(57)【要約】【課題】電池モジュールを積層したバッテリーを加熱するバッテリー加熱装置において、バッテリーの加熱ムラの解消と加熱効率を向上させること。【解決手段】電池モジュールを積層して成るバッテリーの少なくとも１面を加熱するバッテリー加熱装置であって、前記バッテリー加熱装置は、面状発熱体と、前記面状発熱体に接触する熱伝導体とで構成され、前記熱伝導体は金属から成り、かつ各電池モジュールの外装部壁面に接触させることにより、バッテリーの加熱ムラの解消と加熱効率を向上することができる。【選択図】図３
2011014436.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池モジュールを積層して成るバッテリーの少なくとも１面を加熱するバッテリー加熱装置であって、
前記バッテリー加熱装置は、面状発熱体と、前記面状発熱体に接触する熱伝導体とで構成され、前記熱伝導体は金属から成り、かつ各電池モジュールの外装部壁面に接触させるバッテリー加熱装置。
【請求項２】
熱伝導体の材料は、バッテリーを構成する電池モジュールの外装形成材と同一の金属材料で形成した請求項１に記載のバッテリー加熱装置。
【請求項３】
面状発熱体の、熱伝導体との非接触面側に熱絶縁層を形成した請求項１または２に記載のバッテリー加熱装置。
【請求項４】
面状発熱体と熱伝導体とは接着手段により固定した請求項１から３のいずれか１項に記載のバッテリー加熱装置。
【請求項５】
面状発熱体はＰＴＣヒータで構成し、ＰＴＣヒータの飽和温度をバッテリーの耐熱温度より低く設定する請求項１から４のいずれか１項に記載のバッテリー加熱装置。
【請求項６】
熱伝導体の、バッテリーと接触する側の面に凹凸を形成し、凸部分をバッテリー外装部壁面と接触させる請求項１から５のいずれか１項に記載のバッテリー加熱装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載のバッテリー加熱装置を装着した、電池モジュールを積層して成る電気自動車駆動用バッテリー。
【請求項８】
バッテリーを構成する電池モジュールの外装形成材に金属を用いた、請求項７に記載の電気自動車駆動用バッテリー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば寒冷地における自動車等のバッテリー加熱装置に関するものでる。
【背景技術】
【０００２】
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したり、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可能性が高くなることから、バッテリー自体を補助熱源によって加熱しバッテリーの能力低下を防止する手段が考えられている。
【０００３】
この種のバッテリー加熱装置は、図１２、１３に示すように、セラミックＰＴＣ発熱体１と２を装着した放熱板３と断熱保温材４をバッテリー５の外周に配置し、前記バッテリー５を電源としてバッテリー５を加熱するものである（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
また、セラミックＰＴＣ発熱体の代わりに、導電性粉末と樹脂とを混合した樹脂系ＰＴＣ発熱体を塗着した可撓性基板から成るＰＴＣ発熱体を用いた構成も提案されている（例えば特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１９０８４１号公報
【特許文献２】特開平９−２１３４５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年では省エネやＣＯ２削減への対応のため、自動車は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り、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）することで高電圧化で大容量のバッテリーを実現している。
【０００７】
これらのバッテリーにおいても、従来同様に厳しい低温環境下では電気容量低下が課題となり、特許文献１や特許文献２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る。しかし、図１２、１３に示すように放熱板３に発熱体としてセラミックＰＴＣ１と２を配置した構成では、放熱板３の発熱体近傍と周辺部とでは温度差が発生しやすく、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から成る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可能性があった。また、特許文献２に示す構成では、面状発熱体型のＰＴＣヒータを加熱源として用いているが、クシ型電極部上のＰＴＣ発熱体は非発熱部となるため、ＰＴＣ発熱体の電極位置と各電池ユニットとの位置関係によって、電池ユニット間に加熱ムラが生じるため、前記同様の課題を残していた。
【０００８】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、積層した電池モジュールから成るバッテリーを、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使い勝手の良いバッテリー加熱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】
【０００９】
前記課題を解決するために、電池モジュールを積層して成るバッテリーの少なくとも１面を加熱するバッテリー加熱装置であって、前記バッテリー加熱装置は、面状発熱体と、前記面状発熱体に接触する熱伝導体とで構成され、前記熱伝導体は金属から成り、かつ電池モジュールの外装部壁面に接触させる構成としている。これによって、電池モジュールを積層して成るバッテリーにおいても、バッテリーを構成する電池モジュール間を実用上支障のない加熱ムラに抑制することが可能となる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のバッテリー加熱装置によれば、電池モジュールを積層して成るバッテリーの少なくとも１面を加熱するバッテリー加熱装置であって、前記バッテリー加熱装置は、面状発熱体と、前記面状発熱体に接触する熱伝導体とで構成され、前記熱伝導体は金属から成り、かつ各電池モジュールの外装部壁面に接触させる構成としているため、面状発熱体に温度ムラ生じても、金属から成る熱伝導を介して各電池モジュールに熱を伝えるため、面状発熱体の発熱分布に温度ムラがあっても実用上支障のないレベルに均一化し各電池モジュールを加熱するため、加熱ムラが少ないバッテリー加熱装置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１におけるバッテリー加熱装置の斜視図
【図２】本発明の実施の形態１におけるバッテリー加熱装置が実装される電池モジュール内の電池セルの接続図
【図３】本発明の実施の形態１におけるバッテリー加熱装置の要部断面図
【図４】本発明の実施の形態２におけるバッテリー加熱装置の要部断面図
【図５】本発明の実施の形態３におけるバッテリー加熱装置の要部断面図
【図６】本発明の実施の形態４におけるバッテリー加熱装置の要部断面図
【図７】本発明の実施の形態４におけるバッテリー加熱装置のＰＴＣヒータの分解斜視図
【図８】本発明の実施の形態４におけるバッテリー加熱装置のＰＴＣヒータの特性図
【図９】本発明の実施の形態４におけるバッテリー加熱装置のバッテリー耐熱温度とＰＴＣヒータ飽和温度との関係を示す図
【図１０】本発明の実施の形態５におけるバッテリー加熱装置の側面図
【図１１】本発明の実施の形態５におけるバッテリー加熱装置の要部断面図
【図１２】従来のバッテリー加熱装置の構成図
【図１３】従来のバッテリー加熱装置の構成図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
第１の発明は、電池モジュールを積層して成るバッテリーの少なくとも１面を加熱するバッテリー加熱装置であって、前記バッテリー加熱装置は、面状発熱体と、前記面状発熱体に接触する熱伝導体とで構成され、前記熱伝導体は金属から成り、かつ電池モジュールの外装部壁面に接触させる構成としたバッテリー加熱装置であり、積層した電池モジュールを同時に温度ムラの少ない状態で加熱することが可能となる。
【００１３】
第２の発明は、第１の発明のバッテリー加熱装置における熱伝導体の材料は、電池モジュールの外装形成材と同一の金属材料で形成したものであり、電池モジュールの外装ケースや熱伝導体が、電食作用により腐食し悪影響を及ぼすことを防止することが出来る。
【００１４】
第３の発明は、第１または第２の発明のバッテリー加熱装置における面状発熱体の、熱伝導体との非接触面側に熱絶縁層を形成する構成としたものであり、周辺空気層と面状発熱体との断熱を図り、バッテリーの加熱効率を高めることが出来る。
【００１５】
第４の発明は、第１から第３の発明のバッテリー加熱装置の、面状発熱体と熱伝導体とは接着手段により固定する構成としたものであり、面状発熱体と熱伝導体との密着状態が経時変化により変化することを防止し、かつ面状発熱体と熱伝導体とは一体的にバッテリーに着脱可能とすることが出来るため、組立性ならびにサービス性の向上が図れる。
【００１６】
第５の発明は、第１から第４のバッテリー加熱装置の面状発熱体をＰＴＣヒータで構成し、ＰＴＣヒータの飽和温度をバッテリーの耐熱温度より低く設定するものであり、安全性の高いバッテリー加熱装置を提供することが出来る。
【００１７】
第６の発明は、第１から第５の発明のバッテリー加熱装置における熱伝導体の、電池モジュールと接触する側の面に凹凸を形成し、凸部分を電池モジュールの外装部壁面と接触させる構成としたものであり、電池モジュールの接触面に段差があったり、電池モジュールの積層面に段差があっても、温度ムラが少なくかつ熱伝達ロスの少ないバッテリー加熱装置を提供することが出来る。
【００１８】
第７の発明は、第１から第６の発明のバッテリー加熱装置を装着した、電池モジュールを積層して成る電気自動車駆動用バッテリーで、低温環境下であってもバッテリー容量の低下を抑制し、使い勝手のより電気自動車駆動用バッテリーを提供することが出来る。
【００１９】
第８の発明は、第７の発明の電気自動車駆動用バッテリーのバッテリーを構成する電池モジュールの外装形成材に金属を用いたものであり、池モジュールへの熱伝達効率を高め、効率の良い電気自動車駆動用バッテリーを提供することが出来る。
【００２０】
（実施の形態１）
本発明の第１の実施の形態のバッテリー加熱装置を図１から図３を参照して説明する。
【００２１】
図１は同装置の斜視図、図２は同装置が実装される電池モジュール内の電池セル接続図、図３は同装置の要部断面図である。バッテリー６は複数の電池セル７を直列接続した電池モジュール８を積層して構成し、そのバッテリー６の１面に対向して面状発熱体９が設けられ、面状発熱体９とバッテリー６との間には電池モジュール外装１０と同一の金属から成る熱伝導体１１を設け、熱伝導体１１は面状発熱体９ならびに各電池モジュールの外装１０壁面に接触させている。バッテリー６には温度検出手段１２が装着され、面状発熱体９への供給電力は温度検出手段１２の温度情報を受けて制御手段１３で制御される。
【００２２】
以上のように構成されたバッテリー加熱装置において、以下その動作、作用を説明する。制御手段１３は温度検出手段１２によりモニターされたバッテリー温度が、予め設定された温度条件以下になると面状発熱体９への通電を開始し、バッテリー６が所定の温度に達すると面状発熱体９への通電を遮断する。面状発熱体９で発生した熱は、金属から成る熱伝導体１１を介しバッテリー６に伝えられバッテリー６を昇温させる。金属から成る熱伝導体１１は熱伝導性に優れるため、面状発熱体９の発熱分布が不均一であっても、各電池モジュール８との接触面側はほぼ均一化されて電池モジュール８壁面に伝達されるため、各電池モジュール間は温度バラツキが少なく実用上支障のない状態で均一加熱される。
【００２３】
また、熱伝導体１１の材料を電池モジュールの外装１０と同一の金属材料としていることで、電食現象が発生しないため、熱伝導体１１と電池モジュール外装との接触面の熱伝導状態が悪化したり、電池モジュール外装１０が腐食しバッテリー６の耐久寿命に悪影響を及ぼす恐れを回避することが出来る。
【００２４】
（実施の形態２）
本発明の第２の実施の形態のバッテリー加熱装置を図４を参照して説明する。
以降の実施の形態の中で、実施の形態１のバッテリー加熱装置と同一の構成で同じ作用効果を奏するところには実施の形態１と同じ符号をつけて詳細な説明を省略し、異なる部分について説明するものとする。
【００２５】
図４は同装置の要部断面図である。実施の形態２では、実施の形態１の面状発熱体９の熱伝導体１１との非接触面側に熱絶縁層１４を設けている。このため、面状発熱体９で発生した熱は、熱絶縁層１４側に輻射されるのを抑制し、バッテリー６側への熱伝達効率を高めることが熱効率の高いバッテリー加熱装置を提供することが出来る。
【００２６】
（実施の形態３）
本発明の第３の実施の形態のバッテリー加熱装置を図５を参照して説明する。
【００２７】
図５は同装置の要部断面図である。実施の形態３では、実施の形態１の面状発熱体９と熱伝導体１１間を接着手段１５により薄膜状に接着させている。接着手段としては、接着材以外にも例えば両面テープ等薄膜状に接着できるものであれば良い。面状発熱体９と熱伝導体１１間を薄膜状に接着させることにより、熱伝導効率の低下を最小限に抑えつつ、バッテリー使用環境の温度変化や経年変化で面状発熱体９と熱伝導体１１間に隙間が発生しバッテリーの昇温性能が変化することを防止し、信頼性の高いバッテリー加熱装置が提供できる。また、面状発熱体９と熱伝導体１１とを予め接着するすれば、面状発熱体９と熱伝導体１１は一体的に取り扱うことが出来るため、バッテリーへの着脱作業が容易となり、組立作業性をアップすることが出来る。
【００２８】
（実施の形態４）
本発明の第４の実施の形態のバッテリー加熱装置を図６から図９を参照して説明する。
【００２９】
図６は同装置の要部断面図、図７は同装置の面状発熱体であるＰＴＣヒータの分解斜視図、図８は同装置のＰＴＣヒータの特性を示す特性図、図９は同装置のバッテリー耐熱温度とＰＴＣヒータ飽和温度との関係を示す図である。実施の形態４では、実施の形態１の面状発熱体としてＰＴＣヒータ１６を用いている。ＰＴＣヒータ１６は絶縁性基材１６ａ上にくし歯形状部を有する一対の電極１６ｂと、電極１６ｂのくし歯部の上で電気的に接続されたＰＴＣ抵抗体１６ｃと、電極１６ｂならびにＰＴＣ抵抗体１６ｃの表面を覆う絶縁性被膜１６ｄとで構成されており、絶縁性被膜１６ｄ面を熱伝導体１１に接触させている。バッテリー使用環境下におけるＰＴＣヒータ１６通電時の飽和温度は、図９に示すようにバッテリー６の耐熱温度以下となるようにＰＴＣヒータの特性を設定している。
【００３０】
以上のように構成されたバッテリー加熱装置において、以下その動作、作用を説明する。ＰＴＣ抵抗体１６ｃは図８に示す様に正抵抗特性を有しており、低温時には電極間の抵抗値が小さくＰＴＣヒータ１６に流れる電流が大きいため発熱量も大きく、ＰＴＣヒータ１６の温度が上昇すると電極間の抵抗値が増加するため、ＰＴＣヒータ１６の発熱量は減少する特性を示す。
【００３１】
通常動作では、実施の形態１で説明したように、バッテリーの温度が予め設定された温度以下では制御手段１３が作動し、ＰＴＣヒータ１６に通電が開始される。そして、ＰＴＣヒータ１６の温度上昇に伴い抵抗値が上昇しＰＴＣヒータの発熱量が減少し、バッテリー６が所定温度に達すると制御手段１３によりＰＴＣヒータ１６への通電が遮断される。
【００３２】
一方、温度検出手段１２や温度制御手段１３が故障し、予め設定された温度でＰＴＣヒータ１６への通電を遮断できない場合が発生しても、ＰＴＣヒータ１６の飽和温度はバッテリー６の耐熱温度以下に設定しているため、バッテリー６は耐熱温度を超える恐れがなく故障したり最悪時の破壊や爆発を防止し、安全なバッテリー加熱装置を提供することが
出来る。
【００３３】
（実施の形態５）
本発明の第５の実施の形態のバッテリー加熱装置を図１０から図１１を参照して説明する。
【００３４】
実施の形態５では、バッテリー６を構成する電池モジュール８の外装１７がケース部１７ａと蓋部１７ｂとで構成されており、電池モジュール８のケース部１７ａと蓋部１７ｂとが巻き締め方式で締結されている。熱伝導体１８の電池モジュール８と接触する面側は凹凸を形成し、凹部で前記巻き締め突出部を逃げ、凸部分が電池モジュール８のケース部１７ａ壁面と接触させている。
【００３５】
このように構成することにより、熱伝導体１８の凸部分を電池モジュールの壁面に密着させることが出来るため、電池モジュールの外装突出部に熱伝導体が先当りすることによる加熱効率の低下を防止し、加熱効率の良いバッテリー加熱装置を提供することができる。
【００３６】
なお、本実施例では、熱伝導体が接する電池モジュールの積層端面位置を同一面としているが、電池モジュールの加熱ムラが許容される範囲内であれば、その制約を受けない。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
以上のように、本発明にかかるバッテリー加熱装置は、電池モジュールを積層して成るバッテリーを温度ムラを抑制し効率良く加熱することができるため、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、その他にも電池モジュールを積層したバッテリーの加熱用として幅広く適用することができる。
【符号の説明】
【００３８】
６  バッテリー
８  電池モジュール
９  面状発熱体
１１  熱伝導体
１４  熱絶縁層
１５  接着手段
１６  ＰＴＣヒータ
【図１】
2011014436.tif 000003
【図２】
2011014436.tif 000004
【図３】
2011014436.tif 000005
【図４】
2011014436.tif 000006
【図５】
2011014436.tif 000007
【図６】
2011014436.tif 000008
【図７】
2011014436.tif 000009
【図８】
2011014436.tif 000010
【図９】
2011014436.tif 000011
【図１０】
2011014436.tif 000012
【図１１】
2011014436.tif 000013
【図１２】
2011014436.tif 000014
【図１３】
2011014436.tif 000015