第２の変形例）
第１実施形態ではセンサ７０が電池セル１１に関連する物理量を検出する例を示した。しかしながらセンサ７０は冷却水に関連する物理量を検出してもよい。

例えば図１３の（ａ）欄に示すようにセンサ７０は第１電極７１と第２電極７２とを有する。これら第１電極７１と第２電極７２とはｚ方向において底壁２１側に位置している。そして第１電極７１と第２電極７２とはｙ方向若しくはｘ方向で離間して対向している。センサ７０は第１電極７１と第２電極７２との間に介在される冷却水の導電率を判定する。この導電率がＢＭＵ９０に入力される。ＢＭＵ９０はこの導電率に基づいて、冷却水に導電物質が含まれた結果、冷却水の導電率が、複数の電池セル１１間で短絡の虞が生じるほどに高まったか否かを判定する。第１電極７１と第２電極７２が電解検出部に相当する。

ＢＭＵ９０からＰＣＵ１３０にこの導電率の判定信号が入力される。ＰＣＵ１３０は複数の電池セル１１間で短絡が生じるほどに冷却水の導電率が高まっていると判定すると、浸漬処理を実行する。

例えば図１３の（ｂ）欄に示すようにセンサ７０は第１温度センサ７３と第２温度センサ７４とを有する。第１温度センサ７３はｚ方向において天壁２３側に位置している。第２温度センサ７４はｚ方向において底壁２１側に位置している。係る配置構成のため、第１温度センサ７３は筐体２０内の冷却水の水位に応じて、冷却水に浸漬される量が増減する。第２温度センサ７４のすべてが冷却水に常時浸漬されやすくなる。

係る配置構成のため、冷却水の水位に応じて、第１温度センサ７３の出力と第２温度センサ７４の出力とに差が生じやすくなっている。この温度差がＢＭＵ９０に入力される。ＢＭＵ９０はこの温度差に基づいて、冷却水の水位を判定する。

ＢＭＵ９０からＰＣＵ１３０にこの水位の判定信号が入力される。各実施形態で説明したようにＰＣＵ１３０は開閉弁４０を開閉制御することで筐体２０内の冷却水の水位を調整している。この開閉弁４０の開閉制御によって期待される筐体２０の水位と、判定信号に含まれる水位とが一致するか否かをＰＣＵ１３０は判定する。

期待される水位と判定された水位とが一致している場合にＰＣＵ１３０は筐体２０に冷却水の漏れがないと判定する。期待される水位と判定された水位とが一致していない場合にＰＣＵ１３０は筐体２０に冷却水の漏れが生じていると判定する。

（第３の変形例）
ＰＣＵ１３０は冷却制御において開閉弁４０と供給ポンプ５０のうちの少なくとも一方を制御する例を示した。これに対して、ＰＣＵ１３０は冷却制御において熱交換器６０を制御してもよい。ＰＣＵ１３０は電池セル１１の温度が高まるほどに熱交換器６０に設定する目標温度を低めてもよい。

一例として示せば、ＰＣＵ１３０は浸漬処理で目標温度を極低温に設定する。ＰＣＵ１３０は高冷却処理で目標温度を低温に設定する。ＰＣＵ１３０は通常冷却処理で目標温度を通常温度に設定する。ＰＣＵ１３０は低冷却処理で目標温度を高温に設定する。

（第４の変形例）
各実施形態では、電池１０の温度に応じて冷却制御を実施する例を示した。しかしながら、電池１０は電流の通電に応じて発熱する。そのために電池１０に流れる電流に応じて冷却制御を実施してもよい。この変形例の場合、センサ７０は電池セル１１に流れる電流を検出する。

（第５の変形例）
各実施形態ではＰＣＵ１３０が開閉弁４０、供給ポンプ５０、および、熱交換器６０の駆動を制御する例を示した。そしてＰＣＵ１３０が冷却制御を実施する例を示した。しかしながらこれとは異なり、ＢＭＵ９０が開閉弁４０、供給ポンプ５０、および、熱交換器６０の駆動を制御してもよい。ＢＭＵ９０が冷却制御を実施してもよい。

係る変形例の場合、電池パック１００にＰＣＵ１３０は含まれない。開閉弁４０とＢＭＵ９０が浸漬部に相当する。ＰＣＵ１３０が制御部に相当する。供給ポンプ５０とＢＭＵ９０が循環部に相当する。

（第６の変形例）
各実施形態では天壁２３の左壁２４側に流入孔３１が形成され、右壁２５側に流出孔３２の形成される例を示した。しかしながら例えば図１４において破線で示すように、後壁２７に流入孔３１が形成され、前壁２６に流出孔３２の形成された構成を採用することもできる。

係る変形例の場合、筐体２０内の冷却水はｙ方向に並ぶ複数の電池セル１１の間の隙間を流動しやすくなる。これにより各電池セル１１と冷却水とが熱交換しやすくなる。電池セル１１の温度を調整しやすくなる。

なお図１４においては介在部材１２の図示を省略している。この変形例における介在部材１２の形状としては、上記したｙ方向に並ぶ電池セル１１の間の隙間の冷却水の流動を妨げない形状が好ましい。この変形例の場合、支持部１７は基部１６の対向面１６ａ上においてｘ方向に延びた形状を成している。１つの対向面１６ａに形成された複数の支持部１７はｚ方向に離間して並んでいる。

（その他の変形例）
各実施形態では、筐体２０の内部空間に収納された状態で、電池セル１１の下端面１３ｂ側が底壁２１側に位置し、上端面１３ａ側が天壁２３側に位置する例を示した。しかしながら、筐体２０の内部空間に収納された状態で、電池セル１１の下端面１３ｂ側が前壁２６側に位置し、上端面１３ａ側が後壁２７側に位置する構成を採用することもできる。

各実施形態では、複数の電池セル１１がｙ方向に並ぶ例を示した。しかしながら複数の電池セル１１はｚ方向に並ぶ構成を採用することもできる。

１０…電池、１１…電池セル、１３…正極端子、１４…負極端子、２０…筐体、３０…配管、３３…第１流出孔、３４…第２流出孔、３５…第３流出孔、３６…第１配管、３７…第２配管、３８…第３配管、４０…開閉弁、４１…第１開閉弁、４２…第２開閉弁、４３…第３開閉弁、５０…供給ポンプ、６０…熱交換器、７０…センサ、７１…第１電極、７２…第２電極、８０…ＳＭＲ、９０…ＢＭＵ、９６…フィルタ、１００…電池パック、１１０…電力変換装置、１２０…モータ、１３０…ＰＣＵ、２００…電力システム

Claims (8)

1. 複数の電池セル（１１）と、
   複数の前記電池セルを収納する筐体（２０）と、
   前記筐体内に絶縁性の冷却液体を供給するとともに循環させる循環部（５０，９０，１３０）と、
   前記電池セルの温度が高くなるほどに、前記電池セルが前記冷却液体に浸漬される量を増大させる浸漬部（４０，９０，１３０）と、を有する電池パック。
2. 前記筐体には、鉛直方向に離間して並ぶ複数の流出孔（３３〜３５）が形成され、
   前記浸漬部は、前記流出孔の連通と遮断とを開閉で切り換える開閉弁（４１〜４３）と、前記電池セルの温度が高くなるほどに、前記電池セルが前記冷却液体に浸漬される量が増大するように、複数の前記開閉弁の開閉を制御する制御部（９０，１３０）と、を有する請求項１に記載の電池パック。
3. 前記浸漬部は、前記電池セルの充電量が所定値よりも低くなる場合、若しくは、複数の前記電池セルが充電状態の場合、前記電池セルの温度にかかわらずに、前記電池セルが前記冷却液体に浸漬される量を増大させる請求項１に記載の電池パック。
4. 前記循環部は、前記電池セルの温度が高くなるほどに、前記筐体内を流動する前記冷却液体の流速を速まらせる請求項１〜３いずれか１項に記載の電池パック。
5. 前記循環部は、前記電池セルの充電量が所定値よりも低くなる場合、若しくは、複数の前記電池セルが充電状態の場合、前記電池セルの温度にかかわらずに、前記筐体内を流動する前記冷却液体の流速を速まらせる請求項４に記載の電池パック。
6. 複数の前記電池セルと外部機器（１１０）とを接続するスイッチ（８０）を有し、
   前記スイッチは前記筐体に固定されている請求項１〜５いずれか１項に記載の電池パック。
7. 前記電池セルは上端部に電極端子（１３，１４）を有し、
   前記電池セルの上端部側は前記筐体の外に位置している請求項１〜６いずれか１項に記載の電池パック。
8. 前記冷却液体に含まれる電解物質を検出する電解検出部（７１，７２）を有する請求項１〜７いずれか１項に記載の電池パック。

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