(57)【要約】【課題】迅速に電池温度を昇温することができる電池、複数の電池を接続した組電池、および低温時の始動性の高い車両を提供する。【解決手段】電池１０は、外部に電気を取り出すための正極端子１１１および負極端子１１２を有する。温度センサ２２０は、電池本体１００の温度を計測する。温度センサ２２０による計測結果に基づいて、制御素子２３０はリレー部２４０を制御し、正極端子１１１および負極端子１１２間を短絡する状態と開放する状態とを切り替える。【選択図】　　　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極端子および負極端子を有する電池であって、
当該電池の温度を計測する計測部と、
前記計測部による計測結果に基づいて、前記正極端子および前記負極端子間を短絡する短絡状態と当該端子間を開放する開放状態とを切り替えるスイッチ部と、を有することを特徴とする電池。
【請求項２】
前記正極端子および前記負極端子間に前記スイッチ部と直列に接続される電気抵抗部を有し、
前記短絡状態では、前記正極端子および前記負極端子間が前記電気抵抗部を介して短絡されることを特徴とする請求項１に記載の電池。
【請求項３】
前記スイッチ部は、前記計測部によって計測された電池の温度が所定の第１温度よりも低い場合には、電池の温度が所定の第２温度になるまで前記正極端子および前記負極端子間を短絡することを特徴とする請求項１または２に記載の電池。
【請求項４】
正極端子および負極端子を有する電池であって、
当該電池の内部に設けられたヒータと、
当該電池の温度を計測する計測部と、
前記計測部による計測結果に基づいて、前記正極端子および前記負極端子間に前記ヒータを電気的に接続した状態と接続していない状態とを切り替えるスイッチ部と、を有することを特徴とする電池。
【請求項５】
前記スイッチ部は、前記計測部によって計測された電池の温度が所定の第１温度よりも低い場合には、電池の温度が所定の第２温度になるまで前記正極端子および前記負極端子間に前記ヒータを電気的に接続することを特徴とする請求項４に記載の電池。
【請求項６】
前記ヒータは、電解質の内部に設けられていることを特徴とする請求項４または５に記載の電池。
【請求項７】
前記電池は、電解質として固体高分子を用いた電池であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の電池。
【請求項８】
前記電池は、正極活物質を含む正極活物質層、集電体、および負極活物質を含む負極活物質層がこの並び順で積層されてなるバイポーラ電極を複数有するとともに、隣接する当該バイポーラ電極間に電解質が挟まれている構造を有するバイポーラ電池であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の電池。
【請求項９】
前記電池は、リチウムおよび遷移金属の複合酸化物を正極活物質として含み、リチウムおよび遷移金属の複合酸化物もしくはカーボンを負極活物質として含むリチウムイオン二次電池であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の電池。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の電池を複数個にわたって接続することによって構成されていることを特徴とする組電池。
【請求項１１】
請求項１〜９のいずれかに記載の電池または請求項１０に記載の組電池を電源として備えることを特徴とする車両。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、昇温機能を有する電池および組電池、ならびにこれらを搭載した車両に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境保護のため二酸化炭素排出量の低減が切に望まれている。自動車業界では、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）の導入による二酸化炭素排出量の低減に期待が集まっており、これらの実用化の鍵を握るモータ駆動用二次電池の開発が鋭意行われている。二次電池としては、高エネルギー密度および高出力密度を達成することができるリチウムイオン二次電池に注目が集まっている。
【０００３】
また、電池の構造についても種々の提案がされている。たとえば、液体の電解質に代えて固体高分子電解質を用いた電池が提案されている。固体高分子電解質を用いた電池は、液体の電解質を用いた電池と比べて、大電流を流して高温となった場合であっても電解質からのガス放出および電解質の成分分離が少ない。したがって、固体高分子電解質型の電池は、大電流および高温に対する許容性が高いという長所を有する。
【０００４】
さらに、特開２０００−１００４７１号公報に開示されているとおり、バイポーラ電池と呼ばれる電池が提案されている。バイポーラ電池は、集電体と呼ばれる板状導電体の一の面に正極活物質を配置するとともに他の面に負極活物質を配置したバイポーラ電極を複数有しており、その隣接するバイポーラ電極の間に挟まれる電解質層を有する。
【０００５】
以上のとおり、種々の電池が提案されているが、これらの電池を電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）の電源として使用するためには、自動車が使用され得る寒冷地への対応を考慮する必要がある。電池は化学反応を用いているため、低温になると内部抵抗値が高くなり、出力が低下するという問題点が生じるおそれがある。特に、電解質として固体高分子電解質を使用した電池は、液体の電解質を使用した電池と比べて、電解質中のイオンの移動度が低いため、低温時における出力の低下の影響を強く受ける。この問題を解決するために、従来は、電池の外部にヒータを設け、低温時には、外部電源（たとえば、発電機）からヒータへ電流を供給し、電池を加熱する技術が提案されている。
【０００６】
しかしながら、この技術によれば、電池の外部に置かれたヒータによって電池を加熱するので、電池の温度を適温まで昇温するのに時間がかかるといった問題がある。また、外部電源を必要とするため、発電機などの外部電源を有しない状況下では適用できないといった問題がある。また、外部電源の設置スペースが必要となるとともに、外部電源と電池とを接続するための比較的複雑な回路が必要になるといった問題がある。
【０００７】
以上の問題は、自動車の場合に限られず、低温において使用される機器に使用される電池のすべてに共通する問題である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上の問題を解決するためになされたものである。したがって、本発明の目的は、迅速に電池温度を昇温することができる電池、複数の電池を接続した組電池、および低温時の始動性の高い車両を提供することである。また、外部電源を必要とすることなく、電池温度を適温とすることができる電池、組電池を提供することも本発明の目的である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、下記の手段によって達成される。
（１）本発明の電池は、正極端子および負極端子を有する電池であって、当該電池の温度を計測する計測部と、前記計測部による計測結果に基づいて、前記正極端子および前記負極端子間を短絡する短絡状態と当該端子間を開放する開放状態とを切り替えるスイッチ部と、を有することを特徴とする。
（２）本発明の電池は、正極端子および負極端子を有する電池であって、当該電池の内部に設けられたヒータと、当該電池の温度を計測する計測部と、前記計測部による計測結果に基づいて、前記正極端子および前記負極端子間に前記ヒータを電気的に接続した状態と接続していない状態とを切り替えるスイッチ部と、を有することを特徴とする。
（３）本発明の組電池は、上記のいずれかに記載の電池を複数個にわたって接続することによって構成されている。
（４）本発明の車両は、上記のいずれかに記載の電池または組電池を電源として備える。
【００１０】
【発明の効果】
本発明の電池によれば、迅速に電池の単電池層内部から加熱することができるので電池温度を迅速に適温まで昇温することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の一実施形態である電池を模式的に示す斜視図である。電池１０は、正極外部端子（正極端子）１１１および負極外部端子（負極端子）１１２が突出した電池本体１００と、これらの両端子１１１および１１２間を短絡するための短絡回路２００とを備える。短絡回路２００は、好ましくは、電池本体１００に付属されており、保護カバー２１０によって覆われている。保護カバー２１０は、外部からの衝撃から短絡回路２００を守る。ここで、短絡とは、電位差のある２本の線路が抵抗またはインピーダンスの比較的小さい導体で直接結ばれた状態であり、電動機などの負荷を通じて接続される状態は含まれない。
【００１２】
短絡回路２００は、温度センサ２２０、制御素子２３０、リレー部２４０、抵抗素子２５０を含む。温度センサ（計測部）２２０は、たとえば、熱電対であり、電池本体１００の温度を計測するセンサである。制御素子２３０は、温度センサ２２０による計測結果に基づいて、リレー部２４０を駆動する回路である。リレー部２４０は、両端子１１１、１１２間を短絡する状態と開放する状態とを切り替えるためのリレーである。制御素子２３０とリレー素子２４０は、温度の計測結果に基づいて、両端子１１１、１１２間を短絡する状態（以下「短絡状態という」と両端子間１１１、１１２間を開放する状態（以下「開放状態」という）とを切り替えるスイッチ部として機能する。
【００１３】
また、抵抗素子２５０は、リレー部２４０と直列に接続されている。したがって、上記の短絡状態では、両端子間１１１、１１２は、抵抗素子２５０を介して短絡される。すなわち、この抵抗素子２５０は、リレー部２４０によって両端子１１１、１１２間が短絡された場合に両端子１１１、１１２間に流れる電流（以下、「短絡電流」という）の値を調整するための調整抵抗として機能する。
【００１４】
次に、上記の電池本体の構成を説明する。図２は、図１の電池１０を矢印Ａ方向から見た状態を示す断面図である。なお、図２において、電池本体１００に付属した短絡回路２００については、模式的に示している。電池本体１００の表面は、フィルムシート１３０で覆われている。フィルムシート１３０としては、たとえば、アルミニウム、ステンレス、ニッケル、銅などの金属層とポリプロピレンフィルム等の絶縁体層とが積層された積層フィルムが用いられる
電池本体１００は、その内部に、正極活物質層１２１、電解質層１２２、および負極活物質層１２３をこの並び順で含んでいる。本実施の形態では、電解質層１２２は、実質的に溶液を含まない固体高分子電解質で構成されている。換言すれば、本実施の形態の電池１０は、固体電解質型の電池である。なお、電解質層１２２が固体電解質で構成されている電池は、大電流および高温への許容性が高い。したがって、短絡回路２００によって両端子１１１、１１２間に比較的大きな電流を流すことに対する許容度が高い。
【００１５】
正極活物質層１２１、電解質層１２２、および負極活物質層１２３の一組が、一つの単電池層１４０を形成する。ここで、単電池層とは、起電力を発生するために必要な最小限の構成単位をいう。図２に示される電池本体では、５個の単電池層１４０ａ〜１４０ｅが直列に配置されている。
【００１６】
より具体的には、図２に示される電池１０は、いわゆるバイポーラ電池である。したがって、電池本体１００は、図３に示されるとおり、正極活物質層１２１、集電体１２４、負極活物質層１２３がこの並び順で積層されてなるバイポーラ電極１５０を複数備えるとともに、隣接するバイポーラ電極１５０間に挟まれた電解質層１２２を有する。このように複数のバイポーラ電極１５０と電解質層１２２とを交互に配列することによって、上述したとおり、直列に接続された複数の単電池層１４０ａ〜１４０ｅが形成される。
【００１７】
図２に示される構造は、たとえば、バイポーラ電極１５０の両面に電解質の膜を塗布した後、電解質の膜が塗布された複数のバイポーラ電極を積層することによって生産できる。特に、正極活物質層１２１と負極活物質層１２３とが電解質の膜を挟んで対向するように複数のバイポーラ電極は積層される。この場合、張り合わされた上記の電解質の膜が、電解質層１２２に対応する。
【００１８】
図３に示される集電体１２４は、金属の板状体であり、たとえば、ステンレス箔である。もちろん、焦電体１２４として、アルミニウム、銅、チタン、ニッケル、およびこれらの合金などの他物質を用いてもよい。さらに、集電体１２４の表面は、アルミニウムなどによって被覆されていてもよい。
【００１９】
正極活物質層１２１は、集電体１２４の一の面上に形成されている。より具体的には、正極活物質層１２１は、正極活物質、導電助剤、固体高分子電解質、支持塩、粘度調整溶媒、重合開始材を所定の比率で混同して作成された正極用スラリーを集電体１２４の一の面に塗布し、熱重合または光重合により硬化させて形成されたものである。
【００２０】
ここで、正極活物質は、ＬｉＭｎ２Ｏ４などのＬｉ・Ｍｎ系複合酸化物である。ただし、本実施の形態と異なり、その他の遷移金属とリチウムとの複合酸化物を使用してもよい。たとえば、正極活物質として、ＬｉＣｏＯ２などのＬｉ・Ｃｏ系複合酸化物、ＬｉＮｉＯ２などのＬｉ・Ｎｉ系複合酸化物、ＬｉＦｅＯ２などのＬｉ・Ｆｅ系複合酸化物などを用いてもよい。また、導電助剤は、活物質粒子間の電子伝導性を高めるために働くものである。導電助剤は、たとえば、アセチレンブラックである。なお、導電助剤として、アセチレンブラックに代えて、カーボンブラック、またはグラファイトを用いてもよい。正極活物質層１２１に含まれる固体高分子電解質は、活物質層内でのイオン伝導性やイオン拡散性を高めるために働くものである。固体高分子電解質は、イオン伝導性を有する高分子であればよく、特に限定されるものではない。イオン伝導性を有する高分子としては、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）、これらの共重合体などが該当する。
【００２１】
支持塩（リチウム塩）としては、ＬｉＮ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）２を用いることができる。しかしながら、ＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２、またはこれらの混合物を用いてもよい。粘度調整剤は、スラリーを形成する際の粘度を調整するための溶媒であり、本実施の形態では、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（以下「ＮＭＰ」という）が用いられている。しかしながら、他の粘度調整剤を用いてもよい。重合開始剤は、熱重合開始剤であるアゾビスイソブチロニトリルが用いられる。しかしながら、光重合により正極活物質層１２１を硬化させる場合には、ベンジルジメチルケタールなどの光重合開始剤が用いられる。
【００２２】
一方、負極活物質層１２３は、負極活物質、導電助剤、固体高分子電解質、支持塩、粘土調整溶媒、重合開始材を所定の比率で混同して作成された負極用スラリーを集電体１２４の他の面（正極スラリーを塗布した面と反対側の面）に塗布し、熱重合または光重合により硬化させて形成されたものである。
【００２３】
負極活物質層１２３の構成は、使用する負極活物質の種類を除いて、基本的に上記の正極活物質層と同様であるので、詳しい説明を省略する。好ましくは、負極活物質は、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２などのチタンとリチウムとの複合酸化物である。しかしながら、負極活物質として、その他の遷移金属とリチウムとの複合酸化物を使用してもよい。
【００２４】
次に電解質層１２２について説明する。電解質層１２２は、上記のバイポーラ電極１５０の両面に形成されており、イオン伝導性を有する高分子から構成される層である。本実施の形態では、電解質層１２２は、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ポリプロピレンオキシド（ＰＰＯ）、または、これらの共重合体のような公知の固体高分子電解質が用いられる。電解質層１２２中には、イオン伝導性を確保するためにリチウム塩が含まれる。また、重合によって電解質層１２２を硬化させるために重合開始剤が添加されている。たとえば、重合開始剤としてアゾビスイソブチロニトリルなどの熱重合開始剤や、ベンジルジメチルケタールなどの光重合開始剤が用いられる。
【００２５】
次に、以上のとおり構成される電池１０の等価電気回路を説明する。図４は、図１に示される電池１０の等価電気回路を示す図である。なお、上述した各単電池層１４０ａ〜１４０ｅは、それぞれ起電力を発生する要素であるとともに、内部抵抗を含む。したがって、各単電池層１４０は、一組の直流電源１４１と電気抵抗１４２とに相当する。たとえば、上記の図２に示される電池１０は、直列接続された５個の単電池層１４０ａ〜１４０ｅを含む。この５個の単電池層１４０ａ〜１４０ｅは、直流電源１４１と電気抵抗１４２との組を５組直列に接続した構成に対応する。この構成の両端部が、正極外部端子１１１および負極外部端子１１２として伸張されており、この正極外部端子１１１および負極外部端子１１２間には、リレー部２４０と電気抵抗１４２とが直列接続されている。
【００２６】
より具体的には、リレー部２４０の一端が、正極外部端子１１１または負極外部端子１１２の一方の端子（図中では、端子１１２）に接続されている。リレー部２４０の他端が抵抗素子２５０の一端に接続されている。そして、抵抗素子２５０の他端は、正極外部端子１１１または負極外部端子１１２のどちらか残った端子（図中では、端子１１１）に接続されている。この結果、端子１１２、リレー部２４０、電気抵抗１４２、および他の端子１１１による回路ループが構成される。
【００２７】
また、制御素子２３０は、両端子１１１および１１２に接続されており、電池本体１１１から電力の供給を受けている。この制御素子２３０には、温度センサ２２０が接続されており、制御素子２３０は、温度センサ２２０による電池本体１００の温度の温度計測結果を受け取る。温度センサ２２０が熱電対である場合には、制御素子２３０は、温度計測結果を電圧として受け取る。また、制御素子２３０は、上記のリレー部２４０の制御端子に接続されている。制御素子２３０は、温度センサ２２０からの温度計測結果に基づいて、所定の信号をリレー部２４０の制御端子へ供給する。リレー部２４０は、短絡状態と開放状態とを切り替える。
【００２８】
以上のように構成される本実施の形態の電池１０は、次のように動作する。図５は、本実施の形態の電池の動作を示すフローチャートである。
【００２９】
まず、最初に、温度センサ２２０は、電池本体１００の所定部分の温度の計測を開始する（ステップＳ１００）。たとえば、電池１０が電源として用いられる機器（たとえば、自動車）の始動が指示されるのと連動して、温度の計測を開始してもよい。電池温度の計測結果は、制御素子２３０へ伝えられる。なお、温度センサ２２０が熱電対である場合には、電池温度の計測結果は電圧として得られる。
【００３０】
制御素子２３０は、温度センサ２２０によって計測された電池温度が所定の第１温度（第１しきい値）未満であるか否かを判断する（ステップＳ１０１）。温度センサ２２０が熱電対である場合には、計測された電池温度に対応する電圧と、第１しきい値に対応する参照電圧とが比較される。比較の結果、温度センサ２２０によって計測された電池温度が所定の第１温度（第１しきい値）以上である場合には（ステップＳ１０１：ＮＯ）、電池温度が十分に高いので電池１０を加熱する必要がない。したがって、処理が終了する。一方、温度センサ２２０によって計測された電池温度が所定の第１温度（第１しきい値）未満である場合には（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、電池温度を昇温させる必要があるので、ステップＳ１０２の処理に移行する。たとえば、基準となる第１温度は、−４０〜−１０℃程度の範囲内のいずれかの温度であり、より好適には、−３０℃程度である。しかしながら、第１温度は、この値に限られず、電池１０の性能および仕様によって適宜に決定される。
【００３１】
次にステップＳ１０２では、電池温度を昇温させるための処理として、制御素子２３０は、信号をリレー部２４０へ出力する。この結果、リレー部２４０は、正極外部端子１１１と負極外部端子１１２間を短絡させる。このように、ステップＳ１０１およびステップＳ１０２における機能は、温度計測結果に基づいて、両端子１１１、１１２間を短絡する状態と開放する状態とを切り替えるスイッチ部に相当する。以上のとおり、両端子１１１、１１２間および電池１００の内部を通って短絡電流が流れる。電池１００の内部には、図４に示されるとおり、内部抵抗（図４の電気抵抗１４２に相当）が存在するため、ジュール熱が発生し、電池１００は、内部から加熱される。なお、短絡状態では、両端子１１１、１１２間は、抵抗素子２５０を介して短絡される。そして、短絡電流は、抵抗素子２５０の抵抗値の値に応じて異なる。ここで、短絡電流は、電池の仕様および要求によっても異なり、事前に設定される。また、短絡電流は、電池１０の内部抵抗にも依存する。特に、上述のとおり、電池１０の内部抵抗の値は、電池１０が低温であるほど高くなる。
【００３２】
このように、種々の条件によって、短絡電流の値は異なるが、たとえば、数十Ｃ（１Ｃは、満充電時の電池が有する容量を１時間で放電するように使用する際の電流値）程度の大電流を流すことができる。また、図２および図３を用いて説明したとおり、電池１０の電解質層が固体電解質層である場合には、液体の電解質を用いる電池に比べて、短絡電流の値を比較的大きく設定することができる。したがって、好適に、電池１０の温度を昇温することができる。
【００３３】
次に、制御素子２３０は、温度センサ２２０によって計測された電池温度が所定の第２温度（第２しきい値）以上となったか否かを判断する（ステップＳ１０３）。温度センサ２２０が熱電対である場合には、計測された電池温度に対応する電圧と、第２しきい値に対応する参照電圧とが比較される。比較の結果、温度センサ２２０によって計測された電池温度が所定の第２温度（第１しきい値）未満である場合には（ステップＳ１０３：ＮＯ）、ステップＳ１０２のおける昇温処理を継続し、温度センサ２２０によって計測された電池温度が所定の第２温度（第１しきい値）以上である場合には（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）、ステップＳ１０４の処理へ移行する。なお、基準となる第２温度は、たとえば、０〜５０℃程度である。しかしながら、第２温度は、この値に限られず、電池１０の性能および仕様によって適宜に決定される。また、図２および図３を用いて説明したとおり、電池１０の電解質層が固体電解質層である場合には、液体の電解質を用いる電池に比べて、第２温度を高く設定することができる。また、本実施の形態と異なり、第２温度と比較することなく、所定の時間が経過した際に自動的に両端子１１１、１１２間を開放するように構成することもできる。
【００３４】
ステップＳ１０４では、電池温度が十分に昇温した場合の処理として、制御部２３０は、リレー部２４０への信号出力を停止し、この結果、リレー部２４０は、開状態に戻る。この結果、リレー部２４０は、正極外部端子１１１と負極外部端子１１２間の短絡を終了し、両端子１１１および１１２間を開放状態に切り替える。
【００３５】
以上のとおり、本実施の形態の電池によれば、以下の効果を奏する。
（イ）発電機や別途設けられた電池などの外部電源を必要とすることなく、電池本体１００自らが有するエネルギーを利用して昇温が実行される。したがって、外部電源を用いることができない環境化でも、電池本体１００の温度を適温に昇温し、電池の能力が発揮される。
（ロ）外部電源を必要としないため、外部電源の設置場所が不要である。
（ハ）電池本体１００自体が有する内部抵抗に起因するジュール熱により電池本体１００内部から加熱することができる。したがって、電池本体１００の外部から加熱する場合に比べて、昇温効率が高く、短時間で適温に到達する。
（二）また、外部電源や外部の電池との間で電流のやり取りをすることによって、電池内部から加熱する場合と比べても、効率よく電池本体１００の温度を昇温することができる。
（ホ）また、電解質層１２２が固体高分子電解質からなる電池の場合には、ガスの噴出や電解質の分離などが少なく、大電流および高温への許容性が高いため、本実施の形態のような短絡電流を用いた電池の昇温技術に対する適応が高い。
（へ）特に、バイポーラ電池の場合には、複数の単電池層１４０が直列接続されている構成を持つことから、エネルギー出力が高く、このエネルギーを電池温度の昇温に利用することができる。また、多くのバイポーラ電池には、固体高分子電解質が使われるため、上記（ホ）と同様の効果を有する。
（ト）正極外部端子１１１および負極外部端子１１２間を短絡した際に両端子１１１、１１２間に電気的に接続される調整用の電気抵抗１４２を有するので、電池１０の仕様に合わせて短絡電流を設定することができる。
（第２の実施の形態）
第１の実施の形態では、電池の有するエネルギーを用いるとともに電池の内部抵抗に起因するジュール熱を利用することによって、電池温度を昇温する場合を説明した。第２の実施の形態の電池は、電池自身の有するエネルギーを用いる点は、第１の実施の形態の電池と同様であるが、電池内部に埋め込まれたヒータによって電池温度を昇温する点で第１の実施の形態の電池と異なる。なお、以下の説明で、第１の実施の形態の場合と同様の部材には、同じ部材番号を用いる。
【００３６】
図６は、本実施の形態の電池の断面図である。図６に示されるとおり、電池１０の基本構成は、第１の実施の形態の場合と略同様である。すなわち、電池１０は、正極活物質層１２１、電解質層１２２、および負極活物質層１２３をこの並び順で含んでなる単電池層１４０を有している。より具体的には、電池１０は、正極活物質層１２１、集電体１２４、および負極物質層１２３が、この並び順で積層されてなるバイポーラ電極１５０を複数備えるとともに、隣接するバイポーラ電極１５０間に挟まれた電解質層１２２を有するバイポーラ電池である。そして、この電解質層１２２は、固体高分子電解質層である。
【００３７】
本実施の形態の特徴は、ヒータ部３００が、電池本体１００の内部、すなわち、正極活物質層１２１、電解質層１２２、および負極活物質のいずれかの場所に設けられている点である。より好適には、図６に示されるとおり、ヒータ部３００は、電解質層１２２の内部に埋設されていることが特徴である。
【００３８】
図７は、一つの電解質層１２２内のヒータ部３００を模式的に示す図である。電解質層１２２が複数設けられた電池１０の場合には、各電解質層１２２内に、ヒータ部３００が埋設されている。ヒータ部３００は、たとえば、ニッケルクロム合金などの金属からなる線状または箔状の電気抵抗である。たとえば、図７に示されるとおり、電解質層１２２の層内の全体を加熱するような形状に金属線を加工する。そして、この金属線を硬化前の電解質層１２２の内部に配置した後に、電解質層１２２を重合により硬化させる。この結果、ヒータ部３００が埋設された電解質層１２２が構成される。また、上述したとおり、電解質の膜を表面に塗布した複数のバイポーラ電極１３０を相互に重ね合わせることによって、バイポーラ電極と電解質層１２２との積層構造を製造することもできるが、この場合には、バイポーラ電極１３０同士を重ね合わせる際に金属線を挟み込むことによって、ヒータ部３００が埋設された電解質層１２２を構成することができる。
【００３９】
以上のとおり構成される各ヒータ部３００とリレー部２４０とは、正極外部端子１１１および負極外部端子１１２の間に直列接続される。より具体的には、リレー部２４０の一端が、正極外部端子１１１または負極外部端子１１２の一方の端子（図中では、端子１１２）に接続されており、リレー部２４０の他端が各ヒータ部３００の一端に接続されている。そして、各ヒータ部３００の他端が残った端子（図中では、端子１１１）に接続されている。この結果、端子１１２、リレー部２４０、各ヒータ部３００、および他の端子１１１による回路ループが構成される。
【００４０】
また、温度センサ２２０からの電池温度の温度検出結果に基づいて制御素子２３０がリレー部２４０へ信号を出力する。この結果、リレー部２４０は、検出された電池温度に基づいて、両端子１１１、１１２間にヒータ部３００を電気的に接続した状態と接続していない状態とを切り替える。なお、必要に応じて、電流を調整するための他の電気抵抗素子がこのヒータ部３００に直列接続されていてもよい。
【００４１】
なお、本実施の形態における電池１０の動作は、第１の実施の形態において説明した図５に示される動作と同様である。したがって、詳しい説明は省略する。簡単に説明すれば、温度センサ２２０によって計測された電池温度が第１温度よりも低い場合に、リレー部２４０は、電池温度が第２温度になるまで両端子１１１および１１２間にヒータ部３００を電気的に接続する。したがって、電流は、正極外部端子１１１からヒータ部３００を通じて負極外部端子１１２へと流れる。この結果、ヒータ３００がジュール熱を発生し、電池１００は、内部で発生したジュール熱によって加熱される。そして、温度センサ２２０によって計測された電池温度が第２温度以上となった場合に、リレー部２４０は開状態となり、両端子１１１、１１２間を開放する。
【００４２】
以上のとおり、第２の実施の形態を説明したが、本発明は、この場合に限られない。たとえば、ヒータ３００が正極活物質層１２１および負極活物質層１２３に接触しないように被覆することも可能である。
【００４３】
以上のとおり、本実施の形態の電池によれば、以下の効果を有する。
（チ）電池１０の内部、すなわち正極活物質層１２１、電解質層１２２、負極活物質層１２３のいずれかの部分にヒータ部３００（ヒータ抵抗）を設けたので、このヒータ部によって電池１０の内部から加熱することができ、昇温効果が高い。
（リ）ヒータ部３００を電池本体１００の外部に取り付ける必要がなくなり、小型化できる。
（ヌ）ヒータ部３００を正極外部端子１１１および負極外部端子１１２間に接続することによって、電池本体１００の内部抵抗によるジュール熱とともに、ヒータ部３００によるジュール熱によって電池１０を内部から加熱することができる。
（ル）ヒータ部３００を固体高分子電解質層１２２内に埋設する場合には、固体高分子電解質の硬化前にヒータ部３００を埋設し、固体高分子電解質を重合させることによってヒータ部３００を一定の位置に固定することできる。したがって、固定手段の構成が簡単になる。
（第３の実施の形態）
次に、上記第１または第２の実施の形態で説明した電池１０を複数個にわたって電気的に接続した組電池を説明する。
【００４４】
図８は、本実施の形態の組電池を示す図である。電気１０を複数接続することによって組電池４００が構成される。なお、複数の電池１０は、直列接続および／または並列接続されている。この結果、所望の出力電圧および容量を達成できる組電池４００が構成できる。なお、組電池４００を構成する場合には、上述した温度センサ２２０および／または制御素子２３０は、各電池１０に別個に設けられる必要はなく、組電池４００の何れかの部分に設けられていれば足りる。
【００４５】
図９は、上記第１または第２の実施の形態で説明した電池１０、あるいは上記の組電池４００を電源として用いる電気自動車（ＥＶ）の外形を示す図である。図９に示される例では、電気自動車５００の運転席座席下方に、組電池４００が搭載されている。電気自動車５００は、この組電池４００を電源として、図示していない電動機を回転させて走行する。電気自動車５００は、寒冷地での動作が保証されている必要があり、たとえば、−３０℃程度の低温環境下での始動が求められている。
【００４６】
電動機を回転させる前の状態では、組電池４００は気温に応じて冷却されており、低温環境下では、内部抵抗の値が高くなっているため、十分な始動性が得られないおそれがある。したがって、ユーザが運転席内部のスイッチを操作し、自動車を始動させる場合、まず、組電池４００の温度が計測され、その温度が第１温度未満である場合には、リレー部２４０は、開放状態から短絡状態へと切り替える。この結果、電池１００の内部抵抗に起因するジュール熱および／または電池１００の電解質層１２２内に設けられたヒータ部３００に起因するジュール熱が発生し、組電池４００は、その内部から加熱される。その後、組電池４００の温度が第２温度に達するのを待って、リレー部２４０は、電池１００の端子間を開放状態に切り替える。たとえば、数１０Ｃ程度の電流を数秒間にわたって流すことによって、組電池４００を構成する各電池１００が均等に加熱され、組電池４００の温度は、素早く昇温される。この結果、低温環境であっても、短時間に電気自動車５００を始動させることができ、始動性が高まる。なお、電気自動車５００に代えて、ハイブリッド電気自動車などの他種類の車両に本発明を適用することは、もちろんである。
【００４７】
以上のとおり、本発明の電気自動車５００によれば、低温環境に置かれていた場合であっても、十分な出力が可能な状態に早急になる。
【００４８】
以上、本発明の好適な実施の形態を説明したが、本発明は、この場合に限られず、発明の技術思想の範囲内で、種々の変形、追加、省略が可能である。
【００４９】
たとえば、上記の説明では、固体高分子電解質型の電池に本発明を適用した場合を説明したが、本発明は、この場合に限られない。確かに、大電流および高温への許容性の観点からは、固体高分子電解質型の電池を用いる方が好ましいが、上記の第２温度の設定値や調整用の抵抗素子２５０の値を適切に設定することによって、液体電解質型またはゲル電解質型の電池へも本発明を適用することができる。また、電池本体の温度が高くなり、内部抵抗値が低くなることにともなって予想以上の過電流が流れることを防止すべく、過電流が流れた場合に、適宜に回路を切断する遮断回路を付加してもよい。
【００５０】
また、上記の説明では、電池本体１００内部で複数の単電池層１４０が直列に接続されているバイポーラ型電池に本発明を適用した場合を説明したが、他の種類の電池に適用できることは、もちろんである。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態における電池を模式的に示す斜視図である。
【図２】図１の電池を模式的に示す断面図である。
【図３】図１の電池が備えるバイポーラ電極の構造を示す図である。
【図４】図１の電池の等価電気回路図である。
【図５】図１の電池の動作を示すフローチャートである。
【図６】第２の実施の形態における電池を模式的に示す断面図である。
【図７】図６の電池が備える電解質層の構造を示す図である。
【図８】図１または図２の電池から構成された組電池を示す図である。
【図９】図８の組電池を備える車両を示す図である。
【符号の説明】
１００…電池本体、
１１１…正極外部端子、
１１２…負極外部端子、
１２１…正極活物質層、
１２２…電解質層、
１２３…負極活物質層、
１２４…集電体、
１４０…単電池層、
１５０…バイポーラ電極
２００…短絡回路、
２２０…温度センサ、
２３０…制御素子、
２４０…リレー部、
２５０…抵抗素子、
３００…ヒータ部、
４００…組電池、
５００…電気自動車。
【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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