特許 5924269 電池システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5924269

(24)【登録日】2016年4月28日

(45)【発行日】2016年5月25日

(54)【発明の名称】電池システム

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/6571 20140101AFI20160516BHJP

   H01M 10/653 20140101ALI20160516BHJP

   H01M 10/651 20140101ALI20160516BHJP

   H01M 10/615 20140101ALI20160516BHJP

   H01M 10/647 20140101ALI20160516BHJP

【ＦＩ】

   H01M10/6571

   H01M10/653

   H01M10/651

   H01M10/615

   H01M10/647

【請求項の数】2

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2012-555947(P2012-555947)

(86)(22)【出願日】2012年2月2日

(86)【国際出願番号】JP2012052339

(87)【国際公開番号】WO2012105636

(87)【国際公開日】20120809

【審査請求日】2014年7月7日

(31)【優先権主張番号】特願2011-20938(P2011-20938)

(32)【優先日】2011年2月2日

(33)【優先権主張国】JP

(31)【優先権主張番号】特願2011-20944(P2011-20944)

(32)【優先日】2011年2月2日

(33)【優先権主張国】JP

(31)【優先権主張番号】特願2011-20947(P2011-20947)

(32)【優先日】2011年2月2日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】507151526

【氏名又は名称】株式会社ＧＳユアサ

(72)【発明者】

【氏名】吉田 浩明

【審査官】 馬場 慎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−６７３８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−８７８１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１４４３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−６３３９７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ １０／６０ − １０／６６７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電池ケースを有する電池と、前記電池ケースの少なくとも一の面に形成された抵抗体とを有し、
前記抵抗体が、比抵抗が１０×１０^−８〔Ω・ｍ，０℃〕以下である材料を含み、
前記電池ケースと前記抵抗体の間に第１熱拡散部材を有し、前記第１熱拡散部材は、熱伝導率が０．２Ｗ／ｍ・Ｋ以上、１０Ｗ／ｍ・Ｋ以下である電池システム。

【請求項2】

前記抵抗体に対して前記電池ケースとは反対側に第２熱拡散部材を有する、請求項１に記載の電池システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電池システムに関する。

【背景技術】

【0002】

自動車、船舶、及び航空機などの移動体には、種々の二次電池が搭載されている。これら二次電池としては、リチウムイオン電池に代表される非水電解質二次電池、鉛蓄電池、及びニッケル・カドミウム蓄電池などが一般的に知られている。下記特許文献１には、人工衛星に搭載されるバッテリー（二次電池）が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特公平６−８６２４０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

二次電池は、人工衛星や飛行機などで利用される場合において、低温環境下での充放電が要求される。低温環境下では、室温環境下と比べて、二次電池の入出力特性は低下する。つまり、そのような環境下では、充電に長時間を要するという問題が生じる。また、放電時においても、出力電圧が不足するという問題が生じる。

【0005】

本発明は、上記の問題点に鑑み、低温環境下であっても必要な入出力特性を短時間で確保でき、かつ、軽量である電池システムの提供を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の電池システムは、電池ケースを有する電池と、前記電池ケースの少なくとも一の面に形成された抵抗体とを有し、前記抵抗体が、比抵抗が１０×１０^−８〔Ω・ｍ，０℃〕以下である材料を含むことを特徴とする。

【0007】

この構成によれば、抵抗体が電池ケースの面に形成されているため、この抵抗体に電流を流してジュール熱を発生させることで、電池ケースの内部を加熱することができる。従って、低温環境下でであっても、必要な入出力特性を得ることができる。また、抵抗体に比抵抗の小さい材料を用いることで、従来のヒーターと比較して、抵抗体の軽量化が図られる。従って電池システム全体としての軽量化が実現できる。

【0008】

前記抵抗体の材料として、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、ニッケル、ニッケル合金又は黄銅を採用することができる。

【0009】

前記抵抗体の断面積は、前記電池の容量に対して０．００５ｍｍ^２／Ａｈ以上とするのが好ましい。抵抗体の断面積を上記の条件を満たす数値とすることで、抵抗体の溶断を防ぎつつ電池の大きさに適した発熱が確保できる。また、前記抵抗体の長さは、前記電池の容量に対して０．０１ｍ／Ａｈ以上とするのが好ましい抵抗体の長さを上記の条件を満たす数値とすることで、電池の大きさに合わせて電池ケースの表面に這わせることができる。これにより、電池全体を効率良く加熱することができる。

【0010】

また、上記電池システムにおいて、前記電池ケースの前記抵抗体を形成する方法を、比抵抗が１０×１０^−８〔Ω・ｍ，０℃〕以下である材料を前記電池ケースに堆積させてエッチングする方法、もしくは、比抵抗が１０×１０^−８〔Ω・ｍ，０℃〕以下である材料をパターニングし、前記電池ケースに焼付けする方法とすることができる。これら方法で抵抗体を電池ケースに形成することで、電池ケースと抵抗体とが一体化され、抵抗体を長時間にわたって安定的に電池ケースの面に形成できる。

【0011】

上記電池システムにおいて、更に前記電池ケースと前記抵抗体の間に、熱伝導率が０．２Ｗ／ｍ・Ｋ以上、１０Ｗ／ｍ・Ｋ以下である第１熱拡散部材を備えることができる。この構成により、抵抗体で発生した熱を、第１熱拡散部材で拡散させて電池ケースに伝えることができる。これにより、電池ケースが局所的に加熱されるのが防止される。

【0012】

更に、上記電池システムにおいて、前記抵抗体に対して前記電池ケースとは反対側に第２熱拡散部材を備えることもできる。この構成により、電池ケース及び抵抗体が極めて高温となったときに、第２熱拡散部材を介して電池とは反対側に効率良く放熱することができる。これにより、電池が異常に過熱したり、抵抗体が溶断するのを防止することができる。

【0013】

上記電池システムにおいて、前記電池と前記抵抗体とが閉回路となり、前記抵抗体に前記電池の放電電流が流れるように設定することができる。この構成とすることで、商用電源に接続されていない環境であっても、電池を電源として抵抗体に電流を流して電池ケースの内部を短時間で加熱することができる。上記電池システムの抵抗体は従来のヒーターと比較して比抵抗が小さいので、電圧が５Ｖ以下である電池を電力とした場合でも、電池を加熱するのに十分なジュール熱を発生することができる。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、低温環境下で電池ケースの面に形成された抵抗体に電流を流すことで、その抵抗体から発生するジュール熱により電池を加熱でき、必要な入出力特性を得ることができる。また、従来のヒーターと比較して比抵抗の小さい材料を抵抗体に用いることにより短時間で電池を加熱することができ、かつ、電池システムの軽量化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】電池システムの回路ブロック図である。

【図2】電池システムの別の回路ブロック図である。

【図3】電池システムの模式的構造図である。

【図4】二次電池のケースの側面を拡大した模式的構造図である。

【図5】電池システムの別の模式的構造図である。

【図6】電池システムの別の模式的構造図である。

【図7】電池システムの別の模式的構造図である。

【図8】電池システムの別の模式的構造図である。

【図9】電池システムの別の模式的構造図である。

【図10】電池システムの別実施形態における模式的構造図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

図面を参照して本発明の電池システムの実施形態を説明する。なお、以下の各図面は模式的に描かれている。

【0017】

［等価回路］
図１は電池システムの概略構成を示す回路ブロック図である。図１では、電池システム１が充電用電源３及び負荷１９と電気的に接続されている状態を図示している。電池システム１は、二次電池セル５とシャント回路７を有する。二次電池セル５は、ケース２１内に電極体を収容している。なお、以下では、二次電池セル５を単に「セル５」と略記する。

【0018】

負荷１９は、電池システム１を電源とする機器を指す。シャント回路７は、スイッチング素子９と抵抗体２５を有し、セル５と並列に接続されている。また、スイッチング素子９のオンオフは制御部１３によって制御される。

【0019】

セル５の電圧が所定値を下回っている場合、制御部１３は、セル５が満充電状態に達していないと判断し、スイッチング素子９をオフ状態にする。このとき、充電用電源３からの電流はセル５へと供給され、セル５は充電される。一方、セル５の電圧が所定値に達している場合、制御部１３は、セル５が満充電状態であると判断し、スイッチング素子９をオン状態にする。このとき、充電用電源３からの電流はシャント回路７へとバイパスされ、抵抗体２５でジュール熱が発生する。

【0020】

図１では、単独のセル５によって電池システム１が構成されている場合を示している。また、図２に示すように、電池システム１が、直列に接続された複数のセル５を有する構成であってもよい。この場合、各セル５のそれぞれに対して、シャント回路７が並列に接続される。

【0021】

［全体の構成］
図３は、図１における電池システム１の一部の構造を概念的に図示したものである。なお、図３において、一部の構成はブロック図で示している。

【0022】

セル５は、ケース２１内に電極体を収容しており、ケース２１は、ほぼ直方体の形状を有し、ステンレスやアルミニウムなどの金属製である。ケース２１の上面には、電極端子２３が２か所（正極および負極）に設けられている。

【0023】

充電用電源３と一方の電極端子２３との間を接続するノードは、スイッチング素子９の一方端にも接続している。スイッチング素子９の他方端は、抵抗体２５に接続している。スイッチング素子９として、例えばＭＯＳＦＥＴやバイポーラトランジスタなどのトランジスタ素子が用いられる。

【0024】

抵抗体２５はケース２１の面に形成されているスイッチング素子９がオン状態となることで抵抗体２５に電流が流れて、抵抗体２５でジュール熱が発生する。このジュール熱は、ケース２１内の電極体を加熱する。つまり、抵抗体２５は電極体を加熱するヒーターとしての役割を有する。

【0025】

［抵抗体の材料］
抵抗体２５は、ケース２１内の電極体を加熱する目的で利用される。このため、抵抗体２５は、電極体の温度を上昇させる程度のジュール熱（数十Ｗ〜数百Ｗ程度）が発生するように設計される。

【0026】

抵抗体２５の材料の比抵抗は一般的なヒーターのそれとは大きく異なる。一般的なヒーターは、商用電圧（１００〜２００Ｖ）が常時印加される。このような大きな電圧が印加されてヒーターが断線するのを防ぐために、できるだけ小さな電流が流れるようにヒーターの材料が選択される。このため、一般的なヒーターの材料には、ステンレスやニッケル・クロム合金など、比較的比抵抗の大きい材料が用いられる。

【0027】

一方、電池システム１では、セル５の充電電圧（５Ｖ以下）ように、商用電圧より低い電圧の印加が想定される。従って、ケース２１の内部を加熱する程度に発熱させるためには、抵抗体２５にある程度大きな電流を流す必要がある。このためには、抵抗体２５を比抵抗の小さい材料で構成する必要がある。

【0028】

抵抗体２５の材料の比抵抗は１０×１０^−８〔Ω・ｍ，０℃〕以下であり、より好ましくは５×１０^−８〔Ω・ｍ，０℃〕以下である。一方で、比抵抗が小さすぎると、電流が流れ過ぎて抵抗体２５が断線したり、電極体が過剰に加熱される恐れがある。このため、比抵抗を１×１０^−８〔Ω・ｍ，０℃〕以上とするのが好ましい。

【0029】

本実施形態では、抵抗体２５をアルミニウム製とした。アルミニウムとすることで、抵抗体２５を軽くすることができ、電池システム１の軽量化が図られる。アルミニウム以外の材料としては、アルミニウム合金、銅、銅合金、ニッケル、ニッケル合金、又は黄銅（真鍮）などの利用が可能である。

【0030】

［抵抗体の寸法］
電池システム１において、抵抗体２５の断面積をセル５の電池容量に対して０．００５ｍｍ^２／Ａｈ以上とするのが好ましい。このようにすることで、電池容量に応じてケース２１内の電極体を短時間で加熱することができる。

【0031】

断面積は、幅と厚みによって決定される。ここで、抵抗体２５の「厚み」とは、抵抗体２５が形成されたケース２１の面に直交する方向の寸法を指す。また、抵抗体２５の「幅」とは、抵抗体２５が形成されたケース２１の面に平行で、且つ長手方向に直交する方向の寸法をいう。なお、前記長手方向の抵抗体２５の寸法を、抵抗体２５の「長さ」と称する。ここで、電池容量は０％充電状態と１００％充電状態との間の容量であり、１００％充電状態から０％充電状態まで放電した際の放電容量が電池容量に該当する。

【0032】

抵抗体２５の断面積が著しく小さい場合、抵抗体２５に大きな電流が流れると、容易に断線するおそれがある。このため、抵抗体２５の厚みを０．００５ｍｍ以上、幅を１ｍｍ以上とするのが好ましい。また、ケース２１に対して十分に放熱するためには、厚みを０．１ｍｍ以上とするのがより好ましい。

【0033】

一方で、断面積をあまりに大きくしてしまうと、抵抗体２５の質量が増大する。よって、抵抗体２５の断面積を電池容量に対して１０ｍｍ^２／Ａｈ以下とするのが好ましく、より好ましくは５ｍｍ^２／Ａｈ以下である。厚みと幅については、抵抗体２５の厚みを１．０ｍｍ以下、幅を２０ｍｍ以下とするのが好適である。

【0034】

抵抗体２５の長さに関して、抵抗体２５の長さがあまりに短いと、抵抗体２５がケース２１の面上の局所的な箇所に形成される。この場合、ケース２１の面の局所的な箇所のみが過剰に加熱されて、ケース２１内の電極体に均一に熱が伝わらない。

【0035】

抵抗体２５は導線であることが好ましく、抵抗体２５の長さは電池容量に対して０．０１ｍ／Ａｈ以上とすることが好ましい。抵抗体２５が導線であることで抵抗体２５の形状を自由に設計することができ、さらに、抵抗体２５の長さを０．０１ｍ／Ａｈ以上にすることで抵抗体２５をケース２１の面上に均一に形成させることができる。

【0036】

抵抗体２５がケース２１の一つの面に形成される場合、抵抗体２５の形成される面積（抵抗体２５とケース２１の一つの面とが接している面積）が、ケース２１の一つの面の面積に対して２０％以上８０％以下となるのが好ましい。抵抗体２５の形成される面積が８０％より大きいと、ケース２１内の電極体にジュール熱が伝わらない箇所にまで抵抗体２５を形成する虞がある。ジュール熱が電極体に伝わらない箇所では、抵抗体２５の温度が拡散しにくいため、抵抗体２５の温度が著しく上昇して、抵抗体２５が溶断する虞がある。

【0037】

アルミニウム製で長さ２ｍ、厚み０．１ｍｍ、幅１ｃｍで構成した抵抗体２５の抵抗値Ｒは、Ｒ＝０．０５Ωと算出される。ここで、アルミニウムの比抵抗を２．５×１０^−８〔Ω・ｍ，０℃〕とした。他の抵抗の影響を無視した場合、印加電圧を３．５Ｖ（セル５の充電電圧）とすると、抵抗体２５には７０Ａの電流が流れ、その消費電力は２４５Ｗとなる。

【0038】

同じ寸法で比較した場合、抵抗体２５のジュール熱は抵抗体２５の材料の比抵抗に依存する。例えば、抵抗体２５を、一般的なヒーターの材料であるニクロム線とした場合、ニクロム線の比抵抗は１００×１０^−８〔Ω・ｍ，０℃〕を超える値であり、抵抗体２５の抵抗値Ｒは２０Ωとなる。このとき、抵抗体２５には８７．５ｍＡの電流しか流れず、消費電力も０．１５Ｗ程度である。これではケース２１内の電極体を加熱することはできない。

【0039】

ニクロム線を用いて同等のジュール熱を得るには、抵抗体２５の長さを短くするか、断面積を太くする必要がある。しかし、長さを短くするとケース２１内の電極体に均一にジュール熱を伝達させることが難しくなる。また、断面積を大きくすると電池システムの質量が著しく増加する。

【0040】

［抵抗体の形成］
図４は、ケース２１の側面に抵抗体２５が形成されている状態を、拡大して模式的に図示したものである。抵抗体２５をケース２１の面に形成する方法として、抵抗体２５とケース２１とを一体化する方法がある。図４に示すように、抵抗体２５は皮膜２６によって覆われている。皮膜２６としては、陽極酸化皮膜処理によって形成された酸化皮膜やポリイミドなどの絶縁性材料を用いることができる。

【0041】

抵抗体２５とケース２１とを一体化させる方法として、図５に示すように、ケース２１の面に絶縁性の塗料２７を予め設け、この面に直接アルミニウム材料を堆積させる方法がある。この場合、アルミニウム材料を堆積させた後、エッチングなどによって所望の形状にパターニングすることで、抵抗体２５が形成される。塗料２７としては、例えばポリイミドなどの樹脂塗料やセラミック塗料などを利用できる。

【0042】

抵抗体２５とケース２１とを一体化させる別の方法として、塗料２７が設けられたケース２１の面に、予め所定の形状にパターニングされた金属材料を焼き付け又は接着する方法がある。ここで、接着とは化学反応により抵抗体２５とケース２１とを一体化する工程を指す。金属材料との接着強度や耐熱性の点から、シリコーン系接着剤、エポキシ系接着剤又はポリイミド系接着剤を用いて接着するのが好ましい。

【0043】

また、抵抗体２５とケース２１とを一体化する方法以外に、粘着剤を用いて抵抗体２５をケース２１に貼り付ける方法がある。ただし、粘着剤を用いて抵抗体２５をケース２１の面に貼り付けた場合、長期にわたって抵抗体２５をケース２１の面に保持できない可能性がある。その理由としては、時間の経過と共に、粘着剤の粘着力が低下したり、ケース２１が膨張変形したりすることが挙げられる。この結果、抵抗体２５がケース２１の面から浮いたり、剥がれたりするといった事態が生じ得る。この観点から、抵抗体２５とケース２１とを一体化するのが好適である。

【0044】

［熱拡散部材の構造］
本実施形態では、ケース２１の面と抵抗体２５との間に熱拡散部材２０を備えることができる。この熱拡散部材２０が「第１熱拡散部材」に対応する。

【0045】

熱拡散部材２０は、抵抗体２５で発生したジュール熱をケース２１の面に拡散して伝達させるために設けられている。熱拡散部材２０は、熱伝導率が０．２Ｗ／ｍ・Ｋ以上、１０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることが好ましく、１．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、５．０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることがより好ましい。

【0046】

熱拡散部材２０の熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋより大きい場合、抵抗体２５で発生したジュール熱は、熱拡散部材２０であまり拡散することなくケース２１側へと伝達される。この場合、ジュール熱をケース２１の面に拡散することができない。一方、熱拡散部材２０の熱伝導率が０．２Ｗ／ｍ・Ｋより小さい場合、抵抗体２５で発生したジュール熱が熱拡散部材２０で遮られ、ケース２１へと十分に伝達されない。この場合、ケース２１内部の電極体を加熱するという目的を達成できない。

【0047】

上述した熱伝導率の条件を鑑みると、熱拡散部材２０の材料としては、ポリエチレン、ブチルゴム、シリコーン樹脂などの樹脂材料、コンポジット材料又はラミネート材料などが利用できる。コンポジット材料は、酸化ケイ素、グラファイト、アルミニウム、マグネシウム、銅、銀又はチタンなどによって構成された粉末、繊維又は箔片を、樹脂内に適量分散させたものである。ラミネート材料は、ポリエチレンシート、シリコーン樹脂シート、アルミニウム箔、ステンレス箔、ポリエステルシート又はナイロンシートなどを複数積層したものである。

【0048】

上記の材料を含むシートをケース２１の面上に粘着又は接着することで、熱拡散部材２０を容易に形成できる。また、熱拡散部材２０の材料としては、絶縁性を有する材料を用いるのが好適である。これにより、ケース２１と抵抗体２５との間の短絡を防ぐことができる。

【0049】

熱拡散部材２０は、その厚みが０．０５ｍｍ以上、３ｍｍ以下であることが好ましく、０．１ｍｍ以上、２ｍｍ以下であることがより好ましい。０．０５ｍｍより薄いと拡散する範囲が狭くなり、３ｍｍより厚いとジュール熱が十分に伝達できなくなる可能性がある。

【0050】

［放熱機能を有する構造］
上述した構成に加えて、ケース２１に放熱機能を備えるのも有用である。何らかの異常により、抵抗体２５に電流が流れ続けた場合、ケース２１内の電極体は加熱され続ける。そして、電極体が過度に加熱された場合、セル５の安全性に悪影響を及ぼす。

【0051】

図７に示す模式図では、抵抗体２５は、ケース２１の面上で２つの熱拡散部材２０及び２０ａによって挟まっている。熱拡散部材２０ａは「第２熱拡散部材」に対応する。図７に示される構成では、抵抗体２５から発生されたジュール熱が、熱拡散部材２０ａを介して外気側に排出される。一方では、上記実施形態と同様に、抵抗体２５から発生されたジュール熱は、熱拡散部材２０を介してケース２１内へと伝達され、ケース２１内の電極体を加熱する。

【0052】

ケース２１が冷えている状態では、抵抗体２５に電流を流してジュール熱を発生させても、熱の対流が起こりにくい。従って、熱は、熱拡散部材２０及び２０ａに拡散した後、一部の熱は熱拡散部材２１ａを介して外気に放出されるものの、大部分の熱は熱拡散部材２０を介してケース２１の内部へと伝達される。

【0053】

次に、ケース２１の内部が十分に加熱された状態では、熱拡散部材２０ａを介してその内側と外側とで高い温度差が生じている。よって、熱拡散部材２０ａの外側面と外気との間で熱対流が大きく生じ、抵抗体２５およびケース２１の熱が急速に放出される。

【0054】

つまり、熱拡散部材２０ａを備えていても、ケース２１の内部が冷えている場合には、抵抗体２５の発熱を外側へ逃してしまう割合は比較的小さい。これに対し、ケース２１の内部が加熱されている場合には、熱拡散部材２０ａを備えることで、抵抗体２５やケース２１の熱を外気に放熱することができる。

【0055】

更に、図８に示すように、熱拡散部材２０ａを外側からケース２１側へ押さえつけるための圧迫板３０を備えることもできる。圧迫板３０の材料は、アルミニウム、マグネシウム、チタン又はそれらの合金など軽量で熱伝導性の高い材料が好ましい。

【0056】

また、図９に示すように、熱拡散部材２０ａと同様の効果を得るために、熱拡散部材２０の外側に、放熱器（ヒートシンク）３１を備えることもできる。放熱器３１の材料は、アルミニウム、マグネシウム、チタン又はそれらの合金など軽量で熱伝導性の高い材料が好ましい。

【0057】

［動作の概要］
電池システム１の動作の概要について説明する。上述したように、スイッチング素子９のオンオフは、制御部１３によって制御される。スイッチング素子９がオン状態となると、抵抗体２５に電流が流れ、抵抗体２５にジュール熱が発生する。抵抗体２５はケース２１の面に形成されており、抵抗体２５で発生したジュール熱はケース２１内の電極体に伝達される。

【0058】

課題の項で上述したように、低温環境下では、セル５の入力特性および出力特性が低下するという問題がある。この問題は、航空機などの用途で顕著である。航空機に搭載される電池は、主としてエンジンの始動に利用される。離陸時のエンジン始動時にセル５は放電されるため、低温環境下である上空でセル５を充電する必要がある。

【0059】

上空などの低温環境下では入力特性が低下する。電池システム１では、スイッチング素子９をオン状態とすることで、充電用電源３からの電流の全部もしくは一部を抵抗体２５に流してジュール熱を生じさせて、セル５の温度を上昇させることが可能である。これにより、入力特性の低下を防ぐことができる。

【0060】

また、電池システム１を負荷１９の電源として利用する場合、ある程度の出力特性が要求される。ところが、低温環境下では、出力電圧の低下が著しく十分な出力特性が得られない。これに対し、抵抗体２５に電流を流して、セル５の温度を上昇させておくことにより、必要な出力特性を得ることができる。

【0061】

電池システム１によれば、シャント回路７側へ電流を流すことにより抵抗体２５で発生したジュール熱を、セル５を加熱するのに利用できる。低温環境下においても電池の十分な入出力特性を得ることができる。

【0062】

上記の動作の概要では、充電用電源３からの電流を抵抗体２５に流してジュール熱を発生させてセル５内の電極体を加熱する動作を説明したが、セル５に蓄積された電力で抵抗体２５に電流を流す動作を採用することができる。つまり、電池システム１では、セル５自身の電力でセル５を加熱する構成を採用することができる。

【0063】

充電用電源３が作動しない状況では、図１及び図３において、セル５と抵抗体２５とを閉回路にすることでセル５に蓄積された電力で抵抗体２５に電流を流すことができる。セル５の電圧は５Ｖ以下であり、商用電圧（１００〜２００Ｖ）と比較して低いため、一般的なヒーターに用いられる材料を抵抗体２５に用いた場合は、十分なジュール熱を発生させることができない。しかし、本発明の電池システム１では、抵抗体２５の比抵抗が１０×１０^−８〔Ω・ｍ，０℃〕以下であるため、抵抗体２５に大きな電流を流すことができ、セル５を加熱するのに十分なジュール熱を発生させることができる。

【0064】

一般的に、航空機などの移動体では、エンジンが始動した後に発電機（充電用電源３）が始動する。つまり、エンジンを始動させる前には、充電用電源３から抵抗体２５に電流を流すことができない状況が多い。よって、エンジンを始動させる前に、セル５と抵抗体２５とを閉回路にすることで、セル５の電力で抵抗体２５に電流を流して、セル５を加熱することができる。セル５が加熱されることで、エンジン始動に必要な出力特性を得ることができる。

【0065】

なお、本技術は、リチウムイオン電池に代表される非水電解質二次電池に利用されるのが好適であるが、この種の電池に限定されるものではない。すなわち、本技術は、鉛蓄電池やニッケル・カドミウム蓄電池などにも適用可能である。

【0066】

〔別実施形態〕
以下において、別実施形態につき説明する。

【0067】

〈１〉抵抗体２５の材料として、薄いアルミニウム箔又は銅箔を用いる場合、箔の強度を上げるために、抵抗体２５をクラッド材（アルミニウムとニッケルのクラッド、銅とニッケルのクラッド）で構成してもよい。

【0068】

銅の比抵抗はアルミニウムのそれの約１／２である。このため、銅製の抵抗体２５は、アルミニウム製の抵抗体２５と比較して、半分の体積で同等のジュール熱を得ることができる。抵抗体２５の材料として銅を利用することで、アルミニウムを利用する場合よりも製造単価を下げることができる。また、ケース２１の側面に対する焼き付け処理が極めて容易である。

【0069】

〈２〉制御部１３がケース２１の温度を検出する手段を備えており、温度に応じてスイッチング素子９のオンオフを制御しても構わない。この場合、スイッチング素子９をオン状態とした後、制御部１３は、ケース２１が所定の温度に達した段階でスイッチング素子９をオフ状態とする制御を行う。これにより、電極体の温度を上昇させた状態でセル５に充電できるので、その後の入力特性を向上させることができる。

【0070】

〈３〉上記実施形態では、抵抗体２５がシャント回路７を構成する形態を説明した。しかし、抵抗体２５が、シャント回路７としての機能を有さず、単にセル５を加熱することのみを目的に備えられても構わない。例えば、図１０に示すように、抵抗体２５に電流を供給するための電源４１を別途備える構成としても構わない。

【実施例】

【0071】

（第１実施例）
抵抗体２５の材料や寸法を変更した場合の効果の相違について説明する。電池としては、電池容量が２０Ａｈのもの（側面寸法：８ｃｍ×１２ｃｍ）及び５０Ａｈのもの（側面寸法：１０ｃｍ×１５ｃｍ）を用いた。そして、印加電圧を３．５Ｖとし、一つの側面にのみ抵抗体２５を貼り付けた。

【0072】

加熱前のケース２１の温度を−２０℃とし、この温度を１０分内に０℃に上昇させることができれば、必要な入出力特性を短時間で確保できるものとした。つまり、１０分にわたって前記電圧を印加することでケース２１が２０℃以上上昇すれば、効果が認められると判断される。表１に各二次電池の結果を示す。

【0073】

【表1】

【0074】

実施例１〜５によれば、抵抗体の材料がＡｌ又はＣｕのいずれの場合においても、電池容量に対する抵抗体の断面積が０．００５ｍｍ^２／Ａｈ以上となるように抵抗体を形成した場合には、１０分で２０℃以上の上昇が認められる。なお、Ａｌ及びＣｕ共に、比抵抗が１×１０^−８〔Ω・ｍ，０℃〕以上、１０×１０^−８〔Ω・ｍ，０℃〕以下の材料である。

【0075】

また、実施例６〜８においても、温度上昇は認められる。ただし、電池容量に対する抵抗体の断面積が０．００５ｍｍ^２／Ａｈを下回る場合には、その温度上昇は１０分で２０℃を下回る程度にとどまっている。つまり、より好ましくは、実施例１〜５のように抵抗体の断面積が０．００５ｍｍ^２／Ａｈ以上とするのがよいことがわかる。

【0076】

また、比較例１及び２によれば、抵抗体の材料をＳｎとした場合においては、０．００５ｍｍ^２／Ａｈ以上であっても１０分で２０℃を下回る程度の温度上昇しか見られなかった。なお、Ｓｎの比抵抗は１１．５×１０^−８〔Ω・ｍ，０℃〕である。

【0077】

以上により、抵抗体２５は、比抵抗が１×１０^−８〔Ω・ｍ，０℃〕以上１０×１０^−８〔Ω・ｍ，０℃〕以下である材料を用いるのが好ましいことが分かる。そして、電池容量に対する断面積を０．００５ｍｍ^２／Ａｈ以上とするのがより好ましいことが分かる。このような条件を満たす抵抗体２５を備えることで、短時間で二次電池を加熱できる効果が認められた。

【0078】

（第２実施例）
次に、上述した熱拡散部材の材料及び厚みを変更した場合の効果の相違について説明する。

【0079】

電池容量が５０Ａｈである直方体形状の電池の、広い方の２つの側面に熱拡散部材を貼り付け、その熱拡散部材の表面に抵抗体を貼り付けた。電池の寸法は、広い方の側面が１０ｃｍ×１５ｃｍ、狭い方の側面が１０ｃｍ×４ｃｍである。抵抗体は、銅製で、厚みが０．０５ｍｍ、幅が１０ｍｍ、長さが１ｍであるものを用いた。この状態で、加熱前のケースの表面温度を−２０℃とした。そして、５分間にわたって抵抗体に３．５Ｖの電圧を印加した後の、抵抗体直下の電極体の温度（Ｔ１）及びケースの表面温度（Ｔ２）を測定した。このとき、熱拡散部材の材料（すなわち熱伝導率）と厚みを変化させた各実施例及び比較例において、その他を同じ条件として表面温度を測定した。なお、電池ケースの表面温度（Ｔ２）は、狭い方の側面の中央で測定した値である。表２に各二次電池の結果を示す。

【0080】

【表2】

【0081】

表２によれば、熱伝導率の高い材料で熱拡散部材を構成した実施例１５及び１６において、抵抗体直下に配置された電極体の表面温度（Ｔ１）が著しく上昇していることが分かる。これは、実施例１５及び１６の熱拡散部材では、抵抗体で生じた熱を拡散する機能があまり発揮できていないことを示唆するものである。

【0082】

また、０．１〔Ｗ／ｍ・Ｋ〕という低い熱伝導率の熱拡散部材を用いた実施例１４では、通電後、まもなくして発熱により抵抗体が断線した。この現象は、あまりにも熱伝導率が低すぎたために、抵抗体で生じた熱が熱拡散部材を通じて拡散できず、抵抗体の温度が著しく上昇して断線に至ったものと考えられる。

【0083】

一方で、実施例９〜１３に示すように、熱伝導率が０．２〔Ｗ／ｍ・Ｋ〕以上、１０〔Ｗ／ｍ・Ｋ〕以下の熱拡散部材を用いることにより、抵抗体の直下に配置された電極体の表面温度（Ｔ１）の著しい上昇を抑制する効果が得られた。更に、これらの実施例では、電極体の表面温度（Ｔ２）と電池ケースの表面温度（Ｔ１）の差を５０℃以内にすることができている。このことは、抵抗体で発生した熱を効率良く電池ケース全体に分散できていることを示唆している。つまり、熱伝導率が０．２〔Ｗ／ｍ・Ｋ〕以上、１０〔Ｗ／ｍ・Ｋ〕以下の熱拡散部材を設ける構成とするのがより好ましいことが分かる。

【符号の説明】

【0084】

１ ： 電池システム
３ ： 充電用電源
５ ： セル
７ ： シャント回路
９ ： スイッチング素子
１２ ： 制御部
１３ ： 制御部
１９ ： 負荷
２０ ： 熱拡散部材
２０ａ： 熱拡散部材
２１ ： ケース
２３ ： 電極端子
２５ ： 抵抗体
２６ ： 皮膜
２７ ： 塗料
３０ ： 圧迫板
３１ ： 放熱器
４１ ： 電源

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】