特開 2025-27547 拘束具、電池システム、及び飛行体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025027547

(43)【公開日】2025-02-28

(54)【発明の名称】拘束具、電池システム、及び飛行体

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/262 20210101AFI20250220BHJP

   H01M 50/249 20210101ALI20250220BHJP

【ＦＩ】

H01M50/262 E

H01M50/262 M

H01M50/262 S

H01M50/249

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023132369

(22)【出願日】2023-08-15

(71)【出願人】

【識別番号】501440684

【氏名又は名称】ソフトバンク株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】320009152

【氏名又は名称】エナックス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000877

【氏名又は名称】弁理士法人ＲＹＵＫＡ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】齊藤 貴也

(72)【発明者】

【氏名】高柳 良基

(72)【発明者】

【氏名】福地 スヴェトラーナ

(72)【発明者】

【氏名】山本 遼一

(72)【発明者】

【氏名】榎本 未来

【テーマコード（参考）】

5H040

【Ｆターム（参考）】

5H040AA06

5H040CC23

5H040LL06

(57)【要約】      （修正有）

【課題】金属板拘束等と比較して重量が軽く、リチウム金属電池が充放電によって厚みが変化した場合に、リチウム金属電池に対する拘束圧が適切に調整される構造を備える、リチウム金属電池を拘束する拘束具を提供する。
【解決手段】複数の電池セル１１０を含むリチウム金属電池１００を拘束する拘束具であって、材質がゴムであり、板状の基部２１４及び基部上の複数の突起部を有する板状部材２１２と、板状部材がはめ込まれる枠部材２１８とを有する拘束部材２１０と、枠部材にはめ込まれた板状部材をリチウム金属電池に押し当てて加圧した状態で固定する固定部材とを備える拘束具を提供する。拘束具は、板状部材の弾性によって、複数の電池セルの充電時に複数の電池セルにかかる拘束具による圧力が５ＭＰａ以下であり、複数の電池セルの放電時に複数の電池セルにかかる拘束具による圧力が０．１ＭＰａ以上である。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の電池セルを含むリチウム金属電池を拘束する拘束具であって、
材質がゴム系であり、板状の基部及び前記基部上の複数の突起部を有する板状部材と、
前記板状部材がはめ込まれる枠部材と
を有する拘束部材と、
前記枠部材にはめ込まれた前記板状部材を前記リチウム金属電池に押し当てて加圧した状態で固定する固定部材と
を備える拘束具。

【請求項2】

前記複数の突起部のそれぞれは、円錐形状を有する、請求項１に記載の拘束具。

【請求項3】

前記複数の突起部のそれぞれは、高さと直径との比率が１対１から１対５の間である円錐形状を有する、請求項２に記載の拘束具。

【請求項4】

前記基部上に、長方形状であって中心部分に前記基部の縦方向に沿って切り込みが入った突起部と、長方形状であって中心部分に前記基部の横方向に沿って切り込みが入った突起部とが交互に配置されている、請求項１に記載の拘束具。

【請求項5】

前記板状部材の弾性によって、前記複数の電池セルの充電時に前記複数の電池セルにかかる前記拘束具による圧力が５ＭＰａ以下であり、前記複数の電池セルの放電時に前記複数の電池セルにかかる前記拘束具による圧力が０．１ＭＰａ以上である、請求項１から４のいずれか一項に記載の拘束具。

【請求項6】

前記複数の電池セルの充電時に前記複数の電池セルにかかる前記拘束具による圧力が３ＭＰａ以下である、請求項５に記載の拘束具。

【請求項7】

前記複数の電池セルの充電時に前記複数の電池セルにかかる前記拘束具による圧力が２ＭＰａ以下である、請求項６に記載の拘束具。

【請求項8】

前記複数の電池セルの放電時に前記複数の電池セルにかかる前記拘束具による圧力が０．３ＭＰａ以上である、請求項５に記載の拘束具。

【請求項9】

前記複数の電池セルの放電時に前記複数の電池セルにかかる前記拘束具による圧力が０．５ＭＰａ以上である、請求項８に記載の拘束具。

【請求項10】

前記拘束部材は、第１板状部材及び第１枠部材を有する第１拘束部材と、第２板状部材及び第２枠部材を有する第２拘束部材とを含み、
前記固定部材は、前記第１拘束部材及び前記第２拘束部材によって前記リチウム金属電池を挟み込んで加圧した状態で固定する、請求項１から４のいずれか一項に記載の拘束具。

【請求項11】

請求項１に記載の拘束具と、
前記リチウム金属電池と
を備える電池システム。

【請求項12】

請求項１１に記載の電池システムと、
前記電池システムに蓄積された電気エネルギーを利用して推進力を発生させる推進力発生装置と、
を備える飛行体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、拘束具、電池システム、及び飛行体に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、リチウムイオン電池において、積層された複数の電池セルを、金属製プレートにより挟持し、金属製バンドを用いて金属製プレートを拘束することにより、電池セルに対して積層方向の拘束圧力を付与することが記載されている。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］特開２０２２－０７５１５２号公報

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0003】

本発明の一実施態様によれば、拘束具が提供される。前記拘束具は、複数の電池セルを含むリチウム金属電池を拘束してよい。前記拘束具は、拘束部材を備えてよい。前記拘束部材は、材質がゴム系であり、板状の基部及び前記基部上の複数の突起部を有する板状部材と、前記板状部材がはめ込まれる枠部材とを有してよい。前記拘束具は、前記枠部材にはめ込まれた前記板状部材を前記リチウム金属電池に押し当てて加圧した状態で固定する固定部材を備えてよい。

【0004】

前記拘束具において、前記複数の突起部のそれぞれは、円錐形状を有してよい。前記複数の突起部のそれぞれは、高さと直径との比率が１対１から１対５の間である円錐形状を有してよい。

【0005】

前記いずれかの拘束具において、前記基部上に、長方形状であって中心部分に前記基部の縦方向に沿って切り込みが入った突起部と、長方形状であって中心部分に前記基部の横方向に沿って切り込みが入った突起部とが交互に配置されていてよい。

【0006】

前記いずれかの拘束具の、前記板状部材の弾性によって、前記複数の電池セルの充電時に前記複数の電池セルにかかる前記拘束具による圧力が５Ｍｐａ以下であり、前記複数の電池セルの放電時に前記複数の電池セルにかかる前記拘束具による圧力が０．１ＭＰａ以上であってよい。前記複数の電池セルの充電時に前記複数の電池セルにかかる前記拘束具による圧力が３ＭＰａ以下であってよい。前記複数の電池セルの充電時に前記複数の電池セルにかかる前記拘束具による圧力が２ＭＰａ以下であってよい。前記複数の電池セルの放電時に前記複数の電池セルにかかる前記拘束具による圧力が０．３ＭＰａ以上であってよい。前記複数の電池セルの放電時に前記複数の電池セルにかかる前記拘束具による圧力が０．５ＭＰａ以上であってよい。

【0007】

前記いずれかの拘束具において、前記拘束部材は、第１板状部材及び第１枠部材を有する第１拘束部材と、第２板状部材及び第２枠部材を有する第２拘束部材とを含んでよく、前記固定部材は、前記第１拘束部材及び前記第２拘束部材によって前記リチウム金属電池を挟み込んで加圧した状態で固定してよい。

【0008】

本発明の一実施態様によれば、前記拘束具と、前記リチウム金属電池とを備える電池システムが提供される。本発明の一実施態様によれば、前記電池システムと、前記電池システムに蓄積された電気エネルギーを利用して推進力を発生させる推進力発生装置と、を備える飛行体が提供される。

【0009】

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】電池システム１０の一例を概略的に示す。

【図2】電池システム１０の一例を概略的に示す。

【図3】板状部材２１２の一例を概略的に示す。

【図4】枠部材２１８の一例を概略的に示す。

【図5】板状部材２１２の一例を概略的に示す。

【図6】板状部材２１２の一例を概略的に示す。

【図7】電池システム１０を搭載したＨＡＰＳ７００の一例を概略的に示す。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

【0012】

リチウムイオン電池は、０．０～０．２ＭＰａ程度の、圧力無し又は低圧力で拘束することによって、十分な電池特性を得ることができる。一方、リチウム金属電池を、リチウムイオン電池の場合と同様の圧力で拘束した場合、サイクル寿命が悪くなることが発見された。金属板によって拘束する金属板拘束等の方法で拘束圧を高めることにより、サイクル寿命は改善するが、拘束部材が重くなり、重量エネルギー密度が低下してしまう。また、リチウム金属電池は、充放電によってその厚みが変化することになるが、金属板拘束では、圧力の調整が適切に行われないので、リチウム金属電池に対する拘束圧が過剰になったり、不足したりしてしまう可能性がある。本実施形態に係る拘束具２００は、金属板拘束等と比較して重量が軽く、リチウム金属電池が充放電によって厚みが変化した場合に、リチウム金属電池に対する拘束圧が適切に調整される構造を備える。

【0013】

図１及び図２は、電池システム１０の一例を概略的に示す。電池システム１０は、リチウム金属電池１００と、拘束具２００とを備える。リチウム金属電池１００は、複数の電池セル１１０を含む。複数の電池セル１１０は、並べて配置されている。

【0014】

拘束具２００は、リチウム金属電池１００を拘束する。拘束具２００は、リチウム金属電池１００を、複数の電池セル１１０が並ぶ方向に沿って拘束してよい。

【0015】

図１及び図２に示す例において、拘束具２００は、拘束部材２１０、拘束部材２２０、及び固定部材２３０を有する。拘束部材２１０は、第１拘束部材の一例であってよい。拘束部材２２０は、第２拘束部材の一例であってよい。固定部材２３０は、拘束部材２１０及び拘束部材２２０によってリチウム金属電池１００を挟み込んで加圧した状態で固定する。

【0016】

なお、拘束具２００は、拘束部材２１０及び拘束部材２２０のうちの一方のみを有してもよい。例えば、拘束具２００は、拘束部材２１０及び拘束部材２２０のうち、拘束部材２１０のみを有する。この場合、リチウム金属電池１００の拘束部材２１０が位置する側とは反対側に、例えば、炭素繊維複合材料（ＣＦＲＰ：Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）等の、硬度が比較的高く、重量が比較的軽い材料によって形成された部材が配置される。そして、固定部材２３０が、拘束部材２１０をリチウム金属電池１００に押し当てて加圧した状態で固定する。固定部材２３０は、リチウム金属電池１００の拘束部材２２０の側に配置された部材と拘束部材２１０とによってリチウム金属電池１００を挟み込んで加圧した状態で固定してよい。

【0017】

本実施形態では、拘束具２００が、拘束部材２１０及び拘束部材２２０を備える場合を主に例に挙げて説明する。

【0018】

拘束部材２１０は、板状部材２１２と、枠部材２１８とを含む。板状部材２１２は、第１板状部材の一例であってよい。枠部材２１８は、第１枠部材の一例であってよい。

【0019】

板状部材２１２は、材質がゴム系である。板状部材２１２の材質の具体例として、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ： Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ Ｄｉｅｎｅ Ｍｏｎｏｍｅｒ）が挙げられるが、これに限られない。他の例として、天然ゴム、スチレンブタジエンゴム、ニトリルゴム、ブチルゴム、クロロプレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンンゴム、アクリルゴム、シリコーンゴム、及びフッ素ゴム等が挙げられるが、これら以外であってもよい。

【0020】

板状部材２１２は、板状の基部２１４と、基部２１４上の複数の突起部２１６とを有する。基部２１４は、第１基部の一例であってよい。突起部２１６は、第１突起部の一例であってよい。複数の突起部２１６は、リチウム金属電池１００に対してできるだけ均一に圧力がかかり、かつ、座屈しづらい構成を有してよい。複数の突起部２１６同士の隙間は、基部２１４の面積の０．０５～０．３であってよい。複数の突起部２１６同士の隙間は、基部２１４の面積の０．１～０．２であってよい。

【0021】

枠部材２１８は、板状部材２１２がはめ込まれる。枠部材２１８には、掘り込みがあり、掘り込みに対して板状部材２１２がはめ込まれる。枠部材２１８は、硬度が比較的高く、重量が比較的軽い材料によって形成されてよい。枠部材２１８の材料の例として、ＣＦＲＰが挙げられるが、これに限られない。

【0022】

拘束部材２２０は、板状部材２２２と、枠部材２２８とを含む。拘束部材２２０は、拘束部材２１０と同様の構成を有する。板状部材２２２は、第２板状部材の一例であってよい。枠部材２２８は、第２枠部材の一例であってよい。

【0023】

板状部材２２２は、材質がゴム系である。板状部材２２２の材質の具体例として、エチレンプロピレンジエンゴムが挙げられるが、これに限られない。他の例として、天然ゴム、スチレンブタジエンゴム、ニトリルゴム、ブチルゴム、クロロプレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンンゴム、アクリルゴム、シリコーンゴム、及びフッ素ゴム等が挙げられるが、これら以外であってもよい。

【0024】

板状部材２２２は、板状の基部２２４と、基部２２４上の複数の突起部２２６とを有する。基部２２４は、第２基部の一例であってよい。突起部２２６は、第２突起部の一例であってよい。複数の突起部２２６は、リチウム金属電池１００に対してできるだけ均一に圧力がかかり、かつ、座屈しづらい構成を有してよい。

【0025】

枠部材２２８は、板状部材２２２がはめ込まれる。枠部材２２８には、掘り込みがあり、掘り込みに対して板状部材２２２がはめ込まれる。枠部材２２８は、硬度が比較的高く、重量が比較的軽い材料によって形成されてよい。枠部材２２８の材料の例として、ＣＦＲＰが挙げられるが、これに限られない。

【0026】

固定部材２３０は、拘束部材２１０及び拘束部材２２０によってリチウム金属電池１００を挟み込んで加圧した状態で固定することができれば、どのような部材であってもよい。固定部材２３０は、例えば、ＣＦＲＰ等の、硬度が比較的高く、重量が比較的軽い材料によって形成された箱型の部材であってよい。

【0027】

拘束部材２１０の板状部材２１２の弾性と、拘束部材２２０の板状部材２２２の弾性とによって、リチウム金属電池１００の複数の電池セル１１０の充電時に複数の電池セル１１０にかかる拘束具２００による圧力が５ＭＰａ以下であり、複数の電池セル１１０の放電時に複数の電池セル１１０に係る拘束具２００による圧力が０．１ＭＰａ以上となるように、拘束部材２１０、拘束部材２２０、及び固定部材２３０が構成される。すなわち、充放電によってリチウム金属電池１００の厚みが変化しても、リチウム金属電池１００にかかる圧力が０．１ＭＰａ～５ＭＰａとなるように、拘束部材２１０、拘束部材２２０、及び固定部材２３０が構成される。具体的には、このような圧力を実現するように、板状部材２１２のゴム系の種類と、板状部材２１２の複数の突起部２１６の形状、数、及び配置と、板状部材２２２のゴム系の種類と、板状部材２２２の複数の突起部２２６の形状、数、及び配置と、固定部材２３０による固定力とを調整することによって、拘束具２００が構成される。例えば、板状部材２１２のゴム系の種類と、板状部材２１２の複数の突起部２１６の形状、数、及び配置と、板状部材２２２のゴム系の種類と、板状部材２２２の複数の突起部２２６の形状、数、及び配置と、固定部材２３０による固定力との一部又は全部を変更した様々なバリエーションの拘束具２００を生成して、生成した拘束具２００で実際にリチウム金属電池１００を拘束し、リチウム金属電池１００を充放電させたときにリチウム金属電池１００にかかる圧力をロードセル等によって測定し、リチウム金属電池１００にかかる圧力が０．１ＭＰａ～５ＭＰａとなる拘束具２００を採用することによって、本実施形態に係る拘束具２００を生成することができる。

【0028】

同様に、拘束部材２１０の板状部材２１２の弾性と、拘束部材２２０の板状部材２２２の弾性とによって、リチウム金属電池１００の複数の電池セル１１０の充電時に複数の電池セル１１０にかかる拘束具２００による圧力が３ＭＰａ以下であり、複数の電池セル１１０の放電時に複数の電池セル１１０に係る拘束具２００による圧力が０．１ＭＰａ以上となるように、拘束部材２１０、拘束部材２２０、及び固定部材２３０が構成されてもよい。

【0029】

同様に、拘束部材２１０の板状部材２１２の弾性と、拘束部材２２０の板状部材２２２の弾性とによって、リチウム金属電池１００の複数の電池セル１１０の充電時に複数の電池セル１１０にかかる拘束具２００による圧力が２ＭＰａ以下であり、複数の電池セル１１０の放電時に複数の電池セル１１０に係る拘束具２００による圧力が０．１ＭＰａ以上となるように、拘束部材２１０、拘束部材２２０、及び固定部材２３０が構成されてもよい。

【0030】

同様に、拘束部材２１０の板状部材２１２の弾性と、拘束部材２２０の板状部材２２２の弾性とによって、リチウム金属電池１００の複数の電池セル１１０の充電時に複数の電池セル１１０にかかる拘束具２００による圧力が５ＭＰａ以下であり、複数の電池セル１１０の放電時に複数の電池セル１１０に係る拘束具２００による圧力が０．３ＭＰａ以上となるように、拘束部材２１０、拘束部材２２０、及び固定部材２３０が構成されてもよい。

【0031】

同様に、拘束部材２１０の板状部材２１２の弾性と、拘束部材２２０の板状部材２２２の弾性とによって、リチウム金属電池１００の複数の電池セル１１０の充電時に複数の電池セル１１０にかかる拘束具２００による圧力が３ＭＰａ以下であり、複数の電池セル１１０の放電時に複数の電池セル１１０に係る拘束具２００による圧力が０．３ＭＰａ以上となるように、拘束部材２１０、拘束部材２２０、及び固定部材２３０が構成されてもよい。

【0032】

同様に、拘束部材２１０の板状部材２１２の弾性と、拘束部材２２０の板状部材２２２の弾性とによって、リチウム金属電池１００の複数の電池セル１１０の充電時に複数の電池セル１１０にかかる拘束具２００による圧力が２ＭＰａ以下であり、複数の電池セル１１０の放電時に複数の電池セル１１０に係る拘束具２００による圧力が０．３ＭＰａ以上となるように、拘束部材２１０、拘束部材２２０、及び固定部材２３０が構成されてもよい。

【0033】

同様に、拘束部材２１０の板状部材２１２の弾性と、拘束部材２２０の板状部材２２２の弾性とによって、リチウム金属電池１００の複数の電池セル１１０の充電時に複数の電池セル１１０にかかる拘束具２００による圧力が５ＭＰａ以下であり、複数の電池セル１１０の放電時に複数の電池セル１１０に係る拘束具２００による圧力が０．５ＭＰａ以上となるように、拘束部材２１０、拘束部材２２０、及び固定部材２３０が構成されてもよい。

【0034】

同様に、拘束部材２１０の板状部材２１２の弾性と、拘束部材２２０の板状部材２２２の弾性とによって、リチウム金属電池１００の複数の電池セル１１０の充電時に複数の電池セル１１０にかかる拘束具２００による圧力が３ＭＰａ以下であり、複数の電池セル１１０の放電時に複数の電池セル１１０に係る拘束具２００による圧力が０．５ＭＰａ以上となるように、拘束部材２１０、拘束部材２２０、及び固定部材２３０が構成されてもよい。

【0035】

同様に、拘束部材２１０の板状部材２１２の弾性と、拘束部材２２０の板状部材２２２の弾性とによって、リチウム金属電池１００の複数の電池セル１１０の充電時に複数の電池セル１１０にかかる拘束具２００による圧力が２ＭＰａ以下であり、複数の電池セル１１０の放電時に複数の電池セル１１０に係る拘束具２００による圧力が０．５ＭＰａ以上となるように、拘束部材２１０、拘束部材２２０、及び固定部材２３０が構成されてもよい。

【0036】

拘束具２００が、拘束部材２１０及び拘束部材２２０のうち、拘束部材２１０のみを有する場合、拘束部材２１０の板状部材２１２の弾性によって、リチウム金属電池１００の複数の電池セル１１０の充電時に複数の電池セル１１０にかかる拘束具２００による圧力が５ＭＰａ以下であり、複数の電池セル１１０の放電時に複数の電池セル１１０に係る拘束具２００による圧力が０．１ＭＰａ以上となるように、拘束部材２１０及び固定部材２３０が構成されてよい。すなわち、充放電によってリチウム金属電池１００の厚みが変化しても、リチウム金属電池１００にかかる圧力が０．１ＭＰａ～５ＭＰａとなるように、拘束部材２１０及び固定部材２３０が構成される。具体的には、このような圧力を実現するように、板状部材２１２のゴム系の種類と、板状部材２１２の複数の突起部２１６の形状、数、及び配置と、固定部材２３０による固定力とを調整することによって、拘束具２００が構成される。例えば、板状部材２１２のゴム系の種類と、板状部材２１２の複数の突起部２１６の形状、数、及び配置と、固定部材２３０による固定力との一部又は全部を変更した様々なバリエーションの拘束具２００を生成して、生成した拘束具２００で実際にリチウム金属電池１００を拘束し、リチウム金属電池１００を充放電させたときにリチウム金属電池１００にかかる圧力をロードセル等によって測定し、リチウム金属電池１００にかかる圧力が０．１ＭＰａ～５ＭＰａとなる拘束具２００を採用することによって、本実施形態に係る拘束具２００を生成することができる。

【0037】

同様に、拘束部材２１０の板状部材２１２の弾性によって、リチウム金属電池１００の複数の電池セル１１０の充電時に複数の電池セル１１０にかかる拘束具２００による圧力が３ＭＰａ以下であり、複数の電池セル１１０の放電時に複数の電池セル１１０に係る拘束具２００による圧力が０．１ＭＰａ以上となるように、拘束部材２１０及び固定部材２３０が構成されてもよい。

【0038】

同様に、拘束部材２１０の板状部材２１２の弾性によって、リチウム金属電池１００の複数の電池セル１１０の充電時に複数の電池セル１１０にかかる拘束具２００による圧力が２ＭＰａ以下であり、複数の電池セル１１０の放電時に複数の電池セル１１０に係る拘束具２００による圧力が０．１ＭＰａ以上となるように、拘束部材２１０及び固定部材２３０が構成されてもよい。

【0039】

同様に、拘束部材２１０の板状部材２１２の弾性によって、リチウム金属電池１００の複数の電池セル１１０の充電時に複数の電池セル１１０にかかる拘束具２００による圧力が５ＭＰａ以下であり、複数の電池セル１１０の放電時に複数の電池セル１１０に係る拘束具２００による圧力が０．３ＭＰａ以上となるように、拘束部材２１０及び固定部材２３０が構成されてもよい。

【0040】

同様に、拘束部材２１０の板状部材２１２の弾性によって、リチウム金属電池１００の複数の電池セル１１０の充電時に複数の電池セル１１０にかかる拘束具２００による圧力が３ＭＰａ以下であり、複数の電池セル１１０の放電時に複数の電池セル１１０に係る拘束具２００による圧力が０．３ＭＰａ以上となるように、拘束部材２１０及び固定部材２３０が構成されてもよい。

【0041】

同様に、拘束部材２１０の板状部材２１２の弾性によって、リチウム金属電池１００の複数の電池セル１１０の充電時に複数の電池セル１１０にかかる拘束具２００による圧力が２ＭＰａ以下であり、複数の電池セル１１０の放電時に複数の電池セル１１０に係る拘束具２００による圧力が０．３ＭＰａ以上となるように、拘束部材２１０及び固定部材２３０が構成されてもよい。

【0042】

同様に、拘束部材２１０の板状部材２１２の弾性によって、リチウム金属電池１００の複数の電池セル１１０の充電時に複数の電池セル１１０にかかる拘束具２００による圧力が５ＭＰａ以下であり、複数の電池セル１１０の放電時に複数の電池セル１１０に係る拘束具２００による圧力が０．５ＭＰａ以上となるように、拘束部材２１０及び固定部材２３０が構成されてもよい。

【0043】

同様に、拘束部材２１０の板状部材２１２の弾性によって、リチウム金属電池１００の複数の電池セル１１０の充電時に複数の電池セル１１０にかかる拘束具２００による圧力が３ＭＰａ以下であり、複数の電池セル１１０の放電時に複数の電池セル１１０に係る拘束具２００による圧力が０．５ＭＰａ以上となるように、拘束部材２１０及び固定部材２３０が構成されてもよい。

【0044】

同様に、拘束部材２１０の板状部材２１２の弾性によって、リチウム金属電池１００の複数の電池セル１１０の充電時に複数の電池セル１１０にかかる拘束具２００による圧力が２ＭＰａ以下であり、複数の電池セル１１０の放電時に複数の電池セル１１０に係る拘束具２００による圧力が０．５ＭＰａ以上となるように、拘束部材２１０及び固定部材２３０が構成されてもよい。

【0045】

下記表１は、電池セル１１０の充電時にかかる圧力及び放電時にかかる圧力毎の、２００サイクル時の電池セル１１０の容量維持率を実験した実験結果を示す。表１では、電池セル１１０を充電するときに電池セル１１０にかかる圧力が最も強くなる充電終止時の圧力と、電池セル１１０を放電するときに電池セル１１０に係る圧力が最も弱くなる放電終止時の圧力との組み合わせ毎の、２００サイクル時の電池セル１１０の容量維持率を実験した実験結果を示す。実験は、電池セル１１０の充電終止時にかかる圧力及び放電終止時にかかる圧力の組み合わせ毎に、複数回行い、そもそもサイクル数が２００以下であった場合を「×」、２００サイクル時の容量維持率が７０％未満の場合を「△」、２００サイクル時の容量維持率が７０％以上９０％未満の場合を「〇」、２００サイクル時の容量維持率が９０％以上の場合を「◎」としている。

【0046】

当該実験結果は、例えば、充電終止時の圧力が２ＭＰａ、放電終止時の圧力が０．３ＭＰａとなる条件で、電池セル１１０の充放電を２００サイクル繰り返したときの、電池セル１１０の容量維持率が、９０％以上であったことを示す。

【0047】

当該実験結果は、充電時にかかる圧力を最大２ＭＰａ又は３ＭＰａとし、放電時にかかる圧力を最小０．３ＭＰａ、０．５ＭＰａ、又は０．６ＭＰａとすることによって、電池セル１１０の充放電を２００サイクル繰り返したときの、リチウム金属電池１００の容量維持率が、９０％以上であることを示す。

【0048】

【表1】

【0049】

表１に示すように、充電時圧力は、０．８ＭＰａ～６ＭＰａであることが望ましく、１ＭＰａから５ＭＰａであることがさらに望ましく、１ＭＰａから４ＭＰａであることがさらに望ましく、２ＭＰａ又は３ＭＰａであることがさらに望ましい。放電時圧力は、０．１ＭＰａ～０．６ＭＰａであることが望ましく、放電時圧力は、０．２ＭＰａ～０．６ＭＰａであることがさらに望ましく、放電時圧力は、０．３ＭＰａ～０．６ＭＰａであることがさらに望ましい。

【0050】

表１に示すように、充電時圧力が１ＭＰａ～４ＭＰａであって、放電時圧力が０．２ＭＰａ～０．６ＭＰａであることが望ましく、充電時圧力が２ＭＰａ又は３ＭＰａであって、放電時圧力が０．３ＭＰａ～０．６ＭＰａであることがさらに望ましい。本実施形態にかかる拘束具２００によれば、このような範囲条件を満たすように、リチウム金属電池１００を拘束することができ、リチウム金属電池１００の性能維持に貢献することができる。

【0051】

図３は、板状部材２１２の一例を概略的に示す。図３に示す板状部材２１２の寸法は一例である。板状部材２１２の寸法は、リチウム金属電池１００の複数の電池セル１１０の充電時に複数の電池セル１１０にかかる拘束具２００による圧力が５ＭＰａ以下であり、複数の電池セル１１０の放電時に複数の電池セル１１０に係る拘束具２００による圧力が０．１ＭＰａ以上となるように、板状部材２１２の材質等に応じて決定され得る。板状部材２２２は、板状部材２１２と同じ構成を有してよい。

【0052】

図３に示す例において、基部２１４は、縦９３ｍｍ、横６６ｍｍ、高さ４ｍｍである。突起部２１６は、長方形状を有する。突起部２１６は、縦１２ｍｍ、横１２ｍｍ、高さ１０ｍｍである。複数の突起部２１６は、縦方向及び横方向に並べて配置される。複数の突起部２１６の間隔は、２ｍｍである。

【0053】

板状部材２１２がこのような構造を有することによって、複数の突起部２１６が座屈しにくく、電池セル１１０に均一な圧力が作用するようにしつつ、リチウム金属電池１００の厚みが変化した場合に、リチウム金属電池１００にかかる圧力を適切に調整可能とすることができる。また、複数の突起部２１６とリチウム金属電池１００との摩擦によって、リチウム金属電池１００がずれてしまう可能性を低減できる。

【0054】

図４は、枠部材２１８の一例を概略的に示す。図４に示す寸法は一例であって、他の寸法であってもよい。枠部材２１８は、掘り込み２１９を有する。掘り込み２１９の深さは、基部２１４の高さと同じであってよい。掘り込み２１９の深さは、基部２１４の高さの１０分の１から２分の１であってよい。掘り込み２１９の深さは、基部２１４の高さの５分の１から３分の１であってよい。枠部材２２８は、枠部材２１８と同じ構成を有してよい。

【0055】

図５は、板状部材２１２の一例を概略的に示す。図５に示す板状部材２１２の寸法は一例である。板状部材２１２の寸法は、リチウム金属電池１００の複数の電池セル１１０の充電時に複数の電池セル１１０にかかる拘束具２００による圧力が５ＭＰａ以下であり、複数の電池セル１１０の放電時に複数の電池セル１１０に係る拘束具２００による圧力が０．１ＭＰａ以上となるように、板状部材２１２の材質等に応じて決定され得る。板状部材２２２は、板状部材２１２と同じ構成を有してよい。

【0056】

図５に示す例において、基部２１４は、縦９３ｍｍ、横６６ｍｍ、高さ４ｍｍである。図５に示す例において、基部２１４上に、長方形状であって、中心部分に基部２１４の縦方向に沿って切り込みが入った突起部２１６２と、長方形状であって中心部分に基部２１４の横方向に沿って切り込みが入った突起部２１６４とが交互に配置されている。図５に示す例において、突起部２１６２及び突起部２１６４の全体的な寸法は、縦１２ｍｍ、横１２ｍｍ、高さ１０ｍｍである。切り込みの幅は、６ｍｍであり、切り込みの部分の高さは８ｍｍである。すなわち、切り込みの深さは２ｍｍである。突起部２１６２及び突起部２１６４の間隔は、２ｍｍである。

【0057】

図５に示すように、異なる方向に切り込みが入った突起部を交互に配置することによって、図３に示す構造による利点に加えて、ゴム変形の方向性をキャンセルすることができ、電池セル１１０に対して部分的に過度な圧力がかかって電池セル１１０が損傷してしまうような可能性を低減することができる。

【0058】

図６は、板状部材２１２の一例を概略的に示す。図６に示す板状部材２１２の寸法は一例である。板状部材２１２の寸法は、リチウム金属電池１００の複数の電池セル１１０の充電時に複数の電池セル１１０にかかる拘束具２００による圧力が５ＭＰａ以下であり、複数の電池セル１１０の放電時に複数の電池セル１１０に係る拘束具２００による圧力が０．１ＭＰａ以上となるように、板状部材２１２の材質等に応じて決定され得る。板状部材２２２は、板状部材２１２と同じ構成を有してよい。

【0059】

図６に示す例において、基部２１４は、縦９３ｍｍ、横６６ｍｍ、高さ４ｍｍである。突起部２１６は、円錐形状を有する。突起部２１６の頂点側は、カーブ形状であってよい。突起部２１６の頂点側は、平面形状であってもよい。突起部２１６は、高さと直径との比率が１対１から１対５の間であってよい。突起部２１６は、高さと直径との比率が１対３であってよい。突起部２１６の底面の直径は、５ｍｍ～３０ｍｍであってよい。図６に示す例において、突起部２１６の底面の直径は１２ｍｍであり、高さが１０ｍｍである。なお、突起部２１６は、四角錐形状であってもよい。

【0060】

板状部材２１２がこのような構造を有することによって、複数の突起部２１６が座屈しにくく、電池セル１１０に均一な圧力が作用するようにしつつ、リチウム金属電池１００の厚みが変化した場合に、リチウム金属電池１００にかかる圧力を適切に調整可能とすることができる。また、複数の突起部２１６とリチウム金属電池１００との摩擦によって、リチウム金属電池１００がずれてしまう可能性を低減できる。

【0061】

図７は、電池システム１０を搭載したＨＡＰＳ７００の一例を概略的に示す。ＨＡＰＳ７００は、地上に向けてビーム７０２を照射することにより形成した通信エリア７０４内のユーザ端末３０に無線通信サービスを提供する飛行体である。ＨＡＰＳ７００は、電池システム１０と、電池システム１０に蓄積された電気エネルギーを利用して推進力を発生させる推進力発生装置とを備える飛行体の一例であってよい。

【0062】

ＨＡＰＳ７００は、機体７１０、中央部７２０、プロペラ７３０、ポッド７４０、及び太陽電池パネル７５０を備える。機体７１０は、翼部７１２を有する。翼部７１２は、左翼部７１４及び右翼部７１６を含む。

【0063】

例えば、翼部７１２の内部に、電池システム１０が配置される。電池システム１０に蓄積された電気エネルギーは、ＨＡＰＳ７００が備える各構成によって利用される。例えば、電池システム１０に蓄積された電気エネルギーは、推進力を発生させるプロペラ７３０のモータによって利用される。一具体例として、翼部７１２の内部に、並列に接続された複数の電池システム１０が配置される。複数の電池システム１０のうち、左側の複数の電池システム１０が、左翼部７１４に配置され、右側の複数の電池システム１０が、右翼部７１６に配置されてよい。複数の電池システム１０によって放電された電力は、ＨＡＰＳ７００が備える各構成によって利用される。例えば、複数の電池システム１０によって放電された電力は、プロペラ７３０のモータによって利用される。

【0064】

中央部７２０内には、飛行制御部７２２及び通信制御部７２４が配置される。飛行制御部７２２は、複数の電池システム１０によって放電された電力を用いて、ＨＡＰＳ７００の飛行を制御する。通信制御部７２４は、複数の電池システム１０によって放電された電力を用いて、ＨＡＰＳ７００の通信を制御する。

【0065】

飛行制御部７２２は、例えば、プロペラ７３０の回転を制御することによってＨＡＰＳ７００の飛行を制御する。また、飛行制御部７２２は、不図示のフラップやエレベータの角度を変更することによってＨＡＰＳ７００の飛行を制御してもよい。飛行制御部７２２は、ＧＰＳセンサ等の測位センサ、ジャイロセンサ、及び加速度センサ等の各種センサを備えて、ＨＡＰＳ７００の位置、移動方向、及び移動速度を管理してよい。

【0066】

通信制御部７２４は、ＳＬ（Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｌｉｎｋ）アンテナを用いて、地上に通信エリア７０４を形成する。通信制御部７２４は、ＳＬアンテナを用いて、地上のユーザ端末３０とサービスリンクを形成する。ＳＬアンテナは、マルチビームアンテナであってもよい。通信エリア７０４は、マルチセルであってもよい。

【0067】

通信制御部７２４は、ＦＬ（Ｆｅｅｄｅｒ Ｌｉｎｋ）アンテナを用いて、地上のゲートウェイ４０との間でフィーダリンクを形成してよい。通信制御部７２４は、ゲートウェイ４０を介して、ネットワーク２０にアクセスしてよい。

【0068】

通信制御部７２４は、衛星通信アンテナを用いて、通信衛星５０と通信してよい。通信制御部７２４は、通信衛星５０及び衛星通信局６０を介して、ネットワーク２０にアクセスしてよい。

【0069】

ユーザ端末３０は、ＨＡＰＳ７００と通信可能であればどのような通信端末であってもよい。例えば、ユーザ端末３０は、スマートフォン等の携帯電話である。ユーザ端末３０は、タブレット端末及びＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）等であってもよい。ユーザ端末３０は、いわゆるＩｏＴ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｔｈｉｎｇ）デバイスであってもよい。ユーザ端末３０は、いわゆるＩｏＥ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ ｏｆ Ｅｖｅｒｙｔｈｉｎｇ）に該当するあらゆるものを含み得る。

【0070】

ＨＡＰＳ７００は、例えば、フィーダリンク又は通信衛星５０と、サービスリンクとを介して、ネットワーク２０とユーザ端末３０との通信を中継する。ＨＡＰＳ７００は、ユーザ端末３０とネットワーク２０との通信を中継することによって、ユーザ端末３０に無線通信サービスを提供してよい。

【0071】

ネットワーク２０は、移動体通信ネットワークを含む。移動体通信ネットワークは、ＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）通信方式、５Ｇ（５ｔｈ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）通信方式、３Ｇ（３ｒｄ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）通信方式、及び６Ｇ（６ｔｈ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）通信方式以降の通信方式のいずれに準拠していてもよい。ネットワーク２０は、インターネットを含んでもよい。

【0072】

ＨＡＰＳ７００は、例えば、通信エリア７０４内のユーザ端末３０から受信したデータをネットワーク２０に送信する。また、ＨＡＰＳ７００は、例えば、ネットワーク２０を介して、通信エリア７０４内のユーザ端末３０宛のデータを受信した場合に、当該データをユーザ端末３０に送信する。

【0073】

ＨＡＰＳ７００は、例えば、成層圏において、予め定められた飛行経路を巡回しながら、地上の特定のエリアに通信エリア７０４を維持する。ＨＡＰＳ７００は、日中に太陽電池パネル７５０によって発電した電力を複数の電池システム１０に蓄え、夜間は複数の電池システム１０の電力を用いることによって、成層圏の飛行を維持する。ＨＡＰＳ７００は、例えば、日中に複数の電池システム１０を充電しつつ、上昇して位置エネルギーを蓄え、夜間は、緩やかに下降しつつ、適宜電池システム１０の電力を用いてプロペラ７３０等を稼働させることによって、成層圏の飛行を維持する。

【0074】

管理装置８００は、複数のＨＡＰＳ７００を管理する。管理装置８００は、ネットワーク２０及びゲートウェイ４０を介して、ＨＡＰＳ７００と通信してよい。管理装置８００は、ネットワーク２０、衛星通信局６０、及び通信衛星５０を介して、ＨＡＰＳ７００と通信してもよい。

【0075】

管理装置８００は、指示を送信することによってＨＡＰＳ７００を制御する。管理装置８００は、通信エリア７０４によって地上の対象エリアをカバーさせるべく、ＨＡＰＳ７００に、対象エリアの上空を旋回させてよい。ＨＡＰＳ７００は、例えば、対象エリアの上空を円軌道で飛行しつつ、ＦＬアンテナの指向方向を調整することによってゲートウェイ４０との間のフィーダリンクを維持し、ＳＬアンテナの指向方向を調整することによって通信エリア７０４による対象エリアのカバーを維持する。

【0076】

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

【0077】

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階などの各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」などと明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」などを用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

【符号の説明】

【0078】

１０ 電池システム、２０ ネットワーク、３０ ユーザ端末、４０ ゲートウェイ、５０ 通信衛星、６０ 衛星通信局、１００ リチウム金属電池、１１０ 電池セル、２００ 拘束具、２１０ 拘束部材、２１２ 板状部材、２１４ 基部、２１６ 突起部、２１６２ 突起部、２１６４ 突起部、２１８ 枠部材、２１９ 掘り込み、２２０ 拘束部材、２２２ 板状部材、２２４ 基部、２２６ 突起部、２２８ 枠部材、２３０ 固定部材、７００ ＨＡＰＳ、７０２ ビーム、７０４ 通信エリア、７１０ 機体、７１２ 翼部、７１４ 左翼部、７１６ 右翼部、７２０ 中央部、７２２ 飛行制御部、７２４ 通信制御部、７３０ プロペラ、７４０ ポッド、７５０ 太陽電池パネル、８００ 管理装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】