JP5105809B2 - ヒータユニット、ヒータ付き電池構造体 - Google Patents

Description

本発明は、ヒータユニット、及びヒータユニットを備えるヒータ付き電池構造体に関する。

ニッケル水素蓄電池などの電池は、ポータブル機器などの電源として、また、電気自動車やハイブリッド自動車などの電源として注目されている。
ところが、ニッケル水素蓄電池などの電池には、低温時において、放電容量が低下し、良好な出力特性が得られなくなる課題がある。このため、電池を、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車などの電源として用いた場合、寒冷地など気温が氷点下となる温度環境下では、出力が十分に得られない問題があった。
この問題を解決するために、近年、電池にヒータを設け、家庭用電源を用いて電池を加熱する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

実開昭６０−１９２３６７号

特許文献１には、断熱材で形成した容器の底部の内側に面状ヒータを設け、この面状ヒータに接触するようにして２つの電池を容器内に収容したヒータ付き電池構造体が開示されている。

しかしながら、特許文献１に開示されている手法では、電池を適切に加熱することができない虞がある。これは、断熱材で形成した容器の底部に反りや歪みなどの変形が生じていることがあり、これに倣って面状ヒータにも反りや歪みなどの変形が生じている場合には、面状ヒータと電池との間に隙間が生じてしまうためである。さらにこの場合、面状ヒータの熱が電池に伝わり難いことから、面状ヒータ自身（面状ヒータの一部または全部）が過昇温となる危険があった。

本発明は、かかる現状に鑑みてなされたものであって、電池構造体を適切に加熱することができ、ヒータ自身（ヒータの一部または全体）が過昇温となるのを抑制できるヒータユニット及びヒータ付き電池構造体を提供することを目的とする。

その解決手段は、１または複数の、主面と裏面とを有するシート状のヒータと、上記１または複数のヒータを保持する保持部材と、を備え、発電要素を含む電池構造体の外表面に固定して、上記電池構造体の被加熱面の加熱により上記発電要素を加熱するヒータユニットであって、上記１または複数のヒータの上記裏面と上記保持部材との間に介在し、少なくとも上記ヒータの厚み方向に変形可能なシート状のシート体を備え、上記シート体は、断熱性を有し、上記ヒータの厚み方向に弾性変形可能であり、上記ヒータユニットを上記電池構造体の外表面に固定したとき、上記シート体の上記厚み方向への弾性圧縮変形によって生じる弾性力により、上記１または複数のヒータの上記裏面を押圧し、上記１または複数のヒータの上記主面全体を上記電池構造体の上記被加熱面に密着させる形態を有してなるヒータユニットである。

本発明のヒータユニットは、自身を電池構造体に固定したとき、シート体が変形して１または複数のヒータの裏面を押圧することにより、１または複数のヒータの主面を電池構造体の被加熱面に密着させることができる。これにより、１または複数のヒータの主面と電池構造体の被加熱面との間に隙間が生じる虞がないので、電池構造体を適切に加熱することができる。さらには、ヒータの熱を電池構造体に適切に伝えることができることから、ヒータ自身（ヒータの一部または全体）が過昇温となるのを抑制することもできる。

なお、シート体としては、例えば、厚み方向に弾性変形可能なシート体を挙げることができる。具体的には、発泡樹脂（発泡ウレタンなど）、発泡ゴム、多孔質繊維、成型グラスウール等を例示することができる。さらには、ゲル状体や、基材シートの表面にゲル状体を固着したシート体を例示することもできる。ここで、ゲル状体としては、例えば、ポリヒドロキシエチルメタアクリレート、ポリビニルピロリドン、ブチルアクリレートとブチルメタクリレートの共重合体などのゲル状高分子化合物を挙げることができる。また、液体などの流動体を袋内に封じ込めてなるシート体を用いることもできる。
なお、シート体の表面は、平面に限らず、例えば、多数の突起が表面全体に等間隔で設けられてなる凹凸面であっても良い。

また、電池構造体としては、例えば、１つの発電要素を電池ケース内に収容してなる単電池を挙げることができる。また、発電要素を収容する収容部が複数、一体成形された電池ケースを備え、それぞれの収容部内に発電要素を収容してなる電池モジュールも含む。また、単電池や電池モジュールを複数、直列または並列に接続して、筐体や保持枠等で保持してなる組電池も含む。
また、発電要素とは、電池の機能を奏するために電池ケース内に収容されるものであり、例えば、正極板、負極板、セパレータ、及び電解液などが含まれる。

また、シート状のヒータとしては、所定のパターンで平面に沿って延びるヒータ素子（例えば、ニッケル−クロム合金製）と、ヒータ素子の表面及び裏面に積層された樹脂絶縁層（例えば、ポリイミドフィルム）とを備える積層型の面状ヒータを例示できる。また、この面状ヒータの表面及び裏面に金属層（例えば、アルミニウム板）を積層した面状ヒータを用いることもできる。

また、被加熱面としては、組電池等の電池構造体の外表面（外表面の全体または一部）を例示することができる。この場合、シート状のヒータの主面全体を、電池構造体の外表面に密着させるのが好ましく、具体的には、電池構造体の外表面のうちヒータが配置される（ヒータで覆われる）配置面の全体が平面で構成されており、この平面をなす配置面に平板状のヒータを固定する場合を例示できる。この場合、シート体が変形してヒータの裏面を押圧することにより、ヒータの主面全体を配置面全体に密着させることができるので、配置面全体が被加熱面となる。

また、本発明では、ヒータの主面の一部を、組電池等の電池構造体の外表面に密着させるヒータユニットも含む。具体的には、電池構造体の外表面のうちヒータが配置される（ヒータで覆われる）配置面が、部分的に凹部（例えば、補強のためにプレス成型してなる凹部）を有する面（凹部を除く部分は平面）で構成されており、この配置面に平板状のヒータを固定する場合を例示できる。この場合、シート体が変形してヒータの裏面を押圧することにより、配置面のうち凹部を除く平面部分に、ヒータの主面の一部を密着させることができるので、配置面のうち凹部を除く平面部分が被加熱面となる。

このように、ヒータの主面の一部を被加熱面に密着させる場合でも、シート体を有しないヒータユニットに比べて、ヒータの主面のうちシート体の押圧により被加熱面に密着する部分については、被加熱面との間に隙間が生じる虞がなくなるので、少なくともその分、電池構造体の加熱効率を向上させることができる。さらには、ヒータの主面のうち少なくとも被加熱面に密着する部分については、ヒータの熱を電池構造体に適切に伝えることができることから、少なくとも被加熱面に密着する部分についてヒータ自身が過昇温となるのを防止できる点で、シート体を有しないヒータユニットに比べて優れている。

また、被加熱面の形態は、平面（平面部分）に限らず、曲面であっても良いし、部分的に凹部や凸部が存在する凹凸面であっても良い。これに対し、シート状のヒータ及びシート体の形態は、密着させる被加熱面の形態に応じた形状とするのが好ましい。例えば、被加熱面が１／４円筒の外周面となる場合は、シート状のヒータ及びシート体も、被加熱面に適合する１／４円筒形状とするのが好ましい。
さらに、本発明のヒータユニットは、ヒータの裏面側に位置するシート体が断熱性を有している。このため、ヒータの熱が裏面側から逃げにくくなり、主面から電池構造体に効率良く熱を伝えることができる。
なお、断熱性を有するシート体としては、シート状の発泡樹脂（発泡ウレタンなど）、シート状の発泡ゴム、シート状の多孔質繊維、シート状の成型グラスウール等を例示できる。

さらに、本発明のヒータユニットは、自身を電池構造体に固定したとき、シート体がヒータの厚み方向に弾性圧縮変形することによって生じる弾性力により、１または複数のヒータの主面を電池構造体の被加熱面に密着させることができる。これにより、１または複数のヒータの主面と電池構造体の被加熱面との間に隙間が生じる虞がないので、電池構造体を適切に加熱することができる。さらには、ヒータの熱を電池構造体に適切に伝えることができることから、ヒータ自身（ヒータの一部または全体）が過昇温となるのを抑制することもできる。
さらに、上記のヒータユニットであって、前記電池構造体は、収容ケースと、この収容ケースの内部に収容された複数の二次電池と、を有し、上記収容ケースの外表面は、前記被加熱面を含み、前記保持部材は、前記ヒータを収容する凹状の収容部と、この収容部の開口端側に位置するフランジ部と、を有し、上記フランジ部は、上記ヒータユニットを上記収容ケースの外表面に固定したとき、上記収容ケースの外表面に当接する当接面を有し、上記ヒータユニットを上記収容ケースの外表面に固定する前の自由状態において、上記ヒータの前記主面が、上記保持部材の上記フランジ部の上記当接面よりも、上記ヒータの厚み方向に寸法ΔＬだけ外部に突出しており、上記フランジ部の上記当接面を上記収容ケースの上記外表面に当接させて、上記ヒータユニットを上記収容ケースの上記外表面に固定したとき、上記シート体が、上記ヒータの厚み方向に寸法ΔＬだけ弾性圧縮変形して、上記ヒータの上記主面全体が上記被加熱面に密着する形態を有するヒータユニットとすると良い。

あるいは、１または複数の、主面と裏面とを有するシート状のヒータと、上記１または複数のヒータを保持する保持部材と、を備え、発電要素を含む電池構造体に固定して、上記電池構造体の被加熱面の加熱により上記発電要素を加熱するヒータユニットであって、上記１または複数のヒータの上記裏面と上記保持部材との間に介在し、上記ヒータの厚み方向に弾性変形可能なシート状のシート体を備え、上記ヒータユニットを上記電池構造体に固定する前の自由状態における、上記ヒータ及びシート体の厚み寸法をＬ、上記ヒータの上記主面が上記被加熱面に接触するように上記ヒータユニットを上記電池構造体に固定した状態における、上記ヒータ及びシート体の厚み寸法をＭとしたとき、Ｌ＞Ｍの関係を満たすように構成されてなるヒータユニットが好ましい。

このヒータユニットは、１または複数のヒータの裏面と保持部材との間に介在し、ヒータの厚み方向に弾性変形可能なシート状のシート体を備えており、自由状態におけるヒータ及びシート体の厚み寸法をＬ、電池構造体に固定した状態におけるヒータ及びシート体の厚み寸法をＭとしたとき、Ｌ＞Ｍの関係を満たすように構成されている。すなわち、このヒータユニットを電池構造体に固定すると、シート体がヒータの厚み方向に弾性圧縮変形することで、ヒータ及びシート体の厚み寸法がＬからＭにまで小さくなる。

従って、このヒータユニットによれば、シート体の弾性圧縮変形によって生じる弾性力により、１または複数のヒータの主面を電池構造体の被加熱面に密着させることができる。これにより、１または複数のヒータの主面と電池構造体の被加熱面との間に隙間が生じる虞がないので、電池構造体を適切に加熱することができる。さらには、ヒータの熱を電池構造体に適切に伝えることができることから、ヒータ自身（ヒータの一部または全体）が過昇温となるのを抑制することもできる。

さらに、上記いずれかのヒータユニットであって、前記保持部材は、前記ヒータユニットを、前記電池構造体に着脱可能とする構成を有するヒータユニットとすると良い。

本発明のヒータユニットは、保持部材が、ヒータユニットを電池構造体に着脱可能とする構成を有していることから、当該ヒータユニットを電池構造体に着脱可能に固定することができる。このため、本発明のヒータユニットは、電池構造体に取り付けた後も、電池構造体から容易に取り外すことができるので、メンテナンス作業や交換作業等の作業性が良好となる。

さらに、上記いずれかのヒータユニットであって、前記シート体は、前記１または複数のヒータの前記裏面の全体に配置されてなるヒータユニットとすると良い。

本発明のヒータユニットでは、シート体が、１または複数のヒータの裏面の全体に配置されている。このため、本発明のヒータユニットを電池構造体に固定すると、シート体により、１または複数のヒータの裏面全体を押圧することができる。これにより、１または複数のヒータの主面を、電池構造体の被加熱面に適切に密着させることができる。

さらに、上記いずれかのヒータユニットであって、前記１または複数のヒータは、前記シート体に接着されてなり、上記シート体は、前記保持部材に接着されてなるヒータユニットとすると良い。

本発明のヒータユニットは、その構成品である、１または複数のヒータとシート体と保持部材とが、接着により一体とされている。このため、本発明のヒータユニットは、取り扱い易く、電池構造体への取付作業等が容易となる。

さらに、上記いずれかのヒータユニットと、前記発電要素を含み、前記被加熱面を有する前記電池構造体と、を備え、前記シート体の前記厚み方向への弾性圧縮変形によって生じる弾性力により、前記１または複数のヒータの前記裏面を押圧することで、上記１または複数のヒータの上記主面全体が、上記電池構造体の上記被加熱面に密着してなるヒータ付き電池構造体とすると良い。

本発明のヒータ付き電池構造体は、前述のヒータユニットを有しているので、シート体が変形して１または複数のヒータの裏面を押圧することで、１または複数のヒータの主面が電池構造体の被加熱面に密着する。これにより、１または複数のヒータの主面と被加熱面との間に隙間が生じる虞がないので、電池構造体を、適切に加熱することができる。さらには、１または複数のヒータの熱を、被加熱面に適切に伝えることができることから、ヒータ自身（ヒータの一部または全体）が過昇温となるのを抑制することもできる。

他の解決手段は、発電要素を含み、被加熱面を有する電池構造体と、１または複数の、主面と裏面とを有するシート状のヒータ、及び上記１または複数のヒータを保持する保持部材、を有し、上記電池構造体の外表面に固定して、上記電池構造体の上記被加熱面の加熱により上記発電要素を加熱するヒータユニットと、を備えるヒータ付き電池構造体であって、上記ヒータユニットは、上記１または複数のヒータの上記裏面と上記保持部材との間に介在し、少なくとも上記ヒータの厚み方向に変形可能なシート状のシート体を有し、上記シート体は、断熱性を有し、上記ヒータの厚み方向に弾性変形可能であり、上記ヒータ付き電池構造体は、上記シート体の上記厚み方向への弾性圧縮変形によって生じる弾性力により、上記１または複数のヒータの上記裏面を押圧することで、上記１または複数のヒータの上記主面全体が、上記電池構造体の上記被加熱面に密着してなるヒータ付き電池構造体である。

本発明のヒータ付き電池構造体では、ヒータユニットが、１または複数のヒータの裏面と保持部材との間に介在し、少なくともヒータの厚み方向に変形可能なシート状のシート体を有している。このため、シート体が変形して１または複数のヒータの裏面を押圧することで、１または複数のヒータの主面が、電池構造体の被加熱面に密着する。これにより、１または複数のヒータの主面と被加熱面との間に隙間が生じる虞がないので、電池構造体を、適切に加熱することができる。さらには、１または複数のヒータの熱を、被加熱面に適切に伝えることができることから、ヒータ自身（ヒータの一部または全体）が過昇温となるのを抑制することもできる。
さらに、このヒータ付き電池構造体では、ヒータの裏面側に位置するシート体が断熱性を有している。このため、ヒータの熱が裏面側から逃げにくくなり、主面から電池構造体に効率良く熱を伝えることができる。

なお、被加熱面としては、電池構造体の外表面（外表面の全体または一部）を例示することができる。この場合、シート状のヒータの主面全体を、電池構造体の外表面に密着させたヒータ付き電池構造体とするのが好ましく、具体的には、電池構造体の外表面のうちヒータが配置される配置面の全体が平面で構成されており、この平面をなす配置面に平板状のヒータを固定したヒータ付き電池構造体を例示できる。このヒータ付き電池構造体では、シート体が変形してヒータの裏面を押圧することにより、ヒータの主面全体を配置面全体に密着させることができるので、配置面全体が被加熱面となる。

また、本発明では、ヒータの主面の一部を、組電池等の電池構造体の外表面に密着させたヒータ付き電池構造体も含む。具体的には、電池構造体の外表面のうちヒータが配置される配置面が、部分的に凹部（例えば、補強のためにプレス成型してなる凹部）を有する面（凹部を除く部分は平面）で構成されており、この配置面に平板状のヒータを固定したヒータ付き電池構造体を例示できる。このヒータ付き電池構造体では、シート体が変形してヒータの裏面を押圧することにより、配置面のうち凹部を除く平面部分に、ヒータの主面の一部を密着させることができるので、配置面のうち凹部を除く平面部分が被加熱面となる。

このように、ヒータの主面の一部を被加熱面に密着させるヒータ付き電池構造体でも、シート体を有しないヒータユニットを備えるヒータ付き電池構造体に比べて、ヒータの主面のうちシート体の押圧により被加熱面に密着する部分については、被加熱面との間に隙間が生じる虞がなくなるので、少なくともその分、電池構造体の加熱効率を向上させることができる。さらには、ヒータの主面のうち少なくとも被加熱面に密着する部分については、ヒータの熱を電池構造体に適切に伝えることができることから、少なくとも被加熱面に密着する部分についてヒータ自身が過昇温となるのを防止できる点で、シート体を有しないヒータユニットを備えるヒータ付き電池構造体に比べて優れている。

さらに、本発明のヒータ付き電池構造体では、ヒータユニットが、１または複数のヒータの裏面と保持部材との間に介在し、ヒータの厚み方向に弾性変形可能なシート状のシート体を有している。このため、１または複数のヒータの主面が、シート体がヒータの厚み方向に弾性圧縮変形することによって生じる弾性力により、電池構造体の被加熱面に密着する。これにより、１または複数のヒータの主面と被加熱面との間に隙間が生じる虞がないので、電池構造体を、適切に加熱することができる。さらには、１または複数のヒータの熱を、被加熱面に適切に伝えることができることから、ヒータ自身（ヒータの一部または全体）が過昇温となるのを抑制することもできる。
さらに、上記のヒータ付き電池構造体であって、前記電池構造体は、収容ケースと、この収容ケースの内部に収容された複数の二次電池と、を有し、上記収容ケースの外表面は、前記被加熱面を含み、前記保持部材は、前記ヒータを収容する凹状の収容部と、この収容部の開口端側に位置するフランジ部と、を有し、上記フランジ部は、上記ヒータユニットを上記収容ケースの外表面に固定したとき、上記収容ケースの外表面に当接する当接面を有し、上記ヒータユニットは、上記フランジ部の上記当接面を上記収容ケースの上記外表面に当接させて、上記収容ケースの上記外表面に固定されてなり、上記ヒータユニットを上記収容ケースの外表面に固定する前の自由状態において、上記ヒータの前記主面が、上記保持部材の上記フランジ部の上記当接面よりも、上記ヒータの厚み方向に寸法ΔＬだけ外部に突出しており、上記フランジ部の上記当接面を上記収容ケースの上記外表面に当接させて、上記ヒータユニットを上記収容ケースの上記外表面に固定したとき、上記シート体が、上記ヒータの厚み方向に寸法ΔＬだけ弾性圧縮変形して、上記ヒータの上記主面全体が上記被加熱面に密着する形態を有するヒータ付き電池構造体とすると良い。

さらに、上記いずれかのヒータ付き電池構造体であって、前記保持部材は、前記ヒータユニットを、前記電池構造体に着脱可能とする構成を有するヒータ付き電池構造体とするのが好ましい。
このヒータ付き電池構造体では、保持部材が、ヒータユニットを電池構造体に着脱可能とする構成を有している。すなわち、ヒータユニットを、電池構造体に着脱可能に固定している。このため、ヒータユニットを電池構造体から容易に取り外すことができるので、ヒータユニット（ヒータ）のメンテナンス作業や交換作業等の作業性が良好となる。

さらに、上記いずれかのヒータ付き電池構造体であって、前記シート体は、前記１または複数のヒータの前記裏面の全体に接触してなるヒータ付き電池構造体とするのが好ましい。
このヒータ付き電池構造体では、シート体が、１または複数のヒータの裏面の全体に接触しているので、シート体により、１または複数のヒータの裏面全体を押圧することができる。これにより、１または複数のヒータの主面を、電池構造体の被加熱面に適切に密着させることができる。

さらに、上記いずれかのヒータ付き電池構造体であって、前記１または複数のヒータは、前記シート体に接着されてなり、上記シート体は、前記保持部材に接着されてなるヒータ付き電池構造体とするのが好ましい。
このヒータ付き電池構造体では、その構成品である、１または複数のヒータとシート体と保持部材とが、接着により一体とされている。このため、ヒータユニットのメンテナンス作業や交換作業等をする際、ヒータユニットを取り扱い易く、電池構造体への着脱等が容易となる。

次に、本発明の実施形態にかかるヒータ付き電池構造体１０ついて、図面を参照しつつ説明する。
ヒータ付き電池構造体１０は、図１及び図２に示すように、組電池５０と、第１ヒータユニット６０と、第２ヒータユニット７０とを有している。
このうち、組電池５０は、図３に示すように、第１収容部材２０及び第２収容部材３０を備える収容ケース４０と、その内部に収容された複数（本実施形態では４０ヶ）の二次電池１００とを有している。なお、本実施形態では、組電池５０が電池構造体に相当する。

二次電池１００は、図４に示すように、電池ケース１０１と、正極端子１６１と、負極端子１６２とを備える、密閉型のニッケル水素蓄電池である。電池ケース１０１は、図５に示すように、樹脂製で矩形略箱形状をなす電槽１０２と、樹脂製で矩形略板形状をなす蓋体１０３とを有している。このうち、電槽１０２は、その内部が、隔壁部１２５によって、６つの収容部１２４に区分されている。それぞれの収容部１２４内には、極板群１５０（正極板１５１、負極板１５２、セパレータ１５３）と、電解液（図示しない）とが収容されている。各収容部１２４内に収容されている極板群１５０は、それぞれ、直列に接続されている。従って、本実施形態の二次電池１００は、６つの単電池が直列に接続された電池モジュールを構成している。なお、極板群１５０と電解液（図示しない）とは、発電要素に相当する。また、蓋体１０３には、安全弁１２２が設けられている。
本実施形態では、図３に示すように、このような二次電池１００が４０ヶ、列置方向Ｘ（図３において左右方向）に一列に列置されると共に、互いに直列に接続されている。

第１収容部材２０は、図３に示すように、金属製で矩形凹状をなし、複数の二次電池１００を内部に収容する収容部２４と、この収容部２４の開口端側に位置する矩形環状の鍔部２３とを有している。第２収容部材３０は、金属製で矩形凹状をなす凹部３４と、この凹部３４の開口端側に位置する矩形環状の鍔部３３とを有している。

第２収容部材３０の鍔部３３上には、複数の二次電池１００が載置・固定されている（図３及び図４参照）。さらに、第１収容部材２０が、その鍔部２３を第２収容部材３０の鍔部３４に突き当て、収容部２４内に複数の二次電池１００を収容した状態で、取付ボルト１１により、第２収容部材３０に固定されている。
このような構成の組電池５０では、図３及び図４に示すように、第２収容部材３０の凹部３４の底部３４ｂに、複数の二次電池１００の各々と空隙Ｓを介して離間する離間部３５が含まれる。

第１ヒータユニット６０は、図６に示すように、第１ヒータ６１と、第１シート体６２と、これらを保持する第１保持部材６５と、断熱材６８とを有している。第１ヒータ６１は、第１シート体６２の主面６２ｂに接着されており、第１シート体６２は、第１保持部材６５の保持面６５ｆに接着されている。また、断熱材６８は、第１保持部材６５のうち保持面６５ｆの反対側に位置する反対面６５ｇに接着されている。従って、第１ヒータユニット６０は、その構成品である、第１ヒータ６１と第１シート体６２と第１保持部材６５と断熱材６８とが、接着により一体とされている。

このうち、第１ヒータ６１は、図８に示すように、破線で示す所定のパターンで平面に沿って延びるヒータ素子６１ｄと、ヒータ素子６１ｄの表面６１ｇ上に積層された第１絶縁樹脂層６１ｃ及びヒータ素子６１ｄの裏面６１ｈ上に積層された第２絶縁樹脂層６１ｅと、第１絶縁樹脂層６１ｃの表面６１ｊ上に積層された第１金属層６１ｂ及び第２絶縁樹脂層６１ｅの裏面６１ｋ上に積層された第２金属層６１ｆとが積層されてなる、シート状のヒータである。なお、ヒータ素子６１ｄは、ニッケル−クロム合金により形成されている。また、第１絶縁樹脂層６１ｃ及び第２絶縁樹脂層６１ｅは、ポリイミドフィルムにより形成されている。また、第１金属層６１ｂ及び第２金属層６１ｆは、アルミニウム板により形成されている。

また、第１シート体６２は、シート状の発泡ウレタンであり、第１ヒータ６１の裏面６１ｎと第１保持部材６５との間に介在している。この第１シート体６２は、第１ヒータ６１の厚み方向（図６において上下方向）に弾性変形可能とされている。
また、第１保持部材６５は、矩形凹状をなし、第１ヒータ６１を内部に収容する収容部６５ｃと、この収容部６５ｃの開口端側に位置する矩形環状のフランジ部６５ｂとを有している。このフランジ部６５ｂには、取付ボルト１２のネジ部１２ｂ（図９参照）を挿通可能とする貫通孔６５ｄが複数形成されている。

第２収容部材３０の底部３４ｂには、図９に示すように、第１ヒータユニット６０の貫通孔６５ｄに対応する位置に、取付ボルト１２のネジ部１２ｂが螺合するネジ孔３４ｃが形成されている。本実施形態では、取付ボルト１２のネジ部１２ｂを、フランジ部６５ｂの貫通孔６５ｄに挿通し、第２収容部材３０の底部３４ｂに設けられたネジ孔３４ｃに螺合させることで、第１ヒータユニット６０を、第２収容部材３０の底部３４ｂの外表面３４ｆ上に着脱可能に固定している。

このように、第１ヒータユニット６０を、収容ケース４０の外側（具体的には、第２収容部材３０の底部３４ｂの外表面３４ｆ上）に着脱可能に設けているため、組電池５０の収容ケース４０から第１ヒータユニット６０を容易に取り外すことができ、また、収容ケース４０に第１ヒータユニット６０を容易に取り付けることができる。これにより、第１ヒータ６１にかかるメンテナンス作業や交換作業等の作業性が良好となる。特に、本実施形態の第１ヒータユニット６０は、その構成品である、第１ヒータ６１と第１シート体６２と第１保持部材６５と断熱材６８とが接着により一体とされているため、取り扱い易く、組電池５０への取付作業等が容易となる。

ところで、本実施形態の第１ヒータユニット６０では、図６に示すように、組電池５０に固定する前の自由状態において、第１ヒータ６１及び第１シート体６２の厚み寸法がＬで、第１ヒータ６１が、第１保持部材６５のフランジ部６５ｂの当接面６５ｈから、寸法ΔＬだけ外部に突出している。なお、フランジ部６５ｂの当接面６５ｈは、図９に示すように、第１ヒータユニット６０を組電池５０に固定したとき、第２収容部材３０の底部３４ｂの外表面３４ｆに当接する面である。

この第１ヒータユニット６０を、前述のように、第２収容部材３０の底部３４ｂの外表面３４ｆ上に固定すると、図９に示すように、第１ヒータ６１及び第１シート体６２の厚み寸法がＬからＭにまで小さくなる（図６参照）。このとき、第１シート体６２が、第１ヒータ６１の厚み方向（図９において上下方向）に寸法ΔＬ（ΔＬ＝Ｌ−Ｍ）だけ弾性圧縮変形する（図６参照）ので、この弾性圧縮変形によって生じる弾性力により、第１ヒータ６１の主面６１ｍを、離間部３５の外表面３５ｂに密着させることができる。

特に、第１ヒータユニット６０では、第１シート体６２が、第１ヒータ６１の裏面６１ｎの全体に接触しているため、第１シート体６２の弾性力により、第１ヒータ６１の裏面６１ｎの全体を押圧することができる。従って、第１ヒータ６１の主面６１ｍを、適切に、離間部３５の外表面３５ｂに密着させることができる。これにより、第１ヒータ６１の主面６１ｍと離間部３５の外表面３５ｂとの間に隙間が生じる虞がないので、組電池５０を適切に加熱することができる。さらには、第１ヒータ６１の熱を組電池５０に適切に伝えることができることから、第１ヒータ６１自身（第１ヒータ６１の一部または全体）が過昇温となるのを防止することもできる。
なお、本実施形態では、離間部３５の外表面３５ｂが、被加熱面に相当する。

第２ヒータユニット７０は、図７に示すように、第２ヒータ７１と、第２シート体７２と、これらを保持する第２保持部材７５と、断熱材７８とを有している。第２ヒータ７１は、第２シート体７２の主面７２ｂに接着されており、第２シート体７２は、第２保持部材７５の保持面７５ｆに接着されている。また、断熱材７８は、第２保持部材７５のうち保持面７５ｆの反対側に位置する反対面７５ｇに接着されている。従って、第２ヒータユニット７０は、その構成品である、第２ヒータ７１と第２シート体７２と第２保持部材７５と断熱材７８とが、接着により一体とされている。

このうち、第２ヒータ７１は、図８にカッコ書きで示すように、破線で示す所定のパターンで平面に沿って延びるヒータ素子７１ｄと、ヒータ素子７１ｄの表面７１ｇ上に積層された第１絶縁樹脂層７１ｃ及びヒータ素子７１ｄの裏面７１ｈ上に積層された第２絶縁樹脂層７１ｅと、第１絶縁樹脂層７１ｃの表面７１ｊ上に積層された第１金属層７１ｂ及び第２絶縁樹脂層７１ｃの裏面７１ｋ上に積層された第２金属層７１ｆとが積層されてなる面状ヒータである。なお、ヒータ素子７１ｄは、ニッケル−クロム合金により形成されている。また、第１絶縁樹脂層７１ｃ及び第２絶縁樹脂層７１ｅは、ポリイミドフィルムにより形成されている。また、第１金属層７１ｂ及び第２金属層７１ｆは、アルミニウム板により形成されている。

また、第２シート体７２は、シート状の発泡ウレタンであり、第２ヒータ７１の裏面７１ｎと第２保持部材７５との間に介在している。この第２シート体７２は、第２ヒータ７１の厚み方向（図７において上下方向）に弾性変形可能とされている。
また、第２保持部材７５は、矩形凹状をなし、第２ヒータ７１を内部に収容する収容部７５ｃと、この収容部７５ｃの開口端側に位置する矩形環状のフランジ部７５ｂとを有している。このフランジ部７５ｂには、取付ボルト１２のネジ部１２ｂ（図１０参照）を挿通可能とする貫通孔７５ｄが複数形成されている。

第２収容部材３０の底部３４ｂには、図１０に示すように、第２ヒータユニット７０の貫通孔７５ｄに対応する位置に、取付ボルト１２のネジ部１２ｂが螺合するネジ孔３４ｄが形成されている。本実施形態では、取付ボルト１２のネジ部１２ｂを、フランジ部７５ｂの貫通孔７５ｄに挿通し、第２収容部材３０の底部３４ｂに設けられたネジ孔３４ｄに螺合させることで、第２ヒータユニット７０を、第２収容部材３０の底部３４ｂの外表面３４ｆに着脱可能に固定している。

このように、第２ヒータユニット７０を、収容ケース４０の外側（具体的には、第２収容部材３０の底部３４ｂの外表面３４ｆ上）に着脱可能に設けているため、組電池５０の収容ケース４０から第２ヒータユニット７０を容易に取り外すことができ、また、収容ケース４０に第２ヒータユニット７０を容易に取り付けることができる。これにより、第２ヒータ７１にかかるメンテナンス作業や交換作業等の作業性が良好となる。特に、本実施形態の第２ヒータユニット７０は、その構成品である、第２ヒータ７１と第２シート体７２と第２保持部材７５と断熱材７８とが接着により一体とされているため、取り扱い易く、組電池５０への取付作業等が容易となる。

さらに、第２ヒータユニット７０についても、第１ヒータユニット６０と同様に、図７に示すように、組電池５０に固定する前の自由状態において、第２ヒータ７１及び第２シート体７２の厚み寸法がＬで、第２ヒータ７１が、第２保持部材７５のフランジ部７５ｂの当接面７５ｈから、寸法ΔＬだけ外部に突出している。なお、フランジ部７５ｂの当接面７５ｈは、図１０に示すように、第２ヒータユニット７０を組電池５０に固定したとき、第２収容部材３０の底部３４ｂの外表面３４ｆに当接する面である。

この第２ヒータユニット７０を、前述のように、第２収容部材３０の底部３４ｂの外表面３４ｆ上に固定すると、図１０に示すように、第２ヒータ７１及び第２シート体７２の厚み寸法がＬからＭにまで小さくなる（図７参照）。このとき、第２シート体７２が、第２ヒータ７１の厚み方向（図１０において上下方向）に寸法ΔＬだけ弾性圧縮変形する（図７参照）ので、この弾性圧縮変形によって生じる弾性力により、第２ヒータ７１の主面７１ｍを、離間部３５の外表面３５ｂに密着させることができる。

特に、第２ヒータユニット７０では、第２シート体７２が、第２ヒータ７１の裏面７１ｎの全体に接触しているため、第２シート体７２の弾性力により、第２ヒータ７１の裏面７１ｎの全体を押圧することができる。従って、第２ヒータ７１の主面７１ｍを、適切に、離間部３５の外表面３５ｂに密着させることができる。これにより、第２ヒータ７１の主面７１ｍと離間部３５の外表面３５ｂとの間に隙間が生じる虞がないので、組電池５０を適切に加熱することができる。さらには、第２ヒータ７１の熱を組電池５０に適切に伝えることができることから、第２ヒータ７１自身（第２ヒータ７１の一部または全体）が過昇温となるのを防止することもできる。

なお、第１ヒータ６１及び第２ヒータ７１は、家庭用交流電源により通電発熱可能なヒータである。この第１ヒータ６１及び第２ヒータ７１は、図３に示すように、交流電源用プラグ１５に電気的に接続されている。このため、交流用電源プラグ１５を家庭用交流電源のコンセントに差し込むことにより、第１ヒータ６１及び第２ヒータ７１に電力を供給し、発熱させることができる。

次に、ヒータ付き電池構造体１０の加熱機能について、具体的に説明する。
本実施形態のヒータ付き電池構造体１０では、前述のように、第１ヒータ６１及び第２ヒータ７１が、第２収容部材３０（収容ケース４０）の離間部３５の外表面３５ｂ上に設けられている（図３参照）。このような構成とすることにより、第１ヒータ６１及び第２ヒータ７１の熱が離間部３５に伝わり、加熱された離間部３５を通じて、空隙Ｓ内の空気を加熱することができる。そして、この加熱された空気が各々の二次電池１００に接触することで、各々の二次電池１００を加熱することができる。

このような加熱手法によれば、組電池５０を構成する二次電池１００の加熱ムラを抑制し、各二次電池１００の温度のバラツキを小さくすることができる。これにより、各二次電池１００の出力特性のバラツキを小さくすることができるので、各二次電池１００を直列接続した組電池５０全体で安定した出力を得ることができる。
また、何らかの不具合により第１ヒータ６１や第２ヒータ７１が異常昇温した場合でも、第１ヒータ６１及び第２ヒータ７１と各々の二次電池１００との間に、離間部３５に加えて空隙Ｓが介在しているので、各二次電池１００が過昇温となるのを防止することもできる。

しかも、前述のように、第１シート体６２の弾性力により、第１ヒータ６１の主面６１ｍを離間部３５の外表面３５ｂに密着させると共に、第２シート体７２の弾性力により、第２ヒータ７１の主面７１ｍを離間部３５の外表面３５ｂに密着させているので、組電池５０を適切に加熱することができる。さらには、第１ヒータ６１及び第２ヒータ７１の熱を組電池５０に適切に伝えることができることから、第１ヒータ６１及び第２ヒータ７１自身が過昇温となるのを防止することもできる。

また、本実施形態の第１ヒータユニット６０では、第１ヒータ６１の裏面６１ｎ上に配置するシート体として、発泡ウレタンからなる第１シート体６２を用いている。これと同様に、第２ヒータユニット７０でも、第２ヒータ７１の裏面７１ｎ上に配置するシート体として、発泡ウレタンからなる第２シート体７２を用いている。発泡ウレタンからなる第１シート体６２及び第２シート体７２は断熱性を有しているので、第１ヒータ６１及び第２ヒータ７１の熱が裏面６１ｎ，７１ｎ側から逃げにくくなり、主面６１ｍ，７１ｍから第２収容部材３０の離間部３５に効率良く熱を伝えることができる。

さらに、本実施形態の第１ヒータユニット６０は、図６に示すように、保持部材６５の保持面６５ｆの反対側に位置する反対面６５ｇ上に、断熱材６８を備えている。これと同様に、第２ヒータユニット７０も、図７に示すように、保持部材７５のうち、第２ヒータ７１を保持する保持面７５ｆの反対側に位置する反対面７５ｇ上に、断熱材７８を備えている。このため、保持部材６５，７５の反対面６５ｇ，７５ｇ側から、第１ヒータ６１及び第２ヒータ７１の熱が外部に逃げにくくなる。
以上より、本実施形態のヒータ付き電池構造体１０では、第１ヒータ６１及び第２ヒータ７１の熱を、効率良く、収容ケース４０の離間部３５に伝えることができるので、効率良く、各々の二次電池１００を加熱することができる。

また、本実施形態のヒータ付き電池構造体１０では、図３に示すように、収容ケース４０の内部に、冷却装置９０を配置している。二次電池１００の温度が上昇して高温となった場合には、この冷却装置９０により二次電池１００を冷却することができる。具体的には、図１１に示すように、冷却装置９０を作動させると、第１収容部材２０の第１通気孔２１を通じて外気を取り込み、空隙Ｓを含む収容ケース４０の内部に冷却風（外気）を送風し、第２通気孔２２を通じて二次電池１００の熱を外部に排出することができる。これにより、各々の二次電池１００を適切に冷却することができる。特に、本実施形態では、各々の二次電池１００と通気路（空隙Ｓを含む）との間にヒータが介在していないので、各々の二次電池１００を効率良く冷却することができる。

以上において、本発明を実施形態に即して説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
例えば、実施形態では、加熱の対象となる電池構造体として、複数（実施形態では４０ヶ）の二次電池１００と、これらを収容する収容ケース４０とを有する組電池５０を例示した。しかしながら、１つの発電要素を電池ケース内に収容してなる単電池や、発電要素を収容する収容部が複数、一体成形された電池ケースを備え、それぞれの収容部内に発電要素を収容してなる電池モジュールを、電池構造体としても良い。すなわち、単電池や電池モジュール等を、ヒータにより直接加熱する形態としても良い。

また、実施形態では、二次電池１００として、発電要素を収容する６つの収容部１２４が一体成形された電池ケース１０１を備え、それぞれの収容部１２４内に発電要素を収容してなる電池モジュールを例示した。しかしながら、二次電池として、１つの発電要素を電池ケース内に収容してなる単電池を用いても良い。
また、実施形態では、樹脂製の電池ケース１０１などを備える二次電池１００を用いたが、電池ケースの材質は、樹脂に限らず、金属などの他の材質であっても良い。また、実施形態では、ニッケル水素蓄電池を用いたが、本発明は、リチウムイオン電池など他の電池（一次電池も含む）を用いた場合にも、適用することができる。

実施形態にかかるヒータ付き電池構造体１０の上面図である。 実施形態にかかるヒータ付き電池構造体１０の側面図である。 実施形態にかかるヒータ付き電池構造体１０の断面図であり、図１のＰ−Ｐ断面図に相当する。 実施形態にかかるヒータ付き電池構造体１０の断面図であり、図２のＱ−Ｑ断面図に相当する。 実施形態にかかる二次電池１００の断面図である。 第１ヒータユニット６０の断面図である。 第２ヒータユニット７０の断面図である。 第１ヒータ６１（第２ヒータ７１）の斜視断面図である。 ヒータ付き電池構造体１０のうち、第１ヒータユニット６０及びその付近の拡大断面図である。 ヒータ付き電池構造体１０のうち、第２ヒータユニット７０及びその付近の拡大断面図である。 ヒータ付き電池構造体１０の冷却機能を説明する説明図であり、図１のＰ−Ｐ断面図に相当する。

符号の説明

１０ ヒータ付き電池構造体
２０ 第１収容部材（収容ケース）
３０ 第２収容部材（収容ケース）
３５ 離間部
３５ｂ 離間部３５の外表面（被加熱面）
４０ 収容ケース
５０ 組電池（電池構造体）
６０ 第１ヒータユニット
６１ 第１ヒータ
６２ 第１シート体
６５ 第１保持部材
７０ 第２ヒータユニット
７１ 第２ヒータ
７２ 第２シート体
７５ 第２保持部材
９０ 冷却装置
１００ 二次電池
１０１ 電池ケース

Claims (8)

1. １または複数の、主面と裏面とを有するシート状のヒータと、
   上記１または複数のヒータを保持する保持部材と、を備え、
   発電要素を含む電池構造体の外表面に固定して、上記電池構造体の被加熱面の加熱により上記発電要素を加熱する
   ヒータユニットであって、
   上記１または複数のヒータの上記裏面と上記保持部材との間に介在し、少なくとも上記ヒータの厚み方向に変形可能なシート状のシート体を備え、
   上記シート体は、
   断熱性を有し、
   上記ヒータの厚み方向に弾性変形可能であり、
   上記ヒータユニットを上記電池構造体の外表面に固定したとき、上記シート体の上記厚み方向への弾性圧縮変形によって生じる弾性力により、上記１または複数のヒータの上記裏面を押圧し、上記１または複数のヒータの上記主面全体を上記電池構造体の上記被加熱面に密着させる形態を有してなる
   ヒータユニット。
2. 請求項１に記載のヒータユニットであって、
   前記電池構造体は、
   収容ケースと、この収容ケースの内部に収容された複数の二次電池と、を有し、
   上記収容ケースの外表面は、前記被加熱面を含み、
   前記保持部材は、
   前記ヒータを収容する凹状の収容部と、この収容部の開口端側に位置するフランジ部と、を有し、
   上記フランジ部は、上記ヒータユニットを上記収容ケースの外表面に固定したとき、上記収容ケースの外表面に当接する当接面を有し、
   上記ヒータユニットを上記収容ケースの外表面に固定する前の自由状態において、上記ヒータの前記主面が、上記保持部材の上記フランジ部の上記当接面よりも、上記ヒータの厚み方向に寸法ΔＬだけ外部に突出しており、上記フランジ部の上記当接面を上記収容ケースの上記外表面に当接させて、上記ヒータユニットを上記収容ケースの上記外表面に固定したとき、上記シート体が、上記ヒータの厚み方向に寸法ΔＬだけ弾性圧縮変形して、上記ヒータの上記主面全体が上記被加熱面に密着する形態を有する
   ヒータユニット。
3. 請求項１または請求項２に記載のヒータユニットであって、
   前記保持部材は、前記ヒータユニットを、前記電池構造体に着脱可能とする構成を有する
   ヒータユニット。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のヒータユニットであって、
   前記シート体は、前記１または複数のヒータの前記裏面の全体に配置されてなる
   ヒータユニット。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のヒータユニットであって、
   前記１または複数のヒータは、前記シート体に接着されてなり、
   上記シート体は、前記保持部材に接着されてなる
   ヒータユニット。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載のヒータユニットと、
   前記発電要素を含み、前記被加熱面を有する前記電池構造体と、を備え、
   前記シート体の前記厚み方向への弾性圧縮変形によって生じる弾性力により、前記１または複数のヒータの前記裏面を押圧することで、上記１または複数のヒータの上記主面全体が、上記電池構造体の上記被加熱面に密着してなる
   ヒータ付き電池構造体。
7. 発電要素を含み、被加熱面を有する電池構造体と、
   １または複数の、主面と裏面とを有するシート状のヒータ、及び
   上記１または複数のヒータを保持する保持部材、を有し、
   上記電池構造体の外表面に固定して、上記電池構造体の上記被加熱面の加熱により上記発電要素を加熱する
   ヒータユニットと、を備える
   ヒータ付き電池構造体であって、
   上記ヒータユニットは、
   上記１または複数のヒータの上記裏面と上記保持部材との間に介在し、少なくとも上記ヒータの厚み方向に変形可能なシート状のシート体を有し、
   上記シート体は、
   断熱性を有し、
   上記ヒータの厚み方向に弾性変形可能であり、
   上記ヒータ付き電池構造体は、
   上記シート体の上記厚み方向への弾性圧縮変形によって生じる弾性力により、上記１または複数のヒータの上記裏面を押圧することで、上記１または複数のヒータの上記主面全体が、上記電池構造体の上記被加熱面に密着してなる
   ヒータ付き電池構造体。
8. 請求項７に記載のヒータ付き電池構造体であって、
   前記電池構造体は、
   収容ケースと、この収容ケースの内部に収容された複数の二次電池と、を有し、
   上記収容ケースの外表面は、前記被加熱面を含み、
   前記保持部材は、
   前記ヒータを収容する凹状の収容部と、この収容部の開口端側に位置するフランジ部と、を有し、
   上記フランジ部は、上記ヒータユニットを上記収容ケースの外表面に固定したとき、上記収容ケースの外表面に当接する当接面を有し、
   上記ヒータユニットは、
   上記フランジ部の上記当接面を上記収容ケースの上記外表面に当接させて、上記収容ケースの上記外表面に固定されてなり、
   上記ヒータユニットを上記収容ケースの外表面に固定する前の自由状態において、上記ヒータの前記主面が、上記保持部材の上記フランジ部の上記当接面よりも、上記ヒータの厚み方向に寸法ΔＬだけ外部に突出しており、上記フランジ部の上記当接面を上記収容ケースの上記外表面に当接させて、上記ヒータユニットを上記収容ケースの上記外表面に固定したとき、上記シート体が、上記ヒータの厚み方向に寸法ΔＬだけ弾性圧縮変形して、上記ヒータの上記主面全体が上記被加熱面に密着する形態を有する
   ヒータ付き電池構造体。

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