JP2002260745A

JP2002260745A - 電池

Info

Publication number: JP2002260745A
Application number: JP2001051635A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Konishi; 大助小西
Original assignee: Japan Storage Battery Co Ltd
Current assignee: Japan Storage Battery Co Ltd
Priority date: 2001-02-27
Filing date: 2001-02-27
Publication date: 2002-09-13

Abstract

(57)【要約】【課題】端子台９や接続かん１５を加温することによ
り、発電要素３内部を迅速かつ均一に温めることができ
る電池を提供する。【解決手段】非水電解質二次電池１の電池ケース２の
蓋板２ｂの外部に突出した端子棒５に接続固定された端
子台９、又は、この端子台９に接続固定された接続かん
１５にネジ固定式抵抗器１０やメタルクラッド抵抗器１
６を取り付けた構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、非水電解質二次電
池等のように、温度が下がると急激に出力特性が低下す
る電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気自動車等に用いられる大型の非水電
解質二次電池１の構成例を図７に示す。この非水電解質
二次電池１は、金属製の電池ケース２の方形箱状の電池
缶２ａの内部に、長円筒形に巻回した巻回型の発電要素
３を４個収納したものである。各発電要素３の正負の電
極は、巻回軸に沿って互いに逆方向にずらして巻回する
ことにより、この発電要素３の長円筒形の両端面から突
出させている。そして、４個の発電要素３の両端部に配
置した、波板状の金属板からなる集電接続板４の凹部
に、これら各発電要素３の正負の電極を挟み込んで超音
波溶接等により接続固定している。集電接続板４は、中
央上端部に接続固定された金属製の端子棒５を介して、
非水電解質二次電池１の正負の端子にそれぞれ接続され
ることになる。従って、これらの端子棒５の上端部は、
電池缶２ａの上端開口部に封着される蓋板２ｂを貫通し
て外部に突出する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記非水電
解質二次電池１は、電池の温度が下がると、急激に出力
特性が低下し、大電流を放電することができないように
なる。このため、非水電解質二次電池１を電気自動車に
用いると、気温が氷点下まで下がったような寒い冬の朝
に車を動かそうとしたときに、始動性能が悪くなるため
に、放電による発熱やモータの駆動による発熱によって
電池が温まるまでは、速いスピードが出せないという問
題が発生していた。

【０００４】また、上記問題を解消するために、図８に
示すように、非水電解質二次電池１をヒータ板６の上に
設置したり、図９に示すように、各非水電解質二次電池
１の電池ケース２の側面にシート状のヒータ材７を巻き
付けて設置し、これらのヒータ板６やヒータ材７に通電
を行うことにより非水電解質二次電池１を温める方法も
従来から提案されている。しかしながら、これらのヒー
タ板６やヒータ材７は、非水電解質二次電池１を、電池
ケース２の外部から温めるので、絶縁材を介して収納さ
れた発電要素３の内部が温まるまでに長時間を要すると
いう問題がある。また、発電要素３は、正負の電極がセ
パレータを介して幾重にも重ねて巻回されたものである
ため、巻回の半径方向への熱伝導が悪くなる。このた
め、電池ケース２の外部から温めると、発電要素３の外
周側に配置された電極の方が先に温まるので、この外周
側の電極の電流密度だけが高くなり劣化が早くなるた
め、非水電解質二次電池１の寿命が短くなるという問題
も生じる。

【０００５】なお、上記問題は、巻回型の発電要素３に
限らず、積層型の発電要素を用いた場合も同様である。
また、非水電解質二次電池１に限らず、鉛蓄電池等の他
の種類の電池の場合にも、一般に温度が下がると出力特
性は低下し、特に水溶液電解質は凍結のおそれもあるの
で、同様の問題が発生する。

【０００６】本発明は、かかる事情に対処するためにな
されたものであり、端子や接続かんを加温することによ
り、発電要素内部を迅速かつ均一に温めることができる
電池を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の電池は、電池
ケースの外部に突出した端子、又は、この端子の接続か
んに、発熱体を取り付けたことを特徴とする。

【０００８】請求項１の発明によれば、発熱体の発熱に
よって端子や接続かんが加温されるので、この熱が直接
又は金属製の集電接続体等を介して発電要素の電極に円
滑に伝わり、この発電要素の内部を迅速かつ均一に温め
ることができるようになる。従って、外気温が低いよう
な場合でも、電池の出力特性を速やかに向上させること
ができると共に、発電要素内部の温度のばらつきによっ
て電極の一部だけが劣化するようなおそれもなくなる。

【０００９】請求項２の電池は、前記発熱体が、当該電
池から電源を供給することによって電熱により発熱する
ものであることを特徴とする。

【００１０】請求項２の発明によれば、発熱体が加温を
行う電池自体から電源の供給を受けるので、この発熱体
用に別の電池を用意したり、外部電源に接続する必要が
なくなる。例えば、走行中の電気自動車等の場合には、
外部から電源を供給することができないので、加温する
電池自体から電源の供給を受けるのが一般的である。

【００１１】請求項３の電池は、前記発熱体が、外部か
ら電源を供給することによって電熱により発熱するもの
であることを特徴とする。

【００１２】請求項３の発明によれば、発熱体が加温を
行う電池からではなく、外部から電源の供給を受けるの
で、この電池自体の電力の消耗を考慮することなく、発
熱体による加温を行うことができるようになる。例え
ば、電気自動車等の場合であっても、車庫に駐車中のと
きには、外部から発熱体に電源を供給することができ
る。

【００１３】請求項４の電池は、前記発熱体が、タイマ
によって発熱を制御されることを特徴とする。

【００１４】請求項４の発明によれば、タイマによって
指定された時刻になると電池を加温したり、指定された
時間間隔で電池を加温することができるので、実際に電
池を使用する前に予め温めておくことにより、始動特性
を最初から高めることができるようになる。

【００１５】請求項５の電池は、当該電池の温度又は当
該電池の環境温度を計測する温度センサと、この温度セ
ンサが計測した温度に基づいて発熱体の発熱を制御する
加温制御装置とを備えたことを特徴とする。

【００１６】なお、ここで「電池の温度」とは、電池ケ
ースの表面温度又は電池の内部温度を意味し、「電池の
環境温度」とは、電池が設置されている区画又は空間の
大気の温度を意味する。

【００１７】請求項５の発明によれば、実際に温度が低
下した場合にのみ、発熱体を発熱させて電池を加温する
ので、外気温が高いときや電池の放電等に伴ってこの電
池自体や周囲が温まって来たようなときにまで無駄に加
温するようなことがなくなる。また、温度がどの程度下
がったかによって、発熱体の発熱量を制御することもで
きる。なお、このような加温制御は、操作によって主ス
イッチが投入された場合にのみ実行されるようにした
り、請求項４のタイマによる制御と組み合わせることに
より、電池が全く使用されないような時にまで加温する
無駄をなくすことができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。

【００１９】図１〜図６は本発明の一実施形態を示すも
のであって、図１は端子台にネジ固定式抵抗器を取り付
けた非水電解質二次電池の斜視図、図２は非水電解質二
次電池の端子台に取り付けられたネジ固定式抵抗器の制
御回路にフォトカプラを使用した例を示す回路ブロック
図、図３は非水電解質二次電池の端子台に取り付けられ
たネジ固定式抵抗器の制御回路にフォトＭＯＳＦＥＴを
使用した例を示す回路ブロック図、図４は非水電解質二
次電池の端子台に取り付けられたネジ固定式抵抗器の制
御回路にリレーを使用した例を示す回路ブロック図、図
５は非水電解質二次電池の端子台に取り付けられたネジ
固定式抵抗器の制御回路にトランジスタを使用した例を
示す回路ブロック図、図６は接続かんにネジ固定式抵抗
器を取り付けた非水電解質二次電池の組電池の斜視図で
ある。なお、図７〜図９に示した従来例と同様の機能を
有する構成部材には同じ番号を付記する。

【００２０】本実施形態は、従来例と同様に、電気自動
車等に用いられる大型の非水電解質二次電池１について
説明する。図１に示すように、この非水電解質二次電池
１の電池ケース２は、従来例と同様の電池缶２ａと蓋板
２ｂとによって構成され、内部に図７に示した４個の発
電要素３が収納されている。そして、蓋板２ｂの両端部
からは、これらの発電要素３の正負の電極に集電接続板
４を介して接続された端子棒５の上端部がそれぞれ突出
している。これらの端子棒５の上端部は、蓋板２ｂに形
成された貫通孔を通して電池ケース２の内部から突出す
ると共に、この蓋板２ｂとの間を絶縁封止されて固定さ
れている。このようにして蓋板２ｂ上に突出した端子棒
５の上端部は、それぞれ絶縁板８を介して端子台９を貫
通し、この端子台９にかしめによって接続固定されてい
る。端子台９は、金属板の一端部に端子棒５の上端部を
貫通させてかしめるための貫通孔が形成されると共に、
他端部に、上方に向けて突出するボルト９ａをナット９
ｂで接続固定したものである。そして、端子棒５の上端
部、端子台９、ボルト９ａ及びナット９ｂを合わせたも
のが非水電解質二次電池１の、電池ケース２外部に突出
した端子である。

【００２１】上記正負の端子台９の金属板上には、それ
ぞれネジ固定式抵抗器１０がネジによって固着されてい
る。ネジ固定式抵抗器１０は、ヒートシンクにネジで取
り付けて放熱を図ることにより大きな電流を流すことの
できる抵抗器であり、ここでは、ヒートシンクに代えて
端子台９に取り付けて電流を流すことにより、電熱によ
る小型の発熱体として利用している。端子台９がネジ固
定式抵抗器１０の発熱によって温められると、この熱が
端子棒５と集電接続板４を介して直ちに発電要素３の電
極に伝えられる。つまり、端子台９と端子棒５と集電接
続板４と発電要素３の電極の集電基材である金属箔と
は、いずれも熱伝導性のよい金属からなり、電気抵抗を
小さくするためにかしめや溶接によって互いに広い面積
で接続固定されているので、これらの間の熱伝導も円滑
に行われる。また、発電要素３の電極は、集電効率を高
めるために、巻回の内外周の金属箔が共に集電接続板４
に接続固定されるので、これらの金属箔に伝わった熱が
発電要素３の内部をムラなく温めることができる。これ
に対して、従来のように、非水電解質二次電池１を電池
ケース２の外部から加温すると、この電池ケース２と発
電要素３との間に配置した絶縁材によって熱伝導が妨げ
られるだけでなく、発電要素３に達した熱が巻回の外周
部の電極に伝わっても、層状に重なったセパレータに遮
られて中心部に達するまでに長い時間を要するようにな
るので、発電要素３の内部をムラなく温めることができ
ない。

【００２２】上記ネジ固定式抵抗器１０は、図２に示す
ように、フォトカプラ１１を介して電源１２に接続され
ている。本実施形態では、電源１２として非水電解質二
次電池１自体を用いる。フォトカプラ１１は、発光ダイ
オードとフォトトランジスタを組み合わせたスイッチン
グ素子であり、加温制御回路１３からの制御信号によっ
て電源１２からネジ固定式抵抗器１０への通電のＯＮ／
ＯＦＦを切り換えるようになっている。ただし、ネジ固
定式抵抗器１０の通電の制御には、このようなフォトカ
プラ１１以外の制御素子を用いることもできる。その例
として、図３に示したフォトＭＯＳＦＥＴ１７や、図４
に示した、メカニカルにＯＮ／ＯＦＦするリレー１８等
がある。また、電源１２と加温制御回路１３とを絶縁す
る必要がない場合には、図５に示したように、トランジ
スタ１９を用いて直接ＯＮ／ＯＦＦすることも可能であ
る。なお、図示していないが、加温制御回路１３の電源
も、ここでは非水電解質二次電池１を用いている。

【００２３】上記加温制御回路１３は、本実施形態で
は、サーミスタ１４によって検出した温度に応じて、ネ
ジ固定式抵抗器１０への通電のＯＮ／ＯＦＦを制御す
る。サーミスタ１４は、図１に示すように、電池缶２ａ
の外側面に貼り付けて配置することにより、ネジ固定式
抵抗器１０の発熱の影響をできるだけ受けることなく、
非水電解質二次電池１の温度を計測するようになってい
る。即ち、加温制御回路１３は、このサーミスタ１４に
よって計測した非水電解質二次電池１の温度が所定値以
下になっていた場合に、フォトカプラ１１をＯＮにし
て、電源１２からネジ固定式抵抗器１０に通電を行い発
熱させる。そして、このネジ固定式抵抗器１０の発熱に
より非水電解質二次電池１が温まりサーミスタ１４の計
測した温度が所定値を超えると、フォトカプラ１１をＯ
ＦＦにしてネジ固定式抵抗器１０の発熱を停止させる。
従って、この非水電解質二次電池１を電気自動車に用い
た場合、例えば気温が氷点下まで下がったような時にこ
の車のイグニッションを入れると、加温制御回路１３に
非水電解質二次電池１からの電源が投入されて、サーミ
スタ１４による温度の計測が行われ、この温度が所定値
以下であることから、ネジ固定式抵抗器１０に通電を行
って発熱させる。このため、非水電解質二次電池１は、
イグニッションが入ると同時に温められるので、直ぐに
温度が上昇して本来の出力特性に戻り、始動性能を向上
させることができるようになる。なお、加温制御回路１
３がこのように閉ループによる加温制御を行う場合に
は、非水電解質二次電池１の内部の温度変化をできるだ
け正確に計測する必要があるので、サーミスタ１４を電
池ケース２の外部ではなく内部に配置する方がより好ま
しい。また、温度の計測には、サーミスタ１４に代えて
熱伝対等の他の感温素子を用いることもできる。

【００２４】上記構成によれば、電気自動車のイグニッ
ション等の主スイッチが投入されると、その時の非水電
解質二次電池１の温度が低い場合に、ネジ固定式抵抗器
１０に通電を行って、この非水電解質二次電池１の発電
要素３の内部を迅速に温めることができるので、電気自
動車等の始動性能が悪くなるのを防止することができ
る。また、非水電解質二次電池１の発電要素３は、内部
から均一に温められるので、温度のばらつきによって電
極の一部だけが劣化して寿命が短くなるようなおそれも
なくなる。

【００２５】なお、上記実施形態では、非水電解質二次
電池１が所定温度以上になるように、加温制御回路１３
が閉ループによって加温制御を行う場合について説明し
たが、開ループによる加温制御を行うこともできる。開
ループによる加温制御の場合にも、サーミスタ１４が計
測した温度が所定値以下の場合にネジ固定式抵抗器１０
に通電を行うことになるが、実際の非水電解質二次電池
１の温度上昇に関わりなく、タイマによって所定時間経
過後にこの通電を停止したり、非水電解質二次電池１の
周囲の環境温度がモータの駆動等によって上昇すること
により停止させるようにすることができる。従って、こ
のような開ループの加温制御では、サーミスタ１４は、
必ずしも非水電解質二次電池１の温度を計測する必要は
なく、この非水電解質二次電池１の周囲の環境温度を計
測するようにしてもよい。

【００２６】また、上記実施形態では、加温制御回路１
３がネジ固定式抵抗器１０への通電をフォトカプラ１１
によってＯＮ／ＯＦＦ制御する場合について説明した
が、サーミスタ１４が計測した温度に応じて、ネジ固定
式抵抗器１０に通電する電力の大小を制御したり、通電
時間等を変えることにより、発熱量を段階的に又は無段
階に制御することもできる。

【００２７】また、上記実施形態では、加温制御回路１
３がサーミスタ１４の計測した温度に応じてネジ固定式
抵抗器１０への通電を制御する場合について説明した
が、温度とは関わりなく、タイマの時間設定によってネ
ジ固定式抵抗器１０への通電を制御することもできる。
例えば電気自動車で通勤するドライバーの場合には、冬
季の期間、通勤に出掛ける時刻の少し前の一定時間だけ
ネジ固定式抵抗器１０に通電を行うようにタイマを設定
しておけば、この車に乗り込む前に予め非水電解質二次
電池１を温めておくことができる。電気自動車の停車中
に、所定の時間間隔でネジ固定式抵抗器１０に通電を行
うようにタイマを設定した場合には、この車を使う時刻
が不定の場合にも、非水電解質二次電池１が冷えすぎる
のを防止することができる。

【００２８】また、上記実施形態のようにサーミスタ１
４や加温制御回路１３を用いることなく、操作によって
ネジ固定式抵抗器１０への通電を制御することもでき
る。例えば電気自動車の場合であれば、ドライバーがこ
の車の始動前にその時の気温に応じて、又は、始動後の
車の動作状態に応じて、ネジ固定式抵抗器１０への通電
を行うスイッチを手動でＯＮにすれば、速やかに始動特
性を向上させることができるようになる。この場合、ネ
ジ固定式抵抗器１０の通電スイッチは、手動でＯＦＦに
戻す他、タイマ等によって自動的にＯＦＦに戻るように
することもできる。

【００２９】また、上記実施形態では、ネジ固定式抵抗
器１０の電源１２として非水電解質二次電池１自体から
供給を受ける場合について説明したが、他の電池や発電
装置を電源としたり、外部の電源を用いることもでき
る。外部の電源を用いる場合には、加温による非水電解
質二次電池１の電力の消耗を考慮する必要がないので、
用途に応じた最適な加温制御を行うことができるように
なる。例えば電気自動車の場合であれば、車庫に駐車中
には、非水電解質二次電池１が所定温度以下に低下しな
いように常時加温制御をすることにより、何時車を使用
する必要が生じても、始動特性を良好な状態に保つこと
ができる。

【００３０】また、上記実施形態では、非水電解質二次
電池１の各端子台９にそれぞれネジ固定式抵抗器１０を
取り付ける場合について説明したが、電気自動車等に用
いられる場合には、図６に示すように、複数個の非水電
解質二次電池１が並べて配置されるのが一般的であり、
それぞれの正負の端子台９のボルト９ａ間を接続かん１
５で接続することにより相互に配線接続されので、この
ような接続かん１５にネジ固定式抵抗器１０を取り付け
ることもできる。ただし、図６では、ネジ固定式抵抗器
１０に代えて、接続かん１５にメタルクラッド抵抗器１
６を取り付けた場合を示す。メタルクラッド抵抗器１６
も、ヒートシンクを取り付けて放熱を図ることにより大
きな電流を流すことのできる抵抗器であり、ここでも、
ヒートシンクに代えて接続かん１５に取り付けて電流を
流すことにより、電熱による発熱体として利用してい
る。接続かん１５は、端子台９に比べれば取り付けスペ
ースを大きくできるので、ネジ固定式抵抗器１０よりも
大容量で大型のこのメタルクラッド抵抗器１６を用いて
いる。この場合にも、メタルクラッド抵抗器１６が発し
た熱が接続かん１５を介して速やかに両端部の端子台９
に伝わるので、非水電解質二次電池１の内部を迅速かつ
均一に温めることができるようになる。もっとも、この
ように接続かん１５にメタルクラッド抵抗器１６を取り
付けた場合にも、図６に示すように、これらの接続かん
１５が接続されない両端の正負の端子台９には、ネジ固
定式抵抗器１０等の発熱体を取り付けておくことが好ま
しい。また、接続かん１５が接続された端子台９に、ネ
ジ固定式抵抗器１０等の発熱体を取り付けてもよい。

【００３１】ところで、図６では、非水電解質二次電池
１の端子となる端子台９のボルト９ａにナット９ｂで接
続固定される接続かん１５を用いたが、端子間を接続す
るものであれば、どのような接続かんを用いてもよい。
また、ネジ固定式抵抗器１０等の発熱体は、端子間を接
続する接続かんに限らず、これを接続固定するためのナ
ット９ｂ等の接続かんに取り付けることもできる。

【００３２】また、上記実施形態では、発熱体としてネ
ジ固定式抵抗器１０やメタルクラッド抵抗器１６のよう
な抵抗器を用いる場合について説明したが、当然のこと
ながら、本来電熱による熱源として用いられるヒータ等
の発熱体を用いることもできる。さらに、電熱以外の手
段によって発熱する発熱体や、電気以外のエネルギーで
発熱する発熱体を用いることもでき、加熱した熱媒体を
供給することにより発熱する発熱体を用いることもでき
る。

【００３３】また、上記実施形態では、非水電解質二次
電池１の端子を構成する端子台９が端子棒５と集電接続
板４を介して発電要素３の電極に接続される場合につい
て説明したが、リード材等を介して接続されていてもよ
く、端子が直接電極に接続されていてもよい。さらに、
上記実施形態では、箱型の電池ケース２に巻回型の発電
要素３を４個収納した非水電解質二次電池１について説
明したが、本発明では、電池ケース２の形状は特に限定
されず、収納する発電要素３の個数も限定されない。さ
らに、この発電要素３は、巻回型に限らず、積層型の場
合にも、電極の積層方向には熱が伝わり難い事情は同じ
であるため、本発明を実施することにより同様の効果を
得ることができる。さらに、上記実施形態では、非水電
解質二次電池１について説明したが、鉛蓄電池等のよう
に、温度が下がると出力特性が低下する他の種類の電池
にも同様に実施可能である。

【００３４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の電池によれば、端子や接続かんに取り付けられた発熱
体の発熱によって発電要素の内部を迅速かつ均一に温め
ることができるので、温度が低い場合にも電池の出力特
性を速やかに向上させることができるようになる。ま
た、発電要素内部の一部だけが温められることによっ
て、電極の一部の劣化が早まり電池の寿命が短くなるよ
うなおそれもなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示すものであって、端子
台にネジ固定式抵抗器を取り付けた非水電解質二次電池
の斜視図である。

【図２】本発明の一実施形態を示すものであって、非水
電解質二次電池の端子台に取り付けられたネジ固定式抵
抗器の制御回路にフォトカプラを使用した例を示す回路
ブロック図である。

【図３】本発明の一実施形態を示すものであって、非水
電解質二次電池の端子台に取り付けられたネジ固定式抵
抗器の制御回路にフォトＭＯＳＦＥＴを使用した例を示
す回路ブロック図である。

【図４】本発明の一実施形態を示すものであって、非水
電解質二次電池の端子台に取り付けられたネジ固定式抵
抗器の制御回路にリレーを使用した例を示す回路ブロッ
ク図である。

【図５】本発明の一実施形態を示すものであって、非水
電解質二次電池の端子台に取り付けられたネジ固定式抵
抗器の制御回路にトランジスタを使用した例を示す回路
ブロック図である。

【図６】本発明の一実施形態を示すものであって、接続
かんにネジ固定式抵抗器を取り付けた非水電解質二次電
池の組電池の斜視図である。

【図７】従来例を示すものであって、非水電解質二次電
池の構造を示す分解斜視図である。

【図８】従来例を示すものであって、ヒータ板の上に設
置した非水電解質二次電池の斜視図である。

【図９】従来例を示すものであって、ヒータ材を側面に
巻き付けた非水電解質二次電池の斜視図である。

【符号の説明】

１非水電解質二次電池２電池ケース３発電要素４集電接続板５端子棒９端子台９ａボルト９ｂナット１０ネジ固定式抵抗器１３加温制御回路１４サーミスタ１５接続かん１６メタルクラッド抵抗器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電池ケースの外部に突出した端子、又
は、接続かんに、発熱体を取り付けたことを特徴とする
電池。
【請求項２】前記発熱体が、当該電池から電源を供給
することによって電熱により発熱するものであることを
特徴とする請求項１に記載の電池。
【請求項３】前記発熱体が、外部から電源を供給する
ことによって電熱により発熱するものであることを特徴
とする請求項１に記載の電池。
【請求項４】前記発熱体が、タイマによって発熱を制
御されることを特徴とする請求項１，２又は３に記載の
電池。
【請求項５】当該電池の温度又は当該電池の環境温度
を計測する温度センサと、この温度センサが計測した温
度に基づいて発熱体の発熱を制御する加温制御装置とを
備えたことを特徴とする請求項１，２，３又は４に記載
の電池。