JP4878983B2 - ヒータ付き電池構造体 - Google Patents
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Description
また、特許文献1には、基台と、この基台上に配置された発熱体(ヒータ素子)と、この発熱体を覆うように基台上に敷設された固定材料とを有するヒータが開示されている。特許文献1の実施例1では、温度検知デバイス(温度センサ)を、発熱体と共に固定材料で埋設したヒータが開示されている。
この薄板状の積層型ヒータは、例えば、低温時に電池を加熱して、電池の出力特性を向上させるために用いられている。具体的には、自動車用の電池の底部に、薄板状の積層型ヒータを配置し、家庭用電源を用いて電池を加熱する技術が提案されている(例えば、特許文献3参照)。
また、接着剤や粘着テープを用いて温度検知デバイスを固定する手法では、ヒータの熱や接着剤(粘着剤)の経時劣化に伴う接着力(粘着力)の低下などの影響で、温度検知デバイスの検温部がヒータに接触して固定された状態を、安定して保持できない虞があった。このため、ヒータの温度を、長期間にわたり精度良く検知することができない虞があった。
従って、上述の温度検知デバイス付きヒータでは、温度検知デバイスにより、積層型ヒータの温度を、長期間にわたり精度良く検知することができる。
また、機械的締結手段により、温度検知デバイスとヒータ金属部とを締結する手法としては、例えば、ヒータ金属部及び温度検知デバイスに設けた貫通孔を利用して、機械的締結手段により、温度検知デバイスとヒータ金属部とを圧接させて締結する手法を挙げることができる。具体的には、機械的締結手段として平リベットを用い、ヒータ金属部の貫通孔の軸と温度検知デバイスの貫通孔の軸とが一致するように、第1金属薄板の表面上に温度検知デバイスを載置し、この状態で、平リベットの軸部を、ヒータ金属部の貫通孔及び温度検知デバイスの貫通孔に挿通する。次いで、平リベットの軸部を加締めて塑性変形させつつ、温度検知デバイスとヒータ金属部とを平リベットの軸方向に圧接して締結することができる。
例えば、機械的締結手段として頭部の厚みが1mmの平リベットを用い、第1金属薄板及び第2金属薄板の厚みが0.4mmで、ヒータ素子及び第1,第2絶縁樹脂フィルム等を合わせた厚みが0.2mmの積層型ヒータに温度検知デバイスを締結する場合、第2金属薄板側からの平リベットの突出量を、0.8mmから0.4mmに低減することができる。
なお、機械的締結手段の締結による変形が防止された被締結部としては、例えば、金属製の被締結部を挙げることができる。
具体的には、例えば、ヒータ素子から離れたヒータの端部に温度検知デバイスを設けた場合には、温度検知デバイスにおいて、実際のヒータ素子の温度と大きくかけ離れた温度(ヒータ素子の温度よりもかなり低い温度)を検知することになる。このため、温度検知デバイスを利用してヒータの温度制御(ON−OFF制御など)を行う場合は、電池構造体を、適切に加熱することができない虞がある。これと比較して、上述の温度検知デバイス付きヒータでは、温度検知デバイスによる検知温度と実際のヒータ素子の温度との差を小さくできるので、ヒータの温度制御の精度を向上させることができる。
また、発電要素とは、電池の機能を奏するために電池ケース内に収容されるものであり、例えば、正極板、負極板、セパレータ、及び電解液などが含まれる。
このヒータ付き電池構造体では、温度検知デバイス付きヒータを電池構造体に着脱可能とする構成を有している。すなわち、温度検知デバイス付きヒータを、電池構造体に着脱可能に固定している。このため、温度検知デバイス付きヒータを電池構造体から容易に取り外すことができるので、温度検知デバイス付きヒータのメンテナンス作業や交換作業等の作業性が良好となる。
次に、本発明の実施形態にかかるヒータ付き電池構造体10について、図面を参照しつつ説明する。
ヒータ付き電池構造体10は、図1及び図2に示すように、組電池50と、第1ヒータユニット60と、第2ヒータユニット70とを有している。
このうち、組電池50は、図3に示すように、第1収容部材20及び第2収容部材30を備える収容ケース40と、その内部に収容された複数(本実施形態では40ヶ)の二次電池100とを有している。なお、本実施形態では、組電池50が電池構造体に相当する。
本実施形態では、図3に示すように、このような二次電池100が40ヶ、列置方向X(図3において左右方向)に一列に列置されると共に、互いに直列に接続されている。
なお、この組電池50において、第2収容部材30の凹部34の底部34bのうち、複数の二次電池100と空隙Sを介して離間する部位を、離間部35とする。これにより、本実施形態では、後述するように、離間部35の外表面が、被加熱面35bとなる。
第1積層型ヒータ61は、図8に示すように、第1絶縁樹脂フィルム61c、第2絶縁樹脂フィルム61e、第1絶縁樹脂フィルム61cの内表面61gと第2絶縁樹脂フィルム61eの内表面61hとの間に位置するヒータ素子61d、第1絶縁樹脂フィルム61cの外表面61j上に積層された第1金属薄板61b、及び第2絶縁樹脂フィルム61eの外表面61k上に積層された第2金属薄板61fを有する薄板状の積層型ヒータである。
なお、温度センサ64では、温度検知素子64b及び素子保持部64fが、検温部64gを構成している。
まず、ヒータ金属部61pの貫通孔61qの軸と温度センサ64の貫通孔64hの軸とが一致するように、第1金属薄板61bの外表面61m上に温度センサ64を載置し、この状態で、平リベット69の軸部69bを、ヒータ金属部61pの貫通孔61q及び温度センサ64の貫通孔64hに挿通する。次いで、平リベット69の軸部69bを加締めて塑性変形させつつ(塑性変形部69dを形成しつつ)、温度センサ64とヒータ金属部61pとを平リベット69の軸方向(図9において上下方向)に圧接する。これにより、温度センサ64が、平リベット69によりヒータ金属部61pに締結されて、第1金属薄板61bの外表面61m上に接触して固定される。
その上、温度センサ64を、金属製の被締結部64dで、平リベット69によりヒータ金属部61pに締結している(図9参照)。この被締結部64dは、平リベット69の締結力では変形しない強度を有しているので、温度センサ64において、平リベット69の締結力により歪みが生じるのを防止できる。さらに、温度センサ64において、平リベット69による締結後のクリープも防止できる。
また、第1保持部材65は、矩形凹状をなし、第1積層型ヒータ61を内部に収容する収容部65cと、この収容部65cの開口端側に位置する矩形環状のフランジ部65bとを有している。このフランジ部65bには、取付ボルト12のネジ部12bを挿通可能とする貫通孔65dが複数形成されている。
なお、本実施形態では、プレス成型により、第2収容部材30の底部34bの一部を窪んだ形状に変形することで、被加熱面35bに凹部35dを形成している。これにより、第2収容部材30の底部34bの強度を高めることもできる。
また、第1積層型ヒータ61の熱を組電池50に適切に伝えることができることから、第1積層型ヒータ61が局部的に過昇温となるのを防止することもできる。
第2積層型ヒータ71は、図8にカッコ書きで示すように、第1絶縁樹脂フィルム71c、第2絶縁樹脂フィルム71e、第1絶縁樹脂フィルム71cの内表面61gと第2絶縁樹脂フィルム71eの内表面71hとの間に位置するヒータ素子71d、第1絶縁樹脂フィルム71cの外表面71j上に積層された第1金属薄板71b、及び第2絶縁樹脂フィルム71eの外表面71k上に積層された第2金属薄板71fを有する薄板状の積層型ヒータである。
また、第2積層型ヒータ71の熱を組電池50に適切に伝えることができることから、第2積層型ヒータ71が局部的に過昇温となるのを防止することもできる。
本実施形態のヒータ付き電池構造体10では、前述のように、第1温度検知デバイス付きヒータ63及び第2温度検知デバイス付きヒータ73が、第2収容部材30(収容ケース40)の離間部35の被加熱面35b上に設けられている(図3参照)。このような構成とすることにより、第1積層型ヒータ61及び第2積層型ヒータ71の熱が離間部35に伝わり、加熱された離間部35を通じて、空隙S内の空気を加熱することができる。そして、この加熱された空気が各々の二次電池100に接触することで、各々の二次電池100を加熱することができる。
しかも、本実施形態では、第1積層型ヒータ61及び第2積層型ヒータ71と各々の二次電池100との間に、離間部35に加えて空隙Sが介在しているので、各二次電池100の過昇温を、より一層防止することができる。
本変形形態は、実施形態と比較して、温度検知デバイス付きヒータのみが異なり、その他については同様である。従って、ここでは、実施形態と異なる部分について説明し、同様な部分については説明を省略または簡略化する。
具体的には、実施形態では、図9に示すように、その積層方向(図9において上下方向)に見て、ヒータ素子61d、第1絶縁樹脂フィルム61c、第2絶縁樹脂フィルム61e、第1金属薄板61b、及び第2金属薄板61fのうち、第1金属薄板61b及び第2金属薄板61fのみが位置するヒータ金属部61pを含む第1積層型ヒータ61を用いていた。そして、第1積層型ヒータ61のヒータ金属部61pに、温度センサ64を、平リベット69の締結により固定して、第1温度検知デバイス付きヒータ63としていた。
例えば、実施形態等では、加熱の対象となる電池構造体として、複数(実施形態では40ヶ)の二次電池100と、これらを収容する収容ケース40とを有する組電池50を例示した。しかしながら、1つの発電要素を電池ケース内に収容してなる単電池や、発電要素を収容する収容部が複数、一体成形された電池ケースを備え、それぞれの収容部内に発電要素を収容してなる電池モジュールを、電池構造体としても良い。すなわち、単電池や電池モジュール等を、ヒータにより直接加熱する形態としても良い。
また、実施形態等では、樹脂製の電池ケース101などを備える二次電池100を用いたが、電池ケースの材質は、樹脂に限らず、金属などの他の材質であっても良い。また、実施形態では、ニッケル水素蓄電池を用いたが、本発明は、リチウムイオン電池など他の電池(一次電池も含む)を用いた場合にも、適用することができる。
35b 被加熱面
35c 被加熱部
35d 凹部
50 組電池(電池構造体)
60 第1ヒータユニット
61 第1積層型ヒータ
61c,71c 第1絶縁樹脂フィルム
61e,71e 第2絶縁樹脂フィルム
61d,71d ヒータ素子
61b,71b 第1金属薄板
61f,71f 第2金属薄板
61p,71p ヒータ金属部
63 第1温度検知デバイス付きヒータ
64 温度センサ(温度検知デバイス)
64d 被締結部
64g 検温部
69 平リベット(機械的締結手段、金属カシメ部材)
70 第2ヒータユニット
71 第2積層型ヒータ
73 第2温度検知デバイス付きヒータ
100 二次電池
Claims (5)
- 発電要素を含み、被加熱面を有する電池構造体と、
1または複数のヒータであって、上記電池構造体に固定して、上記被加熱面の加熱により上記発電要素を加熱するヒータと、を備える
ヒータ付き電池構造体であって、
上記1または複数のヒータは、
第1絶縁樹脂フィルム、
第2絶縁樹脂フィルム、
金属箔からなり、帯状またはシート状をなすヒータ素子であって、上記第1絶縁樹脂フィルムの内表面と上記第2絶縁樹脂フィルムの内表面との間に位置するヒータ素子、及び、
上記第1絶縁樹脂フィルムの外表面上に積層された第1金属薄板と、上記第2絶縁樹脂フィルムの外表面上に積層された第2金属薄板のうち、少なくとも上記第1金属薄板、を有する
薄板状の積層型ヒータと、
検温部を有する温度検知デバイスと、を備える
温度検知デバイス付きヒータであって、
上記積層型ヒータは、その積層方向に見て、
上記第1絶縁樹脂フィルム、上記第2絶縁樹脂フィルム、上記ヒータ素子、上記第1金属薄板、及び上記第2金属薄板のうち、
上記第1金属薄板のみ、または上記第1金属薄板及び上記第2金属薄板のみが位置するヒータ金属部を含み、
上記温度検知デバイスは、
機械的締結手段により、上記積層型ヒータのうち上記ヒータ金属部と締結されて、
上記温度検知デバイスのうち少なくとも上記検温部が上記第1金属薄板に接触した状態で、上記第1金属薄板の外表面上に固定されてなる
温度検知デバイス付きヒータであり、
前記電池構造体の前記被加熱面は、
平面をなす被加熱部と、
上記電池構造体の内側に窪んだ凹部とを含み、
前記温度検知デバイス付きヒータは、
前記温度検知デバイスを上記被加熱面の上記凹部内に配置すると共に、前記第1金属薄板の前記外表面を、上記被加熱部に接触させてなる
ヒータ付き電池構造体。 - 請求項1に記載のヒータ付き電池構造体であって、
前記機械的締結手段は、前記温度検知デバイスを前記ヒータ金属部にカシメ固定する金属カシメ部材である
ヒータ付き電池構造体。 - 請求項1または請求項2に記載のヒータ付き電池構造体であって、
前記温度検知デバイス付きヒータは、
前記第1金属薄板及び前記第2金属薄板を有し、
前記ヒータ金属部には、前記積層型ヒータの積層方向に見て、上記第1金属薄板及び上記第2金属薄板のうち上記第1金属薄板のみが位置してなる
ヒータ付き電池構造体。 - 請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載のヒータ付き電池構造体であって、
前記温度検知デバイスは、
前記機械的締結手段により前記ヒータ金属部に締結される被締結部であって、上記機械的締結手段の締結による変形が防止された被締結部を有する
ヒータ付き電池構造体。 - 請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載のヒータ付き電池構造体であって、
前記温度検知デバイスは、前記積層型ヒータが延びる平面方向に見て、前記ヒータ素子に挟まれた位置に配置されてなる
ヒータ付き電池構造体。
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