(57)【要約】【課題】  蓄電体を簡単な構成で効率良く温めることができる蓄電装置を提供する。【解決手段】  両端に端子（３０ａ１，３０ａ２）を有する複数の蓄電体（３０、３０ａ）と、複数の蓄電体を、各蓄電体の両端側で支持する支持機構（３１）と、支持機構のうち、各蓄電体の少なくとも一端側を支持する部分に設けられ、発熱可能な発熱体（３４）とを有する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端に端子を有する複数の蓄電体と、
前記複数の蓄電体を、前記各蓄電体の両端側で支持する支持機構と、
前記支持機構のうち、前記各蓄電体の少なくとも一端側を支持する部分に設けられ、発熱可能な発熱体とを有することを特徴とする蓄電装置。
【請求項２】
前記発熱体は、前記蓄電体における端子の周囲に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の蓄電装置。
【請求項３】
前記複数の蓄電体における端子を電気的に接続するための接続部材を有しており、
前記発熱体は、前記接続部材と接触していることを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄電装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１つに記載の蓄電装置と、
前記発熱体の駆動を制御するコントローラと、
前記蓄電体の温度を検出するための温度センサとを有し、
前記コントローラは、前記温度センサによる検出温度が所定値よりも低い場合に、前記発熱体を駆動することを特徴とする車両。
【請求項５】
前記所定値は、前記蓄電装置において該車両を始動させるための出力が得られる温度であることを特徴とする請求項４に記載の車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の蓄電体を支持する支持機構を有する蓄電装置と、この蓄電装置を備えた車両に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複数の単電池（二次電池）から構成される組電池を用いた場合において、複数の単電池における温度にバラツキが生じると、単電池における充放電特性もばらつくことになり、組電池として十分な出力が得られないことがある。
【０００３】
そこで、組電池を構成する各単電池を、個別に冷却したり、温めたりする構成が提案されている。例えば、特許文献１では、組電池の外表面を、絶縁性を有する熱収縮チューブで覆い、熱収縮チューブの表面に金属膜を形成している。この構成によれば、金属膜によって複数の単電池間における熱伝達を許容するとともに、放熱を促すことにより、複数の単電池における温度のバラツキを抑制するようにしている。
【特許文献１】特開２０００−５８０１７号公報（特許請求の範囲、図１等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の構成では、金属膜が形成された熱収縮チューブを用いて、組電池の外周面を覆わなければならないため、構造及び製造工程が複雑になってしまう。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、簡易な構成において、複数の蓄電体のすべてを略均等に温めることのできる蓄電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明である蓄電装置は、両端に端子を有する複数の蓄電体と、複数の蓄電体を、各蓄電体の両端側で支持する支持機構と、支持機構のうち、各蓄電体の少なくとも一端側を支持する部分に設けられ、発熱可能な発熱体とを有することを特徴とする。
【０００７】
ここで、発熱体を、蓄電体における端子の周囲に配置することができる。また、複数の蓄電体における端子を電気的に接続するための接続部材を有する場合において、発熱体を、接続部材と接触する位置に配置することができる。
【０００８】
本発明の蓄電装置は、車両に搭載することができる。この場合において、発熱体の駆動を制御するコントローラと、蓄電体の温度を検出するための温度センサとを設け、コントローラによって、温度センサによる検出温度が所定値よりも低い場合に、発熱体を駆動することができる。ここで、上記所定値として、例えば、蓄電装置において該車両を始動させるための出力が得られる温度とすることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、蓄電体の少なくとも一端側に対して発熱体を配置することにより、発熱体で発生した熱を蓄電体の少なくとも一端側に位置する端子に伝達させることができ、蓄電体を効率良く温めることができる。しかも、発熱体は、複数の蓄電体を支持する支持機構に設けるだけであるため、簡単な構成とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１１】
本発明の実施例１である電池パック（蓄電装置）の構成について、図１を用いて説明する。ここで、図１は、本実施例の電池パックの構成を示す断面図である。本実施例の電池パックは、車両に搭載されている。
【００１２】
本実施例の電池パック１は、電池ケース２と、電池ケース２内に収容される電池ユニット３及び冷却媒体４とを有している。
【００１３】
電池ケース２は、電池ユニット３及び冷却媒体４を収容するための空間を形成する第１のケース部材２ａと、第１のケース部材２ａに固定される蓋としての第２のケース部材２ｂとを有している。第２のケース部材２ｂは、第１のケース部材２ａに対して、ボルト等の締結部材（不図示）又は溶接等によって固定される。これにより、電池ケース２の内部は、密閉状態となる。
【００１４】
また、第１のケース部材２ａは、ボルト等の締結部材（不図示）又は溶接等によって、車両本体５に固定される。これにより、電池ケース２の底面は、車両本体５の表面と接触する。なお、車両本体５としては、例えば、フロアパネル、フロアパン、車両のフレームがある。
【００１５】
電池ケース２の外表面には、電池パック１の放熱性を向上させるための、複数の放熱フィン２ｃが設けられている。なお、放熱フィン２ｃを設けなくてもよい。また、第１のケース部材２ａ及び第２のケース部材２ｂは、耐久性及び耐食性に優れた材料で形成することが好ましく、この材料として、具体的には、アルミ等の金属を用いることができる。
【００１６】
電池ユニット３は、複数の単電池３０ａからなる組電池３０と、組電池３０（具体的には、各単電池３０ａの両端側）を支持するための２つの支持部材３１とを有している。また、各単電池３０ａは、隣り合う単電池３０ａに対してバスバー（接続部材）３２を介して電気的及び機械的に接続されている。すなわち、複数の単電池３０ａは、バスバー３２を介して電気的に直列に接続されており、高出力（例えば、２００[Ｖ]）が得られるようになっている。
【００１７】
組電池３０には、正極用及び負極用の配線（不図示）が接続されており、これらの配線は、電池ケース２を貫通して、電池ケース２の外部に配置された電子機器（例えば、車両の走行に用いられるモータ）に接続されている。
【００１８】
ここで、本実施例では、単電池３０ａとして、円筒型の二次電池を用いている。二次電池としては、ニッケル−水素電池やリチウムイオン電池等がある。なお、単電池３０ａの形状は、円筒型に限るものではなく、角型等の他の形状であってもよい。また、本実施例では、二次電池を用いているが、二次電池の代わりに、電気二重層キャパシタ（コンデンサ）を用いることもできる。
【００１９】
冷却媒体４は、組電池３０（各単電池３０ａ）の外周面及び電池ケース２の内壁面に接触している。ここで、充放電等により組電池３０が発熱した場合において、組電池３０に接触する冷却媒体４は、組電池３０との熱交換を行うことにより、組電池３０の温度上昇を抑制する。組電池３０との熱交換が行われた冷却媒体４は、電池ケース２内で自然対流することにより、電池ケース２の内壁面と接触する。これにより、冷却媒体４の熱は、電池ケース２に伝達され、電池ケース２を介して外部（大気中）に放出されたり、車両本体５に導かれたりする。
【００２０】
なお、本実施例では、冷却媒体４を、温度差を利用して自然対流させているが、これに限るものではない。例えば、電池ケース２の内部に、冷却媒体４を強制的に流動させるための撹拌部材（いわゆるファン）を配置することができる。
【００２１】
冷却媒体４としては、絶縁性の油や不活性液体を用いることができる。絶縁性の油としては、シリコンオイルが用いられる。また、不活性液体（絶縁性を有する液体）としては、フッ素系不活性液体である、フロリナート、Ｎｏｖｅｃ  ＨＦＥ(hydrofluoroether)、Ｎｏｖｅｃ１２３０（スリーエム社製）を用いることができる。
【００２２】
また、本実施例では、液体としての冷却媒体４を用いているが、液体の代わりに、空気や窒素等の気体を用いることもできる。
【００２３】
一方、支持部材３１は、図２に示すように、各単電池３０ａの両端部を支持している。ここで、支持部材３１は、各単電池３０ａの両端に設けられた正極端子３０ａ１及び負極端子３０ａ２が貫通する穴部３１ａと、端子３０ａ１，３０ａ２を除く単電池３０ａの両端部と係合する凹部３１ｂとを有している。穴部３１ａは、凹部３１ｂの一部に形成されている。ここで、支持部材３１は、主に凹部３１ｂにおいて、各単電池３０ａを支持している。
【００２４】
なお、本実施例では、別体として構成される２つの支持部材３１を用いているが、これらの支持部材が一体として構成されていてもよい。
【００２５】
単電池３０ａの各端子３０ａ１，３０ａ２は、支持部材３１の穴部３１ａから突出した部分において、隣り合う単電池３０ａにおける端子３０ａ１，３０ａ２とバスバー３２を介して電気的及び機械的に接続されている。また、各端子３０ａ１，３０ａ２の先端には、バスバー３２を固定するためのボルト３３が取り付けられている。
【００２６】
ここで、端子３０ａ１，３０ａ２は、バスバー３２とだけ電気的に接続されるようになっており、支持部材３１（穴部３１ａ）とは接触しないようになっている。
【００２７】
また、支持部材３１のうち、単電池３０ａの端子３０ａ１，３０ａ２の外周に位置する部分には、電気ヒータ（発熱体）３４が設けられている。すなわち、支持部材３１の内部には、電気ヒータ３４が埋め込まれている。この電気ヒータ３４は、１つの配線によって構成されており、図３に示すように、単電池３０ａにおける端子３０ａ１，３０ａ２の周囲を囲むように配置されている。ここで、図３は、図２におけるＡ−Ａ断面図である。
【００２８】
電気ヒータ３４への通電によって電気ヒータ３４が発熱すると、すべての端子３０ａ１，３０ａ２を温めることができるようになっている。なお、電気ヒータ３４の具体的な構成としては、電熱線を利用した構成や、ＰＴＣ(Positive Temperature Coefficient)を用いた構成といった、公知の構成を用いることができる。
【００２９】
電気ヒータ３４は、不図示の配線を介して、電池パック１の外部に配置された電源と接続されている。この電源として、いわゆる補機バッテリ（鉛蓄電池）を用いることができる。そして、電気ヒータ３４は、電源からの電力を受けることにより、発熱することができる。
【００３０】
なお、本実施例では、支持部材３１の内部に電気ヒータ３４を埋め込んだものであるが、これに限るものではない。すなわち、電気ヒータ３４によって単電池３０ａの端子３０ａ１，３０ａ２を温めることができればよく、端子３０ａ１，３０ａ２の近傍に電気ヒータ３４が配置されていればよい。
【００３１】
具体的には、本実施例で説明した構成の他に、支持部材３１のうち、単電池３０ａと接触する部分（上述した穴部３１ａ又は凹部３１ｂの表面）に、電気ヒータ３４を配置することができる。また、端子３０ａ１，３０ａ２と接続されるバスバー３２を温めるようにしてもよい。この場合には、バスバー３２を介して端子３０ａ１，３０ａ２を温めることができる。具体的には、バスバー３２と支持部材３１との間に、電気ヒータ３４を配置することができる。
【００３２】
また、本実施例では、複数の単電池３０ａの両端側を支持する２つの支持部材３１に、電気ヒータ３４を配置した場合について説明したが、これに限るものではない。すなわち、２つの支持部材３１のうち、一方の支持部材３１にのみ、電気ヒータ３４を配置することもできる。この場合には、一方の支持部材３１によって支持される側の端子（各単電池３０ａの一方の端子）が、電気ヒータ３４によって温められる。このように、一方の支持部材３１にのみ電気ヒータ３４を設ければ、電気ヒータ３４を用いて組電池３０を温める際の消費電力を低減することができる。
【００３３】
次に、本実施例の電池パック１を制御するための回路構成について、図４を用いて説明する。
【００３４】
図４において、温度センサ６１は、電池パック１に設けられており、電池パック１（組電池３０）の温度を検出する。温度センサ６１の出力信号は、コントローラ６２に入力される。ここで、コントローラ６２は、車両の走行状態等を制御するためのコントローラと兼用してもよい。
【００３５】
なお、本実施例では、温度センサ６１を用いて電池パック１の温度を検出しているが、これに限るものではなく、電池パック１の温度を直接的又は間接的に検出できるものであれば、いかなる構成であってもよい。
【００３６】
一方、コントローラ６２は、電池パック１（支持部材３１）に設けられた電気ヒータ３４の駆動（通電及び非通電）を制御する。具体的には、電気ヒータ３４及び電源（電気ヒータ３４の電源）６３を接続する配線上に設けられたスイッチ６４のオン／オフを制御する。ここで、スイッチ６４がオン状態であれば、電源６３からの電力が電気ヒータ３４に供給され、電池パック１（組電池３０）は温められることになる。一方、スイッチ６４がオフ状態であれば、電気ヒータ３４への通電が遮断される。
【００３７】
ここで、本実施例では、電気ヒータ３４の電源６３として、組電池３０とは異なる電源（いわゆる、補機バッテリ）を用いた場合について説明したが、これに限るものではない。すなわち、組電池３０を、電気ヒータ３４の電源として用いることもできる。この場合には、組電池３０の出力を、直接、電気ヒータ３４に供給したり、組電池３０から出力された高電圧値をＤＣ／ＤＣコンバータによって低電圧値に変換してから電気ヒータ３４に供給したりすることができる。
【００３８】
次に、上述したコントローラ６２の制御動作について、図５を用いて説明する。ここで、図５は、コントローラ６２の制御動作を示すフローチャートであり、本実施例の電池パック１が搭載された車両を始動させる際の動作を示す。
【００３９】
ステップＳ１において、コントローラ６２は、温度センサ６１からの出力に基づいて、電池パック１の温度を検出する。ステップＳ２において、ステップＳ１で検出した温度が、所定値以下であるか否かを判別する。ここで、所定値とは、電池パック１の出力を用いて車両を始動させるための予め設定された温度である。言い換えれば、車両を始動させるための出力が得られるときの温度を示す。
【００４０】
ステップＳ２において、検出温度が所定値以上である場合にはステップＳ３に進み、そうでない場合にはステップＳ６に進む。
【００４１】
ステップＳ３において、コントローラ６２は、スイッチ６４をオフ状態からオン状態に切り換えることにより、電源６３の出力を用いて、電気ヒータ３４への通電を行う。ステップＳ４において、コントローラ６２は、温度センサ６１からの出力に基づいて、電池パック１の温度を再度検出する。
【００４２】
ステップＳ５において、ステップＳ４で検出された温度が所定値以上であるか否かを判別する。この所定値は、ステップＳ２の処理で説明した所定値と同じである。ここで、検出温度が所定値以上である場合には、ステップＳ６に進み、そうでない場合には、ステップＳ３に戻り、電気ヒータ３４への通電を続ける。
【００４３】
ステップＳ６において、コントローラ６２は、スイッチ６４をオン状態からオフ状態に切り換えることにより、電気ヒータ３４への通電を停止する。そして、ステップＳ７において、コントローラ６２は、電池パック１の出力を用いて、車両（エンジン）を始動させる（イグニッションスイッチをオン状態とする）。
【００４４】
なお、本実施例では、電気ヒータ３４への通電を停止してから車両を始動させているが、これに限るものではなく、電気ヒータ３４への通電を停止させるタイミングは、車両を始動させた後でもよい。また、図５に示すフローチャートでは、車両を始動させる際の動作について説明したが、これに限るものではなく、車両の走行時において電気ヒータ３４を用いて組電池３０（単電池３０ａ）を温めるようにしてもよい。
【００４５】
図５に示すフローチャートでは、電気ヒータ３４への通電を行った後に、電池パック１の温度を再度検出しているが、これに限るものではない。例えば、電気ヒータ３４への通電を行った後、所定時間の経過を待ってから、電池パック１の出力を用いて車両を始動させることもできる。ここでいう所定時間とは、電気ヒータ３４の発熱によって電池パック１の温度が上記所定値（ステップＳ２，５で説明した温度）に到達したことを間接的に判断するための時間である。すなわち、所定時間が経過したときには、電池パック１の温度が上記所定値に到達したものと推定するようにしている。
【００４６】
一方、電池パック１（組電池３０）の残容量（いわゆるＳＯＣ(State Of Charge)）が所定値よりも高い場合には、電池パック１の出力を用いて、電気ヒータ３４への通電を行うことができる。一般的に、車両の走行に用いられる電池パック１のＳＯＣは、予め定められた上限値（例えば、８０％）及び下限値（例えば、４０％）の範囲内となるように、電池パック１の充放電が行われる。ここで、電気ヒータ３４への通電を行う場合において、電池パック１のＳＯＣが上記下限値よりも十分に高ければ、電池パック１を放電させることができる。したがって、電池パック１を放電させた際の出力を用いて、電気ヒータ３４を駆動することができる。
【００４７】
本実施例によれば、単電池３０ａの両端側（端子３０ａ１，３０ａ２が位置する側）を支持する支持部材３１に電気ヒータ３４を設け、単電池３０ａの端子３０ａ１，３０ａ２を温めており、組電池３０を構成するすべての単電池３０ａを略均等に温めることができる。しかも、電気ヒータ３４は、組電池３０を構成するすべての単電池３０ａに設けるのではなく、一対の支持部材３１に設けるだけであるため、簡単な構成とすることができる。言い換えれば、支持部材３１を備えた従来の電池パックの構成に対して、支持部材３１に電気ヒータ３４を設けるだけでよいため、本実施例の電池パック１の製造工程が複雑になることもない。
【００４８】
ここで、所定の熱量（電気ヒータ３４の発熱量）で単電池３０ａを温める場合において、本実施例のように単電池３０ａを部分的に温める場合も、単電池３０ａを全体的に温める場合も、単電池３０ａの出力特性（時間の変化に対する出力の変化）は概ね同じである。したがって、本実施例のように、単電池３０ａの端子３０ａ１，３０ａ２を温めるだけで十分である。また、単電池３０ａは、発電要素をケースで覆った構造であるため、端子以外の部分を温めても、発電要素を効率良く温めることはできない。なお、発電要素とは、正極、負極及び電解液から構成され、充放電を行うことができる要素である。
【００４９】
また、本実施例では、単電池３０ａの端子３０ａ１，３０ａ２を温めるようにしているため、単電池３０ａを効率良く温めることができる。すなわち、端子３０ａ１、３０ａ２は、単電池３０ａの内部に設けられた発電要素と接続されているため、端子３０ａ１，３０ａ２を温めれば、発電要素を効率良く温めることができる。
【００５０】
一方、単電池３０ａでは、一般的に、温度が低いほど、出力が低下する傾向がある。特に、単電池３０ａとしてリチウムイオン電池を用いた場合には、上述した傾向が顕著に現れる。ここで、図６に、単電池３０ａにおける温度及び出力の関係（一例）を示す。
【００５１】
図６に示すように、単電池３０ａは、温度が低くなるにつれて、出力が低下する。ここで、車両を始動させるための出力として、図６の点線で示す出力（以下、始動出力）が必要であるとすると、この始動出力よりも低い出力では、車両を始動させることができない。
【００５２】
ここで、低温時においても、電池パック１の出力が上記始動出力よりも大きければよいが、この手段としては、組電池３０（単電池３０ａ）の容量を予め大きくしておくことが考えられる。すなわち、単電池３０ａの容量を大きくすれば、図６に示す特性が矢印Ｂで示す方向に変化することになり、低温時における電池パック１の出力を上記始動出力よりも大きくすることができる。しかし、この場合には、単電池３０ａの容量を大きくした分だけ、単電池３０ａが大型化してしまい、電池パック１も大型化してしまう。
【００５３】
一方、本実施例のように、電気ヒータ３４によって単電池３０ａを温めれば、電池パック１の出力を上記始動出力よりも大きくすることができ、低温時においても車両を始動させることができる。この場合には、単電池３０ａの容量を大きくする必要もないため、単電池３０ａや電池パック１が大型化することもない。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施例１である電池パックの構成を示す断面図である。
【図２】単電池の支持構造を示す断面図である。
【図３】電気ヒータの配置例を示す概略図である。
【図４】電気ヒータの駆動を制御するための回路構成を示すブロック図である。
【図５】電気ヒータの駆動制御を示すフローチャートである。
【図６】単電池における温度及び出力の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１：電池パック（蓄電装置）
３０：組電池
３０ａ：単電池（蓄電体）
３０ａ１，３０ａ２：端子
３１：支持部材（支持機構）
３２：バスバー（接続部材）
３４：電気ヒータ（発熱体）
６１：温度センサ
６２：コントローラ
【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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