JP4568646B2 - 電気二重層キャパシタモジュールの製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、電気二重層キャパシタを構成単位（キャパシタセル）として各種の電圧仕様に対応するべく複数のキャパシタセルから構成される電気二重層キャパシタモジュールの製造方法に関する。

近年、各種の蓄電装置として、急速充電が可能で充放電サイクル寿命が長い電気二重層キャパシタの適用技術が注目される。

電気二重層キャパシタは、正極体と負極体とこれらの間に介装するセパレータとから組成される積層体と、積層体を電解液と共に密封する容器と、容器の外部に配置される１対の端子と、からなり、１対の端子の一方が正極体、他方が負極体に接続される。積層体については、筒型に巻回するタイプ、平板型に積み重ねるタイプ、等がある。

このような、電気二重層キャパシタは、これを構成単位（キャパシタセル）として各種の電圧仕様に対応するべく複数のキャパシタセルを１個のモジュールに集積化した形でよく使用される（特許文献１，特許文献２）。図９に基づいて、その例を説明すると、１はキャパシタセルであり、１０はモジュールボックスであり、複数のキャパシタセル１は、ボックス１０の内部において、１列の積層状態に収装される。複数のキャパシタセル１を直列に接続するため、図８の（１）のように各キャパシタセル１の１対の端子（セル端子）がそれぞれ２段に折り曲げられ、隣接するキャパシタセル１間において、異極同士の端子３ａ，３ｂが各先端側をフランジ６０ａ，６０ｂとして互いに接合される。ボックス１０に１対の端子（ボックス端子）が配置され、複数を直列に接続の両端に位置するキャパシタセル１の残る端子３ａ，３ｂがボックス端子と異極同士に接続される。
特開２００２−１５１３６５ 特開２００３−２７２９６６

このような電気二重層キャパシタモジュールにおいて、隣接するキャパシタセル１間の異極同士の端子を接合するのに溶接が用いられる。特許文献１の場合、抵抗値の小さいＴＩＧ溶接に拠るが、ＴＩＧ溶接は、熱対策等の準備に手間取り、作業性が良くない。また、異極同士の端子３ａ，３ｂのフランジ６０ａ，６０ｂを突き合わせてこれらの最上部（上端面）をＴＩＧ溶接することになり、ＴＩＧ溶接の溶着部が盛り上がるため、図８の（１）に示すように異極同士の端子３の接合部を含む高さ寸法が大きくなってしまう。

この発明は、このような課題に着目してなされたものであり、各キャパシタセル間の端子の接合部を含む高さ寸法が小さく抑えられ、これら端子間の接合も簡単かつ正確に処理しえる、電気二重層キャパシタモジュールの合理的な製造方法の提供を目的とする。

第１の発明は、複数の電気二重層キャパシタから構成されるキャパシタモジュールの製造方法において、複数の電気二重層キャパシタを１個ずつ直列に接続しつつ１列の積層状態にアッシィ化する工程、その複数を１組にアッシィ化した電気二重層キャパシタをモジュールボックスに収装する工程、を備えてなり、複数の電気二重層キャパシタを１個ずつ直列に接続しつつ１列の積層状態にアッシィ化する工程は、複数の電気二重層キャパシタの各個について、１対の端子の一方の先端側を正方向へ折り曲げてフランジを形成する一方、１対の端子の他方の先端側を逆方向へ折り曲げてフランジを形成する工程と、１番目の電気二重層キャパシタと２番目の電気二重層キャパシタとの２個について、電気二重層キャパシタの１対の端子の異極同士の一方のフランジを突き合わせて互いに接合し、１番目の電気二重層キャパシタに２番目の電気二重層キャパシタが積層状態に重なるよう２番目の電気二重層キャパシタを反転させるべく接合側の端子を２段に折り曲げ、積層状態の２番目の電気二重層キャパシタと３番目の電気二重層キャパシタとの２個について、２番目の電気二重層キャパシタの残る端子のフランジに対して３番目の電気二重層キャパシタの１対の端子の異極同士となる一方のフランジを重ね合わせて互いに接合し、２番目の電気二重層キャパシタに３番目の電気二重層キャパシタが積層状態に重なるよう３番目の電気二重層キャパシタを反転させるべく接合側の端子を２段に折り曲げ、これを繰り返すことにより、複数の電気二重層キャパシタを１個ずつ直列に接続しつつ１列の積層状態に組み立てる工程と、を備えることを特徴とする。

第２の発明は、複数の電気二重層キャパシタから構成されるキャパシタモジュールの製造方法において、複数の電気二重層キャパシタを１個ずつ直列に接続しつつ１列の積層状態にアッシィ化する工程、その複数を１組にアッシィ化した電気二重層キャパシタをモジュールボックスに収装する工程、を備えてなり、複数の電気二重層キャパシタを１個ずつ直列に接続しつつ１列の積層状態にアッシィ化する工程は、１番目の電気二重層キャパシタと２番目の電気二重層キャパシタとの２個について、１対の端子の異極同士を重ね合わせてこれらの一方を互いに接合し、１番目の電気二重層キャパシタに２番目の電気二重層キャパシタが積層状態に重なるよう２番目の電気二重層キャパシタを反転させるべく接合側の端子を２段に折り曲げ、積層状態の２番目の電気二重層キャパシタと３番目の電気二重層キャパシタとの２個について、２番目の電気二重層キャパシタの残る端子の先端側に対して３番目の電気二重層キャパシタの１対の端子の異極同士となる一方の先端側を重ね合わせて互いに接合し、２番目の電気二重層キャパシタに３番目の電気二重層キャパシタが積層状態に重なるよう３番目の電気二重層キャパシタを反転させるべく接合側の端子を２段に折り曲げ、これを繰り返すことにより、複数の電気二重層キャパシタを１個ずつ直列に接続しつつ１列の積層状態に組み立てる工程、を備えることを特徴とする。

第１の発明または第２の発明においては、複数の電気二重層キャパシタは、モジュールボックスへの収装に先立ち、１個ずつ直列に接続しつつ１列の積層状態にアッシィ化するので、各電気二重層キャパシタ間の接続についても、モジュールボックスに干渉されることなく、簡単かつ正確に処理できる。

第１の発明においては、各電気二重層キャパシタ間の接続は、異極同士の端子のフランジを突き合わせて互いに接合し、その後に積層位置へ電気二重層キャパシタを反転させるべく接合側の端子を２段に折り曲げることにより、フランジが端子の内側にくるので、各キャパシタセル間の端子の接合部を含む高さ寸法を小さく抑えられる。また、端子の内側にくるフランジを接合するのでなく、フランジの接合後に端子を折り曲げるので、端子の内側にくるフランジの接合が簡単かつ正確に処理できる。また、積層する電気二重層キャパシタと積層される電気二重層キャパシタとの間において、異極同士のフランジが互いに鉛直な平面で接触する関係に設定すると、固定式の溶接機により、フランジの接合を安定した品質に維持しやすくなる。

第２の発明においては、第１の発明と同じく、従前のようにフランジが外側に突き出ないので、各キャパシタセル間の端子の接合部を含む高さ寸法を小さく抑えられる。この場合、接合後の端子を折り曲げることにより、端子の内側にくるフランジを持たないため、第１の発明に較べると、端子自体の長さを短く設定できる。また、積層する電気二重層キャパシタと積層される電気二重層キャパシタとの間においては、異極同士の端子の先端側が互いに水平な平面で接触する関係に設定すると、固定式の溶接機により、端子の接合を安定した品質に維持しやすくなる。

図に基づいて、この発明の実施形態に係る電気二重層キャパシタモジュールを説明する。

図１〜図３において、１は電気二重層キャパシタ（キャパシタセル）であり、１０はモジュールボックスであり、ボックス１０の内部に複数のキャパシタセルが収容される。複数のキャパシタセル１は、１列の積層状態に組み立てられ、前後の端板１１，１２との間に挟まれる。積層状態のキャパシタセル１の前側において、端板１１の後面にバネ受１３が固定され、中板１５が最前部のキャパシタセル１に隣接して配置され、バネ受１３と中板１５との間にバネ１４が介装される。前後の端板１１，１２間にバンド１６，１７が掛けられ、各バンド１６，１７の両端は、前側の端板１１にネジ１８を介して締め付けられる。これらにより、所定数のキャパシタセル１は、中板１５と後側の端板１２との間において、バネ１４により所定の面圧に圧縮され、各個の内部抵抗性能を高められるのである。

２０はボックス１０の底板であり、２１はボックス１０の側面カバーであり、１対の側面カバー２１は、底板２０を両側から囲むように立てられ、前後の端板１１，１２と共にネジ２３を介して底板２０に取り付けられる。１対の側面カバー２１にパラレルモニタ基板３０がボックス１０の上部を塞ぐように取り付けられ、パラレルモニタ基板３０から延びるケーブル３１、３２を挿通するためのグロメット３４，３５が側面カバー２１に配置される。前後の端板１１，１２の各上部にブラケット３６，３７が取り付けられ、これらブラケット３６，３７にボックス１０の上方へ突き出る端子３８，３９（ボックス端子）が取り付けられる。ボックス１０において、各部品間の必要な箇所に絶縁材が配置される。

パラレルモニタ基板３０は、キャパシタセル１の電圧が所定値に達すると、そのキャパシタセル１について、それ以上に電圧が上昇するの抑えるように動作する電子部品を備える。図４は、パラレルモニタ基板３０と各キャパシタセルとの配線を表すものであり、各端子３の頂面部（キャパシタセル１の積層方向と平行な部分）に円孔（差込穴）が形成され、パラレルモニタ基板３０から延びるケーブル５０が対応する端子３にその円孔への差込部を介して接続されるようになっている。

図５は、キャパシタセル１の構成を例示するものであり、１ａは複数の正極体と負極体をこれらの間にセパレータを介装しながら交互に重ねることにより組成される積層体であり、２は積層体１ａを電解液と共に密封する容器であり、３（３ａ，３ｂ）は容器２の外部に配置される１対の端子（セル端子）である。正極体および負極体は、集電極とその両面に形成される分極性電極とから平板状に構成される。これら集電極は、矩形状の金属箔（例えば、アルミニウム箔）からなり、矩形の一辺に片側に寄せて帯状のリード４（４ａ，４ｂ）が一体成形され、リード４の同極同士が結束される。１対の端子３は、金属板（例えば、アルミニウム板）から形成され、極性が対応するリード３の結束部に接合される。５は、端子３とリード４との接合部である。

容器２は、複数の樹脂層に金属の中間層を含む柔軟な積層フィルムから成形される２つの容器部材（底側部材と蓋側部材）からなり、これらを組み合わせると互いに向き合う凹部により底側部材と蓋側部材との間に積層体１ａの収容部が形成される。積層体１ａは、蓋側部材の内側に収められ、その上に蓋側部材が被せられる。容器２の周縁２ａにおいて、１対の端子（金属板）３ａ，３ｂの一部が引き出される一辺を除く三辺が密閉される。容器２は１対の端子３ａ，３ｂが突き出る一辺が開口可能となり、その開口部から内部へ電解液が注入され、所定の処理（電解賦活など）が終わると、残る一辺が密閉されるのである。

このような、複数のキャパシタセル１から構成されるキャパシタモジュールの製造方法においては、複数のキャパシタセルを１個ずつ直列に接続しつつ１列の積層状態にアッシィ化する工程、その複数を１組にアッシィ化したキャパシタセル１をモジュールボックス１０に収装する工程、を備える。図６は、複数のキャパシタセルを１個ずつ直列に接続しつつ１列の積層状態にアッシィ化する工程を説明するものであり、（ａ）〜（ｅ）の工程に入る前の段階において、キャパシセル１の各個について、１対の端子３の一方の先端側を正方向へ略直角に折り曲げてフランジ４０ａを形成する一方、１対の端子３の他方の先端側を逆方向へ略直角に折り曲げてフランジ４０ｂを形成する工程が行われる。

１番目のキャパシタセル(1-1)と２番目のキャパシタセル（1-2）との２個について、（ａ）においては、異極同士の一方のフランジ４０ａ，４０ｂを突き合わせて互いに接合する。（ｂ）においては、接合側の端子３の一方をフランジ４０ａから所定距離だけ離れる部位で略直角に折り曲げる。（ｃ）においては、接合側の端子の他方をフランジ４ｂから所定距離だけ離れる部位で略直角に折り曲げる。これらの折り曲げ加工により、２番目のキャパシタセル(1-2)が反転しつつ、１番目のキャパシタセル（1-1）と積層状態に重なるようになる。

（ｄ）においては、積層状態の２番目のキャパシタセル(1-2)と３番目のキャパシタセル(1-3)との２個について、２番目のキャパシタセル(1-2)の残るフランジ４０ａに対して３番目のキャパシタセル(1-3)の異極同士となる一方のフランジ４０ｂを突き合わせて互いに接合し、２番目のキャパシタセル(1-2)に３番目のキャパシタセル(1-3)が積層状態に重なるよう３番目の電気二重層キャパシタ(1-3)を反転させるべく、２番目のキャパシタセル(1-2)の端子をフランジ４０ａから所定距離だけ離れる部位で略直角に折り曲げる。次いで、３番目のキャパシタセル(1-3)の接合側の端子をフランジ４ｂから所定距離だけ離れる部位で略直角に折り曲げる。これを４番目以降のキャパシタセル（1-4）〜（1-n）についても繰り返すことにより、４個以上のキャパシタセル（1-4）〜（1-n）は、１個ずつ直列に接続しつつ、１列の積層状態に組み立てられる。（ｅ）においては、仮止め用のバンド４２を掛け回してこれらキャパシタセル１の集積体４１を締め付けることにより、ボックス１０への収装に備えるのである。

集積体４１において、両端のキャパシタセル（1-1），（1-n）は、一方に正極側の端子３ａ、他方に負極側の端子３ｂ、が非接合状態に残される（図４、参照）。端子３ａ，３ｂは、フランジ４０ａ，４０ｂから所定距離だけ離れる部位で直角に折り曲げられ、ボックス端子３８．３９に先端側のフランジ４０ａ，４０ｂを介して接続される（図１〜図３、参照）。

このような製造方法により、複数のキャパシタセル１は、モジュールボックス１０への収装に先立ち、１個ずつ直列に接続しつつ１列の積層状態にアッシィ化するので、各キャパシタセル１間の接続についても、ボックス１０に干渉させることなく、簡単かつ正確に処理できる。

図６の工程においては、各キャパシタセル１間の接続は、異極同士の端子のフランジ４０ａ，４０ｂを突き合わせて互いに接合し、その後に積層位置へキャパシタセル１を反転させるべく接合側の端子３ａ，３ｂを２段に折り曲げることにより、図８の（２）のようにフランジ４０ａ，４０ｂが端子３ａ，３ｂの内側にくるので、各キャパシタセル１間の端子３の接合部を含む高さ寸法を小さく抑えられる。この場合、端子３ａ，３ｂの内側のフランジ４０ａ，４０ｂを接合するのでなく、フランジ４０ａ，４０ｂの接合後に端子３ａ，３ｂを折り曲げるので、端子３ａ，３ｂの内側にくるフランジ４０ａ，４０ｂの接合が簡単かつ正確に処理できる。

積層するキャパシタセル１と積層されるキャパシタセル１との間において、異極同士のフランジ４０ａ，４０ｂが互いに鉛直な平面で接触する関係に設定すると、固定式の溶接機（溶接アームがｘ軸方向に固定かつｙ軸方向のみ可動の溶接機であり、ＴＩＧ溶接と異なり、熱対策の準備時間が要らない、スポット溶接または超音波溶接が望ましい）により、フランジ４０ａ，４０ｂの接合を安定した品質に維持しやすくなる。（ｄ）において、５１はキャパシタセル１と厚みが同一のダミーセルであり、積層状態のキャパシタセル１（図中の左側）の数が増えるに従ってダミーセル５２の積み重ねる数を増やすことにより、フランジ４０ａ，４０ｂを互いに段差なく簡単に突き合わせることができる。ダミーセル５１の数を増やすのでなく、１番目のキャパシタセル(1-1)を最上部に載せるダミーセル５１の積み重なる数を積層状態のキャパシタセル１の数が増えるに従って１個ずつ減らすようにしても良い。

図７は、図６の工程に代わる別の工程（複数のキャパシタセルを１個ずつ直列に接続しつつ１列の積層状態にアッシィ化する工程）を説明するものであり、各キャパシタセル１は、図６の場合と異なり、１対の端子３の先端側にフランジ４０ａ，４０ｂの形成されないキャパシタセル（図５、参照）がそのまま用いられる。

１番目のキャパシタセル(1-1)と２番目のキャパシタセル（1-2）との２個について、（Ａ）においては、異極同士の端子３ａ，３ｂの先端側を重ね合わせて互いに接合する。（Ｂ）においては、接合側の端子３の一方３ａを接合部５３から所定距離だけ離れる部位で略直角に折り曲げる。（Ｃ）においては、接合側の端子３の他方３ｂを接合部５３から所定距離だけ離れる部位で略直角に折り曲げる。これらの折り曲げ加工により、２番目のキャパシタセル（1-2）が反転しつつ、１番目のキャパシタセル（1-1）と積層状態に重なるようになる。なお、（Ａ）においては、１番目のキャパシタセル（1-1）の正極側（または負極側）の端子３ａの上に２番目のキャパシタセル（1-2）の負極側（または正極側）の端子３ｂを重ね合わせる一方、１番目のキャパシタセル（1-2）の負極側（または正極側）の端子の下に２番目のキャパシタセル（1-2）の正極側（または負極側）の端子３ａを重ね合せることにより、（Ｂ）の折り曲げ加工が非接合側の端子同士の干渉に妨げられないようになる。

（Ｄ）においては、積層状態の２番目のキャパシタセル（1-2）と３番目のキャパシタセル（1-3）との２個について、２番目のキャパシタセル（1-2）の残る端子３ａの先端側に対して３番目のキャパシタセル（1-3）の異極同士となる一方の端子３ｂの先端側を重ね合わせて互いに接合し、２番目のキャパシタセル（1-2）に３番目のキャパシタセル（1-3）が積層状態に重なるよう３番目の電気二重層キャパシタ（1-3）を反転させるべく、接合側の端子３の一方３ａを接合部５１から所定距離だけ離れる部位で略直角に折り曲げる。次いで、接合側の端子３の他方３ｂを接合部５１から所定距離だけ離れる部位で略直角に折り曲げる。これを４番目以降のキャパシタセルについても繰り返すことにより、４個以上のキャパシタセルは、１個ずつ直列に接続しつつ、１列の積層状態に組み立てられる。（ｅ）においては、仮止め用のバンドを掛け回してこれらキャパシタセルの集積体を締め付けることにより、ボックスへの収装に備えるのである。

集積体４３において、両端のキャパシタセル（1-1），（1-n）は、一方に正極側の端子３ａ、他方に負極側の端子３ｂ、が非接合状態に残される。端子３ａ，３ｂは、２段に折り曲げることにより、ボックス端子３８．３９に先端側のフランジ４０ａ，４０ｂを介して接続される。各端子３の接合部５１を含む頂面部（キャパシタセル１の積層方向と平行な部分）に円孔（差込穴）が形成され、パラレルモニタ基板３０から延びるケーブル５０が対応する端子３ａ，３ｂにその円孔への差込部を介して接続されるのである。

図７のような工程により、各端子３は図８の（３）のように接続され、従前のようにフランジ６０ａ，６０ｂが外側に突き出ないので、図６の場合と同じく各キャパシタセル１間の端子３の接合部を含む高さ寸法を小さく抑えられる。この場合、接合後の端子３を折り曲げることにより、端子の内側にくるフランジ４０ａ，４０ｂを持たないため、図６の場合に較べると、端子３自体の長さを短く設定できる。また、積層するキャパシタセル１と積層されるキャパシタセル１との間においては、異極同士の端子３ａ，３ｂの先端側が互いに水平な平面で接触する関係に設定すると、固定式の溶接機（溶接アームがｘ軸方向に固定かつｙ軸方向のみ可動の溶接機であり、ＴＩＧ溶接と異なり、熱対策の準備時間が要らない、スポット溶接または超音波溶接が望ましい）により、端子３の接合を安定した品質に維持しやすくなる。

この発明の実施形態に係るキャパシタモジュールの断面図である。 同じく図１の矢視図である。 同じく分解斜視図である。 同じく配線図である。 同じく電気二重層キャパシタの構成に係る説明図である。 同じくキャパシタモジュールの製造方法を説明する工程図である。 キャパシタモジュールの製造方法を説明する別の工程図である。 この発明の実施形態に係るキャパシタモジュールを説明する比較図である。 従前のキャパシタモジュールに係る説明図である。

符号の説明

１ 電気二重層キャパシタ（キャパシタセル）
３（３ａ，３ｂ） 端子
１０ モジュールボックス
１４ 加圧バネ
３０ パラレルモニタ基板
４０ａ，４０ｂ フランジ
５１ 端子の接合部
４１，４３ 集積体
４２ バンド

Claims (2)

1. 複数の電気二重層キャパシタから構成されるキャパシタモジュールの製造方法において、複数の電気二重層キャパシタを１個ずつ直列に接続しつつ１列の積層状態にアッシィ化する工程、その複数を１組にアッシィ化した電気二重層キャパシタをモジュールボックスに収装する工程、を備えてなり、複数の電気二重層キャパシタを１個ずつ直列に接続しつつ１列の積層状態にアッシィ化する工程は、複数の電気二重層キャパシタの各個について、１対の端子の一方の先端側を正方向へ折り曲げてフランジを形成する一方、１対の端子の他方の先端側を逆方向へ折り曲げてフランジを形成する工程と、１番目の電気二重層キャパシタと２番目の電気二重層キャパシタとの２個について、電気二重層キャパシタの１対の端子の異極同士の一方のフランジを突き合わせて互いに接合し、１番目の電気二重層キャパシタに２番目の電気二重層キャパシタが積層状態に重なるよう２番目の電気二重層キャパシタを反転させるべく接合側の端子を２段に折り曲げ、積層状態の２番目の電気二重層キャパシタと３番目の電気二重層キャパシタとの２個について、２番目の電気二重層キャパシタの残る端子のフランジに対して３番目の電気二重層キャパシタの１対の端子の異極同士となる一方のフランジを重ね合わせて互いに接合し、２番目の電気二重層キャパシタに３番目の電気二重層キャパシタが積層状態に重なるよう３番目の電気二重層キャパシタを反転させるべく接合側の端子を２段に折り曲げ、これを繰り返すことにより、複数の電気二重層キャパシタを１個ずつ直列に接続しつつ１列の積層状態に組み立てる工程と、を備えることを特徴とする電気二重層キャパシタモジュールの製造方法。
2. 複数の電気二重層キャパシタから構成されるキャパシタモジュールの製造方法において、複数の電気二重層キャパシタを１個ずつ直列に接続しつつ１列の積層状態にアッシィ化する工程、その複数を１組にアッシィ化した電気二重層キャパシタをモジュールボックスに収装する工程、を備えてなり、複数の電気二重層キャパシタを１個ずつ直列に接続しつつ１列の積層状態にアッシィ化する工程は、１番目の電気二重層キャパシタと２番目の電気二重層キャパシタとの２個について、１対の端子の異極同士を重ね合わせてこれらの一方を互いに接合し、１番目の電気二重層キャパシタに２番目の電気二重層キャパシタが積層状態に重なるよう２番目の電気二重層キャパシタを反転させるべく接合側の端子を２段に折り曲げ、積層状態の２番目の電気二重層キャパシタと３番目の電気二重層キャパシタとの２個について、２番目の電気二重層キャパシタの残る端子の先端側に対して３番目の電気二重層キャパシタの１対の端子の異極同士となる一方の先端側を重ね合わせて互いに接合し、２番目の電気二重層キャパシタに３番目の電気二重層キャパシタが積層状態に重なるよう３番目の電気二重層キャパシタを反転させるべく接合側の端子を２段に折り曲げ、これを繰り返すことにより、複数の電気二重層キャパシタを１個ずつ直列に接続しつつ１列の積層状態に組み立てる工程、を備えることを特徴とする電気二重層キャパシタモジュールの製造方法。

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