液冷型二次電池の冷却システム
【課題】大型の二次電池であっても、効率よく冷却する。
【解決手段】循環する冷却用液体によって冷却される液冷型二次電池２と、前記冷却用液体を、液体通路３を通じて、液冷型二次電池２と外部との間で循環させる電動ポンプ４と、液冷型二次電池２の外部に設けられる液体通路３の途中に設けられ前記冷却用液体が含む熱を放散させるラジエーター５とを備える。二次電池２は、複数の電池ユニット７を組み合わせてなり、電池ユニット７の間に冷却板８が設けられたもので、電池内部に発生した熱を外部に排出するようになっている。
【解決手段】循環する冷却用液体によって冷却される液冷型二次電池２と、前記冷却用液体を、液体通路３を通じて、液冷型二次電池２と外部との間で循環させる電動ポンプ４と、液冷型二次電池２の外部に設けられる液体通路３の途中に設けられ前記冷却用液体が含む熱を放散させるラジエーター５とを備える。二次電池２は、複数の電池ユニット７を組み合わせてなり、電池ユニット７の間に冷却板８が設けられたもので、電池内部に発生した熱を外部に排出するようになっている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液冷型二次電池の冷却システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電池は、容量（サイズ）が小さい場合には、充電時および放電時における電池の発熱については自然冷却（単なる放射あるいは自然対流）だけでも問題が少ない。
【０００３】
しかし、電池の容量が大きい場合（例えば電池自体の容量が大容量である大型の単電池、または複数の電池ユニットを組み合わせてなり電池全体で大容量となる場合）、電池容量に比例する電池体積と比較して、電池の表面積は、２／３乗しか増大しないため、電池の容量が大きい場合には、電池の充電時と放電時に発生する熱の放散が悪くなり、そのままでは電池の温度が高くなり、電池が使用可能温度を超える可能性がある。そのため、発生した熱の強制冷却が必要となる。
【０００４】
そこで、電池を冷却空気によって強制的に冷却しながら、電池寿命が短くなるを有効に防止したものが知られている（例えば、特許文献１，２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１２４８６号公報
【特許文献１】国際公開第２００８／０９９６０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
電池から開放空間への熱の放散が可能な場合は、空冷式の場合でも効率が高いが、電池が外部に対して閉じている空間で使用される場合や、前述した複数の電池ユニットが更に多く組み合わされて密閉空間内に収納されている場合は、外部に対して電池の充放電時に発生する熱が逃げにくく、冷却風により冷却する空冷方式では冷却効率が悪い。
【０００７】
つまり、外部に対して閉じている閉鎖空間かそれに近い空間で、充放電時に発熱する、容量が大きい大型電池を連続使用する場合は、電池の温度と電池周囲の空間の温度が高くなる。電池は使用可能温度の上限値が限られているため、電池の温度が高くなると、空冷装置によって冷却しても、電池の温度と電池周囲の空間の温度の温度差がなくなり、やがて熱的に飽和してしまう。そのようになると電池の温度は使用可能温度を超えるので、それ以上は電池を使用することが出来ない状態となる。またこの温度上昇が使用可能温度内であっても冷却が充分でないと、電池の温度が上昇して電池の内部抵抗が大きくなり、この結果エネルギー損失が大となる。
【０００８】
特に、ある程度以上の規模で使用され電池の容量が大きくなる大型の電池であって、例えば地下空間で前記電池を利用する場合や、艦船等の船内で前記電池を利用する場合には、閉鎖空間で使用される状態に近いため、空冷により電池を冷却しようとすれば、冷却効果を高めるために、前記大型の電池に対しそれを冷却する大型のブロワーを設けるとともに外部に対して通風路の断面積が大きい煙突やダクトを設ける必要が生ずるが、そのような閉鎖空間ではスペース上の制約を受けるので、大型のブロワーとともに外部に対して通風路の断面積が大きい煙突やダクトを設けることが困難である。
【０００９】
また、前述したような地下空間などの閉じている空間ではなく、地上であっても、発電所や変電所等において、さらに大規模の電池を使用し電池の容量が大きくなる場合には、前述したように電池容量に比例する電池体積と比較して電池の表面積は、２／３乗しか増大しないため、電池体積に対して電池表面積が実質的に冷却に十分な大きさにならず、上述したような密閉空間における空冷に近い状態となる。
【００１０】
また、電池自体は、使用時において、ほとんど騒音が発生しないものであるが、電池冷却のために電池の近くに大型のブロワーを設置し、屋外へ廃熱を流すため通風路の断面積が大きい煙突やダクトを設けた場合には、その煙突やダクトの部分を通してそのブロワーの騒音が伝播する原因となる。
【００１１】
また、そのような大規模の電池から離れた屋外に大型の空冷用ブロワーを設置し、ダクトを通じて冷却風を供給するようにした場合は、騒音の発生源が屋外に移動するだけとなり、やはり騒音の課題は解決しない。
【００１２】
そこで、発明者は、二次電池を直接に冷却用液体により冷却する液冷型とすることにより冷却効率を高め、さらに電池外部でラジエーターにより、前記二次電池を冷却する冷却用液体を冷却することで、開放空間で使用する電池でも密閉空間で使用する電池でも、いずれの場合も変わりなく効率よく冷却できることに着想し、本発明の対象である液冷型二次電池の冷却システムを開発したものである。特に、ポンプを使用して前記冷却用液体を、冷却対象である二次電池とラジエーターとの間で強制循環させることで、二次電池とラジエーターとの間にある程度の距離がある場合であっても、二次電池の冷却を効率よく図れるようにしたものでもある。
【００１３】
ところで、前述したように、大型の二次電池の冷却板（ヒートシンク）を冷却する冷却用液体をラジエーターを用いて冷却するのではなく、ヒートパイプ方式やヒートポンプ方式の冷却装置の冷媒を用いて冷却板を冷却することとし、そのための冷媒として、水、二酸化炭素、アンモニア、炭化水素（ブタン等）を使用することが考えられるが、いずれの場合も次の問題がある。
【００１４】
(i)水を冷媒する方式は、水が導体であるため、絶縁上の問題がある。純水を利用すれば絶縁は確保できるが、高価な純水装置を必要とする。
【００１５】
(ii)二酸化炭素を冷媒とする方式は、高圧圧縮による液化と圧力開放による気化が必要なサイクルであるため、電池ユニットの間の冷却板に導入することは困難である。
【００１６】
(iii)アンモニア、炭化水素（ブタン等）によるノンフロン冷媒を使用したヒートポンプ方式およびヒートパイプ方式の冷却装置の場合は、それら冷媒は、冷媒として比較的効率がよく、絶縁性もよいが、燃料としても使用される可燃性物質であるため、電流が流れる電池の冷媒として使用することは安全上の問題から困難である。
【００１７】
この発明は、大型の二次電池を、開放空間で使用する場合であっても密閉空間内で使用する場合であっても、効率よく冷却することができる液冷型二次電池の冷却システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
請求項１の発明は、複数の電池ユニットを組み合わせてなり、前記電池ユニットの間に導電性の冷却部材（ヒートシンク）が設けられて直列に接続されたものである液冷型二次電池と、前記冷却用液体が保有する熱を放散させるラジエーターと、前記液冷型二次電池とラジエーターとの間にあって、前記液冷型二次電池と電気的に絶縁された、冷却用液体の液体通路と、前記液体通路において前記冷却用液体を循環させるポンプとを備え、前記冷却部材は、前記液体通路に連通され前記冷却用液体が流れる通路を有することを特徴とする。なお、前記冷却用液体が流れる通路の断面形状は、前記冷却用液体が流れる形状であればよく、円形状であっても矩形状であってもよい。
【００１９】
この場合には、請求項２に記載のように、前記液体通路を構成する部材および前記冷却用液体は、絶縁物である。
【００２０】
このようにすれば、二次電池を液冷型とすることにより冷却効率が高められ、さらに電池外部でラジエーターにより、前記二次電池を冷却する冷却用液体を適度に冷却することで、開放空間で使用する場合でも、閉鎖空間や密閉空間で使用する場合でも、いずれの場合も変わりなく効率よく冷却される。
【００２１】
また、ポンプを使用して前記冷却用液体を、冷却対象である二次電池と、ラジエーターとの間で強制的に循環させるようにすることで、二次電池とラジエーターとの間にある程度の距離がある場合であっても、ラジエーターを利用した二次電池を効率よく冷却することができる。
【００２２】
同時に空冷式による電池冷却方法と異なり、熱媒体として、冷却用液体は空気よりはるかに熱容量が大きいため、空冷式の場合は前述した通風路の断面積が大きい煙突やダクトが必要で気流の速度も高くとる必要があるが、液冷式の場合は液体の通路（パイプ）の断面積も小さくてよく、流速も比較的低速で良い。
【００２３】
請求項３に記載のように、前記液冷型二次電池は、電池ユニットである密閉型ニッケル水素電池ユニットを複数基積層してなる積層型密閉型ニッケル水素電池であって、隣り合う２基の前記密閉型ニッケル水素電池ユニット間に前記冷却部材が設けられている構成とすることができる。
【００２４】
このようにすれば、二次電池が複数の電池ユニットを組み合わせてなる場合に、電池ユニット間の冷却部材に形成した通路を、前記冷却用液体が流れるようにしているので、電池ユニットを組み合わせてなる構造の電池であっても、効率よく各電池ユニットが冷却される。
【００２５】
請求項４に記載のように、前記冷却部材は、箱体の内部に複数の仕切板が平行に設けられて、前記仕切板の間に、前記冷却用液体が流れる前記通路がそれぞれ形成されている構成とすることができる。
【００２６】
このようにすれば、押し出し形材などを用いて、冷却用液体が流れる通路を有する冷却部材を簡単に形成することができる。
【００２７】
ところで、一般に、電池反応がスムーズに進行するには、電池構成材料は一定の温度範囲（約１０℃〜５０℃）にあることが好ましい。特に、電池ユニットを組み合わせて密閉空間内に収納する密閉構造の大型電池においては、電池反応により発生した熱が密閉空間内部にこもりやすく、電池の劣化が促進される傾向にあるので、適切な冷却手段で冷却することが求められる。一方、過度に冷却すると、電池反応の進行が抑えられる。そこで、劣化が促進されることなく、電池反応をスムーズに実行するためには、前記一定の温度範囲となるように冷却制御することが必要である。
【００２８】
そこで、請求項５に記載のように、前記二次電池の電池温度を検出する電池温度検出手段と、前記電池温度検出手段よりの信号を受け、前記電池温度に応じて前記冷却用液体の流量を調節する冷却制御手段とを備えることが望ましい。
【００２９】
このようにすれば、電池温度に応じて前記冷却用液体の流量を調節するので、冷却用液体の温度が、二次電池の冷却に適する温度となるように制御される。
【００３０】
請求項６に記載のように、前記液冷型二次電池は、船舶に搭載されているものであり、前記ラジエーターは、前記船舶に、海水に対し放熱可能なるように設けられている構成とすることもできる。
【００３１】
このようにすれば、液冷型二次電池が船舶に搭載されている場合に、海水を利用して、ラジエーターの放熱を効率よく行うことができる。
【００３２】
また、請求項７に記載のように、前記液冷型二次電池は、発電所または変電所に対して設けられているものであり、前記ラジエーターは、前記発電所または変電所付近の海水または淡水内に設置されている構成とすることもできる。
【００３３】
このようにすれば、ラジエーターは、海水または淡水内に設置されているので、海水または淡水を利用して、効率よく冷却することができる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明は、二次電池を液冷型とするとともにラジエーターを用いることにより、低騒音で、冷却効率を高めることができ、前記二次電池を冷却する冷却用液体を適度に冷却することで、開放空間で使用する電池でも閉鎖空間や密閉空間で使用する電池でも、いずれの場合も変わりなく効率よく冷却することができる。
【００３５】
このように、冷却効率が非常に高いので、大型の二次電池の排熱に有効であり、大型の二次電池であっても、発生熱の問題を回避できる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る液冷型二次電池の冷却システムの実施の形態の概略構成を示す図である。
【図２】前記システムに用いる二次電池の構造を示す図である。
【図３】前記二次電池についての冷却作用を示す説明図である。
【図４】前記二次電池の冷却板の説明図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ別の冷却板の説明図である。
【図６】前記システムを船舶に適用した実施の形態を示す図である。
【図７】前記システムを船舶に適用した他の実施の形態を示す図である。
【図８】前記システムを発電所に適用した実施の形態を示す図である。
【図９】前記液冷型二次電池の冷却システムの他の実施の形態の概略構成を示す図１と同様な図である。
【図１０】図９に示す実施の形態の適用例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、本発明の実施の形態を図面に沿って説明する。
【００３８】
図１に示すように、本発明に係る液冷型二次電池の冷却システム１は、循環する冷却用液体によって冷却される液冷型二次電池２と、前記冷却用液体を、液体通路３を通じて、液冷型二次電池２と外部との間で循環させる電動ポンプ４と、液冷型二次電池２の外部に設けられる液体通路３の途中に設けられ前記冷却用液体が含む熱を放散させるラジエーター５とを備える。
【００３９】
前記冷却用液体としては、耐熱絶縁性の電気絶縁油、例えば、鉱油（１種）、アルキルベンゼン（２種）、ポリブテン（３種）、アルキルナフタレン（４種）、アルキルジフェニルアルカン（５種）、シリコン油（６種）、鉱油アルキルベンゼン（７種）などが用いられるが、この実施の形態では低粘度のシリコン油が用いられる。二次電池２とラジエーター５との間の液体通路３としては、耐熱性かつ絶縁性を有するチューブ（例えばシリコンチューブ）が用いられ、耐圧構造とされる。ここで、耐熱性といっても、電池自体が６０℃以上となること自体が、電池として実質的に使用することが困難となるので、連続１００℃程度までの耐熱性があればよい。
【００４０】
ラジエーター５は、熱伝導性に優れる箱体６内に箱体６の側面に放熱フィン５ａが密着するように収納された状態で、設置場所の周囲にある水Ｗ（海水または淡水）中に設けることで、前記設置場所の周囲にある水（海水または淡水）に、ラジエーター５によって前記冷却用液体が含む熱を放散させ、冷却用液体を冷却するようになっている。なお、ラジエーター５は、箱体６内に収納する必要はなく、そのまま前記海水中または淡水中に放熱可能なるように設けることも可能である。
【００４１】
二次電池２は、複数の電池ユニット７を組み合わせてなり、電池ユニット７の間に導電性の冷却板８（冷却部材）が設けられたもので、電池内部に発生した熱を外部に排出するようになっている。
【００４２】
このように二次電池２が、複数の電池ユニット７を組み合わせて積層した構造で、大型化すると、表面積も大きくなり、表面を冷却するだけでは電池内部の冷却が不充分になるので、各電池ユニット７の間に冷却用液体を流して各電池ユニット７を冷却するために冷却板８を設け、電池内部も効果的に冷却するようにしているのである。
【００４３】
この二次電池２は、大容量ニッケル水素電池で、例えば図３および図４に示すように、電池ユニット７を積層したもので、各電池ユニット７は、対向して設けられた正極集電体７１と負極集電体７２の間に、アルカリ電解液中で腐食など変質せず、イオンは透過するが電子を透過させない蛇腹状のセパレータ７３が交互に両集電体に近接するように配置され、蛇腹状のセパレータ７３と正極集電体７１とで形成される区画される空間に電解質溶液７４とともに正極活物質を含有する正極シート７５を配置し、蛇腹状のセパレータ７３と負極集電体７２とで形成される区画される空間に電解質溶液７４とともに負極活物質を含有する負極シート７６を配置し、正極シート７５と負極シート７６がセパレータ７３を挟んで交互に組み込まれている。また、正極シート７５は正極集電体７１に接し、負極シート７６は負極集電体７２に接している。そして、隣り合う２基の電池ユニットの間には、一方の電池ユニットの正極集電体７１ともう一方の電池ユニットの負極集電体７２に接するように冷却板８（冷却部材）が挿入されている。この冷却板８の通路８Ｃ（冷却用液体が流通する通路）は断面円形状で正極シート７５と負極シート７６の上下方向に一致している。
【００４４】
冷却板８は、アルミニウムを素材としてニッケルメッキを施したもので、図５に示すように、上下方向に貫通する通路８Ｃが多数設けられている。この冷却板８を正極シート７５と負極シート７６との間に挿入して、冷却用液体が通路８Ｃを流通するようにしている。この冷却板８は正極シート７５と負極シート７６とに接して両シート７５，７６を接続するための部材であり、電気伝導性があればよい。その点でアルミニウムは電気抵抗が比較的低く、熱伝導率が比較的大きいので、本発明の冷却板として好ましい特性を有しているが、酸化しやすいという欠点を有している。そこで、アルミニウム板にニッケルメッキを施したものは、ニッケルメッキを施すことにより接触抵抗を低下させることができるので、この発明の冷却板としてさらに好ましい。
【００４５】
各電池ユニットの電流を通すとともに熱伝導性のよい金属で構成された正極集電体７１と負極集電体７２が、それぞれ正極シート７５及び負極シート７６と直接接触し、その上、各集電体が電気的に正極集電体７１と負極集電体７２をつなぐ役割を果たす冷却板８と接触しているため、上から下に向かって冷却板８の通路８Ｃを流通する冷却用液体に対して、電池反応の結果発生した熱は図３の矢符で示す方向に沿って効率的に伝達されて外部に放出されるので、二次電池（電池ユニットの積層体）の温度を電池反応をスムーズに実行することができる適正な範囲に維持することができる。７７は統括正極集電体、７８は統括負極集電体、７９，８０は絶縁板である。
【００４６】
正極シート７５は、例えば、正極活物質と導電性フィラーと樹脂に溶剤を加えてぺ一スト状にしたものを基板上に塗布して板状に成形し、硬化させたものであり、負極シート７６は、例えば、負極活物質と導電性フィラーと樹脂に溶剤を加えてぺースト状にしたものを基板上に塗布して板状に成形し、硬化させたものである。正極活物質および負極活物質としては、すべての公知の活物質材料を用いることができる。導電性フィラーとしては、炭素繊維、炭素繊維にニッケルメッキしたもの、炭素粒子、炭素粒子にニッケルメッキしたもの、有機繊維にニッケルメッキしたもの、繊維状ニッケル、ニッケル粒子、ニッケル箔を単独または組み合わせて用いることができる。樹脂としては、軟化温度１２０℃までの熱可塑性樹脂、硬化温度が常温から１２０℃までの樹脂、蒸発温度１２０℃以下の溶剤に溶解する樹脂、水に可溶な溶剤に溶解する樹脂、アルコールに可溶な溶剤に溶解する樹脂などを用いることができる。基板としては、ニッケル板などの電気伝導性のある金属板を用いることができる。セパレータ７３としては、例えば、四フッ化エチレン樹脂、ポリエチレン、ナイロン、ポリプロピレンなどの織物や不織布又はメンブレンフィルターなどを使用することができる。
【００４７】
なお、電池ユニット７の大きさは、例えば、大型のもので３０ｍｍ×２００ｍｍ×２６０ｍｍ（３６Ｖ仕様，２４Ｖ仕様）、小型のもので３０ｍｍ×１００ｍｍ×１６０ｍｍ（３６Ｖ仕様、２４Ｖ仕様、１２Ｖ仕様）である。電池容量は、大型のもので１５０〜２２０Ａｈ、小型のもので５０Ａｈである。大型の電池ユニットであっても小型の電池ユニットであっても、１ユニットあたりの端子電圧は１．２Ｖである。
前記電池ユニットを、冷却板を介して直列につなぐことで、所望の電圧が得られる（所望の電圧＝１．２Ｖ×直列ユニット個数）。
【００４８】
前記冷却板は、冷却板内部に前述した断面円形状の通路８Ｃを形成した板状のもののほか、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように構成することも可能である。すなわち、冷却板１８は、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、矩形筒状の箱体１８Ａの内部に複数の仕切板１８Ｂが平行に設けられて、押し出し形材で水平断面ハモニカ形状に形成されている。そして、仕切板１８Ｂの間に、前記冷却用液体が流れる前記複数の通路１８Ｃがそれぞれ形成されている。箱体１８Ａの上下に、筒状の導入口部１８Ｄａおよび導出口部１８Ｅａを有する板状の蓋体１８Ｄ，１８Ｅがロー付けで接合され、仕切板１８Ｂの上下端部と蓋体１８Ｄ，１８Ｅとの間に、複数の通路１８Ｃに連通する空間部１８Ｆ，１８Ｇが形成される。この複数の通路１８Ｃを冷却用液体が流れることで、冷却用液体によって二次電池２（複数の電池ユニット７）が冷却される。
【００４９】
二次電池２には、二次電池２の温度が一定の温度範囲になるように冷却制御するために、二次電池２の電池温度を検出する電池温度検出センサ１１（電池温度検出手段）と、（ラジエーター５が設けられている）前記海水または淡水中にはラジエーター５付近の水温度を検出する水温度検出センサ１２（水温度検出手段）とが設けられ、マイクロコンピュータからなる冷却制御装置１３（冷却制御手段）が、両検出センサ１１，１２からの信号を受け、前記電池温度及び水温度に応じて電動ポンプ４の回転数を制御するようになっている。これにより、液体通路３を流れる冷却用液体の流量が制御され、二次電池２の温度制御がなされる。なお、システムの簡素化のために、冷却制御装置１３（冷却制御手段）が、電池温度検出センサ１１からの信号だけを受け、前記電池温度に応じて電動ポンプ４の回転数を制御するようにすることも可能である。
【００５０】
続いて、前記システムを船舶に搭載する場合と、発電所(あるいは変電所）に設置する場合について説明する。
（船舶に搭載する場合）
図６に示すように、ディーゼルエンジン２１（または蒸気タービン、ガスタービン）で発電機２２を駆動して発電し、ＶＶＶＦインバータ装置２３を介して電動モータ２４でスクリュー２５を回転推進する船舶２６Ａ（例えば、客船）であって、発電量の平準化のため大型の二次電池２７を船内に保有するハイブリッド電動船舶に適用することができる。
【００５１】
この船舶２６Ａでは、港湾停泊時では、二次電池２７でもって船内の使用電力を供給するようにしているので、この場合の二次電池２７の冷却システムとして、ラジエーター２８を利用した本発明を適用することができる。
【００５２】
また、現在、船舶においては、港湾内に停泊中で、電動モータによるプロペラの推進力に使用しない場合であっても、港湾内での電力使用のため、船内のディーゼル発電機によって電力供給が行われている例が多いが、大都市近傍にあることの多い港湾設備近辺のＮＯｘや浮遊微粒子等の発生の主要な原因の一つとなるとして、大気汚染対策のため、船内のディーゼル発電機によって電力供給を止めて、一般の電力供給システムからの給電によるシステムが求められてきている。
【００５３】
そこで、船舶２６Ｂ内に港湾停泊時にのみ使用する電力供給用として、二次電池を使用し、その冷却システムとしてラジエーターを利用した本発明を適用することができる。この場合は、図７に示すように、外洋航海時に、発電用エンジン３１によって駆動される発電機３２によって二次電池３３に充電し、港湾内では、二次電池３３をラジエーター３４を利用して冷却しながら、電池３３から給電することができる。３５は岸壁である。
【００５４】
このような船舶内の二次電池２７，３３は、海水を利用して冷却することができる。たとえば、ラジエーターを海水に近い舷側に密着させる。この方法が冷却にとって最も効率的である。一方、反対に海水温度が低い場合は、二次電池の温度が下がりすぎるため、その場合はラジエーターと二次電池（冷却板）との間で冷却用液体を移動させないようにして過冷却を防止する必要があるため、二次電池とラジエーターの間をつなぐ液体通路の途中に設けられ液体を循環させる電動ポンプを停止すればよい。
【００５５】
よって、電池温度が、二次電池とラジエーターの使用条件以下の温度であった場合は、電動ポンプを停止させ、その後、温度が高くなれば、電動ポンプを駆動して回転数を制御すれば、二次電池の温度が最適化される。
（発電所(あるいは変電所）に設置する場合）
発電所（あるいは変電所）の電力発電量／電力供給量の変動対策または、発電効率を高めるため、海岸または河川に隣接する発電所に付属する大型の二次電池を設置することができる。とくに、自然エネルギーを利用した発電所の場合には、発電量の変動と電力の必要時間に大きなズレがあるため、大型の二次電池を併設する必要があるからである。
【００５６】
例えば火力発電所の場合は、熱効率＝エネルギー効率がベストな状態は狭い範囲であるため、図８に示すように、発電所４１に対し大型の二次電池４２を併設して、変動対策とすることは、省エネ効果が高く、大気汚染の低減にも重要な技術となる。
【００５７】
この場合も、前述した船舶の場合と同様に、海水または河川の水中にラジエーター４３そのものを設置するか、ラジエーターを箱体に収納して設置し、二次電池を冷却する冷却用液体をラジエーターによって冷却する。なお、これらの場合は定置式であり、海水や河川の温度を上昇させる要因となるため、環境面の管理が必要であることはもちろんである。
【００５８】
また、変電所であっても、変電所機能の緊急時のバックアップとしても、また供給電力量の変動対応のために、発電所の場合と同様に、大型の二次電池を併設して、変動対策とすることは、省エネ効果が高く、大気汚染の低減にも重要な技術となる。
【００５９】
また、前述した実施の形態のように、河川や海に隣接していない発電所又は変電所（水中冷却ができない場合）や住宅地に設置する場合には、次のように実施することができる。また、住宅地などに設置される充電スタンド（変電所の一種）における電気自動車用急速充電装置において、一旦二次電池に充電しておき、その二次電池を急速放電して電気自動車に搭載される二次電池に充電するような場合にも、その充電装置側の二次電池の冷却システムに適用することができる。
【００６０】
図９に示すように、室外に設置するラジエーター５を、大面積とするとともに、風量は大きいが風速が低速度の低騒音の強制冷却ファン４１を用いる。
【００６１】
ラジエーター５に対し、冷却ファン４１に加えて、細かい水滴を吹き付ける噴霧吹付方式の水冷装置４２を併設することで、二次電池２の一時的な温度上昇や、夏季等において外気温が高くなったとき、水の気化熱を利用して、一時的に高効率なラジエーター５とすることが可能となる。
【００６２】
このシステムにおいては、前述した冷却制御装置１３のほか、ラジエーター５付近の空気温度を検出する空気温度センサ４３（空気温度検出手段)を設け、電池温度検出センサ１１及び空気温度センサ４３よりの信号を受け、強制空冷ファン４１の回転数、水冷装置４２の噴霧量（あるいは散水量）を制御する冷却制御装置４４（冷却制御手段）を備える。なお、システムの簡素化のために、冷却制御装置４４が、電池温度検出センサ１１からの信号だけを受け、前記電池温度に応じて電動ポンプ４の回転数を制御するようにすることも可能である。
【００６３】
具体的には、図１０に示すように、二次電池２は、充電制御装置５１を介して系統電力により充電され、電池温度、強制冷却ファン４１の回転数、水冷装置４２の噴霧量を制御して、二次電池２の温度を一定の温度範囲に維持して、二次電池による電力供給が行われる。
【００６４】
なお、外部気温が低い場合、降雨の場合、極端な場合降雪や室外ラジエーターが凍結した場合は、二次電池２の温度が下がりすぎ、電池としての効率が下がるため、前述した場合と同様に、ラジエーター５と二次電池２との間で冷却用液体を移動させない。つまり、液冷型二次電池２とラジエーター５の間をつなぐ液体通路３に設けた電動ポンプ４を、電池温度が二次電池とラジエーター５の使用条件以下の温度であった場合は停止し、その後、二次電池とラジエーターとの温度が高くなると電動ポンプを駆動し、温度が高くなるに連れて電動ポンプの回転数を増やし、流量を増加させる制御を行い、二次電池の温度を最適化する。
【００６５】
このようにすれば、外部に設置されるラジエーター５の表面積を極端に大きく取ることで、自然通風でかなりの熱放散の効果を図れるとともに、大面積であるため強制空冷のファン４１による、風速を通常よりかなり遅くすること（例えば、５ｍ／ｓ以下）が可能となり、住宅地等の低騒音が求められる環境でも、大型二次電池利用の電力供給システムを実現することができる。
【００６６】
そのファン４１のような空冷手段に加えて、冷却用噴霧（細かい水滴）を吹き付ける水冷装置４２のような水冷手段を併設することで、二次電池２の一時的な温度上昇や、夏季等において外気温が高くなったときに、水冷装置４２を作動させることで、一時的にラジエーター５により熱放散をアシストして、高効率な冷却システムを実現することができる。
【００６７】
この発明は、前述した実施の形態に制限されるものではなく、次のように変更して実施することもできる。
(i)二次電池は、前述した大容量ニッケル水素電池に制限されず、大容量の二次電池であれば全てのタイプで採用可能である。
(ii)前述した海上を航行する船舶のほか、海中で作業を行う水中作業船、水中調査船などの他の船舶についても適用することができる。
【符号の説明】
【００６８】
１ 二次電池の冷却システム
２ 二次電池
３ 液体通路
５ ラジエーター
６ 箱体
７ 電池ユニット
８，１８ 冷却板(冷却部材）
１１ 電池温度検出センサ（電池温度検出手段）
１３，４４ 冷却制御装置（冷却制御手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液冷型二次電池の冷却システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電池は、容量（サイズ）が小さい場合には、充電時および放電時における電池の発熱については自然冷却（単なる放射あるいは自然対流）だけでも問題が少ない。
【０００３】
しかし、電池の容量が大きい場合（例えば電池自体の容量が大容量である大型の単電池、または複数の電池ユニットを組み合わせてなり電池全体で大容量となる場合）、電池容量に比例する電池体積と比較して、電池の表面積は、２／３乗しか増大しないため、電池の容量が大きい場合には、電池の充電時と放電時に発生する熱の放散が悪くなり、そのままでは電池の温度が高くなり、電池が使用可能温度を超える可能性がある。そのため、発生した熱の強制冷却が必要となる。
【０００４】
そこで、電池を冷却空気によって強制的に冷却しながら、電池寿命が短くなるを有効に防止したものが知られている（例えば、特許文献１，２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１２４８６号公報
【特許文献１】国際公開第２００８／０９９６０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
電池から開放空間への熱の放散が可能な場合は、空冷式の場合でも効率が高いが、電池が外部に対して閉じている空間で使用される場合や、前述した複数の電池ユニットが更に多く組み合わされて密閉空間内に収納されている場合は、外部に対して電池の充放電時に発生する熱が逃げにくく、冷却風により冷却する空冷方式では冷却効率が悪い。
【０００７】
つまり、外部に対して閉じている閉鎖空間かそれに近い空間で、充放電時に発熱する、容量が大きい大型電池を連続使用する場合は、電池の温度と電池周囲の空間の温度が高くなる。電池は使用可能温度の上限値が限られているため、電池の温度が高くなると、空冷装置によって冷却しても、電池の温度と電池周囲の空間の温度の温度差がなくなり、やがて熱的に飽和してしまう。そのようになると電池の温度は使用可能温度を超えるので、それ以上は電池を使用することが出来ない状態となる。またこの温度上昇が使用可能温度内であっても冷却が充分でないと、電池の温度が上昇して電池の内部抵抗が大きくなり、この結果エネルギー損失が大となる。
【０００８】
特に、ある程度以上の規模で使用され電池の容量が大きくなる大型の電池であって、例えば地下空間で前記電池を利用する場合や、艦船等の船内で前記電池を利用する場合には、閉鎖空間で使用される状態に近いため、空冷により電池を冷却しようとすれば、冷却効果を高めるために、前記大型の電池に対しそれを冷却する大型のブロワーを設けるとともに外部に対して通風路の断面積が大きい煙突やダクトを設ける必要が生ずるが、そのような閉鎖空間ではスペース上の制約を受けるので、大型のブロワーとともに外部に対して通風路の断面積が大きい煙突やダクトを設けることが困難である。
【０００９】
また、前述したような地下空間などの閉じている空間ではなく、地上であっても、発電所や変電所等において、さらに大規模の電池を使用し電池の容量が大きくなる場合には、前述したように電池容量に比例する電池体積と比較して電池の表面積は、２／３乗しか増大しないため、電池体積に対して電池表面積が実質的に冷却に十分な大きさにならず、上述したような密閉空間における空冷に近い状態となる。
【００１０】
また、電池自体は、使用時において、ほとんど騒音が発生しないものであるが、電池冷却のために電池の近くに大型のブロワーを設置し、屋外へ廃熱を流すため通風路の断面積が大きい煙突やダクトを設けた場合には、その煙突やダクトの部分を通してそのブロワーの騒音が伝播する原因となる。
【００１１】
また、そのような大規模の電池から離れた屋外に大型の空冷用ブロワーを設置し、ダクトを通じて冷却風を供給するようにした場合は、騒音の発生源が屋外に移動するだけとなり、やはり騒音の課題は解決しない。
【００１２】
そこで、発明者は、二次電池を直接に冷却用液体により冷却する液冷型とすることにより冷却効率を高め、さらに電池外部でラジエーターにより、前記二次電池を冷却する冷却用液体を冷却することで、開放空間で使用する電池でも密閉空間で使用する電池でも、いずれの場合も変わりなく効率よく冷却できることに着想し、本発明の対象である液冷型二次電池の冷却システムを開発したものである。特に、ポンプを使用して前記冷却用液体を、冷却対象である二次電池とラジエーターとの間で強制循環させることで、二次電池とラジエーターとの間にある程度の距離がある場合であっても、二次電池の冷却を効率よく図れるようにしたものでもある。
【００１３】
ところで、前述したように、大型の二次電池の冷却板（ヒートシンク）を冷却する冷却用液体をラジエーターを用いて冷却するのではなく、ヒートパイプ方式やヒートポンプ方式の冷却装置の冷媒を用いて冷却板を冷却することとし、そのための冷媒として、水、二酸化炭素、アンモニア、炭化水素（ブタン等）を使用することが考えられるが、いずれの場合も次の問題がある。
【００１４】
(i)水を冷媒する方式は、水が導体であるため、絶縁上の問題がある。純水を利用すれば絶縁は確保できるが、高価な純水装置を必要とする。
【００１５】
(ii)二酸化炭素を冷媒とする方式は、高圧圧縮による液化と圧力開放による気化が必要なサイクルであるため、電池ユニットの間の冷却板に導入することは困難である。
【００１６】
(iii)アンモニア、炭化水素（ブタン等）によるノンフロン冷媒を使用したヒートポンプ方式およびヒートパイプ方式の冷却装置の場合は、それら冷媒は、冷媒として比較的効率がよく、絶縁性もよいが、燃料としても使用される可燃性物質であるため、電流が流れる電池の冷媒として使用することは安全上の問題から困難である。
【００１７】
この発明は、大型の二次電池を、開放空間で使用する場合であっても密閉空間内で使用する場合であっても、効率よく冷却することができる液冷型二次電池の冷却システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
請求項１の発明は、複数の電池ユニットを組み合わせてなり、前記電池ユニットの間に導電性の冷却部材（ヒートシンク）が設けられて直列に接続されたものである液冷型二次電池と、前記冷却用液体が保有する熱を放散させるラジエーターと、前記液冷型二次電池とラジエーターとの間にあって、前記液冷型二次電池と電気的に絶縁された、冷却用液体の液体通路と、前記液体通路において前記冷却用液体を循環させるポンプとを備え、前記冷却部材は、前記液体通路に連通され前記冷却用液体が流れる通路を有することを特徴とする。なお、前記冷却用液体が流れる通路の断面形状は、前記冷却用液体が流れる形状であればよく、円形状であっても矩形状であってもよい。
【００１９】
この場合には、請求項２に記載のように、前記液体通路を構成する部材および前記冷却用液体は、絶縁物である。
【００２０】
このようにすれば、二次電池を液冷型とすることにより冷却効率が高められ、さらに電池外部でラジエーターにより、前記二次電池を冷却する冷却用液体を適度に冷却することで、開放空間で使用する場合でも、閉鎖空間や密閉空間で使用する場合でも、いずれの場合も変わりなく効率よく冷却される。
【００２１】
また、ポンプを使用して前記冷却用液体を、冷却対象である二次電池と、ラジエーターとの間で強制的に循環させるようにすることで、二次電池とラジエーターとの間にある程度の距離がある場合であっても、ラジエーターを利用した二次電池を効率よく冷却することができる。
【００２２】
同時に空冷式による電池冷却方法と異なり、熱媒体として、冷却用液体は空気よりはるかに熱容量が大きいため、空冷式の場合は前述した通風路の断面積が大きい煙突やダクトが必要で気流の速度も高くとる必要があるが、液冷式の場合は液体の通路（パイプ）の断面積も小さくてよく、流速も比較的低速で良い。
【００２３】
請求項３に記載のように、前記液冷型二次電池は、電池ユニットである密閉型ニッケル水素電池ユニットを複数基積層してなる積層型密閉型ニッケル水素電池であって、隣り合う２基の前記密閉型ニッケル水素電池ユニット間に前記冷却部材が設けられている構成とすることができる。
【００２４】
このようにすれば、二次電池が複数の電池ユニットを組み合わせてなる場合に、電池ユニット間の冷却部材に形成した通路を、前記冷却用液体が流れるようにしているので、電池ユニットを組み合わせてなる構造の電池であっても、効率よく各電池ユニットが冷却される。
【００２５】
請求項４に記載のように、前記冷却部材は、箱体の内部に複数の仕切板が平行に設けられて、前記仕切板の間に、前記冷却用液体が流れる前記通路がそれぞれ形成されている構成とすることができる。
【００２６】
このようにすれば、押し出し形材などを用いて、冷却用液体が流れる通路を有する冷却部材を簡単に形成することができる。
【００２７】
ところで、一般に、電池反応がスムーズに進行するには、電池構成材料は一定の温度範囲（約１０℃〜５０℃）にあることが好ましい。特に、電池ユニットを組み合わせて密閉空間内に収納する密閉構造の大型電池においては、電池反応により発生した熱が密閉空間内部にこもりやすく、電池の劣化が促進される傾向にあるので、適切な冷却手段で冷却することが求められる。一方、過度に冷却すると、電池反応の進行が抑えられる。そこで、劣化が促進されることなく、電池反応をスムーズに実行するためには、前記一定の温度範囲となるように冷却制御することが必要である。
【００２８】
そこで、請求項５に記載のように、前記二次電池の電池温度を検出する電池温度検出手段と、前記電池温度検出手段よりの信号を受け、前記電池温度に応じて前記冷却用液体の流量を調節する冷却制御手段とを備えることが望ましい。
【００２９】
このようにすれば、電池温度に応じて前記冷却用液体の流量を調節するので、冷却用液体の温度が、二次電池の冷却に適する温度となるように制御される。
【００３０】
請求項６に記載のように、前記液冷型二次電池は、船舶に搭載されているものであり、前記ラジエーターは、前記船舶に、海水に対し放熱可能なるように設けられている構成とすることもできる。
【００３１】
このようにすれば、液冷型二次電池が船舶に搭載されている場合に、海水を利用して、ラジエーターの放熱を効率よく行うことができる。
【００３２】
また、請求項７に記載のように、前記液冷型二次電池は、発電所または変電所に対して設けられているものであり、前記ラジエーターは、前記発電所または変電所付近の海水または淡水内に設置されている構成とすることもできる。
【００３３】
このようにすれば、ラジエーターは、海水または淡水内に設置されているので、海水または淡水を利用して、効率よく冷却することができる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明は、二次電池を液冷型とするとともにラジエーターを用いることにより、低騒音で、冷却効率を高めることができ、前記二次電池を冷却する冷却用液体を適度に冷却することで、開放空間で使用する電池でも閉鎖空間や密閉空間で使用する電池でも、いずれの場合も変わりなく効率よく冷却することができる。
【００３５】
このように、冷却効率が非常に高いので、大型の二次電池の排熱に有効であり、大型の二次電池であっても、発生熱の問題を回避できる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る液冷型二次電池の冷却システムの実施の形態の概略構成を示す図である。
【図２】前記システムに用いる二次電池の構造を示す図である。
【図３】前記二次電池についての冷却作用を示す説明図である。
【図４】前記二次電池の冷却板の説明図である。
【図５】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ別の冷却板の説明図である。
【図６】前記システムを船舶に適用した実施の形態を示す図である。
【図７】前記システムを船舶に適用した他の実施の形態を示す図である。
【図８】前記システムを発電所に適用した実施の形態を示す図である。
【図９】前記液冷型二次電池の冷却システムの他の実施の形態の概略構成を示す図１と同様な図である。
【図１０】図９に示す実施の形態の適用例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、本発明の実施の形態を図面に沿って説明する。
【００３８】
図１に示すように、本発明に係る液冷型二次電池の冷却システム１は、循環する冷却用液体によって冷却される液冷型二次電池２と、前記冷却用液体を、液体通路３を通じて、液冷型二次電池２と外部との間で循環させる電動ポンプ４と、液冷型二次電池２の外部に設けられる液体通路３の途中に設けられ前記冷却用液体が含む熱を放散させるラジエーター５とを備える。
【００３９】
前記冷却用液体としては、耐熱絶縁性の電気絶縁油、例えば、鉱油（１種）、アルキルベンゼン（２種）、ポリブテン（３種）、アルキルナフタレン（４種）、アルキルジフェニルアルカン（５種）、シリコン油（６種）、鉱油アルキルベンゼン（７種）などが用いられるが、この実施の形態では低粘度のシリコン油が用いられる。二次電池２とラジエーター５との間の液体通路３としては、耐熱性かつ絶縁性を有するチューブ（例えばシリコンチューブ）が用いられ、耐圧構造とされる。ここで、耐熱性といっても、電池自体が６０℃以上となること自体が、電池として実質的に使用することが困難となるので、連続１００℃程度までの耐熱性があればよい。
【００４０】
ラジエーター５は、熱伝導性に優れる箱体６内に箱体６の側面に放熱フィン５ａが密着するように収納された状態で、設置場所の周囲にある水Ｗ（海水または淡水）中に設けることで、前記設置場所の周囲にある水（海水または淡水）に、ラジエーター５によって前記冷却用液体が含む熱を放散させ、冷却用液体を冷却するようになっている。なお、ラジエーター５は、箱体６内に収納する必要はなく、そのまま前記海水中または淡水中に放熱可能なるように設けることも可能である。
【００４１】
二次電池２は、複数の電池ユニット７を組み合わせてなり、電池ユニット７の間に導電性の冷却板８（冷却部材）が設けられたもので、電池内部に発生した熱を外部に排出するようになっている。
【００４２】
このように二次電池２が、複数の電池ユニット７を組み合わせて積層した構造で、大型化すると、表面積も大きくなり、表面を冷却するだけでは電池内部の冷却が不充分になるので、各電池ユニット７の間に冷却用液体を流して各電池ユニット７を冷却するために冷却板８を設け、電池内部も効果的に冷却するようにしているのである。
【００４３】
この二次電池２は、大容量ニッケル水素電池で、例えば図３および図４に示すように、電池ユニット７を積層したもので、各電池ユニット７は、対向して設けられた正極集電体７１と負極集電体７２の間に、アルカリ電解液中で腐食など変質せず、イオンは透過するが電子を透過させない蛇腹状のセパレータ７３が交互に両集電体に近接するように配置され、蛇腹状のセパレータ７３と正極集電体７１とで形成される区画される空間に電解質溶液７４とともに正極活物質を含有する正極シート７５を配置し、蛇腹状のセパレータ７３と負極集電体７２とで形成される区画される空間に電解質溶液７４とともに負極活物質を含有する負極シート７６を配置し、正極シート７５と負極シート７６がセパレータ７３を挟んで交互に組み込まれている。また、正極シート７５は正極集電体７１に接し、負極シート７６は負極集電体７２に接している。そして、隣り合う２基の電池ユニットの間には、一方の電池ユニットの正極集電体７１ともう一方の電池ユニットの負極集電体７２に接するように冷却板８（冷却部材）が挿入されている。この冷却板８の通路８Ｃ（冷却用液体が流通する通路）は断面円形状で正極シート７５と負極シート７６の上下方向に一致している。
【００４４】
冷却板８は、アルミニウムを素材としてニッケルメッキを施したもので、図５に示すように、上下方向に貫通する通路８Ｃが多数設けられている。この冷却板８を正極シート７５と負極シート７６との間に挿入して、冷却用液体が通路８Ｃを流通するようにしている。この冷却板８は正極シート７５と負極シート７６とに接して両シート７５，７６を接続するための部材であり、電気伝導性があればよい。その点でアルミニウムは電気抵抗が比較的低く、熱伝導率が比較的大きいので、本発明の冷却板として好ましい特性を有しているが、酸化しやすいという欠点を有している。そこで、アルミニウム板にニッケルメッキを施したものは、ニッケルメッキを施すことにより接触抵抗を低下させることができるので、この発明の冷却板としてさらに好ましい。
【００４５】
各電池ユニットの電流を通すとともに熱伝導性のよい金属で構成された正極集電体７１と負極集電体７２が、それぞれ正極シート７５及び負極シート７６と直接接触し、その上、各集電体が電気的に正極集電体７１と負極集電体７２をつなぐ役割を果たす冷却板８と接触しているため、上から下に向かって冷却板８の通路８Ｃを流通する冷却用液体に対して、電池反応の結果発生した熱は図３の矢符で示す方向に沿って効率的に伝達されて外部に放出されるので、二次電池（電池ユニットの積層体）の温度を電池反応をスムーズに実行することができる適正な範囲に維持することができる。７７は統括正極集電体、７８は統括負極集電体、７９，８０は絶縁板である。
【００４６】
正極シート７５は、例えば、正極活物質と導電性フィラーと樹脂に溶剤を加えてぺ一スト状にしたものを基板上に塗布して板状に成形し、硬化させたものであり、負極シート７６は、例えば、負極活物質と導電性フィラーと樹脂に溶剤を加えてぺースト状にしたものを基板上に塗布して板状に成形し、硬化させたものである。正極活物質および負極活物質としては、すべての公知の活物質材料を用いることができる。導電性フィラーとしては、炭素繊維、炭素繊維にニッケルメッキしたもの、炭素粒子、炭素粒子にニッケルメッキしたもの、有機繊維にニッケルメッキしたもの、繊維状ニッケル、ニッケル粒子、ニッケル箔を単独または組み合わせて用いることができる。樹脂としては、軟化温度１２０℃までの熱可塑性樹脂、硬化温度が常温から１２０℃までの樹脂、蒸発温度１２０℃以下の溶剤に溶解する樹脂、水に可溶な溶剤に溶解する樹脂、アルコールに可溶な溶剤に溶解する樹脂などを用いることができる。基板としては、ニッケル板などの電気伝導性のある金属板を用いることができる。セパレータ７３としては、例えば、四フッ化エチレン樹脂、ポリエチレン、ナイロン、ポリプロピレンなどの織物や不織布又はメンブレンフィルターなどを使用することができる。
【００４７】
なお、電池ユニット７の大きさは、例えば、大型のもので３０ｍｍ×２００ｍｍ×２６０ｍｍ（３６Ｖ仕様，２４Ｖ仕様）、小型のもので３０ｍｍ×１００ｍｍ×１６０ｍｍ（３６Ｖ仕様、２４Ｖ仕様、１２Ｖ仕様）である。電池容量は、大型のもので１５０〜２２０Ａｈ、小型のもので５０Ａｈである。大型の電池ユニットであっても小型の電池ユニットであっても、１ユニットあたりの端子電圧は１．２Ｖである。
前記電池ユニットを、冷却板を介して直列につなぐことで、所望の電圧が得られる（所望の電圧＝１．２Ｖ×直列ユニット個数）。
【００４８】
前記冷却板は、冷却板内部に前述した断面円形状の通路８Ｃを形成した板状のもののほか、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように構成することも可能である。すなわち、冷却板１８は、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、矩形筒状の箱体１８Ａの内部に複数の仕切板１８Ｂが平行に設けられて、押し出し形材で水平断面ハモニカ形状に形成されている。そして、仕切板１８Ｂの間に、前記冷却用液体が流れる前記複数の通路１８Ｃがそれぞれ形成されている。箱体１８Ａの上下に、筒状の導入口部１８Ｄａおよび導出口部１８Ｅａを有する板状の蓋体１８Ｄ，１８Ｅがロー付けで接合され、仕切板１８Ｂの上下端部と蓋体１８Ｄ，１８Ｅとの間に、複数の通路１８Ｃに連通する空間部１８Ｆ，１８Ｇが形成される。この複数の通路１８Ｃを冷却用液体が流れることで、冷却用液体によって二次電池２（複数の電池ユニット７）が冷却される。
【００４９】
二次電池２には、二次電池２の温度が一定の温度範囲になるように冷却制御するために、二次電池２の電池温度を検出する電池温度検出センサ１１（電池温度検出手段）と、（ラジエーター５が設けられている）前記海水または淡水中にはラジエーター５付近の水温度を検出する水温度検出センサ１２（水温度検出手段）とが設けられ、マイクロコンピュータからなる冷却制御装置１３（冷却制御手段）が、両検出センサ１１，１２からの信号を受け、前記電池温度及び水温度に応じて電動ポンプ４の回転数を制御するようになっている。これにより、液体通路３を流れる冷却用液体の流量が制御され、二次電池２の温度制御がなされる。なお、システムの簡素化のために、冷却制御装置１３（冷却制御手段）が、電池温度検出センサ１１からの信号だけを受け、前記電池温度に応じて電動ポンプ４の回転数を制御するようにすることも可能である。
【００５０】
続いて、前記システムを船舶に搭載する場合と、発電所(あるいは変電所）に設置する場合について説明する。
（船舶に搭載する場合）
図６に示すように、ディーゼルエンジン２１（または蒸気タービン、ガスタービン）で発電機２２を駆動して発電し、ＶＶＶＦインバータ装置２３を介して電動モータ２４でスクリュー２５を回転推進する船舶２６Ａ（例えば、客船）であって、発電量の平準化のため大型の二次電池２７を船内に保有するハイブリッド電動船舶に適用することができる。
【００５１】
この船舶２６Ａでは、港湾停泊時では、二次電池２７でもって船内の使用電力を供給するようにしているので、この場合の二次電池２７の冷却システムとして、ラジエーター２８を利用した本発明を適用することができる。
【００５２】
また、現在、船舶においては、港湾内に停泊中で、電動モータによるプロペラの推進力に使用しない場合であっても、港湾内での電力使用のため、船内のディーゼル発電機によって電力供給が行われている例が多いが、大都市近傍にあることの多い港湾設備近辺のＮＯｘや浮遊微粒子等の発生の主要な原因の一つとなるとして、大気汚染対策のため、船内のディーゼル発電機によって電力供給を止めて、一般の電力供給システムからの給電によるシステムが求められてきている。
【００５３】
そこで、船舶２６Ｂ内に港湾停泊時にのみ使用する電力供給用として、二次電池を使用し、その冷却システムとしてラジエーターを利用した本発明を適用することができる。この場合は、図７に示すように、外洋航海時に、発電用エンジン３１によって駆動される発電機３２によって二次電池３３に充電し、港湾内では、二次電池３３をラジエーター３４を利用して冷却しながら、電池３３から給電することができる。３５は岸壁である。
【００５４】
このような船舶内の二次電池２７，３３は、海水を利用して冷却することができる。たとえば、ラジエーターを海水に近い舷側に密着させる。この方法が冷却にとって最も効率的である。一方、反対に海水温度が低い場合は、二次電池の温度が下がりすぎるため、その場合はラジエーターと二次電池（冷却板）との間で冷却用液体を移動させないようにして過冷却を防止する必要があるため、二次電池とラジエーターの間をつなぐ液体通路の途中に設けられ液体を循環させる電動ポンプを停止すればよい。
【００５５】
よって、電池温度が、二次電池とラジエーターの使用条件以下の温度であった場合は、電動ポンプを停止させ、その後、温度が高くなれば、電動ポンプを駆動して回転数を制御すれば、二次電池の温度が最適化される。
（発電所(あるいは変電所）に設置する場合）
発電所（あるいは変電所）の電力発電量／電力供給量の変動対策または、発電効率を高めるため、海岸または河川に隣接する発電所に付属する大型の二次電池を設置することができる。とくに、自然エネルギーを利用した発電所の場合には、発電量の変動と電力の必要時間に大きなズレがあるため、大型の二次電池を併設する必要があるからである。
【００５６】
例えば火力発電所の場合は、熱効率＝エネルギー効率がベストな状態は狭い範囲であるため、図８に示すように、発電所４１に対し大型の二次電池４２を併設して、変動対策とすることは、省エネ効果が高く、大気汚染の低減にも重要な技術となる。
【００５７】
この場合も、前述した船舶の場合と同様に、海水または河川の水中にラジエーター４３そのものを設置するか、ラジエーターを箱体に収納して設置し、二次電池を冷却する冷却用液体をラジエーターによって冷却する。なお、これらの場合は定置式であり、海水や河川の温度を上昇させる要因となるため、環境面の管理が必要であることはもちろんである。
【００５８】
また、変電所であっても、変電所機能の緊急時のバックアップとしても、また供給電力量の変動対応のために、発電所の場合と同様に、大型の二次電池を併設して、変動対策とすることは、省エネ効果が高く、大気汚染の低減にも重要な技術となる。
【００５９】
また、前述した実施の形態のように、河川や海に隣接していない発電所又は変電所（水中冷却ができない場合）や住宅地に設置する場合には、次のように実施することができる。また、住宅地などに設置される充電スタンド（変電所の一種）における電気自動車用急速充電装置において、一旦二次電池に充電しておき、その二次電池を急速放電して電気自動車に搭載される二次電池に充電するような場合にも、その充電装置側の二次電池の冷却システムに適用することができる。
【００６０】
図９に示すように、室外に設置するラジエーター５を、大面積とするとともに、風量は大きいが風速が低速度の低騒音の強制冷却ファン４１を用いる。
【００６１】
ラジエーター５に対し、冷却ファン４１に加えて、細かい水滴を吹き付ける噴霧吹付方式の水冷装置４２を併設することで、二次電池２の一時的な温度上昇や、夏季等において外気温が高くなったとき、水の気化熱を利用して、一時的に高効率なラジエーター５とすることが可能となる。
【００６２】
このシステムにおいては、前述した冷却制御装置１３のほか、ラジエーター５付近の空気温度を検出する空気温度センサ４３（空気温度検出手段)を設け、電池温度検出センサ１１及び空気温度センサ４３よりの信号を受け、強制空冷ファン４１の回転数、水冷装置４２の噴霧量（あるいは散水量）を制御する冷却制御装置４４（冷却制御手段）を備える。なお、システムの簡素化のために、冷却制御装置４４が、電池温度検出センサ１１からの信号だけを受け、前記電池温度に応じて電動ポンプ４の回転数を制御するようにすることも可能である。
【００６３】
具体的には、図１０に示すように、二次電池２は、充電制御装置５１を介して系統電力により充電され、電池温度、強制冷却ファン４１の回転数、水冷装置４２の噴霧量を制御して、二次電池２の温度を一定の温度範囲に維持して、二次電池による電力供給が行われる。
【００６４】
なお、外部気温が低い場合、降雨の場合、極端な場合降雪や室外ラジエーターが凍結した場合は、二次電池２の温度が下がりすぎ、電池としての効率が下がるため、前述した場合と同様に、ラジエーター５と二次電池２との間で冷却用液体を移動させない。つまり、液冷型二次電池２とラジエーター５の間をつなぐ液体通路３に設けた電動ポンプ４を、電池温度が二次電池とラジエーター５の使用条件以下の温度であった場合は停止し、その後、二次電池とラジエーターとの温度が高くなると電動ポンプを駆動し、温度が高くなるに連れて電動ポンプの回転数を増やし、流量を増加させる制御を行い、二次電池の温度を最適化する。
【００６５】
このようにすれば、外部に設置されるラジエーター５の表面積を極端に大きく取ることで、自然通風でかなりの熱放散の効果を図れるとともに、大面積であるため強制空冷のファン４１による、風速を通常よりかなり遅くすること（例えば、５ｍ／ｓ以下）が可能となり、住宅地等の低騒音が求められる環境でも、大型二次電池利用の電力供給システムを実現することができる。
【００６６】
そのファン４１のような空冷手段に加えて、冷却用噴霧（細かい水滴）を吹き付ける水冷装置４２のような水冷手段を併設することで、二次電池２の一時的な温度上昇や、夏季等において外気温が高くなったときに、水冷装置４２を作動させることで、一時的にラジエーター５により熱放散をアシストして、高効率な冷却システムを実現することができる。
【００６７】
この発明は、前述した実施の形態に制限されるものではなく、次のように変更して実施することもできる。
(i)二次電池は、前述した大容量ニッケル水素電池に制限されず、大容量の二次電池であれば全てのタイプで採用可能である。
(ii)前述した海上を航行する船舶のほか、海中で作業を行う水中作業船、水中調査船などの他の船舶についても適用することができる。
【符号の説明】
【００６８】
１ 二次電池の冷却システム
２ 二次電池
３ 液体通路
５ ラジエーター
６ 箱体
７ 電池ユニット
８，１８ 冷却板(冷却部材）
１１ 電池温度検出センサ（電池温度検出手段）
１３，４４ 冷却制御装置（冷却制御手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電池ユニットを組み合わせてなり、前記電池ユニットの間に導電性の冷却部材が設けられて直列に接続されたものである液冷型二次電池と、
前記冷却用液体が保有する熱を放散させるラジエーターと、
前記液冷型二次電池とラジエーターとの間にあって、前記液冷型二次電池と電気的に絶縁された、冷却用液体の液体通路と、
前記液体通路において前記冷却用液体を循環させるポンプとを備え、
前記冷却部材は、前記液体通路に連通され前記冷却用液体が流れる通路を有することを特徴とする液冷型二次電池の冷却システム。
【請求項２】
前記液体通路を構成する部材および前記冷却用液体は、絶縁物であることを特徴とする請求項１記載の液冷型二次電池の冷却システム。
【請求項３】
前記液冷型二次電池は、電池ユニットである密閉型ニッケル水素電池ユニットを複数基積層してなる積層型密閉型ニッケル水素電池であって、
隣り合う２基の前記密閉型ニッケル水素電池ユニット間に前記冷却部材が設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の液冷型二次電池の冷却システム。
【請求項４】
前記冷却部材は、箱体の内部に複数の仕切板が平行に設けられて、前記仕切板の間に、前記冷却用液体が流れる前記通路がそれぞれ形成されているものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の液冷型二次電池の冷却システム。
【請求項５】
前記二次電池の電池温度を検出する電池温度検出手段と、
前記電池温度検出手段よりの信号を受け、前記電池温度に応じて前記冷却用液体の流量を調節する冷却制御手段とを備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の液冷型二次電池の冷却システム。
【請求項６】
前記液冷型二次電池は、船舶に搭載されているものであり、
前記ラジエーターは、前記船舶に、海水に対し放熱可能なるように設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の液冷型二次電池の冷却システム。
【請求項７】
前記液冷型二次電池は、発電所または変電所に対して設けられているものであり、
前記ラジエーターは、前記発電所または変電所付近の海水または淡水内に設置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の液冷型二次電池の冷却システム。
【請求項１】
複数の電池ユニットを組み合わせてなり、前記電池ユニットの間に導電性の冷却部材が設けられて直列に接続されたものである液冷型二次電池と、
前記冷却用液体が保有する熱を放散させるラジエーターと、
前記液冷型二次電池とラジエーターとの間にあって、前記液冷型二次電池と電気的に絶縁された、冷却用液体の液体通路と、
前記液体通路において前記冷却用液体を循環させるポンプとを備え、
前記冷却部材は、前記液体通路に連通され前記冷却用液体が流れる通路を有することを特徴とする液冷型二次電池の冷却システム。
【請求項２】
前記液体通路を構成する部材および前記冷却用液体は、絶縁物であることを特徴とする請求項１記載の液冷型二次電池の冷却システム。
【請求項３】
前記液冷型二次電池は、電池ユニットである密閉型ニッケル水素電池ユニットを複数基積層してなる積層型密閉型ニッケル水素電池であって、
隣り合う２基の前記密閉型ニッケル水素電池ユニット間に前記冷却部材が設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の液冷型二次電池の冷却システム。
【請求項４】
前記冷却部材は、箱体の内部に複数の仕切板が平行に設けられて、前記仕切板の間に、前記冷却用液体が流れる前記通路がそれぞれ形成されているものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の液冷型二次電池の冷却システム。
【請求項５】
前記二次電池の電池温度を検出する電池温度検出手段と、
前記電池温度検出手段よりの信号を受け、前記電池温度に応じて前記冷却用液体の流量を調節する冷却制御手段とを備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の液冷型二次電池の冷却システム。
【請求項６】
前記液冷型二次電池は、船舶に搭載されているものであり、
前記ラジエーターは、前記船舶に、海水に対し放熱可能なるように設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の液冷型二次電池の冷却システム。
【請求項７】
前記液冷型二次電池は、発電所または変電所に対して設けられているものであり、
前記ラジエーターは、前記発電所または変電所付近の海水または淡水内に設置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の液冷型二次電池の冷却システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−１２４０５６（Ｐ２０１１−１２４０５６Ａ）
【公開日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２８００１９（Ｐ２００９−２８００１９）
【出願日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【出願人】（００００００９７４）川崎重工業株式会社 (1,710)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【出願人】（００００００９７４）川崎重工業株式会社 (1,710)
【Ｆターム（参考）】
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