JP6692188B2 - 電池、蓄電池、及び電気装置 - Google Patents

Description

本発明の実施態様は、電池、蓄電池、及び電気装置に関する。

複数のセルを接続して１つの電池とすることがある。セルとは、電池を構成する最小単位のことである。

特表２００４−５１０３１８号公報

複数のセルで構成される電池は大きな電力を出力可能である。しかしながら、大きな電力を出力可能な電池は、電池内部に大きな電流が流れるので、外部に大きな磁界（漂遊磁界）を発生させる。

本発明が解決しようとする課題は、発生させる磁界が小さな電池、蓄電池、及び電気装置を提供することである。

実施形態の電池は、直列接続された複数のセルを備える。複数のセルは、セル内電流方向が平行となるように並べられている。また、複数のセルは、セル内電流方向と垂直な方向を行方向及び列方向としてマトリクスを形成している。セルそれぞれのセル内電流方向は、行方向で隣にあるセルのセル内電流方向と反対向きとなっている。さらに、セルそれぞれのセル内電流方向は、列方向で隣にあるセルのうち少なくとも一方のセルのセル内電流方向と反対向きとなっている。マトリクスは、セルを行方向に並べたセル群を列方向に積層した第１のセル群列と、列方向に積層された複数のセル群で構成され、第１のセル群列の行方向の隣に配置された第２のセル群列と、で構成されている。第１のセル群列に属するセル群と第２のセル群列に属するセル群とを接続する列間接続には、セル群とセル群とを電流の流れに沿って接続することにより形成される電流ループが電池内に少なくとも２つ形成されるように、少なくとも１つの交差接続が含まれている。列方向に隣接する電流ループのループ方向は互いに反対向きとなっている。

実施形態１の電池を示す図である。 図１に示した電池の分解図である。 図１に示した電池の中央部分の分解図である。 （Ａ）は電池モジュールの拡大図、（Ｂ）はセル監視装置を取り外した電池モジュールを示す図である。 セルの斜視図である。 電池からセルのみを取り出した図である。 （Ａ）は、セル内電流により形成される電流路を示す図、（Ｂ）はセル群内電流により形成される電流路を示す図である。 セル内電流により形成される電流路の一部拡大図である。 実施形態２の電池を構成するマトリクスを示す図である。 （Ａ）は、電池を負荷に接続したときに、電池の内部に形成される電流路を示した図、（Ｂ）セル群内電流により形成される電流路Ｐ２を示した図である。 実施形態３の電池１を構成するマトリクスを示す図である。 セル内電流により形成される電流路を示す図である。 セル群内電流により形成される電流路を示す図である。 セル群とセル群とを電流の流れに沿って接続することにより形成される電流路を示す図である。

以下、発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。なお、図中、同一または同等の部分には同一の符号を付す。

（実施形態１）
図１は、実施形態１の電池１を示す図である。電池１は蓄電池である。電池１は、移動体（例えば、航空機、車両、船）に設置されて使用される。電池１は移動体に電力を供給するとともに、移動体が持つ発電機で蓄電される。

なお、以下の説明では、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸から構成される直交座標系を用いる。図中、矢印の指し示す方向がプラス方向である。Ｘ軸プラス方向が右方向であり、Ｘ軸マイナス方向が左方向である。また、Ｙ軸プラス方向が後方向（背面方向）であり、Ｙ軸マイナス方向が前方向である。また、Ｚ軸プラス方向が上方向であり、Ｚ軸マイナス方向が下方向である。

図２は、電池１の分解図である。電池１は、前後一対の冷却プレート１１Ｆ、１１Ｂと、左右一対の側板１２Ｌ、１２Ｒと、天板１３と、電池管理装置（ＢＭＵ：Battery Management Unit）１４と、ベース１５と、積層された複数の電池モジュール１００と、を備える。

冷却プレート１１Ｆ、１１Ｂは、電池モジュール１００が発する熱のヒートパスとなるプレートである。冷却プレート１１Ｆ、１１Ｂは、電池モジュール１００の前後の表面に固定される。冷却プレートは、鉄やアルミニウム等の熱伝導性の高い金属で構成される。冷却プレート１１Ｆ、１１Ｂは、電池内部に磁界を閉じ込めることができるように鉄等の磁性体で構成されていてもよい。或いは、冷却プレート１１Ｆ、１１Ｂは、表面に磁気が帯びないように、ステンレス等の非磁性体で構成されていてもよい。

側板１２Ｌ、１２Ｒは、電池１の側面に配置されるプレートである。側板１２Ｌ、１２Ｒは、電池モジュール１００の左右の表面に固定される。側板１２Ｌ、１２Ｒは、磁性体で構成されていてもよいし、非磁性体で構成されていてもよい。また、側板１２Ｌ、１２Ｒは、熱伝導性の高い金属で構成されていてもよい。側板１２Ｌ、１２Ｒを熱伝導性の高い金属とした場合、側板１２Ｌ、１２Ｒは冷却プレート１１Ｆ、１１Ｂと同様にヒートパスとして機能する。

天板１３は、電池１の天面に配置されるプレートである。天板１３は、最上段の電池モジュール１００の上面に配置される。天板１３の上には、電池管理装置１４が設置されている。

電池管理装置１４は、電池１の充放電を制御するための装置である。電池管理装置１４は、例えば、電池１の状態を監視するためのセンサー（例えば、電流、電圧、温度センサー）と、電池１を制御するプロセッサと、を備える。電池管理装置１４は、センサーからの信号に基づいて電池１の過充電や過放電、過電流などを検出し、充放電の停止等の制御と上位の電池管理システムへの状態通知を行う。

ベース１５は、電池モジュール１００を乗せる台座である。ベース１５は、電池モジュール１００の底面と略同じ大きさベースプレートを備える。ベースプレートの下には、移動体の振動を低減させるため、防振ゴムが配置されている。ベースプレートの上には、複数の電池モジュール１００が積層されている。

図３は、電池１の中央部分（ベース１５と電池モジュール１００の部分）の分解図である。ベース１５には、８個の電池モジュール１００が積層されている。なお、電池モジュール１００の積層数は８個に限定されない。積層数は、８個より多くてもよいし、少なくてもよいが、偶数（２の倍数）であることが望ましい。より望ましくは、電池モジュール１００の積層数は４の倍数個である。

図４（Ａ）は、電池モジュール１００の拡大図である。電池モジュール１００は、セル監視装置（ＣＭＵ：Cell Monitoring Unit）１１０と、モジュール本体１２０と、を備える。

セル監視装置１１０は、電池モジュール１００を構成するセル毎に電圧、温度を測定するための装置である。図４（Ｂ）は、電池モジュール１００からセル監視装置１１０を取り外したものである。セル監視装置１１０は、２枚の基板を備える。一方の基板は、モジュール本体１２０の前面に配置され、他方の基板はモジュール本体１２０の背面に配置される。２枚の基板は、それぞれ、モジュール本体１２０の前面及び背面に露出するセルの端子２２と接続される。

セル監視装置１１０を構成する２枚の基板には、それぞれ、電圧、及び温度を計測するための回路（電圧センサー、サーミスタ等）が形成さており、各セルの、電圧、及び温度を計測する。セル監視装置１１０は、配線スペースに配置された配線（不図示）によって、電池管理装置１４と接続されている。電池管理装置１４は、セル監視装置１１０からの情報に基づいて電池１を制御する。

モジュール本体１２０は、電池モジュール１００の本体となる蓄電部である。モジュール本体１２０は、セル２０を複数枚積層して一体構造としたものである。本実施形態では１６枚積層して１つの電池モジュール１００としているがセルの積層枚数は１６枚に限られない。１６枚より多くてもよいし、少なくてもよい。セル２０の積層枚数は偶数であることが望ましい。

図５は、セル２０の斜視図である。セルとは、電池を構成する最小単位（電池ユニット）のことである。セル２０は、例えば、リチウムイオン式の蓄電可能なセルである。セル２０は、長方形の板状体であり、長手方向の両端に電流の入出力端子（図５に示す２２Ｐ、２２Ｍ）が配置されている。２２Ｐがプラス端子であり、２２Ｍがマイナス端子である。

図６は、セル２０の配置を視認容易にするため、電池１からセル２０のみを取り出したものである。図６を見れば分かるように、セル２０はセル内電流方向が平行となるように並べられている。セル内電流方向とは、電池１が負荷に電力を供給するときにセル２０内に流れる電流の方向、例えば、マイナス端子２２Ｍからプラス端子２２Ｐに向う方向のことである。電池１を構成する複数のセル２０は、セル内電流方向（Ｙ軸方向）と垂直な方向を行方向および列方向としてマトリクスＭ１を形成している。本実施形態の場合、行方向はＸ軸方向であり、列方向はＺ軸方向である。

行方向の一列のセル２０が１つの電池モジュール１００である。セル２０は、行方向の一列で１つのセル群を構成する。本実施形態の電池１は、８つの電池モジュール１００が積層されたものであるので、マトリクスＭ１にはＧ１からＧ８の８つのセル群が存在することになる。また、電池モジュール１００は１６個のセル２０で構成される。すなわち、マトリクスＭ１は８行１６列の１２８個のセル２０で構成される。

１つのセル群を構成する複数のセル２０は、プラス極とマイナス極が交互に反転している。そして、セル群内の複数のセル２０は、セル監視装置１１０の２枚の基板によって直列接続される。また、セル群Ｇ１〜Ｇ８は、不図示の配線によって、上から順に直列接続されている。これにより、マトリクスＭ１を構成する全てのセル２０が直列接続されることになる。

１つのセル群内のセル２０は、プラス極とマイナス極が交互に反転する交互配置となっている。また、セル群Ｇ１〜Ｇ８は、左右の端のセル２０の端子２２Ｐ、２２Ｍをそのセル群のプラス極、マイナス極と見なした場合に、上から順にプラス極とマイナス極が交互に反転する交互配置となっている。これにより、マトリクスＭ１を構成する全てのセル２０は、プラス極とマイナス極が行方向及び列方向に交互に反転する交互配置となる。すなわち、セル２０それぞれのセル内電流方向は、行方向及び列方向で隣にあるセル２０のセル内電流方向と反対向きとなる。

図７（Ａ）は、電池１を負荷に接続したときに、電池１の内部に形成される電流路を示したものである。１つのセル群内のセル２０はプラス極とマイナス極が交互に反転する交互配置となっているので、セル群Ｇ１〜Ｇ８それぞれの内部には、矩形パルス状の電流路Ｐ１が形成される。

図８は、電流路Ｐ１の一部拡大図である。セル内電流により電流路Ｐ１に沿って同心円状に磁界が発生する。しかし、セル２０のセル内電流方向は行方向（Ｘ軸方向）で隣にあるセル２０のセル内電流方向と反対向きとなっている。そのため、セル内電流により発生する行方向の磁界は交互に反対向きとなって打ち消し合う。また、セル２０のセル内電流方向は列方向（Ｚ軸方向）で隣にあるセル２０のセル内電流方向と反対向きとなっている。そのため、セル内電流により発生する列方向の磁界は交互に反対向きとなって打ち消し合う。

また、図７（Ｂ）は、セル群内電流により形成される電流路Ｐ２を示したものである。セル群内電流とは、セル群を１つのセルと見なした場合に、セル群内に流れる電流の方向、すなわち、セル群のマイナス端子からセル群のプラス端子に向う方向のことである。セル群のマイナス端子とはセル群の電流入力端子（セル群の一方の端にあるセル２０のマイナス端子２２Ｍ）のことであり、セル群のプラス端子とはセル群の電流出力端子（セル群の他方の端にあるセル２０のプラス端子２２Ｐ）のことである。

セル群Ｇ１〜Ｇ８はプラス極とマイナス極が交互に反転する交互配置となっているので、電流路Ｐ２も矩形パルス状となる。セル群内電流方向は列方向（Ｚ軸方向）で隣にあるセル群のセル群内電流方向と反対向きとなる。そのため、セル群内電流により発生する列方向の磁界は、図８に示すセル内電流の場合と同様に、交互に反対向きとなって打ち消し合う。

本実施形態によれば、電池１を構成する複数のセル２０がマトリクス状に配置されている。また、セル２０それぞれのセル内電流方向は、行方向及び列方向で隣にあるセル２０のセル内電流方向と反対向きとなっている。そのため、セル内電流により発生する磁界は互いに打ち消し合うので、電池１が外部に発生させる磁界は小さくなる。

また、セル群それぞれのセル群内電流方向は、列方向で隣にあるセル群のセル群内電流方向と反対向きとなっている。そのため、セル群内電流により発生する磁界は互いに打ち消し合うので、電池１が外部に発生させる磁界はさらに小さくなる。

（実施形態２）
実施形態１では、列方向に１列に積層した８つの電池モジュール１００（セル群Ｇ１〜Ｇ８）で電池１を構成した。しかしながら、電池１を構成するセル群は必ずしも一列でなくてもよい。以下、実施形態２の電池１について説明する。

図９は実施形態２の電池１を構成するマトリクスＭ２を示す図である。マトリクスＭ２は、１６個のセル群Ｇ１〜Ｇ１６で構成されている。セル群Ｇ１〜Ｇ１６は、それぞれ、実施形態１で説明した電池モジュール１００である。マトリクスＭ２は、実施形態１のマトリクスＭ１とは異なり、セル群列Ｂ１（第１のセル群列）及びセル群列Ｂ２（第２のセル群列）の２列のセル群列で構成されている。セル群列とは、セル群を列方向に積層したものである。セル群列Ｂ１はセル群Ｇ１〜セル群Ｇ８の８つのセル群で構成され、セル群列Ｂ２はセル群Ｇ９〜セル群Ｇ１６の８つのセル群で構成される。これら１６個のセル群Ｇ１〜Ｇ１６は直列接続されている。

１つのセル群は、１６個のセル２０で構成される。１６個のセル２０は、プラス極とマイナス極が交互に反転する交互配置となっている。実施形態１と同様に、１つのセル群に属する１６個のセル２０は直列接続されている。セル群Ｇ１〜Ｇ１６も直列接続されているので、マトリクスＭ２に属する２５６個（１６行×１６列）のセル２０は全て直列接続された状態となっている。

図１０（Ａ）は、電池１を負荷に接続したときに、電池１の内部に形成される電流路を示したものである。セル群列Ｂ１に属するセル群Ｇ１〜Ｇ８及びセル群列Ｂ２に属するセル群Ｇ９〜Ｇ１６は、両方とも、上から順にプラス極とマイナス極が交互に反転する交互配置となっている。セル群列Ｂ１、Ｂ２は行方向に並べられ、１つのマトリクスを形成している。セル群列Ｂ１、Ｂ２に属する１６個のセル群の極性の方向は、いずれも、隣り合う左右のセル群で同じとなっている。例えば、セル群Ｇ１とその右隣りのセル群Ｇ１６は両方とも左側がプラス極であり右側がマイナス極である。その下のセル群Ｇ２とセル群Ｇ１５は両方とも左側がプラス極であり右側がマイナス極である。

１つのセル群内のセル２０は交互配置となっている。そのため、セル群Ｇ１〜Ｇ１６それぞれの内部には、矩形パルス状の電流路Ｐ１が形成される。セル内電流方向は行方向（Ｘ軸方向）で隣にあるセル２０のセル内電流方向と反対向きとなっている。そのため、セル内電流により発生する行方向の磁界は交互に反対向きとなって打ち消し合う。また、セル内電流方向は列方向（Ｚ軸方向）で隣にあるセル２０のセル内電流方向と反対向きとなっている。そのため、セル内電流により発生する列方向の磁界は交互に反対向きとなって打ち消し合う。

図１０（Ｂ）は、セル群内電流により形成される電流路Ｐ２を示したものである。セル群列Ｂ１内のセル群Ｇ１〜Ｇ８はプラス極とマイナス極が交互に反転する交互配置となっているので、セル群列Ｂ１に形成される電流路Ｐ２も電流路Ｐ１と同様に矩形パルス状となる。同様に、セル群列Ｂ２内のセル群Ｇ９〜Ｇ１６もプラス極とマイナス極が交互に反転する交互配置となっているので、セル群列Ｂ２内に形成されるセル群内電流の電流路Ｐ２も矩形パルス状となる。セル群内電流方向は列方向（Ｚ軸方向）で隣にあるセル群のセル群内電流方向と反対向きとなるので、セル群内電流により発生する列方向の磁界は交互に反対向きとなって打ち消し合う。

また、セル群列Ｂ１は列方向下向き（Ｚ軸マイナス方向）に電流が流れており、セル群列Ｂ２は列方向上向き（Ｚ軸プラス方向）に電流が流れている。そのため、セル群列を１つのセルと見なしたときに、セル群列内電流方向（図１０（Ｂ）に示す電流路Ｐ３を流れる電流の方向）は、セル群列Ｂ１とＢ２で反対向きとなる。従って、セル群列内電流により発生する行方向の磁界は反対向きとなって打ち消し合う。

本実施形態によれば、セル内電流方向及びセル群内電流方向が交互に反対向きとなっているので、電池１が外部に発生させる磁界は小さくなる。また、実施形態２の電池１はセル群列内電流方向が反対向きとなった２つのセル群列で構成されている。セル群列内電流による行方向の磁界は打ち消し合うので、電池１が外部に発生させる磁界はさらに小さくなる。

（実施形態３）
実施形態２では、セル群間を流れる電流の方向（図１０（Ｂ）のＰ３で示す方向）はセル群列内では同一方向であった。しなしながら、セル群間の電流の方向はセル群列内で異なるものであってもよい。以下、実施形態３の電池１について説明する。

図１１は、実施形態３の電池１を構成するマトリクスＭ３を示す図である。マトリクスＭ３は、１６個のセル群Ｇ１〜Ｇ１６で構成されている。セル群Ｇ１〜Ｇ１６は、それぞれ、実施形態１で説明した電池モジュール１００である。マトリクスＭ３は、実施形態２のマトリクスＭ２と同様に、セル群列Ｂ１（第１のセル群列）及びセル群列Ｂ２（第２のセル群列）の２列のセル群列で構成されている。

セル群列Ｂ１とＢ２はそれぞれ８つのセル群で構成されている。セル群列Ｂ１に配置されるセル群は、上から順にＧ１、Ｇ２、Ｇ１４、Ｇ１３、Ｇ１２、Ｇ１１、Ｇ７、Ｇ８となっている。また、セル群列Ｂ２に配置されるセル群は、上から順にＧ１６、Ｇ１５、Ｇ３、Ｇ４、Ｇ５、Ｇ６、Ｇ１０、Ｇ９となっている。これら１６個のセル群Ｇ１〜Ｇ１６は直列接続されている。接続順は、符号の若い順、すなわち、Ｇ１、Ｇ２、・・・、Ｇ１６の順となっている。

１つのセル群は、１６個のセル２０で構成される。１６個のセル２０は、プラス極とマイナス極が交互に反転する交互配置となっている。実施形態１と同様に、１つのセル群に属する１６個のセル２０は直列接続されている。セル群Ｇ１〜Ｇ１６も直列接続されているので、マトリクスＭ２に属する２５６個（１６行×１６列）のセル２０は全て直列接続された状態となっている。

図１２は、電池１を負荷に接続したときに、電池１の内部に形成される電流路を示したものである。セル群列Ｂ１、Ｂ２に属する１６個のセル群の極性の方向は、いずれも、列方向の少なくとも一方の隣にあるセル群の極性方向と反対向きになっている。例えば、セル群Ｇ１は左側がプラス極であり右側がマイナス極であるが、その下に隣接するセル群Ｇ２は左側がマイナス極であり右側がプラス極となっている。また、セル群列Ｂ１、Ｂ２に属する１６個のセル群の極性の方向は、いずれも、隣り合う左右のセル群で同じとなっている。例えば、セル群Ｇ１とその右隣りのセル群Ｇ１６は、両方とも、左側がプラス極であり右側がマイナス極である。

１つのセル群内のセル２０は交互配置となっている。そのため、セル群Ｇ１〜Ｇ１６それぞれの内部には、矩形パルス状の電流路Ｐ１が形成される。セル内電流方向は行方向（Ｘ軸方向）で隣にあるセル２０のセル内電流方向と反対向きとなっている。そのため、セル内電流により発生する行方向の磁界は交互に反対向きとなって打ち消し合う。また、セル内電流方向は列方向（Ｚ軸方向）で隣にあるセル２０のうち、少なくとも一方のセル２０のセル内電流方向と反対向きとなっている。そのため、セル内電流により発生する列方向の磁界は反対向きとなって打ち消し合う。

図１３は、セル群内電流により形成される電流路Ｐ２を示したものである。セル群内電流方向は列方向（Ｚ軸方向）の少なくとも一方の隣にあるセル群のセル群内電流方向と反対向きとなるので、セル群内電流により発生する列方向の磁界は交互に反対向きとなって打ち消し合う。

なお、セル群列Ｂ１に属するセル群とセル群列Ｂ２に属するセル群とを接続する列間接続には、複数の交差接続が含まれる。交差接続とは２列のセル群列の２段４個セル群が交差するように接続されることをいう。より具体的には、交差接続とは、一方のセル群列のＮ段目のセル群の電流出力（プラス極）と他方のセル群列のＮ＋１段目のセル群の電流入力（マイナス極）が接続され、さらに、一方のセル群列のＮ＋１段目のセル群の電流出力（プラス極）と他方のセル群列のＮ段目のセル群の電流入力（マイナス極）が接続されることをいう。

本実施形態の場合、上から２段目３段目の４個のセル群Ｇ２、Ｇ３、Ｇ１４、Ｇ１５が交差接続Ｃ１を形成しており、上から６段目７段目の４個のセル群Ｇ１０、Ｇ１１、Ｇ６、Ｇ７が交差接続Ｃ２を形成している。図１４は、セル群とセル群とを電流の流れに沿って接続することにより形成される電流路Ｐ４を示す図である。マトリクスＭ３には２つの交差接続が含まれるので、本実施形態の電池１の内部には、Ｌ１〜Ｌ３の３つの電流ループが形成される。

３つの電流ループに属するセル群の数は列方向に順に１：２：１の割合となっている。本実施形態の場合、電流ループＬ１には、４つのセル群Ｇ１、Ｇ２、Ｇ１５、Ｇ１６が属している。また、電流ループＬ２には、８つのセル群Ｇ３、Ｇ４、Ｇ５、Ｇ６、Ｇ１１、Ｇ１２、Ｇ１３、Ｇ１４が属している。また、電流ループＬ３には、４つのセル群Ｇ８、Ｇ７、Ｇ９、Ｇ１０が属している。なお、電流ループとは、磁界の発生源としての電流のループのことであり、必ずしも電気回路的に電流路が閉じている必要はない。

隣接する電流ループのループ方向は互いに反対向きとなっている、電流ループＬ１、Ｌ３のループ方向は前方向から見て反時計回りとなっており、電流ループＬ２のループ方向は前方向から見て時計回りとなっている。電流ループＬ２大きさは、電流ループＬ１、Ｌ３の２倍となっているので、電流ループＬ１〜Ｌ３が発生させる磁界は互いに打ち消し合う。

本実施形態によれば、セル内電流方向及びセル群内電流方向が反対向きとなっているので、電池１が外部に発生させる磁界は小さくなる。また、実施形態３の電池１は、電流ループが電池１内に複数形成されるように交差接続が含まれている。そして、複数の電流ループのループ方向は交互に反対向きとなっている。電流ループが発生させる磁界は打消し合うので、電池１が外部に発生させる磁界はさらに小さくなる。

上述の各実施形態はそれぞれ一例を示したものであり、種々の変更及び応用が可能である。例えば、実施形態１では、マトリクスＭ１を構成するセル２０の行方向の数は８個であるものとしたが、行方向のセル２０の数は８個より多くてもよいし少なくてもよい。消磁を考慮した場合、望ましい行方向のセル２０の数は偶数、より望ましくは４の倍数である。実施形態１では、マトリクスＭ１を構成するセル２０の行方向の数は１６個であるものとしたが、列方向のセル２０の数は１６個より多くてもよいし少なくてもよい。消磁を考慮した場合、望ましい列方向のセル２０の数は偶数、より望ましくは４の倍数である。実施形態２、３のマトリクスＭ２、Ｍ３についても、行方向及び列方向のセル２０の数は偶数或いは４の倍数が望ましい。

また、実施形態２では、マトリクスＭ２は２列のセル群列で構成されるものとしたが、行方向に並べるセル群列は２列以上あってもよい。このとき、セル群列の数は偶数或いは４の倍数であってもよい。また、電池１は、さらに、マトリクスＭ２を行方向及び列方向と垂直な方向（Ｙ軸方向）に並べたものであってもよい。この場合、マトリクスＭ２の数は偶数或いは４の倍数であってもよい。また、実施形態２では、１つのセル群列を構成するセル群の数は８個であるものとしたが、８個より多くてもよいし少なくてもよい。消磁を考慮した場合、望ましいセル群の数は偶数、より望ましくは４の倍数である。セル群を構成するセル２０の数も偶数或いは４の倍数が望ましい。

また、実施形態３では、マトリクスＭ３は２列のセル群列で構成されるものとしたが、行方向に並べるセル群列は２列以上あってもよい。このとき、セル群列の数は偶数或いは４の倍数であってもよい。また、電池１は、さらに、マトリクスＭ３を行方向及び列方向と垂直な方向（Ｙ軸方向）に並べたものであってもよい。この場合、マトリクスＭ３の数は偶数或いは４の倍数であってもよい。また、実施形態３では、１つのセル群列を構成するセル群の数は８個であるものとしたが、８個より多くてもよいし少なくてもよい。消磁を考慮した場合、望ましいセル群の数は偶数、より望ましくは４の倍数である。セル群を構成するセル２０の数も偶数或いは４の倍数が望ましい。

また、実施形態３では、電池１に含まれる電流ループは３つであるものとした。しかしながら、電池１に形成される電流ループは３つに限られない。例えば、マトリクスＭ３に含まれる交差接続を１つとし（例えば、４段目５段目の４つのセル群）に交差接続を形成し、電池１に２つの電流ループを形成してもよい。電流ループが２つの場合、形成される電流ループの大きさ（属するセル群の数）は同じであってもよい。もちろん、電池１に含まれる電流ループは３より多くてもよい。また、マトリクスＭ３をＹ軸方向に並べる場合、前後に隣接する電流ループでループ方向が反対となるようループを形成してもよい。

また、上述の実施形態では、電池モジュール１００を並べてセル２０のマトリクスＭ１〜Ｍ３を形成したが、マトリクスの形成方法これに限られるものではない。単純に、絶縁板或いは放熱板を挟んでセル２０をマトリクス状に並べるだけであってもよい。

また、上述の実施形態では、セル２０は蓄電可能なセルであるものとしたが、必ずしも蓄電可能でなくてもよい。また、上述の実施形態では、セル２０はリチウムイオン式のセルであるものとして説明したが、セル２０はリチウムイオン方式に限られない。セル２０は、例えば、ニカド方式、ニッケル水素方式、アルカリ方式、の電池であってもよい。

また、上述の実施形態では、セル２０は長方形の板状体であるものとしたが、セルの形状は板状に限られない。例えば、セル２０の形状は、円筒形、角形、ボタン形（コイン形）、ラミネート形、ピン形であってもよい。

また、上述の実施形態では、電池１は蓄電池（二次電池）であるものとして説明したが、電池１は一次電池であってもよい。また、電池１は燃料電池であってもよい。電池１を燃料電池とする場合、電池１を構成するセル２０は発電セルであってもよい。

また、上述の実施形態の電池１は移動体に設置されるものとして説明したが、電池１は建造物に設置されて使用されてもよい。また、電池１は、電気装置に設置されて使用されてもよい。電気装置は、例えば、発電装置や変電装置であってもよいし、冷蔵庫等の電気機器であってもよい。電池１が設置される場合、自動車、鉄道、航空機、船等の移動体も電気装置とみなすことができる。

本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことが出来る。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１...電池
１１Ｆ、１１Ｂ...冷却プレート
１２Ｌ、１２Ｒ...側板
１３...天板
１４...電池管理装置
１５...ベース
２０...セル
２２...端子
２２Ｍ...マイナス端子
２２Ｐ...プラス端子
１００...電池モジュール
１１０...セル監視装置
１２０...モジュール本体
Ｇ１〜Ｇ１６...セル群
Ｂ１、Ｂ２...セル群列
Ｐ１〜Ｐ４...電流路
Ｃ１、Ｃ２...交差接続
Ｌ１〜Ｌ３...電流ループ

Claims (8)

1. 直列接続された複数のセルを備える電池であって、
   前記複数のセルは、セル内電流方向が平行となるように並べられており、前記セル内電流方向と垂直な方向を行方向及び列方向としてマトリクスを形成しており、
   前記セルそれぞれの前記セル内電流方向は、前記行方向で隣にある前記セルの前記セル内電流方向と反対向きとなっており、さらに、前記列方向で隣にある前記セルのうち少なくとも一方の前記セルの前記セル内電流方向と反対向きとなっており、
   前記マトリクスは、前記セルを前記行方向に並べたセル群を前記列方向に積層した第１のセル群列と、前記列方向に積層された複数の前記セル群で構成され、前記第１のセル群列の前記行方向の隣に配置された第２のセル群列と、で構成されており、
   前記第１のセル群列に属する前記セル群と前記第２のセル群列に属する前記セル群とを接続する列間接続には、前記セル群と前記セル群とを電流の流れに沿って接続することにより形成される電流ループが前記電池内に少なくとも２つ形成されるように、少なくとも１つの交差接続が含まれており、
   前記列方向に隣接する前記電流ループのループ方向は互いに反対向きとなっている、
   電池。
2. 前記セルの前記行方向の数は４の倍数である、
   請求項１に記載の電池。
3. 前記セルの前記列方向の数は２の倍数である、
   請求項１に記載の電池。
4. 前記セル群それぞれのセル群内電流方向は、前記列方向で隣にある前記セル群の前記セル群内電流方向と反対向きとなっている、
   請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電池。
5. 前記セル群は、前記列方向に４の倍数個積層されており、
   前記電池内には、前記電流ループが前記列方向に沿って３つ形成されるように、２つの前記交差接続が含まれており、
   ３つの前記電流ループは、隣接する前記電流ループのループ方向が互いに反対向きとなっており、
   それら３つの前記電流ループに属する前記セル群の数は、前記列方向に順に１：２：１の割合となっている、
   請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電池。
6. １つの前記セル群は、４の倍数個の前記セルで構成されている、
   請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電池。
7. 直列接続された蓄電可能な複数のセルを備える蓄電池であって、
   前記複数のセルは、セル内電流方向が平行となるように並べられており、前記セル内電流方向と垂直な方向を行方向及び列方向としてマトリクスを形成しており、
   前記セルそれぞれの前記セル内電流方向は、前記行方向で隣にある前記セルの前記セル内電流方向と反対向きとなっており、さらに、前記列方向で隣にある前記セルのうち少なくとも一方の前記セルの前記セル内電流方向と反対向きとなっており、
   前記マトリクスは、前記セルを前記行方向に並べたセル群を前記列方向に積層した第１のセル群列と、前記列方向に積層された複数の前記セル群で構成され、前記第１のセル群列の前記行方向の隣に配置された第２のセル群列と、で構成されており、
   前記第１のセル群列に属する前記セル群と前記第２のセル群列に属する前記セル群とを接続する列間接続には、前記セル群と前記セル群とを電流の流れに沿って接続することにより形成される電流ループが前記電池内に少なくとも２つ形成されるように、少なくとも１つの交差接続が含まれており、
   前記列方向に隣接する前記電流ループのループ方向は互いに反対向きとなっている、
   蓄電池。
8. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電池を備える、
   電気装置。

Images