JP2016149440A - Electrode body pressurizing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、キャパシタなどの蓄電デバイスに備えられる電極体を加圧する装置に関する。 The present invention relates to an apparatus for pressurizing an electrode body provided in a power storage device such as a capacitor.
自動車などの車両には、メインバッテリとして搭載されている鉛電池に加え、回生電力を蓄えておくためのサブバッテリ(補助電源)として、大電力を充放電可能なキャパシタが搭載され始めている。 In vehicles such as automobiles, in addition to lead batteries mounted as main batteries, capacitors capable of charging / discharging large power are being mounted as sub-batteries (auxiliary power supplies) for storing regenerative power.
たとえば、ラミネート型のキャパシタ(ラミネートセル)は、1対のラミネートシート間に、セパレータを挟んで正極および負極が交互に積層された構造の電極体を備えている。ラミネートシートの周縁部は、全周にわたって溶着されており、電極体は、ラミネートシート間に、電解液に浸漬した状態で封入されている。 For example, a laminate-type capacitor (laminate cell) includes an electrode body having a structure in which positive and negative electrodes are alternately stacked with a separator interposed between a pair of laminate sheets. The peripheral edge of the laminate sheet is welded over the entire periphery, and the electrode body is sealed between the laminate sheets in a state of being immersed in an electrolytic solution.
かかる構成のキャパシタでは、電極体を均等な面圧で積層方向に加圧(拘束)することにより、その蓄電性能を高めることができる。電極体を加圧するため、たとえば、2枚の拘束板が用いられる。2枚の拘束板により、キャパシタが電極体の積層方向の両側から挟まれる。そして、一方または両方の拘束板がキャパシタに向けて押圧され、その押圧力により、キャパシタが電極体の積層方向に加圧される(たとえば、特許文献1参照)。 In the capacitor having such a configuration, the power storage performance can be improved by pressing (restraining) the electrode body in the stacking direction with a uniform surface pressure. In order to pressurize the electrode body, for example, two constraining plates are used. The capacitor is sandwiched from both sides of the electrode body in the stacking direction by the two restraining plates. One or both of the restraining plates are pressed toward the capacitor, and the capacitor is pressed in the stacking direction of the electrode body by the pressing force (see, for example, Patent Document 1).
ところが、充放電に伴い、電解液の溶媒などが分解されることにより、ガスが発生する場合がある。キャパシタが電極体の積層方向の両側から押圧されていると、電極体内(電極間)からガスが排出されにくい。ガスが電極体内に滞留すると、イオンの移動が阻害され、エネルギー密度の低下や内部抵抗の増大などを引き起こす要因となる。 However, gas may be generated due to decomposition of the solvent of the electrolytic solution or the like with charge / discharge. When the capacitor is pressed from both sides in the stacking direction of the electrode bodies, it is difficult for gas to be discharged from the electrode bodies (between the electrodes). If the gas stays in the electrode body, the movement of ions is hindered, causing a decrease in energy density and an increase in internal resistance.
本発明の目的は、電極体の加圧による蓄電性能の向上および電極体でのガスの滞留の抑制を両立させることができる、電極体加圧装置を提供することである。 The objective of this invention is providing the electrode body pressurization apparatus which can make compatible the improvement of the electrical storage performance by pressurization of an electrode body, and suppression of the stay of the gas in an electrode body.
前記の目的を達成するため、本発明に係る電極体加圧装置は、正極と負極とがセパレータを挟んで交互に積層された構造の電極体を備える蓄電デバイスが搭載された車両に用いられ、電極体を加圧する装置であって、蓄電デバイスに接触する接触部と、車両の運転席の使用時に接触部を蓄電デバイスに押圧させ、運転席の非使用時に当該押圧を解除する押圧操作部とを含む。 In order to achieve the above object, an electrode body pressurizing apparatus according to the present invention is used in a vehicle on which an electricity storage device including an electrode body having a structure in which positive electrodes and negative electrodes are alternately stacked with separators interposed therebetween, A device that pressurizes the electrode body, the contact portion contacting the power storage device, and a pressing operation portion that causes the power storage device to press the contact portion when the driver's seat of the vehicle is used and releases the pressure when the driver's seat is not used. including.
この構成によれば、車両の運転席の使用時には、接触部が蓄電デバイスに押圧される。これにより、少なくとも車両の走行中は、蓄電デバイスに備えられている電極体が加圧され、その加圧により、蓄電デバイスの蓄電性能を向上させることができる。 According to this configuration, when the driver's seat of the vehicle is used, the contact portion is pressed against the power storage device. Thereby, at least during traveling of the vehicle, the electrode body provided in the power storage device is pressurized, and the power storage performance of the power storage device can be improved by the pressurization.
一方、運転席の非使用時には、接触部による蓄電デバイスの押圧が解除される。これにより、電極体の加圧が解除されるので、蓄電デバイスの充放電中に電極体内で発生したガスが電極体外に排出される。よって、ガスが電極体内に滞留することによる性能の低下を抑制することができる。 On the other hand, when the driver's seat is not used, the pressing of the power storage device by the contact portion is released. Thereby, since pressurization of the electrode body is released, gas generated in the electrode body during charge / discharge of the electricity storage device is discharged out of the electrode body. Therefore, it is possible to suppress a decrease in performance due to gas remaining in the electrode body.
接触部は、蓄電デバイスの下方に配置されており、押圧操作部は、支点を中心に揺動可能に設けられて、一端部が運転席の下方に配置され、他端部が接触部に当接/離間するか、または、接触部として形成されていてもよい。 The contact portion is disposed below the power storage device, the pressing operation portion is provided to be swingable around a fulcrum, one end portion is disposed below the driver's seat, and the other end portion is in contact with the contact portion. It may contact / separate or may be formed as a contact portion.
この構成によれば、運転席に運転者が着座すると、押圧操作部の一端部が下がり、押圧操作部の他端部が上がる。押圧操作部の他端部の上昇に伴って、接触部が蓄電デバイスを押圧する。一方、運転席から運転者が離席すると、押圧操作部の一端部が上がり、押圧操作部の他端部が下がり、接触部による蓄電デバイスの押圧が解除される。 According to this configuration, when the driver sits on the driver's seat, one end of the pressing operation unit is lowered and the other end of the pressing operation unit is raised. As the other end of the pressing operation unit rises, the contact unit presses the power storage device. On the other hand, when the driver leaves the driver's seat, one end of the pressing operation unit is raised, the other end of the pressing operation unit is lowered, and the pressing of the power storage device by the contact unit is released.
接触部は、蓄電デバイスの上方に配置されており、押圧操作部は、一端部を支点として揺動可能に設けられて、他端部が運転席の下方に配置され、途中部が接触部に連結されるか、または、接触部として形成されていてもよい。 The contact portion is disposed above the power storage device, the pressing operation portion is provided to be swingable with one end portion as a fulcrum, the other end portion is disposed below the driver's seat, and the middle portion is the contact portion. It may be connected or formed as a contact portion.
この構成によれば、運転席に運転者が着座すると、押圧操作部の他端部が下がり、押圧操作部の途中部が下がる。押圧操作部の途中部の下降に伴って、接触部が蓄電デバイスを押圧する。一方、運転席から運転者が離席すると、押圧操作部の一端部が上がり、押圧操作部の途中部が下がって、接触部による蓄電デバイスの押圧が解除される。 According to this configuration, when the driver is seated on the driver's seat, the other end of the pressing operation unit is lowered, and the middle part of the pressing operation unit is lowered. As the midway portion of the pressing operation unit is lowered, the contact unit presses the power storage device. On the other hand, when the driver leaves the driver's seat, one end portion of the pressing operation portion is raised, and a middle portion of the pressing operation portion is lowered, so that the pressing of the power storage device by the contact portion is released.
また、蓄電デバイスに対して電極体の積層方向の少なくとも一方側に、拘束板が配置され、蓄電デバイスと拘束板との間に、自然な状態で湾曲した板ばねからなるスペーサが湾曲により凸となる側を蓄電デバイスに向けた状態で介装されてもよい。 In addition, a constraining plate is disposed on at least one side in the stacking direction of the electrode body with respect to the power storage device, and a spacer made of a leaf spring that is naturally curved is convex between the power storage device and the constraining plate. May be interposed with the side to be directed toward the electricity storage device.
これにより、拘束板が押圧されると、拘束板により、スペーサの端縁が押圧され、スペーサが弾性変形する。スペーサの弾性変形に伴って、スペーサにより、蓄電デバイスがその中央部から周縁に向けて次第に押圧される。これにより、蓄電デバイスの電極体がその中央部から周縁に向けて次第に加圧され、電極体内に滞留しているガスを中央部から周縁へと押し出すことができる。 Thus, when the restraint plate is pressed, the edge of the spacer is pressed by the restraint plate, and the spacer is elastically deformed. With the elastic deformation of the spacer, the power storage device is gradually pressed from the central portion toward the peripheral edge by the spacer. Thereby, the electrode body of an electrical storage device is gradually pressurized toward the periphery from the center part, and the gas which has accumulated in the electrode body can be pushed out from a center part to a periphery.
本発明によれば、電極体の加圧による蓄電性能の向上および電極体でのガスの滞留の抑制を両立させることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the improvement of the electrical storage performance by pressurization of an electrode body and suppression of the stay of the gas in an electrode body can be made compatible.
以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の一実施形態に係る電極体加圧装置1の構成を図解的に示す側面図である。
FIG. 1 is a side view schematically showing the configuration of an electrode
電極体加圧装置1は、たとえば、キャパシタ2をサブバッテリとして搭載した車両に用いられる。キャパシタ2は、たとえば、車両の助手席(図示せず)の下方に配置されている。キャパシタ2は、2枚の拘束板3により上下から挟まれている。上側の拘束板3は、車両に固定的に設けられ、下側の拘束板3は、上下に移動可能に設けられている。
The electrode body pressurizing
図2は、キャパシタ2の構成を図解的に示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the
キャパシタ2は、たとえば、ラミネート型のリチウムイオンキャパシタである。キャパシタ2は、1対のラミネートシート21間に、電極体22を備えている。ラミネートシート21は、アルミニウム基材の表面を絶縁性の樹脂で被覆してなるシートである。ラミネートシート21の周縁部は、全周にわたって溶着されており、電極体22は、ラミネートシート21間に、電解液に浸漬した状態で封入されている。
The
電極体22は、正極23と負極24とをそれらの間にセパレータ25を挟んで積層した積層構造を有している。電極体22は、正極23および負極24ならびにそれらの間のセパレータ25を1組として、1組または複数組の正極23、負極24およびセパレータ25を備えている。電極体22の最上層および最下層は、セパレータ25からなる。
The
図1を再び参照して、電極体加圧装置1は、押圧操作部材4を備えている。押圧操作部材4は、長く延びる棒状の部材である。押圧操作部材4の一端部5は、運転席6の下方に配置されている。押圧操作部材4の他端部7は、下側の拘束板3の下方に配置されている。押圧操作部材4の途中部には、他端部7側に片寄った位置に、支持軸8が設けられている。支持軸8は、水平方向(車両が水平な路面に所在している状態における前後左右方向)に軸線を有している。押圧操作部材4は、支持軸8を支点に揺動可能に設けられている。押圧操作部材4の一端部5と支持軸8との距離は、たとえば、他端部7と支持軸8との距離の約7倍である。押圧操作部材4の全長は、たとえば、1200mmである。
Referring again to FIG. 1, the electrode body pressing
運転席6に運転者が着座すると、運転者の体重が押圧操作部材4の一端部5に加わり、一端部5が下がり、押圧操作部材4の他端部7が上がる。押圧操作部材4の他端部7の上昇に伴って、押圧操作部材4の他端部7が拘束板3を下方から押圧し、操作部の一例としての拘束板3がキャパシタ2を押圧する。これにより、キャパシタ2に備えられている電極体22が加圧され、その加圧により、キャパシタ2の蓄電性能を向上させることができる。
When the driver sits on the driver's seat 6, the weight of the driver is applied to the one
一方、運転席6から運転者が離席すると、押圧操作部材4の一端部が上がり、押圧操作部材4の他端部7が下がり、押圧操作部材4の他端部7による拘束板3の押圧が解除される。これにより、電極体22の加圧が解除されるので、キャパシタ2の充放電中に電極体22内で発生したガスが電極体22外に排出される。よって、ガスが電極体22内に滞留することによる性能の低下を抑制することができる。
On the other hand, when the driver leaves the driver's seat 6, one end portion of the
また、押圧操作部材4の一端部5の下方には、一端部5が下がり過ぎることを防止するためのストッパ9が設けられている。一端部5がストッパ9に当接することにより、一端部5の下降が阻止され、押圧操作部材4の他端部7による拘束板3のそれ以上の押圧が阻止される。これにより、電極体22が加圧され過ぎることを抑制できる。
A
図3は、本発明の他の実施形態に係る電極体加圧装置31の構成を図解的に示す側面図である。図3において、図1に示される各部に相当する部分には、それらの各部と同一の参照符号が付されている。また、以下では、その同一の参照符号が付された部分の説明を省略する。
FIG. 3 is a side view schematically showing the configuration of an electrode
電極体加圧装置31は、押圧操作部材32を備えている。押圧操作部材32は、長く延びる棒状の部材である。押圧操作部材32の一端部33は、運転席6の下方に配置されている。押圧操作部材32の途中部34は、上側の拘束板3の上方に配置されている。押圧操作部材32の他端部には、支持軸35が設けられている。支持軸35は、水平方向に軸線を有している。押圧操作部材32は、支持軸35を支点に揺動可能に設けられている。押圧操作部材32の一端部33と途中部34との距離は、たとえば、途中部34と支持軸35との距離の約7倍である。押圧操作部材32の全長は、たとえば、1200mmである。
The electrode
運転席6に運転者が着座すると、運転者の体重が押圧操作部材32の一端部33に加わり、一端部33が下がり、押圧操作部材32の途中部34が下がる。押圧操作部材32の途中部34の下降に伴って、押圧操作部材32の途中部34が拘束板3を上方から押圧し、拘束板3がキャパシタ2を押圧する。これにより、キャパシタ2に備えられている電極体22が加圧され、その加圧により、キャパシタ2の蓄電性能を向上させることができる。
When the driver is seated on the driver's seat 6, the weight of the driver is added to the one
一方、運転席6から運転者が離席すると、押圧操作部材32の一端部が上がり、押圧操作部材32の途中部34が上がり、押圧操作部材32の途中部34による拘束板3の押圧が解除される。これにより、電極体22の加圧が解除されるので、キャパシタ2の充放電中に電極体22内で発生したガスが電極体22外に排出される。よって、ガスが電極体22内に滞留することによる性能の低下を抑制することができる。
On the other hand, when the driver leaves the driver's seat 6, one end portion of the
図4は、本発明のさらに他の実施形態に係る電極体加圧装置41の構成を図解的に示す側面図である。
FIG. 4 is a side view schematically showing the configuration of an electrode
電極体加圧装置41は、電動シリンダ42、制御部43および着座センサ44を備えている。
The electrode
電動シリンダ42は、モータ45およびピストン46を備えるとともに、モータ45の回転をピストン46の直線運動に変換するボールねじ機構(図示せず)を内蔵している。電動シリンダ42は、上側の拘束板3の上方に、ピストン46を下方に向けて配置されている。
The
なお、本実施形態において、上側の拘束板3は、上下に移動可能に設けられ、下側の拘束板3は、車両に固定的に設けられている。
In the present embodiment, the
制御部43は、CPU、ROMおよびRAMなどを含む。制御部43は、車両に搭載されているECUの一部の機能として構成されてもよい。
The
着座センサ44は、車両の運転席に運転者が着座しているか否か検出し、その検出信号を制御部43に入力する。着座センサ44は、たとえば、運転席に設けられた重量センサであってもよいし、赤外線により運転席に着座した運転者を検出する赤外線センサであってもよい。
The
着座センサ44から制御部43に運転者が運転席に着座していることを表す信号が入力されると、制御部43により、電動シリンダ42のモータ45が制御されて、電動シリンダ42のピストン46が進出し、拘束板3がピストン46によって所定の圧力(たとえば、400kPa)で押圧される。これにより、拘束板3がキャパシタ2を押圧し、キャパシタ2に備えられている電極体22が加圧される。電極体22の加圧により、キャパシタ2の蓄電性能を向上させることができる。
When a signal indicating that the driver is seated in the driver's seat is input from the
一方、着座センサ44から制御部43に運転者が運転席に着座していることを表す信号が入力されると、制御部43により、電動シリンダ42のモータ45が制御されて、電動シリンダ42のピストン46が退避される。これにより、ピストン46による拘束板3の押圧が解除され、電極体22の加圧が解除される。加圧の解除により、キャパシタ2の充放電中に電極体22内で発生したガスが電極体22外に排出される。よって、ガスが電極体22内に滞留することによる性能の低下を抑制することができる。
On the other hand, when a signal indicating that the driver is seated in the driver's seat is input from the
図5Aおよび図5Bは、キャパシタ2を良好に加圧するための構成について説明するための図である。
FIG. 5A and FIG. 5B are diagrams for explaining a configuration for favorably pressurizing the
図5Aおよび図5Bに示されるように、キャパシタ2とその上下に配置される拘束板3との間に、スペーサ51が介装されてもよい。スペーサ51は、自然な状態(重力以外の外力が作用していない状態)で湾曲した板ばねからなる。各スペーサ51は、湾曲により凸となる側をキャパシタ2に向けた状態で、キャパシタ2と拘束板3との間に介装される。
As shown in FIGS. 5A and 5B, a
これにより、拘束板3が押圧されると、拘束板3により、スペーサ51の端縁が押圧され、スペーサ51の弾性変形に伴って、スペーサ51により、キャパシタ2がその中央部から周縁に向けて次第に押圧される。これにより、キャパシタ2の電極体22がその中央部から周縁に向けて次第に加圧され、電極体22内に滞留しているガスを中央部から周縁へと押し出すことができる。
Thus, when the
なお、図5Bに示されるように、スペーサ51は、電極体22の加圧が完了した状態で、キャパシタ2の上下面のほぼ全域に接するサイズに形成されていることが好ましい。これにより、電極体22をより均等に近い面圧で積層方向に加圧することができる。
As shown in FIG. 5B, the
以上、本発明のいくつかの実施形態について説明したが、本発明は、さらに他の形態で実施することもできる。 As mentioned above, although several embodiment of this invention was described, this invention can also be implemented with another form.
たとえば、油圧により伸縮するピストンが拘束板3の下方に設けられて、運転席に着座した運転者の体重が油圧によりピストンに伝達されて、ピストンが進出し、そのピストンにより拘束板3が押圧されてもよい。
For example, a piston that expands and contracts by hydraulic pressure is provided below the
また、蓄電デバイスの一例として、キャパシタ2を取り上げ、キャパシタ2の一例として、リチウムイオンキャパシタを例示した。これに限らず、蓄電デバイスは、電気二重層キャパシタ(EDLC:Electric Double-Layer Capacitor)など他の種類のキャパシタであってもよいし、また、ニッケル水素(Ni−MH:Nickel Metal Hydride)電池、リチウムイオン電池などの電池であってもよい。
Moreover, the
その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。 In addition, various design changes can be made to the above-described configuration within the scope of the matters described in the claims.
1 電極体加圧装置
2 キャパシタ
3 拘束板(接触部)
4 押圧操作部材
6 運転席
22 電極体
23 正極
24 負極
25 セパレータ
31 電極体加圧装置
32 押圧操作部材
41 電極体加圧装置
43 制御部(押圧操作部)
45 モータ(押圧操作部)
46 ピストン(接触部)
1 Electrode
DESCRIPTION OF
45 Motor (Pressing operation part)
46 Piston (contact part)
Claims (1)
前記蓄電デバイスに接触する接触部と、
前記車両の運転席の使用時に前記接触部を前記蓄電デバイスに押圧させ、前記運転席の非使用時に当該押圧を解除する押圧操作部とを含む、電極体加圧装置。 An apparatus for pressurizing the electrode body, which is used in a vehicle equipped with an electricity storage device including an electrode body having a structure in which a positive electrode and a negative electrode are alternately stacked with a separator interposed therebetween,
A contact portion in contact with the electricity storage device;
An electrode body pressurizing device, comprising: a pressing operation unit that presses the power storage device when the driver's seat of the vehicle is used and releases the pressing when the driver's seat is not used.
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