JP2009016239A - 電源体の温度調節構造及び車両 - Google Patents

Abstract

【課題】電池を適正な使用温度に維持するための電池の温度調節構造を低コストで提供する。
【解決手段】車両のフロアパネル１５から離間した位置に配置される電池１２と、電池１２に接触し、電池１２の熱をフロアパネル１５に伝熱するためのバイメタル１３とを有する。バイメタル１３は、その温度が４０℃よりも低くなると、電池１２に対する接触面積を減少させるように変形する。これにより、電池１２の放熱を抑制して、車両出力に対応した電池出力を得ることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、電源体を適正な使用温度に維持するための温度調節構造に関する。

ハイブリッド自動車、電気自動車などの駆動用または補助電源として、複数のリチウムイオン電池と、これらのリチウムイオン電池を冷却するための冷却液と、これらのリチウムイオン電池及び冷却液を収容する電池パックとからなる電源装置が知られている。

この種の電源装置は、充放電の際に発熱し、電池温度が所定温度（リチウムイオン電池の場合には６０℃）を超えると電池劣化が進行すると考えられている。したがって、電源装置の熱を車両の外部に放熱させる放熱構造を設ける必要がある。

ここで、車両の放熱部であるフロアパネルに電池パックを直接固定し、電源装置の熱をフロアパネルを介して車両外部に放熱させる方法が考えられる。
特開平１０−２４６１１２号公報 特開２００６−１０２０３４号公報 特開２００３−２９１６５６号公報

ところで、電源装置には適正な使用温度が存在し、電池温度が所定温度（リチウムイオン電池の場合には−１０℃）よりも低いと、車両出力に対応した電池出力を得ることができない。

したがって、電池パックをフロアパネルに直接固定すると、電源装置の熱がフロアパネルから放熱され、十分な電池出力が得られるなくなるおそれがある。この場合、電源装置の近傍に加熱器を配置し、この加熱器を用いて電源装置を加熱する方法も考えられるが、この方法ではコストが増大する。

そこで、本願発明は、電源体を適正な使用温度に維持するための電源体の温度調節構造を低コストで提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の電源体の温度調節構造は、車両の放熱部から離間
した位置に配置される電源体と、前記電源体に接触し、前記電源体の熱を車両放熱部に伝
熱するための熱伝達部材とを有し、前記熱伝達部材は、その温度が閾値よりも低くなると、前記電源体に対する接触面積を減少させるように変形することを特徴とする。
前記熱伝達部材は、バイメタル又は形状記憶合金で構成することができる。

前記熱伝達部材及び前記電源体の接触面に熱伝導性グリスを施すことにより、放熱を促進するとよい。

前記熱伝達部材を、前記電源体を前記放熱部に固定するためのブラケットとして使用することにより、部品点数の削減による低コスト化を図ることができる。

前記熱伝達部材は、前記電源体に固定してもよいし、前記電源体と前記放熱部との間に配置される断熱部材に固定してもよい。

本発明によれば、電源体の温度が閾値よりも低い場合には、電源体の放熱を抑制することができる。これにより、車両出力に対応した電源出力を得ることができる。

以下、本発明の実施例について説明する。

図１及び図２を参照しながら、本発明の実施例である電池の温度調節構造について説明する。ここで、図１は電池の温度調節構造（放熱時）の概略図であり、（ａ）が上下方向の断面図であり、（ｂ）が平面図である。図２は電池の温度調節構造（放熱抑制時）の上下方向の断面図である。

これらの図において、電池（電源体）１２は、フロアパネル（車両の放熱部）１５から離間した位置に配置されており、電池１２の外面にはバイメタル（熱伝達部材）１３が取り付けられている。

バイメタル１３は、フロアパネル１５に固定されており、温度が４０℃以下になると変形して、電池１２に対する接触面積を減少させる（図２参照）。

したがって、電池１２の温度が４０℃（閾値）よりも高い場合には、バイメタル１３を介して電池１２の熱を十分に放熱させることができる（図１（ａ）参照）。これにより、電池１２の電池劣化の進行を抑制できる。

他方、電池１２の温度が４０℃以下である場合には、バイメタル１３及び電池１２の接触面積が減少するため、電池１２の放熱を抑制することができる（図２参照）。これにより、電池１２の温度降下を抑制して車両出力に対応した電池出力を得ることができる。

次に、電池１２の温度調節構造について詳細に説明する。
（電池１２について）
複数のリチウムイオン電池１２２は、不図示のバスバーにより電気的に接続されており、筐体１２１の内部に収容されている。筐体１２１の内部には、さらに冷却液が充填されており、リチウムイオン電池１２２の熱が冷却液に伝熱するようになっている。

リチウムイオン電池１２２には、負極活物質としてグラファイトなどのカーボン（Ｃ）を用いることができ、正極活物質としてコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ_２）、ニッケル酸リチウム（ＬｉＮｉＯ_２）、マンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ_２Ｏ_４）を用いることができる。

冷却液としては、比熱、熱伝導性と沸点が高く、筐体１２１、リチウムイオン電池１２
２の外套管を腐食させず、熱分解、空気酸化、電気分解などを受けにくい物質が適してい
る。さらに、電極端子間の短絡を防止するために、電気的絶縁性の液体が望ましい。
例えば、フッ素系不活性液体を使用することができる。フッ素系不活性液体としては、ス
リーエム社製フロリナート、Ｎｏｖｅｃ ＨＦＥ（ｈｙｄｒｏｆｌｕｏｒｏｅｔｈｅｒ）、Ｎｏｖｅｃ１２３０を用いることができる。また、フッ素系不活性液体以外の液体（例えば、シリコンオイル）を用いることもできる。

筐体１２１には、熱伝導率の高いステンレスを用いることができる。さらに、筐体１２１の上面及び下面に、電池１２の放熱を促進するための複数の放熱フィン（不図示）を設けることもできる。

（バイメタル１３について）
電池１２の筐体１２１の外面（側面）には、バイメタル１３が接触しており、このバイ
メタル１３の下端部はフロアパネル１５に固定されている。このように、放熱時の熱伝達
部材と電池１２の固定部材という二つの機能をバイメタル１３に持たせることにより、部
品点数の削減による低コスト化をはかることができる。

バイメタル１３は、筐体１２１の側面における下端部近傍の領域に、締結ボルト１４を
用いて取り付けられており、図２に図示するように温度が４０℃以下になると、締結ボル
ト１４の締結穴よりも上側の部分が筐体１２１から離間するように変形する。

バイメタル１３は、ＡlあるいはＰｂからなる第１の板部材１３１とインバー（Ｎｉ：
３６質量％、Ｆｅ：６４質量％）からなる第２の板部材１３２とを張り合わせることによ
り構成されている。

第２の板部材１３２における筐体１２１との接触面には、熱伝導性グリスが塗布されて
いる。ここで、熱伝導性グリスとしては、アルミ製のグリス、シリコングリスを用いるこ
とができる。

このように第２の板部材１３２及び筐体１２１の間に熱伝導性グリスを介在させること
により、第２の板部材１３２及び筐体１２１の接触面に存在する微小な凹凸を熱伝導性グ
リスで満たすことができる。これにより、電池１２から第２の板部材１３２への放熱を促進することができる。

ここで、本実施例では、バイメタル１３が変形するときの温度、つまり、閾値を４０℃に設定したが、車両出力に対応した電池出力を得るのに必要な電池温度を確保するとともに、温度上昇による電池劣化の進行を抑制するという二つの観点から、適宜変更することができる。

次に、電池１２の温度調節方法について詳細に説明する。初期状態において、電池１２の電池温度は、充放電により４０℃よりも高い温度に昇温しているものとする。この場合、バイメタル１３は変形せずに、筐体１２１の側面全体に接触している（図１参照）。

したがって、バイメタル１３を介して電池１２の放熱を十分に行うことができる。これにより、電池１２の電池温度が降下して、電池劣化の進行を抑制することができる。

他方、電池１２の温度が４０℃よりも低い場合には、バイメタル１３における締結ボルト１４の締結穴よりも上側の部分が筐体１２１から離間するように変形し（図２参照）、バイメタル１３及び筐体１２１の接触面積が減少する。これにより、電池１２の熱がバイメタル１３を介して車両外部に放熱されるのを抑制することができる。その結果、車両出力に対応して電池出力を得ることができる。

また、電池１２は、フロアパネル１５から離間した位置に配置されており、筐体１２１の下面及びフロアパネル１５の間には空気層が形成されている。したがって、筐体１２１の下面から電池１２の熱がフロアパネル１５に伝熱されるのを抑制することができる。

上述したように、本実施例によれば、簡易な構造で電池１２を適正な温度に維持することができる。ここで、適正な温度とは、電池劣化の進行を促進すると考えられている電池温度（リチウムイオン電池の場合には、６０℃を例示することができる）と車両出力に対応した電池出力を得るのに必要な電池温度（リチウムイオン電池の場合には、−１０℃を例示することができる）との間の温度を意味するものとする。

また、電池１２を昇温させるための加熱器を省略できるため、コストを削減することができる。

次に、図３を参照しながら、実施例２の電池の温度調節構造について説明する。ここで、図３は、実施例２の電池の温度調節構造の概略図であり、（ａ）は放熱時の状態を図示しており、（ｂ）は放熱抑制時の状態を図示している。なお、実施例１と同一の機能を有する部分には、同一符号を付して説明を省略する。

電池１２及びフロアパネル１５の間には、断熱プレート２１を介在させており、バイメタル１３はこの断熱プレート２１に対して締結ボルト（固定部材）１４を用いて取り付けられている。断熱プレート２１としては、樹脂を用いることができる。

断熱プレート２１が、特許請求の範囲に記載の断熱部材に相当する。ここで、「断熱」とは、放熱が完全に遮断される場合はもちろんのこと、断熱プレート２１を介して僅かに放熱される場合も含むものとする。つまり、車両出力に対応した電池出力が得られる程度に放熱を抑制できればよい。

上述の構成によれば、バイメタル１３の温度が４０℃よりも低くなると、図３（ｂ）に図示するように、バイメタル１３及び電池１２を完全に非接触にすることができる。これにより、実施例１の構成よりも、バイメタル１３からの放熱を抑制することができる。
（他の実施例）
上述の各実施例では、熱伝達部材としてバイメタル１３を使用したが、形状記憶合金を使用することもできる。

形状記憶合金としては、ニッケル−チタン合金系、銅−亜鉛−アルミニウム合金などの熱弾性型マルテンサイト変態および逆変態に基づき、復元力を有する形状記憶合金であればよく、これらの合金がその変形された形状により復元された形状に変化する形状変化温度範囲は、形状記憶合金を適宜に選定した熱処理プロセスを変更することにより変更可能である。

上述の各実施例では、締結ボルト１４を用いてバイメタル１３を固定したが、他の方法を用いて固定してもよい。例えば、ワイヤーなどの線状部材をバイメタル１３の上から巻き付けることにより、バイメタル１３を固定してもよい。

本発明は、ニッケル水素電池（電源体）、電気二重層キャパシタ（電源体）にも適用することができる。ここで、電気二重層キャパシタは、複数の正極及び負極を、セパレータを介在させて交互に重ね合わせたものである。そして、この電気二重層キャパシタにおいては、例えば、集電体としてアルミ箔、正極活物質及び負極活物質として活性炭、セパレータとしてポリエチレンからなる多孔質膜を用いることができる。

また、本発明は、角型電池（電源体）にも適用することができる。

電池の温度調節構造（放熱時）の概略図であり、（ａ）が上下方向の断面図であり、（ｂ）が平面図である。 電池の温度調節構造（放熱抑制時）の上下方向の断面図である。 実施例２の電池の温度調節構造の概略図であり、（ａ）は放熱時の状態を図示しており、（ｂ）は放熱抑制時の状態を図示している。

符号の説明

１２ 電池
１３ バイメタル
１４ 締結ボルト
１５ フロアパネル
２１ 断熱プレート
１２１ 筐体
１２２ リチウムイオン電池
１３１ 第１の板部材
１３２ 第２の板部材

Claims (7)

1. 車両の放熱部から離間した位置に配置される電源体と、
   前記電源体に接触し、前記電源体の熱を前記放熱部に伝熱するための熱伝達部材とを有し、
   前記熱伝達部材は、その温度が閾値よりも低くなると、前記電源体に対する接触面積を減少させるように変形することを特徴とする電源体の温度調節構造。
2. 前記熱伝達部材は、バイメタル又は形状記憶合金であることを特徴とする請求項１に記載の電源体の温度調節構造。
3. 前記熱伝達部材及び前記電源体の接触面に熱伝導性グリスを施したことを特徴とする請求項１又は２に記載の電源体の温度調節構造。
4. 前記熱伝達部材は、前記電源体を前記放熱部に固定するためのブラケットを兼ねることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一つに記載の電源体の温度調節構造。
5. 前記熱伝達部材を前記電源体に固定したことを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一つに記載の電源体の温度調節構造。
6. 前記電源体と前記放熱部との間に配置される断熱部材を有し、前記熱伝達部材を前記断熱部材に固定したことを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一つに記載の電源体の温度調節構造。
7. 請求項１乃至６のうちいずれか一つに記載の電源体の温度調節構造を有する車両。

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