JP2004079219A - バッテリ装置及び電動自転車 - Google Patents
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Abstract
【課題】バッテリケースとしてコンパクトで、かつ樹脂製のものを用いながら、半導体素子から発生する熱を外部に良好に放散することができるバッテリ装置及び電動自転車を提供する。
【解決手段】２分割可能な樹脂製のバッテリケース１２（１２Ａ、１２Ｂ）内に、リチウムイオン二次電池１３の充放電により発熱を伴なうＦＥＴ１５を有する制御基板１６と、前記ＦＥＴ１５に接触されたヒートシンク１７と、前記バッテリケース１２Ｂの内壁面に沿わせて配設され、このバッテリケース１２Ｂと前記ヒートシンク１７とに挟着され、かつこのヒートシンク１７との挟着部分の面積より前記バッテリケース１２Ｂとの挟着部分の面積が大きい放熱板１８とを備えている。
【選択図】 図１０
【解決手段】２分割可能な樹脂製のバッテリケース１２（１２Ａ、１２Ｂ）内に、リチウムイオン二次電池１３の充放電により発熱を伴なうＦＥＴ１５を有する制御基板１６と、前記ＦＥＴ１５に接触されたヒートシンク１７と、前記バッテリケース１２Ｂの内壁面に沿わせて配設され、このバッテリケース１２Ｂと前記ヒートシンク１７とに挟着され、かつこのヒートシンク１７との挟着部分の面積より前記バッテリケース１２Ｂとの挟着部分の面積が大きい放熱板１８とを備えている。
【選択図】 図１０
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はバッテリ装置及び電動自転車に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ペダルからの人の踏力による人力駆動力に、二次電池を電源とした電動モータの補助駆動力を加えることで、坂道などでも楽に走行できる電動自転車は既に知られている。この電動自転車では、複数の二次電池を接続してなる電池パックを内蔵したバッテリ装置を、電動自転車本体に着脱自在に取り付けている。
【０００３】
この種のバッテリ装置においては、二次電池の放電機能や充電機能などを安定して発揮すべく、二次電池の充放電に関する制御を行う制御基板をバッテリケース内に配設したものがあり、前記制御基板にはＦＥＴ（電界効果トランジスタ）などの負荷により発熱を伴なう半導体素子を有する場合がある。
【０００４】
この半導体素子の熱の放散を良好にするために、特開２００１−６６３９号公報にも記載されているように、半導体素子の放熱部に熱伝導率が高い材料からなるヒートシンクを取り付けて放熱を良好に行わせることが提案されている。前記特開２００１−６６３９号公報に開示された電池パックにおいては、バッテリケースを金属製とし、ヒートシンクを金属製のバッテリケースに接触させることで、放熱を良好に行わせるように図られている。
【０００５】
ところで、このようなバッテリ装置を電動自転車に取り付ける場合には、走行中に搭乗者の足などがバッテリ装置に当らないように、バッテリ装置をできるだけコンパクトに形成することが望ましい。また、雨水などをかぶった場合でも支障を来さないような対策として、バッテリケースを樹脂製とし、制御基板やヒートシンクが外部に露出しないように配設するとよい。また、このようにバッテリケースを樹脂製とすることで、バッテリケースを金属製とした場合に比べて、バッテリケースを軽量化することができるので、バッテリ装置ひいては電動自転車の軽量化を図ることもできる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、バッテリ装置をコンパクトに形成すべく、バッテリケースとしてコンパクトで、かつ金属製のバッテリケースを樹脂製のものに単に代えただけの構成であると、充放電の制御による半導体素子の負荷が大きくなって、発熱量が大きくなった場合に、バッテリケース内の空間が小さいためにバッテリケース内の空間だけの放熱では不十分となったり、熱伝導性がよくない樹脂製のバッテリケースを用いているために、金属製のバッテリケースを用いる場合と比べて外部への放熱効果が十分には得られなかったりするという課題を生じてしまう。
【０００７】
そこで、本発明は前記課題を解決するもので、バッテリケースとしてコンパクトで、かつ樹脂製のものを用いながら、半導体素子から発生する熱を外部に良好に放散することができるバッテリ装置及び電動自転車を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明のバッテリ装置は、樹脂製のバッテリケース内に、二次電池の充放電により発熱を伴なう半導体素子を有する制御基板と、前記半導体素子に接触されたヒートシンクと、前記バッテリケースの内壁面に沿わせて配設され、このバッテリケースと前記ヒートシンクとに挟着され、かつこのヒートシンクとの挟着部分の面積より前記バッテリケースとの挟着部分の面積が大きい放熱板と、を備えたものである。
【０００９】
前記構成によれば、樹脂製のバッテリケースと半導体素子に接触されたヒートシンクとにより放熱板を挟着するとともに、放熱板のバッテリケースとの挟着部分の面積を、ヒートシンクとの挟着部分の面積よりも大きな面積にしたので、半導体素子からヒートシンクを介して放熱板に伝えられた熱は、放熱板内でヒートシンクとの挟着部分の面積よりも大きな範囲のバッテリケースとの挟着部分に拡散され、バッテリケースを介して外部に放散される。そのため、バッテリケースとして内部空間が小さくてコンパクトで、かつ熱伝導性がよくない樹脂製のものを用いながら、放熱板により熱の外部への良好な放散が確保され、半導体素子から発生する熱を外部に良好に放散することができる。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明は、前記構成において、前記制御基板の表面に前記半導体素子が設けられるとともに、この半導体素子の放熱部が前記制御基板に穿設された貫通孔を通してこの制御基板の裏面に露出されており、この露出した半導体素子の放熱部に前記ヒートシンクが直接接触されたものである。
【００１１】
前記構成によれば、半導体素子の放熱部とヒートシンクとが直接接触されることにより、半導体素子の放熱部の熱をヒートシンクにさらに効率よく伝えることができる。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明は、前記構成において、前記ヒートシンクは、前記制御基板における前記半導体素子が設けられている面に対向させて配置され、かつこのヒートシンクから前記半導体素子の放熱部に向かって延びてこの放熱部に接触する突片部が形成されているものである。
【００１３】
前記構成によれば、半導体素子の放熱部の熱を、この放熱部に接触する突片部を介してヒートシンクに伝えることができる。また、半導体素子の放熱部とヒートシンクとを制御基板の同じ側で接触させることができて、半導体素子の放熱部を制御基板の裏面に突出させなくても済むため、制御基板を作業性よく得ることができる。
【００１４】
さらに、請求項４に記載の発明は、前記ヒートシンクをシリコーン樹脂により前記放熱板に固着したものである。
前記構成によれば、シリコーン樹脂が有する良好な熱伝導性により、ヒートシンクから放熱板への熱の伝導をあまり低下させることなく、ヒートシンクと放熱板とを確実に接触させることができる。
【００１５】
また、請求項５に記載の発明は、前記構成において、前記放熱板のバッテリケース側と反対側の面に、前記ヒートシンクとの接触箇所を除き、絶縁層を設けたものである。
【００１６】
前記構成によれば、バッテリケース側から放熱板が外れたとしても、絶縁層により、放熱板と制御基板に設けた各種電子部品との電気的接触を防ぐことができ、これによりバッテリ装置の信頼性を向上させることができる。
【００１７】
さらに、請求項６に記載の発明は、前記構成において、電動自転車用であるものである。
前記構成によれば、このような構成のバッテリ装置を電動自転車用として採用することで、バッテリ装置をコンパクト化できて、軽量であって、かつバッテリ装置が足などに当ることのない、使い易い電動自転車を得ることができる。また、樹脂製のバッテリケースを用いて、安価かつ防水性能の良好なバッテリ装置を構成できながら、二次電池の充放電による発熱を伴なう半導体素子の熱を良好に外部に放散することができる。
【００１８】
さらにまた、本発明の電動自転車は、前記バッテリ装置を着脱自在に備えたものである。
前記構成によれば、バッテリ装置がコンパクト化されて、軽量であって、かつバッテリ装置が足などに当ることがないため、電動自転車を使い易い状態で使用することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態におけるバッテリ装置を装着した電動自転車のバッテリ装置装着箇所の斜視図である。
【００２０】
図１に示すように、この電動自転車は、電動自転車本体１のバッテリ搭載部２に、バッテリ装置１０を取り外し可能に装着している。そして、この電動自転車は、バッテリ装置１０をバッテリ搭載部２に装着して、このバッテリ装置１０を電源とした電動モータ（図示せず）の補助駆動力を、ペダル３からの人の踏力による人力駆動力に加えることで、坂道などでも楽に走行できるようになっている。一方、バッテリ装置１０の電力を消耗した場合には、バッテリ装置１０を電動自転車本体１から取り外し、家庭用電源などに接続した充電装置（図示せず）にバッテリ装置１０を装着して充電するように構成されている。
【００２１】
本発明の第１の実施の形態におけるバッテリ装置１０を、図２〜図１１に基づいて説明する。
図２は本発明の第１の実施の形態におけるバッテリ装置を示す分解斜視図、図３は同バッテリ装置の図２と反対側から見た分解斜視図、図４は同バッテリ装置のバッテリケースを示す平面図、図５は同バッテリ装置のヒートシンクの平面図と斜視図、図６は同バッテリ装置の放熱板を示す平面図、図７は同バッテリ装置の絶縁フィルムを示す平面図、図８は同バッテリ装置のヒートシンクの取付け状態を示す平面図、図９は同バッテリ装置の制御基板の取付け状態を示す平面図、図１０は同バッテリ装置における図９のＸ−Ｘ線矢視図とＦＥＴの装着状態を示す平面図、図１１は同バッテリ装置における図９のＹ−Ｙ線矢視図である。
【００２２】
図２〜図３に示すように、バッテリ装置１０は、ねじ１１を取り外すことで左右に２分割可能な樹脂製のバッテリケース１２（１２Ａ、１２Ｂ）と、複数のリチウムイオン二次電池１３を接続してなる電池パック１４と、この電池パック１４と接続されＦＥＴ１５を装着した制御基板１６と、ＦＥＴ１５に接触されたヒートシンク１７と、ヒートシンク１７とバッテリケース１２に接触された放熱板１８と、制御基板１６の配設空間を覆う中蓋２６などを備えている。
【００２３】
そして、両方のバッテリケース１２Ａ、１２Ｂにまたがって、詳しくは、一方のバッテリケース１２Ａ寄り側に、電池パック１４が収納されている。
他方のバッテリケース１２Ｂ側には、制御基板１６が収納されるようになっている。すなわち、図４に示すように、他方のバッテリケース１２Ｂの内壁面には、制御基板１６の形状に略合わせた形状であってバッテリケース１２Ｂの外壁面側に窪んだ第１凹部１９が形成され、この第１凹部１９内に制御基板１６が収納される。さらに、この第１凹部１９内の一端側には、放熱板１８の形状に略合わせた形状であって第１凹部１９よりも深く窪んだ第２凹部２０が形成され、その第２凹部２０の中央部には制御基板１６に装着された残留電池容量表示用のＬＥＤなどの複数の電子部品（図示せず）が嵌め込まれる嵌合部２１と、これらの電子部品を作動させるスイッチ（図示せず）を押すボタン部２２とが設けられており、嵌合部２１とボタン部２２の周囲箇所に放熱板１８が取り付けられる。
【００２４】
また、バッテリケース１２Ａとバッテリケース１２Ｂとの他端側（バッテリ装置１０を電動自転車本体１に装着した際に下端部となる側）には、両者にわたって放電端子（充電端子兼用）２４が設けられている。なお、図２、図３などにおいては、電池パック１４と制御基板１６と放電端子２４との各接続用配線を省略して図示している。
【００２５】
前記制御基板１６は、その一端部（バッテリ装置１０を装着した際に、上方となる側）が幅方向に所定角度傾斜した傾斜端部１６ａに形成されている。そして、この制御基板１６には、傾斜端部１６ａの近傍に、二次電池の充放電による負荷により発熱を伴なう半導体素子として２つのＦＥＴ１５が並べて装着されている。ここで、制御基板１６を装着する理由は、電池パック１４において、複数のリチウムイオン二次電池間で、均一かつ効率よく充放電が行われるようにするためである。すなわち、複数のリチウムイオン二次電池間の電気的バランスをとるためである。
【００２６】
図１０（ｂ）に示すように、前記各ＦＥＴ１５は裏面側の大部分の箇所にわたって放熱部１５ａが設けられ、図１０（ａ）に示すように、この放熱部１５ａの一部が横方向に突出している。そして、放熱部１５ａの横方向に突出した一端部同士が向き合うように制御基板１６の幅方向に並列して装着され、ＦＥＴ１５の本体部分が制御基板１６の表面側に位置し、放熱部１５ａが制御基板１６に形成された貫通孔１６ｂを通して制御基板１６の裏面側に突出している。
【００２７】
また、前記ヒートシンク１７は、例えば高い熱伝導度を有するアルミニウム合金からなる平板を折曲してクリップ状に形成されており、図５に示すように、折曲部１７ａの両側にそれぞれ長挟持片１７ｂと短挟持片１７ｃとを有するとともに、長挟持片１７ｂの両側には短挟持片１７ｃと反対側に向いた脚片部１７ｄがそれぞれ立設されている。
【００２８】
前記放熱板１８は、ヒートシンク１７と同様のアルミニウム合金からなる薄板から形成されており、図６に示すように、その中央部には前記嵌合部２１及びボタン部２２を囲む孔１８ａが形成され、この孔１８ａの上方箇所がヒートシンク１７との接触箇所になっている。そして、この放熱板１８は、ヒートシンク１７の長挟持片１７ｂよりも大きな面積に形成されている。
【００２９】
前記放熱板１８の表面側（バッテリケース１２Ｂ側と反対側）には、絶縁フィルム２３が設けられるようになっており、この絶縁フィルム２３は、図７に示すように、放熱板１８のヒートシンク１７との接触箇所に相当する部分近傍が切り欠かれている以外は、放熱板１８と略同形状に形成されている。
【００３０】
そして、図８に示すように、前記バッテリケース１２Ｂの第２凹部２０には、放熱板１８が、この放熱板１８に形成された前記孔１８ａで前記嵌合部２１と前記ボタン部２２の周囲を囲むように配置されるとともに、放熱板１８の裏面側が第２凹部２０の内面に密着するように両面粘着テープ（図示せず）などにより貼着されている。さらに、放熱板１８の表面側には、ヒートシンク１７との接触箇所を除き、両面粘着テープなどにより絶縁フィルム２３が貼着されている。
【００３１】
制御基板１６には、図９、図１０（ａ）、図１１に示すように、各種電子部品が装着された制御基板１６の表面側を、ヒートシンク１７の長挟持片１７ｂ側に向けた状態で、ヒートシンク１７が傾斜端部１６ａ側に取り付けられており、長挟持片１７ｂと短挟持片１７ｃとにより制御基板１６が挟持されるとともに、傾斜端部１６ａに折曲部１７ａが当接され、貫通孔１６ｂを通して制御基板１６の裏面側に突出しているＦＥＴ１５の放熱部１５ａに短挟持片１７ｃが直接接触されている。
【００３２】
また、放熱板１８には、図１０（ａ）、図１１に示すように、制御基板１６に取り付けられた状態で、ヒートシンク１７の２つの脚片部１７ｄがそれぞれ放熱板１８の表面側に直接接触されるとともに、長挟持片１７ｂの本体部分にシリコーン樹脂（図示せず）を塗布することより長挟持片１７ｂの本体部分が放熱板１８の表面側に固着され、かつヒートシンク１７の短挟持片１７ｃの自由端が斜め下方に向くように、ヒートシンク１７が取り付けられている。すなわち、放熱板１８は、バッテリケース１２Ｂとヒートシンク１７とに挟着されており、放熱板１８におけるヒートシンク１７との挟着部分の面積（この実施の形態においては、放熱板１８に臨むヒートシンク１７の長挟持片１７ｂの面積）よりも、放熱板１８におけるバッテリケース１２Ｂに臨む挟着部分の面積（この実施の形態においては、バッテリケース１２Ｂに臨む放熱板１８全面の面積）が大きくなっている。
【００３３】
そして、バッテリケース１２Ｂの凹部１９の周囲に形成された突出縁部２５に、中蓋２６に形成された嵌合凹部２７に嵌め込まれたゴムパッキン２７ａを押し当てた姿勢で、バッテリケース１２Ｂに中蓋２６が被せられている。したがって、中蓋２６により覆われたバッテリケース１２Ｂの第１凹部１９内の小さな空間内に制御基板１６が配設されている。
【００３４】
このバッテリ装置１０においては、リチウムイオン二次電池１３の充電時又は放電時に、ＦＥＴ１５に負荷がかかってＦＥＴ１５が発熱した場合には、その熱は、ＦＥＴ１５の放熱部１５ａからヒートシンク１７の短挟持片１７ｃ、折曲部１７ａを介して長挟持片１７ｂに伝えられる。そして、長挟持片１７ｂに伝えられた熱は、脚片部１７ｄから放熱板１８に直接伝えられるとともに、長挟持片１７ｂの本体部分からシリコーン樹脂の層を介して放熱板１８に伝えられ、放熱板１８内でヒートシンク１７の面積よりも大きな範囲に拡散され、放熱板１８内で拡散された熱は、バッテリケース１２Ｂを介して外部に放散される。なお、一部の熱は、ＦＥＴ１５の放熱部１５ａから直接又は短挟持片１７ｃを介してバッテリケース１２Ｂと中蓋２５とにより形成された空間部に放散される。
【００３５】
前記構成によれば、ＦＥＴ１５の放熱部１５ａにヒートシンク１７を接触させるとともに、ヒートシンク１７を、ヒートシンク１７よりも大きな面積でバッテリケース１２Ｂに臨む放熱板１８に接触させるようにしたので、ＦＥＴ１５の放熱部１５ａの熱は、放熱板１８内でヒートシンク１７の面積よりも大きな範囲に拡散され、放熱板１８内で拡散された熱はバッテリケース１２Ｂを介して外部に良好に放散される。そのため、バッテリケース１２として内部空間が小さなコンパクトなものを用いながら、熱の外部への良好な拡散が確保される。また、コンパクトなバッテリケース１２を用いることにより、バッテリ装置をコンパクト化できて、軽量にすることができる。さらに、バッテリ装置をコンパクトにできることから、搭乗者の足がバッテリ装置に当るなどの不具合を確実に防止できる。
【００３６】
また、制御基板１６に形成した貫通孔１６ｂを通して制御基板１６の裏面側に放熱部１５ａを突出させ、この放熱部１５ａの略全面を、ヒートシンク１７の短挟持片１７ｃに直接接触させている。したがって、ＦＥＴ１５の放熱部１５ａとヒートシンク１７の短挟持片１７ｃとの接触面積が大きくなり、ＦＥＴ１５の放熱部１５ａの熱をヒートシンク１７に極めて効率よく伝えることができる。
【００３７】
さらに、ヒートシンク１７の形状をクリップ状に形成して、制御基板１６を挟持するようにしたので、制御基板１６がヒートシンク１７から外れることを防止できるとともに、ヒートシンク１７がＦＥＴ１５の放熱部１５ａに密着して、熱を良好に伝えることができる。
【００３８】
また、ヒートシンク１７の長挟持片１７ｂを、シリコーン樹脂により、放熱板１８に固着するようにしたので、シリコーン樹脂が有する良好な熱伝導性により、ヒートシンク１７から放熱板１８への熱伝導性をあまり低下させることなく、ヒートシンク１７と放熱板１８とを確実に接触させることができる。また、シリコーン樹脂により長挟持片１７ｂを放熱板１８に固着するため、第２凹部２０の深さと脚片部１７ｄの長さとが製品ごとに多少のバラツキがあっても十分対応することができる。
【００３９】
さらに、放熱板１８の表面側に絶縁フィルム２３を設けたので、放熱板１８がバッテリケース１２Ｂ側から外れたとしても、放熱板１８と制御基板１６に装着された各種電子部品との電気的接触を防ぐことができて、良好な信頼性を得ることができる。
【００４０】
次に、本発明の他の実施の形態におけるバッテリ装置１０を、図１２〜図１４に基づいて説明する。
図１２は本発明の第２の実施の形態におけるバッテリ装置のヒートシンクを示す平面図と斜視図、図１３は同バッテリ装置における図９のＸ−Ｘ線矢視図、図１４は同バッテリ装置における図９のＹ−Ｙ線矢視図である。
【００４１】
このバッテリ装置１０においては、前記第１の実施の形態と同様の制御基板１６の表面側に、傾斜端部１６ａの近傍において、裏面側に一端部が横方向に突出している放熱部１５ａを備えた２つのＦＥＴ１５が、放熱部１５ａの一端部同士が向き合うように制御基板１６の幅方向に並列して装着されている。すなわち、このバッテリ装置１０では、２つのＦＥＴ１５が制御基板１６の表面側のみに実装されており、制御基板１６の裏面側には突出されていない。
【００４２】
そして、ヒートシンク１７は、前記第１の実施の形態と同様に、折曲部１７ａと長挟持片１７ｂと短挟持片１７ｃとを有するが、前記第１の実施の形態とは異なり、長挟持片１７ｂには、長挟持片１７ｂの中央部から短挟持片１７ｃ側に向けて切り起こした２つの互いに平行な突片部１７ｅが形成されている。これら突片部１７ｅは、折曲部１７ａに制御基板１６の傾斜端部１６ａを当接させたときに、これら突片部１７ｅが、前記並列して配置されたＦＥＴの放熱部１５ａの一端部に制御基板１６の表面側から接触するように、折曲部１７ａに対して前記制御基板１６の傾斜端部１６ａの傾斜角度と同じ角度に傾斜している。
【００４３】
そして、このヒートシンク１７は、長挟持片１７ｂ側がシリコーン樹脂により放熱板１８に固着されている。
このヒートシンク１７には、制御基板１６が、その表面側を長挟持片１７ｂ側に向けた状態で、傾斜端部１６ａ側から長挟持片１７ｂと短挟持片１７ｃとの間に挿入されるとともに傾斜端部１６ａが折曲部１７ａに当接されて挟持されており、２つの突片部１７ｅがそれぞれ２つの放熱部１５ａの一端部に直接接触している。
【００４４】
このバッテリ装置１０においては、前記のように、ＦＥＴ１５の放熱部１５ａを制御基板１６の表面側に位置させた点と、ヒートシンク１７に突片部１７ｅを形成した以外は、前記第１の実施の形態と同様に構成されている。したがって、前記第１の実施の形態と同一機能を有するものについては、符号のみを付してその説明は省略した。
【００４５】
この構成のバッテリ装置１０においては、リチウムイオン二次電池１３の充電時又は放電時において、ＦＥＴ１５に負荷がかかってＦＥＴ１５が発熱した場合には、その熱は、ＦＥＴ１５の放熱部１５ａからヒートシンク１７の突片部１７ｅ、長挟持片１７ｂを介して放熱板１８に伝えられ、放熱板１８内でヒートシンク１７の面積よりも大きな範囲に拡散され、放熱板１８内で拡散された熱は、バッテリケース１２Ｂを介して外部に放散される。なお、一部の熱は、ＦＥＴ１５の放熱部１５ａから直接又は突片部１７ｅを介してバッテリケース１２Ｂと中蓋２５とにより形成された空間部に放散される。
【００４６】
前記構成によれば、ＦＥＴ１５とその放熱部１５ａ及び放熱部１５ａに接触させるべき長挟持片１７ｂの突片部１７ｅを、制御基板１６の表面側に配置して、放熱部１５ａと突片部１７ｅとを接触するようにして、ＦＥＴ１５を裏面側に突出させていない構成としたので、制御基板１６に放熱部１５ａを通すための貫通孔などを形成する必要がないとともに、ＦＥＴ１５を含めた電子部品を制御基板１６の片面だけに実装すればよく、制御基板１６を自動実装機で能率よく製造することができ、製造コストも低減できる。
【００４７】
さらに、前記第１の実施の形態と同様に、バッテリケース１２として内部空間が小さなコンパクトなものを用いながら、熱の外部への良好な拡散が確保される。また、コンパクトなバッテリケース１２を用いることにより、バッテリ装置１０をコンパクト化できて、軽量にすることができる。さらに、バッテリ装置１０をコンパクトにできることから、搭乗者の足がバッテリ装置１０に当るなどの不具合を確実に防止できる。さらに、放熱板１８と各種電子部品との電気的接触を防ぐこともできるなど、前記第１の実施の形態と同様の効果を奏する。
【００４８】
本発明においては、ヒートシンク１７や放熱板１８が、アルミニウム合金である場合を述べたが、これに限るものではなく、アルミニウム、銅などからなるものでもよく、また、高熱伝導度を有する樹脂シートからなるものでもよい。また、ヒートシンク１７又は放熱板１８を構成する材料は、同じものでも、異なったものでもよい。
【００４９】
また、放熱板１８の厚みは０．２ｍｍ以上にすることが好ましく、０．２ｍｍ以上の厚みにすることにより、放熱板１８の熱容量が増大して熱をスムーズに吸収することができ、ひいては放熱板１８による熱の拡散を向上させることができる。
【００５０】
本発明のバッテリ装置１０は、電動自転車用のバッテリ装置として特に適しているが、これに限るものではなく、オートバイや自動車（電動自動車を含む）、さらにその他のバッテリ装置としても使用可能である。
【００５１】
また、前記のように、複数のリチウムイオン二次電池からなる電池パック１４においては、複数のリチウムイオン二次電池間の電気的なバランスをとるために、ＦＥＴ１５を設けた制御基板１６が必要であるが、本発明の制御基板１６を備えたバッテリ装置１０は、複数のリチウムイオン二次電池からなる電池パックを有するものに特に好ましく使用することができる。また、リチウムイオン二次電池以外の電池でも、前記制御基板１６を必要とする二次電池であれば、本発明のバッテリ装置１０を採用することができる。
【００５２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のバッテリ装置によれば、樹脂製のバッテリケースと半導体素子に接触されたヒートシンクとにより放熱板を挟着するとともに、放熱板のバッテリケースとの挟着部分の面積を、ヒートシンクとの挟着部分の面積よりも大きな面積にしたので、半導体素子からヒートシンクを介して放熱板に伝えられた熱は、放熱板内でヒートシンクとの挟着部分の面積よりも大きな範囲のバッテリケースとの挟着部分に拡散され、バッテリケースを介して外部に放散される。そのため、バッテリケースとして内部空間が小さくてコンパクトで、かつ熱伝導性がよくない樹脂製のものを用いながら、放熱板により熱の外部への良好な放散が確保され、半導体素子から発生する熱を外部に良好に放散することができる。
【００５３】
また、半導体素子の裏面側に設けられている放熱部に直接ヒートシンクを接触させることで、半導体素子の放熱部の熱をヒートシンクにさらに効率よく伝えることができる。
【００５４】
また、ヒートシンクを、半導体素子が設けられている面から放熱部に接触させる突片部を設けたことにより、制御基板、ひいてはバッテリ装置をコンパクトにすることができ、また、制御基板を作業性よく得ることができる。
【００５５】
さらに、ヒートシンクをシリコーン樹脂により放熱板に固着したことにより、ヒートシンクから放熱板への熱の伝導をあまり低下させることなく、ヒートシンクと放熱板とを確実に接触させることができる。
【００５６】
さらにまた、放熱板のバッテリケース側と反対側の面に絶縁層を設けたことで、放熱板がバッテリケース側から外れたとしても、絶縁層により、放熱板と制御基板に設けた各種電子部品との電気的接触を防ぐことができ、これによりバッテリ装置の信頼性を向上させることができる。
【００５７】
また、このような構成のバッテリ装置を電動自転車用として採用することで、バッテリ装置をコンパクト化できて、軽量であってかつバッテリ装置が足などに当ることのない、使い易い電動自転車を得ることができる。また、樹脂製のバッテリケースを用いて、安価かつ防水性能の良好なバッテリ装置を構成できながら、二次電池に充放電による発熱を伴なう半導体素子の熱を良好に外部に放散することができる。
【００５８】
さらにまた、前記バッテリ装置を装着した電動自転車は、バッテリ装置がコンパクト化されて、軽量であって、かつバッテリ装置が足などに当ることがないため、電動自転車を使い易い状態で使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態におけるバッテリ装置を装着した電動自転車のバッテリ装置装着箇所の斜視図である。
【図２】同バッテリ装置を示す分解斜視図である。
【図３】同バッテリ装置の図２と反対側から見た分解斜視図である。
【図４】同バッテリ装置のバッテリケースを示す平面図である。
【図５】同バッテリ装置のヒートシンクを示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその斜視図である。
【図６】同バッテリ装置の放熱板を示す平面図である。
【図７】同バッテリ装置の絶縁フィルムを示す平面図である。
【図８】同バッテリ装置のヒートシンクの取付け状態を示す平面図である。
【図９】同バッテリ装置の制御基板の取付け状態を示す平面図である。
【図１０】（ａ）は同バッテリ装置における図９のＸ−Ｘ線矢視図、（ｂ）はＦＥＴの装着状態を示す平面図である。
【図１１】同バッテリ装置における図９のＹ−Ｙ線矢視図である。
【図１２】本発明の他の実施の形態におけるバッテリ装置のヒートシンクを示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその斜視図である。
【図１３】同バッテリ装置における図９のＸ−Ｘ線矢視図である。
【図１４】同バッテリ装置における図９のＹ−Ｙ線矢視図である。
【符号の説明】
１ 電動自転車本体
２ バッテリ搭載部
３ ペダル
１０ バッテリ装置
１１ ねじ
１２ バッテリケース
１２Ａ バッテリケース
１２Ｂ バッテリケース
１３ リチウムイオン二次電池
１４ 電池パック
１５ ＦＥＴ
１５ａ 放熱部
１６ 制御基板
１６ａ 傾斜端部
１６ｂ 貫通孔
１７ ヒートシンク
１７ａ 折曲部
１７ｂ 長挟持片
１７ｃ 短挟持片
１７ｄ 脚片部
１７ｅ 突片部
１８ 放熱板
１８ａ 孔
１９ 第１凹部
２０ 第２凹部
２１ 嵌合部
２２ ボタン部
２３ 絶縁フィルム
２４ 放電端子
２５ 突出縁部
２６ 中蓋
２７ 嵌合凹部
２７ａ ゴムパッキン
【発明の属する技術分野】
本発明はバッテリ装置及び電動自転車に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ペダルからの人の踏力による人力駆動力に、二次電池を電源とした電動モータの補助駆動力を加えることで、坂道などでも楽に走行できる電動自転車は既に知られている。この電動自転車では、複数の二次電池を接続してなる電池パックを内蔵したバッテリ装置を、電動自転車本体に着脱自在に取り付けている。
【０００３】
この種のバッテリ装置においては、二次電池の放電機能や充電機能などを安定して発揮すべく、二次電池の充放電に関する制御を行う制御基板をバッテリケース内に配設したものがあり、前記制御基板にはＦＥＴ（電界効果トランジスタ）などの負荷により発熱を伴なう半導体素子を有する場合がある。
【０００４】
この半導体素子の熱の放散を良好にするために、特開２００１−６６３９号公報にも記載されているように、半導体素子の放熱部に熱伝導率が高い材料からなるヒートシンクを取り付けて放熱を良好に行わせることが提案されている。前記特開２００１−６６３９号公報に開示された電池パックにおいては、バッテリケースを金属製とし、ヒートシンクを金属製のバッテリケースに接触させることで、放熱を良好に行わせるように図られている。
【０００５】
ところで、このようなバッテリ装置を電動自転車に取り付ける場合には、走行中に搭乗者の足などがバッテリ装置に当らないように、バッテリ装置をできるだけコンパクトに形成することが望ましい。また、雨水などをかぶった場合でも支障を来さないような対策として、バッテリケースを樹脂製とし、制御基板やヒートシンクが外部に露出しないように配設するとよい。また、このようにバッテリケースを樹脂製とすることで、バッテリケースを金属製とした場合に比べて、バッテリケースを軽量化することができるので、バッテリ装置ひいては電動自転車の軽量化を図ることもできる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、バッテリ装置をコンパクトに形成すべく、バッテリケースとしてコンパクトで、かつ金属製のバッテリケースを樹脂製のものに単に代えただけの構成であると、充放電の制御による半導体素子の負荷が大きくなって、発熱量が大きくなった場合に、バッテリケース内の空間が小さいためにバッテリケース内の空間だけの放熱では不十分となったり、熱伝導性がよくない樹脂製のバッテリケースを用いているために、金属製のバッテリケースを用いる場合と比べて外部への放熱効果が十分には得られなかったりするという課題を生じてしまう。
【０００７】
そこで、本発明は前記課題を解決するもので、バッテリケースとしてコンパクトで、かつ樹脂製のものを用いながら、半導体素子から発生する熱を外部に良好に放散することができるバッテリ装置及び電動自転車を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明のバッテリ装置は、樹脂製のバッテリケース内に、二次電池の充放電により発熱を伴なう半導体素子を有する制御基板と、前記半導体素子に接触されたヒートシンクと、前記バッテリケースの内壁面に沿わせて配設され、このバッテリケースと前記ヒートシンクとに挟着され、かつこのヒートシンクとの挟着部分の面積より前記バッテリケースとの挟着部分の面積が大きい放熱板と、を備えたものである。
【０００９】
前記構成によれば、樹脂製のバッテリケースと半導体素子に接触されたヒートシンクとにより放熱板を挟着するとともに、放熱板のバッテリケースとの挟着部分の面積を、ヒートシンクとの挟着部分の面積よりも大きな面積にしたので、半導体素子からヒートシンクを介して放熱板に伝えられた熱は、放熱板内でヒートシンクとの挟着部分の面積よりも大きな範囲のバッテリケースとの挟着部分に拡散され、バッテリケースを介して外部に放散される。そのため、バッテリケースとして内部空間が小さくてコンパクトで、かつ熱伝導性がよくない樹脂製のものを用いながら、放熱板により熱の外部への良好な放散が確保され、半導体素子から発生する熱を外部に良好に放散することができる。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明は、前記構成において、前記制御基板の表面に前記半導体素子が設けられるとともに、この半導体素子の放熱部が前記制御基板に穿設された貫通孔を通してこの制御基板の裏面に露出されており、この露出した半導体素子の放熱部に前記ヒートシンクが直接接触されたものである。
【００１１】
前記構成によれば、半導体素子の放熱部とヒートシンクとが直接接触されることにより、半導体素子の放熱部の熱をヒートシンクにさらに効率よく伝えることができる。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明は、前記構成において、前記ヒートシンクは、前記制御基板における前記半導体素子が設けられている面に対向させて配置され、かつこのヒートシンクから前記半導体素子の放熱部に向かって延びてこの放熱部に接触する突片部が形成されているものである。
【００１３】
前記構成によれば、半導体素子の放熱部の熱を、この放熱部に接触する突片部を介してヒートシンクに伝えることができる。また、半導体素子の放熱部とヒートシンクとを制御基板の同じ側で接触させることができて、半導体素子の放熱部を制御基板の裏面に突出させなくても済むため、制御基板を作業性よく得ることができる。
【００１４】
さらに、請求項４に記載の発明は、前記ヒートシンクをシリコーン樹脂により前記放熱板に固着したものである。
前記構成によれば、シリコーン樹脂が有する良好な熱伝導性により、ヒートシンクから放熱板への熱の伝導をあまり低下させることなく、ヒートシンクと放熱板とを確実に接触させることができる。
【００１５】
また、請求項５に記載の発明は、前記構成において、前記放熱板のバッテリケース側と反対側の面に、前記ヒートシンクとの接触箇所を除き、絶縁層を設けたものである。
【００１６】
前記構成によれば、バッテリケース側から放熱板が外れたとしても、絶縁層により、放熱板と制御基板に設けた各種電子部品との電気的接触を防ぐことができ、これによりバッテリ装置の信頼性を向上させることができる。
【００１７】
さらに、請求項６に記載の発明は、前記構成において、電動自転車用であるものである。
前記構成によれば、このような構成のバッテリ装置を電動自転車用として採用することで、バッテリ装置をコンパクト化できて、軽量であって、かつバッテリ装置が足などに当ることのない、使い易い電動自転車を得ることができる。また、樹脂製のバッテリケースを用いて、安価かつ防水性能の良好なバッテリ装置を構成できながら、二次電池の充放電による発熱を伴なう半導体素子の熱を良好に外部に放散することができる。
【００１８】
さらにまた、本発明の電動自転車は、前記バッテリ装置を着脱自在に備えたものである。
前記構成によれば、バッテリ装置がコンパクト化されて、軽量であって、かつバッテリ装置が足などに当ることがないため、電動自転車を使い易い状態で使用することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態におけるバッテリ装置を装着した電動自転車のバッテリ装置装着箇所の斜視図である。
【００２０】
図１に示すように、この電動自転車は、電動自転車本体１のバッテリ搭載部２に、バッテリ装置１０を取り外し可能に装着している。そして、この電動自転車は、バッテリ装置１０をバッテリ搭載部２に装着して、このバッテリ装置１０を電源とした電動モータ（図示せず）の補助駆動力を、ペダル３からの人の踏力による人力駆動力に加えることで、坂道などでも楽に走行できるようになっている。一方、バッテリ装置１０の電力を消耗した場合には、バッテリ装置１０を電動自転車本体１から取り外し、家庭用電源などに接続した充電装置（図示せず）にバッテリ装置１０を装着して充電するように構成されている。
【００２１】
本発明の第１の実施の形態におけるバッテリ装置１０を、図２〜図１１に基づいて説明する。
図２は本発明の第１の実施の形態におけるバッテリ装置を示す分解斜視図、図３は同バッテリ装置の図２と反対側から見た分解斜視図、図４は同バッテリ装置のバッテリケースを示す平面図、図５は同バッテリ装置のヒートシンクの平面図と斜視図、図６は同バッテリ装置の放熱板を示す平面図、図７は同バッテリ装置の絶縁フィルムを示す平面図、図８は同バッテリ装置のヒートシンクの取付け状態を示す平面図、図９は同バッテリ装置の制御基板の取付け状態を示す平面図、図１０は同バッテリ装置における図９のＸ−Ｘ線矢視図とＦＥＴの装着状態を示す平面図、図１１は同バッテリ装置における図９のＹ−Ｙ線矢視図である。
【００２２】
図２〜図３に示すように、バッテリ装置１０は、ねじ１１を取り外すことで左右に２分割可能な樹脂製のバッテリケース１２（１２Ａ、１２Ｂ）と、複数のリチウムイオン二次電池１３を接続してなる電池パック１４と、この電池パック１４と接続されＦＥＴ１５を装着した制御基板１６と、ＦＥＴ１５に接触されたヒートシンク１７と、ヒートシンク１７とバッテリケース１２に接触された放熱板１８と、制御基板１６の配設空間を覆う中蓋２６などを備えている。
【００２３】
そして、両方のバッテリケース１２Ａ、１２Ｂにまたがって、詳しくは、一方のバッテリケース１２Ａ寄り側に、電池パック１４が収納されている。
他方のバッテリケース１２Ｂ側には、制御基板１６が収納されるようになっている。すなわち、図４に示すように、他方のバッテリケース１２Ｂの内壁面には、制御基板１６の形状に略合わせた形状であってバッテリケース１２Ｂの外壁面側に窪んだ第１凹部１９が形成され、この第１凹部１９内に制御基板１６が収納される。さらに、この第１凹部１９内の一端側には、放熱板１８の形状に略合わせた形状であって第１凹部１９よりも深く窪んだ第２凹部２０が形成され、その第２凹部２０の中央部には制御基板１６に装着された残留電池容量表示用のＬＥＤなどの複数の電子部品（図示せず）が嵌め込まれる嵌合部２１と、これらの電子部品を作動させるスイッチ（図示せず）を押すボタン部２２とが設けられており、嵌合部２１とボタン部２２の周囲箇所に放熱板１８が取り付けられる。
【００２４】
また、バッテリケース１２Ａとバッテリケース１２Ｂとの他端側（バッテリ装置１０を電動自転車本体１に装着した際に下端部となる側）には、両者にわたって放電端子（充電端子兼用）２４が設けられている。なお、図２、図３などにおいては、電池パック１４と制御基板１６と放電端子２４との各接続用配線を省略して図示している。
【００２５】
前記制御基板１６は、その一端部（バッテリ装置１０を装着した際に、上方となる側）が幅方向に所定角度傾斜した傾斜端部１６ａに形成されている。そして、この制御基板１６には、傾斜端部１６ａの近傍に、二次電池の充放電による負荷により発熱を伴なう半導体素子として２つのＦＥＴ１５が並べて装着されている。ここで、制御基板１６を装着する理由は、電池パック１４において、複数のリチウムイオン二次電池間で、均一かつ効率よく充放電が行われるようにするためである。すなわち、複数のリチウムイオン二次電池間の電気的バランスをとるためである。
【００２６】
図１０（ｂ）に示すように、前記各ＦＥＴ１５は裏面側の大部分の箇所にわたって放熱部１５ａが設けられ、図１０（ａ）に示すように、この放熱部１５ａの一部が横方向に突出している。そして、放熱部１５ａの横方向に突出した一端部同士が向き合うように制御基板１６の幅方向に並列して装着され、ＦＥＴ１５の本体部分が制御基板１６の表面側に位置し、放熱部１５ａが制御基板１６に形成された貫通孔１６ｂを通して制御基板１６の裏面側に突出している。
【００２７】
また、前記ヒートシンク１７は、例えば高い熱伝導度を有するアルミニウム合金からなる平板を折曲してクリップ状に形成されており、図５に示すように、折曲部１７ａの両側にそれぞれ長挟持片１７ｂと短挟持片１７ｃとを有するとともに、長挟持片１７ｂの両側には短挟持片１７ｃと反対側に向いた脚片部１７ｄがそれぞれ立設されている。
【００２８】
前記放熱板１８は、ヒートシンク１７と同様のアルミニウム合金からなる薄板から形成されており、図６に示すように、その中央部には前記嵌合部２１及びボタン部２２を囲む孔１８ａが形成され、この孔１８ａの上方箇所がヒートシンク１７との接触箇所になっている。そして、この放熱板１８は、ヒートシンク１７の長挟持片１７ｂよりも大きな面積に形成されている。
【００２９】
前記放熱板１８の表面側（バッテリケース１２Ｂ側と反対側）には、絶縁フィルム２３が設けられるようになっており、この絶縁フィルム２３は、図７に示すように、放熱板１８のヒートシンク１７との接触箇所に相当する部分近傍が切り欠かれている以外は、放熱板１８と略同形状に形成されている。
【００３０】
そして、図８に示すように、前記バッテリケース１２Ｂの第２凹部２０には、放熱板１８が、この放熱板１８に形成された前記孔１８ａで前記嵌合部２１と前記ボタン部２２の周囲を囲むように配置されるとともに、放熱板１８の裏面側が第２凹部２０の内面に密着するように両面粘着テープ（図示せず）などにより貼着されている。さらに、放熱板１８の表面側には、ヒートシンク１７との接触箇所を除き、両面粘着テープなどにより絶縁フィルム２３が貼着されている。
【００３１】
制御基板１６には、図９、図１０（ａ）、図１１に示すように、各種電子部品が装着された制御基板１６の表面側を、ヒートシンク１７の長挟持片１７ｂ側に向けた状態で、ヒートシンク１７が傾斜端部１６ａ側に取り付けられており、長挟持片１７ｂと短挟持片１７ｃとにより制御基板１６が挟持されるとともに、傾斜端部１６ａに折曲部１７ａが当接され、貫通孔１６ｂを通して制御基板１６の裏面側に突出しているＦＥＴ１５の放熱部１５ａに短挟持片１７ｃが直接接触されている。
【００３２】
また、放熱板１８には、図１０（ａ）、図１１に示すように、制御基板１６に取り付けられた状態で、ヒートシンク１７の２つの脚片部１７ｄがそれぞれ放熱板１８の表面側に直接接触されるとともに、長挟持片１７ｂの本体部分にシリコーン樹脂（図示せず）を塗布することより長挟持片１７ｂの本体部分が放熱板１８の表面側に固着され、かつヒートシンク１７の短挟持片１７ｃの自由端が斜め下方に向くように、ヒートシンク１７が取り付けられている。すなわち、放熱板１８は、バッテリケース１２Ｂとヒートシンク１７とに挟着されており、放熱板１８におけるヒートシンク１７との挟着部分の面積（この実施の形態においては、放熱板１８に臨むヒートシンク１７の長挟持片１７ｂの面積）よりも、放熱板１８におけるバッテリケース１２Ｂに臨む挟着部分の面積（この実施の形態においては、バッテリケース１２Ｂに臨む放熱板１８全面の面積）が大きくなっている。
【００３３】
そして、バッテリケース１２Ｂの凹部１９の周囲に形成された突出縁部２５に、中蓋２６に形成された嵌合凹部２７に嵌め込まれたゴムパッキン２７ａを押し当てた姿勢で、バッテリケース１２Ｂに中蓋２６が被せられている。したがって、中蓋２６により覆われたバッテリケース１２Ｂの第１凹部１９内の小さな空間内に制御基板１６が配設されている。
【００３４】
このバッテリ装置１０においては、リチウムイオン二次電池１３の充電時又は放電時に、ＦＥＴ１５に負荷がかかってＦＥＴ１５が発熱した場合には、その熱は、ＦＥＴ１５の放熱部１５ａからヒートシンク１７の短挟持片１７ｃ、折曲部１７ａを介して長挟持片１７ｂに伝えられる。そして、長挟持片１７ｂに伝えられた熱は、脚片部１７ｄから放熱板１８に直接伝えられるとともに、長挟持片１７ｂの本体部分からシリコーン樹脂の層を介して放熱板１８に伝えられ、放熱板１８内でヒートシンク１７の面積よりも大きな範囲に拡散され、放熱板１８内で拡散された熱は、バッテリケース１２Ｂを介して外部に放散される。なお、一部の熱は、ＦＥＴ１５の放熱部１５ａから直接又は短挟持片１７ｃを介してバッテリケース１２Ｂと中蓋２５とにより形成された空間部に放散される。
【００３５】
前記構成によれば、ＦＥＴ１５の放熱部１５ａにヒートシンク１７を接触させるとともに、ヒートシンク１７を、ヒートシンク１７よりも大きな面積でバッテリケース１２Ｂに臨む放熱板１８に接触させるようにしたので、ＦＥＴ１５の放熱部１５ａの熱は、放熱板１８内でヒートシンク１７の面積よりも大きな範囲に拡散され、放熱板１８内で拡散された熱はバッテリケース１２Ｂを介して外部に良好に放散される。そのため、バッテリケース１２として内部空間が小さなコンパクトなものを用いながら、熱の外部への良好な拡散が確保される。また、コンパクトなバッテリケース１２を用いることにより、バッテリ装置をコンパクト化できて、軽量にすることができる。さらに、バッテリ装置をコンパクトにできることから、搭乗者の足がバッテリ装置に当るなどの不具合を確実に防止できる。
【００３６】
また、制御基板１６に形成した貫通孔１６ｂを通して制御基板１６の裏面側に放熱部１５ａを突出させ、この放熱部１５ａの略全面を、ヒートシンク１７の短挟持片１７ｃに直接接触させている。したがって、ＦＥＴ１５の放熱部１５ａとヒートシンク１７の短挟持片１７ｃとの接触面積が大きくなり、ＦＥＴ１５の放熱部１５ａの熱をヒートシンク１７に極めて効率よく伝えることができる。
【００３７】
さらに、ヒートシンク１７の形状をクリップ状に形成して、制御基板１６を挟持するようにしたので、制御基板１６がヒートシンク１７から外れることを防止できるとともに、ヒートシンク１７がＦＥＴ１５の放熱部１５ａに密着して、熱を良好に伝えることができる。
【００３８】
また、ヒートシンク１７の長挟持片１７ｂを、シリコーン樹脂により、放熱板１８に固着するようにしたので、シリコーン樹脂が有する良好な熱伝導性により、ヒートシンク１７から放熱板１８への熱伝導性をあまり低下させることなく、ヒートシンク１７と放熱板１８とを確実に接触させることができる。また、シリコーン樹脂により長挟持片１７ｂを放熱板１８に固着するため、第２凹部２０の深さと脚片部１７ｄの長さとが製品ごとに多少のバラツキがあっても十分対応することができる。
【００３９】
さらに、放熱板１８の表面側に絶縁フィルム２３を設けたので、放熱板１８がバッテリケース１２Ｂ側から外れたとしても、放熱板１８と制御基板１６に装着された各種電子部品との電気的接触を防ぐことができて、良好な信頼性を得ることができる。
【００４０】
次に、本発明の他の実施の形態におけるバッテリ装置１０を、図１２〜図１４に基づいて説明する。
図１２は本発明の第２の実施の形態におけるバッテリ装置のヒートシンクを示す平面図と斜視図、図１３は同バッテリ装置における図９のＸ−Ｘ線矢視図、図１４は同バッテリ装置における図９のＹ−Ｙ線矢視図である。
【００４１】
このバッテリ装置１０においては、前記第１の実施の形態と同様の制御基板１６の表面側に、傾斜端部１６ａの近傍において、裏面側に一端部が横方向に突出している放熱部１５ａを備えた２つのＦＥＴ１５が、放熱部１５ａの一端部同士が向き合うように制御基板１６の幅方向に並列して装着されている。すなわち、このバッテリ装置１０では、２つのＦＥＴ１５が制御基板１６の表面側のみに実装されており、制御基板１６の裏面側には突出されていない。
【００４２】
そして、ヒートシンク１７は、前記第１の実施の形態と同様に、折曲部１７ａと長挟持片１７ｂと短挟持片１７ｃとを有するが、前記第１の実施の形態とは異なり、長挟持片１７ｂには、長挟持片１７ｂの中央部から短挟持片１７ｃ側に向けて切り起こした２つの互いに平行な突片部１７ｅが形成されている。これら突片部１７ｅは、折曲部１７ａに制御基板１６の傾斜端部１６ａを当接させたときに、これら突片部１７ｅが、前記並列して配置されたＦＥＴの放熱部１５ａの一端部に制御基板１６の表面側から接触するように、折曲部１７ａに対して前記制御基板１６の傾斜端部１６ａの傾斜角度と同じ角度に傾斜している。
【００４３】
そして、このヒートシンク１７は、長挟持片１７ｂ側がシリコーン樹脂により放熱板１８に固着されている。
このヒートシンク１７には、制御基板１６が、その表面側を長挟持片１７ｂ側に向けた状態で、傾斜端部１６ａ側から長挟持片１７ｂと短挟持片１７ｃとの間に挿入されるとともに傾斜端部１６ａが折曲部１７ａに当接されて挟持されており、２つの突片部１７ｅがそれぞれ２つの放熱部１５ａの一端部に直接接触している。
【００４４】
このバッテリ装置１０においては、前記のように、ＦＥＴ１５の放熱部１５ａを制御基板１６の表面側に位置させた点と、ヒートシンク１７に突片部１７ｅを形成した以外は、前記第１の実施の形態と同様に構成されている。したがって、前記第１の実施の形態と同一機能を有するものについては、符号のみを付してその説明は省略した。
【００４５】
この構成のバッテリ装置１０においては、リチウムイオン二次電池１３の充電時又は放電時において、ＦＥＴ１５に負荷がかかってＦＥＴ１５が発熱した場合には、その熱は、ＦＥＴ１５の放熱部１５ａからヒートシンク１７の突片部１７ｅ、長挟持片１７ｂを介して放熱板１８に伝えられ、放熱板１８内でヒートシンク１７の面積よりも大きな範囲に拡散され、放熱板１８内で拡散された熱は、バッテリケース１２Ｂを介して外部に放散される。なお、一部の熱は、ＦＥＴ１５の放熱部１５ａから直接又は突片部１７ｅを介してバッテリケース１２Ｂと中蓋２５とにより形成された空間部に放散される。
【００４６】
前記構成によれば、ＦＥＴ１５とその放熱部１５ａ及び放熱部１５ａに接触させるべき長挟持片１７ｂの突片部１７ｅを、制御基板１６の表面側に配置して、放熱部１５ａと突片部１７ｅとを接触するようにして、ＦＥＴ１５を裏面側に突出させていない構成としたので、制御基板１６に放熱部１５ａを通すための貫通孔などを形成する必要がないとともに、ＦＥＴ１５を含めた電子部品を制御基板１６の片面だけに実装すればよく、制御基板１６を自動実装機で能率よく製造することができ、製造コストも低減できる。
【００４７】
さらに、前記第１の実施の形態と同様に、バッテリケース１２として内部空間が小さなコンパクトなものを用いながら、熱の外部への良好な拡散が確保される。また、コンパクトなバッテリケース１２を用いることにより、バッテリ装置１０をコンパクト化できて、軽量にすることができる。さらに、バッテリ装置１０をコンパクトにできることから、搭乗者の足がバッテリ装置１０に当るなどの不具合を確実に防止できる。さらに、放熱板１８と各種電子部品との電気的接触を防ぐこともできるなど、前記第１の実施の形態と同様の効果を奏する。
【００４８】
本発明においては、ヒートシンク１７や放熱板１８が、アルミニウム合金である場合を述べたが、これに限るものではなく、アルミニウム、銅などからなるものでもよく、また、高熱伝導度を有する樹脂シートからなるものでもよい。また、ヒートシンク１７又は放熱板１８を構成する材料は、同じものでも、異なったものでもよい。
【００４９】
また、放熱板１８の厚みは０．２ｍｍ以上にすることが好ましく、０．２ｍｍ以上の厚みにすることにより、放熱板１８の熱容量が増大して熱をスムーズに吸収することができ、ひいては放熱板１８による熱の拡散を向上させることができる。
【００５０】
本発明のバッテリ装置１０は、電動自転車用のバッテリ装置として特に適しているが、これに限るものではなく、オートバイや自動車（電動自動車を含む）、さらにその他のバッテリ装置としても使用可能である。
【００５１】
また、前記のように、複数のリチウムイオン二次電池からなる電池パック１４においては、複数のリチウムイオン二次電池間の電気的なバランスをとるために、ＦＥＴ１５を設けた制御基板１６が必要であるが、本発明の制御基板１６を備えたバッテリ装置１０は、複数のリチウムイオン二次電池からなる電池パックを有するものに特に好ましく使用することができる。また、リチウムイオン二次電池以外の電池でも、前記制御基板１６を必要とする二次電池であれば、本発明のバッテリ装置１０を採用することができる。
【００５２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のバッテリ装置によれば、樹脂製のバッテリケースと半導体素子に接触されたヒートシンクとにより放熱板を挟着するとともに、放熱板のバッテリケースとの挟着部分の面積を、ヒートシンクとの挟着部分の面積よりも大きな面積にしたので、半導体素子からヒートシンクを介して放熱板に伝えられた熱は、放熱板内でヒートシンクとの挟着部分の面積よりも大きな範囲のバッテリケースとの挟着部分に拡散され、バッテリケースを介して外部に放散される。そのため、バッテリケースとして内部空間が小さくてコンパクトで、かつ熱伝導性がよくない樹脂製のものを用いながら、放熱板により熱の外部への良好な放散が確保され、半導体素子から発生する熱を外部に良好に放散することができる。
【００５３】
また、半導体素子の裏面側に設けられている放熱部に直接ヒートシンクを接触させることで、半導体素子の放熱部の熱をヒートシンクにさらに効率よく伝えることができる。
【００５４】
また、ヒートシンクを、半導体素子が設けられている面から放熱部に接触させる突片部を設けたことにより、制御基板、ひいてはバッテリ装置をコンパクトにすることができ、また、制御基板を作業性よく得ることができる。
【００５５】
さらに、ヒートシンクをシリコーン樹脂により放熱板に固着したことにより、ヒートシンクから放熱板への熱の伝導をあまり低下させることなく、ヒートシンクと放熱板とを確実に接触させることができる。
【００５６】
さらにまた、放熱板のバッテリケース側と反対側の面に絶縁層を設けたことで、放熱板がバッテリケース側から外れたとしても、絶縁層により、放熱板と制御基板に設けた各種電子部品との電気的接触を防ぐことができ、これによりバッテリ装置の信頼性を向上させることができる。
【００５７】
また、このような構成のバッテリ装置を電動自転車用として採用することで、バッテリ装置をコンパクト化できて、軽量であってかつバッテリ装置が足などに当ることのない、使い易い電動自転車を得ることができる。また、樹脂製のバッテリケースを用いて、安価かつ防水性能の良好なバッテリ装置を構成できながら、二次電池に充放電による発熱を伴なう半導体素子の熱を良好に外部に放散することができる。
【００５８】
さらにまた、前記バッテリ装置を装着した電動自転車は、バッテリ装置がコンパクト化されて、軽量であって、かつバッテリ装置が足などに当ることがないため、電動自転車を使い易い状態で使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態におけるバッテリ装置を装着した電動自転車のバッテリ装置装着箇所の斜視図である。
【図２】同バッテリ装置を示す分解斜視図である。
【図３】同バッテリ装置の図２と反対側から見た分解斜視図である。
【図４】同バッテリ装置のバッテリケースを示す平面図である。
【図５】同バッテリ装置のヒートシンクを示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその斜視図である。
【図６】同バッテリ装置の放熱板を示す平面図である。
【図７】同バッテリ装置の絶縁フィルムを示す平面図である。
【図８】同バッテリ装置のヒートシンクの取付け状態を示す平面図である。
【図９】同バッテリ装置の制御基板の取付け状態を示す平面図である。
【図１０】（ａ）は同バッテリ装置における図９のＸ−Ｘ線矢視図、（ｂ）はＦＥＴの装着状態を示す平面図である。
【図１１】同バッテリ装置における図９のＹ−Ｙ線矢視図である。
【図１２】本発明の他の実施の形態におけるバッテリ装置のヒートシンクを示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその斜視図である。
【図１３】同バッテリ装置における図９のＸ−Ｘ線矢視図である。
【図１４】同バッテリ装置における図９のＹ−Ｙ線矢視図である。
【符号の説明】
１ 電動自転車本体
２ バッテリ搭載部
３ ペダル
１０ バッテリ装置
１１ ねじ
１２ バッテリケース
１２Ａ バッテリケース
１２Ｂ バッテリケース
１３ リチウムイオン二次電池
１４ 電池パック
１５ ＦＥＴ
１５ａ 放熱部
１６ 制御基板
１６ａ 傾斜端部
１６ｂ 貫通孔
１７ ヒートシンク
１７ａ 折曲部
１７ｂ 長挟持片
１７ｃ 短挟持片
１７ｄ 脚片部
１７ｅ 突片部
１８ 放熱板
１８ａ 孔
１９ 第１凹部
２０ 第２凹部
２１ 嵌合部
２２ ボタン部
２３ 絶縁フィルム
２４ 放電端子
２５ 突出縁部
２６ 中蓋
２７ 嵌合凹部
２７ａ ゴムパッキン
Claims (7)
- 樹脂製のバッテリケース内に、
二次電池の充放電により発熱を伴なう半導体素子を有する制御基板と、
前記半導体素子に接触されたヒートシンクと、
前記バッテリケースの内壁面に沿わせて配設され、このバッテリケースと前記ヒートシンクとに挟着され、かつこのヒートシンクとの挟着部分の面積より前記バッテリケースとの挟着部分の面積が大きい放熱板と、
を備えたバッテリ装置。 - 前記制御基板の表面に前記半導体素子が設けられるとともに、この半導体素子の放熱部が前記制御基板に穿設された貫通孔を通してこの制御基板の裏面に露出されており、この露出した半導体素子の放熱部に前記ヒートシンクが直接接触された請求項１記載のバッテリ装置。
- 前記ヒートシンクは、前記制御基板における前記半導体素子が設けられている面に対向させて配置され、かつこのヒートシンクから前記半導体素子の放熱部に向かって延びてこの放熱部に接触する突片部が形成されている請求項１記載のバッテリ装置。
- 前記ヒートシンクをシリコーン樹脂により前記放熱板に固着した請求項１〜３の何れかに記載のバッテリ装置。
- 前記放熱板のバッテリケース側と反対側の面に、前記ヒートシンクとの接触箇所を除き、絶縁層を設けた請求項１〜４の何れかに記載のバッテリ装置。
- 電動自転車用である請求項１〜５の何れかに記載のバッテリ装置。
- 請求項６記載のバッテリ装置を着脱自在に備えた電動自転車。
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