(57)【要約】【課題】簡単な構成でバッテリを昇温可能なバッテリ装置を提供する。【解決手段】バッテリ装置は、少なくとも１つのバッテリと、少なくとも１つのバッテリに電気的に接続される通電経路とを備え、通電経路は、通電経路における通電方向に対して交差する方向に屈曲可能に構成された可動部を含み、可動部が温度の低下に伴って屈曲することにより、可動部の少なくとも一部が通電経路から離れて通電方向に対向する通電経路の断面積が低下する。【選択図】図１
2019160502.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのバッテリと、
前記少なくとも１つのバッテリに電気的に接続される通電経路と
を備え、
前記通電経路は、該通電経路における通電方向に対して交差する方向に屈曲可能に構成された可動部を含み、該可動部が温度の低下に伴って屈曲することにより、前記可動部の少なくとも一部が前記通電経路から離れて前記通電方向に対向する前記通電経路の断面積が低下するバッテリ装置。
【請求項２】
前記可動部は、該可動部を構成する第１材料の膨張係数よりも大きい膨張係数の第２材料を含む、請求項１に記載のバッテリ装置。
【請求項３】
前記可動部は、該可動部が屈曲していない状態で前記通電経路に接する内側接触面を有し、該内側接触面は凸状に湾曲している、請求項１または２に記載のバッテリ装置。
【請求項４】
前記通電経路は、前記少なくとも１つのバッテリの集電体に接続された集電端子を含み、該集電端子は前記可動部を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載のバッテリ装置。
【請求項５】
前記バッテリ装置は複数のバッテリを備え、
前記通電経路は、前記複数のバッテリ同士を電気的に接続するバスバーを含み、該バスバーは前記可動部を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載のバッテリ装置。
【請求項６】
前記バッテリ装置は、前記少なくとも１つのバッテリの充放電を制御する制御部をさらに備え、
前記制御部は、前記少なくとも１つのバッテリの温度が予め設定された要求温度に上昇するまで、前記少なくとも１つのバッテリからパルス的に放電を行わせる、請求項１〜５のいずれか一項に記載のバッテリ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、バッテリ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境対応車として、電気自動車（ＥＶ）やプラグインハイブリッド電気自動車（ＰＨＥＶ）は今後も成長が期待されている。ＥＶやＰＨＥＶにはリチウムイオンバッテリが使用されているが、リチウムイオンバッテリの特性維持及び寿命確保には適切な温度管理が必要である。特にリチウムイオンバッテリの温度が低い場合には、リチウムイオンバッテリ内部に存在する電解液中のイオン輸送又は活性物質／電解液界面のイオン授受の速度が遅くなることで抵抗が上昇し、期待した性能を引き出せない場合がある。このため、バッテリの温度が低い場合には、バッテリの温度を昇温する必要がある。リチウムイオンバッテリに関するものではないが、特許文献１には、バッテリ装置内において複数の蓄電素子のそれぞれを直列に接続するバスバーに発熱体を設けて、蓄電素子を早期に温度上昇させることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−９７９２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、バッテリを昇温するための発熱体を設けると、発熱体の作動機構等が必要になってバッテリ装置の構成が複雑になり、バッテリ装置の重量及び体積が増加してしまうといった問題点があった。
【０００５】
上述の事情に鑑みて、本開示の少なくとも１つの実施形態は、簡単な構成でバッテリを昇温可能なバッテリ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】
【０００６】
本発明の少なくとも１つの実施形態に係るバッテリ装置は、少なくとも１つのバッテリと、少なくとも１つのバッテリに電気的に接続される通電経路とを備え、通電経路は、通電経路における通電方向に対して交差する方向に屈曲可能に構成された可動部を含み、可動部が温度の低下に伴って屈曲することにより、可動部の少なくとも一部が通電経路から離れて通電方向に対向する通電経路の断面積が低下する。
【０００７】
この構成によると、バッテリの温度が低いときに通電経路の一部の断面積が小さくなることで、電気抵抗が上昇して発生するジュール熱が増加するので、発生するジュール熱でバッテリを昇温することができる。
【０００８】
いくつかの実施形態では、可動部は、可動部を構成する第１材料の膨張係数よりも大きい膨張係数の第２材料を含んでもよい。この構成によると、可動部の温度が低いときに第１材料よりも第２材料の収縮量が大きいことで可動部の少なくとも一部が通電経路から離れるように可動部を屈曲させて、通電方向に対向する通電経路の一部の断面積を減少させることができるとともに、可動部の温度が高いときに第１材料及び第２材料の収縮量の差が小さいことで可動部の屈曲量を低下させて、通電方向に対向する通電経路の一部の断面積を増加させることができる。
【０００９】
いくつかの実施形態では、可動部は、可動部が屈曲していない状態で通電経路に接する内側接触面を有し、内側接触面は凸状に湾曲してもよい。この構成によると、可動部の屈曲量に応じて、通電経路から離れる可動部の範囲を細かく変化するようになるので、内側接触面が平坦な場合と比べて、通電方向に対向する通電経路の断面積が減少した領域の範囲を細かく調節することができる。
【００１０】
いくつかの実施形態では、通電経路は、少なくとも１つのバッテリの集電体に接続された集電端子を含み、集電端子は可動部を含んでもよい。また、バッテリ装置は複数のバッテリを備え、通電経路は、複数のバッテリ同士を電気的に接続するバスバーを含み、バスバーは可動部を含んでもよい。この構成によると、集電端子やバスバーのような既存の部品に可動部が形成されるので、バッテリ装置の大型化を抑制できる。
【００１１】
いくつかの実施形態では、バッテリ装置は、少なくとも１つのバッテリの充放電を制御する制御部をさらに備え、制御部は、少なくとも１つのバッテリの温度が予め設定された要求温度に上昇するまで、少なくとも１つのバッテリからパルス的に放電を行わせてもよい。この構成によると、バッテリの始動時のようにバッテリの温度が低いためにバッテリを放電させても直ちにカットオフ電圧に到達してしまう場合でも、バッテリからパルス的に放電させることによって、バッテリを昇温させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本開示の少なくとも１つの実施形態によれば、バッテリの温度が低いときに通電経路の一部の断面積が小さくなることで、電気抵抗が上昇して発生するジュール熱が増加するので、発生するジュール熱でバッテリを昇温することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本開示の実施形態１に係るバッテリ装置の斜視図である。
【図２】図１の領域Ａの拡大正面図である。
【図３】図１の領域Ａの拡大正面図である。
【図４】本開示の実施形態２に係るバッテリ装置の平面図である。
【図５】本開示の実施形態３に係るバッテリ装置の構成模式図である。
【図６】本開示の実施形態３に係るバッテリ装置におけるバッテリからの放電制御の動作を説明するためのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明のいくつかの実施形態について説明する。ただし、本発明の範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、本発明の範囲をそれにのみ限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００１５】
（実施形態１）
図１に示されるように、本開示の実施形態１に係るバッテリ装置１は、例えばリチウムイオンバッテリであるバッテリ２と、バッテリ２の負極側及び正極側の集電体３及び４のそれぞれに接続された集電端子５及び６とを備えている。集電端子５及び６はそれぞれ、バッテリ２への充電時又はバッテリ２からの放電時に電流が流れる経路である通電経路の一部を構成する。集電端子５及び６はそれぞれ、負極側の外部端子２０及び正極側の外部端子３０に電気的に接続されている。
【００１６】
図２に示されるように、集電端子５は、集電体３に接する内側側面５ａと、内側側面５ａに対向する外側側面５ｂとを有している。集電端子５には、外側側面５ｂから内側側面５ａに向かって凸状に湾曲した切り込み７が形成されている。集電端子５に電流が流れる方向である通電方向を矢印Ｂで表すと、この切り込み７により、通電方向Ｂに対して交差する方向（矢印Ｃの方向）に屈曲可能な可動部８が構成される。
【００１７】
可動部８は、可動部８を構成する第１材料の膨張係数よりも大きい膨張係数の第２材料で形成された板材９を、外側側面５ｂにおいて板材９が露出するとともに外側側面５ｂに板材９が面一となるように含んでいる。詳細には図示しないが、図１に示されるように、集電端子６も集電端子５と同様に、板材９を含む可動部８を有している。
【００１８】
集電端子５において、第１材料が銅である場合には、第２材料としてアルミニウム合金、ステンレスＳＵＳ３０４、銀、すず等を使用することができる。一方、集電端子６において、第１材料がアルミニウムである場合には、第２材料としてマグネシウム合金、亜鉛合金等を使用することができる。
【００１９】
次に、実施形態１に係るバッテリ装置１の動作について説明する。
図１に示されるように、バッテリ装置１から任意の図示しない電子機器に給電する場合、バッテリ２から電流が集電体４及び集電端子６を順次流れ、電子機器と外部端子３０とを接続する図示しない配線を介して電子機器に給電され、電子機器と外部端子２０とを接続する図示しない配線、集電端子５、集電体３を順次電流が流れる。しかし、バッテリ２の温度が低い場合、期待した性能をバッテリ装置１から引き出せない場合がある。
【００２０】
実施形態１に係るバッテリ装置１では、バッテリ２の温度が低い場合には、集電体３，４、集電端子５，６、及び外部端子２０，３０それぞれの温度も低くなっている。そうすると、図２に示されるように、集電端子５すなわち可動部８を構成する第１材料よりも板材９を構成する第２材料の収縮量が大ききいため、可動部８は、その自由端部８ａが内側側面５ａから離れる方向（矢印Ｃの方向）に回動すなわち屈曲する。
【００２１】
可動部８が矢印Ｃの方向に屈曲すると、図３に示されるように、可動部８の一部が集電端子５から離れる。可動部８の一部が集電端子５から離れた部分では、通電方向Ｂに対向する断面積Ｓが他の部分の断面積Ｓ０よりも減少する。通電方向Ｂに対向する断面積が小さくなるほど電気抵抗が上昇するので、可動部８が屈曲することによって通電方向Ｂに対向する断面積が減少した領域Ｒで発生するジュール熱は増加する。この増加したジュール熱がバッテリ２内に伝わることでバッテリ２（図１参照）を昇温することができる。尚、集電端子６（図１参照）における可動部８も同様の動作をするので、同様の原理でバッテリ２を昇温することができる。
【００２２】
実施形態１では、切り込み７を内側側面５ａに向かって凸状に湾曲させることによって、可動部８が屈曲していない状態で集電端子５に接する内側接触面８ｂは凸状に湾曲している。この構成によると、可動部８の屈曲量に応じて、集電端子５から離れる可動部８の範囲が細かく変化するようになるので、内側側面５ａが平坦な場合と比べて、通電方向に対向する集電端子５の断面積が減少した領域Ｒの範囲を細かく調節することができる。尚、集電端子６における可動部８も同様の効果を有する。
【００２３】
期待する性能をバッテリ装置１から引き出せるようになる程度にバッテリ２の温度が昇温する頃には、このようなジュール熱によって可動部８及び板材９の温度も上昇する。そうすると、可動部８及び板材９の収縮量の差が小さくなることにより、可動部８は、その自由端部８ａが内側側面５ａに近づく方向（矢印Ｄの方向）に回動する。すなわち、可動部８の屈曲量が低下する。可動部８の矢印Ｄ方向への回動によって、可動部８の内側接触面８ｂと集電端子５とが接する範囲は大きくなり、通電方向Ｂに対向する断面積が減少した領域Ｒの範囲が縮小していく。その結果、発生するジュール熱の増加も抑えられる。最終的に、内側接触面８ｂの全領域が集電端子５の側面５ｃに接するようになり、図２に示されるように、可動部８が集電端子５から離れた部分は消滅する。
【００２４】
このように、バッテリ２の温度が低いときに集電端子５，６の一部の断面積が小さくなることで、電気抵抗が上昇して発生するジュール熱が増加するので、発生するジュール熱でバッテリ２を昇温することができる。
【００２５】
実施形態１では、集電端子５，６の両方に可動部８を設けていたが、いずれか一方のみに可動部８を設けてもよい。ただし、負極側における電解液中のイオン輸送又は活性物質／電解液界面のイオン授受の方が正極側に比べて温度の影響が大きいので、集電端子５，６のいずれか一方のみに可動部８を設ける場合には、負極側の集電端子５に可動部８を設けることが好ましい。
【００２６】
実施形態１では、バッテリ装置１は１つのバッテリ２を有していたが、バッテリ装置１は、バスバーで互いに連結された複数のバッテリ２を備えてもよい。この場合、全てのバッテリ２の集電端子５，６に可動部８を設けてもよいし、複数のバッテリ２のうちの少なくとも１つの集電端子５，６に可動部８を設けてもよい。
【００２７】
（実施形態２）
次に、実施形態２に係るバッテリ装置について説明する。実施形態２に係るバッテリ装置は、実施形態１に対して、可動部を設ける位置を変更したものである。尚、実施形態２において、実施形態１の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００２８】
図４に示されるように、本開示の実施形態２に係るバッテリ装置１は複数のバッテリ２を備えている。複数のバッテリ２はそれぞれ、外部端子２０及び外部端子３０がバスバー４０により接続されている。すなわち、バスバー４０は、バッテリ２同士を電気的に接続しており、バッテリ２への充電時又はバッテリ２からの放電時に電流が流れる経路である通電経路の一部を構成する。
【００２９】
バスバー４０が複数存在する場合、そのうちの少なくとも１つの両側縁のそれぞれに、実施形態１と同じ構造の可動部８が設けられている。ただし、１つのバスバー４０に設けられる２つの可動部８はそれぞれ、切り込み７の延びる方向が互いに対して逆になるように設けられている。実施形態１と同様に、可動部８は、バスバー４０における通電方向Ｂに対して交差する方向（矢印Ｃの方向）に屈曲可能に構成されている。その他の構成は実施形態１と同じである。
【００３０】
実施形態２においても、実施形態１と同様に、バッテリ２の温度が低い場合にはバスバー４０の温度が低いので、可動部８が矢印Ｃの方向に屈曲することで、バスバー４０の一部に、通電方向に対向する断面積が減少した領域が存在する。この領域におけるジュール熱の発生量は、実施形態１における原理と同様の原理で他の部分よりも増加するので、この増加したジュール熱がバッテリ２内に伝わることでバッテリ２を昇温することができる。バッテリ２の温度が上昇した場合に、可動部８が矢印Ｄの方向に回転する原理は実施形態１と同じである。このように、バスバー４０に可動部８を設けても、実施形態１と同じ効果を得ることができる。
【００３１】
（実施形態３）
次に、実施形態３に係るバッテリ装置について説明する。実施形態３に係るバッテリ装置は、実施形態１及び２のそれぞれに対して、バッテリ２からの放電の制御動作を付加したものである。以下では、実施形態１の構成にバッテリ２からの放電の制御動作を付加した構成で実施形態３を説明するが、実施形態２の構成にバッテリ２からの放電の制御動作を付加することによって実施形態３を構成してもよい。尚、実施形態３において、実施形態１の構成要件と同じものは同じ参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００３２】
図５に示されるように、実施形態３に係るバッテリ装置１は、バッテリ２と、バッテリ２の温度を検出する温度センサ５１と、バッテリ２の通電経路に設けられたスイッチ５２と、温度センサ５１及びスイッチ５２のそれぞれに電気的に接続された制御部であるＥＣＵ５０とを備えている。その他の構成は実施形態１と同じである。
【００３３】
バッテリ２の始動時のようにバッテリ２の温度が低いと、バッテリ２を放電させても直ちにカットオフ電圧に到達してしまい、放電が直ちに停止してしまう場合がある。そうすると、可動部８（図２又は３参照）が屈曲して集電端子５，６（図１参照）の一部の断面積を減少させても電流が流れないのでジュール熱が発生せず、バッテリ２を昇温することができない。
【００３４】
実施形態３では、温度センサ５１による検出値と予め設定された要求温度とをＥＣＵ５０が比較し、前者が後者に達するまで、ＥＣＵ５０はスイッチ５２のオン／オフを短期間で繰り返し切り替えることによって、バッテリ２からパルス的に放電を行わせる。この際、図６に示されるように、パルス的な放電の下限電圧を通常時の放電時の下限電圧よりも低くする。このようなパルス的な放電によって電流がパルス的に集電端子５，６に流れ、可動部８が屈曲して断面積が減少した領域Ｒ（図３参照）においてジュール熱の発生が他の部分よりも増加するので、バッテリ２の温度が徐々に上昇する。バッテリ２の温度が要求温度に達した後は、ＥＣＵ５０がスイッチ５２をオンにしたままにすることで、通常の放電が行われる。
【００３５】
このように、バッテリ２の始動時のようにバッテリ２の温度が低いためにバッテリ２を放電させても直ちにカットオフ電圧に到達してしまう場合でも、バッテリ２からパルス的に放電させることによって、バッテリ２を昇温させることができる。
【００３６】
実施形態１〜３では、可動部８は、集電端子５の側面５ｃに向かって凸状に湾曲している内側接触面８ｂを含む形状を有していたが、この形状に限定するものではなく、任意の形状を有してもよい。
【００３７】
実施形態１では可動部８は集電端子５，６に設けられ、実施形態２では可動部８はバスバー４０に設けられていたが、これらの形態に限定するものではない。集電端子５，６及びバスバー４０以外でも通電経路の任意の個所に可動部８を設けてもよい。
【符号の説明】
【００３８】
１  バッテリ装置
２  バッテリ
３  （正極側の）集電体
４  （負極側の）集電体
５  集電端子（通電経路）
５ａ  （集電端子の）内側側面
５ｂ  （集電端子の）外側側面
５ｃ  （集電端子の）側面
６  集電端子（通電経路）
７  切り込み
８  可動部
８ａ  （可動部の）自由端部
８ｂ  （可動部の）内側接触面
９  板材
２０  外部端子
３０  外部端子
４０  バスバー（通電経路）
５０  ＥＣＵ（制御部）
５１  温度センサ
５２  スイッチ
Ｂ  通電方向
Ｒ  断面積が減少した領域
【図１】
2019160502.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2019160502.tif 000007
【図６】
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