(57)【要約】      （修正有）【課題】過剰な手間とコストを要することなく総合性能に優れたハイブリッド・キャパシタバッテリを提供する。【解決手段】間に電解質液１００を有して対向した１対の負極板の鉛板１２と正極板の二酸化鉛板１１によるバッテリ要素を少なくとも１以上有してなるバッテリセル２０Ａの複数個が、バッテリケース３Ａ内を複数並列に仕切って形成した収納室３ｂ，３ｄ，３ｆ内に各々収装された状態で直列に接続されてなるバッテリにおいて、少なくとも１以上のキャパシタ４１を有してなるキャパシタセル１０Ａが、各バッテリセル２０Ａに対しその上方又は側方に配置されながら各々１個並列に接続されており、そのキャパシタセル１０Ａが充放電時における所定のタイミングで接続されたバッテリセル２０Ａを機能的に補助する。【選択図】図１
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
間に電解質を有して対向した１対の負極板と正極板によるバッテリ要素を少なくとも１以上有してなるバッテリセルの複数個が、バッテリケース内を複数並列に仕切って形成した収納室内に各々収装された状態で直列に接続されてなるバッテリにおいて、少なくとも１以上のキャパシタを有してなるキャパシタセルが、前記各バッテリセルに対しその上方又は側方に配置されながら各々１個並列に接続されており、前記キャパシタセルが充放電時における所定のタイミングで接続された前記バッテリセルを機能的に補助する、ことを特徴とするハイブリッド・キャパシタバッテリ。
【請求項２】
前記各キャパシタセルは、前記バッテリセルに対し接続線の途中に分岐部を有することなく直結されており、複数の前記キャパシタセル同士が前記接続線で直列に接続されていないものとされ、且つ、１つの前記キャパシタセルを構成する前記キャパシタが複数のものでは前記キャパシタ同士が並列に接続されている、ことを特徴とする請求項１に記載したハイブリッド・キャパシタバッテリ。
【請求項３】
前記バッテリは、鉛バッテリであって前記バッテリセルを少なくとも２個以上備えているとともに、前記各バッテリセルが少なくとも１対以上の二酸化鉛板と鉛板を備えており、且つ、前記総てのバッテリセルが密閉状態で前記バッテリケース内に収装されている、ことを特徴とする請求項１または２に記載したハイブリッド・キャパシタバッテリ。
【請求項４】
前記複数個のキャパシタセルは、前記バッテリケースの上蓋上面に沿って横方向に並列した状態で配置されており、その端子側が並列配置された前記バッテリセルのうち接続先の前記バッテリセルの端子の上方に位置するものとされている、ことを特徴とする請求項１，２または３に記載したハイブリッド・キャパシタバッテリ。
【請求項５】
前記バッテリセルのうち、少なくとも直列接続の端部側で前記バッテリセルの端部側に位置する前記負極板の外面総てを覆うように銅板が面接続にて配設されており、前記銅板が前記キャパシタセルに接続されている、ことを特徴とする請求項１，２，３または４に記載したハイブリッド・キャパシタバッテリ。
【請求項６】
前記バッテリセルから前記キャパシタセルのキャパシタとの間を接続している接続線の途中には、そのときの充放電の状態に応じて前記キャパシタにおける電流の出入力を制御する充放電制御手段が配設されている、ことを特徴とする請求項１，２，３，４または５に記載したハイブリッド・キャパシタバッテリ。
【請求項７】
前記キャパシタセルの総てを所定形状のケースに収装しながら前記各キャパシタセルから延設した正負の接続端子がケース外面に露出してなるキャパシタ体であって、総ての前記バッテリセルをバッテリケース内の前記収納室に収装しながら前記各バッテリセルから延設した正負の接続端子が外部に露出している前記バッテリケース表面の連結面に対し、着脱操作可能な状態にて装着・固定され、前記装着により前記各バッテリセルから延設した接続端子と前記各キャパシタセルから延設した接続端子が接続されて、請求項１，２，３，４，５または６に記載したハイブリッド・キャパシタバッテリとなる、ことを特徴としたキャパシタ体。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリとキャパシタを複合化したハイブリッド・キャパシタバッテリに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、従来から使用されている二次電池よりもエネルギー密度・出力密度の高いニッケル水素電池やリチウムイオン二次電池が広く普及しており、ハイブリッド車や電気自動車の蓄電デバイスとして利用されている。しかし、これらは材料が高価であることに加え製造に手間を要することから、従来の二次電池と比べてコスト高となりやすいため、車両用や太陽光発電等の分野では安価な鉛蓄電池がいまだに主流の地位にある。【０００３】
また、最近では実用新案登録第３１８１１４０号公報にも見られるように、充放電性能に優れた電気二重層キャパシタと安価な鉛蓄電池を端子結合で接続したキャパシタバッテリも多数試作されている。このように、鉛蓄電池にキャパシタを接続することで充放電時間が短縮されることに加え、急激な充放電の際には鉛蓄電池に加わる過剰な負担をキャパシタで受け持つ機能を発揮するため、サルフェーション等による電極板の劣化を軽減して電池寿命の向上が期待できるとされている。【０００４】
しかし、キャパシタと鉛蓄電池を端子結合した結果、装置の大型化を招きやすくなることに加えその接続線の長さに応じた抵抗が生じて、キャパシタ側への出入力の切り換えがスムースに行われにくくなるとともに電力ロスを伴うため、これによる鉛蓄電池の負担軽減は充分とは言い難い。そこで、キャパシタとバッテリを一体的に融合したハイブリッドバッテリとも言える蓄電デバイスとして、鉛ベース負極と二酸化鉛ベース正極に加えてコンデンサ負極を設けて鉛蓄電池部分と非対称コンデンサ部分を構成し、高電流の充電・放電が行われる間は非対称コンデンサ部分で電荷の受入れ・放出を優先的に行う方式が、特表２００７−５０６２３０号公報に提案された。また、キャパシタ正極と共通負極及びリチウム含有金属化合物を含む電池正極を備えてバッテリとしての総合性能を高めたものも特開２００９−１４１１８１号公報に提案されている。【０００５】
このように、キャパシタとして電荷を蓄える部分を蓄電池内に設けて一体化（ハイブリッド）したことにより、この部分が電池電極部分と比べて内部抵抗が小さく高電流の充放電を優先的且つ急速に行うことから、単にこれらを端子結合したものと比べて小型化が容易になることに加え、接続線が存在しないことと相俟って耐久性と出力密度の大幅な向上が期待される。そのため、これらは車両におけるブレーキ制動時回生電力の充電や、発電量が時々刻々と変化する太陽光発電・風力発電の蓄電デバイスとしての利用が想定されている。【０００６】
ところが、前者のハイブリッド式鉛蓄電池では、そのキャパシタによる電荷を蓄える部分の面積が正・負の電極面積と比較して小さく、全体容量に対するキャパシタ機能の貢献割合は実に小さいことから、バッテリとしての総合性能の改善は全体的にはさほど大きくない。また、後者のハイブリッドバッテリは安定した商品化が難しい等の理由から、量産化が実現されていないのが現状である。【０００７】
これに対し、本願発明者らは、先に特開２０１３−２４７１０１号公報において、図９に示すようなハイブリッドバッテリを提案している。即ち、負極板の二酸化鉛板１１と負極板の鉛板１２を交互に並べた状態で電解質１００に浸漬して鉛蓄電池を構成したものであるが、隣り合う正極板と負極板が対をなしその間に電解質２００を挟装したユニットでキャパシタセルを構成した電極体２０とし、この複数の電極体２０が正極板と負極板が向かい合って並ぶ配置として、その向かい合う正極板と負極板が中間の電解液１００とともに各々バッテリセルを構成するものとした。これにより、電池を構成する部分に対しキャパシタで電荷を溜める部分の割合を拡大しながら、優れた充放電性能を実現可能なものとしている。【０００８】
しかしながら、そのキャパシタセルを構成している電極体２０の内部側は、正極板になる二酸化鉛板１１と負極板になる鉛板１２で挟装されて封止されてはいるものの、薄板状の二酸化鉛板１１と鉛板１２は充分なる強度・耐久性を有していないため、衝撃や腐蝕等によりその内部側が外部の電解液１００側に連通・開放してキャパシタ機能が損なわれる畏れがある。また、このように電池電極とキャパシタを一体化することで負極板である二酸化鉛板１１の劣化を早めることが分かっており、電池寿命の延長という点では不充分と言わざるを得ない。【０００９】
一方、特開２０１４−１７５１２８号公報には、バッテリケース内を複数並列に仕切った部屋に、複数個の鉛バッテリセル及びキャパシタ等の蓄電素子を含む補助バッテリを各々収納し、その上端開口部を塞ぐ蓋の上で各鉛バッテリセルと単一の補助バッテリを並列に接続したものが提案されている。このように、鉛バッテリセルと補助バッテリを共通のケース内に収納するとともに比較的短い配線長でこれらを接続したことにより、補助バッテリと鉛バッテリセルとの間の抵抗を軽減しながら上述したハイブリッドバッテリに近い機能を発揮することが期待される。【００１０】
ところが、このように単一の補助バッテリと複数個の鉛バッテリセルを並列接続する方式では、配線長を可能な限り短くしたものの、上述した電池電極とキャパシタを一体化した方式と比較すると、その配置において補助バッテリから離れた位置の鉛バッテリセルを繋ぐ配線による抵抗は軽微とは言い難く、バッテリセルの負担の軽減効果が部分的に減弱される畏れがある。また、各鉛バッテリセルは直列に接続されている関係で充放電時の各バッテリセルにおける負担は一様ではないため、単一の補助バッテリで状態の異なる各鉛バッテリセルを充分に補助することは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】実用新案登録第３１８１１４０号公報
【特許文献２】特表２００７−５０６２３０号公報
【特許文献３】特開２００９−１４１１８１号公報
【特許文献４】特開２０１３−２４７１０１号公報
【特許文献５】特開２０１４−１７５１２８号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上記のような問題を解決しようとするものであり、過剰な手間とコストを要することなく総合性能に優れたハイブリッドバッテリを得られるようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
そこで、本発明は、間に電解質を有して対向した１対の負極板と正極板によるバッテリ要素を少なくとも１以上有してなるバッテリセルの複数個が、バッテリケース内を複数並列に仕切って形成した収納室内に各々収装された状態で直列に接続されてなるバッテリにおいて、１以上のキャパシタを有してなるキャパシタセルが、前記各バッテリセルに対しその上方又は側方に配置されながら各々１個並列に接続されており、そのキャパシタセルが充放電時における所定のタイミングで接続されたバッテリセルを機能的に補助する、ことを特徴とするハイブリッド・キャパシタバッテリとした。【００１４】
このように、バッテリに対し単一のキャパシタセルを単に端子結合したり、単一のキャパシタセルをバッテリを構成する各バッテリセルに接続したりした従来例の方式とは異なり、バッテリを構成している複数のバッテリセルに対し、各々１個のキャパシタセルをその上方又は側方に配置しながら並列接続するものとしたことで、特許文献５に記載のものよりも接続線を短縮した状態で近接して配置しやすくなることに加え、複数個のバッテリセルにおいて各々異なる状態に対応したバッテリ補助機能の発揮が可能となる。【００１５】
この場合、その各キャパシタセルは、前記バッテリセルに対し接続線の途中で分岐部を有することなく直結されており、複数のキャパシタセル同士が接続線で直列に接続されていないものとされ、且つ、１つの前記キャパシタセルを構成するキャパシタが複数のものではキャパシタ同士が並列に接続されている、ことを特徴とするものとすれば、前述したバッテリ補助機能が一層顕著に発揮されるものとなる。【００１６】
また、上述したハイブリッド・キャパシタバッテリにおいて、そのバッテリは、鉛バッテリであってバッテリセルを少なくとも２個以上備えているとともに、各バッテリセルが少なくとも１対以上の二酸化鉛板と鉛板を備えており、且つ、前記総てのバッテリセルが密閉状態で前記バッテリケース内に収装されている、ことを特徴としたものとすれば、各バッテリセルに対し１個のキャパシタセルを近接配置しながら密閉式のものとしたことで、サルフェーションを含む電極板の劣化を回避可能としながら、長期間に亘って電池機能を充分に発揮できるものとなる。【００１７】
さらに、上述したハイブリッド・キャパシタバッテリにおいて、その複数個のキャパシタセルは、バッテリケースの上蓋上面に沿って横方向に並列した状態で配置されており、その端子側が並列配置されたバッテリセルのうち接続先のバッテリセルの端子の上方に位置するものとされている、ことを特徴としたものとすれば、キャパシタセルとバッテリセルを接続する接続線の長さを一層短縮することが可能となる。【００１８】
さらにまた、上述したハイブリッド・キャパシタバッテリにおいて、そのバッテリセルのうち、少なくとも直列接続の端部側でバッテリセルの端部側に位置する負極板の外面総てを覆うように銅板が面接続にて配設されており、この銅板が前記キャパシタセルに接続されていることを特徴としたものとすれば、バッテリとキャパシタを接続した場合に多発しやすい負極板の劣化を、銅板の存在により回避しやすいものとなる。【００１９】
加えて、上述したハイブリッド・キャパシタバッテリにおいて、そのバッテリセルからキャパシタセルのキャパシタとの間を接続している接続線の途中には、そのときの充放電の状態に応じてキャパシタにおける電流の出入力を制御する充放電制御手段が配設されている、ことを特徴としたものとすれば、キャパシタのバッテリ補助機能を一層有効に発揮しやすいものとなる。【００２０】
そして、上述したハイブリッド・キャパシタバッテリにおけるキャパシタセルの総てを所定形状のケースに収装しながら各キャパシタセルから延設した正負の接続端子がケース外面に露出してなるキャパシタ体であって、総てのバッテリセルをバッテリケース内の前記収納室に収装しながら各バッテリセルから延設した正負の接続端子が外部に露出している前記バッテリケース表面の連結面に対し、着脱操作可能な状態にて装着・固定され、その装着により各バッテリセルから延設した接続端子と各キャパシタセルから延設した接続端子が接続されて上述したハイブリッド・キャパシタバッテリとなる、ことを特徴としたものとすれば、キャパシタ体との接続手段を有して通常のバッテリ機能を発揮するバッテリに、このようなキャパシタ体を装着して接続するだけで、上述したハイブリッド・キャパシタバッテリが得られるものとなる。
【考案の効果】
【００２１】
直列に接続された複数個のバッテリセルに対し各々１つのキャパシタセルを近接する位置にて各々並列接続した本発明によると、過剰な手間とコストを要することなく総合性能に優れたハイブリッドバッテリを得られるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明における第１の実施の形態のハイブリッド・キャパシタバッテリの構成を示す縦断面図である。
【図２】図１のハイブリッド・キャパシタバッテリの応用例の構成を示す縦断面図である。
【図３】（Ａ）は図１のハイブリッド・キャパシタバッテリに内装したキャパシタ体の拡大した横断面図、（Ｂ）は図２のハイブリッド・キャパシタバッテリに内装したキャパシタ体の拡大した横断面図である。
【図４】本発明における第２の実施の形態のハイブリッド・キャパシタバッテリの構成を示す縦断面図である。
【図５】図４のハイブリッド・キャパシタバッテリの平面図である。
【図６】図４のハイブリッド・キャパシタバッテリの応用例の構成を示す平面図である。
【図７】図４のハイブリッド・キャパシタバッテリの応用例の構成を示す縦断面図である。
【図８】バッテリセルの応用例の構成を示す縦断面図である。
【図９】従来例の構成を示す縦断面図である。
【図１０】各蓄電手段の特性を示す図表である。
【図１１】実施例１において図４のハイブリッド・キャパシタバッテリの機能を検証するための実験装置の図面代用写真である。
【図１２】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、実施例２における実験の各構成図である。
【考案を実施するための形態】
【００２３】
以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を説明する。尚、本発明において、隣接位置とは水平方向に隣り合う状態だけではなく上下方向に隣り合う状態も含むものとする。
【００２４】
図１は、本発明における第１の実施の形態のハイブリッド・キャパシタバッテリ１Ａを示している。このハイブリッド・キャパシタバッテリ１Ａは、上面が開口しているとともに内部が仕切られて６つに並列した収納室３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆを有してなるバッテリケース３Ａを備え、その収納室３ｂ，３ｄ，３ｆ内に正極板になる二酸化鉛板１１と負極板になる鉛板１２が対向しながら交互に配置されて間に電解質液１００が浸潤するセパレータ（石綿）１５を有してなるバッテリセル２０Ａが各々収納されており、これらの正負の端子２２，２１がバッテリ電極１８，１９間で接続線５１，５２により直列に接続されてバッテリ（鉛バッテリ）を構成している。
【００２５】
そして、そのバッテリセル２０Ａ，２０Ａ，２０Ａには、円筒状の部品であるキャパシタ４１を３個並列に接続したキャパシタセル１０Ａ（図３（Ａ）参照）が各々並列に接続されており、そのキャパシタセル１０Ａをケース１０ａに液密状態で収装してなるキャパシタ体４Ａが、接続されるバッテリセル２０Ａに各々側方に隣接した位置になる収納室３ａ，３ｃ，３ｅに収装されている。
【００２６】
即ち、本発明においては、キャパシタ体とバッテリを単に端子結合で接続した従来例とは異なり、バッテリ（鉛バッテリ）を複数に分割して直列に接続したバッテリセル２０Ａの各々に、その隣接位置に配置された１個のキャパシタセル１０Ａが並列に接続して個々にバッテリ補助機能を発揮する構成となっていることから、従来のハイブリッドバッテリとは一線を画した構成のハイブリッド・キャパシタバッテリと呼ぶべきものとなっている。
【００２７】
したがって、本実施の形態においては、キャパシタセル１０Ａとバッテリセル２０Ａを接続する接続線６１，６２，７１，７２，８１，８２が、特許文献１の場合よりも短くなってその抵抗が低減されることから、キャパシタセル１０Ａによるバッテリ補助機能の低下が最小限に抑えられるため、バッテリセル２０Ａにおけるサルフェーションを初めとする電極板の劣化を有効に抑制できるものとなる。また、複数個のバッテリセル２０Ａに対しキャパシタセル１０Ａを各々１個接続したことで、直列に接続されて個々に状態の異なりやすい各バッテリセル２０Ａに対し個別的に対応しながらバッテリ補助機能を有効に発揮しやすいものとしている。
【００２８】
さらに、本実施の形態では、そのキャパシタセル１０Ａについては、図３（Ａ）に示すように、電気二重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタ等による大容量のキャパシタ４１を複数本使用することを想定しており、特許文献３に記載されたようなバッテリ電極面にキャパシタ機能を賦与したものと比べ、キャパシタ容量が格段に大きくなるため、それによるバッテリ補助機能も顕著に拡大されて、充放電特性等のバッテリ性能の大幅な改善が期待できるものである。
【００２９】
図２は、上述したハイブリッド・キャパシタバッテリ１Ａの応用例としてのハイブリッド・キャパシタバッテリ１Ｂを示している。上述の例では、バッテリを構成するバッテリセル２０Ａは１セル約２Ｖであり、その３セルの直列により約６Ｖとなるが、この例では、同じ６部屋のバッテリケース３Ａを用いながら、キャパシタ体４Ｂを収装する収納室が２つ、バッテリセル２０Ａを収装する収納室が４つの構成としたものであり、バッテリセル２０Ａを４セル直列の約８Ｖの定格となっている。
【００３０】
また、図３（Ｂ）は前述したキャパシタ体４Ｂの構成を示しているが、３個のキャパシタ４２を並列に接続してなるキャパシタセル１０Ｂを、１つのケース１０ｂ内に２個収装したものとなっており、各キャパシタセル１０Ｂは隣接したバッテリセル２０Ａに最短距離で接続されている。このような構成を採用したことにより、前述と同サイズ（容積）のものでもバッテリの電圧と容量を拡大することができる。
【００３１】
図４は、本発明における第３の実施の形態であるハイブリッド・キャパシタバッテリ１Ｃの構成を示している。前述した実施の形態では、キャパシタセル１０Ａ，１０Ｂを収装したキャパシタ体４Ａ，４Ｂが、バッテリケース３Ａ内でバッテリセル２０Ａと並列した状態で収装されており、その分だけバッテリセル２０Ａの数が減ってバッテリ全体の電圧と容量が減少したものとなっていたが、この実施の形態では、キャパシタセル１０Ｃを有したキャパシタ体４Ｃがバッテリケース３Ｂに対して外付けの構成となっており、１個のバッテリセル２０Ａが約２Ｖの場合、全体で約１２Ｖのバッテリとなる。
【００３２】
車載用の鉛バッテリを想定した場合、その上面側には比較的スペースに余裕があることから、バッテリケース３Ｂの上蓋上方で横長方形のケース４ａ内にキャパシタ４３を３個並列に接続してなるキャパシタセル１０Ｃが６個、前記上蓋上面に沿って横方向に並列して収装された状態のキャパシタ体４Ｃとしたものである。この場合、キャパシタ体４Ｃは、バッテリケース３Ｂの上面に対し着脱操作自在なものであることが好ましく、且つ、その鉛バッテリとしては、バッテリ液の漏出による接続線（図１に示す符号５１，５２，６１，６２，７１，７２，８１，８２および図２に示す符号５４，５５，５６，６３，６４，７３，７４，８３，８４，９３，９４）の短絡事故を回避しながら優れたバッテリ機能を長期間に亘って維持するという観点から、密閉式のものであることが好ましい。
【００３３】
また、図４に示したように、各キャパシタセル１０Ｃは、接続先のバッテリセル２０Ａの上方に位置しながら、その接続端子が、接続先の各バッテリセル２０Ａから延設されバッテリケース３Ｂの上蓋上面に露出した接続端子の上方に位置する配置としてあるため、その接続距離を最短に抑えられるようになっており、且つ、キャパシタ体４Ｃを固定する動作だけでキャパシタセル１０Ｃとバッテリセル２０Ａがそのまま接続されるようになっている。
【００３４】
図５は、前述したハイブリッド・キャパシタバッテリ１Ｃの平面図を示している。図のように、一般的な鉛バッテリは、その上面に比較的広いスペースを有していることから、この面に密着するように薄型のキャパシタ体４Ｃを上置き式に配置することで、過剰なサイズアップや接続の際の過剰な手間を伴うことなく、鉛バッテリとキャパシタを複合化（ハイブリッド）することができる。この場合、バッテリ電極（ターミナル）１８，１９と液口栓３６は、一方の長辺側に寄せた配置とすれば良い。
【００３５】
図６は、前述したハイブリッド・キャパシタバッテリ１Ｃの応用例としてのハイブリッド・キャパシタバッテリ１Ｄであるが、キャパシタ体４Ｄをバッテリケース上面に上置きで配置するのではなく、その側面に密着配置した構成となっており、このようにしても前述と同様の効果が期待できる。この場合、バッテリ電極（ターミナル）１８，１９と液口栓３６は、本来の位置のままで良いが、取り付ける側のバッテリ側面には、キャパシタ体４Ｄを連結するための手段を設けるとともに、接続端子を接続可能にするための構造を設ける必要がある。
【００３６】
図７は、上述したハイブリッド・キャパシタバッテリ１Ｃの応用例としてのハイブリッド・キャパシタバッテリ１Ｅを示している。この例では、キャパシタ体４Ｅが各キャパシタセル１０Ｄから接続端子まで延設した接続線の途中に充放電制御手段である充放電制御回路４９が配設されている点を特徴としたものであるが、この特徴部分による構成は、前述した総ての例においても適用することができる。
【００３７】
即ち、キャパシタ自体は内部抵抗が極めて低いため瞬時に大電流が出入力しやすい特性を有しているが、過大な電力の入力で損傷してしまう事態や必要時に充分に出力できない事態も懸念されることから、各キャパシタセル１０Ｄにおける出入力量を適度な範囲内に制御したり、各バッテリセル２０Ａの充放電状態又は／及び電力の出入力状況に応じて、その出入力量を制御したりする機能を賦与したものである。
【００３８】
図８は、上述したバッテリセル２０Ａの応用例としてのバッテリセル２０Ｂを示している。即ち、鉛バッテリとキャパシタを複合化した場合、バッテリセルの電極板、殊に、キャパシタ側に接続される端部側の負極板（鉛板）が比較的短期間で損傷を受けやすいという問題がある。そこで、その端部側の負極板である鉛板１２の外面総てを覆うように銅板１３を面接続にて配設した点を特徴としている。
【００３９】
この場合、キャパシタセルからの接続線は、その銅板１３に接続することで鉛板の劣化を最小限に抑えることが可能となり、また、その銅板１３は、カーボンナノチューブ等のナノカーボン材料を混入した導電性接着剤等で接続性を高めて面接続・固定することにより、接続箇所による抵抗・ロスを最小限に抑えながらその接続状態を長期間良好に維持しやすいものとなる。そして、斯かるバッテリセル２０Ｂは、少なくともバッテリにおけるマイナスのバッテリ電極１８に近接する位置のバッテリセルとして用いることが好ましい。
【００４０】
図１０は、各蓄電デバイスの特性及び本発明の特性について、エネルギー密度と出力密度の図表上における分布で示したものである。即ち、電気二重層キャパシタとリチウムイオンキャパシタは、リチウムイオン電池に比べてエネルギー密度が顕著に低いという難点を有している。これに対し、鉛蓄電池はエネルギー密度が公表３０〜４０Ｗｈ／ｋｇであるものの、体積エネルギー密度は６０〜７５Ｗｈ／Ｉ、理論エネルギー密度は１００Ｗｈ／ｋｇを超えると言われている。
【００４１】
したがって、各バッテリセルに対し各々並列に接続するキャパシタセルのキャパシタとして、電気二重層キャパシタやリチウムイオンキャパシタを使用することで、上述したキャパシタとバッテリの分布的複合化による効果も相俟って、大幅なエネルギー密度の改善とバッテリ性能の向上が期待され、且つ、バッテリ寿命の大幅な延長も期待できるものである。
【実施例１】
【００４２】
図１１は、上述したハイブリッド・キャパシタバッテリの機能を検証するために作成した実験装置の写真である。この装置では、図４のハイブリッド・キャパシタバッテリと同様に２Ｖのバッテリセル６個を直列に接続してなる市販のバイク用バッテリ（１２Ｖ）における各バッテリセルに、それぞれ１個（図４では３個）のキャパシタ（２２Ｆ、耐電圧２．３Ｖ、端子間電圧２．１Ｖ）を並列に接続したものであり、その各バッテリセルとキャパシタセルを接続している接続線の途中に、モータ（負荷）に接続したバッテリ／キャパシタ切替用リレーと電流計測用のＩＣを接続し、その計測値をシーケンサーに取り込んで、バッテリセルとキャパシタセルの間の電流ＣＨ１と、キャパシタセルとモータの間の電流ＣＨ２を計測するものとした。【００４３】
（実験内容）
実験１：モータ起動から安定回転まで、ＣＨ１とＣＨ２の電流値の推移を観察した。
実験２：モータを安定回転から停止させる際、ＣＨ１とＣＨ２の電流値の推移を観察した。
実験３：モータの安定回転時にモータ軸に負荷をかけ、ＣＨ１とＣＨ２の電流値の推移を観察した。【００４４】
（結果）
実験１：モータ起動時、モータを実際に動かしているＣＨ２は、瞬間的に７７０ｍＡの電流が流れたのに対し、バッテリから流れるＣＨ１は当初ＣＨ２の半分の３５０ｍＡから始まり、その後、約３０秒かけてＣＨ２の電流値とほぼ同じ値を示した。
実験２：モータ停止時、ＣＨ２の電流は瞬時に０Ａになったのに対し、ＣＨ２は、起動時の逆方向に流れ３０秒〜１分かけて０Ａとなった。
実験３：モータに安定時から負荷をかけると、ＣＨ２は７７０ｍＡから急激に１０００ｍＡを超えたのに対し、ＣＨ１はＣＨ２に遅れて追いかけるように電流が上昇した。【００４５】
（考察）
以上の実験結果から、急激な電流変化に対しキャパシタセルが即時に対応したことが分かり、その後、バッテリセルからゆっくりと電流が放出されることが分かった。したがって、急速な電流変化には即時に対応できないというバッテリの弱点を、バッテリセルごとに接続したキャパシタセルで充分に補完できる、ということを検証することができた。
【実施例２】
【００４６】
図１２は、上述したハイブリッド・キャパシタバッテリの機能をさらに詳細に検証するために実施した実験の構成図であって、（Ａ）は各キャパシタセルが各バッテリセルに接続線で接続されているとともに隣接するキャパシタから延設された接続線同士が接続されて分岐部を有した状態にてバッテリセルに接続されており、複数のキャパシタセル同士が直列に接続された状態の本願Ａであり、（Ｂ）は各キャパシタセルが、各バッテリセルに接続線で分岐部を有することなく直結式に接続されており、複数のキャパシタセル同士が接続線で直列に接続されていない状態の本願Ｂであり、（Ｃ）はバッテリセル同士が直列に接続されキャパシタセルが接続されていない状態の対照例Ｃである。【００４７】
この実施例では、バッテリは各々２Ｖのバッテリセルを３つ直列に接続してなる６Ｖ（４Ａｈ）の鉛バッテリを用い、キャパシタセルは単一の電気二重層キャパシタ（１０００Ｆ、２．５Ｖ、Ｒｕｂｙｃｏｎ社製）を用いた。試験方法としては、鉛バッテリが安定するまで鉛バッテリ単独で１０サイクルの充放電を繰り返した後、キャパシタを各バッテリセルに接続して図１２に示した各構成として、各々８回充放電を繰り返し、その各回における充電容量と放電容量を測定した。その測定結果を以下に示す。【００４８】
【表１】
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【００４９】
（結果）
充電容量（Ｃｈａｒｇｅ）の平均は、本願Ａが２４４６．７６ｍＡｈ、本願Ｂが２１７７．７ｍＡｈであり、対照例Ｃの１８１０．２１ｍＡｈに対し顕著に大きく、本願Ａが最も大きかった。また、放電容量（Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）の平均は、本願Ａが１９４３．２１ｍＡｈ、本願Ｂが２０５４．３５ｍＡｈであり、対照例Ｃの１４０７．１４ｍＡｈに対し顕著に大きく、本願Ｂが最も大きかった。【００５０】
（考察）
本願Ａ，Ｂにおいては、各バッテリセルに並列接続したキャパシタの容量分に応じて全体のキャパシティが大きくなるとともにキャパシタの充放電特性が発揮されたことで、キャパシタのない鉛バッテリに比して顕著に優れた充放電性能を発揮したものと思われる。殊に、放電容量については、キャパシタをバッテリに直結した構成の本願Ｂが、バッテリのみの対照例Ｃに対し約４６％の増加、キャパシタが直列に接続された構成の本願Ａに対し約６％の増加となった。その原因は今後検証すべきところではあるが、キャパシタセル同士を直列に接続しないでバッテリセルに直結したことでキャパシタからバッテリセルまで最短距離で接続されたことに加え、接続線に分岐部（分岐線）を有していないことを原因として、放電時における抵抗がより小さく抑えられた可能性が想定される。【００５１】
尚、上述した実施の形態においては、二酸化鉛板１１と鉛板１２の組み合わせによる鉛バッテリの場合を説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、他のメタルバッテリにおいても実施可能である。また、各バッテリセルは負極板と正極板を２対有している場合の図を用いて説明したが、それが１対のものであっても本発明に含まれるものであり、一般的にはこれらよりも多い３対以上の場合が想定される。さらに、キャパシタセルとバッテリセルの接続端子の接続部分や接続線の露出部分において、カーボンナノチューブ等のナノカーボン材料を含有した導電性接着剤をその接合面や導電体表面に塗布しておくことにより、接続箇所における導電ロスや導電部分における抵抗を低減することができる。【００５２】
以上、述べたように、本発明により、過剰な手間とコストを要さずに総合性能に優れたハイブリッドバッテリが得られるようになった。
【符号の説明】
【００５３】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ  ハイブリッド・キャパシタバッテリ、３Ａ，３Ｂ，３Ｃ  バッテリケース、３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆ  収納室、４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ，４Ｅ  キャパシタ体、１０ａ  ケース、１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ  キャパシタセル、１１  二酸化鉛板、１２  鉛板、１３  銅板、１５  セパレータ、２０Ａ，２０Ｂ  バッテリセル、１８，１９  バッテリ電極、２１，２２  端子、３６  液口栓、４１，４２，４３  キャパシタ、４９  充放電制御回路、５１，５２，５４，５５，５６，６１，６２，６３，６４，７１，７２，７３，７４，８１，８２，８３，８４，９３，９４  接続線、１００  電解質液
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年10月6日(2016.10.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
間に電解質を有して対向した１対の負極板と正極板によるバッテリ要素を少なくとも１以上有してなるバッテリセルの複数個が、バッテリケース内を複数並列に仕切って形成した収納室内に各々収装された状態で直列に接続されてなるバッテリにおいて、少なくとも１以上のキャパシタを有してなるキャパシタセルが、前記各バッテリセルに対しその上方又は側方に配置されながら各々１個並列に接続されており、前記各キャパシタセルは、前記バッテリセルに対し接続線の途中に分岐部を有することなく直結されており、複数の前記キャパシタセル同士が前記接続線で直列に接続されていないものとされ、且つ、１つの前記キャパシタセルを構成する前記キャパシタが複数のものでは前記キャパシタ同士が並列に接続されており、前記キャパシタセルが充放電時における所定のタイミングで接続された前記バッテリセルを機能的に補助することを特徴とするハイブリッド・キャパシタバッテリ。
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
（削除）
【請求項４】
（削除）
【請求項５】
（削除）
【請求項６】
（削除）
【請求項７】
（削除）
【請求項８】
間に電解質を有して対向した１対の負極板と正極板によるバッテリ要素を少なくとも１以上有してなるバッテリセルの複数個が、バッテリケース内を複数並列に仕切って形成した収納室内に各々収装された状態で直列に接続されてなるバッテリにおいて、少なくとも１以上のキャパシタを有してなるキャパシタセルが、前記各バッテリセルに対しその上方又は側方に配置されながら各々１個並列に接続されており、前記バッテリセルのうち、少なくとも直列接続の端部側で前記バッテリセルの端部側に位置する前記負極板の外面総てを覆うように銅板が面接続にて配設されており、前記銅板が前記キャパシタセルに接続されており、前記キャパシタセルが充放電時における所定のタイミングで接続された前記バッテリセルを機能的に補助することを特徴とするハイブリッド・キャパシタバッテリ。
【請求項９】
前記バッテリは、鉛バッテリであって前記バッテリセルを少なくとも２個以上備えているとともに、前記各バッテリセルが少なくとも１対以上の二酸化鉛板と鉛板を備えており、且つ、前記総てのバッテリセルが密閉状態で前記バッテリケース内に収装されている、ことを特徴とする請求項１または８に記載したハイブリッド・キャパシタバッテリ。
【請求項１０】
前記複数個のキャパシタセルは、前記バッテリケースの上蓋上面に沿って横方向に並列した状態で配置されており、その端子側が並列配置された前記バッテリセルのうち接続先の前記バッテリセルの端子の上方に位置するものとされている、ことを特徴とする請求項１，８または９に記載したハイブリッド・キャパシタバッテリ。
【請求項１１】
前記バッテリセルのうち、少なくとも直列接続の端部側で前記バッテリセルの端部側に位置する前記負極板の外面総てを覆うように銅板が面接続にて配設されており、前記銅板が前記キャパシタセルに接続されている、ことを特徴とする請求項１，８，９または１０に記載したハイブリッド・キャパシタバッテリ。
【請求項１２】
前記バッテリセルから前記キャパシタセルのキャパシタとの間を接続している接続線の途中には、そのときの充放電の状態に応じて前記キャパシタにおける電流の出入力を制御する充放電制御手段が配設されている、ことを特徴とする請求項１，８，９，１０または１１に記載したハイブリッド・キャパシタバッテリ。
【請求項１３】
前記キャパシタセルの総てを所定形状のケースに収装しながら前記各キャパシタセルから延設した正負の接続端子がケース外面に露出してなるキャパシタ体であって、総ての前記バッテリセルをバッテリケース内の前記収納室に収装しながら前記各バッテリセルから延設した正負の接続端子が外部に露出している前記バッテリケース表面の連結面に対し、着脱操作可能な状態にて装着・固定され、前記装着により前記各バッテリセルから延設した接続端子と前記各キャパシタセルから延設した接続端子が接続されている、ことを特徴とする請求項１，８，９，１０，１１または１２に記載したハイブリッド・キャパシタバッテリ。