JP2005311154A - キャパシタモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】キャパシタモジュールを連結する際に陽極・陰極端子が相反する方向に引き出されているため接続経路が長くなり不要な抵抗が増加するという課題を解決し、接続を容易にし、不要な抵抗の発生を抑制するキャパシタモジュールを提供することを目的とする。
【解決手段】金属箔製の集電体上に露出部分を残して分極性電極層を形成した一対の電極を露出部分を逆方向にしてセパレータを介して巻回したキャパシタ素子１を電解液と共にケース３に収容してカバー４で封止し、上記キャパシタ素子１の互いに逆方向に位置する露出部分の一方をカバー４に、他方を接続部材を介してカバー４に設けた陰極端子６に接続した構成により、陽極／陰極の取り出しを同方向から行えるためキャパシタモジュールを連結する際に容易に接続でき、かつ不要な抵抗の発生を抑制することができる。
【選択図】図１

Description

本発明はハイブリッドカーや燃料電池車の回生用、あるいは電力貯蔵用に使用されるキャパシタモジュールに関するものである。

図７はこの種の従来のキャパシタモジュールの構成を示した断面図であり、図７において１０はキャパシタ素子であり、このキャパシタ素子１０はアルミニウム箔からなる集電体上に分極性電極層を形成した一対の電極を互いに逆方向に位置をずらしてその間にセパレータを介在させて巻回する（全て図示せず）ことにより構成され、このキャパシタ素子１０の両端面（図７において上下方向）から陽極と陰極を取り出すようにしたものである。

１１は上記キャパシタ素子１０を図示しない駆動用電解液と共に収容したアルミニウム製のケース、１１ａはこのケース１１の底面に一体で設けられた外部接続用の陰極端子であり、キャパシタ素子１０の陰極側の端面をケース１１の内底面にレーザー溶接等の手段によって接合することにより、機械的、電気的に接続したものである。

１２はアルミニウム製の蓋、１２ａはこの蓋１２に一体で設けられた外部接続用の陽極端子であり、キャパシタ素子１０の陽極側の端面を蓋１２の内面にレーザー溶接等の手段によって接合することにより機械的、電気的に接続すると共に、この蓋１２の周縁と上記ケース１１の開口部とを（図７において符号１３で示す部分）、その間に図示しない絶縁部材を介在させて共に巻き込むように加工（一般に、カーリング加工と呼ばれている）することによって封止して構成されたものである。

このように構成された従来のキャパシタモジュールは、ケース１１の中心軸方向（図７において上下方向）に外部接続用の陽極端子１２ａと陰極端子１１ａが設けられた構成となり、この陽極端子１２ａと陰極端子１１ａを図示しないバスバーと呼ばれる接続部材を用いて複数のキャパシタモジュールを接続することにより、複数個のキャパシタモジュールを連結したキャパシタユニットとして車載用のバックアップ電源等に使用されているものであった。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開２０００−３１５６３２号公報

しかしながら上記従来のキャパシタモジュールでは、キャパシタモジュールを複数個連結してキャパシタユニットとして使用する場合に、陽極端子１２ａならびに陰極端子１１ａを接続する際に、各端子が夫々相反する方向に引き出されているために接続作業が大変であるばかりでなく、接続スペースが両端に夫々必要なため、結果的に大きな取り付けスペースを必要として小型化できないという問題があった。

また、従来のキャパシタモジュールを複数個連結してキャパシタユニットとし、これを燃料電池車のモータアシスト用として使用する場合には、上記各端子が夫々相反する方向に引き出されていることも含めて接続経路が長くなるため、結果として不要な抵抗が増加して大きなロスが発生するという課題があった。

この不要な抵抗の増加は、例えば図８に示すように、燃料電池車の燃料電池スタックは４００Ｖの電圧が発生しているが、キャパシタモジュール１個の耐電圧は約２．０Ｖであるため、４００Ｖ／２Ｖ＝２００個のキャパシタモジュールを直列に接続する必要があり、負荷電流は最大２００Ａ程度流れることになる。キャパシタモジュール１個の内部抵抗は０．００２Ωであり、各キャパシタモジュールの端子の接続抵抗を０．０００１Ωとしても、これを直列に接続すると、０．００２Ω＋０．０００１Ω＝０．００２１Ωとなり、これが２００個直列接続された場合には、０．００２１Ω×２００個＝０．４２Ωとなる。

従って、合成抵抗が０．４２Ωで２００Ａ流れると、０．４２Ω×２００Ａ×２００Ａ＝１６．８ＫＷとなり、この１６．８ＫＷがキャパシタユニットのロスとなって発熱し、外部に放出されるものである。

本発明はこのような従来の課題を解決し、キャパシタモジュールを複数個連結してキャパシタユニットとして使用する際に、容易に接続することができると共に接続スペースを低減し、かつ接続に纏わる不要な抵抗の発生を極めて少なくすることができるキャパシタモジュールを提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために本発明は、金属箔からなる集電体上に分極性電極層を形成した一対の電極を互いに逆方向に位置をずらしてその間にセパレータを介在させて巻回することにより構成されたキャパシタ素子と、このキャパシタ素子を駆動用電解液と共に収容した有底筒状のケースと、このケースの開口部を封止した封口体からなるキャパシタモジュールにおいて、上記キャパシタ素子の互いに逆方向に位置する電極の一方を封口体に電気的に接続し、電極の他方を接続部材を介して封口体に絶縁状態で設けられた端子に接続することにより、陽極／陰極のいずれかの取り出しを封口体で、他方の取り出しを封口体に絶縁状態で設けられた端子で行うように構成したものである。

以上のように本発明によるキャパシタモジュールは、陽極／陰極の取り出しを同一方向から行うことが可能になるため、キャパシタモジュールを複数個連結してキャパシタユニットとして使用する際に、容易に接続することができると共に接続スペースを低減し、かつ、接続に纏わる不要な抵抗の発生を極めて少なくすることができるという格別の効果が得られるものである。

（実施の形態１）
以下、実施の形態１を用いて、本発明の特に請求項１〜５に記載の発明について説明する。

図１は本発明の実施の形態１によるキャパシタモジュールの構成を示した分解斜視図、図２は同キャパシタモジュールを複数個連結することにより構成されたキャパシタユニットを燃料電池車に搭載した状態の概念図であり、図１において１はキャパシタ素子を示し、このキャパシタ素子１はアルミニウム箔からなる集電体上の一端側に集電体の露出部分が形成されるように分極性電極層を形成した一対の電極（図示せず）を上記集電体の露出部分が互いに逆方向になるようにしてその間にセパレータ（図示せず）を介在させて巻回することにより構成されたものであり、図１において上面が陽極、下面が陰極となるように構成されているものである。

２は蓋状に形成された集電電極であり、この集電電極２はその内面が上記キャパシタ素子１の陰極側に嵌め込まれ、キャパシタ素子１の陰極側端面が集電電極２の内底面とレーザー溶接、金属溶射、ろう付け等の手段により接合されることにより、後述する陰極端子６を介して陰極取り出しを行うようにしたものであり、この集電電極２は後述する金属ケース３との電気的な絶縁を図るために内面を除く部分は全て絶縁処理されているものである。３はアルミニウムからなる有底筒状のケースであり、上記集電電極２が接合されたキャパシタ素子１を図示しない駆動用電解液と共に収容するものである。

４は上記ケース３の開口部を封口する封口体としてのカバーであり、このカバー４にはケース３の開口部に嵌まり込むと共に陽極電極となる凸部４ａとレーザー溶接用の窪み４ｂが設けられ、この窪み４ｂを介して上記凸部４ａの先端の平面部分に上記キャパシタ素子１の陽極側端面がレーザー溶接、金属溶射、ろう付け等の手段により接合されることにより、キャパシタ素子１の陽極が陽極電極となる凸部４ａならびにこの凸部４ａを含むカバー４に植設された陽極端子５と導通するように構成されているものである。

また、６は同じくカバー４にカバー４とは絶縁状態で植設された陰極端子であり、この陰極端子６の一端は上記キャパシタ素子１の内部を通って集電電極２の内面に接合されることにより、キャパシタ素子１の陰極取り出しを行うように構成されたものである。

また、上記キャパシタ素子１、集電電極２、ケース３、カバー４は全て偏平形状に構成されることによって薄型化を図った構成としたものである。

このように構成された本実施の形態によるキャパシタモジュールは、キャパシタ素子１の陽極側端面をカバー４の凸部４ａの表面に接合（一般に端面集電と呼ばれる）し、同陰極側端面を集電電極２の内底面に接合（一般に端面集電と呼ばれる）し、この集電電極２に陰極端子６を接合した構成としたことにより、陽極側の外部取り出しをカバー４に設けた陽極端子５で、陰極側の外部取り出しを同じくカバー４に設けた陰極端子６で行うことができるため、陽極／陰極の取り出しを同一方向から行うことができるようになり、このために、従来の課題であったキャパシタモジュールを複数個連結してキャパシタユニットとして使用する際に、各端子が夫々相反する方向に引き出されているために接続作業が大変であるばかりでなく、接続スペースが両端に夫々必要なため、結果的に大きな取り付けスペースを必要として小型化できないという課題を一挙に解決することができるようになるものである。

従って、図２に示すように、本実施の形態によるキャパシタモジュールを複数個連結して構成したキャパシタユニットを燃料電池車に搭載することにより、小型・高性能化を図ったキャパシタユニットにより高効率でモータをアシストすることができるようになるものである。

なお、本実施の形態においては、キャパシタ素子１の陽極側の取り出しはカバー４に設けた陽極端子５を用いて行うように説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、キャパシタ素子１の陽極側をケース３に直接接続したり、あるいはカバー４に直接接続したりすることによって陽極端子５を用いないようにすることもできるものである。

また、本実施の形態においては、キャパシタ素子１、集電電極２、ケース３、カバー４は全て偏平形状に構成した例で説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、一般的な円形で構成することも可能である。

（実施の形態２）
以下、実施の形態２を用いて、本発明の特に請求項６に記載の発明について説明する。

本実施の形態は上記実施の形態１で説明したキャパシタモジュールを複数個連結してキャパシタユニットとして使用する際の一つの例を示したものであり、実施の形態１と同一の部品には同一の符号を付与してその詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ以下に図面を用いて説明する。

図３は本発明の実施の形態２によるキャパシタモジュールの構成を示した一部切り欠き斜視図、図４は同分解斜視図であり、図３、図４において、１はキャパシタ素子、２は集電電極、３はケースであり、以上の構成は上記実施の形態１と同様であり、ケース３の内部に図示しない駆動用電解液と共にキャパシタ素子１が収容されるものである。本実施の形態においてはこのケース３を６個近接配置した例を示している。

７はカバーであり、このカバー７は上記６個のケース３を一体に連結するように一体で構成され、かつこのカバー７には夫々のケース３の開口部に嵌まり込むと共に陽極電極となる６個の凸部７ａとレーザー溶接用の窪み７ｂが複数設けられ、この窪み７ｂを介して上記凸部７ａの先端の平面部分に上記キャパシタ素子１の陽極側端面がレーザー溶接、金属溶射、ろう付け等の手段により接合されることにより、キャパシタ素子１の陽極が陽極電極となる凸部７ａならびにこの凸部７ａを含むカバー７に植設された陽極端子５と導通するように構成されているのは実施の形態１と同様である。

また、６は同じくカバー７にカバー７とは絶縁状態で植設された陰極端子であり、この陰極端子６の一端は上記キャパシタ素子１の内部を通って集電電極２の内面に接合されることにより、キャパシタ素子１の陰極取り出しを行うように構成されたものである。

さらに、カバー７には複数の導電性の接続部材７ｃが埋設されており、この接続部材７ｃにより隣接するキャパシタモジュールの陽極と陰極を夫々電気的に接続（本実施の形態においては直列接続した例を示しているが、並列接続しても構わない）し、これにより、６個のキャパシタモジュールを連結したキャパシタユニットを構成しているものである。

このように本実施の形態によれば、簡単な構成でキャパシタユニットを構成することが可能になり、しかも各キャパシタモジュール間の端子間接続を最短距離で行うことができるために接続に纏わる不要な抵抗の発生を極めて少なくすることができるばかりでなく、個々のキャパシタモジュールを複数個連結してキャパシタユニットを構成する場合に、容易に、しかも確実に、安定したキャパシタユニットを得ることができるようになるものである。

また、複数のキャパシタモジュールを連結してキャパシタユニットを構成した場合でも、個々のキャパシタモジュールを構成するケース３は夫々独立しているため、放熱性に優れるという効果が得られるものである。

（実施の形態３）
以下、実施の形態３を用いて、本発明の特に請求項７、８に記載の発明について説明する。

本実施の形態は上記実施の形態１で説明したキャパシタモジュールを複数個連結してキャパシタユニットとして使用する際の一つの例を示したものであり、実施の形態１と同一の部品には同一の符号を付与してその詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ以下に図面を用いて説明する。

図５は本発明の実施の形態３によるキャパシタモジュールの構成を示した一部切り欠き斜視図、図６は同ケースを外した状態の斜視図であり、図５、図６において、１はキャパシタ素子、２は集電電極であり、以上の構成は上記実施の形態１と同様である。

７は上記実施の形態２と同様に構成されたカバーであり、このカバー７は上記６個のキャパシタ素子１を一体に連結するように一体で構成され、かつこのカバー７には陽極電極となる６個の凸部７ａ、レーザー溶接用の窪み７ｂ、導電性の接続部材７ｃ、陽極端子５、陰極端子６が設けられているのは実施の形態２と同様である。

８はケースであり、このケース８には複数の仕切り板８ａが一体で設けられることにより独立した収容室８ｂが６個形成された構成になっており、この独立した収容室８ｂの内部に図示しない駆動用電解液と共にキャパシタ素子１が夫々収容され、カバー７によって封止することにより、６個のキャパシタ素子１を連結したキャパシタユニットを構成しているものである。

このように本実施の形態によれば、簡単な構成でキャパシタユニットを構成することが可能になり、しかも各キャパシタモジュール間の端子間接続を最短距離で行うことができるために接続に纏わる不要な抵抗の発生を極めて少なくすることができるばかりでなく、個々のキャパシタモジュールを複数個連結してキャパシタユニットを構成する場合に、容易に、しかも確実に、安定したキャパシタユニットを得ることができるようになるものである。

また、図示はしないが、ケース８を放熱性に優れた金属材料で構成し、この金属製のケース８に放熱用のフィンを設けるようにすることにより、放熱特性に優れたキャパシタユニットを構成することができるようになるものである。

本発明によるキャパシタモジュールは、陽極・陰極の取り出しを同一方向から行うことが可能になるため、キャパシタモジュールを複数個連結して使用する際に容易に接続することができると共に、接続に纏わる不要な抵抗の発生を極めて少なくすることができるという格別の効果を有し、バイブリッドカーや燃料電池車の回生用、あるいは電力貯蔵用等として有用である。

本発明の実施の形態１によるキャパシタモジュールの構成を示した斜視図 同キャパシタモジュールを複数個連結することにより構成されたキャパシタユニットを燃料電池車に搭載した状態の概念図 本発明の実施の形態２によるキャパシタモジュールの構成を示した一部切り欠き斜視図 同分解斜視図 本発明の実施の形態３によるキャパシタモジュールの構成を示した一部切り欠き斜視図 同ケースを外した状態の斜視図 従来のキャパシタモジュールの構成を示した断面図 従来のキャパシタモジュールを複数個連結する場合の不要抵抗の発生原理を示した概念図

符号の説明

１ キャパシタ素子
２ 集電電極
３、８ ケース
４、７ カバー
４ａ、７ａ 凸部
４ｂ、７ｂ 窪み
５ 陽極端子
６ 陰極端子
８ａ 仕切り板
８ｂ 収容室

Claims (8)

1. 金属箔からなる集電体上に分極性電極層を形成した一対の電極を互いに逆方向に位置をずらしてその間にセパレータを介在させて巻回することにより構成されたキャパシタ素子と、このキャパシタ素子を駆動用電解液と共に収容した有底筒状のケースと、このケースの開口部を封止した封口体からなるキャパシタモジュールにおいて、上記キャパシタ素子の互いに逆方向に位置する電極の一方を封口体に電気的に接続し、電極の他方を接続部材を介して封口体に絶縁状態で設けられた端子に接続することにより、陽極／陰極のいずれかの取り出しを封口体で、他方の取り出しをこの封口体に絶縁状態で設けられた端子で行うようにしたキャパシタモジュール。
2. 電極の他方に集電電極部材を接合し、この集電電極部材を封口体に絶縁状態で設けた端子と接続するようにした請求項１に記載のキャパシタモジュール。
3. 封口体に一対の端子を設け、この一対の端子の一方は封口体と導通状態とし、他方の端子は封口体と絶縁状態とすることにより、陽極／陰極の取り出しを封口体に設けられた一対の端子で行うようにした請求項１に記載のキャパシタモジュール。
4. 電極を構成する分極性電極層を集電体上の一端側に集電体の露出部分が残るように形成し、この分極性電極層が形成された一対の電極を上記集電体の露出部分が互いに逆方向になるようにしてその間にセパレータを介在させて巻回することにより構成したキャパシタ素子を用いた請求項１に記載のキャパシタモジュール。
5. キャパシタ素子、ケースならびに封口体を偏平形状にした請求項１に記載のキャパシタモジュール。
6. キャパシタ素子を駆動用電解液と共に収容したケースを少なくとも２個以上配設し、この複数のケースの開口部を一つの封口体で一体に封止すると共に、この封口体に設けた接続部材により各キャパシタ素子を電気的に連結した請求項１に記載のキャパシタモジュール。
7. ケースにキャパシタ素子を駆動用電解液と共に収容する収容室を複数設け、このケースの開口部を一つの封口体で一体に封止すると共に、この封口体に設けた接続部材により各キャパシタ素子を電気的に連結した請求項１に記載のキャパシタモジュール。
8. ケースを金属により形成し、この金属ケースに放熱用のフィンを設けた請求項７に記載のキャパシタモジュール。

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