JP2014164983A

JP2014164983A - バッテリー加熱装置

Info

Publication number: JP2014164983A
Application number: JP2013034183A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Obara; 和幸小原
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2013-02-25
Filing date: 2013-02-25
Publication date: 2014-09-08

Abstract

【課題】低温時にはバッテリーの性能が十分発揮できる温度まで温度上昇させ、高温時にヒータに通電された場合でもバッテリーの性能劣化を発生させない温度に発熱量を抑制することができるバッテリー加熱装置を提供することを目的とする。
【解決手段】バッテリー１０に配設され、バッテリー１０を加熱するバッテリー加熱装置１ａであって、複数の電極線３ａ、３ｂと、電極線３ａ、３ｂに接続される第１の抵抗体２ａと、第１の抵抗体２ａと直列に電極線３ａ、３ｂに接続される第２の抵抗体２ｂとを備え、第２の抵抗体２ｂは、第１の抵抗体２ａに比較して小面積に形成されると共に、第１の抵抗体２ａよりも温度上昇に対する抵抗値の上昇比率を大きく設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動車両等に搭載されるバッテリーに配設され、バッテリーを加熱するバッテリー加熱装置に関する。

電動車両等に搭載されるバッテリーは、寒冷地で低温になると性能が低下するため、バッテリーが性能を充分発揮できる温度に加熱するためにヒータが配設されている（参考文献１）。

特開２０１２−２３８５９８号公報

しかしながら、夏季などにおいて、バッテリーが温度上昇している状態で、誤作動などによってヒータに通電された場合、バッテリーが加熱されて高温となり、バッテリーの性能劣化が生じ、著しい場合には、バッテリーが使用できなくなる虞がある。

本発明は、従来のバッテリー加熱装置における課題を解決するもので、低温時においてはバッテリーの性能が十分発揮できる温度まで温度上昇させ、高温時においてヒータに通電された場合でもバッテリーの性能劣化を抑制し得るバッテリー加熱装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明のバッテリー加熱装置は、バッテリーに配設され、前記バッテリーを加熱するバッテリー加熱装置であって、複数の電極と、前記電極に接続される第１の抵抗体と、前記第１の抵抗体と直列に前記電極に接続される第２の抵抗体とを備え、前記第２の抵抗体は、前記第１の抵抗体に比較して小面積に形成されると共に、前記第１の抵抗体よりも温度上昇に対する抵抗値の上昇比率を大きく設定した構成としている。

本発明のバッテリー加熱装置によれば、低温時には、第１の抵抗体が発熱してバッテリーを性能が十分発揮できる温度まで温度上昇させることができると共に、高温時には、バッテリーの性能劣化を発生させない温度に維持することができる。

本発明の実施の形態１におけるバッテリー加熱装置の構成を示す平面図本発明の実施の形態２におけるバッテリー加熱装置の構成を示す平面図本発明の実施の形態２におけるバッテリー加熱装置のＡ―Ａ断面図本発明の実施の形態３におけるバッテリー加熱装置の構成を示す平面図本発明の実施の形態３におけるバッテリー加熱装置のＡ―Ａ断面図

第１の発明は、バッテリーに配設され、前記バッテリーを加熱するバッテリー加熱装置であって、複数の電極と、前記電極に接続される第１の抵抗体と、前記第１の抵抗体と直
列に前記電極に接続される第２の抵抗体とを備え、前記第２の抵抗体は、前記第１の抵抗体に比較して小面積に形成されると共に、前記第１の抵抗体よりも温度上昇に対する抵抗値の上昇比率を大きく設定したものである。

これにより、低温時には、第１の抵抗体が発熱してバッテリーを性能が十分発揮できる温度まで温度上昇させることができる。夏季等の高温時には、第２の抵抗体が第１の抵抗体よりも高抵抗化し、第２の抵抗体に電圧集中するので、第１の抵抗体はほとんど発熱しない。第２の抵抗体が主として発熱するが、小面積に形成しているので、第２の抵抗体の発生熱によるバッテリーの温度上昇はわずかであり、バッテリーの性能劣化を発生させない温度レベルを維持することができる。

第２の発明は、第１の発明において、前記第２の抵抗体は、前記バッテリーとの間に断熱材を介してバッテリーに配設したものである。

これにより、前述した第１の発明の作用、効果に加えて、第２の抵抗体は、断熱材によりバッテリーに対して熱的に分離され、バッテリーに放熱することがなく、より高温になって抵抗値が上昇するので、第２の抵抗体により電圧集中し易くなり、さらに第１の抵抗体の発熱が抑制される。また、第２の抵抗体の発熱は、バッテリーへ伝導されないので、バッテリーの温度上昇が抑制され、バッテリーの性能劣化を発生させない温度に維持することができる。

第３の発明は、第１の発明において、前記第２の抵抗体は、前記第１の抵抗体の前記バッテリーと相対向する面に配設したものである。

これにより、前述した第１の発明の作用、効果に加えて、第１の抵抗体のバッテリーへの接触面積を大きくできるので、低温時のバッテリーへの供給熱量を増大することができ、昇温時間を短縮することができる。また、第１の抵抗体により第２の抵抗体の発熱のバッテリーへ伝導が抑制されるので、バッテリーの温度上昇が抑制され、バッテリーの性能劣化を発生させない温度に維持することができる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるバッテリー加熱装置１ａの平面図である。

銅撚り線からなる一対の電極線３ａ、３ｂを平行に間隔を有して配設し、樹脂と導電性カーボンを混練してフィルム状に形成した第１の抵抗体２ａ及び第２の抵抗体２ｂを電極線３ａ、３ｂに電気的に直列に間隔を有して配設する。第１の抵抗体２ａ、第２の抵抗体２ｂ、電極線３ａ、３ｂを、ホットメルト樹脂をラミネートしたＰＥＴフィルム４により両側から挟み込み、熱プレスあるいは熱ラミネートすることによりＰＥＴフィルム４、第１の抵抗体２ａ、第２の抵抗体２ｂ、電極線３ａ、３ｂを熱圧着して抵抗体シート５ａを形成している。

電極線３ｂは、第１の抵抗体２ａと第２の抵抗体２ｂの存在しないＰＥＴフィルム４と電極線３ａ、３ｂのみの領域で切断され、切断した電極線３ｂ端部近傍のＰＥＴフィルム４を切り欠き、切断した電極線３ｂの端部を露出させ、給電用リード線６ａ、６ｂを半田付け、スポット溶接、あるいはスリーブ端子によるカシメ等により電気的、物理的に接続する接続部７ａを形成している。さらに、接続部７ａを保護するために接続部７ａの周囲に樹脂を充填して樹脂モールド８を成形している。

第１の抵抗体２ａ及び第２の抵抗体２ｂは、ＰＴＣ特性を有する抵抗体を用いている。

ＰＴＣ特性とは、温度上昇によって抵抗値が上昇し、ある温度に達すると抵抗値が急激に増加する抵抗温度特性（抵抗が正の温度係数を有する意味の英語ＰｏｓｉｔｉｖｅＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔの頭文字を取っている）のことである。

第１の抵抗体２ａと第２の抵抗体２ｂは、低温領域、例えば−１０℃では、第１の抵抗体２ａの抵抗値と第２の抵抗体２ｂの抵抗値が同等か、もしくは第１の抵抗体２ａの抵抗値より第２の抵抗体の抵抗値が低く、且つ、温度上昇時の第２の抵抗体２ｂの抵抗値の上昇比率が第１の抵抗体２ａの抵抗値の上昇比率より大きい材料を選定している。また、第２の抵抗体２ｂの面積は、第１の抵抗体２ａの面積より小さく設定している。

バッテリー加熱装置１ａをバッテリー１０に配設する際には、バッテリー加熱装置１ａの配置場所は、バッテリー１０の形状や車両への装着状態、環境条件などによって決定されるが、なるべく平滑な面に接着剤あるいは両面テープなどで固定する。配設面に凹凸がある場合や、配設面が樹脂等の熱伝導性の良くない材料で形成されている場合などには、均熱化のために、バッテリー加熱装置１ａをアルミ板等の熱伝導性の良好な金属板に固定して配設面に固定することが好ましい。

また、本実施の形態１においては、第１の抵抗体２ａ、第２の抵抗体２ｂをフィルム状に形成したが、フィルム状に形成して不織布などの補強材を貼付することにより補強してもよく、不織布などの補強材を挟み込んでもよい。さらに、上述した不織布などの補強材は樹脂と導電性カーボンを混練した材料を含浸させた構成としてもよい。

本実施の形態１においては、電極線３ａ、３ｂは、銅撚り線を用いたが、第１の抵抗体２ａ及び／または第２の抵抗体２ｂとの密着性をより強固にするために、第１の抵抗体２ａ及び／または第２の抵抗体２ｂと同一材料、または類似する組成材料を被覆した被覆線を用いてもよく、バッテリー加熱装置１ａが可撓性を必要としない箇所に使用される場合には、銅単線や銅平線を用いてもよい。電極線の素材も、銅以外の他の金属を用いてもよい。

また、本実施の形態１においては、両面に配置されるＰＥＴフィルム４は同一材料を使用しているが、必要に応じて互いに厚みの異なるＰＥＴフィルムを用いてもよく、性能が維持できるならば、異なる材料のフィルムを用いてもよい。

接続部７ａを設けるためのＰＥＴフィルム４の切り欠きも、両面のＰＥＴフィルム４を切り欠いてもよいし、いずれか一方のＰＥＴフィルム４だけを切り欠いて電極線３ａ、３ｂの端部を露出させてよい。

第２の抵抗体２ｂの大きさは第１の抵抗体２ａよりもできるだけ小さい方が良く、１／５以下が望ましい。

以上のように構成されたバッテリー加熱装置１ａについて、以下その動作、作用を説明する。

低温時にバッテリー加熱装置１ａを通電すると、バッテリー加熱装置１ａの配設面に対して広い面積を有している第１の抵抗体２ａが発熱する。第１の抵抗体２ａは、抵抗値が低いため、バッテリー１０に高熱量を供給し、バッテリーの性能が十分発揮できる温度まで温度上昇させることができる。

高温時に通電された場合は、第２の抵抗体２ｂの抵抗値が第１の抵抗体２ａの抵抗値よりも高くなっているため、第２の抵抗体２ｂに電圧集中し、第１の抵抗体２ａはほとんど発熱せず、バッテリー１０への供給熱量は少ない状態となる。また、この状態では、第２の抵抗体２ｂが主として発熱するが、第２の抵抗体２ｂはバッテリー加熱装置１ａの配設面に対して面積が小さいので、バッテリー１０への供給熱量は少ない。第２の抵抗体２ｂが発生する熱の約１／２は、第２の抵抗体２ｂの表面から周辺空気に放熱され、残りの発生熱がバッテリー１０の配設面に伝熱されるが、発生熱は配設面全体に均熱化されるためバッテリー１０の温度上昇はわずかとなり、バッテリー１０の性能劣化を発生させない温度レベルを維持することができる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２を図２及び図３に基づいて以下に説明する。実施の形態１と同一部品については同一符号を付して説明を省略する。

図２は、本発明の実施の形態２におけるバッテリー加熱装置の構成を示す平面図、図３は、本発明の実施の形態２におけるバッテリー加熱装置のＡ―Ａ断面図である。

本実施の形態２は、図３に示すように、第２の抵抗体２ｂとバッテリー１０の配設面との間に断熱材１１を介在させている。

断熱材１１は、第２の抵抗体２ｂのバッテリー１０側の面に接着剤あるいは両面テープ等により固定し、バッテリー加熱装置１ｂをバッテリー１０の配設面に固定する際にバッテリー加熱装置１ｂと共に固定する。断熱材１１は、バッテリー１０の第２の抵抗体２ｂの設置位置に対応する位置に接着剤あるいは両面テープ等で固定してもよい。

断熱材１１は、発泡ウレタンや発泡ポリエチレン等の発泡材、樹脂やゴム等のシートあるいはプレート、目付量が大きく厚みの厚い不織布などを使用する。

以上の構成によって、前述した実施の形態１と同一の作用、効果を有すると共に、第２の抵抗体２ｂは、断熱材１１によりバッテリー１０と熱的に分離されるので、高温時に通電された場合に、第２の抵抗体２ｂが温度上昇し易くなるため、第２の抵抗体２ｂにより電圧集中し、第１の抵抗体２ａの発熱が抑制される。また、第２の抵抗体２ｂの発生熱のバッテリー１０への伝熱が低減されるため、バッテリー１０の温度上昇が抑制され、バッテリー１０の性能劣化を発生させない温度に維持される。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３を図４及び図５に基づいて以下に説明する。実施の形態１と同一部品ついては同一符号を付して説明を省略する。

図４は、本発明の実施の形態３におけるバッテリー加熱装置の構成を示す平面図、図５は、本発明の実施の形態３におけるバッテリー加熱装置のＡ―Ａ断面図である。

本発明の実施の形態３におけるバッテリー加熱装置１ｃは、第１の抵抗体２ａと第２の抵抗体２ｂの存在しないＰＥＴフィルム４と電極線３ａ、３ｂのみの領域で折り曲げ、図５に示すように、第２の抵抗体２ｂを、第１の抵抗体２ａのバッテリー１０と相対向する面に重ねた構成としている。

第２の抵抗体２ｂは、第１の抵抗体２ａに接着剤あるいは両面テープ等により固定されている。

また、第２の抵抗体２ｂを折り曲げ、第１の抵抗体２ａに重ね合わせ易くするために、ＰＥＴフィルム４と電極線３ａ、３ｂのみの領域のうち樹脂モールド８を除いた部分でＰＥＴフィルム４を切除しておいてもよい。

以上の構成により、前述した第１の実施の形態と同一の作用、効果を有すると共に、第１の抵抗体２ａのバッテリー１０に対する配設面積を増大することができるので、バッテリー１０への供給熱量を増加でき、バッテリー１０の性能が十分発揮できる温度までの温度上昇時間を短縮することができる。また、高温時に通電された場合、第２の抵抗体２ｂの発生熱は、第１の抵抗体２ａを介してバッテリー１０に伝導されるため、バッテリー１０への伝熱が抑制され、バッテリー１０の温度上昇が抑制され、バッテリー１０の性能劣化を発生させない温度に維持できる。

なお、バッテリー加熱装置１ａは、第１の抵抗体２ａのみをバッテリー１０に固定し、第２の抵抗体２ｂをバッテリー１０から外方に突出させる構成としてもよい。

本発明にかかるバッテリー加熱装置は、電気自動車、ハイブリット車等の電動車両に限らず、蓄電システムなどの環境温度によって性能が左右されやすい設備、装置、機器に適用できる。

１ａ、１ｂ、１ｃバッテリー加熱装置
２ａ第１の抵抗体
２ｂ第２の抵抗体
３ａ、３ｂ電極線
１０バッテリー
１１断熱材

Claims

バッテリーに配設され、前記バッテリーを加熱するバッテリー加熱装置であって、
複数の電極線と、前記電極線に接続される第１の抵抗体と、前記第１の抵抗体と直列に前記電極線に接続される第２の抵抗体とを備え、
前記第２の抵抗体は、前記第１の抵抗体に比較して小面積に形成されると共に、前記第１の抵抗体よりも温度上昇に対する抵抗値の上昇比率を大きく設定したことを特徴とするバッテリー加熱装置。
前記第２の抵抗体は、前記バッテリーとの間に断熱材を介してバッテリーに配設してなる請求項１記載のバッテリー加熱装置。
前記第２の抵抗体は、前記第１の抵抗体の前記バッテリーと相対向する面に配設してなる請求項１記載のバッテリー加熱装置。