JP5364548B2 - モジュール蓄電体及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、電気二重層キャパシタセルまたは各種蓄電池からなる複数の蓄電デバイスによって構成されるモジュール蓄電体において、各蓄電デバイス内に発生するガスを外部へ排出する構造及びその製造方法に関するものである。
従来、この種の蓄電デバイスは、蓄電部を収容する蓄電ケースと、この蓄電ケース内に発生するガスを外部へ排出するガス抜き穴と、このガス抜き穴に介装されるガス抜きバルブとを備える。
特許文献1〜5には、蓄電ケースが柔軟なラミネートフィルムによって形成された電気二重層キャパシタセルが開示されている。
特許文献1〜4に開示された電気二重層キャパシタセルは、ラミネートフィルムの封止部にガス抜きバルブが介装される。このバルブは蓄電ケース内の圧力が上昇するのに伴って開弁する逆止弁として機能し、蓄電ケース内に発生するガスを外部へ排出するようになっている。
特開2006−278618号公報 特開2003−272968号公報 特開2004−303758号公報(特許4185793号) 特開2004−278690号公報(特許3927139号) 特開2002−334683号公報
しかしながら、このような従来の電気二重層キャパシタセルを複数個並べて構成されるモジュール蓄電体にあっては、個々の電気二重層キャパシタセル毎にバルブが介装されているため、電気二重層キャパシタセルと同数のバルブが必要であり、バルブの個数が増えることによって製品のコストアップを招くという問題点があった。
また、これに対処して、個々の電気二重層キャパシタセル内を互いに連通するガス抜き配管を設け、このガス抜き配管の出口に単一のバルブを介装することが考えられる。
しかしながら、ナイロンまはたポリプロピレン等からなるラミネートフィルムによって形成される蓄電ケースは、ラミネートフィルムを接着剤を使用してガス抜き配管に接合することが難しい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、密封性の高いガス抜き配管構造を有するモジュール蓄電体及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明は、互いに並んで設けられる複数の蓄電デバイスと、この蓄電デバイス内に発生するガスを導くチューブと、このチューブ内のガスを外部に放出する統合バルブと、を備え、蓄電デバイスは、電荷を蓄える蓄電部と、この蓄電部を収容する蓄電ケースと、を備えるモジュール蓄電体であって、蓄電ケースを蓄電部を囲む樹脂製ブロック状のケース外殻体によって箱状に形成し、チューブを可撓性を有するラミネートフィルムによって袋状に形成し、ケース外殻体にチューブを溶着によって接合する溶着部を形成する構成とした。
また、本発明は、互いに並んで設けられる複数の蓄電デバイスと、この蓄電デバイス内に発生するガスを導くチューブと、このチューブ内のガスを外部に放出する統合バルブとを備え、蓄電デバイスは、電荷を蓄える蓄電部と、この蓄電部を収容する蓄電ケースと、を備えるモジュール蓄電体の製造方法であって、この蓄電ケースを蓄電部を囲む樹脂製ブロック状のケース外殻体によって箱状に形成し、チューブを可撓性を有するラミネートフィルムによって袋状に形成し、ケース外殻体にチューブを溶着によって接合する溶着部を形成する構成とした。
本発明によると、蓄電ケースに対するラミネートフィルムの溶着部によって蓄電ケースに対するチューブの接続部が隙間なく密封されることにより、蓄電デバイスとチューブの内側が外部に対して確実に遮蔽され、密封性の高いガス抜き配管構造を提供できる。
本発明の実施の形態を示すモジュール蓄電体の概略斜視図。 同じく電気二重層キャパシタセルの概略三面図。 同じくチューブを構成するラミネートフィルムの概略斜視図及び断面図。 同じく各溶着工程を示す概略断面図。 同じく各溶着工程を示す概略斜視図。
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図1は、モジュール蓄電体20の全体を示す斜視図である。このモジュール蓄電体20は、蓄電デバイス(蓄電要素)として設けられる電気二重層キャパシタセル(以下、キャパシタセルという)1を複数個(例えば5個)並べて構成される。蓄電デバイスとして、キャパシタセルに限らず、各種蓄電池を設けてもよい。
図2の(a)は、本発明のキャパシタセル1の概略正面図である。図2の(b)は、(a)のA−A線に沿う概略断面図である。図2の(c)は、同じく概略平面図である。
キャパシタセル1は、電荷を蓄える蓄電部と、この蓄電部を収容する蓄電ケース10とを備える。
蓄電部として、複数の正極体2及び負極体3と、両者の間に介装されるセパレータ4とが積層される積層体5が設けられ、この積層体5が電解液と共に蓄電ケース10の中に収められる。
蓄電部は、正極体2と負極体3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を構成する。
セパレータ4は、紙または樹脂製シート等によって形成され、隣り合う正極体2及び負極体3の間に介装される。
正極体2及び負極体3は、その表面に電気二重層を構成する分極性電極6と、この分極性電極6に接続される集電極7とをそれぞれ備える。
分極性電極6は、矩形の板状に形成した活性炭によって構成される。分極性電極6に比表面積が極めて大きい活性炭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。
集電極7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7どうしを束ね、この集電極7の結束部に極性の対応する電極端子8が例えば溶接等によって結合される結合部9が設けられる。この電極端子8は、短冊状の金属板(例えば、アルミニウム板)によって形成される。
電極端子8は、蓄電ケース10の内外に渡って延び、それぞれの端部が図示しない入出力回路に接続され、蓄電部の充電、放電が行われる。
蓄電ケース10は、蓄電部(積層体5)を囲む樹脂製ブロック状のケース外殻体11と、このケース外殻体11の両端面(前後端面)15、16に張り付けられる対のシート状のラミネートフィルム13とを備え、ケース外殻体11及びラミネートフィルム13によって蓄電部(積層体5)を収容する蓄電室12を画成する。
ケース外殻体11は、分極性電極6の外形に沿った略四角形の枠状に形成され、蓄電部の積層体5を囲む。なお、分極性電極6が例えば円形をしている場合には、ケース外殻体11は、分極性電極6の外形に沿った円形の枠状に形成される。
ブロック状のケース外殻体11は、蓄電ケース10の外殻を構成する剛性を有し、箱状をした蓄電ケース10の形状を維持する機能を果たす。
ケース外殻体11は、略矩形の断面を有し、その表面として前端面15、後端面16、内面17、外面18を有する。
前端面15、後端面16は、キャパシタセル1が並ぶ列方向(積層体5の積層方向)に対して略直交する平面状に形成され、積層体5の積層面(正極体2及び負極体3等の前後端面)と略平行に延びる。
内面17、外面18は、キャパシタセル1が並ぶ列方向(積層体5の積層方向)に延びる平面状に形成され、積層体5の積層面と略直交する方向に延びる。
ケース外殻体11は、樹脂の成形部に電極端子8が介在するようにインサート成型される。
ケース外殻体11は、その上辺部を貫通するガス逃がし穴14が形成される。ガス逃がし穴14は各電極端子8の間に配置される。
ラミネートフィルム13は、ケース外殻体11の外形と略同じ大きさであり、かつ同じ形状となる略四角形に形成され、立体的なプレス加工は施されない。ラミネートフィルム13は、ケース外殻体11の内側の蓄電室12に面する膜部と、ケース外殻体11の前端面15、後端面16に張り付けられる張り付け部とを有する。
キャパシタセル1の組立時に、以下のラミネートフィルム張り付け工程と電解液充填工程が順に行われる。
〔1〕.ラミネートフィルム張り付け工程として、ラミネートフィルム13の張り付け部をケース外殻体11の前端面15、後端面16に溶着によって接合する。
このラミネートフィルム張り付け工程は、図示しない対のヒータを用い、このヒータの間に、ラミネートフィルム13、ケース外殻体11、ラミネートフィルム13を互いに重ね合わせて押圧した状態で、ヒータからの伝熱によって加熱する。これにより、ラミネートフィルム13の樹脂の表層とケース外殻体11の樹脂材が溶融し、その後に冷却されることによって溶融した樹脂が固化する。これにより、ラミネートフィルム13の張り付け部がケース外殻体11の前端面15、後端面16に溶着によって隙間無く接合し、蓄電ケース10の密封性が確保される。
〔2〕.電解液充填工程として、蓄電ケース10内に電解液を充填する。
この電解液充填工程は、例えば蓄電ケース10に開口したガス逃がし穴14または充填穴(図示せず)から電解液を蓄電ケース10内に注入することによって行われる。
こうして電解液充填工程が行われることによって、蓄電ケース10内に電解液が満たされ、キャパシタセル1の組立が完成する。
図1に示すように、モジュール蓄電体20は、5個のキャパシタセル1が直列に並び、各キャパシタセル1が図示しない加圧保持具を介して固縛される。なお、図1において、電極端子8等は、図示していない。
モジュール蓄電体20は、各キャパシタセル1のガス逃がし穴14に連通するチューブ30と、このチューブ30に接続される統合バルブ60とを備える。これにより、各キャパシタセル1内に発生するガスは、ガス逃がし穴14、チューブ30、統合バルブ60を通って外部に放出される。
統合バルブ60は、各キャパシタセル1内のガスを外部に逃がす逆止弁(図示せず)を備える。この逆止弁は、蓄電ケース10内の圧力が所定値より低いと閉弁し、外気がチューブ30、蓄電ケース10内に侵入することを止める。一方、逆止弁は、蓄電ケース10内の圧力が所定値以上に高まると開弁し、蓄電ケース10内のガスを外部に放出する。
チューブ30は可撓性を有するラミネートフィルム(積層シート)によって袋状に形成される。
図3の(a)、(b)は、チューブ30を構成するラミネートフィルム31、41の斜視図であり、図3の(c)は、ラミネートフィルム31、41の断面図である。
図3の(c)に示すように、ラミネートフィルム31、41は、低融点樹脂表層51と、金属中間層52と、高融点樹脂表層53とが順に張り合わされる。
金属中間層52は、例えばアルミニウム箔等の金属箔からなり、ラミネートフィルム31、41をガスが通り抜けることを止める。
低融点樹脂表層51は、高融点樹脂表層53より低い融点を持つ。低融点樹脂表層51は例えばナイロン等の低融点樹脂からなる。
高融点樹脂表層53は例えばポリプロピレン(PP)またはポリエチレン(PE)等の高融点樹脂からなる。
チューブ30は、扁平な管状に形成される1枚のラミネートフィルム31と、管端を封止する2枚のラミネートフィルム41とによって形成される。
矩形に裁断されたラミネートフィルム31は、二つ折りにされるチューブ上下部32、33と、このチューブ上下部32、33の端部が折り返される張り合わせ端部34、35とを有し、この各張り合わせ端部34、35どうしが溶着によって接合されることにより扁平な管状に形成される。
矩形に裁断されたラミネートフィルム41は、二つ折りにされ、ラミネートフィルム31の各張り合わせ端部34、35をそれぞれ挟んで溶着によって接合されることにより、ラミネートフィルム31の管端を封止する。
ラミネートフィルム31のチューブ下部33は、ケース外殻体11の外面18に対して溶着によって接合される。
ラミネートフィルム31のチューブ下部33には、5個の穴36が形成され、この各穴36がケース外殻体11のガス逃がし穴14に連通する。
ラミネートフィルム31はモジュール蓄電体20の端面から突出する突出部29を有し、この突出部29のチューブ上部32に対して統合バルブ60の端面が溶着によって接合される。
ラミネートフィルム31のチューブ上部32には、1個の穴37が形成され、この各穴37が統合バルブ60に連通する。
これにより、モジュール蓄電体20の充電、放電時に、各キャパシタセル1内に発生するガスは、ガス逃がし穴14を通ってチューブ30に入り、チューブ30を通って統合バルブ60に向かい、統合バルブ60の逆止弁を開いて外部に放出される。
チューブ30の組立時に、図4の(a)、(b)、(c)に示すように、対ケース溶着工程、チューブ溶着工程、対バルブ溶着工程が順に行われる。
(1).対ケース溶着工程では、図4の(a)に示すように、ヒータ71を用いてラミネートフィルム31のチューブ下部33をケース外殻体11の外面18に溶着する。
この対ケース溶着工程では、ヒータ71がラミネートフィルム31のチューブ下部33をケース外殻体11に図中矢印で示すように押圧した状態で、ヒータ71からの伝熱によって加熱する。これにより、チューブ30の外表面となるラミネートフィルム31の低融点樹脂表層51とケース外殻体11の外面18の樹脂の表層が溶融し、その後に冷却されることによって溶融した樹脂が固化し、溶着部38が形成される。
この溶着部38は、ラミネートフィルム31の穴36とケース外殻体11のガス逃がし穴14のまわりに形成され、各キャパシタセル1に対するチューブ30の接続部を密封する。
(2).チューブ溶着工程では、図4の(b)に示すように、ヒータ72を用いてラミネートフィルム31の各張り合わせ端部34、35どうしを溶着し、チューブ30の管側部を封止する。
このチューブ溶着工程では、ヒータ72とケース外殻体11の間で各張り合わせ端部34、35を重ね合わせて図中矢印で示すように押圧した状態で、ヒータ72からの伝熱によって加熱する。これにより、張り合わせ端部34、35の低融点樹脂表層51どうしが溶融し、その後に冷却されることによって溶融した樹脂が固化し、溶着部40が形成される。
なお、このチューブ溶着工程において、ラミネートフィルム31の低融点樹脂表層51がチューブ30の外表面を構成し、ラミネートフィルム31の高融点樹脂表層53がチューブ30の内表面を構成しているため、張り合わせ端部34、35以外の部位は低融点樹脂表層51どうしが対向して溶着されることがない。
また、このチューブ溶着工程では、図示しないが、ラミネートフィルム31の端部を二つ折りにしたラミネートフィルム41の間に挟んだ状態で加熱し、ラミネートフィルム41の低融点樹脂表層51どうしを溶着するとともに、ラミネートフィルム41の低融点樹脂表層51をラミネートフィルム31の低融点樹脂表層51に溶着し、チューブ30の管端部を封止する。
なお、図5(a)、(b)に示すように、2枚のラミネートフィルム81、82からなるチューブどうしをラミネートフィルム83を介して接続してもよい。この場合、ラミネートフィルム81、82の外表面となる低融点樹脂表層がラミネートフィルム83の内表面となる低融点樹脂表層と溶着する。
(3).対バルブ溶着工程では、図4の(c)に示すように、ヒータ73を用いてラミネートフィルム31のチューブ上部32に統合バルブ60を溶着する。
この対バルブ溶着工程では、ヒータ73がラミネートフィルム31のチューブ下部33を介してチューブ上部32を統合バルブ60の下面に図中矢印で示すように押圧した状態で、ヒータ73からの伝熱によって加熱する。これにより、ラミネートフィルム31の低融点樹脂表層51と統合バルブ60の樹脂の表層が溶融し、その後に冷却されることによって溶融した樹脂が固化し、環状の溶着部61が形成される。
ラミネートフィルム31、41がヒータ71、72、73によって加熱される温度は、低融点樹脂表層51が溶融するが、高融点樹脂表層53が溶融しないように設定される。これにより、上記の各溶着工程にて各溶着部38、40、61以外の部位が溶着することがなく、チューブ30の途中が閉塞されることを回避できる。
ヒータ71、72、73は、例えば電熱ヒータが発生する熱によってラミネートフィルム31、41を加熱する加熱プレートである。ヒータ71、72、73のラミネートフィルム31、41に接触する表面には耐熱耐摩耗性に優れた例えばフッ化エチレン樹脂材等のコーティングが施され、ラミネートフィルム31、41が溶着しないようになっている。
なお、これに限らず、ヒータ71、72、73は、電磁誘導によってラミネートフィルムのアルミニウム中間層を加熱する高周波誘導加熱器具(IH器具)を用いてもよい。
こうして、対ケース溶着工程、チューブ溶着工程、対バルブ溶着工程が順に行われることにより、ラミネートフィルム31、41によってチューブ30が組み立てられるとともに、チューブ30が各蓄電ケース10に接続され、チューブ30に統合バルブ60が接続され、モジュール蓄電体20の組立が完成する。
以上のように本実施の形態では、互いに並んで設けられる複数のキャパシタセル1(蓄電デバイス)と、キャパシタセル1内に発生するガスを導くチューブ30と、このチューブ30内のガスを外部に放出する統合バルブ60と、を備え、キャパシタセル1は、電荷を蓄える積層体5(蓄電部)と、この積層体5を収容する蓄電ケース10と、を備えるモジュール蓄電体20であって、蓄電ケース10を積層体5を囲む樹脂製ブロック状のケース外殻体11によって箱状に形成し、チューブ30を可撓性を有するラミネートフィルム31、41によって袋状に形成し、ケース外殻体11にチューブ30のラミネートフィルム31を溶着によって接合する溶着部38を備え、この溶着部38によって蓄電ケース10に対するチューブ30の接続部を密封する構成とした。
上記構成に基づき、各キャパシタセル1内に発生するガスは、チューブ30を通り、統合バルブ60を開いて外部に放出される。
各キャパシタセル1内にて発生するガスが時間あたりついて極めて少量であるため、チューブ30が扁平な管状をしていても、各キャパシタセル1内からチューブ30を通って統合バルブ60に向かうガスの流れに対して十分な流路断面積が確保される。これにより、各キャパシタセル1内からガス逃がし穴14を通ってチューブ30に入ったガスは、チューブ30を通ってチューブ30の端部に設けられる統合バルブ60へとスムーズに導かれる。
モジュール蓄電体20は、各キャパシタセル1毎にバルブが設けられることがなく、チューブ30の端部に単一の統合バルブ60が設けられることにより、バルブの個数が削減され、製品のコストダウンがはかれる。
チューブ30は、ラミネートフィルム31、41によって扁平な袋状に形成されることにより、キャパシタセル1から大きく突出せず、モジュール蓄電体20のコンパクト化がはかれる。
なお、チューブ30は扁平な管状に限らず、その断面が略円形、略多角形に形成してもよい。その場合、チューブ30を図5の(a)、(b)に示すようにラミネートフィルム81、82を継ぎ足す場合に、ラミネートフィルム81、82の内側に芯材等を介装した状態でラミネートフィルム83を溶着してもよい。
蓄電ケース10に対するラミネートフィルム31の溶着部38によって蓄電ケース10に対するチューブ30の接続部が隙間なく密封されることにより、キャパシタセル1とチューブ30の内側が外部に対して確実に遮蔽され、密封性の高いガス抜き配管構造を提供できる。
また、図4の(a)、(b)に示すように、ガス逃がし穴14の開口部に気液分離膜80が設けられる。気液分離膜80は、円形のシート状に形成され、ケース外殻体11の内壁にガス逃がし穴14の開口部を覆うように配置され、その外周端部がケース外殻体11の内壁に対して環状に溶着される。
この気液分離膜80は、各キャパシタセル1内からガス逃がし穴14を通って流出するガスを通過させ、電解液を通さない。これにより、各キャパシタセル1内から電解液がガス逃がし穴14を通って流出することが止められる。
本実施の形態では、チューブ30のラミネートフィルム31の断面は、チューブ30の外表面となる低融点樹脂表層51と、チューブ30の内表面となる高融点樹脂表層53と、低融点樹脂表層51と高融点樹脂表層53の間に挟まれる金属中間層52と、を有し、チューブ30のラミネートフィルム31は、二つ折りにされるチューブ上下部32、33と、このチューブ上下部32、33の端部が折り返される張り合わせ端部34、35と、を有し、この各張り合わせ端部34、35の低融点樹脂表層51どうしを溶着によって接合する構成とした。
上記構成に基づき、チューブ30は、高融点樹脂表層53からなる内表面が溶着されることなく、扁平な管状に形成される。
本実施の形態では、モジュール蓄電体20の製造方法であって、ケース外殻体11にチューブ30のラミネートフィルム31の外表面を溶着する対ケース溶着工程を行い、この対ケース溶着工程の後にラミネートフィルム31の各張り合わせ端部34、35どうしを溶着するチューブ溶着工程を行う構成とした。
上記構成に基づき、対ケース溶着工程ではチューブ30が開かれた状態でラミネートフィルム31の外表面をケース外殻体11に溶着することが可能となる。これにより、蓄電ケース10に対するラミネートフィルム31の溶着部38の品質を高められ、蓄電ケース10に対するチューブ30の接続部に隙間が生じることを抑えられる。
なお、これに限らず、チューブ溶着工程の後に対ケース溶着工程を行うことも可能である。この場合、対ケース溶着工程にてヒータ71がチューブ30の外表面となる低融点樹脂表層51に押し付けられるため、ヒータ71とチューブ30の間にフッ化エチレン樹脂等の溶着防止手段を設ける必要がある。
本発明は上記の実施の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 キャパシタセル(蓄電デバイス)
5 積層体(蓄電部)
10 蓄電ケース
11 ケース外殻体
20 モジュール蓄電体
30 チューブ
31 ラミネートフィルム
32 チューブ上部
33 チューブ下部
34、35 張り合わせ端部
38 溶着部
40 溶着部
41 ラミネートフィルム
51 低融点樹脂表層
52 金属中間層
53 高融点樹脂表層
60 統合バルブ
61 溶着部

Claims (4)

  1. 互いに並んで設けられる複数の蓄電デバイスと、
    この蓄電デバイス内に発生するガスを導くチューブと、
    このチューブ内のガスを外部に放出する統合バルブと、を備え、
    前記蓄電デバイスは、
    電荷を蓄える蓄電部と、
    この蓄電部を収容する蓄電ケースと、を備えるモジュール蓄電体であって、
    前記蓄電ケースを前記蓄電部を囲む樹脂製ブロック状のケース外殻体によって箱状に形成し、
    前記チューブを可撓性を有するラミネートフィルムによって袋状に形成し、
    前記ケース外殻体に前記チューブを溶着によって接合する溶着部を形成することを特徴とするモジュール蓄電体。
  2. 前記ラミネートフィルムの断面は、
    前記チューブの外表面となる低融点樹脂表層と、
    この低融点樹脂表層より低い融点を持ち前記チューブの内表面となる高融点樹脂表層と、
    前記低融点樹脂表層と前記高融点樹脂表層の間に挟まれる金属中間層と、を有し、
    前記ラミネートフィルムは、
    二つ折りにされるチューブ上下部と、
    このチューブ上下部の端部が折り返される張り合わせ端部と、を有し、
    この各張り合わせ端部の前記低融点樹脂表層どうしを溶着によって接合することを特徴とする請求項1に記載のモジュール蓄電体。
  3. 互いに並んで設けられる複数の蓄電デバイスと、
    この蓄電デバイス内に発生するガスを導くチューブと、
    このチューブ内のガスを外部に放出する統合バルブとを備え、
    前記蓄電デバイスは、
    電荷を蓄える蓄電部と、
    この蓄電部を収容する蓄電ケースと、を備えるモジュール蓄電体の製造方法であって、
    前記蓄電ケースを前記蓄電部を囲む樹脂製ブロック状のケース外殻体によって箱状に形成し、
    前記チューブを可撓性を有するラミネートフィルムによって袋状に形成し、
    前記ケース外殻体に前記チューブを溶着によって接合する溶着部を形成することを特徴とするモジュール蓄電体の製造方法。
  4. 前記ラミネートフィルムの断面は、
    前記チューブの外表面となる低融点樹脂表層と、
    この低融点樹脂表層より低い融点を持ち前記チューブの内表面となる高融点樹脂表層と、
    前記低融点樹脂表層と前記高融点樹脂表層の間に挟まれる金属中間層と、を有し、
    前記ラミネートフィルムは、
    二つ折りにされるチューブ上下部と、
    このチューブ上下部の端部が折り返される張り合わせ端部と、を有し、
    前記ケース外殻体にチューブの前記ラミネートフィルムの外表面を溶着する対ケース溶着工程を行い、
    この対ケース溶着工程が行われた後に前記各張り合わせ端部の前記低融点樹脂表層どうしを溶着によって接合するチューブ溶着工程を行うことを特徴とするモジュール蓄電体の製造方法。
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