JP4066969B2

JP4066969B2 - 電気自動車用組電池、電池モジュール及び電気自動車

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Publication number: JP4066969B2
Application number: JP2004081796A
Authority: JP
Inventors: 克利栗原; 賢治中井
Original assignee: Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
Current assignee: Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
Priority date: 2004-03-22
Filing date: 2004-03-22
Publication date: 2008-03-26
Anticipated expiration: 2024-03-22
Also published as: JP2005268140A

Description

本発明は電気自動車用組電池、電池モジュール及び電気自動車に係り、特に、リチウムイオンを収容・放出可能な正極及び負極を有するリチウムイオン電池がｎ個直列に接続された電気自動車用組電池、該組電池がｍ個直列に接続された電気自動車用電池モジュール、並びに、該組電池又は電池モジュールを動力源とする電気自動車に関する。

自動車産業界においては、環境問題に対応すべく、動力源を完全に電池のみにした排出ガスのない電気自動車や、内燃機関エンジンと電池との両方を動力源とするハイブリッド（電気）自動車の開発が加速され、実用化の段階に到っている。

電気自動車の動力源となる電池には、高出力、高エネルギー特性が要求され、これに応えるために大型のリチウム二次電池を電気自動車用の動力源として用いる試みがなされている。一般に、リチウム二次電池では、正極活物質にリチウム遷移金属複酸化物が、負極活物質にリチウムイオンを収容・放出可能な炭素材がそれぞれ用いられている。正負極は、正負極活物質が必要に応じて導電材やバインダと共にそれぞれ金属箔に塗着された薄型の形態とされており、正負極を電気的に隔離するために、ポリオレフィン系材質のフィルム状セパレータが用いられている。また、リチウム二次電池の高出力化のために、正負極がセパレータを介して円筒状に捲回又は複数層に積層された電極群構造とされ、電極反応面積の向上が図られている。

このように、リチウム二次電池を大型化することで高出力、高エネルギー特性の向上が可能ではあるが、大型化にも種々の観点から限界があるため、リチウム二次電池を複数個直列、又は、直列及び並列に接続した組電池とされる。また、電気自動車への搭載時には、電気的接続の簡便化を図るために、一般に、リチウム二次電池を複数個接続した組電池をさらに複数個接続した電池モジュールが用いられている。

一方、リチウム二次電池には長期に亘り電池性能を維持可能な高信頼性も要求される。リチウム二次電池の安全性を高めるために、負極の収容可能なリチウム量を、正極と非水電解液とが放出可能なリチウム量の総和より大きくしたリチウム二次電池が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特許第２７３４８２２号公報

しかしながら、リチウム二次電池（単電池）が複数個直列に接続された組電池や組電池が更に複数個直列に接続された電池モジュールでは、充放電時に各単電池や各組電池の充電状態に差があると、単電池間乃至組電池間の電圧のバラツキが大きくなる。このため、充電時に１つでも単電池や組電池が充電終止電圧に到達すると他の単電池、組電池が充電不十分のまま組電池、電池モジュールとしては充電終了となり、逆に、放電時に１つでも単電池、組電池が放電終止電圧に到達すると組電池、電池モジュールとしては放電終了となる。このような組電池や電池モジュールを動力源とする電気自動車では、各単電池乃至各組電池が十分に充放電されることなく組電池や電池モジュールが充放電の終止電圧に早期到達するため、駆動力や走行距離を確保することが難しくなる。

本発明は上記事案に鑑み、各単電池の公称容量分の充放電が可能で１充電当たりの走行距離が大きな組電池、電池モジュール及び該組電池、電池モジュールを動力源とする電気自動車を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の態様は、リチウムイオンを収容・放出可能な正極及び負極を有するリチウムイオン電池がｎ個直列に接続された電気自動車用組電池において、前記リチウムイオン電池の公称容量をＬ（Ａｈ）、前記正極の放出可能な製造仕様上のリチウムイオン量をＬ１（Ａｈ）、前記負極の収容可能な製造仕様上のリチウムイオン量をＬ２（Ａｈ）、前記組電池を構成する任意の１のリチウムイオン電池の充電状態をＳＯＣｉ（％）としたときに、前記組電池を構成する各リチウムイオン電池が下記式（１）を満たすことを特徴とする。

第１の態様の組電池は、リチウムイオン電池（以下、単電池という。）がｎ個直列に接続されており、各単電池の平均の充電状態と各単電池の充電状態ＳＯＣｉとの差の絶対値で表される充電状態の偏差が、単電池の公称容量Ｌに対する正極のリチウムイオン量Ｌ１と負極のリチウムイオン量Ｌ２との差の百分率で表されるＣ未満に設定されている。本態様によれば、各単電池の充電状態の偏差がＣ未満に設定されているので、単電池間の電圧のバラツキが低減し充放電時に各単電池がほぼ同時期に上限電圧乃至終止電圧に到達するため、各単電池の公称容量分の充放電が可能となり、組電池として電気自動車に搭載したときに１充電当たりの走行距離を大きくすることができる。

本発明の第２の態様は、リチウムイオンを収容・放出可能な正極及び負極を有するリチウムイオン電池がｎ個直列に接続された組電池をｍ個直列に接続した電気自動車用電池モジュールにおいて、前記リチウムイオン電池の公称容量をＬ（Ａｈ）、前記正極の放出可能な製造仕様上のリチウムイオン量をＬ１（Ａｈ）、前記負極の収容可能な製造仕様上のリチウムイオン量をＬ２（Ａｈ）、前記電池モジュールを構成する任意の１の組電池を構成するリチウムイオン電池の平均の充電状態をＳＯＣｊ（％）としたときに、前記電池モジュールを構成する各組電池が下記式（２）を満たすことを特徴とする。

第２の態様の電池モジュールは、リチウムイオン電池（以下、単電池という。）がｎ個直列に接続された組電池がｍ個直列に接続されており、各組電池の平均の充電状態と各組電池を構成する単電池の平均の充電状態ＳＯＣｊとの差の絶対値で表される充電状態の偏差が、単電池の公称容量Ｌに対する正極のリチウムイオン量Ｌ１と負極のリチウムイオン量Ｌ２との差の百分率で表されるＣ未満に設定されている。本態様によれば、各組電池の充電状態の偏差がＣ未満に設定されているので、組電池間の電圧のバラツキが低減し充放電時に各組電池がほぼ同時期に上限電圧乃至終止電圧に到達するため、各組電池を構成する各単電池の公称容量分の充放電が可能となり、電池モジュールとして電気自動車に搭載したときに１充電当たりの走行距離を大きくすることができる。

第１、第２の態様において、Ｃの値を１０未満とすれば、各単電池に占める負極の容積が適正化されるため、エネルギー密度の低下を抑制することができる。

上記課題を解決するために、本発明の第３の態様は、リチウムイオンを収容・放出可能な正極及び負極を有するリチウムイオン電池がｎ個直列に接続された組電池を動力源とする電気自動車において、前記リチウムイオン電池の公称容量をＬ（Ａｈ）、前記正極の放出可能な製造仕様上のリチウムイオン量をＬ１（Ａｈ）、前記負極の収容可能な製造仕様上のリチウムイオン量をＬ２（Ａｈ）、前記組電池を構成する任意の１のリチウムイオン電池の充電状態をＳＯＣｉ（％）としたときに、前記組電池を構成する各リチウムイオン電池が下記式（１）を満たすことを特徴とする。

本発明の第４の態様は、リチウムイオンを収容・放出可能な正極及び負極を有するリチウムイオン電池がｎ個直列に接続された組電池をｍ個直列に接続した電池モジュールを動力源とする電気自動車において、前記リチウムイオン電池の公称容量をＬ（Ａｈ）、前記正極の放出可能な製造仕様上のリチウムイオン量をＬ１（Ａｈ）、前記負極の収容可能な製造仕様上のリチウムイオン量をＬ２（Ａｈ）、前記電池モジュールを構成する任意の１の組電池を構成するリチウムイオン電池の平均の充電状態をＳＯＣｊ（％）としたときに、前記電池モジュールを構成する各組電池が下記式（２）を満たすことを特徴とする。

本発明によれば、組電池乃至電池モジュールを構成する各単電池、各組電池の充電状態の偏差がＣ未満に設定されているので、単電池間、組電池間の電圧のバラツキが低減し充放電時に各単電池、各組電池がほぼ同時期に上限電圧乃至終止電圧に到達するため、各単電池の公称容量分の充放電が可能となり、組電池、電池モジュールとして電気自動車に搭載したときに１充電当たりの走行距離を大きくすることができる、という効果を得ることができる。

以下、図面を参照して、本発明をゴルフカートに適用した実施の形態について説明する。

（構成）
図１に示すように、本実施形態のゴルフカート４０は、基体となるシャーシ４１を備えている。シャーシ４１の略中央部には、後述する組電池３０（図２参照）を８個直列に接続した電池モジュールを収容した電池箱４６がシャーシ４１に固定されている。電池箱４６の上には電池箱４６の蓋となる樹脂製のクッション４５が配置されており、電池箱４６とクッション４５とで前部座席が構成されている。

シャーシ４１の前方（図１の左方向）には、電池モジュールを動力源とするモータやモータ軸の回転駆動力を車輪へ伝達する動力伝達機構がシャーシ４１に固定されている。動力伝達機構を介して伝達される回転駆動力でタイヤが回転される。前部座席に着席したドライバの足元の位置には、ゴルフカート４０の前進速度を調節するための矩形板状の加速用ペダル４７が配置されている。加速用ペダル４７には踏み込み量に連動する可変抵抗器が接続されており、ゴルフカート４０はドライバが加速用ペダル４７を踏み込むことで踏み込み量に応じて前進可能である。

電池箱４６に収容された電池モジュールは、電気絶縁性を有する樹脂製で箱状に成形された外装ケース及び外装ケースの外側面に配置され電池モジュール全体を制御する制御ユニットを有している。外装ケース内には組電池３０が横４列縦２列に配設されており、外装ケースには正負極外部出力端子が固定されている。制御ユニットには、プリント配線された基板及び各組電池３０を構成する後述する円筒型リチウムイオン電池（以下、単電池という。）２０（図３参照）の電圧を監視するための電圧監視部が配置されている。この基板には、各組電池３０に配設された電圧検出用の電圧検出コネクタと接続するための接続コネクタが接続されている。各組電池３０の電圧検出コネクタから送られてくる全電圧が、接続コネクタ、基板上のプリント配線及びこのプリント配線からのリード線により電圧監視部に集結されている。各組電池３０は外装ケース内で電気的に直列に接続されており、正負極外部出力端子はゴルフカート４０のモータに接続されている。

図２に示すように、組電池３０は、電気絶縁性を有する樹脂製の電池ケース３２及び電池ケース３２の両端の蓋となる樹脂製のホルダケース３３、３４を有している。電池ケース３２は、断面略矩形状で隅部が単電池２０の外周面に沿う曲面状に成形されており、隣り合う単電池の間に対応する位置には単電池２０の長手方向に沿う窪みが形成されている。電池ケース３２内には、４個（４本）の単電池２０が、縦横各２列で対角線上の単電池２０同士が同一極性となるように配設されている。組電池３０はホルダケース３３、３４で４個の単電池２０を挟み込むように構成されており、これら４個の単電池２０は組電池３０内で電気的に直列に接続されている。

ホルダケース３３の表面の略中央部には、各単電池２０の端子間の検出電圧を集結するためのフレキシブル基板の配線シート３５が固定されている。配線シート３５の一端部には電圧検出コネクタ３６が接続されている。また、ホルダケース３３には、単電池２０間を直列に接続するためのセル間接続金属ブスバ及び出力端子となる組電池出力ブスバ３７がインサート成形によってケース内に埋設固定されている。ホルダケース３３には、各単電池２０が挿入される中心部の位置に、セル間接続金属ブスバの端部が露出している。ホルダケース３３には、単電池２０が挿入される位置に組電池出力ブスバ３７の一端部が露出している。組電池出力ブスバ３７の他端部はホルダケース３３の側面から単電池２０の長手方向と同一方向に２本平行に露出しており、これら組電池出力ブスバ３７の他端部中央にはボルト、ナット締結を可能とするための丸穴が形成されている。また、ホルダケース３３には、単電池２０が挿入される中心部の位置にのみ、単電池２０の端子間電圧を検出するための電圧検出ブスバが埋設されており、セル間接続金属ブスバと同様に、電圧検出ブスバから導出された電圧検出用金属片がホルダケース３３の表面に露出している。各電圧検出用金属片は配線シート３５にスポット溶接で固定されている。

従って、電池モジュールには３２個の単電池２０が直列接続されており、各単電池２０の電圧は配線シート３５、電圧検出コネクタ３６を介して接続された電圧監視部で監視されている。

図３に示すように、組電池３０を構成するリチウムイオン電池２０は、外径６７ｍｍ、内径６６ｍｍの円筒状でステンレス製の電池容器５を有している。電池容器５内には、正極板及び負極板が厚さ４０μｍのポリエチレン製セパレータを介して円筒状で樹脂製の軸心１１の周囲に捲回された捲回群６が挿入されている。捲回群６の外径は６１±０．５ｍｍに設定されている。軸心１１の両端部には、正極外部端子１、負極外部端子１’がそれぞれ固定されている。捲回群６の互いに反対側の両端面には正極板及び負極板のリード片９がそれぞれ配設されている。リード片９は正極外部端子１、負極外部端子１’の周囲から一体に張り出している鍔部７周面付近に集合結束されており、リード片９と鍔部７周面とが超音波溶接で固定されている。鍔部７周面全周及び捲回群６外周面全周は、ポリイミド製基材の片面にヘキサメタアクリレートの粘着剤を塗布した電気絶縁性の粘着テープで被覆されている。

正極外部端子１、負極外部端子１’には、円盤状の電池蓋４がそれぞれ嵌め込まれており、外側端部に金属製ナットがそれぞれ螺着されている。電池蓋４は、正極外部端子１、負極外部端子１’の鍔部７と金属製ナットとの間で締め付けにより固定されている。電池蓋４は電池容器５の両端に嵌合されており、接触部がレーザで溶接されている。電池蓋４には、電池の内圧上昇に応じて開裂するガス排出弁が配置されており、開裂圧が１３〜１８ｋｇ／ｃｍ^２に設定されている。電池容器５内には、非水電解液（４８０ｇ）が注液口１５から注液されている。非水電解液には、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとジエチルカーボネートとの体積比１：１：１の混合溶媒中へ６フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ_６）を１モル／リットル溶解したものが用いられている。

正極板は、厚さ２０μｍのアルミニウム箔（正極集電体）の両面に正極合剤が塗着（塗着量：２８０ｇ／ｍ^２）されている。正極合剤には、充放電によりリチウムイオンを収容・放出可能な正極活物質のリチウム遷移金属複酸化物のマンガン酸リチウム（ＬｉＭｎ_２Ｏ_４）粉末と、導電剤の鱗片状黒鉛（平均粒径：５μｍ）と、結着剤のポリフッ化ビニリデンとが質量比８５：１０：５で配合されている。正極板長寸方向の一方の側縁で幅５０ｍｍの正極合剤の未塗布部は、櫛状に切り欠かれており、リード片９が形成されている。リード片９の幅は１０ｍｍに設定されており、隣り合うリード片９の間隔は２０ｍｍに設定されている。正極合剤の塗着部は、正極板の放出可能なリチウムイオン量が後述する所定量（Ｌ１）となるように、幅３００ｍｍ、長さ６０００ｍｍ、厚さ（アルミニウム箔含み）２３０μｍに設定されている。

一方、負極板は、厚さ１０μｍの圧延銅箔（負極集電体）の両面に負極合剤が塗着（塗着量：６６ｇ／ｍ^２）されている。負極合剤には、充放電によりリチウムイオンを収容・放出可能な負極活物質の非晶質炭素９０重量部と、結着剤のポリフッ化ビニリデン１０重量部とが配合されている。負極板長寸方向の一方の側縁で幅５０ｍｍの負極合剤の未塗布部は正極板と同様に櫛状に切り欠かれており、リード片９が形成されている。負極合剤の塗着部は、負極板の収容可能なリチウムイオン量が後述する所定量（Ｌ２）となるように、幅３０６ｍｍ、長さ６２００ｍｍ、厚さ（銅箔含み）１４０μｍに設定されている。

上述したように、８個の組電池３０が直列接続された電池モジュールは、以下に示す条件に設定されている。

各組電池３０では、４個の単電池２０が直列接続されており、単電池２０の公称容量Ｌ（Ａｈ）、正極板の放出可能なリチウムイオン量Ｌ１（Ａｈ）、負極板の収容可能なリチウムイオン量Ｌ２（Ａｈ）、直列接続された４個のうち任意の１個の単電池２０の充電状態ＳＯＣｉについて、下記式（１）を満たす条件で設定されている。すなわち、組電池３０は、各単電池２０の充電状態ＳＯＣｉの偏差がＣの値未満となるように設定されている。

式（１）の公称容量Ｌには、電池の外寸法、質量、公称電圧等が規定された電池仕様上の数値が用いられる。単電池２０の公称容量Ｌは、本実施形態では９０Ａｈに設定されている。リチウムイオン量Ｌ１、Ｌ２には、正極板及び負極板の寸法、合剤塗着量等が規定された製造仕様上の数値が用いられる。単電池２０では、充電時に放出されるリチウムイオンは、正極板のみならず非水電解液中のリチウム塩からも放出されるため、充電時に負極に収容しきれないリチウムイオンが析出しセパレータを貫通して微小短絡を招くことがある。これを回避するため、負極板のリチウムイオン量Ｌ２が正極板のリチウムイオン量Ｌ１より大きく設定されており、式（１）で表されるＣの値は正の値となる。換言すれば、Ｃの値は、充電時に負極板が正極板のリチウムイオン量Ｌ１を越えて収容可能なリチウムイオンの許容割合（百分率）を表している。リチウムイオン量Ｌ１、Ｌ２は、正負極の活物質の配合量、合剤のかさ密度、厚さ、面積等で変更することができる。

電池モジュールでは、直列接続された８個の組電池３０のうち任意の１個の組電池３０の充電状態ＳＯＣｊについて、下記式（２）を満たす条件で設定されている。すなわち、電池モジュールは、各組電池の充電状態ＳＯＣｊの偏差がＣの値未満となるように設定されている。

（作用等）
次に、本実施形態のゴルフカート４０の作用等について説明する。

単電池が複数個直列に接続された組電池や組電池が更に複数個直列に接続された電池モジュールでは、充放電時に各単電池や各組電池の充電状態に差があると、単電池間乃至組電池間の電圧のバラツキが大きくなる。このため、充電時に１つでも単電池や組電池が充電終止電圧に到達すると他の単電池、組電池が充電不十分のまま組電池、電池モジュールとしては充電終了となる。全ての単電池や組電池が満充電となるまで充電すると、高い充電状態の単電池や組電池が満充電を越えるため、負極板に収容しきれないリチウムイオンが析出して出力や容量を低下させる。これを避けるために、負極板の収容可能なリチウムイオン量を大きくしすぎると、単電池に占める負極板の容積が大きくなるため、エネルギ密度の低下を招く。一方、放電時に１つでも単電池、組電池が放電終止電圧に到達すると他の単電池、組電池が放電未完了のまま組電池、電池モジュールとしては放電終了となる。全ての単電池や組電池の放電完了まで放電すると、低い充電状態の単電池や組電池が過放電状態となるため、活物質の劣化を招く。このような組電池や電池モジュールを動力源とするゴルフカートでは、各単電池乃至各組電池が十分に充放電されることなく組電池や電池モジュールが充放電の終止電圧に早期到達するため、１充電当たりの走行距離が低下する。

本実施形態のゴルフカート４０では、各組電池３０が式（１）の条件を満たし、電池モジュールが式（２）の条件を満たす電池モジュールが動力源として搭載されている。このため、単電池２０間、組電池３０間の電圧のバラツキが低減し充放電時に各単電池２０、各組電池３０がほぼ同時期に上限電圧乃至終止電圧に到達する。これにより、各単電池２０の公称容量分の充放電が可能となり、組電池３０、電池モジュールの１充電当たりの使用可能時間を向上させることができる。従って、電池モジュールを動力源とするゴルフカート４０では、１充電当たりの走行距離を大きくすることができる。

また、各単電池２０、各組電池３０の充電状態の偏差は、いずれも単電池２０の公称容量Ｌに対する正極板のリチウムイオン量Ｌ１と負極板のリチウムイオン量Ｌ２との差の百分率で表されるＣの値未満に設定されている。このため、単電池２０が満充電に到達後、更に、充電状態の差に相当する分の充電が行われても、負極でリチウムイオンが析出することなく負極に収容されるので、微小短絡を防止して出力や容量の低下を抑制することできる。更に、Ｃの値を１０未満に設定することで、単電池２０に占める負極の容積が過剰に大きくならないため、エネルギ密度の適正化を図ることができる。

なお、本実施形態では、４個のリチウムイオン電池２０を直列接続した組電池３０、８個の組電池３０を直列接続した電池モジュールを例示したが、本発明は直列接続する電池数に制限されるものではない。また、組電池３０におけるリチウムイオン電池２０の配置、電池モジュールにおける組電池３０の配置についても特に制限されるものではない。更に、組電池３０を複数個並列に接続した組電池を更に複数個直列に接続して電池モジュールとしてもよい。このときには、直列接続した組電池について、充電状態の偏差をＣの値未満に設定すればよい。これにより、並列に接続した分で電池モジュール全体の容量を向上させることができる。

また、本実施形態では、公称容量９０Ａｈの大形のリチウムイオン電池２０を例示したが、本発明は電池の大きさ、電池容量に制限されるものではなく、５Ａｈ以上の電池であればよい。特に、電気自動車用電源の電池では、比較的高容量、高出力な特性が要求されるため、本発明の適用は好ましい。更に、本実施形態では、正負極を捲回した捲回群６の両端を正負極外部端子１、１’が押し合う円筒型のリチウムイオン電池２０を例示したが、本発明は電池の構造、形状についても制限されるものではない。本実施形態以外の電池の構造としては、例えば、有底筒状容器（缶）に電池上蓋をかしめることで封口されている構造の円筒形電池を挙げることができ、電池の形状としては、例えば、角形状を挙げることができる。また、正負極が捲回された捲回型の電極群でなくとも、例えば、正負極が積層された積層型の電極群としてもよい。更に、金属製の電池容器５に代えて、多層（ラミネート）フィルムを電極群の外装体として用いたフィルム外装型電池としてもよい。

更に、本実施形態では、正極活物質にリチウム遷移金属複酸化物のマンガン酸リチウムを用い、負極活物質に非晶質炭素を用いる例を示したが、本発明はこれらに限定されるものではない。正極活物質としては、マンガン酸リチウム以外にコバルト酸リチウムやニッケル酸リチウムを用いることができ、マンガン、コバルト、ニッケルの複合酸化物やこれらの複合酸化物に他元素をドープ、置換して用いても本発明の効果を妨げるものではない。また、正極活物質の結晶構造についても限定はなく、スピネル型結晶構造、層状型結晶構造等でもよい。更に、負極活物質としては、例えば、天然黒鉛や、人造の各種黒鉛材、コークスなどの炭素質材料等でよく、その粒子形状においても、鱗片状、球状、繊維状、塊状等、特に制限されるものではない。

また更に、非水電解液、結着剤、導電剤についても、通常リチウムイオン電池に用いられるいずれのものも使用可能である。本実施形態以外で用いることのできる結着剤としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリブタジエン、ブチルゴム、ニトリルゴム、スチレン／ブタジエンゴム、多硫化ゴム、ニトロセルロース、シアノエチルセルロース、各種ラテックス、アクリロニトリル、フッ化ビニル、フッ化ビニリデン、フッ化プロピレン、フッ化クロロプレン、ビニルアルコール等の重合体及びこれらの混合体等を挙げることができる。また、非水電解液としては、一般的なリチウム塩を電解質とし、これを有機溶媒に溶解して用いることができる。電解質としては、例えば、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＢ（Ｃ_６Ｈ_５）_４、ＣＨ_３ＳＯ_３Ｌｉ、ＣＦ_３ＳＯ_３Ｌｉ等やこれらの混合物を用いてもよい。有機溶媒としては、例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、エチルメチルカーボネート、１，２−ジメトキシエタン、１，２−ジエトキシエタン、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、１，３−ジオキソラン、４−メチル−１，３−ジオキソラン、ジエチルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、プロピオニトリル等や、これら２種類以上の混合溶媒を用いてもよい。混合配合比についても制限されるものではない。

更にまた、本実施形態では、捲回群６の絶縁被覆に、ポリイミド製基材の片面にヘキサメタアクリレートの粘着剤が塗布された粘着テープを用いる例を示したが、例えば、基材がポリプロピレンやポリエチレン等のポリオレフィンで、その片面又は両面にヘキサメタアクリレートやブチルアクリレート等のアクリル系粘着剤を塗布した粘着テープや、粘着剤を塗布しないポリオレフィンやポリイミドからなるテープ等を好適に使用することができる。

次に、本実施形態に従い単電池２０及び組電池３０の充電状態を調整した電池モジュールを動力源とするゴルフカート４０の実施例について説明する。なお、比較のために作製した電池モジュールを動力源とする比較例のゴルフカートについても併記する。

（実施例１−１）
下表１に示すように、実施例１−１では、上述した式（１）のＣの値が６％の単電池２０を使用した。８個の組電池３０のそれぞれにおいて、４個の単電池２０の充電状態（ＳＯＣ）の偏差のうち最大偏差を１％に設定して作製した電池モジュールをゴルフカート４０に搭載した。充電状態の最大偏差を１％に設定したため、いずれの単電池２０についても充電状態の偏差は１％以下となる。

（実施例１−２〜実施例１−３）
表１に示すように、実施例１−２〜実施例１−３では、ＳＯＣの最大偏差を変える以外は実施例１−１と同様にした。実施例１−２では最大偏差を３％、実施例１−３では最大偏差を５％に設定した。

（実施例２−１）
表１に示すように、実施例２−１では、Ｃの値が９％の単電池２０を使用し、ＳＯＣの最大偏差を１％に設定した。

（実施例２−２〜実施例２−３）
表１に示すように、実施例２−２〜実施例２−３では、ＳＯＣの最大偏差を変える以外は実施例２−１と同様にした。実施例２−２では最大偏差を４％、実施例２−３では最大偏差を８％に設定した。

（実施例３−１）
表１に示すように、実施例３−１では、Ｃの値が１２％の単電池２０を使用し、ＳＯＣの最大偏差を１％に設定した。

（実施例３−２〜実施例３−４）
表１に示すように、実施例３−２〜実施例３−４では、ＳＯＣの最大偏差を変える以外は実施例３−１と同様にした。実施例３−２では最大偏差を６％、実施例３−３では最大偏差を９％、実施例３−４では最大偏差を１１％に設定した。

（比較例１−１）
表１に示すように、比較例１−１では、ＳＯＣの最大偏差を８％とする以外は実施例１−１と同様にした。ＳＯＣの偏差がＣの値（６％）以上の単電池２０が含まれる電池モジュールとなる。

（比較例２−１）
表１に示すように、比較例２−１では、ＳＯＣの最大偏差を１２％とする以外は実施例２−１と同様にした。ＳＯＣの偏差がＣの値（９％）以上の単電池２０が含まれる電池モジュールとなる。

（比較例３−１）
表１に示すように、比較例３−１では、ＳＯＣの最大偏差を１５％とする以外は実施例３−１と同様にした。ＳＯＣの偏差がＣの値（１２％）以上の単電池２０が含まれる電池モジュールとなる。

（実施例４−１）
下表２に示すように、実施例４−１では、上述した式（２）のＣの値が６％の組電池３０を使用した。８個の組電池３０のＳＯＣの偏差のうち最大偏差を１％に設定して作製した電池モジュールをゴルフカート４０に搭載した。ＳＯＣの最大偏差を１％に設定したため、いずれの組電池３０についてもＳＯＣの偏差は１％以下となる。

（実施例４−２〜実施例４−３）
表２に示すように、実施例４−２〜実施例４−３では、ＳＯＣの最大偏差を変える以外は実施例４−１と同様にした。実施例４−２では最大偏差を３％、実施例４−３では最大偏差を５％に設定した。

（実施例５−１）
表２に示すように、実施例５−１では、Ｃの値が９％の組電池３０を使用し、ＳＯＣの最大偏差を１％に設定した。

（実施例５−２〜実施例５−３）
表２に示すように、実施例５−２〜実施例５−３では、ＳＯＣの最大偏差を変える以外は実施例５−１と同様にした。実施例５−２では最大偏差を４％、実施例５−３では最大偏差を８％に設定した。

（実施例６−１）
表２に示すように、実施例６−１では、Ｃの値が１２％の組電池３０を使用し、ＳＯＣの最大偏差を１％に設定した。

（実施例６−２〜実施例６−４）
表２に示すように、実施例６−２〜実施例６−４では、ＳＯＣの最大偏差を変える以外は実施例６−１と同様にした。実施例６−２では最大偏差を６％、実施例６−３では最大偏差を９％、実施例６−４では最大偏差を１１％に設定した。

（比較例４−１）
表２に示すように、比較例４−１では、ＳＯＣの最大偏差を８％とする以外は実施例４−１と同様にした。ＳＯＣの偏差がＣの値（６％）以上の組電池３０が含まれる電池モジュールとなる。

（比較例５−１）
表２に示すように、比較例５−１では、ＳＯＣの最大偏差を１２％とする以外は実施例５−１と同様にした。ＳＯＣの偏差がＣの値（９％）以上の組電池３０が含まれる電池モジュールとなる。

（比較例６−１）
表２に示すように、比較例６−１では、ＳＯＣの最大偏差を１５％とする以外は実施例６−１と同様にした。ＳＯＣの偏差がＣの値（１２％）以上の組電池３０が含まれる電池モジュールとなる。

＜走行試験＞
各実施例及び比較例のゴルフカート４０に搭載された電池モジュールを満充電（放電深度ＤＯＤ＝０％の状態）した後、定速走行を開始し、ゴルフカート４０が定速を維持することができなくなるまでの連続走行距離を測定した。実施例１−１〜実施例３−４及び比較例１−１〜比較例３−１では、単電池２０のＣの値が６％で単電池２０のＳＯＣの最大偏差が５％の電池モジュールを搭載したゴルフカート４０（実施例１−３）の連続走行距離を１００として、各実施例及び比較例のゴルフカート４０の連続走行距離を比較した。また、実施例４−１〜実施例６−４及び比較例４−１〜比較例６−１では、組電池３０のＣの値が６％で組電池３０のＳＯＣの最大偏差が５％の電池モジュールを搭載したゴルフカート４０（実施例４−３）の連続走行距離を１００として、各実施例及び比較例のゴルフカート４０の連続走行距離を比較した。連続走行距離の試験結果を下表３、下表４に示す。

表３に示すように、組電池３０を構成する各単電池２０にＳＯＣの偏差がＣの値以上の単電池２０を含む電池モジュールを搭載した比較例１−１、比較例２−１、比較例３−１のゴルフカートでは１充電当たりの連続走行距離が著しく減少した。これに対して、ＳＯＣの最大偏差がＣの値より小さい実施例１−１〜実施例１−３、実施例２−１〜実施例２−３、実施例３−１〜実施例３−４のゴルフカート４０では、１充電当たりの連続走行距離を十分得ることができた。これは、ＳＯＣの偏差がＣの値以上の単電池２０が含まれると、単電池２０の電圧のバラツキが大きくなり、電池モジュールが充放電の終了電圧に早期到達することとなるため、全ての単電池２０が十分に充放電されなかったことが原因と考えられる。このことから、各単電池２０のＳＯＣの偏差をいずれもＣの値未満に設定することがゴルフカート４０の連続走行距離を大きくするために重要であることが判った。

表４に示すように、各組電池３０にＳＯＣの偏差がＣの値以上の組電池３０を含む電池モジュールを搭載した比較例４−１、比較例５−１、比較例６−１のゴルフカートでは連続走行距離が著しく減少した。これに対して、各組電池３０のＳＯＣの偏差のうち最大偏差がＣの値より小さい実施例４−１〜実施例４−３、実施例５−１〜実施例５−３、実施例６−１〜実施例６−４のゴルフカート４０では、１充電あたりの連続走行距離を十分得ることができた。これは、ＳＯＣの偏差がＣの値以上の組電池３０が含まれると、組電池３０の電圧のバラツキが大きくなり、充放電の終了電圧に早期到達することとなるため、全ての組電池３０が十分に充放電されなかったことが原因と考えられる。このことから、各組電池３０のＳＯＣの偏差をいずれもＣの値未満に設定することがゴルフカート４０の連続走行距離を大きくするために重要であることが判明した。

また、表３、表４に示すように、Ｃの値が１０％以上の実施例３−１〜実施例３−４、実施例６−１〜実施例６−４のゴルフカート４０では、１０％未満の実施例１−１〜実施例１−３、実施例２−１〜実施例２−３、実施例４−１〜実施例４−３、実施例５−１〜実施例５−３のゴルフカート４０と比較して、連続走行距離が若干低下している。このことから、Ｃの値が１０％以上では単電池２０に占める負極の容積が大きくなるため、エネルギ密度が低下するので、Ｃの値を１０％未満とすることが好ましい。

本発明は、各単電池の公称容量分の充放電が可能で１充電当たりの走行距離が大きな組電池を提供するものであり、組電池の製造、販売に寄与し、産業上利用することができる。

本発明を適用した実施形態のゴルフカートを示す側面図である。実施形態の組電池を示す斜視図である。実施形態の円筒型リチウムイオン電池を示す断面図である。

符号の説明

１正極外部端子
１’ 負極外部端子
６捲回群
２０円筒型リチウムイオン電池（リチウムイオン電池）
３０組電池（電気自動車用組電池）
４０ゴルフカート（電気自動車）
４６電池箱

Claims

リチウムイオンを収容・放出可能な正極及び負極を有するリチウムイオン電池がｎ個直列に接続された電気自動車用組電池において、前記リチウムイオン電池の公称容量をＬ（Ａｈ）、前記正極の放出可能な製造仕様上のリチウムイオン量をＬ１（Ａｈ）、前記負極の収容可能な製造仕様上のリチウムイオン量をＬ２（Ａｈ）、前記組電池を構成する任意の１のリチウムイオン電池の充電状態をＳＯＣｉ（％）としたときに、前記組電池を構成する各リチウムイオン電池が下記式（１）を満たすことを特徴とする組電池。
前記式（１）で表されるＣの値が１０未満であることを特徴とする請求項１に記載の組電池。
リチウムイオンを収容・放出可能な正極及び負極を有するリチウムイオン電池がｎ個直列に接続された組電池をｍ個直列に接続した電気自動車用電池モジュールにおいて、前記リチウムイオン電池の公称容量をＬ（Ａｈ）、前記正極の放出可能な製造仕様上のリチウムイオン量をＬ１（Ａｈ）、前記負極の収容可能な製造仕様上のリチウムイオン量をＬ２（Ａｈ）、前記電池モジュールを構成する任意の１の組電池を構成するリチウムイオン電池の平均の充電状態をＳＯＣｊ（％）としたときに、前記電池モジュールを構成する各組電池が下記式（２）を満たすことを特徴とする電池モジュール。
前記式（２）で表されるＣの値が１０未満であることを特徴とする請求項３に記載の電池モジュール。
リチウムイオンを収容・放出可能な正極及び負極を有するリチウムイオン電池がｎ個直列に接続された組電池を動力源とする電気自動車において、前記リチウムイオン電池の公称容量をＬ（Ａｈ）、前記正極の放出可能な製造仕様上のリチウムイオン量をＬ１（Ａｈ）、前記負極の収容可能な製造仕様上のリチウムイオン量をＬ２（Ａｈ）、前記組電池を構成する任意の１のリチウムイオン電池の充電状態をＳＯＣｉ（％）としたときに、前記組電池を構成する各リチウムイオン電池が下記式（１）を満たすことを特徴とする電気自動車。
リチウムイオンを収容・放出可能な正極及び負極を有するリチウムイオン電池がｎ個直列に接続された組電池をｍ個直列に接続した電池モジュールを動力源とする電気自動車において、前記リチウムイオン電池の公称容量をＬ（Ａｈ）、前記正極の放出可能な製造仕様上のリチウムイオン量をＬ１（Ａｈ）、前記負極の収容可能な製造仕様上のリチウムイオン量をＬ２（Ａｈ）、前記電池モジュールを構成する任意の１の組電池を構成するリチウムイオン電池の平均の充電状態をＳＯＣｊ（％）としたときに、前記電池モジュールを構成する各組電池が下記式（２）を満たすことを特徴とする電気自動車。