JP2015011848A - 車両用のバッテリ - Google Patents

Abstract

【課題】補助バッテリを鉛バッテリと一体構造として、全体をコンパクトにする。発熱部品を実装している回路基板やこれに実装している電子部品等の発熱を効率よく放熱する。
【解決手段】車両用のバッテリは、互いに並列に接続してなる鉛バッテリ１と補助バッテリ２とを区画して配置してなる鉛電池ケース１０と、この鉛電池ケース１０の上方開口部を閉塞してなる鉛電池蓋１７と、補助バッテリ２に接続され、かつ鉛電池蓋１７の上方に配置され、なおかつ発熱部品２９Ａを実装する回路基板４と、回路基板４を内部に収納してなる下方開口の基板ケース５とを備えており、回路基板４が基板ケース５の下方開口部において鉛電池蓋１７に熱結合状態に配置されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、車両に電装用バッテリとして搭載されるバッテリに関し、とくにニッケル水素電池やリチウムイオン二次電池などの補助バッテリを鉛バッテリに接続してなる車両用のバッテリに関する。

車両に搭載される鉛バッテリは、車両を走行させる状態で充放電が繰り返されることから寿命が数年と相当に短く、短期間で新しく交換する必要がある。とくに、アイドリングストップの車両に搭載される鉛バッテリは、さらに寿命が短くなる。それは、アイドリングストップする車両は、車両を減速するときに発電機を駆動して回生制動するが、このときの発電電力で鉛バッテリを大電流で充電し、また、信号待ちなどで停止したエンジンをスターターモータで始動するときに大電流で放電するからである。すなわち、アイドリングストップする毎に、鉛バッテリを大電流で充電し、また放電することが鉛バッテリの寿命を著しく短くする。さらに、鉛バッテリは、回生制動するときの発電電力を効率よく充電できない欠点もある。このような弊害を解消するために、鉛バッテリと並列に、リチウムイオン二次電池やニッケル水素電池等の補助バッテリを接続する車両用のバッテリが開発されている。（特許文献１及び２参照）

特開２００４−１９０６２６号公報 特開２００９−１６６７６９号公報

鉛バッテリと並列に、リチウムイオン二次電池やニッケル水素電池等の補助バッテリを接続している車両用のバッテリは、鉛バッテリとは別に補助バッテリを配置して、これを並列に接続することから、車両などの種々の用途において、設置に手間がかかり、また収納スペースも大きくなる欠点がある。

本発明は、以上の欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の第１の目的は、補助バッテリを鉛バッテリと一体構造として、種々の用途において簡単かつ容易にしかも便利に設置でき、しかも全体をコンパクトにできる車両用のバッテリを提供することにある。

さらに、鉛バッテリに補助バッテリを接続して、鉛バッテリの欠点を解消する車両用のバッテリは、鉛電池ケースと補助バッテリとを一体構造として、全体をコンパクトにできる。この構造のバッテリは、補助バッテリであるニッケル水素電池やリチウムイオン二次電池などの過充電や過放電を防止し、また大電流による電気特性の低下を少なくするために、保護回路を実現する電子部品を実装する回路基板を必要とする。回路基板は、バッテリの外形を大きくしないように、バッテリケースの上面に配置される。さらに、回路基板は、補助バッテリの電流、すなわち充放電をコントロールするために、ＦＥＴ、トランジスタ、ダイオード、抵抗器、コイル、トランスなど種々の電子部品を実装する。ＦＥＴ、トランジスタ、ダイオード、抵抗器などの電子部品は、流れる電流によってジュール熱で発熱するので、大電流が流れる電子部品は発熱量が大きく、回路基板を局部的に加熱し、また電子部品自体の温度が上昇して、電子部品や回路基板に熱による弊害を与える。電子部品や回路基板の温度上昇は、放熱フィンで放熱して抑制できる。ただ、電子部品や回路基板に放熱フィンを設けると、この回路基板の体積が大きくなって、バッテリ全体の外形が大きくなる。また、放熱フィンにはアルミニウムなどの金属が使用されることから、これ等を絶縁する必要があって、バッテリの設置場所に制約を受ける欠点もある。とくに、車両用のバッテリは、狭くて、金属製のボンネットで上方開口部を塞いでいるエンジンルームに主として設置されることから、バッテリの上に、絶縁する必要のある放熱フィンがある構造では、設置場所の設定が難しく、また、放熱フィンにボンネットなどの金属が接触するとショートする等の弊害が発生する。

本発明は、さらに以上の欠点を解消することを目的として開発されたもので、本発明の第２の目的は、発熱部品を実装している回路基板やこれに実装している電子部品等の発熱を効率よく放熱しながら、従来の鉛バッテリに代わって車両のエンジンルームに簡単かつ容易に、しかも理想的な絶縁状態で設置できる車両用のバッテリを提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明の車両用のバッテリは、互いに並列に接続してなる鉛バッテリ１と補助バッテリ２とを区画して配置してなる鉛電池ケース１０と、この鉛電池ケース１０の上方開口部を閉塞してなる鉛電池蓋１７と、補助バッテリ２に接続され、かつ鉛電池蓋１７の上方に配置され、なおかつ発熱部品２９Ａを実装する回路基板４と、回路基板４を内部に収納してなる下方開口の基板ケース５とを備えており、回路基板４が基板ケース５の下方開口部において鉛電池蓋１７に熱結合状態に配置されている。

以上の車両用のバッテリは、互いに並列に接続している鉛バッテリと補助バッテリとを鉛電池ケースに配置して、鉛バッテリと補助バッテリとを一体構造とするので、種々の用途において簡単かつ容易にしかも便利に設置でき、しかも全体をコンパクトにできる特徴がある。また、以上の車両用のバッテリは、発熱部品を実装する回路基板やこれに実装している電子部品等の発熱を効率よく放熱しながら、従来の鉛バッテリに代わって車両のエンジンルームに簡単かつ容易に、しかも理想的な絶縁状態で設置できる特徴がある。それは、以上の車両用のバッテリが、鉛電池蓋の上方に配置している回路基板を下方開口の基板ケースの内部に配置すると共に、基板ケースの下方開口部において、回路基板と鉛電池蓋とを熱結合状態に配置しているからである。鉛電池蓋に熱結合状態に配置される回路基板は、発熱部品の発熱を鉛電池蓋に熱伝導して放熱する。鉛電池蓋は、内部に鉛バッテリの電解液を充填しているので、この電解液によって強制的に冷却される。とくに、車両用のバッテリは、車両が走行して振動され、あるいは車両の加速減速で前後方向に加速度を受け、さらに車両が左右に曲がって横方向に加速度を受ける。したがって、鉛電池ケースに充填している電解液は、車両の振動や加速度によって内部で揺れ動いて鉛電池蓋に接触して、鉛電池蓋を介して回路基板を強制的に冷却する。さらに、鉛電池ケースは、鉛電池蓋に連結している区画壁で内部を複数のセル室に区画して、各々のセル室に電解液を充填しているので、鉛電池蓋に連結している区画壁は鉛電池蓋を冷却する放熱フィンの作用をして、鉛電池蓋を効率よく冷却する。さらに、放熱フィンの作用をする区画壁は、電解液に接触しているので、この放熱フィンの区画壁は電解液で強制的に冷却される。したがって、回路基板が鉛電池蓋に熱結合状態に接触する構造は、放熱フィンのある、とくに、放熱フィンを電解液で強制的に液冷している鉛電池蓋に回路基板の発熱を熱伝導して、極めて効率よく冷却されて、発熱部品や回路基板の温度上昇が効果的に防止される。

鉛バッテリの電解液で回路基板や発熱部品の熱エネルギを放熱する本発明のバッテリは、鉛バッテリの温度が上昇すると効率よく放熱できなくなるが、車両用のバッテリは、温度上昇を少なくするために、外気で冷却される位置に、あるいは室内の温度上昇の少ない場所に設置される。例えば、エンジンルームに設置されるバッテリは、外気を流入させるエンジンルームの前部に配置されて、車両が走行してエンジンルームに強制的に送風される外気で冷却される。すなわち、車両の走行する状態においては、エンジンルームに強制送風される外気が鉛バッテリを冷却する。また、エンジンルーム内に隔壁を設けて区画室にバッテリを配置する構造にあっては、隔壁でバッテリの加熱が抑制されて、鉛バッテリの温度上昇は抑制される。さらに、車両の室内であってシートの下方などに配置されるバッテリは、エンジンの発熱で加熱されず温度上昇を特に小さくできる。

本発明の車両用のバッテリは、回路基板４と鉛電池蓋１７のとの間に熱伝導シート５１を挟着して、この熱伝導シート５１を介して回路基板４の発熱を鉛電池蓋１７に熱伝導することができる。
以上の車両用のバッテリは、回路基板と鉛電池蓋とをより理想的な熱結合状態として、回路基板の発熱を効率よく鉛電池蓋に熱伝導して、回路基板やこれに実装している発熱部品の温度上昇をより少なくできる特徴がある。

本発明の車両用のバッテリは、回路基板４を、実装部品を上面に固定してなる片面実装基板として、回路基板４の下面と鉛電池蓋１７との間に熱伝導シート５１を配置することができる。
以上の車両用のバッテリは、回路基板と鉛電池蓋とを広い面積で面接触状態に接触させて熱結合状態に配置できる。このため、回路基板の発熱を効率よく鉛電池蓋に熱伝導して、回路基板や発熱部品の温度上昇を少なくできる。

本発明の車両用のバッテリは、回路基板４が、発熱部品２９Ａを固定してなる発熱部品固定部４Ａの下面を熱伝導シート５１を介して鉛電池蓋１７の上面に熱結合状態に配置することができる。
以上の車両用のバッテリは、発熱部品固定部を熱伝導シートを介して鉛電池蓋に熱結合状態とするので、発熱部品の発熱を熱伝導シートを介してより効率よく鉛電池蓋に熱伝導できる。このため、発熱部品の温度上昇を制限して、発熱部品の温度上昇による弊害をより確実に防止できる。

本発明の車両用のバッテリは、発熱部品２９Ａを回路基板４の下面に突出して固定し、回路基板４の下面に突出してなる発熱部品２９Ａと鉛電池蓋１７との間に熱伝導シート５１を配置することができる。
以上の車両用のバッテリは、回路基板に実装している発熱部品を熱伝導シートを介して直接に鉛電池蓋に熱結合状態とするので、発熱部品の発熱をより効率よく鉛電池蓋に熱伝導して温度上昇を少なくできる。

本発明の車両用のバッテリは、熱伝導シート５１をゲル状シートとすることができる。
以上の車両用のバッテリは、回路基板や鉛電池蓋表面の凹凸をゲル状の熱伝導シートで吸収して、凹凸のある回路基板をも、より理想的な状態で鉛電池蓋に熱結合状態として、回路基板から鉛電池蓋に効率よく熱伝導できる。

本発明の車両用のバッテリは、鉛電池蓋１７が回路基板４に向かって突出する突出部５５を有して、この突出部５５の外側に回路基板４を固定する固定部３８を上面に突出して設け、突出部５５は、回路基板４に熱結合状態に接触する熱結合面５５Ａを上面に有し、固定部３８に回路基板４を固定して、熱結合面５５Ａを回路基板４に熱結合状態に接触させることができる。
以上の車両用のバッテリは、回路基板を鉛電池蓋に確実に固定しながら、回路基板を鉛電池蓋に確実に熱結合状態に配置できる。このため、回路基板を鉛電池蓋に固定する状態で、回路基板の発熱を有効に鉛電池蓋に熱伝導して、回路基板や発熱部品の温度上昇を抑制できる。

本発明の車両用のバッテリは、熱結合面５５Ａを、回路基板４の発熱部品２９Ａを固定してなる発熱部品固定部４Ａに熱結合状態に接触させることができる。
以上の車両用のバッテリは、発熱部品固定部を鉛電池蓋に熱結合状態とするので、発熱部品の発熱を効率よく鉛電池蓋の突出部に熱伝導させて、発熱部品の温度上昇を効率よく抑制できる。

本発明の車両用のバッテリは、鉛電池蓋１７が、下面に突出する放熱フィン５６を有することができる。
以上の車両用のバッテリは、鉛電池蓋の下面に設けている放熱フィンでもって、回路基板から鉛電池蓋に熱伝導される熱エネルギをより効率よく放熱できる。

本発明の車両用のバッテリは、放熱フィン５６を、回路基板４に熱結合状態にある領域に設けることができる。
以上の車両用のバッテリは、放熱フィンでもって鉛電池蓋を冷却することで、回路基板の熱結合状態にある領域を効果的に冷却できる。

本発明の車両用のバッテリは、放熱フィン５６を、回路基板４に実装する発熱部品２９Ａに熱結合してなる熱結合領域に設けることができる。
以上の車両用のバッテリは、放熱フィンでもって、回路基板の発熱部品から熱伝導される熱エネルギをより効率よく冷却して、発熱部品の温度上昇を効果的に抑制できる。

本発明の車両用のバッテリは、基板ケース５が、下方開口を鉛電池蓋１７で密閉して内部を閉鎖構造として、この閉鎖構造の内部に回路基板４を配置することができる。
以上の車両用のバッテリは、回路基板を閉鎖構造の内部に配置するので、回路基板をエンジンルームなどの外的環境から保護しながら、鉛電池蓋を介して回路基板と発熱部品の熱エネルギを効率よく放熱できる。

本発明の車両用のバッテリは、基板ケース５が下方に突出する外周壁５Ｂを有し、鉛電池蓋１７が外周壁５Ｂの内側に配置してなる内周壁３８を有し、内周壁３８と外周壁５Ｂとの間にパッキン５２を配設して、基板ケース５の内部を閉鎖構造とすることができる。
以上の車両用のバッテリは、回路基板をより安全にエンジンルームなどの外的環境から保護して、回路基板の故障や劣化を有効に防止し、さらに、回路基板を閉鎖構造の基板ケースの内部に配置しながら、回路基板やこれに実装する発熱部品の発熱を効果的に鉛電池蓋に熱伝導して、これ等の温度上昇を抑制できる理想的な特徴を実現できる。

本発明の一実施の形態にかかる車両用のバッテリのブロック図である。 本発明の一実施の形態にかかる車両用のバッテリの斜視図である。 図２に示す車両用のバッテリの一部拡大垂直縦断面図であって、図７のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面に相当する図である。 図２に示す車両用のバッテリの垂直横断面図であって、図７のＩＶ−ＩＶ線断面に相当する図である。 図２に示す車両用のバッテリの一部拡大分解斜視図である。 図２に示す車両用のバッテリを反対側から見た分解斜視図である。 図２に示す車両用のバッテリの基板ケースを外した平面図である。 図５に示す電池組立の分解斜視図である。 本発明の他の実施の形態にかかる車両用のバッテリの要部拡大垂直横断面図である。 本発明の他の実施の形態にかかる車両用のバッテリの要部拡大垂直縦断面図である。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。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を例示するものであって、本発明は車両用のバッテリを以下のものに特定しない。さらに、この明細書は、特許請求の範囲を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」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。

図１に示す車両用のバッテリ１００は、鉛バッテリ１に補助バッテリ２を並列に接続している。補助バッテリ２は、鉛バッテリ１と異なる二次電池であって、鉛バッテリ１と並列に接続されて、鉛バッテリ１の充放電特性や寿命等の特性を改善する。補助バッテリ２の二次電池は、金属ケースに電極と電解液を充填しているニッケル水素電池やリチウムイオン二次電池、あるいは電極の両面を密閉構造の外装フィルムで被覆しているリチウムポリマー電池などのラミネート電池である。

車両用のバッテリ１００は、好ましくは、定格電圧を１２Ｖ、又は２４Ｖとする鉛バッテリ１に補助バッテリ２を接続する。定格電圧を１２Ｖとする鉛バッテリ１には、１０個のニッケル水素電池を直列に接続して定格電圧を１２Ｖとする補助バッテリ２を並列に接続する。定格電圧を２４Ｖとする鉛バッテリは、２０個のニッケル水素電池を直列に接続している補助バッテリを並列に接続する。これ等の車両用のバッテリ１００は、鉛バッテリ１と補助バッテリ２の定格電圧を同じ電圧にできる。車両用のバッテリ１００は、鉛バッテリ１と補助バッテリ２の定格電圧を等しくして、ＤＣ／ＤＣコンバータなどの電圧を調整する回路を介することなく並列に接続できる。ただ、本発明のバッテリは、補助バッテリの定格電圧を必ずしも鉛バッテリの定格電圧に等しくする必要はない。定格電圧が鉛バッテリと異なる補助バッテリは、ＤＣ／ＤＣコンバータ（図示せず）を介して鉛バッテリと並列に接続できるからである。

補助バッテリ２をニッケル水素電池やリチウムイオン二次電池とする車両用のバッテリ１００は、全体の容積と重量に対する充放電容量を鉛バッテリ単体よりも大きくできる。また、補助バッテリ２によって、回生発電電力を鉛バッテリ単体よりも改善して効率よく蓄電して燃費を改善できる。さらにまた、並列に接続しているニッケル水素電池やリチウムイオン二次電池などの補助バッテリ２でもって鉛バッテリ１の劣化を防止して鉛バッテリ１の寿命を長くできる。

本発明の車両用のバッテリは、鉛バッテリに接続される補助バッテリを、ニッケル水素電池やリチウムイオン二次電池に特定するものでなく、現在開発され、あるいはこれから開発される二次電池であって、鉛バッテリに接続して鉛バッテリ単体の電気特性を改善できる全ての二次電池を使用できる。

図１の車両用のバッテリ１００は、鉛バッテリ１と補助バッテリ２をスイッチング素子８を介して並列に接続している。スイッチング素子８は回路基板４（図３及び図４参照）に実装される保護回路９でオンオフに制御される。スイッチング素子８のオン状態で補助バッテリ２は鉛バッテリ１と並列に接続され、スイッチング素子８のオフ状態で補助バッテリ２は鉛バッテリ１に接続されない。保護回路９は、補助バッテリ２の残容量や電流値でスイッチング素子８をオンオフに切り換えて、補助バッテリ２の劣化を防止し、またバッテリ１００のトータルの電気特性を改善する。

たとえば、車両用のバッテリ１００は、スターターモータに電力を供給する状態では保護回路９でスイッチング素子８をオフ状態に切り換える。この状態において、補助バッテリ２はスターターモータに電力を供給せず、鉛バッテリ１がスターターモータに電力を供給する。この車両用のバッテリ１００は、補助バッテリ２の大電流放電による劣化を防止できる。車両の回生制動においては、保護回路９はスイッチング素子８をオン状態として、回生発電電力で補助バッテリ２と鉛バッテリ１の両方を充電する。このバッテリ１００は、回生発電電力で鉛バッテリ１と補助バッテリ２の両方を充電するので、回生発電電力をより効率よく蓄電できる。

さらに、保護回路９は、補助バッテリ２の過充電や過放電を防止するために、補助バッテリ２や鉛バッテリ１の電圧を検出し、あるいは補助バッテリ２の残容量を検出して、過充電と過放電を防止するようにスイッチング素子８を制御する。すなわち、バッテリの充電状態で、補助バッテリ２が過充電され、あるいは過充電に近い状態になるとスイッチング素子８をオフに切り換えて過充電を防止し、またバッテリの放電状態で、補助バッテリ２が過放電され、あるいは過放電に近い状態になるとスイッチング素子８をオフに切り換えて過放電を防止する。

図２ないし図７に示す車両用のバッテリ１００は、鉛電池ケース１０の上方開口部を鉛電池蓋１７で閉塞して閉鎖構造のバッテリケース４０としている。鉛電池ケース１０は、内部を電池区画壁１４で区画して補助バッテリ収納室１６を設けて、この補助バッテリ収納室１６に補助バッテリ２を収納している。補助バッテリ２は、リード線３３を介して、鉛バッテリ１である鉛電池ケース１０の上に配置している回路基板４に接続され、この回路基板４を基板ケース５でカバーして、基板ケース５の内部に配置している。

図２ないし図７の鉛電池ケース１０は、熱可塑性樹脂を長方形の箱形に成形して、長方形である外周壁１２の内部に、電池区画壁１４を設けて鉛バッテリ室１Ａと補助バッテリ収納室１６とに区画している。鉛バッテリ室１Ａは、複数の区画壁１３を設けて内部を複数のセル室１５に区画している。

区画壁１３は垂直姿勢で互いに平行に配置されて、鉛電池ケース１０の内部を区画して複数のセル室１５を長方形の長手方向に並べて配置している。各々のセル室１５には、正負の電極板４１が配置され、さらに電解液４２を充電している。鉛バッテリ１の１セルの電圧は２Ｖである。したがって、定格電圧を１２Ｖとする鉛バッテリ１は６セルを直列に接続している。鉛電池ケース１０は、外周壁１２と区画壁１３と底板１１を熱可塑性樹脂で一体的に成形している。外周壁１２は、図５の一部拡大図に示すように、区画壁１３よりも厚く成形される。また、外周壁は、その上端縁を区画壁の上端縁よりも高く成形することができる。この鉛電池ケース１０は、外周壁１２を区画壁１３よりも強固に、しかも確実に鉛電池蓋１７に熱溶着できる。

鉛電池蓋１７は熱可塑性樹脂で成形されて、鉛電池ケース１０の外周壁１２と区画壁１３及び電池区画壁１４の上縁に熱溶着されて、各セル室１５と補助バッテリ収納室１６の上方開口部を閉塞している。図２、図４、及び図５に示すバッテリ１００は、各セル室１５に補充液の蒸留水を充填する点検開口１９を鉛電池蓋１７に設けて、点検開口１９を気密に密閉しない開閉蓋（図示せず）で閉塞している。また、密閉構造の鉛バッテリは、鉛電池蓋でもって、各セル室の上方開口部を密閉構造に、すなわち気密又は水密に密閉している。

図３ないし図６の鉛電池蓋１７は、外周縁に沿って下方に突出する周壁１８を設けている。周壁１８は、その内側に鉛電池ケース１０の外周壁１２を挿入できるように、内形を外周壁１２の外形にほぼ等しく、正確には外周壁１２を隙間なくスムーズに挿入できるように、外周壁１２の外形よりもわずかに小さく成形している。この鉛電池蓋１７は、周壁１８の内側に外周壁１２を挿入して熱溶着するので、鉛電池蓋１７の周壁１８で鉛電池ケース１０外周壁１２の上縁部を補強して確実に液漏れしないように熱溶着できる。

さらに、図３の鉛電池ケース１０は、箱形の外周壁１２の内部に電池区画壁１４を設けて、補助バッテリ２を収納する補助バッテリ収納室１６を設けている。電池区画壁１４は、長方形である外周壁１２の内側で長手方向の一端部に設けられて、電池区画壁１４と外周壁１２との間に補助バッテリ収納室１６を設けている。この鉛電池ケース１０は、長方形のバッテリケース４０の長手方向に、複数のセル室１５と補助バッテリ収納室１６とを並べて配置する。図３の鉛電池ケース１０は、セル室１５と補助バッテリ収納室１６の内幅を同じ幅としている。ただし、補助バッテリ収納室は、必ずしもセル室と同じ内幅とする必要はなく、補助バッテリを収納できる内幅に成形される。

鉛電池ケース１０のセル室１５は、鉛バッテリ１の電解液４２である希硫酸を充填して、正負の電極板４１を配置している。電解液４２の希硫酸が補助バッテリ収納室１６に液漏れすると、補助バッテリ２に悪影響を与える。電池区画壁１４は、鉛電池ケース１０と一体的に成形できるので、両側縁は外周壁１２に、底縁は底板１１に液漏れしない状態で連結される。電池区画壁１４の上縁は鉛電池蓋１７と一体的に成形されない。補助バッテリ収納室１６に上方開口部から補助バッテリ２を備える電池組立２０を収納するからである。したがって、電池区画壁１４の上縁は、補助バッテリ２の電池組立２０を収納した後、鉛電池蓋１７を熱溶着して閉塞される。

電池区画壁１４は、図４の一部拡大図に示すように、上縁を区画壁１３の上縁よりも高く突出する形状に成形し、あるいは、図示しないが、鉛電池蓋の内面に熱溶着される上縁の厚さを区画壁の上縁よりも厚く成形して、鉛電池蓋の内面に熱溶着している。

図３と図５の鉛電池蓋１７は、鉛電池ケース１０の上方開口部、すなわちセル室１５と補助バッテリ収納室１６の上方開口部を閉塞する。ただ、バッテリは、補助バッテリ収納室に収納する補助バッテリを密閉ケースに入れる構造とし、あるいは補助バッテリ収納室の上方開口部を別の蓋で閉塞することで、鉛電池蓋がセル室のみの上方開口部を閉塞する形状とすることもできる。

補助バッテリ収納室１６は、補助バッテリ２が配置されている。補助バッテリ２は、プラスチック製のインナーケース２１を介して補助バッテリ収納室１６の定位置に配置される。このバッテリ１００は、補助バッテリ２のニッケル水素電池などをインナーケース２１の定位置に配置して電池組立２０とし、この電池組立２０を補助バッテリ収納室１６に配置して、補助バッテリ２を補助バッテリ収納室１６に配置する。インナーケース２１は、プラスチック製で、電池組立２０を補助バッテリ収納室１６に収納する状態で、補助バッテリ収納室１６の定位置に配置されて、補助バッテリ２を補助バッテリ収納室１６の定位置に配置する。

図８の分解斜視図に示す電池組立２０のインナーケース２１は、一対の対向プレート２２を連結して、対向プレート２２の間に補助バッテリ２を配置している。一対の対向プレート２２は、プレート部２２Ａの周囲に周壁２２Ｂを設けて、周壁２２Ｂを熱溶着、ネジ止め、接着などの方法で互いに連結して、内部に補助バッテリ２を配置している。プレート部２２Ａは、円筒形電池２Ａを定位置に配置する山形の凸条２２Ｃを一体的に成形して設けている。この対向プレート２２は、凸条２２Ｃを円筒形電池２Ａの間に配置して、補助バッテリ２の円筒形電池２Ａを定位置に配置する。円筒形電池２Ａは２個を直列に接続して電池モジュールとし、この電池モジュールを水平姿勢で上下に多段に配置している。電池組立２０は、電池モジュールを直列に接続する個数で定格電圧を調整できる。補助バッテリ２をニッケル水素電池とする電池組立２０は、２個の円筒形電池２Ａを直列に接続する電池モジュールを５段に配置し、電池モジュールを直列に接続して定格電圧を１２Ｖにできる。

図の電池組立２０は、補助バッテリ２をニッケル水素電池とするので、１０個の電池を直列に接続して、定格電圧を１２Ｖとする。ただし、本発明の車両用のバッテリは、補助バッテリをニッケル水素電池には特定しない。補助バッテリをリチウムイオン二次電池とする電池組立は、３個又は４個の電池を直列に接続して、定格電圧を１１Ｖ〜１５Ｖとして、定格電圧を１２Ｖとする鉛バッテリ１に接続することができる。

さらに、図６と図７のバッテリ１００は、補助バッテリ２を鉛バッテリ１に並列に接続するために、補助バッテリ２の出力側をバスバー３２、３４を介して鉛バッテリ１の出力端子３に接続している。図６のバッテリ１００は、鉛電池蓋１７の上面に垂直姿勢に突出する鉛バッテリ１の正負の出力端子３を設けている。図６のバッテリ１００は、鉛バッテリ１のマイナス側の出力端子３を、バスバー３４を介して補助バッテリ２のマイナス側出力である接続端子３１に接続して、鉛バッテリ１のプラス側の出力端子３を、接続リード３７と回路基板４とバスバー３２を介してサブバッテリのプラス側出力である接続端子３１に接続している。

回路基板４は、補助バッテリ２の保護回路９（図１参照）を実現する電子部品２９を実装する。回路基板４に実装される保護回路９は、補助バッテリ２を構成する各々の二次電池の電圧を検出し、さらに補助バッテリ２の電流を検出して、補助バッテリ２の過充電や過放電を防止し、さらに、過大電流を防止して、補助バッテリ２の電気特性の低下を防止する。補助バッテリ２の電圧を検出する保護回路９は、補助バッテリ２を構成する各々の二次電池の電圧を検出し、あるいは複数の二次電池を直列に接続している電池モジュールの電圧を検出する。この保護回路９を実装する回路基板４は、補助バッテリ２を構成する二次電池の電極端子や電池モジュールの電極端子にリード線３３を介して接続されて、二次電池や電池モジュールの電圧を検出する。さらに、補助バッテリ２の電流を検出する保護回路９は、補助バッテリ２と直列に接続する電流検出抵抗２８（図８参照）の両端の電圧を検出する。この保護回路９を実装する回路基板４は、電流検出抵抗２８の両端に接続しているリード線３３を補助バッテリ２に接続している。

補助バッテリ２の保護回路９を実装する回路基板４は、電流検出抵抗や半導体スイッチング素子８（図１参照）などの発熱部品２９Ａを実装している。発熱部品２９Ａの半導体スイッチング素子８は、たとえば補助バッテリ２と直列に接続されるＦＥＴ、トランジスタ、ＩＧＢＴなどのスイッチング素子で、オンオフに制御されて補助バッテリ２の過充電や過放電を防止する。また、補助バッテリをＤＣ／ＤＣコンバータを介して鉛バッテリに接続している車両用のバッテリは、ＤＣ／ＤＣコンバータを構成するトランジスタ、ＦＥＴ、ダイオード、トランスなどの発熱部品を回路基板に実装している。

発熱部品２９Ａを実装する回路基板４は、鉛電池蓋１７の上に固定される。回路基板４は、図３、図４、及び図６に示すように、鉛電池蓋１７の上面に突出するように設けている固定部３８に、回路基板４を貫通する止ネジ５３を介して固定される。図に示す固定部３８は、止ネジ５３をねじ込みできる固定ボスとしている。回路基板４を絶縁状態で配置するために、鉛電池蓋１７に基板ケース５を固定している。基板ケース５は、回路基板４を内部に収納する下方開口の箱形で、下方開口部を鉛電池蓋１７で密閉して内部を閉鎖構造とし、閉鎖構造の内部に回路基板４を配置している。回路基板４を基板ケース５に収納している車両用のバッテリ１００は、車両のエンジンルームなどに設置されて、回路基板４をエンジンルーム内の厳しい温度などの外的環境から保護できる。

基板ケース５は、絶縁材のプラスチックを下方開口の箱形に成形している。この基板ケース５は、下方に突出する外周壁５Ｂを一体的に成形して設けている。この基板ケース５の下方開口を鉛電池蓋１７で閉塞するために、鉛電池蓋１７は基板ケース５の外周壁１２の内側に配置される内周壁３９をプラスチックで一体的に成形して設けている。この基板ケース５は、外周壁５Ｂの内側に内周壁３９を挿入し、さらに内周壁３９と外周壁５Ｂとの間にＯリングなどのパッキン５２を配置して、基板ケース５の内部を閉鎖構造としている。

基板ケース５の内部に配置される回路基板４は、基板ケース５の下方開口部において、鉛電池蓋１７に熱結合状態に配置されて、回路基板４や回路基板４に実装している発熱部品２９Ａの発熱を鉛電池蓋１７に熱伝導する。図３と図４のバッテリ１００は、回路基板４と鉛電池蓋１７のとの間に熱伝導シート５１を挟着して、熱伝導シート５１を介して回路基板４の発熱を鉛電池蓋１７に熱伝導する。熱伝導シート５１は、ゲル状シートである。この熱伝導シート５１は、凹凸のある回路基板４や鉛電池蓋１７の表面に隙間なく密着して、効率よく熱伝導する特徴がある。ただ、熱伝導シートは、必ずしもゲル状シートとする必要はなく、ゴム状弾性のある熱伝導シート、あるいは表面にシリコンオイル等を塗布している優れた熱伝導特性のシートが使用できる。

図３と図４の断面図に示す回路基板４は、実装部品を上面に固定してなる片面実装基板で、回路基板４の下面と鉛電池蓋１７との間に熱伝導シート５１を配置している。この構造は、回路基板４を鉛電池蓋１７に接近して配置できるので、薄くて熱伝導特性の優れた熱伝導シート５１で回路基板４の発熱を効率よく鉛電池蓋１７に熱伝導できる。

さらに、図３と図４の断面図に示す回路基板４は、発熱部品２９Ａを固定している発熱部品固定部４Ａの下面を熱伝導シート５１を介して鉛電池蓋１７の上面に熱結合状態に配置している。この構造は、発熱部品２９Ａの発熱を、熱伝導シート５１を介して鉛電池蓋１７に効率よく熱伝導して、発熱部品２９Ａの温度上昇を抑制できる。

また、図９の断面図に示す構造は、発熱部品２９Ａを回路基板４の下面に突出するように固定して、回路基板４の下面に突出する発熱部品２９Ａと鉛電池蓋１７との間に熱伝導シート５１を配置している。この構造は、回路基板４に実装する発熱部品２９Ａの発熱を熱伝導シート５１を介して直接に鉛電池蓋１７に熱伝導してより効率よく放熱する。

さらに、図１０の断面図に示す鉛電池蓋１７は、回路基板４に向かって突出する突出部５５を成形して設けて、突出部５５の外側に回路基板４を固定する固定部３８を上面に突出して設けている。突出部５５は、広い面積で回路基板４に熱結合できるように、回路基板４に熱結合状態に接触する熱結合面５５Ａを上面に設けている。この車両用のバッテリは、固定部３８に回路基板４を貫通する止ネジ５３をねじ込んで、回路基板４を鉛電池蓋１７に固定し、この状態で、回路基板４と熱結合面５５Ａとの間に熱伝導シート５１を押圧状態で挟み、回路基板４を熱伝導シート５１を介して熱結合面５５Ａに押し付けて回路基板４と鉛電池蓋１７とを常に理想的な状態で熱結合状態にできる。このため、この回路基板４を鉛電池蓋１７に確実に固定しながら、回路基板４を鉛電池蓋１７に確実に熱結合状態に配置できる。また、図１０に示す鉛電池蓋１７は、熱結合面５５Ａを回路基板４の発熱部品固定部４Ａに熱結合状態に接触するので、発熱部品２９Ａの発熱を効率よく鉛電池蓋１７の突出部５５に熱伝導して、発熱部品２９Ａの温度上昇を効率よく抑制できる。

さらに、図１０の断面図に示す鉛電池蓋１７は、下面に突出するように放熱フィン５６を設けている。放熱フィン５６は、プラスチック製の鉛電池蓋１７に一体的に成形して設けられる。この鉛電池蓋１７は、下面に設けている放熱フィン５６をセル室１５に配置し、この放熱フィン５６を電解液４２に接触させて電解液４２で強制冷却するので、回路基板４の発熱を鉛電池蓋１７から効率よく放熱できる。とくに、図１０の鉛電池蓋１７は、放熱フィン５６を、回路基板４に熱結合状態にある領域に設けているので、放熱フィン５６でもって鉛電池蓋１７を冷却して、回路基板４の熱結合状態にある領域をより効果的に冷却できる。

さらに、図１０の鉛電池蓋１７は、放熱フィン５６を、回路基板４に実装する発熱部品２９Ａに熱結合している熱結合領域に設けているので、放熱フィン５６を電解液４２で強制冷却して、回路基板４の発熱部品２９Ａから熱伝導される熱エネルギをより効率よく冷却して、発熱部品２９Ａの温度上昇を効果的に抑制できる。

１００…バッテリ
１…鉛バッテリ
１Ａ…鉛バッテリ室
２…補助バッテリ
２Ａ…円筒形電池
３…出力端子
４…回路基板
４Ａ…発熱部品固定部
５…基板ケース
５Ｂ…外周壁
８…スイッチング素子
９…保護回路
１０…鉛電池ケース
１１…底板
１２…外周壁
１３…区画壁
１４…電池区画壁
１５…セル室
１６…補助バッテリ収納室
１７…鉛電池蓋
１８…周壁
１９…点検開口
２０…電池組立
２１…インナーケース
２２…対向プレート
２２Ａ…プレート部
２２Ｂ…周壁
２２Ｃ…凸条
２８…電流検出抵抗
２９…電子部品
２９Ａ…発熱部品
３１…接続端子
３２…バスバー
３３…リード線
３４…バスバー
３７…接続リード
３８…固定部
３９…内周壁
４０…バッテリケース
４１…電極板
４２…電解液
５１…熱伝導シート
５２…パッキン
５３…止ネジ
５５…突出部
５５Ａ…熱結合面
５６…放熱フィン

Claims (13)

1. 互いに並列に接続してなる鉛バッテリと補助バッテリとを区画して配置してなる鉛電池ケースと、
   この鉛電池ケースの上方開口部を閉塞してなる鉛電池蓋と、
   前記補助バッテリに接続され、かつ前記鉛電池蓋の上方に配置され、なおかつ発熱部品を実装する回路基板と、
   前記回路基板を内部に収納してなる下方開口の基板ケースとを備え、
   前記回路基板が前記基板ケースの下方開口部において前記鉛電池蓋に熱結合状態に配置されてなることを特徴とする車両用のバッテリ。
2. 前記回路基板と前記鉛電池蓋のとの間に熱伝導シートを挟着しており、前記熱伝導シートを介して前記回路基板の発熱を前記鉛電池蓋に熱伝導す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。
3. 前記回路基板が実装部品を上面に固定してなる片面実装基板で、前記回路基板の下面と前記鉛電池蓋との間に熱伝導シートを配置してなる請求項２に記載される車両用のバッテリ。
4. 前記回路基板が、発熱部品を固定してなる発熱部品固定部の下面を熱伝導シートを介して前記鉛電池蓋の上面に熱結合状態に配置してなる請求項２又は３に記載される車両用のバッテリ。
5. 前記発熱部品が前記回路基板の下面に突出して固定され、前記回路基板の下面に突出してなる前記発熱部品と前記鉛電池蓋との間に前記熱伝導シートを配置してなる請求項２に記載される車両用のバッテリ。
6. 前記熱伝導シートがゲル状シートである請求項２ないし５のいずれかに記載される車両用のバッテリ。
7. 前記鉛電池蓋が、前記回路基板に向かって突出する突出部を有し、
   この突出部の外側に前記回路基板を固定する固定部を上面に突出して設けており、
   前記突出部は、前記回路基板に熱結合状態に接触する熱結合面を上面に有し、
   前記固定部に前記回路基板が固定されて、
   前記熱結合面が前記回路基板に熱結合状態に接触してなる請求項１ないし６のいずれかに記載される車両用のバッテリ。
8. 前記熱結合面が、前記回路基板の発熱部品を固定してなる発熱部品固定部に熱結合状態に接触してなる請求項７に記載される車両用のバッテリ。
9. 前記鉛電池蓋が、下面に突出する放熱フィンを有する請求項１ないし７のいずれかに記載される車両用のバッテリ。
10. 前記放熱フィンが、前記回路基板に熱結合状態にある領域に設けてなる請求項９に記載される車両用のバッテリ。
11. 前記放熱フィンが、前記回路基板に実装する発熱部品に熱結合してなる熱結合領域に設けてなる請求項９に記載される車両用のバッテリ。
12. 前記基板ケースが、下方開口を前記鉛電池蓋で密閉して内部を閉鎖構造としており、この閉鎖構造の内部に回路基板を配置してなる請求項１ないし１１のいずれかに記載される車両用のバッテリ。
13. 前記基板ケースが下方に突出する外周壁を有し、前記鉛電池蓋が前記外周壁の内側に配置してなる内周壁を有し、前記内周壁と前記外周壁との間にパッキンが配設されて、前記基板ケースの内部を閉鎖構造としてなる請求項１２に記載される車両用のバッテリ。

Images