JP5908934B2 - 車載用バッテリー - Google Patents

Description

本発明は、自動車等の車両に搭載され寒冷地においても使用することが可能な車載用バッテリーについての技術分野に関する。

特開平１１−１７６４８７号公報

自動車等の各種の車両にはモーターや各種の電装部品に電力を供給するための車載用バッテリーが搭載されている。

近年、特に、ＥＶ（Electric Vehicle：電気自動車）やＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicle：ハイブリッド電気自動車）やＰＨＥＶ（Plug-in Hybrid Electric Vehicle：プラグインハイブリッド電気自動車）等の車両が普及されつつあり、これらの電気を動力とした車両においては高い蓄電機能を有する車載用バッテリーが搭載される。

車載用バッテリーは複数の電池モジュールによって構成され、電池モジュールは、例えば、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池等の複数の電池セル（２次電池）と、冷却通路を確保するために各電池セル間に配置されたセパレーターとを交互に積層した電池積層体と、電池積層体を積層方向に締結する固定部材と、電池セル間を電気的に接続するバスバーモジュールと、電池セル間に冷却風を送るチャンバーとから構成されている。

このような車載用バッテリーにおいて用いられる電池セルの出力性能は温度によって変化し、低温時には電池セルの出力性能が低下してしまう。従って、寒冷地において使用される車載用バッテリーに関しては、冬季などの低温時に車載用バッテリーから十分な電力がモーター等に供給されずモーター等において必要な出力が得られないおそれがある。

そこで、このような寒冷地において使用される車載用バッテリーには、ヒーターが設けられ、低温時にヒーターによって電池セルを加熱して電池セルの出力性能を高めるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載された車載用バッテリーにあっては、収納ケースの内部に筒状の複数のセル収容部が設けられ、各セル収容部にそれぞれ電池セルが挿入されて配置されている。ヒーター（ペルチェ素子）は各セル収容部間に形成された隙間に挿入されて配置され、低温時にヒーターに電流が供給されて駆動され、ヒーターによって電池セルが加熱される。

ところが、特許文献１に記載された車載用バッテリーにあっては、セル収容部の内側に電池セルが配置されセル収容部の外側にヒーターが配置されているため、電池セルとヒーターの間にセル収容部が存在し、ヒーターによる電池セルに対する加熱効率が低くなるおそれがある。

また、電池セルとヒーターがセル収容部の内外に位置されており、電池セルの重量がセル収容部を介してヒーターに荷重として付与されてしまい、ヒーターの損傷や破損が生じるおそれもある。特に、車両の走行時に発生する振動によって電池セルの重量がセル収容部を介してヒーターに大きな荷重として付与される可能性がある。

そこで、本発明は、上記した問題点を克服し、ヒーターによる電池セルに対する加熱効率の向上を図ると共にヒーターの損傷や破損の発生を防止することを目的とする。

第１に、本発明に係る車載用バッテリーは、前面壁と後面壁と二つの側面壁と底面壁とから構成された収納部を有し、少なくとも前記底面壁に複数の空洞部が形成された中空断面を有する収納ケースと、電池セルを有し前記収納ケースに収納された電池モジュールとを備え、前記収納ケースにおける前記電池モジュールの下側に位置する部分に、前記底面壁に形成された前記空洞部に連通され上方に開口された配置凹部が形成され、前記配置凹部に前記電池セルを加熱するヒーターが前記電池セルと非接触の状態で配置されたものである。

これにより、電池セルとヒーターが空間を介して対向して位置される。

第２に、上記した本発明に係る車載用バッテリーにおいては、前記ヒーターの下側に位置する前記空洞部に、前記ヒーターに電流を供給するためのヒーター用電線が配置されることが望ましい。

これにより、空洞部がヒーター用電線の配置スペースとして用いられ、ヒーター用電線の配置スペースを収納ケースの内部において別に形成する必要がない。

第３に、上記した本発明に係る車載用バッテリーにおいては、前記底面壁に形成された前記空洞部に断熱材が配置されることが望ましい。

これにより、収納ケースの外部へのヒーターからの熱の放出が抑制される。

第４に、上記した本発明に係る車載用バッテリーにおいては、前記断熱材が前記ヒーターの下側に位置する前記空洞部に配置されることが望ましい。

これにより、収納ケースの外部へのヒーターからの熱の放出が効率的に抑制される。

第５に、上記した本発明に係る車載用バッテリーにおいては、前記配置凹部に互いに向き合う方向に開口された一対の取付溝が形成され、前記ヒーターの両端部がそれぞれ前記一対の取付溝にスライドされた状態で挿入され前記ヒーターが前記配置凹部に配置されることが望ましい。

これにより、ヒーターが取付溝にスライドにより挿入されて保持される。

第６に、上記した本発明に係る車載用バッテリーにおいては、前記ヒーターが平板状に形成され、前記ヒーターの板厚方向が上下方向に一致されることが望ましい。

これにより、ヒーターの発熱面積が大きくなる。

第７に、上記した本発明に係る車載用バッテリーにおいては、前記電池モジュールの内部に冷却風を流動させる冷却ファンが設けられ、前記ヒーターの駆動時に前記冷却ファンの駆動が停止されることが望ましい。

これにより、ヒーターによって温められて電池セルを加熱する空気の電池モジュールの内部における流動が抑制される。

本発明によれば、電池セルとヒーターが空間を介して対向して位置されるため、ヒーターによる電池セルに対する加熱効率の向上を図ることができると共にヒーターの損傷や破損の発生を防止することができる。

図２乃至図８と共に本発明車載用バッテリーの実施の形態を示すものであり、本図は、車載用バッテリーの概略分解斜視図である。 車載用バッテリーの斜視図である。 収納ケースにおける底面壁と底面壁に配置されるヒーターの拡大斜視図である。 電池モジュールの斜視図である。 電池モジュールが底面壁に配置された状態を示す断面図である。 電池モジュールを天面部を取り外した状態でダクトとともに示す概念図である。 ヒーターの配置に関する変形例を示す断面図である。 空洞部に断熱材が配置された例を示す断面図である。

以下に、本発明車載用バッテリーを実施するための形態について添付図面を参照して説明する。

車載用バッテリー１は収納ケース２と電池モジュール３、３、・・・を有している（図１及び図２参照）。車載用バッテリー１は、例えば、車両のリヤシートの後方において荷室等の車体フロアーの上方に配置される。

収納ケース２は上方に開口された収納部４と収納部４の開口を上方から閉塞する平板状の蓋部５とを有している。

収納部４は前後方向を向く前面壁６と前面壁６の後側に位置され前後方向を向く後面壁７と左右に離隔して位置された側面壁８、８と上下方向を向く底面壁９とを有している。前面壁６と後面壁７と側面壁８、８と底面壁９は何れも、例えば、アルミニウム等の押出成形によって形成され、中空断面を有している。

前面壁６には左右に延び上下に並ぶ空洞部６ａ、６ａ、６ａが形成され、後面壁７には左右に延び上下に並ぶ空洞部７ａ、７ａ、７ａが形成されている。側面壁８、８にはそれぞれ前後に延び上下に並ぶ空洞部８ａ、８ａ、・・・が形成されている。前面壁６にはダクト挿通孔６ｂ、６ｂ、６ｂが左右に離隔して形成されている。前面壁６には左右方向における一端部にケーブル挿通孔６ｃ、６ｃが形成されている。後面壁７にはダクト挿通孔７ｂ、７ｂが左右に離隔して形成されている。

底面壁９には前後に延び左右に並ぶ空洞部９ａ、９ａ、・・・が形成されている（図３参照）。底面壁９には所定の空洞部９ａ、９ａ、・・・の上側に配置凹部１１、１１、・・・が形成されている。配置凹部１１、１１、・・・は上方に開口されると共に空洞部９ａ、９ａ、・・・に連通され、左右方向において等間隔に離隔した位置に形成されている。配置凹部１１、１１、・・・は、例えば、四つが形成されている。配置凹部１１は左右両側の部分以外の部分が空洞部９ａに連通され、配置凹部１１の左右両側の部分に上方を向く載置面１１ａ、１１ａが形成されている。

底面壁９の上面側には前後に延びる仕切り突部１０、１０、・・・が左右に離隔して設けられている。仕切り突部１０、１０、・・・は上方に突出され、仕切り突部１０、１０、・・・間にそれぞれ一つずつの配置凹部１１、１１、・・・が形成されている。

配置凹部１１、１１、・・・にはそれぞれヒーター１２、１２、・・・が配置されている。ヒーター１２は左右両端部が載置面１１ａ、１１ａに載置されることにより配置凹部１１に配置されている。ヒーター１２は上下方向を向き前後に延びる平板状に形成され、例えば、樹脂ベース１２ａに電熱線１２ｂが埋設されて形成されている。

尚、ヒーター１２としては、例えば、周辺温度を自己検出して放熱量の制御を行うＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）ヒーターを用いることが可能である。

ヒーター１２が配置凹部１１に配置された状態においては、ヒーター１２の上面が底面壁９の上面より稍下方に位置され、ヒーター１２が底面壁９から上方に突出されていない状態にされている。

ヒーター１２が配置された配置凹部１１に連通する空洞部９ａには、ヒーター１２に電流を供給するためのヒーター用電線１３、１３が配置されている。従って、ヒーター用電線１３、１３はヒーター１２によって上方から閉塞されている。

電池モジュール３、３、・・・は、例えば、四つが左右に並んで収納ケース２に収納されている（図１及び図２参照）。

電池モジュール３はセルカバー１４とセルカバー１４の内部において前後に並んで配列された複数の電池セル１５、１５、・・・とを有している。

セルカバー１４は、図４及び図５に示すように、前後方向を向く前面部１６と前面部１６の後側に位置され前後方向を向く後面部１７と左右に離隔して位置された側面部１８、１８と上下方向を向く天面部１９と側面部１８、１８にそれぞれ取り付けられたチャンバー形成部２０、２０とを有している。

側面部１８、１８は左右方向を向く取付面部２１、２１と取付面部２１、２１の上縁から左右方向において互いに近付く方向へ突出された上側突面部２２、２２と取付面部２１、２１の下縁から左右方向において互いに近付く方向へ突出された下側突面部２３、２３とを有している。取付面部２１には外周部を除く部分に左右に貫通された開口部２１ａが形成されている。

チャンバー形成部２０は側方と前後の一方とに開口された箱状に形成され、左右方向における開口縁部が取付面部２１の外周部に取り付けられている。取付面部２１、２１の外周部にそれぞれチャンバー形成部２０、２０が取り付けられることにより、セルカバー１４の内部における左右両側にそれぞれ空間が形成され、これらの空間がチャンバー２４、２４として形成されている。チャンバー形成部２０の前後の一方の開口は連結用開口２０ａとして形成されている。

天面部１９には上下に貫通された挿通孔１９ａ、１９ａがそれぞれ前後両端部に形成されている。

電池セル１５、１５、・・・は左右両端部がそれぞれ側面部１８、１８の下側突面部２３、２３に載置されてセルカバー１４に保持され、前後に小さな隙間を有した状態で等間隔に並んで配列されている（図６参照）。電池セル１５にはそれぞれ上方に突出された正極側端子１５ａと負極側端子１５ｂが左右に離隔して設けられている。電池セル１５、１５、・・・は前後で隣接して位置された正極側端子１５ａ、１５ａ、・・・と負極側端子１５ｂ、１５ｂ、・・・がそれぞれ導電性を有する接続板２５、２５、・・・によって接続され、直列に接続されている。

電池セル１５、１５、・・・の上面には天面部１９の下側において押さえ板２６が取り付けられている（図５及び図６参照）。押さえ板２６には前後に延びる配置孔２６ａ、２６ａ、・・・が前後左右に離隔して形成されている。配置孔２６ａには前後に隣接して位置された電池セル１５、１５の正極側端子１５ａと負極側端子１５ｂと両者を接続する接続板２５とが配置されている。

収納ケース２には左右両端部にそれぞれプラグセンサーボックス２７とジャンクションボックス２８が収納されている（図１及び図２参照）。また、収納ケース２の内部には車載用バッテリー１の全体の制御を司る図示しないバッテリーコントロールユニットが配置されている。

プラグセンサーボックス２７には所定の接続プラグやセンサー等が配置されている。

ジャンクションボックス２８は縦長の形状に形成された筐体２９と筐体２９に配置され電流等の制御を行う制御部品３０、３０、・・・とを有している。制御部品３０、３０、・・・としては、例えば、リレーやヒューズやコネクター端子等が設けられている。ジャンクションボックス２８には前面壁６のケーブル挿通孔６ｃ、６ｃを挿通されたケーブル３１、３１の一端部が接続され、ジャンクションボックス２８がケーブル３１、３１によって車両の床下に搭載された図示しない電源回路（インバーター）に接続されている。

電池モジュール３、３、・・・はプラグセンサーボックス２７とジャンクションボックス２８の間に挿入されて収納ケース２に収納される。電池モジュール３、３、・・・はそれぞれ収納ケース２の底面壁９に設けられた仕切り突部１０、１０、・・・に仕切られる位置において底面壁９の上面に載置された状態で配置される（図５参照）。従って、電池セル１５、１５、・・・の真下に、それぞれ配置凹部１１、１１、・・・に配置されたヒーター１２、１２、・・・が位置される。このときヒーター１２の上面が底面壁９の上面より稍下方に位置されてヒーター１２が底面壁９から上方に突出されていないため、電池セル１５、１５、・・・とヒーター１２、１２、・・・は接触されておらず、電池セル１５、１５、・・・の下面とヒーター１２、１２、・・・の上面との間にそれぞれ一定の隙間が形成されている。

上記のように電池モジュール３、３、・・・とプラグセンサーボックス２７とジャンクションボックス２８が収納ケース２に収納された状態において、プラグセンサーボックス２７に隣接して位置された電池モジュール３の電池セル１５とプラグセンサーボックス２７が第１の接続用バスバー３２によって接続され、ジャンクションボックス２８に隣接して位置された電池モジュール３の電池セル１５とジャンクションボックス２８が第２の接続用バスバー３３によって接続される。第１の接続用バスバー３２の一端部と第２の接続用バスバー３３の一端部とはそれぞれ電池モジュール３、３の天面部１９、１９に形成された挿通孔１９ａ、１９ａに挿通されて電池セル１５、１５の正極側端子１５ａ又は負極側端子１５ｂに接続される。

また、隣接する電池モジュール３、３、・・・の電池セル１５、１５、・・・同士がそれぞれ直流接続用バスバー３４、３４、・・・によって接続される。直流接続用バスバー３４、３４、・・・は両端部がそれぞれ電池モジュール３、３の天面部１９、１９、・・・に形成された挿通孔１９ａ、１９ａ、・・・に挿通されて電池セル１５、１５、・・・の正極側端子１５ａ、１５ａ、・・・又は負極側端子１５ｂ、１５ｂ、・・・に接続される。

尚、プラグセンサーボックス２７とジャンクションボックス２８は電線やバスバーによってバッテリーコントロールユニット等の所定の各部に接続される。

電池モジュール３、３、・・・の前面側には吸気用ダクト３５、３５が左右に並んで設けられている。吸気用ダクト３５は左右に延びる吸気部３６と吸気部３６から後方に突出された連結部３７、３７とを有している。吸気部３６の外側の端面には吸気用開口３６ａが形成され、連結部３７、３７の後端面にはそれぞれ図示しない流入用開口が形成されている。

吸気用ダクト３５、３５は吸気部３６、３６が収納ケース２における前面壁６の前側に位置され、連結部３７、３７、・・・がそれぞれ前面壁６に形成されたダクト挿通孔６ｂ、６ｂ、６ｂを挿通され、連結部３７、３７、・・・の後端部がそれぞれ電池モジュール３、３、・・・におけるチャンバー形成部２０、２０、・・・の前端部に連結される（図６参照）。従って、連結部３７、３７、・・・の流入用開口とチャンバー形成部２０、２０、・・・の連結用開口２０ａ、２０ａ、・・・とがそれぞれ連通され、吸気用開口３６ａ、３６ａから取り込まれる冷却風が吸気用ダクト３５、３５を介して電池モジュール３、３、・・・の内部に形成されたチャンバー２３、２３、・・・に送られる。チャンバー２３、２３、・・・に送られた冷却風は電池セル１５、１５、・・・間の隙間から反対側のチャンバー２３、２３、・・・へ向けて流動される。

電池モジュール３、３、・・・の後面側には排気用ダクト３８、３８が左右に離隔して設けられている（図１及び図２参照）。排気用ダクト３８は外形が略円形状のファン配置部３９とファン配置部３９から前方に突出された連結突部４０とファン配置部３９から側方に突出された排気部４１とを有している。連結突部４０は前端部が左右方向において二股状に分岐され、前端面に左右に並ぶ流出用開口４０ａ、４０ａが形成されている。排気部４１の先端面には図示しない排気用開口が形成されている。

ファン配置部３９の内部には冷却ファン４２が回転自在に配置されている。冷却ファン４２は回転されることにより冷却風を連結突部４０側から排気部４１側へ流動させる機能を有している。

排気用ダクト３８、３８はファン配置部３９、３９と排気部４１、４１が収納ケース２における後面壁７の後側に位置され、連結突部４０、４０がそれぞれ後面壁７に形成されたダクト挿通孔７ｂ、７ｂを挿通され、連結突部４０、４０の前端部がそれぞれ電池モジュール３、３、・・・におけるチャンバー形成部２０、２０、・・・の後端部に連結される（図６参照）。従って、連結突部４０、４０の流出用開口４０ａ、４０ａ、・・・とチャンバー形成部２０、２０、・・・の連結用開口２０ａ、２０ａ、・・・とがそれぞれ連通され、電池セル１５、１５、・・・を冷却した冷却風がチャンバー２３、２３、・・・から排気用ダクト３８、３８を介して排気用開口から排出される。

上記した吸気用ダクト３５、３５、電池モジュール３、３、・・・及び排気用ダクト３８、３８における冷却風の流動は、冷却ファン４２、４２によって強制的に行われ、電池セル１５、１５、・・・が効率的に冷却される。

上記のように構成された車載用バッテリー１において、低温時にはヒーター用電線１３、１３、・・・を介してヒーター１２、１２、・・・に電流が供給され、電熱線１２ｂ、１２ｂ、・・・が発熱されて電池モジュール３の内部の空気が温められヒーター１２、１２、・・・の真上に位置された電池セル１５、１５、・・・が加熱される。このとき冷却ファン４２、４２は回転されず、電池セル１５、１５、・・・が冷却されないように制御されている。

このようにヒーター１２、１２、・・・の駆動時に冷却ファン４２、４２が回転されないことにより、ヒーター１２、１２、・・・によって温められて電池セル１５、１５、・・・を加熱する空気の電池モジュール３の内部における流動が抑制されるため、ヒーター１２、１２、・・・による電池セル１５、１５、・・・に対する加熱効率の向上を図ることができる。

ヒーター１２、１２、・・・によって加熱された電池セル１５、１５、・・・は温度が上昇されて出力性能が向上し、高い蓄電機能が確保される。

以上に記載した通り、車載用バッテリー１にあっては、収納ケース２における電池モジュール３、３、・・・の下側に位置する部分に空洞部９ａ、９ａ、・・・に連通され上方に開口された配置凹部１１、１１、・・・が形成され、配置凹部１１、１１、・・・に電池セル１５、１５、・・・を加熱するヒーター１２、１２、・・・が電池セル１５、１５、・・・と非接触の状態で配置されている。

従って、電池セル１５、１５、・・・とヒーター１２、１２、・・・が空間を介して対向して位置されるため、ヒーター１２、１２、・・・による電池セル１５、１５、・・・に対する加熱効率の向上を図ることができると共に電池セル１５、１５、・・・の荷重がヒーター１２、１２、・・・に付与されずヒーター１２、１２、・・・の損傷や破損の発生を防止することができる。

また、電池セル１５、１５、・・・とヒーター１２、１２、・・・の間には空気が存在するため、ヒーター１２、１２、・・・による電池セル１５、１５、・・・の局所的な温度上昇が抑制され、電池セル１５、１５、・・・の全体を加熱することができる。

さらに、ヒーター１２、１２、・・・によって加熱された空気は上昇し易いため、電池セル１５、１５、・・・の真下にヒーター１２、１２、・・・が位置されることにより、ヒーター１２、１２、・・・による電池セル１５、１５、・・・に対する一層の加熱効率の向上を図ることができる。

さらにまた、ヒーター１２の下側に位置する空洞部９ａにヒーター用電線１３、１３が配置されているため、空洞部９ａがヒーター用電線１３、１３の配置スペースとして用いられ、ヒーター用電線１３、１３の配置スペースを収納ケース２の内部において別に形成する必要がなく、スペースの有効活用による車載用バッテリー１の小型化を図ることができる。

加えて、ヒーター１２が上下方向を向く平板状に形成されているため、ヒーター１２の発熱面積が大きくなり、ヒーター１２による電池セル１５に対するより一層の加熱効率の向上を図ることができる。

尚、上記には、空洞部９ａの上側に位置された配置凹部１１に載置面１１ａ、１１ａが形成され、ヒーター１２が載置面１１ａ、１１ａに載置されることにより配置凹部１１に配置された例を示したが、例えば、図７に示すように、配置凹部１１に互いに向き合う方向に開口する一対の取付溝１１ｂ、１１ｂが形成され、取付溝１１ｂ、１１ｂにヒーター１２が前方又は後方からスライドされて配置凹部１１に配置されるようにすることも可能である。

このように取付溝１１ｂ、１１ｂにヒーター１２がスライドされて配置凹部１１に配置されることにより、ヒーター１２が取付溝１１ｂ、１１ｂにスライドにより挿入されて保持されるため、ヒーター１２の収納ケース２に対する取付作業における作業性の向上を図ることができると共にヒーター１２を収納ケース２に固定する手段及び作業が不要になり構造の簡素化及び一層の作業性の向上を図ることができる。

また、収納ケース２の底面壁９に形成された空洞部９ａ、９ａ、・・・には断熱材４３、４３、・・・が充填されて配置されていてもよい（図８参照）。

空洞部９ａ、９ａ、・・・に断熱材４３、４３、・・・が配置されることより、収納ケース２の外部へのヒーター１２、１２、・・・からの熱の放出が抑制され、ヒーター１２、１２、・・・による電池セル１５、１５、・・・に対する加熱効率の向上を図ることができる。

特に、断熱材４３がヒーター１２の下側に位置する空洞部９ａに配置されることにより、収納ケース２の外部へのヒーター１２からの熱の放出が効率的に抑制され、コストの高騰を来すことなくヒーター１２による電池セル１５に対する加熱効率の向上を図ることができる。

１…車載用バッテリー、２…収納ケース、３…電池モジュール、９ａ…空洞部、１１…配置凹部、１２…ヒーター、１３…ヒーター用電線、１５…電池セル、４３…断熱材、１１ｂ…取付溝

Claims (7)

1. 前面壁と後面壁と二つの側面壁と底面壁とから構成された収納部を有し、少なくとも前記底面壁に複数の空洞部が形成された中空断面を有する収納ケースと、
   電池セルを有し前記収納ケースに収納された電池モジュールとを備え、
   前記収納ケースにおける前記電池モジュールの下側に位置する部分に、前記底面壁に形成された前記空洞部に連通され上方に開口された配置凹部が形成され、
   前記配置凹部に前記電池セルを加熱するヒーターが前記電池セルと非接触の状態で配置された
   車載用バッテリー。
2. 前記ヒーターの下側に位置する前記空洞部に、前記ヒーターに電流を供給するためのヒーター用電線が配置された
   請求項１に記載の車載用バッテリー。
3. 前記底面壁に形成された前記空洞部に断熱材が配置された
   請求項１又は請求項２に記載の車載用バッテリー。
4. 前記断熱材が前記ヒーターの下側に位置する前記空洞部に配置された
   請求項３に記載の車載用バッテリー。
5. 前記配置凹部に互いに向き合う方向に開口された一対の取付溝が形成され、
   前記ヒーターの両端部がそれぞれ前記一対の取付溝にスライドされた状態で挿入され前記ヒーターが前記配置凹部に配置された
   請求項１、請求項２、請求項３又は請求項４に記載の車載用バッテリー。
6. 前記ヒーターが平板状に形成され、前記ヒーターの板厚方向が上下方向に一致された
   請求項１、請求項２、請求項３、請求項４又は請求項５に記載の車載用バッテリー。
7. 前記電池モジュールの内部に冷却風を流動させる冷却ファンが設けられ、
   前記ヒーターの駆動時に前記冷却ファンの駆動が停止される
   請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５又は請求項６に記載の車載用バッテリー。

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