JP2008124249A - 電気二重層キャパシタ - Google Patents

Abstract

【課題】容器の変形を最小限に抑えた電気二重層キャパシタを提供する。
【解決手段】複数のパッケージセル４１を所定方向に積層したセル積層体３を箱形の容器２に収容し、セル積層体を所定方向から押圧した電気二重層キャパシタ１において、セル積層体に所定方向から対向する容器側壁２２ｃとセル積層体３との間に加圧機構４を設けた。加圧機構４は、容器側壁から受ける反力の作用点を側壁の外側縁部近傍に位置させた。具体的な実施形態では、加圧機構は弾性板（板ばね）５０を有する。弾性板は、積層体に隣接して配置される板本体５１と、板本体から斜め外側に向けて伸びる複数の弾性片５２を有し、弾性片の自由端部が容器側壁２２ｃ及び／又は２２ａの縁部近傍に接触させてある
【選択図】図５

Description

本発明は、電気二重層キャパシタに関する。

複数のパッケージセルからなる積層体を箱形容器に収容した電気二重層キャパシタでは、単位体積当たりのエネルギー密度を向上するために、コイルスプリング、板ばね、ねじ、加圧袋などを備えた加圧機構を用いて分極性電極の膨張を制限することが行われている。
特許第２９８７１６２号 岡村迪夫、電気二重層キャパシタと蓄電システム（第３版）、日刊工業新聞社

ところが、従来の加圧機構は、積層体と該積層体にその積層方向から対向する容器側壁との間に配置されたスプリング等の加圧力を容器側壁の全体で受けるようにしている。そのため、容器側壁の中央部が大きく外側に変形し（膨らみ）、その変形によって加圧力が次第に低下するおそれがある。そこで、この変形をできるだけ抑えるために、加圧機構と容器側壁との間に補強板を設けることが考えられるが、そうすると補強板の厚みだけキャパシタのサイズが大きくなるという別の問題がある。

本発明は、このような問題を解消するためになされたもので、複数のパッケージセルを所定方向に積層したセル積層体を箱形の容器に収容し、上記セル積層体を上記所定方向から押圧した電気二重層キャパシタにおいて、上記セル積層体に上記所定方向から対向する容器側壁と上記セル積層体との間に加圧機構を設け、上記加圧機構が上記容器側壁から受ける反力の作用点を上記側壁または上記側壁に隣接する別の側壁の縁部近傍に位置させたことを特徴とする。

本発明の他の形態の電気二重層キャパシタは、上記加圧機構が弾性板を有し、上記弾性板は、上記積層体に隣接して配置される板本体と、上記板本体から斜め外側に向けて伸びる複数の弾性片を有し、上記複数の弾性片の自由端部が上記側壁または上記別の側壁の縁部近傍に接触させてあることを特徴とする。

このように構成された本発明の電気二重層キャパシタによれば、容器側壁に対する加圧機構の反力作用点が容器側壁の外側縁部に位置させてあるので、加圧機構と容器側壁と間に補強板を設けなくても、容器側壁の変形が最小限に抑えられる。

以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。なお、以下の説明では、図面を参照した発明の理解を容易するために、図面に表された部材の位置や配置を説明する際に、必要に応じて、例えば「上」、「下」、「左」、「右」又はそれらの用語を含む別の用語を用いる。しかし、これらの用語の使用は発明の理解を容易にするための目的で使用するのであって、本発明の技術的範囲を定めるうえで利用されるべきものでない。

図１〜図３は、本発明に係る電気二重層キャパシタの外観を示す。図示するように、本発明の電気二重層キャパシタ１は、概略、箱形の容器又はハウジング２と、ハウジング２の内部に収容されたセル積層体３及び該セル積層体３をその積層方向に加圧する加圧機構４（図５〜図７を参照）と、ハウジング２の外側に固定された回路基板５を有する。

ハウジング２は、四角形（例えば、長方形又は正方形）の上面を形成する上部フレームの天板１１と、前後左右の周囲４側面を形成する外周フレームの周壁１２と、底面を形成する底部フレームの底板１３（図３参照）を有する。

図４に示すように、天板１１は、電気絶縁性の材料（例えば、絶縁性の樹脂）で形成されており、上面と下面を貫通する、２つの端子孔１５と複数の連結孔１６を備えている。図１と図２に示すように、端子孔１５には外部導出端子（正極端子、負極端子）１７，１８が固定されている。連結孔１６は、対向する一対の端部近傍に等間隔に配置されている。

図５〜図７に示すように、周壁１２は、２つのフレーム部分（第１のフレーム部分２０と第２のフレーム部分２１）を有する。図６に示すように、第１のフレーム部分２０は、４つの側壁の内の連続した３つの側壁、すなわち、対向する一対の側壁２２ａと、これら一対の側壁２２ａを互いに連結する一つの側壁２２ｂを形成する。図７に示すように、第２のフレーム部分２１は、４つの側壁の残りの一つの側壁２２ｃを形成する。

実施形態において、第１のフレーム部分２０と第２のフレーム部分２１はそれぞれ、一枚の金属板を折り曲げて形成されている。図６に詳細に示すように、第１のフレーム部分２０は、対向する一対の側壁２２ａの上端から内方に突出する複数の天板連結部２３を備えている。天板連結部２３にはそれぞれねじ孔２４が形成されている。側壁２２ａは、側壁２２ｂから離れた縦方向端部に、縦方向に所定の間隔をあけて複数（実施形態では３つ）の連結用の孔２５を有する。図８に示すように、側壁２２ａを繋ぐ側壁２２ｂは、その下端部から内方に突出する底部フランジ２６を有し、この底部フランジ２６に複数の底板固定用の孔２７を備えている。図７に詳細に示すように、第２のフレーム部分２１は、左右両端部と下端部からそれぞれ内方に突出する一対の側部フランジ２８と底部フランジ２９を備えている。側部フランジ２８には、第１のフレーム部分２０の孔２５の間隔と同一の間隔を縦方向にあけて、複数のねじ孔３０が形成されている。

図９に示すように、底板１３は、四角形の金属板又は樹脂板からなり、一辺の端部近傍に、第１のフレーム部分２０の底部フランジ２９の孔２７と同一の間隔をあけて複数のねじ孔３１が形成されている。

図１〜図３に示すように、回路基板５は、ハウジング周壁１２の外側に固定されている。ただし、回路基板５は、天板１１の裏側（ハウジングの内部）、底板１３の上面または底面に設けることもできる。

図１０に示すように、セル積層体３は、複数のパッケージセル４１を積層して構成されている。実施の形態では、セル積層体３は、１０個のパッケージセル４１を重ねて構成されているが、その数は限定的ではない。図１１と図１２に示すように、各パッケージセル４１は、略四角形の袋状容器のパッケージ４２を有する。パッケージ４２は、少なくとも最内層と最外層が電気的に絶縁性の材料からなるフィルムで構成された積層型の可撓性シートからなり、上部のフィルム接合部から正極集電極４３と負極集電極４４が突出させてある。図面から省略されているが、パッケージ４２の内部には、両面に炭素を主体とする分極性電極を有する複数の集電極が、セパレータを介して重ね合わせた積層体が電解液と共に収容されており、各集電極の正極端子と負極端子がそれぞれ正極集電極４３と負極集電極４４に接続されている。このように構成された複数のパッケージセル４１は、図１０に示すように、隣接するパッケージセル４１の正極集電極４３と負極集電極４４を接続端子４５で連結して、直列に接続される。

図１１と図１２に示すように、実施形態では、各パッケージセル４１の左右両側に位置する縦方向の接合部４６を積層方向にほぼ直角に折り曲げて規制部４７が形成されている。したがって、セル積層体３において、各パッケージセル４１は、積層方向と直交する水平方向に関して、他のパッケージセル４１によって同水平方向の移動が規制される。そのため、セル積層体３の取り扱いが容易に行える。

図５〜図７に示すように、加圧機構４は、一枚の弾性金属板を加工して形成された板ばね５０を有する。板ばね５０は、四角形の板本体（加圧部）５１を有する。板本体５１の大きさは、パッケージセル４１に収容されている集電極の大きさとほぼ同じであることが好ましい。板ばね５０は、左右の縦方向縁部から外側に向かって突出する複数の弾性片５２を有する。複数の弾性片５２は、その基端部において、一方（例えば右側）の縦方向縁部から突出する複数の弾性片５２と他方（例えば、左側）の縦方向縁部から突出する複数の弾性片５２が板本体５１を挟んで互いに向き合うように、折り曲げられる。図７に示すように、折り曲げた状態で、一方の弾性片５２の末端（自由端）と他方の弾性片５２の末端（自由端）との距離は、ハウジング２を構成する第２のフレーム部分２１における一対の側部フランジ２８の間の距離よりも多少又は僅かに小さくしてある。

このような構成を備えた電気二重層キャパシタ１の組み立てについて説明する。まず、図１３に示すように、第１のフレーム部分２０に底板１３を取り付ける。このとき、図４と図８に示すように、第１のフレーム部分２０に設けた底部フランジ２６の孔２７を介して底板９のねじ孔３１にねじ５５を螺合して、第１のフレーム部分２０に底板１３を固定する。図６に示すように、第１のフレーム部分２０を構成する中央の側壁２２ｂの内側には、金属又は樹脂からなる四角形の補強板５６を設けてもよい。

次に、図１３に示すように、複数のパッケージセル４１を積層して電気的に接続したセル積層体３を、第１のフレーム部分２０の内側に収容する。この状態で、セル積層体３は、その底部が底板１３によって支持される。

次に、図１４に示すように、板ばね５０をセル積層体３の上に配置する。このとき、板ばね５０の板本体５１がセル積層体３に隣接し、弾性片５２を第１のフレーム部分２０の側壁２２ａの開放端部に向けて配置する。なお、図示するように、板ばね５０とセル積層体３との間にセパレータ５３を配置してもよい。

次に、図１５に示すように、第２のフレーム部分２１を第１のフレーム部分２０に組み付ける。このとき、第１フレーム部分２０の対向する側壁２２ａの内側に第２のフレーム部分２１の側部フランジ２８を位置させた状態で、板ばね５０に対抗して第１のフレーム部分２０をセル積層体３に向けて押圧し、第１のフレーム部分２０の孔２５を介して第２のフレーム部分２１のねじ孔３０（図７参照）にねじ５７を螺合する。このように組み立てられた状態で、板ばね５０の弾性片５２の末端は側壁２２ｃの外側縁部又はその近傍に接触し、その接触部（反力作用点）から反力を受ける。したがって、板ばね５０に対向する側壁２２ｃに大きな曲げモーメントが作用することがなく、この側壁２２ｃが大きく変形することもない。

次に、セル積層体３と回路基板５を電気的に接続する。

次に、セル積層体３の最外層を構成する一方と他方のパッケージセル４１の集電極（隣接するパッケージセルの集電極と接続されていない集電極）を天板１１の一方と他方の外部導出端子１７，１８（図１〜図３を参照）にそれぞれ接続し、このように電気的に接続された天板１１をハウジング２の上に配置し、複数のねじ５８を天板１１の孔１６を介してハウジング２のねじ孔２４に螺合する。

このようにして組み立てられた電気二重層キャパシタ１によれば、加圧機構４の板ばね５０の弾性片５２は該板ばね５０に対向する側壁２２ｃの外側端部近傍に接触し、その接触部（反力作用点）から反力を受ける。そのため、側壁２２ｃに大きな曲げモーメントが作用して該側壁２２ｃが大きく変形することがない。また、側壁２２ｃの強度を補強する必要がないため、加圧機構とこれに隣接する側壁の間に補強板を配置する必要もない。

以上、本発明に係る電気二重層キャパシタの一実施形態を説明したが、本発明は特許請求の範囲に記載された発明の範囲で種々変更可能である。

例えば、上記実施形態では、板ばね５０は、板本体５１とその左右両縁から外側に斜めに突出して側壁２２ｃの外側縁部近傍にのみ接触する複数の弾性片５２で形成したが、図１６と図１７に示す板ばね６０のように、上記弾性片５２と同様に側壁２２ｃの外側縁部近傍に接触する複数の弾性片６２の他に、側壁２２ｃの内側領域で該側壁２２ｃに接触する別の弾性片６３を設けてもよい。この実施形態の場合、側壁２２ｃの外側縁部に接触する弾性片６２が受ける反力が、側壁２２ｃの内側領域に接触する弾性片６３が受ける反力よりも大きくなるように、板本体６１に対する弾性片６２，６３の角度や弾性片６２，６３の数を調整することが好ましい。

また、板ばねのおける複数の弾性片は同一方向に伸びている必要はなく、図１８と図１９に示す板ばね７０のように、複数の弾性片７２は板本体７１の中心から放射状に伸ばしてもよい。

さらに、側壁２２ｃの両側で該側壁２２ｃに隣接する別の側壁２２ａの縁部又はその近傍に突起（凸部）又は窪み（凹部）などの係合部を形成するとともに該係合部（図示せず）に弾性片５２の末端を係合させ、該係合部（反力作用点）から弾性片５２が反力を受けるようにしてもよい。この場合、上述の実施形態と同様に、側壁２２ｃが変形することはない。

本発明に係る電気二重層キャパシタの上方から見た斜視図。 本発明に係る電気二重層キャパシタの上方から見た斜視図。 本発明に係る電気二重層キャパシタの下方から見た斜視図。 天板の斜視図。 ハウジングと板ばねの斜視図。 ハウジングと板ばねの斜視図。 ハウジングと板ばねの斜視図。 本発明に係る電気二重層キャパシタの底面図。 底板の斜視図。 セル積層体の斜視図。 パッケージセルの斜視図。 パッケージセルの斜視図。 ハウジングフレームにセル積層体を収容した状態の斜視図。 ハウジングフレームにセル積層体と板ばねを収容した状態の斜視図。 ハウジングにセル積層体と板ばねを収容した状態の斜視図。 ハウジングの一部を除いた第２の実施形態に係る電気二重層の斜視図。 第２の実施形態に係る板ばねの斜視図。 第３の実施形態に係る板ばねの平面図。 第３の実施形態に係る板ばねの側面図。

符号の説明

１：電気二重層キャパシタ、２：ハウジング（容器）、３：セル積層体、４：加圧機構、
５：回路基板、１１：天板（上部フレーム）、１２：周壁（外周フレーム）、１３：底板（底部フレーム）、１５：端子孔、１６：連結孔、１７，１８：外部導出端子、２０：第１のフレーム部分、２１：第２のフレーム部分、２２ａ〜２２ｃ：側壁、２３：天板連結部、２４：ねじ孔、２５：孔、２６：底部フランジ、２７：孔、２８：側部フランジ、２９：底部フランジ、３０：ねじ孔、３１：ねじ孔、４１：パッケージセル、４２：パッケージ、４３：正極集電極、４４：負極集電極、４５：接続端子、４６：接合部、４７：規制部、５０：板ばね、５１：板本体、５２：弾性片。

Claims (2)

1. 複数のパッケージセルを所定方向に積層したセル積層体を箱形の容器に収容し、上記セル積層体を上記所定方向から押圧した電気二重層キャパシタにおいて、
   上記セル積層体に上記所定方向から対向する容器側壁と上記セル積層体との間に加圧機構を設け、
   上記加圧機構が上記容器側壁から受ける反力の作用点を上記側壁または上記側壁に隣接する別の側壁の縁部近傍に位置させたことを特徴とする電気二重層キャパシタ。
2. 上記加圧機構が弾性板を有し、
   上記弾性板は、上記積層体に隣接して配置される板本体と、上記板本体から外側もしくは斜め外側に向けて伸びる複数の弾性片を有し、
   上記複数の弾性片の自由端部が上記側壁または上記別の側壁の縁部近傍に接触させてあることを特徴とする請求項１の電気二重層キャパシタ。

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