JP5309614B2 - 組電池の冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、組電池の冷却装置に関する。

複数の扁平型電池を積層した電池モジュールをさらに複数積層した組電池が知られている（特許文献１）。この組電池では、電池モジュール間に間隔を形成し、この間隔を含めた組電池に冷却風を流すことにより、充放電による発熱を除去する。

特開２００８−１０１９０

ところが、充電状態により電極の厚みが変動すると、冷却風が流れる電池モジュール間の間隔寸法も変動するため、冷却能力が変動するという問題があった。

本発明が解決しようとする課題は、適切な能力で組電池を冷却することができる組電池の冷却装置を提供することである。

本発明は、電池モジュール間の冷却風流路の間隔を推定し、この推定結果に応じて冷却能力を補正することによって、上記課題を解決する。

本発明によれば、適切な能力で組電池を冷却することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

《第１実施形態》
まず、本例の組電池の一例を説明する。

《組電池》
図１は第１実施形態に係る組電池の一例を示す斜視図である。図２は図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う側面図である。

図１及び図２に示す本例の組電池１は、自動車などの車両に搭載される車載電池であり、ロアケース１０に、例えば４列の電池モジュール群２０が左右方向（平面方向）に並んだ状態で載置されている。電池モジュール群２０は、例えば３つの電池モジュール２００が上下方向（積層方向）に積層されることにより構成されている。なお、電池モジュール群２０の並列数と電池モジュール２００の積層数は、必要とする出力や必要稼働時間などに応じて適宜変更することができる。

本例の電池モジュール群２０の最上部には拘束板３０が設けてあり、この拘束板３０をボルト４０によりロアケース１０に締結することにより、拘束板３０とロアケース１０との間に電池モジュール群２０を固定することができる。本例では、ボルト４０が挿入される電池モジュール２００の貫通穴２０６（図４参照）の上下には、荷重を受けるとともに、冷却風（例えば空気）が通るための空間を確保するためのスペーサ５０が配置してある。

図３は図２のＩＩＩ方向から見たイメージ図である。

図３に示す本例では、３つの電池モジュール２００がスペーサ５０を介して対向して配置されている。すなわち、積層方向に隣接する電池モジュール２００，２００同士を、スペーサ５０の厚み分の空間を隔てて配列している。本例では、このスペーサ５０の厚み分の空間を、各電池モジュール２００を冷却するための冷却風が流れる冷却風流路２００ａとして利用する。

本例では、冷却風は、冷却風流路２００ａ内を、電池モジュール２００の正負の出力端子６０Ａ，６０Ｂ（図５、図７及び図８参照）が設けられた第１の側（図２の左側。例えば前面側）からそれとは反対側の第２の側（図２の右側。例えば背面側）へと流れる。後述するが、本例では、冷却風の入口と出口がいずれも、前記出力端子６０Ａ，６０Ｂが設けられた第１の側に設けられるので（図１０参照）、第２の側へ流れた冷却風は、第１の側へと戻るように流れる。冷却風を流し、各電池モジュール２００を冷却することで、電池温度を下げ、充電効率などの特性が低下することを抑制することができる。

積層方向に隣接する電池モジュール２００，２００間の空間のクリアランス、つまり冷却風流路２００ａの高さＨは、積層時に電池モジュール２００同士の間に配置されるスペーサ５０の厚みにより規定される。冷却風流路２００ａの高さＨは、電池モジュール２００のレイアウトや、冷却風通路２００ａとして機能させるために必要な寸法などを考慮して定められる。

次に、組電池１を構成する電池モジュールの一例を説明する。

《電池モジュール》
図４は図１の組電池の電池モジュール２００を示す斜視図である。図５は図４の電池モジュール２００の分解斜視図である。

図４及び図５に示す本例の電池モジュール２００は、外部を覆う筺体２０２と、この筺体２０２の内部に積層されて保持される複数の扁平型電池２０４とを有する。筺体２０２は、凹部２０２２ａが形成してある本体２０２２と、この本体２０２２の凹部２０２２ａを封止する蓋体２０２４とを有する。本体２０２２の凹部２０２２ａには、扁平型電池２０４が収納されている。本例の蓋体２０２４の縁部には、巻き締め加工による巻き締め部２０２４ａが形成してあり、この巻き締め部２０２４ａを本体２０２２の縁部２０２２ｂに巻き締めることで（図４の一点鎖線円内参照）、内部に扁平型電池２０４を収納しつつ、蓋体２０２４で本体２０２２が封止される。

筺体２０２は、低強度の扁平型電池２０４を外部からの振動や衝撃から保護し、また扁平型電池２０４から伝達される熱を筐体外部へ放熱する役割を果たしており、例えば放熱性のよいアルミニウムなどの金属で形成されている。

次に、電池モジュール２００に収納される扁平型電池の一例を説明する。

《扁平型電池》
図６は図５の電池モジュール２００に収納される扁平型電池２０４の一例を示す断面図である。

図６に示す本例の扁平型電池２０４は、リチウム系、平板状、積層タイプの充放電可能な薄型二次電池であり、電池要素２５０、外装ケース２６０、正極リード（正極端子）２７０および負極リード（負極端子）２８０を有する。

電池要素２５０は、正極活物質層２５１を集電体２５２上に有する正極板と、負極活物質層２５３を集電体２５２上に有する負極板とを、電解質（図示省略）を保持するセパレータ（電解質層）２５４を介して積層することで、形成されている。

正極活物質層２５１は、正極活物質、導電助剤、バインダ等を含む。正極活物質としては、例えばＬｉＭｎ_２ Ｏ_４ 等のリチウム−遷移金属複合酸化物などが挙げられる。導電助剤としては、例えばアセチレンブラック、カーボンブラック、グラファイト、炭素繊維、カーボンナノチューブなどが挙げられる。バインダとしては、例えばポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ポリイミドなどが挙げられる。

負極活物質層２５３は、負極活物質、導電助剤、バインダ等を含む。負極活物質としては、例えば黒鉛系炭素材料（グラファイト系）や、ハードカーボン（難黒鉛化炭素材料）、リチウム−遷移金属複合酸化物などが挙げられる。本例では、特に黒鉛系炭素材料を負極活物質に含有させる場合に有効に作用する。黒鉛系炭素材料を負極活物質に含有させた負極板を有する場合、電池２０４の充電状態によって電極の厚みが変動しやすく、その結果、冷却風流路２００ａの高さＨ（図３の点線を参照）が変動しやすいからである。

集電体２５２は、例えばアルミニウム箔、銅箔、ステンレススチール箔、チタン箔、ニッケルとアルミニウムのクラッド材、銅とアルミニウムのクラッド材、ステンレススチールとアルミニウムのクラッド材あるいはこれらの金属の組み合わせのめっき材などで構成される。なお、上記材質のうち、正極の集電体２５２は正極電位で、負極の集電体２５２では負極の電位で安定な材質が選択され、一般的には、正極の集電体２５２にはアルミニウム箔が、負極の集電体２５２には銅箔が用いられる。

セパレータ２５４は、例えばポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリアミド、ポリイミドなどで構成される。セパレータ２５４が保持する電解質は、液体系あるいは流動性を有するゲルポリマー系である。

電解質（電解液）は、有機溶媒、支持塩および少量の界面活性剤等を含む。有機溶媒としては、例えばプロピレンカーボネート（ＰＣ）やエチレンカーボネート（ＥＣ）等の環状カーボネート類、ジメチルカーボネート等の鎖状カーボネート類、テトラヒドロフラン等のエーテル類などが挙げられる。支持塩としては、例えばリチウム塩（ＬｉＰＦ_６ ）等の無機酸陰イオン塩、ＬｉＣＦ_３ ＳＯ_３ 等の有機酸陰イオン塩などが挙げられる。ゲルポリマー電解質は、電解液、ホストポリマー等を含む。ホストポリマーとしては、ポリフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンの共重合体（ＰＶＤＦ−ＨＦＰ）、ＰＡＮ（ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等のリチウムイオン伝導性を持たない高分子、ＰＥＯ（ポリエチレンオキシド）やＰＰＯ（ポリプロピレンオキシド）等のイオン伝導性を有する高分子（固体高分子電解質）などが挙げられる。

外装ケース２６０は、シート状の外装材２６２の周縁を、熱溶着によって接合することで、袋状に形成されており、電池要素２５０を収容するために使用される。外装材２６２は、三層構造を有する高分子−金属複合ラミネートフィルムであり、金属層２６４および金属層２６４の両面に配置される高分子樹脂層２６６を有する。金属層２６４としては、例えばアルミニウム、ステンレス、ニッケル、銅などの金属箔などが挙げられる。高分子樹脂層２６６としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリエチレン、変性ポリプロピレン、アイオノマー、エチレンビニルアセテート等の熱溶着性樹脂フィルムなどが挙げられる。なお、外装材２６２の接合は、熱溶着を適用することに限定されない。

正極リード２７０及び負極リード２８０は、電池要素２５０の集電体２５２に接続され、電池要素２５０から電流を引き出すために、外装ケース２６０の内部から外部に延長している。

図４及び図５に戻り、複数の扁平型電池２０４は、互いの電極端子（図６の正極リード２７０及び負極リード２８０）同士が溶接等により直列または並列に電気的に接続され、その両端部（扁平型電池２０４が直列に接続されている場合には、電位が最も高い正極と電位が最も低い電池の負極、並列に接続されている場合には、各電池の正極と負極）が、筺体２０２の正、負極の出力端子６０Ａ，６０Ｂに接続される。正、負極の出力端子６０Ａ，６０Ｂは、筺体２０２から、電池モジュール２００の積層方向に対して直交する方向に（電池モジュール２００の積層方向が上下の場合、水平方向に）導出される。

図７は図１のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う正面図である。図８は図７に対応する他の実施形態の正面図である。

各電池モジュール２００の積層方向は特に限定されず、例えば図７に示すように、各電池モジュール２００の蓋体２０２４が、各電池モジュール２００の積み重ね方向に対して同一の方向（図７では上側）を向くように配置しても良い。また、例えば図８に示すように、各電池モジュール２００の蓋体２０２４が、各電池モジュール２００の積み重ね方向に対して交互に向くように配置しても良い。

図７に示す態様で各電池モジュール２００を積層する場合、正極出力端子６０Ａと負極出力端子６０Ｂが逆に配置される２種類の電池モジュール２００を複数準備する。そして、積み重ねられて隣り合う電池モジュール２００の出力端子６０Ａ，６０Ｂが、逆配置となるように配置させ、かつ図示の配置で導電性のバスバー７０を接続する。これにより各出力端子６０Ａ，６０Ｂを直列に接続することができる。

図８に示す態様で各電池モジュール２００を積層する場合、１種類の電池モジュール２００のみを複数準備すればよい。そして、図示の配置で導電性のバスバー７０を接続する。これにより、各出力端子６０Ａ，６０Ｂを直列に接続することができる。

なお、バスバー７０は、各出力端子６０Ａ，６０Ｂに固定され電池モジュール２００同士を電気的に接続するために用いられる。

次に、組電池１の冷却装置の一例を説明する。

《組電池の冷却装置》
図９は第１実施形態に係る組電池１の冷却装置の一例を示すブロック図である。

図９に示す本例の組電池１の冷却装置１００は、例えば自動車や電車などの車両に搭載されて使用される。なお、図９では、電池モジュール２００毎にまとめられている扁平型電池２０４（図５及び図６参照）の数は４つであるが、図５に示す電池２０４の積層数に対応するものと仮定して以下説明する。また本例では、３つの電池モジュール２００（図１及び図２参照）のみを図示し、電池モジュール２００毎にセルコントローラＣＣ１，ＣＣ２，ＣＣ３（以下、代表してＣＣｔともいう。）が設けてある場合を例示する。

各セルコントローラＣＣｔは、バッテリコントローラ４００からの出力を受けて対応する電池モジュール２００毎に、各電池モジュール２００を構成する各扁平型電池２０４の充放電を制御する。

電圧センサ５００は、組電池１の総電圧Ｖｔを検出し、バッテリコントローラ４００に出力する。温度センサ６００は、組電池１の温度Ｔを検出し、バッテリコントローラ４００に出力する。

冷却ファン装置４（冷却手段）は、バッテリコントローラ４００からの駆動信号を受けて冷却風流路２００ａを含む組電池１に冷却風を供給する。本例の冷却ファン装置４は、冷却ファン４１と、この冷却ファン４１を駆動させるファンモータ４２と、このファンモータ４２の駆動制御を司るファン駆動制御部４３とを含む。

本例では、ファン駆動制御部４３は、ＰＷＭ変換回路を備え、これにより冷却ファン４１から冷却風流路２００ａを含む組電池１に供給される冷却風の風量を調節することができる。なお、ファン駆動制御部４３への目標デューティ比は、バッテリコントローラ４００から出力される。本例では、電源４４の直流電圧をＰＷＭ（パルス幅変調）制御により変換して目標デューティ比に応じたパルス電圧を生成し、ファンモータ４２に印加する。

バッテリコントローラ４００は、送信端子ＳＤと受信端子ＲＤを介して、シリアル通信により、各セルコントローラＣＣｔと通信を行うとともに、各セルコントローラＣＣｔを制御して、組電池１を管理する。これに加え、バッテリコントローラ４００は、組電池１に対する冷却状態を補正する処理も行う。

バッテリコントローラ４００は、ＣＰＵ４０１（間隔推定手段、補正手段）、メモリ（ＲＡＭ）４０２を備える。本例のＣＰＵ４０１は、電圧センサ５００で検出された組電池１の総電圧Ｖｔに基づいて算出された組電池１の充電容量（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）に基づき所定の処理（補正処理）を実行する。その詳細は後述する。

次に、組電池１の冷却装置１００の搭載例を説明する。

《組電池の冷却装置の搭載例》
図１０は第１実施形態に係る組電池の冷却装置の搭載例を示す図である。

図１０は、上述した冷却ファン装置４と組電池１を収容したケース１１を示し、このケース１１は、車両３の後部座席の後方に搭載されている。そして、冷却ファン装置４により冷却風を車室内からケース１１内に導入し、ケース１１から車室外に向けて排出することができるようになっている。

ケース１１には、入口ダクト６と、出口ダクト７とが接続されている。入口ダクト６は、吸気開口８からチャンバケース５と冷却ファン装置４を通過して導入される空気を、ケース１１内に導入するダクトである。出口ダクト７は、ケース１１内に導入された空気を導出するダクトである。

本例の冷却装置１００において、冷却ファン装置４を作動させると、車室内の空気は、車室内側に開口する吸気開口８に導入される。吸気開口８から導入された空気は、チャンバケース５、冷却ファン４１、及び入口ダクト６を経由してケース１１内に導入される。ケース１１内に導入した空気は、ケース１１内の組電池１を冷却した後、ケース１１内から出口ダクト７を経由して車室外側に開口する排出口９から排出される。

次に、本例に係る補正処理を説明する。

《補正処理》
図１１は第１実施形態に係る補正処理を示すフローチャートである。

図９及び図１１に示す本例では、まずステップＳ１にて、温度センサ６００は、組電池１の組電池温度Ｔを検出し、ＣＰＵ４０１に出力する。

次にステップＳ２にて、ＣＰＵ４０１は、メモリ（ＲＡＭ）４０２に予め格納される組電池１の予め決められた設定温度Ｔ０を取得するとともに、この設定温度Ｔ０と、温度センサ６００が検出した組電池温度Ｔとを比較し、組電池温度Ｔが設定温度Ｔ０よりも大きいか否かを判定する。

ステップＳ２にてＴ＞Ｔ０の場合には（Ｓ２にてＹｅｓ）、ステップＳ３に進み、ＣＰＵ４０１は、冷却ファン装置４に対して、組電池１の冷却を開始する制御信号を送出する。冷却ファン装置４は、ＣＰＵ４０１からの出力を受けて組電池１の冷却を開始する。

冷却開始の際の冷却条件は、特に限定されないが、組電池１の今後の温度上昇要因を考慮することが望ましい。組電池１の今後の温度上昇要因は、例えば、現在の組電池温度Ｔ、エンジンの回転数、アクセルの開度、エンジンモータのトルクなどに応じて、組電池１の今後の充放電量を推定したり、あるいは例えば車両内気温、エアコン風量などに応じて、組電池１への冷却能力の推定することにより推定することが可能である。このようにして推定された組電池１の今後の温度上昇要因などから、適切なファン回転数を設定することができる。例えば、「組電池温度Ｔ−組電池の目標温度＋温度上昇要因−（冷却能力×ファン風量）」がゼロになるようなファン風量を推定し、ファン風量が当該風量になるようファン回転数を設定する。

組電池１の充電効率は、一般に、組電池温度Ｔが上昇するにつれて低下する傾向にある。組電池温度Ｔが所定の設定温度Ｔ０（例えば３５℃）以下の温度である場合（Ｓ２にてＮｏ）、組電池１の充電効率は１００％から直線的に緩やかな変化を辿る。本例ではこの場合、ステップＳ１に戻る。これに対し、組電池温度Ｔが設定温度Ｔ０を超えると（Ｓ２にてＹｅｓ）、組電池１の充電効率が急激に低下する。このため、本例では、ステップＳ２にて設定温度Ｔ０を設定し、組電池温度Ｔが設定温度Ｔ０を越えたら（Ｔ＞Ｔ０）、ステップＳ３へ進み、組電池１の冷却を開始するものである。

ステップＳ３にて組電池１の冷却を開始した後、ステップＳ４にて、電圧センサ５００は、組電池１の総電圧Ｖｔを検出し、ＣＰＵ４０１に出力する。

次にステップＳ５にて、ＣＰＵ４０１は、電圧センサ５００が検出した組電池１の総電圧Ｖｔに基づいて、組電池１のＳＯＣを算出する。組電池１のＳＯＣの算出は、組電池１の劣化を考慮して行うことが好ましい。例えば、メモリ（ＲＡＭ）４０２に組電池１の可能出力−ＳＯＣ相関図（図示省略）を予め格納しておき、この相関図に基づいて、組電池１の劣化を考慮した組電池１のＳＯＣを算出することができる。

次にステップＳ６にて、ＣＰＵ４０１は、ステップＳ５で算出した組電池１のＳＯＣに基づいて、冷却風流路２００ａの高さＨ（図３参照）を推定する。

上述したように、扁平型電池２０４（図５及び図６）において、負極板を構成する負極活物質層２５３（図６参照）の負極活物質に黒鉛系炭素材料を含有させた場合、その扁平型電池２０４の充電状態によって電極の厚みが変動しやすい。電極厚みが変動すると、冷却風流路２００ａの高さＨが変動し（図３の点線を参照）、冷却状態を変動させる要因となる。そこで本例では、ステップＳ６にて、黒鉛系炭素材料を含む負極板を有する扁平型電池２０４を用いた場合に生じる冷却風流路２００ａの高さＨの変動状況を推定する。

図１２は組電池１のＳＯＣ（単位：「％」）と冷却風流路２００ａの高さＨ（単位：「ｍｍ」）の関係を示す相関図である。

組電池１が放電完了のとき、冷却風流路２００ａの高さＨは最大高さを示す（Ｐ１点）。この放電完了の組電池１を充電し、組電池１のＳＯＣが増加するにつれて、冷却風流路２００ａの高さＨは低下していく（Ｐ２点）。高さＨが低下すると、これに伴って各電池モジュール２００の冷却効率が低下する。

なお、組電池１のＳＯＣ（放電完了とき０％）は、組電池１の放電深度（ＤＯＤ：Ｄｅｐｔｈ ｏｆ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ。放電完了のとき１００％）と反比例関係にある。したがって図１２の横軸は、組電池１の放電深度ＤＯＤであってもよい。この場合、ステップＳ５では組電池１の放電深度ＤＯＤを算出し、ステップＳ６ではこのステップＳ５で算出した組電池１のＤＯＤに基づいて、前記高さＨを推定することができる。

図１１に戻り、次にステップＳ７にて、ＣＰＵ４０１は、ステップＳ６で推定した冷却風流路２００ａの高さＨに基づいて、冷却ファン装置４のファン風量を補正する。

ここで、冷却風流路２００ａの高さＨが小さくなるにつれて冷却風流路２００ａの断面積が減少する。このため、所定の風量または風速で冷却風を導入しても圧力損失（圧力抵抗）ΔＰが発生し、冷却性能を向上させることができない。

一般に圧力損失ΔＰは、比例定数をＡ、ファンの風量（単位：「ｍ^３ ／分」）または風速（単位：「ｍ／分」）をｘとした場合、次式で表される。

［数１］ ΔＰ＝Ａｘ^２ …（１）
式１でのＡ（比例定数）は、組電池１の状態によって変動する。具体的には、扁平型電池２０４（図５及び図６）の電極（負極板）が膨張してその厚みが増加すると（図３の点線を参照）、それに伴って冷却風流路２００ａの高さＨが減少し、その結果ΔＰの増加に繋がる。これに対して、扁平型電池２０４の負極板が膨張していない場合、負極板の厚みは増加せず、それに伴って冷却風流路２００ａの高さＨは減少せず、その結果ΔＰは増加しない。本例では、式１をメモリ（ＲＡＭ）４０２に予め格納しておく。また、次式で表される、冷却風流路２００ａの高さＨをｙとした場合の関数を算出し、これもメモリ（ＲＡＭ）４０２に予め格納しておく。

［数２］ Ａ＝Ｆ（ｙ） …（２）
すなわち、本例のステップＳ７では、まずステップＳ６で推定した冷却風流路２００ａの高さＨを、メモリ４０２に予め格納される式２の関数に適用して、比例定数Ａ（つまり組電池１の状態）を算出する。次に、算出された比例定数Ａを、メモリ４０２に予め格納される式１を適用して、圧力損失ΔＰを算出する。次に、算出した圧力損失ΔＰに基づいて、冷却ファン装置４のファン風量を補正する。

図１３は圧力損失ΔＰとファン風速ｘの相関図である。

本例では、組電池１がある充電状態の場合にファン風速ｘが必要であるとき、冷却風流路２００ａの高さＨの推定値が例えば２ｍｍの場合は冷却ファン装置４のファン風量が４０％になるように、冷却風流路２００ａの高さＨの推定値が例えば１ｍｍの場合は冷却ファン装置４のファン風量が５０％となるように補正する。

図１１に戻り、次にステップＳ８にて、ＣＰＵ４０１は、ステップＳ７で補正したファン風量に対応する目標デューティ比に関する信号を、冷却ファン装置４のファン駆動制御部４３（図９参照）に対して送出する。出力を受けたファン駆動制御部４３は、目標デューティ比に応じたパルス電圧を取得し、これをファンモータ４２に印加し、所定の風量となるよう冷却ファン４１を回転させる。

本例において、冷却ファン装置４のファン風量を例えば１００％に補正する場合、ファン駆動制御部４３ではスイッチング素子をＯＮさせ、電源電圧のすべてを印加すればよい。５０％に補正する場合、ファン駆動制御部４３ではスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦの時間を半分ずつとし、電源電圧の半分を印加すればよい。０％に補正する場合、ファン駆動制御部４３ではスイッチング素子をＯＦＦさせ、電源電圧の印加を停止すればよい。

仮に、組電池１の温度Ｔに基づいて冷却ファン装置４のファン風量を決定し、この決定したファン風量に基づき組電池１を冷却する場合において、組電池１のＳＯＣが高く、冷却風流路２００ａの高さＨが小さい場合、想定される冷却性能より冷却効果が小さい。このため、組電池１の温度上昇を抑えることができない。その結果、適切な能力で冷却することができない。また、組電池１のＳＯＣが低く、冷却風流路２００ａの高さＨが大きい場合、想定される冷却性能より冷却効果が大きい（必要以上にファン風量が大きい）。このため、無駄な電力を消費しないようにするためには、ファンの回転・停止を繰り返さなければならず、ファンの回転が安定しない。

これに対し、本例の組電池１の冷却装置１００によれば、組電池１のＳＯＣに基づいて推定した冷却風流路２００ａの高さＨに基づき冷却ファン装置４のファン風量を補正する。そして、補正後のファン風量に対応する目標デューティ比に関する信号を冷却ファン装置４のファン駆動制御部４３に送出してファンモータ４２に適切な電圧を印加し、これにより冷却ファン４１に適切な風量の冷却風を発生させる。

本例において、組電池１のＳＯＣが高く、冷却風流路２００ａの高さＨが小さい場合、想定される冷却性能と冷却効果が一致する。このため、組電池１の温度上昇を効果的に抑えることができる。その結果、適切な能力で冷却することができる。また、組電池１のＳＯＣが低く、冷却風流路２００ａの高さＨが大きい場合、高さＨが小さい場合と同様に、想定される冷却性能と冷却効果が一致する。このため、無駄な電力を消費しないためのファンの回転・停止を繰り返す必要はなく、ファンの回転が安定する。その結果、組電池１を適切な能力で冷却することができる。

《第２実施形態》
図１４は第２実施形態に係る組電池１の冷却装置の一例を示すブロック図である。図１５は第２実施形態に係る一つの電池モジュール群２０の構成例を示す斜視図である。

図１４及び図１５に示す本例の組電池１の冷却装置１００ａでは、電池モジュール２００毎に、各電池モジュール２００の歪（伸び率または縮み率）を検出する歪ゲージ８００を配置してある。この点が第１実施形態と異なっており、その他の部分は第１実施形態と同一である。

本例の歪ゲージ８００は、各電池モジュール２００の上下方向（積層方向）の歪を検出し、バッテリコントローラ４００ａに出力する。なお、歪ゲージ８００は、各電池モジュール２０を構成する複数の扁平型電池２０４（図５及び図６参照）の厚み方向の歪を検出するものであってもよい。

本例のバッテリコントローラ４００ａは、ＣＰＵ４０１ａ（間隔推定手段、補正手段）、メモリ４０２ａを備える。本例のＣＰＵ４０１ａは、歪ゲージ８００で検出された各電池モジュール２０の積層方向の歪量に基づき所定の処理（補正処理）を実行する。

次に、本例に係る補正処理を説明する。

《補正処理》
図１６は第２実施形態の補正処理を示すフローチャートである。

図１６に示す本例では、まずステップＳ１０にて、ＣＰＵ４０１ａは、図１１のステップＳ１〜Ｓ３を実行する。ステップＳ１０にて組電池１の冷却を開始した後、ステップＳ２０にて、歪ゲージ８００は、各電池モジュール２００の歪量を検出し、ＣＰＵ４０１ａに出力する。

次にステップＳ３０にて、ＣＰＵ４０１ａは、歪ゲージ８００で検出した各電池モジュール２００の歪量に基づいて、冷却風流路２００ａの高さＨ（図３参照）を推定する。

上述の第１実施形態でも説明したが、扁平型電池２０４（図５及び図６）において、負極板を構成する負極活物質層２５３（図６参照）の負極活物質に黒鉛系炭素材料を含有させた場合、その扁平型電池２０４の充電状態によって電極の厚みが変動しやすい（図３の点線を参照）。

図１７は電池モジュール２００表面の歪量（単位：「マイクロひずみ」）と冷却風流路２００ａの高さＨ（単位：「ｍｍ」）の関係を示す相関図である。

組電池１が放電を完了し、つまり各電池モジュール２００を構成する各扁平型電池２０４（図４及び図５参照）が所定の電圧（例えば放電終止電圧）にまで放電すると、電池モジュール２００表面の歪量がなくなる（歪ゼロ）。このとき、冷却風流路２００ａの高さＨは最大高さを示す（Ｐ３点）。この放電完了の組電池１を充電し、組電池１のＳＯＣが増加するにつれて、各電池モジュール２００表面の歪量が増加し、これに伴って冷却風流路２００ａの高さＨは低下していく（Ｐ４点）。高さＨが低下すると、これに伴って各電池モジュール２００の冷却効率が低下する。

図１６に戻り、次にステップＳ４０にて、ＣＰＵ４０１ａは、図１１のステップＳ７及びＳ８を実行する。

以上説明したように、本例の組電池１の冷却装置１００ａによれば、各電池モジュール２００の歪量に基づいて推定した冷却風流路２００ａの高さＨに基づき冷却ファン装置４のファン風量を補正し、補正後のファン風量に対応する目標デューティ比に関する信号を冷却ファン装置４のファン駆動制御部４３に送出してファンモータ４２に適切な電圧を印加し、これにより冷却ファン４１に適切な風量の冷却風を発生させる。その結果、第１実施形態における場合と同様に、適切な冷却能力で組電池１を冷却することができる。

《第３実施形態》
上述した第１実施形態と第２実施形態はいずれも、要するに、冷却ファン装置４のファン風量（または風速）を補正することによって、適切な冷却能力で組電池１を冷却するようにしている。

しかしながら、上述した補正の対象は、冷却ファン装置４のファン風量（または風速）に代え、あるいはこれとともに、冷却ファン装置４が取り込む冷却風の温度、あるいは冷却ファン装置４から供給される冷却風の温度であってもよい。

例えば、温度の異なる２種類の冷却風を、同一の風量（または風速）で、組電池１へ供給する場合を考えてみると、温度の高い冷却風（以下「高温風」という。）と比較して温度の低い冷却風（以下「低温風」という。）の方が冷却能力が勝っている。従って、ある冷却能力が求められている場合、低温風の方が風量を少なくすることができる。すなわち、本発明では、組電池１のＳＯＣ（第１実施形態）または各電池モジュール２００の歪量（第２実施形態）に基づいて推定した冷却風流路２００ａの高さＨに基づき、冷却ファン装置４が取り込む冷却風の温度を補正する態様も含む。

こうした態様を実現するには、例えば、冷却ファン４１の下流側（図９の左側）に、エバポレータ（蒸発器）などの冷却器（図示省略）と、冷却ファン４１が取り込む冷却風の温度を検出する温度センサ（図示省略）と、バッテリコントローラ４００，４００ａからの出力に基づき前記冷却器の冷却性能を補正する制御部（図示省略）とを備えるようにすればよい。

この実施形態によっても、上述した第１実施形態及び第２実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

図１は第１実施形態に係る組電池の一例を示す斜視図である。 図２は図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う側面図である。 図３は図２のＩＩＩ方向から見たイメージ図である。 図４は図１の組電池の電池モジュールを示す斜視図である。 図５は図４の電池モジュールの分解斜視図である。 図６は図５の電池モジュールに収納される扁平型電池の一例を示す断面図である。 図７は図１のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿う正面図である。 図８は図７に対応する他の実施形態の正面図である。 図９は第１実施形態に係る組電池の冷却装置の一例を示すブロック図である。 図１０は第１実施形態に係る組電池の冷却装置の搭載例を示す図である。 図１１は第１実施形態に係る補正処理を示すフローチャートである。 図１２は組電池のＳＯＣと冷却風流路の高さの関係を示す相関図である。 図１３は圧力損失ΔＰとファン風速ｘの相関図である。 図１４は第２実施形態に係る組電池の冷却装置の一例を示すブロック図である。 図１５は第２実施形態に係る一つの電池モジュール群の構成例を示す斜視図である。 図１６は第２実施形態の補正処理を示すフローチャートである。 図１７は電池モジュール表面の歪量と冷却風流路の高さの関係を示す相関図である。

符号の説明

１…組電池
２０…電池モジュール群
２００…電池モジュール
２００ａ…冷却風流路
２０４…扁平型電池
２５０…電池要素
２５２…集電体
２５３…負極活物質層（負極板）
５０…スペーサ
１００，１００ａ…冷却装置（組電池の冷却装置）
４…冷却ファン装置（冷却手段）
４１…冷却ファン
４２…ファンモータ
４３…ファン駆動制御部
４４…電源
４００，４００ａ…バッテリコントローラ
４０１，４０１ａ…ＣＰＵ（間隔推定手段、補正手段）
４０２，４０２ａ…メモリ
５００…電圧センサ
６００…温度センサ
８００…歪ゲージ

Claims (3)

1. 扁平面が対向するように複数の扁平型電池を収容した電池モジュールを、前記扁平面が対向するとともに前記電池モジュール間に冷却風流路が形成されるように複数配列した組電池を冷却する装置であって、
   前記組電池に冷却風を供給する冷却手段と、
   前記冷却風流路の間隔を推定する間隔推定手段と、
   前記間隔推定手段により推定された前記間隔に基づいて、前記冷却手段による冷却能力を補正する補正手段とを、有する組電池の冷却装置。
2. 請求項１記載の組電池の冷却装置であって、
   前記間隔推定手段は、前記組電池の充電容量に基づいて、前記間隔を推定することを特徴とする組電池の冷却装置。
3. 請求項１記載の組電池の冷却装置であって、
   前記間隔推定手段は、前記電池モジュールの積層方向の変形量及び前記扁平型電池の厚み方向の変形量の少なくとも何れかに基づいて、前記間隔を推定することを特徴とする組電池の冷却装置。

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