(57)【要約】【課題】分布蓄電池に関し、最少面積で最大効率を得るための、高密度配線。【解決手段】一列に並んでいる蓄電池群の配線を、端子に遠い方から近い方へ、順に配線面積を増やすことで、単位面積当たりの配線効率を上げる。一様な太さの配線と比較した、単位面積当たりの電力損失を｛一次関数の傾斜の場合は０．３５倍｝、｛指数関数の傾斜の場合は０．２０倍｝、｛２乗関数の傾斜の場合は０．１２倍｝までそれぞれ下げることができる。また、配線の｛太い端｝と｛細い端｝を交互に並べることで、総面積の利用効率を上げることができる。【選択図】図１
2010257920.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高密度に配列状に分布している｛蓄電池セルまたは蓄電池セルの集合体｝を蓄電池群とし、
蓄電池群を構成するところの、一本の軸に添って並ぶ蓄電池群を列蓄電池とし、列蓄電池を並列に接続する配線を列蓄電池配線とし、
列蓄電池配線の｛放電電流取り出しまたは充電電流供給｝のポイントを列蓄電池端子とし、
列蓄電池配線の線幅を｛列蓄電池端子に近ければ近いほど｝太くし、｛列蓄電池端子に遠ければ遠いほど｝細くした配線を傾斜幅配線とし、
傾斜幅配線を有することを第１の特徴とする列蓄電池を有する蓄電池。
【請求項２】
請求項１に定義する、任意の数をＮとする｛Ｎ個の列蓄電池｝が配列状態に配置されている列蓄電池群において、Ｎ個の列蓄電池を、配列順番に１番列蓄電池、２番列蓄電池、というふうに付番をし、最後をＮ番列蓄電池とし、
｛偶数番の列蓄電池端子の隣が奇数番の列電池端子の反対側に｝、｛奇数番の列蓄電池端子の隣が偶数番の列電池端子の反対側に｝なるよう列電池を配列したＮ個の電池を組電池とし、
傾斜幅配線の傾斜を｛｛配線による電力損失｝の｛配線面積｝に対する比率｝が｛最少または著しく小さく｝なるよう、傾斜させたことを第２の特徴とする組電池を有する蓄電池。
【請求項３】
上記｛請求項１または請求項２｝の傾斜幅配線の傾斜が｛直線関数または直線関数に類似の傾斜｝または｛指数関数または指数関数に類似の傾斜｝または｛２乗関数または２乗関数に類似の傾斜｝または｛直線関数と指数関数と２乗関数の任意の組み合わせまたは組み合わせに類似の傾斜｝であることを第３の特徴とした｛列蓄電池または組蓄電池｝を有する蓄電池。
【発明の詳細な説明】
【用語の定義】
【０００１】請求項を含む全文を通じ、｛｝内部の内容は｛｝の外の内容に優先して意味を持つものとする。
【技術分野】
【０００２】集合蓄電池
集合コンデンサ
プリント配線
放熱
集積回路配線
【背景技術】
【０００３】２００９年現在、近年、蓄電池の小型化が進んでいる。特に高性能物理蓄電池の場合、小さな電池セルを高密度に配置することから、電池そのものの性能もさることながら、それぞれの蓄電池の配線についても、電池の｛サイズや充放電の性能や信頼性や寿命｝と関係して重要なファクターである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】一列に並んでいる電池を並列に配線する場合で、充電電流または放電電流の、端子に｛より近いところの配線をより太くし｝、｛より遠いところの配線をより細くする｝ことで、｛配線による電力損失を一定範囲に制限したとき｝の｛総配線面積を極小にすることができるような配線幅の分布傾斜｝が存在する。
あるいは｛配線による電力損失から生じる温度上昇｝を配線エリア全体に均一に分布させたい場合、最適な配線のパターンが存在する。
【０００５】微少な電池群を高密度に配線する場合、配線面積を小さくすることは｛電池全体のサイズを小さくする｝また｛電力利用効率を上げる｝という条件に照らして、極めて重要なファクターである。
また、高密度に分布した電池群から大電流を取り出す場合、発生熱や温度上昇を全範囲にわたり均一にすることは極めて重要なファクターである。
温度上昇が不均一になると、温度が最も高くなる場所の温度で信頼性の限界が決まる。このことからも、熱発生や温度上昇を出来る限り均一にすることが望ましい。配線パターンに｛比例傾斜や指数傾斜や２乗傾斜｝あるいはそれらの傾斜の組み合わせを使用することで、上記の問題を大幅に改善できる。
【０００６】［図１］［図２］は本案発明の列蓄電池の一実施例の説明図であり、蓄電池セルの電極がそれぞれ表裏にある場合を示す。
図１は｛蓄電池セルが配列状に並んでいる様子とそのプラス側電極の配線｝の一部を示す。（ａ）図は奇数列の列蓄電池とその配線、（ｂ）図は偶数列の列蓄電池とその配線を示す。
１１は奇数列の列蓄電池、１２ｐはそのプラス側配線パターン、２１は偶数列の列蓄電池、２２ｐはそのプラス側配線パターンを示す。
図２は｛図１の配線の反対側の面｝の｛蓄電池セルが配列状に並んでいる様子とそのマイナス側電極の配線｝の一部を示す。（ａ）図は奇数列の列蓄電池とその配線、（ｂ）図は偶数列の列蓄電池とその配線を示す。
１１は奇数列の列蓄電池、１２ｎはそのマイナス側配線パターン、２１は偶数列の列蓄電池、２２ｎはそのマイナス側配線パターンを示す。
【０００７】［図３］［図４］は本案発明の組蓄電池の一実施例の説明図であり、蓄電池セルの電極がそれぞれ表裏にある場合を示す。
図３は｛列蓄電池が配列状に並んでいる様子とそのプラス側電極の配線｝の一部を示す。
１１は第１番目の列蓄電池で１２ｐはそのプラス側配線を示す。２１は第１番目の列蓄電池で２２ｐはそのプラス側配線を示す。
Ｈ１はＨ番目の列蓄電池でＨ２ｐはそのプラス側配線を示す。（Ｈ−１）１は（Ｈ−１）番目の列蓄電池で（Ｈ−１）２ｐはそのプラス側配線を示す。
Ｓｏｐは奇数番目の列電池のプラス側の配線、Ｓｅｐは偶数番目の列電池のプラス側の配線を示す。
【０００８】図４は｛列蓄電池が配列状に並んでいる様子とそのマイナス側電極の配線｝の一部を示す。
１１は第１番目の列蓄電池で１２ｐはそのマイナス側配線を示す。２１は第１番目の列蓄電池で２２ｎはそのマイナス側配線を示す。
Ｈ１はＨ番目の列蓄電池でＨ２ｎはそのマイナス側配線を示す。（Ｈ−１）１は（Ｈ−１）番目の列蓄電池で（Ｈ−１）２ｎはそのマイナス側配線を示す。
Ｓｏｎは｛奇数番目の列電池のマイナス側｝の配線、Ｓｅｎは｛偶数番目の列電池のマイナス側｝の配線を示す。
【０００９】［数式］の説明
数式は蓄電池の配線の電力損失と面積を評価するものである。
Ｗは列電池、あるいは組電池の端子から始まって配線の熱損失と面積の関係を計算するものである。
【００１０】ｎ＝１、２、、、、Ｈ  は列電池の番号を示す。
Ｈ  は電池セルまたは並列接続された列電池の個数である。
Ｉｎは端子の直近のセルの番号を  ｎ  とするとき、｛ｎ番目の電池セルまたは列電池｝付近の配線に流れる電流。
Ｉｕは、｛各電池セルまたは各列電池｝に流れる電流が等しいと仮定した場合の｛個々の電池セルまたは個々の列電池｝に流れる電流。
Ｘｎは端子の直近のセルの番号を  ｎ  とするとき、ｎ番目の｛電池セルまたは列電池｝の端子からの距離。
【００１１】Ｄ（Ｘｎ）は端子に近い方から数えてｎ番目の｛電池セルまたは列電池｝の付近の配線の太さを定義する関数。
Ｒｎはｎ番目の｛電池セルまたは列電池｝の付近の配線の電気抵抗。
Ｒｋは配線の電気抵抗係数。
ΔＸは、隣あう｛電池セル間または列電池間｝の距離
Ｗは配線全体の熱損失
Ｓは配線全体の面積
δ（Ｗ／Ｓ）は｛｛単位面積当たりの電力損失｝の微分｝
δ（Ｄ（ｘ））は｛｛配線の傾斜のパターンを決定する傾斜関数｝の微分｝
とするとき、
【００１２】［式１］は配線全体の発生熱量を表す。右辺は、｛個々の｛蓄電池セルまたは列電池｝の付近の配線の抵抗と電流による熱損失の総和｝を表す。
［式２］は｛式１の右辺の電流Ｉｎ｝を表す。Ｉｎはｎ番目の｛電池セルまたは列電池｝の付近の配線を流れる電流である。評価を簡素化するために、｛個々の｛蓄電池セルまたは列電池｝に流れる電流を等しい｝としての説明である。
【００１３】［式３］は式１の右辺の抵抗Ｒｎを表す。｛Ｒｎはｎ番目の｛電池セルまたは列電池｝の付近の配線の電気抵抗｝である。
［式４］は式１のＩｎとＲｎに式２と式３の右辺を代入したものであり、配線全体の発生熱量を表す。右辺は、総発熱量が、｛個々の｛蓄電池セルまたは列電池｝の付近の配線と電流による熱損失の総和｝であることを示す。
Ｄ（Ｘｎ）は配線の太さを表す関数で、
直線（一次）関数ならば  Ｄ（Ｘｎ）は  Ｘｎ
指数関数ならば  Ｄ（Ｘｎ）は  ａ  の  Ｘｎ乗  （ａは適度な定数）
２乗関数ならば  Ｄ（Ｘｎ）は  ｂ＊Ｘｎ＊Ｘｎ  （ｂは適度な定数）
である。
【００１４】［式５］は配線の総面積を表す。右辺は、総面積が｛各｛蓄電池セルまたは列電池｝の付近の配線面積の総和｝であることを示す。
【００１５】［式６］は｛単位面積あたりの熱損失｝に、｛傾斜関数の変化｝によって最適値が存在することを説明するものである。
計算による例では
傾斜関数が直線関数傾斜である場合は  ０．３５
傾斜関数が指数関数傾斜である場合の一例は  ０．２０
傾斜関数が２乗関数傾斜である場合の一例は  ０．１２
が上げられる。ここで、上記の数値計算結果の詳細の説明は本案発明の本質とするところではないので、これを省略する。
【００１６】即ち、配線幅を傾斜させることで、単位面積あたりの熱損失を著しく下げることができる。このことは、小形軽量が要求されるポータブルセットに使われる電池の小形高性能化にとって有効である。また、高効率が要求される、自動車や電車や船舶や航空機など移動体の動力用エネルギー源の蓄電池の小形高性能化高信頼性化にとって、極めて有効である。
また、配線の熱損失を均一化することで、許容最大電流を増やすことができる。
実際の配線の設計では、｛配線パターンの線幅の下限界値｝や｛電力損失を最少にするか、または、発生熱量を均一化するか｝など、最適化するにあたりいくつかの要因も考慮して設計しなければならない。しかし、少なくとも、端子から離れるほど線幅を細くする方向に最適値は存在する。
【発明の効果】
【００１７】｛蓄電池セルまたは列電池｝を高密度に分布させる場合の｛配線の電力損失｝対｛配線の面積｝の比率を最適化することができる。
｛蓄電池セルまたは列電池｝を高密度に分布させる場合の｛配線の許容電流｝を最大化することができる。
｛２次元状または３次元状｝に配列された｛蓄電池セルまたは列電池｝の高密度化の度合いを高める。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】高密度分蓄電池のプリント配線や集積回路配線
高密度分蓄電池のプリント配線や集積回路配線による階層構造化
【実施例】
【００１９】自動車、鉄道車両、船舶、航空機など移動体の動力用小型高性能蓄電池内部の配線
携帯用電気製品の小型高性能蓄電池
ラップトップコンピュータの小型高性能蓄電池
電気エネルギー輸送用小型高性能蓄電池
【産業上の利用可能性】
【００２０】実施例に同じ
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本案発明の一実施例を示す。
【図２】本案発明の一実施例を示す。
【図３】本案発明の一実施例を示す。
【図４】本案発明の一実施例を示す。
【数式の簡単な説明】
【００２２】［式１］は配線全体の発生熱量を表す。
［式２］は式１の右辺の電流を表す。
［式３］は式１の右辺の抵抗を表す。
［式４］は式１に式２と式３を代入した、配線全体の発生熱量を表す。
［式５］は配線の総面積を表す。
［式６］は配線の熱損失の変化と傾斜関数の変化の関係を表す。
【式１】
2010257920.tif 000003
【式２】
Ｉｎ＝Ｉｕ＊（Ｈ−Ｘｎ）２
【式３】
2010257920.tif 000004
【式４】
2010257920.tif 000005
【式５】
2010257920.tif 000006
【式６】
2010257920.tif 000007
【図１】
2010257920.tif 000008
【図２】
2010257920.tif 000009
【図３】
2010257920.tif 000010
【図４】
2010257920.tif 000011