JP2012114272A - 蓄電セル - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電装置の構造を簡素化し、かつ蓄電体の充放電効率が長期に渡って維持される蓄電セルを提供する。
【解決手段】充電、放電が行われる蓄電セル１であって、電荷を蓄える蓄電体２と、この蓄電体２を電解液と共に収容するセルケース１０と、このセルケース１０と蓄電体２の間に介装される弾性体（セルスプリング３０）とを備え、この弾性体（セルスプリング３０）の弾性復元力によって蓄電体２を加圧する構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、充電、放電が行われる蓄電セルに関するものである。

一般に、蓄電装置にあっては、蓄電セルの充放電効率を高めるために、蓄電セルを加圧する手段を備えている。

特許文献１には、蓄電セルのセルケースを部分的に塑性変形させて、セルケースに収容される蓄電体を加圧する蓄電セルが開示されている。

特許文献２には、蓄電セルの蓄電体を圧縮してセルケースに介装して、セルケースに収容される蓄電体を加圧する蓄電セルが開示されている。

特許文献３、４には、モジュールケースに複数個の蓄電セルが収容される蓄電モジュールは、モジュールケースに対して蓄電セルを加圧機構を設ける蓄電装置が開示されている。

特開２０００−２４３６６９号公報 特開２００９−２６９９８号公報 特開２００７−２６４４０７号公報 特開平３−２０３３１１号公報

しかしながら、特許文献１、２に開示された蓄電セルにあっては、セルケースの形状のバラツキや、蓄電体の寸法が経年変化することによって、蓄電体の加圧力が低下し、蓄電体の充放電効率を維持できない可能性があった。

特許文献３、４に開示された蓄電装置にあっては、モジュールケースと蓄電セルの間に設けられるを加圧機構によって、部品点数が増加し、製品のコストアップを招くという問題点があった。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、蓄電装置の構造を簡素化し、かつ蓄電体の充放電効率が長期に渡って維持される蓄電セルを提供することを目的とする。

本発明は、充電、放電が行われる蓄電セルであって、電荷を蓄える蓄電体と、この蓄電体を電解液と共に収容するセルケースと、このセルケースと蓄電体の間に介装される弾性体とを備え、この弾性体の弾性復元力によって蓄電体を加圧する構成とした。

本発明によると、蓄電体はセルケースに対して蓄電体を積層方向に加圧する。蓄電体は、弾性体の弾性復元力によって所定の加圧力が働き、蓄電体の充放電効率が長期に渡って維持される。

これにより、蓄電モジュールがモジュールケースに収容される蓄電装置は、モジュールケースに対して蓄電セルを加圧する加圧機構が廃止され、構造の簡素化によって製品の軽量化、コストダウンがはかれる。

本発明の実施形態を示す蓄電セルの分解斜視図。 同じくスプリングの斜視図。 同じく蓄電セルの側面図と断面図。 同じく蓄電セルの断面図。 他の実施形態を示すセルケースの斜視図。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は蓄電セル１の概略構成を示す分解斜視図である。ここで、互いに直交するＸ、Ｙ、Ｚの３軸を設定し、Ｘ軸が略水平前後方向、Ｙ軸が略水平横方向、Ｚ軸が略垂直方向に延びるものとし、蓄電セル１の構成を説明する。

蓄電セル１は、電荷を蓄える蓄電体（充放電積層体）２と、この蓄電体２を包囲する２枚の絶縁フィルム３と、後述するセルスプリング３０と、これらを電解液と共に収容するセルケース１０及びセルカバー７とを備える。

蓄電体２は、図示しない複数の正極体及び負極体と、両者の間に介装される複数のセパレータとが積層され、正極体と負極体の両極それぞれで電気二重層による静電容量によって電荷（電気エネルギ）を蓄えるとともに、蓄えた電荷を放出する電気二重層キャパシタセルを構成する。

正極体及び負極体は、その表面に電気二重層を構成する分極性電極と、この分極性電極に接続される一対の集電極９とをそれぞれ備える。

分極性電極は、矩形の板状に形成した活性質材（活性炭）によって構成される。分極性電極に比表面積が極めて大きい活性質材を用いることにより、電気二重層キャパシタの静電容量を高められる。

セパレータは、紙または樹脂製シート等によって形成され、隣り合う分極性電極の間に介装される。

集電極９は、短冊状の金属箔（例えば、アルミニウム箔）によって構成される。同極の集電極９どうしを束ね、この集電極の結束部に極性の対応する電極端子８が例えばスポット溶接等によって結合される。

セルカバー７は、樹脂によって断面矩形のブロック状に形成され、これを貫通する一対の電極端子８を備え、電極端子８がインサート成形によって固定される。

セルケース１０は、例えばアルミ材等の金属板によって箱状に形成され、その上端に開口部１１を有する。セルケース１０は、その開口部１１から蓄電体２、絶縁フィルム３、セルスプリング３０が積層された状態で介装されるとともに、電解液が充填された後に、開口部１１がセルカバー７によって閉塞される。

セルケース１０は、セルカバー７が嵌合して取り付けられるカバー嵌合部１２と、蓄電体２、絶縁フィルム３、セルスプリング３０が介装される収容箱部１３とを有する。セルカバー７は、セルケース１０のカバー嵌合部１２に隙間なく嵌合して固定される。

蓄電セル１は、セルケース１０に対して蓄電体２を加圧する弾性体としてセルスプリング３０を備える。

セルスプリング３０は、平板状のベースプレート３１と、このベースプレート３１から爪状に突出する多数のリーフ３２とを有し、これらが金属製バネ材をプレス成形して一体形成される。各リーフ３２は、Ｙ軸方向とＺ軸方向についてそれぞれ所定の間隔を持って並ぶように配置される。

図２に示すように、爪状のリーフ３２は、ベースプレート３１を打ち抜いて形成される。リーフ３２は、その断面がクランク状に折り曲げられ、ベースプレート３１から段差無く延びるリーフ基端部３３と、このリーフ基端部３３から折り曲げられて斜めに突出するリーフ傾斜部３４と、このリーフ傾斜部３４から折り曲げられてベースプレート３１と略平行に延びるリーフ先端部３５とを有する。

後述するように、リーフ３２は、Ｘ軸方向について圧縮されると、リーフ基端部３３とリーフ傾斜部３４とリーフ先端部３５とが略平板状に延び、ベースプレート３１に開口した打ち抜き穴３６に収まるようになっている。

蓄電セル１は、セルケース１０の収容箱部１３に蓄電体２、絶縁フィルム３、スプリング（弾性体）３０が積層された状態で介装された後に、セルケース１０を塑性変形させてセルスプリング３０及び蓄電体２を圧縮する構成とする。

セルケース１０の収容箱部１３は、スプリング（弾性体）３０、蓄電体２を押圧する前後の押圧壁部１５と、プレス加工によって塑性変形する周囲のカシメ部１６とを有する。

図３において、（ａ）図はカシメ部１６のプレス加工が行われる前の状態を示すセルケース１０の側面図、（ｂ）図は（ａ）図のＡ−Ａ線に沿うセルケース１０の断面図である。これに示すように、カシメ部１６は、その断面形状が略三角形をして、そのカシメ先端部１６ａとカシメ中程部１６ｂが直線上に延びている。収容箱部１３の断面形状は、略六角形をしている。

図３において、（ｃ）図はカシメ部１６のプレス加工が行われた後の状態を示すセルケース１０の側面図、（ｄ）図は（ｃ）図のＡ−Ａ線に沿うセルケース１０の断面図である。これに示すように、プレス加工が行われたカシメ部１６は、そのカシメ中程部１６ｂが曲折してそのカシメ先端部１６ａが尖るように塑性変形する。これにより、収容箱部１３の断面形状は、略十角形となっている。

図４は、セルケース１０のプレス加工が行われた状態を示す蓄電セル１の断面図である。セルケース１０の収容箱部１３は、カシメ部１６が塑性変形して前後の押圧壁部１５の間の距離がＸ軸方向について縮小する。これによって、押圧壁部１５に当接するセルスプリング３０は、各リーフ３２が弾性変形して略平板状に延び、リーフ３２の弾性復元力によってベースプレート３１が絶縁フィルム３を介して蓄電体２に押し付けられ、蓄電体２を加圧する。これにより、蓄電体２は、均一な加圧力が広い範囲に働き、その内部抵抗が低減され、その充放電性能が高められる。

セルケース１０は、カシメ部１６が塑性変形することによって、収縮する収容箱部１３とセルカバー７が取り付けられるカバー嵌合部１２との間に段部１７が形成される。

セルケース１０の段部１７は、隣り合う２つのセルケース１０の間にセル間隙を画成するセル間隙画成部を構成する。

複数個の蓄電セル１が直列に並んで設けられる蓄電モジュールは、隣り合う各セルケース１０の間で、カバー嵌合部１２どうしが当接し、収容箱部１３どうしの間にセル間隙が設けられる。このセル間隙は、Ｘ軸方向の寸法（開口幅）が、段部１７のＸ軸方向の突出量の２倍になる。

蓄電モジュールは、この各セルケース１０間のセル間隙に冷却空気が導かれる構成とし、各セルケース１０の放熱が促される。

なお、蓄電セル１の内部にて、蓄電体２に発生する熱は、セルスプリング３０を介してセルケース１０に伝えられ、蓄電体２の放熱が促される。

図５に示すように、セルケース１０の押圧壁部１５に複数の補強リブ１８を形成しても良い。セルケース１０は、補強リブ１８が形成されることによって、セルスプリング３０の反力を支持する押圧壁部１５の剛性を高められる。

蓄電装置は、電荷を蓄える蓄電セル（蓄電要素）１と、複数個の蓄電セル１が直列または並列に接続される蓄電モジュールと、この蓄電モジュールを収容するモジュールケース（図示せず）とを備え、モジュールケースによって蓄電モジュールが包囲されることによって各蓄電セル１の防水性、防塵性、絶縁性が確保される。

蓄電モジュールを構成する各蓄電セル１は、電極端子８に接続される図示しないバスバーを介して互いに直列または並列に接続される。蓄電モジュールの両端に位置する一対のバスバーが図示しない入出力回路に接続され、各蓄電体２の充電、放電が行われる。

以下、本実施形態の要旨と作用、効果を説明する。

本実施形態では、充電、放電が行われる蓄電セル１であって、電荷を蓄える蓄電体２と、この蓄電体２を電解液と共に収容するセルケース１０と、このセルケース１０と蓄電体２の間に介装される弾性体（セルスプリング３０）とを備え、この弾性体（セルスプリング３０）の弾性復元力によって蓄電体２を加圧する構成とした。

上記構成に基づき、蓄電体２はセルケース１０に対して蓄電体２を積層方向に加圧する。蓄電体２は、弾性体（セルスプリング３０）の弾性復元力によって所定の加圧力が働き、蓄電体２の充放電効率が長期に渡って維持される。

これにより、蓄電モジュールがモジュールケースに収容される蓄電装置は、モジュールケースに対して蓄電セル１を加圧する加圧機構が廃止され、構造の簡素化によって製品の軽量化、コストダウンがはかれる。

本実施形態では、弾性体を板状のバネ材によって形成されるセルスプリング３０とする構成とした。

上記構成に基づき、セルスプリング３０は、その弾性復元力が長期に渡って維持され、蓄電体２の充放電性能が経時劣化することが抑えられる。

本実施形態では、セルスプリング３０は、セルケース１０に当接して弾性変形する複数のリーフ３２と、蓄電体２を押圧する平板状のベースプレート３１とを備える構成とした。

上記構成に基づき、セルスプリング３０は、セルケース１０に当接するリーフ３２の弾性復元力によって平板状のベースプレート３１が蓄電体２に押し付けられ、蓄電体２を加圧する。これにより、蓄電体２は、均一な加圧力が広い範囲に働き、その充放電性能を有効に高められる。

さらに、セルスプリング３０は、蓄電体２に発生する熱をセルケース１０に伝える働きをして、蓄電体２の放熱が促される。

なお、セルスプリングは、これに限らず、例えばその断面を波形に湾曲させた波形プレートを用いても良い。

本実施形態では、セルケース１０は、プレス加工によって蓄電体２と弾性体（セルスプリング３０）を圧縮するように塑性変形するカシメ部１６を備える構成とする。

上記構成に基づき、カシメ部１６の塑性変形量に応じて弾性体（セルスプリング３０）の弾性復元力が得られ、蓄電体２の充放電性能が長期に渡って維持される。

本実施形態では、蓄電セル１の製造方法として、セルケース１０に蓄電体２と弾性体（セルスプリング３０）を介装した後に、セルケース１０（カシメ部１６）を塑性変形させて弾性体（セルスプリング３０）を圧縮して弾性変形させる構成とする。

上記構成に基づき、蓄電セル１の製造時に、セルケース１０に蓄電体２と弾性体（セルスプリング３０）を圧縮して介装する必要がなく、蓄電体２と弾性体（セルスプリング３０）を損傷することが防止され、蓄電セル１の品質を高められるとともに、生産性を高められる。

本実施形態では、蓄電セル１は、隣り合うように配置される２つのセルケース１０の間にセル間隙を画成するセル間隙画成部（段部１７）を備える構成とした。

上記構成に基づき、複数個の蓄電セル１が並んで設けられる蓄電モジュールは、セル間隙画成部（段部１７）によって隣り合う各セルケース１０の収容箱部１３どうしの間にセル間隙が設けられ、このセル間隙に冷媒（例えば冷却空気）が導かれることにより、各セルケース１０の放熱が促される。

本実施形態では、セルケース１０の開口部１１を閉塞するセルカバー７を備え、セルケース１０は、セルカバー７が嵌合して取り付けられるカバー嵌合部１２と、蓄電体２と弾性体（セルスプリング３０）が介装される収容箱部１３とを備え、収容箱部１３は塑性変形されるカシメ部１６を備え、セル間隙画成部としてカバー嵌合部１２と収容箱部１３との間に段部１７が形成され、隣り合うように配置される２つのセルケース１０の間で、カバー嵌合部１２どうしが当接し、収容箱部１３どうしの間にセル間隙が設けられる構成とした。

上記構成に基づき、複数個の蓄電セル１が並んで設けられる蓄電モジュールは、隣り合う各セルケース１０の収容箱部１３どうしの間にセル間隙が設けられ、このセル間隙に冷媒（例えば冷却空気）が導かれることにより、各セルケース１０の放熱が促される。

なお、セルケースに介装される弾性体は、スプリングに限らず、例えば電解液の水分を吸収して膨張する吸水膨張体を用いても良い。この場合に、セルケースを塑性変形させて弾性体を圧縮する必要がなく、吸水膨張体の弾性復元力によって蓄電体が加圧される。

なお、蓄電セル１は、電気二重層キャパシタセルに限らず、化学反応を利用して電荷を蓄える化学電池を用いても良い。

本発明は上記の実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

１ 蓄電セル
２ 蓄電体
７ セルカバー
８ 電極端子
９ 集電極
１０ セルケース
１１ 開口部
１２ カバー嵌合部
１３ 収容箱部
１５ 押圧壁部
１６ カシメ部
１７ 段部（セル間隙画成部）
１８ 補強リブ
３０ スプリング（弾性体）
３１ ベースプレート
３２ リーフ

Claims (6)

1. 充電、放電が行われる蓄電セルであって、
   電荷を蓄える蓄電体と、
   前記蓄電体を電解液と共に収容するセルケースと、
   前記セルケースと前記蓄電体の間に介装される弾性体と、を備え、
   前記弾性体の弾性復元力によって前記蓄電体を加圧することを特徴とする蓄電セル。
2. 前記弾性体を板状のバネ材によって形成されるセルスプリングとすることを特徴とする請求項１に記載の蓄電セル。
3. 前記セルスプリングは、
   前記セルケースに当接して弾性変形する複数のリーフと、
   前記蓄電体を押圧する平板状のベースプレートと、を備えることを特徴とする請求項２に記載の蓄電セル。
4. 前記セルケースは、プレス加工によって前記蓄電体と前記弾性体を圧縮するように塑性変形するカシメ部を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の蓄電セル。
5. 前記蓄電セルは、隣り合うように配置される２つの前記セルケースの間にセル間隙を画成するセル間隙画成部を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の蓄電セル。
6. 前記セルケースの開口部を閉塞するセルカバーを備え、
   前記セルケースは、
   前記セルカバーが嵌合して取り付けられるカバー嵌合部と、
   前記蓄電体と弾性体が介装される収容箱部と、を備え、
   前記収容箱部はプレス加工によって塑性変形されるカシメ部を備え、
   前記セル間隙画成部として前記カバー嵌合部と前記収容箱部との間に段部が形成され、
   隣り合うように配置される２つの前記セルケースの間で、前記カバー嵌合部どうしが当接し、前記収容箱部どうしの間に前記セル間隙が設けられることを特徴とする請求項５に記載の蓄電セル。