JP2014030340A - 蓄電ユニット及び太陽光発電ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】低温から高温にわたる広い温度範囲において動作することが可能な蓄電ユニットを得る。
【解決手段】蓄電装置と、当該蓄電装置に隣接して設置されるヒータと、当該蓄電装置及び当該ヒータの少なくとも一方に隣接して配置され、当該蓄電装置及び当該ヒータの少なくとも一方の温度を検知する温度センサと、当該蓄電装置の温度が第１の温度より低い場合は、当該蓄電装置の充電を行わず、当該ヒータにより当該蓄電装置を加熱する制御を行い、当該蓄電装置の温度が当該第１の温度以上の場合は、当該ヒータによる当該蓄電装置の加熱を行わず、当該蓄電装置を充電する制御を行う制御回路と、を有する蓄電ユニットに関する。
【選択図】図２

Description

本願は蓄電ユニット及び太陽光発電ユニットに関する。

近年、携帯電話やスマートフォンに代表される携帯端末或いは、電気自動車などのモータの電源として、リチウム二次電池のような蓄電装置が広く利用されている（特許文献１参照）。

特開２００６−２６９４２６号公報

このような携帯端末や電気自動車等は、低温から高温にわたる広い温度範囲で使用される。このため、これらに搭載される蓄電装置には、広い温度範囲で電池特性が十分に発揮できることが要求される。

例えば、現在広く普及しているリチウム二次電池は、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ_２）やリン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ_４）などの活物質を含む正極と、リチウムイオンの吸蔵・放出が可能な黒鉛等の炭素材料からなる負極と、エチレンカルボナートやジエチルカルボナートなどの有機溶媒に、ＬｉＢＦ_４やＬｉＰＦ_６等のリチウム塩からなる溶質を溶解させた非水電解液などにより構成される。

しかし、このような蓄電装置、特に負極の活物質に黒鉛等の炭素材料を用いた蓄電装置では、低温では負極の電気抵抗が増加するため、負極電位が低下する。充電時に電極電位が負になると炭素材料にデンドライト状リチウム（以下、デンドライトと記す）が形成され、電極間の短絡や、活物質の剥離による不可逆容量の形成等の問題が生じる。このため、デンドライトが形成されない電極電位で充電する必要があるが、その場合には、負極の抵抗増大に応じたより低い電流値による充電が必要となるため、高速に充電することができないという問題点がある。

負極に炭素材料を用い、電解液の溶媒としてエチレンカルボナートを用いたリチウム電池では、充電及び放電時に溶媒が還元分解され、負極活物質表面に不動態被膜が形成される。不動態被膜が形成されると、電解液のさらなる還元分解が抑制されるため、リチウムイオンの挿入が優先的に生じる。このため、蓄電装置が安定して動作することができる。

しかしながら、負極活物質表面に不動態被膜が形成された蓄電装置を高温で充電すると不動態被膜が破壊され、蓄電装置の安全性を損なうという問題点がある。

また、非水溶媒を電解液として有する蓄電装置を高温で充電すると、蓄電装置が発火する恐れがある。

以上に鑑みて、開示される発明の一態様では、低温から高温にわたる広い温度範囲において安全に動作することが可能な蓄電ユニットを得ることを課題の一とする。

開示される発明の一態様は、蓄電装置に隣接してヒータが設置され、当該ヒータで蓄電装置を加熱する蓄電ユニットである。

蓄電ユニットはさらに、蓄電装置に隣接して配置され、蓄電装置の温度を検知する温度センサと、温度センサが検知した蓄電装置の温度の情報が入力される制御回路を有し、制御回路は当該ヒータのオン及びオフを制御する。

蓄電装置を充電する際、蓄電装置の温度が所定の温度（第１の温度Ｔ１とする）よりも低い場合は、制御回路は蓄電装置の充電を禁止し、ヒータにより蓄電装置を加熱する。

第１の温度より低い温度とは、例えば、上記デンドライトが形成されてしまう温度である。このような低い温度では充電を禁止することで、電極間の短絡や、活物質の剥離による不可逆容量の形成等の問題を回避することができる。また、負極の抵抗が増大せず、高速に充電することが可能となる。

蓄電装置を充電する際、蓄電装置の温度が第１の温度以上である場合は、制御回路はヒータによる蓄電装置の加熱を行わず、蓄電装置の充電を許容する。

なお、制御回路は、蓄電装置の温度に関わらず、蓄電装置の放電を許容する構成とする。

ヒータとして、例えばＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）サーミスタを用いることができる。サーミスタとは温度変化に対して電気抵抗の変化が大きい抵抗体であり、ＰＴＣサーミスタは所定の温度（キュリー温度（キュリー点ともいう）Ｔｃ）以上で電気抵抗が急増する正の温度係数を有するサーミスタである。またＰＴＣサーミスタは、電流を流すと自己発熱により抵抗が増大し、電流が流れにくくなる。このような正の温度係数を有するＰＴＣサーミスタは、ＢａＴｉＯ_３に微量の希土類を添加する等によって作製することができる。

ヒータとしてＰＴＣサーミスタを用いる場合は、キュリー温度Ｔｃを第１の温度として設定し、ＰＴＣサーミスタのスイッチング機能を利用してヒータのオン及びオフを切り替えることもできる。この場合、温度センサは必ずしも必要ではない。従って、温度センサを持たない構成も開示される発明の一態様である。

ここで、ＰＴＣサーミスタはキュリー温度Ｔｃが０℃以上１０℃以下のものを用いるとよい。具体的には、例えば概略５℃とするとよい。

またヒータとして、温度によらず抵抗がほぼ一定のヒータを用いてもよい。

蓄電装置を充電する際、定電圧充電は行わず、定電流充電のみを行うことが好ましい。定電圧充電を高温（例えば６０℃以上）で行うと、充電時間が長くなってしまい、電解液が劣化するからである。

また制御回路は、蓄電装置の温度が第１の温度よりも高い第２の温度Ｔ２となった場合、電解液の劣化や蓄電装置の破壊等を防ぐために、充電を禁止する構成としてもよい。第２の温度は使用者が決定すればよい。例えば、充電によって不動態被膜が破壊される温度や、蓄電装置が発火する温度とすることができる。

以上により、最適な温度範囲で蓄電装置の充電を行うことができ、蓄電装置の破壊、異常動作、容量の低下を抑制することができる。

開示される発明の一態様において、蓄電装置は負極の活物質に炭素材料が用いられたリチウム二次電池であることを特徴とする。

開示される発明の一態様は、上記蓄電ユニットと太陽電池を有し、当該蓄電装置には、当該太陽電池により発電された電力が蓄えられることを特徴とする太陽光発電ユニットである。

開示される発明の一態様により、低温から高温にわたる広い温度範囲において安全に動作することが可能な蓄電ユニットを得ることができる。

蓄電装置を説明する図。 蓄電ユニットを説明する図。 蓄電ユニットの回路図、ヒータの電気抵抗の温度依存性、及び、温度とトランジスタのゲート電圧ＶＧＳの関係を示す図。 キュリー温度Ｔｃより低い場合における蓄電ユニットの動作を示す図。 キュリー温度Ｔｃ以上の場合における蓄電ユニットの動作を示す図。 蓄電ユニットを説明する図。 蓄電ユニットの回路図、及び、温度とトランジスタのゲートに印加される電圧の関係を示す図。 温度Ｔ１より低い場合の蓄電ユニットの動作を示す図。 温度Ｔ１以上の場合の蓄電ユニットの動作を示す図。 蓄電ユニットを説明する回路図。 蓄電ユニットを説明する回路図。 温度Ｔ１より低い場合の蓄電ユニットの動作を示す図。 温度Ｔ１以上の場合の蓄電ユニットの動作を示す図。 蓄電ユニットを説明する回路図。 蓄電ユニットを説明する回路図。 太陽光発電ユニットの断面図。 太陽光発電ユニットを説明する回路図。 太陽光発電ユニットを説明する回路図。 太陽光発電ユニットを説明する回路図。

以下、本明細書に開示された発明の実施の態様について、図面を参照して説明する。但し、本明細書に開示された発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、本明細書に開示された発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に示す図面において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、同様のものを指す際には同じハッチパターンを使用し、特に符号を付さない場合がある。

なお、図面等において示す各構成の位置、大きさ、範囲などは、説明を分かりやすくするために実際の位置、大きさ、範囲などを表していない場合がある。このため、開示する発明は、必ずしも図面等に開示された位置、大きさ、範囲などに限定されない。

なお、本明細書等における「第１」、「第２」、「第３」などの序数は、構成要素の混同を避けるために付すものであり、数的に限定するものではない。

また、本明細書等において「電極」や「配線」の用語は、これらの構成要素を機能的に限定するものではない。例えば、「電極」は「配線」の一部として用いられることがあり、その逆もまた同様である。さらに、「電極」や「配線」の用語は、複数の「電極」や「配線」が一体となって形成されている場合なども含む。

また、「ソース」や「ドレイン」の機能は、異なる極性のトランジスタを採用する場合や、回路動作において電流の方向が変化する場合などには入れ替わることがある。このため、本明細書においては、「ソース」や「ドレイン」の用語は、入れ替えて用いることができるものとする。

なお、本明細書等において、「電気的に接続」には、「何らかの電気的作用を有するもの」を介して接続されている場合が含まれる。ここで、「何らかの電気的作用を有するもの」は、接続対象間での電気信号の授受を可能とするものであれば、特に制限を受けない。例えば、「何らかの電気的作用を有するもの」には、電極や配線をはじめ、トランジスタなどのスイッチング素子、抵抗素子、インダクタ、キャパシタ、その他の各種機能を有する素子などが含まれる。

なお、本明細書等において「上」や「下」の用語は、構成要素の位置関係が「直上」または「直下」であることを限定するものではない。例えば、「ゲート絶縁膜上のゲート電極」の表現であれば、ゲート絶縁膜とゲート電極との間に他の構成要素を含むものを除外しない。

［実施の形態１］
本実施の形態を以下に説明する。

＜蓄電装置の構成＞
本実施の形態の蓄電装置について、以下に説明する。

図１（Ａ）は蓄電装置３００の断面図である。図１（Ａ）に示す蓄電装置３００は、正極集電体３０１及び正極活物質層３０２を有する正極３１１、負極集電体３０５及び負極活物質層３０４を有する負極３１２、並びに、正極３１１及び負極３１２との間に挟持される電解質３０８を有している。

正極３１１は、正極集電体３０１上に、ＣＶＤ法、スパッタリング法、または塗布法により、正極活物質層３０２を形成することで、形成される。

正極集電体３０１は、ステンレス、金、白金、亜鉛、鉄、銅、アルミニウム、チタン等の金属、及びこれらの合金など、導電性の高く、リチウム等と合金化しない材料を用いることができる。また、シリコン、チタン、ネオジム、スカンジウム、モリブデンなどの耐熱性を向上させる元素が添加されたアルミニウム合金を用いることができる。また、シリコンと反応してシリサイドを形成する金属元素、例えばジルコニウム、チタン、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、コバルト、ニッケル等で形成しても良い。正極集電体３０１は、箔状、板状（シート状）、網状、パンチングメタル状、エキスパンドメタル状等の形状を有していても良い。

正極活物質層３０２に含まれる正極活物質は、リチウムイオン等のキャリアイオンの挿入及び脱離が可能な材料であればよく、例えば、ＬｉＦｅＯ_２、ＬｉＣｏＯ_２、ＬｉＮｉＯ_２、ＬｉＭｎ_２Ｏ_４、Ｖ_２Ｏ_５、Ｃｒ_２Ｏ_５、ＭｎＯ_２等の化合物を用いることができる。塗布法を用いて正極活物質層３０２を形成する場合は、正極活物質に導電助剤や結着剤を添加して正極ペーストを作製し、正極集電体３０１上に塗布して焼成させればよい。

正極活物質として、オリビン型構造のリチウム含有複合リン酸塩（一般式ＬｉＭＰＯ_４（ＭはＦｅ（ＩＩ）、Ｍｎ（ＩＩ）、Ｃｏ（ＩＩ）、Ｎｉ（ＩＩ）の一以上））を用いることができる。代表例としては、ＬｉＦｅＰＯ_４、ＬｉＮｉＰＯ_４、ＬｉＣｏＰＯ_４、ＬｉＭｎＰＯ_４、ＬｉＦｅ_ａＮｉ_ｂＰＯ_４、ＬｉＦｅ_ａＣｏ_ｂＰＯ_４、ＬｉＦｅ_ａＭｎ_ｂＰＯ_４、ＬｉＮｉ_ａＣｏ_ｂＰＯ_４、ＬｉＮｉ_ａＭｎ_ｂＰＯ_４（ａ＋ｂは１以下、０＜ａ＜１、０＜ｂ＜１）、ＬｉＦｅ_ｃＮｉ_ｄＣｏ_ｅＰＯ_４、ＬｉＦｅ_ｃＮｉ_ｄＭｎ_ｅＰＯ_４、ＬｉＮｉ_ｃＣｏ_ｄＭｎ_ｅＰＯ_４（ｃ＋ｄ＋ｅは１以下、０＜ｃ＜１、０＜ｄ＜１、０＜ｅ＜１）、ＬｉＦｅ_ｆＮｉ_ｇＣｏ_ｈＭｎ_ｉＰＯ_４（ｆ＋ｇ＋ｈ＋ｉは１以下、０＜ｆ＜１、０＜ｇ＜１、０＜ｈ＜１、０＜ｉ＜１）等が挙げられる。

正極活物質として、一般式Ｌｉ_{（２−ｊ）}ＭＳｉＯ_４（Ｍは、Ｆｅ（ＩＩ）、Ｍｎ（ＩＩ）、Ｃｏ（ＩＩ）、Ｎｉ（ＩＩ）の一以上、０≦ｊ≦２）等のリチウム含有複合ケイ酸塩を用いることができる。代表例としては、Ｌｉ_{（２−ｊ）}ＦｅＳｉＯ_４、Ｌｉ_{（２−ｊ）}ＮｉＳｉＯ_４、Ｌｉ_{（２−ｊ）}ＣｏＳｉＯ_４、Ｌｉ_{（２−ｊ）}ＭｎＳｉＯ_４、Ｌｉ_{（２−ｊ）}Ｆｅ_ａＮｉ_ｂＳｉＯ_４、Ｌｉ_{（２−ｊ）}Ｆｅ_ａＣｏ_ｂＳｉＯ_４、Ｌｉ_{（２−ｊ）}Ｆｅ_ｋＭｎ_ｌＳｉＯ_４、Ｌｉ_{（２−ｊ）}Ｎｉ_ｋＣｏ_ｌＳｉＯ_４、Ｌｉ_{（２−ｊ）}Ｎｉ_ｋＭｎ_ｌＳｉＯ_４（ｋ＋ｌは１以下、０＜ｋ＜１、０＜ｌ＜１）、Ｌｉ_{（２−ｊ）}Ｆｅ_ｍＮｉ_ｎＣｏ_ｑＳｉＯ_４、Ｌｉ_{（２−ｊ）}Ｆｅ_ｍＮｉ_ｎＭｎ_ｑＳｉＯ_４、Ｌｉ_{（２−ｊ）}Ｎｉ_ｍＣｏ_ｎＭｎ_ｑＳｉＯ_４（ｍ＋ｎ＋ｑは１以下、０＜ｍ＜１、０＜ｎ＜１、０＜ｑ＜１）、Ｌｉ_{（２−ｊ）}Ｆｅ_ｒＮｉ_ｓＣｏ_ｔＭｎ_ｕＳｉＯ_４（ｒ＋ｓ＋ｔ＋ｕは１以下、０＜ｒ＜１、０＜ｓ＜１、０＜ｔ＜１、０＜ｕ＜１）等が挙げられる。

なお、キャリアイオンがリチウムイオン以外のアルカリ金属イオン（例えば、ナトリウムやカリウム等）、アルカリ土類金属イオン（例えば、カルシウム、ストロンチウム、バリウム等）、ベリリウムイオン、またはマグネシウムイオンの場合、正極活物質として、該金属のリン酸塩やケイ酸塩を用いてもよい。

なお、活物質とは、キャリアであるイオンの挿入及び脱離に関わる物質を指す。電極（を作製する時には、活物質と共に、導電助剤、結着剤、溶媒等の他の材料を混合したものを活物質層として集電体上に形成する。よって、活物質と活物質層は区別される。よって正極活物質及び正極活物質層３０２、並びに、後述する負極活物質及び負極活物質層３０４は区別される。

正極活物質層３０２に導電助剤としてグラフェンを用いると、電子伝導性の高い電子伝導のネットワークを構築するため、特に効果的である。

グラフェンは、炭素が形成する六角形の骨格が二次元状に広がった結晶構造をもつ炭素材料である。グラフェンはグラファイトの一原子面を取り出したものである。

グラフェンは、１〜１００層程度形成すればよい。単層のグラフェンをグラフェンシートと呼ぶことがある。

正極活物質層３０２では、グラフェンが重なり合い、かつ、複数の正極活物質粒子と接するよう分散させてもよい。この場合、正極活物質層３０２中に、グラフェンによる電子伝導のためのネットワークを形成する。これにより、正極活物質粒子同士がグラフェンによってリンクされ、電子伝導性の高い正極活物質層３０２を形成することができる。

正極活物質層３０２に含まれる結着剤（バインダ）には、代表的なポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）の他、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニルクロリド、エチレンプロピレンジエンポリマー、スチレン−ブタジエンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、フッ素ゴム、ポリ酢酸ビニル、ポリメチルメタクリラート、ポリエチレン、ニトロセルロース等を用いることができる。

負極３１２は、負極集電体３０５上に、ＣＶＤ法、スパッタリング法、または塗布法により、負極活物質層３０４を形成することで、形成される。

負極集電体３０５には、アルミニウム、銅、ニッケル、チタン等の金属、及びアルミニウム−ニッケル合金、アルミニウム−銅合金など、導電性の高い材料を用いることができる。負極集電体３０５は、箔状、板状（シート状）、網状、パンチングメタル状、エキスパンドメタル状等の形状をとることができる。

負極活物質層３０４に含まれる負極活物質として、金属の溶解・析出、または金属イオンの挿入・脱離が可能な材料であれば、特に限定されない。負極活物質としては、例えば、リチウム金属、炭素系材料、シリコン、シリコン合金、スズなどを用いることができる。例えば、炭素系材料としては、粉末状もしくは繊維状の黒鉛を用いることができる。塗布法を用いて負極活物質層３０４を形成する場合は、負極活物質に導電助剤や結着剤を添加して負極ペーストを作製し、負極集電体３０５上に塗布して乾燥させればよい。導電助剤としてグラフェンを用いると、上述のように伝導性の高い電子伝導ネットワークを構築できるため、特に効果的である。

負極活物質としてシリコンを用いて負極活物質層３０４を形成する場合においても、負極活物質層３０４の表面にグラフェンを形成することが好ましい。シリコンは充放電サイクルにおけるキャリアイオンの吸蔵・放出に伴う体積の変化が大きいため、負極集電体３０５と負極活物質層３０４との密着性が低下し、充放電により電池特性が劣化してしまう。そこで、シリコンを含む負極活物質層３０４の表面にグラフェンを形成すると、充放電サイクルにおいてシリコンの体積が変化したとしても、負極活物質層３０４の表面に形成されたグラフェンが、負極集電体３０５と負極活物質層３０４との密着性の低下を抑制する。これにより、電池特性の劣化が低減されるため好適である。

なお、負極活物質層３０４にリチウムをプレドープしてもよい。リチウムのプレドープ方法としては、スパッタリング法により負極活物質層３０４表面にリチウム層を形成してもよい。または、負極活物質層３０４の表面にリチウム箔を設けることで、負極活物質層３０４にリチウムをプレドープすることもできる。

正極３１１及び負極３１２との間に挟持された電解質３０８は、溶質と溶媒を有している。溶質として、キャリアイオンを有する材料を用いる。溶質の代表例としては、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＰＦ_６、Ｌｉ（Ｃ_２Ｆ_５ＳＯ_２）_２Ｎ等のリチウム塩がある。

なお、キャリアイオンがリチウムイオン以外の金属イオンの場合、溶質として、該金属の塩を用いてもよい。

電解質の溶媒としては、キャリアイオンの移送が可能な非プロトン性有機溶媒が好ましい。代表例としては、エチレンカルボナート（ＥＣ）、プロピレンカルボナート、ジメチルカルボナート、ジエチルカルボナート（ＤＥＣ）、γーブチロラクトン、アセトニトリル、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン等があり、これらの一つまたは複数を用いることができる。また、電解質の溶媒としてゲル化された高分子材料を用いることで、漏液性等に対する安全性が高まる。また、二次電池の薄型化及び軽量化が可能である。代表例としてはシリコーンゲルが挙げられ、その他主鎖骨格としてアクリル系ポリマー、ポリアクリロニトリル、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、フッ素系ポリマーを有するゲル等が挙げられる。また、電解質の溶媒としてイオン液体（常温溶融塩）を一つまたは複数用いることもできる。

また、電解質３０８として、硫化物や酸化物等の無機物材料を有する固体電解質を用いることができる。固体電解質を用いる場合には電池全体を固体化できるため、漏液のおそれがなくなり安全性が飛躍的に向上する。

ラミネート型の蓄電装置の一例について、図１（Ｂ）を参照して説明する。

図１（Ｂ）に示すラミネート型の蓄電装置３１０は、正極集電体３０１および正極活物質層３０２を有する正極３１１と、負極集電体３０５および負極活物質層３０４を有する負極３１２と、セパレータ３０７と、電解質３０８と、外装体３０９を有する。外装体３０９内に設けられた正極３１１と負極３１２との間にセパレータ３０７が設置されている。また、外装体３０９内は電解質３０８で満たされている。

セパレータ３０７は、セルロース（紙）、または空孔が設けられたポリプロピレン、ポリエチレン等の絶縁体を用いることができる。セパレータ３０７の内部にも電解質３０８が含浸している。

正極集電体３０１および負極集電体３０５は、外部との電気的接触を得る端子の役割も兼ねている。そのため、正極集電体３０１および負極集電体３０５の一部は、外装体３０９から外側に露出するように配置される。

外装体３０９には、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカルボナート、アイオノマー、ポリアミド等の材料からなる膜上に、アルミニウム、ステンレス、銅、ニッケル等の可撓性に優れた金属薄膜を設け、さらに該金属薄膜上に外装体の外面としてポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂等の絶縁性合成樹脂膜を設けた三層構造のラミネートフィルムを用いることができる。このような三層構造とすることで、電解液や気体の透過を遮断するとともに、絶縁性を確保し、併せて耐電解質性を有する。

なお本実施の形態の蓄電装置の一例として、リチウム二次電池について説明したが、これに限定されない。本実施の形態の蓄電装置の別の例として、電気二重層キャパシタを用いてもよい。電気二重層キャパシタは、低温でもデンドライトが形成されないという利点がある。

＜蓄電ユニットの構成＞
図２に本実施の形態の蓄電ユニットの構成を示す。図２（Ａ）は、蓄電ユニットに含まれる蓄電装置３１０、ヒータ４００、温度センサ４１０を示している。蓄電装置３１０の詳細な説明は上述したので、ここでは省略する。なお蓄電装置として、図２ではラミネート型の蓄電装置３１０を用いるが、別の形状の蓄電装置を用いてもよい。ヒータ４００は端子４０１ａ及び端子４０１ｂを有しており、温度センサ４１０は端子４１１ａ及び端子４１１ｂを有している。

図２（Ｂ）に蓄電装置３１０、ヒータ４００、及び温度センサ４１０を外装体５００内部に設置する蓄電ユニット、図２（Ｃ）に蓄電装置３１０及びヒータ４００を外装体５００内部に設置する蓄電ユニットを示す。

図２（Ｂ）に示す蓄電ユニットにおいて、温度センサ４１０、ヒータ４００、蓄電装置３１０は、外装体５００の内部に、それぞれ隣接して設置されている。温度センサ４１０は、蓄電装置３１０の温度を検出するために設置される。

図２（Ｃ）に示す蓄電ユニットでは温度センサ４１０が設置されておらず、ヒータ４００及び蓄電装置３１０が外装体５００の内部に設置されている。

ヒータ４００として、例えば、ＰＴＣサーミスタを用いる。これにより、ヒータ４００の過熱を防止することが可能である。本実施の形態では、ヒータ４００として板状のＰＴＣサーミスタを用いて蓄電装置３１０を均一に加熱する。ＰＴＣサーミスタはキュリー温度Ｔｃが０℃以上１０℃以下のものを用いるとよい。具体的には、例えば概略５℃とするとよい。

また、ヒータ４００としてＰＴＣサーミスタではなく、温度によらず抵抗がほぼ一定のヒータを用いてもよい。

温度センサ４１０として、例えば、ＮＴＣサーミスタ（ＮＴＣ：Ｎｅｇａｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）を用いる。ＮＴＣサーミスタは、温度の上昇に対して抵抗が減少するサーミスタである。ただし、温度センサ４１０としてＮＴＣサーミスタに限定されず、他の種類の温度センサを用いてもよい。

温度センサ４１０は、蓄電装置３１０に隣接して設置される。温度センサ４１０は、蓄電装置３１０の温度Ｔを検知して、当該温度Ｔにより充電の可否を制御する。一方後述のように、ヒータ４００としてＰＴＣサーミスタを用い、ＰＴＣサーミスタの抵抗の温度依存性を利用して充電の可否を制御する回路構成を有していても構わない。

外装体５００は、内部に温度センサ４１０、ヒータ４００、蓄電装置３１０を設置可能な空洞を持つ筐体である。外装体５００の材料としては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、アイオノマー、ポリアミド等の樹脂、紙、セラミック等を用いればよい。

外装体５００の材料として、断熱効果を有する材料を用いると（例えばセラミック）、低温においてヒータ４００の熱を外部に発散することなく、効率的に保温できるので好適である。

外装体５００の端子５０１ａ及び端子５０１ｂは、蓄電装置３１０の正極集電体３０１および負極集電体３０５に電気的に接続される端子であってもよいし、正極集電体３０１および負極集電体３０５そのものであってもよい。

外装体５００の端子５０２ａ及び端子５０２ｂは、温度センサ４１０の端子４１１ａ及び端子４１１ｂに電気的に接続される端子であってもよいし、端子４１１ａ及び端子４１１ｂそのものであってもよい。

外装体５００の端子５０３ａ及び端子５０３ｂは、ヒータ４００の端子４０１ａ及び端子４０１ｂに電気的に接続される端子であってもよいし、端子４０１ａ及び端子４０１ｂそのものであってもよい。

図２（Ｂ）に示す蓄電ユニットでは、蓄電装置３１０の温度を温度センサ４１０にて検知し、蓄電装置３１０の充電の可否が温度に応じて制御される。

これにより、蓄電装置３１０が低温、あるいは高温で充電されることを防ぎ、デンドライトの形成や不動態被膜の破壊、さらには、蓄電装置３１０の発火を防ぐことができる。

なお、蓄電ユニットを、不動態被膜が破壊される温度に達しない温度、又は、蓄電装置３１０が発火する温度に達しない温度で使用し、かつ、ヒータ４００としてＰＴＣサーミスタを用いた場合には、図２（Ｃ）に示す蓄電ユニットのように、温度センサ４１０の設置を省略することができる。この場合、ＰＴＣサーミスタのスイッチング機能により、ヒータ４００が高温になった場合に加熱を自動的に停止することができる。

［実施の形態２］
以下に、ＰＴＣサーミスタの電気抵抗の温度依存性を利用して充電の可否を制御する回路について説明する。

＜回路構成＞
図３（Ａ）に、ヒータ４００としてＰＴＣサーミスタを用いた場合の蓄電ユニットの回路の一部を示す。

図３（Ａ）に示す回路２５０は、蓄電装置３００、温度センサ４１０、ＰＴＣサーミスタを用いたヒータ４００、抵抗２０１、トランジスタ２０２、ダイオード２０３、端子２１１、並びに、端子２１２を有している。

蓄電装置３００として、上述の蓄電装置３１０を用いてもよいし、別の形状の蓄電装置を用いてもよい。蓄電装置３００の正極は、トランジスタ２０２のドレイン（Ｄ）、及び、ダイオード２０３のアノードに電気的に接続されている。蓄電装置３００の負極は、温度センサ４１０の一方の端子、抵抗２０１の一方の端子、及び、端子２１２に電気的に接続されている。蓄電装置３００の正極及び負極間にかかる電圧をＶｂｔとする。なお、トランジスタのソース、ドレインは、印加されている電圧によって入れ替わる場合があるが、ここでは、回路構成の理解を容易にするため、ｐチャネル型トランジスタにおいて、充電時に電位が高い端子をソースと呼び、低い端子をドレインと呼ぶ。また、ｎチャネル型トランジスタでは、電位が高い方の端子をドレインと呼び、低い端子をソースと呼ぶ。

温度センサ４１０として、図３（Ａ）に示す回路２５０では、ＮＴＣサーミスタを用いる。温度センサ４１０は、蓄電装置３００及びヒータ４００に電気的に接続されており、かつ、蓄電装置３００に隣接して設置される。

温度センサ４１０の他方の端子は、端子ＴＨＭに電気的に接続されている。

ヒータ４００は、上述のようにＰＴＣサーミスタであり、一方の端子は、トランジスタ２０２のゲート（Ｇ）、及び、抵抗２０１の他方の端子に電気的に接続されている。ヒータ４００の他方の端子は、トランジスタ２０２のソース（Ｓ）、ダイオード２０３のカソード、及び、端子２１１に電気的に接続されている。

トランジスタ２０２は、ｐチャネル型トランジスタである。なおトランジスタ２０２のゲートとソース間に印加される電圧を、ゲート電圧ＶＧＳとする。

抵抗２０１は、抵抗値Ｒｓを有する抵抗である。

ヒータ４００及び抵抗２０１それぞれにおいて、温度と抵抗の関係を図３（Ｂ）に示す。図３（Ｂ）に示されるように、ヒータ４００はキュリー温度Ｔｃで急激に抵抗が増大する。一方、抵抗２０１は、温度が変化しても抵抗値Ｒｓはほぼ一定である。

図３（Ｃ）に、充電時（端子２１１に正電圧を、端子２１２に負電圧を印加した状態）の温度とトランジスタ２０２のゲート電圧ＶＧＳとの関係を示す。キュリー温度Ｔｃより低い温度では、ゲート電圧ＶＧＳは、トランジスタ２０２のしきい値電圧Ｖｔｈよりも高い一定の負電圧を維持しており、トランジスタ２０２はオフ状態である。キュリー温度Ｔｃでゲート電圧ＶＧＳは急激に減少し、キュリー温度Ｔｃ以上の温度では、ゲート電圧ＶＧＳは、しきい値電圧Ｖｔｈよりも十分に低い一定の負電圧となり、トランジスタ２０２はオン状態となる。回路２５０では、トランジスタ２０２のソース（端子２１１）よりもドレイン（蓄電装置３００の正極）の電圧を低くすると、ダイオード２０３には順バイアス電圧が印加されるため、蓄電装置３００が放電状態となる。他方、トランジスタ２０２のソースよりもドレインの電圧を高くすることで、蓄電装置３００は充電可能な状態となり、ダイオード２０３には逆バイアスの電圧が印加されているため、トランジスタ２０２のオン、オフにより、充電の許容、禁止を制御することができる。以下にその詳細について説明する。

＜＜キュリー温度Ｔｃより低い温度での動作＞＞
図３（Ａ）に示す回路において、温度Ｔがキュリー温度Ｔｃより低い温度での動作を、図４に示す。本実施の形態において、キュリー温度Ｔｃは０℃以上１０℃以下とし、具体的には、例えば概略５℃とする。

図４では、充電時（端子２１１に正電圧、端子２１２に負電圧を印加したとき）の電流を二点鎖線、放電時の電流を一点鎖線で示している。なお、キュリー温度Ｔｃより低い温度では、蓄電装置３００は充電されないが、放電は行うことができる。

ヒータ４００がキュリー温度Ｔｃより低い温度に置かれると、ヒータ４００の抵抗が減少する（図３（Ｂ）参照）。よって、ヒータ４００及び抵抗２０１に電流が流れるため、ゲート電圧ＶＧＳは、ヒータ４００及び抵抗２０１の合成抵抗に応じた電圧となり、しきい値電圧Ｖｔｈを越えると（図３（Ｃ）参照）、ｐチャネル型トランジスタであるトランジスタ２０２はオフ状態となる。

この状態では、電流の流れる方向はダイオード２０３の逆方向となるので、端子２１１から蓄電装置３００への電流の経路はカットされ、蓄電装置３００は充電されない。すなわち、蓄電装置３００の充電が禁止された状態である。

図４に示すように電流は、端子２１１、ヒータ４００、抵抗２０１、及び端子２１２に流れ、ヒータ４００が発熱し、蓄電装置３００を加熱することができる。

ヒータ４００により蓄電装置３００が加熱されて温度がキュリー温度Ｔｃ以上になると、ヒータ４００の抵抗が増加し、ヒータ４００に電流が流れなくなり、かつトランジスタ２０２がオン状態となる。これにより、ヒータ４００による加熱が停止されると共に、蓄電装置３００への充電が許容される。この動作の詳細については後述する。

一方、放電時では、トランジスタ２０２はオフ状態であるが、ダイオード２０３に順方向のバイアス電圧が印加されている。よって、蓄電装置３００からの放電電流は、端子２１２、蓄電装置３００、ダイオード２０３、及び、端子２１１に流れる。

＜＜キュリー温度Ｔｃ以上の温度での動作＞＞
図３（Ａ）に示す回路２５０において、温度Ｔがキュリー温度Ｔｃ以上の温度での動作を、図５に示す。

図５では、充電時（端子２１１に正電圧、端子２１２に負電圧を印加したとき）の電流を二点鎖線、放電時の電流を一点鎖線で示している。ヒータ４００がキュリー温度Ｔｃ以上の温度に置かれると、ヒータ４００の抵抗が増加する（図３（Ｂ）参照）。よって、ヒータ４００及び抵抗２０１には電流が流れず、トランジスタ２０２のゲート電圧ＶＧＳはしきい値Ｖｔｈよりも低くなる（図３（Ｃ）参照）。

トランジスタ２０２は、ｐチャネル型トランジスタであるので、オン状態となる。

上記の状態では、充電電流はダイオード２０３の逆方向であるが、トランジスタ２０２はオン状態であるので、充電電流は端子２１１、トランジスタ２０２、蓄電装置３００、及び端子２１２に流れ、蓄電装置３００に電力が蓄電される。すなわち、充電が許容される。

また放電時には、トランジスタ２０２がオン状態であることに加えて、放電電流の流れる方向はダイオード２０３の順方向となる。蓄電装置３００からの放電電流は、トランジスタ２０２及びダイオード２０３の両方を通る。つまり、蓄電装置３００からの放電電流は、端子２１２、蓄電装置３００、トランジスタ２０２、ダイオード２０３、及び、端子２１１に流れる。以上により、蓄電装置３００に蓄えられた電力を放電することができる。

＜＜第２の温度以上での動作＞＞
図３（Ａ）に示す回路２５０では、温度Ｔがキュリー温度Ｔｃ以上の温度で充電が許容される。従って、蓄電装置３００の温度Ｔが、不動態被膜が破壊される程度の高温、又は、蓄電装置３００が発火する恐れがある高温となっても、充電が許容される。

そこで、蓄電装置３００の温度Ｔの上限値として第２の温度Ｔ２を使用者が設定し、温度センサ４１０によって検知される蓄電装置３００の温度ＴがＴ２に達した場合、蓄電装置３００への充電を禁止する構成とする。これにより、不動態被膜が破壊されることや、蓄電装置３００が発火することを防ぐことができる。

以上により、低温でも高温でも安全に動作可能な蓄電ユニットを得ることができる。

図６に、前記回路２５０を含む蓄電ユニットを示す。蓄電ユニットはさらに電流制御回路５５０、及び制御回路５７０を有しており、電源５６１及び負荷５６２と接続することが可能である。

電流制御回路５５０は、コンデンサ５５１、抵抗５５２、コイル５５３、ダイオード５５４、トランジスタ５５５を有しており、降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータを利用した電流制御回路である。

コンデンサ５５１の一方の端子は、抵抗５５２の一方の端子、コイル５５３の一方の端子、制御回路５７０の端子ＳＥＮＳＥ＋に電気的に接続されている。また、蓄電装置３００を放電する際、負荷５６２がコンデンサ５５１の一方の端子に接続される。コンデンサ５５１の他方の端子は接地されている。

抵抗５５２の他方の端子は、制御回路５７０の端子ＳＥＮＳＥ−、回路２５０の端子２１１に電気的に接続されている。抵抗５５２の両方の端子にかかる電圧は、制御回路５７０の端子ＳＥＮＳＥ＋及び端子ＳＥＮＳＥ−にかかる電圧と同じである。これにより、抵抗５５２を流れる電流の電流値を測定することができる。

コイル５５３の他方の端子は、ダイオード５５４のカソード、トランジスタ５５５のドレインに電気的に接続されている。

ダイオード５５４のアノードは接地されている。

トランジスタ５５５はｎチャネル型トランジスタであり、ゲートは制御回路５７０の端子ＧＳに電気的に接続されている。

トランジスタ５５５のソースは、蓄電装置３００の充電時、電源５６１に電気的に接続される。

電源５６１は、蓄電装置３００を充電するための電力を供給する。電源５６１は直流電源でも良く、交流電源（例えば、商用電源）でも良い。交流電源の場合、交流−直流変換器（ＡＣ−ＤＣコンバータ、又は、ＡＣ−ＤＣインバータともいう）を用いれば良い。

制御回路５７０は、端子ＳＥＮＳＥ＋及び端子ＳＥＮＳＥ−の電圧を検知することで、端子ＳＥＮＳＥ＋及び端子ＳＥＮＳＥ−間を流れる電流、すなわち、抵抗５５２に流れる電流の電流値を測定する。制御回路５７０は、端子ＴＨＭに入力された温度センサ４１０からの情報（信号）に基づいてパルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＰＷＭ）信号を生成し、端子ＧＳからトランジスタ５５５のゲートへ入力することにより、抵抗５５２に流れる電流の電流値を制御する。抵抗５５２に流れる電流の電流値を制御するということは、回路２５０の端子２１１及び端子２１２間の電流、さらに具体的には、蓄電装置３００への充電電流又は蓄電装置３００からの放電電流を制御するということを意味する。

温度Ｔ２以上の温度では、制御回路５７０は、端子ＴＨＭに入力される、温度センサ４１０によって検知された蓄電装置３００の温度Ｔの情報に基づいて、トランジスタ５５５をオフにし、蓄電装置３００への充電を禁止する。

以上本実施の形態により、低温でも高温でも安全に動作可能な蓄電ユニットを得ることができる。

また、温度センサ４１０を省略した構成（図２（Ｃ）参照）の蓄電ユニットを図１４に示す。

蓄電装置３００の負極の不動態被膜が破壊される温度、又は、蓄電装置３００が発火する温度より低い温度で使用するのであれば、図１４に示す回路を用いることにより、最適な温度範囲で充電可能な蓄電ユニットを得ることができる。

以上本実施の形態により、低温及び高温で安全に動作可能な蓄電ユニットを得ることができる。

本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと適宜組み合わせて用いることができる。

［実施の形態３］
本実施の形態では、ヒータ４００としてＰＴＣサーミスタではなく、温度によらず抵抗がほぼ一定のヒータを用い、かつ、温度センサを用いた蓄電ユニットについて説明する。

＜回路構成１＞
図７（Ａ）に、本実施の形態の蓄電ユニットの回路の一部を示す。

図７（Ａ）に示す回路２６０は、蓄電装置３００、温度センサ４１０、ヒータ４００、トランジスタ２６１、ダイオード２６２、トランジスタ２６３、ダイオード２６４、端子２２１、端子２２２、端子ＴＨＭ、並びに、端子ＨＣＯＮを有している。

蓄電装置３００の正極は、トランジスタ２６１のドレイン、及び、ダイオード２６２のアノードに電気的に接続されている。蓄電装置３００の負極は、温度センサ４１０の一方の端子、トランジスタ２６３のソース、ダイオード２６４のアノード、及び、端子２２２に電気的に接続されている。蓄電装置３００の正極及び負極間にかかる電圧をＶｂｔとする。

ヒータ４００の一方の端子は、トランジスタ２６１のソース、ダイオード２６２のカソード、及び、端子２２１に電気的に接続されている。ヒータ４００の他方の端子は、トランジスタ２６３のドレイン、ダイオード２６４のカソードに電気的に接続されている。

温度センサ４１０として、本実施の形態ではＮＴＣサーミスタを用いる。温度センサ４１０は、蓄電装置３００に隣接して設置する。ただし、後述のように、ヒータ４００の温度で動作を切り替えるため、蓄電装置３００、ヒータ４００、及び、温度センサ４１０は、可能な限り近づけて設置することが望ましい。温度センサ４１０の他方の端子は、端子ＴＨＭに電気的に接続されている。

トランジスタ２６１はｐチャネル型トランジスタであり、ゲートはトランジスタ２６３のゲート、及び、端子ＨＣＯＮに電気的に接続されている。トランジスタ２６３はｎチャネル型トランジスタである。

図７（Ｂ）に、トランジスタ２６１のゲート及びトランジスタ２６３のゲートに印加される電圧Ｖ_ＨＣＯＮ（すなわち、端子ＨＣＯＮに印加される電圧）と温度との関係を示す。なお図７（Ｂ）における温度は、温度センサ４１０によって検知された温度Ｔである。

温度Ｔが温度Ｔ１より低い場合、電圧Ｖ_ＨＣＯＮを高レベル電圧（「Ｈ」と表記）とする。ここで、高レベル電圧（Ｈ）とは、ｐチャネル型トランジスタであるトランジスタ２６１のしきい値電圧、及び、ｎチャネル型トランジスタであるトランジスタ２６３のしきい値電圧よりも高い電圧とする。

温度Ｔが、所定の温度Ｔ１以上の場合、電圧Ｖ_ＨＣＯＮを低レベル電圧（「Ｌ」と表記）とする。ここで、低レベル電圧（Ｌ）とは、ｐチャネル型トランジスタであるトランジスタ２６１のしきい値電圧、及び、ｎチャネル型トランジスタであるトランジスタ２６３のしきい値電圧よりも低い電圧とする。なお、温度Ｔ１とは、使用者によって決定された任意の温度である。以下に回路の動作の詳細について説明する。

＜＜Ｔ１より低い温度での動作＞＞
図７（Ａ）に示す回路２６０において、温度Ｔが温度Ｔ１より低い温度での動作を、図８に示す。

図８では、端子２２１に正電圧、端子２２２に負電圧を印加したときの電流を二点鎖線、放電時の電流を一点鎖線で示している。

温度がＴ１より低い温度の時、電圧Ｖ_ＨＣＯＮを高レベル電圧（Ｈ）とする（図７（Ｂ）参照）。高レベル電圧（Ｈ）がゲートに印加されると、ｐチャネル型トランジスタであるトランジスタ２６１はオフ状態、ｎチャネル型トランジスタであるトランジスタ２６３はオン状態となる。

この場合、端子２２１、ヒータ４００、トランジスタ２６３、及び端子２２２に電流が流れる。なお、電流の流れる方向は、ダイオード２６４の逆方向であるので、ダイオード２６４には電流は流れない。よって、ヒータ４００が発熱し、蓄電装置３００を加熱することができる。

また、トランジスタ２６１がオフ状態であり、電流の流れる方向がダイオード２６２の逆方向であるので、蓄電装置３００への電流の経路がカットされ、蓄電装置３００は充電されない。

ヒータ４００により蓄電装置３００が加熱され、蓄電装置３００が温度Ｔ１以上になると、ヒータ４００の加熱を終了し、蓄電装置３００への充電が許容される。この動作の詳細については後述する。

一方、放電時では、トランジスタ２６１の状態に係わらず、放電電流の流れる方向はダイオード２６２の順方向となる。つまり、蓄電装置３００からの放電電流は、端子２２２、蓄電装置３００、ダイオード２６２、及び、端子２２１に流れる。以上により、蓄電装置３００から放電することができる。

＜＜Ｔ１以上の温度での動作＞＞
図７（Ａ）に示す回路２６０において、温度ＴがＴ１以上での動作を、図９に示す。

図９では、充電時（端子２２１に正電圧、端子２２２に負電圧を印加したとき）の電流を二点鎖線、放電時の電流を一点鎖線で示している。

温度がＴ１以上の温度の時、電圧Ｖ_ＨＣＯＮを低レベル電圧（Ｌ）とする（図７（Ｂ）参照）。低レベル電圧（Ｌ）がゲートに印加されると、ｐチャネル型トランジスタであるトランジスタ２６１はオン状態、ｎチャネル型トランジスタであるトランジスタ２６３はオフ状態となる。トランジスタ２６３がオフ状態であり、電流の流れる方向がダイオード２６４の逆方向であるので、ヒータ４００には電流が流れない。

上記の状態で充電を行うと、トランジスタ２６１はオン状態であるが、充電電流の流れる方向はダイオード２６２の逆方向となるので、端子２２１から蓄電装置３００への充電電流の経路は、トランジスタ２６１のみを通る。充電電流が端子２２１、トランジスタ２６１のソース及びドレイン、蓄電装置３００、及び端子２２２に流れることにより、蓄電装置３００が充電される。

また放電時には、トランジスタ２６１がオン状態であることに加えて、放電電流の流れる方向はダイオード２６２の順方向となる。蓄電装置３００からの放電電流は、トランジスタ２６１及びダイオード２６２の両方を通る。つまり、蓄電装置３００からの放電電流は、端子２２２、蓄電装置３００、トランジスタ２６１のソース及びドレイン、ダイオード２６２、及び、端子２２１に流れる。以上により、蓄電装置３００から放電することができる。

＜＜Ｔ２以上の温度での動作＞＞
図７（Ａ）に示す回路２６０では、Ｔ１以上の温度で、上述のように、充電が許容される。従って、蓄電装置３００の温度Ｔが、不動態被膜が破壊される程度の高温、又は、蓄電装置３００が発火する恐れがある高温となっても、充電が許容される。

そこで、蓄電装置３００の温度Ｔの上限値（上限温度Ｔ２）を使用者が設定し、温度センサ４１０によって検知される蓄電装置３００の温度がＴ２に達した場合、蓄電装置３００への充電を禁止する。これにより、不動態被膜が破壊されることや、蓄電装置３００が発火することを防ぐことができる。

以上により、低温でも高温でも安全に動作可能な蓄電ユニットを得ることができる。

図１０に、回路２６０を含む蓄電ユニットの回路を示す。蓄電ユニットは、回路２６０、電流制御回路５５０、及び制御回路５８０を有している。

制御回路５８０は、温度センサ４１０の情報を端子ＴＨＭで受け取り、当該情報を基に、端子ＨＣＯＮの電圧Ｖ_ＨＣＯＮを高レベル電圧（Ｈ）又は低レベル電圧（Ｌ）に切り替える。また、端子ＳＥＮＳＥ＋及び端子ＳＥＮＳＥ−の電圧を検知することで、端子ＳＥＮＳＥ＋及び端子ＳＥＮＳＥ−間を流れる電流、すなわち、抵抗５５２に流れる電流の電流値を測定する。また、制御回路５８０の端子ＧＳからトランジスタ５５５のゲートへ、パルス幅変調信号を入力することにより、抵抗５５２に流れる電流の電流値を制御する。

温度Ｔ１より低い温度、及び、温度Ｔ２以上の温度では、制御回路５８０は、蓄電装置３００の温度Ｔの情報に基づいて電圧Ｖ_ＨＣＯＮとして高レベル電圧をトランジスタ２６１と２６３のゲートに出力し、蓄電装置３００の充電を禁止する。また、パルス幅変調信号を制御することにより、トランジスタ５５５をオフ状態とし、電源５６１から蓄電装置３００への充電を禁止することができる。

上限温度Ｔ２以上の温度では、制御回路５８０は蓄電装置３００の温度Ｔの情報に基づいてパルス幅変調信号を制御してトランジスタ５５５をオフ状態とし、電源５６１から蓄電装置３００への充電を禁止することができる。

＜回路構成２＞
以下に、図７（Ａ）及び図１０とは異なる回路構成を有する蓄電ユニットについて説明する。

図１１に示す回路２７０は、図７（Ａ）に示す回路２６０と、トランジスタ２６１のゲートが、端子ＨＣＯＮではなく、端子ＣＣＯＮと電気的に接続されている点で異なる。すなわち、図７（Ａ）の回路２６０ではトランジスタ２６１のゲート及びトランジスタ２６３のゲートへの電圧の印加を同一の端子ＨＣＯＮで行うが、図１１の回路２７０では別々の端子ＣＣＯＮ及び端子ＨＣＯＮで行う。

＜＜Ｔ１より低い温度での動作＞＞
図１１に示す回路２７０において、温度ＴがＴ１より低い場合の動作を、図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）に示す。

図１２（Ａ）では、端子２２１に正電圧、端子２２２に負電圧を印加したときの電流を二点鎖線、図１２（Ｂ）では、放電時の電流を一点鎖線で示している。

図１２（Ａ）に示すように、端子２２１に正電圧、端子２２２に負電圧を印加し、電圧Ｖ_ＨＣＯＮを高レベル電圧（Ｈ）、電圧Ｖ_ＣＣＯＮを高レベル電圧（Ｈ）とする。

高レベル電圧（Ｈ）がゲートに印加されると、ｐチャネル型トランジスタであるトランジスタ２６１はオフ状態、ｎチャネル型トランジスタであるトランジスタ２６３はオン状態となる。

この場合、端子２２１、ヒータ４００、トランジスタ２６３、及び端子２２２に電流が流れる。なお電流の流れる方向はダイオード２６４の逆方向であるので、ダイオード２６４には電流は流れない。よって、ヒータ４００が発熱し、蓄電装置３００を加熱することができる。また、トランジスタ２６１がオフ状態であるので、蓄電装置３００への電流の経路がカットされ、蓄電装置３００は充電されない。

一方図１２（Ｂ）に示すように、放電時には、電圧Ｖ_ＨＣＯＮを高レベル電圧（Ｈ）、電圧Ｖ_ＣＣＯＮを低レベル電圧（Ｌ）とする。

低レベル電圧（Ｌ）がゲートに印加されると、ｐチャネル型トランジスタであるトランジスタ２６１はオン状態となる。高レベル電圧（Ｈ）がゲートに印加されると、ｎチャネル型トランジスタであるトランジスタ２６３はオン状態となる。

放電時では、トランジスタ２６１がオン状態であり、放電電流の流れる方向はダイオード２６２の順方向となる。つまり、蓄電装置３００からの放電電流は、端子２２２、蓄電装置３００、ダイオード２６２、及び、端子２２１に流れる。以上により、蓄電装置３００から放電することができる。

ここで、図７（Ａ）に示す回路２６０に対する、図１１に示す回路２７０の有利点について述べる。

図７（Ａ）に示す回路２６０では、Ｔ１より低い温度での放電時にトランジスタ２６１をオフ状態とするため、放電電流はダイオード２６２のみに流れる。ダイオード２６２の順方向電圧降下により、蓄電装置３００に蓄えられた電力の一部が、放電時に失われる恐れが生じる。

一方、図１１に示す回路２７０では、温度Ｔ１より低い温度での放電時にトランジスタ２６１をオン状態とする。そのため、放電電流はダイオード２６２及びトランジスタ２６１の両方を流れる。これにより、ダイオード２６２の順方向電圧降下が起こらず、蓄電装置３００に蓄えられた電力の損失を抑制することができる。

＜＜Ｔ１以上の温度での動作＞＞
図１１に示す回路２７０において、温度ＴがＴ１以上の温度での動作を、図１３に示す。

図１３では、充電時（端子２２１に正電圧、端子２２２に負電圧を印加したとき）の電流を二点鎖線、放電時の電流を一点鎖線で示している。温度ＴがＴ１以上の時、電圧Ｖ_ＨＣＯＮを低レベル電圧（Ｌ）とする。低レベル電圧（Ｌ）がゲートに印加されると、ｎチャネル型トランジスタであるトランジスタ２６３はオフ状態となる。また、端子ＣＣＯＮの電圧Ｖ_ＣＣＯＮも低レベル電圧（Ｌ）とする。低レベル電圧（Ｌ）がゲートに印加されると、ｐチャネル型トランジスタであるトランジスタ２６１はオン状態となる。このため、充電電流の流れる方向はダイオード２６２の順方向である。トランジスタ２６３がオフ状態であり、充電電流の流れる方向がダイオード２６４の逆方向であるので、ヒータ４００には電流が流れない。

上記の状態で充電を行うと、トランジスタ２６１はオン状態であるが、充電電流の流れる方向はダイオード２６２の逆方向となるので、充電電流は、端子２２１、トランジスタ２６１、蓄電装置３００、及び端子２２２に流れることにより、蓄電装置３００が充電される。

また放電時には、トランジスタ２６１がオン状態であることに加えて、放電電流の流れる方向はダイオード２６２の順方向となる。蓄電装置３００からの放電電流の経路は、端子２２２、蓄電装置３００、トランジスタ２６１、ダイオード２６２、及び、端子２２１に流れる。以上により、蓄電装置３００から放電することができる。

＜＜Ｔ２以上の温度での動作＞＞
図１１に示す回路２７０では、温度Ｔ１以上の温度で、上述のように、充電が許容される。この場合、蓄電装置３００の温度Ｔが、不動態被膜が破壊される程度の高温、又は、蓄電装置３００が発火する恐れがある高温となっても、充電が許容される。

そこで、蓄電装置３００の温度Ｔの上限値（上限温度Ｔ２）を使用者が設定し、温度センサ４１０によって検知される蓄電装置３００の温度がＴ２に達した場合、蓄電装置３００への充電を禁止する。これにより、不動態被膜が破壊されることや、蓄電装置３００が発火することを防ぐことができる。

以上により、低温でも高温でも安全に動作可能な蓄電ユニットを得ることができる。

図１５に、回路２７０を含む蓄電ユニットの回路を示す。図１５に示す蓄電ユニットは、回路２７０、電流制御回路５５０、及び制御回路５９０を有している。

制御回路５９０は、温度センサ４１０の情報を端子ＴＨＭで受け取り、当該情報を基に、端子ＨＣＯＮの電圧Ｖ_ＨＣＯＮを高レベル電圧（Ｈ）又は低レベル電圧（Ｌ）に切り替える。また制御回路５９０は、温度センサ４１０からの情報を基に、端子ＣＣＯＮの電圧（電圧Ｖ_ＣＣＯＮとする）を高レベル電圧（Ｈ）又は低レベル電圧（Ｌ）に切り替える。

制御回路５９０は、端子ＳＥＮＳＥ＋及び端子ＳＥＮＳＥ−の電圧を検知することで、端子ＳＥＮＳＥ＋及び端子ＳＥＮＳＥ−間を流れる電流、すなわち、抵抗５５２に流れる電流の電流値を測定する。また、制御回路５９０の端子ＧＳからトランジスタ５５５のゲートへ、パルス幅変調信号を入力することにより、抵抗５５２に流れる電流の電流値を制御する。

上限温度Ｔ２以上の温度では、制御回路５９０は、蓄電装置３００の温度Ｔの情報に基づいてパルス幅変調信号を制御してトランジスタ５５５をオフ状態にし、電源５６１から蓄電装置３００への充電を禁止する。

以上本実施の形態により、低温及び高温で安全に動作可能な蓄電ユニットを得ることができる。

本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと適宜組み合わせて用いることができる。

［実施の形態４］
本実施の形態では、蓄電装置に蓄えられる電力の電源として、太陽電池を用いた例について説明する。

本実施の形態の蓄電ユニットを太陽電池と組み合わせた太陽光発電ユニット１００の一例を図１６に示す。

図１６に示す太陽光発電ユニット１００は、蓄電装置３００、ヒータ４００、及び、温度センサ４１０を有する蓄電ユニット、太陽電池２００、並びに、制御装置６００を有している。蓄電ユニットは、太陽電池２００の受光面と反対側の面に設けられている。また、蓄電ユニット、並びに、制御装置６００は、配線４０３によって電気的に接続されている。

太陽光発電ユニット１００の回路構成を図１７に示す。太陽光発電ユニット１００は、ヒータ４００としてＰＴＣサーミスタを用いる回路２５０（図３（Ａ）参照）を有するものとする。

太陽光発電ユニット１００は、太陽電池２００、抵抗６１１、抵抗６１２、ＭＰＰＴ回路６５０（ＭＰＰＴ：Ｍａｘｉｍｕｍ Ｐｏｗｅｒ Ｐｏｉｎｔ Ｔｒａｃｋｉｎｇ（最大電力点追従））、電流制御回路５５０、回路２５０、制御回路６７０を有している。なお、電流制御回路５５０及び回路２５０は、図６に示す構成と同じである。

抵抗６１１の一方の端子は太陽電池２００の一方の端子に電気的に接続されている。抵抗６１１の他方の端子は、抵抗６１２の一方の端子、及び、制御回路６７０の端子ＶＩＮ＿ＳＮＳに電気的に接続されている。抵抗６１２の他方の端子は接地されている。

太陽電池２００が発電した直流電力の電圧をＶ_ＳＢとし、抵抗６１１及び抵抗６１２それぞれの抵抗値をＲ１及びＲ２とすると、端子ＶＩＮ＿ＳＮＳに印加される電圧は、Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）×Ｖ_ＳＢとなる。そのため、端子ＶＩＮ＿ＳＮＳに印加される電圧を検知することにより、太陽電池２００が発電した直流電力の電圧Ｖ_ＳＢを検知することができる。

ＭＰＰＴ回路６５０は、コンデンサ６５１、抵抗６５２、コイル６５３、ダイオード６５４、トランジスタ６５５を有しており、降圧型ＤＣ−ＤＣコンバータを利用した電流制御回路である。

コンデンサ６５１の一方の端子は、電流制御回路５５０、抵抗６５２の一方の端子、制御回路６７０の端子ＳＥＮＳＥ１−に電気的に接続されている。コンデンサ６５１の他方の端子は接地されている。

抵抗６５２の他方の端子は、コイル６５３の一方の端子、制御回路６７０の端子ＳＥＮＳＥ１＋に電気的に接続されている。抵抗６５２の両方の端子にかかる電圧は、制御回路６７０の端子ＳＥＮＳＥ１＋及び端子ＳＥＮＳＥ１−にかかる電圧と同じである。これにより、抵抗６５２を流れる電流の電流値を測定することができる。

コイル６５３の一方の端子は、抵抗６５２の他方の端子に電気的に接続されている。コイル６５３の他方の端子は、ダイオード６５４のカソード、トランジスタ６５５のソース又はドレインの一方に電気的に接続されている。ダイオード６５４のアノードは接地されている。

トランジスタ６５５はｎチャネル型トランジスタであり、ゲートは制御回路６７０の端子ＧＳ１に電気的に接続されている。制御回路６７０からトランジスタ６５５のゲートへ、パルス幅変調信号が入力されることにより、抵抗６５２に流れる電流の電流値を制御することができる。

トランジスタ６５５のソース又はドレインの他方は、抵抗６１１の一方の端子に電気的に接続されている。

太陽電池２００が発電した直流電力の電圧Ｖ_ＳＢは、太陽電池２００の状態によって変化する。そこで、ＭＰＰＴ回路６５０が、電圧Ｖ_ＳＢに応じて電流値を変化させることで、太陽電池２００から取り出せる電力の電力を最大化することができる。

なお、電流制御回路５５０及び回路２５０の詳細な説明については、図６に示す電流制御回路５５０及び回路２５０の説明を援用すればよい。ただし、図１７においては、図６の制御回路５７０の端子ＧＳ、端子ＳＥＮＳＥ＋、端子ＳＥＮＳＥ−を、図１７の制御回路６７０の端子ＧＳ２、端子ＳＥＮＳＥ２＋、端子ＳＥＮＳＥ２−に読み替える。

また、図１４と同様に、不動態被膜が破壊される温度、又は、蓄電装置３００が発火する温度より低い場合で使用するのであれば、図１７の回路２５０において、温度センサ４１０を省略した構成にしてもよい。

図１８に、図１７とは異なる構成を有する太陽光発電ユニットの回路構成を示す。太陽光発電ユニット１００は、温度によらず抵抗がほぼ一定のヒータ４００を用いる回路２６０（図７（Ａ）参照）を有するものとする。

太陽光発電ユニット１００は、太陽電池２００、抵抗６１１、抵抗６１２、ＭＰＰＴ回路６５０、電流制御回路５５０、回路２６０、制御回路６８０を有している。なお、太陽電池２００、抵抗６１１、抵抗６１２、ＭＰＰＴ回路６５０は、図１７に示す構成と同じである。ただし、図１７に示す制御回路６７０は、図１８では制御回路６８０に読み替える。

また電流制御回路５５０及び回路２６０は、図１０に示す構成と同じである。ただし、図１０の制御回路５８０の端子ＧＳ、端子ＳＥＮＳＥ＋、端子ＳＥＮＳＥ−を、図１８では制御回路６８０の端子ＧＳ２、端子ＳＥＮＳＥ２＋、端子ＳＥＮＳＥ２−に読み替える。

図１９に、図１７及び図１８とは異なる構成を有する太陽光発電ユニットの回路構成を示す。太陽光発電ユニット１００では、温度によらず抵抗がほぼ一定のヒータ４００を用いる回路２７０（図１１参照）を有するものとする。

太陽光発電ユニット１００は、太陽電池２００、抵抗６１１、抵抗６１２、ＭＰＰＴ回路６５０、電流制御回路５５０、回路２７０、制御回路６９０を有している。なお、太陽電池２００、抵抗６１１、抵抗６１２、ＭＰＰＴ回路６５０は、図１７に示す構成と同じである。ただし、図１７に示す制御回路６７０は、図１９では制御回路６９０に読み替える。

また電流制御回路５５０及び回路２７０は、図１５に示す構成と同じである。ただし、図１５の制御回路５９０の端子ＧＳ、端子ＳＥＮＳＥ＋、端子ＳＥＮＳＥ−を、図１９の制御回路６９０の端子ＧＳ２、端子ＳＥＮＳＥ２＋、端子ＳＥＮＳＥ２−に読み替える。

本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態に示す構成、方法などと適宜組み合わせて用いることができる。

１００ 太陽光発電ユニット
２００ 太陽電池
２０１ 抵抗
２０２ トランジスタ
２０３ ダイオード
２１１ 端子
２１２ 端子
２２１ 端子
２２２ 端子
２５０ 回路
２５５ 回路
２６０ 回路
２６１ トランジスタ
２６２ ダイオード
２６３ トランジスタ
２６４ ダイオード
２７０ 回路
３００ 蓄電装置
３０１ 正極集電体
３０２ 正極活物質層
３０４ 負極活物質層
３０５ 負極集電体
３０７ セパレータ
３０８ 電解質
３０９ 外装体
３１０ 蓄電装置
３１１ 正極
３１２ 負極
４００ ヒータ
４０３ 配線
４０１ａ 端子
４０１ｂ 端子
４１０ 温度センサ
４１１ａ 端子
４１１ｂ 端子
５００ 外装体
５０１ａ 端子
５０１ｂ 端子
５０２ａ 端子
５０２ｂ 端子
５０３ａ 端子
５０３ｂ 端子
５５０ 電流制御回路
５５１ コンデンサ
５５２ 抵抗
５５３ コイル
５５４ ダイオード
５５５ トランジスタ
５６１ 電源
５６２ 負荷
５７０ 制御回路
５８０ 制御回路
５９０ 制御回路
６１１ 抵抗
６１２ 抵抗
６５０ ＭＰＰＴ回路
６５１ コンデンサ
６５２ 抵抗
６５３ コイル
６５４ ダイオード
６５５ トランジスタ
６７０ 制御回路
６８０ 制御回路
６９０ 制御回路

Claims (11)

1. 蓄電装置と、
   前記蓄電装置に隣接して設置されるヒータと、
   前記蓄電装置及び前記ヒータの少なくとも一方に隣接して配置され、前記蓄電装置及び前記ヒータの少なくとも一方の温度を検知する温度センサと、
   前記蓄電装置の温度が第１の温度より低い場合は、前記蓄電装置の充電を行わず、前記ヒータにより前記蓄電装置を加熱する制御を行い、前記蓄電装置の温度が前記第１の温度以上の場合は、前記ヒータによる前記蓄電装置の加熱を行わず、前記蓄電装置を充電する制御を行う制御回路と、
   を有することを特徴とする蓄電ユニット。
2. 請求項１において、
   前記蓄電装置の温度が、前記第１の温度より高い第２の温度以上の場合は、充電を行わないことを特徴とする蓄電ユニット。
3. 蓄電装置と、
   前記蓄電装置に隣接して設置され、キュリー温度Ｔｃ以上で電気抵抗が増加するヒータと、
   前記蓄電装置の温度をＴとすると、Ｔ＜Ｔｃの場合は、前記蓄電装置の充電を行わず、前記ヒータにより前記蓄電装置を加熱する制御を行い、Ｔ≧Ｔｃの場合は、前記ヒータによる前記蓄電装置の加熱を行わず、前記蓄電装置を充電する制御を行う制御回路と、
   を有することを特徴とする蓄電ユニット。
4. 蓄電装置と、
   前記蓄電装置に隣接して設置され、キュリー温度Ｔｃ以上で電気抵抗が増加するヒータと、
   前記蓄電装置及び前記ヒータの少なくとも一方に隣接して配置され、前記蓄電装置及び前記ヒータの少なくとも一方の温度を検知する温度センサと、
   前記蓄電装置の温度をＴとすると、Ｔ＜Ｔｃの場合は、前記蓄電装置の充電を行わず、前記ヒータにより前記蓄電装置を加熱する制御を行い、Ｔ≧Ｔｃの場合は、前記ヒータによる前記蓄電装置の加熱を行わず、前記蓄電装置を充電する制御を行う制御回路と、
   を有することを特徴とする蓄電ユニット。
5. 請求項３又は請求項４において、
   前記ヒータは、ＰＴＣサーミスタであることを特徴とする蓄電ユニット。
6. 請求項４又は請求項５において、
   任意の温度Ｔｈ（ただしＴｈ＞Ｔｃ）とし、
   前記制御回路は、Ｔ≧Ｔｈの場合は、前記蓄電装置を充電しない制御を行うことを特徴とする蓄電ユニット。
7. 蓄電装置と、
   前記蓄電装置に隣接して設置され、温度によらず電気抵抗が一定であるヒータと、
   前記蓄電装置及び前記ヒータの少なくとも一方に隣接して配置され、前記蓄電装置及び前記ヒータの少なくとも一方の温度を検知する温度センサと、
   前記蓄電装置の温度をＴとし、所定の温度をＴｄとすると、Ｔ＜Ｔｄの場合は、前記蓄電装置の充電を行わず、前記ヒータにより前記蓄電装置を加熱する制御を行い、Ｔ≧Ｔｄの場合は、前記ヒータによる前記蓄電装置の加熱を行わず、前記蓄電装置を充電する制御を行う制御回路と、
   を有することを特徴とする蓄電ユニット。
8. 請求項７において、
   任意の温度Ｔｈ（ただしＴｈ＞Ｔｄ）とし、
   前記制御回路は、Ｔ≧Ｔｈの場合は、前記蓄電装置を充電しない制御を行うことを特徴とする蓄電ユニット。
9. 請求項４乃至請求項８のいずれか一項において、
   前記蓄電装置は、定電流により充電されることを特徴とする蓄電ユニット。
10. 請求項１乃至請求項９のいずれか一項において、
    前記蓄電装置は、負極の活物質に炭素材料が用いられたリチウム二次電池であることを特徴とする蓄電ユニット。
11. 請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の蓄電ユニットと、
    太陽電池と、
    を有し、
    前記蓄電装置に蓄えられる直流電力は、前記太陽電池により発電された直流電力であることを特徴とする太陽光発電ユニット。

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