(57)【要約】      （修正有）【課題】容易な構成で加熱ムラが少なく耐久性に優れ安全性の高い面状発熱体を提供すること。【解決手段】シート状の高分子抵抗体１１と、前記高分子抵抗体１１の片面に配設され前記高分子抵抗体１１に給電する少なくとも一対以上の電極１２と、前記高分子抵抗体１１と前記電極１２とを両面から覆う電気絶縁性基材１３a,１３bと、前記高分子抵抗体１１の発熱部ならびに前記高分子抵抗体１１と前記電極１２との接続部を、前記電気絶縁性基材１３a,１３bの外側の両面から熱伝導性不燃材１４a,１４bで覆う構成とすることにより、加熱ムラが少なく耐久性に優れ安全性の高い面状発熱体９を提供することが出来る。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート状の高分子抵抗体と、前記高分子抵抗体の片面に配設され前記高分子抵抗体に給電する少なくとも一対以上の電極と、前記高分子抵抗体と前記電極とを両面から覆う電気絶縁性基材と、前記高分子抵抗体の発熱部ならびに前記高分子抵抗体と前記電極との接続部を、前記電気絶縁性基材の外側の両面から熱伝導性不燃材で覆う構成とする面状発熱体。
【請求項２】
熱伝導体不燃材料は、金属シートを用いる構成とした請求項１に記載の面状発熱体。
【請求項３】
熱伝導性不燃材の一方は、他の面の熱伝導性不燃材の厚みより厚くする構成とした請求項１から請求項２に記載する面状発熱体。
【請求項４】
電気絶縁性基材の一方の外面を平坦に構成し、前記電気絶縁性基材の平坦面と接する熱伝導性不燃材は剛性を有する金属シートを配設し、他方の熱伝導性不燃材は金属箔で構成した請求項１から請求項３に記載する面状発熱体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に寒冷地における自動車等のバッテリー等を加熱する面状発熱体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば自動車に搭載されたバッテリーは−３０℃以下となるような環境においては、バッテリー液が凍結したり、バッテリー液が凍結しない場合においてもバッテリーの電気容量の著しい低下によって、エンジンが始動できなく可能性が高くなることから、バッテリー自体を補助熱源によって加熱しバッテリーの能力低下を防止する手段が考えられている。
【０００３】
この種の面状発熱体は、図５から図６に示すように、セラミックＰＴＣ発熱体１０１，１０２を装着した放熱板１０３と断熱保温材１０４をバッテリー１０５の外周に配置し、前記バッテリー１０５を電源としてバッテリー１０５を加熱するものである（特許文献１参照）。
【０００４】
また、セラミックＰＴＣ発熱体の代わりに、導電性粉末と樹脂とを混合した樹脂系ＰＴＣ発熱体を塗着した可撓性基板から成るＰＴＣ発熱体を用いた構成も提案されている（特許文献２参照）。
【０００５】
さらに、樹脂系ＰＴＣ発熱体から成る面状発熱体において、高分子抵抗体に電力を供給する電極構成を工夫し実用性を高める提案（特許文献３参照）や、非加熱物への熱伝導を向上させる提案（特許文献４参照）もなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−１９０８４１号公報
【特許文献２】特開平９−２１３４５９号公報
【特許文献３】特開２００８−２１３６６１号公報
【特許文献４】実開平４−７４８９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年では省エネやＣＯ２削減への対応のため、自動車はエンジンとモーターとを組み合わせたハイブリット車やモーターのみを動力源とする電気自動車等への関心が高まっている。これらの自動車に搭載されるバッテリーは、モーターを駆動するために電気容量の大容量化が必要となり、バッテリーの形態も数個の電池セルを直列に接続した電池モジュールを１ユニットとしてケースに収容した電池ユニットを、さらに多数個直列に接続（必要に応じてさらに並列接続）することで高電圧化で大容量のバッテリーを実現している。
【０００８】
これらのバッテリーにおいても、従来同様に厳しい低温環境下では電気容量低下が課題となり、特許文献１や特許文献２に記載するような手段でバッテリーを加熱することが考えられる。しかし、図５から図６に示すように放熱板３に発熱体としてセラミックＰＴＣ発熱体１０１，１０２を配置した構成では、放熱板１０３の発熱体近傍と周辺部とでは温度差が発生しやすく、ハイブリット車や電気自動車等で使用される多層ユニット構造の電池ユニットから成るバッテリーを加熱する場合、各電池ユニット間で温度差が発生するため、バッテリー全体としての電気容量の回復が不十分となる可能性があった。また、特許
文献２に示す構成では、面状発熱体型のＰＴＣヒータを加熱源として用いているが、クシ型電極部上のＰＴＣ発熱体は非発熱部となるため、ＰＴＣ発熱体の電極位置と各電池ユニットとの位置関係によって、電池ユニット間に加熱ムラが生じるため、前記同様の課題を残していた。また、面状発熱体型のＰＴＣヒータでは、面状発熱体自体に温度ムラが発生すると、発熱体の温度が高い箇所が抵抗値が高くなるため、温度が高い箇所に電力が集中し局部的に異常過熱（ホットスポット現象）する場合があり、温度ムラによって面状発熱体の寿命を損なう可能性もあった。
【０００９】
また、特許文献３に記載の面状発熱体は、シート状の薄膜抵抗体の両面に電極を配設する構成であり、電極自体が均熱板として作用するため面状発熱体の均熱効果は高まるが、電極間隔が非常に狭い構造のため１２Ｖ系等の低電圧電源では問題とはならなくても、前記ハイブリット車や電気自動車等の高電圧電源に対しては電極間短絡が懸念される。
【００１０】
一方、特許文献４に記載の保温用ヒータは、面状発熱体を両面から覆う絶縁材の一方の表面に熱伝導材を貼り付けており、被加熱物と接する面の熱伝導性を向上させているが、片面だけに熱伝導材を設けているためヒータの発熱量が大きい場合には絶縁材によって保温され易く、面状発熱体の自己温度上昇によって抵抗値が上昇し、結果的に抵抗体の単位面積当たりの発熱量が制限され高出力化が難しい欠点を有していた。
【００１１】
また、ＰＴＣ特性を有する面状発熱体は、温度が高くなると抵抗値が上昇する正の温度係数を有するため結果的に自己温度制御が働き、他の温度制御手段を用いること無しで安全性の高いヒータとして利用されることが多いが、特許文献４のように電極をパターン形成した面状発熱体では、抵抗体と接する電極部に万一断線が生じると、断線した電極近傍の抵抗体が電極の代用として作用し、抵抗体の一部に電流が集中することにより異常過熱を引き起こすという問題点があった。
【００１２】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、容易な構成で加熱ムラが少なく耐久性に優れ安全性の高い面状発熱体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】
【００１３】
前記課題を解決するために、シート状の高分子抵抗体と、前記高分子抵抗体の片面に配設され前記高分子抵抗体に給電する少なくとも一対以上の電極と、前記高分子抵抗体と前記電極とを両面から覆う電気絶縁性基材と、前記高分子抵抗体の発熱部ならびに前記高分子抵抗体と前記電極との接続部を、前記電気絶縁性基材の外側の両面から熱伝導性不燃材で覆う構成としている。これによって、加熱ムラが少なく耐久性に優れ安全性の高い面状発熱体を提供することが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の面状発熱体によれば、高分子抵抗体の両面に設けた熱伝導性不燃材が面状発熱体の均熱効果を高めることで加熱ムラを抑制することが出来る。また、面状発熱体の両面より熱交換が行えることにより、面状発熱体自身の温度上昇の抑制が可能となり面状発熱体の単位面積当たりの発熱量の向上が図れる。更に、高分子抵抗体の外郭部を両面より熱伝導性不燃材で覆うことにより、高分子抵抗体が万一異常発熱しても発火する可能性が極めて少なくなり安全性の高い面状発熱体が提供可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態１における面状発熱体の斜視図
【図２】本発明の実施の形態１における面状発熱体が実装される電池モジュール内の電池セル接続図
【図３】本発明の実施の形態１における面状発熱体の分解斜視図
【図４】本発明の実施の形態１における面状発熱体の要部断面図
【図５】従来の面状発熱体の側面図
【図６】従来の面状発熱体の要部断面図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明は、シート状の高分子抵抗体と、前記高分子抵抗体の片面に配設され前記高分子抵抗体に給電する少なくとも一対以上の電極と、前記高分子抵抗体と前記電極とを両面から覆う電気絶縁性基材と、前記高分子抵抗体の発熱部ならびに前記高分子抵抗体と前記電極との接続部を、前記電気絶縁性基材の外側の両面から熱伝導性不燃材で覆う構成とするものであり、前記電気絶縁性基材の外側より前記高分子抵抗体の両面を熱伝導性不燃材で覆う構成としているため、高分子抵抗体の両面に設けた熱伝導性不燃材が面状発熱体の均熱効果を高め、更に熱交換が効率的に行えるため単位面積当たりの面状発熱体の高出力化が可能となり、かつ面状発熱体の外郭部を両面より不燃化することで、万一の異常発熱に対しても安全性の高い面状発熱体が提供可能となる。
【００１７】
また、面状発熱体の熱伝導性不燃材料に、金属シートを用いる構成とすることが好ましい。これにより、薄い材料で均熱効果と不燃効果が得られるため、薄型で安価で安全性に優れた面状発熱体が提供出来る。
【００１８】
また、面状発熱体の熱伝導不燃材の一方は、他の面の熱伝導不燃材の厚みより厚くする構成とすることがさらに好ましい。これにより、高分子抵抗体の両面に設けた電気絶縁性基材の厚みや材質等が異なる場合に、熱伝導性不燃材への熱伝導効率のアンバランスを熱伝導性不燃材の厚みに差を設けることで、面状発熱体の両面からの放熱効果のバランス補正が可能となる。
【００１９】
また、面状発熱体における、電気絶縁性基材の一方の外面を平坦に構成し、前記電気絶縁性基材の平坦面と接する熱伝導性不燃材は剛性を有する金属シートとし、他方の熱伝導性不燃材は金属箔で構成することがさらに好ましい。これにより、曲面を有する面状発熱体においても、均熱効果に優れ外力による変形が発生しにくく信頼性に優れた面状発熱体を提供することが出来る。
【００２０】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態の面状発熱体を図１から図４を参照して説明する。
【００２１】
図１は同発熱体の斜視図、図２は同発熱体が実装される電池モジュール内の電池セル接続図、図３は同発熱体の分解斜視図、図４は同発熱体の要部断面図である。被加熱物であるバッテリー６は複数の電池セル７を直列接続した電池モジュール８を積層して構成される。このバッテリー６の１面に対向して面状発熱体９が、支持部材１０によりバッテリー６との間に隙間を設けて固定されている。
【００２２】
面状発熱体９は、薄肉状（約１００μメートル）にシート加工された高分子抵抗体１１と、高分子抵抗体１１の片面上に平行に配置され高分子抵抗体１１に電気的に接続された一対の電極１２と、高分子抵抗体１１と電極１２とを両面から覆いポリエチレンテレフタレート等の材料から成る電気絶縁性基材１３ａ，１３ｂと、さらに高分子抵抗体１１の発熱部全域ならびに高分子抵抗体１１と電極１２との接続部とを覆うように、電気絶縁性基材１３ａ，１３ｂの外側には、熱伝導性不燃材１４ａ，１４ｂを配設している。高分子抵抗体１１は、ＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）特性を有する材料から成り、温度が上昇すると高分子抵抗体１１の抵抗値が上昇し、所定の温度で安定化する自己温度調節機能を有している。電気絶縁性基材１３ａ，１３ｂには高分子抵抗体１１との接合面にホットメルト材が塗布されており、ラミネート加工
により高分子抵抗体１１ならびに電極１２に接着加工されている。熱伝導性不燃材１４ａ，１４ｂは、熱伝導性に優れた金属材からなる。高分子抵抗体１１と電極１２とが接合し凸部を有する一方の面側には、フレキシブル性を有する金属箔（例えばアルミテープ等）が熱伝導性不燃材１４ａとして貼り付けられ、他方の面側（つまり平坦面側）には金属シート（アルミニウム等の薄板等）が熱伝導性不燃材１４ｂとして貼り付けられている。バッテリー６には温度検出手段１５が装着され、面状発熱体９への供給電力は温度検出手段１５の温度情報を受けて制御手段１６で制御される。さらに、バッテリー６と面状発熱体９との周囲を囲むように、バッテリー収納ボックス１７が配設されている。
【００２３】
以上のように構成された面状発熱体において、以下その動作、作用を説明する。
【００２４】
制御手段１６は温度検出手段１５によりモニターされたバッテリー温度が、予め設定された温度条件以下になると面状発熱体９への通電を開始し、バッテリー６が所定の温度に達すると面状発熱体９への通電を遮断する。
【００２５】
高分子抵抗体１１で発生した熱は、電気絶縁性基材１３ａ，１３ｂを介して熱伝導性不燃材１４ａ，１４ｂに伝達される。ここで、高分子抵抗体１１と電極１２とが接合し電気絶縁性基材１３ａが凸部を成す一方の面には、フレキシブル性を有する金属箔が貼り付けられているので電気絶縁性基材１３ａとの密着性が確保される。また、面状発熱体においては、一方の面側だけでなく、他方の平坦面側には剛性を有する金属シートが配設されることにより、面状発熱体９の両面から均熱化が促進されるため、面状発熱体９の温度ムラから発生する局部的な電力集中（ホットスポット現象）が発生しにくくなり、面状発熱体９の信頼性や耐久性を向上させることが出来る。熱伝導性不燃材１４ａ，１４ｂに伝達された熱は、熱伝導性不燃材１４ａ，１４ｂの表面からの輻射や対流によりバッテリー６を直接温めたり、バッテリー収納ボックス１７内の空気を暖めることで間接的にバッテリー６を暖めることが出来る。
【００２６】
また、熱伝導性不燃材１４ｂ（金属シート）の肉厚を、部品の取り扱いで変形をきたさない程度に剛性持たせることにより、高分子抵抗体１１や電極１２との接合部に変形応力が印加されにくくなるため、組立時のハンドリングの応力に対する耐力が増し信頼性の高い面状発熱体が提供可能となる。また、電極１２の間隔を広く設定可能な構成のため、高電圧仕様の面状発熱体として使用しても電極間短絡の危険性を排除でき、安全で使い勝手の良い面状発熱体を提供することが出来る。さらに、高分子抵抗体１１の両面を覆うように熱伝導性不燃材１４ａ，１４ｂが配設されているため、万一、高分子抵抗体１１と接する電極１２の一部が断線し、その周囲の高分子抵抗体１１に電流集中が発生しても面状発熱体９が燃焼することがないため、安全性の高い面状発熱体が提供できる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
以上のように、本発明にかかる面状発熱体は、面状発熱体の温度ムラが改善されると共に面状発熱体の冷却効率が高まり、面状発熱体の単位面積当たりの発熱量の向上が図れ、さらに高電圧電源でも安全で信頼性の高い面状発熱体が提供出来るため、寒冷地向けのハイブリット車や電気自動車等のバッテリー加熱は勿論のこと、その他の加熱用ヒータとして幅広く適用することができる。
【符号の説明】
【００２８】
６  バッテリー
８  電池モジュール
９  面状発熱体
１１  高分子抵抗体
１２  電極
１３ａ、１３ｂ  電気絶縁性基材
１４ａ、１４ｂ  熱伝導性不燃材
【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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