JP2005293977A - 複合電池 - Google Patents

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Abstract

【課題】負荷装置の種類に依存することなく使用できる複合電池を提供すること。
【解決手段】同一種の正極活物質からなる大容量二次電池と高出力二次電池とを備え、大容量二次電池と高出力二次電池は、並列に接続され、電力供給源によって充電され、負荷装置に電力を供給する、複合電池。
【選択図】図１

Description

本発明は、幅広い利用が可能な電池に関するものである。
ノート型パソコンにおいて、ハードディスクの作動時には３〜４Ａの電流が流れ、通常時の電流０．５〜１Ａより数倍の大きな電流を供給する必要がある。また、携帯プリンタでも、印字時には３〜７Ａの電流が流れ、通常時の電流０．４Ａより大きな電流を必要とする。このような負荷変動は、パソコンに限らず、ドリルなどの電動工具、電気自動車など、殆どの電気で駆動する装置に共通する現象である。
負荷変動が大きな用途（アプリケーション装置）に対応するための電池設計は、必要とする最大電流を供給できるように設計するため、どうしても電池の容積や重量が大きくなり、コンパクト化ができないと共に、高価格となっている。
＜１＞本発明は、負荷変動に強い電池を提供することにある。
＜２＞また、本発明は、扱いが容易な電池を提供することにある。
＜３＞また、本発明は、使用用途（アプリケーション装置）に合わせた電池を提供することにある。
＜４＞また、本発明は、負荷装置の種類に依存することなく使用できる電池を提供を提供することにある。
本発明は、同一種の正極活物質からなる大容量二次電池と高出力二次電池とを備え、大容量二次電池と高出力二次電池は、並列に接続され、電力供給源によって充電され、負荷装置に電力を供給することを特徴とする、複合電池にある。
＜１＞複合電池
複合電池は、同一種の大容量二次電池１１と高出力二次電池１２を並列に接続したものであり、例えば、リチウムイオンを発生する同一種の正極活物質を有する大容量リチウム二次電池１１と高出力リチウム二次電池１２を使用することができる。複合電池は、例えば図１に示すように、大容量二次電池１１と高出力二次電池１２を同一のケース内に配置し、大容量二次電池１１と高出力二次電池１２の各正極を相互に接続し、および、各負極を相互に接続して並列接続を行っている。このような複合電池１は、負荷が大電流を必要とする場合でも、又は大容量を必要とする場合でも、大容量二次電池１１と高出力二次電池１２の両特性が協働して対応することができる。複合電池は、同一種類の大容量二次電池と高出力二次電池を同一の容器に一体にして収納しても、又は、各々単独の大容量二次電池と高出力二次電池を結合しても良い。
大容量二次電池１１と高出力二次電池１２が同一種の二次電池とすると、起電力が等しくなり、相互に直結する（直接接続する）ことができ、途中に素子や回路を介在させる必要がない。それに対して、種類の異なる大容量二次電池と高出力二次電池を使用すると、電圧調整をするために余分な素子や回路を必要とする。このように、同一種の大容量二次電池１１と高出力二次電池１２を使用すると、同じ使い方ができ、取扱が便利となる。同一種の大容量二次電池と高出力二次電池とは、同一種類の活物質、又は同一のイオンを生じる活物質を有する電池をいう。
＜２＞大容量二次電池
大容量二次電池１１は、大容量の電荷を蓄えることができる電池であり、例えば１セット当り３００Ｗｈの電池とし、取り出せる電流は２７Ｃ（Ｃレート）とする。これらの値は、性能の進歩により変化しうるものである。大容量二次電池１１は、複数のセットからなる電池パックを利用でき、また、リチウム二次電池を利用できる。大容量二次電池は、二次電池保護回路１４で保護することができる。
＜３＞高出力二次電池
高出力二次電池１２は、大電流を取り出せる電池であり、例えば１セット当り１０８Ｃの電池とし、容量は３０Ｗｈとする。これらの値は、性能の進歩で変化しうるものである。高出力二次電池１２は、複数のセットからなり電池パックを利用できる。高出力二次電池１２は、高出力のリチウム二次電池を利用できる。高出力のリチウム二次電池は、例えば、簡単なセル構造として、集電材上に電極材料を薄く形成することにより達成することができる。又は、高出力のリチウム二次電池は、電極材料と電解液などとの接触面積を高め、また、集電材と電極材料間の抵抗を低減することなどにより、達成することができる。なお、複合電池として、大容量二次電池と高出力二次電池とが１個のセルのように一体に形成された複合電池を使用しても良い。
高出力二次電池１２は、二次電池保護回路１４で保護される。二次電池保護回路１４は、大容量二次電池１１と高出力二次電池１２が、共にリチウム二次電池のように同一種類の二次電池とすると、同一の回路を使用することができ、装置の構成部品を少なくでき、信頼性の向上を得ることができる。
以下に、複合電池の設計方法を説明する。
＜１＞複合電池の設計
複合電池は、例えば、大容量二次電池１１の１セットが電気容量３００Ｗｈ、出力電流２７Ａの電池をｎ個並列に接続したパックを使用し、高出力二次電池１２の１セットが電気容量３０Ｗｈ、出力電流１０８Ａの電池をｍ個並列に接続したパックを使用する。この複合電池の基本容量は、（ｎ×３００＋ｍ×３０）Ｗｈであり、大容量二次電池１１と高出力二次電池１２の各１セット（ｎ＝１、ｍ＝１）の複合電池の基本容量は、３３０Ｗｈである。
複合電池の最大出力電流は、（ｎ×２７＋ｍ×１０８）Ａであり、大容量二次電池と高出力二次電池の各１セット（ｎ＝１、ｍ＝１）の複合電池の基本構成電流は、１３５Ａである。通常電流持続時間は（ｎ×０．９＋ｍ×０．０８）時間であり、基本構成での通常電流持続時間は、０．９８（ｎ＝１、ｍ＝１）である。
＜２＞複合電池装置の設計
複合電池装置は、複合電池を充電する充電電源を備えたものであり、複合電池１の充電電源として燃料電池２１、太陽電池３１、車両バッテリー３２などを使用できる。充電電源として燃料電池２１を使用し、複合電池１と一体化して、燃料電池２１から複合電池１に絶えず充電することにより、大容量で高出力を要求する負荷装置４にも対応することができる。
燃料電池２１は、燃料を入力とした電池であり、例えば燃料としてメタノールＭｅＯＨを利用できる。燃料容器２２の交換又は燃料の注入により、出力を継続することができる。燃料電池の出力として、例えば９Ｖで３０Ｗｈとする。必要に応じて、複数の燃料電池を並列に接続して、電力容量を上げることができる。燃料電池２１は、ＭｅＯＨとし、出力は、初期値として、９Ｖ、３．３Ａで３０Ｗの出力が得られる。燃料電池が劣化すると、４．５Ｖ、３．３Ａで１５Ｗの出力が得られる。ＤＣ／ＤＣコンバータ２３は、入力が４．５Ｖ〜９Ｖで３．３Ａであり、出力が１２〜１３Ｖであり、電流は２．５Ａで、効率は８７％である。負荷装置４の消費に応じて、燃料電池２１を一日中常に稼動するように設計すると、可能な限り小型の燃料電池２１とすることができる。
複合電池２は、電気自動車４１、電気駆動バイク４２、電動工具、モータ等の高出力装置４３、ＤＣ／ＡＣ・ＩＦ４５、ＤＣ／ＤＣ・ＩＦ４６を介して電気製品４４などの負荷装置４に接続され、一時的に高出力を必要としたり、長時間の大容量を提供することができる。
複合電池の構造の説明図。 複合電池を用いた複合電池装置の説明図。
符号の説明
１・・・複合電池
１１・・大容量二次電池
１２・・高出力二次電池
１３・・ケース
１４・・二次電池保護回路
２・・・複合電池装置
２１・・燃料電池
２２・・燃料容器
２３・・ＤＣ／ＤＣコンバータ
３１・・太陽電池
３２・・車両バッテリー
４・・・負荷装置

Claims (2)

  1. 同一種の正極活物質からなる大容量二次電池と高出力二次電池とを備え、
    大容量二次電池と高出力二次電池は、並列に接続され、電力供給源によって充電され、負荷装置に電力を供給することを特徴とする、複合電池。
  2. 請求項１に記載の複合電池において、
    大容量二次電池と高出力二次電池は、リチウムイオン二次電池であることを特徴とする、複合電池。
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