JP2003223938A - 車両用のバッテリー装置 - Google Patents
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Abstract
寒の使用環境においても、速やかに電池性能を向上させ
る。 【解決手段】 車両用のバッテリー装置は、複数の二次
電池20と、二次電池20を暖める加温プレート30と
を備える。複数の二次電池20は、加温プレート30の
表面に接近して平行に並べて配設している。加温プレー
ト30は、絶縁基板31と、この絶縁基板31に固定さ
れて互いに接続されてなる複数のヒータ40を備える。
バッテリー装置は、加温プレート30のヒータ40に通
電してジュール熱でヒータ40を加温し、各々のヒータ
40の発熱で複数の二次電池20を加温している。
Description
走行させるモーターを駆動するバッテリー装置に関し、
とくに温度が低いときに、電気的な特性を向上させるた
めに加温するバッテリー装置に関する。
低下して充分な性能を発揮できなくなる。このため、た
とえばハイブリッドカーに搭載されるバッテリー装置
は、極めて寒い環境で自動車を走行させるとき、充分な
性能を発揮できなくなる。ハイブリッドカーは、エンジ
ンとモーターの両方で正常に走行するように設計され
る。このため、バッテリー装置の性能が低下して、モー
ターによる動力が充分でないと、正常に走行できなくな
る。この弊害は、バッテリーを暖めて解消できる。この
ことを実現するため、二次電池を温風で加温する装置が
開発されている。このバッテリー装置は、二次電池に温
風を送風して暖める。しかしながら、このバッテリー装
置は、多数の二次電池を均一に暖めるのが極めて難し
く、暖められる二次電池に温度むらが発生する。二次電
池の温度むらは、ふたつの理由で発生する。第1の理由
は、二次電池に送風される熱風温度を場所によって最適
な温度に制御できないことであり、第2の理由は、全て
の二次電池に均一な温度にする状態に制御しながら温風
を送風できないことである。車両用のバッテリー装置
は、多数の二次電池を直列に接続しているので、全ての
二次電池に同じ電流が流れる。このため、有効に暖めら
れない二次電池があって、この二次電池の性能が充分で
ないと、全体の出力が低下してしまう。このため、全体
の二次電池を均一に暖めることが特に大切である。
めに、全面が均一に発熱するシート状発熱体で多数の二
次電池を暖めるバッテリー装置を考案した。このバッテ
リー装置は、たとえばシート状発熱体の表面に、多数の
二次電池を接近して配設し、シート状発熱体で二次電池
を暖める。
状発熱体は、それ自体の発熱が均一であっても、これに
接近している全ての二次電池を均一に暖めることはでき
なかった。それは、多数の二次電池の外的環境が同一で
はなく、ある部分の二次電池は冷却されやすく、またあ
る部分の二次電池は冷却され難くなっているからであ
る。
を目的に開発されたもので、本発明の重要な目的は、多
数の二次電池を均一に効率よく暖めることができ、厳寒
の使用環境においても、速やかに電池性能を向上できる
バッテリー装置を提供することにある。
リー装置は、複数の二次電池20と、二次電池20を暖
める加温プレート30とを備える。複数の二次電池20
は、加温プレート30の表面に接近して平行に並べて配
設している。加温プレート30は、絶縁基板31と、こ
の絶縁基板31に固定されて互いに直列に接続されてな
る複数のヒータ40を備える。バッテリー装置は、加温
プレート30のヒータ40に通電してジュール熱でヒー
タ40を加温し、各々のヒータ40の発熱で複数の二次
電池20を加温している。
電池20をケース10に収納して、二次電池20と加温
プレート30との間にケース10のケース面を配設する
ことができる。このバッテリー装置は、ケース10のケ
ース面を貫通して換気穴15を開口すると共に、この換
気穴15に連通する通気穴33を加温プレート30の絶
縁基板31に貫通して設けて、ヒータ40で加熱した空
気を通気穴33と換気穴15に通過させてケース10内
の二次電池20を暖めることができる。
ント基板とすることができる。このプリント基板は、ヒ
ータ40のリード線41を挿通して半田付けする連結孔
35を設けて、プリント基板の連結孔35に挿通される
ヒータ40のリード線41を半田付けして固定すること
ができる。プリント基板に半田付けして固定している全
てのヒータ40は、抵抗値を同じにすることができる。
通電をオンオフする制御回路60を備えることができ
る。この制御回路60は、電池の温度または外気温度を
検出する温度センサー51を備えて、温度センサー51
の検出温度が設定温度よりも低いときに、ヒータ40に
通電するように制御することができる。
づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明
の技術思想を具体化するための車両用のバッテリー装置
を例示するものであって、本発明は車両用のバッテリー
装置を以下のものに特定しない。
理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する
番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決
するための手段の欄」に示される部材に付記している。
ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材
に特定するものでは決してない。
かるバッテリー装置を示している。図1は平面図、図2
は横断面図、図3は縦断面図、図4はケース10を開い
た状態を示す平面図である。このバッテリー装置は、ケ
ース10に複数の二次電池20を並べて収納している。
バッテリー装置は、二次電池20を複数の電池モジュー
ル21に分割してケース10に収納している。電池モジ
ュール21は、複数の二次電池20を直列に接続して直
線状に連結したものである。電池モジュール21を構成
する二次電池20は、円筒型電池のニッケル−水素電池
である。ただ、二次電池には、リチウムイオン二次電池
やニッケル−カドミウム電池などの充電できる他の電池
も使用できる。また、円筒型電池でなくて角型電池とす
ることもできる。
を、同一平面に平行に並べて収納している。横に並べて
いる電池モジュール21は、互いに直列に接続されて出
力電圧を高くしている。図のケース10は、第1ケース
11と第2ケース12の間に電池モジュール21を収納
している。第1ケース11と第2ケース12は、電池モ
ジュール21を案内する案内溝13を設けている。案内
溝13は、その内形を電池モジュール21の外形よりも
わずかに大きくしている。ケース10は、案内溝13の
内面と電池モジュール21の表面との間に、空気を通過
させる送風隙間14ができる。さらに、第1ケース11
と第2ケース12は、案内溝13の底部に換気穴15を
開口している。換気穴15からケース10に換気される
冷却空気は送風隙間14に送風される。送風隙間14を
通過する冷却空気は、電池モジュール21の表面を流れ
て電池モジュール21を冷却する。
10に固定して、案内溝13の内面から離して配設され
る。この電池モジュール21は、ケース10に連結する
端子22を両方の電池端面から突出して固定している。
この構造を図5に示す。この図の電池モジュール21
は、電池端面に垂直に端子22を固定している。端子2
2は、第2ケース12の定位置に嵌入されるバスバー2
3にネジ止めして固定される。バスバー23は、隣接す
る電池モジュール21を互いに連結すると共に、電池モ
ジュール21を直列に電気接続する。バスバー23と端
子22は、第2ケース12と第1ケース11に挟着され
て定位置に固定される。端子22を介して、電池モジュ
ール21は案内溝13内に配設される。電池モジュール
21は、案内溝13の内面との間に、空気を通過させる
送風隙間14ができる状態でケース10に固定される。
この構造は、換気穴15からケース10に流入される空
気を送風隙間14に通過させて、電池モジュール21の
表面に効率よく接触させて熱交換できる。
ように、二次電池20を暖める加温プレート30を備え
ており、この加温プレート30の表面に接近して、複数
の二次電池20を平行に並べて配設している。これらの
図のバッテリー装置は、図において第2ケース12を下
側に、第1ケース11を上側に配設しており、ケース1
0の上面に加温プレート30を固定している。このバッ
テリー装置は、ケース10に収納された二次電池20と
加温プレート30との間に第1ケース11のケース面を
配設している。ただ、本発明のバッテリー装置は、これ
らの図に示す姿勢から上下を反転した状態として、すな
わち第2ケースを上側に、第1ケースを下側に配設し
て、二次電池が収納されたケースの下面に加温プレート
を固定することもできる。
の絶縁基板31に固定された複数のヒータ40を備え
る。絶縁基板31は、図1の平面図に示すように、ケー
ス10に連結して固定するために、周縁に凸部32を設
け、さらにスリット状に開口している通気穴33の間に
連通部34を設けている。第1ケース11は、絶縁基板
31の連通部34と凸部32を係止する係止フック16
を一体的に成形して設けている。加温プレート30は、
図6の断面斜視図に示すように、凸部32と連通部34
を係止フック16に挿入して、第1ケース11に固定さ
れる。
通して換気穴15を開口しており、この換気穴15に連
通するように、加温プレート30の絶縁基板31に通気
穴33を貫通して設けている。第1ケース11の換気穴
15は、電池モジュール21に沿って伸びるスリット状
である。絶縁基板31の通気穴33も、電池モジュール
21に沿って伸びるスリット状に開口している。ケース
10の換気穴15と絶縁基板31の通気穴33は同じ位
置に対向して開口され、加温プレート30が換気穴15
を閉塞しないようにしている。空気は、通気穴33と換
気穴15を通過してケース10内の二次電池20を冷却
し、あるいは加温する。この加温プレート30は、加熱
されたヒータ40が空気を加熱し、ヒータ40で加熱さ
れた空気を通気穴33と換気穴15に通過させてケース
10内の二次電池20を暖める。
上面に加温プレート30を固定している。このバッテリ
ー装置は、加温プレート30で加熱された空気をケース
10内に自然に対流させて二次電池20を暖める。図示
しないが、図2の姿勢から上下を反転してケースの下面
に加温プレートを固定しているバッテリー装置は、加温
プレートで加熱された空気が軽くなって、通気穴と換気
穴を通過して送風隙間に流動されるので、より効率よく
二次電池を暖めることができる。ただ、本発明のバッテ
リー装置は、加温プレートで加温された空気をファン
(図示せず)で送風して二次電池を加温することもでき
る。ファンで加温空気を送風するバッテリー装置は、加
温空気を閉ループ内に循環させて、二次電池を効率よく
暖めることができる。バッテリー装置は、自動車に必ず
しも水平に搭載されるとは限らない。バッテリー装置
は、垂直あるいは傾斜する姿勢で自動車に搭載されるこ
ともある。加温プレートで暖められた空気をファンで循
環させるバッテリー装置は、自動車に搭載される姿勢に
関係なく二次電池を有効に加温できる。
直列に接続して絶縁基板31に固定している。ヒータ4
0は、抵抗、半導体、PTC等の通電することによって
発熱する電子部品である。この加温プレート30は、ヒ
ータ40に通電してジュール熱で各々のヒータ40を加
温し、ヒータ40の発熱で二次電池20を加温する。
してスリット状の通気穴33を開口しており、通気穴3
3の間にヒータ40を固定している。通気穴33は、絶
縁基板31を第1ケース11に固定する状態で、換気穴
15と対向する位置に配設される。絶縁基板31には、
二次電池20を暖めるために、複数のヒータ40を固定
している。
0のリード線41を挿通して半田付けするために複数の
連結孔35を設けている。連結孔35は、その周囲に導
電リング36を設けている。連結孔35の導電リング3
6は、ヒータ40を固定する部分では電気接続されず、
ヒータ40を固定しない部分ではプリント基板の表面に
固定している導電線37で電気接続している。ヒータ4
0は、両端のリード線41を絶縁基板31の連結孔35
に挿入し、リード線41を導電リング36に半田付けし
て絶縁基板31に固定される。
互いに直列に接続される。プリント基板に半田付けして
固定される全てのヒータ40は同一の抵抗値である。同
一抵抗値のヒータ40を直列に連結して通電すると、全
てのヒータ40の発熱量は等しくなる。発熱量が電流の
自乗と抵抗値の積に比例するからである。複数の二次電
池20を暖める加温プレート30は、必ずしも均一に加
温して全ての二次電池20を均一に加温できるとは限ら
ない。たとえば、ケース10の周縁部の電池モジュール
21は、中央部分の電池モジュール21に比較して冷却
されやすいことがある。加温プレート30は、全体を均
一に発熱させるのが大切なのではなくて、全ての二次電
池20をより均一に暖めることが大切である。
るヒータ40の個数を調整し、あるいはヒータ40にか
わってジャンパー線42を接続して、部分的な発熱を調
整できる。抵抗の発熱量が、電流の自乗と抵抗値の積で
特定されるからである。このため、たとえば、ヒータ4
0に代わってジャンパー線42を接続して発熱しないよ
うにできる。ジャンパー線42は抵抗が0Ωであるか
ら、電流を流しても発熱しない。また、直列に接続して
いるヒータ40に、並列接続するヒータ40の数を調整
して、発熱量を調整できる。たとえば、ヒータ40を固
定する部分にふたつのヒータ40を並列に接続して、発
熱量を半分にできる。並列接続してヒータ40の抵抗値
を半分にできるからである。また、ヒータを固定する部
分に3個のヒータを並列に接続して、発熱量を1/3に
することもできる。さらに、ヒータ40を固定する部分
にふたつのヒータ40を直列に接続し、抵抗値を2倍に
して発熱量を2倍にすることもできる。図の加温プレー
ト30は、側部で2個のヒータ40を直列に接続して発
熱量を大きくしており、中央部ではヒータ40に代わっ
てジャンパー線42を接続して発熱量を小さく、加温プ
レート30の発熱量を局部的に調整して、複数の二次電
池20を均一に加温できるようにしている。
二次電池20と対向する面にヒータ40を固定すること
もできる。ここに配設されたヒータ40は、第1ケース
11を加温し、第1ケース11が二次電池20を暖め
る。図の第1ケース11は、案内溝13の内面を二次電
池20の表面に沿う形状としている。ヒータ40で加温
された第1ケース11は、輻射熱で二次電池20を暖
め、あるいは送風隙間14の空気を介して二次電池20
を暖める。この構造のバッテリー装置は、ファンを使用
することなく、垂直姿勢で自動車に搭載でき、あるいは
図に示す姿勢から上下反転して自動車に搭載して、加温
プレートで二次電池を暖めることができる。なお、この
図の実施例において、前述の実施例と同じ構成要素につ
いては、同一番号を付している。
次電池20が収納されたケース10をひとつのケースユ
ニット70として、このケースユニット70を2段に積
層して連結している。この図において、下側に位置する
ケースユニット70は、図2に示すバッテリー装置と同
じ構造であり、上側に位置するケースユニット70は、
図2に示すバッテリー装置を上下反転したものである。
したがって、この図の実施例において、図2に示す実施
例と同じ構成要素については、同一番号を付してその説
明を省略する。
ット70を、加温プレート30が互いに対向する姿勢で
積層して連結している。2つのケースユニット70は、
外ケース71で連結している。図の外ケース71は、2
つのケースユニット70を所定の間隔で連結するため
に、中間部分に位置決凸部72を有する。外ケース71
は、2つのケースユニット70の間隔が最適となるよう
に、位置決凸部72の厚さを決定している。
置するケースユニット70の加温プレート30にヒータ
40を設けていない。上側のケースユニット70に収納
される二次電池20は、下側のケースユニット70の加
温プレート30に固定されたヒータ40で加温される。
このように、一方の加温プレート30にのみヒータ40
を配設するバッテリー装置は、ヒータ40の数を少なく
しながら、いいかえると少ない消費電力で多数の二次電
池20を有効に加温できる特長がある。とくに、下側の
加温プレート30にヒータ40を配設する構造は、下側
のケースユニット70に収納される二次電池20につい
ては、下側の加温プレート30から第1ケース11に伝
導される熱で効率よく加温し、上側のケースユニット7
0に収納される二次電池20については、加熱されて軽
くなった空気を、通気穴33と換気穴34から流動させ
て効率よく加温する。したがって、全ての二次電池を、
少ない消費電力で効率よく、しかも均一に暖めることが
できる。ただ、ヒータは、上側に位置するケースユニッ
トの加温プレートに配設することも、上下両方の加温プ
レートに配設することもできる。さらに、加温プレート
で加温された空気をファンで送風して二次電池を加温す
ることもできる。
す。このバッテリー装置は、複数の二次電池20で加温
プレート30を加温するためのDC/DCコンバータ6
1と、このDC/DCコンバータ61を制御してヒータ
40の通電をオンオフする制御回路60を備える。DC
/DCコンバータ61は、直列に接続している複数の二
次電池20の出力を所定の電圧に変換して、加温プレー
ト30のヒータ40に通電する。このバッテリー装置
は、最も効率よく速やかに二次電池20を暖めることが
できる。それは、放電による発熱と、加温プレート30
のヒータ40の両方で二次電池20を暖めるからであ
る。
ータ61の入力側に、AC入力を複数の二次電池20の
出力電圧に変換するAC/DCコンバータ62を接続し
ている。AC/DCコンバータ62は、リード線63と
コンセント64を介して家庭用の商用電源に接続され
る。このバッテリー装置は、外部から入力される交流入
力でヒータ40を加熱できる。AC入力をAC/DCコ
ンバータ62で直流に変換し、さらにこの直流電力をD
C/DCコンバータ61でヒータ40に供給できるから
である。DC/DCコンバータ61は、その出力電圧を
電装用バッテリー65の出力電圧として、電装用バッテ
リー65の充電に併用できる。図のバッテリー装置は、
電装用バッテリー65を充電するために専用のDC/D
Cコンバータ66を備える。DC/DCコンバータ61
を電装用バッテリー65の充電に併用するバッテリー装
置は、電装用バッテリー65を充電するDC/DCコン
バータ66を省略できる。
0の通電をオンオフする。制御回路60は、電池温度ま
たは外気温度を検出する温度センサー51を備えてい
る。この温度センサー51は、たとえばサーミスタであ
る。サーミスタは、周囲の温度を抵抗値の変化として検
出して、制御回路60に入力する。温度センサー51の
検出温度が設定温度よりも低いときに、制御回路60は
ヒータ40に通電して二次電池20を暖める。制御回路
60は、自動車のイグニッションスイッチがオンに切り
換えられたときに、電池温度または外気温度を検出し
て、検出温度が設定温度よりも低いときに、ヒータ40
に通電する。イグニッションスイッチがオフの状態、い
いかえると自動車を走行させない状態では、二次電池2
0や外気温度が設定温度よりも低くなっても、ヒータ4
0に通電しない。ヒータ40に通電すると二次電池20
が過放電になることがあるからである。さらに、イグニ
ッションスイッチをオンに切り換えた状態においても、
二次電池20の残容量が設定容量よりも少ないときは、
設定温度よりも低くてもヒータ40に通電しない。二次
電池20の過放電を防止するためである。二次電池20
が充電されて残容量が設定容量よりも大きくなると、設
定温度よりも低いときにヒータ40に通電する。ヒータ
40に通電して、二次電池20の温度があらかじめ設定
された温度よりも高くなると、このことを温度センサー
51で検出して、制御回路60はヒータ40の通電を停
止する。
下のフローチャートで二次電池を暖める。 [N=1のステップ]自動車のイグニッションスイッチ
がオンに切り換えられたかどうかを検出する。イグニッ
ションスイッチがオフの状態、いいかえると自動車を走
行させない状態ではヒータ40に通電しない。 [N=2のステップ]自動車のイグニッションスイッチ
がオンに切り換えられた後、所定の時間が経過したかど
うかを調べる。所定の時間が経過するまでこのステップ
をループする。 [N=3、4のステップ]制御回路60が、バッテリー
装置の電圧を検出する。制御回路60は、直列に接続さ
れた二次電池20の電圧を検出し、検出電圧から二次電
池20の残容量を調べる。検出電圧が設定電圧未満のと
きは、二次電池20の残容量が設定値未満であると判定
してヒータ40に通電しない。制御回路は、検出電圧か
ら残容量を演算し、演算された残容量を設定値に比較す
ることもできる。 [N=5、6のステップ]制御回路60が、温度センサ
ー51で電池温度を検出する。ただ、制御回路60は、
外気温度を検出することもできる。制御回路60は、検
出温度が設定温度よりも低いかどうかを判定し、検出温
度が設定温度よりも高いときにはヒータ40に通電しな
い。さらに、制御回路は、電池温度に加えてヒータの温
度を検出し、検出温度を設定温度に比較してヒータに通
電するかどうかを判定することもできる。ヒータの温度
が設定温度よりも高いときは、ヒータに通電しない。 [N=7、8、9のステップ]制御回路60がヒータ4
0に通電して二次電池20を加温する。制御回路60
は、ヒータ40に所定の時間通電するか、あるいは、電
池温度があらかじめ設定された温度よりも高くなるまで
ヒータ40に通電する。制御回路60は、ヒータ40に
所定の時間通電するか、あるいは電池温度が設定温度よ
りも高くなると、ヒータ40への通電を停止する。
スイッチがオンに切り換えられた状態でヒータ40に通
電するので、二次電池20の過放電を有効に防止でき
る。ただ、交流入力をAC/DCコンバータ62で直流
に変換するバッテリー装置は、イグニッションスイッチ
をオフにする状態であっても、AC/DCコンバータ6
2のコンセント64を介して交流電源に接続して二次電
池20を暖めることができる。二次電池20を放電させ
ることなく、ヒータ40を交流電力で加温できるからで
ある。このバッテリー装置は、イグニッションスイッチ
がオフのときにおいても、電池温度または外気温度が設
定温度よりも低くなると、制御回路60がヒータ40に
通電して二次電池20を暖める。このバッテリー装置
は、とくに厳寒の地域において有効に使用できる。それ
は、イグニッションスイッチをオンにして自動車を走行
させるときに、すでに二次電池20が暖められて充分な
性能を発揮できるからである。また、イグニッションス
イッチをオフにする状態においても、二次電池20の冷
えすぎを防止できる特長がある。
電池を均一に効率よく暖めて、厳寒の使用環境において
も速やかに電池性能を向上できる特長がある。それは、
本発明のバッテリー装置が、複数の二次電池を加温プレ
ートの表面に接近して配設すると共に、この加温プレー
トには、互いに直列に接続されてなる複数のヒータを固
定しており、ヒータに通電して各々のヒータの発熱で複
数の二次電池を加温しているからである。本発明のバッ
テリー装置は、加温プレートに固定される複数のヒータ
の配列を、外的環境が異なる多数の二次電池に最適な状
態にできるので、全ての二次電池を極めて効率よく、し
かも均一に暖めることができる。
面図
態を示す平面図
分解斜視図
視図
横断面図
横断面図
ロック図
る工程を示すフローチャート
Claims (5)
- 【請求項1】 複数の二次電池(20)と、二次電池(20)を
暖める加温プレート(30)とを備えており、複数の二次電
池(20)は加温プレート(30)の表面に接近して平行に並べ
て配設され、 加温プレート(30)は、絶縁基板(31)と、この絶縁基板(3
1)に固定されて互いに接続されてなる複数のヒータ(40)
を備え、加温プレート(30)のヒータ(40)に通電してジュ
ール熱でヒータ(40)を加温し、各々のヒータ(40)の発熱
で複数の二次電池(20)を加温するようにしてなる車両用
のバッテリー装置。 - 【請求項2】 二次電池(20)をケース(10)に収納して、
二次電池(20)と加温プレート(30)との間にケース(10)の
底面を配設しており、 ケース(10)のケース面を貫通して換気穴(15)を開口する
と共に、この換気穴(15)に連通する通気穴(33)を加温プ
レート(30)の絶縁基板(31)に貫通して設けており、ヒー
タ(40)で加熱した空気を通気穴(33)と換気穴(15)に通過
させてケース(10)内の二次電池(20)を暖めるようにして
なる請求項1に記載される車両用のバッテリー装置。 - 【請求項3】 加温プレート(30)の絶縁基板(31)がプリ
ント基板で、このプリント基板にはヒータ(40)のリード
線(41)を挿通して半田付けする連結孔(35)を設けてお
り、プリント基板の連結孔(35)に挿通されるヒータ(40)
のリード線(41)を半田付けして固定している請求項1に
記載される車両用のバッテリー装置。 - 【請求項4】 プリント基板に半田付けして固定してい
る全てのヒータ(40)の抵抗値が同じである請求項3に記
載される車両用のバッテリー装置。 - 【請求項5】 ヒータ(40)の通電をオンオフする制御回
路(60)を備えており、この制御回路(60)は、電池の温度
または外気温度を検出する温度センサー(51)を備えてお
り、温度センサー(51)の検出温度が設定温度よりも低い
ときに、制御回路(60)がヒータ(40)に通電するように制
御する請求項1に記載される車両用のバッテリー装置。
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