JP2000509881A - 充電式或いは非充電式高能力バッテリセルを製造する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 高能力バッテリ発電機(1)を製造する方法が開示されている。この方法は、１個以上のチップ形状の能動或いは受動電子部品(20)を、発電機セルを形成する電気化学的ペアーの実用構造体の要素(13)の一つに直接取り付けることによって、バッテリの発電機セル（11,12,13）と高能力電子回路とを相互接続して高能力バッテリセル(10)を形成することを含み、前記部品は、コーティング(30)と、構造体を経て独立した電力供給を有することによって保護されている。この方法は、複数の高能力発電機セルから高能力バッテリを製造するのに有用である。前記方法は、微小−電力源を使用するマイクロシステムに有用である。

Description

【発明の詳細な説明】 充電式或いは非充電式高能力バッテリセルを製造する方法 電子記録の分野及び、特に、記録消失を防止しようと努力する分野で行われた 従来の研究（第9315063号として出願されたフランス特許）の枠内で、我々は、 市販のバッテリ型のエネルギー源が、多くの場合、使用されている電子回路の要 求に応えていないということが分かった。 内蔵式ポータブル装置、バッテリ及びアキュミュレータの従来のエネルギー源 が、現代の電子回路の電源として理想的な特性を備えているというには程遠いも のである。 それらの電圧は、耐用年数の間に大きく変動し、そしてそれらの望ましくない 性質は、限界がある容量、大きさ、重量、及び設備コストである。 これらの欠点の大部分は、注意深く選択された外装部品をバッテリの外部に取 り付けることによって改良することができる（例えば、特許ＷＯ94/00888,第045 7569号或いは第2672713号を参照）。 バッテリに本質的に直面する他の主な問題点は、 −充電式バッテリにおいて、如何なる時でも利用できるエネルギーの量を制御す ること、 −充電式バッテリを充電するのに必要なエネルギー量を制御すること、 −充電式バッテリの総寿命を、使用条件の関数（充電と放電のサイクル数、使用 温度、大電流放出、電流放出の頻度等々）として評価し且つ制御すること、であ る。 充電式バッテリの動作及び利用できるエネルギーの量を制御することの問題点 が、これまで、必ずしも満足すべき方法で解決されてきたわけではなく、この課 題のために用意された解決策が、充電式バッテリの外部に残されたままである（ 例えば、特許第06444642号,WO92/16979或いはWO96/08846を参照）。 本発明の目的は、充電式バッテリを構成するバッテリセル或いは電気化学的カ ップルの各々自体の内部に、セルの各々のため、これらのセルのパラメータを直 接制御し、且つ充電式バッテリの、ある特定の瞬間の状態を連続的に計算するた めの情報を１つ或いは数個のチップの形で集積することである。 更に、本発明は下記のことを可能にする、 −優れた非充電式バッテリを製造すること、 −エネルギー源のマトリックスを制御すること、 −消費量が極めて低いマイクロシステムの機構の中で、使用される電子手段と 、この電子手段に随伴されるエネルギー源の大きさ、との間に良好な両立性を構 築すること。 ここで、下記の定義をすることが必要である。 一回だけ使用するように設計された、即ち使い捨ての非充電式バッテリは、発 生する電力が、発生している間中、化学的な形で導入されるという意味で「一次 発電機」であるといえる。 これは、充電式バッテリ、即ち、事実上、外部の電気エネルギー源から充電す ることによって補充される蓄電池である「二次発電機」と対照的である。 この後者に関しては、一般の用法として、広義に「バッテリ」と云われている 。然しながら、この後者の術語は、事実上、それらが充電式であろうとそうでな かろうと、数個の要素の組合せを意味しているので、不適切である。 明確さを期すため、我々は、この明細書で下記を使用することとする。 −「非充電式」の語は、充電できない一次電池から製造されたバッテリを意味 する。 −「充電式バッテリ」の語は、充電できる二次電池で製造されたバッテリを意 味する。 −「バッテリセル」の語は、充電できるか若しくは充電できない要素（或いは 電気化学的カップル）を意味する。 周知のように、充電式及び非充電式バッテリは、現在のところは、直列に取り 付けられている数個の全く同じバッテリセルから構成されているが、これらのバ ッテリセルは、注意すれば、平行に配列することもできる。 直列及び平行配列でこれらの概念を表す略図（第１図及び第２図）を参照、図 において10はバッテリセルを示している。 液体或いは固体の電解質、分極するか或いは分極しないカソード、酸素或いは 他のガスを備えていて充電式或いは非充電式にかかわらず、各バッテリセルは、 アノードと、カソードと、電解質と、１個或いは数個のセパレータと、集成体を 維持し且つ保護するケーシングと、２つの外部電気接続とから構成されている。 ガス循環、電解質循環、海水循環を伴うセルの変形もあるが、現在の充電式或 いは非充電式バッテリの総てのタイプを記載してはいない。 本発明は、下記に例示するような色々な機能を奏功するように適応させた、バ ッテリで自己給電できる電子チップを、電気化学的カップルの内部で、充電式或 いは非充電式バッテリセルの構造体の中に集積するものである。 −セルの出力電圧を制御すること、 −セルを流れる電流を制御すること、 −１つ或いは数個のパラメータ（温度,ｐＨ等等）をモニタすること、 −入力或いは出力エネルギーを計算すること、 −結果を記憶すること、 −データを中央処理システムへ伝達すること、 −或いは、充電式若しくは非充電式にかかわらず、微小−エネルギー源を極め て簡単に提供すること。 これらの諸点は先行する特許（たとえば、特許第0350235号,wo93/14612或いは wo95/12901を参照）の目的でもあるが、上述したように、総ての場合において、 マイクロシステムを組立る条件と、微小−エネルギー源を組立る条件とは、或る 場合には、正反対であるので、エレクトロニクスの取り付けとセルの組立とは両 立しない。 たとえば、充電式或いは非充電式リチウムバッテリの特殊な場合、リチウムの 沈着は不活性で無水の雰囲気で行わなければならないが、一方チップのはんだ付 けと配線は、静電気から保護する必要があるので、湿り大気,即ち湿度50〜60%で 行われる。 構成部品の被覆をトランスファー成形する条件（高温及び高圧）、及び電子チ ップと液体電解質とを並置することに起因するシーリングと電気絶縁の問題にも 同じことが云える。 本発明は、充電式或いは非充電式バッテリのバッテリセルと、充電式或いは非 充電式バッテリのバッテリセルのエネルギーによって供給される、いわゆるチッ プの形をした１個或いは数個の能動若しくは受動電子部品を含む高能力な電子回 路(20)とを相互に接続する方法を提供するもので、電子回路(20)が、充電式或い は非充電式バッテリのバッテリセルを形成する電気化学的カップルの構成体(10) 自体の内部に組み込まれていて、好ましくは、アノード(11)の集電装置に配置さ れているか、或いは電気化学的カップルのカソード(13)の集電装置に配置されて いる（第３図）ことを特徴としている。 逆に云えば、本発明は、電子部品に供給するように適応された充電式或いは非 充電式バッテリのバッテリセルの能動製品を、マイクロエレクトロニクスの支持 物の上に組み立てることと理解してもよい。 従って、チップが取り付けられる支持物も、好ましくは、発電機要素のアノー ド或いはカソードの集電装置として機能し、逆に云えば、チップが、発電機の集 電装置の一方或いは他方に直接取り付けられている。 然しながら、発電機の別の要素に、例えば、セパレータにピッチが取り付けら れた製品も本発明の範囲に包含される。 同じように、チップを数個の能動或いは受動部品と置き換えても、本発明から 逸脱しない。 本発明は、添付した図面を参照し、本発明を限定するものではない実施例によ る記載から一層明確に理解されるであろう。ここに、 第１図及び第２図は、３個のバッテリセル(10)を直列に取付けた状態（第１図 ）及び平行に取付けた状態（第２図）を模式的に示している。 第３図は、バッテリセル(10)の構造体の中に、電子部品(20)を組み込んだ状態 を示していて、(11)及び(13)は、この発電機のアノード及びカソード（或いはこ の逆）で、(12)は、（図示していない）セパレータを備えた液体或いは固体電解 質で、(20)は、(13)に直接はんだ付けされた、いわゆるチップで、そして（30) は、好ましくは、弱粘着性のエポキシ樹脂をトランスファー成形した、チップの 機械的、電気的及びシーリング保護である。 第４図は、４個の要素を直列に取付けた状態を示していて、バッテリセル(10 1)と(103)とが有効に直列に接続されていて、一方バッテリセル(102)と(104)と が、エネルギー予備として或いは機能不調の場合に備えて待機していることを説 明している。 第５図は、４個の要素を平行に取付けた状態を示していて、バッテリセル(101 )と(104)とが、線（0）と(II)の間で平行に接続されていて、一方バッテリセル( 102)が、線(0)と(I)の間で平行に接続されていて、バッテリセル(103)が、エネ ルギー予備として或いは機能不調の場合に備えて待機していることを説明してい る。 従って、このエネルギー源は、２つのエネルギー供給ラインに分かれている。 第６図は、４個の要素を組み合わせて取付けた状態を示していて、バッテリセ ル(101)と(102)とが、線(I)の点（I'）と（I''）の間で直列に接続されていて、 一方、バッテリセル(104)が、線(0)と（II）の間で平行に接続されていて、バッ テリセル(103)が、エネルギー予備として或いは機能不調の場合に備えて待機し ていることを説明している。 第７図は、３個のセル(10)を備えたバッテリを示していて、各セルが、エネル ギー源を自動制御する機構の中に高能力部品(20)を具備している。 第８図は、エネルギー源の全部或いは一部を自動分配する構造の中で、１個或 いは数個の使用点に向いている24個の高能力セル(10)から構成されているマトリ ックスを示している。 第９−１乃至９−８図は、１個或いは数個のチップ状の電子部品を、バッテリ セルのアノード或いはカソードの集電装置に直接取り付ける好ましい方法に関す る色々な状態を示しているが、添付書面「製造方法」が、第９図に記載した好ま しい取付け方法の諸状態を解説している。 最後に、第１０／ａ乃至１０／ｃ図は、下から見た図、断面図及び上から見た 図を示していて、チップと、他の組立方法による電気化学的カップルとの間の電 気接続を示している。 本発明の目的は、充電式或いは非充電式の高能力セルを構成するように、充電 式或いは非充電式バッテリのバッテリセルに、チップを組み込む方法である。 製造方法それ自体は、添付した「製造方法」の解説９／１乃至９／８とプレー ト４／５の様々な断面図によって説明されているので、これらによって主要な組 立工程を確実に想像することができる。ここに、 (20)は、部品を示していて、 (30)は、部品の機械的、電気的及びシーリング保護を示していて、 (40)は、基板の低い表面に向いている要素(11)の電気帰路を模式的に示してい て、 (11)、(12)及び(13)は、セルのアノード、電解質、並びにそのセパレータ、及 びカソードを示していて、 (50)は、発電機の外装ハウジングを示していて、 外部電気接続は、それ自体周知であるので、図示していない。 製造方法は、本発明を例説する目的で、実施例によってのみ記載されているが 、同じ結果を与えることができる他の方法があるということを留意することが、 特に、必要である。 特に、最小の大きさを維持し、同時にチップの保護とその電気接続とを達成す るために、チップを微小球によって、その支持物と接点の上に置くことを選択し た(第９−２図)。 チップを、その裏面で固定して、線或いはアルミニウムで配線をしても、本発 明の原理は変わらない(第３図)。 単一のチップではなく、数個の部品を使用したとしても、技術的理由により、 同じことが云える。 第９−７図に示した、接続(40)を引線して行う電気接続は模式図である。電気 接続は、電気的接触、真空蒸着、或いは半分がアノードで、一方の半分がカソー ドになる同じ基板／集電装置を折り曲げることによっても行うことができる。 実施例は多層要素に関して記載されているが、電解質が液体か固体であったか は、最終的なシーリングとカプセル封入はさておき、組立工程には無関係である ので、記載しなかった。 一方、空気カソード（例えば、亜鉛／空気非充電式バッテリ）を使用すると、 組立工程を行う順序が、かなり変わるが、本発明の原理を変えるものではない。 任意の方法において、チップとその支持物は、４個の接点(131)を有していて 、 その内の２個は、エネルギーを供給し、１個は、制御パラメータ（温度、電圧、 電流等々）を供給し、そして１個は、補正指令を受ける。 第１０図を参照、ここに、 第１０／ａ図は、カソード（或いはアノード）の集電装置の下部表面を示して いて、チップと金属化盲孔(132)とを接続させ、集電装置の支持物の互いに対向 している側のカソード（或いはアノード）の帰路接点として機能する４個の金属 化ラグ(131)があるのが分かる。 第１０／ｂ図は、断面図で、チップ(20)の接続要素(131)、金属化孔(132)、ト ランスファー樹脂注型品(39)を示している。 この図から、第９図とは対照的に、機械的強度とシーリングとを一層確実にす るために、集電装置の支持物の互いに対向している側で、トランスファー成形が 、それ自体周知の方法で行われたことが理解されよう。 第１０／ｃ図は、集電装置の上部表面を示していて、不導性の空き回路領域(1 33)と、正確には、いわゆる、集電装置を構成する導電性の印刷領域(134)とが記 載されていて、不導性の空き回路領域(133)の表面には、チップ(30)を保護する トランスファー成形保護樹脂が固定され、印刷領域(134)の表面には、カソード （或いはアノード）の能動材料が沈着される。 実際には、チップの接点の数は、制御しようとするバッテリセルのパラメータ の数と、取り付けられたエレクトロニクスの複雑さとに依存しているので、チッ プの接点の数が限定されることはない。 一方、相互接続も、隣接するセルも、バッテリの外装品（たとえば、電圧調整 器、電流或いはパルス発生器等々）もない自動制御セルの場合、接点の最小の数 は３個である。 充電式或いは非充電式バッテリセルの接点の数は、或る場合には、エネルギー 供給信号に重畳させられる制御信号を伝達するために、アノード接続或いはカソ ードの接続も使用することができるということを考慮すると、アノードとカソー ド用に、最小２個である。 本発明を明確にするため、絶縁支持物と、導電性或いは金属化印刷とから構成 される多層集電装置を、各表面で選択した。 セルの能動要素の電子部品を絶縁し、別の接続を形成するために、（たとえば 、Katonタイプの）間欠絶縁層を、それ自体周知の方法で、均一な導電性集電装 置に沈着することが必要である。 本発明を考察する角度によって、三通りの一般的な産業上の用途が明らかであ る。 充電式及び非充電式高能力バッテリ 第１図或いは第２図に並記した一連のバッテリセルを具備した充電式及び非充 電式バッテリの場合、各バッテリセルの高能力チップは下記を奏功することがで きる。 −セルの各々の動作に関する重要なパラメータをモニタすること。 −これらのセルの各々へのエネルギー供給を別々に行い、それによってエネル ギー源を完全に制御すること。 第４、５及び６図は、「全か無か」モードでエネルギー源を制御する非消耗の 実施例を示している。接続は、実際には、セル自体或いは外部の媒体によって各 高能力要素に供給される指令に随伴されるパラメータの関数として、各バッテリ セルの高能力要素によって行われている。 従って、本発明による方法は、何時でも、各々のバッテリセルを同定して、直 列或いは平行配列において、各々のバッテリセルの用途を、或る点或いは他の点 に向けて指令することができ、しかもこの指令は限定されない。 本発明による方法は、周知の或る種の欠点を制御することもできる。 限定せずに、下記を引証することができる。 −「バッテリ」を具備した全車輛で、充電式バッテリの充電流を完全に制御す ることができ、それによって、この「バッテリ」を確実に完全に操作することが でき、しかも、単一バッテリセルの機能不全、或いは「バッテリ」中で効果的に 利用できるエネルギーの量が分からないことが原因の欠点を心配する必要はない 。要素毎に制御することによって、この種の状況を管理することができる。 −同様に、充電式バッテリには放電信号が供給されるが、この放電信号は、全 電圧値においてではなく、むしろ要素の一つがその最小放電しきい値に達した時 に発信され、これは、たとえ他の要素の動作が良好で、この局部の機能不全が隠 蔽されていても奏功される。 −北国（寒冷国）で使用する場合、充電式バッテリは、自己供給型余熱システ ムを具備することができるが、この自己供給型余熱システムは、総てのバッテリ セルと電解質とが最大電気エネルギーを供給するのに適した温度に達してしまう 迄スタータへのエネルギーの供給を中断する少なくとも１個の高能力要素によっ て駆動される。 要素の余熱信号は、ディーゼル車のプラグの余熱信号に似ていて或いはそれと 組み合わされていて、発電機から車輌のダッシュボードヘ直接送信される。 −同様に、充電器は、電圧カーブの導関数、温度カーブの導関数及び供給され るエネルギーと、各要素のレベルで戻されるエネルギーとの間の差を、一つの要 素によって同時に検知することによって、充電式バッテリの正確な充電状態をモ ニタすることができる。 バッテリセルのマトリックスのモニタ 前述の実施例は、バッテリセルの数が限られている充電式或いは非充電式の「 バッテリ」に適用することができる。 電気自動車用の「バッテリ」のように多数のバッテリセルを使用する場合は、 上記に引証した動作に関する総ての小さな欠点（及び等々）が、要素の数によっ て増加し、許容できなくなる（たとえば、ヘッドライトの燈火が車輌の速度を低 下させるべきではなく、要素の欠陥によって、信号が発信されるべきで、全欠陥 を誘発するべきではない等々）。 バッテリセルに情報を供給することによって、各セルがエネルギーを分配する 箇所、分配する時及び分配する方法を、この目的のために設計された構成体によ って、制御することができる。 第７図は、３個の燃料セルを具備したモニタシステムと、これらのセルによっ て供給されたデータをモニタして、必要な外部要素に注意するパイロットの関数 として、利用可能な電流を、何時でも、使用源に向けて分配するシステムの構成 を示している。 より一層一般的なマトリックス構造においては、エネルギーを消費する１個或 いは数個の別々の点に向けて別々のセルの使用を分配することができるようにな り、且つこれらのセルを、その時に必要な関数として必要になる程度まで再分配 することができるようになる。 マトリックスの全部或いは一部が、エネルギーを使用する総ての点或いは一部 の点に、展開していくように、割り与えられる。 第８図を参照すれば、マイクロプロセッサが、セルを順番にモニタしながら、 このようなマトリックスを完全に制御し、そして回収したデータを利用してエネ ルギー源の分配を体系化できるということが分かる。 このようなシステムにおいては、各セルは個別に制御されているので、セルの 中には充電されるものも、不活性なものも、エネルギーを供給するものもあるこ とが分かる。 微小−エネルギー源 周知のとおり、この20年間、小型化、コスト低減、消費量の低減に関して極端 に進歩し続けた電子部品と、同じ20年間、信頼できるほどには殆ど進展していな いままの電気エネルギー源との間には不均衡がある。 従って、数十年前に戻った状態にいる。即ち、 −電子装置は、小型で、エネルギーの消費量が小さく且つ低コストである。 −エネルギー源は、下記の諸点に関して大きすぎることが多い。 −大き過ぎるエネルギー供給量、 −過剰容量、 −過剰重量、 −チップに比較して高価格、 そして、最後の価格を考察して見ると、興味深いことに、非充電式バッテリの 価格は、非充電式バッテリの中の活性物質の量ではなく、ハウジング自体とその 組立に要するコストに大きく関係していることが分かる。 使用後捨てられるマッチのように、マイクロシステムも、その用途と寿命に正 確に対応した微小−エネルギー源を具備している。 このマイクロシステムの場合、チップは、微小−エネルギー源を殆ど制御しな いで、マイクロシステムの総ての電子機能を統括している。 冒頭にふれたフランス特許第9315063号を例にとると、電子盗難防止装置が 下記の特性を有する微小−エネルギー源を使用している。 −（例えば、リチウムの）半硬質非充電式バッテリ要素 −供給電圧:３Ｖ −限界電流：１マイクロアンペア −動作電流：２０ミリアンペア −動作継続時間：１０秒 −保存寿命（製品の耐用年数）:３年 −エネルギー源を含む製造コスト：１ドル −最大厚み：500ミクロン −活性表面：３×2cm=6cm² −エネルギー供給量：２７ミリアンペア／時間 従って、製品の組立は、数平方センチに限定され、エネルギー源は、電子装置 より大きな場所を殆ど必要としない。 限界電流がゼロの別の用途の範囲で使用する場合、供給エネルギー量が375倍 と仮定すると、この同じ製品は、表面が出来るだけ小さくされた同じ非充電式バ ッテリ要素を具備している（エネルギー源の有効表面積が2mm²以下−従って、そ の寸法は、必要なピークエネルギーを供給する能力だけに依存している）。 従って、エネルギー源の大きさは、エレクトロニクスの大きさと同じである。 一方、初期エネルギー供給を返還するために、マイクロシステムが、充電式、 或いは遠隔充電式の微小−エネルギー源を具備していても、本発明から逸脱しな い。 添付書面 製造方法 （液体或いは固体電解質を備えたリチウム要素の例）

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１０年６月９日（１９９８．６．９） 【補正内容】 明細書 充電式或いは非充電式高能力バッテリセルを製造する方法 電子記録の分野及び、特に、記録消失を防止しようと努力する分野で行われた 従来の研究（第9315063号として出願されたフランス特許）の枠内で、我々は、 市販のバッテリ型のエネルギー源が、多くの場合、使用されている電子回路の要 求に応えていないということが分かった。 内蔵式ポータブル装置、バッテリ及びアキュミュレータの従来のエネルギー源 が、現代の電子回路の電源として理想的な特性を備えているというには程遠いも のである。 それらの電圧は、耐用年数の間に大きく変動し、そしてそれらの望ましくない 性質は、限界がある容量、大きさ、重量、及び設備コストである。 これらの欠点の大部分は、注意深く選択された外装部品をバッテリの外部に取 り付けることによって改良することができる（例えば、特許WO94/00888,第04575 69号或いは第2672713号を参照）。 バッテリに本質的に直面する他の主な問題点は、 −充電式バッテリにおいて、如何なる時でも利用できるエネルギーの量を制御す ること、 −充電式バッテリを充電するのに必要なエネルギー量を制御すること、 −充電式バッテリの総寿命を、使用条件の関数（充電と放電のサイクル数、使用 温度、大電流放出、電流放出の頻度等々）として評価し且つ制御すること、であ る。 充電式バッテリの動作及び利用できるエネルギーの量を制御することの問題点 が、これまで、必ずしも満足すべき方法で解決されてきたわけではなく、この課 題のために用意された解決策が、充電式バッテリの外部に残されたままである（ 例えば、特許第06444642号,WO92/16979或いはWO96/08846を参照）。 本発明の目的は、充電式バッテリを構成するバッテリセル或いは電気化学的カ ップルの各々自体の内部に、セルの各々のため、これらのセルのパラメータを直 接制御し、且つ充電式バッテリの、ある特定の瞬間の状態を連続的に計算するた めの情報を１つ或いは数個のチップの形で集積することである。 更に、本発明は下記のことを可能にする、 −優れた非充電式バッテリを製造すること、 −エネルギー源のマトリックスを制御すること、 −消費量が極めて低いマイクロシステムの機構の中で、使用される電子手段と 、この電子手段に随伴されるエネルギー源の大きさ、との間に良好な両立性を構 築すること。 ここで、下記の定義をすることが必要である。 一回だけ使用するように設計された、即ち使い捨ての非充電式バッテリは、発 生する電力が、発生している間中、化学的な形で導入されるという意味で「一次 発電機」であるといえる。 これは、充電式バッテリ、即ち、事実上、外部の電気エネルギー源から充電す ることによって補充される蓄電池である「二次発電機」と対照的である。 この後者に関しては、一般の用法として、広義に「バッテリ」と云われている 。然しながら、この後者の術語は、事実上、それらが充電式であろうとそうでな かろうと、数個の要素の組合せを意味しているので、不適切である。 明確さを期すため、我々は、この明細書で下記を使用することとする。 −「非充電式」の語は、充電できない一次電池から製造されたバッテリを意味 する。 −「充電式バッテリ」の語は、充電できる二次電池で製造されたバッテリを意 味する。 −「バッテリセル」の語は、充電できるか若しくは充電できない要素（或いは 電気化学的カップル）を意味する。 周知のように、充電式及び非充電式バッテリは、現在のところは、直列に取り 付けられている数個の全く同じバッテリセルから構成されているが、これらのバ ッテリセルは、注意すれば、平行に配列することもできる。 直列及び平行配列でこれらの概念を表す略図（第１図及び第２図）を参照、図 において10はバッテリセルを示している。 液体或いは固体の電解質、分極するか或いは分極しないカソード、酸素或いは 他のガスを備えていて充電式或いは非充電式にかかわらず、各バッテリセルは、 アノードと、カソードと、電解質と、１個或いは数個のセパレータと、集成体を 維持し且つ保護するケーシングと、２つの外部電気接続とから構成されている。 ガス循環、電解質循環、海水循環を伴うセルの変形もあるが、現在の充電式或 いは非充電式バッテリの総てのタイプを記載してはいない。 本発明は、下記に例示するような色々な機能を奏功するように適応させた、バ ッテリで自己給電できる電子チップを、電気化学的カップルの内部で、充電式或 いは非充電式バッテリセルの構造体の中に集積するものである。 −セルの出力電圧を制御すること、 −セルを流れる電流を制御すること、 −１つ或いは数個のパラメータ（温度,ｐＨ等等）をモニタすること、 −入力或いは出力エネルギーを計算すること、 −結果を記憶すること、 −データを中央処理システムへ伝達すること、 −或いは、充電式若しくは非充電式にかかわらず、微小−エネルギー源を極め て簡単に提供すること。 これらの諸点は先行する特許（たとえば、特許第0350235号,wo93/14612或いは wo95/12901を参照）の目的でもあるが、上述したように、総ての場合において、 マイクロシステムを組立る条件と、微小−エネルギー源を組立る条件とは、或る 場合には、正反対であるので、エレクトロニクスの取り付けとセルの組立とは両 立しない。 たとえば、充電式或いは非充電式リチウムバッテリの特殊な場合、リチウムの 沈着は不活性で無水の雰囲気で行わなければならないが、一方チップのはんだ付 けと配線は、静電気から保護する必要があるので、湿り大気,即ち湿度50〜60%で 行われる。 構成部品の被覆をトランスファー成形する条件（高温及び高圧）、及び電子チ ップと液体電解質とを並置することに起因するシーリングと電気絶縁の問題にも 同じことが云える。 充電式或いは非充電式バッテリ内に電子部品を配置した特許が提案されている 。この問題に関して詳述されたヨーロッパ特許第0644642号では、ハウジングの 内部とバッテリセルの間の空間にできる平らな表面に電子回路を配置している。 一方、これに反するが、第４頁第５１〜５７行には、この電子回路をバッテリセ ルを構成する部品の内部に組込める可能性があることが記載されている。 本発明は、充電式或いは非充電式バッテリのバッテリセルと、充電式或いは非 充電式バッテリのバッテリセルのエネルギーによって供給される、いわゆるチッ プの形をした１個或いは数個の能動若しくは受動電子部品を含む高能力な電子回 路(20)とを相互に接続する方法を提供するもので、電子回路(20)が、充電式或い は非充電式バッテリのバッテリセルを形成する電気化学的カップルの構成体(10) 自体の内部に組み込まれていて、好ましくは、アノード(11)の集電装置に配置さ れているか、或いは電気化学的カップルのカソード(13)の集電装置に配置されて いる（第３図）ことを特徴としている。 逆に云えば、本発明は、電子部品に供給するように適応された充電式或いは非 充電式バッテリのバッテリセルの能動製品を、マイクロエレクトロニクスの支持 物の上に組み立てることと理解してもよい。 従って、チップが取り付けられる支持物も、好ましくは、発電機要素のアノー ド或いはカソードの集電装置として機能し、逆に云えば、チップが、発電機の集 電装置の一方或いは他方に直接取り付けられている。 然しながら、発電機の別の要素に、例えば、セパレータにピッチが取り付けら れた製品も本発明の範囲に包含される。 同じように、チップを数個の能動或いは受動部品と置き換えても、本発明から 逸脱しない。 本発明は、添付した図面を参照し、本発明を限定するものではない実施例によ る記載から一層明確に理解されるであろう。ここに、 第１図及び第２図は、３個のバッテリセル(10)を直列に取付けた状態（第１図 ）及び平行に取付けた状態（第２図）を模式的に示している。 第３図は、バッテリセル(10)の構造体の中に、電子部品(20)を組み込んだ状態 を示していて、(11)及び(13)は、この発電機のアノード及びカソード（或い はこの逆）で、(12)は、（図示していない）セパレータを備えた液体或いは固体 電解質で、(20)は、(13)に直接はんだ付けされた、いわゆるチップで、そして(3 0)は、好ましくは、弱粘着性のエポキシ樹脂をトランスファー成形した、チップ の機械的、電気的及びシーリング保護である。 第４図は、４個の要素を直列に取付けた状態を示していて、バッテリセル(101 )と(103)とが有効に直列に接続されていて、一方バッテリセル(102)と(104)とが 、エネルギー予備として或いは機能不調の場合に備えて待機していることを説明 している。 第５図は、４個の要素を平行に取付けた状態を示していて、バッテリセル（１ ０1)と(104)とが、線(0)と(II)の間で平行に接続されていて、一方バッテリセル (102)が、線(0)と(I)の間で平行に接続されていて、バッテリセル(103)が、エネ ルギー予備として或いは機能不調の場台に備えて待機していることを説明してい る。 従って、このエネルギー源は、２つのエネルギー供給ラインに分かれている。 第６図は、４個の要素を組み合わせて取付けた状態を示していて、バッテリセ ル(101)と(102)とが、線(I)の点（I'）と(I'')の間で直列に接続されていて、一 方、バッテリセル(104)が、線(0)と(II)の間で平行に接続されていて、バッテリ セル(103)が、エネルギー予備として或いは機能不調の場合に備えて待機してい ることを説明している。 第７図は、３個のセル(10)を備えたバッテリを示していて、各セルが、エネル ギー源を自動制御する機構の中に高能力部品(20)を具備している。 第８図は、エネルギー源の全部或いは一部を自動分配する構造の中で、１個或 いは数個の使用点に向いている２４個の高能力セル(10)から構成されているマト リックスを示している。 第９−１乃至９−８図は、１個或いは数個のチップ状の電子部品を、バッテリ セルのアノード或いはカソードの集電装置に直接取り付ける好ましい方法に関す る色々な状態を示しているが、添付書面「製造方法」が、第９図に記載した好ま しい取付け方法の諸状態を解説している。 最後に、第１０／ａ乃至１０／ｃ図は、下から見た図、断面図及び上から見た 図を示していて、チップと、他の組立方法による電気化学的カップルとの間の電 気接続を示している。 本発明の目的は、充電式或いは非充電式の高能力セルを構成するように、充電 式或いは非充電式バッテリのバッテリセルに、チップを組み込む方法である。 製造方法それ自体は、添付した「製造方法」の解説９／１乃至９／８とプレー ト４／５の様々な断面図によって説明されているので、これらによって主要な組 立工程を確実に想像することができる。ここに、 (20)は、部品を示していて、 (30)は、部品の機械的、電気的及びシーリング保護を示していて、 (40)は、基板の低い表面に向いている要素(11)の電気帰路を模式的に示してい て、 (11)、(12)及び(13)は、セルのアノード、電解質、並びにそのセパレータ、及 びカソードを示していて、 (50)は、発電機の外装ハウジングを示していて、 外部電気接続は、それ自体周知であるので、図示していない。 製造方法は、本発明を例説する目的で、実施例によってのみ記載されているが 、同じ結果を与えることができる他の方法があるということを留意することが、 特に、必要である。 特に、最小の大きさを維持し、同時にチップの保護とその電気接続とを達成す るために、チップを微小球によって、その支持物と接点の上に置くことを選択し た(第９−２図)。 チップを、その裏面で固定して、線或いはアルミニウムで配線をしても、本発 明の原理は変わらない(第３図)。 単一のチップではなく、数個の部品を使用したとしても、技術的理由により、 同じことが云える。 第９−７図に示した、接続(40)を引線して行う電気接続は模式図である。電気 接続は、電気的接触、真空蒸着、或いは半分がアノードで、一方の半分がカソー ドになる同じ基板／集電装置を折り曲げることによっても行うことができる。 実施例は多層要素に関して記載されているが、電解質が液体か固体であったか は、最終的なシーリングとカプセル封入はさておき、組立工程には無関係である ので、記載しなかった。 一方、空気カソード（例えば、亜鉛／空気非充電式バッテリ）を使用すると、 組立工程を行う順序が、かなり変わるが、本発明の原理を変えるものではない。 任意の方法において、チップとその支持物は、４個の接点(131)を有していて 、その内の２個は、エネルギーを供給し、１個は、制御パラメータ（温度、電圧 、電流等々）を供給し、そして１個は、補正指令を受ける。 第１０図を参照、ここに、 第１０／ａ図は、カソード（或いはアノード）の集電装置の下部表面を示して いて、チップと金属化盲孔(132)とを接続させ、集電装置の支持物の互いに対向 している側のカソード（或いはアノード）の帰路接点として機能する４個の金属 化ラグ(131)があるのが分かる。 第１０／ｂ図は、断面図で、チップ(20)の接続要素(131)、金属化孔(132)、ト ランスファー樹脂注型品(39)を示している。 この図から、第９図とは対照的に、機械的強度とシーリングとを一層確実にす るために、集電装置の支持物の互いに対向している側で、トランスファー成形が 、それ自体周知の方法で行われたことが理解されよう。 第１０／ｃ図は、集電装置の上部表面を示していて、不導性の空き回路領域(1 33)と、正確には、いわゆる、集電装置を構成する導電性の印刷領域(134)とが記 載されていて、不導性の空き回路領域(133)の表面には、チップ(30)を保護する トランスファー成形保護樹脂が固定され、印刷領域(134)の表面には、カソード （或いはアノード）の能動材料が沈着される。 実際には、チップの接点の数は、制御しようとするバッテリセルのパラメータ の数と、取り付けられたエレクトロニクスの複雑さとに依存しているので、チッ プの接点の数が限定されることはない。 一方、相互接続も、隣接するセルも、バッテリの外装品（たとえば、電圧調整 器、電流或いはパルス発生器等々）もない自動制御セルの場合、接点の最小の数 は３個である。 充電式或いは非充電式バッテリセルの接点の数は、或る場合には、エネルギー 供給信号に重畳させられる制御信号を伝達するために、アノード接続或いはカソ ードの接続も使用することができるということを考慮すると、アノードとカソー ド用に、最小２個である。 本発明を明確にするため、絶縁支持物と、導電性或いは金属化印刷とから構成 される多層集電装置を、各表面で選択した。 セルの能動要素の電子部品を絶縁し、別の接続を形成するために、（たとえば 、Katonタイプの）間欠絶縁層を、それ自体周知の方法で、均一な導電性集電装 置に沈着することが必要である。 本発明を考察する角度によって、三通りの一般的な産業上の用途が明らかであ る。 充電式及び非充電式高能力バッテリ 第１図或いは第２図に並記した一連のバッテリセルを具備した充電式及び非充 電式バッテリの場合、各バッテリセルの高能力チップは下記を奏功することがで きる。 −セルの各々の動作に関する重要なパラメータをモニタすること。 −これらのセルの各々へのエネルギー供給を別々に行い、それによってエネル ギー源を完全に制御すること。 第４、５及び６図は、「全か無か」モードでエネルギー源を制御する非消耗の 実施例を示している。接続は、実際には、セル自体或いは外部の媒体によって各 高能力要素に供給される指令に随伴されるパラメータの関数として、各バッテリ セルの高能力要素によって行われている。 従って、本発明による方法は、何時でも、各々のバッテリセルを同定して、直 列或いは平行配列において、各々のバッテリセルの用途を、或る点或いは他の点 に向けて指令することができ、しかもこの指令は限定されない。 本発明による方法は、周知の或る種の欠点を制御することもできる。 限定せずに、下記を引証することができる。 −「バッテリ」を具備した全車輌で、充電式バッテリの充電流を完全に制御す ることができ、それによって、この「バッテリ」を確実に完全に操作することが でき、しかも、単一バッテリセルの機能不全、或いは「バッテリ」中で効果的に 利用できるエネルギーの量が分からないことが原因の欠点を心配する必要はない 。要素毎に制御することによって、この種の状況を管理することができる。 −同様に、充電式バッテリには放電信号が供給されるが、この放電信号は、全 電圧値においてではなく、むしろ要素の一つがその最小放電しきい値に達した時 に発信され、これは、たとえ他の要素の動作が良好で、この局部の機能不全が隠 蔽されていても奏功される。 −北国（寒冷国）で使用する場合、充電式バッテリは、自己供給型余熱システ ムを具備することができるが、この自己供給型余熱システムは、総てのバッテリ セルと電解質とが最大電気エネルギーを供給するのに適した温度に達してしまう 迄スタータへのエネルギーの供給を中断する少なくとも１個の高能力要素によっ て駆動される。 要素の余熱信号は、ディーゼル車のプラグの余熱信号に似ていて或いはそれと 組み合わされていて、発電機から車輛のダッシュボードへ直接送信される。 −同様に、充電器は、電圧カーブの導関数、温度カーブの導関数及び供給され るエネルギーと、各要素のレベルで戻されるエネルギーとの間の差を、一つの要 素によって同時に検知することによって、充電式バッテリの正確な充電状態をモ ニタすることができる。 バッテリセルのマトリックスのモニタ 前述の実施例は、バッテリセルの数が限られている充電式或いは非充電式の「 バッテリ」に適用することができる。 電気自動車用の「バッテリ」のように多数のバッテリセルを使用する場合は、 上記に引証した動作に関する総ての小さな欠点（及び等々）が、要素の数によっ て増加し、許容できなくなる（たとえば、ヘッドライトの燈火が車輌の速度を低 下させるべきではなく、要素の欠陥によって、信号が発信されるべきで、全欠陥 を誘発するべきではない等々）。 バッテリセルに情報を供給することによって、各セルがエネルギーを分配する 箇所、分配する時及び分配する方法を、この目的のために設計された構成体によ って、制御することができる。 第７図は、３個の燃料セルを具備したモニタシステムと、これらのセルによ って供給されたデータをモニタして、必要な外部要素に注意するパイロットの関 数として、利用可能な電流を、何時でも、使用源に向けて分配するシステムの構 成を示している。 より一層一般的なマトリックス構造においては、エネルギーを消費する１個或 いは数個の別々の点に向けて別々のセルの使用を分配することができるようにな り、且つこれらのセルを、その時に必要な関数として必要になる程度まで再分配 することができるようになる。 マトリックスの全部或いは一部が、エネルギーを使用する総ての点或いは一部 の点に、展開していくように、割り与えられる。 第８図を参照すれば、マイクロプロセッサが、セルを順番にモニタしながら、 このようなマトリックスを完全に制御し、そして回収したデータを利用してエネ ルギー源の分配を体系化できるということが分かる。 このようなシステムにおいては、各セルは個別に制御されているので、セルの 中には充電されるものも、不活性なものも、エネルギーを供給するものもあるこ とが分かる。 微小−エネルギー源 周知のとおり、この20年間、小型化、コスト低減、消費量の低減に関して極端 に進歩し続けた電子部品と、同じ20年間、信頼できるほどには殆ど進展していな いままの電気エネルギー源との間には不均衡がある。 従って、数十年前に戻った状態にいる。即ち、 −電子装置は、小型で、エネルギーの消費量が小さく且つ低コストである。 −エネルギー源は、下記の諸点に関して大きすぎることが多い。 −大き過ぎるエネルギー供給量、 −過剰容量、 −過剰重量、 −チップに比較して高価格、 そして、最後の価格を考察して見ると、興味深いことに、非充電式バッテリの 価格は、非充電式バッテリの中の活性物質の量ではなく、ハウジング自体とその 組立に要するコストに大きく関係していることが分かる。 使用後捨てられるマッチのように、マイクロシステムも、その用途と寿命に正 確に対応した微小−エネルギー源を具備している。 このマイクロシステムの場合、チップは、微小−エネルギー源を殆ど制御しな いで、マイクロシステムの総ての電子機能を統括している。 冒頭にふれたフランス特許第9315063号を例にとると、電子盗難防止装置が下 記の特性を有する微小−エネルギー源を使用している。 −（例えば、リチウムの）半硬質非充電式バッテリ要素 −供給電圧：３Ｖ −限界電流：１マイクロアンペア −動作電流：20ミリアンペア −動作継続時間：１０秒 −保存寿命（製品の耐用年数）：３年 −エネルギー源を含む製造コスト：１ドル −最大厚み：500ミクロン −活性表面：３×2cm=6cm² −エネルギー供給量：27ミリアンペア／時間 従って、製品の組立は、数平方センチに限定され、エネルギー源は、電子装置 より大きな場所を殆ど必要としない。 限界電流がゼロの別の用途の範囲で使用する場合、供給エネルギー量が375倍 と仮定すると、この同じ製品は、表面が出来るだけ小さくされた同じ非充電式バ ッテリ要素を具備している（エネルギー源の有効表面積が2mm²以下−従って、そ の寸法は、必要なピークエネルギーを供給する能力だけに依存している）。 従って、エネルギー源の大きさは、エレクトロニクスの大きさと同じである。 一方、初期エネルギ−供給を返還するために、マイクロシステムが、充電式、 或いは遠隔充電式の微小−エネルギー源を具備していても、本発明から逸脱しな い。 添付書面 製造方法 （液体或いは固体電解質を備えたリチウム要素の例） 請求の範囲 １．充電式或いは非充電式バッテリセルを、充電式或いは非充電式バッテリのバ ッテリセルによってエネルギーが供給されるチップ形状の１個或いは数個の能動 或いは受動電子部品を含む高能力電子回路(20)と相互に接続する方法であって、 前記電子回路(20)が、充電式或いは非充電式バッテリセルを形成する電気化学的 カップルの構造体(10)自体の内部に組み込まれ、且つ、前記電気化学的カップル のアノード(11)の集電装置、或いはカソード(13)の集電装置に配置されているこ とを特徴とする方法。 ２．充電式或いは非充電式バッテリのアノード或いはカソードの接点の一つが、 エネルギー供給信号と重畳させられる制御信号を伝達するために使用されること を特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。 ３．如何なるタイプの充電式或いは非充電式バッテリ或いは如何なるタイプの充 電式或いは非充電式電気化学的カップルにも使用されることを特徴とする請求の 範囲第１又は２項のいずれか一つに記載の方法。 ４．電子回路(20)が、電気化学的カップル(10)の導電領域(134)に組み込まれ、 表面にカソード或いはアノードの活性物質が沈着される、正確にはいわゆる、ア ノード(11)或いはカソード(13)の集電装置を構成することを特徴とする請求の範 囲第１乃至３項のいずれか一つに記載の方法。 ５．複数の小さな電気化学的カップルを形成し、それによって複数の小さな電気 化学的カップルの制御エレクトロニクス内に集積される充電式或いは非充電式の 高能力バッテリを構成するために使用されることを特徴とする請求の範囲第１乃 至４項のいずれか一つに記載の方法。 ６．設計が同じか或いは異なっていて、バッテリセルの各セル或いはセル群を使 用するパラメータ及び条件を、全体の状況の中で制御することができる充電式或 いは非充電式バッテリセルのマトリックスを製造するために使用されることを特 徴とする請求の範囲第１乃至４項のいずれか一つに記載の方法。 ７．充電式或いは非充電式バッテリのアノード或いはカソードの接点が、エネル ギー供給信号と重畳させられる制御信号を伝達するために使用されることを特徴 とする請求の範囲第１乃至６項のいずれか一つに記載の方法。 ８．分離不可能で且つ微小−エネルギー源を設計するためマイクロシステムに正 確に適応される充電式或いは非充電式の微小−エネルギー源を製造するために使 用されることを特徴とする請求の範囲第１乃至３項のいずれか一つに記載の方法 。 ９．充電式バッテリの実容量を何時でも決定するように、充電式バッテリに挿入 された高能力要素が、充電式バッテリに供給されるべきエネルギー量、或いは充 電式バッテリに既に返還されたエネルギー量を適正にすることを特徴とする請求 の範囲第１乃至８項のいずれか一つに記載の方法。 10．非充電式バッテリの残留容量を何時でも決定するように、非充電式バッテリ に挿入された高能力要素が、非充電式バッテリに供給されるべきエネルギーの量 を適正にすることを特徴とする請求の範囲第１乃至９項のいずれか一つに記載の 方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ルメール，ジェラール フランス ナンシー エフ―54000，ブー ルヴァール ジャン ジョーレ，26 (72)発明者 ロレール，パトリック フランス サン ディエ エフ―88100, ルー ドゥ ラ プレリー，７ (72)発明者 リンパス，アラン フランス ラクソー エフ―54520，ブー ルヴァール エミール ゾラ，121

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．充電式或いは非充電式バッテリセルを、充電式或いは非充電式バッテリのバ ッテリセルによってエネルギーが供給されるチップ形状の１個或いは数個の能動 或いは受動電子部品を含む高能力電子回路(20)と相互に接続する方法であって、 前記電子回路(20)が、充電式或いは非充電式バッテリセルを形成する電気化学的 カップルの構造体(10)自体の内部に組み込まれ、且つ、好ましくは、前記電気化 学的カップルのアノード(11)の集電装置、或いはカソード(13)の集電装置に配置 されていることを特徴とする方法。 ２．充電式或いは非充電式バッテリのアノード或いはカソードの接点の一つが、 エネルギー供給信号と重畳させられる制御信号を伝達するために使用されること を特徴とする請求の範囲第１項に記載の方法。 ３．如何なるタイプの充電式或いは非充電式バッテリ或いは如何なるタイプの充 電式或いは非充電式電気化学的カップルにも使用されることを特徴とする請求の 範囲第１又は２項のいずれか一つに記載の方法。 ４．電子回路(20)が、電気化学的カップル(10)の導電領域(134)に組み込まれ、 表面にカソード或いはアノードの活性物質が沈着される、正確にはいわゆる、ア ノード(11)或いはカソード(13)の集電装置を構成することを特徴とする請求の範 囲第１乃至３項のいずれか一つに記載の方法。 ５．複数の小さな電気化学的カップルを形成し、それによって複数の小さな電気 化学的カップルの制御エレクトロニクス内に集積される充電式或いは非充電式の 高能力バッテリを構成するために使用されることを特徴とする請求の範囲第１乃 至４項のいずれか一つに記載の方法。 ６．設計が同じか或いは異なっていて、バッテリセルの各セル或いはセル群を使 用するパラメータ及び条件を、全体の状況の中で制御することができる充電式或 いは非充電式バッテリセルのマトリックスを製造するために使用されることを特 徴とする請求の範囲第１乃至４項のいずれか一つに記載の方法。 ７．充電式或いは非充電式バッテリのアノード或いはカソードの接点が、エネル ギー供給信号と重畳させられる制御信号を伝達するために使用されることを特徴 とする請求の範囲第１乃至６項のいずれか一つに記載の方法。 ８．分離不可能で且つ微小−エネルギー源を設計するためマイクロシステムに正 確に適応される充電式或いは非充電式の微小−エネルギー源を製造するために使 用されることを特徴とする請求の範囲第１乃至３項のいずれか一つに記載の方法 。 ９．充電式バッテリの実容量を何時でも決定するように、充電式バッテリに挿入 された高能力要素が、充電式バッテリに供給されるべきエネルギー量、或いは充 電式バッテリに既に返還されたエネルギー量を適正にすることを特徴とする請求 の範囲第１乃至８項のいずれか一つに記載の方法。 10．非充電式バッテリの残留容量を何時でも決定するように、非充電式バッテリ に挿入された高能力要素が、非充電式バッテリに供給されるべきエネルギーの量 を適正にすることを特徴とする請求の範囲第１乃至９項のいずれか一つに記載の 方法。