JPWO2011052134A1 - 組電池 - Google Patents

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Abstract

複数の二次電池を並列に接続するための接続部材における、通電による発熱を平均化して、耐用年数を延ばすことができるとともに、メンテナンスに要する費用を抑制することが可能な組電池を提供する。正極接続部材１４は、接続部材１４に複数の貫通孔１８を形成して構成されている。接続部材１４を、外部端子との接続箇所からの距離が大きい遠距離領域、並びに遠距離領域と面積の等しい、接続箇所からの距離が小さい近距離領域の２つの領域に区分すると、接続部材１４は、遠距離領域の開口率が、近距離領域の開口率よりも大きくなっている。これにより、近距離領域の電気抵抗を、遠距離領域の電気抵抗よりも小さくすることがでいる。したがって、近距離領域の通電による発熱を抑えることができる。

Description

本発明は、複数の電池を並列に接続したユニットを含む組電池に関する。
従来、携帯電子機器や電気自動車等の移動体用の電源として、二次電池を複数個接続して構成される組電池が広く使用されている。特許文献１は、複数の二次電池が直列に接続された組電池の一例を示している。
移動体用の電源として、大容量の電源を得ようとすると、組電池は、多数の二次電池を並列に接続したユニットを含む必要がある。また、組電池により大きな出力電圧を得ようとすると、多数の二次電池を直列に接続する必要がある。
特開平９−１９９１７７号公報
二次電池を直列に接続する場合には、１つの電池の正極端子と別の電池の負極端子とを順次接続するだけである。したがって、二次電池の数が多くなっても特に問題は生じない。
これに対して、二次電池を並列に接続する場合には、各電池の正極端子を接続部材（第１接続部材）により互いに接続する一方で、各電池の負極端子を別の接続部材（同じく、第１接続部材）により互いに接続する必要がある。ここで、二次電池の数が多くなると、各接続部材には大きな電流が流れることになり、通電による発熱量も無視し得ない大きさとなる。
このとき、各接続部材を組電池の外部端子と接続するための接続箇所や、各接続部材を他の並列接続ユニットと直列に接続するための接続箇所の近傍の部分は、多数の二次電池からの電流が集中するために、通電による発熱量も大きなものとなる。その結果、上記接続箇所の近傍に接続された二次電池は、通電による発熱の影響を大きく受ける。
その結果、並列接続された多数の二次電池の間で、寿命のばらつきが生じ、組電池全体の耐用年数が短くなってしまう。これを避けるために、早く劣化した一部の二次電池を交換する場合には、メンテナンスの費用が増大する。
そこで、本発明は、複数の二次電池を並列に接続するための接続部材における、通電による発熱を平均化して、組電池の耐用年数を延ばすことを目的としている。
本発明は、複数の電池と、前記複数の電池を並列に接続するための第１接続部材とを備えた、少なくとも１つのユニットと、
前記ユニットを、外部端子、または他の電池もしくはユニットと直列に接続するための、前記第１接続部材と互いに接続された第２接続部材とを含み、
前記第１接続部材は、前記電池の正極端子または負極端子が接続される集電領域と、前記第２接続部材との接続箇所とを有し、
前記集電領域を、
（i）前記接続箇所からの集電方向に平行な距離が所定値以上の部分の集合である遠距離領域、並びに
（ii）前記遠距離領域と面積の等しい、前記接続箇所からの前記集電方向に平行な距離が前記所定値未満の部分の集合である近距離領域、の２つの領域に区分したときに、
前記遠距離領域の前記集電方向の単位長さあたりの電気抵抗Ｒ1が、前記近距離領域の前記集電方向の単位長さあたりの電気抵抗Ｒ2よりも大きくなっている、組電池を提供する。
本発明によれば、第１接続部材は、遠距離領域の電気抵抗が、近距離領域の電気抵抗よりも大きくなっている。その結果、第１接続部材における遠距離領域と近距離領域との間の発熱量の差異を小さくすることが可能である。よって、第１接続部材における遠距離領域と近距離領域との間の、通電による温度上昇の差異を小さくすることが可能となる。よって、第１接続部材の特定の部分、代表的には、第２接続部材との接続箇所の近傍に端子が接続された電池が、他の部分に接続された電池よりも強く加熱されるのを防止することができる。
よって、一部の電池が早く劣化するのを避けることができる。したがって、組電池全体の耐用年数を増加させることができる。また、劣化した一部の電池を交換する等のメンテナンスの頻度を減少させて、保守性を向上させることもできる。
本発明の一実施形態に係る組電池を構成するユニットの斜視図である。 同上のユニットの第１接続部材を示す平面図である。 本発明の別の実施形態に係る組電池に使用される第１接続部材を示す平面図である。 本発明の更に別の実施形態に係る組電池に使用される第１接続部材を示す平面図である。
本発明の一形態に係る組電池は、複数の電池と、複数の電池を並列に接続するための第１接続部材とを備えた、少なくとも１つのユニットと、そのユニットを、外部端子、または他の電池もしくはユニットと直列に接続するための、第１接続部材と互いに接続された第２接続部材とを含む。第１接続部材は、電池の正極端子または負極端子が接続される集電領域と、第２接続部材との接続箇所とを有する。
集電領域を、（i）上記接続箇所からの集電方向に平行な距離が所定値以上の遠距離領域、並びに（ii）遠距離領域と面積の等しい、上記接続箇所からの集電方向に平行な距離が上記所定値未満の近距離領域、の２つの領域に区分する。このとき、遠距離領域の集電方向の単位長さあたりの電気抵抗Ｒ1が、近距離領域の集電方向の単位長さあたりの電気抵抗Ｒ2よりも大きくなっている。
第１接続部材の集電領域の各部には、組電池を構成する各電池が接続されている。各電池からの電流は、集電領域の各部を通過して接続箇所に集められる。このため、集電領域の中でも接続箇所に近い部分ほど電流は大きくなる。つまり近距離領域の方が遠距離領域よりも電流が大きくなる。したがって、遠距離領域の電気抵抗Ｒ1と近距離領域の電気抵抗Ｒ2とが同じであれば、近距離領域での電流による発熱量が大きくなり、それによる温度上昇も大きくなる。その結果、集電領域の各部に接続されている各電池の温度に差異が生じ、寿命に差異が生じてしまう。よって、組電池の一部の電池の寿命が短くなる場合があり、その場合には、組電池全体の寿命が短くなってしまう。
本発明によれば、近距離領域の電気抵抗Ｒ2を遠距離領域の電気抵抗Ｒ1よりも小さくすることで、近距離領域の温度上昇を抑えて、組電池の一部の電池が短寿命化するのを抑制することができる。よって、組電池全体が短寿命化するのを防止することができる。
ここで、遠距離領域の電気抵抗Ｒ1と、近距離領域の電気抵抗Ｒ2との比：Ｒ1／Ｒ2は、１．２〜１０の範囲とするのが好ましい。上記比が１．２未満であると、近距離領域の温度上昇を十分に抑えることができずに、一部の電池だけが短寿命化するのを防止できない場合がある。一方、上記比が１０を超えると、遠距離領域の電気抵抗Ｒ1を一般的な接続部材の電気抵抗よりもかなり大きくすることが必要となり、電力ロスが大きくなる場合がある。
本発明の他の形態に係る組電池においては、遠距離領域の集電方向に垂直な断面積Ｓ1が、近距離領域の集電方向に垂直な断面積Ｓ2よりも小さくなっている。
導体の電気抵抗は、その断面積に反比例する。したがって、遠距離領域の断面積Ｓ1を、近距離領域の断面積Ｓ2よりも小さくすることで、近距離領域の電気抵抗Ｒ2を遠距離領域の電気抵抗Ｒ1よりも小さくすることができる。
さらに、近距離領域の断面積Ｓ2を遠距離領域の断面積Ｓ1よりも大きくすることで、近距離領域の電流密度と遠距離領域の電流密度との差異を小さくすることができる。これにより、近距離領域の温度上昇をさらに効果的に抑制することができる。
より具体的には、遠距離領域が、集電方向に垂直な所定幅、及び所定厚み（Ｄ1）を有する場合に、近距離領域を、その所定幅と同じ幅及びその所定厚みより大きい厚み（Ｄ2）を有するように形成すれば（Ｄ2＞Ｄ1）、近距離領域の断面積Ｓ2を遠距離領域の断面積Ｓ1よりも大きくするこができる。
本発明のさらに他の形態に係る組電池においては、第１接続部材が複数の貫通孔を有し、遠距離領域は、集電方向に垂直な所定幅及び所定厚みを有し、かつ所定開口率Ｂを有する。そして、近距離領域は、その所定幅及び所定厚みと同じ幅及び厚みを有し、かつ所定開口率Ｂより小さい開口率Ａを有する（Ａ＜Ｂ）。
近距離領域の開口率Ａを遠距離領域の開口率Ｂよりも小さくすることで、近距離領域の断面積Ｓ2を遠距離領域の断面積Ｓ1よりも平均的に大きくするこができる。さらに、他の方法では困難である断面積Ｓ1とＳ2との比の精密な調節を、板材の孔あけのような簡単な加工で容易に実現することができる。
本発明のさらに他の形態に係る組電池においては、遠距離領域は、集電方向に垂直な所定断面積を有する所定の材質からなり、近距離領域は、その所定断面積と同じ断面積を有する、その所定の材質より抵抗率の小さい材質から構成される。このように、近距離領域の材質の抵抗率を、遠距離領域の材質の抵抗率よりも小さくすることで、近距離領域の電気抵抗Ｒ2を遠距離領域の電気抵抗Ｒ1よりも小さくすることができる。
このとき、遠距離領域が、銅、アルミニウム、ニッケル、鉄、銀、及び金よりなる群から選択される少なくとも１種を含む第１材料から構成されるならば、近距離領域は、第１材料よりも抵抗率の小さい、上記群から選択される少なくとも１種を含む第２材料から構成される。
本発明のさらに他の形態に係る組電池においては、第１接続部材は、一対の長手端部と、一対の短手端部と、を有する長方形の板状であり、接続箇所は、長手端部の一方に沿って設けられている。そして、近距離領域と遠距離領域との境界は、長手端部と平行な直線になるように、集電領域を２つに区分している。
ここで、一対の長手端部とは、長方形である第１接続部材の一対の長辺に沿った部分であり、一対の短手端部とは、長方形である第１接続部材の一対の短辺に沿った部分である。
本発明のさらに他の形態に係る組電池においては、第１接続部材は、一対の長手端部と、一対の短手端部と、を有する長方形の板状であり、接続箇所は、短手端部の一方に沿って設けられている。そして、近距離領域と遠距離領域との境界は、短手端部と平行な直線になるように、集電領域を２つに区分している。
本発明のさらに他の形態に係る組電池においては、第１接続部材は、一対の長手端部と、一対の短手端部と、を有する長方形の格子状体であり、接続箇所は、長手端部の一方に沿って設けられている。そして、近距離領域と遠距離領域との境界は、長手端部と平行な直線になるように、集電領域を２つに区分している。
本発明のさらに他の形態に係る組電池においては、集電領域の集電方向に垂直な断面積が、接続箇所からの距離に反比例している。これにより、集電領域の各部位の電流密度が一定となるので、集電領域の各部位の温度がばらついて、各電池の寿命にばらつきが生じるのを、より効果的に抑制することができる。なお、上記断面積は、接続箇所からの距離と厳密に反比例している必要はなく、全体的にみて反比例していればよい。
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図１に、本発明の実施形態１に係る組電池を構成するユニットを斜視図により示す。
図示例のユニット１０は、複数個（図示例では５０個）の電池１２と、２枚の接続部材（第１接続部材）、つまり正極接続部材１４及び負極接続部材１６とを含んでいる。正極接続部材１４は、全ての電池１２の正極端子と接続されている。負極接続部材１６は、全ての電池１２の負極端子と接続されている。正極接続部材１４と、負極接続部材１６とは、離間されている。つまり、全ての電池１２は、正極接続部材１４及び負極接続部材１６により並列に接続されている。なお、図１においては、視認性を考慮して、正極接続部材１４及び負極接続部材１６は、輪郭のみを二点鎖線により示している。また、負極接続部材１６は、その輪郭の一部分だけを示している。また、本形態では、図１の電池１２の上端の突起がある部分を正極端子とし、電池１２の底部を負極端子としている。
電池１２は、特に限定されず、リチウムイオン二次電池に代表される非水電解質二次電池、及びニッケル水素蓄電池に代表される水溶液系電解質二次電池等を好適に使用することができる。ただし、ニッケル水素蓄電池は、電池電圧−充電度特性にピーク電圧が存在し、満充電状態時に最大電圧とならないために、ピーク電圧時の充電度以下で使用する必要がある。また、電池１２は、アルカリ乾電池及びオキシライド乾電池などの一次電池とすることもできる。
図２に、接続部材（第１接続部材）の詳細を示す。正極接続部材１４及び負極接続部材１６は、同様の構成であり、以下、正極接続部材１４を代表として説明する。したがって、以下の説明は、特に指摘しない限り、負極接続部材１６についても当てはまる。
正極接続部材１４は、銅、アルミニウム、ニッケル、鉄、銀、及び金の少なくとも１種を含む、板状の良導電体である。正極接続部材１４の外形は特に限定されないが、図示例では、正極接続部材１４の輪郭は略長方形となっている。以下、正極接続部材１４が、略長方形の板材である場合を説明する。
正極接続部材１４は、図１に示すように配置される電池１２の全ての正極端子と接続される。正極接続部材１４の一方の長手端部は、ユニット１０を他のユニットもしくは単電池、または外部端子と直列に接続するための図示しない接続部材（第２接続部材）が接続される接続箇所２０となっている。正極接続部材１４の接続箇所２０以外の部分は、各電池１２の正極端子と接続されて、各電池１２からの電流を集電する集電領域２２となっている。図示例の正極接続部材１４においては、集電領域２２もまた長方形の輪郭を有している。集電領域２２には、各電池１２の正極端子が一様な分布で例えば溶接により接続される。
なお、図２の例では、正極端子が貫通孔１８と完全に重なってしまうように見える電池１２も存在する。実際には、正極端子が貫通孔１８と完全に重なってしまう電池１２が出現しないように、貫通孔１８のサイズ及び位置は調整される。または、各電池１２の正極端子を、正極接続部材１４と同じ形状及びサイズを有する薄い金属板に溶接し、その金属板を図２の正極接続部材１４と完全に重ねて、互いに溶接してもよい。
そして、正極接続部材１４の集電領域２２には、複数の貫通孔１８が形成されている。
貫通孔１８の配置については、接続箇所２０に近づくほどに、開口率が小さくなるように、貫通孔１８を形成するのが好ましい。ここで、開口率は、集電領域２２を幅方向（図２では上下方向）に等分して所定個数の領域に区分したときに、各領域における貫通孔１８の開口面積を、その領域全体の面積で割った値と定義することができる。このとき、各領域の境界線は、集電領域２２の幅方向と垂直である。
つまり、接続箇所２０に近い領域ほど、貫通孔１８の総開口面積を小さくする。例えば、集電領域２２を幅方向に２等分した２つの領域を考える。この場合には、接続箇所２０に近い領域における開口率が、接続箇所２０から遠い領域における開口率よりも小さくなる配置で貫通孔１８を正極接続部材１４に形成する。このとき、接続箇所２０に近い領域における開口率Ａと、接続箇所２０から遠い領域における開口率Ｂとの比、Ａ／Ｂは、０．１〜０．８の範囲とするのが好ましい。これにより、上記２つの領域の間の電流密度の差異を小さくして、上記２つの領域の間の通電による発熱量の差異を小さくすることができる。
図２の例では、集電領域２２を正極接続部材１４の幅方向に９等分した、９つの領域の間で、開口率は、接続箇所２０に近づくほどに小さくなっている。これにより、上記９つの領域の間で、集電方向に垂直な断面積の平均値は、接続箇所２０に近い領域ほど大きくなっている。したがって、上記９つの領域の間で、電気抵抗の平均値は、接続箇所２０に近い領域ほど小さくなり、電流密度も、接続箇所２０に近い領域ほど小さくなっている。ここで、集電方向とは、正極接続部材１４に電流が流れる平均的な方向をいう。図２では、集電方向は、上下方向である。
また、集電領域２２を幅方向に２等分した、２つの領域の間においても、開口率は、接続箇所２０に近い領域の方が小さくなっている。これにより、上記２つの領域の間で、電気抵抗の平均値は接続箇所２０に近い領域の方が小さくなる一方、電流密度の差異は小さくなっている。
以上のように、図示例の正極接続部材１４は、接続箇所２０に近づくほどに、開口率が小さくなるように、集電領域２２に貫通孔１８が形成されている。これにより、集電領域２２の接続箇所２０の近傍の部分で電気抵抗は相対的に小さくなっている。一方、接続箇所２０から離れた部分で電気抵抗は相対的に大きくなっている。そして、両者の間で電流密度の差異は小さくなっている。
その結果、集電領域２２の各部における発熱量の差異を小さくすることができる。したがって、一部の電池１２だけが強く加熱されて、その電池１２の寿命だけが短くなるのを防止することができる。これにより、ユニット１０全体の耐用年数が短くなったり、上記一部の電池１２を交換するためのメンテナンスの頻度が増大したりするのを防止することができる。したがって、組電池の耐用年数を増加させることができるとともに、保守に要する費用を削減することが可能となる。
理想的には、集電領域２２において、電池１２の端子が接続される各部位の電流密度を全て等しくするように、貫通孔１８を形成するのがよい。つまり、集電領域２２の各部位の接続箇所２０からの距離（集電方向に平行な距離）と、断面積（集電方向に垂直な断面積）とが反比例するように貫通孔１８を形成するのがよい。そのように集電領域２２の各部位の開口率を設定することにより、通電による発熱量を、集電領域２２の全域に亘ってより均一なものとすることが可能となる。その結果、一部の電池１２のみの寿命が短くなることをより完全に防止でき、組電池の耐用年数をより確実に増加させることができる。
ここで、貫通孔１８は、径、形及び面積は特に限定されない。また、貫通孔１８は、径、形及び面積は全て等しくしてもよいし、貫通孔１８毎に径、形及び面積を異ならせてもよい。例えば、集電領域２２に貫通孔１８を設ける密度は一定にして、正極接続部材１４の接続箇所２０からの距離が大きくなる程に、貫通孔１８の径を大きくするようにしてもよい。
しかしながら、多数の貫通孔１８を形成するときの加工の容易さを考えれば、貫通孔１８は、全て同じ径、形及び面積とするのが好ましい。これにより、製造コストの増大を抑えることができる。
貫通孔１８の形は、特に限定されず、三角形、正方形、長方形、菱形、これら以外の平行四辺形、台形、及び五角形以上の多角形等、任意の形状とすることができる。しかしながら、多数の貫通孔１８を正極接続部材１４に形成したときに、正極接続部材１４の強度ができるだけ低下しないようにするためには、貫通孔１８は円形または楕円形とするのが好ましい。最も好ましいのは円形であり、これにより、正極接続部材１４の強度の低下を抑えることができる。
また、貫通孔１８の径（最大径）は、０．０１〜５ｍｍとするのが好ましい。貫通孔１８の径が、５ｍｍを超えると、正極接続部材１４の強度が大きく低下する。逆に、貫通孔１８の径が、０．０１ｍｍを下回ると、所望の効果を得るために必要とされる貫通孔１８の数が膨大となって、貫通孔１８を形成する工程における作業量が増大する。その結果、製造コストが増大する。したがって、貫通孔１８の径を、０．０１〜５ｍｍとすることによって、正極接続部材１４の製造コストの増大を抑えることができるとともに、強度の低下を抑えることができる。
また、貫通孔１８を設けることによる強度の低下を抑えるために、正極接続部材１４の厚みは、貫通孔１８を備えていない正極接続部材１４と比較して、厚みを大きくするのが好ましい。貫通孔１８を備えていない集電体に必要とされる最低限の厚みをＤ１とすれば、正極接続部材１４の厚みＤ０は、Ｄ１の１２０〜６００％とするのがよい。
なお、以上の正極接続部材１４についての説明は、負極接続部材１６には電池１２の負極端子が接続されること以外は、負極接続部材１６についても全て当てはまる。
（実施形態２）
次に、本発明の実施形態２を説明する。
図３に、実施形態２の組電池に使用される接続部材（第１接続部材）を平面図により示す。図３において、図１と同様の要素は同じ符号により示している。
図示例の正極接続部材１４Ａ（負極接続部材１６Ａ）もまた、図１の正極接続部材１４（負極接続部材１６）と同様に、接続箇所２０Ａと、集電領域２２Ａと、集電領域２２Ａに形成された、複数の貫通孔１８を具備している。正極接続部材１４Ａが、図２の正極接続部材１４と異なるのは、長手方向の一端部（短手端部の一方）に接続箇所２０Ａが配置されている点である。
正極接続部材１４Ａにおいても、集電領域２２Ａの開口率は、接続箇所２０Ａに近づくほどに小さくなっている。つまり、集電領域２２Ａを長手方向に等分した、所定個数（代表的には２個）の領域を考えたときに、接続箇所２０Ａに近い領域ほど、開口率は小さくなっている。なお、各領域の境界線は正極接続部材１４Ａの短手端部と平行である。
以上の構成により、接続箇所２０が正極接続部材１４Ａの長手方向の一端部に形成される場合にも、実施形態１と同様の効果を達成することが可能となる。
なお、上記実施形態１及び２においては、開口率を変えることにより集電領域を区分した各領域の断面積（集電方向に垂直な断面積）を変えている。これに限らず、所定幅を有する集電領域の厚みを変えることにより、集電領域を区分した各領域の断面積を変えることも勿論可能である。つまり、接続箇所に近い領域ほど厚みを大きくすることにより、集電領域を区分した各領域の間の電流密度の差を小さくすることができる。これにより、上記実施形態１及び２と同様の効果を奏することができる。また、集電領域の厚みを、接続箇所からの距離と反比例するように設定してもよい。
（実施形態３）
次に、本発明の実施形態３を説明する。
図４に、実施形態３の組電池に使用される接続部材（第１接続部材）を平面図により示す。図４において、図１と同様の要素は同じ符号により示している。
図示例の正極接続部材１４Ｂ（負極接続部材１６Ｂ）は、格子状に組み合わされた複数の棒状の導電体から構成されている。正極接続部材１４Ｂ（負極接続部材１６Ｂ）もまた、図１の正極接続部材１４（負極接続部材１６）と同様に、接続箇所２０Ｂと、集電領域２２Ｂとを具備している。正極接続部材１４Ｂの外側の輪郭は長方形となっている。接続箇所２０Ｂは、その長方形の幅方向の一端部（長手端部の一方）に配置されている。
正極接続部材１４Ｂにおいても、集電領域２２Ｂの各部の電気抵抗は、接続箇所２０Ｂに近づくほどに小さくなっている。つまり、集電領域２２Ｂを正極接続部材１４Ｂの幅方向に等分した、所定個数（代表的には２個）の領域を考えたときに、接続箇所２０Ｂに近い領域ほど、電気抵抗は小さくなっている。なお、各領域の境界線は正極接続部材１４Ｂの長手端部と平行である。
各領域の電気抵抗を変えるためには、いくつかの方法が考えられる。例えば、所定断面積を有する上記複数の棒状の導電体を使用する場合には、その材質を異ならせることが考えられる。つまり、接続箇所２０Ｂに近い領域に使用する上記棒状の導電体には、抵抗率が相対的に小さい材料を使用し、接続箇所２０Ｂから遠い領域に使用する上記棒状の導電体には、抵抗率が相対的に大きい材料を使用する。これにより、所定断面積を有する複数の棒状の導電体により正極接続部材１４Ｂを構成した場合にも、接続箇所２０Ｂに近い領域ほど電気抵抗を小さくすることができる。よって、実施形態１及び２と同様の効果を奏することができる。
また、上記複数の棒状の導電体の材質を全て同じにする場合には、上記複数の棒状の導電体の断面積を変化させることが考えられる。つまり、接続箇所２０Ｂに近い領域に使用する上記棒状の導電体は、断面積を相対的に大きくし、接続箇所２０Ｂから遠い領域に使用する上記棒状の導電体は、断面積を相対的に小さくする。これにより、同じ材質を有する複数の棒状の導電体により正極接続部材１４Ｂを構成した場合にも、接続箇所２０Ｂに近い領域ほど電気抵抗を小さくするとともに、各領域の間の電流密度の差異を小さくすることができる。よって、実施形態１及び２と同様の効果を奏することができる。
次に、上記実施形態１〜３に関する実施例を説明する。本発明は、これら実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
容量が２．０Ａｈであるリチウムイオン二次電池（定格最大電圧：４．２Ｖ）を５０個準備した。
正極接続部材及び負極接続部材として、厚さ０．３ｍｍ、幅１００ｍｍ、長さ２００ｍｍ、材質が銅である長方形の板を準備した。その銅板の一方の長手端部を接続箇所とし、図２に示したように、接続箇所に近づくほどに開口率が小さくなる態様で、その銅板に複数の貫通孔を形成した。貫通孔の形は円形とし、径は２ｍｍとした。
開口率の分布は、上記銅板を幅方向に６等分した各領域のうち、接続箇所に隣接する領域の開口率を１０％とし、接続箇所から最も遠い領域の開口率を６０％とした。そして、それらの間の４つの領域の開口率をそれぞれ接続箇所に近い領域から順に、２０％、３０％、４０％、及び５０％とした。また、集電領域を、上記銅板の幅方向に２等分した２つの領域を考えると、その開口率の比は０．３７５であった。
以上のような開口率の分布で貫通孔をあけた２枚の銅板を使用して、５×１０の配置とした５０個の二次電池を並列に接続した。つまり、１枚の銅板に、上記５０個の二次電池の正極端子を全て溶接した。また、もう１枚の銅板に、上記５０個の二次電池の負極端子を全て溶接した。このようにしてユニットを作製した。
（比較例１）
実施例１の銅板と同じ材質、幅、及び長さで、厚さが０．２ｍｍの銅板を２枚準備した。それらの銅板には、貫通孔を形成しなかった。このようにして、実施例１と同じ重量の２枚の銅板を得た。そして、それらの銅板を使用して、実施例１と同様にして５０個の二次電池を並列に接続し、ユニットを作製した。
実施例１及び比較例１のユニットに対して５００サイクルの充放電を行った。このとき、２０℃の環境下において、０．７Ｃで４．２Ｖまで定電流充電した後、終止電圧０．０５Ｃまで定電圧充電し、０．２Ｃで２．５Ｖまで定電流放電した。このときの放電容量を初回放電容量とした。その後、放電時の電流値を１Ｃとし充放電サイクルを繰り返す、という条件で充放電を行った。
そして、実施例１及び比較例１のそれぞれについて、５０個の電池の容量維持率の平均値と、接続箇所に最も近い部位に接続した１０個の電池の容量維持率の平均値とを求めた。容量維持率は、５００サイクル目の放電容量の１サイクル目の放電容量に対する百分率とした。
その結果を表１に示す。
Figure 2011052134
表１に示すように、実施例１においては、接続箇所に最も近い１０個の電池の容量維持率と、全電池の容量維持率との差異が３％であるのに対して、比較例１においては、その差異が８％と非常に大きくなっている。これにより、本発明を適用することによって、一部の電池の寿命だけが短くなるのを防止し得ることが確かめられた。
本発明に係る組電池においては、接続部材は、接続箇所からの距離が小さい部分と大きい部分との間で、通電による発熱量の差異が小さくなっている。したがって、特に接続箇所の近傍において、加熱による二次電池の劣化を抑制することができる。よって、本発明は、各種電源として良好なサイクル特性が望まれる二次電池の組電池に適用するのに好適である。
１０ ユニット
１２ 二次電池
１４ 正極接続部材
１６ 負極接続部材
１８ 貫通孔
２０ 接続箇所
２２ 集電領域
本発明は、複数の電池を並列に接続したユニットを含む組電池に関する。
従来、携帯電子機器や電気自動車等の移動体用の電源として、二次電池を複数個接続して構成される組電池が広く使用されている。特許文献１は、複数の二次電池が直列に接続された組電池の一例を示している。
移動体用の電源として、大容量の電源を得ようとすると、組電池は、多数の二次電池を並列に接続したユニットを含む必要がある。また、組電池により大きな出力電圧を得ようとすると、多数の二次電池を直列に接続する必要がある。
特開平９−１９９１７７号公報
二次電池を直列に接続する場合には、１つの電池の正極端子と別の電池の負極端子とを順次接続するだけである。したがって、二次電池の数が多くなっても特に問題は生じない。
これに対して、二次電池を並列に接続する場合には、各電池の正極端子を接続部材（第１接続部材）により互いに接続する一方で、各電池の負極端子を別の接続部材（同じく、第１接続部材）により互いに接続する必要がある。ここで、二次電池の数が多くなると、各接続部材には大きな電流が流れることになり、通電による発熱量も無視し得ない大きさとなる。
このとき、各接続部材を組電池の外部端子と接続するための接続箇所や、各接続部材を他の並列接続ユニットと直列に接続するための接続箇所の近傍の部分は、多数の二次電池からの電流が集中するために、通電による発熱量も大きなものとなる。その結果、上記接続箇所の近傍に接続された二次電池は、通電による発熱の影響を大きく受ける。
その結果、並列接続された多数の二次電池の間で、寿命のばらつきが生じ、組電池全体の耐用年数が短くなってしまう。これを避けるために、早く劣化した一部の二次電池を交換する場合には、メンテナンスの費用が増大する。
そこで、本発明は、複数の二次電池を並列に接続するための接続部材における、通電による発熱を平均化して、組電池の耐用年数を延ばすことを目的としている。
本発明は、複数の電池と、前記複数の電池を並列に接続するための第１接続部材とを備えた、少なくとも１つのユニットと、
前記ユニットを、外部端子、または他の電池もしくはユニットと直列に接続するための、前記第１接続部材と互いに接続された第２接続部材とを含み、
前記第１接続部材は、前記電池の正極端子または負極端子が接続される集電領域と、前記第２接続部材との接続箇所とを有し、
前記集電領域を、
（i）前記接続箇所からの集電方向に平行な距離が所定値以上の部分の集合である遠距離領域、並びに
（ii）前記遠距離領域と面積の等しい、前記接続箇所からの前記集電方向に平行な距離が前記所定値未満の部分の集合である近距離領域、の２つの領域に区分したときに、
前記遠距離領域の前記集電方向の単位長さあたりの電気抵抗Ｒ1が、前記近距離領域の前記集電方向の単位長さあたりの電気抵抗Ｒ2よりも大きくなっている、組電池を提供する。
本発明によれば、第１接続部材は、遠距離領域の電気抵抗が、近距離領域の電気抵抗よりも大きくなっている。その結果、第１接続部材における遠距離領域と近距離領域との間の発熱量の差異を小さくすることが可能である。よって、第１接続部材における遠距離領域と近距離領域との間の、通電による温度上昇の差異を小さくすることが可能となる。よって、第１接続部材の特定の部分、代表的には、第２接続部材との接続箇所の近傍に端子が接続された電池が、他の部分に接続された電池よりも強く加熱されるのを防止することができる。
よって、一部の電池が早く劣化するのを避けることができる。したがって、組電池全体の耐用年数を増加させることができる。また、劣化した一部の電池を交換する等のメンテナンスの頻度を減少させて、保守性を向上させることもできる。
本発明の一実施形態に係る組電池を構成するユニットの斜視図である。 同上のユニットの第１接続部材を示す平面図である。 本発明の別の実施形態に係る組電池に使用される第１接続部材を示す平面図である。 本発明の更に別の実施形態に係る組電池に使用される第１接続部材を示す平面図である。
本発明の一形態に係る組電池は、複数の電池と、複数の電池を並列に接続するための第１接続部材とを備えた、少なくとも１つのユニットと、そのユニットを、外部端子、または他の電池もしくはユニットと直列に接続するための、第１接続部材と互いに接続された第２接続部材とを含む。第１接続部材は、電池の正極端子または負極端子が接続される集電領域と、第２接続部材との接続箇所とを有する。
集電領域を、（i）上記接続箇所からの集電方向に平行な距離が所定値以上の遠距離領域、並びに（ii）遠距離領域と面積の等しい、上記接続箇所からの集電方向に平行な距離が上記所定値未満の近距離領域、の２つの領域に区分する。このとき、遠距離領域の集電方向の単位長さあたりの電気抵抗Ｒ1が、近距離領域の集電方向の単位長さあたりの電気抵抗Ｒ2よりも大きくなっている。
第１接続部材の集電領域の各部には、組電池を構成する各電池が接続されている。各電池からの電流は、集電領域の各部を通過して接続箇所に集められる。このため、集電領域の中でも接続箇所に近い部分ほど電流は大きくなる。つまり近距離領域の方が遠距離領域よりも電流が大きくなる。したがって、遠距離領域の電気抵抗Ｒ1と近距離領域の電気抵抗Ｒ2とが同じであれば、近距離領域での電流による発熱量が大きくなり、それによる温度上昇も大きくなる。その結果、集電領域の各部に接続されている各電池の温度に差異が生じ、寿命に差異が生じてしまう。よって、組電池の一部の電池の寿命が短くなる場合があり、その場合には、組電池全体の寿命が短くなってしまう。
本発明によれば、近距離領域の電気抵抗Ｒ2を遠距離領域の電気抵抗Ｒ1よりも小さくすることで、近距離領域の温度上昇を抑えて、組電池の一部の電池が短寿命化するのを抑制することができる。よって、組電池全体が短寿命化するのを防止することができる。
ここで、遠距離領域の電気抵抗Ｒ1と、近距離領域の電気抵抗Ｒ2との比：Ｒ1／Ｒ2は、１．２〜１０の範囲とするのが好ましい。上記比が１．２未満であると、近距離領域の温度上昇を十分に抑えることができずに、一部の電池だけが短寿命化するのを防止できない場合がある。一方、上記比が１０を超えると、遠距離領域の電気抵抗Ｒ1を一般的な接続部材の電気抵抗よりもかなり大きくすることが必要となり、電力ロスが大きくなる場合がある。
本発明の他の形態に係る組電池においては、遠距離領域の集電方向に垂直な断面積Ｓ1が、近距離領域の集電方向に垂直な断面積Ｓ2よりも小さくなっている。
導体の電気抵抗は、その断面積に反比例する。したがって、遠距離領域の断面積Ｓ1を、近距離領域の断面積Ｓ2よりも小さくすることで、近距離領域の電気抵抗Ｒ2を遠距離領域の電気抵抗Ｒ1よりも小さくすることができる。
さらに、近距離領域の断面積Ｓ2を遠距離領域の断面積Ｓ1よりも大きくすることで、近距離領域の電流密度と遠距離領域の電流密度との差異を小さくすることができる。これにより、近距離領域の温度上昇をさらに効果的に抑制することができる。
より具体的には、遠距離領域が、集電方向に垂直な所定幅、及び所定厚み（Ｄ1）を有する場合に、近距離領域を、その所定幅と同じ幅及びその所定厚みより大きい厚み（Ｄ2）を有するように形成すれば（Ｄ2＞Ｄ1）、近距離領域の断面積Ｓ2を遠距離領域の断面積Ｓ1よりも大きくするこができる。
本発明のさらに他の形態に係る組電池においては、第１接続部材が複数の貫通孔を有し、遠距離領域は、集電方向に垂直な所定幅及び所定厚みを有し、かつ所定開口率Ｂを有する。そして、近距離領域は、その所定幅及び所定厚みと同じ幅及び厚みを有し、かつ所定開口率Ｂより小さい開口率Ａを有する（Ａ＜Ｂ）。
近距離領域の開口率Ａを遠距離領域の開口率Ｂよりも小さくすることで、近距離領域の断面積Ｓ2を遠距離領域の断面積Ｓ1よりも平均的に大きくするこができる。さらに、他の方法では困難である断面積Ｓ1とＳ2との比の精密な調節を、板材の孔あけのような簡単な加工で容易に実現することができる。
本発明のさらに他の形態に係る組電池においては、遠距離領域は、集電方向に垂直な所定断面積を有する所定の材質からなり、近距離領域は、その所定断面積と同じ断面積を有する、その所定の材質より抵抗率の小さい材質から構成される。このように、近距離領域の材質の抵抗率を、遠距離領域の材質の抵抗率よりも小さくすることで、近距離領域の電気抵抗Ｒ2を遠距離領域の電気抵抗Ｒ1よりも小さくすることができる。
このとき、遠距離領域が、銅、アルミニウム、ニッケル、鉄、銀、及び金よりなる群から選択される少なくとも１種を含む第１材料から構成されるならば、近距離領域は、第１材料よりも抵抗率の小さい、上記群から選択される少なくとも１種を含む第２材料から構成される。
本発明のさらに他の形態に係る組電池においては、第１接続部材は、一対の長手端部と、一対の短手端部と、を有する長方形の板状であり、接続箇所は、長手端部の一方に沿って設けられている。そして、近距離領域と遠距離領域との境界は、長手端部と平行な直線になるように、集電領域を２つに区分している。
ここで、一対の長手端部とは、長方形である第１接続部材の一対の長辺に沿った部分であり、一対の短手端部とは、長方形である第１接続部材の一対の短辺に沿った部分である。
本発明のさらに他の形態に係る組電池においては、第１接続部材は、一対の長手端部と、一対の短手端部と、を有する長方形の板状であり、接続箇所は、短手端部の一方に沿って設けられている。そして、近距離領域と遠距離領域との境界は、短手端部と平行な直線になるように、集電領域を２つに区分している。
本発明のさらに他の形態に係る組電池においては、第１接続部材は、一対の長手端部と、一対の短手端部と、を有する長方形の格子状体であり、接続箇所は、長手端部の一方に沿って設けられている。そして、近距離領域と遠距離領域との境界は、長手端部と平行な直線になるように、集電領域を２つに区分している。
本発明のさらに他の形態に係る組電池においては、集電領域の集電方向に垂直な断面積が、接続箇所からの距離に反比例している。これにより、集電領域の各部位の電流密度が一定となるので、集電領域の各部位の温度がばらついて、各電池の寿命にばらつきが生じるのを、より効果的に抑制することができる。なお、上記断面積は、接続箇所からの距離と厳密に反比例している必要はなく、全体的にみて反比例していればよい。
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図１に、本発明の実施形態１に係る組電池を構成するユニットを斜視図により示す。
図示例のユニット１０は、複数個（図示例では５０個）の電池１２と、２枚の接続部材（第１接続部材）、つまり正極接続部材１４及び負極接続部材１６とを含んでいる。正極接続部材１４は、全ての電池１２の正極端子と接続されている。負極接続部材１６は、全ての電池１２の負極端子と接続されている。正極接続部材１４と、負極接続部材１６とは、離間されている。つまり、全ての電池１２は、正極接続部材１４及び負極接続部材１６により並列に接続されている。なお、図１においては、視認性を考慮して、正極接続部材１４及び負極接続部材１６は、輪郭のみを二点鎖線により示している。また、負極接続部材１６は、その輪郭の一部分だけを示している。また、本形態では、図１の電池１２の上端の突起がある部分を正極端子とし、電池１２の底部を負極端子としている。
電池１２は、特に限定されず、リチウムイオン二次電池に代表される非水電解質二次電池、及びニッケル水素蓄電池に代表される水溶液系電解質二次電池等を好適に使用することができる。ただし、ニッケル水素蓄電池は、電池電圧−充電度特性にピーク電圧が存在し、満充電状態時に最大電圧とならないために、ピーク電圧時の充電度以下で使用する必要がある。また、電池１２は、アルカリ乾電池及びオキシライド乾電池などの一次電池とすることもできる。
図２に、接続部材（第１接続部材）の詳細を示す。正極接続部材１４及び負極接続部材１６は、同様の構成であり、以下、正極接続部材１４を代表として説明する。したがって、以下の説明は、特に指摘しない限り、負極接続部材１６についても当てはまる。
正極接続部材１４は、銅、アルミニウム、ニッケル、鉄、銀、及び金の少なくとも１種を含む、板状の良導電体である。正極接続部材１４の外形は特に限定されないが、図示例では、正極接続部材１４の輪郭は略長方形となっている。以下、正極接続部材１４が、略長方形の板材である場合を説明する。
正極接続部材１４は、図１に示すように配置される電池１２の全ての正極端子と接続される。正極接続部材１４の一方の長手端部は、ユニット１０を他のユニットもしくは単電池、または外部端子と直列に接続するための図示しない接続部材（第２接続部材）が接続される接続箇所２０となっている。正極接続部材１４の接続箇所２０以外の部分は、各電池１２の正極端子と接続されて、各電池１２からの電流を集電する集電領域２２となっている。図示例の正極接続部材１４においては、集電領域２２もまた長方形の輪郭を有している。集電領域２２には、各電池１２の正極端子が一様な分布で例えば溶接により接続される。
なお、図２の例では、正極端子が貫通孔１８と完全に重なってしまうように見える電池１２も存在する。実際には、正極端子が貫通孔１８と完全に重なってしまう電池１２が出現しないように、貫通孔１８のサイズ及び位置は調整される。または、各電池１２の正極端子を、正極接続部材１４と同じ形状及びサイズを有する薄い金属板に溶接し、その金属板を図２の正極接続部材１４と完全に重ねて、互いに溶接してもよい。
そして、正極接続部材１４の集電領域２２には、複数の貫通孔１８が形成されている。
貫通孔１８の配置については、接続箇所２０に近づくほどに、開口率が小さくなるように、貫通孔１８を形成するのが好ましい。ここで、開口率は、集電領域２２を幅方向（図２では上下方向）に等分して所定個数の領域に区分したときに、各領域における貫通孔１８の開口面積を、その領域全体の面積で割った値と定義することができる。このとき、各領域の境界線は、集電領域２２の幅方向と垂直である。
つまり、接続箇所２０に近い領域ほど、貫通孔１８の総開口面積を小さくする。例えば、集電領域２２を幅方向に２等分した２つの領域を考える。この場合には、接続箇所２０に近い領域における開口率が、接続箇所２０から遠い領域における開口率よりも小さくなる配置で貫通孔１８を正極接続部材１４に形成する。このとき、接続箇所２０に近い領域における開口率Ａと、接続箇所２０から遠い領域における開口率Ｂとの比、Ａ／Ｂは、０．１〜０．８の範囲とするのが好ましい。これにより、上記２つの領域の間の電流密度の差異を小さくして、上記２つの領域の間の通電による発熱量の差異を小さくすることができる。
図２の例では、集電領域２２を正極接続部材１４の幅方向に９等分した、９つの領域の間で、開口率は、接続箇所２０に近づくほどに小さくなっている。これにより、上記９つの領域の間で、集電方向に垂直な断面積の平均値は、接続箇所２０に近い領域ほど大きくなっている。したがって、上記９つの領域の間で、電気抵抗の平均値は、接続箇所２０に近い領域ほど小さくなり、電流密度も、接続箇所２０に近い領域ほど小さくなっている。ここで、集電方向とは、正極接続部材１４に電流が流れる平均的な方向をいう。図２では、集電方向は、上下方向である。
また、集電領域２２を幅方向に２等分した、２つの領域の間においても、開口率は、接続箇所２０に近い領域の方が小さくなっている。これにより、上記２つの領域の間で、電気抵抗の平均値は接続箇所２０に近い領域の方が小さくなる一方、電流密度の差異は小さくなっている。
以上のように、図示例の正極接続部材１４は、接続箇所２０に近づくほどに、開口率が小さくなるように、集電領域２２に貫通孔１８が形成されている。これにより、集電領域２２の接続箇所２０の近傍の部分で電気抵抗は相対的に小さくなっている。一方、接続箇所２０から離れた部分で電気抵抗は相対的に大きくなっている。そして、両者の間で電流密度の差異は小さくなっている。
その結果、集電領域２２の各部における発熱量の差異を小さくすることができる。したがって、一部の電池１２だけが強く加熱されて、その電池１２の寿命だけが短くなるのを防止することができる。これにより、ユニット１０全体の耐用年数が短くなったり、上記一部の電池１２を交換するためのメンテナンスの頻度が増大したりするのを防止することができる。したがって、組電池の耐用年数を増加させることができるとともに、保守に要する費用を削減することが可能となる。
理想的には、集電領域２２において、電池１２の端子が接続される各部位の電流密度を全て等しくするように、貫通孔１８を形成するのがよい。つまり、集電領域２２の各部位の接続箇所２０からの距離（集電方向に平行な距離）と、断面積（集電方向に垂直な断面積）とが反比例するように貫通孔１８を形成するのがよい。そのように集電領域２２の各部位の開口率を設定することにより、通電による発熱量を、集電領域２２の全域に亘ってより均一なものとすることが可能となる。その結果、一部の電池１２のみの寿命が短くなることをより完全に防止でき、組電池の耐用年数をより確実に増加させることができる。
ここで、貫通孔１８は、径、形及び面積は特に限定されない。また、貫通孔１８は、径、形及び面積は全て等しくしてもよいし、貫通孔１８毎に径、形及び面積を異ならせてもよい。例えば、集電領域２２に貫通孔１８を設ける密度は一定にして、正極接続部材１４の接続箇所２０からの距離が大きくなる程に、貫通孔１８の径を大きくするようにしてもよい。
しかしながら、多数の貫通孔１８を形成するときの加工の容易さを考えれば、貫通孔１８は、全て同じ径、形及び面積とするのが好ましい。これにより、製造コストの増大を抑えることができる。
貫通孔１８の形は、特に限定されず、三角形、正方形、長方形、菱形、これら以外の平行四辺形、台形、及び五角形以上の多角形等、任意の形状とすることができる。しかしながら、多数の貫通孔１８を正極接続部材１４に形成したときに、正極接続部材１４の強度ができるだけ低下しないようにするためには、貫通孔１８は円形または楕円形とするのが好ましい。最も好ましいのは円形であり、これにより、正極接続部材１４の強度の低下を抑えることができる。
また、貫通孔１８の径（最大径）は、０．０１〜５ｍｍとするのが好ましい。貫通孔１８の径が、５ｍｍを超えると、正極接続部材１４の強度が大きく低下する。逆に、貫通孔１８の径が、０．０１ｍｍを下回ると、所望の効果を得るために必要とされる貫通孔１８の数が膨大となって、貫通孔１８を形成する工程における作業量が増大する。その結果、製造コストが増大する。したがって、貫通孔１８の径を、０．０１〜５ｍｍとすることによって、正極接続部材１４の製造コストの増大を抑えることができるとともに、強度の低下を抑えることができる。
また、貫通孔１８を設けることによる強度の低下を抑えるために、正極接続部材１４の厚みは、貫通孔１８を備えていない正極接続部材１４と比較して、厚みを大きくするのが好ましい。貫通孔１８を備えていない集電体に必要とされる最低限の厚みをＤ１とすれば、正極接続部材１４の厚みＤ０は、Ｄ１の１２０〜６００％とするのがよい。
なお、以上の正極接続部材１４についての説明は、負極接続部材１６には電池１２の負極端子が接続されること以外は、負極接続部材１６についても全て当てはまる。
（実施形態２）
次に、本発明の実施形態２を説明する。
図３に、実施形態２の組電池に使用される接続部材（第１接続部材）を平面図により示す。図３において、図１と同様の要素は同じ符号により示している。
図示例の正極接続部材１４Ａ（負極接続部材１６Ａ）もまた、図１の正極接続部材１４（負極接続部材１６）と同様に、接続箇所２０Ａと、集電領域２２Ａと、集電領域２２Ａに形成された、複数の貫通孔１８を具備している。正極接続部材１４Ａが、図２の正極接続部材１４と異なるのは、長手方向の一端部（短手端部の一方）に接続箇所２０Ａが配置されている点である。
正極接続部材１４Ａにおいても、集電領域２２Ａの開口率は、接続箇所２０Ａに近づくほどに小さくなっている。つまり、集電領域２２Ａを長手方向に等分した、所定個数（代表的には２個）の領域を考えたときに、接続箇所２０Ａに近い領域ほど、開口率は小さくなっている。なお、各領域の境界線は正極接続部材１４Ａの短手端部と平行である。
以上の構成により、接続箇所２０が正極接続部材１４Ａの長手方向の一端部に形成される場合にも、実施形態１と同様の効果を達成することが可能となる。
なお、上記実施形態１及び２においては、開口率を変えることにより集電領域を区分した各領域の断面積（集電方向に垂直な断面積）を変えている。これに限らず、所定幅を有する集電領域の厚みを変えることにより、集電領域を区分した各領域の断面積を変えることも勿論可能である。つまり、接続箇所に近い領域ほど厚みを大きくすることにより、集電領域を区分した各領域の間の電流密度の差を小さくすることができる。これにより、上記実施形態１及び２と同様の効果を奏することができる。また、集電領域の厚みを、接続箇所からの距離と反比例するように設定してもよい。
（実施形態３）
次に、本発明の実施形態３を説明する。
図４に、実施形態３の組電池に使用される接続部材（第１接続部材）を平面図により示す。図４において、図１と同様の要素は同じ符号により示している。
図示例の正極接続部材１４Ｂ（負極接続部材１６Ｂ）は、格子状に組み合わされた複数の棒状の導電体から構成されている。正極接続部材１４Ｂ（負極接続部材１６Ｂ）もまた、図１の正極接続部材１４（負極接続部材１６）と同様に、接続箇所２０Ｂと、集電領域２２Ｂとを具備している。正極接続部材１４Ｂの外側の輪郭は長方形となっている。接続箇所２０Ｂは、その長方形の幅方向の一端部（長手端部の一方）に配置されている。
正極接続部材１４Ｂにおいても、集電領域２２Ｂの各部の電気抵抗は、接続箇所２０Ｂに近づくほどに小さくなっている。つまり、集電領域２２Ｂを正極接続部材１４Ｂの幅方向に等分した、所定個数（代表的には２個）の領域を考えたときに、接続箇所２０Ｂに近い領域ほど、電気抵抗は小さくなっている。なお、各領域の境界線は正極接続部材１４Ｂの長手端部と平行である。
各領域の電気抵抗を変えるためには、いくつかの方法が考えられる。例えば、所定断面積を有する上記複数の棒状の導電体を使用する場合には、その材質を異ならせることが考えられる。つまり、接続箇所２０Ｂに近い領域に使用する上記棒状の導電体には、抵抗率が相対的に小さい材料を使用し、接続箇所２０Ｂから遠い領域に使用する上記棒状の導電体には、抵抗率が相対的に大きい材料を使用する。これにより、所定断面積を有する複数の棒状の導電体により正極接続部材１４Ｂを構成した場合にも、接続箇所２０Ｂに近い領域ほど電気抵抗を小さくすることができる。よって、実施形態１及び２と同様の効果を奏することができる。
また、上記複数の棒状の導電体の材質を全て同じにする場合には、上記複数の棒状の導電体の断面積を変化させることが考えられる。つまり、接続箇所２０Ｂに近い領域に使用する上記棒状の導電体は、断面積を相対的に大きくし、接続箇所２０Ｂから遠い領域に使用する上記棒状の導電体は、断面積を相対的に小さくする。これにより、同じ材質を有する複数の棒状の導電体により正極接続部材１４Ｂを構成した場合にも、接続箇所２０Ｂに近い領域ほど電気抵抗を小さくするとともに、各領域の間の電流密度の差異を小さくすることができる。よって、実施形態１及び２と同様の効果を奏することができる。
次に、上記実施形態１〜３に関する実施例を説明する。本発明は、これら実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
容量が２．０Ａｈであるリチウムイオン二次電池（定格最大電圧：４．２Ｖ）を５０個準備した。
正極接続部材及び負極接続部材として、厚さ０．３ｍｍ、幅１００ｍｍ、長さ２００ｍｍ、材質が銅である長方形の板を準備した。その銅板の一方の長手端部を接続箇所とし、図２に示したように、接続箇所に近づくほどに開口率が小さくなる態様で、その銅板に複数の貫通孔を形成した。貫通孔の形は円形とし、径は２ｍｍとした。
開口率の分布は、上記銅板を幅方向に６等分した各領域のうち、接続箇所に隣接する領域の開口率を１０％とし、接続箇所から最も遠い領域の開口率を６０％とした。そして、それらの間の４つの領域の開口率をそれぞれ接続箇所に近い領域から順に、２０％、３０％、４０％、及び５０％とした。また、集電領域を、上記銅板の幅方向に２等分した２つの領域を考えると、その開口率の比は０．３７５であった。
以上のような開口率の分布で貫通孔をあけた２枚の銅板を使用して、５×１０の配置とした５０個の二次電池を並列に接続した。つまり、１枚の銅板に、上記５０個の二次電池の正極端子を全て溶接した。また、もう１枚の銅板に、上記５０個の二次電池の負極端子を全て溶接した。このようにしてユニットを作製した。
（比較例１）
実施例１の銅板と同じ材質、幅、及び長さで、厚さが０．２ｍｍの銅板を２枚準備した。それらの銅板には、貫通孔を形成しなかった。このようにして、実施例１と同じ重量の２枚の銅板を得た。そして、それらの銅板を使用して、実施例１と同様にして５０個の二次電池を並列に接続し、ユニットを作製した。
実施例１及び比較例１のユニットに対して５００サイクルの充放電を行った。このとき、２０℃の環境下において、０．７Ｃで４．２Ｖまで定電流充電した後、終止電圧０．０５Ｃまで定電圧充電し、０．２Ｃで２．５Ｖまで定電流放電した。このときの放電容量を初回放電容量とした。その後、放電時の電流値を１Ｃとし充放電サイクルを繰り返す、という条件で充放電を行った。
そして、実施例１及び比較例１のそれぞれについて、５０個の電池の容量維持率の平均値と、接続箇所に最も近い部位に接続した１０個の電池の容量維持率の平均値とを求めた。容量維持率は、５００サイクル目の放電容量の１サイクル目の放電容量に対する百分率とした。
その結果を表１に示す。
Figure 2011052134
表１に示すように、実施例１においては、接続箇所に最も近い１０個の電池の容量維持率と、全電池の容量維持率との差異が３％であるのに対して、比較例１においては、その差異が８％と非常に大きくなっている。これにより、本発明を適用することによって、一部の電池の寿命だけが短くなるのを防止し得ることが確かめられた。
本発明に係る組電池においては、接続部材は、接続箇所からの距離が小さい部分と大きい部分との間で、通電による発熱量の差異が小さくなっている。したがって、特に接続箇所の近傍において、加熱による二次電池の劣化を抑制することができる。よって、本発明は、各種電源として良好なサイクル特性が望まれる二次電池の組電池に適用するのに好適である。
１０ ユニット
１２ 二次電池
１４ 正極接続部材
１６ 負極接続部材
１８ 貫通孔
２０ 接続箇所
２２ 集電領域

Claims (11)

  1. 複数の電池と、前記複数の電池を並列に接続するための第１接続部材とを備えた、少なくとも１つのユニットと、
    前記ユニットを、外部端子、または他の電池もしくはユニットと直列に接続するための、前記第１接続部材と互いに接続された第２接続部材とを含み、
    前記第１接続部材は、前記電池の正極端子または負極端子が接続される集電領域と、前記第２接続部材との接続箇所とを有し、
    前記集電領域を、
    （i）前記接続箇所からの集電方向に平行な距離が所定値以上の遠距離領域、並びに
    （ii）前記遠距離領域と面積の等しい、前記接続箇所からの前記集電方向に平行な距離が前記所定値未満の近距離領域、の２つの領域に区分したときに、
    前記遠距離領域の前記集電方向の単位長さあたりの電気抵抗Ｒ1が、前記近距離領域の前記集電方向の単位長さあたりの電気抵抗Ｒ2よりも大きくなっている、組電池。
  2. 前記電気抵抗Ｒ1と、前記電気抵抗Ｒ2との比：Ｒ1／Ｒ2が、１．２〜１０の範囲である、請求項１記載の組電池。
  3. 前記遠距離領域の前記集電方向に垂直な断面積Ｓ1が、前記近距離領域の前記集電方向に垂直な断面積Ｓ2よりも小さくなっている、請求項１または２記載の組電池。
  4. 前記遠距離領域が、前記集電方向に垂直な所定幅、及び所定厚みを有し、前記近距離領域が、前記所定幅と同じ幅及び前記所定厚みより大きい厚みを有する、請求項３記載の組電池。
  5. 前記第１接続部材が複数の貫通孔を有しており、前記遠距離領域が、前記集電方向に垂直な所定幅及び所定厚みを有し、かつ所定開口率Ｂを有し、前記近距離領域が、前記所定幅及び前記所定厚みと同じ幅及び厚みを有し、かつ前記所定開口率Ｂより小さい開口率Ａを有する、請求項３記載の組電池。
  6. 前記遠距離領域が、前記集電方向に垂直な所定断面積を有する所定の材質からなり、前記近距離領域が、前記所定断面積と同じ断面積を有する、前記所定の材質より抵抗率の小さい材質からなる、請求項１または２記載の組電池。
  7. 前記遠距離領域が、銅、アルミニウム、ニッケル、鉄、銀、及び金よりなる群から選択される少なくとも１種を含む第１材料から構成され、前記近距離領域が、前記第１材料よりも抵抗率の小さい、前記群から選択される少なくとも１種を含む第２材料から構成される請求項６記載の組電池。
  8. 前記第１接続部材は、一対の長手端部と、一対の短手端部と、を有する長方形の板状であり、
    前記接続箇所は、前記長手端部の一方に沿って設けられており、
    前記近距離領域と前記遠距離領域との境界が、前記長手端部と平行な直線になるように、前記集電領域を２つに区分する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の組電池。
  9. 前記第１接続部材は、一対の長手端部と、一対の短手端部と、を有する長方形の板状であり、
    前記接続箇所は、前記短手端部の一方に沿って設けられており、
    前記近距離領域と前記遠距離領域との境界が、前記短手端部と平行な直線になるように、前記集電領域を２つに区分する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の組電池。
  10. 前記第１接続部材は、一対の長手端部と、一対の短手端部と、を有する長方形の格子状体であり、
    前記接続箇所は、前記長手端部の一方に沿って設けられており、
    前記近距離領域と前記遠距離領域との境界が、前記長手端部と平行な直線になるように、前記集電領域を２つに区分する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の組電池。
  11. 前記集電領域の前記集電方向に垂直な断面積が、前記接続箇所からの距離に反比例している、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の組電池。
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