JP2002231203A - ブスバーを兼用した電気自動車用二次電池収納筐体 - Google Patents
ブスバーを兼用した電気自動車用二次電池収納筐体Info
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Abstract
用させることを課題とする。 【解決手段】 硬質陽極酸化皮膜を施した、ブスバーと
して兼用するアルミニウム合金製の電気自動車用二次電
池収納筐体とする。前記硬質陽極酸化皮膜の厚みが20
〜100μmであることが好ましい。
Description
する多数の二次電池を載置する筐体に関し、特には二次
電池周りのブスバーを兼用した二次電池収納筐体に関す
る。
気自動車が注目されてきている。二次電池を利用した電
気自動車では、二次電池の種類によって異なるとはい
え、電池重量が占める割合は一般に非常に大きく、車体
重量の軽量化に対する要求が過酷になる。二次電池は、
通常、筐体に複数個収納され、筐体が車体に固定され
る。二次電池は、筐体内に直列にブスバーを用いて結線
され、さらに筐体単位に直列または並列に結線されて、
モーターへと出力される。
は電気抵抗の小さいものであることが重視されるため、
Cuが用いられ、一方、筐体としては強度と絶縁性・熱
伝導性・熱放散性が重要視され、両者は別体のものとさ
れてきた。しかし、筐体とブスバーとを別体のものとす
るのでは、それだけ重量が嵩み、電気自動車の軽量化の
要請に必ずしも十分に応えることはできない。そこで本
発明では、この筐体とブスバーとを兼用させることを課
題とし、筐体及びブスバーとして必要な基礎的な諸条件
を明らかにすることを課題とする。
次電池収納筐体は、上記の課題を解決するために、硬質
陽極酸化皮膜を施した、ブスバーとして兼用するアルミ
ニウム合金製の電気自動車用二次電池収納筐体とする。
前記硬質陽極酸化皮膜の厚みが20〜100μmである
ことが好ましい。
えば、リチウム電池を用いた一例では、放電時起電力4
Vのリチウム電池4個単位7組を筐体内に直列に設置
し、筐体を3個直列に結線してチャンネルとし、2チャ
ンネルで電気自動車用動力源とするものがある。これに
よれば、電池の駆動用起電力としては常用300V(放
電初期時336V)、通常運転時の駆動用電流は約20
0〜250A程度、発進・高加速時の最大許容電流12
00Aが一応の目安となっている。
体としては、強度と共に、電気絶縁性と、電池からの放
電中(走行中)に発生する熱の放散性、さらに、電池か
らの万一の電解質漏洩に対する、および/または自然腐
食に対する耐食性を有する必要があり、ブスバーとして
兼用させる観点からは比抵抗の小さいことも必要であ
る。全体として軽量であることも望ましい。それらの諸
条件を兼ね備えた材料として、アルミニウム合金材に陽
極酸化皮膜処理を施したものが好適であることを見出
し、本発明に至った。以下、順次説明する。
厚さと絶縁破壊電圧との関係を調べた。A1050材に
厚みを変えて硫酸系陽極酸化皮膜を施し、未封孔のもの
と純水30分の封孔処理を施したものの絶縁破壊電圧を
測定した。図1に未封孔のものの、また、図2に純水封
孔処理したものの測定結果を示す。両図中、実線は表面
−表面間の、点線は表面−素地間の絶縁破壊電圧測定結
果である。絶縁破壊電圧は500V以上、好ましくは1
000V以上必要である。この測定結果から、封孔処理
をした陽極酸化皮膜は、通常建材等に適用される5〜1
0μmでは不足気味で、20μm以上、好ましくは25
μm以上、さらに好ましくは50μm程度以上であれ
ば、電気自動車用の二次電池トレーとして用いられ得る
ことが判る。
皮膜は、絶縁性と耐摩耗性を備えているものとして知ら
れているが、熱放散性については知られていなかった。
A6061材に100×100×10mm板の一面に、
:硫酸系陽極酸化皮膜(約55μm)に純水封孔30
分、:吹き付け黒色塗装22.6μm、および:無
処理の3枚の試料を準備し、室温雰囲気約22.5℃中
で、60℃にセットしたホットプレート上に乗せて1分
ごとに各試料の表面温度を測定した結果を図3に示す。
での塗装アルミ板では、塗膜が保温膜として働くため
に、温度が高くなり、の封孔処理アルマイト板では熱
放散で温度は低い。そして、いずれの試料も約10分で
表面温度はほぼ一定となった。一定となったときの温度
は、の無処理板では59.3℃、の塗装アルミ板で
は59.1℃となったのに対して、の封孔処理アルマ
イト板では58.4℃と、約1℃の温度低下を示した。
このことから、封孔処理アルマイト板の表面からの熱放
散は、無処理のアルミニウム板よりも十分に大きいこと
が判った。なお、ホットプレートの温度を60℃とした
のは、リチウム電池では電池温度が50℃を超えると電
池寿命の低下が著しくなる、といわれていることに鑑
み、近似する温度での熱放散の評価を試みたものであ
る。
成する仮想トレーを試作し、電流を流してその表面温度
等の変化を調べた。この場合、トレーに二次電池を載置
・固定し、トレーは筐体の一壁をなすか、あるいは、筐
体の内部に収納される。本発明においては、トレーを含
めて筐体と呼ぶ。試作トレーは、材質6N01の押出型
材で、T6処理、硫酸系陽極酸化皮膜50μm厚、Ni
酢酸塩封孔(30分)+加圧蒸気封孔のダブル封孔処理
を施した、トレー幅175mm(内法171mm)、幅
両端の立ち上がり22mm、肉厚2mm、長さ2000
mmの試作トレーを、内寸法250×250mmの木製
風洞内中央に垂直に設置し、風洞の両端密閉の場合、風
洞の両端を開放して自然対流を許容する場合、および風
洞内に流速1.16m/sec(風量約0.37m 3/
sec)の空気を強制対流させた場合について、電流1
200A(電流密度約2.94A/mm2)、電流57
1A(電流密度1.4A/mm2)をそれぞれ流した場
合のトレー中央部表面温度を測定した。併せて、いくつ
かの場合については、同一形状の表面処理をしない試作
トレーについても同様に測定した。
線は電流1200Aで密閉状態の場合、B線は電流12
00Aで自然対流状態の場合、C線は電流1200Aで
強制対流状態の場合、D線は電流571Aで密閉状態の
場合であり、添字の1(A1等)は表面処理(陽極酸化
皮膜処理)トレー中央部の温度、添字の2(A2等)は
表面未処理トレー中央部の温度である。
電流である1200Aを連続して流しても、実質密閉状
態においても、3分経過後でトレー中央部の温度は3
6.3℃、15分経過後で65.7℃(以上A1)、強
制冷却を行えば15分経過後でも37℃(C1)であ
り、その時点で温度上昇はほぼ限界に近付いている。通
常運転時に想定される駆動用電流は約200〜250A
であるが、その約倍の電流(571A)を流しても、実
質密閉状態において11分経過後でトレー中央部の温度
は34.7℃(D1)、15分経過後でも40℃以下で
あった。
より熱伝達係数を求め、硬質陽極酸化皮膜の有(実線)
・無(破線)による放熱性の差異を表したものである。 Q=h・S(θ−θ0)……(1) ここで、Q:放熱量(W)、h:熱伝達係数(W/m2
・℃)、S:表面積(m2)、θ:安定した後の表面温
度(℃)、θ0:周囲温度(℃)である。陽極酸化皮膜
有(50μm)は、皮膜無に比べ、空気の流速が同じと
すると、熱伝達係数は50%前後大きくなっている。例
えば、 θ=40℃、θ0=20℃とした場合、 実験条件:Q=300W、S=0.868m2を用いて
熱伝達係数を求めると、h=17.2W/m2・℃とな
る。表面温度が維持されるに必要な空気の流速は、グラ
フより皮膜有:0.23m/s、皮膜無:0.69m/
sとなり、硬質陽極酸化皮膜を施すことにより、1/3
の流速で間に合う。 流速1m/sの場合 グラフより、熱伝達係数は、皮膜有:27.2W/m2
・℃、皮膜無:19.2W/m2・℃となり、硬質陽極
酸化皮膜を施すことにより、放熱量が約1.4倍大きく
なる。以上のことから、硬質陽極酸化皮膜を施したアル
ミニウム合金製トレーの放熱性のよいことが確認され
た。
はないから、この仮想トレーは、ブスバーとして兼用し
ても、密閉状態で用いても、電気自動車に搭載されるリ
チウム電池の電池寿命の低下が懸念される50℃を超え
ることはないといえる。強制冷却すれば、たとえ発進・
高加速運転が長時間連続される場合でも、安全である。
逆に、リチウム電池の放電時の発熱に対して、ヒートシ
ンク様に作用して、リチウム電池の冷却に寄与すること
が可能であることが判る。
筐体がブスバーを兼用することにより、ブスバーとして
の専用配線による導電が不要となり、重量が軽減でき、
コスト的にもプラスとなる上に、筐体を固定するシャー
シ(フレーム)がコンパクトにできる。また、アルミニ
ウム合金製電池収納筐体に硬質陽極酸化皮膜を施すこと
により、筐体自体が電気絶縁性を有するために、電池外
箱の電気絶縁性を簡略化できるので、電池の放熱性を落
とさないで済む。さらに、電池から筐体への接触熱伝導
と筐体からの熱放散が図られ得るという利点が得られ
る。筐体を元々熱伝導性のよいアルミニウム合金製とす
れば、陽極酸化皮膜の赤外線領域での良好な放熱特性が
プラスされることも判った。そして、陽極酸化皮膜によ
り、筐体表面の耐食性が向上し、仮に電池からの電解液
の漏れが起こっても、それによる腐食や、さらに自然腐
食が防止され、トレーを含む筐体自体の耐久性を向上さ
せることができる。以上、予備的な性能チェックによ
り、ブスバーを兼用した電気自動車用二次電池収納筐体
として、硬質陽極酸化皮膜を施したアルミニウム合金材
が有効に利用し得ることが判った。
厚と絶縁破壊電圧との関係を示すグラフである。
膜膜厚と絶縁破壊電圧との関係を示すグラフである。
性能を比較したグラフである。
である。
を示すグラフである。
Claims (2)
- 【請求項1】 硫酸系あるいは有機酸系電解液による硬
質陽極酸化皮膜を施した、ブスバーとして兼用するアル
ミニウム合金製の電気自動車用二次電池収納筐体。 - 【請求項2】 前記硬質陽極酸化皮膜の厚みが20〜1
00μmである請求項1に記載のアルミニウム合金製の
電気自動車用二次電池収納筐体。
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- 2001-01-31 JP JP2001023913A patent/JP4759699B2/ja not_active Expired - Fee Related
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