(57)【要約】【課題】バッテリ装置が膨張収縮することにより発生するノイズを低減することができるバッテリ装置を提供する。【解決手段】電流リプルを含む充放電電流により充放電が周期的に行なわれるバッテリ２１と、バッテリ２１を冷却するための空気通路系３３を備えたバッテリ装置において、孔部４１を空気通路系３３に面して設ける。孔部４１は、電流リプルの周波数に応答してバッテリの表面が振動することにより発生する空気通路系３３内を伝わる波の波長の１／４以上の深さとする。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流リプルを含む充放電電流により充放電が周期的に行なわれるバッテリと、該バッテリを冷却するための空気通路系を備えたバッテリ装置において、
複数の孔部を前記空気通路系に面して設け、
前記孔部は、前記電流リプルの周波数に応答してバッテリの表面が振動することにより発生する空気通路系内を伝わる波の波長の１／４以上の深さを有する、バッテリ装置。
【請求項２】
前記孔部は複数個設けられている、請求項１に記載のバッテリ装置。
【請求項３】
前記孔部は、前記空気通路系の内面の、前記バッテリに対向する面に設けた、請求項１または２に記載のバッテリ装置。
【請求項４】
前記孔部は、該孔部が対向するバッテリの外面の法線方向に延びる、請求項１から３のいずれかに記載のバッテリ装置。
【請求項５】
前記孔部は、奥に向かって徐々に内径が小さくなるテーパ孔である、請求項１から４のいずれかに記載のバッテリ装置。
【請求項６】
前記バッテリ間に配置されてバッテリ間の間隔を保持すると共に前記バッテリとの間に空気通路系を形成するバッテリ拘束部材をさらに備え、
前記孔部は、前記バッテリ拘束部材に設けられた、請求項１から５のいずれかに記載のバッテリ装置。
【請求項７】
前記バッテリ拘束部材は、樹脂により構成され、
前記孔部は前記バッテリ拘束部材に微小突起を有する金型をプレスすることで形成された、請求項６に記載のバッテリ装置。
【請求項８】
前記バッテリ拘束部材は、金属により構成され、
前記孔部はエッチング加工により形成された、請求項６に記載のバッテリ装置。
【請求項９】
前記バッテリ拘束部材の前記バッテリに対向する面には、前記孔部が形成された部材が配設されている、請求項６に記載のバッテリ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、バッテリ装置に関し、より特定的には、充放電が周期的に行なわれるバッテリと、該バッテリを冷却するための空気通路系を備えたバッテリ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド自動車や電気自動車などにおいては、バッテリ装置から電力が供給されるインバータ駆動モータが搭載されたものがある。インバータ駆動モータとバッテリ装置との間には、通常、インバータ回路や昇圧コンバータなどを備えたモータ駆動装置が設けられる。
【０００３】
特許文献１（特開２００４−１９４４７６号公報）には、このようなインバータ回路や昇圧コンバータなどを備えたモータ駆動装置が開示されている。図９は、特許文献１に開示されたモータ駆動装置の構造を示す図である。
【０００４】
図９に示すように、モータ駆動装置３００は、直流電源Ｂと、システムリレーＳＲと、昇圧コンバータ３１０と、コンデンサ３２０と、インバータ３３０とを備えている。
【０００５】
昇圧コンバータ３１０は、リアクトル３１１と、スイッチング素子としてのＮＰＮトランジスタ３１２，３１３と、ダイオード３１４，３１５とを含む。
【０００６】
ＮＰＮトランジスタ３１２，３１３は、インバータ３３０の電源ラインとアースラインとの間に直列に接続される。ＮＰＮトランジスタ３１２は、コレクタが電源ラインに接続され、エミッタがＮＰＮトランジスタ３１３のコレクタに接続される。ＮＰＮトランジスタ３１３のエミッタは、アースラインに接続される。
【０００７】
ダイオード３１４，３１５は、ＮＰＮトランジスタのエミッタ側からコレクタ側へ電流が流れるようにそれぞれＮＰＮトランジスタ３１２，３１３に並列に接続される。
【０００８】
リアクトル３１１は、その一方端が直流電源Ｂの電源ラインに接続され、他方端がＮＰＮトランジスタ３１２とＮＰＮトランジスタ３１３との中間点に接続される。
【０００９】
直流電源Ｂは、直流電圧を出力する。システムリレーＳＲは、制御装置（図示せず）からの制御信号によってオンされると、直流電源Ｂから出力された直流電圧を昇圧コンバータ３１０へ供給する。昇圧コンバータ３１０は、制御装置（図示せず）からの制御信号によってＮＰＮトランジスタ３１２，３１３がオン／オフされ、直流電源Ｂから供給された直流電圧を昇圧して出力電圧をコンデンサ３２０に供給する。
【００１０】
また、昇圧コンバータ３１０は、モータ駆動装置３００が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時、交流モータＭ１によって発電され、インバータ３３０によって変換された直流電圧を降圧して直流電源Ｂへ供給する。
【００１１】
コンデンサ３２０は、昇圧コンバータ３１０から供給された直流電圧を平滑化し、その平滑化した直流電圧をインバータ３３０へ供給する。
【００１２】
インバータ３３０は、コンデンサ３２０から直流電圧が供給されると制御装置（図示せず）からの制御信号によって直流電圧を交流電圧に変換して交流モータＭ１を駆動する。これにより、交流モータＭ１は、トルク指令値によって指定されたトルクを発生するように駆動される。
【００１３】
また、インバータ３３０は、モータ駆動装置３００が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時、交流モータＭ１が発電した交流電圧を制御装置からの制御信号によって直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をコンデンサ３２０を介して昇圧コンバータ３１０へ供給する。
【００１４】
このように、モータ駆動装置３００は、直流電源Ｂから出力された直流電圧を昇圧して交流モータＭ１を駆動するとともに、交流モータＭ１が発電した電力により直流電源Ｂを充電する。
【００１５】
ところで、上記のような直流電源を構成するバッテリ装置は、高温になると性能が低下するため、冷却する必要がある。このような冷却構造を開示したものとして、特許文献２（特開２００４−１６８３号公報）がある。
【００１６】
また、このようなバッテリ装置の構造を開示したものとして、特許文献３（特開２００１−１１０３８５号公報）および特許文献４（特開２００６−１５６０４９号公報）がある。
【００１７】
特許文献３および特許文献４は、バッテリ装置を構成する複数の単位電池の表面に多数の突起を設けたバッテリ装置を開示している。多数の突起は互いに当接して冷却媒体通路を構成する。
【特許文献１】特開２００４−１９４４７６号公報
【特許文献２】特開２００４−１６８３号公報
【特許文献３】特開２００１−１１０３８５号公報
【特許文献４】特開２００６−１５６０４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
図９に示す、モータ駆動装置３００は、上述のようにスイッチング素子としてのＮＰＮトランジスタ３１２，３１３を有している。このスイッチング素子がオン／オフされる周波数にしたがって、充放電電流には電流リプルが発生する。
【００１９】
バッテリ装置は、電流リプルの影響により、充放電時に膨張収縮を繰り返す。その周波数は、電流リプルの周波数と一致する。電流リプルの周波数は、スイッチング素子のオン／オフを切換えるスイッチング周波数と一致するので、バッテリ装置の膨張収縮の周波数は、スイッチング素子のスイッチング周波数と一致する。
【００２０】
スイッチングは、通常１ｋＨｚから１００ｋＨｚオーダーの高速で行なわれる。このような高い周波数でバッテリ装置が膨張収縮を繰り返すと、バッテリ装置を冷却するための空気通路系内で圧力変動が発生し、これらノイズとなって車内に伝わる恐れがある。
【００２１】
この発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、バッテリ装置が膨張収縮することにより発生するノイズを低減することができる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】
【００２２】
この発明に基づいたバッテリ装置に従えば、電流リプルを含む充放電電流により充放電が周期的に行なわれるバッテリと、該バッテリを冷却するための空気通路系を備えたバッテリ装置において、複数の孔部を上記空気通路系に面して設け、上記孔部は、上記電流リプルの周波数に応答してバッテリの表面が振動することにより発生する空気通路系内を伝わる波の波長の１／４以上の深さを有している。
【００２３】
上記バッテリ装置において好ましくは、上記孔部は、複数個設けられている。
上記バッテリ装置において好ましくは、上記孔部は、上記空気通路系の内面の、上記バッテリに対向する面に設けられている。
【００２４】
上記バッテリ装置において好ましくは、上記孔部は、該孔部が対向するバッテリの外面の法線方向に延びる。
【００２５】
上記バッテリ装置において好ましくは、上記孔部は、奥に向かって徐々に内径が小さくなるテーパ孔である。
【００２６】
上記バッテリ装置において好ましくは、上記バッテリ間に配置されてバッテリ間の間隔を保持すると共に上記バッテリとの間に空気通路系を形成するバッテリ拘束部材をさらに備え、上記孔部は、上記バッテリ拘束部材に設けられている。
【００２７】
上記バッテリ装置において上記バッテリ拘束部材を樹脂により構成し、上記孔部は上記バッテリ拘束部材に微小突起を有する金型をプレスすることで形成してもよい。
【００２８】
上記バッテリ装置において上記バッテリ拘束部材を金属により構成し、上記孔部はエッチング加工により形成してもよい。
【００２９】
上記バッテリ拘束部材の上記バッテリに対向する面には、上記孔部が形成された部材を配設してもよい。
【発明の効果】
【００３０】
本発明に係るバッテリ装置によると、電流リプルの影響によりバッテリ装置が膨張収縮して発生するノイズを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、この発明に基づいた各実施の形態におけるバッテリ装置の構造について、図を参照しながら説明する。図１は、本実施の形態におけるバッテリ装置の構造の一例を示す分解斜視図である。
【００３２】
図１に示すように、本実施の形態のバッテリ装置は、バッテリ装置の長手方向の両端部に位置するエンドプレート１１と、両端のエンドプレート１１，１１の間に挟まれるように位置する複数の電池セル２１と、隣り合う電池セル２１，２１の間に位置する拘束部材３１とを有している。
【００３３】
エンドプレート１１は、複数の電池セル２１を圧縮する方向に保持力を加えるものであるので、高い剛性が要求される。エンドプレート１１は、縦方向に延びる複数の補強リブを有し、肉厚に構成されている。エンドプレート１１の上端部と下端部には拘束バンド５１の端部が挿入される窪みが設けられている。
【００３４】
拘束バンド５１は、複数の電池セル２１の跨るように両端部のエンドプレート１１間に架け渡される。拘束バンド５１は、複数の電池セル２１の上側と下側にそれぞれ一対設けられている。拘束バンド５１の端部はボルト５３でエンドプレート１１に固定される。複数の電池セル２１の下面側には絶縁トレイ５４が位置している。
【００３５】
一対のエンドプレート１１，１１の間には、板状の電池セル２１と拘束部材３１とが交互に配置されている。電池セル２１は、充放電可能な２次電池であれば特に限定されない。たとえば、ニッケル水素電池であっても良いし、リチウムイオン電池であっても良い。
【００３６】
拘束部材３１は樹脂で構成された略板状の部材である。拘束部材３１の主表面には、水平方向に延びる複数のリブ３２が設けられている。リブ３２の先端は電池セル２１の表面に当接される。これにより、リブ３２の相互の隙間が電池セル２１を冷却するための空気通路系３３となる。
【００３７】
ここでは、空気通路系３３を横方向に空気が流れる横流し方式を採用しているが、空気通路系を縦方向に設け、縦方向に空気が流れる縦流し方式を採用しても良い。空気通路系３３を流れた冷却風は排気ダクトの内部を流れて、一部が車両室内に排気され、他部が車外に排気される。
【００３８】
次に、電池セル２１が電流リプルにより振動して騒音を発生させるメカニズムについてより詳しく説明する。図２は、電流リプルの一例を示す図であり、図３は、電池セルの内部構造の一例を示す断面図である。
【００３９】
図９で説明したスイッチング素子によりオン／オフを繰り返すことにより、巨視的には一定電流値に制御される。しかし、実際には、スイッチング素子によりオン／オフを繰り返すことにより、図２に示すような電流リプルが生じている。この電流リプルの周波数ｆは、スイッチング素子のスイッチング周波数と一致する。
【００４０】
図３に示すように、電池セル２１は、ケース２２と、その内表面に配設された、絶縁フィルム２３と、セパレータ２６に分離された正極２４および負極２５とを備えている。ケース２２は、アルミニウムなどの金属などで構成され、絶縁フィルム２３は、ポリプロピレンなどで構成されている。
【００４１】
電池セル２１への充放電電流に上記の電流リプルが重畳されると、電池セル２１の正極２４および負極２５がこれに反応して膨張および収縮を繰り返す。その結果、ケース２２の表面も膨張および収縮を繰り返す。ケース２２の表面の膨張および収縮により、ケース２２に沿って流れる冷却風に圧力変動が生じる。この圧力変動が音となって、車両室内の乗員への騒音となる。
【００４２】
図４は、本実施の形態のバッテリ装置の拘束部材と電池セルとの構造を示す模式図であり、図５は、バッテリ装置と拘束部材との間に設けられた空気通路系付近の構造を示す拡大した模式図である。
【００４３】
図４では、空気通路系３３を拡大して示している。拘束部材３１に設けられたリブ３２の相互の間には空気通路系３３が形成されている。空気通路系３３には電池セル２１を冷却する冷却風が流れる。
【００４４】
図５に示すように、本実施の形態の拘束部材３１には、この空気通路系３３に面して孔部４１が設けられている。本実施の形態では、孔部４１は複数個設けられている。孔部４１は、対向する電池セル２１の表面の法線方向に延びる。孔部４１は円形の断面を有し、奥に向かって徐々に内径が小さくなるテーパ状の孔である。
【００４５】
図６は、孔部によりノイズを低減する原理を説明する模式図である。電池セル２１の表面の振動により空気に伝わった波Ｗは、電池セル２１の表面の法線方向に進む。図６に示すように、波Ｗは、孔部４１の内部に進み、そのエネルギが最も大きい振幅の山の頂点が孔部４１の内壁に衝突する。このとき、波Ｗのエネルギは、熱エネルギに変換される。これにより波Ｗのエネルギが減衰され、ノイズを抑制することができる。
【００４６】
本実施の形態では、孔部の深さＤは、電池セル２１により空気通路系３３内に発生する波の波長λの１／４以上となるように設定されている。波の波長λは、スイッチング周波数をｆとすると、λ＝音速／ｆで算出される。ここで、孔部の深さＤをλ／４以上としたのは、λ／４以上であれば、少なくとも一回は最もエネルギの大きい波の山が出現するので、その山と孔部の内壁面とが接触する可能性が高くなるからである。
【００４７】
たとえば、スイッチング周波数が１０ｋＨｚの場合には、孔部の深さＤは、音速３４０ｍ／（４・１００００Ｈｚ）＝８．５ｍｍ以上であればよい。スイッチング周波数が１００ｋＨｚの場合には、音速３４０ｍ／（４・１０００００Ｈｚ）＝０．８５ｍｍ以上であればよい。孔部４１の深さは、最も問題となりうる周波数に対して効果が得られる深さを選択することが好ましい。問題となりうる周波数とは、スイッチング周波数として使用頻度の高い周波数、人間の耳につきやすい音の周波数などが考えられる。
【００４８】
また、孔部は細孔で構成することが好ましく、孔部の直径は、孔部の入口で０．５ｍｍ程度とすることが好ましい。この直径が１ｍｍを超えると、波の山と孔部の内壁とが接触する機会が大きく減少し、孔部を設けた効果が小さくなる。
【００４９】
また、本実施の形態では、孔部の内径が孔部内を進むにしたがって小さくなるように構成している。これにより、孔部の入口付近では接触しにくかった波を孔部の内部で内壁に接触させて減衰させることができる。この構成にすることで、孔部を設けた効果がより確実となる。なお、孔部を奥まで一定の直径のものとした場合でも、ある程度の効果は得られる。
【００５０】
図７は、拘束部材に孔部を設ける工程を示す模式図である。拘束部材３１が樹脂で構成されている場合には、たとえば図７に示すような工程により孔部４１を形成することができる。孔部４１を設ける面に対向させて複数の針状の微小突起１０１を配置した金型１００を用意する。この金型１００を、拘束部材３１の孔部４１を設ける面に押し当て、微小突起１０１により孔部４１を形成する。
【００５１】
拘束部材３１が金属で構成されている場合には、まず、拘束部材３１の表面に適宜形状のマスクを設ける。マスクには、孔部４１を設ける箇所にのみ孔を設けておく。そしてマスクを設けた拘束部材３１をエッチング液に浸漬する。これにより、マスクが設けられていない部分のみが腐食して、奥に向かって内径が縮小した孔部４１を形成することができる。
【００５２】
図８は、別部材により拘束部材に孔部を設ける工程を示す模式図である。予め孔部４１を設けた別部材１１０を、図９に示すように拘束部材３１に貼り付けることで、空気通路系に面して孔部４１を設けても良い。このとき別部材１１０を吸音材で構成すればさらにノイズ抑制効果が向上する。
【００５３】
なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施の形態のみによって解釈されるのではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】この発明に基づいた実施の形態におけるバッテリ装置の構造の一例を示す分解斜視図である。
【図２】電流リプルの一例を示す図である。
【図３】この発明に基づいた実施の形態における電池セルの内部構造の一例を示す断面図である。
【図４】この発明に基づいた実施の形態におけるバッテリ装置の拘束部材と電池セルとの構造を示す模式図である。
【図５】この発明に基づいた実施の形態におけるバッテリ装置と拘束部材との間に設けられた空気通路系付近の構造を示す拡大した模式図である。
【図６】この発明に基づいた実施の形態における孔部によりノイズを低減する原理を説明する模式図である。
【図７】この発明に基づいた実施の形態における拘束部材に孔部を設ける工程を示す模式図である。
【図８】この発明に基づいた実施の形態における別部材により拘束部材に孔部を設ける工程を示す模式図である。
【図９】従来のモータ駆動装置の構造を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１１  エンドプレート、２１  電池セル、２２  ケース、２３  絶縁フィルム、２４  正極、２５  負極、２６  セパレータ、３１  拘束部材、３２  リブ、３３  空気通路系、４１  孔部、５１  拘束バンド、５３  ボルト、５４  絶縁トレイ、１００  金型、１０１  微小突起、１１０  別部材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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