(57)【要約】【課題】周囲の機器に熱の影響を及ぼすことなく車両用電池の所望の部位を昇温させる。【解決手段】超音波発生器１１、増幅器１２、ホーン１４を介して電解液の固有振動数と同一の振動数の超音波を電池セル５に伝達し、電池セル５の電解液を自己振動させて電池セル５を昇温させ、昇温させる必要がない周囲の機器に昇温の影響を及ぼすことなく電解液だけを昇温させ、車両用電池を所定の使用温度域に昇温する。【選択図】図４
2015002121.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載される車両用電池と、
超音波を発生させる超音波発生手段と、
前記超音波発生手段で発生した超音波を前記車両用電池の構成部品に伝達する超音波伝達手段と、
前記超音波発生手段の動作を制御する制御手段とを備えた
ことを特徴とする車両用電池の昇温装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車両用電池の昇温装置において、
前記超音波伝達手段は、
前記超音波発生手段で発生した超音波を増幅する増幅手段と、
前記車両用電池の構成部品に接触し、前記増幅手段で増幅した超音波を前記構成部品に伝達する超音波放射機器とを有する
ことを特徴とする車両用電池の昇温装置。
【請求項３】
請求項１もしくは請求項２に記載の車両用電池の昇温装置において、
前記構成部品の温度もしくは外気温を検出する温度検出手段を備え、
前記制御手段は、前記温度検出手段の検出情報に基づいて前記超音波発生手段を動作させる
ことを特徴とする車両用電池の昇温装置。
【請求項４】
請求項２もしくは請求項３に記載の車両用電池の昇温装置において、
前記車両用電池は、前記構成部品を収容するケースを有し、
前記超音波発生手段及び前記増幅手段は、前記ケース内に配置される
ことを特徴とする車両用電池の昇温装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の車両用電池の昇温装置において、
前記制御手段は、前記車両用電池が充電されている時に前記超音波発生手段を動作させる
ことを特徴とする車両用電池の昇温装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の車両用電池の昇温装置において、
前記車両用電池の構成部品は、超音波振動の外部への伝達を阻止する振動遮蔽部材で覆われている
ことを特徴とする車両用電池の昇温装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の車両用電池の昇温装置において、
前記車両用電池は、複数の電池セルにより構成され、
前記車両用電池の構成部品は、前記電池セルであり、
前記超音波発生手段で発生させる超音波は、
前記電池セルの電解液の固有振動数と同じ振動数の超音波である
ことを特徴とする車両用電池の昇温装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、電気自動車に搭載された車両用電池を昇温させる昇温装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境へ排出される排ガスを削減するため、電気自動車が種々開発されている。電気自動車は、モータの駆動により動力を得ているため、電源となる電池セル（車両用電池）を搭載している。電気自動車では、限られたスペースに多くの電池セルを搭載する必要があるため、複数の電池セルを積層して電池モジュールを形成し、多数の電池モジュールをフロア下等のバッテリケースに収納している。
【０００３】
バッテリケースに収納された電池セル（車両用電池）は、所定の温度範囲で使用特性が活かされるようになっている。特に、低温環境においては、電池セルの内部の電解液の粘性や反応抵抗が増大し、放充電性能が低下して十分な出力を得ることができない状況であった。このため、極寒地等では車両用電池を昇温させる必要があった。
【０００４】
電池を昇温させる技術としては、磁界を用いて（電磁波により）電極板を加熱する技術が従来から知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１の技術を適用することにより、電磁波を用いて車両用電池を加熱し、車両用電池を所望の温度に昇温させることができる。
【０００５】
しかし、特許文献１に記載された技術は、電磁波により電極板を加熱する技術であるため、周辺の機器に熱の影響を及ぼしやすくなるのが現状であった。加熱したい部材だけを昇温させるためには、誘導電磁コイル等の部品が複雑な構成となり、大掛かりな機構が必要になってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３６５１３６８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、周囲の機器に熱の影響を及ぼすことなく車両用電池の所望の部位を昇温させることができる車両用電池の昇温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】
【０００８】
上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の車両用電池の昇温装置は、車両に搭載される車両用電池と、超音波を発生させる超音波発生手段と、前記超音波発生手段で発生した超音波を前記車両用電池の構成部品に伝達する超音波伝達手段と、前記超音波発生手段の動作を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項１に係る本発明では、制御手段により超音波発生手段の動作を制御し、超音波伝達手段を介して車両用電池の構成部品（加温対象）を自己振動させることで、車両用電池を昇温させる。これにより、昇温させる必要がない部位が直接加温されることがなくなり、周囲の機器に熱の影響を及ぼすことなく車両用電池の所望の部位を昇温させることができる。
【００１０】
そして、請求項２に係る本発明の車両用電池の昇温装置は、請求項１に記載の車両用電池の昇温装置において、前記超音波伝達手段は、前記超音波発生手段で発生した超音波を増幅する増幅手段と、前記車両用電池の構成部品に接触し、前記増幅手段で増幅した超音波を前記構成部品に伝達する超音波放射機器とを有することを特徴とする。
【００１１】
請求項２に係る本発明では、超音波発生手段で発生した超音波を増幅手段で増幅し、超音波放射機器により構成部品（加温対象）に超音波振動を与えることができる。
【００１２】
また、請求項３に係る本発明の車両用電池の昇温装置は、請求項１もしくは請求項２に記載の車両用電池の昇温装置において、前記構成部品の温度もしくは外気温を検出する温度検出手段を備え、前記制御手段は、前記温度検出手段の検出情報に基づいて前記超音波発生手段を動作させることを特徴とする。
【００１３】
請求項３に係る本発明では、温度検出手段により構成部品の温度、もしくは、外気温を検出し、検出された温度情報に基づいて構成部品が使用特性に応じた温度になるように超音波発生手段が動作され、構成部品（加温対象）を的確に昇温させることができる。
【００１４】
また、請求項４に係る本発明の車両用電池の昇温装置は、請求項２もしくは請求項３に記載の車両用電池の昇温装置において、前記車両用電池は、前記構成部品を収容するケースを有し、前記超音波発生手段及び前記増幅手段は、前記ケース内に配置されることを特徴とする。
【００１５】
請求項４に係る本発明では、構成部品を収容するケースに超音波発生手段、及び、増幅手段を収容したので、ケースの外部部品に対する超音波の影響を最小限に抑えることができる。
【００１６】
また、請求項５に係る本発明の車両用電池の昇温装置は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の車両用電池の昇温装置において、前記制御手段は、前記車両用電池が充電されている時に前記超音波発生手段を動作させることを特徴とする。
【００１７】
請求項５に係る本発明では、車両用電池を充電するための充電電源を用いて超音波発生手段の動力（電力）を賄うことができる。尚、車速に基づいて車両が停車中であることを検出し、車両が停車中に超音波発生手段を動作させることも可能である。
【００１８】
また、請求項６に係る本発明の車両用電池の昇温装置は、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の車両用電池の昇温装置において、前記車両用電池の構成部品は、超音波振動の外部への伝達を阻止する振動遮蔽部材で覆われていることを特徴とする。
【００１９】
請求項６に係る本発明では、車両用電池の構成部品が振動遮蔽部材に覆われているので、車両用電池以外の部材に対する振動の影響をなくすことができる。
【００２０】
また、請求項７に係る本発明の車両用電池の昇温装置は、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の車両用電池の昇温装置において、前記車両用電池は、複数の電池セルにより構成され、前記車両用電池の構成部品は、前記電池セルであり、前記超音波発生手段で発生させる超音波は、前記電池セルの電解液の固有振動数と同じ振動数の超音波であることを特徴とする。
【００２１】
請求項７に係る本発明では、電池セルの電解液の固有振動数と同じ振動数の超音波を発生させるため、電解液だけを振動させることができる。
【００２２】
尚、構成部品（加温対象）として、電池セルを冷却する冷却手段の冷媒を適用し、冷媒を振動させて昇温することで冷却能力を低下させ、電池セルを相対的に昇温させることも可能である。また、構成部品（加温対象）として、電池部材（電池セルや電池モジュール）に接触して冷却を行うヒートシンクを適用し、ヒートシンクを振動させて昇温することで冷却能力を低下させ、電池部材を相対的に昇温させることも可能である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の車両用電池の昇温装置は、周囲の機器に熱の影響を及ぼすことなく車両用電池の所望の部位を昇温させることが可能になり、例えば、極寒冷地であっても使用特性を活かすことができる所定の温度範囲に車両用電池を昇温することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施例に係る車両用電池の昇温装置を備えた車両の外観図である。
【図２】図１中の分解斜視図である。
【図３】図１中の分解斜視図である。
【図４】図２中のＩＶ−ＩＶ線矢視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１から図４に基づいて本発明の一実施例に係る車両用電池の昇温装置を説明する。
【００２６】
図１には昇温装置を有する電池パック（車両用電池）を備えた電気自動車の外観を表す分解斜視、図２には上方側からの電池パックの分解斜視、図３には下方側からの電池パックの分解斜視を示してある。また、図４には昇温装置の構成を表すための電池モジュールを含めた電池パックの概略断面（図２中のＩＶ−ＩＶ線矢視）を示してある。
【００２７】
図１に示すように、車両としての電気自動車１のフレーム（図示省略）には電池パック２が取り付けられている。電池パック２は、ケースとしてのバッテリーケース３、及び、バッテリーケース３の内部に収容される複数の電池モジュールにより形成されている。
【００２８】
図２、図３に示すように、電池モジュール４は複数の電池セル５から構成され、バッテリーケース３のトレイに複数の電池モジュール４が取付けられている。複数の電池セル５が接続されることにより、走行駆動用等の動力源となる高電圧回路が形成される。
【００２９】
電池パック２は、電池セル５の電解液を昇温させる昇温装置を有している。低温環境においては、電池セル５の内部の電解液の粘性や反応抵抗が増大し、放充電性能が低下して十分な出力を得ることができない虞がある。このため、低温環境で電池セル５が常温に達していない場合、昇温装置により電池セル５の電解液を昇温して電池セル５を常温まで昇温させるようになっている。
【００３０】
予め定められた電池特性で作動するために必要な温度が電池セル５にとっての常温とされ、電池セル５の仕様により種々設定されている。例えば、−１５℃が常温の下限値とされている。このため、電池セル５の温度が−３０℃から−４０℃となる極寒冷地では、電池セル５が昇温装置により−１５℃程度に昇温され、予め定められた電池特性での作動が維持される。
【００３１】
図２から図４に基づいて昇温装置を説明する。昇温装置は、電池セル５に超音波を伝達し、電池セル５の電解液（加温対象）を自己振動させることにより電池セル５の電解液を昇温させるものである。つまり、電解液の固有振動数と同一の振動数の超音波を伝達し、電解液だけを振動させ、昇温させる必要がない部位が直接加温されない状態で、周囲の機器に熱の影響を及ぼすことなく電解液を昇温させる。
【００３２】
バッテリーケース３には超音波発生手段としての超音波発生器１１が備えられ、超音波発生器１１で発生した超音波は、増幅手段としての増幅器１２で増幅される。電池モジュール４の下面側には放射機器固定板１３が備えられ、放射機器固定板１３には特定周波数の振動を伝達する超音波放射機器（ホーン）１４が電池セル５に対応して固定されている。増幅器１２で増幅された超音波は、伝達ケーブル１５からホーン１４に伝えられる。
【００３３】
ホーン１４の数は、電池モジュール４に対し１つの電池セル５、２つの電池セル５等、車両の使用環境に応じて適宜設定することができる。
【００３４】
ホーン１４は先端（上端）に向い漸次小径となる円錐状とされ、ホーン１４の先端は電池モジュール４の下面の貫通穴４ａを貫通し、電池セル５の底面に当接している。ホーン１４の形状は、振動させる部材（加温対象：電池セル５の電解液）の固有周波数に応じて形状や伝達長が適宜設計される。
【００３５】
ホーン１４に伝えられた超音波は、電池セル５の電解液の固有振動数と同一の特定振動数で電池セル５に伝達される。これにより、電解液が自己振動して発熱する。ホーン１４としては、例えば、段状に径が変化する形状や、曲線状に径が変化する形状の超音波放射機器を適用することができ、電池セル５の電解液の固有振動数と一致する特定周波数の振動を伝達する。電池セル５の電解液の固有振動数と同じ振動数の超音波を発生させるため、電解液だけを振動させることができる。
【００３６】
電池パック２の構成部品である電池モジュール４（電池セル５）、放射機器固定板１３、ホーン１４は、振動遮蔽部材としての振動遮蔽箱１８に収容され、電池セル５に伝達された超音波による振動が外部に伝わらないようにされている。
【００３７】
振動遮蔽箱１８は、例えば、樹脂で形成されている。振動遮蔽箱１８により、電池パック２の周囲に配される電子機器等に超音波による振動が伝達されることがなくなり、狭いスペースに種々の部品を配した場合でも、振動による影響をなくすことができる。
【００３８】
また、電池パック２の構成部品を収容するバッテリーケース３に超音波発生器１１、及び、増幅器１２が配置されているので、バッテリーケース３の周辺の外部部品に対する超音波の影響を最小限に抑えることができる。
【００３９】
超音波発生器１１は制御手段１６の制御により動作される。電池セル５には温度検出手段１７がそれぞれ設けられ、温度検出手段１７の検出情報は制御手段１６に入力される。制御手段１６には外気温度の情報、車速の情報が入力される。また、停車している状態での充電中であるか否かが確認される。外気温度、温度検出手段１７による電池セル５の温度に基づいて、制御手段１６から超音波発生器１１に動作の指令が送られる。
【００４０】
そして、超音波発生器１１は、電池セル５が充電されている時に動作される。これにより、電池セル５を充電するための充電電源を用いて超音波発生器１１の動力（電力）を賄うことができる。尚、車速に基づいて車両が停車中であることを検出し、車両が停車中に超音波発生手段を動作させることも可能である。
【００４１】
上述した車両用電池の昇温装置は、温度検出手段１７の検出情報（外気温度の情報）に基づいて、制御手段１６の制御により超音波発生器１１が作動される。即ち、極寒冷地等の始動時に、電池セル５の内部の電解液の粘性や反応抵抗が増大し、放充電性能が低下して十分な出力を得ることができない温度であることが温度検出手段１７で検出されると、超音波発生器１１に作動の指令が出力されて超音波を発生させる。
【００４２】
超音波発生器１１で発生した超音波は、増幅器１２で増幅されて伝達ケーブル１５からホーン１４に伝えられる。ホーン１４に伝えられた超音波は、電池セル５の電解液の固有振動数と同一の特定振動数で電池セル５に伝達され、電解液が自己振動して発熱する。電解液の固有振動数と同じ振動数の超音波を伝達するため、電解液だけを振動させて発熱させることができる。これにより、電池セル５が使用特性に応じた温度に制御される。
【００４３】
電解液の自己振動による発熱により、電池セル５が所望の温度（使用特性に応じた温度：例えば、−１５℃以上の温度）になったことが温度検出手段１７で検出され、電池パック２の電池セル５が所望の温度に保たれたことが確認されると、制御手段１６の制御により超音波発生器１１を停止させる。
【００４４】
このため、大掛かりな機構を用いることなく、周囲の電子機器や制御機器等に振動（熱）の影響を及ぼすことなく電池パック２の電池セル５の電解液を昇温させることが可能になり、例えば、極寒冷地であっても使用特性を活かすことができる所定の温度範囲に電池セル５を昇温させることができる。
【００４５】
尚、加温対象として、他の機器等を適用することが可能である。この場合、超音波発生器１１で発生させる振動数やホーン１４の形状を調整し、加温対象の部材の固有振動数に対応した振動を発生させることができる。
【００４６】
加温対象として、例えば、電池セルを冷却する冷却手段の冷媒を適用し、冷媒を振動させて昇温することで冷却能力を低下させ、電池セルを相対的に昇温させることも可能である。また、加温対象として、電池部材（電池セルや電池モジュール）に接触して冷却を行うヒートシンクを適用し、ヒートシンクを振動させて昇温することで冷却能力を低下させ、電池部材を相対的に昇温させることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、車両用電池の昇温装置の産業分野で利用することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１  電気自動車
２  電池パック
３  バッテリーケース
４  電池モジュール
５  電池セル
１１  超音波発生器
１２  増幅器
１３  放射機器固定板
１４  超音波放射機器（ホーン）
１５  伝達ケーブル
１６  制御装置
１７  温度検出手段
１８  振動遮蔽箱
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2015002121.tif 000006