本発明は、バッテリー加熱装置、床暖房装置、及び融雪装置に関する。

バッテリーは設計温度よりも低温の状態となると内部抵抗が大きくなり、電圧低下及び容量低下が引き起こされてバッテリーの性能が低下してしまうことが知られている。このため、特にバッテリーを動力源とする機器ではこのようなバッテリーの性能低下は致命的となる。

ところで現在は、自動車のEV(Electric Vehicle)化が進められている。EVではその動力源の全てはバッテリーとなるため、バッテリーの性能向上は自動車の性能向上に直結する。例えば冬場や寒冷地ではバッテリーの温度が低下し易く、バッテリーの性能低下にともなって自動車の性能が十分に発揮されないといった懸念がある。

ここで特許文献1に記載されているように、従来はバッテリーの性能向上を目的としてバッテリーを電熱線ヒーターによって加熱する手法が採用されていた。

また同様に、特許文献2に示す床暖房装置や特許文献3に示す融雪装置においても電熱線ヒーターを用いて加熱を行うものが知られている。

特開2011—238428号公報

特開2001—82752号公報

特開2006—46064号公報

特許文献1のような従来の電熱線ヒーターは、発熱している間は常時電力を消費する。しかしながら、全ての動力源を車体に搭載されたバッテリーに頼るEVでは、バッテリーを加熱するヒーターの動力源もバッテリーとなり、バッテリーを加熱する分の電力は自動車の走行に使用できないことになる。この結果、自動車の航続距離が低下してしまう可能性がある。また、EVにはエンジンが無いため、エンジンの排熱を利用してバッテリーを加熱することもできない。また電熱線ヒーターを用いた床暖房装置や融雪装置においても、発熱している間は常時電力を消費するため、バッテリーを加熱する場合と同様に電力消費量を抑えることは難しい。 また従来の床暖房装置では、電熱線(ニクロム線)を床下に敷いて床を加熱するため、断線のリスクがある。さらに、温水が流れるパイプを床下に敷いて床を加熱する温水方式の床暖房装置も知られているが、経年劣化による水漏れの可能性がある。 また従来の融雪装置では、電熱線(ニクロム線)を地中に埋め込み電流を流して温めるため伝熱に時間を要し、一般的には雪が積もってしまう前に加熱しておく必要があるため電力消費量を抑えることは難しい。融雪のため地下水を散布する手法や塩をまくといった手法も考えられるが、地下水のくみ上げにより地面の陥没がおきやすくなるといった問題や、塩をまくことにより赤錆が発生するといった問題が生じうる。

そこで本発明は、簡易な構成で加熱対象を効率的に加熱可能なバッテリー加熱装置、及び床暖房装置、及び融雪装置を提供する。

本発明の一態様に係るバッテリー加熱装置は、マイクロ波を出力する出力機と、前記出力機から出力された前記マイクロ波が照射され、該マイクロ波を吸収することで蓄熱及び発熱する発熱体と、を備え、前記発熱体によりバッテリーを加熱する。

本態様では、発熱体にマイクロ波を照射することで、瞬時に発熱体を発熱させ、速やかに加熱対象であるバッテリーを加熱することができる。このため、寒冷地等の外気温が低い環境下であっても、バッテリーに本来の性能を発揮させることが可能となる。 さらに、発熱体が蓄熱機能を有しているため発熱体へのマイクロ波の照射を停止した場合であっても発熱体からの発熱量が急激に低下することがなく、発熱体が発熱を継続することができる。この結果、バッテリーを加熱する際にマイクロ波の照射を断続的に行ってもバッテリーの加熱が可能である。そしてこの場合、出力機が電力を連続的に消費せず、断続的に電力を消費するようにでき、バッテリーを加熱するための電力消費量の低減が可能である。

また上記のバッテリー加熱装置では、前記バッテリーの温度が上昇し、所定の温度に到達した際に、前記出力機からの前記マイクロ波の出力を停止させる制御部をさらに備えていてもよい。

このような制御部によって、バッテリーの温度が所定の値よりも高くなった場合には、出力機からのマイクロ波の出力を停止させることで発熱体の温度上昇を抑えること、即ち発熱体からの発熱量を抑えることができる。よってバッテリーを加熱しすぎることがなく、バッテリーを最適な状態に保つことができる。また発熱体が蓄熱機能を有しているので、マイクロ波の出力を停止させた場合であっても発熱体からの発熱量が急激に低下することなく緩やかに低下する。よってバッテリーの温度も急激に低下することがなく、バッテリーの性能を最適な状態に保つことができる。

また、上記のバッテリー加熱装置では、前記制御部は、前記バッテリーの温度が所定の温度範囲内に収まるように、前記出力機から前記マイクロ波を出力させ、又は、前記マイクロ波の出力を停止させてもよい。

このようにマイクロ波の出力を制御部で制御することで、バッテリーの温度を最適な温度範囲に保つことが可能である。即ち、バッテリーの温度が上昇しすぎたり、温度が低下しすぎたりすることがなくなる。よってバッテリーの性能を最適な状態に保つことができる。

また、上記のバッテリー加熱装置では、前記バッテリー、前記出力機、及び前記発熱体は車両に搭載され、前記出力機の動力源は前記バッテリーであってもよい。

発熱体が蓄熱機能を有しているので、出力機からのマイクロ波の出力を停止した後でもバッテリーの加熱が可能である。この結果、出力機がバッテリーの電力を連続的に消費することなく、断続的にバッテリーの電力を消費するようにできる。よって、バッテリーを加熱するためのバッテリーの電力消費量を低減でき、低減できた分の電力を車両の走行の動力源に用いることで車両の航続距離を延ばすことができる。

また、本発明の一態様に係る床暖房装置は、マイクロ波を出力する出力機と、前記出力機から出力された前記マイクロ波が照射され、該マイクロ波を吸収することで蓄熱及び発熱する発熱体と、を備え、前記発熱体により床パネルを加熱する。

本態様では、発熱体にマイクロ波を照射することで、瞬時に発熱体を発熱させ、速やかに加熱対象である床パネルを加熱することができる。さらに、発熱体が蓄熱機能を有しているため発熱体へのマイクロ波の照射を停止した場合であっても発熱体からの発熱量が急激に低下することがなく、発熱体が発熱を継続することができる。この結果、床パネルを加熱する際にマイクロ波の照射を断続的に行っても床パネルの加熱が可能である。そしてこの場合、出力機が電力を連続的に消費することなく、断続的に電力を消費するようにできる。

また、本発明の一態様に係る融雪装置は、マイクロ波を出力する出力機と、前記出力機から出力された前記マイクロ波が照射され、該マイクロ波を吸収することで蓄熱及び発熱する発熱体と、を備え、前記発熱体は積雪面の下方に配置されて、該積雪面を加熱する。

本態様では、発熱体にマイクロ波を照射することで、瞬時に発熱体を発熱させ、速やかに加熱対象である積雪面を加熱し、融雪することができる。さらに、発熱体が蓄熱機能を有しているため発熱体へのマイクロ波の照射を停止した場合であっても発熱体からの発熱量が急激に低下することがなく、発熱体が発熱を継続することができる。この結果、積雪面を加熱する際にマイクロ波の照射を断続的に行っても積雪面の加熱が可能である。そしてこの場合、出力機が電力を連続的に消費することなく、断続的に電力を消費するようにできる。

上記のバッテリー加熱装置、床暖房装置、及び融雪装置では、簡易な構成で加熱対象を効率的に加熱することが可能である。

本発明の第一実施形態に係るバッテリー加熱装置を車両に搭載した図である。

本発明の第一実施形態に係るバッテリー加熱装置の全体概略図である。

本発明の第二実施形態に係る床暖房装置の全体概略図である。

本発明の第三実施形態に係る融雪装置の全体概略図である。

〔第一実施形態〕 以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係るバッテリー加熱装置1について説明する。バッテリー加熱装置1は車両100に搭載されたバッテリー120を加熱する装置である。

(全体構成) 図1に示すように、バッテリー加熱装置1は車両100に搭載される。バッテリー加熱装置1はマイクロ波Mwを出力する出力機11と、マイクロ波Mwが照射される発熱体12と、出力機11の動作を制御する制御部13とを備えている。 バッテリー加熱装置1が搭載される車両100としては、従来の内燃機関を動力源とした自動車だけでなく、ハイブリッドカーやEV等が挙げられる。また、二輪車、バッテリー駆動する電車や建設機械等にもバッテリー加熱装置1を適用可能である。

(出力機) 図2に示すように出力機11は、不図示のレーザダイオード、及び多段増幅器を有するマイクロ波発振器を備えている。出力機11は、マイクロ波帯域(2〜10GHz)のマイクロ波Mwを例えば50〜100Wで出力可能となっている。出力機11は、特に2.4GHz帯域のマイクロ波を出力可能であるとよい。しかしマイクロ波Mwは上記の周波数、及び出力に限定されるものではない。

また、マイクロ波発振器にはマグネトロンや、振動や熱に強い半導体マイクロ波発振器が用いられる。本実施形態では出力機11の動力源は車両100に搭載されたバッテリー120であるが、出力機11が他の動力源を有していてもよい。

(発熱体) 発熱体12は、出力機11に隣接して配置され、出力機11から出力されたマイクロ波Mwが照射されてマイクロ波Mwを吸収することで蓄熱及び発熱する。より具体的には発熱体12は、マイクロ波Mwを磁界損失、電界損失により熱エネルギーへ変換するマイクロ波吸収作用より発熱する。また発熱体12は、バッテリー120の下方や周囲に配置され、熱伝導によって加熱対象のバッテリー120に熱を伝える。即ち水等の液体の熱媒体を介在させずにバッテリー120の加熱を行う。

発熱体12は、マイクロ波吸収特性を有する例えばフェライト、パーマロイ、酸化スラグ等の電磁波吸収材によって形成されている。発熱体12が酸化スラグによって形成される場合、例えば酸化スラグの粉末をセラミックスに混ぜて焼成することで発熱体12を形成する。

(制御部) 制御部13は、出力機11のON−OFF制御を行う。制御部13は車両100に搭載されたバッテリー120の温度を検知する温度センサ14と、温度センサ14で検知したバッテリー120の温度に基づいて、出力機11の制御を行う制御器本体15とを有している。

温度センサ14は、例えばバッテリー120の筐体に設置されている。 制御器本体15は、温度センサ14で検知したバッテリー120の温度が所定の温度にまで上昇した際に出力機11からのマイクロ波Mwの出力を停止させる。また制御器本体15は温度センサ14で検知したバッテリー120の温度が所定の温度にまで低下した際にはマイクロ波Mwの出力を開始させる。

よって制御器本体15は、バッテリー120の温度が所定の温度範囲内に収まるように出力機11からマイクロ波Mwを出力させ、又は、マイクロ波Mwの出力を停止させる制御を行う。

(作用効果) 以上説明した本実施形態のバッテリー加熱装置1では、まず、出力機11によってマイクロ波Mwを出力し、発熱体12にマイクロ波Mwを吸収させて発熱体12に蓄熱させつつ発熱体12を発熱させる。その後、発熱体12からの発熱によってバッテリー120が加熱される。

発熱体12は、マイクロ波Mwを吸収することで瞬時に発熱するため、非常に速いレスポンスでバッテリー120を加熱することができる。このため、寒冷地等の外気温が低い環境下であっても、バッテリー120に本来の性能を発揮させることが可能となる。

さらに、発熱体12が蓄熱機能を有しているため、マイクロ波Mwの照射を停止した場合であっても発熱体12からの発熱量が急激に低下することがなく、発熱体12が発熱を継続することができる。この結果、バッテリー120を加熱する際にマイクロ波Mwの照射を断続的に行ってもバッテリー120の加熱が可能である。そしてこのように断続的にマイクロ波Mwを発熱体12に照射すれば、出力機11がマイクロ波を照射する電力を連続的に消費することなく、断続的に電力を消費するようにできる。従ってバッテリー120の電力消費量の低減が可能であり、発熱体12によって簡易な構成で効率的にバッテリー120を加熱することが可能となる。

また制御部13を設けたことによって、バッテリー120の温度が所定の値よりも高くなった場合には、出力機11からのマイクロ波Mwの出力を停止させることで発熱体12の温度上昇を抑えること、即ち発熱体12からの発熱量を抑えることができる。よってバッテリー120を加熱しすぎることがなく、バッテリー120を最適な状態に保つことができる。

また発熱体12が蓄熱機能を有しているので、制御部13によってマイクロ波Mwの出力を停止させた場合であっても発熱体12からの発熱量が急激に低下することがなく、発熱体12からの発熱量が緩やかに低下していく。よってバッテリー120の温度も急激に低下することがなく、バッテリー120の性能を最適な状態に保つことができる。

さらに、マイクロ波Mwの出力を制御部13で制御することで、バッテリー120の温度を最適な温度範囲内に保つことが可能である。即ち、バッテリー120の温度上昇の抑制だけでなく、温度低下の抑制も可能となる。よってバッテリー120の性能をさらに最適な状態に保つことができる。

また、本実施形態では発熱体12が蓄熱機能を有しているので、出力機11からのマイクロ波Mwの出力を停止した後でも、バッテリー120の加熱が可能である。この結果、出力機11がその動力源であるバッテリー120の電力を連続的に消費することなく、断続的にバッテリー120の電力を消費するようにできる。よって、バッテリー120を加熱するためのバッテリー120の電力消費量の低減が可能であり、低減できた分の電力を車両の走行の動力源に用いることで車両100の航続距離を延ばすことができる。

また本実施形態では、水等の液体の熱媒体を介在させずにバッテリー120の加熱を行うため、水漏れ等のリスクは生じ得ず、耐久性に優れている。さらに電熱線ヒーターでバッテリー120の加熱を行う場合のように断線のリスクは生じ得ない。

ここで本実施形態では、例えば、発熱体12とバッテリー120の筐体との熱伝導を向上させる伝熱部材を、発熱体12とバッテリー120の筐体との間に介在させてもよい。伝熱部材には金属繊維不織布や、熱伝導グリース等を使用することができる。

また必ずしも制御部13を用いて出力機11の制御を行わなくともよい。例えば車両100の運転者がモニターに表示されたバッテリー120の温度を見て、ボタン操作等により手動で出力機11を動作させ、バッテリー120を所定の温度まで加熱することも可能である。

また、上記の実施形態では車両100に搭載されたバッテリー120を加熱する場合について説明したが、これに限定されず、例えば携帯電話等のバッテリーを加熱する際に上記の発熱体12を用いてもよい。この場合、出力機11の動力源は携帯電話等のバッテリーであってもよいし、出力機11が別の動力源を有していてもよい。

〔第二実施形態〕 次に、本発明の第二実施形態に係る床暖房装置1Aについて説明する。以下に説明する第二実施形態においては、第一実施形態と同一部分に同一符号を付して説明するとともに、重複説明を省略する。

(全体構成) 図3に示すように、床暖房装置1Aは、加熱対象として例えば室内の床パネル130を加熱する装置である。床暖房装置1Aは、出力機11と、発熱体12とを備えている。 本実施形態では、出力機11及び発熱体12が、床パネル130の下方に配置される。発熱体12は、床パネル130に熱伝導によって熱を伝える。即ち水等の液体の熱媒体を介在させずに床パネル130の加熱を行う。 (作用効果)

以上説明した本実施形態の床暖房装置1Aでは、発熱体12にマイクロ波を照射することで、発熱体12を発熱させることができる。電熱線を用いたヒーターで床パネル130を加熱する場合、断線のリスクが生じうるが、本実施形態の床暖房装置1Aでは、マイクロ波を照射することのみで発熱体12を発熱させ、床パネル130を加熱することができるためヒーターに断線のリスクは生じ得ない。また、温水を用いて床パネル130を加熱するような床暖房装置のように水漏れが生じることもない。また電熱線ヒーターや温水を用いた加熱では、加熱に時間を要するが、本実施形態の床暖房装置1Aではマイクロ波を照射することで瞬時に発熱体12を発熱させて、速やかに床パネル130を加熱することができる。

さらに、発熱体12が蓄熱機能を有しているため発熱体12へのマイクロ波の照射を停止した場合であっても発熱体12からの発熱量が急激に低下することがなく、発熱体12が発熱を継続することができる。この結果、床パネル130を加熱する際にマイクロ波の照射を断続的に行っても床パネル130の加熱が可能である。そしてこの場合、出力機11が電力を連続的に消費することなく、断続的に電力を消費するようにできるため、消費電力を抑え、床パネル130を簡易な構成で効率的に加熱することができる。

ここで本実施形態でも、発熱体12と床パネル130との熱伝導を向上させる伝熱部材を、発熱体12と床パネル130との間に介在させてもよいし、制御部13を用いて出力機11の制御を行ってもよい。

〔第三実施形態〕 次に、本発明の第三実施形態に係る融雪装置1Bについて説明する。以下に説明する第三実施形態においては、第一実施形態及び第二実施形態と同一部分に同一符号を付して説明するとともに、重複説明を省略する。

(全体構成) 図4に示すように、融雪装置1Bは、加熱対象として例えば道路や屋根の表面を加熱する装置である。道路や屋根の表面上には雪Snが積もり得る。即ち道路や屋根の表面は積雪面140となる。融雪装置1Bは、出力機11と、発熱体12とを備えている。 本実施形態では、出力機11及び発熱体12が、積雪面140の下方に配置されて、発熱体12は道路や屋根パネルの裏面150に、熱伝導によって熱を伝える。即ち水等の液体の熱媒体を介在させずに積雪面140の加熱を行う。

(作用効果) 以上説明した本実施形態の融雪装置1Bでは、発熱体12にマイクロ波を照射することで、発熱体12を発熱させることができる。ここで電熱線を用いたヒーターで積雪面140の加熱、融雪を行う場合、伝熱に時間を要するため積雪前から加熱を行っておかなければならず、消費電力が大きくなる。また地下水や塩を散布して融雪を行う場合、地下水のくみ上げによる地面の陥没や、塩による赤錆が生じうる。

本実施形態ではマイクロ波を用いて瞬時に発熱体12を発熱させ、速やかに裏面150を介して積雪面140を加熱することができるため、電熱線を用いたヒーターとは異なり積雪前から積雪面140の加熱を始めておく必要がない。また発熱体12が蓄熱機能を有しているため発熱体12へのマイクロ波の照射を停止した場合であっても発熱体12からの発熱量が急激に低下することがなく、発熱体12が発熱を継続することができる。この結果、積雪面140を加熱する際にマイクロ波の照射を断続的に行っても積雪面140の加熱が可能である。そしてこの場合、出力機11が電力を連続的に消費することなく、断続的に電力を消費するようにできるため、消費電力を抑え、積雪面140を効率的に加熱することができる。さらに地下水や塩を用いた融雪方法とは異なり、環境への負荷も少ない。

また本実施形態では、水等の液体の熱媒体を介在させずに積雪面140の加熱を行うため、水漏れ等のリスクは生じ得ず、耐久性に優れている。さらに電熱線ヒーターで積雪面140の加熱を行う場合のように断線のリスクは生じ得ない。

ここで本実施形態でも、発熱体12と裏面150との熱伝導を向上させる伝熱部材を、発熱体12と裏面150との間に介在させてもよいし、制御部13を用いて出力機11の制御を行ってもよい。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、上記実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。

1…バッテリー加熱装置 11…出力機 12…発熱体 13…制御部 14…温度センサ 15…制御器本体 100…車両 120…バッテリー Mw…マイクロ波 1A…床暖房装置 130…床パネル 1B…融雪装置 140…積雪面 150…裏面 Sn…雪