JP2015032475A - ヒータユニット、ヒータユニットシステムおよびこれらを用いた電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】発熱源の破損を抑制できるヒータユニット、ヒータユニットシステムおよびこれらを用いた電池パックを提供する。
【解決手段】 ヒータユニットは、基板と、前記基板に設けられた発熱源となるパターンと、前記パターン中に介挿された第１感温素子と、を備え、前記第１感温素子の抵抗値は、前記パターンの温度が温度閾値以上の場合、前記パターンの温度上昇に伴い増加する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ヒータユニット、ヒータユニットシステムおよびこれらを用いた電池パックに関し、特に、ヒータユニットの構造に関する。

従来、リチウム非電解質電池を備え、温度センサにより電池の温度を検出し、検出された温度が所定温度よりも低い場合、電池加熱手段により電池を加熱することができる電池パックが提案されている（特許文献１参照）。
また、従来、二次電池を備え、当該二次電池の温度をサーミスタにより検出し、検出した温度が所定の温度よりも小さい場合、発熱体に電力を供給することにより、二次電池を温める充電装置が提案されている（特許文献２参照）。

特許第４７６８２７３号 特開平８−３０８１２９号公報

しかしながら、特許文献１および２に記載された技術では、電池加熱手段や発熱体の温度が過度に上昇すると、電池加熱手段および発熱体が破損してしまう虞がある。更には、電池加熱手段や発熱体の温度が過度に上昇すると、電池の温度が過度に上昇し、電池が熱暴走してしまう虞がある。

そこで、本発明は、発熱源の破損および電池セルの熱暴走を抑制できるヒータユニット、ヒータユニットシステムおよびこれらを用いた電池パックを提供することを目的とする。

本発明に係るヒータユニットは、基板と、基板に設けられた発熱源となるパターンと、パターン中に介挿された第１感温素子と、を備え、第１感温素子の抵抗値が、パターンの温度が温度閾値以上の場合、パターンの温度上昇に伴い増加する。

また、他の観点から見た本発明に係るヒータユニットシステムは、基板と、基板に設けられた発熱源となるパターンと、パターン中に介挿された第１感温素子と、パターンと熱的に結合し且つパターンから離間した状態で基板に配設された第２感温素子と、を有し、第１感温素子の抵抗値が、パターンの温度が温度閾値以上の場合、パターンの温度上昇に伴い増加するとともに、第２感温素子が、パターンの温度上昇に伴い抵抗値が減少するヒータユニットと、パターンに電力を供給する電源装置と、電源装置からパターンへの電力供給路に介挿された開閉器と、第２感温素子の抵抗値の温度特性に基づいて、第２感温素子と熱的に結合したパターンの温度を検出し、検出した温度に応じて、開閉器の開閉動作を制御するとともに電源装置からパターンに供給される電力の大きさを制御する制御装置と、を備える。

また、他の観点から見た本発明に係る電池パックは、複数の電池と、複数の電池が収納されるケーシングと、ケーシングの外周面の少なくとも一部に配設されたヒータユニットと、を備え、ヒータユニットが、基板と、基板上に設けられた発熱源となるパターンと、パターン中に直列に介挿された第１感温素子と、を有し、第１感温素子が、パターンの温度が温度閾値以上の場合、パターンの温度上昇に伴い増加する。

なお、本発明は、このような特徴的なヒータユニットやヒータユニットシステム、電池パックとして実現することができるだけでなく、かかるヒータユニットシステム、電池パックで行われる処理を方法として実現したり、当該方法における特徴的なステップをコンピュータに実行させるためのプログラムとして実現したりすることができる。また、上記ヒータユニットシステムや電池パックの一部または全部を実現する半導体集積回路として実現することができる。更に、上記プログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に記憶させることができる。

本発明によれば、発熱源の破損および電池セルの熱暴走を抑制できるヒータユニットを提供することができる。

実施形態に係る電池パックシステムの概略構成図である。 実施形態に係るヒータユニットの概略構成図である。 実施形態に係るヒータユニットを示し、（ａ）はＡ−Ａ線で破断した断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ線で破断した断面図である。 実施形態に係る電池パックについて、ヒータユニットが取り付けられた部分を示す一部破断した平面図である。 実施形態に係る電池パックシステムのブロック図である。 実施形態に係るルックアップテーブルの内容を示す概念図である。 実施形態に係るＰＴＣ素子の動作を示し、（ａ）はＰＴＣ素子の抵抗値の温度特性を示す図、（ｂ）はＰＴＣ素子の温度と、ＰＴＣ素子の抵抗値と、パターンを流れる電流との関係を示す図である。 実施形態に係るコントローラの動作を示すフローチャートである。 実施形態に係るヒータユニットの各製造工程における断面図である。 変形例に係るヒータユニットの一部を示す図である。 変形例に係るヒータユニットの概略構成図である。 変形例に係る電池パックについて、ヒータユニットが取り付けられた部分を示す一部破断した平面図である。

［１．実施形態の要旨］
近年、二次電池として、高エネルギ密度で大容量の溶融塩電池が注目されている。この溶融塩電池は、溶融塩を電解質として用いており、溶融塩の基となる塩を溶融させるためのヒータユニットを備えるのが一般的である。

しかしながら、特許文献１および２に記載された技術では、コンピュータ等を用いた制御手段が、ヒータユニット（電池加熱手段、発熱体）の温度制御を行う。従って、制御手段に異常が発生した場合、ヒータユニットの温度を制御できなくなってしまう。この場合、ヒータユニットの温度が過度に上昇してしまい、ヒータユニットが破損してしまう虞がある。更には、電池加熱手段や発熱体の温度が過度に上昇すると、電池の温度が過度に上昇し、電池が熱暴走してしまう虞がある。

実施形態は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その要旨としては、少なくとも以下（１）〜（７）に示す構成が含まれる。
（１）ある観点から見た実施形態に係るヒータユニットは、基板と、基板に設けられた発熱源となるパターンと、パターン中に直列に介挿された第１感温素子と、を備え、第１感温素子が、パターンの温度が温度閾値以上の場合、パターンの温度上昇に伴い増加する。

本構成によれば、パターン中に直列に介挿された第１感温素子が、第１感温素子の温度が温度閾値以上の場合、第１感温素子の温度上昇に伴い抵抗値が増加する。これにより、第１感温素子は、第１感温素子の温度が温度閾値以上の場合、第１感温素子の温度が上昇すると、パターンを流れる電流を制限するように動作するので、パターンの過度の温度上昇を抑制できる。従って、パターンが、過度の温度上昇に起因して破損するのを抑制できる。また、本構成に係るヒータユニットを、電池セルを温める用途で使用する場合、電池セルの過度の温度上昇に伴う電池セルの熱暴走を抑制できる。

（２）また、実施形態に係るヒータユニットは、上記第１感温素子が、パターンの温度が０℃以上且つ温度閾値未満の場合の抵抗値の温度上昇率の平均値をΔＲ１、パターンの温度が上記温度閾値の場合の温度上昇率をΔＲｔｈとすると、下記式（１）の関係式が成立するものであってもよい。

本構成によれば、上記式（１）の関係式が成立することにより、第１感温素子は、パターンの過度の温度上昇を十分抑制できる程度に、パターンを流れる電流を制限することができる。

（３）また、実施形態に係るヒータユニットは、上記第１感温素子が、複数個並列に接続されることにより並列体を構成し、当該並列体が、上記パターン中に介挿されているものであってもよい。

本構成によれば、上記第１感温素子が、複数個並列に接続されることにより並列体を構成し、当該並列体が、上記パターン中に介挿されていることにより、パターンを流れる電流を複数個の第１感温素子に分散させることができる。従って、１つの第１感温素子に流れる電流が低減されるので、第１感温素子として比較的定格電流の小さいものを使用することができる。

（４）また、実施形態に係るヒータユニットは、上記パターンと熱的に結合し且つパターンから離間した状態で上記基板に配設された第２感温素子を更に備え、第２感温素子が、パターンの温度上昇に伴い抵抗値が減少するものであってもよい。
本構成によれば、第２感温素子の抵抗値に基づいて、第２感温素子の温度を検出することができる。従って、第２感温素子により検出したパターンの温度に基づいて、パターンに流れる電流を制御することが可能となる。

（５）また、実施形態に係るヒータユニットシステムは、上記（５）のヒータユニットと、上記パターンに電力を供給する電源装置と、上記第２感温素子の抵抗値の温度特性に基づいて、上記基板上における上記第２感温素子の周囲の温度を検出し、検出した温度に応じて、上記電源装置からパターンに供給される電力を制御する制御装置と、を備えるものであってもよい。
本構成によれば、制御装置が、第２感温素子と熱的に結合したパターンの温度を検出し、検出した温度に応じて、電源装置からパターンに供給される電力を制御する。これにより、制御装置は、第２感温素子の温度を検出し、検出した温度に基づいてパターンを流れる電流を制御することができるので、パターンの過度の温度上昇を抑制し易くなる。
ところで、第１感温素子の無い構成では、パターンの温度が制御装置のみにより制御されている。この構成では、制御装置が故障し、制御装置がパターンの温度を制御できなくなった場合、パターンを流れる電流が過度に増加し、パターンの温度が過度に上昇してしまう虞がある。
これに対して、本構成によれば、第１感温素子が自発的にパターンを流れる電流を制限するように動作するので、パターンを流れる電流の過度の増加が抑制され、システム全体の熱暴走を回避することができる。

（６）また、実施形態に係るヒータユニットシステムは、上記制御装置が、更に、上記第２感温素子と熱的に結合したパターンの温度が、上記温度閾値を超える場合、上記開閉器を開状態にするものであってもよい。
本構成によれば、制御装置が、第２感温素子の温度が温度閾値を超えると、開閉器を強制的に閉状態にするので、パターンの過度の温度上昇を抑制できる。

（７）他の観点から見た実施形態に係る電池パックは、複数の電池と、複数の電池が収納されるケーシングと、ケーシングの外周面の少なくとも一部に配設されたヒータユニットと、を備え、ヒータユニットが、基板と、基板に設けられた発熱源となるパターンと、パターン中に直列に介挿された第１感温素子と、を有し、第１感温素子の抵抗値が、パターンの温度が温度閾値以上の場合、パターンの温度上昇に伴い増加する。
本構成によれば、パターン中に直列に介挿された第１感温素子が、第１感温素子の温度が温度閾値以上の場合、第１感温素子の温度上昇に伴い抵抗値が増加する。これにより、第１感温素子は、第１感温素子の温度が温度閾値以上の場合、第１感温素子の温度が上昇すると、パターンを流れる電流を制限するように動作するので、パターンの過度の温度上昇を抑制できる。従って、パターンが、過度の温度上昇に起因して破損するのを抑制できる。また、本構成に係るヒータユニットを、電池セルを温める用途で使用する場合、電池セルの過度の温度上昇に伴う電池セルの熱暴走を抑制できる。

［２．実施形態の詳細］
＜１＞構成
＜全体構成＞
図１は、本実施形態に係る電池パックシステムの概略構成図である。
電池パックシステムは、電池パック１００と、電源装置４１と、コントローラ５１と、を備える。

電池パック１００は、複数の電池セル２０と、ケーシング３１と、ヒータユニット１と、を備える。
ここで、電池セル２０は、電池容器２１と、発電体２４と、正極端子２２と、負極端子２３と、を有する。
電池容器２１は、扁平な矩形箱状であり、例えばアルミニウム合金等の金属材料から形成されている。この電池容器２１の内部には、発電体２４（図１の拡大図参照）が収納されている。

発電体２４は、板状の正極体２４ａおよび負極体２４ｂが、セパレータ２４ｃを介して交互に積層された構造を有する溶融塩電池から構成されている。
ここで、正極体２４ａは、例えばアルミニウム不織布（例えば線径１００μｍ、気孔率８０％）に正極活性物質を付加することにより形成されている。この正極活性物質は、例えばＮａＣｒＯ２と、アセチレンブラックと、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）と、Ｎ−メチル−２−ピロリドンとを混練したものから構成される。正極体２４ａは、例えば厚みが約０．１ｍｍとなるように形成される。負極体２４ｂは、例えばアルミニウム金属板の表面に負極活性物質をメッキ等によりコーティングすることにより形成される。この負極活性物質は、例えば錫を含むＳｎ−Ｎａ合金から構成される。

セパレータ２４ｃは、ガラスの不織布（例えば厚み２００μｍ）またはポリオレフィンシート（例えば厚み５０μｍ）に電解質である溶融塩を含浸されることにより形成される。溶融塩としては、例えば、ＮａＦＳＡ（ナトリウム・ビスフルオロスルフォニアアミド）と、ＫＦＳＡ（カリウム・ビスフルオロスルフォニアアミド）との混合物から構成される。この混合物の融点は、５７℃である。

正極端子２２は、発電体２４の各正極体２４ａに電気的に接続されている。負極端子２３は、発電体２４の各負極体２４ｂに電気的に接続されている。この正極端子２２および負極端子２３は、電池容器２１との間において電気的に絶縁されている。

ケーシング３１は、略矩形箱状の形状を有する。このケーシング３１は、例えば鉄やアルミニウム合金等の金属材料から形成されている。

ヒータユニット１は、複数の電池セル２０を加熱することにより、複数の電池セル２０それぞれの発電体２４の一部を構成する溶融塩の基となる塩を溶融させる。このヒータユニット１は、ケーシング３１の側壁に取り付けられている。

＜ヒータユニット＞
図２は、本実施形態に係るヒータユニット１の概略構成図である。
ヒータユニット１は、基板１０と、パターン１１と、３つのＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）素子（第１感温素子）１２と、を備える。また、ヒータユニット１は、更に、４つのＮＴＣ（Ｎｅｇａｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）素子（第２感温素子）１３と、電源用コネクタ１４と、コントローラ用コネクタ１５と、を備える。

基板１０は、平面視略矩形状であり、例えばポリイミド等の樹脂材料から形成されている。この基板１０の厚みは、１ｍｍ以下に設定されている。
パターン１１は、発熱源となるものであり、基板１０に埋設されている。パターン１１は、基板１０の厚み方向から見た場合、基板１０内を蛇行するように配置されている。具体的には、パターン１１は、複数（図２では１０本）の直線状部１１ａと、複数（図２では９つ）の屈曲部１１ｂと、２つの導入部１１ｃと、を備える。１０本の直線状部１１ａは、基板１０の長手方向に延伸し、互いに略平行となるように基板１０の短手方向に並列している。屈曲部１１ｂは、略半円弧状に屈曲しており、直線状部１１ａの端部と、当該直線状部１１ａに対して基板１０の短手方向で隣接する２つの直線状部１１ａのいずれか一方の端部とを接続している。２つの導入部１１ｃそれぞれは、一端部が電源用コネクタ１４に接続され、他端部が基板１０の短手方向における端縁に最も近い位置に配置された直線状部１１ａの端部に接続されている。
また、パターン１１は、例えば、ステンレスから形成されている。

ＰＴＣ素子１２は、３つが並列に接続されることにより、並列体を構成している。そして、当該並列体が、パターン１１中に介挿されている。このＰＣＴ素子１２は、パターン１１のうち、基板１０の短手方向において最も基板１０の中央部近くに位置する直線状部１１ａの一部に接続されている。また、ＰＴＣ素子１２は、扁平な直方体であり、長手方向における両端部に電極１２２が設けられている。そして、ＰＴＣ素子１２は、厚み方向における一面側が基板１０に対向した状態で配置されている。

このように、ＰＴＣ素子１２が、３つ並列に接続されることにより、並列体を構成し、当該並列体がパターン１１中に介挿されていることにより、パターン１１を流れる電流を３個のＰＴＣ素子１２に分散させることができる。従って、１つのＰＴＣ素子１２に流れる電流が低減されるので、ＰＴＣ素子１２として比較的定格電流の小さいものを使用することができる。

また、このＰＴＣ素子１２は、周囲の温度が温度閾値（例えば１００℃）以上の場合、その抵抗値が増加する。
このＰＴＣ素子１２としては、チタン酸バリウム等を用いたセラミックＰＴＣ素子や低融点ポリマー中にカーボンブラックやニッケル等の導電性粒子を分散させた混合物を用いたポリマーＰＴＣ素子等を採用すればよい。

４つのＮＴＣ素子１３は、基板１０に設けられ、熱的に結合し且つパターン１１から離間した状態で基板１０に配設されている。具体的には、ＮＴＣ素子１３は、パターン１１のうち基板１０の短手方向において隣接する直線状部１１ａの間に配設されている。そして、各ＮＴＣ素子１３は、コントローラ用コネクタ１５から導出する配線接続用パターン１６に電気的に接続されている。この配線接続用パターン１６は、ＮＴＣ素子１３毎に２本ずつ設けられている。また、配線接続用パターン１６は、例えば銅等の金属材料から形成されている。
ＮＴＣ素子１３は、扁平な直方体であり、長手方向における両端部に電極１３２が設けられている。そして、ＮＴＣ素子１３は、厚み方向における一面側が基板１０に対向した状態で配置されている。
このＮＴＣ素子１３は、周囲の温度上昇に伴い抵抗値が減少する。
このＮＴＣ素子１３としては、例えばニッケルやマンガン、コバルト、鉄等の酸化物を混合して焼結した材料を用いたＮＴＣ素子等を採用すればよい。

図３は、本実施形態に係るヒータユニット１を示し、（ａ）はＡ−Ａ線で破断した断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ線で破断した断面図である。
図３（ａ）に示すように、パターン１１におけるＰＴＣ素子１２の素子本体１２１の端部に位置する電極１２２が接続される部位は、基板１０で覆われていない。また、基板１０と、ＰＴＣ素子１２の基板１０側におけるパターン１１と接触しない部位との間には、伝熱部材１２３が設けられている。この伝熱部材１２３は、例えばシリコーン樹脂等の熱伝導率の高い樹脂材料等から形成されている。これにより、基板１０からＰＴＣ素子１２への伝熱性が向上されている。なお、伝熱部材１２３を形成する材料は、樹脂材料に限定されるものではなく、例えば熱伝導率の高いセラミックス等から形成してもよい。
ＰＴＣ素子１２の電極１２２は、半田等の導電部材１２４によりパターン１１に電気的に接続されている。なお、導電部材１２４の材料は、半田に限定されるものではなく、例えば金属粒子が分散された導電性樹脂材料等であってもよい。

また、ＰＴＣ素子１２の一部は、基板１０の一面側から突出している。そして、基板１０の他面と、パターン１１におけるＰＴＣ素子１２が設けられる側とは反対側の面との間の厚みＷ１は、パターン１１からケーシング３１への伝熱性を考慮して、例えば５０μｍに設定される。
更に、基板１０の上記他面と、ＰＴＣ素子１２における基板１０に対向する側とは反対側の面との間の距離Ｗ２は、例えば２ｍｍに設定される。

ここにおいて、パターン１１で生じた熱は、主として、パターン１１から直接ＰＴＣ素子１２へ至る経路ＡＲ１、および、パターン１１からケーシング３１の周壁および伝熱部材１２３を経由してＰＴＣ素子１２へ至る経路ＡＲ２を通って、ＰＴＣ素子１２に伝達する。

図３（ｂ）に示すように、パターン１１におけるＮＴＣ素子１３の電極１３２が接続される部位は、基板１０で覆われていない。また、基板１０と、ＮＴＣ素子１３の基板１０側における配線接続用パターン１６と接触しない部位との間には、伝熱部材１３３が設けられている。この伝熱部材１３３は、例えばシリコーン樹脂等の熱伝導率の高い樹脂材料等から形成されている。これにより、基板１０からＮＴＣ素子１３への伝熱性が向上し、基板１０の温度を正確に検出することができる。なお、伝熱部材１３３を形成する材料は、樹脂材料に限定されるものではなく、例えば熱伝導率の高いセラミックス等から形成してもよい。
ＮＴＣ素子１３の素子本体１３１の端部に位置する電極１３２は、導電部材１３４によりパターン１６に電気的に接続されている。この導電部材１３４の材料は、導電部材１２４の材料と同様である。

また、ＮＴＣ素子１３の一部は、基板１０の一面側から突出している。そして、基板１０の他面と、ＮＴＣ素子１３における基板１０に対向する側とは反対側の面との間の距離Ｗ３は、例えば１ｍｍに設定される。
更に、基板１０の短手方向における、パターン１１とＮＴＣ素子１３の中央部との間の距離Ｗ４は、ＮＴＣ素子１３の感度を考慮して、例えば１０ｍｍに設定される。
距離Ｗ４を以上のように設定することにより、パターン１１とＮＴＣ素子１３とが熱的に結合した状態とすることができる。

ここにおいて、パターン１１で生じた熱は、主として、パターン１１からケーシング３１の周壁および伝熱部材１３３を経由してＮＴＣ素子１３へ至る経路ＡＲ３を通って、ＮＴＣ素子１３に伝達する。

図４は、本実施形態に係る電池パック１００について、ヒータユニット１が取り付けられた部分を示す一部破断した平面図である
電池パック１００では、ヒータユニット１の基板１０におけるＰＴＣ素子１２およびＮＴＣ素子１３が突出する側とは反対側の面がケーシング３１の側壁に対向した状態で、接着層１７により接着されている。この接着層１７は、例えば熱伝導率の高いシリコーン樹脂等からなる。

図５は、本実施形態に係る電池パックシステムのブロック図である。
電源装置４１は、スイッチ４１１と、駆動回路４１２と、電力変換回路４１３と、を備える。ここで、駆動回路４１２は、コントローラ５１から入力される制御信号に基づいてスイッチ４１１のオンオフ動作を行う。
電力変換回路４１３は、例えばスイッチング素子やインダクタ等を含んで構成されるＤＣ／ＤＣコンバータである。この電力変換回路４１３は、コントローラ５１から入力される制御信号により駆動する。電力変換回路４１３は、バッテリ６１から供給される直流電圧を降圧してパターン１１に供給する。

コントローラ５１は、温度変換部５１１と、情報処理部５１２と、を備える。
ここで、温度変換部５１１は、例えば、４つのＮＴＣ素子１３毎に設けられた抵抗と、定電圧源と、アナログデジタル変換器（以下、「ＡＤ変換器」と称する。）とを備える。そして、各抵抗は、定電圧源と接地線との間において直列に接続されることにより分圧回路を構成している。そして、ＡＤ変換器が、各サーミスタ１３に印加されるアナログの電圧信号を、電圧値を示すデジタル信号に変換して情報処理部５１２に入力する。

一方、情報処理部５１２では、温度変換部５１１から入力される電圧値から、４つのＮＴＣ素子１３により検出した温度の平均値を算出する。
ここで、情報処理部５１２は、ＮＴＣ素子１３に対応する電圧値に比例する値と、ＮＴＣ素子１３の温度との関係を示すルックアップテーブルを保持している。そして、情報処理部５１２は、このルックアップテーブルを参照して、ＮＴＣ素子１３に対応する電圧値からＮＴＣ素子１３の温度を算出する。
図６は、本実施形態に係るルックアップテーブルの内容を示す概念図である。
ＮＴＣ素子１３に対応する電圧値は、ＮＴＣ素子１３の温度上昇に伴い単調減少する特性を有している。従って、ＮＴＣ素子１３に対応する電圧値からＮＴＣ素子１３の温度を一義的に求めることができる。

また、情報処理部５１２は、ＮＴＣ素子１３の温度に基づいて、駆動回路４１２および電力変換回路４１３それぞれにＤ／Ａコンバータを介して制御信号を入力する。そして、情報処理部５１２は、電力変換回路４１３を定電圧制御により駆動させることにより、電力変換回路４１３から出力される電圧を一定にする。この情報処理部５１２の動作については、＜２−２＞にて詳述する。

＜２＞動作
次に、本実施形態に係る電池パックシステムの動作について説明する。
＜２−１＞ＰＴＣ素子の動作
まず、ＰＴＣ素子１２の動作について説明する。
図７は、本実施形態に係るＰＴＣ素子１２の動作を示し、（ａ）はＰＴＣ素子１２の抵抗値の温度特性を示す図、（ｂ）はＰＴＣ素子１２の温度と、ＰＴＣ素子１２の抵抗値と、パターン１１を流れる電流との関係を示す図である。図６（ａ）における縦軸は、ｌｏｇスケールで示している。

図７（ａ）に示すように、ＰＴＣ素子１２の温度が０℃〜１００℃の範囲（以下、「正常範囲」と称する。）ΔＴｎにある場合、ＰＴＣ素子１２の抵抗値は、約０．０７Ω〜約０．３Ωの範囲内で推移する。従って、パターン１１の抵抗に比べれば十分に小さいと看做すことができる。

一方、ＰＴＣ素子１２の温度が正常範囲ΔＴｎの上限（以下、「温度閾値」と称する。）Ｔｈ（１００℃）を超える範囲（以下、「異常範囲」と称する。）ΔＴａｂにある場合、ＰＴＣ素子１２の抵抗値は、急激に増加する。例えば、温度１２５℃では、ＰＴＣ素子１２の抵抗値は、約１００Ωに達する。

ところで、ＰＴＣ素子１２は、ＰＴＣ素子１２の温度が０℃以上且つ温度閾値Ｔｈ未満の場合（即ち、ＰＴＣ素子１２の温度が正常範囲ΔＴｎにある場合）の抵抗値の温度上昇率の平均値をΔＲ１、パターンの温度が、温度閾値Ｔｈの場合の温度上昇率をΔＲｔｈとする。この場合、下記式（１）の関係式が成立する。

この場合、ＰＴＣ素子１２は、パターン１１の過度の温度上昇を十分抑制できる程度に、パターン１１を流れる電流を制限することができる。

図７（ｂ）に示すように、ＰＴＣ素子１２の温度の温度が時間とともに増加していき、正常範囲ΔＴｎの上限である温度閾値Ｔｈを超えると、ＰＴＣ素子１２の抵抗値Ｒが急激に増加し始める。そして、ＰＴＣ素子１２の抵抗値Ｒの増加に伴い、パターン１１を流れる電流Ｉが減少していく。このとき、ＰＴＣ素子１２の温度も時間とともに減少していく。ここで、ＰＴＣ素子１２の温度は、自己発熱の影響により、電流Ｉよりも少し遅れて減少していく。
その後、パターン１１を流れる電流Ｉが電流Ｉｔｈまで減少すると、ＰＴＣ素子１２の抵抗値Ｒも減少し始める。そして、ＰＴＣ素子１２の抵抗値Ｒの減少に伴い、パターン１１を流れる電流Ｉも増加する。すると、ＰＴＣ素子１２の温度が、時間とともに増加し始める。

以上説明したように、ＰＴＣ素子１２は、その温度が許容最大定格Ｔｃを超えないように、パターン１１を流れる電流を制限するように動作する。なお、この最大定格Ｔｃは、電池セル２０の上限温度によって設定される。つまり、ＰＴＣ素子１２は、電池セル２０に相応の仕様のものが選択される。
これにより、ＰＴＣ素子１２の過度の温度上昇に起因したパターン１１の破損を抑制することができる。

次に、コントローラ５１の動作について説明する。コントローラ５１は、ＮＴＣ素子１３の温度が目標温度ＴＡとなるように、スイッチ４１１の開閉動作および電力変換回路４１３の出力電圧を制御する。

図８は、本実施形態に係るコントローラ５１の動作を示すフローチャートである。
まず、コントローラ５１の温度変換部５１１が、ＮＴＣ素子１３に対応する電圧を取得する（ステップＳ１）。そして、コントローラ５１の情報処理部５１２が、４つのＮＴＣ素子１３の電圧からＮＴＣ素子１３それぞれの温度を算出する。
次に、コントローラ５１の情報処理部５１２が、４つのＮＴＣ素子１３それぞれについて算出されたＮＴＣ素子１３の温度の平均値（温度Ｔ）が正常範囲ΔＴｎにあるか否かを判定する（ステップＳ２）。

ステップＳ２において、温度Ｔが異常範囲ΔＴａｂにあると判定されると（ステップＳ２：Ｎｏ）、情報処理部５１２は、スイッチ４１１がオフするように、駆動回路４１２を制御する（ステップＳ５）。
その後、情報処理部５１２は、電力変換回路４１３から出力される電圧Ｖを電圧ΔＶだけ低い電圧（Ｖ−ΔＶ）に設定し（ステップＳ６）、再びステップ１の処理を行う。
一方、ステップＳ２において、温度Ｔが正常範囲ΔＴｎにあると判定されると（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、情報処理部５１２は、温度Ｔが目標温度ＴＡ以下であるか否かを判定する（ステップＳ７）。

ステップＳ７において、温度Ｔが目標温度ＴＡ以下であると判定されると（ステップＳ７：Ｙｅｓ）、情報処理部５１２は、電力変換回路４１３から出力される電圧Ｖを電圧ΔＴだけ高い電圧に設定する（ステップＳ８）。これにより、パターン１１に供給される電流が増加し、ＮＴＣ素子１３の温度が上昇する。
一方、ステップＳ７において、温度Ｔが目標温度ＴＡよりも大きいと判定されると（ステップＳ７：Ｎｏ）、情報処理部５１２は、スイッチ４１１がオフするように、駆動回路４１２を制御する（ステップＳ５）。

以上説明したように、コントローラ５１は、ＮＴＣ素子１３の温度が正常範囲ΔＴｎにあるか否かを優先的に判定し、異常範囲ΔＴａｂにあれば、パターン１１への電力供給を遮断する制御を行う。つまり、コントローラ５１が、ＮＴＣ素子１３の温度が、温度閾値Ｔｈを超える場合、スイッチ４１１を開状態にする。これにより、パターン１１の過度の温度上昇を抑制できる。

＜３＞製造方法
次に、本実施形態に係るヒータユニット１の製造方法について説明する。
図９（ａ）〜（ｅ）は、本実施形態に係るヒータユニット１の各製造工程における断面図である。
まず、ステンレスの金属箔１１Ａとポリイミド等の第１基材１０Ａとを熱融着させて金属箔１１Ａと第１基材１０Ａとからなる積層体を形成する（図９（ａ）参照）。ここでは、例えば熱プレス法が採用される。
次に、金属箔１１Ａをエッチングすることにより、パターン１１が形成される（図９（ｂ）参照）。ここでは、例えば、塩化第一鉄溶液をエッチャントとするウェットエッチング法が採用される

続いて、第１基材１０Ａ上におけるパターン１１が形成されていない部分に、配線接続用パターン１６を形成する。ここでは、例えば、第１基材１０Ａ上におけるパターン１１が形成されていない部分に、銅の金属箔（図示せず）を熱融着させる。そして、銅を選択的にエッチングできるエッチャントを用いて、銅の金属箔をエッチングする。
その後、第１基材１０Ａにおけるパターン１１および配線接続用パターン１６が形成された面側を覆うように、第１基材１０Ａと第２基材１０Ｂとを熱融着させる（図９（ｃ）参照）。ここでは、例えば熱プレス法が採用される。また、第２基材１０Ｂは、パターン１１におけるＰＴＣ素子１３が設けられる部位と、配線接続用パターン１６におけるＮＴＣ素子１３が設けられる部分とを覆わない形成を有している。この第１基材１０Ａと第２基材１０Ｂとから、基板１０が構成される。

次に、パターン１１の間に伝熱部材１２３を配設し、ＰＴＣ素子１３を伝熱部材１２３およびパターン１１の上に載置する（図９（ｄ）参照）。このとき、配線接続用パターン１６の間にも伝熱部材１３３を配設し、ＮＴＣ素子１３を伝熱部材１３３および配線接続用パターン１６の上に載置される。

その後、パターン１１とＰＴＣ素子１３とを半田等の導電部材１２４により接合する（図９（ｅ）参照）。このとき、配線接続用パターン１６とＮＴＣ素子１３とも半田等の導電部材１２４により接合する。

＜４＞まとめ
結局、本実施形態に係るヒータユニット１によれば、パターン１１中に直列に介挿されたＰＴＣ素子（第１感温素子）１２が、ＰＴＣ素子１２の温度が温度閾値Ｔｈ以上の場合、ＰＴＣ素子１２の温度上昇に伴い抵抗値が増加する。これにより、ＰＴＣ素子１２は、ＰＴＣ素子１２の温度が温度閾値Ｔｈ以上の場合、ＰＴＣ素子１２の温度が上昇すると、パターン１１を流れる電流Ｉを制限するように動作するので、パターン１１の過度の温度上昇を抑制できる。従って、パターン１１が、過度の温度上昇に起因して破損するのを抑制できる。また、本実施形態に係るヒータユニット１は、電池セル２０を温める用途で使用される。そして、ヒータユニット１は、過度に温度上昇が抑制されているので、電池セル２０の過度の温度上昇に伴う電池セルの熱暴走を抑制できる。

また、本実施形態に係るヒータユニット１によれば、ＮＴＣ素子１３の抵抗値に基づいて、ＮＴＣ素子１３の温度を検出することができる。従って、ＮＴＣ素子１３の温度に基づいて、パターン１１に流れる電流を制御することが可能となる。

更に、本実施形態に係る電池パックシステムでは、コントローラ５１が、ＮＴＣ素子１３の温度を検出し、検出した温度に応じて、電源装置４１からパターン１１に供給される電力を制御する。これにより、コントローラ５１は、ＮＴＣ素子１３の温度を検出し、検出した温度に基づいてパターン１１を流れる電流を制御することができるので、パターン１１の過度の温度上昇を抑制し易くなる。
ところで、ＰＴＣ素子１２の無い構成では、パターン１１の温度がコントローラ５１のみにより制御されている。この構成では、コントローラ５１が故障し、コントローラ５１がパターン１１の温度を制御できなくなった場合、パターン１１を流れる電流が過度に増加し、パターン１１の温度が過度に上昇してしまう虞がある。
これに対して、本構成によれば、ＰＴＣ素子１２が自発的にパターン１１を流れる電流を制限するように動作するので、コントローラ５１が故障した場合でもパターン１１を流れる電流の過度の増加が抑制され、電池パックシステムの熱暴走を回避することができる。

［３．変形例］
（１）実施形態に係るヒータユニット１では、ＰＴＣ素子１２が、３つ並列に接続されることにより並列体を構成し、当該並列体が、パターン１１中に介挿されている例について説明したが、ＰＴＣ素子１２のパターン１１への接続態様はこれに限定されるものではない。

図１０は、本変形例に係るヒータユニット２０１の一部を示す図である。
本変形例に係るヒータユニット２０１では、パターン１１に対して２つ直列に接続されたＰＴＣ素子７１２Ａ，７１２Ｂが、３組並列に接続されてなる並列体を備える。

この場合、上記並列体が、直列に接続されたＰＴＣ素子７１２Ａ，７１２Ｂを含んで構成されている。これにより、ＰＴＣ素子１２の温度が、正常範囲ΔＴｎの上限を超えた場合における、素子群全体の抵抗値の上昇率は、直列に接続されたＰＴＣ素子を含まない構成に比べて大きくなる。従って、ＰＴＣ素子１２の温度が、正常範囲ΔＴｎの上限を超えてしまうことを抑制することができる。

（２）実施形態に係るヒータユニット１では、ＮＴＣ素子１３が、パターン１１のうち基板１０の短手方向において隣接する直線状部１１ａの間に配設されている例について説明した。但し、ＮＴＣ素子１３の配置はこれに限定されるものではない。
図１１は、本変形例に係るヒータユニット３０１の概略構成図である。
ヒータユニット３０１では、各ＮＴＣ素子１３が、パターン１１のうち基板１０の長手方向において、屈曲部１１ｂの外側に離間した位置に配設されている。また、配線接続用パターン１６の一部は、パターン１１の屈曲部１１ｂを跨ぐように設けられている。

本構成によれば、ＮＴＣ素子１３が、パターン１１のうち基板１０の短手方向において隣接する直線状部１１ａの間に配設しないので、直線状部１１ａの間隔を短くすることができる。従って、基板１０の短手方向における長さを短くすることができるので、その分、基板１０の小型化を図ることができる。

（３）実施形態に係る電池パック１００では、ヒータユニット１が、ケーシング３１の周壁に基板１０におけるＰＴＣ素子１２およびＮＴＣ素子１３側とは反対側の面側が対向した状態で、ケーシング３１の周壁に取り付けられる例について説明した。但し、ヒータユニット１のケーシング３１への取り付け方は、これに限定されるものではない。例えば、ヒータユニット１が、ケーシング３１の周壁に、基板１０におけるＰＴＣ素子１２およびＮＴＣ素子１３が設けられる面側が対向した状態で、ケーシング３１の周壁に取り付けられるものであってもよい。

図１２は、本変形例に係る電池パック４００について、ヒータユニットが取り付けられた部分を示す一部破断した平面図である。
電池パック４００では、ヒータユニット１が、ケーシング３１の周壁に、基板１０におけるＰＴＣ素子１２およびＮＴＣ素子１３が設けられる面側が対向した状態で、ケーシング３１の周壁に取り付けられる。
また、電池パック４００は、ケーシング３１の周壁のうちヒータユニット１が取り付けられる部分において、ヒータユニット１のＰＴＣ素子１２およびＮＴＣ素子１３に対応する部分に凹部３１ａ，３１ｂを設けられている。そして、ヒータユニット１がケーシング３１の周壁に取り付けられた状態において、ＰＴＣ素子１２およびＮＴＣ素子それぞれが、凹部３１ａ、３１ｂの内側に配置される。更に、ヒータユニット１とケーシング３１の周壁との間に、熱伝導率の高い接着剤等からなる伝熱材８３２が充填されている。

本構成によれば、ＰＴＣ素子１２およびＮＴＣ素子１３が、電池パック４００の外部に露出していない。そして、基板１０により、ＰＴＣ素子１２およびＮＴＣ素子１３が保護された状態となっている。従って、ＰＴＣ素子１２およびＮＴＣ素子１３の信頼性向上を図ることができる。

［４．付記］
上記実施の形態および変形例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許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。

１，２０１ ヒータユニット
１０ 基板
１０Ａ 第１基材
１０Ｂ 第２基材
１１ パターン
１１ａ 直線状部
１１ｂ 屈曲部
１１ｃ 導入部
１１Ａ 金属箔
１２，７１２Ａ，７１２Ｂ ＰＴＣ素子（第１感温素子）
１３ ＮＴＣ素子（第２感温素子）
１４ 電源用コネクタ
１５ コントローラ用コネクタ
１６ 配線接続用パターン
１７ 接着層
２０ 電池セル
２１ 電池容器
２２ 正極端子
２３ 負極端子
２４ 発電体
２４ａ 正極体
２４ｂ 負極体
２４ｃ セパレータ
３１ ケーシング
３１ａ，３１ｂ 凹部
４１ 電源装置
５１ コントローラ
１００，４００ 電池パック
１２２，１３２ 電極
１２３，１３３ 伝熱部材
１２４，１３４ 導電部材
２０１ ヒータユニット
４１１ スイッチ
４１２ 駆動回路
４１３ 電力変換回路
５１１ 温度変換部
５１２ 情報処理部
８３２ 伝熱材

Claims (7)

1. 基板と、
   前記基板に設けられた発熱源となるパターンと、
   前記パターン中に介挿された第１感温素子と、
   を備え、
   前記第１感温素子の抵抗値は、前記パターンの温度が温度閾値以上の場合、前記パターンの温度上昇に伴い増加する
   ヒータユニット。
2. 前記第１感温素子の抵抗値は、前記パターンの温度が０℃以上且つ温度閾値未満の場合の温度上昇に伴う増加率をΔＲ１、前記パターンの温度が前記温度閾値の場合の温度上昇に伴う増加率をΔＲｔｈとすると、下記式（１）の関係式が成立する
   請求項１記載のヒータユニット。
   
3. 前記第１感温素子が、複数個並列に接続されることにより並列体を構成し、当該並列体が、前記パターン中に介挿されている
   請求項１または請求項２記載のヒータユニット。
4. 前記パターンと熱的に結合し且つ前記パターンから離間した状態で前記基板に配設された第２感温素子を更に備え、
   前記第２感温素子は、周囲の温度上昇に伴い抵抗値が減少する
   請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のヒータユニット。
5. 基板と、前記基板に設けられた発熱源となるパターンと、前記パターン中に介挿された第１感温素子と、前記パターンと熱的に結合し且つ前記パターンから離間した状態で前記基板に配設された第２感温素子と、を有し、前記第１感温素子の抵抗値が、前記パターンの温度が温度閾値以上の場合、前記パターンの温度上昇に伴い増加するとともに、前記第２感温素子が、前記パターンの温度上昇に伴い抵抗値が減少するヒータユニットと、
   前記パターンに電力を供給する電源装置と、
   前記電源装置から前記パターンへの電力供給路に介挿された開閉器と、
   前記第２感温素子の抵抗値の温度特性に基づいて、前記パターンの温度を検出し、検出した温度に応じて、前記開閉器の開閉動作を制御するとともに前記電源装置から前記パターンに供給される電力の大きさを制御する制御装置と、を備える
   ヒータユニットシステム。
6. 前記制御装置は、更に、前記第２感温素子が熱的に結合された前記パターンの温度が、前記温度閾値を超える場合、前記開閉器を開状態にする
   請求項６記載のヒータユニットシステム。
7. 複数の電池セルと
   前記複数の電池セルが収納されるケーシングと、
   前記ケーシングの外周面の少なくとも一部に配設されたヒータユニットと、を備え、
   前記ヒータユニットは、
   基板と、
   前記基板に設けられた発熱源となるパターンと、
   前記パターン中に直列に介挿された第１感温素子と、
   を有し、
   前記第１感温素子は、前記パターンの温度が温度閾値以上の場合、前記パターンの温度上昇に伴い増加する
   電池パック。