(57)【要約】【課題】  従来の集合電池では、出力容量比率（エネルギー容量に対する出力性能の比率）が異なる多数の集合電池に対しては、それぞれの集合電池と同じ出力容量比率の素電池が必要であり、多種類の素電池の生産は大量生産に逆行して価格低減が難しい。【解決手段】  本発明に係る集合電池は、電極面積密度を違えた二種類の素電池を、その構成比率を変えて並列に接続して構成するので、二種類の素電池だけで、出力容量比率の異なる多数の集合電池を構成できる。その結果、素電池は二種類だけに集約されて大量生産が可能となり、その量産効果により価格低減が可能である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極素子の体積あたりの電極対向面積が意図的に違えられた二種類の素電池が、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集合電池。
【請求項２】
前記二種類の素電池はそれぞれの電極素子の体積あたりの電極対向面積が１．５倍以上異なることを特徴とする請求項１記載の集合電池。
【請求項３】
電池の出力密度をその電池のエネルギー密度で除した値を同電池の出力容量比率と定義するとき、出力容量比率がＸの素電池と出力容量比率がＺの素電池が電気的に並列に接続されて構成された出力容量比率がＹの集合電池であって、前記出力容量比率のＸ、Ｙ、ＺはＸ＞Ｙ＞Ｚの関係にあることを特徴とする請求項１又は２記載の集合電池。
【請求項４】
出力容量比率がＹの集合電池は、出力容量比率がＸとＺの二種類の素電池が電気的に並列に接続されて最小電圧単位の単位集合電池が構成され、該単位集合電池の複数が更に電気的に直列に接続されて構成された集合電池であって、前記出力容量比率のＸ、Ｙ、ＺはＸ＞Ｙ＞Ｚの関係にあることを特徴とする請求項３記載の集合電池。
【請求項５】
前記二種類の素電池はいずれも非水電解液二次電池であ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６】
前記二種類の素電池は、いずれもリチウムイオン二次電池であることを特長とする請求項５記載の集合電池。
【請求項７】
前記二種類の素電池は、それぞれに許容される充電上限電圧が等しいか又は−５％以内で近似することを特徴とする請求項５又は６記載の集合電池。
【請求項８】
前記二種類の素電池は、いずれもカーボンを負極の主要活物質とするリチウムイオン二次電池であることを特長とする請求項６記載の集合電池。
【請求項９】
前記二種類の素電池は、いずれも化学式Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２で示されるチタン酸リチウムを負極の主要活物質とするリチウムイオン二次電池であることを特長とする請求項６記載の集合電池。
【請求項１０】
請求項４記載の集合電池を搭載したプラグインハイブリッド車。
【請求項１１】
請求項４記載の集合電池を搭載した電動バイク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、非水電解液二次電池の複数の素電池が電気的に接続されて構成される集合電池（組電池）に関する。
【背景技術】
【０００２】  近年、ハイブリッド車（以下、「ＨＶ」と称する。）は燃費性能と環境性能に優れることからその普及は大きく拡大しているが、リチウムイオン電池の出現によって、更に燃費性能と環境性能に優れる電気自動車（以下、「ＥＶ」と称する。）や電動バイク（以下、「ＥＢ」と称する。）が実用化され、更には、プラグインハイブリッド車（以下、「ＰＨＶ」と称する。）も登場している。ＥＶやＥＢやＰＨＶは街中の大気汚染対策として大いに期待できる。【０００３】  リチウムイオン電池とは、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。本願発明者等は１９９０年に世界に先駆けてこの電池の実用化に成功し、リチウム金属を負極とする従来型のリチウム二次電池と区別して、「リチウムイオン電池」と命名した（非特許文献１、２、４参照）。【０００４】  このリチウムイオン電池の優れた性能は、本願発明者によって、米国フロリダで開催された第３回二次電池セミナーで、１９９０年３月６日に初めて世界に紹介された（非特許文献２、４参照）。これを契機に、リチウムイオン電池は瞬く間にその優れた性能が認識され、携帯電話やノートＰＣ等、多くの電子機器の電源に採用されていった。リチウムイオン電池が急速に採用されていった理由は、その大きなエネルギー容量（エネルギー密度）にあった。【０００５】  リチウムイオン電池は非水電解液二次電池であるため、電解液の分解などの電極副反応が少ないため、高い電池電圧が得られ、エネルギー密度が高く、充電効率にも優れ、自己放電も少ないという特長がある。これに対して、従来の水溶液系二次電池（鉛電池、ニッケルカドミウム電池及びニッケル水素電池）では、水の電気分解が電極の副反応として起きるため、高い電池電圧を得ることが難しく、充電効率も悪く、自己放電も大きい。【０００６】  本願発明者等が最初に実用化したリチウムイオン電池は、電極材料としてカーボンを負極に使用し、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ２）を正極に使用した非水電解液二次電池であったが、近年では、リチウムイオン電池の電極材料となりうる物質、つまり、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は数多く見出されている。例えば、Ｌｉ（ＮｉＣｏＭｎ）系化合物は、正極材料として低コスト高エネルギーの特長から特に注目される材料であり、またＬｉ４Ｔｉ５Ｏ１２（略称ＬＴＯ）は負極材料として安全性に優れることから注目されている材料である。【０００７】  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はそ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り、斯かる非水電解液二次電池も、多くの場合、「リチウムイオン二次電池」又は単に「リチウムイオン電池」と呼ばれており、既に多くの種類のリチウムイオン電池が実用化されている。【０００８】  代表的には、カーボンを負極の主要活物質として、正極にはＬｉＣｏＯ２（略称ＬＣＯ）、ＬｉＭｎ２Ｏ４（略称ＬＭＯ）、ＬｉＮｉｘＭｎｙＣｏ２Ｏ２（略称ＮＭＣ）、ＬｉＦｅＰＯ４（略称ＬＦＰ）等を主要活物質とする���のや、ＬＴＯを負極の主要活物質として、正極にはＬＭＯやＮＭＣを主要活物質とするものなどがある。【０００９】  リチウムイオン電池は、近年では車載用の電源としても採用され、今後は更に電力貯蔵用への利用にも期待されており、利用範囲が大型の電源用途に拡大しつつある。大型の電源用途では、リチウムイオン電池には十分なエネルギー容量（又はエネルギー密度）に加えて、十分な出力性能（又は出力密度）が要求される。例えば、ＥＶやＥＢやＰＨＶに搭載する場合には、バッテリーの出力性能が不足すればＥＶ走行における十分な最高速度や登坂能力が確保できない。つまり、大型の電源用途では、エネルギー容量に対する出力性能の比率が重要となる。【００１０】  現行市販のＥＶは、こうしたエネルギー密度の高いリチウムイオン電池の出現によって登場したものではあるが、それでもまだ一回の充電で走行できる距離（充電走行距離）が２００ｋｍ程度と短いため、長距離ドライブには難がある。今後ＥＶが本格的に普及するためには、更なる充電走行距離の向上が必要であり、エネルギー密度の更に高い二次電池の出現が待たれる。【００１１】  しかしながら、ＰＨＶにおいては、長距離ドライブはＨＶ走行で確保されるので、街中の移動を中心にＥＶ走行が確保できればよい。従って、ＰＨＶに搭載する蓄電池は、エネルギー密度の向上よりも、むしろコスト低減の優先順位が高い。同じように、主に近距離の移動手段として使用されるＥＢにおいても、搭載する蓄電池はエネルギー密度の向上よりも、やはりコスト低減の優先順位が高い。【００１２】  資源エネルギー庁（経済産業省）が掲げる日本の蓄電池戦略（２０１２年７月）では、２０２０年には世界全体の蓄電池市場規模（推定２０兆円）の５割のシェアを、我が国関連企業が獲得することを目標としている（非特許文献３参照）。この目標を達成するためには、先ず、蓄電池市場の４０％を占めると想定される車載用蓄電池の研究開発が必要といわれている。因みに、同戦略の２０２０年のＥＶ用蓄電池の実用化目標は、大幅なコスト低減とともにエネルギー密度と出力密度をそれぞれの２５０Ｗｈ／ｋｇ及び１５００Ｗ／ｋｇに高めることを掲げているが、特にエネルギー密度の目標達成はかなりハードルが高い。【００１３】  一方、ＨＶやＰＨＶ搭載用蓄電池についても、同戦略の２０２０年の実用化目標は大幅なコスト低減とともにエネルギー密度と出力密度をそれぞれの２００Ｗｈ／ｋｇ及び２５００Ｗ／ｋｇに高めることを掲げている。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）は一方の性能を高めると他方の性能が低下するという「トレイドオフ」の関係にあるので、出力密度２５００Ｗ／ｋｇで、エネルギー密度２００Ｗｈ／ｋｇの目標達成もやはりハードルが高い。【００１４】  ＰＨＶやＥＢの普及は大都市における大気汚染対策に大きく寄与できるものと考えられるが、その普及は車両価格次第と言える。例えばＰＨＶは、言わば、従来のＨＶにエネルギー容量を大きくしたバッテリーを搭載して、モーター駆動による走行距離、所謂、ＥＶ走行距離を長くした車であり、搭載するバッテリーの価格がエネルギー容量に比例して高くなる。そのため、ＰＨＶの車両価格���ＨＶに比べて相対的に高くなる。また、ＥＢにおいても車両価格に占めるバッテリー価格の割合が高く、エンジン駆動バイクと比べて車両価格がかなり高い。【００１５】  ＰＨＶやＥＢは電力料金とガソリン価格の差による燃費削減が期待できるため、生涯走行距離が長い用途では、燃費削減で車両価格差を補うことも可能である。しかし、一般的な用途（生涯走行距離が余り長くは無い用途）では、車両の価格差が燃費削減額を上回るため、ＰＨＶやＥＢの普及拡大の足かせとなる。【００１６】  従って、ＰＨＶやＥＢの普及拡大には車両価格差と燃費削減額は相殺されるレベルまで近づく必要がある。そのためには、搭載するバッテリーの価格低減と燃費削減額の増大が必要である。【００１７】  リチウムイオン電池の実用化から既に２４年が経過したが、画期的な次の二次電池は出現しそうにも無い。従って、バッテリーの価格低減には、現行リチウムイオン電池を乾電池（単一、単ニ、単三）並みに大量生産することが最も現実的な手段といえる。【００１８】  現在のＰＨＶに搭載されるリチウムイオン電池は専用に設計されているため、ＰＨＶ自身の普及が拡大し、ある程度の規模で電池が量産されるようになるまでは価格低減は難しい。因みに、ノートＰＣや電動工具やその他の民生用電子機器に広く使用されている１８６５０型のリチウムイオン電池は汎用性があるため大量生産されており、その価格はＰＨＶに搭載されるリチウムイオン電池の１／８〜１／６といわれている。【００１９】  以前（５年程前）には、１８６５０型のリチウムイオン電池で集合電池を構成して、ＥＶやＰＨＶ等にも搭載可能なバッテリーモジュールが日本のバッテリーメーカーから発表された。しかし、斯かるバッテリーモジュールもこれに使用されたリチウムイオン電池が汎用性のある１８６５０型電池なのか、或は、専用に設計された１８６５０型電池なのかによって価格は大きく異なる。大型の電源用途では、バッテリーにはエネルギー容量に加えて、十分な出力性能が要求されるが、バッテリーのエネルギー容量と出力性能はトレイドオフの関係にあるので、エネルギー容量と出力性能の比率を用途にあわせて専用に設計する必要がある。【００２０】  一方、ＰＨＶやＥＢの燃費削減額は、電力料金とガソリン価格の差によって生じるものであり、電気で走行する距離（ＥＶ走行距離）に比例する。しかしながら、ＰＨＶやＥＢの充電走行距離をむやみに長くすることは、より大きなエネルギー容量のバッテリーを搭載することとなり、殊更、車両価格を大きくするので好ましくない。結局、ＰＨＶやＥＢの充電走行距離はユーザーの使用目的に合致することが望ましい。【００２１】  例えば、ＰＨＶの主たる使用目的が３０ｋｍの距離を往復する通勤手段であれば、ＥＶ走行距離が６０ｋｍのＰＨＶが好ましく、１５ｋｍの距離を往復する通勤手段にはＥＶ走行距離は３０ｋｍでよい。ＥＶ走行距離が使用目的より長いＰＨＶでは車両価格が無駄に高くなり、ＥＶ走行距離が使用目的より短いＰＨＶでは、ＥＶ走行で齎される燃費削減額が少なくなる。また、ＥＢの充電走行距離についても、例えば、毎日８０ｋｍの距離を移動する新聞配達の用途であれば、ＥＢには８０ｋｍ以上の充電走行距離が必要であるが��用途が２０〜３０ｋｍの距離の通勤であれば、充電走行距離が５０ｋｍ程度のＥＢでよい。【００２２】  従って、今後、充電走行距離の異なるＰＨＶ車種やＥＢ車種が数多くラインナップされて、ユーザーが充電走行距離を自由に選択できるようになれば、普及拡大に伴うバッテリーの量産効果も見込まれ、特にＰＨＶは現行ＨＶにとって代われる可能性も高い。また、ＰＨＶの普及拡大に伴うリチウムイオン電池の価格低減は更に電力貯蔵用への利用等にも波及し、リチウムイオン電池の大型電源用途への利用範囲は急速に拡大する可能性がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００２３】
【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．
【非特許文献３】伊藤隆庸“第５４回電池討論会要旨集”２０１３、２Ｂ１３．
【非特許文献４】永浦亨、ＥＸＰＬＯＳＩＯＮ  第４巻  第１冊  通巻６９号Ｐ６−１１，２０１４．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】  ＰＨＶの普及拡大にはＨＶとの車両価格差が燃費削減額と相殺されるレベルに近づく必要があり、そのためには、バッテリーの大量生産による価格低減と充電走行距離の異なる車種のラインナップが必要である。【００２５】  しかしながら、充電走行距離の異なる車種が、それぞれ製造仕様の異なる素電池で構成されたバッテリーを搭載すれば、ＰＨＶ車種のラインナップはバッテリーを構成する素電池の大量生産には繋がりにくい。【００２６】  「バッテリー」とは一般に一次電池及び二次電池（蓄電池）を含み、広く電池一般を意味するが、蓄電池の場合では、携帯電話などの一部小型電子機器の電源用途を除き、一般的には複数個の素電池が連結された形で使用されることが多い。このような複数の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）と呼ばれている。【００２７】  特に大型の電源用途では、バッテリーは複数の素電池を電気的に並列に接続して最小電圧単位の単位集合電池を構成し、該単位集合電池の複数が更に電気的に直列に接続されて最終形の集合電池として構成される。従って、バッテリーの価格低減にはこれを構成する素電池の大量生産による価格低減が最も有効な手段となる。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。【００２８】  大型の電源用途では、バッテリーの重量や体積は考慮されるべき重要な要素であり、特定の用途に対するバッテリーの選択は、度々、バッテリーのエネルギー密度（Ｗｈ／ｋｇ又はＷｈ／Ｌ）と出力密度（Ｗ／ｋｇ又はＷ／Ｌ）で判断される。しかし、実際にバッテリーに求められる性能は、エネルギー容量（Ｗｈ）であり、出力性能（Ｗ）であり、求められた性能から結果としてバッテリーの重量や体積が決まる。【００２９】  例えば、ＰＨＶやＥＢに搭載するバッテリーには必要な充電走行距離を決定するエネルギー容量（Ｗｈ）が確保され、必要な最高速度や登坂能力を決定する出力性能（Ｗ）が確保され、その結果として搭載するバッテリーの重量や体積が決まる。なお、ここでいう「エネルギー容量」と「出力性能」は、当然、当該バッテリーの「エネルギー密度」と「出力密度」にそれぞれ同バッテリーの重量又は体積を乗じた関係にある。【００３０】  一般に、バッテリーのエネルギー容量と出力性能は、製造仕様によって変えることができるが、一方を高くすれば他方は低下するという、所謂、トレイドオフの関係にある。そのため、バッテリーのエネルギー容量と出力性能の両方が用途に合致するとき、バッテリーの体積は最小となる。従って、用途に対して過剰なエネルギー容量や過剰な出力性能はバッテリーの体積を無駄に増加せしめる結果となる。【００３１】  例えば、バッテリーの体積が座席数や荷物室のスペース等に大きく影響するＰＨＶ等の用途では、バッテリーのエネルギー容量と出力性能はいずれも用途に求められる値に近似することが重要となる。【００３２】  以下、本明細書で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）の比率を、つまりバッテリーの出力性能（又は出力密度）を該バッテリーのエネルギー容量（又はエネルギー密度）で除した値を同バッテリーの「出力容量比率」という。ただし、「出力容量比率」の単位は正確には「Ｗ／Ｗｈ」、又は「１／ｈ」であるが、エネルギー容量に対する出力性能の比率の意味合いから、通常単位は省略することとする。【００３３】  出力容量比率がＸの素電池が接続されて構成される従来の集合電池においては、集合電池の出力容量比率は素電池の出力容量比率と同じくＸとなる。従って、バッテリー（集合電池）の出力容量比率を用途に合致させるためには、これを構成する素電池の出力容量比率を用途に合致させて専用に設計する必要がある、専用に設計された素電池は汎用性が失われ、結局、大量生産には繋がりにくい。【００３４】  因みに、現行ＰＨＶに搭載されるリチウムイオン電池は専用に設計されているので、大量生産されている汎用の１８６５０型のリチウムイオン電池に比べて、ｋＷｈ当たりのコストは６〜８倍といわれている。【００３５】  本発明が解決しようとする課題は出力容量比率（出力性能／エネルギー容量）が異なるバッテリーとこれを構成する素電池の量産性に関係するものであり、その課題を具体的に述べる前に、先ず、バッテリーのエネルギー容量（Ｗｈ）と出力性能（Ｗ）の具体的数値の測定方法とその表記について明確にしておく。【００３６】  バッテリーのエネルギー容量と出力性能の具体的数値は測定される放電レイトによって異なるので、バッテリーのエネルギー容量と出力性能の具体的数値には放電レイトの併記が必要である。【００３７】  バッテリーの放電レイトは一般には放電電流で規定されることが多い。つまり、満充電の状態にあるバッテリーが１時間の放電で丁度終止電圧に達するという条件を満たす放電電流を１Ｃの放電電流と定義し、１Ｃの放電電流で行う放電レイトを１Ｃの放電又は１時間率の放電という。これに伴って、例えば１Ｃ／１０の放電電流で行われる放電レイトは０．１Ｃの放電又は１０時間率の放電という。１Ｃの放電に比べれば、０．１Ｃの放電は軽負荷放電であり、放電効率が高くなる。そのため、０．１Ｃ放電の放電時間ＴはＴ＞１０時間となり、０．１Ｃ放電は「１０時間率」の放電とは言っても、放電時間が１０時間であることを意味するものではない。【００３８】  バッテリーのエネルギー容量は、一般に、０．１Ｃ〜１Ｃの放電レイトで測定した放電エネルギー容量を具体的数値として放電レイトを付記してＷｈ又はｋＷｈの単位で示す。ただし、目的の用途での標準的なバッテリーの放電レイトが、例えば０．５Ｃ又は１Ｃの放電に近似するものであれば、バッテリーのエネルギー容量は０．５Ｃ放電又は１Ｃの放電に基づく具体的数値が妥当である。目的の用途の放電レイトに近似する具体的数値は該バッテリーが用途に合致するか否かの判断基準となる。本明細書では、必要な場合にはｘＣの放電レイトで求められるエネルギー容量はエネルギー容量（ｘＣ）と表記する。【００３９】  また、１０Ｃや２０Ｃの放電電流による放電レイトは１０Ｃ又は２０Ｃの放電、或は０．１時間率又は０．０５時間率の放電という。１Ｃの放電に比べれば、１０Ｃや２０Ｃの放電は重負荷放電であり、放電効率は低下する。そのため、放電時間ＴはＴ＜０．１時間、或はＴ＜０．０５時間となり、「０．１時間率」や「０．０５時間率」の���電といえども実際は放電時間が０．１時間や０．０５時間であることを意味するものではない。【００４０】    出力性能が理想的な電池（架空の電池）ならば、上記の各放電レイトにおける放電容量は、０．１Ｃの放電も、１Ｃの放電も、１０Ｃ放電も、また２０Ｃの放電も全て同じとなる。しかし、実際のバッテリーでは上記各放電レイトにおける放電容量（Ａｈ又はＷｈ）は、０．１Ｃの放電＞１Ｃの放電＞１０Ｃ放電＞２０Ｃ放電となる。【００４１】  また、出力性能の悪いバッテリーでは、１０Ｃや２０Ｃの放電では放電効率が低下して、実質的には放電は不可と判断される場合もある。斯かる放電の可否判断はバッテリーの出力性能の良し悪しの判断基準にもなる。従って、バッテリーのカタログ等には、最大放電電流２Ｃ、或は最大放電電流２０Ｃというように最大の放電可能な電流Ｃを示して、バッテリーの出力性能を示す場合もある。【００４２】  しかしながら、例えば、ＰＨＶやＥＢの電源用途等では、バッテリーの出力性能によって最高速度や登坂能力が決定されるため、搭載するバッテリーの出力性能は具体的数値として、「Ｗ」又は「ｋＷ」の単位で把握する必要がある。【００４３】  そこで、放電電流Ｃで規定される放電レイトではなく、放電時間Ｔを規定する放電レイトであれば、如何なる出力性能のバッテリーでもその出力性能を「Ｗ」又は「ｋＷ」の単位で具体的数値を求めることが出来る。ここでいう「放電時間Ｔを規定する放電」とは前述のＴ時間率の放電とは全く異なるものである。以下、放電時間Ｔを規定する放電レイトについて述べる。【００４４】  内部抵抗が超伝導にも匹敵する理想のバッテリーであれば、例えば、２０Ｃという重負荷放電レイトにおいても、放電時間は１８０秒（０．０５時間）丁度となる。しかし、実際のバッテリー（理想電池では無い）では、放電時間は１８０秒を必ず下回る。【００４５】  しかしながら、実際のバッテリー（理想電池では無い）でも、出力性能の十分優れたバッテリーＡは、２０Ｃという重負荷放電レイトにおいても、０．０５時間に近い時間Ｔ１、例えば、１４４秒≦Ｔ１＜１８０秒（０．０４≦Ｔ１＜０．０５時間）を継続して放電することはできる。【００４６】  一方、出力性能の余り良くないバッテリーＢでは、同じ時間Ｔ１（１４４秒≦Ｔ１＜１８０秒）を継続して放電できる放電電流は小さくなり、例えば１０Ｃ程度に低下する。また、更に出力性能の悪いバッテリーＣでは、同じ時間Ｔ１（１４４秒≦Ｔ１＜１８０秒）を継続して放電できる放電電流は更に小さくなり、例えば５Ｃ程度に低下する。【００４７】  そこで、実際のバッテリーでは放電レイトを放電時間Ｔで規定すれば、例えば、Ｔ＝１５０秒に規定すれば、前記バッテリーＡは２０Ｃ程度の具体的放電出力Ａ（Ｗ）で、前記バッテリーＢは１０Ｃ程度の具体的放電出力Ｂ（Ｗ）で、バッテリーＣは５Ｃ程度の具体的放電出力Ｃ（Ｗ）でそれぞれ１５０秒間放電することになる。即ち、バッテリーＡ、Ｂ、Ｃのそれぞれの放電出力（１５０秒）は、Ａ（Ｗ）、Ｂ（Ｗ）、Ｃ（Ｗ）である。【００４８】  このように、放電時間Ｔ（例えば１５０秒）を規定する放電レイトであれば、如何なる出力性能のバッテリーも放電時間Ｔ（例えば１５０秒）に於��る放電出力（Ｗ）が存在し、該放電出力（Ｗ）をもって、それぞれの出力性能の具体的数値とすることが出来る。出力性能の具体的数値は利用可能な最大出力の目安となるものであり、放電時間Ｔが長すぎるとその目安とはならない場合もあり、一般的にはＴ≦１／４時間とすべきである。本明細書では、放電時間Ｔを規定する出力性能は出力性能（Ｔ時間）と表記することとする。なお、放電時間Ｔを規定する出力性能（Ｔ時間）の具体的測定法は後で更に詳述する。【００４９】  バッテリーが瞬間的には如何に大きな出力で放電可能であっても、必要な出力を必要な時間継続して放電できなければ用途には合致しない。その意味で、放電時間Ｔを規定する出力性能（Ｔ時間）は該バッテリーが用途に合致するか否かの正確な判断基準となる。そのためにも、採用される放電時間Ｔは一般的にはＴ≦１／４時間とすべきであり、実際の用途での最大放電レイトに比べて長すぎる場合には、バッテリーが用途に合致するか否かの正確な判断基準とはならない。例えば、ＰＨＶやＥＢへの用途であれば、最高速度での走行や登坂走行でバッテリーに要求される放電レイトを考慮すれば、、放電時間Ｔを１２０〜１８０秒に規定する出力性能が妥当と考えられる。【００５０】  以上のように、バッテリーのエネルギー容量（Ｗｈ）と出力性能（Ｗ）の具体的数値を算出する方法を明確にした上で、あらためて、出力性能とエネルギー容量の比率の異なる、即ち、出力容量比率の異なるバッテリーとこれを構成する素電池の量産性に係る課題を以下に述べる。【００５１】  Ｔ社の現行ＰＨＶは、充電走行距離が２６．４ｋｍで、電力消費率は１１４Ｗｈ／ｋｍで、ＥＶ走行時の最高速度は１００ｋｍ／ｈであり、これに搭載されているリチウムイオン電池は公称電圧２０７Ｖで、エネルギー容量（１Ｃ）が４．４ｋＷｈである。そこで、このＰＨＶをベースに、充電走行距離の異なる車種をラインアップする場合のバッテリーについて考察してみる。【００５２】  例えば、前記現行ＰＨＶの充電走行距離を２０ｋｍ伸ばしたＰＨＶ（充電走行距離４６．４ｋｍ）に対しては、エネルギー容量（１Ｃ）が６．６８（＝４．４＋２０×０．１１４）ｋＷｈのバッテリーを搭載する必要があり、現行車種のＥＶ走行時の最高速度から推定して、搭載するバッテリーの出力性能（１５０秒）としては充電走行距離には関係なく、２９ｋＷ程度が必要である。つまり、充電走行距離４６．４ｋｍのＰＨＶに搭載するバッテリーは、その出力容量比率は４．３４（＝２９÷６．６８）が理想である。【００５３】  充電走行距離４６．４ｋｍのＰＨＶに搭載するバッテリーを準備する方法としては、以前にもあるバッテリーメーカーから提案されていたように、１８６５０型のリチウムイオン電池で構成する方法がある。この場合には、汎用の１８６５０型のリチウムイオン電池で構成する方法もあれば、１８６５０型のリチウムイオン電池を専用に設計して構成する方法もある。【００５４】  １８６５０型のリチウムイオン電池を専用に設計する場合には、出力容量比率が４．３４に近似する１８６５０型を設計して作製し、これを連結してエネルギー容量（１Ｃ）が６．６８ｋＷｈに近似する集合電池を構成する。【００５５】  負極にカーボ��を使用し、正極にはＮＭＣを使用する１８６５０型ＮＭＣリチウムイオン電池であれば、具体的には、正極の厚さを１００μｍとすることで、公称電圧３．７Ｖで、エネルギー容量（１Ｃ）が約６．９Ｗｈで、出力性能（１５０秒）が約３０Ｗで、出力容量比率が約４．３４の１８６５０型のリチウムイオン電池を作製することが出来る。【００５６】  この出力容量比率が約４．３４の１８６５０型リチウムイオン電池は、１７個を並列に接続して単位集合電池を構成し、更にこれを５７個直列に接続して、合計９６９個の１８６５０型電池を使用して、公称電圧２１１Ｖで、エネルギー容量（１Ｃ）が６．７ｋＷｈで、出力性能（１５０秒）が２９．１ｋＷの集合電池を構成できる。この集合電池を前記ＰＨＶに搭載すれば、目標通りに４６．４ｋｍの充電走行距離が達成され、且つ、搭載するバッテリーの体積は最小となる。【００５７】  汎用の１８６５０型リチウムイオン電池には、電動工具の電源等に使用される高出力タイプとノートＰＣの電源等に使用される高容量タイプがある。負極にカーボンを使用し、正極にはＮＭＣを使用する汎用の高出力タイプの１８６５０型ＮＭＣリチウムイオン電池は、公称電圧３．７Ｖで、エネルギー容量（１Ｃ）が５．４Ｗｈで、出力性能（１５０秒）が４０Ｗで、出力容量比率は７．４である。一方、高容量タイプの１８６５０型ＮＭＣリチウムイオン電池は、公称電圧３．７Ｖで、エネルギー容量（１Ｃ）が７．６Ｗｈで出力性能（１５０秒）が１８Ｗであり、出力容量比率は２．４である。出力容量比率が７．４と２．４の間には電池特性上では極めて大きな差があることが分かる。【００５８】  充電走行距離４６．４ｋｍのＰＨＶに搭載するバッテリーとして専用に設計した１８６５０型のリチウムイオン電池は、汎用の１８６５０型の前記高容量タイプに対してはエネルギー容量（１Ｃ）が９１％であり、高出力タイプに対しては出力性能（１５０秒）が７５％であり、高容量を必要とする用途にも、高出力を必要とする用途にも汎用の１８６５０型には代替できない。従って、ＰＨＶ専用に設計した前記１８６５０型リチウムイオン電池は、充電走行距離４６．４ｋｍのＰＨＶに搭載するバッテリーを構成するための専用の素電池でしかありえない。しかしながら、搭載するバッテリーの出力容量比率が用途に求められる出力容量比率に近似するほどバッテリーの体積は最小に近づくので、そこに大きな優位性がある。【００５９】  専用に設計した前記１８６５０型と汎用の１８６５０型の間には出力容量比率において７．５９と４．３４、或は４．３４と２．３７という大きな差があるが、汎用の１８６５０型リチウムイオン電池で、充電走行距離４６．４ｋｍのＰＨＶに搭載するバッテリーを構成することも当然可能である。【００６０】  汎用１８６５０型の前記高容量タイプ（出力容量比率２．４）で前記ＰＨＶに搭載する集合電池を構成する場合には、当該電池の出力容量比率が４．３４以下であるため、出力性能（１５０秒）２９ｋＷの確保を優先しなければならない。【００６１】  結局、高容量タイプの１８６５０型電池は２９個を並列に接続して単位集合電池を構成し、これを５６個直列に接続して、合計１６２４個を使用すれば、公称電圧２０７Ｖで、出力性能（１５０秒）が２９．２ｋＷの集合電池を構成することができる。該集合電池の出力容量比率は１８６５０型の高容量タイプのそれと同じで２．３７であり、必然的にエネルギー容量（１Ｃ）は１２．３ｋＷｈにもなる。当該集合電池を前記ＰＨＶに搭載すれば充電走行距離は９６ｋｍとなり、充電走行距離を２０ｋｍ伸ばすとする目標からは大きくずれて、結局、搭載するバッテリーの大きな体積増（１６８％）となる。【００６２】  つまり、専用に設計した出力容量比率が約４．３４の前記１８６５０型リチウムイオン電池は合計９６９個を使用すれば構成できるが、出力容量比率２．３７の高容量タイプの汎用１８６５０型は、目的の出力性能（１５０秒）を確保するために合計１６２４個（１６８％）を使用する必要がある。【００６３】  また、１８６５０型の前記高出力タイプ（出力容量比率７．５９）で前記ＰＨＶに搭載する集合電池を構成する場合には、当該電池の出力容量比率が４．３４以上であるため、エネルギー容量（１Ｃ）６．６８ｋＷｈの確保を優先しなければならない。【００６４】  結局、高出力タイプの１８６５０型電池は２２個を並列に接続して単位集合電池を構成し、これを５６個直列に接続して、合計１２３２個を使用すれば、公称電圧２０７Ｖで、エネルギー容量（１Ｃ）が６．６５ｋＷｈの集合電池が構成できる。該集合電池の出力容量比率は７．５９であり、必然的に出力性能（１５０秒）は４９．３ｋＷにもなる。当該集合電池を前記ＰＨＶに搭載すれば充電走行距離は４６．１ｋｍが確保されほぼ目標は達成されるが、過剰な出力性能が搭載するバッテリーの体積増（１２８％）となる。【００６５】  以上のように、汎用の１８６５０型は高容量タイプ（出力容量比率２．３７）も高出力タイプ（出力容量比率７．５９）も出力容量比率が用途に求められる値（４．３４）と大きく（７０％〜８０％）異なっているため、これらで構成する集合電池では大きな体積増（１２８％〜１６８％）となる。逆に、集合電池の出力容量比率の違いが数％であれば、集合電池の体積増にはあまり影響しないことも推察できる。【００６６】  つまり、出力容量比率がＸの素電池Ｎ個（Ｎは任意の整数）で構成されるバッテリー（集合電池）はその出力容量比率はＸとなるため、「素電池の出力容量比率」が用途に求められる出力容量比率に近似すれば、必然的にバッテリー（集合電池）の出力容量比率は用途に近似するが、逆に「素電池の出力容量比率」が用途に近似していなければ、バッテリー（集合電池）の出力容量比率は用途に近似しない。【００６７】  従って、バッテリーの体積を大きくしないためには、バッテリーの出力容量比率が用途に求められる出力容量比率と近似することが重要である。特に、バッテリーの体積が座席数や荷物室のスペース等に大きく影響するＰＨＶ等の用途では、搭載するバッテリーの出力容量比率が用途に求められる出力容量比率と近似することが重要である。そのため、これまでのＰＨＶに搭載するバッテリーは、これを構成する素電池を専用に設計して、その出力容量比率を用途に近似させる必要があった。しかしながら、用途自体が拡大するまでは専用に設計する素電池では大量生産による価格低減が難しく、用途自体が拡大しない。【００６８】  本発明は、以上の課題に鑑みて成されたものであり、数多くの出力容量比率の異なる集合電池を大量生産が可能な素電池で構成することを可能成らしめることを目的とする。
【課題を解決するための手段】  電極素子の体積あたりの電極対向面積が意図的に違えられた二種類の素電池が、電気的に接続されて構成されことを特徴とする集合電池。【００６９】  上記目的を達成するために、本発明に係る集合電池は、電極素子の体積あたりの電極対向面積が意図的に違えられた二種類の素電池が、電気的に接続されて構成されることを特徴とする。電池の出力密度をその電池のエネルギー密度で除した値を同電池の出力容量比率と定義するとき、電極素子の体積あたりの電極対向面積が意図的に違えることで二種類の素電池の出力容量比率を違えることが出来る。【００７０】  本発明に係る集合電池では、出力容量比率がＹの集合電池が、出力容量比率Ｘの素電池と出力容量比率Ｚの素電池を電気的に並列に接続して最小電圧単位の単位集合電池を構成し、該単位集合電池の複数を更に電気的に直列に接続して構成する場合には、前記出力容量比率のＸ、Ｙ、ＺがＸ＞Ｙ＞Ｚの関係にある。従って、本発明に係る集合電池は、出力容量比率Ｘの素電池と出力容量比率Ｚの素電池の二種類だけで、Ｘ＞Ｙ＞Ｚの関係にある数多くの出力容量比率Ｙの集合電池を構成できる。そのため、色々な用途で求められるところの出力容量比率が異なる数多くの集合電池は共通する二種類の素電池だけで構成できるので、該素電池は量産効果による価格低減が可能となる。【００７１】  本発明に係る集合電池では、前記二種類の素電池はいずれも非水電解液二次電池であることを特徴とする。出力容量比率の異なる二種類の素電池がいずれも非水電解液二次電池であれば、当該素電池を並列に接続することが可能である。【００７２】  一般に、出力容量比率の大きい電池はエネルギー容量当たりの内部抵抗が小さく、出力容量比率の小さい電池はエネルギー容量当たりの内部抵抗が大きい。従って、出力容量比率の異なる二次電池を同じ充電電圧で並列に充電する場合には、エネルギー容量当たりの内部抵抗が小さい二次電池は充電過電圧が小さいために充電され易く、エネルギー容量当たりの内部抵抗が大きい二次電池は充電過電圧が大きいために充電され難い。【００７３】  しかしながら、非水電解液二次電池の場合には、充電反応における電極副反応が極めて少ないために、充電が完了すれば充電電流は流れなくなり、充電電圧が上昇する。そのため、非水電解液二次電池は定電圧充電方式によって効率よく充電を行うことが出来る。つまり、充電電圧の上限を決めて行う定電圧充電によれば、非水電解液二次電池は充電が完了すれば自動的に充電電流は流れなくなって充電が完了する。【００７４】  そのため、本発明に係る集合電池では、最小電圧単位の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（素電池）が電気的に並列に接続されて構成されるが、その充電に際しては、充電が定電圧充電によって行われる限り、出力容量比率の大きい方の素電池が先に充電完了しても、出力容量比率の小さい方の素電池は引き続き充電が進行して、やがて充電は完了することになる。【００７５】  つまり、出力容量比率の異なる二種類の素電池でも、いずれも非水電解液二次電池であれば、これを並列に接続して単位集合電池を構成することが可能である。【００７６】  本発明に係る集合電池を構成するためには、出力容量比率の異なる少なくとも二種類の非水電解液二次電池が必要となるが、電極素子の体積あたりの電極対向面積（以下、電極面積密度ともいう）の異なる非水電解液二次電池を作製することで、出力容量比率の異なる二種類の素電池を用意することが可能である。そこで、本発明に係る集合電池を構成するための出力容量比率Ｘの前記素電池と出力容量比率Ｚの前記素電池は、それぞれの電極面積密度が１．５倍以上異なることを特徴とする。【００７７】  非水電解液二次電池では電極の厚さを薄くすれば、電極面積密度が増えて出力性能（出力容量比率の分子）が高まる。一方、電極面積密度に比例して直接蓄電反応には寄与しないセパレーターや集電体はその充填比率が増えるため、エネルギー容量（出力容量比率の分母）は低下する。その結果、電極面積密度の異なる二種類の素電池の出力容量比率は電極面積密度の違い以上に大きくなる。【００７８】  実際、二種類の素電池の電極面積密度が少なくとも１．５倍程度異なれば、この二種類の素電池の出力容量比率は、１．８〜１．９倍程度は異なることが実測される。そのため、出力容量比率Ｘの前記素電池と出力容量比率Ｚの前記素電池は、それぞれの電極面積密度が１．５倍以上異なれば、ＸとＺの間にはＸ＞１．８Ｚの関係が生じ、出力容量比率Ｙが１．８Ｚ＞Ｙ＞Ｚの関係にある集合電池としては、少なくとも０．０５Ｚ刻みでは１５種類の出力容量比率の異なる集合電池が理論上構成できる。【００７９】  ただし、出力容量比率Ｙの違いが僅かな集合電池が数多く構成できても意味は無い。集合電池の出力容量比率の違いが僅か（数％）であれば、集合電池の体積増にはあまり影響しないことは既に述べたが、出力容量比率ＹがＹ＞Ｚの関係にあって、少なくとも０．０５Ｚ刻みで異なる集合電池は本明細書では「出力容量比率の異なる集合電池」として取り扱う。【００８０】  当然ながら、集合電池の出力容量比率ＹはＸ＞Ｙ＞Ｚの関係にあって、出力容量比率Ｘと出力容量比率Ｚが大きく異なるほど、出力容量比率Ｙの異なる集合電池が数多く構成できる。従って、集合電池を構成する二つの素電池の電極面積密度は１．５倍にこだわるものではなく、更に大きく違えることで出力容量比率ＸとＺは更に大きく異なり、この二種類の素電池で構成される集合電池の出力容量比率ＹはＸ＞Ｙ＞Ｚの関係にあって、より数多く構成できる。【００８１】  ある用途において出力容量比率Ｙの単位集合電池が求められる場合には、本発明によれば、Ｘ＞Ｙ＞Ｚの関係にある、出力容量比率Ｘの素電池のｎ個と出力容量比率Ｚの素電池のｍ個を電気的に並列に接続して出力容量比率がＹの単位集合電池が構成できる。ｎとｍは１以上の整数で適切に選択されることで、Ｘ＞Ｙ＞Ｚの関係にある数多く出力容量比率Ｙで単位集合電池は構成することができ、斯かる単位集合電池は更にその複数を電気的に直列に接続することで、結局、求められる出力容量比率Ｙの集合電池が構成できる。【００８２】  素電池と集合電池の出力容量比率の具体的数値Ｘ，Ｙ，Ｚは放電レイトによって異なるが、一つの放電レイトの基準のもとで、Ｘ＞Ｙ＞Ｚの関係にあれば、他の放電レイトの基準のもとでもＸ＞Ｙ＞Ｚの関係は変わることは無い。【００８３】  本発明に係る集合電池では、出力容量比率がＸの前記素電池と出力容量比率Ｚの前記素電池は、それぞれに許容される充電上限電圧が等しいか又は−５％以内で近似することを特徴とする。【００８４】  本発明に係る集合電池が充電されるときは、単位集合電池においては並列に接続される二種類の素電池は同じ電圧で充電されることになる。このとき、単位集合電池を構成する二種類の素電池は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、いずれの素電池も適切に充電される。【００８５】  逆に、本発明に係る集合電池のためには、出力容量比率Ｘの素電池と出力容量比率Ｚの素電池はそれぞれに許容される充電上限電圧が等しいか又は−５％以内で近似している必要がある。この条件を満たす素電池としては、具体的にはいずれもカーボンを負極の主要活物質とするリチウムイオン二次電池や、いずれもＬＴＯを負極の主要活物質とするリチウムイオン二次電池で用意することが出来る。この場合のリチウムイオン二次電池は、負極の主要活物質がいずれの電池においても、正極の主要活物質には同じ物質が使用されるか、或は酸化還元電位が５％以内で近似する物質が使用される。【００８６】  具体的には正極の主要活物質としては、ＬＦＰやＮＭＣ、或はＬＭＯ等を使用する。ＮＭＣとＬＭＯは酸化還元電位が５％以内で近似するので、同じ負極活物質のリチウムイオン二次電池であれば、出力容量比率の異なる素電池の一方はＮＭＣを正極の主要活物質とし、他方はＬＭＯを正極の主要活物質とする電池でそれぞれを用意することも出来る。
【発明の効果】
【００８７】  以上のように本発明によれば、出力容量比率が二種類の素電池だけを製造して、その二種類の素電池の構成比率を変えるだけで、出力性能とエネルギー容量の異なる数多くの集合電池を構成することが出来るので、素電池の大量生産が可能であり、量産効果による価格低減が可能となり、結果として、要求される様々な出力性能とエネルギー容量の異なる集合電池が安価に提供できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の一実施形態に係る単位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最終形集合電池の単線結線図である。
【図３】電極素子が巻回体構造の筒型非水電解液二次電池の断面図である。
【図４】電極素子が積層体構造の扁平型非水電解液二次電池の断面図である。
【図５】放電電流１Ｃを決定するためのグラフである。
【図６】特定の放電時間Ｔにおける放電出力Ｐを決定するためのグラフである。
【図７】正極の厚さ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】
【００８９】  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。
【００９０】  図１は本発明の一実施形態に係る最小電圧単位（＝素電池の電圧Ｖ０）の単位集合電池の単線結線図である。本明細書では、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「単位集合電池」と呼んでいる。
【００９１】  本発明に係る集合電池では、出力容量比率の異なる二種類の素電池１のｎ個と素電池２のｍ個を電気的に並列に接続して単位集合電池１１（図１）を構成し、更に該単位集合電池１１の複数を電気的に直列に接続して最終形の集合電池を構成する。図２は本発明の一実施形態に係る最終形集合電池の単線結線図であり、図１に示した単位集合電池１１のｙ個を電気的に直列に接続して構成した最終形の集合電池を示している。
【００９２】  本発明に係る集合電池では、最終形の集合電池は用途上から求められる端子電圧（Ｖ）に合致するように、即ちｙ＝Ｖ／Ｖ０（Ｖ０は素電池の電圧）で単位集合電池の直列接続個数（又は直列接続単位数とも言う）ｙを決定し、単位集合電池のｙ単位を電気的に直列に接続して構成するものであり、最終形の集合電池の性能（端子電圧、エネルギー容量及び出力性能）は該単位集合電池の性能のｙ倍として決定される。
【００９３】  本明細書では、バッテリーの１Ｃの放電に基づくエネルギー容量をエネルギー容量（１Ｃ）と表記するが、エネルギー容量が未知なバッテリーでは１Ｃの放電電流もまた未知であり、１Ｃの放電に基づくエネルギー容量（１Ｃ）を決定するためには放電電流１Ｃの決定が必要である。
【００９４】  放電電流１Ｃとは満充電の状態にあるバッテリーが１時間の放電で丁度終止電圧に達するという条件を満たす放電電流値であり、放電電流１Ｃの決定に当っては、満充電状態から、放電終止電圧に達する放電時間が１時間に近似するＴ１及びＴ２の２回の予備放電を行い、この予備放電の放電電流から、放電時間が１時間丁度の放電電流１Ｃを求める。ただし、Ｔ１＜１時間＜Ｔ２である。
【００９５】  具体的には、図５に示すように、満充電状態から終止電圧に達する放電時間がＴ１（＜１時間）の予備放電をａＣ放電とし、同じように放電時間がＴ２（＞１時間）の予備放電をｂＣ放電として、それぞれ（Ｔ１、ａＣ）と（Ｔ２、ｂＣ）をプロットし、これを結ぶ直線が放電時間１時間と交わる座標が（１時間，１Ｃ）であり、放電電流１Ｃを決定することが出来る。
【００９６】  また、本明細書では、放電時間Ｔを規定する出力性能を出力性能（Ｔ時間）と表記することとするが、出力性能（Ｔ時間）の決定に当っては、満充電状態から、放電終止電圧に達する放電時間がＴ３及びＴ４である（ただし、Ｔ３＜Ｔ＜Ｔ４）予備放電の放電出力から、Ｔ時間丁度の出力性能（Ｗ）を求める。
【００９７】  具体的には、図６に示すように、満充電状態から終止電圧に達する放電時間がＴ３の予備放電でえられる放電エネルギー容量（Ｗｈ）をＴ３で除することで、出力性能（Ｔ３時間）Ｐ１を算出し、放電時間がＴ４の予備放電でえられる放電エネルギー容量（Ｗｈ）をＴ４で除することで、出力性能（Ｔ４時間）Ｐ２を算出して、それぞれ（Ｔ３、Ｐ１）と（Ｔ４、Ｐ２）をプロットし、これを結ぶ直線が放電時間Ｔと交わる座標（Ｔ、Ｐ）から出力性能（Ｔ時間）Ｐを決定することが出来る。
【００９８】  更に、本明細書では、バッテリーの出力性能とエネルギー容量の比率を当該バッテリーの「出力容量比率」と定義している。
【００９９】  図１に示す単位集合電池１１は、これを構成する素電池１及び素電池２は出力容量比率の異なる素電池であり、いずれも非水電解液二次電池である。また、素電池１及び素電池２は、それぞれに許容される充電上限電圧は等しいか又は−５％以内で近似することを条件とするので、この二種類の出力容量比率の異なる素電池は電気的に並列に接続して構成することが可能となる。
【０１００】  即ち、図１に示す単位集合電池１１では、正極端子２３と負極端子２４に充電電圧が印加されれば、並列に接続される素電池１と素電池２は同じ電圧で充電されることになるが、この二種類の素電池はいずれも非水電解液二次電池であり、それぞれに許容される充電上限電圧は等しいか又は−５％以内で近似しているので、出力容量比率が異なっていても適切に充電される。
【０１０１】  リチウムイオン電池は非水電解液二次電池であり、本発明を適用することができる。これまでには、数多くのリチウムイオン電池が提案され又は商品化されている。代表的なリチウムイオン電池としては、カーボンを負極の主要活物質として、ＬＣＯ、ＬＭＯ、ＬＦＰ、ＮＭＣ等をそれぞれの正極の主要活物質とするもの、或はＬＴＯを負極の主要活物質として、ＬＭＯやＮＭＣをそれぞれの正極の主要活物質とするものなどが挙げられるが、本発明に係る集合電池（単位集合電池）を構成する出力容量比率の異なる二種類の素電池としては、主要活物質が同じのリチウムイオン電池であれば、上記充電上限電圧の条件（充電上限電圧が等しいか又は−５％以内で近似する）は満たされる。
【０１０２】  更に、本発明に係る集合電池（単位集合電池）を構成する出力容量比率の異なる二種類の素電池として、負極の主要活物質は同じであり、一方の素電池ではＬＭＯを、他方ではＮＭＣをそれぞれの正極の主要活物質とするリチウムイオン電池であっても、ＬＭＯとＮＭＣの酸化還元電位が５％以内で近似しているため、本発明は適用可能である。
【０１０３】  更に、単位集合電池を構成する出力容量比率の異なる二種類の素電池は、異なるサイズであってもよい。出力容量比率は出力性能÷エネルギー容量又は出力密度÷エネルギー密度で求められる値であって、基本的には電池サイズには関係しない値である。
【０１０４】  現在市販されるリチウムイオン電池の中にも出力容量比率の異なる素電池があり、それらを用いて本発明を実施することもできる。つまり、出力容量比率の異なる二種類の素電池が準備できれば、図１に示す単位集合電池１１を構成することが出来、更に該単位集合電池１１を直列に接続して図２に示した集合電池１２が構成できる。
【０１０５】  出力容量比率Ｘの素電池１と出力容量比率Ｚの素電池２がＸ＞Ｚの関係にあっても、従来の集合電池では、単位集合電池は素電池１か素電池２のみで構成されていたため、構成できる単位集合電池の出力容量比率Ｙは、Ｙ＝Ｘ、或はＹ＝Ｚの二つだけである。
【０１０６】  しかし、本発明に係る集合電池では、図１に示すように、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個で構成され、ｎとｍは１以上の整数であるため、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がＸ＞Ｚの関係にあれば、単位集合電池１１の出力容量比率Ｙは、ｎとｍの選択で、Ｘ＞Ｙ＞Ｚの範囲に数多く設定することができる。
【０１０７】  従って、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がより大きく異なれば、単位集合電池１１の出力容量比率Ｙはより幅広い範囲で設定することができる。
【０１０８】  集合電池１２（図２）はエネルギー容量も出力性能もいずれもが単位集合電池の性能のｙ倍として決定されるため、その出力容量比率（出力性能／エネルギー容量）は単位集合電池１１と同じとなる。従って、集合電池１２（図２）の出力容量比率Ｙも、ｎとｍの選択で、Ｘ＞Ｙ＞Ｚの範囲に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。
【０１０９】  つまり、本発明によれば、出力容量比率がＹの集合電池は、Ｘ＞Ｙの関係にある出力容量比率Ｘの素電池１と、Ｙ＞Ｚの関係にある出力容量比率Ｚの素電池２を用意できれば、直ちに構成することができる。
【０１１０】  以下、具体的にＰＨＶに搭載するバッテリーを集合電池１２（図２）で用意する場合について、本発明の一実施形態について詳述する。
【０１１１】  現行の市販ＰＨＶの一つでは、その充電走行距離は２６．４ｋｍで、最高速度は１００ｋｍ／ｈとされており、電力消費率は１１４Ｗｈ／ｋｍであり、搭載されているバッテリーの公称電圧は２０７Ｖで、エネルギー容量（１Ｃ）は４．４ｋＷｈである。なお、このＰＨＶは、電力消費率が１１４Ｗｈ／ｋｍであることから、搭載されるバッテリーのエネルギー容量（１Ｃ）４．４ｋＷｈのうち約１．４ｋＷｈはＨＶ走行時に必要とされ、約３ｋＷｈがＥＶ走行で消費されると推察される。また、１１４Ｗｈ／ｋｍの電力消費率が４０ｋｍ／ｈの速度で走行する場合の値とすれば、１００ｋｍ／ｈの最高速度を確保するために必要なバッテリーの出力性能（１５０秒）は、速度の二乗に比例するとして約２９ｋＷ程度と推定される。
【０１１２】  今、このＰＨＶに、充電走行距離が３０ｋｍ、４０ｋｍ、５０ｋｍ、６０ｋｍ、７０ｋｍの車種をそれぞれラインアップしようとすれば、下記の表１に示したエネルギー容量と出力性能を有するＮｏ１〜Ｎｏ５のバッテリーを搭載する必要がある。
【０１１３】
【表１】
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【０１１４】  表１に示す充電走行距離の異なる五つのＰＨＶ車種に搭載するＮｏ１〜Ｎｏ５のバッテリーは、従来の集合電池で用意するためには、出力容量比率が  ５．９、４．８、４．０、３．５、及び３．０  にそれぞれ近似する、５種類の素電池を作製する必要があった。
【０１１５】  しかし、本発明に係る集合電池であれば、出力容量比率Ｘ＞５．９の素電池１と出力容量比率Ｚ＜３．０の素電池２の二種類の出力容量比率の異なる素電池を用意するだけで、出力容量比率が表１に示すＮｏ１〜Ｎｏ５のバッテリーに近似する集合電池を全て用意することが出来る。
【０１１６】  実際、出力容量比率が表１のＮｏ１〜Ｎｏ５のバッテリーに近似する集合電池を構成するための素電池１と素電池２の候補となりうる電池は、市販されているリチウムイオン電池の中にも存在するので、出力容量比率が表１の五つのバッテリーに近似する集合電池は市販されている二種類のリチウムイオン電池だけで構成することも出来る。
【０１１７】  例えば、電動工具等の電源として量産されている、カーボンを負極活物質とし、ＮＭＣを正極活物質とする市販の１８６５０型のリチウムイオン電池（公称電圧３．７Ｖ）は、エネルギー容量（１Ｃ）は約５．４Ｗｈで、出力性能（１５０秒間）は約４０Ｗであり、出力容量比率は７．４であることから、十分素電池１の候補となりうる。
【０１１８】  また、ノートＰＣ等の電源として量産されている、同じくカーボンを負極活物質とし、ＮＭＣを正極活物質とする１８６５０型のリチウムイオン電池（公称電圧３．７Ｖ）は、エネルギー容量（１Ｃ）は約７．６Ｗｈで、出力性能（１５０秒間）は約１８Ｗであり、出力容量比率は２．４であることから、十分素電池２の候補となりうる。
【０１１９】  そこで、出力容量比率が７．４の前記１８６５０型のリチウムイオン電池を素電池１とし、出力容量比率が２．４の前記１８６５０型のリチウムイオン電池を素電池２として、素電池１のｎ個と素電池２のｍ個で、図１に示す単位集合電池１１を構成すれば、該単位集合電池１１の出力容量比率Ｙは、ｎとｍの選択で、７．４＞Ｙ＞２．４の範囲に設定することができる。また、出力容量比率Ｙが７．４＞Ｙ＞２．４の該単位集合電池は５６単位を直列に接続することにより、該集合電池の電圧は２０７Ｖとなるので、表１に示す、五つの充電走行距離が異なるＰＨＶ車種に搭載するバッテリー（５．９＞Ｙ＞３．０）は全て用意することが出来る。
【０１２０】  以上、具体的にＰＨＶに搭載するバッテリーについて本発明の一実施形態を詳述したが、更に、以下にはＥＢに搭載するバッテリーを集合電池１２（図２）で用意する場合の一実施形態について詳述する。
【０１２１】  現行市販ＥＢの一つは、充電走行距離が１００ｋｍと比較的長く、登坂能力も高いことから、主に新聞配達用に使用されている。このＥＢを他の用途に使用する場合には、高い登坂能力は評価されるが、充電走行距離が過剰と言える用途もある。その場合には車両価格の割高感は否めない。
【０１２２】  このＥＢに搭載されているバッテリーの公称電圧は７７Ｖで、エネルギー容量（１Ｃ）は１．７３ｋＷｈで、出力性能（１５０秒間）は７６８０Ｗである。このＥＢに搭載されているバッテリーは、２６６５０型の円筒形の素電池が８セル並列に接続されて単位集合電池が構成され、更に該単位集合電池の２４単位が直列に接続されて構成された集合電池である。この２６６５０型円筒形の素電池は、ＬＦＰ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（以下、ＬＦＰリチウムイオン電池と言う。）であり、エネルギー容量（１Ｃ）は９．０Ｗｈで、出力性能（１５０秒間）は４０Ｗである。
【０１２３】  今、このＥＢに、充電走行距離がそれぞれ９０ｋｍ、８０ｋｍ、７０ｋｍ、６０ｋｍの四つの車種を現行ＥＢに追加してラインアップするとすれば、それぞれに搭載するバッテリーのエネルギー容量は、充電走行距離に比例するので現行車種（充電走行距離１００ｋｍ）より当然少なくて済む。しかし、登坂能力を同じレベルに維持するためには、出力性能は現行車種に搭載されるバッテリーと同じ（７．６８ｋＷ）であるべきである。
【０１２４】  結局、充電走行距離がそれぞれ６０ｋｍ、７０ｋｍ、８０ｋｍ、９０ｋｍのＥＢに搭載するバッテリーは表２のＮｏ２１〜Ｎｏ２４に示したエネルギー容量と出力性能を有することが必要であり、各バッテリーはそれぞれ異なる出力容量比率Ｙ（７．４＞Ｙ＞４．９）を有する。
【０１２５】  本発明に係る集合電池であれば、出力容量比率Ｘ＞７．４の素電池１と出力容量比率Ｚ＜４．９の素電池２を準備するだけで、出力容量比率が表２に示すＮｏ２１〜Ｎｏ２４のバッテリーに近似する集合電池を用意することが出来る。
【０１２６】
【表２】
2016004774.tif 000004
【０１２７】  そのためには、出力容量比率Ｘ＞７．４の素電池１と出力容量比率Ｚ＜４．９の素電池２を準備するする必要があるが、現行ＥＢのバッテリーを構成している２６６５０型の素電池は出力容量比率が４．４であり、素電池２として採用できる。
【０１２８】  この２６６５０型電池を素電池２として採用すれば、素電池１としては、出力容量比率が７．４以上であるとともに、素電池２と同じＬＦＰリチウムイオン電池であるか、或は充電上限電圧がＬＦＰリチウムイオン電池に等しいか又は−５％以内で近似することが条件となる。この条件を満たして素電池１の候補となりうる１８６５０型のＬＦＰリチウムイオン電池も現在市販されている。
【０１２９】  素電池１と素電池２を１８６５０型（１８Φ×６５ｍｍ）と２６６５０型（２６Φ×６５ｍｍ）とすれば、サイズの異なった素電池を並列に接続することになる。実際、２６６５０型の体積は１８６５０型のほぼ２倍であるが、並列に接続して単位集合電池を構成する上では、１８６５０型の２個が２６６５０型の１個に対応して並列接続個数が調整されるので問題は無い。
【０１３０】  素電池１とする１８６５０型のＬＦＰリチウムイオン電池（公称電圧３．２Ｖ）は、エネルギー容量（１Ｃ）は約３．４Ｗｈで、出力性能（１５０秒間）は約２９Ｗで、出力容量比率Ｘは８．６である。一方、素電池２とする２６６５０型のＬＦＰリチウムイオン電池（公称電圧３．２Ｖ）は、エネルギー容量（１Ｃ）は９．０Ｗｈで、出力性能（１５０秒間）は４０Ｗで、出力容量比率Ｚは４．４である。
【０１３１】  そこで、出力容量比率が８．６の前記１８６５０型のＬＦＰリチウムイオン電池を素電池１とし、出力容量比率が４．４の前記２６６５０型のＬＦＰリチウムイオン電池を素電池２として、素電池１のｎ個と素電池２のｍ個で、図１に示す単位集合電池１１を構成すれば、該単位集合電池１１の出力容量比率Ｙは、ｎとｍの選択で、８．６＞Ｙ＞４．４の範囲に設定できるので、表２に示すバッテリーＮｏ２１〜Ｎｏ２４（７．４＞Ｙ＞４．９）に近似する性能の４種類のバッテリーが集合電池１２（図２）としてそれぞれ用意できる。
【０１３２】  なお、前記ＬＦＰリチウムイオン電池は、その公称電圧は３．２Ｖであり、表２に示すバッテリーＮｏ２１〜Ｎｏ２４はいずれも公称電圧を約７７Ｖとするので、前記単位集合電池はその２４単位を直列に接続して公称電圧７７Ｖの集合電池１２（図２）とする。
【０１３３】  以上の本発明の一実施形態は、集合電池を構成する素電池１と素電池２は市販のリチウムイオン電池を使用して、求める性能の集合電池を構成する場合について示した。
【０１３４】  以下には、求める性能の集合電池を構成するための素電池１と素電池２を設計して対処する場合について、本発明の一実施形態を説明する。
【０１３５】  求める性能の集合電池の出力容量比率Ｙが、Ｘ＞Ｙ＞Ｚの関係にあれば、本発明に係る集合電池は、出力容量比率Ｘの素電池１と出力容量比率Ｚの素電池２を準備することによって、求める性能の集合電池を構成することが出来る。
【０１３６】  集合電池１２（図２）を構成するためには、素電池１と素電池２はそれぞれに許容される充電上限電圧が等しいか又は−５％以内で近似する必要があり、主要活物質が同じであるリチウムイオン電池であれば、この条件は満たされる。また、二つの素電池が負極の主要活物質は同じであり、一方の素電池はＬＭＯを正極の主要活物質とし、他方の素電池はＮＭＣを正極の主要活物質とするリチウムイオン電池等でも、正極の主要活物質の酸化還元電位が５％以内で近似していれば、前記充電上限電圧の条件は満たされる。
【０１３７】  例えば、本発明に係る集合電池は、前記充電上限電圧の条件を満たして、出力容量比率Ｘ＞７．４の素電池１と出力容量比率Ｚ＜３．０の素電池２が準備できれば、前述の表１と表２に示した、充電走行距離の異なるＰＨＶやＥＢに搭載するバッテリーは、いずれもこの二種類の素電池だけで用意することが出来る。ここでも、出力容量比率Ｘ，Ｙ、Ｚは特別の放電レイトに基づく値に限定されるものではなく、いずれも定めた同じ放電レイトに基づく値であればよい。
【０１３８】  一般に、リチウムイオン電池等の非水電解液二次電池は、正極と負極を、セパレーターを挟んで対向させて構成した電極素子を、非水電解液を含浸させて電池容器内に密封した構造であり、通常、その電極素子の構造は帯状の正極と負極を、セパレーターを挟んで渦巻状の巻回体とするものと、短冊状の正極と負極を、セパレーターを挟んで重ね合わせて積層体とするものが代表的である。
【０１３９】  図３には、非水電解液（非図示）を含む渦巻き構造の電極素子４０Ａを円筒形金属ケース４１Ａに納めて密閉した、現行の筒型非水電解液二次電池の構造を示した。また、図４には非水電解液（非図示）を含む積層構造の電極素子４０Ｂを２枚のラミネートシート４１Ｂの間に納めて密封した、現行の扁平型非水電解液二次電池の構造を示した。
【０１４０】  図３及び図４に示した構造の非水電解液二次電池では、いずれも電極の厚さを薄くすれば、電極素子４０Ａ又は４０Ｂに於ける電極の対向面積は大きくなる。本明細書では、電極素子に於ける正極と負極の対向面積を当該電極素子の体積で除した値を「電極面積密度」と称している。
【０１４１】  図３及び図４に示した構造の非水電解液二次電池は、電極面積密度を大きくすれば、内部抵抗が減少して出力性能は高くなるが、反対に、蓄電反応には直接寄与しないセパレーターや集電体の体積比率が増えてエネルギー容量は低下する。つまり、出力性能とエネルギー容量はトレードオフの関係にあり、電極面積密度を違えることで出力容量比率（出力性能／エネルギー容量又は出力密度／エネルギー密度）の分子と分母は逆方向に増減する。従って、リチウムイオン電池等の非水電解液二次電池では二種類の出力容量比率の異なる素電池は電極厚さの調整によって作り分けることが出来る。
【０１４２】  そこで先ず、一般的なリチウムイオン電池について、電極面積密度を違えることで素電池の出力容量比率を変化させうることを、試作結果をもって具体的に示す。
【０１４３】  例えば、一般的な試作評価の結果によれば、ＬＴＯ負極とＬＭＯ正極を積層した電極積層体４０Ｂ（図４）においては、負極と正極の間に介在させるセパレーターの厚さが２５μｍ程度で、集電体の厚さ（正極用＋負極用）が４０μｍ程度であれば、正極の厚さを８０μｍ程度とした場合には、電極面積密度は８．３ｍ２／Ｌ程度となり、正極の厚さを１９０μｍ程度とすれば、電極面積密度は４．２ｍ２／Ｌ程度となる。
【０１４４】  この場合、正極の厚さを８０μｍとする素電池１と正極の厚さを１９０μｍとする素電池２では、電極素子の電極面積密度は２．０倍の違いであるが、電極面積密度の変化に伴って、出力容量比率の分子と分母が逆方向に増減するため、それぞれの出力容量比率の違いは２．８倍程度となる。
【０１４５】  このような電極面積密度に基づく出力容量比率の違いはＬＴＯ負極とＬＭＯ正極に限定されるものではなく、如何なる活物質を使用する場合にも基本的に現れる。その理由は、出力容量比率の分子（出力性能）はバッテリーの内部抵抗と開路電圧に依存し、分母（エネルギー容量）は電極活物質層の体積と開路電圧に依存する。しかしながら、活物質によってもたらされる開路電圧の違いは、分子と分母で相殺されるので出力容量比率には基本的には関係しない。
【０１４６】  このように、図３や図４に示す構造の非水電解液二次電池では、電極の厚さの調整によって、出力容量比率の異なる素電池を作り分けることが出来る。
【０１４７】  そこで、改めて、本発明の一実施形態によれば、前述の表１と表２に示した充電走行距離の異なるＰＨＶやＥＢに搭載するバッテリーは、出力容量比率Ｘ＞７．４の素電池１と出力容量比率Ｚ＜３．０の素電池２の二種類の素電池を準備するだけで全て用意できることを説明する。
【０１４８】  先ず、素電池１と素電池２はいずれも負極の主要活物質がＬＴＯで、正極の主要活物質をＬＭＯとするリチウムイオン電池を、図４に示した扁平型リチウムイオン電池として準備する場合について示す。
【０１４９】  電極（ただし、集電体の両面に活物質層を形成した電極）の厚さを８０μｍ程度とした正極の９枚に、セパレーター（厚さ２５μｍ）を挟んで負極を交互に重ねて電極の積層体として電極素子を構成すれば、電極面積密度は８．３ｍ２／Ｌ程度となる。この電極素子に非水電解液を含浸せしめて電池容器内に密閉して、図４に示す構造の扁平形電池として電池Ａを作製する。この電池Ａは、エネルギー容量（１Ｃ）は３．０Ｗｈで、出力性能（Ｔ＝１５０秒）は２２Ｗであり、電池Ａの出力容量比率は約７．８程度となる。
【０１５０】  また、電極（ただし、集電体の両面に活物質層を形成した電極）の厚さを１９０μｍ程度とした正極の５枚に、セパレーター（厚さ２５μｍ）を挟んで負極を交互に重ねて電極の積層体として電極素子を構成すれば、電極面積密度は４．２ｍ２／Ｌ程度となる。この電極素子に非水電解液を含浸せしめて電池容器内に密閉して、図４に示す構造の扁平形電池として電池Ｂを作製する。この電池Ｂの出力容量比率は約２．８程度となる。
【０１５１】  このように、負極の主要活物質がＬＴＯで、正極の主要活物質をＬＭＯとするリチウムイオン電池では電極面積密度を１．９８倍程度に違えることが可能であり、それに伴って出力容量比率が約２．７９（７．８／２．８）倍異なる。
【０１５２】  そこで、電池Ａを素電池１とし、電池Ｂを素電池２として素電池１と素電池２のそれぞれｎ個と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、単位集合電池１１の出力容量比率Ｙは、ｎとｍを適切に選択することで、７．８＞Ｙ＞２．８の範囲で設定することができ、該単位集合電池を更に直列に接続して図２に示す最終形の集合電池を構成すれば、ｎとｍを適切に選択することで、出力容量比率Ｙが７．６＞Ｙ＞２．７の範囲の最終形の集合電池を構成することが出来る。
【０１５３】  例えば、表１に示した充電走行距離の異なる五つのＰＨＶ車種に搭載するバッテリーはその出力容量比率（５．９＞Ｙ＞３．０）が、全て、上記の電池Ａと電池Ｂのｎ個とｍ個で構成できる集合電池の出力容量比率（７．６＞Ｙ＞２．７）の範囲内にあるため、電池Ａと電池Ｂだけで構成で来るし、表２に示した充電走行距離の異なる五つのＥＢ車種に搭載するバッテリー（出力容量比率Ｙは７．４＞Ｙ＞４，４）も、全て、上記の電池Ａと電池Ｂで構成することが出来る。
【０１５４】  以上は、素電池１と素電池２はいずれも負極の主要活物質がＬＴＯで、正極の主要活物質をＬＭＯとするリチウムイオン電池を選択したが、素電池１と素電池２には、いずれもカーボンを負極の主要活物質とするリチウムイオン電池を選択することも出来る。この場合、正極の主要活物質として同じ物質を選択できることは当然であるが、ＬＭＯとＮＭＣ等のように酸化還元電位が４％以内で近似する異種の物質を選択することも出来る。
【０１５５】  そこで次に、素電池１と素電池２はいずれも負極の主要活物質がカーボンで、一方の素電池の正極活物質をＬＭＯとし、もう一方の素電池の正極活物質はＮＭＣとして、いずれも図４に示した扁平型リチウムイオン電池として準備する場合について示す。
【０１５６】  電極（ただし、集電体の両面に活物質層を形成した電極）の厚さを７０μｍ程度としたＬＭＯを活物質とする正極の１０枚に、セパレーター（厚さ２５μｍ）を挟んで負極を交互に重ねて電極の積層体として電極素子を構成すれば、電極面積密度は１０．２ｍ２／Ｌ程度となる。この電極素子に非水電解液を含浸せしめて電池容器内に密閉して、図４に示す構造の扁平形電池として電池Ｃを作製する。この電池Ｃの出力容量比率は約９．３程度となる。
【０１５７】  また、電極（ただし、集電体の両面に活物質層を形成した電極）の厚さを１７０μｍ程度としたＮＭＣを活物質とする正極の５枚に、セパレーター（厚さ２５μｍ）を挟んで負極を交互に重ねて電極の積層体として電極素子を構成すれば、電極面積密度は５．０ｍ２／Ｌ程度となる。この電極素子に非水電解液を含浸せしめて電池容器内に密閉して、図４に示す構造の扁平形電池として電池Ｄを作製する。この電池Ｄの出力容量比率は約２．４程度となる。
【０１５８】  そこで、電池Ｃを素電池１とし、電池Ｄを素電池２として素電池１と素電池２のそれぞれｎ個と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、この単位集合電池１１の出力容量比率Ｙは、ｎとｍを適切に選択することで、９．３＞Ｙ＞２．４の範囲で設定することができ、該単位集合電池を更に直列に接続して図２に示す最終形の集合電池を構成すれば、ｎとｍを適切に選択することで、出力容量比率Ｙが９．３＞Ｙ＞２．４の範囲の最終形の集合電池を構成することが出来る。
【０１５９】  この場合においても、表１に示した充電走行距離の異なる五つのＰＨＶ車種に搭載するバッテリーの出力容量比率（５．９＞Ｙ＞３．０）は、全て、上記の電池Ｃと電池Ｄのｎ個とｍ個で構成できる集合電池の出力容量比率（７．６＞Ｙ＞２．７）の範囲内にあるため、電池Ｃと電池Ｄだけで構成で来るし、表２に示した充電走行距離の異なる五つのＥＢ車種に搭載するバッテリー（７．４＞Ｙ＞４，４）も、全て、上記の電池Ｃと電池Ｄで構成することが出来る。
【０１６０】  以上のように、本発明に係る集合電池では、出力容量比率ＹがＸ＞Ｙ＞Ｚの範囲の集合電池を構成するためには出力容量比率Ｘの素電池１と出力容量比率Ｚの素電池２を準備すればよい。
【０１６１】  本発明に係る集合電池では、結局、素電池１と素電池２の出力容量比率が大きく異なっているほど、出力容量比率の異なる数多くの集合電池が構成できるために、幅広い用途に対応できる集合電池を提供できるわけである。
【０１６２】  蓄電装置としては非水系二次電池のほかにも非水系のキャパシタや水溶液系の二次電池もあるが、本発明に係る集合電池は、出力容量比率の異なる二種類の素電池が電気的に並列に接続されて単位集合電池が構成されることが特徴であり、前記素電池が「非水系」の「二次電池」であるが故に実現できる。
【０１６３】  つまり、前述したように、非水電解液二次電池では充電反応での副反応が極めて少ないため、出力容量比率の異なる素電池が並列に接続された場合においても、出力容量比率の低い素電池も十分に充電されるので、出力容量比率の異なる素電池を並列に接続して単位集合電池を構成することが可能となる。
【０１６４】  非水系のキャパシタは大きな出力が得られることが特長であるが、このキャパシタを二次電池に並列に接続して構成した集合電池は、極短時間の出力に限定すれば出力性能は高い。しかし、斯かる集合電池はキャパシタのエネルギー容量（出力×時間）が小さいので、大きな出力で数十秒間以上を継続して出力することは出来ない。例えば、ＰＨＶやＥＢの電源用途では、一定の最高速度やある程度以上の登坂能力等を確保するために、バッテリー（集合電池）には大きな出力がある程度の時間（少なくとも数十秒以上）は継続して求められる。従って、斯かる電源用途にはキャパシタを二次電池に接続した集合電池では対応できない。
【０１６５】  キャパシタと二次電池は根本的に異なる。正極と負極のいずれにも電気化学的な酸化還元反応に基づく活物質を使用する蓄電装置が二次電池であり、正極と負極の少なくとも何れかには電気化学的な酸化還元反応に基づかない活物質を使用する蓄電装置がキャパシタである。電気化学的な酸化還元反応に基づく活物質には「ファラデーの電気分解の法則」、即ち「２６．８Ａｈ／モル」に準じた充放電反応で蓄電されるので、二次電池のエネルギー容量は大きいが、電気化学的な酸化還元反応に基づかない活物質を使用するキャパシタはエネルギー容量が小さい。
【０１６６】  一方、水溶液系の二次電池では、充電反応において副反応（主として水の電気分解）が起こるために、出力容量比率の異なる二種類の素電池が電気的に並列に接続されて単位集合電池が構成される場合には、出力容量比率の低い素電池は内部抵抗が高いため充電され難い。従って、水溶液系二次電池においては出力容量比率の異なる素電池を並列に接続して集合電池とすることは好ましくない。
【実施例】
【０１６７】  以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明する。
【実施例１】
【０１６８】  本実施例では、素電池１としては電動工具等の電源として市販されている高出力タイプの１８６５０型（外径１８ｍｍ、高さ６５ｍｍ）リチウムイオン電池（以下、素電池Ｅと呼ぶ）を、また、素電池２としてはノートＰＣ等の電源として市販されている高容量タイプの１８６５０型リチウムイオン電池（以下、素電池Ｆと呼ぶ）をそれぞれ用意して、図１に示す単位集合電池１１を作製した。【０１６９】  本実施例で用意した素電池は、いずれも正極活物質としてＮｉ−Ｍｎ−Ｃｏ（三元系）正極材料が使用され、負極活物質としてはカーボンが使用されており、公称電圧が３．７Ｖのリチウムイオン電池である。商品カタログによれば素電池Ｅの公称電流容量（０．２Ｃ）は１５００ｍＡｈで、素電池Ｆの公称電流容量（０．２Ｃ）は２２００ｍＡｈとされている。【０１７０】  本実施例では、単位集合電池の組み立てに先立ち、素電池Ｅと素電池Ｆのそれぞれ一つを解体して、それぞれの電極対向面積を測定した。電極対向面積は素電池Ｅが０．１５９ｍ２で、素電池Ｂが０．０７１ｍ２であり、素電池Ｅと素電池Ｆでは電極対向面積において２．２４倍の違いがある。【０１７１】  続いて、素電池Ｅと素電池Ｆのエネルギー容量及び出力性能の具体的数値を求めた。前述したように、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）の具体的数値は、放電レイトを規定して初めて確定される値である。そこで、本実施例では、素電池であれ、集合電池であれ、バッテリーのエネルギー容量と出力性能の具体的数値は、ＰＨＶに搭載するバッテリーを前提として、具体的には、エネルギー容量（１Ｃ）と出力性能（１５０秒間）である。【０１７２】  素電池Ｅ及び素電池Ｆの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）とした。その結果、素電池Ｅのエネルギー容量（１Ｃ）は５．４Ｗｈであり、素電池Ｆのエネルギー容量（１Ｃ）は７．６Ｗｈであった。【０１７３】  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に達する放電時間がＴ３とＴ４（ただし、Ｔ３＜１５０秒＜Ｔ４）である二つの予備放電の放電出力から、１５０秒間放電持続可能な出力性能（１５０秒間）を求めた。その結果、素電池Ｅの出力性能（１５０秒間）は４１Ｗであり、素電池Ｆの出力性能（１５０秒間）は１８Ｗであった。つまり、ここで求められた出力性能は、満充電の状態にある素電池Ａと素電池Ｂはそれぞれ４１Ｗ及び１８Ｗで放電すれば、いずれも１５０秒間で終止電圧２．０Ｖに達することを意味する。【０１７４】  以上のようにして求めたエネルギー容量（１Ｃ）と出力性能（１５０秒間）から、結局、素電池Ｅの出力容量比率は７．６で、素電池Ｆの出力容量比率は２．４であり、素電池Ｅと素電池Ｆは出力容量比率では３．２倍異なる。因みに素電池Ｅと素電池Ｆの電極対向面積における違いは２．２４倍である。これは電極対向面積の違いが出力性能とエ���ルギー容量に対しては逆に作用するため、出力容量比率の違いは電極対向面積の違い以上になることを示している。【０１７５】  そこで、素電池Ｅのｎ個と素電池Ｆ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、該単位集合電池の出力容量比率Ｙは、ｎとｍの選択によって、７．６＞Ｙ＞２．４の範囲で幅広く設定することができる。当然、該単位集合電池の複数を直列に連結して最終形の集合電池を構成すれば、最終形の集合電池においてもその出力容量比率Ｙは７．６＞Ｙ＞２．４の範囲で高電圧の集合電池を構成できる。【０１７６】  そこで、素電池Ｅと素電池Ｆの並列接続数ｎとｍを適切に選択して、表１に示したＮｏ１〜Ｎｏ５のバッテリーに近似する性能（５．９＞出力容量比率Ｙ＞３．０）の集合電池を用意することを目的に、並列接続数ｎとｍの異なるＮｏ１〜Ｎｏ５の単位集合電池を図１に示す構成で組み立てた。【０１７７】  組み立てたＮｏ１〜Ｎｏ５の単位集合電池は、当然、公称電圧は素電池Ｅ及び素電池Ｆと同じく３．７Ｖである。また組み立てた単位集合電池は、いずれも充電電圧を４．２Ｖに設定して十分に充電を行った後、終止電圧２．５Ｖとして図５にしめす方法で、それぞれの単位集合電池のエネルギー容量（１Ｃ）を求めた。【０１７８】  また、Ｎｏ１〜Ｎｏ５の単位集合電池の出力性能については、終止電圧２．０Ｖとして図６にしめす方法で、それぞれの単位集合電池の１５０秒間放電持続可能な出力性能（１５０秒間）を求めた。【０１７９】  以上のようにして求められたＮｏ１〜Ｎｏ５の単位集合電池の出力性能（１５０秒間）及びエネルギー容量（１Ｃ）は次の表３の左側に示したとおりである。
【表３】
2016004774.tif 000005
【０１８０】  表３に示した各単位集合電池はそれぞれ５６個を直列に接続すれば、表３の右側に示した最終形集合電池として、公称電圧２０７Ｖで、出力性能２８．５ｋＷ以上で、ＰＨＶ車種に搭載可能なバッテリーを構成することが出来る。【０１８１】  表３の右に示した最終形集合電池をそれぞれ搭載するＰＨＶ車種は、バッテリーの出力性能が同じであることからいずれも最高速度は１００ｋｍ／ｈが確保され、充電走行距離は約３０ｋｍから約７０ｋｍまで約１０ｋｍ刻みで異なるところの五つの車種としてラインアップされる。【０１８２】  以上のように、素電池Ｅと素電池Ｆはそれぞれの出力容量比率が７．４と２．４であり、その差が大きいため、素電池Ｅと素電池Ｆの構成比率を変えて単位集合電池を構成すれば、表３の左側に示した出力容量比率が５．８〜３．０の間で、それぞれ１３％〜１９％程度異なった五つの単位集合電池を構成することが出来る。この単位集合電池の５６個を更に直列に接続することで、表３の右側に示した出力性能はほぼ同じで、エネルギー容量がそれぞれ１．０〜１．５ｋＷ刻みに異なる５つ最終形集合電池を構成できる。斯かる最終形集合電池を搭載するＰＨＶは約１０ｋｍ刻みで充電走行距離が異なる。【０１８３】  このように、本発明では出力容量比率の大きく異なる二種類の素電池が準備できれば、出力性能はほぼ同じで、エネルギー容量が異なる数多くの集合電池が構成できる。
【比較例１】
【０１８４】  本比較例においては、走行距離が約４０ｋｍと約５０ｋｍのＰＨＶに搭載するバッテリーを取り上げて、本発明による集合電池と従来の集合電池との違いを明らかにする。走行距離が４０ｋｍ並びに５０ｋｍのＰＨＶに搭載するための最も適切な集合電池は、表１に示したように、その出力容量比率がそれぞれ４．８並びに４．０に近似することである。
【０１８５】  実施例１においては、本発明の一実施形態として、表３に示すように、市販されている高出力タイプの１８６５０型リチウムイオン電池（素電池Ｅ）と高容量タイプの１８６５０型リチウムイオン電池（素電池Ｆ）の２種類の素電池で単位集合電池のＮｏ２とＮｏ３を構成し、これをそれぞれ５６個直列に接続すれば、走行距離が約４０ｋｍと約５０ｋｍのＰＨＶに搭載する集合電池となる事を示した。
【０１８６】  これに対して、従来の集合電池の構成方法では出力容量比率がＹの集合電池は出力容量比率がＹの素電池で構成する。そこで、出力容量比率がそれぞれ４．８に近似する素電池Ｔと、４．０に近似する素電池Ｎを、素電池Ｅ及び素電池Ｆと同じ活物質の電池システムで、１８６５０型電池として作製した。この素電池Ｔと素電池Ｎを使用して従来法による単位集合電池のＮｏ６とＮｏ７を構成し、実施例１における単位集合電池のＮｏ２とＮｏ３との比較を行った。
【０１８７】  １８６５０型電池は図３に示す電池構造であり、電極素子は帯状の正極と負極を、セパレーターを挟んで渦巻状の巻回体構造とし、非水電解液を含浸して円筒形金属ケース４１Ａ内に密閉される。電極素子に於ける電極の対向面積は、図７に示すように、電極の厚さを薄くすれば大きくなる。従って電極の厚さを調整することで出力容量比率を調整することが可能である。素電池Ｔは厚さ９５μｍの正極を使用して作製し、エネルギー容量（１Ｃ）は６，５Ｗｈ、出力性能（１５０秒）は３０．９Ｗで、出力容量比率は４．７３であった。また、素電池Ｎは厚さ１０５μｍの正極を使用して作製し、エネルギー容量（１Ｃ）は６．８Ｗｈ、出力性能（１５０秒）は２８．５Ｗで、出力容量比率は４．１７であった。
【０１８８】  従来の集合電池の構成方法により、用意した電池Ｔはその１７個を電気的に並列に接続して単位集合電池Ｎｏ６を組み立て、電池Ｎはその１９個を電気的に並列に接続して単位集合電池Ｎｏ７を組み立てた。また、実施例１で用意した電池Ｅと電池Ｆについても、従来の集合電池の構成方法により、電池Ｅはその２０個及び２４個を電気的に並列に接続して単位集合電池Ｎｏ８及びＮｏ９を組み立て、電池Ｆはその１４個及び１７個を電気的に並列に接続して単位集合電池Ｎｏ１０及びＮｏ１１を組み立てた。
【０１８９】  組み立てたＮｏ６からＮｏ１１の単位集合電池は実施例と同じ方法でエネルギー容量（１Ｃ）と出力性能（１５０秒間）を測定し、その結果を次の表４の左側に、実施例１における単位集合電池Ｎｏ２とＮｏ３と比較して示した。
【０１９０】
【表４】
2016004774.tif 000006
【０１９１】  表４の左側に示した単位集合電池はいずれも５６個を直列に接続すれば、表４の右側に示した最終形集合電池を構成することが出来る。単位集合電池のＮｏ２、６、８、１０のいずれを以って構成した最終形集合電池も、これをＰＨＶに搭載すれば、約４０ｋｍの充電走行距離が見込まれ、単位集合電池のＮｏ３、７、９、１１のいずれを以って構成した最終形集合電池も、これをＰＨＶに搭載すれば、約５０ｋｍの充電走行距離が見込まれる。
【０１９２】  しかしながら、最終形集合電池を構成する素電池の総個数には大きな差がある。即ち、最終形集合電池の体積には大きな違いが生じる。行距離４０ｋｍのＰＨＶに搭載する集合電池として望ましいのは、素電池総個数及び出力性能から判断して、単位集合電池Ｎｏ２又はＮｏ６を接続して構成した最終形集合電池である。一方、単位集合電池Ｎｏ８を接続して構成した最終形集合電池は素電池総個数が多くなるため、また、単位集合電池Ｎｏ１０で構成した最終形集合電池は出力性能が極端に小さいため、いずれも走行距離４０ｋｍのＰＨＶに搭載する集合電池としては望ましく無い。
【０１９３】  同様に、走行距離５０ｋｍのＰＨＶに搭載する集合電池として望ましいのは、素電池総個数及び出力性能から判断して、単位集合電池Ｎｏ３又はＮｏ７を接続して構成した最終形集合電池であり、単位集合電池Ｎｏ９とＮｏ１１で構成した最終形集合電池は、いずれも走行距離５０ｋｍのＰＨＶに搭載する集合電池としては望ましく無い。
【０１９４】  単位集合電池Ｎｏ６とＮｏ７は、いずれも専用に設計したものであり、電池体積（電池個数）は最小であり、それぞれの走行距離のＰＨＶに最適であることはある意味当然であるが、専用に設計する素電池の汎用性は失われてコスト高となる。
【０１９５】  一方、単位集合電池Ｎｏ２とＮｏ３はいずれも実施例１で電池Ｅと電池Ｆで構成したものであり、電池体積（電池個数）も出力性能も専用に設計した場合とすこぶる近似する。しかも、電池Ｅと電池Ｆは市販されている汎用の１８６５０型リチウムイオン電池である。
【実施例２】
【０１９６】  本実施例で用意した素電池は、いずれも正極活物質としてリチウム燐酸鉄（ＬＦＰ）を使用し、負極活物質としてはカーボンを使用した市販のＬＦＰリチウムイオン電池であり、公称電圧は３．２Ｖである。【０１９７】  本実施例では、素電池１としては１８６５０型（外径１８ｍｍ、高さ６５ｍｍ）のＬＦＰリチウムイオン電池を、また、素電池２としては素電池体積が約２倍の２６６５０型（外径２６ｍｍ、高さ６５ｍｍ）のＬＦＰリチウムイオン電池をそれぞれ用意して、図１に示す単位集合電池１１を作製した。【０１９８】  以下、本実施例では、図１に示す素電池１として用意した１８６５０型電池を素電池Ｇと呼び、素電池２として用意した２６６５０型電池を素電池Ｈと呼ぶ。商品カタログによれば素電池Ｇの公称電流容量（０．２Ｃ）は１１００ｍＡｈで、素電池Ｈの公称電流容量（０．２Ｃ）は３０００ｍＡｈとされている。【０１９９】  本実施例で用意した素電池Ｇと素電池Ｈは集合電池の作製に先立ち、素電池Ｇと素電池Ｈはそれぞれの一つを解体して、それぞれの電極対向面積を測定した。その結果、電極対向面積は素電池Ｇが０．１３０ｍ２で、素電池Ｈが０．１８０ｍ２であった。この場合では、電池サイズが異なるので電極面積密度（電極素子の体積あたりの電極対向面積）で比較すべきであり、電極面積密度では素電池Ｇが９．１９ｍ２／Ｌで、素電池Ｈが６．１４ｍ２である。つまり、素電池Ｇと素電池Ｈは電極面積密度においては約１．５倍異なる。【０２００】  続いて、素電池Ｇと素電池Ｈのエネルギー容量及び出力性能の具体的数値を求めた。本実施例でも、実施例１における素電池Ｅ及び素電池Ｆの場合と同じように、用意した素電池Ｇと素電池ＨはＰＨＶやＥＢに搭載する集合電池を構成することを前提にして、素電池Ｇと素電池Ｈについてはエネルギー容量（１Ｃ）と出力性能（１５０秒間）を測定した。【０２０１】  エネルギー容量の決定に当っては、実施例１における場合と同じく、図５に示す手順で決定した。その結果、素電池Ｇのエネルギー容量（１Ｃ）は３．４Ｗｈであり、素電池Ｈのエネルギー容量（１Ｃ）は９．０Ｗｈであった。【０２０２】  また、出力性能の決定に当っても、実施例１に準じ、図６に示す手順で決定した。その結果、素電池Ｇの出力性能（１５０秒間）は２９Ｗであり、素電池Ｈの出力性能（１５０秒間）は４０Ｗであった。【０２０３】  以上のようにして求めたエネルギー容量と出力性能から、素電池Ｇの出力容量比率は８．５で、素電池Ｈの出力容量比率は４．４であり、素電池Ｇと素電池Ｈは出力容量比率では１．９５倍異なる。因みに素電池Ｇと素電池Ｈは電極素子の体積あたりの電極対向面積は１．５倍異なるが、この場合でも、電極面積密度の違いは出力性能とエネルギー容量の増減に対しては逆に作用するため、出力容量比率の違いは電極面積の密度の違い以上になることが分かる。【０２０４】  本発明に係る集合電池は、出力容量比率Ｘの素電池と出力容量比率Ｚの素電池の二種類だけで、Ｘ＞Ｙ＞Ｚの関係にある数多くの出力容量比率Ｙの集合電池を構成するというものであり、電極面積密度が１．５倍以上異なれば、放電レイト１Ｃに基づくエネルギー容量と１５０秒間の放電持続可能な放電レイトに基づく出力性能で算出される出力容量比率は十分１．８倍以上になることから、電極対向面積が１．５倍以上異なる二種類の素電池があれば、十分本発明が適用できる。【０２０５】  つまり、素電池Ｇのｎ個と素電池Ｈ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、該単位集合電池の出力容量比率Ｙは、ｎとｍの選択によって、８．６＞Ｙ＞４．４の範囲で設定することができる。当然、該単位集合電池の複数を直列に連結して最終形の集合電池を構成すれば、最終形の集合電池においてもその出力容量比率Ｙは８，６＞Ｙ＞４．４の範囲で高電圧の集合電池を構成できる。【０２０６】  そこで、素電池Ｇと素電池Ｈの並列接続数ｎとｍを適切に選択して、表２に示したＮｏ２１〜Ｎｏ２４のバッテリーに近似する性能の集合電池を用意することを目的に、並列接続数ｎとｍの異なるＮｏ１１〜Ｎｏ１４の単位集合電池を図１に示す構成で組み立てた。【０２０７】  組み立てたＮｏ１１〜Ｎｏ１４の単位集合電池は、当然、公称電圧は素電池Ｇ及び素電池Ｈと同じく３．２Ｖである。また組み立てた単位集合電池は、いずれも充電電圧を３．８Ｖに設定して十分に充電を行った後、終止電圧を２．５Ｖとしてそれぞれの単位集合電池のエネルギー容量（１Ｃ）を求めた。【０２０８】  また、Ｎｏ１１〜Ｎｏ１４の単位集合電池の出力性能については、終止電圧２．０Ｖとして図６にしめす方法で、それぞれの単位集合電池の１５０秒間放電持続可能な出力性能（１５０秒間）を求めた。【０２０９】  求められたＮｏ１１〜Ｎｏ１４の単位集合電池の出力性能（１５０秒間）とエネルギー容量（１Ｃ）は次の表５の左側に示したとおりである。表５に示した各単位集合電池はそれぞれ２４個を直列に接続すれば、表５の右側に示した最終形集合電池として、公称電圧７７Ｖで、出力性能７．５ｋＷ以上で、ＥＢ車種に搭載可能なバッテリーを構成することが出来、それぞれを搭載するＥＢ車種は、いずれも十分な登坂能力を備え、充電走行距離が約６０ｋｍから約９０ｋｍまで約１０ｋｍ刻みの四つのＥＢ車種としてラインアップされる。【０２１０】
【表５】
2016004774.tif 000007
【０２１１】  素電池Ｇと素電池Ｈは電極面積密度においては１．５倍の違いであるが、出力容量比率では１．９５倍異なる。その結果、素電池Ｇと素電池Ｈによって、充電走行距離が１０ｋｍ刻みで異なる、４つのＥＢ車種に搭載するためのバッテリーを準備することができる。【０２１２】  以上のように、本発明では、電極面積密度が１．５倍異なる二種類の素電池が準備できれば、出力性能はほぼ同じで、エネルギー容量がそれぞれ９％〜１４％程度異なる４つの性能の集合電池を構成できるので、十分本発明の効果が期待できる。
【実施例３】
【０２１３】  本発明に係る集合電池は、出力容量比率Ｘ＞７．４の素電池１と出力容量比率Ｚ＜３．０の素電池２が準備できれば、前述の表１と表２に示した、電池Ｎｏ１〜５及びＮｏ２１〜２５の１０種類の特性の異なるバッテリー（集合電池）が、全てこの二種類の素電池だけで用意することが出来るはずである。【０２１４】  リチウムイオン電池の中でも負極の主要活物質としてＬＴＯを使用するＬＴＯリチウムイオン電池は安全性に優れるとして注目されている。そこで、本実施例では出力容量比率の異なる二種類のＬＴＯリチウムイオン電池で本発明に係る集合電池を構成して、前述の表１と表２に示した１０種類のバッテリーに対応する集合電池を用意することを前提に、Ｎｏ２１〜Ｎｏ２５及びＮｏ３１〜Ｎｏ３５の１０種類の単位集合電池を図１に示す構成で組み立てた。【０２１５】  本実施例では正極の主要活物質としてはＬＭＯを使用して、公称電圧２．５ＶのＬＴＯリチウムイオン電池を図４に示す扁平型非水電解液二次電池として作製した。本実施例では、図１に示す素電池１として用意した電池は素電池Ｉと呼び、素電池２として用意した電池は素電池Ｊと呼ぶ。素電池Ｉは正極の厚さを８０μｍとし、これに適切にバランスする負極を組み合わせて、電極面積密度を８．３ｍ２／Ｌで作製した。一方、素電池Ｊは正極の厚さを１９０μｍとし、これに適切にバランスする負極を組み合わせて、電極面積密度を４．２ｍ２／Ｌで作製した。素電池Ｉと素電池Ｊは電極面積密度においては約１．９８倍異なる。【０２１６】  素電池Ｉと素電池Ｊのエネルギー容量及び出力性能の具体的数値は、実施例１の場合と同じように、ＰＨＶやＥＢに搭載するバッテリーを構成することを前提として、エネルギー容量（１Ｃ）と出力性能（１５０秒間）を測定した。【０２１７】  エネルギー容量の決定に当っては、実施例１の場合と同じく、図５に示す手順で決定した。その結果、素電池Ｉのエネルギー容量（１Ｃ）は２．８Ｗｈであり、素電池Ｊのエネルギー容量（１Ｃ）は４．４Ｗｈであった。【０２１８】  また、出力性能の決定に当っても、実施例１に準じ、図６に示す手順で決定した。その結果、素電池Ｉの出力性能（１５０秒間）は２２Ｗであり、素電池Ｊの出力性能（１５０秒間）は１２Ｗであった。【０２１９】  以上のようにして求めたエネルギー容量（１Ｃ）と出力性能（１５０秒間）から求められる出力容量比率は、素電池Ｉが７．８で、素電池Ｊは２．８であり、素電池Ｉと素電池Ｊは出力容量比率では２．８倍異なる。素電池Ｉと素電池Ｊは電極面積密度においては約１．９８倍異なるので、この場合でも、電極面積密度の違いは出力性能とエネルギー容量に対しては大小が逆に作用するため、出力容量比率の違いは電極面積の密度の違い以上に異なることが分かる。【０２２０】  素電池Ｉのｎ個と素電池Ｊ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、該単位集合電池の出力容量比率Ｙは、ｎとｍの選択によって、７．８＞Ｙ＞２．８の範囲で幅広く設定することができる。当然、該単位集合電池の複数を直列に連結して最終形の集合電池を構成すれば、最終形の集合電池においてもその出力容量比率Ｙは７．８＞Ｙ＞２．８の範囲で高電圧の集合電池を構���できる。【０２２１】  そこで、素電池Ｉと素電池Ｊの並列接続数ｎとｍを適切に選択して、表１に示したＮｏ１〜Ｎｏ５のバッテリーに近似する性能（５．９＞出力容量比率Ｙ＞３．０）の集合電池を用意することを目的に、並列接続数ｎとｍの異なるＮｏ２１〜Ｎｏ２５の５種類の単位集合電池を図１に示す構成で組み立てた。【０２２２】  組み立てた５種類の単位集合電池の公称電圧はいずれも素電池Ｉ及び素電池Ｊと同じ２．５Ｖである。また５種類の単位集合電池は、いずれも充電電圧を２．８Ｖに設定して十分に充電を行った後、終止電圧２．０Ｖとして図５にしめす方法で、それぞれの単位集合電池のエネルギー容量（１Ｃ）を求めた。【０２２３】  また、Ｎｏ２１〜Ｎｏ２５の単位集合電池の出力性能については、終止電圧１．５Ｖとして図６にしめす方法で、それぞれの単位集合電池の１５０秒間放電持続可能な出力性能（１５０秒間）を求めた。【０２２４】  以上のようにして求められたＮｏ２１〜Ｎｏ２５の単位集合電池の出力性能（１５０秒間）及びエネルギー容量（１Ｃ）は次の表６の左側に示したとおりである。【０２２５】
【表６】
2016004774.tif 000008
【０２２６】  表６に示した各単位集合電池はそれぞれ８３個を直列に接続すれば、公称電圧２０７Ｖで、表６の右に示した最終形集合電池として、出力性能（１５０秒間）は２８．５ｋＷ以上で、ＰＨＶ車種に搭載可能なバッテリーを構成することが出来、それぞれを搭載するＰＨＶ車種は、いずれも最高速度１００ｋｍ／ｈで走行が可能であり、充電走行距離が約３０ｋｍから約７０ｋｍまで約１０ｋｍ刻みで異なる五つのＰＨＶ車種としてラインアップされる。【０２２７】  次に同じく、素電池Ｉと素電池Ｊの並列接続数ｎとｍを適切に選択して、表２に示したＮｏ２１〜Ｎｏ２５のバッテリーに近似する性能の集合電池を用意することを目的に、並列接続数ｎとｍの異なるＮｏ３１〜Ｎｏ３５の５種類の単位集合電池を図１に示す構成で組み立てた。【０２２８】  組み立てた５種類の単位集合電池の公称電圧はいずれも素電池Ｉ及び素電池Ｊと同じ２．５Ｖである。また５種類の単位集合電池は、いずれも充電電圧を２．８Ｖに設定して十分に充電を行った後、終止電圧２．０Ｖとして図５にしめす方法で、それぞれの単位集合電池のエネルギー容量（１Ｃ）を求めた。【０２２９】  また、Ｎｏ３１〜Ｎｏ３５の単位集合電池の出力性能については、終止電圧１．５Ｖとして図６にしめす方法で、それぞれの単位集合電池の１５０秒間放電持続可能な出力性能（１５０秒間）を求めた。【０２３０】  以上のようにして求められたＮｏ３１〜Ｎｏ３５の単位集合電池の出力性能（１５０秒間）及びエネルギー容量（１Ｃ）は次の表７の左側に示したとおりである。【０２３１】
【表７】
2016004774.tif 000009
【０２３２】  表６に示した各単位集合電池（Ｎｏ３１〜３５）はそれぞれ３１個を直列に接続すれば、表６の右に示した最終形集合電池として、公称電圧７７Ｖで、出力性能（１５０秒間）はいずれも約８ｋＷで、ＥＢに搭載可能なバッテリーを構成することが出来る。それぞれを搭載するＥＢは、いずれも十分な登坂能力を備え、充電走行距離が約６０ｋｍから約１００ｋｍまで約１０ｋｍ刻みの五つのＥＢ車種としてラインアップされる。【０２３３】  以上のように、出力容量比率が７．８の素電池Ｉ（出力容量比率Ｘ＞７．４）と出力容量比率が２．８の素電池Ｊ（出力容量比率Ｚ＜３．０）の二種類の素電池だけで、出力容量比率が５．７〜３．１の５種類、及び７．３〜４．４の５種類の合計１０種類の出力容量比率の異なる単位集合電池が構成できた。勿論、これらを更に直列に接続すれば、高電圧の最終形集合電池が構成できる。【０２３４】  つまり、本発明によれば、出力容量比率Ｘ＞７．４の素電池１（図１）と出力容量比率Ｚ＜３．０の素電池２（図１）が準備できれば、前述の表１と表２に示した、出力容量比率Ｙが７．４≧Ｙ≧３．０の範囲にあるバッテリーは全て、図２に示す構成で用意することが出来る。
【実施例４】
【０２３５】  本実施例では、素電池１（図１）には負極の主要活物質がカーボンで、正極の主要活物質はＬＭＯとするリチウムイオン電池を採用し、素電池２（図１）は負極の主要活物質は同じくカーボンで、正極の主要活物質はＮＭＣとするリチウムイオン電池を採用して、図１に示す単位集合電池を構成して実施した。以下、本実施例で素電池１とする電池は素電池Ｋと呼び、素電池２とする電池は素電池Ｌと呼ぶ。ＬＭＯとＮＭＣの酸化還元電位は５％以内で近似しているため、素電池Ｋと素電池Ｌはいずれも充電上限電圧は４．２Ｖであり、公称電圧は３．７Ｖである。【０２３６】  素電池Ｋと素電池Ｌはいずれも図４に示す扁平型非水電解液二次電池として作製した。素電池Ｋは正極の厚さを７０μｍとし、これに適切にバランスする負極を組み合わせて、電極面積密度を１０．２ｍ２／Ｌで作製した。また、素電池Ｌは正極の厚さを１７０μｍとし、これに適切にバランスする負極を組み合わせて、電極面積密度を５．０ｍ２／Ｌで作製した。素電池Ｋと素電池Ｌは電極の厚さを違えることで、電極面積密度において約２．１倍の違いを生じせしめた。【０２３７】  素電池Ｋと素電池Ｌのエネルギー容量及び出力性能の具体的数値は、実施例１の場合と同じように、ＰＨＶに搭載する集合電池を構成することを前提として、エネルギー容量（１Ｃ）と出力性能（１５０秒間）を測定した。エネルギー容量の決定に当っては、実施例１の場合と同じく、図５に示す手順で決定した。その結果、素電池Ｋのエネルギー容量（１Ｃ）は４．０Ｗｈであり、素電池Ｌのエネルギー容量（１Ｃ）は７．７Ｗｈであった。【０２３８】  また、出力性能の決定に当っても、実施例１に準じ、図６に示す手順で決定した。その結果、素電池Ｋの出力性能（１５０秒間）は３７Ｗであり、素電池Ｌの出力性能（１５０秒間）は１８Ｗであった。【０２３９】  結局、素電池Ｋの出力容量比率は９．３で、素電池Ｌの出力容量比率は２．４であり、素電池Ｋと素電池Ｌは出力容量比率では３．９倍まで違えることが出来た。素電池Ｋと素電池Ｌは電極面積密度の違いでは約２．１倍なるので、この場合でも、電極面積密度の違いは出力性能とエネルギー容量に対しては大小逆に作用するため、出力容量比率の違いは電極面積の密度の違い以上になることが分かる。【０２４０】  このように素電池Ｋと素電池Ｌは出力容量比率で大きく異なるため、素電池Ｋのｎ個と素電池Ｌ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、該単位集合電池の出力容量比率Ｙは極めて広範囲（９．３＞Ｙ＞２．４）で設定することができる。当然、該単位集合電池の複数を直列に連結して最終形の集合電池を構成できるので、最終形集合電池の出力容量比率Ｙも極めて広範囲（９．３＞Ｙ＞２．４）に設定できる。【０２４１】  出力容量比率Ｙの設定範囲が広いことは、例えば、ＰＨＶに搭載するバッテリーの場合であれば、素電池をＰＨＶ以外の用途のバッテリーとも共通にできる可能性もあり、ＰＨＶ自体の充電走行距離の選択範囲が更に広くなる可能性もある。本実施例では、ＰＨＶの充電走行距離の選択範囲を広げることを前提として、素電池Ｋと素電池Ｌの並列接続数ｎとｍを調整することにより、Ｎｏ４１〜Ｎｏ４７の７種類の単位集合電池を図１に示す構成で組み立てた。【０２４２】  組み立てた７種類の単位集合電池の公称電圧はいずれも素電池Ｋ及び素電池Ｌと同じ３．７Ｖである。この７種類の単位集合電池は、いずれも充電電圧を４．２Ｖに設定して十分に充電（満充電）を行った後、終止電圧２．５Ｖとして図５にしめす方法で、それぞれの単位集合電池のエネルギー容量（１Ｃ）を求めた。【０２４３】  また、この７種類の単位集合電池の出力性能については、終止電圧２．０Ｖとして図６にしめす方法で、それぞれの単位集合電池の１５０秒間放電持続可能な出力性能（１５０秒間）を求めた。【０２４４】  求められたＮｏ４１〜Ｎｏ４７の単位集合電池の出力性能（１５０秒間）及びエネルギー容量（１Ｃ）は表８の左側に示したとおりである。【０２４５】
【表８】
2016004774.tif 000010
【０２４６】  表８に示した各単位集合電池（Ｎｏ４１〜４７）はそれぞれ５６個を直列に接続すれば、表８の右側に示した最終形集合電池として、公称電圧２０７（３．７×５６）Ｖで、出力性能（１５０秒間）はいずれも約２９ｋＷが確保されるので、それぞれを搭載するＰＨＶはいずれも市販のＰＨＶ並みの最高速度が確保され、充電走行距離は約２０ｋｍから約８０ｋｍまで約１０ｋｍ刻みの７つのＰＨＶ車種としてラインアップされる。【０２４７】  本実施例のように、出力容量比率が９．３の素電池１と出力容量比率が２．４の素電池２が準備できれば、ＰＨＶに搭載可能なバッテリーに限らず、どんな用途においても、求められる出力容量比率Ｙが９．３＞Ｙ＞２．４の範囲あるバッテリーは、全てこの二種類の素電池１と素電池２だけで構成することが出来る。【０２４８】  また、出力容量比率Ｘ＝９．３の素電池は電極の厚さを薄くして電極面積密度を１０．２ｍ２／Ｌ程度まで高めることで可能であり、出力容量比率Ｚ＝２．４の素電池は電極の厚さを厚くして電極面積密度を５．０ｍ２／Ｌ程度まで低減することで可能である。【０２４９】  勿論、従来通り、出力容量比率Ｙの集合電池は出力容量比率Ｙの素電池で構成できる。しかも、出力容量比率Ｙの素電池も電極の厚さを適切に選択すれば、当然作製可能である。しかしながら、出力容量比率Ｙの集合電池を出力容量比率Ｙの素電池で構成するという従来の方法では、表８に示すＮｏ４１からＮｏ４７の７種類の単位集合電池を構成しようとすれば、厚さが異なる７種類の電極を用意して、７種類の素電池を作製する必要がある。これに対して本実施例は表８に示すＮｏ４１からＮｏ４７の７種類の単位集合電池を素電池Ｋと素電池Ｌの２種類の素電池を作製するだけで構成して実施したものである。【０２５０】    以上、本発明の実施の形態を、実施例１では負極活物質にカーボンを使用し、正極活物質としてＮＭＣを使用した市販の１８６５０型リチウムイオン電池で実施する場合について、実施例２では市販のＬＦＰリチウムイオン電池で異なる電池サイズ（１８６５０型と２６６５０型）のリチウムイオン電池を並列に接続して実施する場合について、実施例３では、負極活物質にはＬＴＯを使用し、正極活物質としてＬＭＯを使用した扁平形のリチウムイオン電池を並列に接続して実施する場合について、また、実施例４では負極活物質にカーボンを使用し、正極活物質としてはＮＭＣとＬＭＯを使用した正極活物質の異なる扁平形のリチウムイオン電池を並列に接続して実施する場合についてそれぞれ示したが、素電池を構成する正極活物質や負極活物質、素電池サイズ、電池構造等はこれに限定されるものではない。【０２５１】    また、以上の実施例では、ＰＨＶやＥＢ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。【０２５２】    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。【０２５３】  以上の通り、本発明によれば、出力容量比率の異なる二種類の素電池だけで数多くの出力容量比率の異なる集合電池を構成することが可能となるので、素電池の大量生産が可能であり、量産効果による価格低減が可能となり、結果として、要求される様々な出力性能とエネルギー容量の異なる集合電池が安価に提供できるようになる。
【符号の説明】
【０２５４】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
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
１１  単位集合電池
１２  最終形集合電池
２３  集合電池正極端子
２４  集合電池負極端子
４０Ａ  電極巻回体（電極素子）
４０Ｂ  電極積層体（電極素子）
４１Ａ  円筒形金属電池容器
４１Ｂ  ラミネートシート容器
４３  素電池正極端子
４４  素電池負極端子
【図１】
2016004774.tif 000011
【図２】
2016004774.tif 000012
【図３】
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【図４】
2016004774.tif 000014
【図５】
2016004774.tif 000015
【図６】
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【図７】
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