JP2006269830A - 電気二重層キャパシタ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】キャパシタセルのセル群と、回路基板の接続を効果的に行う。
【解決手段】キャパシタセル１０が複数積層されてセル群が形成されている。各キャパシタセル１０の上部には、一対の電極板１０ｂが突出形成されており、この電極板１０ｂにより隣接するもの同士が直列または並列接続されている。そして、電極板１０ｂには、上方に突出する金属の線材または板材よりなる接続片２０が取り付けられ、この接続片２０が回路基板３０に接続される。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の電気二重層キャパシタセルを積層配列したセル群からなる電気二重層キャパシタ装置に関する。
電気二重層キャパシタ装置は、各種の電源として利用されるが、１つの電気二重層キャパシタセル（以後適宜キャパシタセルという）の出力電圧（耐電圧）自体は数Ｖ程度と低い。従って、キャパシタセルを複数積層したセル群をユニットとして製作される。なお、各キャパシタセルは、アルミラミネートの袋体中に電気二重層キャパシタが形成されており、上部に一対の電極板が設けられている。
そして、セル群は、複数のキャパシタセルを直列接続して、所望の電圧を得る。そこで、キャパシタセルの電極板は順次隣接するキャパシタセルの電極板に接続される。
特許文献１では、隣接する２つのキャパシタセルの電極板をリベットにより結合すると共にＴＩＧ溶接により固定している。また、特許文献２では、塑性変形が可能な板状の接続部材の両端を隣接する２つのキャパシタセルの電極板に溶接することによって、電気的接続を行っている。
また、電気二重層キャパシタ装置のセル群についての充放電は、基本的に電気二重層キャパシタセルが直列接続されたセル群の両端の電極について行えばよい。しかし、各キャパシタセルにおいて、充放電状態が均一でなくなる場合もおおい。この場合には、なるべくこれらキャパシタセル同士の充放電状態を一定にしたいという要求がある。そこで、直列接続したキャパシタセルの電極についての電圧を計測しておき、この計測値に基づき各キャパシタセルにおける充電量が均一になるように充放電を制御することが行われている。
特開２００３-２７２９６６ 特開２００２−１５１３６５
上述のように、各キャパシタセルの電極板についての電圧を計測し充放電量を制御する場合には、このための回路等を搭載した回路基板をセル群に対し接続することが必要になる。
この場合、隣接する電極板同士を回路基板の上方にまで伸ばして、これを折り曲げて、回路基板に直接ネジ止めしたり、各電極板に接続したケーブルなどを回路基板に接続することが考えられる。
しかし、キャパシタセルの電極板を長くし、直接プリント基板にネジ止めをした場合、電極板を長くしなければならないため抵抗値が増え、装置全体の抵抗値が大きくなるという問題がある。
また、ケーブルによる接続方法は、その作業が煩雑であり時間がかかる。また、ケーブルを束ねておくスペースも必要であり、装置が大きくなるという問題があった。
さらに、ネジ止めの場合、電極やプリント基板上のネジの重さにより、振動、衝撃の影響で、電極の破損やケーブルが破損しやすいという問題もあった。
本発明は、複数の電気二重層キャパシタセルを積層配列されたセル群と、このセル群の各電気二重層キャパシタセルに電気的に接続される回路基板とを含む電気二重層キャパシタ装置であって、前記各電気二重層キャパシタセルはその端部から突出形成され、電気二重層キャパシタセルの一対の電極にそれぞれ接続される電極板を含み、前記複数の電気二重層キャパシタセルは、隣接する電極板同士が適宜接続されることで直列または並列接続され、隣接する２つの電気二重層キャパシタセルの電極板の接続部分からは、接続片が突出され、この接続片が前記回路基板に接続されることを特徴とする。
また、前記接続片は、金属の線材または板材であることが好適である。
また、前記電気二重層キャパシタセルの隣接する２つの電極板の接続は、超音波溶接によって行われることが好適である。
また、前記接続片は、折り曲げ可能であることが好適である。
また、前記接続片は、前記電極板に外側から固定することが好適である。
また、前記接続片は、別の板材に取り付けられており、この板材が前記電極板に固定されることが好適である。
また、前記接続片は、前記板材の一端側に固定され、前記板材は他端側が前記電極板に固定されることで、前記板材はその他端側が電極板に対し移動可能であることが好適である。
また、前記接続片は、前記２枚の電極板により挟み込んで固定することが好適である。
このように、本発明によれば、電極板から接続片を突出させ、この接続片を利用して回路基板との接続を行う。これによって、作業性が改善でき、また小型、軽量化を図ることができる。
以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。
図１は、一実施形態に係る電気二重層キャパシタ装置の構成を示す図である。キャパシタセル１０は、本体部１０ａが薄肉直方体状で、上部が山型となって閉じられ全体として板状となっている。そして、本体部１０ａの板状の上端部から一対のアルミニウムまたは銅（または銅合金）製の電極板１０ｂが突出形成されている。なお、本体部１０ａは、多層シートにより構成され、その内部に活性炭電極、セパレータ、電解液などからなる電気二重層キャパシタが収容されている。
キャパシタセル１０の１つの電極板１０ｂは、隣接するキャパシタセル１０の１つの電極板１０ｂと接続されている。接続される２つの電極板１０ｂは、両者が近寄るように折り曲げられ、両者が重ね合わされた部分において超音波溶接されている。なお、レーザ溶接、抵抗溶接、半田付けなど他の手段で接続してもかまわない。
また、キャパシタセル１０の他の電極板１０ｂは、反対側の隣接したキャパシタセル１０の電極板１０ｂと接続され、積層された複数のキャパシタセル１０が直列接続される。なお、用途によっては、複数のキャパシタセル１０を並列接続してもよい。なお、図においては、省略したが、両端部のキャパシタセル１０の隣接するキャパシタセル１０の電極板１０ｂと接続されない電極板１０ｂがセル群の両端電極になっている。
そして、各電極板１０ｂには、直立可能な金属製の接続片２０が取り付けられており、この接続片２０が電極板１０ｂの上端から突出している。なお、この例において、接続片２０は丸棒状であるが細い板状など各種形状にすることができる。
この接続片２０は、キャパシタセル１０のセル群の上方に配置された回路基板３０に設けられた穴を下側から貫通し、半田付けなどで接続されている。すなわち、接続片２０は容易に変形可能であり、回路基板３０に設けられた穴に位置あわせしてここを通過した後、回路基板の上面の銅パターン状に半田付けされる。なお、接続片２０の先端を折り曲げて回路基板３０上のパターンに半田付けすることも好適である。
なお、キャパシタセル１０を複数積層するが、このキャパシタセル１０間には、ゴムシートを挿入配置することも好適である。このゴムシートは、厚さが０．２〜１ｍｍくらいの摩擦抵抗が大きい、シリコン、ＥＰＤＭ、ＥＰＭ（エチレン・プロピレンゴム）、ＮＢＲ（ニトリルゴム）、ＣＲ（クロロプレンゴム）などで構成することが好適である。
図２〜図１８には、接続片２０の取り付けについて各種の例を示している。図２では、電極板１０ｂの上端部に接続片２０の下部が半田付けされており、接続片２０の上部が電極板１０ｂの上端から突出している。図３では、接続片２０は、Ｌ字状に折り曲げられており、その一辺が電極板１０ｂの上端に平行になるように電極板１０ｂの上部に半田付けされている。従って、接続片２０の他辺が電極板１０ｂの上端から突出している。なお、２つの電極板１０ｂ同士を接続する場合には、予め電極板１０ｂ同士を溶接しておくことが好適である。なお、溶接は、超音波溶接が好適であるが、レーザ溶接、抵抗溶接などでもよい。
図４では、電極板１０ｂの上端部に接続片２０の下部が溶接されており、接続片２０の上部が電極板１０ｂの上端から突出している。この溶接も、超音波溶接が好適であるが、レーザ溶接、抵抗溶接などでもよい。さらに、この例の場合、２つの電極板１０ｂの貼り合わせ部については、その２つの電極板１０ｂ同士の溶接も同時に行うことができる。図５では、接続片２０は、Ｌ字状に折り曲げられており、その一辺が電極板１０ｂの上端に平行になるように電極板１０ｂの上部に溶接されている。
図６では、接続片２０の下部は、２つの電極板１０ｂの間に挿入されている。そして、この接続片２０が挿入されている部分を含めて、２つの電極板１０ｂを溶接することで、接続片２０が電極板１０ｂに固定される。図７では、接続片２０は、Ｌ字状に折り曲げられており、その一辺が２つ電極板１０ｂ間に側部から上端に平行になるように挿入され、２つの電極板１０ｂおよび接続片２０が溶接されている。
図８では、接続片２０は、その下部が接続用銅板２２に半田付けされており、この接続用銅板２２が電極板１０ｂに溶接されている。なお、この接続用板は、接続片２０と半田付けが可能な板であれば良い。また、この溶接は、超音波溶接が好適であるが、レーザ溶接、抵抗溶接などでもよい。さらに、この例の場合、２つの電極板１０ｂの貼り合わせ部については、その２つの電極板１０ｂ同士の溶接も同時に行うことができる。なお、接続用銅板２２は、通常銅または銅合金で構成される。図９では、接続片２０がＬ字状に折り曲げられており、その一辺が接続用銅板２２に半田付けされている。
図１０，１１，１２には、接続片２０の接続用銅板２２への取り付け方の例を示している。すなわち、電極板１０ｂと接続片２０との溶接が不可能な場合は、電極板１０ｂに溶接が可能な材料（接続用銅板２２）と接続片２０を事前に溶接しておき、これを電極板１０ｂに溶接する。図１０では、接続用銅板２２の端部を丸めこの部分で接続片２０を巻き付け、この部分を溶接して接続用銅板２２に接続片２０を固定している。また、図１１では、接続片２０をＬ字状として、その一辺を接続用銅板２２上に位置させ、この部分を接続用銅板２２の延長部分２２ａで覆い、これらを溶接して接続用銅板２２に接続片２０を溶接固定している。図１２は、接続用銅板２２の長辺の一部分を上側に向かって延長した接続部２２ａを有し、この接続部２２ａ上に接続用銅板２２の長辺にほぼ並行になるように接続片２０の一端を位置させ、この接続部２２ａを巻き付け、この部分を溶接して接続用銅板２２に接続片２０を固定している。図１０〜１２の固定は、超音波溶接が好適であるが、レーザ溶接、抵抗溶接、半田付け、カシメも可能である。
図１３，１４は、図１２の接続用銅板２２を電極板１０ｂに固定する例を示している。図１３は、接続用銅板２２の細長部分を電極板１０ｂに溶接固定し、接続片２０の接続用銅板２２に固定されている他端側を上側に曲げ、Ｌ型にする。この時、溶接前にＬ型に曲げてもよい。この溶接は、超音波溶接が好適であるが、レーザ溶接、抵抗溶接でもよい。さらにこの例の場合、２つの電極板１０ｂの貼り合せ部については、その２つの電極板１０ｂ同士の溶接も同時に行うことができる。また、接続用銅板２２は、電極板１０ｂに半田付けで固定してもよい。この溶接または、半田付け時、接続用銅板２２の両端部を電極板１０ｂの側面から巻き付け、固定することで、位置決めが容易になり作業性が向上する。図１４は、接続用銅板２２と接続片２０の一端が固定された接続部２２ａを接続用銅板２２と重なるように曲げた一例である。図１３，１４においては、接続片２０が主に移動可能となる。また、接続用銅板２２は電極板１０ｂの全幅との固定が可能であり、固定範囲が広がることで、接触抵抗値を低くでき、セルの信頼性が上がる。
図１５，１６は、図１０，１１の接続用銅板２２を電極板１０ｂに固定する例を示している。これらの例では、接続用銅板２２は細長であり、その一端側に接続片２０が固定されている。そして、この接続用銅板２２の接続片２０が取り付けられていない側のみを電極板１０ｂに溶接固定する。この溶接は、超音波溶接が好適であるが、レーザ溶接、抵抗溶接などでもよい。さらに、この例の場合、２つの電極板１０ｂの貼り合わせ部については、その２つの電極板１０ｂ同士の溶接も同時に行うことができる。また、接続用銅板２２は、電極板１０ｂに半田付けで固定してもよい。従って、接続用銅板２２の接続片２０が取り付けられている側が自由端となり、移動可能になっている。
このように、接続片２０や接続用銅板２２と接続片２０の両方を移動可能にすることによって、接続片２０の上端部の位置決めが容易になり、接続片２０の上端部の回路基板３０への固定が容易になる。すなわち、図２〜９，１３，１４においては、接続片２０を主に移動可能に、また、図１７，１８については、接続片２０だけだなく、接続用銅板２２が移動可能になるため、接続片２０の上端部の位置を自由に調整できる。
図１９には、回路基板３０の他の例が示されている。この例では、回路基板３０に穴を設けるのではなく、回路基板３０の側部に円弧状の切り欠き３２を設けている。従って、接続片２０の上端部をこの切り欠き３２を通過させ、直立のまま、または内側に向けて折り曲げることで、回路基板３０上の導電性パッドに容易に半田付けすることができる。この例の方が、回路基板３０に穴を設け、ここに接続片２０を通過させる方法より作業が楽になる。
なお、上述の実施形態に記載したように、電極板１０ｂ同士の接続には、溶接を利用した。従って、キャパシタセル間の抵抗値が小さくなり、装置の抵抗を低くできる。また、接続片２０や接続用銅板２２がフレキシブルであるため、作業性が良い。
実施形態の構成を示す図である。 接続片の取り付け状態の一例を示す図である。 接続片の取り付け状態の一例を示す図である。 接続片の取り付け状態の一例を示す図である。 接続片の取り付け状態の一例を示す図である。 接続片の取り付け状態の一例を示す図である。 接続片の取り付け状態の一例を示す図である。 接続片の取り付け状態の一例を示す図である。 接続片の取り付け状態の一例を示す図である。 接続片を接続用銅板に取り付けた状態の一例を示す図である。 接続片を接続用銅板に取り付けた状態の一例を示す図である。 接続片を接続用銅板に取り付けた状態の一例を示す図である。 接続片の取り付け状態の一例を示す図である。 接続片の取り付け状態の一例を示す図である。 接続片の取り付け状態の一例を示す図である。 接続片の取り付け状態の一例を示す図である。 図１５の接続片の動きを示す図である。 図１６の接続片の動きを示す図である。 回路基板の形状を示す図である。
符号の説明
１０ キャパシタセル、１０ａ 本体部、１０ｂ 電極板、１２ ゴムシート、２０ 接続片、２２ 接続用銅板、２２ａ 延長部分、３０ 回路基板、３２ 切り欠き。

Claims (8)

  1. 複数の電気二重層キャパシタセルを積層配列されたセル群と、
    このセル群の各電気二重層キャパシタセルに電気的に接続される回路基板とを含む電気二重層キャパシタ装置であって、
    前記各電気二重層キャパシタセルはその端部から突出形成され、電気二重層キャパシタセルの一対の電極にそれぞれ接続される電極板を含み、
    前記複数の電気二重層キャパシタセルは、隣接する電極板同士が適宜接続されることで直列または並列接続され、
    隣接する２つの電気二重層キャパシタセルの電極板の接続部分からは、接続片が突出され、
    この接続片が前記回路基板に接続されることを特徴とする電気二重層キャパシタ装置。
  2. 請求項１に記載の電気二重層キャパシタ装置であって、
    前記接続片は、金属の線材または板材であることを特徴とする電気二重層キャパシタ装置。
  3. 請求項１または２に記載の電気二重層キャパシタ装置であって、
    前記電気二重層キャパシタセルの隣接する２つの電極板の接続は、超音波溶接によって行われることを特徴とする電気二重層キャパシタ装置。
  4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の電気二重層キャパシタ装置であって、
    前記接続片は、折り曲げ可能であることを特徴とする電気二重層キャパシタ装置。
  5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の電気二重層キャパシタ装置であって、
    前記接続片は、前記電極板に外側から固定することを特徴とする電気二重層キャパシタ装置。
  6. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の電気二重層キャパシタ装置であって、
    前記接続片は、別の板材に取り付けられており、この板材が前記電極板に固定されることを特徴とする電気二重層キャパシタ装置。
  7. 請求項６に記載の電気二重層キャパシタ装置であって、
    前記接続片は、前記板材の一端側に固定され、前記板材は他端側が前記電極板に固定されることで、前記板材はその他端側が電極板に対し移動可能であることを特徴とする電気二重層キャパシタ装置。
  8. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の電気二重層キャパシタ装置であって、
    前記接続片は、前記２枚の電極板により挟み込んで固定することを特徴とする電気二重層キャパシタ装置。
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