JP2006261404A

JP2006261404A - エネルギー蓄積装置

Info

Publication number: JP2006261404A
Application number: JP2005077066A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Ishii; 康裕石井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-03-17
Filing date: 2005-03-17
Publication date: 2006-09-28

Abstract

【課題】単セルコンデンサの静電容量のばらつきによる負担電圧差を吸収するためのバランサ抵抗を単セル内に構成し、製造工程を簡略化して低コスト化を図ると共に、外部に取り出す接続導体による抵抗を削減したエネルギー蓄積装置を提供する。
【解決手段】コンデンサを構成する単セル１０を複数個積層すると共に各単セルに電解液を含浸させて形成されたエネルギー蓄積装置において、各単セル１０を、鑚孔３が形成された領域を有するセパレータ１と、このセパレータの鑚孔形成領域を除く個所の両面に塗布または印刷された活性炭などを主成分とする分極性電極２と、セパレータの鑚孔形成領域の両面に塗布または印刷され鑚孔３を通じて両面が接続されたバランサ抵抗４と、セパレータ各面の分極性電極２及びバランサ抵抗４の表面を被装すると共に両者を電気的に接続する導電部材５とから構成する。
【選択図】図１

Description

この発明は、エネルギー蓄積装置、特に電気二重層コンデンサ等の単セルを複数個積層して形成されるエネルギー蓄積装置に関するものである。

従来の電気二重層コンデンサは、活性炭を主成分とする分極性電極と電解液との界面に形成される電気二重層に蓄積される電荷によるエネルギーを利用するものであり、大電流の充放電が可能であること、充放電の繰返しに対して安定であるなどの特長がある。

しかし、電気二重層コンデンサの原理上その耐電圧は単セル当り１〜４ボルト程度であるため、電気二重層コンデンサを高電圧で使用するためには、セパレータの両面にそれぞれ分極性電極と外部端子を取り出すための集電電極とを積層すると共に、セパレータに電解液を含浸させてパッケージで封止した単セルコンデンサを構成（例えば特許文献１参照）し、このような単セルコンデンサを多数直列接続して所定の使用電圧を得るようにしていた。（例えば特許文献２参照）。

また、引出し導電部を持つ集電電極の両面に活性炭を焼成してなる分極性電極を焼結して配置し、帯状のセパレータによってこれらを包むと共に、これをジグザグに折り曲げることによって、電気二重層コンデンサの直列接続を得ていた。（例えば特許文献３参照）。

特許第２５１６７５６号公報（第１図）特開２００１−２３０１６３号公報（図２）特開２００１−３３２４５８号公報

従来の電気二重層コンデンサ及びその直列接続によるエネルギー蓄積装置は上記のように構成され、セパレータと分極性電極からなる単セルを所定の電圧に相当する数だけ積層すると共に、各単セルにそれぞれ接続用の電極を設けた構造になっていた。このように複数個の単セルの積層によって高電圧を得る電気二重層コンデンサにおいては、個々の単セルの静電容量が製造上のばらつきを持っていて、接続用電極に電圧をかけて直列接続されたコンデンサを充電する時、各単セルには静電容量に反比例した電圧が分担され静電容量の小さい単セルに最も高い電圧が掛かることになるという問題点があった。

従って、静電容量のばらつきの中で最も静電容量の小さい単セルの電圧が定格電圧を超えない範囲で直列接続されたコンデンサブロックを使用する必要があった。このため、直列接続されたコンデンサブロックは理論上の耐電圧より低い電圧で使用することになるが、コンデンサに蓄電されるエネルギーは電圧の２乗に比例することからコンデンサの蓄電能力が十分に発揮できないという問題点があった。

また、電気二重層コンデンサを直列接続して高電圧で使用する場合、上記の問題点を解決するために各単セルと並列に接続するバランサ抵抗を設け、これによって静電容量のばらつきによる電圧差を吸収する方法が一般的であるが、多数の単セルを直列接続する場合には各単セルから個々にバランサ抵抗を接続するための電極を引き出す必要があり、このため電気二重層コンデンサの製造工程が複雑になって低コスト化の支障になるという問題点があった。

また、バランサ抵抗に接続するために外部に引き出された導体の抵抗は充放電時には単セルコンデンサの内部抵抗を増加させるように働きコンデンサの能力を制限する要素になるという問題点もあった。

この発明は、上述のような問題点を解決するためになされたもので、単セルコンデンサの静電容量のばらつきによる負担電圧差を吸収して各単セルを定格電圧近くまで充電するためのバランサ抵抗を電気二重層コンデンサの単セル内に構成し、製造工程を簡略化して低コスト化を図ると共に、外部に取り出すバランサ抵抗への接続導体による抵抗を削減してコンデンサ性能を向上させることができるエネルギー蓄積装置を提供することを目的とする。

この発明に係るエネルギー蓄積装置は、コンデンサを構成する単セルを複数個積層すると共に上記各単セルに電解液を含浸させて形成されたエネルギー蓄積装置において、上記各単セルは、鑚孔が形成された領域を有するセパレータと、このセパレータの上記鑚孔形成領域を除く個所の両面に塗布または印刷された活性炭などを主成分とする分極性電極と、上記セパレータの鑚孔形成領域の両面に塗布または印刷され上記鑚孔を通じて両面が接続されたバランサ抵抗と、上記セパレータ各面の上記分極性電極及び上記バランサ抵抗の表面を被装すると共に分極性電極とバランサ抵抗とを電気的に接続する導電部材とから構成されたものである。

この発明に係るエネルギー蓄積装置は上記のように構成され、セパレータに塗布または印刷によって形成される分極性電極及びバランサ抵抗を、これを覆う形で塗布または印刷によって形成される導電性塗料によって単セル内で接続するようにし、バランサ抵抗を内蔵した単セルを得るようにしたので、個々の単セルの静電容量のばらつきを吸収して定格電圧に近い電圧で使用することができ、内部抵抗が小さく高性能な電気二重層コンデンサを低コストで製造することが可能となる。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図にもとづいて説明する。図１は、実施の形態１によるエネルギー蓄積装置の単セルコンデンサの構成を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。

この図において、セパレータ１は多孔質フィルムなどの材料からなり、図の左端部に複数の鑚孔３が形成された領域を有する。鑚孔形成領域を除く個所の両面には活性炭などを主成分とする分極性電極２が塗布または印刷されており、それぞれの面の分極性電極２はセパレータ１によって絶縁されている。また、セパレータ１には単セルが構成された後に電解液が含浸されるようになっている。

セパレータ１の鑚孔形成領域の両面には、例えば、抵抗性塗料であるバランサ抵抗４が塗布または印刷され、複数の鑚孔３を貫通して両面のバランサ抵抗４が接続された状態になっている。更に、セパレータ１の両面に塗布または印刷された分極性電極２とバランサ抵抗４の表面を覆うように導電性部材である導電性塗料５を塗布または印刷して分極性電極２とバランサ抵抗４とを電気的に接続し、コンデンサの単セル１０を構成するようになっている。

なお、バランサ抵抗４に用いる抵抗性塗料としては、ニッケル、銅などの金属粉をアクリル樹脂やエポキシ樹脂に混ぜたもの、あるいは、少し高めの抵抗値を得る場合には金属酸化物粉や黒鉛粉をアクリル樹脂やエポキシ樹脂に混ぜたものが用いられる。上記粉末は単独でなく複数を組み合わせて混ぜても良い。

以上のような構成によってコンデンサの単セル１０が構成され、最後にセパレータ１に電解液６を含浸させることによって、電解液と分極性電極２の界面に電気二重層が形成され、コンデンサ外部から印加された電荷が電気二重層に保持されてコンデンサを構成するようになっている。また、バランサ抵抗４は導電性塗料５によって上記単セルコンデンサと並列に接続される抵抗を構成するようになっている。

このバランサ抵抗４は従来技術などにおいて単セルコンデンサの外部で接続されるバランサ抵抗と同様に、単セルコンデンサを複数個直列に接続する場合に単セルコンデンサの静電容量のばらつきによる負担電圧の差異を吸収するものであるが、上述のように、個々の単セルコンデンサの形成時に同時に形成されるようになっている。

図２は、この発明の実施の形態１によるエネルギー蓄積装置の直列接続されたコンデンサブロックを示すもので、（ａ）は概略構成図、（ｂ）はその電気的な等価図である。

この図において、７は３つの単セルコンデンサ１０を直列接続して形成された１つのコンデンサブロック２０の端子を外部に引き出すための接続電極である。コンデンサブロック２０を構成する各単セルコンデンサ１０は外部に電極を引き出すことなく、導電性塗料５によって隣接する単セルコンデンサ１０と直接面的に接続されている。このため、直列接続された各単セルコンデンサ１０を貫通する電流に対する内部抵抗を低減することができる。

この直列接続において、バランサ抵抗４は単セルコンデンサ１０を直列に多数接続する場合に生じる各コンデンサの負担電圧のばらつきを吸収するように作用し、各単セルコンデンサ１０に均等に電圧が印加されるようになるため、各単セルコンデンサ１０を定格電圧に近い電圧で動作させる高性能なコンデンサを得ることができる。

なお、鑚孔３の数は図示の例に限られるものではなく、所望のバランサ抵抗の値にもとづいて設定するのが望ましい。また、図１の例では鑚孔３をセパレータ１の左方の端部に配設しているが、これに限られるものではなく両端部にそれぞれ配設しても良い。この場合には、バランサ抵抗の値を設定するときの自由度が向上する。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２を図にもとづいて説明する。図３は、実施の形態２によるエネルギー蓄積装置のコンデンサブロックの直並列接続構成を示す図であり、３個の単セルコンデンサ１０を直列接続して構成されたコンデンサブロック２０を３個並列に接続して構成した例を示している。

この図において、多数の単セルコンデンサ１０を直列接続したコンデンサブロック２０は、接続電極７によって外部に引き出され、各接続電極７は１つおきに互いに接続されて正極及び負極を構成するようになっている。このように構成することによって、直並列コンデンサブロックを簡単に得ることが可能となる。

この発明の実施の形態１によるエネルギー蓄積装置の単セルコンデンサの構成を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。この発明の実施の形態１によるエネルギー蓄積装置の直列接続されたコンデンサブロックを示すもので、（ａ）は概略構成図、（ｂ）はその電気的な等価図である。この発明の実施の形態２によるエネルギー蓄積装置のコンデンサブロックの直並列接続構成図である。

符号の説明

１セパレータ、２分極性電極、３鑚孔、４バランサ抵抗、
５導電性部材、６電解液、７接続電極、１０単セルコンデンサ、
２０コンデンサブロック。

Claims

コンデンサを構成する単セルを複数個積層すると共に上記各単セルに電解液を含浸させて形成されたエネルギー蓄積装置において、上記各単セルは、鑚孔が形成された領域を有するセパレータと、このセパレータの上記鑚孔形成領域を除く個所の両面に塗布または印刷された活性炭などを主成分とする分極性電極と、上記セパレータの鑚孔形成領域の両面に塗布または印刷され上記鑚孔を通じて両面が接続されたバランサ抵抗と、上記セパレータ各面の上記分極性電極及び上記バランサ抵抗の表面を被装すると共に分極性電極とバランサ抵抗とを電気的に接続する導電部材とから構成されたことを特徴とするエネルギー蓄積装置。
上記鑚孔の数は所望のバランサ抵抗の値にもとづいて設定されることを特徴とする請求項１記載のエネルギー蓄積装置。
上記鑚孔形成領域を上記セパレータの両端部に配設したことを特徴とする請求項１または請求項２記載のエネルギー蓄積装置。
上記バランサ抵抗は、金属粉、金属酸化物粉、黒鉛粉の少なくとも１種類と、アクリル樹脂またはエポキシ樹脂とを混合して形成したことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項記載のエネルギー蓄積装置。
上記単セルを複数個直列接続して形成したコンデンサブロックを複数個並列接続したことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項記載のエネルギー蓄積装置。