(57)【要約】【課題】低温環境下における電池特性の低下を抑制する。【解決手段】使用開始時に、ポリマー電池３が低温環境下に曝されている場合に、発熱素子４が発熱してポリマー電池３を加温させてポリマー電池３を常温環境下と同じような状態させることから、ポリマー電池３が低温環境下に曝されることで起こる電池特性の低下を抑制できる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部端子を有する電池と、
上記電池に当接されると共に電気的に接続され、上記電池から供給される電力で発熱する発熱素子と、
上記電池又は上記電池の周囲の温度を検出する温度検出手段と、
上記電池と上記発熱素子との間の電気的な接続のオン／オフを切り換える切換手段と、
上記切換手段を切り換え制御する制御手段とを備え、
使用開始時に、上記温度検出手段により検出された温度が所定値より低い場合に、上記制御手段が上記切換手段をオンの状態に切り換えて上記発熱素子を発熱させることで上記電池が加温される電源装置。
【請求項２】
上記発熱素子は、シート状の半導体熱交換素子である請求項１記載の電源装置。
【請求項３】
上記制御手段は、上記電池の電圧を検出する電圧検出手段を有し、この電圧検出手段により検出された上記電池の電圧が所定値に達したときに、上記切換手段をオフの状態に切り換えて上記発熱素子の発熱を停止させる請求項１記載の電源装置。
【請求項４】
上記制御手段は、予め設定した時間が経過すると上記切換手段をオフの状態に切り換えるタイマ回路を有している請求項１記載の電源装置。
【請求項５】
携帯型の電子機器の装着部に装着されることで、当該電子機器に対して電力の供給及び／又は上記発熱素子を発熱させるための温度信号の送受信を行う請求項１記載の電源装置。
【請求項６】
使用開始時に、電池又は電池の周囲の温度が所定値より低い場合に、当該電池を加温する方法であって、
電力が供給されることで発熱する発熱素子が当接されると共に電気的に接続された上記電池又は上記電池の周囲の温度を温度検出手段で検出させる第１の工程と、
上記温度検出手段により検出された温度が所定値より低い場合に、上記電池と上記発熱素子との間の電気的な接続のオン／オフを切り換える切換手段を切換え制御する制御手段が、上記切換手段をオンの状態に切り換える第２の工程と、
上記切換手段がオンの状態に切り換えられたことで上記電池から供給される電力で上記発熱素子を発熱させることにより上記電池を加温する第３の工程とを有していることを特徴とする電池の加温方法。
【請求項７】
上記第１の工程においては、上記発熱素子としてシート状の半導体熱交換素子を用いることを特徴とする請求項６記載の電池の加温方法。
【請求項８】
上記第３の工程の後に、上記電池の電圧を検出する電圧検出手段を有する上記制御手段が、上記電圧検出手段により検出された上記電池の電圧が所定値に達したときに、上記切換手段をオフの状態に切り換えて上記発熱素子の発熱を停止させることを特徴とする請求項６記載の電池の加温方法。
【請求項９】
上記第３の工程の後に、予め設定した時間が経過すると上記切換手段をオフの状態に切り換えさせるタイマ回路を有する上記制御手段が、上記タイマ回路に予め設定された時間が経過したときに、上記切換手段をオフの状態に切り換えて上記発熱素子の発熱を停止させることを特徴とする請求項６記載の電池の加温方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池及び発熱素子を備え、電池特性が向上された電源装置、及び発熱素子による電池の加温方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年においては、例えば携帯型電話機、ノート型携帯用コンピュータ、情報端末装置（ＰＤＡ：Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔｓ）、カメラ一体型ＶＴＲ（ＶｉｄｅｏＴａｐｅ  Ｒｅｃｏｒｄｅｒ）等の携帯用電子機器の駆動電源として、リチウムイオンを正極と負極との間で移動させることで充放電反応が行われ、軽量で高エネルギー密度なリチウムイオン二次電池の開発が進められている。
【０００３】
このリチウムイオン二次電池では、上述した携帯用電子機器の搭載されることから更なる小型化、軽量化を図るために、例えばフィルム状の外装材や固体電解質等を用いることで更なる小型化、軽量化を図ることができる。具体的に、リチウムイオン二次電池においては、例えばフィルム状の外装材として熱融着が可能な高分子フィルムと金属箔とが積層されたラミネートフィルム等を用い、固体電解質として非水電解液を高分子マトリックスに含有させたゲル状電解質等を用いる。そして、このようなラミネートフィルムとゲル状電解質とを用いたリチウムイオン二次電池は、一般的にポリマー電池と呼ばれている。
【０００４】
また、ポリマー電池は、例えば充放電等を制御する制御回路や、外部端子と接続されるコネクタ等を備えた回路基板に接続されることにより、過充電状態や過放電状態にならないように制御回路で保護されると共に電力の残量が乏しくなった場合にはコネクタを介して外部より電力の供給が行われることになる。これらポリマー電池や回路基板は、プラスチック等からなる外筐に収納されることで、図２０に示すいわゆる電池パック３００として構成される。そして、この電池パック３００は、上述した電子機器等に設けられた装着部に装着されることになる。（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００５】
このような電池パック３００では、体積エネルギー密度の向上を図るために、リジッド基板３０１を外筐３０２に収納しながらも、外筐３０２内でポリマー電池３０３の体積効率を向上させるような構造が求められている。すなわち、この電池パック３００では、外筐３０２内により大きな（より多くの）ポリマー電池３０３を収納すると共に、このポリマー電池３０３が収納された外筐３０２内の限られたスペースにリジッド基板３０１を効率良く収納することが求められている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−２６６８２０号公報（第２−３頁）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような電池パック３００では、例えば冬季に上述した電子機器に装着させた状態で車中等に放置させた場合に、ポリマー電池３０３が低温環境下に曝されて冷たくなり、電極間でのリチウムイオンの授受が抑制されて充放電が適切にできなくなることから電子機器を使用することが困難となる。
ここで、雰囲気温度を２５℃、０℃、−２０℃と変化させてポリマー電池を放電電流５００ｍＡで２．５Ｖまで放電した際の放電時間を測定した結果を図２１に示す。なお、図２１では、横軸に放電時間を示し、縦軸にポリマー電池の電池電圧を示している。また、図２１において、図２１中４００はポリマー電池を２５℃雰囲気で放電した際の電圧変化を示し、図２１中４０１はポリマー電池を０℃雰囲気で放電した際の電圧変化を示し、図２１中４０２はポリマー電池を−２５℃雰囲気で放電した際の電圧変化を示している。
【０００８】
図２１の評価結果から、ポリマー電池では、−２５℃雰囲気で放電した場合、２５℃や０℃雰囲気で放電した場合に比べて放電時間が大幅に短くなっており、低温環境下に曝されると電池特性が大幅に低下してしまうことがわかる。
【０００９】
このようなポリマー電池３０３を備える電池パック３００では、電子機器を駆動させるために、冷たくなったポリマー電池３０３を例えば体温等で徐々に加温して電極間でリチウムイオンの授受が適切に行えるようにさせることで、充放電ができるようにさせている。
【００１０】
したがって、この電池パック３００では、低温環境下に曝されて冷たくなった場合、ポリマー電池３０３が暖まるまで電子機器を駆動させることができず、ポリマー電池３０３を加温するといった煩わしい作業や時間を必要としている。
【００１１】
そこで、本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、電池が低温環境下に曝された場合でも、電池特性の低下が抑えることが可能な電源装置、及び電池の加温方法を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成する本発明に係る電源装置は、外部端子を有する電池と、電池に当接されると共に電気的に接続され、電池から供給される電力で発熱する発熱素子と、電池又は電池の周囲の温度を検出する温度検出手段と、電池と発熱素子との間の電気的な接続のオン／オフを切り換える切換手段と、切換手段を切り換え制御する制御手段とを備え、使用開始時に、温度検出手段により検出された温度が所定値より低い場合に、制御手段が切換手段をオンの状態に切り換えて発熱素子を発熱させることで電池が加温されることを特徴としている。
【００１３】
この電源装置では、使用開始時に、温度検出手段により検出された温度が所定値より低く電池が低温環境下に曝されている場合に、発熱素子が電池より供給された電力で発熱して電池を加温させることで、電池が暖まって常温環境下と同じような状態になることから、電池が低温環境下に曝されることで起こる電池特性の低下を抑制できる。
【００１４】
また、本発明に係る電池の加温方法は、使用開始時に、電池又は電池の周囲の温度が所定値より低い場合に、電池を加温する方法であって、電力が供給されることで発熱する発熱素子が当接されると共に電気的に接続された電池又は電池の周囲の温度を温度検出手段で検出させる第１の工程と、温度検出手段により検出された温度が所定値より低い場合に、電池と発熱素子との間の電気的な接続のオン／オフを切り換える切換手段を切換え制御する制御手段が、切換手段をオンの状態に切り換える第２の工程と、切換手段がオンの状態に切り換えられたことで電池から供給される電力で発熱素子を発熱させることにより電池を加温する第３の工程とを有することを特徴としている。
【００１５】
この電池の加温方法では、使用開始時に、電池又は電池の周囲の温度が所定値より低く電池が低温環境下に曝されている場合に、電池から供給された電力により発熱する発熱素子で電池を加温させることで、常温環境下と同じような状態になるように電池を加温する。したがって、この方法により加温された電池では、使用開始時に低温環境下に曝されていても、電池が低温環境下に曝されることで起こる電池特性の低下を抑制できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した電源装置、及び電池の加温方法について、図１及び図２に示す電池パック１を参照にして説明する。この電池パック１は、例えば携帯型電話機等の電子機器等に設けられた装着部に装着され、電子機器等に対して所定の電圧の電力を安定して供給することが可能なものである。この電池パック１は、収納ケースとなる外筐２に、発電要素となるポリマー電池３と、このポリマー電池３に当接されてポリマー電池３を加温する発熱素子４と、ポリマー電池３と発熱素子４とが電気的に接続された回路基板５とが収納された構造となっている。
【００１７】
外筐２は、いわゆるプラスチックケースからなり、略扁平箱状の上ハーフ２ａの周壁と下ハーフ２ｂの周壁とを互いに突き合わすことで、内部にポリマー電池３、発熱素子４及び回路基板５が収納される収納空間を形成すると共に、その外形形状は略矩形平板状である。また、この外筐２には、長手方向の一側端部に、回路基板５に取り付けられたコネクタ２７を外部に臨ませる開口部６が形成されており、外筐２を構成する上ハーフ２ａ及び下ハーフ２ｂには、この開口部６を構成する切欠部６ａ，６ｂがそれぞれ形成されている。
【００１８】
ポリマー電池３は、図３に示すように、例えばリチウムイオン二次電池等の非水電解質電池であり、充放電といった電池反応が行われる電池素子７と、この電池素子７を封入するフィルム状の外装材８とを有している。
【００１９】
ポリマー電池３において電池素子７は、帯状の正極９と、帯状の負極１０との間に有機高分子や電解質塩を含有させた固体電解質１１とセパレータ１２とを介在させた状態で、電極の長手方向に捲回することで発電素子として機能する。
【００２０】
正極９は、正極活物質と結着剤とを含有する正極合剤塗液を正極集電体１３上に塗布、乾燥、加圧することにより、正極集電体１３上に正極合剤層１４が圧縮形成された構造となっている。正極９には、正極リード１５が正極集電体１３の所定の位置に、正極集電体１３の幅方向に突出するように接続されている。この正極リード１５には、例えばアルミニウム等の導電性金属からなる短冊状金属片等を用いる。
【００２１】
正極活物質には、比較的に電池容量を大きくできる例えばＬｉｘＭＯ２（式中ＭはＣｏ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｖ、Ｔｉ等による一種以上の遷移金属を表し、ｘは０．５以上、１．１０以下の範囲である。）で示されるリチウム複合酸化物等を使用する。このリチウム複合酸化物を構成する遷移金属Ｍとしては、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｎ等が好ましい。このようなリチウム複合酸化物の具体例としては、ＬｉｘＣｏＯ２、ＬｉｘＮｉＯ２、ＬｉｘＮｉｙＣｏ１−ｙＯ２（式中、０＜ｙ＜１である。）、ＬｉＭｎ２Ｏ４等を挙げることができる。また、正極活物質としては、安価で結晶構造が安定している例えばＬｉｘＭｙＰＯ４（式中ＭはＦｅ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｖ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｇａ、Ｍｇ、Ｂ、Ｎｂ、ＳｎＣａ、Ｓｒのうち何れか一種以上であり、０．５≦ｘ≦１．１であり、０．５≦ｙ≦１である。）で示される化合物等が挙げられ、具体的にＬｉＦｅＰＯ４等を用いる。さらに、正極活物質としては、例えばＴｉＳ２、ＭｏＳ２、ＮｂＳｅ２、Ｖ２Ｏ５等の金属硫化物あるいは酸化物も使用することができる。
【００２２】
正極９では、正極合剤層１４の結着剤として、非水電解質電池の正極合剤に用いられる例えばポリフッ化ビニリデン、ポリビニルピリジンやポリテトラフルオロエチレン等といった結着剤を用いることができる他に、正極合剤層１４に例えば導電材として炭素質材料等を添加したり、公知の添加剤等を添加したりすることができる。正極９では、正極集電体１３に、例えばアルミニウム等の導電性金属からなる箔状金属や網状金属等を用いる。
【００２３】
負極１０は、負極活物質と結着剤とを含有する負極合剤塗液を負極集電体１６上に塗布、乾燥、加圧することにより、負極集電体１６上に負極合剤層１７が圧縮形成された構造となっている。負極１０には、負極リード１８が負極集電体１６の所定の位置に、負極集電体１６の幅方向に突出するように接続されている。この負極リード１８には、例えばニッケルや銅等の導電性金属からなる短冊状金属片等を用いる。
【００２４】
負極活物質には、リチウム対して２Ｖ以下の電位を有し、リチウムをドープ・脱ドープする材料を用いる。具体的には、例えばリチウム、リチウム合金、又はリチウムイオンをドープ・脱ドープできる炭素質材料等が用いられる。リチウムイオンをドープ・脱ドープできる炭素質材料としては、例えば２０００℃以下の比較的低い温度で焼成して得られる低結晶性炭素材料、結晶化しやすい原材料を３０００℃付近の高温で焼成した人造黒鉛等の高結晶性炭素材料等を用いることが可能である。具体的には、熱分解炭素類、コークス類、黒鉛類、ガラス状炭素繊維、有機高分子化合物焼成体、炭素繊維、活性炭等の炭素質材料を用いることが可能である。コークス類としては、例えばピッチコークス、ニードルコークス、石油コークス等がある。なお、有機高分子化合物焼成体とは、フェノール樹脂、フラン樹脂等を適当な温度で焼成し、炭素化したものである。
【００２５】
また、負極活物質としては、上述した炭素質材料の他に、例えばリチウムと化合可能な元素又はこの元素の化合物等を用いることもできる。具体的には、例えば化学式ＤｓＥｔＬｉｕ（Ｄはリチウムと化合可能な金属元素及び／又は半導体元素の一種以上であり、Ｅはリチウム及びＤ以外の金属元素及び／又は半導体元素の一種以上であり、ｓは０より大きく、ｔ及びｕは０以上である。）等化学式で示される化合物としてＳｉＢ４、ＳｉＢ６、Ｍｇ２Ｓｉ、Ｍｇ２Ｓｎ、Ｎｉ２Ｓｉ、ＴｉＳｉ２、ＭｏＳｉ２、ＣｏＳｉ２、ＮｉＳｉ２、ＣａＳｉ２、ＣｒＳｉ２、Ｃｕ５Ｓｉ、ＦｅＳｉ２、ＭｎＳｉ２、ＮｂＳｉ２、ＴａＳｉ２、ＶＳｉ２、ＷＳｉ２、ＺｎＳｉ２等が挙げられ、これらのうち何れか一種以上を用いる。そして、これらの化合物は、上述した炭素質材料に一種以上を混合させて用いることもでき、この場合、炭素質材料が導電材として機能することになる。
【００２６】
また、上述した炭素質材料や化合物の他に、負極活物質として、例えばポリアセチレン、ポリピロール等の高分子や酸化鉄、酸化ルテニウム、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化チタン、酸化スズ等といった比較的電位が卑であり、リチウムのドープ・脱ドープが可能な酸化物や、これら酸化物の酸素を窒素で置換した窒化物等を使用することもできる。
【００２７】
負極１０では、負極合剤層１１の結着剤として、非水電解質電池の負極合剤に用いられる例えばポリフッ化ビニリデン、ポリビニルピリジンやポリテトラフルオロエチレン等といった結着剤を用いることができる。負極１０では、負極集電体１６に、例えば銅等の導電性金属からなる箔状金属や網状金属等を用いる。
【００２８】
固体電解質１１は、正極９と負極１０との間で例えばリチウムイオン等の授受を行うものである。このため、この固体電解質１１には、リチウムイオン導電性を有する有機固体電解質を用いる。この有機固体電解質としては、電解質塩とそれを含有させる有機高分子とによって構成される高分子固体電解質や、非水電解液を高分子マトリックスに含有させたゲル状電解質等を用いることができる。そして、固体電解質１１は、正極９及び負極１０の表面に、有機固体電解質を含有する電解質溶液を塗布し、固化することで電解質層として形成される。
【００２９】
固体電解質１１においては、通常、非水電解質電池に用いられる電解質塩を使用することができる。具体的には、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢ（Ｃ６Ｈ５）４、ＣＨ３ＳＯ３Ｌｉ、ＣＦ３ＳＯ３Ｌｉ、ＬｉＣ４Ｆ９ＳＯ３、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＮ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）２、ＬｉＣ（ＳＯ２ＣＦ３）３、ＬｉＡｌＣｌ４、ＬｉＳｉＦ６、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ等が挙げられ、これらのうちの一種又は複数種を混合して用いる。特に、電解質塩としては、酸化安定性の点で優れているＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４を用いる。
【００３０】
そして、固体電解質１１では、高分子固体電解質の電解質塩を含有させる有機高分子として例えばポリ（エチレンオキサイト）や同架橋体等のエーテル系高分子、ポリ（メタクリレート）エステル系高分子、アクリレート系高分子等を単独又は分子中に供重合、混合して用いることができる。
【００３１】
固体電解質１１においては、ゲル状電解質の場合、上述した電解質塩を溶解させて非水電解液にさせる非水溶媒には比較的誘電率が高い溶媒を用いる。この場合、非水電解液は可塑剤として機能することになる。具体的に、非水溶媒としては、例えばエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、γ−ブチルラクトン、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、２−メチルテトラヒドロフラン、１，３−ジオキソラン、４−メチル−１、３−ジオキソラン、ジエチルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、プロピオニトリル、酢酸エステル、酪酸エステル、プロピオン酸エステル等が挙げられ、これらのうちの一種又は複数種を混合して用いる。
【００３２】
そして、固体電解質１１では、ゲル状電解質の非水電解液を含有させる高分子マトリックスとしては非水電解液を吸収してゲル化するものであれば種々の高分子が利用できる。具体的には、例えばポリ（ビニリデンフルオロライド）や、ポリ（ビニリデンフルオロライド−ｃｏ−ヘキサフルオロプロピレン）等のフッ素系高分子、ポリ（エチレンオキサイド）や、これの架橋体等のエーテル系高分子、ポリ（アクリロニトリル）等が挙げられ、これらのうち何れか一種又は複数種を混合して用いる。
【００３３】
セパレータ１２は、正極９と負極１０とを離間させるものであり、この種の非水電解質電池の絶縁性多孔質膜として通常用いられている公知の材料を用いることができる。具体的には、例えばポリプロピレン、ポリエチレン等の高分子フィルムが用いられる。また、リチウムイオン伝導度とエネルギー密度との関係から、セパレータ１２の厚みはできるだけ薄い方が好ましく、その厚みを３０μｍ以下の厚みにして用いる。これにより、電池１では、正極９と負極１０との間のリチウムイオン電導度を良好にでき、高いエネルギー密度が得られる。
【００３４】
以上のような構成の電池素子７を封入する外装材８は、例えば樹脂層と金属層とがラミネート加工等で貼り合わされて二層以上に複合化されたラミネートフィルムであり、電池素子７と対向する面が樹脂層になるようにされている。樹脂層としては、正極リード１５及び負極リード１８に対して接着性を示すものであれば材料は特に限定されないが、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリエチレン、変性ポリプロピレン及びこれらの共重合体、ポリオレフィン樹脂等といった有機樹脂材料が透過性を低くできて気密に優れることから用いられる。金属層としては、例えば箔状、板状等に成形されているアルミニウム、ステンレス、ニッケル、鉄等が用いられる。また、外装材８においては、ポリマー電池３の外周層となる層に例えばナイロン等からなる樹脂層を備えることにより、破れや突き刺し等に対する強度を向上させることができる。
【００３５】
このような構成のポリマー電池３は次のようにして製造される。先ず、正極９を作製する。正極９を作製する際は、上述した正極活物質と導電材と結着剤とを含有する正極合剤塗液を調製し、この正極合剤塗液を例えばアルミニウム箔等からなる正極集電体１３上に未塗工部を設けるように均一に塗布、乾燥、加圧することで正極合剤層１４を圧縮形成し、所定の寸法に裁断する。次に、正極集電体１３が露出する未塗工部に正極リード１５を例えば超音波溶接や、スポット溶接等により接続する。このようにして、帯状の正極９が作製される。
【００３６】
次に、負極１０を作製する。負極１０を作製する際は、上述した負極活物質と結着剤とを含有する負極合剤塗液を調製し、この負極合剤塗液を例えば銅箔等からなる負極集電体１６上に未塗工部を設けるように均一に塗布、乾燥、加圧することで負極合剤層１７を圧縮形成し、所定の寸法に裁断する。次に、負極集電体１６が露出する未塗工部に負極リード１８を例えば超音波溶接や、スポット溶接等により接続する。このようにして、帯状の負極１０が作製される。
【００３７】
次に、以上のように作製された正極９の正極合剤層１４の主面、及び負極１０の負極合剤層１７の主面に固体電解質１１をそれぞれ層状に形成する。固体電解質１１を形成する際は、電解質塩を非水溶媒に溶解させて非水電解液を調製する。次に、この非水電解液と、有機高分子又はマトリックス高分子と、必要に応じて希釈溶剤としての非水溶媒とを混合撹拌してゾル状態の電解質溶液を作製し、この電解質溶液を正極９の正極合剤層１４の主面、及び負極１０の負極合剤層１７の主面にそれぞれ塗布して高分子固体電解質層を形成する。希釈溶剤を用いた場合は、その非水溶媒を揮発させてゲル電解質層を形成する。このようにして正極９上及び負極１０上に固体電解質１１を電解質層としてそれぞれ形成させる。
【００３８】
次に、以上のように固体電解質１１が主面上に形成された正極９及び負極１０を電解質層が対向するように、セパレータ１２を介して長尺方向に多数回、扁平状に捲回して電池素子７を作製する。また、電池素子７においては、捲回軸方向の一方端面から正極リード１５及び負極リード１８を突出させる。
【００３９】
次に、電池素子７に備わる正極リード１５と負極リード１８とを外部に導出しつつ、外装材８の内部に電池素子７を収納する。このとき、電池素子７は、正極リード１５及び負極リード１８と、外装材８との間に接着性を示すプロピレン等からなる樹脂片１９をあてがうようにして、外装材８に収納させる。これにより、電池１では、正極リード１５及び負極リード１８と外装材８における金属層とが短絡することや、気密性が低下すること等が防止される。
【００４０】
次に、電池素子７を内部に収納した外装材８の周縁部を例えばヒートシール等で樹脂層同士を張り合わせることにより、電池素子７を構成する正極９及び負極１０と導通された正極リード１５及び負極リード１８が外装材８の貼合せ面８ａの間から外部へと引き出された状態で電池素子７が外装材８に封入される。このようにして、ポリマー電池３が製造される。
【００４１】
このポリマー電池３の主面３ａに当接される発熱素子４は、図４に示すように、例えば導電性金属等からなる略平板状の一対のシート２０ａ，２０ｂが、塩化錫、塩化アンチモン、塩化亜鉛、塩化インジウム等の塩化物や、カーボン等の炭素質材料等を含有する半導体層２１を介して積層された、いわゆる半導体熱交換素子が、フィルム状の絶縁樹脂等からなる外装フィルム２２に封入されたものである。具体的には、発熱素子４として例えば難燃性であり、通電負荷が低く、電力に対する熱交換率に優れ、比較的に廉価な朝日電子工業株式会社製の半導体熱交換素子（ＤＺＲタイプ）を用いる。なお、発熱素子４としては、上述した半導体熱交換素子の他に、例えば電熱線、ＰＴＣ（ｐｏｓｉｔｉｖｅ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）素子、酸化錫等を用いることも可能である。
【００４２】
そして、この発熱素子４は、その外形形状が略矩形平板状であり、その主面４ａがポリマー電池３の主面３ａと略同じ大きさにされている。この発熱素子４は、一対のシート２０ａ，２０ｂの厚みが０．４ｍｍ程度、半導体層２１の厚みが０．３ｍｍ程度、全体の厚みが１ｍｍ程度と薄いものであることから、可撓性を有すると共に少ないスペースで外筐２に収納できる。
【００４３】
この発熱素子４は、一対のシート２０ａ，２０ｂにそれぞれ導通された一対のリード２３ａ，２３ｂが外装フィルム２２から外部へと引き出されている。この発熱素子４は、一対のリード２３ａ，２３ｂの何れか一方の端部がポリマー電池３の正極リード１５と導通している後述する回路基板５の接続ランド２６ｃに、他方の端部が負極リード１８と導通している回路基板５の接続ランド２６ｄに例えばはんだ付け等で接続されている。
【００４４】
この発熱素子４は、その主面４ａとポリマー電池３の主面３ａとが相対するように、ポリマー電池３の主面に例えば接着剤等で貼り付けられて固定された状態で外筐２に収納される。なお、発熱素子４は、例えばポリマー電池３の主面３ａに貼り付けられることなく、その主面４ａとポリマー電池３の主面３ａとが対向するように重ね合わせた状態で当接された状態で外筐２に収納されてもよい。
【００４５】
そして、この発熱素子４は、回路基板５を介してポリマー電池３より電力が供給されて半導体層２１に所定値の電圧が加わると半導体層２１が発熱し、当接しているポリマー電池３を加温するように作用する。また、この発熱素子４では、ポリマー電池３の主面３ａと略同じ大きさの主面４ａとを一致させるようにポリマー電池３に重ね合わせることで効率良くポリマー電池３を加温することができる。
【００４６】
ポリマー電池３と発熱素子４とを電気的に接続させる回路基板５は、図５及び図６に示すように、上述したポリマー電池３の過充放電等からの保護や、発熱素子４の作動の制御を図るためのものであり、外装材８の貼合せ面８ａに対応した幅で長尺状に形成されている。回路基板５の長手方向の両側には、正極リード１５及び負極リード１８が電気的に接続される接続部２４と、ポリマー電池３を過充放電等から保護する保護回路や発熱素子４の作動を制御する制御回路等が構成されると共に発熱素子４が電気的に接続される回路部２５とが設けられている。
【００４７】
また、この回路基板５は、可撓性を有すると共に、パターン配線と誘電絶縁層とが交互に積層されてなる、いわゆる多層フレキシブルプリント配線基板である。そして、この回路基板５は、可撓性を有することから接続部２４と回路部２５との間で折り曲げ可能となっている。なお、ここでは、回路基板５としてフレキシブル基板を用いて説明しているが、このことに限定されることはなく、例えばリジッド基板等にも適用可能である。
【００４８】
回路基板５において、接続部２４には、上述したポリマー電池３の正極リード１５及び負極リード１８が電気的に接続される一対の接続ランド２６ａ，２６ｂが設けられている。これら一対の接続ランド２６ａ，２６ｂは、回路基板５の一主面上に長手方向に所定の間隔で並んでパターン配線の一部としてパターン形成されている。そして、正極リード１５及び負極リード１８は、この回路基板５の長手方向に対して直交して配置されると共に、その先端部が抵抗溶接や超音波溶接等により一対の接続ランド２６ａ，２６ｂと接合されている。
【００４９】
一方、回路部２５には、上述した一対の接続ランド２６ｃ，２６ｄが形成された主面と同一主面上に、発熱素子４の一対のリード２３ａ，２３ｂが電気的に接続される一対の接続ランド２６ａ，２６ｂが設けられている。これら一対の接続ランド２６ａ，２６ｂは、回路基板５の一主面上に所定の間隔で並んでパターン配線の一部としてパターン形成されている。そして、一対のリード２３ａ，２３ｂは、この回路基板５の長手方向に対して直交して配置されると共に、その先端部がはんだ付け等により一対の接続ランド２６ａ，２６ｂと接合されている。
【００５０】
また、接続部２４と回路部２５との間には、接続部２４と回路部２５との間を曲げ易くさせるための折り曲げパターン２６ｅが、接続ランド２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄが形成された主面とは反対側の主面に設けられている。この折り曲げパターン２６ｅは、回路基板５の短手方向と略平行な線状のパターン配線となるように、接続ランド２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄと同様の方法で一つ以上形成されている。
【００５１】
そして、これらの接続ランド２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄや折り曲げパターン２６ｅは、例えば誘電絶縁層の主面全面にめっき法等で成膜された導電性金属等からなる金属層に、フォトリソグラフ処理等で所望のパターン配線となるようにパターニング加工が施されることで設けられる。
【００５２】
この回路基板５には、回路部２５の端部に取り付けられ、電池パック１が装填される電子機器と電気的に接続される外部接続用のコネクタ２７と、接続部２４に接続されたポリマー電池３を制御する電池制御回路部２８と、回路部２５に接続された発熱素子４を制御する素子制御回路部２９と、ポリマー電池３やポリマー電池３の周囲の温度を検出するサーミスタ３０と、電子機器のアクセサリ電源等に接続されている付属部品の種類を選定させるための抵抗器３１とを有している。そして、回路基板５では、これらのコネクタ２７、電池制御回路部２８、素子制御回路部２９、サーミスタ３０、抵抗器３１が、上述した接続ランド２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄが形成された主面と同一主面上に、１チップ化された電池部品として実装され、パターン配線等で互いに接続されている。
【００５３】
コネクタ２７は、電子機器側のコネクタ３２に設けられた複数の外部端子３２ａ〜３２ｆにそれぞれ接続される複数の接続部２７ａ〜２７ｆを備えている。コネクタ２７において、接続部２７ａは、接続部２４のポリマー電池３の正極リード１５が接続された接続ランド２６ａとパターン配線等で繋がれており、電子機器の正極側端子となる外部端子３２ａに接続される。これにより、電子機器では、回路基板５に接続されたポリマー電池３から接続部２７ａを介して電力の供給が行われる。
【００５４】
接続部２７ｂは、回路部２５に備わる素子制御回路部２９と電子機器の外部端子３２ｂとを電気的に接続させている。そして、素子制御回路部２９は、電子機器の外部端子３２ｂから電源のオン／オフ状態やポリマー電池３の温度等の情報を電気信号として接続部２７ｂを介して受信することになる。
【００５５】
接続部２７ｃは、回路部２５に備わる素子制御回路部２９と電子機器の外部端子３２ｃとを電気的に接続させ、素子制御回路部２９が制御する発熱素子４の発熱状態等の情報信号を電子機器側に電気信号として伝達させる。これにより、電子機器では、外部端子３２ｃが受信した発熱素子４の情報信号を例えばモニター画面等の表示手段等に表示させる。
【００５６】
接続部２７ｄは、回路部２５に備わるサーミスタ３０と電子機器の外部端子３２ｄとを電気的に接続させ、サーミスタ３０が検出したポリマー電池３の温度やポリマー電池３の周囲の温度等の情報信号を電子機器側に電気信号として伝達させる。これにより、電子機器では、例えばポリマー電池３が異常な高温状態に陥った場合に、サーミスタ３０が検出したポリマー電池３の温度の情報信号に基づいて電源を切ってポリマー電池３に負荷が掛からないようにさせる。また、電子機器では、例えばポリマー電池３が異常な低温状態に陥った場合に、サーミスタ３０が検出したポリマー電池３の温度の情報信号を外部端子３２ｂ及び接続部２７ｂを介して素子制御回路部２９送信し、発熱素子４を作動させるようにする。
【００５７】
接続部２７ｅは、回路部２５に備わる抵抗器３１と電子機器の外部端子３２ｅとを電気的に接続させ、抵抗器３１の抵抗値を電子機器側に電気信号として伝達させる。これにより、電子機器では、外部端子３２ｅに伝達された抵抗値に基づいてアクセサリ電源等に接続されている付属部品の種類を選定させる。
【００５８】
接続部２７ｆは、接続部２４のポリマー電池３の正極リード１８が接続された接続ランド２６ｂとパターン配線等で繋がれており、電子機器の負極側端子、いわゆるグランド端子となる外部端子３２ｆに接続される。
【００５９】
電池制御回路部２８は、例えばポリマー電池３を過充電や過放電から保護する保護回路や、ポリマー電池３の電力残量等を演算する演算回路、電池パック１が装填される電子機器との間で通信を行う通信回路等で構成されている。電池制御回路部２８は、ポリマー電池３が繋がる接続ランド２６ａ，２６ｂ、サーミスタ３０、抵抗器３１等に電気的に接続されることでポリマー電池３から電力が絶えず供給され、ポリマー電池３の充放電や、サーミスタ３０及び抵抗器３１と電子機器との間の通信等を制御する。そして、電池制御回路部２８は、回路基板５の主面上に、例えばＩＣ（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ）チップ、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ−ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）チップ等のような集積回路にされた状態で電子部品として実装される。
【００６０】
素子制御回路部２９は、例えば発熱素子４の作動を所定の条件で制御する制御回路や、発熱素子４が過剰に発熱しないように保護する保護回路等で構成されている。具体的に、素子制御回路部２９は、図７に示すように、電子機器から電気信号が入力された際の電圧の立ち上がりに伴いパルス信号を発生する第１の微分回路３３と、第１の微分回路３３に接続されたフィリップフロップ（Ｆ／Ｆ）素子３４と、ポリマー電池３と発熱素子４との間で電気的な接続のオン／オフを切り換えるスイッチング素子３５と、ポリマー電池３の電圧を検出する電圧検出回路３６と、電圧検出回路３６から電気信号が入力された際の電圧の立ち上がりに伴いパルス信号を発生する第２の微分回路３７と、発熱素子４と電圧検出回路３６との間で発熱素子４が発熱を開始した情報信号が電圧検出回路３６に伝達されるのを遅延させる遅延回路３６とを有している。
【００６１】
第１の微分回路３３は、コネクタ２７の接続部２７ｂと電気的に接続され、接続部２７ｂから伝達される電子機器の電源のオン／オフ状態や、サーミスタ３０が検出したポリマー電池３の温度等の情報を電気信号として受信し、この電気信号が入力した際の電圧の立ち上がりに伴い入力信号波形を時間微分することでパルス信号に変換してＦ／Ｆ素子３４にセット信号として発信する。
【００６２】
Ｆ／Ｆ素子３４は、第１の微分回路３３が電気的に接続されるＳ端子３４ａと、第２の微分回路３７が接続されるＲ端子３４ｂと、スイッチング素子３５と接続されるＱ端子３４ｃとを有している。そして、Ｆ／Ｆ素子３４は、第１の微分回路３３からセット信号をＳ端子３４ａが受信するとハイ（ｈｉｇｈ）レベルの電気信号をＱ端子３４ｃから出力する。また、Ｆ／Ｆ素子３４は、第２の微分回路３７から後述するリセット信号をＲ端子３４ｂが受信するとロー（ｌｏｗ）レベルの電気信号をＱ端子３４ｃから出力する。
【００６３】
スイッチング素子３５は、Ｆ／Ｆ素子３４のＱ端子３４ｃから送信された電気信号のレベルによってポリマー電池３と発熱素子４との間で電気的な接続のオン／オフを切り換える、例えばトランジスタ素子等である。具体的に、スイッチング素子３５は、Ｆ／Ｆ素子３４から送信された電気信号がハイレベルの場合、ポリマー電池３と発熱素子４との間の接続をオンに切り換えてポリマー電池３からの電力を発熱素子４に供給させる。一方、Ｆ／Ｆ素子３４から送信された電気信号がローレベルの場合、ポリマー電池３と発熱素子４との間の接続をオフに切り換えて発熱素子４に対するポリマー電池３からの電力の供給を遮断させる。
【００６４】
電圧検出回路３６は、遅延回路３６を介してスイッチング素子３５に接続され、スイッチング素子３５がポリマー電池３と発熱素子４との間の接続をオンに切り換えた場合、スイッチング素子３５より電気信号が伝達されてポリマー電池３の電圧を検出する。一方、電圧検出回路３６は、スイッチング素子３５がポリマー電池３と発熱素子４との間の接続をオフに切り換えた場合、スイッチング素子３５からの電気信号の伝達が停止されてポリマー電池３の電圧の検出を停止する。また、電圧検出回路３６は、ポリマー電池３の所定の電圧値を検出すると、第２の微分回路３７に対して電気信号を発信する。
【００６５】
第２の微分回路３７は、電圧検出回路３６と電気的に接続され、電圧検出回路３６がポリマー電池３の所定の電圧値を検出したことで発信する電気信号を受信し、この電気信号が入力された際の電圧の立ち上がりに伴い入力信号波形を時間微分することでパルス信号に変換してＦ／Ｆ素子３４にリセット信号として発信する。
【００６６】
遅延回路３８は、スイッチング素子３５と電圧検出回路３６との間に位置し、スイッチング素子３５がポリマー電池３と発熱素子４との間の接続をオンに切り換えた場合にスイッチング素子３５より伝達される電気信号を所定の時間遅延させる。これにより、素子制御回路部２９では、スイッチング素子３５がオンに切り換えられ、電力が供給されて発熱し始めた発熱素子４がポリマー電池３の加温を開始しても、電圧検出回路３６がポリマー電池３の電圧をすぐに検出することはなく、ある程度暖まった状態のポリマー電池３の電圧を検出することになる。
【００６７】
このような構成の素子制御回路部２９は、上述した電池制御回路部２８と同様に、これらの第１の微分回路３３、Ｆ／Ｆ素子３４、スイッチング素子３５、電圧検出回路３６、第２の微分回路３７、遅延回路３６が、例えばＩＣチップ、ＬＳＩチップ等のような集積回路にされた状態で電子部品として回路基板５の主面上に実装される。
【００６８】
サーミスタ３０は、周囲の温度が所定値になったときに回路内のリレーが作動して電気抵抗を変化させる、いわゆる温度センサ回路であり、電子部品として電池素子制御回路２８が実装された主面と同一主面上に実装されている。このサーミスタ３０は、ポリマー電池３の側面に当接又は側面を臨むように配置され、ポリマー電池３の表面温度又は周囲温度を検出している。また、サーミスタ３０は、コネクタ２７の接続部２７ｄに電気的に接続され、検出した温度情報を電子機器側に電気信号として伝達している。これにより、電子機器では、サーミスタ３０が所定の温度を検出して電気抵抗が変化した電気信号が外部端子３２ｄを介して伝達されると、この電気信号に基づいて電源を切ったり、電池パック１に命令信号を発信したりする。
【００６９】
抵抗器３１は、電子機器側のアクセサリ電源に接続された付属部品に電力が供給されることで変化する回路基板５に流れる電流に基づいて抵抗値に準じた電圧を発生させるものであり、電子部品として電池素子制御回路２８が実装された主面と同一主面上に実装されている。そして、この抵抗器３１は、コネクタ２７の接続部２７ｅに電気的に接続され、その抵抗値の情報を電子機器側に電気信号として伝達している。これにより、電子機器では、外部端子３２ｅを介して伝達された抵抗値の情報に基づいてアクセサリ電源に接続されている付属部品の種類を選定させることが可能となる。
【００７０】
そして、このような構成の回路基板５では、サーミスタ３０が検出した温度情報に基づいて電子機器より発熱素子４を発熱させる命令信号が素子制御回路部２９に送られ、素子制御回路部２９が発熱素子４の発熱状態を制御しながらポリマー電池３を加温させる。
【００７１】
以上のような外筐２、ポリマー電池３、発熱素子４及び回路基板５によって構成される電池パック１の組立方法について説明する。具体的には、ポリマー電池３及び発熱素子４が取り付けられた回路基板５を外筐２に収容する方法について説明する。
【００７２】
ポリマー電池３及び発熱素子４が取り付けられた回路基板５を外筐２に収納する際は、先ず、図８に示すように、回路基板５の長手方向に対して直交して配置されたポリマー電池３正極リード１５及び負極リード１８の先端部が接続部２４側の一対の接続ランド２６ａ，２６ｂと接続され、発熱素子４の一対のリード２３ａ，２３ｂが回路部２５側の一対の接続ランド２６ｃ，２６ｄと接続された状態から、図９に示すように、正極リード１５及び負極リード１８の先端部を回路基板５と共に外装材８の貼合せ面８ａ上に折り返す。これにより、ポリマー電池３及び発熱素子４は、それぞれの側面が略平行となるように並んだ状態になる。
【００７３】
次に、図１０に示すように、回路基板５の回路部２５を、電池制御回路部２８等が実装された主面が接続部２４と対向する主面とは反対側の主面、すなわち外側の主面となるように、接続部２４と回路部２５との間に形成された折り曲げパターン２６ｅに沿って接続部２４上に折り返す。これにより、回路基板５は、図２に示すように、外装材８の貼合せ面８ａ上に収まるように接続部２４と回路部２５との間で折り曲げられた状態で、且つポリマー電池３の正極リード１５及び負極リード１８が突出する側の側面に沿って配置される。また、発熱素子４は、その主面４ａとポリマー電池３の主面３ａとが当接された状態で配置される。そして、これらポリマー電池３、発熱素子４及び回路基板５を、外筐２の上ハーフ２ａと下ハーフ２ｂとの間に収納した後、これら上ハーフ２ａと下ハーフ２ｂとを接合する。以上のようにして、図１に示すような電池パック１が組み立てられる。
【００７４】
なお、電池パック１においては、図２に示すように、この外装材８に封入された電池素子７の厚み以下となるように、外装材８の貼合せ面８ｂ，８ｃを電池素子７の側面に沿って折り曲げた状態で外筐２に収納するようにすれば、この外筐２内でのポリマー電池３の体積効率を向上できると共に、外部からの衝撃に対して回路基板５を外装材８の貼合せ面８ｂ，８ｃで保護できる。
【００７５】
次に、このようにして組み立てられる電池パック１において、発熱素子４がポリマー電池３を加温する動作について図１１に示すフローチャートに従って説明する。発熱素子４でポリマー電池３を加温させる際は、ステップＳ１において、先ず、電子機器の電源がオンのときに、回路基板５のサーミスタ３０がポリマー電池の表面温度又は周囲温度を検出し、サーミスタ３０が検出した温度情報がコネクタ２７を介して電子機器に送信される。
【００７６】
次に、電子機器では、ステップＳ２において、サーミスタ３０の検出した温度情報に基づいて回路基板５における素子制御回路部２９の第１の微分回路３３に発熱素子４を作動させるためのオン信号を送信するか否か判断する。具体的には、例えば電池パック１が装着された携帯型電話機等の電子機器を冬季に車中に置き忘れる等してサーミスタ３０が検出したポリマー電池３の表面又は周囲の温度が−１０℃以下になった場合に、電子機器が素子制御回路部２９にコネクタ２７を介してオン信号を送信してステップＳ３に進む。一方、サーミスタ３０が検出したポリマー電池３の表面又は周囲の温度が−１０℃より高い場合に、電子機器では、素子制御回路部２９にオン信号を送信せずにサーミスタ３０から温度情報が送信され続ける。
【００７７】
次に、素子制御回路部２９の第１の微分回路３３では、ステップＳ３において、電子機器からのオン信号の電圧を時間微分することによりパルス信号に変換してＦ／Ｆ素子３４にセット信号として発信する。
【００７８】
次に、Ｆ／Ｆ素子３４では、ステップＳ４において、第１の微分回路３３から受信したセット信号をハイレベルの電気信号にしてスイッチング素子３５に発信する。
【００７９】
次に、スイッチング素子３５では、ステップＳ５において、ハイレベルの電気信号を受信することで、ポリマー電池３と発熱素子４との間の電気的な接続をオンの状態に切り換える。
【００８０】
次に、発熱素子４では、ステップＳ６において、スイッチング素子３５がオンの状態に切り換えられることでポリマー電池３からの電力が供給されて発熱し、当接されたポリマー電池３を加温する。このとき、電子機器では、スイッチング素子３５がオンの状態に切り換えられることで素子制御回路部２９から電気信号がコネクタ２７の端子部２７ｃを介して外部端子３２ｃが受信し、受信した電気信号に基づいて発熱素子４が発熱中であることを示すサインが例えばモニター画面等の表示手段に表示されてポリマー電池３が加温されていることを知ることができる。
【００８１】
次に、電圧検出回路３６では、ステップＳ７において、スイッチング素子３５がオンの状態に切り換えられることで電気信号が遅延回路３８により所定の時間遅延されて伝達され、この電気信号の受信に伴いポリマー電池３の電圧を検出し始める。そして、電圧検出回路３６では、検出した電圧情報に基づいて第２の微分回路３７に発熱素子４を停止させるためのオフ信号を送信するか否か判断する。具体的に、電圧検出回路３６では、検出したポリマー電池３の電圧が３．１Ｖ以上になった場合、第２の微分回路３７にオフ信号を送信してステップＳ８に進む。一方、電圧検出回路３６では、検出したポリマー電池３の電圧が３．１Ｖより低い場合、第２の微分回路３７にオフ信号を送信せずに、発熱素子４がポリマー電池３を加温し続けるようにさせる。
【００８２】
次に、第２の微分回路３７では、ステップＳ８において、電圧検出回路３６からのオフ信号の電圧を時間微分することによりパルス信号に変換してＦ／Ｆ素子３４にリセット信号として発信する。
【００８３】
次に、Ｆ／Ｆ素子３４では、ステップＳ９において、第２の微分回路３７から受信したリセット信号をローレベルの電気信号にしてスイッチング素子３５に発信する。
【００８４】
次に、スイッチング素子３５では、ステップＳ１０において、ローレベルの電気信号を受信することで、ポリマー電池３と発熱素子４との間の電気的な接続をオフの状態に切り換える。
【００８５】
次に、発熱素子４では、ステップＳ１１において、スイッチング素子３５がオフの状態に切り換えられることでポリマー電池３からの電力の供給が遮断されて発熱を停止し、当接されたポリマー電池３の加温を止める。このとき、電子機器では、スイッチング素子３５がオフの状態に切り換えられることで素子制御回路部２９からコネクタ２７の端子部２７ｃを介して発信していた電気信号も停止され、この電気信号の受信に伴い表示手段等に表示していた発熱素子４が発熱中のサインが消えてポリマー電池３の加温が停止されたことを知ることができる。そして、電子機器では、再びサーミスタ３０が所定の温度値を検出するまでステップ１の状態で待機する。このようにして、発熱素子４がポリマー電池３を加温する。
【００８６】
以上のように、この電池パック１では、使用開始時に、サーミスタ３０により検出されたポリマー電池３の表面又は周囲の温度が所定値より低くポリマー電池３が低温環境下に曝されている場合に、発熱素子４がポリマー電池３から供給された電力で発熱してポリマー電池３を加温させる。
【００８７】
これにより、電池パック１では、ポリマー電池３が発熱素子４に加温されて低温環境下でも常温環境下と同じような状態になることから、ポリマー電池３が低温環境下に曝されることで起こる電池特性の低下を抑制できる。すなわち、この電池パック１では、装着された電子機器の電源かオンの場合、サーミスタ３０が絶えずポリマー電池３の表面又は周囲の温度を検出しており、例えば冬季に車中に電子機器が放置されてポリマー電池３が低温環境下に曝されてもサーミスタ３０が予め設定しておいた所定の温度より低い温度を検出すると発熱素子４がポリマー電池３を加温することから、低温環境下で起こるポリマー電池３の電池特性の低下を抑えることができる。
【００８８】
したがって、この電池パック１では、従来のような低温環境下に曝されて冷たくなった場合に電子機器を駆動させるために行っていたポリマー電池を加温するといった煩わしい作業や時間を必要とすることなく、低温環境下でも常温環境下と同じような状態で速やかに電子機器の使用を可能にさせることができる。
【００８９】
特に、この電池パック１を手に持って使用する携帯型電話機等の電子機器に装着させた場合、使用開始時は発熱素子４によりポリマー電池３が加温され、使用中は体温等によりポリマー電池３が保温され、使用後は衣服のポケット等にしまわれることでポリマー電池３が保温されることから、低温環境下において如何なるときでも常温環境下と同じような状態で使用できる。
【００９０】
ここで、−２０℃環境の高温槽中、発熱素子で加温しながら放電させたポリマー電池及び発熱素子で加温させずに放電したポリマー電池の放電時間を測定した結果を図１２に示す。これらのポリマー電池は、４．２Ｖに充電された状態から放電電流５００ｍＡで２．５Ｖまで放電した。また、発熱素子で加温したポリマー電池は、携帯型電話機に使用されて使用中は体温で保温されることを想定し、放電開始から電池電圧が３．１Ｖになるまで発熱素子で加温しながら−２０℃環境下で放電し、電池電圧が３．１Ｖになった時点で発熱素子による加温を止めて２５℃環境下で放電を続けた。なお、図１２では、横軸に放電時間を示し、縦軸にポリマー電池の電池電圧を示している。図１２において、図１２中１００は発熱素子で加温させながら放電したポリマー電池の電圧変化を示し、図１２中１０１は発熱素子で加温させずに放電したポリマー電池の電圧変化を示している。
【００９１】
図１２の評価結果から、ポリマー電池では、−２０℃環境下において、発熱素子で加温させた場合、発熱素子で加温させない場合に比べて放電時間が大幅に長くなり、低温環境下に曝されても電池特性の低下を抑制できることがわかる。
【００９２】
このように、発熱素子で加温しながら放電させたポリマー電池では、放電開始直後は発熱素子にも電圧を印可しているので電池電圧の低下が見られるが、発熱素子により速やかに加温されて電池電圧が回復している。一方、発熱素子で加温させずに放電させたポリマー電池では、低温環境下に曝されていることで電池反応を行うことができず、急速に電池電圧が低下していることがわかる。
【００９３】
したがって、ポリマー電池では、低温環境下に曝された際に、放電直後から電池電圧が３．１Ｖになるまで発熱素子で加温させながら放電することで、放電直後から２．５Ｖ以上の電圧を長時間得ることができ、低温環境下でも常温環境下と同じように電子機器を駆動させることができる。
【００９４】
ところで、以上の例では、上述した実施の形態で発熱素子４によるポリマー電池３の加温を電圧検出回路３６で検出したポリマー電池３の電圧に基づいて停止させているが、このことに限定されることはなく、例えば図１３に示す電池パック４０のように、発熱素子４によるポリマー電池３の加温を素子制御回路部４１が備えるタイマ回路４３で停止させることもできる。
【００９５】
ここで他の例として電池パック４０について図面を参照にして説明する。なお、以下の説明では、電池パック４０において、素子制御回路部４０以外は上述した電池パック１と同様の構成であることから、外筐２、ポリマー電池３、発熱素子４及び素子制御回路部４０以外の回路基板５についての説明を省略するとともに、図面において同じ符号を付するものとする。
この電池パック４０において、回路基板５は、上述したコネクタ２７、電池制御回路部２８、サーミスタ３０、抵抗器３１の他に、タイマ回路４３を備える素子制御回路部４１を有している。
【００９６】
素子制御回路部４１は、例えば発熱素子４の作動を所定の条件で制御する制御回路や、発熱素子４が過剰に発熱しないように保護する保護回路等で構成されている。具体的に、素子制御回路部４１は、図１４に示すように、電子機器から電気信号が入力された際の電圧の立ち上がりに伴いパルス信号を発生する第１の微分回路４２と、第１の微分回路４２に接続されるタイマ回路４３と、ポリマー電池３と発熱素子４との間で電気的な接続のオン／オフを切り換えるスイッチング素子４４と、ポリマー電池３とスイッチング素子４４を介して電気的に接続され、ポリマー電池３から供給された電力がスイッチング素子４４で遮断された際の電圧の立ち下がりに伴いリセット信号をタイマ回路４３に送信する第２の微分回路４５とを有している。
【００９７】
第１の微分回路４２は、コネクタ２７の接続部２７ｂと電気的に接続され、接続部２７ｂから伝達される電子機器の電源のオン／オフ状態や、サーミスタ３０が検出したポリマー電池３の温度等の情報を電気信号として受信し、この電気信号が入力された際の電圧の立ち上がりに伴い入力信号波形を時間微分することでパルス信号に変換してタイマ回路４３にセット信号として発信する。
【００９８】
タイマ回路４３は、第１の微分回路４２からセット信号を受信すると予め設定された時間の間だけタイマを作動させ、タイマの作動中はスイッチング素子４４をオンの状態にさせる。そして、タイマ回路４３は、予め設定された時間が過ぎた瞬間にタイマが停止し、それと同時にスイッチング素子４４をオフの状態にさせる。また、タイマ回路４３は、第２の微分回路４５からのリセット信号が入力されると予め設定された時間が過ぎて停止したタイマがリセットされる。
【００９９】
スイッチング素子４４は、タイマ回路４３におけるタイマの作動／停止に連動してポリマー電池３と、発熱素子４及び第２の微分回路４５との間で電気的な接続のオン／オフを切り換える切換手段である。具体的に、スイッチング素子４４は、タイマ回路４３のタイマが作動中の場合、ポリマー電池３と、発熱素子４及び第２の微分回路４５との間の接続をオンに切り換えてポリマー電池３からの電力を発熱素子４及び第２の微分回路４５に供給させる。一方、スイッチング素子４４は、タイマ回路４３のタイマが停止している場合、ポリマー電池３と発熱素子４及び第２の微分回路４５との間の接続をオフに切り換えて発熱素子４及び第２の微分回路４５に対するポリマー電池３からの電力の供給を遮断させる。
【０１００】
第２の微分回路４５は、ポリマー電池３から供給された電力がスイッチング素子４４で遮断された際の電圧の立ち下がりに伴い入力信号波形を時間微分することでパルス信号に変換してタイマ回路４３にリセット信号として発信する。
【０１０１】
このような構成の素子制御回路部４１は、上述した電池制御回路部２８、サーミスタ３０、抵抗器３１と同様に、これらが実装された主面と同一主面上に、例えばＩＣチップ、ＬＳＩチップ等のような集積回路にされた状態で電子部品として実装される。
【０１０２】
このような素子制御回路部４１を実装された回路基板５において、発熱素子４がポリマー電池３を加温する動作について図１５に示すフローチャートに従って説明する。発熱素子４がポリマー電池３を加温させる際は、ステップＳ２１において、先ず、電子機器の電源がオンのときに、回路基板５のサーミスタ３０がポリマー電池の表面温度又は周囲温度を検出し、サーミスタ３０が検出した温度情報がコネクタ２７を介して電子機器に送信される。
【０１０３】
次に、電子機器では、ステップＳ２２において、サーミスタ３０の検出した温度情報に基づいて回路基板５における素子制御回路部４１の第１の微分回路４２に発熱素子４を作動させるためのオン信号を送信するか否か判断する。具体的に、電子機器では、サーミスタ３０が検出したポリマー電池３の表面又は周囲の温度が−１０℃以下の場合、素子制御回路部４１にコネクタ２７を介してオン信号を送信してステップＳ２３に進む。一方、電子機器では、サーミスタ３０が検出したポリマー電池３の表面又は周囲の温度が−１０℃より高い場合、素子制御回路部４１にオン信号を送信せずに、サーミスタ３０から温度情報が送信され続ける。
【０１０４】
次に、素子制御回路部４１の第１の微分回路４２では、ステップＳ２３において、電子機器からのオン信号が入力された際の電圧の立ち上がりに伴い入力信号波形を時間微分することでパルス信号に変換してタイマ回路４３にセット信号として発信する。
【０１０５】
次に、タイマ回路４３では、ステップＳ２４において、第１の微分回路４２からセット信号が受信されると同時にタイマを作動させる。
【０１０６】
そして、スイッチング素子４４では、ステップＳ２５において、タイマ回路４３のタイマの作動に連動してポリマー電池３と、発熱素子４及び第２の微分回路４５との間の電気的な接続をオンの状態に切り換わる。
【０１０７】
次に、発熱素子４では、ステップＳ２６において、スイッチング素子４４がオンの状態に切り換えられることでポリマー電池３からの電力が供給されて発熱し、当接されたポリマー電池３をタイマ回路４３における予め設定されたタイマの作動している時間中加温する。このとき、電子機器では、スイッチング素子４４がオンの状態に切り換えられることで素子制御回路部４１から電気信号がコネクタ２７の端子部２７ｃを介して外部端子３２ｃが受信し、受信した電気信号に基づいて発熱素子４が発熱中であることを示すサインが例えばモニター画面等の表示手段に表示される。
【０１０８】
次に、タイマ回路４３では、ステップＳ２７において、予め設定された時間が過ぎた瞬間にタイマが停止する。
【０１０９】
そして、スイッチング素子４４では、ステップＳ２８において、タイマ回路４３のタイマの停止に連動してポリマー電池３と、発熱素子４及び第２の微分回路４５との間の電気的な接続をオフの状態に切り換わる。
【０１１０】
次に、発熱素子４では、ステップＳ２９において、スイッチング素子４４がオフの状態に切り換えられることでポリマー電池３からの電力の供給が遮断されて発熱を停止し、当接されたポリマー電池３の加温を止める。また、第２の微分回路４５では、ポリマー電池３から供給されていた電力がスイッチング素子４４で遮断された際の電圧の立ち下がりに伴い入力信号波形を時間微分することでパルス信号に変換してタイマ回路４３にリセット信号として発信する。このとき、電子機器では、スイッチング素子４４がオフの状態に切り換えられることで素子制御回路部４１からコネクタ２７の端子部２７ｃを介して発信していた電気信号も停止され、この電気信号の受信に伴い表示手段等に表示していた発熱素子４が発熱中のサインが消える。
【０１１１】
次に、タイマ回路４３では、ステップＳ３０において、第２の微分回路４５からのリセット信号により予め設定された時間が過ぎて停止したタイマがリセットされる。そして、電子機器では、再びサーミスタ３０が所定の温度値を検出するまでステップ１の状態で待機する。このようにして、発熱素子４がポリマー電池３を加温する。
【０１１２】
以上のような構成の電池パック４０では、使用開始時に、サーミスタ３０により検出されたポリマー電池３の表面又は周囲の温度が所定値より低くポリマー電池３が低温環境下に曝されている場合に、発熱素子４がポリマー電池３から供給された電力で発熱してポリマー電池３を加温させる。
【０１１３】
したがって、この電池パック４０でも、従来のような低温環境下に曝されて冷たくなった場合に電子機器を駆動させるために行っていたポリマー電池を加温するといった煩わしい作業や時間を必要とすることなく、低温環境下でも常温環境下と同じような状態で電子機器の使用を可能にさせることができる。
【０１１４】
ここで、−２０℃環境の高温槽中、発熱素子で加温しながら放電させたポリマー電池及び発熱素子で加温させずに放電したポリマー電池の放電時間を測定した結果を図１６に示す。これらのポリマー電池は、４．２Ｖに充電された状態から放電電流５００ｍＡで２．５Ｖまで放電した。また、発熱素子で加温したポリマー電池は、携帯型電話機に使用されて使用中は体温で保温されることを想定し、放電開始から１分間、発熱素子で加温しながら−２０℃環境下で放電し、放電開始から１分間経過した時点で発熱素子による加温を止めて２５℃環境下で放電を続けた。なお、図１６では、横軸に放電時間を示し、縦軸にポリマー電池の電池電圧を示している。図１６において、図１６中２００は発熱素子で加温させながら放電したポリマー電池の電圧変化を示し、図１６中２０１は発熱素子で加温させずに放電したポリマー電池の電圧変化を示している。
【０１１５】
図１６の評価結果から、ポリマー電池では、−２０℃環境下において、発熱素子で加温させた場合、発熱素子で加温させない場合に比べて放電時間が大幅に長くなり、低温環境下に曝されても電池特性の低下を抑制できることがわかる。
【０１１６】
このように、発熱素子で加温しながら放電させたポリマー電池では、放電開始直後は発熱素子にも電圧を印可しているので電池電圧の低下が見られるが、発熱素子により速やかに加温されて電池電圧が回復していることがわかる。一方、発熱素子で加温させずに放電させたポリマー電池では、低温環境下に曝されていることで電池反応を行うことができず、急速に電池電圧が低下していることがわかる。
【０１１７】
したがって、ポリマー電池では、低温環境下に曝された際に、放電直後から発熱素子で１分間加温させながら放電することで、放電直後から２．５Ｖ以上の電圧を長時間得ることができ、低温環境下でも常温環境下と同じように電子機器を駆動させることができる。
【０１１８】
また、上述した実施の形態においては、ポリマー電池３の主面３ａ上に発熱素子４を一つ当接させているが、このことに限定されることはなく、図１７に示すように、ポリマー電池３の両主面３ａ，３ｂに発熱素子４をそれぞれ一つづつ当接させることも可能である。また、発熱素子４は、図１８に示すように、可撓性を有することから、中心で二つに折ってポリマー電池３を厚み方向に挟むように当接させてもよい。
【０１１９】
これらの場合、発熱素子４では、ポリマー電池３の両主面３ａ、３ｂに当接されていることから、ポリマー電池３に対する加温面積を大きくでき、ポリマー電池３を加温する時間を短縮できる。
【０１２０】
さらに、上述した実施の形態においては、ポリマー電池３を加温する場合を例に挙げて説明しているが、このことに限定されることはなく、例えば円筒形、角型、薄型、コイン型、ボタン型等その形状に関係なく、電子機器の電源となる一次電池、二次電池であれば適用可能である。
【０１２１】
具体的には、図１９に示すように、発熱素子４で円筒形電池４６を加温する場合、発熱素子４を円筒形電池４６が軸方向に挿入されるような略円筒状に形成し、この略円筒状の発熱素子４に円筒形電池４６を挿入させる。これにより、発熱素子４では、円筒形電池４６の外周面に当接され、円筒形電池４６を効率良く加温させることができる。
【０１２２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、使用開始時に、温度検出手段により検出された温度が所定値より低く電池が低温環境下に曝されている場合に、発熱素子が発熱して電池を加温させることで、電池を常温環境下と同じような状態させることから、電池が低温環境下に曝されることで起こる電池特性の低下を抑制できる。
【０１２３】
したがって、本発明によれば、低温環境下に曝されて電池が冷たくなった場合に電子機器を駆動させるために行っていた電池を加温するといった煩わしい作業や時間を必要とすることなく、電子機器を低温環境下でも常温環境下と同じような状態で使用させることが可能な電源装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した電池パックを示す斜視図である。
【図２】同電池パックの内部構造を示す分解斜視図である。
【図３】同電池パックに備わるポリマー電池の内部構造を示す分解斜視図である。
【図４】同電池パックに備わる発熱素子の内部構造を示す分解斜視図である。
【図５】同電池パックに備わる回路基板の一部透視して示す斜視図である。
【図６】同電池パックに備わる回路基板の構成を模式的に示したブロック図である。
【図７】同電池パックに備わる回路基板における素子制御回路部を模式的に示したブロック図である。
【図８】ポリマー電池、発熱素子及び回路基板を外筐に収納する方法を説明する図であり、回路基板にポリマー電池及び発熱素子が取り付けられた状態を示す斜視図である。
【図９】ポリマー電池、発熱素子及び回路基板を外筐に収納する方法を説明する図であり、回路基板が外装材の貼り合せ面上に載るように正極リード及び負極リードを折り返した状態を示す斜視図である。
【図１０】ポリマー電池、発熱素子及び回路基板を外筐に収納する方法を説明する図であり、回路基板における回路部が接続部上に折り返され、ポリマー電池の主面に発熱素子が当接された状態を示す斜視図である。
【図１１】同電池パックが発熱素子でポリマー電池を加温する際のフローチャート図である。
【図１２】ポリマー電池を発熱素子で電池電圧が３．１Ｖになるまで加温しながら放電した際の電池電圧と放電時間との関係を示した特性図である。
【図１３】同電池パックの他の構成の要部を示す分解斜視図である。
【図１４】同電池パックに備わる回路基板の他の構成を模式的に示したブロック図である。
【図１５】同電池パックがタイマ回路を有する回路基板を用いて発熱素子でポリマー電池を加温する際のフローチャート図である。
【図１６】ポリマー電池を発熱素子で１分間加温しながら放電した際の電池電圧と放電時間との関係を示した特性図である。
【図１７】ポリマー電池の両主面に発熱素子をそれぞれ当接させる状態を示す斜視図である。
【図１８】ポリマー電池に折り曲げられた発熱素子を当接させる状態を示す斜視図である。
【図１９】円筒形電池に発熱素子を当接させる状態を示す斜視図である。
【図２０】従来の電池パックを一部透視して示す斜視図である。
【図２１】雰囲気温度を変えてポリマー電池を放電した際の電池電圧と放電時間との関係を示した特性図である。
【符号の説明】
１，４０  電池パック、２  外筐、２ａ  上ハーフ、２ｂ  下ハーフ、３  ポリマー電池、４  発熱素子、５  回路基板、６  開口部、７  電池素子、８  外装材、８ａ，８ｂ，８ｃ  貼合せ面、１５  正極リード、１８  負極リード、２０ａ，２０ｂ  シート、２１  半導体層、２２  外装フィルム、２３ａ，２３ｂリード、２４  接続部、２５  回路部、２７，３２  コネクタ、２８  電池制御回路部、２９，４１  素子制御回路部、３０  サーミスタ、３１  抵抗器、３３，４２  第１の部分回路、３４  フィリップフロップ素子、３５，４４  スイッチング素子、３６  電圧検出回路、３７，４５  第２の微分回路、３８  遅延回路、４３  タイマ回路、
【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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