(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄電デバイスの加熱試験装置であって、
前記蓄電デバイスは、
正極板および負極板がセパレータを介して巻回されるか、もしくは複数の正極板および複数の負極板がセパレータを介して１層ずつ交互に積層されることによって構成された電極積層体と、
前記電極積層体を収納する金属容器とを含み、
前記加熱試験装置は、
前記蓄電デバイスの誘導加熱を行なうために、第１の周波数領域に含まれる第１の交流磁界を発生して前記蓄電デバイスに印加する第１の磁界発生部と、
前記蓄電デバイスの温度を検出する温度検出部と、
前記温度検出部によって検出された温度に基づいて、前記第１の磁界発生部が発生する前記第１の交流磁界の強度を制御する制御部とを備え、
前記第１の周波数領域において、前記第１の交流磁界は前記金属容器を透過し、
前記第１の交流磁界が前記金属容器を透過する透過率をＴ１とし、前記第１の交流磁界が前記電極積層体を透過する透過率をＴ２としたとき、前記第１の交流磁界の周波数は、Ｔ１×（１−Ｔ２）が所定の値よりも大きくなるように予め設定される、蓄電デバイスの加熱試験装置。
【請求項２】
前記第１の交流磁界の周波数は、Ｔ１×（１−Ｔ２）が最大になるように予め設定される、請求項１に記載の蓄電デバイスの加熱試験装置。
【請求項３】
前記第１の交流磁界の周波数は、前記電極積層体の中心部分の温度上昇と前記金属容器の温度上昇とがほぼ等しくなるように予め設定される、請求項１に記載の蓄電デバイスの加熱試験装置。
【請求項４】
前記蓄電デバイスの誘導加熱を行なうために、前記第１の周波数領域よりも高い周波数を有する第２の交流磁界を発生して前記蓄電デバイスに印加する第２の磁界発生部をさらに備える、請求項１または２に記載の蓄電デバイスの加熱試験装置。
【請求項５】
前記電極積層体がセパレータを介して正極板および負極板を巻回することによって構成されている場合には、前記第１の磁界発生部は、前記電極積層体の巻回軸に垂直な方向に前記第１の交流磁界を印加するように構成され、
前記電極積層体がセパレータを介して複数の正極板および複数の負極板を１層ずつ交互に積層することによって構成されている場合には、前記第１の磁界発生部は、前記電極積層体の積層方向に前記第１の交流磁界を印加するように構成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の蓄電デバイスの加熱試験装置。
【請求項６】
前記電極積層体がセパレータを介して正極板および負極板を巻回することによって構成されている場合には、前記第１の磁界発生部は、前記電極積層体の巻回軸方向に前記第１の交流磁界を印加するように構成され、
前記電極積層体がセパレータを介して複数の正極板および複数の負極板を１層ずつ交互に積層することによって構成されている場合には、前記第１の磁界発生部は、前記電極積層体の積層方向と垂直な方向に前記第１の交流磁界を印加するように構成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の蓄電デバイスの加熱試験装置。
【請求項７】
蓄電デバイスの加熱試験装置であって、
前記蓄電デバイスは、
正極板および負極板がセパレータを介して巻回されることによって構成された電極積層体と、
前記電極積層体の巻回軸方向の両端にそれぞれ設けられた正極端部および負極端部と、
前記電極積層体、正極端部、および負極端部を収納する金属容器とを含み、
前記正極端部は、前記電極積層体を構成する正極板と接続され、
前記負極端部は、前記電極積層体を構成する負極板と接続され、
前記加熱試験装置は、
蓄電デバイスの誘導加熱を行なうために、第１の周波数領域に含まれる第１の交流磁界を発生して前記蓄電デバイスに印加する第１の磁界発生部と、
前記蓄電デバイスの温度を検出する温度検出部と、
前記温度検出部によって検出された温度に基づいて、前記第１の磁界発生部が発生する前記第１の交流磁界の強度を制御する制御部とを備え、
前記第１の周波数領域において、前記第１の交流磁界は前記金属容器を透過し、
前記第１の磁界発生部は、前記正極端部に集中して印加されるような局所的な磁界を発生する第１の局所磁界発生部および前記負極端部に集中して印加されるような局所的な磁界を発生する第２の局所磁界発生部のうちの少なくとも１つを含む、蓄電デバイスの加熱試験装置。
【請求項８】
蓄電デバイスの加熱試験装置であって、
前記蓄電デバイスは、
複数の正極板および複数の負極板がセパレータを介して１層ずつ交互に積層されることによって構成された電極積層体と、
前記電極積層体の積層方向と垂直な方向の両端にそれぞれ設けられた正極端部および負極端部と、
前記電極積層体、正極端部、および負極端部を収納する金属容器とを含み、
前記正極端部は、前記電極積層体を構成する複数の正極板と接続され、
前記負極端部は、前記電極積層体を構成する複数の負極板と接続され、
前記加熱試験装置は、
蓄電デバイスの誘導加熱を行なうために、第１の周波数領域に含まれる第１の交流磁界を発生して前記蓄電デバイスに印加する第１の磁界発生部と、
前記蓄電デバイスの温度を検出する温度検出部と、
前記温度検出部によって検出された温度に基づいて、前記第１の磁界発生部が発生する前記第１の交流磁界の強度を制御する制御部とを備え、
前記第１の周波数領域において、前記第１の交流磁界は前記金属容器を透過し、
前記第１の磁界発生部は、前記正極端部に集中して印加されるような局所的な磁界を発生する第１の局所磁界発生部および前記負極端部に集中して印加されるような局所的な磁界を発生する第２の局所磁界発生部のうちの少なくとも１つを含む、蓄電デバイスの加熱試験装置。
【請求項９】
前記蓄電デバイスは、さらに、
前記金属容器に取り付けられ、前記電極積層体を構成する１または複数の正極板と電気的に接続された正極端子と、
前記金属容器に取り付けられ、前記電極積層体を構成する１または複数の負極板と電気的に接続された負極端子とを含み、
前記温度検出部は、前記正極端子または前記負極端子の温度を検出する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の蓄電デバイスの加熱試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、蓄電デバイスの加熱試験装置に関し、特に、電気自動車（ＥＶ：Electric  Vehicle）およびハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ：Hybrid  Electric  Vehicle）などに用いられる大型の蓄電デバイスに対して加熱試験を行なう装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
移動情報端末機器、あるいはＥＶ、ＨＥＶに用いられる蓄電デバイスの一例としてリチウムイオン電池がますます利用拡大している。このような状況下で、大容量かつ軽量化、あるいは大型化の観点からそれぞれの電池の用途に応じた開発が盛んに行われている。
【０００３】
上記の技術課題の他に、熱安定性の面での技術課題も存在している。具体的には、蓄電デバイスの急激な化学反応による発熱作用などに対する蓄電デバイスの熱的安定性に関する評価試験を行なう必要がある。
【０００４】
現状の蓄電デバイスの熱安定性試験では、故意に過充電または短絡させたり、実際の蓄電デバイスを直接加熱させたりする誤使用試験に相当する試験が行なわれている。後者の加熱試験では、暴走の有無、蓄電デバイスの発熱過程、それに及ぼす構成材料の寄与の程度などの情報を抽出する。より詳細な情報を抽出すれば、蓄電デバイスの熱的な安定性をより適切に評価することができる。このためには、所定の昇温速度で、蓄電デバイス各部を均一に加熱昇温させる必要がある。
【０００５】
従来の蓄電デバイスの加熱方法として、幾つかの物理的な熱エネルギー供給手段を挙げることができる。第１の方法は、熱供給に高温空気を用いた強制熱風加熱である。第２の方法は、電気ヒータを用いたヒータ加熱である。第３の方法は、誘導加熱（ＩＨ：Induction  Heating）によって蓄電デバイスの外表面を加熱する方法である。第３の方法は、電磁調理器に用いられるものであり、２０ｋＨｚ〜５０ＫＨｚの高周波信号電流に基づいて発生する交流磁界を用いて誘導加熱を行なうものである。
【０００６】
たとえば、特開２００７−２４４０５０号公報（特許文献１）には、上記の第１〜第３の方法が記載されている。特開２０１０−１６０９３２号公報（特許文献２）には、上記の第３の方法であるＩＨ加熱によってバッテリ容器またはバッテリを載置するトレイを加熱する技術が記載されている。ただし、これらの文献に記載された技術は、低温時のバッテリの性能低下を抑制するためにバッテリを加熱・昇温するものであり、バッテリの加熱試験を目的としたものでない。
【０００７】
特開２０１０−９７８３５号公報（特許文献３）は、リチウム二次電池およびその構成材料の熱安定性を適切に評価するための方法について開示する。具体的に、この文献に記載されるセパレータは、少なくとも熱分析の測定温度範囲において空孔を閉塞しないものであることを特徴とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−２４４０５０号公報
【特許文献２】特開２０１０−１６０９３２号公報
【特許文献３】特開２０１０−９７８３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
一般の熱安定性試験では、所定の昇温速度の制御性と昇温後の高温保持特性とが求められるが、大型の蓄電デバイスの場合、デバイス各部を均一に加熱することは難しい。特に、上記の第１〜第３の方法による加熱では、加熱対象である蓄電デバイス本体の最表面である容器が最初に加熱され、この容器に与えられた熱エネルギーが容器から深部に向けて伝導することによって、蓄電デバイス内部の構造部材が順次加熱される。この場合の熱回路モデルは高次遅れ特性で表わされるので、大型の蓄電デバイスの場合には、昇温時の蓄電デバイスの内部と容器との温度差が数十度になる場合もある。
【００１０】
昇温後の温度を所定の目標温度に保持するようにフィードバック制御する際にも、従来技術の場合には温度安定性および制御性の点で課題がある。蓄電デバイスの内部温度をモニターして目標温度に等しくなるように制御する場合には、高次遅れの熱特性に起因して安定な熱制御が困難である。蓄電デバイスの表面温度をモニターして目標温度に等しくなるように制御する場合には、蓄電デバイス内部の温度は蓄電デバイスの表面温度より低温度で推移することになってしまう。
【００１１】
この発明の目的は、蓄電デバイスの各部を従来よりも均一に加熱することが可能な加熱試験装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明は、一局面において、蓄電デバイスの加熱試験装置であって、第１の磁界発生部と、温度検出部と、制御部とを備える。第１の磁界発生部は、蓄電デバイスに対して誘導加熱を行なうために、５０Ｈｚ〜５ｋＨｚの第１の周波数領域に含まれる交流磁界を発生して蓄電デバイスに印加する。温度検出部は、蓄電デバイスの温度を検出する。制御部は、温度検出部によって検出された温度に基づいて、第１の磁界発生部で発生する交流磁界の強度を制御する。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、５０Ｈｚ〜５ｋＨｚの周波数領域に含まれる従来よりも低周波の交流磁界を蓄電デバイスに印加することによって誘導加熱を行なうので、蓄電デバイスの各部を従来よりも均一に加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の実施の形態１による加熱試験装置１の構成を模式的に示す図である。
【図２】図１の加熱試験装置１をコイル１０の巻回軸方向から見た図である。
【図３】二次電池の一般的な構造を説明するための図である。
【図４】図１に示す二次電池２０の構造を説明するための図である。
【図５】二次電池の正極および負極の端子間のインピーダンス特性の一例を示す図である。
【図６】実施の形態１の場合において交流磁界の印加方向について説明するための図である。
【図７】二次電池の主要構成材料について説明するための図である。
【図８】二次電池の主要構成材料の浸透深さを示す図である。
【図９】浸透深さδと周波数ｆとの関係を示す図である。
【図１０】二次電池の加熱効率を表わす性能指数（ＦＯＭ）と周波数ｆとの関係を示す図である。
【図１１】図１の加熱試験装置１の制御ブロック図である。
【図１２】加熱試験装置１による加熱時における、二次電池２０の熱回路モデルを示す図である。
【図１３】加熱試験装置１による加熱時における、二次電池２０の上昇温度と経過時間との関係を示す図である。
【図１４】加熱試験装置１による加熱時における、二次電池２０の温度分布を示す図である。
【図１５】比較例の加熱試験装置９０１の制御ブロック図である。
【図１６】加熱試験装置９０１による加熱時における、二次電池２０の熱回路モデルを示す図である。
【図１７】加熱試験装置９０１による加熱時における、二次電池２０の上昇温度と経過時間との関係を示す図である。
【図１８】加熱試験装置９０１による加熱時における、二次電池２０の温度分布を示す図である。
【図１９】この発明の実施の形態３による加熱試験装置２の構成を模式的に示す図である。
【図２０】図１９の加熱試験装置２をコイル１０の巻回軸方向から見た図である。
【図２１】実施の形態２の場合において交流磁界の印加方向について説明するための図である。
【図２２】この発明の実施の形態４による加熱試験装置３の構成を模式的に示す図である。
【図２３】図２２の平面型コイル１５Ａ，１５Ｂの構成の一例を示す図である。
【図２４】図２２の平面型コイル１５Ａ，１５Ｂの他の構成例を示す図である。
【図２５】この発明の実施の形態５による加熱試験装置４の構成を模式的に示す図である。
【図２６】実施の形態４の場合において交流磁界の印加方向について説明するための図である。
【図２７】図２５の加熱部１２Ａ，１２Ｂの変形例を示す図である。
【図２８】図２５の加熱部１２Ａ，１２Ｂの他の変形例を示す図である。
【図２９】均質材料に対する低周波ＩＨ加熱における温度分布を示す図である。
【図３０】均質材料に対する低周波ＩＨ加熱における各位置での温度の時間変化を示す図である。
【図３１】大型二次電池に対する高周波ＩＨ加熱における温度分布を示す図である。
【図３２】大型二次電池に対する高周波ＩＨ加熱における各位置での温度の時間変化を示す図である。
【図３３】大型二次電池に対する低周波ＩＨ加熱における温度分布を示す図である。
【図３４】大型二次電池に対する低周波ＩＨ加熱における各位置での温度の時間変化を示す図である。
【図３５】大型二次電池に対する２周波ＩＨ加熱における温度分布を示す図である。
【図３６】大型二次電池に対する２周波ＩＨ加熱における各位置での温度の時間変化を示す図である。
【図３７】大型二次電池に対する局部ＩＨ加熱における温度分布を示す図である。
【図３８】大型二次電池に対する局部ＩＨ加熱における各位置での温度の時間変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰返さない。
【００１６】
［実施の形態１］
（加熱試験装置１の全体構成）
図１は、この発明の実施の形態１による加熱試験装置１の構成を模式的に示す図である。
【００１７】
図２は、図１の加熱試験装置１をコイル１０の巻回軸方向から見た図である。図１、図２を参照して、加熱試験装置１は、ＥＶまたはＨＥＶに用いられる蓄電デバイスとしての大型の二次電池２０の熱安定性を評価するために、二次電池２０を誘導加熱によって加熱するものである。加熱試験装置１は、コイル１０と、交流電源部１１と、温度計測部１３と、制御部１４とを含む。
【００１８】
コイル１０は、二次電池２０の内部を均一温度で加熱できるように、二次電池２０をコイルの内部に配置できるような大型のものとなっている。二次電池２０にはほぼ同一方向の磁界が印加される。なお、図１、図２において、コイル１０の巻回軸の方向がＸ方向となるように座標軸Ｘ，Ｙ，Ｚを定める（大文字の符号Ｘ，Ｙ，Ｚを用いる点に注意）。
【００１９】
交流電源部１１は、交流電流をコイル１０に流すことによって、コイル１０に交流磁界（誘導磁界）を発生させる。この交流磁界による電磁誘導によって二次電池２０に渦電流が発生し、渦電流の抵抗損によって二次電池２０が発熱する。コイル１０と交流電源部１１とによって、誘導加熱によって二次電池２０を加熱する加熱部（低周波磁界発生装置）１２が構成される。
【００２０】
ここで、加熱部１２が発生する交流磁界の周波数は、５０Ｈｚ〜５ｋＨｚの周波数領域に含まれる。この周波数領域は、電磁調理器などに用いられる従来の誘導加熱用の交流磁界の周波数領域（２０ｋＨｚ〜５０ｋＨｚ）よりも低周波である。この明細書では、便宜上、５０Ｈｚ〜５ｋＨｚを低周波領域と称し、２０ｋＨｚ〜５０ｋＨｚを高周波領域と称する。低周波領域の交流磁界による誘導加熱を低周波誘導加熱と称し、高周波領域の交流磁界による誘導加熱を高周波誘導加熱（外表面誘導加熱）と称する。
【００２１】
高周波領域の交流磁界による誘導加熱の場合には、二次電池２０が金属製の容器に収納されているとすると、交流磁界のエネルギーは二次電池２０の金属容器で全て吸収され、磁束が容器を透過することはない。一方、低周波領域の交流磁界による誘導加熱では、交流磁界のエネルギーは金属容器を透過するようになるので、容器での磁界エネルギーの吸収が抑制され、より内部（図３の正極板３１、負極板３２）での磁界エネルギーの吸収が増加する。この結果、二次電池２０をより均一に加熱することが可能になる。
【００２２】
温度計測部１３は、温度センサ（たとえば、熱電対など）を用いて二次電池２０の温度を計測する。温度の検出箇所は特に限定されないが、図１に示すように、二次電池２０の容器２５に取り付けられた正極端子２３Ｐまたは負極端子２３Ｎ（総称する場合には、電極端子２３と記載する）の温度を検出することが望ましい。なぜなら、電極端子２３の温度は金属容器２５の温度よりも、二次電池２０の内部（図３の正極板３１、負極板３２）の温度を忠実に反映しているからである。
【００２３】
制御部１４は、温度計測部１３による二次電池２０の温度の検出結果に基づいて、交流電源部１１によって生成される交流電流の強度を制御する。
【００２４】
（二次電池の構造）
図３は、二次電池の一般的な構造を説明するための図である。図３（Ａ）は巻回型構造を示し、図３（Ｂ）は扁平巻回型構造を示し、図３（Ｃ）は積層型構造を示す。
【００２５】
図３（Ａ）に示す巻回型構造の二次電池は、正極板３１、負極板３２、およびセパレータ３３から構成される電極積層体２１Ａを含む。この構造の二次電池では、正極板３１および負極板３２が、セパレータ３３を介して重ねられた状態で巻回される。図３（Ａ），（Ｂ）では、巻回軸３０の方向がｘ方向となるように座標軸ｘ，ｙ，ｚを定めている（小文字の符号ｘ，ｙ，ｚを用いる点に注意）。セパレータ３３は、電解液を保持することによってイオン伝導を保つとともに、正極板３１と負極板３２との間の電気的短絡を防止する。なお、図３（Ａ），（Ｂ）では、図解を容易にするために、正極板３１、負極板３２、およびセパレータ３３の一部が展開して示されている。
【００２６】
たとえば、リチウムイオン二次電池では、正極板３１は、集電体基材となる帯状のアルミニウム箔の表面に正極活物質（たとえば、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウムなど）を塗布したものである。負極板３２は、集電体基材となる帯状の銅箔の表面に負極活物質（たとえば、グラファイト）を塗布したものである。セパレータは微細多孔膜の構造を有し、ポリエチレンまたはボリプロピレンなどによって形成される。
【００２７】
図３（Ｂ）に示す扁平巻回型構造の二次電池も、正極板３１、負極板３２、およびセパレータ３３から構成される電極積層体２１Ｂを含む。ただし、この構造の二次電池では、正極板３１および負極板３２は、セパレータ３３を介して重ねられた状態で扁平状に巻回されている。
【００２８】
図３（Ｃ）に示す積層型構造の二次電池は、複数の正極板３１、複数の負極板３２、および複数のセパレータ３３から構成される電極積層体２１Ｃを含む。この構造の二次電池では、正極板３１と負極板３２とがセパレータ３３を介して交互に積層される。図３（Ｃ）では、積層方向がｘ方向となるように座標軸ｘ，ｙ，ｚを定めている（小文字の符号ｘ，ｙ，ｚを用いる点に注意）。
【００２９】
図４は、図１に示す大型二次電池２０の構造を説明するための図である。図４（Ａ）は二次電池２０の外観を示し、図４（Ｂ）は、二次電池２０の内部構造を示し、図４（Ｃ）は二次電池２０の断面構造を示す。なお、図４では二次電池２０が、図３（Ｂ）の扁平巻回型構造の場合が示されている。
【００３０】
図４（Ａ）〜図４（Ｃ）を参照して、二次電池２０は、図１〜図３で説明した電極積層体２１Ｂ、金属容器２５および電極端子２３（正極端子２３Ｐ，負極端子２３Ｎ）の他に、集電体端部２２Ｐ，２２Ｎ（正極端部２２Ｐ，負極端部２２Ｎ）と、これらの集電体端部２２Ｐ，２２Ｎと電極端子２３Ｐ，２３Ｎとをそれぞれ接続するリード線２４Ｐ，２４Ｎとを含む。
【００３１】
集電体端部２２Ｐ，２２Ｎは、電極積層体２１Ｂの巻回軸方向（ｘ方向）の両端にそれぞれ設けられる。集電体端部２２Ｐは、電極積層体２１Ｂを構成する正極板３１（図３（Ｂ）参照）と複数箇所で電気的に接続される。集電体端部２２Ｎは、電極積層体２１Ｂを構成する負極板３２（図３（Ｂ）参照）と複数箇所で接続される。
【００３２】
大型二次電池２０が図３（Ｃ）で説明した積層型構造の場合も、図４（Ａ）〜（Ｃ）と同様の構成を有する。この場合、集電体端部２２Ｐ，２２Ｎは、電極積層体２１Ｃの積層方向と垂直な方向（ｘ方向）の両端にそれぞれ設けられる。集電体端部２２Ｐは、電極積層体２１Ｃを構成する複数の正極板３１（図３（Ｃ）参照）と電気的に接続される。集電体端部２２Ｎは、電極積層体２１Ｃを構成する複数の負極板３２（図３（Ｃ）参照）と接続される。
【００３３】
（誘導磁界の印加方向について）
二次電池２０への誘導磁界の印加方向には２通りある。以下、図３、図４を参照して、磁界の印加方向について説明する。
【００３４】
第１の印加方向は、電極積層体（２１Ａまたは２１Ｂまたは２１Ｃ）を構成する正極板３１および負極板３２に直交する方向（ｙ方向）である。この明細書では、この方向の磁束をφＬと記載する。図３（Ａ）に示す巻回型構造および図３（Ｂ）に示す扁平巻回型構造の場合には、磁束φＬの方向は、巻回軸３０と垂直な方向（ｙ方向）である。特に、図３（Ｂ）の扁平巻回型構造の場合には、電極積層体２１Ｂの側面の平坦部分と垂直な方向に誘導磁界を印加するのが望ましい。図３（Ｃ）に示す積層型構造の場合には、磁束φＬの方向は、電極積層体２１Ｃの積層方向（ｙ方向）である。
【００３５】
第２の印加方向は、電極積層体（２１Ａまたは２１Ｂまたは２１Ｃ）を構成する正極板３１および負極板３２と平行な方向（ｘ方向）である。この明細書では、この方向の磁束をΦＲと記載する。図３（Ａ）に示す巻回型構造および図３（Ｂ）に示す扁平巻回型構造の場合には、磁束φＲの方向は、巻回軸３０と平行な方向（ｘ方向）である。図３（Ｃ）に示す積層型構造の場合には、磁束φＲの方向は、電極積層体２１Ｃの積層方向と垂直な方向（ｘ方向）である。
【００３６】
（誘導磁界の印加方向による加熱機構の違い）
大型二次電池の誘導加熱の場合、次の発熱メカニズムが考えられる。
【００３７】
(i)二次電池の容器が金属の場合、金属容器での渦電流による発熱
(ii)二次電池の正極板および負極板を構成する集電体での渦電流による発熱
(iii)電極間の電解液を介して流れる電流による発熱
図５は、二次電池の正極および負極の端子間のインピーダンス特性の一例を示す図である。図５の横軸がインピーダンスの実部を示し、縦軸が虚部を示す。図５に示すように、電解液は、誘導加熱の前提となる電極間電流を流せるほど低インピーダンスである。したがって、上記(iii)の発熱メカニズムも無視できない。
【００３８】
次に、上記の発熱メカニズム(i)〜(iii)に基づいて、誘導磁界の印加方向による加熱機構の違いについて説明する。まず、φＬ照射（巻回軸に垂直な方向または積層方向）の場合について説明する。巻回型構造（図３（Ａ））の場合には、上記(i)〜(iii)のいずれのメカニズムによる発熱も生じる。扁平巻回型構造（図３（Ｂ））においてほぼ平坦な側面と垂直な方向に交流磁界を照射する場合には、主として上記の(i)および(ii)のメカニズムによって発熱が生じる。積層型構造（図３（Ｃ））の場合には、主として上記の(i)および(ii)のメカニズムによって発熱が生じる。
【００３９】
一方、φＲ照射（巻回軸に平行な方向または積層方向に垂直な方向）の場合には、上記(i)〜(iii)のいずれのメカニズムによる発熱も生じる。特に、ＥＶまたはＨＥＶに用いられる大型二次電池の場合には、上記（ｉ）および（ｉｉ）に加えて、図４の集電体端部２２Ｐ，２２Ｎで磁界エネルギーが集中的に吸収され、発熱が生じる。
【００４０】
図６は、実施の形態１の場合において交流磁界の印加方向について説明するための図である。実施の形態１では、二次電池２０を構成する正極板３１および負極板３２と直交する方向に交流磁界が印加される。すなわち、図６に示すように、磁束φＬが二次電池２０に照射される。磁束φＬの方向は、二次電池２０が巻回型または扁平巻回型の場合には巻回軸に垂直な方向であり、二次電池２０が積層型の場合には積層方向である。
【００４１】
（誘導磁界の周波数の選択について）
二次電池に対して効率の良い誘導加熱を行なうためには以下の２点に着目する必要がある。第１に、誘導磁束が二次電池の容器を透過して内部を効率良く加熱するために、適切な磁束周波数を選択する必要がある。第２に、二次電池内部で効果的な発熱作用を起こさせるために、入射磁束の透過に対して渦電流の発生を促すように、電極積層体を構成する正極板および負極板に対して直交するように磁界を印加する必要がある。一般に、二次電池内部の発熱量は、
発熱量＝渦電流値×構造部材の面抵抗値×ｃｏｓθ      …(1)
で与えられる。ここで、θは、外部磁束と構造部材面との鎖交角である。
【００４２】
実施の形態１の加熱試験装置１では、低周波磁界（５０Ｈｚ〜５ｋＨｚ）が有する透過性の高い特性を生かすことにより、二次電池の容器での発熱を抑制し、磁気エネルギーを二次電池内の構造部材に均一に付与することを狙っている。従来の調理用ＩＨは、調理容器材（調理鍋等）の加熱が目的であるために、磁気エネルギーが容器の表面で吸収できる高周波磁界（２０ｋＨｚ〜５０ｋＨｚ）が用いられる。これに対し、加熱試験装置１の場合には、金属容器２５の発熱を抑制し、二次電池内部を効果的に加熱するために低周波磁界（５０Ｈｚ〜５ｋＨｚ）を用いている。以下、外部磁束と二次電池の構成部材との相互作用についてさらに説明する。
【００４３】
図７は、二次電池の主要構成材料について説明するための図である。図７では、二次電池２０がリチウムイオン二次電池の場合を示している。図７に示すように二次電池の容器にはステンレス（ＳＵＳ）が用いられ、その厚さは１〜１．５ｍｍである。正極の集電体にはアルミニウム箔が用いられ、その厚みは約５０μｍである。負極の集電体には銅箔が用いられ、その厚みは約５０μｍである。正極および負極の集電体は５０〜１００回程度巻回されるので、各集電体の積層数Ｎは１００〜２００程度になる。
【００４４】
図８は、二次電池の主要構成材料の浸透深さを示す図である。
図８を参照して、二次電池内部で外部磁界と効率良く相互作用を起こすには、外部磁界は内部にまで浸透しなければならない。外部磁界が透過する能力は、誘導電流の浸透深さで示すことができる。内部に浸透した交流磁界によって生じる渦電流によって、二次電池内部が発熱する。
【００４５】
渦電流の浸透深さは、誘導磁束と金属材料との相互作用によって決まる。これは表皮効果と言われるものであり、渦電流は被加熱物の表面に近いほど大きく、内部に向かって、指数関数的に小さくなる。浸透深さδは、表面電流密度の０．３６８倍まで渦電流が減少したときの深さに相当する。
【００４６】
二次電池に設けられた金属容器は、外部磁束の鎖交面内で渦電流を生成し、自己発熱を伴って磁束の貫通を妨げる作用をする。この透過阻止力は、磁界周波数が高い程大きい。１ｍｍの厚みのＳＵＳ材は、周波数２ｋＨｚ〜３０ｋＨｚの磁束を阻止して、磁界エネルギーは熱エネルギーに変換される。一方、数十Ｈｚ〜１ｋＨｚの低周波磁束の場合、金属容器（図４の参照符号２５）を透過し、二次電池内部の電極積層体（図４の参照符号２１Ｂ）の内部に浸透する。この結果、金属容器の発熱が減少し、代わりに二次電池内部の電極積層体において磁界エネルギーが熱エネルギーに変換される。
【００４７】
なお、集電体単層の厚みは約５０μｍであり、浸透深さに比べて薄いが、積層された全層の厚みは浸透深さに相当するために、電極積層体で交流磁界を吸収することができる。
【００４８】
図９は、浸透深さδと周波数ｆとの関係を示す図である。図９のグラフは、図８に示した表を書直したものである。同図には、金属容器の厚みと電極集電体層の全厚みとを併記している。
【００４９】
金属容器の厚みをτｃとし、金属容器の浸透深さをδｃとすると、交流磁界が金属容器を透過する透過率Ｔ１は、
Ｔ１＝ｅｘｐ（−τｃ／δｃ）      …(2)
で表わされる。電極集電体の全層の厚みをτｅとし、電極集電体の浸透深さをδｅとすると、交流磁界が電極集電体の全層を透過する透過率Ｔ２は、
Ｔ２＝ｅｘｐ（−τｅ／δｅ）      …(3)
で表わされる。誘導加熱の性能指数（ＦＯＭ：Figure-of-Merit）を容器透過率と二次電池内部の吸収率との積で定義すれば、ＦＯＭは、
ＦＯＭ＝Ｔ１×（１−Ｔ２）
＝ｅｘｐ（−τｃ／δｃ）×［１−ｅｘｐ（−τｅ／δｅ）］      …(4)
のように表わされる。
【００５０】
図１０は、二次電池の加熱効率を表わす性能指数（ＦＯＭ）と周波数ｆとの関係を示す図である。図１０に示すように、ｆ＝５００Ｈｚのとき、ＦＯＭが最大となり、最適の周波数条件が得られる。ＦＯＭ＞０．５を満たす周波数範囲を選択すれば、５０Ｈｚ〜５ｋＨｚの周波数範囲が得られる。下限周波数である５０Ｈｚは誘導加熱の実用上の限界でもある。
【００５１】
以上のように、二次電池の容器での交流磁界の吸収が小さいという条件と、二次電池内部で交流磁界を十分に吸収させるという条件とを両立させる周波数範囲として、５０Ｈｚ〜５ｋＨｚを選択することができる。５０Ｈｚ〜５ＫＨｚの範囲内の最適な周波数は、二次電池の材料、寸法、および形状等の構造解析から算出できるし、実験的に求めることもできる。
【００５２】
（実施の形態１の効果）
次に、上記のような構成の加熱試験装置１の具体的な効果について説明する。
【００５３】
図１１は、図１の加熱試験装置１の制御ブロック図である。加熱試験装置１は、加熱試験対象の二次電池２０に熱エネルギーＱを付与する加熱部（低周波磁界発生装置）１２と、二次電池２０の温度Ｔを計測する温度計測部１３と、温度計測部１３の計測結果に基づいて（たとえばフィードバック制御などにより）加熱部１２から出力される熱量Ｑを制御する制御部１４とを含む。制御部１４は、外部から開始信号ＳＴが与えられると、二次電池ＳＴの昇温を開始する。
【００５４】
なお、一般に蓄電デバイスを加熱する場合、外部から入力される熱の他に自己発熱を伴なうことは知られるところである。しかし、この自己発熱作用は、外乱とみなすことができるので、図１１の制御ブロック図では、失活した模擬蓄電デバイスのような蓄電デバイスを対象として、自己発熱作用はないものとして扱う。
【００５５】
図１２は、加熱試験装置１による加熱時における、二次電池２０の熱回路モデルを示す図である。図１２に示す熱回路モデルは、外部熱入力（Ｑ）に対する蓄電デバイスの温度（Ｔ）の応答を示す。同図は、熱抵抗Ｒと熱容量Ｃで示す１次遅れ応答特性であり、制御対象としては望ましい特性である。たとえば、蓄電デバイスの熱容量（Ｃ）が２０００Ｊ／℃の場合、２００Ｗの電力量（Ｑ）を付与すれば、所定の昇温速度（５［℃／ｍｉｎ］）にて１０分後には８５℃に到達する。
【００５６】
図１２に示す一次遅れの熱回路モデルを図１１の制御ブロックに適用した場合には、二次電池２０の温度Ｔがフィードバックされることにより、一次遅れ特性を補償する加熱制御が行なわれる。この結果、昇温させたり、高温保持させたりする際には、所定精度の昇温速度および高温安定性が確保できるという効果がある。
【００５７】
図１３は、加熱試験装置１による加熱時における、二次電池２０の上昇温度と経過時間との関係を示す図である。図１３のグラフは、図１１の加熱部（低周波磁界発生装置）１２が出力する低周波誘導磁界をステップ状に増加した場合において、二次電池２０の温度Ｔの検出結果を示すものである。図１３のグラフは、１次遅れの単純な応答特性を示している。
【００５８】
図１４は、加熱試験装置１による加熱時における、二次電池２０の温度分布を示す図である。図１４のグラフは、昇温中の容器（測定箇所１５）および二次電池内部の各部位（測定箇所１〜１４）の発熱温度を時間経過毎にプロットしたものである。図１４のグラフに示すように、二次電池内部の電極積層体（測定箇所１〜１２）温度分布は±３℃以内であり、均一であることがわかる。
【００５９】
（比較例との対比）
図１５は、比較例の加熱試験装置９０１の制御ブロック図である。図１５の加熱試験装置９０１では、加熱部として図１１の低周波磁界発生装置１２に代えて、熱風発生装置９１２が設けられている。
【００６０】
従来の熱風加熱、ヒータ加熱、および高周波ＩＨ外表面加熱などは、加熱対象である二次電池に対して、まず最初に容器を加熱するものである。容器に与えられた熱エネルギーが、熱伝導により容器壁材から深部に向けて順次伝搬することによって、二次電池内部が順次加熱される。
【００６１】
図１６は、加熱試験装置９０１による加熱時における、二次電池２０の熱回路モデルを示す図である。従来の加熱方法による昇温特性は、図１６に示すように多数の一次遅れ熱回路要素がカスケード接続された高次遅れ要素で表現することができる。この結果、大型二次電池の内部温度が制御対象の場合には、負帰還動作時の位相余裕は十分でなく、内部温度は不安定となる。
【００６２】
図１７は、加熱試験装置９０１による加熱時における、二次電池２０の上昇温度と経過時間との関係を示す図である。図１７を参照して、熱風加熱の昇温特性は、高次の時間遅れ特性を示しており、図１６に示す熱回路モデルが妥当であることがわかる。
【００６３】
図１８は、加熱試験装置９０１による加熱時における、二次電池２０の温度分布を示す図である。図１８のグラフは、二次電池の各点の温度を経過時間毎にプロットしたものである。図１８に示すように、二次電池の中心部（測定箇所１）から容器（測定箇所１４）に向かって温度が高くなっている。二次電池内部の電極積層体の各点の温度差が４０℃あり、二次電池の中心部と容器との温度差が８０℃に達している。このように、大型二次電池の場合には、二次電池の内部と容器との温度差が数十度になる。
【００６４】
このように従来の加熱方法の場合には、高次の時間遅れ特性となるので、二次電池内部の温度の計測結果に基づいて加熱部９１２の出力を制御した場合には、高次遅れに起因して安定な温度制御が困難になる。逆に、容器温度の計測結果に基づいて加熱部９１２の出力を制御した場合には、容器を所定の昇温速度（たとえば、５±２［℃／ｍｉｎ］）で加熱すると、二次電池の内部の温度は追従性が低いので容器温度より低温度で推移する傾向となってしまい、必ずしも二次電池全体について温度制御したことにはならない。
【００６５】
これに対して、実施の形態１の加熱試験装置１の場合には、低周波の誘導加熱を用いることによって、二次電池の内部全域において均一かつ所定の昇温速度で二次電池を加熱すること可能になる。
【００６６】
（まとめ）
上記のとおり、実施の形態１の加熱試験装置１によれば、誘導コイルの内部に蓄電デバイスとしての二次電池を配置し、かつ誘導コイルに印加する交流電流の周波数を従来と異なる低周波数領域（５０Ｈｚ〜５ｋＨｚ）に設定した。これによって、金属容器での発熱作用に比べ、二次電池内部の発熱作用の方を大きくすることができるとともに、二次電池内部を均一に加熱することができる。
【００６７】
誘導磁界が発生する加熱コイルと発生した磁界が照射される二次電池との配置条件に関して、電極積層体を構成する正極板および負極板に垂直に外部磁束が垂直に入射するように配置したので、磁束に垂直な正極板および負極板の面内に渦電流が生じる。この結果、電極積層体の発熱を促す効果がある。特に、二次電池が扁平巻回型構造の場合には、側面部の平坦部分に対して垂直に磁界を印加することによって、平坦部分に対して選択的に熱エネルギーが与えられる。この結果、電極積層体全体にわたって均一加熱することができるという効果がある。
【００６８】
さらに、二次電池の容器に取り付けられた電極端子（正極端子および負極端子のいずれか）の温度を検出することによって、二次電池内部の温度と同等の温度を検出することができる。なぜなら、図４を参照して、電極端子２３Ｐ，２３Ｎの温度は、集電体端部２２Ｐ，２２Ｎの温度がリード線２４Ｐ，２４Ｎを介して熱伝導によって伝えられたものであり、集電体端部２２Ｐ，２２Ｎは、図３の正極板３１および負極板３２と密接に電気的接続がなされているからである。
【００６９】
なお、上記の実施の形態では、二次電池の容器（筐体部）が金属の場合について説明したが、二次電池の容器が非金属の場合に対しても実施の形態１の場合と同様の効果を奏する。すなわち、低周波領域（５０Ｈｚ〜５ｋＨｚ）の交流磁界を用いて誘導加熱を行なうことによって、二次電池全体を均一に加熱することができる。
【００７０】
［実施の形態２］
実施の形態１の加熱試験装置１による低周波誘導加熱によって、容器でのエネルギー吸収を減少させるとともに二次電池の内部に均一な熱エネルギーを付与した場合でも、与えられた熱エネルギーは、蓄電デバイス容器および外部に向けて熱拡散する。この熱拡散は、二次電池内部の温度と容器の温度とが平衡するまで続く。結果的に、外部から照射される磁気エネルギーが一定の場合には、二次電池の温度分布は、二次電池内部の中心部分がより高く、周辺部に向かうにつれて低くなる温度分布となる。
【００７１】
たとえば、前述の図１４の場合、測定箇所１５の容器温度は、電極集電体（測定箇所１〜１２）に比べて低くなっている。すなわち、蓄電デバイス内部から容器に向かって温度低下傾向が見られる。二次電池をさらに昇温すれば、外部環境温度との温度差が広がるので、二次電池の温度分布が大きくなることが予想される。
【００７２】
実施の形態２では、このような不均一な温度分布を均一化するための手段を提供する。具体的には、二次電池の温度分布を考慮して誘導磁界の周波数を最適化する。すなわち、実施の形態１で説明した交流磁界の周波数の最適値ｆｏｐｔ１よりも高い値にシフトした周波数ｆｏｐｔ２を与えることによって、外部からの磁界エネルギーが電極集電体の温度上昇に寄与するともに、容器の温度上昇にも寄与するようにする。たとえば、電極積層体の中心部の温度と容器の温度とがほぼ等しくなるように、交流磁界の周波数を予め設定する。容器および二次電池内部の両構造体において熱平衡温度差が小さくなるような最適周波数は、５０Ｈｚ〜５０ＫＨｚ周波数帯の中から一意的に決定することができる。この結果、蓄電デバイス内部の温度勾配のより少ない熱平衡状態が実現できるので、蓄電デバイス本体各部の熱拡散効果を抑制することができる。
【００７３】
［実施の形態３］
図１９は、この発明の実施の形態３による加熱試験装置２の構成を模式的に示す図である。
【００７４】
図２０は、図１９の加熱試験装置２をコイル１０の巻回軸方向から見た図である。
図２１は、実施の形態２の場合において交流磁界の印加方向について説明するための図である。図１９〜図２１を参照して、加熱試験装置２の構成は、実施の形態１の加熱試験装置１と同じであるが、二次電池２０とコイル１０との位置関係が実施の形態１の場合と異なる。実施の形態３の場合、二次電池２０を構成する正極板および負極板と平行に磁界が印加される（図２１の磁束φＲ）。すなわち、巻回型または扁平巻回型構造の場合には、巻回軸と平行な方向に磁界が印加され、積層型構造の場合には、積層方向と垂直な方向に磁界が印加される。
【００７５】
この結果、電極積層体内部では、電極間の電解液を介して流れる渦電流によって発熱が生じる。ＥＶおよびＨＥＶに用いられる大型二次電池の場合には、図４に示した集電体端部２２Ｐ，２２Ｎにおいて、渦電流損による発熱が集中的に生じる。集電体端部２２Ｐ，２２Ｎで生じた吸収された熱エネルギーは、熱伝導によって電極積層体２１Ｂの各部に与えられる。この結果、二次電池内部の温度が均一に上昇する。その他の点は実施の形態１の場合と同様であるので説明を繰返さない。
【００７６】
なお、実施の形態１の場合と同様に、電極端子２３Ｐ，２３Ｎの温度を計測することによって、二次電池２０内部の温度と同等の温度を検出することができる。実施の形態２で説明したように、容器の温度と二次電池内部の温度とが均一になるように、印加する交流磁界の周波数を設定してもよい。
【００７７】
［実施の形態４］
（加熱試験装置３の構成）
図２２は、この発明の実施の形態４による加熱試験装置３の構成を模式的に示す図である。
【００７８】
図２２の加熱試験装置３は、コイル１０および交流電源部１１によって構成される低周波磁界発生装置１２に代えて、平面型コイル１５Ａ，１５Ｂおよび交流電源部１１によって構成される第１、第２の局部磁界発生部を含む点で図１、図１９の加熱試験装置１，２と異なる。平面型コイル１５Ａによって構成される第１の局部磁界発生部は、集電体端部（正極端部）２２Ｐに集中して印加されるような局所的な磁束φＲＸを発生する。平面型コイル１５Ｂによって構成される第２の局部磁界発生部は、集電体端部（負極端部）２２Ｎに集中して印加されるような局所的な磁束φＲＸを発生する。
【００７９】
磁束φＲＸの周波数は５０Ｈｚ〜５ｋＨｚの低周波領域に含まれるので、容器２５の発熱を抑制できる点は実施の形態１〜３の場合と同様である。しかしながら、局所的な磁界によって集電体端部２２Ｐ，２２Ｎを選択的に加熱できる点は、実施の形態１〜３の場合と異なる。以下、図２２の平面型コイル１５Ａ，１５Ｂの構成例について説明する。
【００８０】
図２３は、図２２の平面型コイル１５Ａ，１５Ｂの構成の一例を示す図である。
図２４は、図２２の平面型コイル１５Ａ，１５Ｂの他の構成例を示す図である。図２３、図２４を参照して、平面型コイル１５Ａ，１５Ｂは、絶縁基板４０上に形成された渦巻き状のパターン配線４１，４２を含む。図２３に示す構成の場合には、図２４の示す構成の場合よりもより局所的に磁界を印加することができる。
【００８１】
（加熱試験装置３の効果）
上記構成の加熱試験装置３によれば、二次電池２０の集電体端部２２Ｐ，２２Ｎが集中して発熱するように平面型コイル１５Ａ，１５Ｂを配置したので、正極と負極の２箇所の集電体端部２２Ｐ，２２Ｎが第１次の熱源となって、発生した熱が、各集電体端部に接続された電極層に均等に拡散される。各電極層はそれぞれ熱特性が異なるが、このような集電体端部からの熱供給回路においては、各電極層の熱抵抗値が低いので、電極層間の温度のばらつきは小さい。この結果、集電体端部２２Ｐ，２２Ｎで発生した熱量が、同時に並行して熱拡散過程を通じて各電極層に供給されるため、各電極層の温度および昇温速度は均一となる。
【００８２】
従来の強制熱風加熱、ヒータ抵抗加熱、あるいは高周波ＩＨ外表面加熱の場合には、熱不良導体である誘電材料のセパレータと金属電極板との組み合わせからなる直列多層の熱伝導回路に対して加熱を行なっていた。この場合、まず容器加熱が先行し、続いて二次電池内部が熱伝導によって加熱されていたので、この温度時間特性は高次遅れとなっていた。これに対して、実施の形態４の加熱試験装置３によれば、第１次の熱源である集電体端部２２Ｐ，２２Ｎと、被加熱対象の電極板（正極板、負極板）とが近距離にある。このため、単純な一次遅れ特性の熱回路が多数並列に接続されていることになるので、温度時間特性は一次遅れになる。このようなシンプルな一次遅れ応答の実現により、より安定な負帰還熱制御が可能となる。
【００８３】
さらに、実施の形態４の加熱試験装置３によれば、複数の材料の集合体である二次電池２０（特に内部の電極積層体２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ）と誘導磁界との相互作用に基づく複雑な発熱過程を避けることができる。この結果、発熱過程やそれに及ぼすそれぞれの構成材料の影響や寄与の程度を評価するのが難しい事例に対しても、熱的安定性を適切に評価することができる。
【００８４】
図２２のその他の点は図１、図１９の場合と同じであるので、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して説明を繰返さない。なお、図２２には、二次電池２０が扁平巻回型構造の場合が示されているが、積層型構造の二次電池の場合にも実施の形態４の加熱試験装置３を同様に適用することができる。図２２では平面型コイル１５Ａ，１５Ｂが２個配置されているが、いずれか１個のみを配置するような構成であってもよい。
【００８５】
［実施の形態５］
図２５は、この発明の実施の形態５による加熱試験装置４の構成を模式的に示す図である。
【００８６】
図２５の加熱試験装置４は、交流電源部１１Ａおよびコイル１０Ａから構成される第１の加熱部１２Ａに加えて、交流電源部１１Ｂおよびコイル１０Ｂから構成される第２の加熱部１２Ｂを含む点で、図１の加熱試験装置１と異なる。第１の加熱部１２Ａは、実施の形態１で説明したように、二次電池内部の電極積層体が効果的に発熱するように最適化された周波数ｆ１の交流磁界を二次電池に印加する。第２の加熱部１２Ｂは、二次電池の容器が効果的に発熱するように最適化された周波数ｆ２の交流磁界を二次電池に印加する。周波数ｆ２は、５０Ｈｚ〜５ｋＨｚの低周波数領域よりも高い周波数であり、たとえば、２０ｋＨｚ〜５０ｋＨｚの周波数領域内に設定される。
【００８７】
このように互いに異なる周波数の交流磁界を同時に印加する２周波誘導加熱によって、二次電池の容器と内部の電極積層体とを同時に発熱させることができる。この結果、二次電池各部の温度分布をできるだけ均一にすることができる。図２５のその他の点は、図１の場合と同様であるので、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して説明を繰返さない。
【００８８】
図２６は、実施の形態４の場合において交流磁界の印加方向について説明するための図である。図２６を参照して、交流磁界の印加方向は、図６で説明したのと同様に、二次電池２０を構成する正極板３１および負極板３２に直交する方向に交流磁界が印加される。すなわち、第１の加熱部１２Ａによって磁束φＬ１が二次電池２０に印加され、第２の加熱部１２Ｂによって磁束φＬ２が二次電池２０に印加される。
【００８９】
図２７は、図２５の加熱部１２Ａ，１２Ｂの変形例を示す図である。図２７を参照して、第１のコイル１０Ａと第２のコイル１０Ｂとが強い結合関係を有する場合には、両者が相互に干渉する結果、発生する磁界が弱められる可能性がある。そこで、図２７の変形例では、加熱部１２Ａは、周波数ｆ１の電流を通過させ、周波数ｆ２の電流を遮断するバンドパスフィルタ１６Ａ（またはローパスフィルタ）をさらに含む。加熱部１２Ｂは、周波数ｆ２の電流を通過させ、周波数ｆ１の電流を遮断するバンドパスフィルタ１６Ｂ（またはハイパスフィルタ）をさらに含む。これによってコイル１２Ａ，１２Ｂ間の相互干渉を抑制することができる。
【００９０】
図２８は、図２５の加熱部１２Ａ，１２Ｂの他の変形例を示す図である。図２８の変形例では、加熱部１２Ａは、交流電源部１１Ａに代えて、コイル１０Ａと並列接続された共振コンデンサ１７Ａおよび増幅器１８Ａを含む。加熱部１２Ｂは、交流電源部１１Ｂに代えて、コイル１０Ｂと並列接続された共振コンデンサ１７Ｂおよび増幅器１８Ｂを含む。
【００９１】
図２８の加熱部１２Ａ，１２Ｂの各々において、コイルのインダクタンスをＬとし、共振コンデンサの容量をＣとすると、各加熱部は、
ｆ＝１／［２π×（Ｌ×Ｃ）1/2］      …(5)
の共振周波数で発振する。増幅器は、内部抵抗による減衰を補償するために電気エネルギーを供給することによって発振を持続するためのものである。
【００９２】
加熱部１２Ａの共振周波数ｆ１は、二次電池内部の電極積層体が効果的に発熱するような周波数に設定され、加熱部１２Ｂの共振周波数ｆ２は、二次電池の容器が効果的に発熱するように最適化された周波数に設定される。共振周波数ｆ１，ｆ２が異なるので、コイル１０Ａ，１０Ｂが強く結合している場合でも、両者の相互干渉を抑制することができる。
【００９３】
［熱解析結果］
以下、所定の電池モデルを用いて非定常熱解析計算を行なった結果について説明する。
【００９４】
（均質材料に対する低周波ＩＨ加熱）
まず、実施の形態１で説明した低周波ＩＨ加熱によって均質材料を加熱したときの結果について説明する。
【００９５】
図２９は、均質材料に対する低周波ＩＨ加熱における温度分布を示す図である。図２９に示すように、均質材料の温度分布は均一にならない。
【００９６】
図３０は、均質材料に対する低周波ＩＨ加熱における各位置での温度の時間変化を示す図である。図３０に示すように一次遅れ特性が得られているが、一定時間後の平衡温度はばらついている。
【００９７】
（大型二次電池に対する高周波ＩＨ加熱）
次に、大型二次電池に対して従来の高周波ＩＨ加熱（交流磁界の周波数が２０ｋＨｚ〜５０ｋＨｚの場合）を行った結果について説明する。
【００９８】
図３１は、大型二次電池に対する高周波ＩＨ加熱における温度分布を示す図である。
図３２は、大型二次電池に対する高周波ＩＨ加熱における各位置での温度の時間変化を示す図である。図３１、図３２を参照して、二次電池の筐体部（容器）のみ加熱できる高周波ＩＨ加熱の場合、一定の熱平衡温度となるまでの立ち上がり期間では、発熱温度にばらつきが認められる。これは電池が大型なので、先に加熱された筐体部からの熱拡散される様子を反映している。特に、二次電池内部の位置ｃおよび位置ｂでの応答時間の遅れが認められる。これに対してフィードバック温度制御を施しても、位相遅れを伴なうので制御安定性を損なう可能性がある。
【００９９】
（大型二次電池に対する低周波ＩＨ加熱）
次に、大型二次電池に対して実施の形態１で説明した低周波ＩＨ加熱を行なった結果について説明する。
【０１００】
図３３は、大型二次電池に対する低周波ＩＨ加熱における温度分布を示す図である。
図３４は、大型二次電池に対する低周波ＩＨ加熱における各位置での温度の時間変化を示す図である。図３３を参照して、電池内部温度が周辺温度より高い状態で平衡状態に達し、二次電池の内部から外部に向けて温度勾配があることを示す。図３３、図３４の結果は、均一性および立ち上がり時間特性の点において最適条件にないが、実施の形態２で説明したように交流磁界の周波数を高周波側にシフトするか、もしくは実施の形態５で説明した２周波ＩＨ加熱を用いることによって、温度の均一性を改善することができる。
【０１０１】
（大型二次電池に対する２周波ＩＨ加熱）
次に、大型二次電池に対して実施の形態５で説明した２周波ＩＨ加熱を行なった結果について説明する。
【０１０２】
図３５は、大型二次電池に対する２周波ＩＨ加熱における温度分布を示す図である。
図３６は、大型二次電池に対する２周波ＩＨ加熱における各位置での温度の時間変化を示す図である。図３３、図３４に示した低周波ＩＨ加熱の場合と比較すると、図３５、図３６の場合には、温度の立上がり時間がより短くなり、所定時間後の温度分布がより均一になっていることがわかる。すなわち、大型二次電池に対してＩＨ加熱を行なう場合、二次電池内部の電極積層体を集中的に加熱するよりも、電極積層体と容器の両方を加熱したほうがより均一な温度分布が得られる。
【０１０３】
（大型二次電池に対する局部ＩＨ加熱）
次に、大型二次電池に対して実施の形態４で説明した局部ＩＨ加熱を行なった結果について説明する。
【０１０４】
図３７は、大型二次電池に対する局部ＩＨ加熱における温度分布を示す図である。
図３８は、大型二次電池に対する局部ＩＨ加熱における各位置での温度の時間変化を示す図である。図３７、図３８を参照して、加熱効率は他のＩＨ加熱の場合に比べて低いが、温度時間特性において一次遅れ特性が得られているという利点がある。さらに、最初の数百秒間は、温度にばらつきが認められるが、熱平衡後は２〜３℃以内で安定しているという利点がある。これらの点で、図３７、図３８に示す結果は、図３１、図３２に示した高周波ＩＨ加熱の結果よりも優れている。
【０１０５】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１０６】
１  加熱試験装置、１０，１０Ａ，１０Ｂ  コイル、１１，１１Ａ，１１Ｂ  交流電源部、１２，１２Ａ，１２Ｂ  加熱部（低周波磁界発生装置）、１３  温度計測部、１４  制御部、１５Ａ，１５Ｂ  平面型コイル、２０  二次電池、２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ  電極積層体、２２Ｎ  集電体端部（負極端部）、２２Ｐ  集電体端部（正極端部）、２３Ｎ  電極端子（負極端子）、２３Ｐ  電極端子（正極端子）、２４Ｐ，２４Ｎ  リード線、２５  容器、３０  巻回軸、３１  正極板、３２  負極板、３３  セパレータ。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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