JPWO2014010252A1 - バッテリー加熱装置 - Google Patents
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Abstract
複数の電池モジュールを有するバッテリーを加熱するバッテリー加熱装置であって、電気絶縁性基材と、電気絶縁性基材上に配置されたPTC特性を有する高分子抵抗体と、高分子抵抗体上に延在するように互いに平行に配置され、高分子抵抗体に給電する一対の電極とを有する抵抗体シートと、抵抗体シートに貼着された均熱板とにより構成される面状発熱体を備え、均熱板が、抵抗体シートの長さの2倍以上の長さを有する。
Description
本発明は、例えば寒冷地における自動車等のバッテリーを加熱するバッテリー加熱装置に関する。
従来、例えば自動車に搭載されたバッテリーは、−30℃以下となるような環境においては、バッテリー液が凍結する場合がある。バッテリー液が凍結しない場合においてもバッテリーの電気容量の著しい低下によって、エンジンが始動できなくなる可能性が高くなる。そのため、バッテリー自体をバッテリー加熱装置のような補助熱源によって加熱することにより、バッテリーの能力低下を防止することが考えられている。
この種のバッテリー加熱装置としては、例えば、図7および図8に示す面状発熱体が知られている(例えば、特許文献1参照)。図7に示すように、従来の面状発熱体111は、放熱板101と、リード線105により互いに電気的に接続された2つのディスク状の発熱体102と、リード線105に対して給電可能に接続されたリード線103と、放熱板101を電極として放熱板101に電気的に接続されたリード線104とを備えている。発熱体102としては、セラミックPTC(Positive Temperature Coefficient)発熱体が用いられており、例えば、ディスク状に形成されている。
このような構成の従来の面状発熱体111は、図8に示すように、バッテリー113の相対向する両側面にそれぞれ配置されるとともに、バッテリー113と面状発熱体111が断熱材112により覆われている。また、リード線103、104はバッテリー113に電気的に接続されており、それぞれの面状発熱体111は、バッテリー113を電源としてバッテリー113を加熱する。
近年では省エネやCO2削減への対応のため、エンジンとモーターとを組み合わせたハイブリット車やモーターのみを動力源とする電気自動車等への関心が高まっている。これらの自動車に搭載されるバッテリーは、モーターを駆動するために電気容量の大容量化が必要となる。そのため、バッテリーの形態も数個の電池セルを直列に接続した電池モジュールを1ユニットとしてケースに収容した電池ユニットを、さらに多数個直列に接続(必要に応じてさらに並列接続)することで、高電圧で大容量のバッテリーを実現している。
このように高容量化されたバッテリーにおいても、従来のバッテリーと同様に厳しい低温環境下では電気容量の低下が課題となり、特許文献1に開示されているような手段でバッテリーを加熱することが考えられている。
しかしながら、特許文献1の面状発熱体111のように放熱板101に一対のセラミックPTC発熱体102を配置した構成では、放熱板101の発熱体102近傍と周辺部とでは温度差が発生しやすい。特に、PTC発熱体としてセラミックPTC発熱体102を採用した構成では、セラミックの特性上、発熱体自体を大型化することが難しい。そのため、ハイブリット車や電気自動車等で使用される多層ユニット構造の電池ユニットを複数備える構成のバッテリーを加熱する場合、各電池ユニット間で温度差が発生するため、バッテリー全体としての電気容量の回復が不十分となる場合がある。
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、複数の電池モジュールを有するバッテリーを加熱するバッテリー加熱装置において、容易な構成で実用上支障のない範囲に加熱ムラ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。
上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、複数の電池モジュールを有するバッテリーを加熱するバッテリー加熱装置であって、電気絶縁性基材と、電気絶縁性基材上に配置されたPTC特性を有する高分子抵抗体と、高分子抵抗体上に延在するように互いに平行に配置され、高分子抵抗体に給電する一対の電極とを有する抵抗体シートと、抵抗体シートに貼着された均熱板とにより構成される面状発熱体を備え、均熱板が、抵抗体シートの長さの2倍以上の長さを有する、ことを特徴としたものである。
本発明によれば、複数の電池モジュールを有するバッテリーを加熱するバッテリー加熱装置において、容易な構成で実用上支障のない範囲に加熱ムラを抑制することができる。
第1の発明のバッテリー加熱装置は、複数の電池モジュールを有するバッテリーを加熱するバッテリー加熱装置であって、電気絶縁性基材と、電気絶縁性基材上に配置されたPTC特性を有する高分子抵抗体と、高分子抵抗体上に延在するように互いに平行に配置され、高分子抵抗体に給電する一対の電極とを有する抵抗体シートと、抵抗体シートに貼着された均熱板とにより構成される面状発熱体を備え、均熱板が、抵抗体シートの長さの2倍以上の長さを有する、ものである。
このような構成によれば、抵抗体シートの高分子抵抗体上に延在する一対の電極間に局所的な発熱集中(ホットライン)が生じることを抑制でき、広範囲に渡って実用上支障がない状態に温度分布を均一化してバッテリーを加熱することができ、加熱ムラを抑制できる。また、抵抗体シートの高分子抵抗体での発熱が均熱板によって高分子抵抗体の周囲に拡散されるため、高分子抵抗体の発熱部分の安定温度を低くでき、安全性が向上する。それとともに、発熱部分の安定温度を低く保つことにより高分子抵抗体の抵抗値を低く維持することができるため、面状発熱体の高出力化を図ることができる。
第2の発明は、第1の発明のバッテリー加熱装置において、抵抗体シートにおいて、一対の電極により挟まれた領域が発熱部であり、電極延在方向に対して直交する方向の均熱板の長さが、電極延在方向に対して直交する方向の発熱部の長さの2倍以上である、ようにしたものである。
抵抗体シートは、電極延在方向に長く形成される方が電極対の数を少なくすることができ、比較的簡単な構成とすることができるため、抵抗体シートとしては電極延在方向に長く形成されるものが多い。そのため、電極延在方向に対して直交する方向に均熱板の長さを発熱部よりも大きく形成することにより、均熱板を電極延在方向に大きく形成する場合よりも均熱板の放熱面積を大きく形成することができる。したがって、高分子抵抗体の発熱部の安定温度をより低くでき、安全性を向上することができるととともに、面状発熱体の高出力化を図ることができる。
第3の発明は、第1又は第2の発明のバッテリー加熱装置において、抵抗体シートにおいて、一対の電極により挟まれた領域が発熱部であり、電極延在方向の均熱板の長さが、電極延在方向の発熱部の長さの2倍以上である、ようにしたものである。
このような構成では、電圧の印加される電極間方向と垂直な方向である電極延在方向に均熱板が延長して形成されているため、一対の電極間において発熱集中(ホットライン:電圧印加方向の温度不均一により生じる発熱集中)を効果的に抑制でき、信頼性を高めることができる。
第4の発明は、第1から3の発明のバッテリー加熱装置において、抵抗体シートの発熱部の中央部と均熱板の中央部は、電極延在方向に対して直交する方向および電極延在方向の少なくとも一方において一致させて配置されている、ものである。
このような構成によれば、均熱板において長さが延長されている方向の中央部が抵抗体シートの発熱部の中央部と一致させて配置されるため、高分子抵抗体の発熱をより均一に均熱板へ伝熱できる。よって、面状発熱体において、温度分布を安定させて加熱ムラを低減できる。
第5の発明は、第1から3の発明のバッテリー加熱装置において、抵抗体シートの電極に給電用リード線を接続する接続部を設け、抵抗体シートにおいて、接続部が形成された端部が均熱板の端部近傍に配置されている、ものである。
このような構成によれば、給電用リード線の配線処理を容易に行うことができ、簡単な構成にて加熱ムラを抑制できるバッテリー加熱装置を実現できる。
第6の発明は、第1から4の発明のバッテリー加熱装置において、面状発熱体は、バッテリーの被加熱面の距離が4mm以下となるようにバッテリーに配置される、ものである。
このような構成によれば、バッテリーの被加熱面と面状発熱体との隙間を小さくすることにより、隙間から外部に暖められた空気が漏れるのを抑制して、バッテリーの被加熱面に熱量を集中させることができ、効率的にバッテリーを加熱することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施例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)
本発明の実施の形態に係るバッテリー加熱装置を図1および図2を参照して説明する。
本発明の実施の形態に係るバッテリー加熱装置を図1および図2を参照して説明する。
図1は、本実施の形態のバッテリー加熱装置の平面図であり、電気絶縁性基材4bの一部を破断した状態を示している。図2は、バッテリー15にバッテリー加熱装置を装着した状態を示す斜視図である。なお、図2のバッテリー加熱装置は、図1に示すバッテリー加熱装置より、抵抗体シート5aの電極延在方向にさらに延長した均熱板9aを備えた構成について示している。図2において、図1の構成のバッテリー加熱装置を配置させてもよい。
図1に示すように、バッテリー加熱装置である面状発熱体1aは、抵抗体シート5aとアルミニウム等の熱伝導性の良好な材料により形成された均熱板9aとを備えている。
抵抗体シート5aは、高分子抵抗体2aと、高分子抵抗体2a上に配置された一対の電極線3a、3bと、高分子抵抗体2aと電極線3a、3bとを両側から挟み込むように覆う電気絶縁性基材4a、4bとを備える。
高分子抵抗体2aは、PTC(Positive Temperature Coefficient)特性を有する材料により形成され、例えば樹脂と導電性カーボンとを混練してフィルム状に形成される。高分子抵抗体2aは、温度が上昇すると高分子抵抗体2aの抵抗値が上昇し、温度が下降すると抵抗値も下降し、所定の温度で安定化するような自己温度調節機能を有している。
電極線3a、3bは、高分子抵抗体2a上において、同じ方向に延在するように形成されている。すなわち、一対の電極線3a、3bは所定の間隔10をあけて互いに平行に高分子抵抗体2aの表面に配置されている。電極線3a、3bとしては、例えば、銅撚り線が用いられている。なお、以降の説明では、高分子抵抗体2aの表面において、電極線3a、3bが延在して形成されている方向(すなわち、図1の上下方向)を電極延在方向としている。
電気絶縁性基材4a、4bは、例えば、ポリエチレンテレフタレート等の材料により形成される。電気絶縁性基材4a、4bと高分子抵抗体2aとの接合面にホットメルト材を塗布した状態にて、熱プレスあるいは熱ラミネート加工を行うことにより、電気絶縁性基材4a、4bが高分子抵抗体2aおよび電極線3a、3bに接着加工(熱圧着加工)されている。
また、図1に示すように、抵抗体シート5aにおいて電極線3a、3bの電極延在方向の一方の端部(図1の下方側端部)には、給電用端子である接続部7a、7bが設けられている。抵抗体シート5aにおけるこの一方の端部近傍には、高分子抵抗体2aが存在せず、さらに電極線3a、3bのそれぞれの端部が露出するように電気絶縁性基材4a、4bに切り欠きが形成されている。それぞれの接続部7a、7bは、給電用リード線6aと、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、物理的に接続されている。
また、抵抗体シート5aの片面には均熱板9aが両面テープなどの接着手段を用いて貼着されている。均熱板9aは、熱伝導性の高い材料によりシート状に形成されていることが望ましく、本実施の形態では、均熱板9aは、例えば、厚み0.5mmのアルミニウム製のものを用いている。
抵抗体シート5aの高分子抵抗体2aは、電極線3a,3bの間に電圧が印加されることにより発熱する機能を有している。抵抗体シート5aにおいて、電極線3a、3bの間隔10と電極線3a、3bの電極延在方向に対して直交する方向の両端とで区画される矩形部分(領域)を、高分子抵抗体2aとして特に発熱に寄与する部分として「発熱部8a」と呼ぶ。
図1に示すように、均熱板9aは、電極延在方向には抵抗体シート5aの長さと略一致し、電極線3a、3b間方向(電極間方向:すなわち、電極延在方向に直交する方向であり、図1の左右方向)には抵抗体シート5aの長さよりも延長した長さに形成されている。具体的には、電極間方向において、均熱板9aは、抵抗体シート5aの発熱部8aの長さの3倍の長さを有している。すなわち、発熱部8aに対する均熱板9aの電極間方向の長さ比は3であり、面積比は3.4となっている。なお、図1に示すように、面状発熱体1aにおいて、電極線3a、3bよりも外側の領域(すなわち、左右両端側の領域)が、高分子抵抗体1aによる発熱が行われない非発熱領域12a、12bとなっている。
なお、高分子抵抗体2aは単なるフィルムだけでなく、補強のために不織布などの補強材を貼着する形態、高分子抵抗体2aのフィルムの中に不織布などの補強材を埋設した形態、あるいは不織布などの補強材に樹脂と導電性カーボンを混練した材料を含浸させた形態でもよい。
また、電極線3a、3bは、高分子抵抗体2aとの密着性をより強固にするために、銅撚り線でなく、高分子抵抗体2aと同一材料または近似した組成材料を被覆した被覆線でもよい。また、面状発熱体1aが可撓性をそれほど必要としない箇所に使用される場合には、銅単線や銅平線でもよい。電極線の素材としても、銅以外の他の金属線を用いてもよい。
また、本実施の形態では、電気絶縁性基材4a、4bとして同一の電気絶縁性基材を使用しているが、必要に応じて互いに厚みの異なる電気絶縁性基材を用いてもよく、電気絶縁性基材の材質も機能の維持が可能な他の材質を用いても良い。
また、均熱板9aは、より均熱性を高めるために銅を用いてもよく、また厚みについても剛性を持たせるためにより厚くしてもよいし、コスト低減のために薄くしてもよい。
また、抵抗体シート5aを取り付ける際の目印として均熱板9aには切り欠きや印、穴などを任意に配置しても良い。
図2は、バッテリー15に面状発熱体1aを装着した状態を示す斜視図である。被加熱物であるバッテリー15は複数の電池セルを直列接続した電池モジュール14を複数積層して構成されている。そのバッテリー15の一つの面(被加熱面)に対向して面状発熱体1aが支持部材16により支持され、バッテリー15の被加熱面と面状発熱体1aとの間に3mmの隙間を設けた状態にて固定されている。支持部材16と面状発熱体1aは、締結手段や固定手段を用いて互いに固定されていればよく、例えば均熱板9aの抵抗体シート5aの無い箇所に貫通穴などを配置してボルト・ナットなどで締め付けるようにしてもよい。
面状発熱体1aは、抵抗体シート5aよりも均熱板9aが電池モジュール14側に位置するように装着される。したがって、バッテリー15および面状発熱体1aが車両に搭載された状態において、車両の振動により均熱板9aがたわんでも抵抗体シート5aが電池モジュール14に接触することがなく、抵抗体シート5aの絶縁性等、抵抗体シート5aの性能に影響することが防止される。
バッテリー15には、温度検出手段(温度検出部:図示せず)が装備され、面状発熱体1aへの電力供給は、温度検出手段の温度情報を受けて、制御手段(制御部)17で制御される。すなわち、制御手段17は、予め設定された温度条件と検出された温度情報とに基づいて、面状発熱体1aへの通電のON/OFFを制御する。なお、このように制御手段が用いられる場合に代えて、使用者の意思により、面状発熱体1aへの通電のON/OFFが選択されるようにしてもよい。
以上のように構成された本実施の形態の面状発熱体の動作、作用を以下に説明する。
制御手段17は温度検出手段(図示せず)により検出されたバッテリー15の温度が予め設定された温度条件以下になると面状発熱体1aへの通電を開始し、バッテリー15が所定の温度に達すると面状発熱体1aへの通電を遮断する。
面状発熱体1aへの通電が開始されると、高分子抵抗体2aの電極線3a、3b間の発熱部8aにて発熱が開始される。発熱部8aにて発熱された熱は、均熱板9aに伝わり、均熱板9aにて熱分布が均一化されるとともに、隙間を介してバッテリー15の被加熱面に伝熱される。
ここで、高分子抵抗体2aは、PTC特性を有しているので、面状発熱体1aへの通電後、ある程度の時間経過すると、温度上昇に伴い抵抗値が増大するため発熱量が低下し、発熱と放熱が釣り合う安定温度に維持される。すなわち、高分子抵抗体2aは、放熱量に依存して安定温度が決定されることになり、放熱量を大きくできる構造であれば、高分子抵抗体2aの発熱量を大きくすることができる。本実施の形態の面状発熱体1aでは、加熱ムラの抑制に加えて、放熱量を大きくすべく、抵抗体シート5aの発熱部8aよりも大きな長さを有する均熱板9aを用いている。
本発明の面状発熱体におけるこのような効果を確認するため、本発明の実施例にかかる面状発熱体1a(実施例1:図1参照)、1b(実施例2:図3参照)と、比較例にかかる面状発熱体1c(比較例1:図4参照)、1d(比較例2:図5参照)とを作成して、それぞれの面状発熱体の性能の比較を行った。
図1および図3〜5に示す面状発熱体1a、1b、1c、1dは、異なる形状および大きさの均熱板9a、9b、9c、9dに、同一形状および大きさの抵抗体シート5aを貼着して構成している。
図1に示すように、抵抗体シート5aは、一対の電極線3a、3bの間隔10を50mm、電極延在方向の長さ寸法を200mm、抵抗体シート5a単体において(すなわち、均熱板が貼着されていない状態において)抵抗体温度20℃にて40Wの出力を得られるサンプルを用いた。なお、図1および図3に示す実施例1、2の面状発熱体1a、1bでは、電気絶縁性基材4bの一部を仮想的に破断して高分子抵抗体2aを露出した状態を示している。図4および図5に示す比較例1、2の面状発熱体1c、1dでは、電気絶縁性基材4bの一部を仮想的に破断し、さらに高分子抵抗体2aと電気絶縁性基材4aの一部を仮想的に破断して均熱板9c、9dを露出した状態を示している。
均熱板9a、9b、9c、9dは、厚み0.5mmで材質A5052(JIS規格)の板材を使用した。
図1に示す実施例1の面状発熱体1aでは、均熱板9aは、電極延在方向には抵抗体シート5aの長さと略同寸法に形成されている(製作上の余裕しろや製作誤差程度の長さの相違が存在することを許容する意味での同寸法の状態)。これに対して、電極線3a、3b間方向(電極延在方向に直交する方向)には、均熱板9aの長さを延長して非発熱領域12a,12bを設けている。具体的には、発熱部8aに対する均熱板9aの電極間方向の長さ比を3として形成し、発熱部8aに対する均熱板9aの面積比は約3.4としている。
図3に示す実施例2の面状発熱体1bでは、均熱板9bは、電極間方向には抵抗体シート5aの長さと略同寸法に形成されている(製作上の余裕しろや製作誤差程度の長さの相違が存在することを許容する意味での同寸法の状態)。電極延在方向には均熱板9bの長さを延長して非発熱領域12c、12dを設けている。具体的には、発熱部8aに対する均熱板9bの電極延在方向の長さ比を2として形成し、発熱部8aに対する均熱板9bの面積比は約2.6としている。
図4に示す比較例1の面状発熱体1cでは、均熱板9cは、電極延在方向および電極線3a、3b間方向ともに抵抗体シート5aと略同寸法に形成し、発熱部8aに対する均熱板9cの面積比は約1.5としている。
図5に示す比較例2の面状発熱体1dでは、均熱板9dは、電極延在方向および電極線3a、3b間方向ともに発熱部8aと略同寸法に形成し、発熱部8aに対する均熱板9dの面積比は約1.0としている。
測定環境温度は−20℃一定で、被加熱物のバッテリー15を配置しない状態で中空に面状発熱体を浮かし、5分間通電した時の出力の測定結果を表1に示す。なお、表1の出力結果としては、図5の比較例2の面状発熱体1dの出力を100%とした場合の比率(出力比)として示している。また、出力測定時におけるそれぞれの面状発熱体の温度分布(図1、図4、図5のX−X’断面の温度分布)を図6に示す。なお、図6では、縦軸に温度、横軸に断面方向の位置を示している。
表1に示されるように、発熱部に対する均熱板の面積比を大きくすればするほど出力比が大きく(すなわち、発熱量が大きく)なっていくという結果が得られた。高分子抵抗体2aは、PTC特性を有しているので、高分子抵抗体2aの発熱部8aの熱が均熱板により拡散されることにより、抵抗体シートの安定温度が低下する。したがって、図6からも明らかなように、発熱部に対する均熱板の面積比が大きいほど放熱量(熱の拡散量)が増大して安定温度が低下するため、抵抗体シートの出力(発熱量)を増大させることができる。
図6に示すように、図4に示す比較例1の面状発熱体1cおよび図5に示す比較例2の面状発熱体1dでは、安定温度における最高温度がほぼ同じになっている。これに対して、図1に示す実施例1の面状発熱体1aでは、均熱板9aの非発熱領域12a、12bに抵抗体シート5aの熱が伝熱されて拡散されるため、安定温度の最高温度が低下していることがわかる。このように安定温度の最高温度を低下させることにより、過度の温度上昇や局所的な温度集中が発生することを防止して、加熱ムラを解消して、バッテリー15に対する加熱における信頼性を向上させることができる。なお、図6では、図3に示す実施例2の面状発熱体1bの安定温度を示していないが、実施例2の面状発熱体1bの安定温度の温度分布は、図4に示す比較例1の面状発熱体1cの温度より若干低い温度分布となる。
また、出力測定の結果、図3に示す実施例2の面状発熱体1bは、図5に示す比較例2の面状発熱体1dに対して、150%(1.5倍)の出力を得ることができた。また、図1に示す実施例1の面状発熱体1aは、図5に示す比較例2の面状発熱体1dに対して、170%(1.7倍)の出力を得ることができた。特に、一の方向において、均熱板の長さが抵抗体シートの長さの2倍以上あれば、比較例1、2に対して十分に高い出力を得ることができることがわかる。また、このような構成によれば、高出力を簡便な構成で得ることができるため、所望の出力を得るのに必要な抵抗体シートの面積を小さくすることができ、低コスト化にも優れる。
また、図1および図3に示す実施例1、2の面状発熱体1a、1bは、発熱部8aの中央部と均熱板9a、9bの中央部を電極延在方向と電極延在方向に対して直交する方向の少なくとも一方において略一致(製作上の都合などによる多少の位置ずれを許容するような一致状態)させている。前述したように、均熱板による放熱を効率よく行うことにより高出力を得ることができるため、均熱板は発熱部の無い部位を抵抗体シートの両側に設けることにより効率的な放熱が行え、さらに出力を高めることができる。
次に、図1の実施例1の面状発熱体1aと、図3の実施例2の面状発熱体1bとの比較を行う。高分子抵抗体2a自体は、電極間方向よりも電極延在方向の方が長く形成されており、図1に示す実施例1の面状発熱体1aでは、均熱板9aを電極間方向に延長させることにより伝熱・放熱効果を向上させている。特に、発熱部8a(発熱する部分)に近い領域に、大きな面積の非発熱領域12a、12b(放熱する部分)を配置できるため、高い放熱効果を得ることができ、安定温度を低く保ちながら高い出力を得ることができる。また、一対の電極線3a、3bの間隔10を拡大する限度があるため、電極間方向において面状発熱体の長さを拡大する場合には、さらに複数の電極線対を設ける必要が生じる。しかしながら、実施例1のように電極間方向において均熱板の長さが延長されていることにより、電極線対を追加的に設けることなく、電極間方向における面状発熱体1aの加熱面積を拡大できる。
図3に示す実施例2の面状発熱体1bは、均熱板9bを電極間方向よりも電極延在方向に長くすることにより、PTC特性を有する面状発熱体の固有の課題であるホットライン(電圧印加方向(電極間方向)の温度不均一による発熱集中という不具合)の発生を抑制している。特に、一対の電極線3a、3bの外側に均熱板9bを配置していないことは、電極線3a、3b間の領域(発熱部8a)における電極間方向の温度分布の均一性を高めることにつながる。また、均熱板9bを電極延在方向に延長して電極延在方向に非発熱領域12c,12dを設けていることにより、放熱効果を高めることができ、高い出力を得ることができる。このような構成を採用していることにより、電極間方向の温度均一性を高めてホットライン現象の発生を抑制することができ、信頼性を高めることができる。なお、ホットラインは温度不均一が原因となって発生し、電極間距離が長いほど発生しやすくなるため、電極間距離は短く設計することが好ましい。
図2に示すように、面状発熱体1aは、支持部材16によってバッテリー15との間に例えば3mmの隙間を設けて固定され、面状発熱体1aによりバッテリー15の一面(被加熱面)をほぼ覆う構造となっている。このような構成では、面状発熱体1aによってバッテリー15と面状発熱体1aとの隙間の空気が暖められ、その隙間の空気を介してバッテリー15が暖められる。バッテリー15と面状発熱体1aの隙間を3mmと狭く形成しているので、隙間から外部に流出する空気は少ない。本発明者らは鋭意研究の結果、バッテリー15の被加熱面と面状発熱体1aの隙間が4mm以下程度であれば自然対流による空気の流出(隙間外への流出)が少なく、効率的にバッテリー15を暖められることがわかった。
すなわち、バッテリー15の被加熱面との間の隙間が4mm以下となるように均熱板9aを配置することにより、均熱板9aは面状発熱体1aの熱を伝熱する機能だけでなく、バッテリー15と面状発熱体1aの隙間の暖めた空気を逃がさない流出防止機能も具備することになる。
また、図2に示すように、均熱板9aは、電極延在方向および電極間方向ともに2倍以上大きく形成しても良い。この構成の場合、放熱効率を向上させるために、抵抗体シート5aは均熱板9aの略中心に配置することが好ましい。
実施例1、2の均熱板9a、9bは平板で例示したが、本発明の効果を得るには発熱部8aと均熱板9a、9bの面積比を保てばよく、均熱板9a、9bと抵抗体シート5aが折り曲げ形態を有してもよく、また切り欠きを配置しても良い。
また、抵抗体シートは、接続部7a、7bが形成された端部を均熱板の端部に位置するように配置して、接続部に接続される給電用リード線6aの配線処理を行い易くする構成としても良い。
さらに、上述の実施の形態では、面状発熱体1aは支持部材16を介してバッテリー15に装着する構成としたが、面状発熱体を合成樹脂等からなる絶縁性の蓋体に装着し、蓋体によりバッテリーを覆って蓋体をバッテリー側に固定する構成としてもよい。面状発熱体は、蓋体と均熱板との間に抵抗体シートが位置するように装着することにより、抵抗体シートとバッテリーケース等の蓋体外側の部材との接触を防止し、抵抗体シートの信頼性を向上させることができる。
本発明の実施の形態によれば、抵抗体材料を調整しないような場合であっても、均熱板の寸法の調整を行うことで面状発熱体の出力量を調整することができる。特に、電極延在方向に対して、どの方向に均熱板の長さを延長するかにより、PTC特性を有する高分子抵抗体の特徴に応じた面状発熱体を提供することができる。よって、効率的にバッテリーを暖められるだけでなく、安定温度を低くすることができるため、信頼性を高めることができる。さらに所望の出力を得るのに必要な抵抗体シートの面積を抑えることができるため、材料コストにも優れた面状発熱体を簡便に提供することができる。
なお、上記様々な実施の形態のうちの任意の実施の形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。
本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施の形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。
2012年7月13日に出願された日本国特許出願No.2012−157185号の明細書、図面、及び特許請求の範囲の開示内容は、全体として参照されて本明細書の中に取り入れられるものである。
以上のように、本発明にかかる面状発熱体は、PTC特性を有する高分子抵抗体を用いた面状発熱体の発熱量を均熱板の形状・大きさで調整できるため、面状発熱体の単位面積当たりの発熱量の向上が図れるとともに、安定温度を下げることができる。そのため、過度温度上昇の心配の無い安全で信頼性の高い面状発熱体が提供でき、寒冷地向けのハイブリット車や電気自動車等のバッテリー加熱は勿論のこと、その他の加熱用ヒータとして幅広く適用することができる。
1a、1b、1c、1d 面状発熱体
2a 高分子抵抗体
3a、3b 電極線
4a、4b 電気絶縁性基材
5a 抵抗体シート
6a 給電用リード線
7a、7b 接続部
8a 発熱部
9a、9b、9c、9d 均熱板
12a〜12d 均熱板の非発熱領域
14 電池モジュール
15 バッテリー
16 支持部材
17 制御手段
2a 高分子抵抗体
3a、3b 電極線
4a、4b 電気絶縁性基材
5a 抵抗体シート
6a 給電用リード線
7a、7b 接続部
8a 発熱部
9a、9b、9c、9d 均熱板
12a〜12d 均熱板の非発熱領域
14 電池モジュール
15 バッテリー
16 支持部材
17 制御手段
Claims (6)
- 複数の電池モジュールを有するバッテリーを加熱するバッテリー加熱装置であって、
電気絶縁性基材と、電気絶縁性基材上に配置されたPTC特性を有する高分子抵抗体と、高分子抵抗体上に延在するように互いに平行に配置され、高分子抵抗体に給電する一対の電極とを有する抵抗体シートと、
抵抗体シートに貼着された均熱板とにより構成される面状発熱体を備え、
均熱板が、抵抗体シートの長さの2倍以上の長さを有する、バッテリー加熱装置。 - 抵抗体シートにおいて、一対の電極により挟まれた領域が発熱部であり、
電極延在方向に対して直交する方向の均熱板の長さが、電極延在方向に対して直交する方向の発熱部の長さの2倍以上である、請求項1に記載のバッテリー加熱装置。 - 抵抗体シートにおいて、一対の電極により挟まれた領域が発熱部であり、
電極延在方向の均熱板の長さが、電極延在方向の発熱部の長さの2倍以上である、請求項1または2に記載のバッテリー加熱装置。 - 抵抗体シートの発熱部の中央部と均熱板の中央部は、電極延在方向に対して直交する方向および電極延在方向の少なくとも一方において一致させて配置されている、請求項1から3のいずれか1つに記載のバッテリー加熱装置。
- 抵抗体シートの電極に給電用リード線を接続する接続部を設け、抵抗体シートにおいて、接続部が形成された端部が均熱板の端部近傍に配置されている、請求項1から3のいずれか1つに記載のバッテリー加熱装置。
- 面状発熱体は、バッテリーの被加熱面の距離が4mm以下となるようにバッテリーに配置される、請求項1から4のいずれか1つに記載のバッテリー加熱装置。
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Legal Events
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20160601 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20170321 |
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A02 | Decision of refusal |
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