JP2011165391A

JP2011165391A - 電池ユニット

Info

Publication number: JP2011165391A
Application number: JP2010024310A
Authority: JP
Inventors: Masanori Konishi; 政則小西; Hiroaki Matsuoka; 広彰松岡
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2010-02-05
Filing date: 2010-02-05
Publication date: 2011-08-25

Abstract

【課題】複数の二次電池が並設された組電池における各二次電池の温度分布が一様に加熱される電池ユニットを提供するとともに、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均一に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】電池ユニットは、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複数の発熱体（１３）を有する発熱シート（４）において、複数の発熱体（１３）が組電池（２０）における複数の二次電池ケース（１１）に対応する位置にそれぞれ配設されており、当該発熱体（１３）が組電池（２０）における二次電池ケース（１１）の位置に応じて設定温度が異なるように構成されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、筐体内に並設された複数の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。

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。

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。

例えば、特許文献１には、複数の二次電池で構成された組電池と回路基板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に開示された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。

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の組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、筐体内の組電池に対して、筐体と組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組電池に接触して、組電池の全体を一様に加熱する構成である。

特開２００７−２１３９３９号公報特開２００８−０７７８７１号公報特開２００８−１８６６２１号公報

従来の電池ユニットにおいて、寒冷期の電池ユニットが複数の二次電池に並設されて構成された組電池の全体をヒータにより加熱している状態では、組電池の中央領域に配置された二次電池の温度が、組電池の両側領域に配置された二次電池の温度に比べて高くなっている。これは、両側領域の二次電池が中央領域の二次電池に比べて放熱面積が大きく、筐体のフレーム等を介して熱が放出されるためと考えられる。このように、組電池に対してヒータにより全体的に加熱した場合、組電池における二次電池の位置により温度が異なるという温度分布が存在する。二次電池においては、温度差が生じると出力特性が異なり、また二次電池の寿命においても長短が生じるという問題がある。したがって、並設された複数の二次電池において温度分布が一様になるように加熱することは、重要な課題であった。
上記のように、組電池における各二次電池の温度を一様に加熱にするためには、ヒータにより個々の二次電池に対する温度制御が必要である。しかし、特許文献１に開示されたような従来の電池ユニットにおいては、組電池の全体をヒータにより加熱する構成であるため、そのようなヒータでは組電池における二次電池個々に対する温度制御を行うことは不可能であった。
同様に、引用文献２又は引用文献３に開示された電池ユニットにおいても、空気を介して組電池の全体を加熱する構成であるため、各二次電池の個々に対して温度制御することは不可能であった。

また、従来の電池ユニットにおけるヒータは、金属抵抗線や金属抵抗体を熱源として用いているため、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。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、寒冷地対策として上記のようなヒータが加熱手段として用いられている場合、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加熱しても二次電池が所望出力を発揮する所定温度となるまでには長時間が必要であり、始動予定時間の数時間前に二次電池を予め加温する必要があった。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。
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った。

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するものであり、複数の二次電池が並設された組電池における各二次電池を一様な温度分布で加熱することができる電池ユニットを提供するとともに、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均一に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ものである。

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複数の発熱体を有し、前記複数の発熱体が前記複数の二次電池の各二次電池ケースに対応する位置に並設されて前記組電池における各二次電池ケースの一部に密着して取り付けられる発熱シート、及び
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配設され、前記発熱体からの熱を遮断する断熱部材、を具備し、
前記発熱シートにおける前記複数の発熱体が前記組電池における取り付け位置により設定温度が異なるように構成されている。このように構成された本発明に係る電池ユニットは、複数の二次電池が並設された組電池における各二次電池の温度分布が一様に加熱されるとともに、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均一に加熱することができる。

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において、並設された前記二次電池ケースの組電池における少なくとも両端領域と中央領域の発熱体が、設定温度が異なるよう設定されている。このように構成された第２の観点の電池ユニットは、組電池において二次電池ケースの放熱状態が異なっても組電池における各二次電池を一様に加熱することができる。

本発明に係る第３の観点の電池ユニットは、前記の第１の観点における前記発熱シートにおいて、並設された前記二次電池ケースの組電池における少なくとも両端領域と中央領域の発熱体が、異なる電流路パターンを有して、前記両端領域の発熱体が前記中央領域の発熱体より設定温度が高くなるよう設定されている。このように構成された第３の観点の電池ユニットは、組電池において両端領域の二次電池ケースの放熱量が中央領域の二次電池ケースの放熱量より多くても当該組電池における各二次電池を一様に加熱することができる。

本発明に係る第４の観点の電池ユニットは、前記の第１の観点において、前記発熱シートの前記発熱体に流れる電流を検出して、当該発熱体の温度を検知し、前記発熱シートの温度制御を行うよう構成されている。このように構成された第４の観点の電池ユニットは、組電池に対する温度制御を簡単な構成で行うことが可能となる。

本発明に係る第５の観点の電池ユニットは、前記の第１の観点において、前記発熱シートの前記発熱体に対する電源供給動作にオフ期間を設け、前記オフ期間において所定電圧を当該発熱体に印加して当該発熱体に流れる電流を検出して当該発熱体が密着している二次電池ケースの温度を検知し、前記発熱シートの温度制御を行うよう構成された請求項１に記載の電池ユニット。このように構成された第５の観点の電池ユニットは、組電池に対する温度制御を簡単な構成で高精度に行うことが可能となる。

本発明に係る第６の観点の電池ユニットは、前記の第１の観点における前記組電池において、前記複数の二次電池ケースに対応する前記複数の発熱体が、前記発熱シートにおいて複数の領域に分割されており、前記領域毎に各発熱体の電流路パターンが異なるよう構成されて、当該領域毎に前記発熱体の設定温度が制御されるよう構成されている。このように構成された第６の観点の電池ユニットは、発熱シートにおいて複数の領域に分割された各発熱体を温度制御できるため、当該組電池における各二次電池を一様に加熱することが可能となる。

本発明に係る第７の観点の電池ユニットは、前記の第１の観点の前記発熱シートにおいて並設された複数の発熱体が複数の領域に分割されており、前記複数の発熱体が、前記組電池において並設された二次電池ケースにおける少なくとも両端領域と中央領域で、異なる電流路パターンを有して、前記両端領域の発熱体が前記中央領域の発熱体より設定温度が高くなるよう設定されている。このように構成された第７の観点の電池ユニットは、発熱シートにおいて領域毎に分割された各発熱体を温度制御して、当該組電池における各二次電池を一様に加熱することができる。

本発明に係る第８の観点の電池ユニットは、前記の第１の観点の前記発熱シートにおいて並設された複数の発熱体が複数の領域に分割されており、前記複数の発熱体が、前記領域毎に前記発熱体の設定温度を制御する制御部、をさらに具備する。このように構成された第８の観点の電池ユニットは、発熱シートにおいて領域毎に分割された各発熱体を確実に温度制御して、当該組電池における各二次電池を一様に加熱することができる。

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の観点において、前記発熱シートにおける各発熱体が前記二次電池ケースの下側面となる底面に対向して配置されるよう構成してもよい。

本発明に係る第１０の観点の電池ユニットは、前記の第１の観点乃至第８の観点において、前記発熱シートと前記二次電池ケースとを、熱伝導性を有する接合材で形成された接合層を介して密着させる構成としてもよい。

本発明に係る第１１の観点の電池ユニットは、前記の第１の観点乃至第８の観点において、前記発熱シートが前記二次電池ケースの底面側に密着して取り付けられ、前記発熱体を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配設してもよい。

本発明に係る第１２の観点の電池ユニットは、前記の第１の観点乃至第８の観点において、前記発熱体が、温度と抵抗の関係が正特性を有し、且つ設定温度範囲内において特性が変位するキュリー点がない特性を有するものを用いることが好ましい。

本発明に係る第１３の観点の電池ユニットは、前記の第１の観点乃至第８の観点において、前記発熱シートと前記断熱ユニットが一体化されて加温ユニットが構成されており、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ていることが好ましい。

本発明によれば、複数の二次電池が並設された組電池に対して一様な温度分布となるよう加熱することが可能となり出力の安定及び長寿命化を図ることができるとともに、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。

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実施の形態１の電池ユニットの組電池における１つの二次電池（セル）を示す断面図であり、（ａ）が正面断面図、（ｂ）が側面断面図実施の形態１の電池ユニットにおける組電池の底面に設けられた加温ユニットを示す拡大断面図実施の形態１の電池ユニットにおける発熱シート及び断熱ユニットで構成された加温ユニットを示す部分斜視図実施の形態１の電池ユニットにおける発熱体の各種電流路パターンを示す図実施の形態１の電池ユニットにおける発熱体の各種電流路パターンを示す図実施の形態１の電池ユニットにおけるブロック毎に分割された発熱シートを示す平面図実施の形態１の電池ユニットにおける発熱シートとＰＴＣヒータとの比較実験結果を示すグラフ実施の形態１の電池ユニットにおける温度制御に関する構成を示すブロック図

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。

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、例えば円筒形状、扁平形状等の各種形状に対応するものである。

《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を複数並設し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。

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が筐体である電池ユニットケース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。

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。

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。

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２（二次電池）を示す断面図であり、図２の（ａ）が正面断面図であり、図２の（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金属材料であればよい。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。

図２に示すように、セルケース１１の下側には、加熱手段である加温ユニット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における組電池２０の各セル２の底面に設けられた加温ユニット１９を示す拡大図である。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、加温ユニット１９及び組電池２０の一部を記載している。

実施の形態１の加温ユニット１９は、複数のセル２が並設されて構成された組電池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を配置する発熱シート４が設けられており、その発熱シート４の裏面に断熱ユニット５が設けられている。断熱ユニット５は発熱シート４における発熱体１３に対向するように配設されている。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、寒冷地仕様の二次電池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。

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。

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／ｍ^３］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／ｍ^３］が４００〜１０００のものが好ましい。

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の底面に確実に密着させる構成であればよい。

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。

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１×１０^１５Ω・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と発熱ユニット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２×１０^１６Ω・ｃｍ）、耐熱温度が１２０℃のものを用いた。

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。

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。

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いる。各発熱体１３はリード帯２３により電気的に接続されているが、各発熱体１３は、後述するように加温方式に応じて並列又は直列に接続される。発熱シート４における各発熱体１３は、各セルケース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、各セルケース１１の底面全面を均一に加熱するよう構成されている。
なお、発熱体１３に通電する電力は、組電池２０のセル２から供給するよう構成されているが、例えば環境対応自動車に搭載されている他の電源としての補助バッテリや、組電池２０を充電するための商用電源（家庭用電源を含む）等から供給してもよい。

［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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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し、そして各発熱体１３が所定の電流路パターンを有するように形成されている。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。

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。

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。

［発熱体の電流路パターン］
図５及び図６は、発熱体１３の各種電流路パターンを示す図であり、発熱体１３の一部を拡大して示している。図７は実施の形態１の電池ユニット１０における発熱シート４の平面図であり、図７の（ａ）は発熱シート４における並設された複数の発熱体１３がリード帯２３（図４参照）により並列接続されており、図７の（ｂ）は発熱シート４における並設された複数の発熱体１３がリード帯２３によりジグザグに接続され直列接続されている。

図５及び図６に示すように、実施の形態１の電池ユニット１０における発熱体１３としては各種の電流路パターンを有するものを用いることができ、加温方式に応じて、発熱シート４におけるブロック（領域）毎に異なる電流路パターンの発熱体１３を配設するよう構成されている。図７に示すように、実施の形態１の電池ユニット１０における発熱シート４は、端部ブロック４Ａ，４Ｂ及び中央部ブロック４Ｃにより３つのブロック（領域）により構成されている。このようにブロック構成された発熱シート４は、ブロック毎に温度制御されており、端部ブロック４Ａ，４Ｂが中央部ブロック４Ｃより発熱温度が低く設定されている。なお、実施の形態１においては、発熱シート４を３つのブロック（領域）により構成した例で説明するが、本発明はこの例に限定されるものではなく、発熱シートにおける少なくとも両端領域と中央領域を有する複数のブロック（領域）に分割して構成しても同様の効果を奏する。以下にブロック毎に温度制御するための具体的な構成について説明する。

図５の（ａ）に示す発熱体１３Ａにおいては、発熱体１３Ａの両側縁（図５の（ａ）に示す発熱体１３Ａの上下位置の側縁）のそれぞれから中央に向かって対向するように、複数組の端切り込み１３ａが形成されている。また、発熱体１３Ａにおいて、長手方向（図５の（ａ）に示すＸ方向）に並設され隣り合う端切り込み１３ａの中間位置には、中央切り込み１３ｂが形成されている。この中央切り込み１３ｂは、端切り込み１３ａの切り込み方向と同じように長手方向に直交するように切り込まれており、発熱体１３Ａの両側縁の手前で切り込みが終了するよう形成されている。このように、発熱体１３Ａには端切り込み１３ａ及び中央切り込み１３ｂが形成されているため、発熱体１３Ａは屈曲した電流路を有する構成である。

図５の（ｂ）に示す発熱体１３Ｂは、図５の（ａ）に示す発熱体１３Ａと同様に、複数組の端切り込み１３ａと、長手方向に並設され隣り合う端切り込み１３ａの中間位置に中央切り込み１３ｂが形成されている。但し、図５の（ｂ）に示す発熱体１３Ｂにおいて隣接する端切り込み１３ａと中央切り込み１３ｂとの長手方向における間隔Ｌ２は、図５の（ａ）に示す発熱体１３Ａにおいて隣接する端切り込み１３ａと中央切り込み１３ｂとの長手方向における間隔Ｌ１より短く設定されている。このため、図５の（ｂ）に示す発熱体１３Ｂの電流路は、図５の（ａ）に示す発熱体１３Ａの電流路に比べて細く長いため、電気抵抗値が大きくなっている。

図５の（ａ）及び（ｂ）に示す発熱体１３Ａ，１３Ｂは、図７の（ａ）に示す発熱シート４に用いられている。即ち、図７の（ａ）に示す発熱シート４における端部ブロック４Ａ，４Ｂには、図５の（ａ）に示す発熱体１３Ａが複数個並設されて並列接続されている。一方、図７の（ａ）に示す発熱シート４における中央部ブロック４Ｃには、図５の（ｂ）に示す発熱体１３Ｂが複数個並設されて並列接続されている。このように構成された発熱シート４に対して電圧を印加することにより、各発熱体１３Ａ，１３Ｂには同じ電圧が加わり、端部ブロック４Ａ，４Ｂは中央部ブロック４Ｃより高温度となる。

また、実施の形態１の電池ユニット１０においては、図７の（ａ）に示すように並設された発熱体１３の電気的並列接続された発熱シート４を用いる加温方式の他に、図７の（ｂ）に示すように並設された発熱体１３が電気的直列接続された発熱シート４を用いる加温方式を適用することも可能である。

図６の（ａ）に示す発熱体１３Ｃにおいては、発熱体１３Ｃの両側縁（図６の（ａ）に示す発熱体１３Ｃの上下位置の側縁）のそれぞれから中央に向かって対向するように、複数組の端切り込み１３ａｎが形成されている。また、発熱体１３Ｃにおいて、長手方向（図６の（ａ）に示すＸ方向）に並設された隣り合う端切り込み１３ａｎの中間位置には、中央切り込み１３ｂｎが形成されている。この中央切り込み１３ｂｎは、端切り込み１３ａｎの切り込み方向と同じように長手方向に直交するように切り込まれており、発熱体１３Ｃの両側縁の手前で切り込みが終了するよう形成されている。このように、発熱体１３Ｃには端切り込み１３ａｎ及び中央切り込み１３ｂｎが形成されているため、発熱体１３Ｃは屈曲した電流路を有した構成となる。

図６の（ｂ）に示す発熱体１３Ｄにおいては、発熱体１３Ｄの両側縁（図６の（ｂ）に示す発熱体１３Ｄの上下位置の側縁）のそれぞれから中央に向かって対向するように切り込まれた、複数組の端切り欠け１３ａｗが形成されている。また、発熱体１３Ｄにおいて、長手方向（図６の（ｂ）に示すＸ方向）に並設され隣り合う端切り欠け１３ａｗの中間位置には、中央切り欠け１３ｂｗが形成されている。この中央切り欠け１３ｂｗは、端切り欠け１３ａｗの切り込み方向と同じように長手方向に直交するように切り込まれており、発熱体１３Ｄの両側縁の手前で切り込み開口部が終了するよう形成されている。このように、発熱体１３Ｄには端切り欠け１３ａｗ及び中央切り欠け１３ｂｗが形成されているため、発熱体１３Ｄは屈曲した電流路を有した構成となる。

図６の（ａ）に示す発熱体１３Ｃにおいて隣接する端切り欠け１３ｎと中央切り欠け１３ｂｎとの長手方向における間隔Ｌ２は、図６の（ｂ）に示す発熱体１３Ｄにおいて隣接する端切り欠け１３ａｗと中央切り欠け１３ｂｗとの長手方向における間隔Ｌ２と同じ長さに設定されている。そして、図６の（ａ）に示す発熱体１３Ｃは、図６の（ｂ）に示す発熱体１３Ｄと単位長さ当たりの電気抵抗値が同等となっている。但し、発熱体１３Ｃは発熱体１３Ｄに比べて長い電流路を有しており、発熱面積が大きく、単位面積当たりの発熱量が多くなっている。

図６の（ａ）及び（ｂ）に示す発熱体１３Ｃ，１３Ｄを、図７の（ａ）に示す発熱シート４の各ブロックに用いる場合には、図７の（ａ）に示す発熱シート４における端部ブロック４Ａ，４Ｂには、図６の（ｂ）に示す電気抵抗値の小さい発熱体１３Ｄが複数個並設されて並列接続される。一方、図７の（ａ）に示す発熱シート４における中央部ブロック４Ｃには、図６の（ａ）に示す電気抵抗値の大きい発熱体１３Ｃが複数個並設されて並列接続される。このように構成された発熱シート４の各ブロック４Ａ〜４Ｃに電圧を印加することにより、各ブロック４Ａ〜４Ｃの発熱体１３Ｃ，１３Ｄには同じ電圧が加わり、端部ブロック４Ａ，４Ｂは中央部ブロック４Ｃより高温度となる。

また、図６の（ａ）及び（ｂ）に示す発熱体１３Ｃ，１３Ｄを、図７の（ｂ）に示す発熱シート４の各ブロックに用いる場合には、図７の（ｂ）に示す発熱シート４における端部ブロック４Ｄ，４Ｅには、図６の（ａ）に示す発熱体１３Ｃが複数個並設されて直列接続される。一方、図７の（ｂ）に示す発熱シート４における中央部ブロック４Ｆには、図６の（ｂ）に示す発熱体１３Ｄが複数個並設されて直列接続される。このように構成された発熱シート４の各ブロック４Ａ〜４Ｃに電圧を印加することにより、各ブロックにおける発熱体１３Ｃ，１３Ｄには同じ電流が加わり、単位面積当たりの発熱量の大小により端部ブロック４Ａ，４Ｂは中央部ブロック４Ｃより高温度となる。

なお、実施の形態１において、図５及び図６を用いて発熱体１３の具体的な電流路パターンを説明したが、本発明はこれらの電流路パターンに限定されるものではない。本発明においては、図５に示したように、発熱体１３が異なる電気抵抗値を有する電流路パターンを有する構成であれば適用可能であり、また図６に示したように、発熱体１３が単位面積当たりの発熱量が異なる電流路パターンであれば適用可能である。

［発熱シート］
発熱シート４においては、前述のように構成された複数の発熱体１３が、組電池２０において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は電気的に並列又は直列に接続されている。なお、並設された発熱体１３とこれらを直列又は並列に接続するリード帯２３は、同じフィルムシート状の材料から切断プレス加工、レーザー加工等により形成されて発熱体１３とリード帯２３が一体化された構造であってもよい。
このように並設された発熱体１３とこれらを直列又は並列に接続するリード帯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。

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。

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／ｃｍ^２、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。

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１０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。

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。

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。

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／ｃｍ^２、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。

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。

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／ｃｍ^２、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。

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。

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。

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。

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。

［温度上昇特性］
発明者は、発熱シート４と従来のヒータとしてのＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）ヒータに関する比較実験を行った。この実験においては、発熱シート４及びＰＴＣヒータをセルケース１１の底面に密着させて、発熱シート４及びＰＴＣヒータの加熱により、セルケース１１における温度上昇特性を測定した。

図８は、実施の形態１における発熱シート４（曲線Ａ）と、ＰＴＣヒータ（曲線Ｂ）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であった。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であり、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。

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。

また、この比較実験においては、セルケース１１における複数（２箇所）の位置で測定したが、セルケース１１の熱伝導特性が優れているため、略同じ温度であった。この比較実験において用いた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の底面に固着して実験を行った。

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８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Ａ）の方が従来のＰＴＣヒータ（曲線Ｂ）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。

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。

［発熱シートの温度制御]
上記のように構成された実施の形態１の電池ユニット１０における発熱シート４に対する温度制御について説明する。図９は実施の形態１の電池ユニット１０における温度制御に関する構成を示すブロック図である。

実施の形態１の電池ユニット１０における発熱シート４においては、図７の（ａ）に示したように、端部ブロック４Ａ，４Ｂ及び中央部ブロック４Ｃのブロック毎に、若しくは図７の（ｂ）に示したように端部ブロック４Ｄ，４Ｅ及び中央部ブロック４Ｆのブロック毎に異なる電流路パターンを有する発熱体、例えば図５に示した発熱体１３Ａ，１３Ｂ、若しくは図６に示した発熱体１３Ｃ，１３Ｄが並設されて電気的に直列又は並列に接続され、所望の加温方式となるよう構成されている。
図９に示すように、実施の形態１の電池ユニット１０における温度制御システムは、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に電源を供給する電源供給部３０と、電源供給部３０に対する制御を行う制御部３１と、電源供給部３０から各ブロックに供給される電流値を検出する電流検出部３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃと、により構成されている。

実施の形態１の電池ユニット１０において用いられている発熱体１３は、温度の上昇とともに抵抗値が大きくなるという、温度−抵抗特性が正特性であるため、発熱体１３に流れる電流値を検出することにより、当該発熱体１３の温度を推測可能である。また、発熱体１３は、使用範囲においては特性が急激に変化するキュリー温度を持たないため、発熱体１３に流れる電流を検出することにより発熱体１３の温度検出を高精度に行うことか可能である。
したがって、実施の形態１の電池ユニット１０の温度制御システムにおいては、各ブロックに供給される電源供給部３０からの電流値を検出して、その検出電流値データに基づいて制御部３１で電源供給部３０に対する供給電源の制御を行っている。

また、組電池２０には、少なくとも１つのセル温度センサ３３をセルケース１１の上部に設けて、セルケース１１の直接的な温度を検知するよう構成して、温度制御の信頼性を更に高める構成としている。
また、実施の形態１の電池ユニット１０においては、環境温度センサ３４が設けられており、例えば当該電池ユニット１０が設置されている場所の外気温度、若しくは雰囲気温度（又は車両温度）が検出されており、環境温度に対応した温度制御を行うことが可能な構成としている。
なお、実施の形態１においては、セル温度センサ３３及び環境温度センサ３４を用いた構成で説明するが、発熱体１３に流れる電流値の検出からセルケース１１の温度を検知して、セル温度及び環境温度を検知することも可能である

実施の形態１の電池ユニット１０においては、電流検出部３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃにより検出された検出電流値が示す温度情報（セル温度センサ３３及び環境温度センサ３４からの温度情報を含む）は、制御部３１に伝送される。制御部３１においては、電流検出部３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ等からの温度情報に基づいて、発熱シート４における各ブロックの発熱体１３に対する電力の供給制御を行う。即ち、環境温度が所定の温度より低いとき、例えば１０℃以下のとき、制御部３１は、組電池２０における各セルケース１１の温度が適正温度範囲内、例えば２０℃前後で一様になるように、前述の加温方式により発熱シート４の発熱体１３に対して所望の電力を供給する。そして、電流検出部３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃ及びセル温度センサ３３からの温度情報に基づいて、セルケース１１の温度が所定温度、例えば２０℃に達したとき、発熱体１３に対する電力を遮断するよう構成されている。当該発熱ユニットの組電池２０は、セルケース１１内の電極構成体２２の耐熱温度、例えば６０℃を越えないように設定されており、所定温度を超えたときには冷却部６が稼働して、組電池２０に対する冷却処理が始動される。

図５及び図６に示したように異なる電流路パターンを有する発熱体１３（１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄ）を用いてブロック毎に電力を供給して、ブロック毎に異なる温度設定となっている。前述のように、発熱シート４の両端近傍領域である端部ブロック４Ａ，４Ｂ，４Ｄ，４Ｅの各発熱体１３の設定温度は、発熱シート４の中央領域である中央部ブロック４Ｃ，４Ｆの各発熱体１３の設定温度より高く設定されている。したがって、複数のセルケース１１が並設された組電池２０においては、両端近傍領域のセルケース１１が中央領域のセルケース１１に比べて放熱量が大きいが、組電池２０としては一様に温度が上昇する。

なお、実施の形態１の電池ユニット１０において、制御部３１に対する電力は電源供給部３０から供給されており、通常は当該電池ユニット１０からの電圧をＤＣ／ＤＣコンバータにより所定電圧に変換して、電源供給部３０から制御部３０に供給される。また、環境温度が非常に低いとき、例えば−１０℃以下のときにおいては、当該電池ユニット１０の充電に用いる商用電源（家庭用電源を含む）や、補助バッテリを用いることができるよう構成してもよい。

さらに、環境温度が非常に低いとき、例えば−１０℃以下のとき、電池ユニット１０の制御部３１において各発熱体１３に入力する電圧を高めて、各発熱体１３の発熱温度を高く設定してもよい。このように設定温度を高くすることにより、発熱体１３自体の温度の立ち上がりが早くなると共に、セルケース１１における温度上昇が早くなり、当該電池ユニット１０が最も適正に機能する温度、例えば２０℃に達するまでの時間を短くすることが可能となる。

なお、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におけるブロック毎の発熱体１３に流れる電流を検出して、当該発熱体１３の温度を検知する構成であり、発熱体１３が温度−抵抗特性の正特性を有することを利用した構成である。この正特性を利用して、セルケース温度を検知するように構成とすることも可能である。

発熱体１３に対する電源供給動作において、通常の温度制御とは別に予め設定した期間にオフ制御するオフ期間を設けることにより、発熱体１３の温度でセルケース１１の温度を検知することが可能である。
例えば、オンオフ制御において発熱体１３のオン期間に発熱体１３に流れる電流値を検出することで、当該発熱体１３の温度を検知することが可能である。これは、本発明に用いている発熱体１３が、正特性の温度−抵抗を有し、その使用範囲にキュリー点がないため、予めその温度−抵抗特性を正確に認識することができることによる。また、実施の形態１の電池ユニット１０において、発熱体１３のオフ期間に予め設定した電圧ｖをブロック毎に印加して発熱体１３に微弱電流を流し、その時に発熱体１３に流れる電流値により、その時の発熱体１３の温度を検知し、セルケース１１の温度を検知することが可能である。このオフ期間において発熱体１３に印加される電圧ｖは、オン期間に発熱体１３に印加される電圧Ｖに比して十分に低い電圧である（Ｖ≫ｖ）。このようにセルケース１１の温度を検知することができるのは、発熱体１３が、予めその温度−抵抗特性を正確に認識することができることと、発熱体１３が軽薄であり、熱容量が小さく、オフ期間の短時間で発熱体１３がセルケース温度と同等となるためである。したがって、実施の形態１の電池ユニット１０の構成においては、セルケース温度を検知することでセル内の電池構成体２２の高寿命化を図ることが可能となる。

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、一定期間毎に、ブロック或いは個々の発熱体温度とブロック或いは個々のセルケース温度を確実に検知することが可能な構成である。このように構成することにより、実施の形態１の電池ユニット１０は、組電池２０におけるセル毎の異常状態を検知して、各セルの破損状態および温度状態を確実に把握できるので、別途温度センサーを設ける必要がなく、組電池２０に対する高精度の温度制御を簡単な構成で確実に行うことが可能となる。

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、加温ユニット１９の発熱シート４が複数のブロック（領域）毎に異なる電流路パターンを有する発熱体１３により構成され、ブロック（領域）毎に異なる設定温度の発熱体１３を有する発熱シート４により加温される構成である。このため、組電池２０において放熱状態が異なる領域に対して、ブロック毎に異なる所望の設定温度の電流路パターンを有する発熱体１３を発熱シート４に配設することにより、組電池２０は一様な温度分布で確実に加温される。これにより、実施の形態１の電池ユニット１０においては、各セル（二次電池）２からの出力が安定し、且つ寿命のばらつきが無くなり、組電池２０としての長寿命化を図ることができる。

また、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、発熱シート４におけるブロック毎（領域毎）の複数の発熱体１３に対して、各ブロックの発熱体１３に流れる電流値を検出して、その検出電流値に基づいてセルケース温度を検知して、発熱体１３に対する電力を制御するよう構成することができるため、組電池２０の一様な温度分布制御を簡単な構成で確実に行うことができる。
なお、実施の形態１においては各ブロックを複数の発熱体１３で構成した例で説明したが、各ブロックを１つの発熱体で構成して、複数のブロックで発熱シートを構成し、各発熱体のそれぞれを制御するよう構成することも可能である。

上記のように、本発明に係る実施の形態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を用いて、複数のセル（二次電池）が並設された組電池に対して、各セルを一様な温度分布で加熱することができ、出力の安定及び長寿命化を図ることができるとともに、寒冷地における氷点下の状況においても電池ユニット１０を素早く加熱して、当該電池ユニット１０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１０を提供することができる。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、且つ組電池おけるセルが均一な温度分布となるため、当該環境対応自動車は、氷点下の状況においても、信頼性の高い安定した輸送手段となる。

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に実質的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を均一に加熱することができると共に、電池ユニット１０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１０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。

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。

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

Claims

複数の二次電池を配列して構成された組電池と、
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複数の発熱体を有し、前記複数の発熱体が前記複数の二次電池の各二次電池ケースに対応する位置に並設されて前記組電池における各二次電池ケースの一部に密着して取り付けられる発熱シート、及び
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配設され、前記発熱体からの熱を遮断する断熱部材、を具備し、
前記発熱シートにおける前記複数の発熱体が前記組電池における取り付け位置により設定温度が異なるように構成された電池ユニット。
前記発熱シートにおいて、並設された前記二次電池ケースの組電池における少なくとも両端領域と中央領域の発熱体が、設定温度が異なるよう設定された請求項１に記載の電池ユニット。
前記発熱シートにおいて、並設された前記二次電池ケースの組電池における少なくとも両端領域と中央領域の発熱体が、異なる電流路パターンを有して、前記両端領域の発熱体が前記中央領域の発熱体より設定温度が高くなるよう設定された請求項１に記載の電池ユニット。
前記発熱シートの前記発熱体に流れる電流を検出して、当該発熱体の温度を検知し、前記発熱シートの温度制御を行うよう構成された請求項１に記載の電池ユニット。
前記発熱シートの前記発熱体に対する電源供給動作においてオフ期間を設け、前記オフ期間において所定電圧を当該発熱体に印加して当該発熱体に流れる電流を検出して当該発熱体が密着している二次電池ケースの温度を検知し、前記発熱シートの温度制御を行うよう構成された請求項１に記載の電池ユニット。
前記組電池において、前記複数の二次電池ケースに対応する前記複数の発熱体が、前記発熱シートにおいて複数の領域に分割されており、前記領域毎に各発熱体の電流路パターンが異なるよう構成されて、当該領域毎に前記発熱体の設定温度が制御されるよう構成された請求項１に記載の電池ユニット。
前記発熱シートにおいて並設された複数の発熱体が複数の領域に分割されており、前記複数の発熱体が、前記組電池において並設された二次電池ケースにおける少なくとも両端領域と中央領域で、異なる電流路パターンを有して、前記両端領域の発熱体が前記中央領域の発熱体より設定温度が高くなるよう設定された請求項１に記載の電池ユニット。
前記発熱シートにおいて並設された複数の発熱体が複数の領域に分割されており、前記複数の発熱体が、前記領域毎に前記発熱体の設定温度を制御する制御部、をさらに具備する請求項１に記載の電池ユニット。
前記発熱シートにおける各発熱体が前記二次電池ケースの下側面となる底面に対向して配置されるよう構成された請求項１乃至８のいずれか一項に記載の電池ユニット。
前記発熱シートと前記二次電池ケースとを、熱伝導性を有する接合材で形成された接合層を介して密着させた請求項１乃至８のいずれか一項に記載の電池ユニット。
前記発熱シートが前記二次電池ケースの底面側に密着して取り付けられ、前記発熱体を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配設した請求項１乃至８のいずれか一項に記載の電池ユニット。
前記発熱体は、温度と抵抗の関係が正特性を有し、且つ設定温度範囲内において特性が変位するキュリー点がない特性を有する請求項１乃至８のいずれか一項に記載の電池ユニット。
前記発熱シートと前記断熱ユニットが一体化されて加温ユニットが構成されており、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８のいずれか一項に記載の電池ユニット。