(57)【要約】  車両に搭載される複数のセル１３を備えたバッテリー１２を加熱するバッテリーヒータ装置１１であって、バッテリー１２の外側に配列されたセル１３ａを加熱する第１のヒータ３２と、バッテリー１２の内側に配列されたセル１３ｂを加熱する第２のヒータ３３と、第１および第２のヒータ３２、３３に供給する電力を制御する制御器２２とを備え、制御器２２は、第１および第２のヒータ３２、３３への電力の供給を開始した後、所定のタイミングで第２のヒータ３３への供給電力を減少させる。これにより、簡単な構成を用いて、バッテリーの即暖性を向上させるとともに、より均一にバッテリーを加熱することができる。
2014024477.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載された複数のセルを備えるバッテリーを加熱するバッテリーヒータ装置であって、
前記バッテリーの外側に配列されたセルを加熱する第１のヒータと、
前記バッテリーの内側に配列されたセルを加熱する第２のヒータと、
前記第１および第２のヒータに供給する電力を制御する制御器とを備え、
前記制御器は、前記第１および第２のヒータへの電力の供給を開始した後、所定のタイミングで前記第２のヒータへの供給電力を減少させる、バッテリーヒータ装置。
【請求項２】
前記制御器は、車両の電源が切られたときに前記第１および第２のヒータへの電力の供給を開始する、請求項１に記載のバッテリーヒータ装置。
【請求項３】
前記バッテリーの温度を検出する温度センサをさらに備え、
前記制御器は、前記温度センサが所定温度以下の温度を検出したときに前記第１および第２のヒータへの電力の供給を開始する、請求項１に記載のバッテリーヒータ装置。
【請求項４】
前記制御器は、車両の電源が入れられたときに前記第１および第２のヒータへの電力の供給を停止する、請求項１に記載のバッテリーヒータ装置。
【請求項５】
前記バッテリーの温度を検出する温度センサをさらに備え、
前記制御器は、前記温度センサが所定温度以上の温度を検出したときに前記第１および第２のヒータへの電力の供給を停止する、請求項１に記載のバッテリーヒータ装置。
【請求項６】
前記所定温度は、前記バッテリーの性能が悪化しない温度に設定される、請求項３に記載のバッテリーヒータ装置。
【請求項７】
前記所定温度は、前記バッテリーが劣化しない温度に設定される、請求項５に記載のバッテリーヒータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載される複数のセルを備えたバッテリーを加熱するバッテリーヒータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両には多数のセルが所定の配列をもって接続されたバッテリー（電池ブロック）が搭載されている。このバッテリーをケース内に収容することで、バッテリーモジュールが構成される。寒冷地で使用される場合を想定して、バッテリーモジュールには、バッテリーを設定温度に加熱するバッテリーヒータ装置が内蔵されている。【０００３】
バッテリーヒータ装置によって、バッテリーの各セルを均一な温度に加熱することが望ましい。セルを均一に加熱するために、バッテリーヒータ装置においてヒータ線の密度を調整することにより、位置に応じてヒータ線の発熱量を変化させることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２１３９３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般的にバッテリーにおいては、バッテリーの外周（外側）に位置するセルの方が、バッテリーの中央部（内側）に位置するセルよりも放熱する面積が広いため、放熱量が多い。したがって、バッテリーヒータ装置によりバッテリーのセルを加熱していくと、バッテリーの中央部に位置するセルの温度が、バッテリーの外周に位置するセルの温度よりも次第に高くなっていく。【０００６】
特許文献１のバッテリーヒータ装置では、ヒータ線の密度を調整して、バッテリーの端部を加熱する高発熱領域と、バッテリーの中央部を加熱する低発熱領域を設けることで、セルを均一に加熱するようにしている。【０００７】
しかしながら、特許文献１のような構成では、バッテリーの中央部のセルを加熱するヒータ線の発熱量が低くなるため、バッテリーヒータ装置全体としての発熱量が低くなる。これにより、特に加熱開始直後において、バッテリーの温度を上昇させるのに時間が多くかかってしまい、バッテリーの即暖性を向上させることができない。【０００８】
また、車両の構造によってバッテリーモジュールの形状や冷却構成などが異なるため、バッテリーの中でも冷却（又は加熱）されやすい箇所が相違する。よって、特許文献１のような構成によれば、車両やバッテリーモジュールの構造等に応じてヒータ線の密度を調整する必要があり、非常に複雑な構成となってしまう。【０００９】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、簡単な構成を用いて、バッテリーの即暖性を向上させるとともに、より均一にバッテリーを加熱することができるバッテリーヒータ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記従来の課題を解決するために、本発明の一態様は、車両に搭載される複数のセルを備えたバッテリーを加熱するバッテリーヒータ装置であって、前記バッテリーの外側に配列されたセルを加熱する第１のヒータと、前記バッテリーの内側に配列されたセルを加熱する第２のヒータと、前記第１および第２のヒータに供給する電力を制御する制御器とを備え、前記制御器は、前記第１および第２のヒータへの電力の供給を開始した後、所定のタイミングで前記第２のヒータへの供給電力を減少させる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のバッテリーヒータ装置によれば、簡単な構成を用いて、バッテリーの即暖性を向上させるとともに、より均一にバッテリーを加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
本発明のこれらの態様と特徴は、添付された図面についての好ましい実施形態に関連した次の記述から明らかになる。
【図１】本発明の実施の形態におけるバッテリーモジュールの斜視図
【図２】実施の形態におけるバッテリーヒータモジュールの構成を示す模式図
【図３】実施の形態におけるバッテリーヒータ装置のヒータ線の配線パターンを示す模式図
【図４】実施の形態におけるバッテリーヒータ装置による電力制御のタイミングチャート
【図５】バッテリーヒータ装置の立ち上がり時のヒータ線の加熱パターンを示す図
【図６】バッテリーヒータ装置の安定時のヒータ線の加熱パターンを示す図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
第１の発明は、車両に搭載される複数のセルを備えたバッテリーを加熱するバッテリーヒータ装置であって、前記バッテリーの外側に配列されたセルを加熱する第１のヒータと、前記バッテリーの内側に配列されたセルを加熱する第２のヒータと、前記第１および第２のヒータに供給する電力を制御する制御器とを備え、前記制御器は、前記第１および第２のヒータへの電力の供給を開始した後、所定のタイミングで前記第２のヒータへの供給電力を減少させる、バッテリーヒータ装置である。
【００１４】
このように、第１のヒータで外側のセルを加熱し第２のヒータで内側のセルを加熱することにより、バッテリーを急速に加熱することができる。これにより、バッテリーの即暖性を向上させることができる。また、ヒータへの電力供給開始後の所定のタイミングで第２のヒータへの供給電力を減少させることにより、外側のセルよりも温度が上昇しやすい内側のセルの温度上昇が抑制される。これにより、電力供給開始後のバッテリーにおける各セルの温度をより均一にすることができる。また、電力制御を利用した構成であるため、簡単な構成を用いながら、即暖性の向上と温度の均一化を実現することができる。
【００１５】
第２の発明は、特に第１の発明において、前記制御器は、車両の電源が切られたときに前記第１および第２のヒータへの電力の供給を開始する。
【００１６】
このように、車両の電源が切られたときに第１および第２のヒータへの通電を開始することにより、加熱が必要な場合にバッテリーを加熱する。これにより、電力の浪費を抑制することができる。すなわち、電力の浪費を抑制しつつ、バッテリーの即暖性を向上させるとともに、電力供給開始後のバッテリーにおける各セルの温度をより均一にすることができる。
【００１７】
第３の発明は、特に第１の発明において、前記バッテリーの温度を検出する温度センサをさらに備え、前記制御器は、前記温度センサが所定温度以下の温度を検出したときに前記第１および第２のヒータへの電力の供給を開始する。
【００１８】
このように、温度センサが所定温度以下の温度を検出したときに第１および第２のヒータへの通電を開始することにより、加熱が必要な場合にバッテリーを加熱する。これにより、電力の浪費を抑制することができる。すなわち、電力の浪費を抑制しつつ、バッテリーの即暖性を向上させるとともに、電力供給開始後のバッテリーにおける各セルの温度をより均一にすることができる。
【００１９】
第４の発明は、特に第１の発明において、前記制御器は、車両の電源が入れられたときに前記第１および第２のヒータへの電力の供給を停止する。
【００２０】
このように、車両の電源が入れられたときに第１および第２のヒータへの通電を停止することにより、加熱が不要な場合にバッテリーの加熱を停止する。これにより、電力の浪費を抑制することができる。すなわち、電力の浪費を抑制しつつ、バッテリーの即暖性を向上させるとともに、電力供給開始後のバッテリーにおける各セルの温度をより均一にすることができる。
【００２１】
第５の発明は、特に第１の発明において、前記バッテリーの温度を検出する温度センサをさらに備え、前記制御器は、前記温度センサが所定温度以上の温度を検出したときに前記第１および第２のヒータへの電力の供給を停止する。
【００２２】
このように、温度センサが所定温度以上の温度を検出したときに第１および第２のヒータへの通電を停止することにより、加熱が不要な場合にバッテリーの加熱を停止する。これにより、電力の浪費を抑制することができる。すなわち、電力の浪費を抑制しつつ、バッテリーの即暖性を向上させるとともに、電力供給開始後のバッテリーにおける各セルの温度をより均一にすることができる。
【００２３】
第６の発明は、特に第３の発明において、前記所定温度は、前記バッテリーの性能が悪化しない温度に設定される。
【００２４】
このように、ヒータへの電力供給を開始する所定温度をバッテリーの性能が悪化しない温度に設定することにより、バッテリーの温度をバッテリーの性能が悪化しない所定温度以上に概ね保つことができる。これにより、バッテリーの性能を維持することができる。
【００２５】
第７の発明は、特に第５の発明において、前記所定温度は、前記バッテリーが劣化しない温度に設定される。
【００２６】
このように、ヒータへの電力供給を停止する所定温度をバッテリーの性能が劣化しない温度に設定することにより、バッテリーの温度をバッテリーが劣化しない所定温度以下に概ね保つことができる。これにより、バッテリーの性能を維持することができる。
【００２７】
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、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２８】
（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態におけるバッテリーモジュールの斜視図である。図２は、実施の形態におけるバッテリーモジュールの構成を示す模式図である。図３は、実施の形態におけるバッテリーモジュールが備えるバッテリーヒータ装置のヒータ線の配線パターンを示す模式図である。図４は、実施の形態におけるバッテリーモジュールが備えるバッテリーヒータ装置による電力制御のタイミングチャートである。
【００２９】
図１に示されるバッテリーモジュール１０は、バッテリー（電池ブロック）１２と、バッテリーヒータ装置１１とを備える。図１に示すように、バッテリー１２は複数のセル１３を備えており、同一種類のセル１３が径方向に沿って複数列並べて配列されている。図１では、セル１３が左右方向に１１列、奥行き方向に５列並べられた例を示す。図１ではセル１３の形状を円柱形状で示しているが、このような形状に限らず例えば、四角柱形状であっても良い。本実施の形態ではセル１３はリチウム電池を用いている。
【００３０】
バッテリーモジュール１０のバッテリーヒータ装置１１は、バッテリー１２の各セル１３を加熱する。図１に示すように、バッテリーヒータ装置１１はバッテリー１２の天面側を加熱するように、バッテリー１２の天面に近接して配置されている。バッテリーヒータ装置１１はバッテリー１２の天面に当接して配置しても良く、あるいはバッテリー１２の底面側を加熱するように配置してもよい。またバッテリーヒータ装置１１は、バッテリー１２の天面側と底面側の両方に配置してもよい。
【００３１】
図２に示すように、バッテリーヒータ装置１１は、電源２１に接続される制御器２２と、ヒータ（加熱部）２３と、温度センサ２４とを備える。電源２１は、制御器２２に電力を供給する電源であり、例えば車両に搭載されている電源を用いる。制御器２２は、電源２１からヒータ２３に送る電力を制御する。温度センサ２４は、バッテリー１２やヒータ２３などを含む周囲温度を検出してその結果を制御器２２へ送る。
【００３２】
図２、３に示すように、ヒータ２３は、基材３１と、基材３１上に設けられた外側ヒータ線３２（第１の加熱部３２）と内側ヒータ線３３（第２の加熱部３３）とを備える。外側ヒータ線３２は基材３１の外縁部分に設けられ、主としてバッテリー１２の外側に配列されたセル１３ａ（図３）を加熱する。内側ヒータ線３３は、外側ヒータ線３２の内側に設けられ、主としてバッテリー１２の中央部（内側）に配列されたセル１３ｂ（図３）を加熱する。
【００３３】
制御器２２は、予め入力されたプログラムに従って、電源２１から外側ヒータ線３２と内側ヒータ線３３のそれぞれへ供給する電力を制御する。
【００３４】
以下、本実施の形態におけるバッテリーモジュール１０のバッテリーヒータ装置１１において、制御器２２による外側ヒータ線３２および内側ヒータ線３３への電力供給の具体例について、図４−図６を用いて説明する。図５は、バッテリーヒータ装置１１の立ち上がり時のヒータ線の加熱パターンを示す図であり、図６は、バッテリーヒータ装置１１の安定時のヒータ線の加熱パターンを示す図である。なお、バッテリーヒータ装置１１の立ち上がり時とは、バッテリーヒータ装置１１が作動を開始してから、加熱されるセル１３の温度が概ね一定に保たれるまでの期間であり、バッテリーヒータ装置１１の安定時とは、加熱されたセル１３の温度が概ね一定に保たれる期間のことである。
【００３５】
制御器２２はまず、ヒータ２３への電力供給を開始（電源投入、時間０分）して、図４に示すように外側ヒータ線３２および内側ヒータ線３３の両方に電力を供給し、バッテリー１２全体の加熱を開始する。電力供給開始から外側ヒータ線３２および内側ヒータ線３３に供給される電力をそれぞれ１００％とする。これは、図５においてヒータ線３２、３３のそれぞれを実線で示すことによって表される。ヒータ線３２、３３の両方に電力を供給することで、外側ヒータ線３２がバッテリー１２の外側にあるセル１３ａを加熱して、内側ヒータ線３３がバッテリー１２の内側にあるセル１３ｂを加熱する。このように２つのヒータ線３２、３３を用いてバッテリー１２のセル１３を加熱することで、バッテリー１２の即暖性を向上させている。
【００３６】
なお、制御器２２がヒータ２３への電力供給を開始するタイミングは、本実施の形態では、車両の電源が切られて、かつ温度センサ２４が検出する温度が所定温度（例えば、−１０度）以下となったときである。これにより、バッテリー１２を加熱する必要がある場合にのみ、外側ヒータ線３２および内側ヒータ線３３に電力を供給して加熱を行うため、電源２１の電力の浪費を抑制することができる。本実施の形態のセル１３に用いられるリチウム電池は低温で急激に性能が低下（劣化）する場合があるため、制御器２２が電力供給を開始する所定温度は、リチウム電池の性能が低下（劣化）しない温度（例えば、−１０度）に設定している。これにより、バッテリー１２の性能を維持することができる。
【００３７】
なお、電力供給を開始するタイミングはこのような場合に限らず、車両の電源が切られたとき、あるいは温度センサ２４が検出する温度が所定温度以下となったときのいずれかであっても良い。このような場合でも同様に電力の浪費を抑制することができる。なお、車両の電源が切られるときとは、車両のイグニッションスイッチがＯＦＦされるとき、車両の起動スイッチが切られるとき、あるいは車両のエンジンやモータが停止されるときなどを意味する。
【００３８】
制御器２２は、ヒータ線３２、３３への電力供給開始後、所定のタイミングで内側ヒータ線３３への供給電力を減少させる。具体的には、図４に示すように外側ヒータ線３２への供給電力は１００％に維持しつつ、内側ヒータ線３３への供給電力を１００％から５０％に階段状に減少させる。これは、図６において外側ヒータ線３２が実線で示されるのに対して内側ヒータ線３３が一点鎖線で示されることによっても表される。内側ヒータ線３３への供給電力を減少させることにより、内側ヒータ線３３の発熱量が低下する。前述したように、バッテリー１２の外側に位置するセル１３ａの方が内側に位置するセル１３ｂよりも放熱量が多いため、バッテリ−１２の内側に位置するセル１３ｂの温度の方が高くなりやすい。よって、電力供給開始後の所定のタイミングで内側ヒータ線３３への供給電力を減少させて、内側に位置するセル１３ｂへの加熱量を低下させることにより、バッテリー１２の各セル１３を均一に加熱することができる。すなわち、バッテリー１２における加熱ムラ（場所による温度差）を低減することができる。
【００３９】
このように、バッテリー１２において放熱しやすい外側のセル１３ａを加熱する外側ヒータ線３２と、保温されやすい（放熱されにくい）内側のセル１３ｂを加熱する内側ヒータ線３３との電力供給を制御することで、バッテリー１２の加熱の高速化を図りつつ、加熱ムラを防止することができる。
【００４０】
また本実施の形態では、内側ヒータ線３３への供給電力を減少させる所定のタイミングを、電力供給開始から所定時間（例えば３分）経過後に設定している。この所定時間は例えば、バッテリー１２の各セル１３の温度が予め定めた設定温度（例えば、１０度）に到達することが予想される時間に設定しても良い。
【００４１】
なお、本実施の形態では、内側ヒータ線３３への供給電力を減少させる所定のタイミングが電力供給開始から所定時間経過後である場合について説明したが、このような場合に限らず例えば、バッテリーヒータ装置１１が備える温度センサ２４の検知温度が予め定めた所定温度（例えば、１０度）に到達したとき（温度センサ２４が所定温度以上の温度を検出したとき）であっても良い。また本実施の形態では、内側ヒータ線３３への供給電力を１００％から５０％に減少させる場合について説明したが、このような場合に限らず例えば、車両やバッテリーモジュール１０の構成等の条件に応じて、異なる割合（０％を含む）に減少させても良い。
【００４２】
制御器２２はその後、車両の電源が入れられるときに、外側ヒータ線３２および内側ヒータ線３３への電力供給を停止する。車両の電源が入れられるときとは、車両のイグニッションスイッチがＯＮされるとき、車両の起動スイッチが入れられるとき、あるいは車両のエンジンやモータが起動されるときなどを意味する。車両の電源が入れられて車両のエンジンやモータ等が起動した後は、バッテリー１２の各セル１３の温度は上昇するため、外側ヒータ線３２および内側ヒータ線３３による加熱は必要ない。よって、このようなタイミングでヒータ２３への電力供給を停止することにより、電源２１の電力の浪費を抑制することができる。
【００４３】
なお、本実施の形態では、車両の電源が入れられるときに電力供給を停止する場合について説明したが、電力供給を停止するタイミングはこのような場合に限らない。例えば、温度センサ２４の検知温度が予め定めた所定温度（例えば、７０度）より高くなった場合（温度センサ２４が所定温度以上の温度を検出した場合）に、外側ヒータ線３２および内側ヒータ線３３への電力供給を停止してもよい。なお、本実施の形態のセル１３に用いられるリチウム電池は、高温になると性能が劣化したり不安全になる場合があるため、制御器２２が電力供給を停止する所定温度は、リチウム電池の性能劣化や不安全にならない温度（バッテリー１２が劣化しない温度、例えば、７０度）に設定している。これにより、バッテリー１２の性能を維持することができる。
【００４４】
上述したように、本実施の形態におけるバッテリーヒータ装置１１は、バッテリー１２の外側に配列されたセル１３ａを加熱する外側ヒータ線３２と、バッテリー１２の中央部（内側）に配列されたセル１３ｂを加熱する内側ヒータ線３３とを並列接続可能に備える。このような構成において、バッテリー１２の各セル１３の温度が設定温度（例えば、１０度）に到達するまで、すなわち、電力供給開始から所定時間（例えば、３分）が経過するまでは、外側ヒータ線３２および内側ヒータ線３３の両方に１００％の電力を供給し、その後、内側ヒータ線３３への電力供給を減少させる。
【００４５】
このような制御によれば、電力供給開始から所定時間経過後までは、外側ヒータ線３２と内側ヒータ線３３の両方に電力を供給することで、バッテリー１２の即暖性を向上させることができる。また、電力供給開始後の所定のタイミングで、内側ヒータ線３３への供給電力を減少させることにより、車両やバッテリーモジュールの構成にかかわりなく、冷却されにくい中央部のセル１３ｂの温度上昇を抑制する。これにより、バッテリー１２の各セル１３の温度を均一化することができ、加熱ムラを解消することができる。すなわち、簡単な構成を用いて、バッテリー１２の即暖性を向上させるとともに、より均一にバッテリー１２を加熱することができる。
【００４６】
なお、本発明は上述の構成に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。例えば、本実施の形態では、第１および第２の加熱部３２、３３がヒータ線である場合について説明したが、このような場合に限らず面状発熱体などであっても良い。
【００４７】
また、本実施の形態では、車両に搭載されている電源２１がヒータ２３に電力を供給する場合について説明したが、このような場合に限らず例えば、バッテリー１２がヒータ２３に電力を供給してもよい。
【００４８】
また、本実施の形態では、温度センサ２４をヒータ２３上に配置する場合について説明したが、このような場合に限らず例えば、バッテリ−１２（のセル１３）上に配置しても良い。また、周囲温度を検出する温度センサ２４を１つ設ける場合について説明したが、このような場合に限らず例えば、外側ヒータ線３２の温度やバッテリー１２の外側に位置するセル１３ａの温度などを検出する温度センサと、内側ヒータ線３３の温度やバッテリー１２の内側に位置するセル１３ｂの温度などを検出する温度センサとを別々に設けても良い。
【００４９】
本発明に係るバッテリーヒータ装置は、低温環境下でのバッテリーの即暖性を高めることが可能であり、車載用途などに適用可能である。
【００５０】
本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施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。
【００５１】
２０１２年８月７日に出願された日本国特許出願Ｎｏ．２０１２−１７４６５９号の明細書、図面、およ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。
【図１】
2014024477.tif 000003
【図２】
2014024477.tif 000004
【図３】
2014024477.tif 000005
【図４】
2014024477.tif 000006
【図５】
2014024477.tif 000007
【図６】
2014024477.tif 000008
【国際調査報告】
2014024477.tif 000009
2014024477.tif 000010