JP2015170591A - 集合電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】 少量多種の集合電池に求められる素電池を、それぞれの出力容量比率に合致させて生産すれば、素電池は少量多品種の生産となって価格の低減が難しい。【解決手段】 本発明に係る集合電池は、電極対向面積密度が異なる二種類の素電池で構成するので、必然的に出力容量比率が大きく異なる二種類の素電池だけで構成される。従って、本発明に係る集合電池は、少量多種の電源用途に対しても、適切な出力容量比率を有する集合電池が、二種類だけの素電池の生産で提供できるため、素電池の大量生産が可能となり、その量産効果により少量多種の集合電池も価格低減が可能となる。【選択図】図1
Description
本発明は、集合電池(組電池)に関する。詳しくは、出力容量比率が異なる二種類の非水電解液二次電池で構成する集合電池(組電池)に関する。
本願発明者等は、1990年、それまでの二次電池とは全く異なる新しい二次電池の実用化に成功し、これをリチウムイオン二次電池と名付けた(非特許文献1参照)。リチウムイオン二次電池は、1990年3月6日、米国フロリダで開催された第3回二次電池セミナーで、本願発明者がその優れた性能を世界に紹介したのを契機に(非特許文献2参照)、瞬く間にその優れた性能が認識され、多くの電子機器や電気機器の電源に採用されていった。
リチウムイオン二次電池とは、リチウムイオンのドープ・脱ドープを伴って電気化学的に酸化還元反応が進行しうる物質を、正極と負極の両方に配置した非水電解液二次電池である。リチウムイオンのドープ・脱ドープを伴って酸化還元反応が進行しうる物質は数多く見出されており、それらの組み合わせによって、特性の異なる色々な非水電解液二次電池が作製可能である。今では、斯かる非水電解液二次電池は、総称して「リチウムイオン二次電池」又は単に「リチウムイオン電池」と呼ばれている。
近年では、リチウムイオン二次電池はハイブリッド車(以下、「HV」と称する。)やプラグインハイブリッド車(以下、「PHV」と称する。)、或は電気自動車(以下、「EV」と称する。)等の電源にも採用されており、今後、リチウムイオン電池の利用は、ますます幅広い用途に拡大することが予想される。
バッテリーの用途の中でも、少ない電力を長時間(例えば1ヶ月〜1年)にわたって必要とする場合(ケース1)には、一般に一次電池で対応される。しかし、比較的短い時間(例えば数時間〜数日間)で大きなエネルギー容量(Wh)を消耗してしまう場合(ケース2)では、二次電池(蓄電池)で対応する。例えば、携帯電話やノートPCなどのバッテリー用途はケース2である。更に、二次電池の用途の中には、極短時間(例えば数秒〜数十秒)に大きな電力(出力)が求められる場合(ケース3)もある。例えば、HVに搭載するバッテリーはケース3である。また、近年では、PHVに搭載するバッテリーのように、ケース2とケース3が複合された用途も出現している。
バッテリーとは、本明細書では一次電池及び二次電池を含み、広く電池一般を意味する。バッテリーは携帯電話などの一部小型電子機器用の電源を除き、一般的には、複数個の素電池が連結されて使用されることが多い。素電池を連結して構成したバッテリーは集合電池(又は組電池)とよばれている。また、ここで言う素電池とは、電解液を含んだ電極素子(電極積層体)が一個のセル容器に納められた最小単位の電池を意味する。
バッテリーに求められる代表的な特性はエネルギー容量(Wh)と出力性能(W)である。本明細書では、バッテリーの出力性能を当該バッテリーのエネルギー容量で除した値をバッテリーの「出力容量比率」と定義する。いずれのバッテリーにもそれぞれ固有の「出力容量比率」が存在する。
上述のケース2の用途では、バッテリーはエネルギー容量(Wh)さえ大きければ概ね対応できるし、ケース3の用途には、出力性能の高い二次電池であれば対応できる。しかし、PHVに搭載するバッテリーに代表されるケース2とケース3が複合された用途では、バッテリーには一定以上のエネルギー容量(Wh)と一定以上の出力性能の両方が要求される。つまり、PHVに代表される用途では、バッテリーにはそれぞれの用途によってそれぞれ固有の「出力容量比率」が求められる。
リチウムイオン電池(非水電解液二次電池)は、電極厚さの調整によって、比較的自由に出力容量比率を変えることができる。リチウムイオン電池(非水電解液二次電池)は、一般に、シート状の正極と負極を対向させて積層した電極素子(電極積層体とも言う)が、非水電解液を含浸して電池容器内に密封されて構成される。従って、リチウムイオン電池(非水電解液二次電池)の出力性能は、電極積層体における電極の対向面積(電極面積ともいう)でほぼ決定され、エネルギー容量は、電池容器内に充填された電極活物質の量でほぼ決定される。
更に、リチウムイオン電池(非水電解液二次電池)の電極は電極活物質を主体とする電極材料を金属箔の集電体に塗布して構成するので、電極材料の塗布厚を薄くすれば、電極厚さは薄くなり、電極積層体における電極の積層枚数が増えて、電極面積密度は増える。このとき、電極面積密度が大きくなれば、セパレーターや集電体の充填比率が増えるため、電極活物質の充填量は逆に減少する。従って、電極厚さを薄くすれば、出力性能はアップするが、エネルギー容量は低下する。即ち、出力密度とエネルギー密度はトレイドオフの関係にある。
例えば、PHVは、HV走行に加えて、バッテリーからの電力供給のみで走行(EV走行)することができる車であり、搭載されるバッテリーにはEV走行での走行距離を確保できるだけのエネルギー容量(Wh)とEV走行での最高速度を確保できるだけの出力性能(W)が求められる。
そのため、PHVにより長いEV走行距離を求めれば、より大きなエネルギー容量(Wh)のバッテリーを搭載する必要がある。しかし、最高速度を確保する出力性能(W)はEV走行距離には関係なく同じでよい。従って、PHVに搭載するバッテリーとしては、結局、EV走行距離の違いによって、出力容量比率(=出力性能/エネルギー容量)の異なるバッテリーが求められることになる。
リチウムイオン電池は電極厚さを調整して、出力容量比率を比較的自由に設計できるので、EV走行距離の異なるPHVに対しても、出力容量比率を個別に変えて対応することは可能である。
一方、PHVのバッテリーに代表される用途でも、バッテリー価格の低減が強く求められる。例えば、PHVは家庭用電気で充電してEV走行もできるため、HVより更に燃費性能は良くなる。しかし、現状では、HVより更に大きな容量のバッテリーを搭載することで、車両価格の上昇が燃費削減額を大きく上回り、PHVの普及拡大の足かせとなっている。従って、PHVの普及拡大にはリチウムイオン電池の価格低減が不可欠である。
1996年5月に株式会社野村総合研究所がまとめた「ハイテク電池関連調査プロジェクト‘96」と題する調査報告書によれば、リチウムイオン二次電池がノート型PCに使用され始めて間もない1993年の第一四半期では、18650型電池(ノート型PCに使用されるリチウムイオン二次電池の代表的なセルサイズ)の生産量は、15万セル/月であったが、3年後の1996年の第一四半期では生産量は260万セル/月と17倍に増え、電池価格は58%に低下している。
同調査報告書によれば、1996年の第一四半期におけるノートPC向けリチウムイオン電池のセルサイズ別シェアでは、18650型電池が81%を占めており、世界各社のノートPCが同じ18650型のリチウムイオン電池を使用したことが、大量生産を可能とし、結果的に大幅な価格低減に結びついたことが分かる。つまり、ケース2の用途では、リチウムイオン電池は量産効果によって大幅な価格低減がなされたことがわかる。
今後、PHVのバッテリーに代表されるケース2とケース3が複合された用途でも、リチウムイオン電池の量産効果による価格低減が強く望まれる。
福島民報 日刊 1990年2月16日.
Nagaura,JEC Battery Newsletter No.2(Mar.−Apr.)1990.
二次電池の出力性能(又は出力密度)は利用可能な最大出力の尺度であり、本来は、その単位を「W」、又は「W/L」或は「W/kg」とする具体的数値で示されるべきものである。しかし、具体的数値を示さずに、出力性能(又は出力密度)が「高い」電池、或は「低い」電池ということもある。例えば、通常、1時間率の放電で得られるエネルギー容量(又はエネルギー密度)を100%として、仮に、0.1時間率(360秒間率)の放電で80%以上のエネルギー容量が得られれば、出力性能が「高い」と判断したり、50%以下のエネルギー容量しか得られなければ、出力性能が「低い」と判断したりする。
しかしながら、PHVのバッテリーに代表される用途では、バッテリーの出力容量比率を明確にする必要があり、その出力容量比率を明確にするためにはバッテリーのエネルギー容量(又はエネルギー密度)と出力性能(又は出力密度)の具体的数値が必要である。
バッテリーのエネルギー容量(又はエネルギー密度)と出力性能(又は出力密度)の具体的数値は放電レイトによって異なる。例えば、10時間率の放電で得られるエネルギー容量(又はエネルギー密度)は、通常、2時間率の放電でえられるエネルギー容量(又はエネルギー密度)より大きく、2時間率の放電でえられるエネルギー容量(又はエネルギー密度)は1時間率の放電でえられるエネルギー容量(又はエネルギー密度)より大きい。従って、バッテリーのエネルギー容量(又はエネルギー密度)の具体的数値には、基本的には放電レイトが併記される必要がある。
また、150秒間放電持続可能な出力は60秒間放電持続可能な出力よりも小さく、60秒間放電持続可能な出力は10秒間放電持続可能な出力よりも小さい。従って、バッテリーの出力性能(又は出力密度)の具体的数値には、基本的には持続可能な放電時間(放電レイト)が併記される必要がある。
本発明が解決しようとする課題は、素電池や集合電池の出力容量比率に深く関わるため、エネルギー容量(又はエネルギー密度)と出力性能(又は出力密度)の具体的数値が必要である。そこで、以下、本明細書で意味するエネルギー容量(又はエネルギー密度)及び出力性能(又は出力密度)は、特別に放電レイトを併記しない限り、それぞれ、1時間率の放電で得られる放電容量から求めたエネルギー容量(又はエネルギー密度)であり、150秒間放電持続可能な出力から求めた出力性能(又は出力密度)であることとする。当然ながら、本明細書で意味する出力容量比率は150秒間放電持続可能な出力から求めた出力性能(又は出力密度)を1時間率の放電で得られる放電容量から求めたエネルギー容量(又はエネルギー密度)で除した値である。
なお、電池の一般的な放電においては、10秒間持続可能な放電はもとより、60秒間持続可能な放電も、150秒間持続可能な放電も、重負荷放電に分類される放電レイトであり、バッテリーの出力性能を具体的数値で示す上では、いずれの放電レイトを採用することも可能である。
しかしながら、バッテリーの出力性能を具体的数値で示す上では、実際の用途における最大負荷に近似した放電レイトを採用する方がより好ましい。実際のバッテリー用途を考えた場合、バッテリーが150秒間放電持続できる放電レイトに比べ、10秒間だけ持続できる放電レイトはより特殊な用途である。従って、本明細書では、150秒間放電持続可能な放電レイトを出力性能の具体的数値の基準とした。
集合電池のエネルギー容量(単位は「Wh」である。)は、連結する素電池の数を調整することで、個別の用途に必要なエネルギー容量(Wh)に対応させることができる。また、集合電池の出力性能(単位は「W」である。)も連結する素電池の数を調整することで、個別の用途に必要な出力(W)に対応させることができる。
しかしながら、素電池の数を調整するだけでは集合電池のエネルギー容量と出力性能の両方を用途に過不足なく対応させることは難しい。これを可能とするのは、集合電池に求められる出力容量比率に素電池の出力容量比率が等しい場合である。ただし、集合電池に求められる「出力容量比率」とは集合電池の出力性能を当該集合電池のエネルギー容量で除した値であり、素電池の「出力容量比率」とは素電池の出力性能を当該素電池のエネルギー容量で除した値である。
例えば、出力性能がA(W)で、エネルギー容量がB(Wh)の集合電池では、その出力容量比率はA/Bであり、これを体積Vcの素電池N個で構成する場合には、当該素電池はA/NVc(W/L)の出力密度とB/NVc(Wh/L)のエネルギー密度を満足している必要がある。つまり、出力容量比率がA/Bの集合電池を構成するためには出力容量比率がA/Bの素電池が必要である。
一方、リチウムイオン電池では、電極材料の塗布厚を変えることにより、電極厚さを自由に変えて、広い範囲で出力密度とエネルギー密度の異なる素電池を作製することができる。この場合、出力密度とエネルギー密度はトレイドオフの関係にある。
例えば、リチウムイオン電池の素電池Xをエネルギー容量40Wh、出力性能100Wで設計することもできるが、これと同じ体積の素電池Yを出力性能200Wで設計すれば、エネルギー容量は31Wh程度に低減する。この場合、素電池Xの出力容量比率は2.5であり、素電池Yの出力容量比率は6.45である。
集合電池のエネルギー容量と出力性能が、目的とする電源用途に対して過剰であっても、当該集合電池が電源としての機能に支障をきたすことは無いが、集合電池の体積と価格はアップする。つまり、用途に対する過剰の性能は多かれ少なかれ、集合電池の価格上昇に繋がってしまう。つまり、バッテリーの用途には必要とされる出力容量比率が存在し、バッテリーにも固有の出力容量比率が存在し、この両者が合致することが好ましい。
例えば、現行市販電気自動車(EV)の一つは、電力消費率が114wh/km、充電走行距離が200km程度、最高速度は140km/h程度とされている。このEVに搭載されるバッテリーは約24kWhのエネルギー容量(1時間率)であり、最高速度140km/hから類推される出力性能(150秒間の放電持続を前提とする)は60kW程度である。つまり、このEVに必要な出力容量比率は2.5である。
前述の素電池Xであれば、出力容量比率が2.5であり、約600個の素電池Xを連結した集合電池で、エネルギー容量(24kWh)と出力性能(60kW)のいずれも前記EVに合致するバッテリーとして用意することができる。
しかし、出力容量比率が6.45の前述の素電池Yであれば、774個を連結してエネルギー容量24kWhの集合電池を用意することはできるが、この集合電池は、素電池Xで構成する集合電池に比べて、素電池個数が3割も多くなり、出力性能(155kW)が必要以上に大きくなる。
因みに、前期EVが出力性能155kWのバッテリーを搭載する場合、当該EVは233km/hの最高速度を持つことになる。結局、233km/hの最高速度は意図するところではなく、素電池Yではオーバースペックの集合電池となり、搭載するバッテリーの無駄な体積増と価格上昇に繋がる。これは搭載する集合電池に求められる出力容量比率と、これを構成する素電池Yの出力容量比率が大きく異なるためである。
また、現行市販PHVの一つは、EV走行において、電力消費率が114wh/km、充電走行距離が26.4km、最高速度は100km/hとされている。このPHVに搭載されるバッテリーは4.4kWh程度のエネルギー容量(1時間率)であり、最高速度が100km/hであることから、バッテリーの出力性能(150秒間の放電持続を前提とする)は28.5kW程度である。従って、このPHVに搭載するバッテリーの出力容量比率は6.48である。
このPHVには、前述の出力容量比率が6.45の素電池Yであれば、142個を連結してエネルギー容量と出力性能のいずれも用途にほぼ合致する集合電池を用意することができる。
一方、PHVはその用途によっては充電走行距離が長い車種(より長いEV走行が可能な車種)が望まれることも当然考えられる。この場合、仮に、上記PHVの最高速度(100km/h)はそのままに、充電走行距離だけをプラス60km伸ばした車種をラインナップするとすれば、バッテリーに要求される出力性能は同じく28.5kWであるが、エネルギー容量としては4.4kWhに60kmの追加走行距離に伴う電力消費分6.8kWhが加わって、11.2kWhが必要となる。つまり、必要なバッテリーの出力容量比率は2.54である。
従って、この場合においては、前述の出力容量比率が2.5の素電池Xであれば、284個を連結した集合電池で、エネルギー容量と出力性能のいずれも用途にほぼ合致する集合電池を用意することができる。
素電池Xを280個連結した集合電池は、素電池Yの142個を連結した集合電池に比べて、素電池の個数は2倍となってバッテリー価格もほぼ2倍となることが予想される。従って、素電池Xで構成した集合電池は、26.4kmを必要十分な充電走行距離とするPHVにはオーバースペックであり、搭載するバッテリーの無駄な体積増と価格上昇に繋がる。
しかしながら、必要充電走行距離を80km以上としたいPHVにはスペックどおりであり、素電池の個数は2倍となってバッテリー価格もほぼ2倍となることが予想されるが、この場合の電池価格の上昇は充電走行距離が3倍以上になることで十分納得できるものである。つまり、スペックどおりで集合電池を構成することでバッテリーの無駄な価格上昇を抑えることができる。
このように、集合電池を用途に性能的に合致させることは実質的なバッテリーの価格低減に繋がる。スペックどおりの集合電池を構成するためには、それぞれの集合電池を構成する素電池の出力容量比率が、集合電池に求められる出力容量比率に合致又は近似する必要がある。
しかしながら、PHVに搭載するバッテリー等には、EV走行距離の違いによって出力容量比率の異なるバッテリーが求められることになるため、個々の用途に合致する集合電池は出力容量比率が広い範囲でもとめられる。つまり、PHVの電池に代表されるケース2とケース3が複合された用途では、素電池の出力容量比率を集合電池に合致させるということは、多品種の素電池の生産を余儀なくされ、量産効果による価格低減とは相容れないものである。
例えば、各自動車メーカーのPHVには、また、その各車種には、車の性能に合わせて様々な出力容量比率の集合電池が求められるはずである。この場合、要求スペックの異なる多種の集合電池に対応して、それぞれの出力容量比率に合致する素電池を生産することは、自ずと素電池の少量多品種生産に繋がり、量産効果による価格低減は難しくなる。
本発明は、以上の課題に鑑みて成されたものであり、出力容量比率の異なる少量多種の集合電池に対しても、量産効果による価格低減を可能ならしめることを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係る集合電池は、X>Y>Zの関係において、出力容量比率Xの素電池と出力容量比率Zの素電池が電気的に並列に接続されて出力容量比率Yの単位集合電池が構成され、当該出力容量比率Yの単位集合電池が複数個直列に接続されて構成されていることを特徴とする。
本発明に係る単位集合電池は、出力容量比率の異なる少なくとも二種類の素電池又は集合電池が、それぞれに許容される充電上限電圧が等しいか又は−5%以内で近似する最小電圧単位で電気的に並列に接続されて構成されることを特徴とする。ここで、並列に接続される二種類の素電池又は集合電池は同じ電圧で充電されることになるが、それぞれに許容される充電上限電圧が、等しいか又は−5%以内で近似していれば、いずれの素電池又は集合電池にも、適正な充電電圧を賦課することが出来る。
本発明は、二種類の素電池が、それぞれに許容される充電上限電圧が5%以上異なる場合においても適用可能である。この場合には、二種類の素電池は、許容されるそれぞれの充電上限電圧にそれぞれの直列接続個数を乗じた値が等しいか又は−5%以内で近似する最小直列個数の集合電池を単位として、電気的に並列に接続されて構成される。これにより、いずれの素電池又は集合電池にも、適正な充電電圧を賦課することが出来る。本発明では、集合電池を構成する素電池は、いずれも非水電解液二次電池であるため、許容される充電上限電圧以下の電圧で充電される限り過充電とはならない。
シート状の正極と負極を対向させて積層した、所謂「電極積層体」が、非水電解液を含浸して電池容器内に密封されてなる非水電解液二次電池においては、電極対向面積密度(電極積層体の体積あたりの電極対向面積)が大きくなれば出力性能は大きくなり、逆にエネルギー容量は低くなるため、電極対向面積密度の異なる二種類の素電池では、出力容量比率の違いは電極対向面積密度の違い以上に大きくなる。
従って、二種類の素電池が電極対向面積密度で1.5倍以上異なれば、それぞれ素電池の出力容量比率は少なくとも1.6倍以上は異なる。つまり、電極面積密度が少なくとも1.5倍以上異なる二種類の素電池を、電気的に並列に接続して構成する集合電池は、素電池の数の調整だけで、その出力容量比率YをY〜1.6Yの範囲で構成することができる。
更に、電極対向面積密度が2.1倍以上異なれば、出力と容量のトレードオフの関係から、それぞれ素電池の出力容量比率は少なくとも2.7倍以上は異なり、この二種類の素電池で構成する集合電池は出力容量比率Yのより広い範囲(Y〜2.7Y)で構成できる。
具体的には二種類の素電池のうち、一つは、電極積層体の体積あたりの電極対向面積(電極対向面積密)を8.5m2/L以上とし、他の一つは、電極対向面積密を5.80m2/L以下とすれば、電極対向面積密度は少なくとも1.46倍以上異なるので、斯かる二種類の素電池で構成できる集合電池は出力容量比率を広範囲に設定できる。
本発明に係る集合電池は、電極対向面積密度が異なる二種類の素電池で構成するので、必然的に出力容量比率が大きく異なる二種類の素電池で構成される。従って、本発明に係る集合電池は、二種類の素電池のそれぞれの連結数を調整することによって、出力容量比率の異なる多種類の集合電池を作製することができる。
そのため、本発明に係る集合電池は、色々な用途に対して性能的に過不足なく合致させることで、実質的な価格低減が可能であると同時に、少量多種の電源用途に対しても、適切な出力容量比率を有する集合電池が二種類だけの素電池の生産で提供できるため、素電池の大量生産が可能となり、その量産効果により少量多種の集合電池も価格低減が可能となる。
上記した以外の課題やその解決手段と効果は、以下の実施の形態の説明により更に詳細に説明する。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき、さらに詳細に説明する。
図1及び図2は本発明の一実施形態に係る最小電圧単位の集合電池の単線結線図である。
本明細書では、以下、最小電圧単位の集合電池を一般的な集合電池と区別して表現する場合には「単位集合電池」と言う。本発明に係る集合電池は、単位集合電池を更に、用途に応じて並列或は直列、又は並列及び直列に連結して高容量或は高電圧、又は高電圧高容量の集合電池として構成することが出来る。
本明細書では、以下、最小電圧単位の集合電池を一般的な集合電池と区別して表現する場合には「単位集合電池」と言う。本発明に係る集合電池は、単位集合電池を更に、用途に応じて並列或は直列、又は並列及び直列に連結して高容量或は高電圧、又は高電圧高容量の集合電池として構成することが出来る。
本発明に係る単位集合電池は、出力容量比率の異なる非水電解液二次電池が連結されてなる集合電池であって、出力容量比率の異なる少なくとも二種類の素電池又は集合電池が、それぞれに許容される充電上限電圧が等しいか又は−5%以内で近似する最小電圧単位で電気的に並列に接続されて構成されている集合電池である。
また、本発明に係る単位集合電池は、これを構成する二種類の素電池が、その許容される充電上限電圧において5%以上異なる場合には、二種類の素電池は許容されるそれぞれの充電上限電圧にそれぞれの直列接続個数を乗じた値が等しいか又は−5%以内で近似する最小の直列個数を単位として、電気的に並列に接続されて構成される。
二種類の素電池は電極積層体の体積あたりの電極対向面積(電極対向面積密度)が少なくとも1.4倍以上、好ましくは2.1倍以上異なることを特徴とするため、二種類の素電池の出力容量比率は1.5倍以上異なる。
一般に、非水電解液二次電池では電極面積密度を大きくすれば、エネルギー容量は低下して出力性能は高くなる。そのため、電極対向面積密度の異なる二種類の素電池では、出力容量比率(出力性能をエネルギー容量で除した値)の違いは電極対向面積密度の違い以上に大きくなる。具体的には、電極対向面積密度が1.4倍程度異なれば、二つの素電池の出力容量比率は1.5倍以上異なる。
例えば、シート状の正極と負極を、間に20μm程度のセパレーターを介在させて積層した電極積層体においては、具体的には、正極の厚さを110μm程度以下とすれば、電極対向面積密度は8.5m2/L以上となり、正極の厚さを170μm程度以上とすれば、電極対向面積密度は5.8m2/L以下となる。このとき、負極の厚さは正極との容量バランスにおいて決まる。従って、正極の厚さを110μm以下とする素電池と正極の厚さを170μm以上とする素電池では電極積層体の電極対向面積密度は1.47倍異なり、出力容量比率では1.5倍以上異なる。
本発明に係る単位集合電池の出力容量比率は、二種類の素電池の構成比率を変えることで、二種類の素電池の出力容量比率の間で幅広く変えることができる。また、単位集合電池を更に連結して構成する集合電池の出力容量比率は、単位集合電池の出力容量比率に準じることとなる。
図1及び図2に示した集合電池11及び集合電池12は、いずれも出力容量比率が相対的に高い素電池1のn個と、出力容量比率が相対的に低い素電池2のm個で構成されている。素電池1の出力容量比率Xと素電池2の出力容量比率ZはX>Zの関係にあり、集合電池11及び集合電池12の出力容量比率Yは、nとmを適切に選択することで、X>Y>Zの範囲に多数設定することができる。ただし、nとmは1以上の整数である。
素電池1と素電池2は、いずれも図3に示すように、正極と負極を対向させて重ね合わせた電極積層体40が電解液(不図示)を含浸して電池容器41内に密封された構造であり、素電池1と素電池2は電極積層体40の体積あたりの電極対向面積(電極対向面積密度)を大きく違えた素電池である。
図1及び図2に示した単位集合電池11及び単位集合電池12は、いずれもn個の素電池1とm個の素電池2を接続して構成しているが、図1に示す単位集合電池11では、これを構成する素電池1と素電池2は、許容される充電上限電圧が等しいか又は−5%以内で近似している場合であり、図2に示す単位集合電池12では、これを構成する素電池1と素電池2は、充電上限電圧が5%を超えて異なる場合である。
先ず、素電池1と素電池2の充電上限電圧が等しい(又は−5%以内で近似する)場合の本発明の実施の形態について説明する。
図1に示す単位集合電池11は、これを構成する素電池1と素電池2は充電上限電圧が等しい(又は−5%以内で近似する)場合であり、通常、素電池1と素電池2の正極と負極の主要活物質種が同じであれば、充電上限電圧は−5%以内で近似する。正極と負極の主要活物質種が同じであっても、図3に示すような、シート状の正極と負極を対向させて積層した電極積層体40を電池容器41内に密封してなる非水電解液二次電池では、電極厚さを変えることで電極面積密度を変えて、出力容量比率が異なる二種類の素電池が作製可能である。
図1に示す本発明に係る単位集合電池11は、出力容量比率が相対的に高い素電池1のn個と、出力容量比率が相対的に低い素電池2のm個を電気的に並列に接続して構成している。ただし、nとmは1以上の整数である。この場合、素電池1の出力容量比率Xと素電池2の出力容量比率ZはX>Zの関係にあり、集合電池11の出力容量比率Yは、nとmを適切に選択することで、X>Y>Zの範囲に多数設定することができる。
仮に、素電池1と素電池2の充電上限電圧が大きく異なれば、電気的に並列に接続すればいずれかの素電池が過充電される等の不具合を生じる。しかし、素電池1と素電池2が、充電上限電圧が−5%以内で近似している非水電解液二次電池であれば、素電池単体を電気的に並列に接続しても支障は無い。
以下、更に具体的な本発明の実施の形態を、素電池1と素電池2が同じ正極活物質と、同じ負極活物質を使用するリチウムイオン電池の場合について説明する。
同じ活物質種を選択した素電池1と素電池2は、いずれの充電上限電圧も同じであることから、n個の素電池1とm個の素電池2は並列に接続して、図1に示す単位集合電池11を構成することが出来る。
ここで素電池1は、正極(ただし、両面に塗布した電極)の電極厚さを100〜110ミクロン程度まで薄くすれば、電極面積密度は8.7m2/L程度まで高まり、結果として、出力容量比率は6.2まで高くすることができる。
一方、素電池2は、正極(ただし、両面に塗布した電極)の電極厚さを160〜170ミクロン程度の厚さとすれば、電極面積密度は5.8m2/L程度であり、出力容量比率は3.9程度である。
このように、同じ正極活物質と同じ負極活物質を使用するリチウムイオン電池の場合では、電極面積密度が1.5倍程度異なれば、それに伴って出力容量比率は約1,6倍程度異なる。そこで、出力容量比率が約1,6倍程度異なる素電池1のn個と素電池2のm個を並列に接続して図1に示す集合電池11を構成すれば、集合電池11の出力容量比率Yは、nとmを適切に選択することで、6.2>Y>3.9の範囲で幅広く設定することができる。
仮に、n:mを1:9から9:1まで9段階で変化させた場合には、下記表1に示すように、セルNo1から9まで9種類の単位集合電池が、それぞれ出力容量比率が4.1から6.0まで異なる集合電池として構成できる。勿論、n:mを更に細かい比率で変化させれば、出力容量比率が3.9から6.2までの間で、更に多くの種類の単位集合電池が構成できる。つまり、本発明に係る集合電池では、素電池1と素電池2の正極と負極のそれぞれの主要活物質種は同じであっても、少なくとも、電極面積密度が1.5倍以上異なる二種類の素電池1と素電池2を生産すれば、出力容量比率が大きく異なる単位集合電池を構成することが出来る。
これ等セルNo1から9の9種類の単位集合電池は、更に用途に応じて並列或は直列、又は並列及び直列に連結して高容量或は高電圧、又は高電圧高容量の集合電池を、いずれも単位集合電池の出力容量比率に準じて構成することが出来る。
更に、素電池1は、正極(ただし、両面に塗布した電極)の電極厚さを70〜80ミクロン程度まで薄くして作製すれば、電極面積密度は10m2/L程度まで高まり、結果として、出力容量比率は8.3程度まで高くすることができる。
また素電池2も、正極(ただし、両面に塗布した電極)の電極厚さを200〜210ミクロン程度の厚さまで厚くすれば、素電池2の電極面積密度は4.7m2/L程度となって、出力容量比率は3.0程度となる。
このように正極厚さを更に薄くした素電池1と正極厚さを更に厚くした素電池2では、電極面積密度では2.1倍以上異なり、それに伴って出力容量比率では2.7倍以上異なる。このように出力容量比率が更に大きく異なる素電池1と素電池2を並列に接続して、図1に示す単位集合電池11を構成すれば、集合電池11の出力容量比率Yは、更に広い範囲(8.3>Y>3.0)に設定することができる。
出力容量比率が8.3の素電池1と出力容量比率が3.0の素電池2を同じく、n:mを1:9から9:1まで9段階で変化させて単位集合電池11を構成する場合には、下記表2に示すように、セルNo21から29まで9種類の集合電池が9種類の出力容量比率(3.5から7.7まで)で構成できる。勿論、n:mを更に細かい比率で変化させれば、出力容量比率3.0から8.3までの間で、更に多くの種類の単位集合電池が構成できる。
この場合においても、No21から29の9種類の単位集合電池は、更に用途に応じて並列或は直列、又は並列及び直列に連結して高容量或は高電圧、又は高電圧高容量の集合電池を構成することが出来る。
続いて、素電池1と素電池2が充電上限電圧の近似しない場合における、本発明の実施の形態について説明する。
図2に示す集合電池12Aは、n個の素電池1とm個の素電池2を、それぞれ電気的に直列に接続したものを更に並列に接続して構成している。先ず、n個の素電池1はn=i×f(i及びfは1以上の整数)に従ってf個を直列に接続し、m個の素電池2はm=j×g(j及びgは1以上の整数)に従ってg個を直列に接続する。f個を直列に接続したi組の素電池1とg個を直列に接続したj組の素電池2は更に並列に接続して図2に示す単位集合電池12Aを構成する。
図2に示す単位集合電池12Aでは、素電池1と素電池2の、それぞれの直列接続数f及びgは、f=3及びg=2の場合について示しているが、基本的には素電池1と素電池2の、それぞれの直列接続数f及びgは、素電池1の充電上限電圧V1と素電池2の充電上限電圧V2に対して、V1×f≒V2×gとなるように選択する。ただし、V1×f≒V2×gは、V1×fとV2×gは等しいか又は−5%以内で近似していることを意味する。
素電池1の充電上限電圧V1と素電池2の充電上限電圧V2が大きく異なれば、素電池1と素電池2を、図1に示した集合電池11のように、そのまま素電池同士を並列に接続すれば、いずれかの素電池には過充電等の不具合を生じる。しかし、図2に示す単位集合電池12Aでは、V1×f≒V2×gとなるように、それぞれに許容される充電上限電圧とそれぞれの直列接続数の積が−5%以内で近似する最小の直列接続数を単位として、電気的に並列に接続するので、過充電等の不具合は生じない。
そこで具体的に、素電池1として、マンガン酸リチウム(化学式LiMn2O4、以下、LMOという。)を正極活物質とし、チタン酸リチウム(化学式Li4Ti5O12、以下、LTOという。)を負極活物質とするリチウムイオン電池を選択し、素電池2としては、LMOを正極活物質とし、カーボンを負極活物質とするリチウムイオン電池を選択して、素電池1と素電池2の充電上限電圧が近似しない場合の本発明の実施形態について説明する。
上記活物質種を選択した場合では、素電池1の充電上限電圧V1は2.8Vであり、素電池2の充電上限電圧V2は4.2Vであることから、V1×3≒V2×2 が成立する。従って、素電池1の直列接続数を3、素電池2の直列接続数を2として、図2に示す最小電圧単位の集合電池12Aを構成する。ここでは、それぞれに許容される充電上限電圧とそれぞれの直列接続数の積(8.4V)が等しくなる最小の直列接続数(3及び2)を単位として、電気的に並列に接続するので、過充電等の不具合は生じない。
因みに、素電池1は同じで、素電池2として、リン酸鉄リチウム(化学式LiFePO4以下、LFPという。)を正極活物質とし、カーボンを負極活物質とするリチウムイオン電池を選択する場合では、素電池2の充電上限電圧V2は3.8Vであることから、V1×4≒V2×3 が成立するので、素電池1の直列接続数を4、素電池2の直列接続数を3として、最小電圧単位の集合電池を構成することになる。
具体的に、素電池1はLMOとLTOを正極と負極のそれぞれの主要活物質種に選択し、正極(ただし、両面に塗布した電極)の電極厚さを65〜70ミクロン程度まで薄くすれば、電極面積密度を10.5m2/L程度まで高めることができる。こうして用意した素電池1は、エネルギー密度は95Wh/L程度しか期待できないが、出力容量比率は10.1まで高くなる。
一方、LMOとカーボンを正極と負極の主要活物質種に選択し、正極(ただし、両面に塗布した電極)の電極厚さを200〜210ミクロン程度の厚さとして、電極面積密度を4.7m2/L程度とすれば、出力容量比率は3.0程度で、エネルギー密度は220Wh/L程度の素電池2を用意することができる。
こうして用意される二種類の素電池は、素電池1の充電上限電圧V1(=2.8V)と素電池2の充電上限電圧V2(=4.2v)にはV1×3≒V2×2 が成立するので、素電池1の直列接続数を3、素電池2の直列接続数を2とし、それぞれn個の素電池1とm個の素電池2を直列及び並列に接続して図2に示す単位集合電池12Aが構成できる。図2に示す集合電池12Aの正極端子23と負極端子24に充電上限電圧として8,4Vを賦課すれば、各素電池1には充電上限電圧2.8Vが賦課され、各素電池2には充電上限電圧4.2Vが賦課される。
このように並列に接続される二種類の素電池が、それぞれに許容される充電上限電圧が異なる場合には、それぞれに許容される充電上限電圧とそれぞれの直列接続数の積が−5%以内で近似する最小の直列接続数を単位として、電気的に並列に接続して単位集合電池12Aを構成すれば、集合電池に賦課する充電電圧は、適正な充電電圧でいずれの素電池にも賦課される。
ここで、n:mを3:18から27:2まで9段階で変化させた場合には、下記表3に示すように、単位集合電池12Aの出力容量比率は3.5から9.0まで、セルNo31から39までの9種類が、出力容量比率の異なる集合電池として構成できる。つまり、本発明に係る集合電池であれば、充電上限電圧が近似しない二種類の素電池でも、出力容量比率の異なる二種類の素電池を生産することによって、色々な用途に対応可能な出力容量比率の異なる単位集合電池が構成できる。勿論、n:mを更に細かく変化させれば、出力容量比率は3.0から10.1までの間で、更に多くの種類の単位集合電池が構成できる。
この場合においても、No31から39の9種類の単位集合電池は、更に用途に応じて並列或は直列、又は並列及び直列に連結して高容量或は高電圧、又は高電圧高容量の集合電池を構成することが出来る。
図2に示す単位集合電池12Aは、図4に示す単位集合電池12Bのように、直列と並列の接続順を変えて、n個の素電池1とm個の素電池2はそれぞれi個およびj個を並列に接続したものをさらに直列に接続し、最後に両者を並列に接続して構成することもできる。
リチウムイオン電池では、一般的傾向として、正極と負極の活物質種が同一である場合には出力性能を高くするほど安全性の確保は難しくなる。また、リチウムイオン電池の安全性は選択される活物質種よっても異なる。そのような中で、LTOを負極活物質とするリチウムイオン電池は、カーボンを負極活物質とするリチウムイオン電池より安全性に優れていることが注目されている。
そこで、素電池1(出力容量比率の高い)に安全性の高いLTO負極のリチウムイオン電池を選択し、素電池2(出力容量比率の低い)にエネルギー密度の高いカーボン負極のリチウムイオン電池を選択することは、集合電池(12A、12B)に高い安全性を求める上で好ましい選択である。
以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明する。
本実施例では、素電池1として電動工具等の電源として量産されている18650型(外径18mm、高さ65mm)のリチウムイオン電池を、また、素電池2としてはノートPC等の電源として量産されている18650型のリチウムイオン電池を、それぞれ用意して集合電池を作製した。
用意した素電池1と素電池2はいずれも正極活物質としてLFPを使用し、負極活物質としてはカーボンを使用したリチウムイオン電池であるが、集合電池の作製に先立ち、素電池1と素電池2はそれぞれの一つを解体して、電極素子の体積及び電極の面積を測定し、それぞれの電極対向面積密度を求めた。電極対向面積密度は素電池1が8.3m2/L、素電池2が3.2m2/Lであり、用意した素電池1と素電池2は電極対向面積密度において2.6倍異なる。
続いて、素電池1と素電池2のエネルギー容量及び出力性能を測定した。二次電池のエネルギー容量(又はエネルギー密度)及び出力性能(又は出力密度)は、放電レイトが明確にされて初めて確定される値である。そこで、本実施例で用意した素電池1及び素電池2については、1時間率の放電で得られる放電容量から求められるエネルギー容量と、150秒間放電持続可能な出力から求められる出力性能を以って、それぞれのエネルギー容量及び出力性能とした。
エネルギー容量の決定に当っては、いずれの素電池も放電によって満充電状態から終止電圧2.5Vに達する時間が極力1時間に近い放電時間T1(50分<T1<60分)と、放電時間T2(65>T2>60分1時)の放電容量から、1時間丁度の放電で得られる放電容量を推定し、それぞれの素電池のエネルギー容量(Wh)を決定した。その結果、素電池1のエネルギー容量は3.3Whであり、素電池2のエネルギー容量は4.2Whであった。
また、出力性能の決定に当っては、満充電状態から、放電によって終止電圧2.0Vに達する時間T3及びT4が極力150秒に近い(ただし、T3<150秒<T4)放電での放電容量から、150秒間丁度の放電で得られるエネルギー容量(Wh)を決定し、そのエネルギー容量を150秒で除することで、150秒間放電持続可能な最大出力が決定できる。その結果、素電池1の出力性能は26.1Wであり、素電池2の出力性能は10.1Wであった。
結局、素電池1の出力容量比率は7.9で、素電池2の出力容量比率は2.39であり、素電池1と素電池2では出力容量比率で3.3倍異なる。そこで、素電池1のn個と素電池2のm個を並列に接続して図1に示す単位集合電池11を構成すれば、集合電池11の出力容量比率Yは、nとmの選択によって、7.9>Y>2.39の範囲で幅広く設定することができる。図5には、本実施例における素電池1と素電池2の構成比率と本発明に係る集合電池の出力容量比率の関係を示した。
次に、本発明に係る集合電池が如何に幅広いバッテリーの用途に対応することができるかを、3種類のPHV車種に搭載する場合を想定して検証する。
PHVに望まれるEV走行距離はその用途によって異なる。毎日の通勤で30kmを往復する人には30kmのEV走行が可能な車種でよいが、60kmを往復する人には60kmのEV走行が可能な車種が望ましい。
本発明に係る集合電池であれば、本実施例で用意した二種類の素電池1と素電池2だけで、その構成比率を変えて、EV走行距離が大きく異なる多くのPHV車種に適切に対応した集合電池を用意することができることを以下のように検証した。
現行市販PHVの一つは、EV走行において充電走行距離が26.4km、最高速度は100km/hとされている。このPHVは電力消費率が114wh/kmであり、搭載されているバッテリーは4.4kWhのエネルギー容量(1時間率)である。また、バッテリーの出力性能は最高速度が100km/hであることから、28.5kW程度(ただし、150秒間の放電持続を前提とした出力)である。
今、このPHVに、充電走行距離が30km、40km、60kmの車種をラインアップしようとすれば、それぞれ現行車種より充電走行距離を3.6km、13.6km、33.6kmアップさせる必要がある。従って、それぞれに搭載するバッテリーのエネルギー容量は、現行車種よりそれぞれ、0.41kWh、1.55kWh、及び3.83kWhアップさせる必要がある。しかし、出力性能は同じ(28.5kW)でよい。
結局、充電走行距離が30kmのPHVには、エネルギー容量(1時間率)が約4.8kWhで、出力容量比率は約5.9、充電走行距離が40kmのPHVには、エネルギー容量(1時間率)が約6.0kWhで、出力容量比率が約4.8、充電走行距離が60kmのPHVには、エネルギー容量(1時間率)が約8.2kWhで、出力容量比率が3.5のバッテリーをそれぞれ搭載する必要がある。
上記3車種のバッテリーは、従来の集合電池で用意される場合には、それぞれ必要とされる出力容量比率に合致する素電池を作製し、これを連結して構成していたので、素電池の生産は少量多品種となり、バッテリー価格の上昇に繋がっていた。
しかし、本発明に係る集合電池であれば、上記充電走行距離の異なる3車種のバッテリーは、本実施例で用意した二種類の素電池、即ち電動工具等の電源として量産されているリチウムイオン電池を素電池1として、また、ノートPC等の電源として量産されているリチウムイオン電池を素電池2として集合電池を構成して用意することができる。
具体的には、上記充電走行距離の異なる3車種のバッテリーは、次のようにして構成できる。
(1)充電走行距離が30kmのPHVに搭載するバッテリー。
充電走行距離が30kmのPHVに搭載するバッテリーの出力容量比率は約5.9である。本実施例で用意した二種類の素電池1と素電池2で出力容量比率が5.9の集合電池を構成する場合には、図5に示したように、素電池1と素電池2の構成比率は素電池1の70%の比率を選択する。つまり、素電池1の14個と素電池2の6個を電気的に並列に接続して、図1に示す単位集合電池11を構成する。
充電走行距離が30kmのPHVに搭載するバッテリーの出力容量比率は約5.9である。本実施例で用意した二種類の素電池1と素電池2で出力容量比率が5.9の集合電池を構成する場合には、図5に示したように、素電池1と素電池2の構成比率は素電池1の70%の比率を選択する。つまり、素電池1の14個と素電池2の6個を電気的に並列に接続して、図1に示す単位集合電池11を構成する。
こうして構成される単位集合電池のエネルギー容量は、素電池のエネルギー容量の決定と同じく、単位集合電池を満充電状態から終止電圧2.5Vに達する時間が極力1時間に近い放電時間T1(50分<T1<60分)と、放電時間T2(65>T2>60分1時)の放電容量から、1時間丁度の放電で得られる放電容量を推定し、単位集合電池のエネルギー容量(Wh)は決定される。実際、素電池1の14個と素電池2の6個を電気的に並列に接続して構成した単位集合電池のエネルギー容量(Wh)は約71Whであった。
また、出力性能においても素電池の場合と同じく、満充電状態から、放電によって終止電圧2.0Vに達する時間T3及びT4が極力150秒に近い(ただし、T3<150秒<T4)放電での放電容量から、150秒間丁度の放電で得られるエネルギー容量(Wh)を決定し、150秒間放電持続可能な最大出力が決定できる。実際、素電池1の14個と素電池2の6個を電気的に並列に接続して構成した単位集合電池の出力性能は約425Wであった。
従って、この素電池1の14個と素電池2の6個を並列に接続して構成した単位集合電池をさらに67個を直列に接続すれば、エネルギー容量(1時間率)約4.8kWhで、出力性能約28.5kWの集合電池が、充電走行距離が30kmのPHVに搭載するバッテリーとして用意することができる。
(2)充電走行距離が40kmのPHVに搭載する集合電池野さ区政。
出力容量比率が4.8の集合電池を構成するためには、図5に示したように、素電池1と素電池2の構成比率において素電池1の50%の比率を選択する。素電池1の15個と素電池2の15個を電気的に並列に接続して、図1に示す単位集合電池11を構成する。
出力容量比率が4.8の集合電池を構成するためには、図5に示したように、素電池1と素電池2の構成比率において素電池1の50%の比率を選択する。素電池1の15個と素電池2の15個を電気的に並列に接続して、図1に示す単位集合電池11を構成する。
こうして構成される単位集合電池についても同様にエネルギー容量と出力性能を測定した。素電池1の15個と素電池2の15個を電気的に並列に接続して構成した単位集合電池のエネルギー容量(Wh)は約113Whで、出力性能は約542Wであった。
従って、この素電池1の15個と素電池2の15個を並列に接続して構成した単位集合電池をさらに53個を直列に接続すれば、エネルギー容量(1時間率)約6.0kWh、出力性能約28.7kWの集合電池が、充電走行距離が40kmのPHVに搭載するバッテリーとして用意することができる。
(3)充電走行距離が60kmのPHVに搭載するバッテリー。
出力容量比率が3.5の集合電池を構成するためには、図5に示したように、素電池1と素電池2の構成比率において素電池1の23%の比率を選択する。素電池1の7個と素電池2の23個を電気的に並列に接続して、図1に示す単位集合電池11を構成する。
出力容量比率が3.5の集合電池を構成するためには、図5に示したように、素電池1と素電池2の構成比率において素電池1の23%の比率を選択する。素電池1の7個と素電池2の23個を電気的に並列に接続して、図1に示す単位集合電池11を構成する。
こうして素電池1の7個と素電池2の23個を電気的に並列に接続して構成された単位集合電池のエネルギー容量は約120Whで、出力性能は約414Wであった。この単位集合電池をさらに69個を直列に接続すれば、エネルギー容量(1時間率)約8.3kWhで、出力性能約28.6kWの集合電池が、充電走行距離が60kmのPHVに搭載するバッテリーとして用意することができる。
以上、本実施例では、充電走行距離が30km、40km、60kmの3種類のPHVに搭載する場合を想定して検証したが、基本的には同じように、EV走行に必要な出力容量比率から素電池1と素電池2の構成比率を決定して単位集合電池を作製し、EV走行に必要なエネルギー容量(1時間率)から単位集合電池の直列接続数を決定すれば、本実施例で用意した二種類の素電池1と素電池2だけで、EV走行距離が20kmから86kmまでのPHV車種に適切に対応した集合電池を用意することができる。
つまり、本発明に係る集合電池であれば、二種類の素電池を生産するだけで、色々な充電走行距離が異なるPHVのバッテリーに対応できるため、素電池の大量生産が可能であり、その量産効果により、少量多車種のPHVにおいてもバッテリーの価格低減が可能となる。
以上の実施例では、本発明の一実施の形態を、正極活物質としてLFPを使用し、負極活物質にはカーボンを使用した18650型のリチウムイオン電池について示したが、素電池を構成する正極活物質や負極活物質、及び素電池サイズ等はこれに限定されるものではない。また、以上の実施例では、PHVに搭載する集合電池について示したが、本発明に係る集合電池の用途はこれに限定されるものではない。
上記実施形態は本発明の適用例の一つを示したものであり、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。
1 素電池1
1−1 素電池1
1−2 素電池1
1−3 素電池1
1−n 素電池1
1−i 素電池1
2 素電池2
2−1 素電池2
2−2 素電池2
2−3 素電池2
2−m 素電池2
2−j 素電池2
11 単位集合電池
12A 単位集合電池
12B 単位集合電池
23 正極端子
24 負極端子
40 電極積層体(電極素子)
41 電池容器
43 正極外部端子
44 負極外部端子
1−1 素電池1
1−2 素電池1
1−3 素電池1
1−n 素電池1
1−i 素電池1
2 素電池2
2−1 素電池2
2−2 素電池2
2−3 素電池2
2−m 素電池2
2−j 素電池2
11 単位集合電池
12A 単位集合電池
12B 単位集合電池
23 正極端子
24 負極端子
40 電極積層体(電極素子)
41 電池容器
43 正極外部端子
44 負極外部端子
Claims (7)
- X>Y>Zの関係において、出力容量比率Xの素電池と出力容量比率Zの素電池が電気的に並列に接続されて出力容量比率Yの単位集合電池が構成され、当該出力容量比率Yの単位集合電池が複数個直列に接続されて構成されていることを特徴とする集合電池。
- 出力容量比率の異なる非水電解液二次電池が連結されてなる集合電池であって、出力容量比率の異なる少なくとも二種類の素電池又は集合電池が、それぞれに許容される充電上限電圧が等しいか又は−5%以内で近似する最小電圧単位で電気的に並列に接続されて構成されていることを特徴とする請求項1記載の集合電池。
- 許容される充電上限電圧が5%以上異なる二種類の素電池が連結されてなる集合電池において、二種類の素電池は、許容されるそれぞれの充電上限電圧にそれぞれの直列接続個数を乗じた値が等しいか又は−5%以内で近似する最小直列個数の集合電池を単位として、電気的に並列に接続されて構成されていることを特徴とする請求項2記載の集合電池。
- 二種類の素電池は電極積層体の体積あたりの電極対向面積が少なくとも1.5倍以上、好ましくは2.1倍以上異なることを特徴とする請求項1又は2又は3記載の集合電池。
- 二種類の素電池のうち、一つは、電極積層体の体積あたりの電極対向面積が8.0m2/L以上であり、他の一つは、電極積層体の体積あたりの電極対向面積が5.0m2/L以下であることを特徴とする請求項4記載の集合電池。
- 請求項4又は5記載の集合電池において、二種類の素電池は正極及び負極の主要活物質がそれぞれおなじであることを特長とする。
- 請求項3記載の集合電池において、素電池の一種類は酸化物又はカルコゲン化合物を負極の主要活物質とする非水電解液二次電池であり、他の一種類はカーボンを負極の主要活物質とする非水電解液二次電池であることを特長とする。
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WO2022226974A1 (zh) * | 2021-04-30 | 2022-11-03 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 电池组、电池包、用电装置以及电池组的制造方法及制造设备 |
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