(57)【要約】【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
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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６】
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７】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  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。
【背景技術】
【０００２】  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。【０００３】  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。【０００４】  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。【０００５】  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。【０００６】  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。【０００７】  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。【０００８】  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���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。【０００９】  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。【００１０】  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。【００１１】  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。【００１２】  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。【００１３】  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。【００１４】  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。【００１５】  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��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。【００１６】  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。【００１７】  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。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１８】
【非特許文献１】福島民報  日刊  １９９０年２月１６日．
【非特許文献２】Ｎａｇａｕｒａ，ＪＥＣ  Ｂａｔｔｅｒｙ  Ｎｅｗｓｌｅｔｔｅｒ  Ｎｏ．２（Ｍａｒ．−Ａｐｒ．）１９９０．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】  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。【００２０】  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。【００２１】  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。【００２２】  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。【００２３】  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。【００２４】  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。【００２５】  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���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。【００２６】  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。【００２７】  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。【００２８】  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。【００２９】  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。【００３０】  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。【００３１】  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。【００３２】  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。【００３３】  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。【００３４】  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。【００３５】  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。【００３６】  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。【００３７】  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。【００３８】  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。【００３９】  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。【００４０】  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。【００４１】  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��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。【００４２】  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。【００４３】  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。【００４４】  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。【００４５】  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。
【課題を解決するための手段】
【００４６】  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。【００４７】  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。【００４８】  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。【００４９】  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。【００５０】  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。【００５１】  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。【００５２】  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。
【発明の効果】
【００５３】  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。【００５４】  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。【００５５】  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。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】  本発明の一実施形態に係る集合電池の単線結線図である。
【図２】  本発明の一実施形態に係る集合電池の単線結線図である。
【図３】  非水電解液電池の構造を示す断面図である。
【図４】  本発明の一実施形態に係る集合電池の単線結線図である。
【図５】  素電池の構成比率と出力容量比率の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００５７】  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。
【００５８】  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。
【００５９】  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。
【００６０】  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。
【００６０】  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。
【００６１】  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。
【００６２】  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。
【００６３】  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。
【００６４】  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。
【００６５】  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。
【００６６】  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。
【００６７】  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。
【００６８】  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。
【００６９】  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。
【００７０】  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。
【００７１】  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。
【００７２】  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。
【００７３】  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。
【００７４】  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。
【００７５】  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。
【００７６】  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。
【００７７】
2015170591.tif 000003
【００７８】  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。
【００７９】  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。
【００８０】  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。
【００８１】  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。
【００８２】  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。
【００８３】
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【００８４】  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。
【００８５】  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。
【００８６】  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。
【００８７】  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。
【００８８】  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。
【００８９】  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。
【００９０】  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。
【００９１】  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。
【００９２】  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。
【００９３】  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。
【００９４】  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。
【００９５】  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。
【００９６】  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。
【００９７】  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。
【００９８】  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。
【００９９】
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【０１００】  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。
【０１０１】  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。
【実施例】
【０１０２】  以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明する。【０１０３】  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。【０１０４】  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。【０１０５】  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。【０１０６】  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。【０１０７】  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。【０１０８】  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。【０１０９】  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。【０１１０】  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。【０１１１】  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。【０１１２】  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。【０１１３】  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。【０１１４】  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。【０１１５】  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。【０１１６】  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。【０１１７】  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。【０１１８】（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。【０１１９】  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。【０１２０】  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。【０１２１】  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。【０１２２】（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。【０１２３】  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。【０１２４】  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。【０１２５】（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。【０１２６】  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。【０１２７】  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。【０１２８】  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。【０１２９】    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。【０１３０】    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。
【符号の説明】
【０１３１】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
【図１】
2015170591.tif 000006
【図２】
2015170591.tif 000007
【図３】
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【図４】
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【図５】
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