蓄電モジュール及び作業機械
【課題】 一定の圧縮力を印加したときに、蓄電セルの合計の厚さのばらつきを低減させる技術が望まれている。
【解決手段】 平板状の複数の蓄電セルが厚さ方向に積み重ねられている。加圧機構が、蓄電セルに、積み重ね方向の圧縮力を印加する。蓄電セルの各々は、セパレータを介して交互に積み重ねられた正極板及び負極板を含む蓄電積層体を含む。さらに、最も外側に配置された正極板、及び最も外側に配置された負極板の少なくとも一方よりも外側に絶縁性の厚さ調整シートが配置されている。蓄電容器が、蓄電積層体、厚さ調整シート、及び電解液を収容する。蓄電積層体の積層方向に関して、厚さ調整シートの合計の厚さが、少なくとも２つの蓄電セルで異なっている。
【解決手段】 平板状の複数の蓄電セルが厚さ方向に積み重ねられている。加圧機構が、蓄電セルに、積み重ね方向の圧縮力を印加する。蓄電セルの各々は、セパレータを介して交互に積み重ねられた正極板及び負極板を含む蓄電積層体を含む。さらに、最も外側に配置された正極板、及び最も外側に配置された負極板の少なくとも一方よりも外側に絶縁性の厚さ調整シートが配置されている。蓄電容器が、蓄電積層体、厚さ調整シート、及び電解液を収容する。蓄電積層体の積層方向に関して、厚さ調整シートの合計の厚さが、少なくとも２つの蓄電セルで異なっている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の蓄電セルを積み重ねた蓄電モジュール、及びそれを搭載した作業機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
作業機械等に用いられる蓄電装置として、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ等が注目されている。これらのキャパシタは、例えば、電極板と、多孔質のセパレータとが交互に積層された構造を有する。電極板の表面には、活性炭等の分極性電極が塗布されており、セパレータには、電解液が含浸されている。電極板とセパレータとの積層体が、ラミネートフィルム容器や金属容器内に収容される。容器内に収容された積層体が、１つの蓄電セルを構成する。
【０００３】
電気二重層キャパシタの内部抵抗を低くするために、積層体に、積層方向の圧縮力が印加される。電気二重層キャパシタに限らず、リチウムイオンキャパシタ等の蓄電セルにおいても、通常、蓄電セルの位置を固定するために圧縮力が印加される。金属ケースを用いた蓄電セルにおいて、分極性電極の厚さがばらついても、圧縮力を適正かつ均等にするために、セパレータを、ポリエチレン等の架橋性プラスチックフィルムと、弾性を有する有機材料とで構成する技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３１１８３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ラミネートフィルム容器を用いる場合には、蓄電セルを積み重ねて圧縮力を印加すると、圧縮力によって各蓄電セルが薄くなる。分極性電極の厚さがばらついている場合、一定の圧縮力を印加したときに、積層された蓄電セルの合計の厚さもばらついてしまう。
【０００６】
一定の圧縮力を印加したときに、蓄電セルの合計の厚さのばらつきを低減させる技術が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一観点によると、
厚さ方向に積み重ねられた平板状の複数の蓄電セルと、
前記蓄電セルに、積み重ね方向の圧縮力を印加する加圧機構と
を有し、
前記蓄電セルの各々は、
セパレータを介して交互に積み重ねられた正極板及び負極板を含む蓄電積層体と、
最も外側に配置された前記正極板、及び最も外側に配置された前記負極板の少なくとも一方よりも外側に配置された絶縁性の厚さ調整シートと、
前記蓄電積層体、前記厚さ調整シート、及び電解液を収容する蓄電容器と
を有し、
前記蓄電積層体の積層方向に関して、前記厚さ調整シートの合計の厚さが、少なくとも２つの前記蓄電セルで異なっている蓄電モジュールが提供される。
【発明の効果】
【０００８】
厚さ調節シートの合計の厚さを変えることにより、蓄電積層体の厚さのばらつきを補償し、蓄電セルの厚さのばらつきを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】（１Ａ）は、実施例による蓄電モジュールで用いられる蓄電セルの平面図であり、（１Ｂ）は（１Ａ）の一点鎖線１Ｂ−１Ｂにおける断面図であり、（１Ｃ）は、蓄電積層体の断面図であり、（１Ｄ）は（１Ａ）の一点鎖線１Ｄ−１Ｄにおける断面図である。
【図２】（２Ａ）は、実施例による蓄電モジュールの断面図であり、（２Ｂ）は、（２Ａ）の一点鎖線２Ｂ−２Ｂにおける断面図である。
【図３】（３Ａ）〜（３Ｄ）は、実施例の変形例による蓄電積層体及び厚さ調整シートの断面図である。
【図４】実施例による蓄電セルの製造方法を示すフローチャートである。
【図５】（５Ａ）及び（５Ｂ）は、実施例の変形例による蓄電モジュールの断面図である。
【図６】実施例による蓄電モジュールを搭載した作業機械の平面図である。
【図７】実施例による蓄電モジュールを搭載した作業機械の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１Ａに、実施例による蓄電モジュールに用いられる蓄電セル３５の平面図を示す。蓄電容器１０内に、蓄電積層体１１が収容されている。蓄電容器１０の平面形状は、例えば、頂点がやや丸みを帯びた長方形である。蓄電積層体１１は、第１の集電極２１、第２の集電極２２、セパレータ（電解質層）２５、第１の分極性電極２７、及び第２の分極性電極２８を含む。第１の集電極２１と第２の集電極２２とは、大部分の領域において相互に重なっている。両者が重なった部分に、第１の分極性電極２７及び第２の分極性電極２８が配置されている。
【００１１】
第１の分極性電極２７と第２の分極性電極２８とは、平面視においてほぼ同一の領域に配置される。第１の分極性電極２７及び第２の分極性電極２８が配置されている領域を「電極領域」２９ということとする。電極領域２９よりも外側で、蓄電容器１０の外周よりも内側の領域を、「額縁領域」３０ということとする。
【００１２】
第１の集電極２１及び第２の集電極２２は、電極領域２９から相互に反対向き（図１Ａにおいて、上向き及び下向き）に伸びた延伸部分２１Ａ、２２Ａを有する。セパレータ２５の外周線は、第１の集電極２１と第２の集電極２２とが重なっている領域よりも外側に位置する。延伸部分２１Ａ、２２Ａは、セパレータ２５の外周よりも外側まで導出されている。
【００１３】
第１の集電極タブ１２及び第２の集電極タブ１３が、それぞれ蓄電容器１０の内側から、蓄電容器１０の相互に平行な縁と交差して、蓄電容器１０の外側まで引き出されている。第１の集電極タブ１２及び第２の集電極タブ１３は、それぞれ第１の集電極２１の延伸部分２１Ａ及び第２の集電極２２の延伸部分２２Ａと重なり、第１の集電極２１及び第２の集電極２２に電気的に接続されている。第１の集電極タブ１２及び第２の集電極タブ１３は、相互に逆極性の電極として作用する。
【００１４】
蓄電容器１０の額縁領域３０に、ガス抜き孔１４が形成されている。ガス抜き孔１４は、例えば第１の集電極２１の延伸部分２１Ａと重なる位置に配置される。ガス抜き構造物１５が、ガス抜き孔１４に重なる位置に配置される。
【００１５】
図１Ｂに、図１Ａの一点鎖線１Ｂ−１Ｂにおける断面図を示す。蓄電容器１０は、２枚のアルミラミネートフィルム１０Ａ、１０Ｂを含む。アルミラミネートフィルム１０Ａ、１０Ｂは、蓄電積層体１１を挟み、蓄電積層体１１を密封する。一方のラミネートフィルム１０Ｂは、ほぼ平坦であり、他方のラミネートフィルム１０Ａは、蓄電積層体１１の形状を反映して変形している。額縁領域３０は電極領域２９よりも薄い。図１Ｂでは、セパレータ２５、第１の分極性電極２７、及び第２の分極性電極２８の記載を省略している。蓄電積層体１１の上面及び底面に、厚さ調整シート２６が配置されている。なお、厚さ調整シート２６は、上面にのみ、または底面にのみ配置してもよい。
【００１６】
図１Ｃに蓄電積層体１１の断面図を示す。第１の集電極２１の両面に、第１の分極性電極２７が形成されており、第２の集電極２２の両面に、第２の分極性電極２８が形成されている。第１の集電極２１及び第２の集電極２２には、例えばアルミニウム箔が用いられる。第１の分極性電極２７は、例えば、活性炭粒子が混錬されたバインダを含むスラリーを、第１の集電極２１の表面に塗布した後、加熱して定着させることにより形成することができる。第２の分極性電極２８も同様の方法で形成することができる。
【００１７】
両面に第１の分極性電極２７が形成された第１の集電極２１と、両面に第２の分極性電極２８が形成された第２の集電極２２とが交互に積層されている。第１の分極性電極２７と第２の分極性電極２８との間に、セパレータ２５が配置されている。セパレータ２５には、例えばセルロース紙が用いられる。このセルロール紙に、電解液が含浸されている。電解液の溶媒には、例えば分極性有機溶剤、例えばプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、エチルメチルカーボネート等が用いられる。電解質（支持塩）として、４級アンモニウム塩、例えばＳＢＰＢ４（スピロビピロリジニウムテトラフルオロボレート）が用いられる。セパレータ２５は、第１の分極性電極２７と第２の分極性電極２８との短絡、及び第１の集電極２１と第２の集電極２２との短絡を防止する。
【００１８】
第１の集電極２１と、その両面に形成された第１の分極性電極２７との積層構造、及び第２の集電極２２と、その両面に形成された第２の分極性電極２８との積層構造のうち、一方が正極板となり、他方が負極板となる。正極板と負極板とをまとめて「電極板」という。図１Ｂに示した厚さ調整シート２６は、最も外側に配置された電極板の少なくとも一方よりも外側に配置される。
【００１９】
なお、最も外側に配置された第１の集電極２１及び第２の集電極２２の外側の表面には、それぞれ第１の分極性電極２７及び第２の分極性電極２８を形成しなくてもよい。この場合、厚さ調整シート２６は、第１の集電極２１または第２の集電極２２に接する。
【００２０】
図１Ｂに戻って説明を続ける。複数の第１の集電極２１の延伸部分２１Ａが重ね合わされ、第１の集電極タブ１２に超音波溶接されている。複数の第２の集電極２２の延伸部分２２Ａが重ね合わされ、第２の集電極タブ１３に超音波溶接されている。第１の集電極タブ１２及び第２の集電極タブ１３には、例えばアルミニウム板が用いられる。
【００２１】
第１の集電極２１の延伸部分２１Ａが積層された領域には、第２の集電極２２、第１の分極性電極２７、第２の分極性電極２８、及びセパレータ２５が配置されていない。このため、延伸部分２１Ａが積層された部分は、電極領域２９より薄い。同様に、第２の集電極２２の延伸部分２２Ａが積層された部分も、電極領域２９より薄い。厚さ調整シート２６は、延伸部分２１Ａとガス抜き構造物１５との間まで延伸している。
【００２２】
第１の集電極タブ１２及び第２の集電極タブ１３は、ラミネートフィルム１０Ａとラミネートフィルム１０Ｂとの間を通って、蓄電容器１０の外側まで導出されている。第１の集電極タブ１２及び第２の集電極タブ１３は、導出箇所において、ラミネートフィルム１０Ａとラミネートフィルム１０Ｂとに熱融着されている。なお、第１の集電極タブ１２とラミネートフィルム１０Ａ、１０Ｂとの間、及び第２の集電極タブ１３とラミネートフィルム１０Ａ、１０Ｂとの間に、タブフィルムを挟んでもよい。タブフィルムは、シール強度を向上させる。
【００２３】
第１の集電極２１の延伸部分２１Ａと、ラミネートフィルム１０Ａとの間に、ガス抜き構造物１５が配置されている。ガス抜き構造物１５は、ガス抜き孔１４を塞ぐように配置され、ラミネートフィルム１０Ａに熱融着されている。ガス抜き構造物１５は、蓄電容器１０内のガスを外部に排出するが、外部から蓄電容器１０内への水分等の侵入を禁止する。
【００２４】
蓄電容器１０内は、真空排気されている。このため、ラミネートフィルム１０Ａ、１０Ｂは、大気圧により、蓄電積層体１１及びガス抜き構造物１５の外形に沿うように、変形している。
【００２５】
図１Ｄに、図１Ａの一点鎖線１Ｄ−１Ｄにおける断面図を示す。蓄電積層体１１の積層構造は、図１Ｂ及び図１Ｃに示したものと同一である。蓄電積層体１１よりも外側の領域において、ラミネートフィルム１０Ａと１０Ｂとが相互に熱融着されている。図１Ｄに示した断面においては、第１の集電極２１及び第２の集電極２２に、延伸部分が設けられていない。
【００２６】
厚さ調整シート２６が、蓄電積層体１１に巻きつけられている。図１Ｄでは、蓄電積層体１１の厚さ方向の中間の位置を始点とし、上面及び他方の端面を覆い、さらに底面を覆い、ほぼ始点の位置まで戻るように、蓄電積層体１１をほぼ１周している。蓄電積層体１１の上面及び底面に、それぞれ１枚分の厚さの厚さ調整シート２６が配置される。従って、蓄電積層体１１に厚さ調整シート２６を１周巻きつけることは、蓄電積層体１１の厚さ方向に関して、厚さ調整シート２６の重ね枚数を２枚にしたことと等価である。
【００２７】
図２Ａに、実施例による蓄電モジュールの断面図を示す。理解を容易にするために、ｘｙｚ直交座標系を定義する。
【００２８】
平板状の複数の蓄電セル３５と、伝熱板３６とが、その厚さ方向（ｚ方向）に交互に積層されている。蓄電セル３５の各々は、図１Ａ〜図１Ｄに示したものと同一の構造を有する。最も外側の蓄電セル３５に、それぞれ押さえ板４２、４３が密着している。複数のタイロッド４１が、一方の押さえ板４２から他方の押さえ板４３まで貫通し、蓄電セル３５と伝熱板３６とに、積層方向（ｚ方向）の圧縮力を加えている。
【００２９】
蓄電セル３５は、積層方向の圧縮力を印加されることにより、押さえ板４２、４３の間に保持される。押さえ板４２、４３、及びタイロッド４１が、蓄電セル３５に圧縮力を印加するための加圧機構４０を構成する。なお、加圧機構４０として、タイロッド４１等の他に、蓄電セル３５に圧縮力を印加することが可能な他の手段を用いてもよい。
【００３０】
複数の蓄電セル３５が直列に接続されるように、相互に隣り合う蓄電セル３５の第１の集電極タブ１２同士が接続され、第２の集電極タブ１３同士が接続されている。すべての蓄電セル３５は、電極領域２９の中心から見て、第１の集電極タブ１２がｘ軸の正の方向に配置される姿勢、すなわちガス抜き孔１４（図１Ａ）がｘ軸の正の方向に配置される姿勢で保持されている。
【００３１】
伝熱板３６には、例えばアルミニウムが用いられ、タイロッド４１及び押さえ板４２、４３には、例えばステンレス鋼が用いられる。ｘ方向に関して保持機構４０の両側に、一対の壁板４４、４５が配置されている。壁板４４及び４５の各々は、ボルトで押さえ板４２、４３に固定されている。
【００３２】
図２Ｂに、図２Ａの一点鎖線２Ｂ−２Ｂにおける断面図を示す。図２Ｂの一点鎖線２Ａ−２Ａにおける断面図が、図２Ａに相当する。蓄電セル３５及び伝熱板３６の平面形状は、ほぼ長方形である。蓄電セル３５の、相互に反対側の辺（図２Ｂにおいて、上辺及び下辺）から、第１の集電極タブ１２及び第２の集電極タブ１３が導出されている。伝熱板３６は、平面視において、蓄電セル３５の縁よりも外側まで張り出している。タイロッド４１は、蓄電セル３５、伝熱版３６、第１の集電極タブ１２、及び第２の集電極タブ１３のいずれからも離間した位置に配置されている。
【００３３】
ｙ方向に関して伝熱板３６の両側に、一対の壁板４６、４７が配置されている。壁板４６、４７は、伝熱板３６の端面に接触している。これにより、伝熱板３６が、壁板４６、４７に熱的に結合する。壁板４６及び４７の各々は、壁板４４及び４５に、ボルトで固定されている。壁板４６及び４７の内部に、冷却媒体を流すための流路４８が形成されている。
【００３４】
蓄電セル３５の間に伝熱板３６を挿入しなくても十分な冷却性能が得られる場合には、伝熱板３６を配置することなく、複数の蓄電セル３５のみを積層してもよい。
【００３５】
図３Ａ〜図３Ｄに、実施例の変形例による蓄電セルの蓄電積層体１１及び厚さ調整シート２６の断面図を示す。上記実施例では、図１Ｄに示したように厚さ調整シート２６が蓄電積層体１１をほぼ１周していた。図３Ａ及び図３Ｂに示した変形例は、それぞれ厚さ調整シート２６が、約１．５周、及び２周している。図３Ａ及び図３Ｂに示した変形例では、それぞれ、厚さ調整シート２６の重ね枚数が３枚及び４枚になる。
【００３６】
いずれの変形例においても、厚さ調整シート２６の縁は、蓄電積層体１１の上面及び底面と重ならない位置、すなわち端面の側方に配置されている。
【００３７】
厚さ調整シート２６の縁が蓄電積層体１１の上面または底面と重なる位置に配置されると、蓄電積層体１１に圧縮力を印加したときに、蓄電積層体１１に加わる圧力が縁の両側で異なってしまう。厚さ調整シート２６の縁を、蓄電積層体１１の上面及び底面と重ならない位置に配置することにより、蓄電積層体１１に加わる圧力が不均一になることを防止することができる。図１Ｂに示した断面においては、厚さ調整シート２６の縁が、電極領域２９とは重ならず、額縁領域３０と重なっている。このため、電極領域２９内において、圧力が不均一になることを防止することができる。
【００３８】
図３Ｃに示した変形例では、蓄電積層体１１の上面と底面に、別々の厚さ調整シート２６が１枚ずつ配置されている。図３Ｄに示した変形例では、蓄電積層体１１の上面と底面に、別々の厚さ調整シート２６が２枚ずつ配置されている。すなわち、蓄電積層体１１の上面に配置された厚さ調整シート２６と、底面に配置された厚さ調整シート２６とは、相互に分離されている。このように、蓄電積層体１１に厚さ調整シート２６を巻き付ける代わりに、複数枚の厚さ調整シート２６を重ねてもよい。
【００３９】
図１Ｃに示した第１の分極性電極２７及び第２の分極性電極２８は、製造工程のばらつきに起因して、ロットごとに厚さがばらつきやすい。このため、蓄電積層体１１の厚さにもばらつきが生じる。蓄電セル３５ごとに、または少なくとも２つの蓄電セル３５で、厚さ調整シート２６の重ね枚数を変えることにより、蓄電積層体１１の厚さの差を補正することができる。これにより、蓄電セル３５の厚さのばらつきを小さくすることができる。具体的には、蓄電セル３５のうち、蓄電積層体１１の厚さが相対的に薄い蓄電セル３５の、厚さ調整シート２６の重ね枚数は、蓄電積層体１１の厚さが相対的に厚い蓄電セル３５の、厚さ調整シート２６の重ね枚数よりも多くすればよい。
【００４０】
厚さ調整シート２６には、絶縁材料、例えばポリプロピレン等を用いることができる。この場合、厚さ調整シート２６が、アルミラミネートフィルム１０Ａ、１０Ｂ（図１Ｂ、図１Ｄ）を補強する機能を持つ。
【００４１】
厚さ調整シート２６に、セパレータ２５の素材と同じ素材のシートを用いてもよい。この場合、厚さ調整シート２６に電解液が含浸される。図１Ｂに示したガス抜き構造物１５に接触する電解液が、厚さ調整シート２６に含浸されるため、ガス抜き構造物１５に液状の電解液が付着することを軽減することができる。
【００４２】
上記実施例では、厚さ調整シート２６の重ね枚数を変えることにより、蓄電積層体１１の厚さの差を補正した。その変形例として、厚さ調整シート２６の重ね枚数を変える代わりに、または重ね枚数を変えるとともに、厚さ調整シート２６の厚さを異ならせてもよい。例えば、蓄電セル３５のうち、蓄電積層体１１の厚さが相対的に薄い蓄電セル３５の、厚さ調整シート２６の厚さを、蓄電積層体１１の厚さが相対的に厚い蓄電セル３５の、厚さ調整シート２６の厚さより厚くすればよい。
【００４３】
上記実施例及びその変形例で示したように、蓄電積層体１１に重ねられた厚さ調整シート２６の、重ね方向に関する合計の厚さを、少なくとも２つの蓄電セル３５で異なるようにすればよい。蓄電積層体１１の厚さが相対的に薄い蓄電セル３５において、厚さ調整シート２６の、重ね方向に関する合計の厚さを、相対的に厚くすればよい。これにより、蓄電セル３５の厚さのばらつきを小さくすることができる。
【００４４】
図４に、実施例による蓄電モジュールの製造方法のフローチャートを示す。まず、ステップＳ１において、図１Ｃ等に示した第１の集電極２１の両面に第１の分極性電極２７を形成し、第２の集電極２２の両面に第２の分極性電極２８を形成する。これにより、複数の電極板が得られる。
【００４５】
ステップＳ２において、電極板の各々の厚さを測定する。ステップＳ３において、１つの蓄電セルに収容される電極板の合計の厚さを算出する。ステップＳ４において、算出された厚さと、目標厚さとを比較し、補償すべき厚さを算出する。ステップＳ５において、補償すべき厚さから、厚さ調整シート２６の重ね枚数を算出する。この「重ね枚数」は、蓄電積層体１１に厚さ調整シート２６を巻き付けたときの合計の厚さと、目標厚さとの差が最小になるように決定される。
【００４６】
ステップＳ６において、電極板とセパレータとを積層して蓄電積層体１１を形成した後、ステップＳ５で算出された重ね枚数になるように、厚さ調整シート２６を巻き付ける。なお、図３Ｃ及び図３Ｄに示す変形例の場合には、重ね枚数分の厚さ調整シート２６を蓄電積層体１１に重ねる。ステップＳ７において、蓄電積層体１１及び厚さ調整シート２６を蓄電容器１０内に装填した後、蓄電容器１０内に電解液を充填する。その後、蓄電容器１０を封止する。
【００４７】
実施例による方法で作製された蓄電セル３５は、厚さのばらつきが小さい。このため、図２Ａに示した蓄電モジュールの積み重ね方向（ｚ方向）の寸法のばらつきを小さくすることができる。
【００４８】
図５Ａに、実施例の変形例による蓄電モジュールの水平断面図を示す。交互に積み重ねられた蓄電セル３５と伝熱板３６、押さえ板４２、４３、及びタイロッド４１により、１つの蓄電モジュール５０が構成されている。これらの構成は、図２Ａに示した蓄電セル３５、伝熱板３６、押さえ板４２、４３、及びタイロッド４１の構成と同一である。複数、例えば３個の蓄電モジュール５０が、積み重ね方向（ｚ方向）と直交する方向（ｙ方向）に配列されている。
【００４９】
相互に隣り合う蓄電モジュール５０の間に隔壁５３が配置されている。両側の蓄電モジュール５０の外側に、それぞれ側板５１、５２が配置されている。側板５１、５２及び隔壁５３は、図２Ｂに示した壁板４６、４７と同様に、伝熱板３６の端面に接している。
【００５０】
図５Ｂに、図５Ａの一点鎖線５Ｂ−５Ｂにおける断面図を示す。図５Ｂの一点鎖線５Ａ−５Ａにおける断面図が図５Ａに相当する。隔壁５３及び側板５１、５２に、冷却媒体を流すための流路５７が形成されている。
【００５１】
天板５４及び底板５５が、蓄電モジュール５０、隔壁５３、及び側板５１、５２を上下から挟む。天板５４及び底板５５は、それぞれ図２Ｂに示した壁板４４、４５に対応する。天板５４及び底板５５は、ボルト６０により隔壁５３及び側板５１、５２に固定されている。さらに、図５Ａに示したように、天板５４及び底板５５は、ボルト６１により押さえ板４２、４３にも固定されている。
【００５２】
実施例による蓄電セル３５を用いることにより、蓄電セル３５の積み重ね方向（ｚ方向）に関する蓄電モジュール５０の寸法のばらつきを小さくすることができる。蓄電モジュール５０のｚ方向の寸法のばらつきが大きい場合には、天板５４及び底板５５に形成されているボルト６１用の貫通孔の位置がばらついてしまう。このため、予め、特定の位置に貫通孔を形成しておくことが困難である。または、蓄電モジュール５０のｚ方向の寸法のばらつきを吸収するように、ボルト６１用の貫通孔を長穴にしておく必要がある。
【００５３】
実施例による蓄電セル３５を用いることにより、天板５４及び底板５５の特定の位置に、ボルト６１用の貫通孔を予め形成しておくことができる。また、貫通孔を長穴にする必要はない。
【００５４】
図６に、上記実施例による蓄電モジュールを搭載した作業機械の例として、ハイブリッド型ショベルの概略平面図を示す。旋回体７０に、旋回軸受け７３を介して、走行装置７１が取り付けられている。旋回体７０に、エンジン７４、油圧ポンプ７５、旋回用電動モータ７６、油タンク７７、冷却ファン７８、座席７９、蓄電モジュール８０、及び電動発電機８３が搭載されている。エンジン７４は、燃料の燃焼により動力を発生する。エンジン７４、油圧ポンプ７５、及び電動発電機８３が、トルク伝達機構８１を介して相互にトルクの送受を行う。油圧ポンプ７５は、ブーム８２等の油圧シリンダに圧油を供給する。
【００５５】
電動発電機８３は、エンジン７４の動力によって駆動され、発電を行う（発電運転）。発電された電力は、蓄電モジュール８０に供給され、蓄電モジュール８０が充電される。また、電動発電機８３は、蓄電モジュール８０からの電力によって駆動され、エンジン７４をアシストするための動力を発生する（アシスト運転）。油タンク７７は、油圧回路の油を貯蔵する。冷却ファン７８は、油圧回路の油温の上昇を抑制する。操作者は、座席７９に着座して、ハイブリッド型ショベルを操作する。
【００５６】
図７に、ハイブリッド型ショベルの側面図を示す。下部走行体７１に、旋回軸受け７３を介して上部旋回体７０が搭載されている。上部旋回体７０は、旋回用電動モータ７６（図１１）からの駆動力により、下部走行体７１に対して、時計回り、または反時計周りに旋回する。上部旋回体７０に、ブーム８２が取り付けられている。ブーム８２は、油圧駆動されるブームシリンダ８７により、上部旋回体７０に対して上下方向に揺動する。ブーム８２の先端に、アーム８５が取り付けられている。アーム８５は、油圧駆動されるアームシリンダ８８により、ブーム８２に対して前後方向に揺動する。アーム８５の先端にバケット８６が取り付けられている。バケット８６は、油圧駆動されるバケットシリンダ８９により、アーム８５に対して上下方向に揺動する。
【００５７】
蓄電モジュール８０が、蓄電モジュール用マウント９０及びダンパ（防振装置）９１を介して、上部旋回体７０に搭載されている。蓄電モジュール８０には、図２Ａ、図２Ｂに示された実施例、または図４Ａ、図４Ｂに示された実施例による蓄電モジュールが用いられる。蓄電モジュール８０から供給される電力によって、旋回用電動モータ７６（図６）が駆動される。旋回用電動モータ７６が駆動されることにより、駆動対象である旋回体７０が旋回する。また、旋回用電動モータ７６は、運動エネルギを電気エネルギに変換することによって回生電力を発生する。発生した回生電力によって、蓄電モジュール８０が充電される。
【００５８】
図６及び図７には、作業機械の例としてハイブリッド型ショベルを示したが、上記実施例による蓄電モジュールは、その他のハイブリッド型作業機械、例えばハイブリッド型ホイルローダ、ハイブリッド型ブルドーザに適用することも可能である。さらに、上記実施例による蓄電モジュールは、電動作業機械、例えば電動ショベル、電動ホイルローダ、電動ブルドーザ等にも適用することが可能である。
【００５９】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【符号の説明】
【００６０】
１０ 蓄電容器
１０Ａ、１０Ｂ ラミネートフィルム
１１ 蓄電積層体
１２ 第１の集電極タブ
１３ 第２の集電極タブ
１４ ガス抜き孔
１５ ガス抜き構造物
２１ 第１の集電極
２１Ａ 延伸部分
２２ 第２の集電極
２２Ａ 延伸部分
２５ セパレータ
２６ 厚さ調整シート
２７ 第１の分極性電極
２８ 第２の分極性電極
２９ 電極領域
３０ 額縁領域
３５ 蓄電セル
４０ 加圧機構
４１ タイロッド
４２、４３ 押さえ板
４４、４５、４６、４７ 壁板
４８ 流路
５０ 蓄電モジュール
５１、５２ 側板
５３ 隔壁
５４ 天板
５５ 底板
５７ 流路
６０、６１ ボルト
７０ 旋回体（駆動対象）
７１ 走行装置
７３ 旋回軸受け
７４ エンジン
７５ 油圧ポンプ
７６ 旋回モータ
７７ 油タンク
７８ 冷却ファン
７９ 座席
８０ 蓄電モジュール
８１ トルク伝達機構
８２ ブーム
８３ 電動発電機
８５ アーム
８６ バケット
８７ ブームシリンダ
８８ アームシリンダ
８９ バケットシリンダ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の蓄電セルを積み重ねた蓄電モジュール、及びそれを搭載した作業機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
作業機械等に用いられる蓄電装置として、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ等が注目されている。これらのキャパシタは、例えば、電極板と、多孔質のセパレータとが交互に積層された構造を有する。電極板の表面には、活性炭等の分極性電極が塗布されており、セパレータには、電解液が含浸されている。電極板とセパレータとの積層体が、ラミネートフィルム容器や金属容器内に収容される。容器内に収容された積層体が、１つの蓄電セルを構成する。
【０００３】
電気二重層キャパシタの内部抵抗を低くするために、積層体に、積層方向の圧縮力が印加される。電気二重層キャパシタに限らず、リチウムイオンキャパシタ等の蓄電セルにおいても、通常、蓄電セルの位置を固定するために圧縮力が印加される。金属ケースを用いた蓄電セルにおいて、分極性電極の厚さがばらついても、圧縮力を適正かつ均等にするために、セパレータを、ポリエチレン等の架橋性プラスチックフィルムと、弾性を有する有機材料とで構成する技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３１１８３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ラミネートフィルム容器を用いる場合には、蓄電セルを積み重ねて圧縮力を印加すると、圧縮力によって各蓄電セルが薄くなる。分極性電極の厚さがばらついている場合、一定の圧縮力を印加したときに、積層された蓄電セルの合計の厚さもばらついてしまう。
【０００６】
一定の圧縮力を印加したときに、蓄電セルの合計の厚さのばらつきを低減させる技術が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一観点によると、
厚さ方向に積み重ねられた平板状の複数の蓄電セルと、
前記蓄電セルに、積み重ね方向の圧縮力を印加する加圧機構と
を有し、
前記蓄電セルの各々は、
セパレータを介して交互に積み重ねられた正極板及び負極板を含む蓄電積層体と、
最も外側に配置された前記正極板、及び最も外側に配置された前記負極板の少なくとも一方よりも外側に配置された絶縁性の厚さ調整シートと、
前記蓄電積層体、前記厚さ調整シート、及び電解液を収容する蓄電容器と
を有し、
前記蓄電積層体の積層方向に関して、前記厚さ調整シートの合計の厚さが、少なくとも２つの前記蓄電セルで異なっている蓄電モジュールが提供される。
【発明の効果】
【０００８】
厚さ調節シートの合計の厚さを変えることにより、蓄電積層体の厚さのばらつきを補償し、蓄電セルの厚さのばらつきを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】（１Ａ）は、実施例による蓄電モジュールで用いられる蓄電セルの平面図であり、（１Ｂ）は（１Ａ）の一点鎖線１Ｂ−１Ｂにおける断面図であり、（１Ｃ）は、蓄電積層体の断面図であり、（１Ｄ）は（１Ａ）の一点鎖線１Ｄ−１Ｄにおける断面図である。
【図２】（２Ａ）は、実施例による蓄電モジュールの断面図であり、（２Ｂ）は、（２Ａ）の一点鎖線２Ｂ−２Ｂにおける断面図である。
【図３】（３Ａ）〜（３Ｄ）は、実施例の変形例による蓄電積層体及び厚さ調整シートの断面図である。
【図４】実施例による蓄電セルの製造方法を示すフローチャートである。
【図５】（５Ａ）及び（５Ｂ）は、実施例の変形例による蓄電モジュールの断面図である。
【図６】実施例による蓄電モジュールを搭載した作業機械の平面図である。
【図７】実施例による蓄電モジュールを搭載した作業機械の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１Ａに、実施例による蓄電モジュールに用いられる蓄電セル３５の平面図を示す。蓄電容器１０内に、蓄電積層体１１が収容されている。蓄電容器１０の平面形状は、例えば、頂点がやや丸みを帯びた長方形である。蓄電積層体１１は、第１の集電極２１、第２の集電極２２、セパレータ（電解質層）２５、第１の分極性電極２７、及び第２の分極性電極２８を含む。第１の集電極２１と第２の集電極２２とは、大部分の領域において相互に重なっている。両者が重なった部分に、第１の分極性電極２７及び第２の分極性電極２８が配置されている。
【００１１】
第１の分極性電極２７と第２の分極性電極２８とは、平面視においてほぼ同一の領域に配置される。第１の分極性電極２７及び第２の分極性電極２８が配置されている領域を「電極領域」２９ということとする。電極領域２９よりも外側で、蓄電容器１０の外周よりも内側の領域を、「額縁領域」３０ということとする。
【００１２】
第１の集電極２１及び第２の集電極２２は、電極領域２９から相互に反対向き（図１Ａにおいて、上向き及び下向き）に伸びた延伸部分２１Ａ、２２Ａを有する。セパレータ２５の外周線は、第１の集電極２１と第２の集電極２２とが重なっている領域よりも外側に位置する。延伸部分２１Ａ、２２Ａは、セパレータ２５の外周よりも外側まで導出されている。
【００１３】
第１の集電極タブ１２及び第２の集電極タブ１３が、それぞれ蓄電容器１０の内側から、蓄電容器１０の相互に平行な縁と交差して、蓄電容器１０の外側まで引き出されている。第１の集電極タブ１２及び第２の集電極タブ１３は、それぞれ第１の集電極２１の延伸部分２１Ａ及び第２の集電極２２の延伸部分２２Ａと重なり、第１の集電極２１及び第２の集電極２２に電気的に接続されている。第１の集電極タブ１２及び第２の集電極タブ１３は、相互に逆極性の電極として作用する。
【００１４】
蓄電容器１０の額縁領域３０に、ガス抜き孔１４が形成されている。ガス抜き孔１４は、例えば第１の集電極２１の延伸部分２１Ａと重なる位置に配置される。ガス抜き構造物１５が、ガス抜き孔１４に重なる位置に配置される。
【００１５】
図１Ｂに、図１Ａの一点鎖線１Ｂ−１Ｂにおける断面図を示す。蓄電容器１０は、２枚のアルミラミネートフィルム１０Ａ、１０Ｂを含む。アルミラミネートフィルム１０Ａ、１０Ｂは、蓄電積層体１１を挟み、蓄電積層体１１を密封する。一方のラミネートフィルム１０Ｂは、ほぼ平坦であり、他方のラミネートフィルム１０Ａは、蓄電積層体１１の形状を反映して変形している。額縁領域３０は電極領域２９よりも薄い。図１Ｂでは、セパレータ２５、第１の分極性電極２７、及び第２の分極性電極２８の記載を省略している。蓄電積層体１１の上面及び底面に、厚さ調整シート２６が配置されている。なお、厚さ調整シート２６は、上面にのみ、または底面にのみ配置してもよい。
【００１６】
図１Ｃに蓄電積層体１１の断面図を示す。第１の集電極２１の両面に、第１の分極性電極２７が形成されており、第２の集電極２２の両面に、第２の分極性電極２８が形成されている。第１の集電極２１及び第２の集電極２２には、例えばアルミニウム箔が用いられる。第１の分極性電極２７は、例えば、活性炭粒子が混錬されたバインダを含むスラリーを、第１の集電極２１の表面に塗布した後、加熱して定着させることにより形成することができる。第２の分極性電極２８も同様の方法で形成することができる。
【００１７】
両面に第１の分極性電極２７が形成された第１の集電極２１と、両面に第２の分極性電極２８が形成された第２の集電極２２とが交互に積層されている。第１の分極性電極２７と第２の分極性電極２８との間に、セパレータ２５が配置されている。セパレータ２５には、例えばセルロース紙が用いられる。このセルロール紙に、電解液が含浸されている。電解液の溶媒には、例えば分極性有機溶剤、例えばプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、エチルメチルカーボネート等が用いられる。電解質（支持塩）として、４級アンモニウム塩、例えばＳＢＰＢ４（スピロビピロリジニウムテトラフルオロボレート）が用いられる。セパレータ２５は、第１の分極性電極２７と第２の分極性電極２８との短絡、及び第１の集電極２１と第２の集電極２２との短絡を防止する。
【００１８】
第１の集電極２１と、その両面に形成された第１の分極性電極２７との積層構造、及び第２の集電極２２と、その両面に形成された第２の分極性電極２８との積層構造のうち、一方が正極板となり、他方が負極板となる。正極板と負極板とをまとめて「電極板」という。図１Ｂに示した厚さ調整シート２６は、最も外側に配置された電極板の少なくとも一方よりも外側に配置される。
【００１９】
なお、最も外側に配置された第１の集電極２１及び第２の集電極２２の外側の表面には、それぞれ第１の分極性電極２７及び第２の分極性電極２８を形成しなくてもよい。この場合、厚さ調整シート２６は、第１の集電極２１または第２の集電極２２に接する。
【００２０】
図１Ｂに戻って説明を続ける。複数の第１の集電極２１の延伸部分２１Ａが重ね合わされ、第１の集電極タブ１２に超音波溶接されている。複数の第２の集電極２２の延伸部分２２Ａが重ね合わされ、第２の集電極タブ１３に超音波溶接されている。第１の集電極タブ１２及び第２の集電極タブ１３には、例えばアルミニウム板が用いられる。
【００２１】
第１の集電極２１の延伸部分２１Ａが積層された領域には、第２の集電極２２、第１の分極性電極２７、第２の分極性電極２８、及びセパレータ２５が配置されていない。このため、延伸部分２１Ａが積層された部分は、電極領域２９より薄い。同様に、第２の集電極２２の延伸部分２２Ａが積層された部分も、電極領域２９より薄い。厚さ調整シート２６は、延伸部分２１Ａとガス抜き構造物１５との間まで延伸している。
【００２２】
第１の集電極タブ１２及び第２の集電極タブ１３は、ラミネートフィルム１０Ａとラミネートフィルム１０Ｂとの間を通って、蓄電容器１０の外側まで導出されている。第１の集電極タブ１２及び第２の集電極タブ１３は、導出箇所において、ラミネートフィルム１０Ａとラミネートフィルム１０Ｂとに熱融着されている。なお、第１の集電極タブ１２とラミネートフィルム１０Ａ、１０Ｂとの間、及び第２の集電極タブ１３とラミネートフィルム１０Ａ、１０Ｂとの間に、タブフィルムを挟んでもよい。タブフィルムは、シール強度を向上させる。
【００２３】
第１の集電極２１の延伸部分２１Ａと、ラミネートフィルム１０Ａとの間に、ガス抜き構造物１５が配置されている。ガス抜き構造物１５は、ガス抜き孔１４を塞ぐように配置され、ラミネートフィルム１０Ａに熱融着されている。ガス抜き構造物１５は、蓄電容器１０内のガスを外部に排出するが、外部から蓄電容器１０内への水分等の侵入を禁止する。
【００２４】
蓄電容器１０内は、真空排気されている。このため、ラミネートフィルム１０Ａ、１０Ｂは、大気圧により、蓄電積層体１１及びガス抜き構造物１５の外形に沿うように、変形している。
【００２５】
図１Ｄに、図１Ａの一点鎖線１Ｄ−１Ｄにおける断面図を示す。蓄電積層体１１の積層構造は、図１Ｂ及び図１Ｃに示したものと同一である。蓄電積層体１１よりも外側の領域において、ラミネートフィルム１０Ａと１０Ｂとが相互に熱融着されている。図１Ｄに示した断面においては、第１の集電極２１及び第２の集電極２２に、延伸部分が設けられていない。
【００２６】
厚さ調整シート２６が、蓄電積層体１１に巻きつけられている。図１Ｄでは、蓄電積層体１１の厚さ方向の中間の位置を始点とし、上面及び他方の端面を覆い、さらに底面を覆い、ほぼ始点の位置まで戻るように、蓄電積層体１１をほぼ１周している。蓄電積層体１１の上面及び底面に、それぞれ１枚分の厚さの厚さ調整シート２６が配置される。従って、蓄電積層体１１に厚さ調整シート２６を１周巻きつけることは、蓄電積層体１１の厚さ方向に関して、厚さ調整シート２６の重ね枚数を２枚にしたことと等価である。
【００２７】
図２Ａに、実施例による蓄電モジュールの断面図を示す。理解を容易にするために、ｘｙｚ直交座標系を定義する。
【００２８】
平板状の複数の蓄電セル３５と、伝熱板３６とが、その厚さ方向（ｚ方向）に交互に積層されている。蓄電セル３５の各々は、図１Ａ〜図１Ｄに示したものと同一の構造を有する。最も外側の蓄電セル３５に、それぞれ押さえ板４２、４３が密着している。複数のタイロッド４１が、一方の押さえ板４２から他方の押さえ板４３まで貫通し、蓄電セル３５と伝熱板３６とに、積層方向（ｚ方向）の圧縮力を加えている。
【００２９】
蓄電セル３５は、積層方向の圧縮力を印加されることにより、押さえ板４２、４３の間に保持される。押さえ板４２、４３、及びタイロッド４１が、蓄電セル３５に圧縮力を印加するための加圧機構４０を構成する。なお、加圧機構４０として、タイロッド４１等の他に、蓄電セル３５に圧縮力を印加することが可能な他の手段を用いてもよい。
【００３０】
複数の蓄電セル３５が直列に接続されるように、相互に隣り合う蓄電セル３５の第１の集電極タブ１２同士が接続され、第２の集電極タブ１３同士が接続されている。すべての蓄電セル３５は、電極領域２９の中心から見て、第１の集電極タブ１２がｘ軸の正の方向に配置される姿勢、すなわちガス抜き孔１４（図１Ａ）がｘ軸の正の方向に配置される姿勢で保持されている。
【００３１】
伝熱板３６には、例えばアルミニウムが用いられ、タイロッド４１及び押さえ板４２、４３には、例えばステンレス鋼が用いられる。ｘ方向に関して保持機構４０の両側に、一対の壁板４４、４５が配置されている。壁板４４及び４５の各々は、ボルトで押さえ板４２、４３に固定されている。
【００３２】
図２Ｂに、図２Ａの一点鎖線２Ｂ−２Ｂにおける断面図を示す。図２Ｂの一点鎖線２Ａ−２Ａにおける断面図が、図２Ａに相当する。蓄電セル３５及び伝熱板３６の平面形状は、ほぼ長方形である。蓄電セル３５の、相互に反対側の辺（図２Ｂにおいて、上辺及び下辺）から、第１の集電極タブ１２及び第２の集電極タブ１３が導出されている。伝熱板３６は、平面視において、蓄電セル３５の縁よりも外側まで張り出している。タイロッド４１は、蓄電セル３５、伝熱版３６、第１の集電極タブ１２、及び第２の集電極タブ１３のいずれからも離間した位置に配置されている。
【００３３】
ｙ方向に関して伝熱板３６の両側に、一対の壁板４６、４７が配置されている。壁板４６、４７は、伝熱板３６の端面に接触している。これにより、伝熱板３６が、壁板４６、４７に熱的に結合する。壁板４６及び４７の各々は、壁板４４及び４５に、ボルトで固定されている。壁板４６及び４７の内部に、冷却媒体を流すための流路４８が形成されている。
【００３４】
蓄電セル３５の間に伝熱板３６を挿入しなくても十分な冷却性能が得られる場合には、伝熱板３６を配置することなく、複数の蓄電セル３５のみを積層してもよい。
【００３５】
図３Ａ〜図３Ｄに、実施例の変形例による蓄電セルの蓄電積層体１１及び厚さ調整シート２６の断面図を示す。上記実施例では、図１Ｄに示したように厚さ調整シート２６が蓄電積層体１１をほぼ１周していた。図３Ａ及び図３Ｂに示した変形例は、それぞれ厚さ調整シート２６が、約１．５周、及び２周している。図３Ａ及び図３Ｂに示した変形例では、それぞれ、厚さ調整シート２６の重ね枚数が３枚及び４枚になる。
【００３６】
いずれの変形例においても、厚さ調整シート２６の縁は、蓄電積層体１１の上面及び底面と重ならない位置、すなわち端面の側方に配置されている。
【００３７】
厚さ調整シート２６の縁が蓄電積層体１１の上面または底面と重なる位置に配置されると、蓄電積層体１１に圧縮力を印加したときに、蓄電積層体１１に加わる圧力が縁の両側で異なってしまう。厚さ調整シート２６の縁を、蓄電積層体１１の上面及び底面と重ならない位置に配置することにより、蓄電積層体１１に加わる圧力が不均一になることを防止することができる。図１Ｂに示した断面においては、厚さ調整シート２６の縁が、電極領域２９とは重ならず、額縁領域３０と重なっている。このため、電極領域２９内において、圧力が不均一になることを防止することができる。
【００３８】
図３Ｃに示した変形例では、蓄電積層体１１の上面と底面に、別々の厚さ調整シート２６が１枚ずつ配置されている。図３Ｄに示した変形例では、蓄電積層体１１の上面と底面に、別々の厚さ調整シート２６が２枚ずつ配置されている。すなわち、蓄電積層体１１の上面に配置された厚さ調整シート２６と、底面に配置された厚さ調整シート２６とは、相互に分離されている。このように、蓄電積層体１１に厚さ調整シート２６を巻き付ける代わりに、複数枚の厚さ調整シート２６を重ねてもよい。
【００３９】
図１Ｃに示した第１の分極性電極２７及び第２の分極性電極２８は、製造工程のばらつきに起因して、ロットごとに厚さがばらつきやすい。このため、蓄電積層体１１の厚さにもばらつきが生じる。蓄電セル３５ごとに、または少なくとも２つの蓄電セル３５で、厚さ調整シート２６の重ね枚数を変えることにより、蓄電積層体１１の厚さの差を補正することができる。これにより、蓄電セル３５の厚さのばらつきを小さくすることができる。具体的には、蓄電セル３５のうち、蓄電積層体１１の厚さが相対的に薄い蓄電セル３５の、厚さ調整シート２６の重ね枚数は、蓄電積層体１１の厚さが相対的に厚い蓄電セル３５の、厚さ調整シート２６の重ね枚数よりも多くすればよい。
【００４０】
厚さ調整シート２６には、絶縁材料、例えばポリプロピレン等を用いることができる。この場合、厚さ調整シート２６が、アルミラミネートフィルム１０Ａ、１０Ｂ（図１Ｂ、図１Ｄ）を補強する機能を持つ。
【００４１】
厚さ調整シート２６に、セパレータ２５の素材と同じ素材のシートを用いてもよい。この場合、厚さ調整シート２６に電解液が含浸される。図１Ｂに示したガス抜き構造物１５に接触する電解液が、厚さ調整シート２６に含浸されるため、ガス抜き構造物１５に液状の電解液が付着することを軽減することができる。
【００４２】
上記実施例では、厚さ調整シート２６の重ね枚数を変えることにより、蓄電積層体１１の厚さの差を補正した。その変形例として、厚さ調整シート２６の重ね枚数を変える代わりに、または重ね枚数を変えるとともに、厚さ調整シート２６の厚さを異ならせてもよい。例えば、蓄電セル３５のうち、蓄電積層体１１の厚さが相対的に薄い蓄電セル３５の、厚さ調整シート２６の厚さを、蓄電積層体１１の厚さが相対的に厚い蓄電セル３５の、厚さ調整シート２６の厚さより厚くすればよい。
【００４３】
上記実施例及びその変形例で示したように、蓄電積層体１１に重ねられた厚さ調整シート２６の、重ね方向に関する合計の厚さを、少なくとも２つの蓄電セル３５で異なるようにすればよい。蓄電積層体１１の厚さが相対的に薄い蓄電セル３５において、厚さ調整シート２６の、重ね方向に関する合計の厚さを、相対的に厚くすればよい。これにより、蓄電セル３５の厚さのばらつきを小さくすることができる。
【００４４】
図４に、実施例による蓄電モジュールの製造方法のフローチャートを示す。まず、ステップＳ１において、図１Ｃ等に示した第１の集電極２１の両面に第１の分極性電極２７を形成し、第２の集電極２２の両面に第２の分極性電極２８を形成する。これにより、複数の電極板が得られる。
【００４５】
ステップＳ２において、電極板の各々の厚さを測定する。ステップＳ３において、１つの蓄電セルに収容される電極板の合計の厚さを算出する。ステップＳ４において、算出された厚さと、目標厚さとを比較し、補償すべき厚さを算出する。ステップＳ５において、補償すべき厚さから、厚さ調整シート２６の重ね枚数を算出する。この「重ね枚数」は、蓄電積層体１１に厚さ調整シート２６を巻き付けたときの合計の厚さと、目標厚さとの差が最小になるように決定される。
【００４６】
ステップＳ６において、電極板とセパレータとを積層して蓄電積層体１１を形成した後、ステップＳ５で算出された重ね枚数になるように、厚さ調整シート２６を巻き付ける。なお、図３Ｃ及び図３Ｄに示す変形例の場合には、重ね枚数分の厚さ調整シート２６を蓄電積層体１１に重ねる。ステップＳ７において、蓄電積層体１１及び厚さ調整シート２６を蓄電容器１０内に装填した後、蓄電容器１０内に電解液を充填する。その後、蓄電容器１０を封止する。
【００４７】
実施例による方法で作製された蓄電セル３５は、厚さのばらつきが小さい。このため、図２Ａに示した蓄電モジュールの積み重ね方向（ｚ方向）の寸法のばらつきを小さくすることができる。
【００４８】
図５Ａに、実施例の変形例による蓄電モジュールの水平断面図を示す。交互に積み重ねられた蓄電セル３５と伝熱板３６、押さえ板４２、４３、及びタイロッド４１により、１つの蓄電モジュール５０が構成されている。これらの構成は、図２Ａに示した蓄電セル３５、伝熱板３６、押さえ板４２、４３、及びタイロッド４１の構成と同一である。複数、例えば３個の蓄電モジュール５０が、積み重ね方向（ｚ方向）と直交する方向（ｙ方向）に配列されている。
【００４９】
相互に隣り合う蓄電モジュール５０の間に隔壁５３が配置されている。両側の蓄電モジュール５０の外側に、それぞれ側板５１、５２が配置されている。側板５１、５２及び隔壁５３は、図２Ｂに示した壁板４６、４７と同様に、伝熱板３６の端面に接している。
【００５０】
図５Ｂに、図５Ａの一点鎖線５Ｂ−５Ｂにおける断面図を示す。図５Ｂの一点鎖線５Ａ−５Ａにおける断面図が図５Ａに相当する。隔壁５３及び側板５１、５２に、冷却媒体を流すための流路５７が形成されている。
【００５１】
天板５４及び底板５５が、蓄電モジュール５０、隔壁５３、及び側板５１、５２を上下から挟む。天板５４及び底板５５は、それぞれ図２Ｂに示した壁板４４、４５に対応する。天板５４及び底板５５は、ボルト６０により隔壁５３及び側板５１、５２に固定されている。さらに、図５Ａに示したように、天板５４及び底板５５は、ボルト６１により押さえ板４２、４３にも固定されている。
【００５２】
実施例による蓄電セル３５を用いることにより、蓄電セル３５の積み重ね方向（ｚ方向）に関する蓄電モジュール５０の寸法のばらつきを小さくすることができる。蓄電モジュール５０のｚ方向の寸法のばらつきが大きい場合には、天板５４及び底板５５に形成されているボルト６１用の貫通孔の位置がばらついてしまう。このため、予め、特定の位置に貫通孔を形成しておくことが困難である。または、蓄電モジュール５０のｚ方向の寸法のばらつきを吸収するように、ボルト６１用の貫通孔を長穴にしておく必要がある。
【００５３】
実施例による蓄電セル３５を用いることにより、天板５４及び底板５５の特定の位置に、ボルト６１用の貫通孔を予め形成しておくことができる。また、貫通孔を長穴にする必要はない。
【００５４】
図６に、上記実施例による蓄電モジュールを搭載した作業機械の例として、ハイブリッド型ショベルの概略平面図を示す。旋回体７０に、旋回軸受け７３を介して、走行装置７１が取り付けられている。旋回体７０に、エンジン７４、油圧ポンプ７５、旋回用電動モータ７６、油タンク７７、冷却ファン７８、座席７９、蓄電モジュール８０、及び電動発電機８３が搭載されている。エンジン７４は、燃料の燃焼により動力を発生する。エンジン７４、油圧ポンプ７５、及び電動発電機８３が、トルク伝達機構８１を介して相互にトルクの送受を行う。油圧ポンプ７５は、ブーム８２等の油圧シリンダに圧油を供給する。
【００５５】
電動発電機８３は、エンジン７４の動力によって駆動され、発電を行う（発電運転）。発電された電力は、蓄電モジュール８０に供給され、蓄電モジュール８０が充電される。また、電動発電機８３は、蓄電モジュール８０からの電力によって駆動され、エンジン７４をアシストするための動力を発生する（アシスト運転）。油タンク７７は、油圧回路の油を貯蔵する。冷却ファン７８は、油圧回路の油温の上昇を抑制する。操作者は、座席７９に着座して、ハイブリッド型ショベルを操作する。
【００５６】
図７に、ハイブリッド型ショベルの側面図を示す。下部走行体７１に、旋回軸受け７３を介して上部旋回体７０が搭載されている。上部旋回体７０は、旋回用電動モータ７６（図１１）からの駆動力により、下部走行体７１に対して、時計回り、または反時計周りに旋回する。上部旋回体７０に、ブーム８２が取り付けられている。ブーム８２は、油圧駆動されるブームシリンダ８７により、上部旋回体７０に対して上下方向に揺動する。ブーム８２の先端に、アーム８５が取り付けられている。アーム８５は、油圧駆動されるアームシリンダ８８により、ブーム８２に対して前後方向に揺動する。アーム８５の先端にバケット８６が取り付けられている。バケット８６は、油圧駆動されるバケットシリンダ８９により、アーム８５に対して上下方向に揺動する。
【００５７】
蓄電モジュール８０が、蓄電モジュール用マウント９０及びダンパ（防振装置）９１を介して、上部旋回体７０に搭載されている。蓄電モジュール８０には、図２Ａ、図２Ｂに示された実施例、または図４Ａ、図４Ｂに示された実施例による蓄電モジュールが用いられる。蓄電モジュール８０から供給される電力によって、旋回用電動モータ７６（図６）が駆動される。旋回用電動モータ７６が駆動されることにより、駆動対象である旋回体７０が旋回する。また、旋回用電動モータ７６は、運動エネルギを電気エネルギに変換することによって回生電力を発生する。発生した回生電力によって、蓄電モジュール８０が充電される。
【００５８】
図６及び図７には、作業機械の例としてハイブリッド型ショベルを示したが、上記実施例による蓄電モジュールは、その他のハイブリッド型作業機械、例えばハイブリッド型ホイルローダ、ハイブリッド型ブルドーザに適用することも可能である。さらに、上記実施例による蓄電モジュールは、電動作業機械、例えば電動ショベル、電動ホイルローダ、電動ブルドーザ等にも適用することが可能である。
【００５９】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【符号の説明】
【００６０】
１０ 蓄電容器
１０Ａ、１０Ｂ ラミネートフィルム
１１ 蓄電積層体
１２ 第１の集電極タブ
１３ 第２の集電極タブ
１４ ガス抜き孔
１５ ガス抜き構造物
２１ 第１の集電極
２１Ａ 延伸部分
２２ 第２の集電極
２２Ａ 延伸部分
２５ セパレータ
２６ 厚さ調整シート
２７ 第１の分極性電極
２８ 第２の分極性電極
２９ 電極領域
３０ 額縁領域
３５ 蓄電セル
４０ 加圧機構
４１ タイロッド
４２、４３ 押さえ板
４４、４５、４６、４７ 壁板
４８ 流路
５０ 蓄電モジュール
５１、５２ 側板
５３ 隔壁
５４ 天板
５５ 底板
５７ 流路
６０、６１ ボルト
７０ 旋回体（駆動対象）
７１ 走行装置
７３ 旋回軸受け
７４ エンジン
７５ 油圧ポンプ
７６ 旋回モータ
７７ 油タンク
７８ 冷却ファン
７９ 座席
８０ 蓄電モジュール
８１ トルク伝達機構
８２ ブーム
８３ 電動発電機
８５ アーム
８６ バケット
８７ ブームシリンダ
８８ アームシリンダ
８９ バケットシリンダ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚さ方向に積み重ねられた平板状の複数の蓄電セルと、
前記蓄電セルに、積み重ね方向の圧縮力を印加する加圧機構と
を有し、
前記蓄電セルの各々は、
セパレータを介して交互に積み重ねられた正極板及び負極板を含む蓄電積層体と、
最も外側に配置された前記正極板、及び最も外側に配置された前記負極板の少なくとも一方よりも外側に配置された絶縁性の厚さ調整シートと、
前記蓄電積層体、前記厚さ調整シート、及び電解液を収容する蓄電容器と
を有し、
前記蓄電積層体の積層方向に関して、前記厚さ調整シートの合計の厚さが、少なくとも２つの前記蓄電セルで異なっている蓄電モジュール。
【請求項２】
前記蓄電セルの積層方向に関して、前記厚さ調整シートの重ね枚数を、少なくとも２つの前記蓄電セルで異ならせることにより、前記厚さ調整シートの合計の厚さを異ならせている請求項１に記載の蓄電モジュール。
【請求項３】
前記蓄電セルのうち、前記蓄電積層体の厚さが相対的に薄い蓄電セルの、前記厚さ調整シートの重ね枚数は、前記蓄電積層体の厚さが相対的に厚い蓄電セルの、前記厚さ調整シートの重ね枚数よりも多い請求項２に記載の蓄電モジュール。
【請求項４】
前記厚さ調整シートは、前記蓄電積層体に巻かれており、前記蓄電セルごとに巻き数を変えることにより、前記厚さ調整シートの重ね枚数を変えている請求項２または３に記載の蓄電モジュール。
【請求項５】
前記厚さ調整シートは、前記蓄電積層体の一方の面に配置される厚さ調整シートと他方の面に配置される厚さ調整シートとが相互に分離されたシートである請求項１乃至３のいずれか１項に記載の蓄電モジュール。
【請求項６】
前記厚さ調整シートに、前記電解液が含浸されている請求項１乃至５のいずれか１項に記載の蓄電モジュール。
【請求項７】
蓄電モジュールを搭載した作業機械であって、
前記蓄電ミジュールは、
厚さ方向に積み重ねられた平板状の複数の蓄電セルと、
前記蓄電セルに、積み重ね方向の圧縮力を印加する圧縮機構と
を有し、
前記蓄電セルの各々は、
セパレータを介して交互に積み重ねられた正極板及び負極板を含む蓄電積層体と、
最も外側に配置された前記正極板、及び最も外側に配置された前記負極板の少なくとも一方よりも外側に配置された絶縁性の厚さ調整シートと、
前記蓄電積層体、前記厚さ調整シート、及び電解液を収容する蓄電容器と
を有し、
前記蓄電積層体の積層方向に関して、前記厚さ調整シートの合計の厚さが、少なくとも２つの前記蓄電セルで異なっている作業機械。
【請求項１】
厚さ方向に積み重ねられた平板状の複数の蓄電セルと、
前記蓄電セルに、積み重ね方向の圧縮力を印加する加圧機構と
を有し、
前記蓄電セルの各々は、
セパレータを介して交互に積み重ねられた正極板及び負極板を含む蓄電積層体と、
最も外側に配置された前記正極板、及び最も外側に配置された前記負極板の少なくとも一方よりも外側に配置された絶縁性の厚さ調整シートと、
前記蓄電積層体、前記厚さ調整シート、及び電解液を収容する蓄電容器と
を有し、
前記蓄電積層体の積層方向に関して、前記厚さ調整シートの合計の厚さが、少なくとも２つの前記蓄電セルで異なっている蓄電モジュール。
【請求項２】
前記蓄電セルの積層方向に関して、前記厚さ調整シートの重ね枚数を、少なくとも２つの前記蓄電セルで異ならせることにより、前記厚さ調整シートの合計の厚さを異ならせている請求項１に記載の蓄電モジュール。
【請求項３】
前記蓄電セルのうち、前記蓄電積層体の厚さが相対的に薄い蓄電セルの、前記厚さ調整シートの重ね枚数は、前記蓄電積層体の厚さが相対的に厚い蓄電セルの、前記厚さ調整シートの重ね枚数よりも多い請求項２に記載の蓄電モジュール。
【請求項４】
前記厚さ調整シートは、前記蓄電積層体に巻かれており、前記蓄電セルごとに巻き数を変えることにより、前記厚さ調整シートの重ね枚数を変えている請求項２または３に記載の蓄電モジュール。
【請求項５】
前記厚さ調整シートは、前記蓄電積層体の一方の面に配置される厚さ調整シートと他方の面に配置される厚さ調整シートとが相互に分離されたシートである請求項１乃至３のいずれか１項に記載の蓄電モジュール。
【請求項６】
前記厚さ調整シートに、前記電解液が含浸されている請求項１乃至５のいずれか１項に記載の蓄電モジュール。
【請求項７】
蓄電モジュールを搭載した作業機械であって、
前記蓄電ミジュールは、
厚さ方向に積み重ねられた平板状の複数の蓄電セルと、
前記蓄電セルに、積み重ね方向の圧縮力を印加する圧縮機構と
を有し、
前記蓄電セルの各々は、
セパレータを介して交互に積み重ねられた正極板及び負極板を含む蓄電積層体と、
最も外側に配置された前記正極板、及び最も外側に配置された前記負極板の少なくとも一方よりも外側に配置された絶縁性の厚さ調整シートと、
前記蓄電積層体、前記厚さ調整シート、及び電解液を収容する蓄電容器と
を有し、
前記蓄電積層体の積層方向に関して、前記厚さ調整シートの合計の厚さが、少なくとも２つの前記蓄電セルで異なっている作業機械。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−２０４３５６（Ｐ２０１２−２０４３５６Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６４３１４（Ｐ２０１１−６４３１４）
【出願日】平成２３年３月２３日（２０１１．３．２３）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２３日（２０１１．３．２３）
【出願人】（０００００２１０７）住友重機械工業株式会社 (2,241)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]