JP5730730B2

JP5730730B2 - サーミスタ、電源装置、車両

Info

Publication number: JP5730730B2
Application number: JP2011206001A
Authority: JP
Inventors: 広隆渡辺; 孝訓金森; 喜章市川
Original assignee: Toyota Motor Corp; Yazaki Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Yazaki Corp
Priority date: 2011-09-21
Filing date: 2011-09-21
Publication date: 2015-06-10
Anticipated expiration: 2031-09-21
Also published as: JP2013068466A

Description

本発明は、複数の単電池を並べた電源装置における温度検知を行うサーミスタに関する。

従来、積層電池パックにおいて、電池の温度検知にサーミスタが用いられる構成が知られる。

サーミスタは、サーミスタ特性を有する素子をガラスで密封する構造となっているため、機械的強度が低いといえる（例えば、特許文献１を参照）。

このように機械的強度が低いサーミスタの破損を防ぐために、種々の技術が提供されている（例えば、特許文献２および３を参照）。

実開昭６４−５７６０１特開２００５−１８９０８０特開２００５−０１９６４４

しかしながら、上記従来技術では、複数の単電池が積層される電池パックにおいて、これら複数の単電池の間に挿し込んで使用する場合、（１）狭い隙間への挟み込みによる荷重、（２）複数の電池に加わる拘束荷重、（３）電池の熱膨張による挟み込み荷重の発生、などに耐えうる十分な強度を有し且つ低コストなサーミスタを提供することは困難であった。

そこで、本願発明は、狭い隙間に挟み込まれた状態で挟み込み方向に発生する荷重によるガラス管の破損を防止することのできるサーミスタを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のサーミスタは、（１）サーミスタ特性を有する素子を収容するガラス管と、前記ガラス管を収容し、温度測定対象物の被測定面に接触する接触面を有する測温部と、前記接触面と平行な面内で前記測温部と並んで配置され、前記接触面の法線方向における大きさが前記側温部よりも大きい支持部と、前記測温部と前記支持部とを連結し、前記接触面の法線方向における大きさが前記測温部よりも小さいくびれ部と、を備え、前記くびれ部は、前記温度測定対象物からの荷重が前記支持部に作用したとき、前記測温部から離れる方向に前記支持部を変形させることにより、前記ガラス管から離れる方向に前記測温部を変形させることを特徴とする。

（２）（１）の構成において、前記支持部は、前記接触面の法線方向において、前記接触面に近い側よりも前記接触面から遠い側の方が突出している。

（３）（１）または（２）の構成において、前記くびれ部は、前記サーミスタにおける前記接触面が設けられる側および前記接触面が設けられない側の双方に形成される凹部である構成としてもよい。

（４）（１）〜（３）の構成において、前記素子に接続されたワイヤーハーネスを挿通する挿通部を備え、前記支持部の少なくとも一部は、前記接触面の法線方向において前記挿通部と重なる位置にあることが望ましい。

（５）本発明の電源装置は、（１）〜（４）の構成において、積層される、前記温度測定対象物としての複数の単電池と、前記複数の単電池の内の隣接する少なくとも２つの単電池の間に挿入される請求項１乃至４のうちいずれか１つに記載のサーミスタと、を備える構成としてもよい。

（６）（５）の構成において、前記複数の単電池は、リチウムイオン電池およびニッケル水素電池のいずれか一方であることが望ましい。

（７）本発明の車両は、（５）または（６）の構成の電源装置を搭載していることが好ましい。

本発明によれば、狭い隙間に挟み込まれた状態で挟み込み方向に発生する荷重によるガラス管の破損を防止することのできるサーミスタを提供することができる。

電源装置の分解斜視図である。本実施例におけるサーミスタ９００の外観斜視図である。サーミスタ９００における突出面１０２ａをｘ軸方向に見た図である。サーミスタ９００をｚ軸方向に見た図である。サーミスタ９００を図４におけるＰ方向に見た図である。サーミスタ９００の図３におけるＡ−Ａ断面を示す図である。サーミスタ９００が単電池１３間に挿し込まれた状態を示す断面図である。サーミスタ９００に荷重が加わったときにおけるサーミスタ９００の変形特性を示す図である。

本発明の実施例１である電源装置について、図１を用いて説明する。図１において、Ｚ軸は、重力方向を示しており、Ｘ軸及びＹ軸は、Ｚ軸に対して直交し、かつ互いに直交する軸である。ここで、図１は、電源装置の分解斜視図である。

本実施形態に係る電源装置は、車両に搭載することができ、この車両としては、ハイブリッド自動車や電気自動車がある。ハイブリッド自動車は、車両の走行エネルギ（運動エネルギ）を発生させる動力源として、電源装置の他に、内燃機関や燃料電池を備えた車両である。また、電気自動車は、電源装置の出力だけを用いて車両を走行させるものである。

電源装置１０は、複数の単電池（電源体）１３がＸ方向に並んで配置された電池モジュール（電源モジュール）１２を有している。ここで、Ｘ方向で隣り合う単電池１３の間には、単電池１３の表面に対して冷却用の気体（熱交換媒体）を導くためのスペーサ１４が配置されている。すなわち、スペーサ１４は、Ｘ方向で隣り合う単電池１３の間に冷却用の気体を通過させるための通路を形成している。なお、スペーサ１４は、ポリプロピレン等の樹脂によって形成することができる。

ここで、ダクト及びファンを用いることにより、例えば、車両の室内に存在する空気を、冷却用の気体として、隣り合う単電池１３の間に導くことができる。車両の室内とは、乗車者が乗車する空間や、荷物等を収容するための空間（いわゆる、ラゲージコンパートメント）を意味する。なお、空気以外の成分を有する気体や液体（熱交換媒体）を、隣り合う単電池１３の間に導くこともできる。

電源装置１０に対して冷却用の気体を供給すると、スペーサ１４を介して、隣り合う単電池１３の間に気体が流れ込む。隣り合う単電池１３の間に導かれた気体は、単電池１３との間で熱交換を行うことにより、充放電等によって単電池１３で発生した熱を奪う。そして、隣り合う単電池１３の間を通過した気体は、電池パック１０の外部に排出される。これにより、単電池１３の冷却（放熱）を行うことができる。

ここで、単電池１３としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池が用いられている。なお、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタを用いることもできる。一方、電池パック１０を構成する単電池１３の数は、電池パック１０に持たせる出力性能に基づいて適宜設定することができる。

各単電池１３の上部には、正極端子１３ａ及び負極端子１３ｂが設けられている。これらの端子１３ａ，１３ｂは、単電池１３の内部に収容された発電要素に接続されている。ここで、発電要素とは、充放電が可能な要素であり、例えば、正極板、負極板、セパレータ及び電解液によって構成されている。

各単電池１３における正極端子１３ａは、この単電池１３とＸ方向で隣り合って配置された他の単電池１３における負極端子１３ｂと、バスバー（不図示）を介して電気的に接続されている。また、各単電池１３における負極端子１３ｂは、この単電池１３とＸ方向で隣り合って配置された他の単電池１３における正極端子１３ａと、バスバー（不図示）を介して電気的に接続されている。

このように各単電池１３の端子１３ａ，１３ｂが電気的に接続されることにより、電池モジュール１２を構成する複数の単電池１３は電気的に直列に接続されることになる。これにより、電池モジュール１２として、所望の出力を得ることができる。なお、電気的に並列に接続された単電池１３が含まれていてもよい。

電池モジュール１２のＸ方向における両端には、電池モジュール１２を構成する複数の単電池１３を狭持するための一対のエンドプレート１５が配置されている。エンドプレート１５は、強度を確保するために所定の厚さ（Ｘ方向の長さ）を有しているとともに、軽量化を図るために、開口部１５ａが形成されている。

また、エンドプレート１５には穴部１５ｂが形成されており、この穴部１５ｂに対してボルト等の締結部材（不図示）を挿入することによって、エンドプレート１５（電源装置１０）をパックケース１１に固定することができる。なお、電池モジュール１２を構成する複数の単電池１３のうち、一部の単電池１３にも、ボルト等の締結部材を取り付けるための穴部が形成されている。

また、電池モジュール１２の両端に位置するエンドプレート１５には、上下方向（Ｚ方向）から一対の拘束バンド（拘束部材としてのアッパー拘束バンド１６ａ及びロアー拘束バンド１６ｂ）が固定される。具体的には、電池モジュール１２に対して、２つのアッパー拘束バンド１６ａと、２つのロアー拘束バンド１６ｂとが固定される。

アッパー拘束バンド１６ａは、電池モジュール１２の上面に沿って配置される中間部１６ａ１と、中間部１６ａ１に対して曲げ形成され、エンドプレート１５のＸ方向における端面に沿って配置される端部１６ａ２とを有している。ここで、中間部１６ａ１は、複数の単電池１３の配列方向（Ｘ方向）に延びている。また、ロアー拘束バンド１６ｂは、電池モジュール１２の下面に沿って配置される中間部１６ｂ１と、中間部１６ｂ１に対して曲げ形成され、エンドプレート１５のＸ方向における端面に沿って配置される端部１６ｂ２とを有している。ここで、中間部１６ｂ１は、複数の単電池１３の配列方向（Ｘ方向）に延びている。

アッパー拘束バンド１６ａにおける端部１６ａ２と、ロアー拘束バンド１６ｂにおける端部１６ｂ２は、リベット（不図示）によって接続される。これにより、電池モジュール１２は、アッパー拘束バンド１６ａ及びロアー拘束バンド１６ｂによって拘束されることになる。また、エンドプレート１５を介して、複数の単電池１３を互いに近づける方向に作用する力が発生する。

また、本実施例による電源装置では、スペーサ１４と同様に、複数の単電池の内の少なくとも２つの単電池の間の隙間に、単電池の温度を検知するためのサーミスタが挿し込まれて配置されている。

以下、本実施例におけるサーミスタの詳細について説明する。

図２は、本実施例におけるサーミスタ９００の外観斜視図である。図３は、サーミスタ９００における突出面１０２ａをｘ軸方向に見た図である。図４は、サーミスタ９００をｚ軸方向に見た図である。図５は、サーミスタ９００を図４におけるＰ方向に見た図である。図６は、サーミスタ９００の図３におけるＡ−Ａ断面を示す図である。

サーミスタ９００は、測温部１０１、ガラス管ｇ、支持部１０２、くびれ部１０３、挿通部１０４およびワイヤーハーネスＨを備えている。

ガラス管ｇは、サーミスタ特性を有する素子を収容する。ガラス管ｇにはワイヤーハーネスＨが接続されており、ガラス管ｇにて検知される温度値をワイヤーハーネスＨを介して送信する。

なお、ここでのサーミスタ特性とは、温度の上昇に対して抵抗が減少する特性（ＮＴＣサーミスタ）や、ＮＴＣサーミスタとは逆に温度の上昇に対して抵抗が増大する特性（ＰＴＣサーミスタ）等のサーミスタに採用し得る特性を意味している。

測温部１０１は、ガラス管ｇを収容し、温度測定対象物である単電池１３の被測定面１３ｍに当接する接触面１０１ｓを有する。また、測温部１０１は、接触面１０１ｓとは反対側に側面１０１ｄを有している。

支持部１０２は、接触面１０１ｓと平行な面方向において測温部１０１と近接し、接触面１０１ｓの法線方向（ｘ軸方向）における大きさが側温部１０１よりも大きい。

また、支持部１０２は、接触面１０１ｓの法線方向（ｘ軸方向）において、接触面１０１ｓに近い側よりも接触面１０１ｓから遠い側の方が突出している。具体的には、本実施例では、接触面１０１ｓに近い側は接触面１０１ｓに対する支持部１０２のｘ軸方向の突出量はゼロであり、接触面１０１ｓから遠い側の支持部１０２のｘ軸方向の突出量はＱとなっている（例えば、図４を参照）。これにより、測温部１０１の側面１０１ｄが退避可能な領域を確保することができ、ガラス管ｇの破損を防止することができる。

くびれ部１０３は、接触面１０１ｓと平行な面方向（ｙ−ｚ平面方向）において測温部１０１と支持部１０２とを連結し、接触面１０１ｓの法線方向における大きさが測温部よりも小さい。

くびれ部１０３は、サーミスタ９００における接触面１０１ｓが設けられる側および接触面１０１ｓが設けられない反対側の双方に形成される凹部である。

なお、本実施例におけるくびれ部１０３は、サーミスタ９００の全周を取り巻くような溝形状に形成されているが、必ずしもこれに限られるものではなく、少なくとも、サーミスタ９００における接触面１０１ｓとは反対側の面上に形成されていればよい。

挿通部１０４は、ガラス管ｇ内の素子に接続されたワイヤーハーネスＨを挿通する。

このように、ガラス管ｇを収容する測温部１０１と支持部１０２とをくびれ部１０３により連結することで、支持部１０２が荷重を受けて変形する際に、支持部１０２の変形に連動した測温部１０１の変形を抑制することができ、結果として測温部１０１に収容されているガラス管ｇに加わる荷重も最小限に抑えることができる。

支持部１０２は、接触面１０１ｓの法線方向（ｘ軸方向）において、接触面１０１ｓに近い側よりも接触面１０１ｓから遠い側の方が突出している。これによれば、荷重が加えられた支持部１０２が変形する際に、測温部１０１の接触面１０１ｓとは反対側の端面１０１ｄが退避するスペースを確保することができ（後述の図７および図８を参照）、結果としてガラス管ｇに加わる荷重を低減させることができる。

また、支持部１０２の少なくとも一部は、接触面１０１ｓの面方向（ｙ−ｚ平面方向）と平行な面方向において挿通部１０４と重なる位置にある。これによれば、支持部１０２に荷重が加わった際に、支持部１０２に加わった荷重を挿通部１０４のワイヤーハーネスＨを挿し通すための空洞部分１０４ｋに逃がすことができる。

続いて、本実施例によるサーミスタ９００の使用状態について説明する。
図７は、サーミスタ９００が単電池１３間に挿し込まれた状態を示す断面図である。図８は、サーミスタ９００に荷重が加わったときにおけるサーミスタ９００の変形特性を示す図である。

図７に示すように、サーミスタ９００が隣接する２つの単電池１３の間の狭い隙間に挿し込まれると、サーミスタ９００の接触面１０１ｓが単電池１３の側面１３ｍに当接する。

そして、サーミスタ９００が、このサーミスタ９００を挟む二つの単電池１３の側面１３ｍから挟み込み荷重を受けると、サーミスタ９００は、図８において破線で示したように変形する。

サーミスタ９００を挟む二つの単電池１３の側面１３ｍから挟み込み荷重を受ける要因としては、例えば以下の（１）〜（３）等が挙げられる。

（１）狭い隙間への挟み込みによる荷重、
（２）複数の電池に加わる拘束荷重、
（３）電池の熱膨張による挟み込み荷重の発生

サーミスタ９００は、図８に示すように両側の側面１３ｍから矢印方向の挟み込み荷重が加わると、支持部１０２の支持面１０２ａおよび１０２ｓと、測温部１０１の接触面１０１ｓとによって当該荷重を受け止める。

サーミスタ９００における支持部１０２は、ｙ軸方向における外側の側面１０２ｈが挿通部１０４の壁面に対してほぼ直角に延出しており、ｙ軸方向における内側の側面１０３ｈが挿通部１０４に対して斜めに設定されている。これにより、支持部１０２は、ｙ軸方向における内側よりも外側へ向けて倒れるように変形しやすくなっている。

また、支持部１０２の支持面１０２ａは、ｙ軸方向において、挿通部１０４の空洞部分１０４ｋと重なり且つ底面１０４ｂよりも基端側に位置しており、挟み込み荷重を受けることにより領域ｗを支点として図８に示す破線のようにたわむ構造となっている。

また、支持部１０２が破線のようにｙ軸方向における外側へ向けて開くように傾斜しながらたわむことにより、結果として測温部１０１の側面１０１ｄが退避方向へとふくらむように変形し、ガラス管ｇに加わる荷重を逃がす。

また、図８に示すように、ガラス管ｇを収容する測温部１０１と支持部１０２とをくびれ部１０３により連結することで、支持部１０２が荷重を受けて変形しても、測温部１０１が支持部１０２の変形による影響を受けにくいことが分かる。

なお、上記実施例では、サーミスタ９００を構成する測温部１０１、支持部１０２のｙ軸方向に見た輪郭が略矩形である場合を例示したが、必ずしもこれに限られるものではなく、例えば、ｚ軸方向に長い楕円形状の輪郭とすることも可能である。

９００サーミスタ、１０１測温部、ｇガラス管、１０２支持部、１０３くびれ部、１０４挿通部、Ｈワイヤーハーネス。

Claims

サーミスタ特性を有する素子を収容するガラス管と、
前記ガラス管を収容し、温度測定対象物の被測定面に接触する接触面を有する測温部と、
前記接触面と平行な面内で前記測温部と並んで配置され、前記接触面の法線方向における大きさが前記側温部よりも大きい支持部と、
前記測温部と前記支持部とを連結し、前記接触面の法線方向における大きさが前記測温部よりも小さいくびれ部と、を備え、
前記くびれ部は、前記温度測定対象物からの荷重が前記支持部に作用したとき、前記測温部から離れる方向に前記支持部を変形させることにより、前記ガラス管から離れる方向に前記測温部を変形させることを特徴とするサーミスタ。
前記支持部は、前記接触面の法線方向において、前記接触面に近い側よりも前記接触面から遠い側の方が突出していることを特徴とする請求項１に記載のサーミスタ。
前記くびれ部は、前記サーミスタにおける前記接触面が設けられる側および前記接触面が設けられない側の双方に形成される凹部であることを特徴とする請求項１または２に記載のサーミスタ。
前記素子に接続されたワイヤーハーネスを挿通する挿通部を備え、
前記支持部の少なくとも一部は、前記接触面の法線方向において前記挿通部と重なる位置にあることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１つに記載のサーミスタ。
積層される、前記温度測定対象物としての複数の単電池と、
前記複数の単電池の内の隣接する少なくとも２つの単電池の間に挿入される請求項１乃至４のうちいずれか１つに記載のサーミスタと、
を備える電源装置。
前記単電池は、リチウムイオン電池およびニッケル水素電池のいずれか一方であることを特徴とする請求項５に記載の電源装置。
請求項５または６に記載の電源装置を搭載したことを特徴とする車両。