(57)【要約】【課題】氷点下の状況においても電池ユニットを所定温度に素早く加熱することができる小型軽量の電池ユニットを提供することを目的とする。【解決手段】二次電池の電極構成体が封入されて正極端子（８）と負極端子（９）が突設され、熱伝導性を有する金属で形成された二次電池ケース（１１）の外面の少なくとも一部に、炭素系物質を含む材料によりフィルムシート状に形成された発熱体（１３）を有する発熱シート（４）が密着して取り付けられており、発熱シート（４）における二次電池ケース（１１）に対向する面の裏面を覆うように断熱ユニット（５）が設けられている。【選択図】図２
2011165390.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の二次電池を配列して構成された組電池が筐体内に配置された電池ユニットにおいて、
各二次電池は、
二次電池の電極構成体が封入されて正極端子と負極端子が突設され、熱伝導性を有する材料で形成された二次電池ケースと、
炭素系物質を含む材料によりフィルムシート状に形成された発熱体を有し、前記発熱体から当該二次電池ケースに熱伝導するように前記二次電池ケースの外周面の少なくとも一部に密接して取り付けられた発熱シートと、
前記発熱シートにおける前記二次電池ケースに対向する面の裏面を覆うように配設され、前記発熱体からの熱を遮断するよう構成された断熱部材と、
を具備する電池ユニット。
【請求項２】
前記発熱シートは、二次元的等方向性の熱伝導を有して、電圧を印加することにより均一に発熱する発熱体と、
前記発熱体を密着して覆い、電気絶縁性及び熱伝導性を有する被覆層と、を含む請求項１に記載の電池ユニット。
【請求項３】
前記断熱部材は、前記発熱シートに接触する第１断熱部と、前記第１断熱部に密接して配設された第２断熱部とを有し、前記第１断熱部が前記第２断熱部より弾性を有する請求項１又は２に記載の電池ユニット。
【請求項４】
前記発熱シートは、前記二次電池ケースの下面側となる領域に密接して取り付けられており、前記二次電池ケースの少なくとも下方から加温するよう前記発熱体が配置された請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電池ユニット。
【請求項５】
前記発熱シートと前記二次電池ケースの外面との間に、熱伝導性を有する接合材で形成された接合層が配設された請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電池ユニット。
【請求項６】
前記二次電池ケースが箱形形状であり、前記発熱シートが当該二次電池ケースの少なくとも底面側に密接して取り付けられており、前記発熱体が前記二次電池ケースの少なくとも底面の全てを覆うように配置され、前記断熱部材が前記二次電池ケースの底面及び側面の少なくとも一部を覆うよう構成された請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電池ユニット。
【請求項７】
前記発熱体は、正特性の温度−抵抗特性を有し、且つ設定温度範囲内においてキュリー温度を持たない特性を有する請求項１乃至６のいずれか一項に記載の電池ユニット。
【請求項８】
発熱シートと断熱部材が一体化された加温ユニットを有し、前記加温ユニットは、前記二次電池ケースが複数個並設されて構成された組電池に対して、一体的に装着されるよう構成された請求項１乃至７のいずれか一項に記載の電池ユニット。
【請求項９】
前記発熱体は、高分子フィルム、又はフィラーを添加した高分子フィルムを２４００℃以上の温度で熱処理することにより得られたグラファイトフィルムシートを所定形状に切断した後、当該切断されたグラファイトフィルムシートをその厚み方向に加圧する加圧処理により形成された請求項１乃至８のいずれか一項に記載の電池ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筐体内に収納された二次電池を必要時に所定温度に加熱する発熱体を有する電池ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化問題及び化石燃料枯渇化問題への対応として、自動車においてはハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池自動車等の環境対応自動車が開発され、実用化されている。このような環境対応自動車においては、電源として二次電池が用いられており、二次電池の性能、大きさ、重量などの仕様は環境対応自動車の性能において大きなウエイトを占めている。
【０００３】
二次電池においては、低温時、特に寒冷地における冬期などの氷点下の状況では放電容量が極端に悪化し、所望の出力が得られないという大きな問題を有している。このようの問題を解決するために、並設された複数の二次電池を収容する筐体の外側に加熱手段としてのヒータを設けて筐体を加熱する構成が提案されている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、複数の二次電池と回路基板とを収納した樹脂製の筐体の上下面にヒータが設けられた電池ユニットが開示されている。この特許文献１におけるヒータは二枚の絶縁シートの間にニクロム線などの抵抗金属線を挟んで構成したものである。
【０００５】
また、特許文献２及び特許文献３には、複数の二次電池であるニッケル水素蓄電池を収納した樹脂製の筐体と、その筐体の底面外側に加熱手段としてのヒータユニットを設けた電池ユニットが開示されている。特許文献２及び特許文献３に開示されたヒータユニットは、ジグザグに形成されたニッケル−クロム合金のヒータ素子を絶縁樹脂で挟着して、さらにアルミニウムの金属層で両側から挟み付けた構成である。このように構成されたヒータユニットが、筐体の底面外側に取り付けられて、筐体内の複数の二次電池に対して、筐体と二次電池との間に形成された離間部の空隙を介して加熱するよう構成されている。特許文献２及び特許文献３に開示された電池ユニットは、ヒータユニットの熱が離間部の空気を加熱し、その加熱された空気が二次電池に接触して複数の二次電池を全体的に加熱する構成である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２１３９３９号公報
【特許文献２】特開２００８−０７７８７１号公報
【特許文献３】特開２００８−１８６６２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述のように、二次電池が環境対応自動車の電源として用いられて、寒冷地対策としてヒータが用いられているが、従来の電池ユニットの構成においては、氷点下の状況でヒータにより筐体を加熱しても、筐体内の複数の二次電池が所定温度となるまでには長時間が必要であるため、始動予定時間の数時間前には筐体を予め加温する必要があった。特に、引用文献２又は引用文献３に開示された構成のように空気を介して複数の二次電池を加熱する構成の場合には、二次電池が所定の温度となり、所定の出力が発揮されるまでには長時間が必要であった。このように、従来の電池ユニットを電源として用いた環境対応自動車においては、氷点下の環境で始動する場合には、その始動時間の数時間前から複数の二次電池を収納する筐体を予め加熱しておくか、若しくは筐体を一定温度に終日保温しておく必要があった。
【０００８】
また、従来の電池ユニットにおいて加熱手段として用いられているヒータは、金属抵抗線や金属抵抗体であるため、ヒータ自体の発熱立ち上がりが遅く、且つ発熱温度も低いものであった。この結果、筐体温度の立ち上がりが遅く、複数の二次電池の全体が所定温度になるまでになお一層の時間が必要であるという問題を有していた。
さらに、前述のように環境対応自動車に用いられる構成品の全ては、小型化、軽量化が重要な要素であるため、加熱手段においても小型化、軽量化は達成すべき重要な課題である。
【０００９】
本発明は、従来の発熱体を有する電池ユニットにおける問題を解決し、寒冷地における氷点下の状況においても電池ユニットを所定温度に素早く加熱することができる小型軽量の電池ユニット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】
【００１０】
本発明に係る第１の観点の電池ユニットは、複数の二次電池を配列して構成された組電池が筐体内に配置された電池ユニットにおいて、
各二次電池が、二次電池の電極構成体が封入されて正極端子と負極端子が突設され、熱伝導性を有する材料で形成された二次電池ケースと、
炭素系物質を含む材料によりフィルムシート状に形成された発熱体を有し、前記発熱体から当該二次電池ケースに熱伝導するように前記二次電池ケースの外周面の少なくとも一部に密接して取り付けられた発熱シートと、
前記発熱シートにおける前記二次電池ケースに対向する面の裏面を覆うように配設され、前記発熱体からの熱を遮断するよう構成された断熱部材と、を具備する。このように構成された第１の観点の電池ユニットは、発熱立ち上がりが早く、発熱面の全体が均一に発熱するという優れた特性を有する発熱体が二次電池ケースに対して実質的に直接的に接触して加熱するように配設されているため、電池ユニットにおける各二次電池ケースの立ち上がり温度が早くなり、当該電池ユニットが所定出力を発揮する適正温度範囲内に短時間で到達することができるとともに、電池ユニットの小型化、及び軽量化が図られている。
【００１１】
本発明に係る第２の観点の電池ユニットは、前記の第１の観点における前記発熱シートが、二次元的等方向性の熱伝導を有して、電圧を印加することにより均一に発熱する発熱体と、
前記発熱体を密着して覆い、電気絶縁性及び熱伝導性を有する被覆層と、を含む構成としてもよい。
【００１２】
本発明に係る第３の観点の電池ユニットは、前記の第１の観点又は第２の観点における前記断熱ユニットが、前記発熱シートに接触する第１断熱部と、前記第１断熱部に密接して配設された第２断熱部とを有し、前記第１断熱部が前記第２断熱部より弾性を有する構成としてもよい。
【００１３】
本発明に係る第４の観点の電池ユニットは、前記の第１の観点乃至第３の観点における前記発熱シートが、前記二次電池ケースの下面側となる領域に密接して取り付けられており、前記二次電池ケースの少なくとも下方から加温するよう前記発熱体が配置された構成としてもよい。
【００１４】
本発明に係る第５の観点の電池ユニットは、前記の第１の観点乃至第４の観点における前記発熱シートと前記二次電池ケースの外面との間に、熱伝導性を有する接合材で形成された接合層を配設してもよい。
【００１５】
本発明に係る第６の観点の電池ユニットは、前記の第１の観点乃至第４の観点における前記二次電池ケースが箱形形状であり、前記発熱シートが当該二次電池ケースの少なくとも底面側に密接して取り付けられており、前記発熱体が前記二次電池ケースの少なくとも底面の全てを覆うように配置され、前記断熱部材が前記二次電池ケースの底面及び側面の少なくとも一部を覆うよう構成してもよい。
【００１６】
本発明に係る第７の観点の電池ユニットは、前記の第１の観点乃至第６の観点における前記発熱体が、正特性の温度−抵抗特性を有し、且つ設定温度範囲内においてキュリー温度を持たない特性を有する構成としてもよい。
【００１７】
本発明に係る第８の観点の電池ユニットは、前記の第１の観点乃至第７の観点における発熱シートと断熱部材が一体化された加温ユニットを有し、前記加温ユニットが、前記二次電池ケースが複数個並設されて構成された組電池に対して、一体的に装着されるよう構成してもよい。
【００１８】
本発明に係る第９の観点の電池ユニットは、前記の第１の観点乃至第８の観点における前記発熱体が、高分子フィルム、又はフィラーを添加した高分子フィルムを２４００℃以上の温度で熱処理することにより得られたグラファイトフィルムシートを所定形状に切断した後、当該切断されたグラファイトフィルムシートをその厚み方向に加圧する加圧処理により形成してもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、寒冷地における氷点下の状況においても電池ユニットを素早く加熱して、当該電池ユニットが所定出力を発揮する適正温度範囲内に短時間で到達することができる、小型軽量の電池ユニットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る実施の形態１の電池ユニットの内部構成を示す図
【図２】実施の形態１の電池ユニットの組電池における１つのセル（二次電池）を示す断面図であり、（ａ）がセルの正面断面図、（ｂ）がセルの側面断面図
【図３】実施の形態１の電池ユニットにおけるセルの底面に設けられた加温ユニットを示す拡大図
【図４】実施の形態１の電池ユニットにおけるセル、発熱シート及び断熱ユニットを示す部分斜視図
【図５】実施の形態１の電池ユニットにおける発熱シートと従来のＰＴＣヒータとの比較実験結果を示すグラフ
【図６】温度上昇特性測定実験におけるセルケースの測定位置（ａ，ｂ）を示す図
【図７】温度上昇特性測定実験結果を示すグラフ
【図８】本発明に係る実施の形態２の電池ユニットにおける１つのセル（二次電池）を示す断面図であり、（ａ）がセルの正面断面図、（ｂ）がセルの側面断面図
【図９】実施の形態２の電池ユニットにおける加温ユニットを示す斜視図
【図１０】本発明に係る実施の形態３の電池ユニットにおける円筒形状のセルが並設された状態を示す斜視図
【図１１】実施の形態３の電池ユニットにおけるセルの円筒中心軸に直交する方向で切断した断面図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明に係る好適な実施の形態として、環境対応自動車としての電気自動車に電源として搭載されたリチウムイオン電池の電池ユニットについて説明するが、本発明は以下の実施の形態に記載した構成に限定されるものではなく、実施の形態において説明する技術的思想と同様の技術的思想及び当技術分野における技術常識に基づいて構成される電池ユニットを含むものである。
【００２２】
リチウムイオン電池は、正極、負極、セパレータ、電解液で構成されており、リチウムイオンが正極と負極に出入りすることにより充放電が行われるものである。リチウムイオン電池は、軽量であり、且つ高出力が得られるため、自動車用電源やパーソナルコンピュータの電源として期待されている。以下の実施の形態において、外形が薄型で直方体形状や円筒形状のリチウムイオン電池を用いた例で説明するが、本発明はこのような形状に限定されるものではなく、例えば扁平形状等の各種形状に対応するものである。
【００２３】
《実施の形態１》
図１は、リチウムイオン電池である二次電池２が複数個並設された状態で電気的に直列接続して所定の電力を出力するよう構成された本発明に係る実施の形態１の電池ユニット１０の内部構成を示す図であり、筐体部分を断面にて示している。実施の形態１の電池ユニット１０においては、二次電池２が５０個直列に接続された組電池２０が所定電圧を出力するよう構成されている。以下の説明において、組電池２０を構成する複数の二次電池２における１つの二次電池を単に「セル」と称する。
【００２４】
図１に示すように、複数のセル２がセパレータ３を介して並設された組電池２０が電池ユニットケース（筐体）１の内部に収納されている。電池ユニットケース１は、上ユニットケース１Ａと中ユニットケース１Ｂと下ユニットケース１Ｃで構成されており、各ユニットケース１Ａ，１Ｂ，１Ｃは挟着手段１８、例えばボルトとナット等により各ユニットケース１Ａ，１Ｂ，１Ｃの各フランジ部２１が挟着されてそれぞれが固着されている。
【００２５】
複数のセル２とセパレータ３で構成された組電池２０は、長手方向（図１におけるＸ方向）の両端部分となるセパレータ３が締め付け手段７、例えばネジ棒及びナット等による挟み付けにより対向方向に押圧されて一体化されている。一体化された組電池２０の下側には各セル２を所定温度に加温するための加温ユニット１９（後述）が一体的に設けられている。
【００２６】
また、電池ユニットケース１には、組電池２０の温度が上昇して高温となったときに電池ユニットケース１の内部を冷却する手段が設けられている。冷却手段としては、例えば、電池ユニットケース１における長手方向（図１のＸ方向）の対向する壁面に２つの開口部２５，２６を形成し、電池ユニットケース１の外気を取り込んで組電池２０を冷却するためのファンを設けること等が考えられる。実施の形態１においては、一方の開口部２６が組電池２０の上側部分と対向する壁面位置に形成されて電池ユニットケース外部より外気を取り込み、他方の開口部２５が組電池２０の下側部分と対向する壁面位置に形成されて電池ユニットケース外部へ排気している。開口部２５の内側にはファン６が配設されおり、電池ユニットケース１の内部に外気を流して、組電池２０を冷却する構成となっている。なお、上記のように組電池２０の上側部分と対向する開口部２６から外気を取り込み、組電池２０下側部分と対向する開口部２５より排気するように通気路を形成することで組電池２０を効率よく冷却することが可能となる。
【００２７】
図２は、実施の形態１の電池ユニット１０の組電池２０における１つのセル（二次電池）２を示す断面図であり、図２の（ａ）がセル２の正面断面図であり、（ｂ）が（ａ）に示すセル２におけるＡ−Ａ線による側面断面図である。図２において、セル２は、金属製のセルケース１１を備えており、このセルケース１１の内部には正極活物質層を有する長尺シートの正極シートと、負極活物質層を有する負極シートが、非水電解質を有するセパレータを介して交互に積層されて、扁平状に巻回された電極構成体２２が封入されている。なお、図２において、リチウムイオン電池の正極シート、負極シート、セパレータ等の電極構成体２２は図示を省略している。実施の形態１において、セルケース１１はアルミニウム材を用いて形成した例で説明するが、セルケース１１の材料としては、高い熱伝導性を有する材料であればよい。さらに、セルケース１１としては、鉄にニッケルメッキを施したもの、アルミニウムと樹脂シートを重ね合わせて一体化したアルミラミネートフィルム等を用いることにより酸化や腐食を防止することが可能となる。
電極構成体２２が封入されたセルケース１１の上面には、正極シートに接続された正極端子８と、負極シートに接続された負極端子９が突設されている。
【００２８】
図２に示すように、セルケース１１の下側には、加温ユニット１９が設けられている。この加温ユニット１９は、発熱シート４及び断熱ユニット５により構成されている。図３は、電池ユニット１０におけるセル２の底面に設けられた加温ユニット１９を示す拡大断面図である。図３に示すように、発熱シート４は、発熱源となる薄膜の発熱体１３が上面側被覆層（第１被覆層）１２及び下面側被覆層（第２被覆層）１４により上下両面から挟着されて被覆されている。図４は並設された複数のセル２の組電池２０に対する発熱シート４及び断熱ユニット５で構成された加温ユニット１９を示す部分斜視図である。なお、図４においては、組電池２０における１つのセル２のみを示している。
【００２９】
実施の形態１における加温ユニット１９は、並設された複数のセル２を持つ組電池２０に対して一体的に装着されるよう構成されている。加温ユニット１９においては、各セル２に対向する位置に各発熱体１３が配置され、各発熱体１３に対向するように発熱シート４の裏面に各断熱ユニット５が設けられている。このため、並設された複数のセル２に加温ユニット１９を装着することにより、各発熱体１３が各セルケース１１の底面に上面側被覆層１２を介して密着するよう構成されている。したがって、並設された複数のセル２を有する組電池２０に加温ユニット１９を装着するだけで、寒冷地仕様の電池ユニット１０を容易に構成することができる。なお、実施の形態１における断熱ユニット５は、各発熱体１３に対応するように分断された構成を示すが、複数の発熱体１３に対応するように断熱ユニット５を一体的な構成としてもよい。
【００３０】
加温ユニット１９における断熱ユニット５は、断熱性を有するとともに、弾性（クッション性）を有する材料により形成された第１断熱部１５と、断熱性を有するとともに、第１断熱部１５より弾性（クッション性）が少なく硬い材料により形成された第２断熱部１６とにより構成されている。
【００３１】
第１断熱部１５として用いられる材料としては、弾性（クッション性）のある断熱材として熱伝導率［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］が０．０７〜０．１５、密度［ｋｇ／ｍ３］が６０〜４００のものが好ましい。また、第２断熱部１６として用いられる材料としては、ある程度硬く変形しにくい断熱材として熱伝導率［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］が０．１５〜０．２５、密度［ｋｇ／ｍ３］が４００〜１０００のものが好ましい。
【００３２】
実施の形態１の電池ユニット１０における断熱ユニット５においては、第１断熱部１５が断熱性及び弾性（クッション性）を有する材料として、例えばアルミナシリカ系の繊維が集合して綿状となった材料等により形成されている。また、第２断熱部１６としては、断熱性を有するとともに、第１断熱部１５より弾性（クッション性）が少なく硬い材料として、例えばケイ酸カルシウムを主成分とする材料等により形成されている。
なお、実施の形態１においては、断熱ユニット５として第１断熱部１５及び第２断熱部１６の２種類の断熱材料を積層して構成した例で説明するが、いずれか一方の材料のみにより断熱ユニット５を構成してもよい。いずれの構成であっても、断熱ユニット５が断熱性を有しており、発熱シート４から輻射された熱を遮断すると共に、発熱シート４をセルケース１１の底面に密着させる構成であればよい。
【００３３】
実施の形態１の電池ユニット１０において、セルケース１１の底面と発熱シート４は熱伝導性を有する接合材料で構成された接合層１７（図３参照）により固着されている。この接合層１７は、セルケース１１の底面における微細な凹凸部分に入り込み、セルケース１１と発熱シート４との密着性を高めている。この結果、発熱シート４から輻射された熱は、発熱シート４の裏面側においては断熱ユニット５により遮断されるが、発熱シート４の表面側においては接合層１７を介して金属製（例えば、アルミニウム製）のセルケース１１に確実に伝熱される。
【００３４】
接合層１７の材料としては、熱伝導性に優れた材料、例えば熱伝導率が０．７Ｗ／（ｍ・Ｋ）より大きいも、のが好ましい。また、接合層１７の材料としては、電気絶縁性に優れた材料、例えば体積抵抗率が１×１０１５Ω・ｃｍ（ＪＩＳＣ２３１８）より大きいものが好ましい。さらに接合材１７の材料としては、耐熱性に優れた材料、例えば耐熱温度が１２０℃以上のものが好ましい。接合層１７の材料組成としては、シリコン樹脂を主成分とする組成物が用いられており、形状としてはエラストマー状、ゲル状、グリース状、コンパウンド状、パッド状（或いはフィルム状）のものがある。ゲル状、コンパウンド状等は、セルケース１１又は発熱シート４のいずれか一方の面に予め塗布して使用される。エラストマー状、パッド状等は、予め所定の形状に切断して、組み立て時にセルケース１１と発熱シート４との間に挿入して用いられる。
実施の形態１においては、接合層１７の材料として、シリコン樹脂製コンパウンド（熱伝導率が０．８０Ｗ／（ｍ・Ｋ）、体積抵抗率が２×１０１６Ω・ｃｍ）、耐熱温度が１２０℃のものを用いた。
【００３５】
なお、実施の形態１においては、発熱シート４とセルケース１１との間に接合層１７を形成して互いに密着させた例で説明するが、本発明においては、発熱シート４とセルケース１１とを直接的に密着接触させてもよく、発熱シート４とセルケース１１との間に接合層を設けなくても略同様の効果を奏する。但し、接合層を設けない構成の場合には、セルケース１１の接触面（底面）を滑らかにして、微細な凹凸を無くすよう形成することが好ましい。
【００３６】
実施の形態１の電池ユニット１０においては、複数のセルケース１１が並設されており、その並設されたセルケース１１の各底面に対向する位置に各発熱体１３が配置されるように発熱シート４が構成されている。
【００３７】
図４に示すように、発熱シート４において、複数の発熱体１３が並設されており、それぞれの端部がリード帯２３により電気的に接続されて、各発熱体１３が電気的に並列接続されている。発熱シート４における各発熱体１３は、セルケース１１の底面のほぼ全面を覆うように対向して配置されており、セルケース１１の底面全面を均一に加熱するよう構成されている。
【００３８】
［発熱体］
本発明に係る実施の形態１の電池ユニット１０において用いた発熱体１３は、炭素系物質を主成分とし厚み方向において複数のフィルムシート素材の各層が互いに空隙を介して積層され、優れた二次元的等方向性の熱伝導性を有しており、熱伝導率が２００Ｗ／ｍ・ｋ以上を有するフィルムシート状の材料で帯状に形成されている。
【００３９】
ここで、二次元的等方向性の熱伝導とは、直交するＸ軸とＹ軸で設定される面における、あらゆる方向において同じように熱伝導されることを示すものである。したがって、本発明において二次元的等方向性とは、例えば炭素繊維が同じ方向に並設して形成された発熱体における炭素繊維方向の１方向（Ｘ軸方向）、又は炭素繊維をクロスに編んで形成された発熱体における炭素繊維方向の２方向（Ｘ軸方向とＹ軸方向）だけを指すものではない。
したがって、実施の形態１の電池ユニット１０に用いられる発熱体１３は、発熱体１３の両端に電圧を印加することにより、その全面において瞬時に均一な温度で発熱するものである。
【００４０】
発熱体１３の材料であるフィルムシート素材は、高分子フィルム又は、フィラーを添加した高分子フィルムを高温度、例えば２４００℃以上の雰囲気中にて熱処理し、焼成してグラファイト化した耐熱性を有する高配向性のグラファイトフィルムシートであり、面方向の熱伝導率が６００から９５０Ｗ／ｍ・ｋの特性を有する。天然の黒鉛を主成分とした粉末を成型し、焼成して圧延加工によりフィルムシート状としたものであれば、一般的には熱伝導率が２００から４００Ｗ／ｍ・ｋであるが、本発明の実施の形態１において用いた発熱体１３は、前述のように面方向の熱伝導率が６００から９５０Ｗ／ｍ・ｋという優れた二次元的等方向性の熱伝導を有する。したがって、発熱体１３においては、発熱と熱伝導により、温度ムラのない均一な熱源となる。
【００４１】
本発明において用いられる発熱体１３の材料であるフィルムシート素材は、積層構造を有し、面方向の層表面が平坦な面、凹凸面あるいは波うつ面等の各種の面形状を有しており、対向する各層の間には空隙が形成されている。このフィルムシート素材の積層構造において、各層間に形成される空隙の形成状態のイメージは、複数回（例えば、何十回、何百回）と重ね合わせるように折り曲げてパイ生地を作り、そのパイ生地を焼いて得た、パイの断面形状と類似している。したがって、本発明における発熱体１３の材料であるフィルムシート素材は、前述のように、面方向においては優れた二次元的等方向性の熱伝導性を有する材料である。
【００４２】
前述のように製造されたフィルムシート素材として用いられる高分子フィルムとしては、ポリオキサジアゾール、ポリベンゾチアゾール、ポリベンゾビスチアゾール、ポリベンゾオキサゾール、ポリベンゾビスオキサゾール、ポリピロメリットイミド（ピロメリットイミド）、ポリフェニレンイソフタルアミド（フェニレンイソフタルアミド）、ポリフェニレンベンゾイミタゾール（フェニレンベンゾイミタゾール）、ポリフェニレンベンゾビスイミタゾール（フェニレンベンゾビスイミタゾール）、ポリチアゾール、ポリパラフェニレンビニレンのうちから選ばれた少なくとも一種類の高分子フィルムを挙げることができる。また、高分子フィルムに添加されるフィラーとしては、リン酸エステル系、リン酸カルシウム系、ポリエステル系、エポキシ系、ステアリン酸系、トリメリット酸系、酸化金属系、有機錫系、鉛系、アゾ系、ニトロソ系およびスルホニルヒドラジド系の各化合物を挙げることができる。より具体的には、リン酸エステル系化合物として、リン酸トリクレジル、リン酸（トリスイソプロピルフェニル）、トリブチルホスフェ−ト、トリエチルホスフェ−ト、トリスジクロロプロピルホスフェート、トリスブトキシエチルフォスフェート等を挙げることができる。リン酸カルシウム系化合物としては、リン酸二水素カルシウム、リン水素カルシウム、リン酸三カルシウム、等を挙げることができる。また、ポリエステル系化合物としては、アジピン酸、アゼライン酸、セバチン酸、フタル酸などとグリコール、グリセリン類とのポリマー等を挙げることができる。また、ステアリン酸系化合物としては、セバシン酸ジオクチル、セバシン酸ジブチル、クエン酸アセチルトリブチル等を挙げることができる。酸化金属系化合物としては、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化鉛等を挙げることができる。トリメリット酸系化合物としては、ジブチルフマレート、ジエチルフタレート等を挙げることができる。鉛系化合物としては、ステアリン酸鉛、ケイ酸鉛等を挙げることができる。アゾ系化合物としては、アゾジカルボンアミド、アゾビスイソブチロニトリル等を挙げることができる。ニトロソ系化合物としては、ニトロソペンタメチレンテトラミン等を挙げることができる。スルホニルヒドラジド系化合物としては、ｐ−トルエンスルホニルヒドラジド等を挙げることができる。
【００４３】
前記フィルムシート素材を積層し、不活性ガス中において２４００℃以上で処理し、グラファイト化の過程で発生するガス処理雰囲気の圧力を調整することによりフィルムシート状の発熱体が製造される。
【００４４】
なお、前記フィラーの添加量は、０．２〜２０．０重量％の範囲が適当であり、より好ましくは１．０〜１０．０重量％の範囲である。その最適添加量は、高分子フィルムの厚さによって異なり、高分子フィルムの厚さが薄い場合には添加量が多い方がよく、厚い場合には添加量は少なくてよい。フィラーの役割は熱処理後のフィルムを均一発泡の状態にすることにある。すなわち、添加されたフィラーは、加熱中にガスを発生し、このガスの発生した後の空洞が通り道となってフィルム内部からの分解ガスの穏やかな通過を助けるものである。フィラーはこうして均一発泡状態を作り出すのに役立つ機能を有している。
【００４５】
上記のように、実施の形態１における発熱体１３の材料は、フィルムシート素材であり、高分子フィルム又はフィラーを添加した高分子フィルムを高温度、例えば２４００℃以上の雰囲気中にて熱処理し、焼成してグラファイト化した耐熱性を有する高配向性のグラファイトフィルムシートを材料としている。そして、発熱体１３は、面方向の熱伝導率が６００から９５０Ｗ／ｍ・ｋの特性を有する材料で形成されている。
【００４６】
本発明に係る実施の形態１の電池ユニット１０に用いられる発熱体１３においては、フィルムシート状の素材に対して切断処理を行って、セルケース１１の底面形状に対応する形状に形成されて発熱体素材が形成されている。この切断処理は、切断金型を素材に押し付けて切断する切断プレス加工により行われる。
【００４７】
なお、レーザー加工により、フィルムシート状の素材に対する切断処理を行うことも可能である。フィルムシート状の素材に対してレーザー加工により所望の形状の発熱体素材を形成する場合、非熱加工作用を主体とした波長１０６４から３８０ｎｍのレーザー加工、例えば、呼称１０６４ｎｍの短波長レーザー加工や、呼称５３２ｎｍの第二高調波レーザー加工を用いることが好ましい。レーザー加工におけるレーザー波長が短くなると熱加工からケミカル加工に近づくために、発熱体１３への熱の影響は小さくなり、加工によるススやバリの発生を抑えた高精度の加工が実現できる。
【００４８】
なお、好ましいレーザー加工方法は、発熱体１３の材料、すなわち面方向の熱伝導性及び形状によって、前述の非熱加工作用を主体としたレーザー加工波長（１０６４から３８０ｎｍ）を持つ加工方法から適宜選択し得ることは言うまでもない。
【００４９】
［発熱シート］
発熱シート４においては、前述のように製造された複数の発熱体１３が、並設されたセルケース１１の底面に対応する位置に配置されている。発熱シート４における各発熱体１３の両端部は、リード帯２３（図４参照）により電気的に接続されて、各発熱体１３は電気的に並列に接続されている。このように並設された発熱体１３とこれらを接続するリード帯２３は、上側被覆層（第１被覆層）１２及び下側被覆層（第２被覆層）１４により被覆されている。上側被覆層１２及び下側被覆層１４は、耐熱性、可撓性、及び熱透過性を持つ樹脂材、例えばポリイミド樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂等により形成された薄い膜体である。上側被覆層１２及び下側被覆層１４の外縁部分は、互いに接着されているため、発熱体１３及びリード帯２３は防水状態に被覆されている。なお、リード帯２３に接続されたリード線は、上側被覆層１２及び下側被覆層１４の外部に導出されており、そのリード線に電力が供給されるよう構成されている。
【００５０】
実施の形態１の電池ユニット１０においては、上側被覆層１２及び下側被覆層１４として、ポリイミド（ＰＩ）樹脂で形成された厚み３７μｍのポリイミドフィルムを用いて発熱シート４を製造した。
発熱シート４の製造方法は、以下の通りである。
（１）一方の被覆層１２又は１４の対向面に対して接着剤を塗布する。
（２）接着剤が塗布された一方の被覆層１２又は１４の対向面における所定位置に複数の発熱体１３及びリード線が接続されたリード帯２３を所定位置に配置する。
（３）発熱体１３等が配置された一方の被覆層１２又は１４に対して、当該発熱体１３等を封入するように、接着剤が塗布されていない他方の被覆層１４又は１２を被せる。
（４）発熱体１３等を挟んだ被覆層１２，１４に対して、約３５０℃に設定された加熱用プレートにより上下面から加圧して、厚み約３μｍの接着層を持つラミネート状の発熱シート４が製造される。実施の形態１において用いた接着剤は融点が３２０℃であった。
【００５１】
なお、実施の形態１における発熱シート４は、加熱用プレートによる加圧力が、約０．１ｋｇｆ／ｃｍ２、加圧時間が、２０分であった。これらの加圧力及び加圧時間は、発熱シート４の厚み、形状、製造環境状態等に応じて適宜、所定の値に設定されるものである。実施の形態１における発熱シート４の使用温度としては、使用した接着剤の融点３２０℃より低い２５０℃以下が好ましい。
【００５２】
上記のように製造される発熱シート４は、加熱用プレートによる加熱処理の時、所望の形状、例えば平面形状、湾曲形状等の各種形状に形成することが可能である。したがって、本発明に係る電池ユニットにおいては、発熱シート４を、例えばセルケース１１の底面形状に対応する形状となるように形成することが可能となり、発熱シート４とセルケース１１の底面等との密着性を高めることができる。
【００５３】
なお、実施の形態１における発熱シート４は、上側被覆層１２及び下側被覆層１４をポリイミド（ＰＩ）樹脂で形成した例で説明したが、熱可塑性樹脂であるポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、又はポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂で形成することが可能である。
【００５４】
例えば、上側被覆層１２及び下側被覆層１４として、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂で形成された厚み５０μｍのポリエチレンテレフタレートフィルムを用いた場合、発熱シート４は次のように製造される。
（１）上側被覆層１２及び下側被覆層１４における対向面に、予め表面処理、例えばコロナ放電による表面処理が行われる。
（２）上側被覆層１２及び下側被覆層１４の間の所定位置に複数の発熱体１３、及びリード線が接続されたリード帯２３を配置する。
（３）発熱体１３を挟んだ上側被覆層１２及び下側被覆層１４に対して、約２８０℃に設定された加熱用プレートにより上下面から加圧して、ラミネート状の発熱シート４が製造される。
【００５５】
上記のように製造された発熱シート４は、加熱用プレートによる加圧力が、約０．１ｋｇｆ／ｃｍ２、加圧時間が、１０分であった。これらの加圧力及び加圧時間は、発熱シート４の厚み、形状、製造環境状態等に応じて適宜、所定の値に設定されるものである。上記のように製造されたポリエチレンテレフタレートフィルムを用いた発熱シート４の使用温度としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂の融点２５８℃より低い１８０℃以下が好ましい。
【００５６】
さらに、実施の形態１における発熱シート４は、上側被覆層１２及び下側被覆層１４を熱可塑性樹脂であるポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂で形成する場合には次のように製造される。
上側被覆層１２及び下側被覆層１４として、厚み５０μｍのポリフェニレンサルファイドフィルムを用いた場合、発熱シート４は次のように製造される。
（１）上側被覆層１２及び下側被覆層１４の間の所定位置に複数の発熱体１３、及びリード線が接続されたリード帯２３を配置する。
（２）発熱体１３を挟んだ上側被覆層１２及び下側被覆層１４に対して、約３２０℃に設定された加熱用プレートにより上下面から加圧して、ラミネート状の発熱シート４が製造される。
【００５７】
上記のように製造された発熱シート４は、加熱用プレートによる加圧力が、約０．１ｋｇｆ／ｃｍ２、加圧時間が、１５分であった。これらの加圧力及び加圧時間は、発熱シート４の厚み、形状、製造環境状態等に応じて適宜、所定の値に設定されるものである。上記のように製造されたポリフェニレンサルファイドフィルムを用いた発熱シート４の使用温度としては、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂の融点２８０℃より低い２２０℃以下が好ましい。
【００５８】
なお、実施の形態１の電池ユニット１０においては、上側被覆層１２及び下側被覆層１４がポリイミド樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂について説明したが、他の樹脂材を用いて形成することが可能である。
【００５９】
熱可塑性樹脂で形成された上側被覆層１２及び下側被覆層１４としては、下記に列記する樹脂材から選ぶことができる。
例えば、汎用プラスチックと呼ばれる、ＰＶＣ（塩化ビニル樹脂）、ＰＥ（ポリエチレン樹脂）、ＰＰ（ポリプロピレン樹脂）、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタアクリレート樹脂）、ＰＡ（ナイロン樹脂）、ＡＢＳ（アクリルニトリル-ブタジエン-スチレン樹脂の共重合体）、ＡＳ（アクリルニトリル-スチレン樹脂の共重合体）、ＰＳ（ポリスチレン樹脂）、ＰＶＤＣ（ポリ塩化ビニリデン樹脂）、ＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル樹脂）、ＥＶＡＬ（エチレンビニルアルコール樹脂）、熱可塑性エラストマーと呼ばれる、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴム）、ＴＰＥ（オレフィン系あるいはスチレン系エラストマー）、ＰＥＴＰ（ポリエステル系エラストマー）、エンプラ（エンジニアリングプラスチック）と呼ばれる、ＰＡ（ポリアミド樹脂）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート樹脂）、ＰＣ（ポリカーボネイト樹脂）、ＰＯＭ（ポリアセタール樹脂）、ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル樹脂）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート樹脂）、ＵＨＭＷ-ＰＥ（超高分子量ポリエチレン樹脂）、スーパーエンプラ（超エンプラ）と呼ばれる、ＰＳＦ（ポリサルフォン樹脂）、ＰＥＳ（ポリエーテルサルフォン樹脂）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド樹脂）、ＰＡＲ（ポリアリレート樹脂）、ＰＥＩ（ポリエーテルイミド樹脂）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン樹脂）、熱可塑性ＰＩ樹脂、ＰＢＩ（ポリベンゾイミダゾール樹脂）、フッ素樹脂と呼ばれる、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン樹脂）、ＰＦＡ（パーフルオロアルコキシルアルカン樹脂）、ＦＥＰ（パーフルオロ-エチレン-プロピレン樹脂）、ＥＴＦＥ（エチレン-テトラフルオロエチレン樹脂）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン樹脂）、ＰＣＴＦＥ（３フッ化塩化エチレン樹脂）等である。
【００６０】
また、熱硬化性樹脂で形成された上側被覆層１２及び下側被覆層１４としては、下記に列記する樹脂材から選ぶことができる。
例えば、ＰＩ（熱硬化性ポリイミド樹脂）、ＰＡＩ（ポリアミドイミド樹脂）、ＰＦ（フェノール樹脂）、ＵＦ（ユリア樹脂）、ＵＰ（不飽和ポリエステル樹脂、ガラス繊維強化したものも含む）、ＭＦ（メラミン-ホルムアルデヒド樹脂）、ＥＰ（エポキシ樹脂、ガラス繊維強化したものも含む）、ＳＩ（シリコン樹脂）、ＰＵＲ（ウレタン樹脂）等である。
【００６１】
また、実施の形態１の電池ユニット１０においては、発熱シート４をセルケース１１に接着するための接合層１７の材質としては、熱可塑性ポリイミドからなる組成物、熱可塑性ポリアミドからなる組成物、エポキシ樹脂からなる組成物、シリコン樹脂からなる組成物、ウレタン樹脂からなる組成物、ポリエステル樹脂からなる組成物、アクリル樹脂からなる組成物等から選択される。
【００６２】
［温度上昇特性］
発明者は、上記のように製造された発熱シート４と断熱ユニット５とを有する加温ユニット１９を、セルケース１１の底面に接合層１７を介して密着させて構成した電池ユニット１０において、発熱シート４の加熱によるセルケース１１における温度上昇特性を測定する実験を行った。また、発熱シート４と、従来のヒータとしてのＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）ヒータを用いて比較実験を行った。
【００６３】
温度上昇特性測定実験においては、実施の形態１の発熱シート４に対して異なる入力電力により、発熱温度を変化させて測定実験を行うと共に、セルケース１１における複数（２箇所）の位置で測定した。また、従来のヒータであるＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）ヒータを用いても同様の測定実験を行った。このとき用いたＰＴＣヒータは、導電性カーボンとポリエチレン系高分子の混合物を樹脂シート上に印刷した後、熱処理を行い絶縁性シートで挟んで発熱シートを形成して、セルケース１１の底面に固着して測定実験を行った。
【００６４】
この実験で用いたセルケース１１は、高さ１００ｍｍ×幅１０ｍｍ×奥行き１００ｍｍ×厚み１ｍｍのアルミニウム材で形成されたものを用いた。長さ１００ｍｍ×幅１０ｍｍの発熱シート４をアルミケース１１の底面の全面に張り付けた。また、断熱ユニット５としては、第１断熱部１５の材質がセラミックファイバー製のフェルト材であり、その厚みが２〜３ｍｍであり、第２断熱部１６の材質がロックウール製の板材であり、その厚みが１０ｍｍであった。
【００６５】
図５は、実施の形態１における発熱シート４（曲線Ｄ）と、ＰＴＣヒータ（曲線Ｅ）とを比較した実験結果を示すグラフである。この実験で使用した発熱シート４は、長さ１００ｍｍ、幅８ｍｍ、厚み１ｍｍであり、発熱体１３は、長さ１００ｍｍ、幅８ｍｍ、厚み０．２ｍｍであった。従来のヒータは、導電性カーボンとポリエチレン系高分子の混合物を樹脂シート上に印刷した後、熱処理を行い製造されたＰＴＣヒータであり、長さ１００ｍｍ、幅８ｍｍ、厚み１ｍｍであった。このＰＴＣヒータは、一定温度を印加すると初期抵抗に応じた電流が流れて自己発熱し、キュリー温度に到達すると急激に抵抗が大きくなり、電流が減少する性質を有する。このため、ＰＴＣヒータにおいて、設定温度内ではキュリー温度が無いことが好ましい。しかし、この実験で使用したＰＴＣヒータの材料構成においてはキュリー温度を９０度以上の温度に設定することができなかった。また、その他のＰＴＣヒータとしては、例えばチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）に希土類元素等を添加して焼結したセラミックスがある。このようなＰＴＣヒータの材料構成においては、設定温度として２００℃まで対応可能であるが、柔軟性（弾力性、クッション性）を有するものではなく、硬質材であった。
【００６６】
なお、発熱シート４及びＰＴＣヒータのヒータ温度は６０℃に設定したものである。図５に示すように、電源投入（０秒）から３０分が経過した時点において、発熱シート４は約１７Ｋ（ケルビン温度）上昇し、従来のＰＴＣヒータは約１１Ｋ上昇した。発熱シート４（曲線Ｄ）の方が従来のＰＴＣヒータ（曲線Ｅ）に比べて、発熱温度が約５５％向上していることが理解できる。
【００６７】
ＰＴＣヒータは、その設定温度範囲内にキュリー点を有しており、そのキュリー点に到達すると急激に抵抗が大きくなり、電流が減少するという特性を有している。このため、ＰＴＣヒータはキュリー温度に到達すると設定温度以上の温度（６０℃）より上昇することはなく、高い温度の制御を行うには問題を有していた。一方、本願における発熱シート４は、その設定温度範囲内にはキュリー点がなく、設定温度範囲内の全ての領域においては温度が高くなれば抵抗が大きくなるという正特性（温度−抵抗特性）を有しており、特に高い温度での温度制御に最適な熱源である。
【００６８】
図６は、温度上昇特性測定実験におけるセルケース１１の測定位置（ａ，ｂ）を示している。測定位置ａは発熱シート４に近い位置であり、測定位置ｂは発熱シート４から遠く、電極端子８，９に近い位置である。
上記のように発熱シート４に近い位置（ａ）と、発熱シート４から遠い位置（ｂ）の２箇所のセルケース１１の側面の位置で温度上昇特性測定実験を行ったところ、２つの測定位置における温度差はほとんど認められなかった。これは、セルケース１１のアルミニウム材の熱伝導率が高いため、発熱シート４からの熱がセルケース１１において素早く伝熱されていることを示している。
【００６９】
図７は、上記の温度上昇特性測定実験結果を示すグラフである。図７において、符号Ａにて示す測定曲線は発熱シート４に６．４Ｗが入力され、設定温度が２２５℃の場合である。また、符号Ｂにて示す測定曲線は発熱シート４に３．８Ｗが入力され、設定温度が１５５℃の場合である。符号Ｃにて示す測定曲線は発熱シート４に１．４Ｗが入力され、設定温度が６０℃の場合である。この温度上昇特性測定実験においては、２７℃のセルケース１１が加熱されて６７℃（温度差４０Ｋ）に到達するまでの時間を測定した。即ち、セルケース１１を４０Ｋ（ケルビン温度）だけ上昇させる時間を測定した。これは、セルケース１１を零下２０℃から２０℃（温度差４０Ｋ）まで上昇させるための時間と相対的に同様と見ることができる。
【００７０】
図７に示すように、実施の形態１における発熱シート４を用いて消費電力（ワット数）を変更した場合の温度上昇時間を表したものであり、消費電力（ワット数）が高いほど立ち上がりが早く、且つ所定温度差（４０Ｋ）までの到達時間が極端に短いことが理解できる。発熱シート４に６．４Ｗが入力された設定温度が２２５℃の場合（測定曲線Ａ）、所定温度差（４０Ｋ）までの到達時間は約１０分であった。また、発熱シート４に３．８Ｗが入力された設定温度が１５５℃の場合（測定曲線Ｂ）、所定温度差（４０Ｋ）までの到達時間は約３０分であった。また、発熱シート４に１．４Ｗが入力された設定温度が６０℃の場合（測定曲線Ｃ）、所定温度差（４０Ｋ）に到達するためには図示していないが数時間（約３時間）を要した。
【００７１】
なお、氷点下の過酷な使用状態において、例えば氷点下の−２０℃の環境下においては最適温度の＋２０℃との温度差が４０Ｋ（ケルビン温度）である。このような使用状態において、発熱シート４が＋６０℃で設定されているとき、環境温度（−２０℃）と設定温度（＋６０℃）との温度差は８０Ｋとなる。同様に、発熱シート４が＋２２５℃で設定されているときには、その温度差が２４５Ｋとなり、発熱シート４が＋１５５℃に設定されているときには、その温度差が１７５Ｋとなる。環境温度と発熱シート４の設定温度との温度差（温度勾配）が、大きいほうが最適温度（例えば、＋２０℃）までの到達時間が早くなることはいうまでもない。
【００７２】
なお、本発明においては、電池ユニットにおける発熱手段としてＰＴＣヒータを用いて、発熱シート４と同様にセル２に張り付ける構成とすることにより、例えば−２０℃の環境下で設定温度６０℃として、その温度差８０Ｋで使用することは可能である。ＰＴＣヒータを発熱手段として用いた場合には、発熱シート４を発熱手段として用いた場合に比べて最適温度（４０Ｋ）までの到達時間は長くなるが、本発明のセルを直接的に加熱する構成とすることにより従来技術の欄で説明した筐体全体を加熱する構成に比べて、最適温度までの到達時間を大幅に短くすることが可能となる。
【００７３】
上記のように、実施の形態１の電池ユニット１０においては、発熱体１３を用いた発熱シート４がセルケース１１の底面全面を均一に加熱するように構成されているため、セルケースの温度立ち上がりが早く、所定温度への到達時間が飛躍的に早くなっている。
【００７４】
実施の形態１の電池ユニット１０におけるセル（二次電池）２の使用温度としては、好ましくは２０℃であり、セルケース１１の温度は常に６０℃以下となるよう設定されている。このため、実施の形態１の電池ユニット１０には、複数の温度センサが組電池２０に設けられている。温度センサの取付け位置としては組電池２０の上部、即ちセル２の上面に設けられている。実施の形態１においては全てのセル２の上面に温度センサを設けた例で説明するが、組電池２０における複数のセル２において、等間隔となるように選択されたセル２の上面に配置してもよい。
【００７５】
各温度センサからの温度情報は、電池ユニット１０に設けられた制御部（図示無し）に送られ、予め決められた設定温度と比較されて当該組電池２０に対する温度制御が行われる。実施の形態１の電池ユニット１０においては、設定温度を、例えば２０℃として制御するよう構成してもよい。即ち、温度センサからの温度情報により、セルケース１１の温度が２０℃に達したことが検知されたとき、加温ユニット１９における発熱体１３に対する電力の供給が遮断される。また、セルケース１１の温度が１０℃より低いことが検知されたとき、加温ユニット１９における発熱体１３に対する電力が供給されるよう構成されており、低温度の環境において当該電池ユニット１０を使用する場合には、直ぐに最適温度（例えば２０℃前後）となるよう設定されている。この結果、実施の形態１の電池ユニット１０においては、当該電池ユニット１０が電気特性や寿命に関して最適な温度範囲で常に稼働されるよう構成されており、安全性及び信頼性の高い電池ユニットとなっている。
【００７６】
前述のように、セルケース１１は高い熱伝導率を持つ金属、例えばアルミニウム、銅等で形成されているため、加温ユニット１９により加熱されたセルケース１１の底部の熱が、直ぐに上部に熱伝導する。したがって、温度センサにより検出された温度情報は、セルケース１１のほぼ全域の温度と考えられる。このように、温度センサが検出するセルケース１１の上部の温度は、実質的にセルケース１１の全域の温度を示しており、温度センサからの温度情報による制御によりセルケース１１に対する好適な温度制御が可能となっている。
【００７７】
上記のように、実施の形態１の電池ユニット１０においては、発熱立ち上がりが早く、発熱面の全体が均一に発熱するという優れた特性を有する特殊な発熱体１３をセルケース１１に対して実質的に直接的に接触するように配設して、発熱体１３によりセルケース１１を加熱するように構成されている。したがって、実施の形態１の電池ユニット１０を環境対応自動車の電源として用いた場合には、寒冷地の氷点下の状況においても電池ユニット１０を素早く加温して所定温度に短時間で到達させることができる。この結果、実施の形態１の電池ユニット１０を用いた環境対応自動車は、氷点下の状況において始動前に、予め電源を長時間加温しておく必要が無く、放熱による無駄な電力消費を無くし、省エネルギー化を図ることができ、氷点下における環境対応自動車の始動を素早く行うことが可能となる。
【００７８】
また、実施の形態１の電池ユニット１０においては、薄膜体の発熱体１３を耐熱性のある薄い樹脂により被覆して個々のセルケース１１に直接取り付けた構成であるため、電池ユニット１０における各セルケース１１の発熱立ち上がりが早くなると共に、電池ユニットの小型化、及び軽量化を達成することができる。この結果、実施の形態１の電池ユニットは、環境対応自動車の小型化、軽量化に大きく寄与するものとなる。また、車両に使用した場合において生じる振動に対して、金属発熱体等の硬質な発熱体であれば絶縁物を傷つけ、当該絶縁物の絶縁破壊を起こすことがある。しかし、実施の形態１の電池ユニットにおける発熱体１３は、絶縁物より柔らか材質であるため、振動状態であっても絶縁物を傷つけることがない。
【００７９】
《実施の形態２》
以下、本発明に係る実施の形態２の電池ユニットについて添付の図面を参照しつつ説明する。図８は、本発明に係る実施の形態２の電池ユニットにおける１つのセル１００を示す断面図である。図８において、（ａ）がセル１００の正面断面図であり、（ｂ）が（ａ）に示したセル１００におけるＢ−Ｂ線による側面断面図である。実施の形態３の電池ユニットの説明において、前述の実施の形態１の電池ユニットと同じ機能、構成を有するものには同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００８０】
図８に示すように、セル１００は、実施の形態１と同様に、金属製のセルケース１１を備えており、このセルケース１１の内部には正極シートと負極シートが、非水電解質を有するセパレータを介して交互に積層されて、扁平状に巻回された電極構成体が封入されている。電極構成体が封入されたセルケース１１の上面には、正極シートに接続された正極端子８と、負極シートに接続された負極端子９が突設されている。
【００８１】
図８に示すように、セルケース１１の下側には、加温ユニット１１９が設けられている。この加温ユニット１１９は、発熱シート１０４及び断熱ユニット１０５により構成されている。発熱シート１０４は、発熱体１３が上面側被覆層１１２及び下面側被覆層１１４により上下両面から挟着されて、被覆されている。
【００８２】
図８の（ｂ）に示すように、断熱ユニット１０５には、セルケース１１の正面側及び背面側に立ち上がり部１０５Ａがそれぞれ形成されている。このため、断熱ユニット１０５はセルケース１１の底面の全域を覆うと共に、セルケース１１の正面側と背面側のそれぞれの一部を覆うよう構成されている。
【００８３】
図９は、実施の形態２の電池ユニットにおける加温ユニット１１９を示す斜視図である。図９に示すように、加温ユニット１１９には、第１断熱部１１５と第２断熱部１１６を有する断熱ユニット１０５、及び発熱体１１３を有する発熱シート１０４が設けられている。発熱シート１０４は、耐熱性と可撓性と熱透過性を有する樹脂材、例えばポリイミド樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂等により形成された薄い膜体が発熱体１１３の全面に被着されている。
【００８４】
断熱ユニット１０５は、断熱性を有するとともに、弾性（クッション性）を有する材料により形成された第１断熱部１１５と、断熱性を有するとともに、第１断熱部１１５より弾性（クッション性）が少なく硬い材料により形成された第２断熱部１１６とにより構成されている。
第１断熱部１１５として用いられる材料としては、弾性（クッション性）のある断熱材として熱伝導率［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］が０．０７〜０．１５、密度［ｋｇ／ｍ３］が６０〜４００のものが好ましい。また、第２断熱部１１６として用いられる材料としては、ある程度硬く変形しにくい断熱材として熱伝導率［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］が０．１５〜０．２５、密度［ｋｇ／ｍ３］が４００〜１０００のものが好ましい。断熱ユニット１０５の具体的な材料としては、前述の実施の形態１において説明した材料等が用いられる。
【００８５】
なお、実施の形態２においては、断熱ユニット１０５として第１断熱部１１５及び第２断熱部１１６の２種類の断熱材料を積層して用いた例で説明するが、いずれか一方の材料のみにより断熱ユニット１０５を構成してもよい。
前述のように、断熱ユニット１０５には、立ち上がり部１０５Ａが形成されており、セルケース１１の正面側及び背面側の底面近傍部分を覆うよう構成されている。但し、複数のセル１００の間にはセパレータが配置されているため、断熱ユニット１０５には、セパレータの一部を挟むように、凹部１０５Ｂが形成されている。したがって、断熱ユニット１０５は、セルケース１１の底面の全域に配置された発熱シート１０４を完全に覆う形状となり、即ち、セルケース１１の底面を完全に覆うと共に、その正面及び背面に繋がる部分を覆うように形成されている。
【００８６】
上記のように構成された実施の形態２の電池ユニットにおいては、発熱シート１０４をセルケース１１の底面形状より大きく形成することが可能となり、発熱体１１３がセルケース１１の底面の全域を加熱する構成とすることが可能となる。
上記のように発熱シート１０４に並設された複数の発熱体１１３は、前述の実施の形態１と同様に、それぞれの端部がリード帯２３により接続されて、電気的に並列接続されている。
【００８７】
実施の形態２の電池ユニットにおいて、セルケース１１の底面と発熱シート１０４は熱伝導性を有する接合材料で構成された接合層１７（図３参照）により固着されている。この接合層１７は、セルケース１１の底面における微細な凹凸部分に入り込み、その表面を平坦にしてセルケース１１と発熱シート１０４との密着性を高めている。この結果、発熱シート１０４から輻射された熱は、発熱シート１０４の裏面側においては断熱ユニット１０５により遮断されるが、発熱シート１０４の表面側から輻射された熱は接合層１７を介して金属製（例えば、アルミニウム製）のセルケース１１に確実に伝熱される。
接合層１７の材料としては、熱伝導性に優れた材料であり、前述の実施の形態１において説明した材料が用いられる。
【００８８】
なお、実施の形態２においては、発熱シート１０４とセルケース１１との間に接合層１７を設けた例で説明したが、本発明においては、発熱シート１０４は可撓性、柔軟性を有するため、発熱シート１０４をセルケース１１に直接的に密着接触させて、発熱シート１０４とセルケース１１との間に接合層１７を設けなくても同様の効果を奏する。但し、接合層１７を設けない場合には、セルケース１１の接着面（底面）を滑らかにして、微細な凹凸を無くすことが好ましい。
【００８９】
上記のように、実施の形態２の電池ユニットにおいては、発熱シート１０４における複数の発熱体１１３は並設されており、各発熱体１１３の端部はリード帯２３により電気的に接続され、各発熱体１１３が電気的並列接続されている。また、発熱シート１０４における各発熱体１１３は、セルケース１１の底面のほぼ全面に接触して、且つ断熱ユニット１０５により覆われているため、発熱体１１３から輻射された熱はセルケース１１に伝導されセルケース１１を効率高く加熱している。
【００９０】
また、実施の形態２の電池ユニットにおいては、前述の実施の形態１の電池ユニットと同様に、発熱立ち上がりが早く、発熱面の全体が均一に発熱するという優れた特性を有する特殊な発熱体１１３をセルケース１１に対して実質的に直接接触するように配設している。このため、当該環境対応自動車の電源として用いた場合、寒冷地の氷点下の状況においても電池ユニットを所定温度に素早く加温することができ、且つ電池ユニットの小型化、及び軽量化を達成することができる。
【００９１】
《実施の形態３》
以下、本発明に係る実施の形態３の電池ユニットについて添付の図面を参照しつつ説明する。本発明に係る実施の形態３の電池ユニットは、複数のリチウムイオン電池であるセルが円筒形状を有しており、これらの円筒形状のセルはその円筒中心軸が平行となるように並設されて電池ユニットケース内に収納されている。電池ユニットケース内に収納された複数のセルは、電気的に直列に接続されて所定電力を出力するよう構成されている。
【００９２】
図１０は、本発明に係る実施の形態３の電池ユニットにおける円筒形状のセル２００が並設された状態を示す斜視図である。図１１は、実施の形態３の電池ユニットにおけるセル２００の円筒中心軸に直交する方向で切断した断面図である。図１１において、リチウムイオン電池の正極シート、負極シート、セパレータ等の電極構成体２２は図示を省略している。実施の形態３の電池ユニットの説明において、前述の実施の形態１の電池ユニットと同じ機能、構成を有するものには同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００９３】
実施の形態３の電池ユニットにおけるセル２００の外観は、高い熱伝導性を有する材料での円筒形状に形成されたセルケース２１１により構成されており、このセルケース２１１の内部に正極シートと負極シートが、非水電解質を有するセパレータを介して交互に積層されて、円筒状に巻回された電極構成体２２が封入されている。電極構成体２２が封入されたセルケース２１１の両端面には、正極シートに接続された正極端子と、負極シートに接続された負極端子がそれぞれ設けられている。
【００９４】
実施の形態３において、セルケース２１１は熱伝導性の高い金属材料たとえば、アルミニウム等の金属材料を用いることができる。また、鉄にニッケルメッキしたものを用いると酸化や腐食を防止することが可能となる。さらに、アルミニウムと樹脂シートを重ね合わせ一体化したアルミラミネートフィルム等を用いることにより酸化や腐食を防止することはもちろん各セル間の絶縁することが可能となる。
【００９５】
図１１に示すように、円筒形状の各セル２００は、その円筒中心軸が水平となるように横置きされている。したがって、実施の形態３の電池ユニットにおいては、セル２００の円筒面がセル２００の上下面を構成している。
実施の形態３の電池ユニットにおいて、各セル２００の下側、即ち各セルケース２１１の下面には加温ユニット２１９が設けられている。この加温ユニット２１９は、発熱シート２０４、及び断熱ユニット２０５により構成されている。発熱シート２０４は、実施の形態１における発熱シート４と同様に、薄膜の発熱体１３を上面側被覆層１２及び下面側被覆層１４により上下両面から被着して構成されている。上面側被覆層１２及び下面側被覆層１４は、耐熱性と可撓性と熱透過性を有する樹脂材、例えばポリイミド樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂等により形成された薄い膜体である。
【００９６】
断熱ユニット２０５は、断熱性を有するとともに、弾性（クッション性）を有する材料により形成された第１断熱部２１５と、高い断熱性を有するとともに、第１断熱部２１５より弾性（クッション性）が少なく硬い材料により形成された第２断熱部２１６とにより構成されている。
第１断熱部２１５として用いられる材料としては、弾性（クッション性）のある断熱材として熱伝導率［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］が０．０７〜０．１５、密度［ｋｇ／ｍ３］が６０〜４００のものが好ましい。また、第２断熱部２１６として用いられる材料としては、ある程度硬く変形しにくい断熱材として熱伝導率［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］が０．１５〜０．２５、密度［ｋｇ／ｍ３］が４００〜１０００のものが好ましい。断熱ユニット２０５の具体的な材料としては、前述の実施の形態１において説明した材料等が用いられる。
なお、実施の形態３においては、断熱ユニット２０５として第１断熱部２１５及び第２断熱部２１６の２種類の断熱材料を積層して用いた例で説明するが、いずれか一方の材料のみにより断熱ユニット２０５を構成してもよい。
【００９７】
実施の形態３の電池ユニットにおいて、セルケース２１１の円筒面における下側面と発熱シート２０４は熱伝導性を有する接合材料で構成された接合層２１７により固着されている。この接合層２１７は、セルケース２１１の下側面における微細な凹凸部分に入り込み、その表面を平坦にしてセルケース２１１と発熱シート２０４との密着性を高めている。この結果、発熱シート２０４から輻射された熱は、発熱シート２０４の裏面側においては断熱ユニット２０５により遮断されるが、発熱シート２０４の表面側においては接合層２１７を介してアルミニウム製のセルケース２１１に確実に伝熱される。
接合層２１７の材料としては、前述の実施の形態１における接合層１７と同じ特性を持つ材料が用いられる。
【００９８】
なお、実施の形態３においては、発熱シート２０４とセルケース２１１との間に接合層２１７を設けて密着させた例で説明するが、本発明においては、発熱シート２０４とセルケース２１１とを直接的に密着接触させてもよく、発熱シート２０４とセルケース２１１との間に接合層を設けなくても略同様の効果を奏する。但し、接合層を設けない構成の場合には、セルケース２１１の接触面（底面）を滑らかにして、微細な凹凸を無くすよう形成することが好ましい。
【００９９】
上記のように、実施の形態３の電池ユニットにおいては、発熱立ち上がりが優れた特性を有する特殊な発熱体１３を円筒形状のセルケース２１１の下側面（曲面）に対して実質的に直接的に接触するように配設して、発熱体１３によりセルケース２１１を直接的に加熱するように構成されている。したがって、実施の形態３の電池ユニットを環境対応自動車の電源として用いた場合には、寒冷地の氷点下の状況においても電池ユニットを素早く加温して所定温度に短時間で到達させることができる。この結果、実施の形態３の電池ユニットを用いた環境対応自動車は、氷点下の状況において始動するまでに、予め電源を長時間加温しておく必要が無く、氷点下における環境対応自動車の始動を素早く行うことが可能となる。
【０１００】
また、実施の形態３の電池ユニットにおいては、薄膜体の発熱体１３を耐熱性のある薄い樹脂により被覆して個々のセルケースに直接取り付けた構成であるため、電池ユニットの小型化、及び軽量化を達成することができる。この結果、実施の形態４の電池ユニットは、環境対応自動車の小型化、軽量化に大きく寄与するものとなる。
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
本発明は、ハイブリッド自動車、電気自動車、燃料電池自動車などの環境対応自動車、及び電源として二次電池が用いられる各種電子電気機器において、特に寒冷期の電源として有用である。
【符号の説明】
【０１０２】
１  電池ユニットケース
２  セル（二次電池）
３  セパレータ
４  発熱シート
５  断熱ユニット
６  冷却部
７  挟着手段
８  正極端子
９  負極端子
１０  電池ユニット
１１  セルケース
１２  上側被覆層（第１被覆層）
１３  発熱体
１４  下側被覆層（第２被覆層）
１５  第１断熱部
１６  第２断熱部
１７  接合層
１８  挟着手段
１９  加温ユニット
２０  組電池
２１  フランジ部
２２  電極構成体
２３  リード帯
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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