JP2007048928A - 電気二重層キャパシタの保護装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電気二重層キャパシタにおいて、内部ガスの発生によりアルミラミネートフィルムが大きく膨張したことを検出する。
【解決手段】 電気二重層キャパシタ１０に導電接触部２０を備え、導電接触部２０同士が対向するように複数の電気二重層キャパシタ１０を配置する。ガス発生によりアルミラミネートフィルム１２が膨張して対向する導電接触部２０同士が接触すると、閉回路Ｒに電流が流れ、出力装置３１からは検出信号Ｄが出力される。この検出信号Ｄの出力により、内部ガスの発生を検知することができる。
【選択図】 図５

Description

本発明は電気二重層キャパシタの保護装置に関するものであり、電気二重層キャパシタ内部にガスが発生したことにより、外装体（アルミラミネートフィルム）が大きく膨張したという異常を、迅速・確実に検出して、安全策を採ることができるように工夫したものである。

電気二重層キャパシタは、鉛電池やニッケル水銀電池やリチウム電池などの二次電池と比較して、高出力時において安定した特性を有し、繰り返し使用しても劣化が極めて少ない等の特長を有する。

電気二重層キャパシタの構成材料は、有機系電解液、分極性電極（活性炭電極）、セパレータ及び封止構造材料で構成され、単セル当たりの電圧が２．３Ｖ〜２．７Ｖとなる範囲で使用される。
電気二重層キャパシタをより高圧で使用するために、いくつかの単セルをバイポーラ型電極で直列接続化したキャパシタユニットとしている。キャパシタユニットは周囲からの水分侵入を防止する目的で、アルミラミネートフィルムで覆っている。つまり、外装体としてアルミラミネートフィルムを使用している。

電気二重層キャパシタは長期間使用すると、電解液の分解生成物である二酸化炭素や一酸化炭素などのガスを発生する。そのガスはキャパシタユニット（単セルを直列接続したもの）とアルミラミネートフィルムの間に溜まり、アルミラミネートフィルムを膨張させる。

そのため、従来の技術では、電気二重層キャパシタの破裂等を防ぐため、アルミラミネートフィルムの溶着幅を狭めることで溶着強度を弱めた部分（放圧構造）を用意し、ガス圧力が高くなった場合には、溶着強度の弱い放圧構造が作動して（溶着していたアルミラミネートフィルムが剥離して開口し）ガスを放出させるか、または、外装体に放圧弁を追加するなどの受動的な対策を施している。

特開２００２−１５１０２０

ところで従来の技術よりなる電気二重層キャパシタには以下の問題点がある。
放圧構造を有するアルミラミネートフィルムは、電気二重層キャパシタの内部から発生するガスを内包して膨張する。そうすると、放圧構造が作動し（ガス圧力により開口し）、ラミネートフィルムの外側にガスが抜けるが、そのとき同時に、外部から水分を伴った空気が電気二重層キャパシタ内に侵入しやすくなる。このように水分を伴った空気が電気二重層キャパシタ内に侵入すると、電気二重層キャパシタが所定の性能を発揮できなくなるおそれがある。

また機器装置内（例えば電源装置内）に電気二重層キャパシタを設置した場合においては、電気二重層キャパシタが持つラミネートフィルムの放圧構造が作動しても、機器装置の外部にそれを知らせることができないという問題もあった。

上記課題を解決する本発明の構成は、電気二重層キャパシタの外装体であるラミネートフィルムに、この電気二重層キャパシタと電気的に絶縁された状態で導電接触部を備えると共に、この導電接触部から引き出されるリード線を備え、
前記導電接触部及びリード線を備えた複数の電気二重層キャパシタを、導電接触部同士が対向する状態で配置し、
しかも、複数の前記電気二重層キャパシタの配置状態は、電気二重層キャパシタ内にガスが発生してこのガスの圧力によりラミネートフィルムが膨張した時には対向する導電接触部同士が接触し、ラミネートフィルムが膨張していない時には対向する導電接触部同士が離間する配置状態になっていることを特徴とする。

また本発明の構成は、電気二重層キャパシタの外装体であるラミネートフィルムに、この電気二重層キャパシタと電気的に絶縁された状態で導電接触部を備えると共に、この導電接触部から引き出されるリード線を備え、
固定導電接触部を、前記電気二重層キャパシタに対して固定した位置に配置し、この固定導電接触部から引き出されるリード線を備え、
前記電気二重層キャパシタと前記固定導電接触部を、前記導電接触部と前記固定導電接触部とが対向する状態で配置し、
しかも、前記電気二重層キャパシタと前記固定導電接触部の配置状態は、電気二重層キャパシタ内にガスが発生してこのガスの圧力によりラミネートフィルムが膨張した時には対向する導電接触部と固定導電接触部とが接触し、ラミネートフィルムが膨張していない時には対向する導電接触部と固定導電接触部とが離間する配置状態になっていることを特徴とする。

また本発明の構成は、上記した対向する導電接触部により形成される開閉接点と、電源と、出力装置により閉回路を形成し、
前記出力回路は、前記閉回路に電流が流れた時に、検出信号を出力することを特徴とする。

また本発明の構成は、上記した対向する導電接触部により形成される開閉接点と、電源と、出力装置により閉回路を形成し、
更に、前記電気二重層キャパシタ内にガスが発生したときに、このガスを排気する排気手段を備え、
前記出力回路は、前記閉回路に電流が流れた時に、検出信号を出力すると共に、前記排気手段を予め決めた一定時間だけ作動させることを特徴とする。

また本発明の構成は、上記した対向する導電接触部により形成される開閉接点の代わりに、上記した対向する導電接触部と固定導電接触部により形成される開閉接点とすることを特徴とする。

本発明によれば、ガス発生によりラミネートフィルムが大きく膨張した場合には、対向する導電接触部同士、または対向する導電接触部と固定導電接触部同士が接触するため、この接触をリード線を介して機器外部から検出することにより、ガス発生を確実・迅速に検出することができる。

また、対向する導電接触部同士により形成した開閉接点、または対向する導電接触部と固定導電接触部同士により形成した開閉接点と、電源と、出力装置とにより閉回路を形成し、開閉接点が閉じて閉回路に電流が流れたときに、出力装置から検出信号を出力するようにしたので、この検出信号をもとに、ガス発生によりラミネートフィルムが大きく膨張したことを、機器外部から確実・迅速に検出することができる。

更に、電気二重層キャパシタ内のガスを排気する排気手段を備え、開閉接点が閉じて閉回路に電流が流れた際に、出力装置の制御により排気手段を一定時間作動させて、電気二重層キャパシタからガス排気をするようにしたので、より安全性が向上する。

以下に本発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づき説明する。

まず初めに、本発明の電気二重層キャパシタの保護装置に用いる、電気二重層キャパシタ１０を、正面図である図１及び側面断面図である図２を参照して説明する。両図に示すように電気二重層キャパシタ１０のキャパシタユニット１１は、複数の単セルを直列接続して構成したものである。このキャパシタユニット１１は、外装体であるアルミラミネートフィルム１２で覆われて減圧封止されている。リード端子１３はキャパシタユニット１１に接続されており、アルミラミネートフィルム１２の外部にまで導出されている。更に、キャパシタユニット１１には有機系電解質が充填されている。
このような電気二重層キャパシタ１０では、長期間使用すると、電解液からガスが発生し、このガスのガス圧が高くなると、アルミラミネートフィルム１２が外側に膨張する。

更に、電気二重層キャパシタ１０のアルミラミネートフィルム１２の表面（外側面）には、導電接触部２０が備えられている。この導電接触部２０は、例えば接着材により金属箔をアルミラミネートフィルム１２に接着して形成したものであり、電気二重層キャパシタ１０とは電気的に絶縁されている。この導電接触部２０からはリード線２１が引き出されている。即ち、通常の電気二重層キャパシタ１０に、導電接触部２０とリード線２１を備えている。

上記構成の電気二重層キャパシタ１０により保護装置を構成するには、平面図である図３に示すように、複数（図３の例では2個）の電気二重層キャパシタ１０を、導電接触部２０同士が対向する状態で、機器装置内（例えば電源装置内）に配置する。しかも、複数の電気二重層キャパシタ１０の配置状態は、図４に示すように、電気二重層キャパシタ１０内にガスが発生してこのガス圧によりアルミラミネートフィルム１２が膨張した時には、対向する導電接触部２０同士が接触し、図３に示すように、アルミラミネートフィルム１２が膨張していない時（内部ガスが発生していない時）には、対向する導電接触部２０同士が離間するような配置状態にしている。

なお、図４に示すように、導電接触部２０同士が接触する状態にまで、アルミラミネートフィルム１２が膨張しても、アルミラミネートフィルム１２はこの程度の膨張に耐えることができ破断することはない。逆に言えば、アルミラミネートフィルム１２が破断しない程度に膨張したところで、導電接触部２０同士が接触するように、電気二重層キャパシタ１０の配置位置を設定している。

上記構成となっているため、リード線２１を機器装置の外部にまで導き、リード線２１をセンサ等に接続しておけば、対向する導電接触部２０同士の接離を、機器装置の外部にて検出することができる。つまり、対向する導電接触部２０同士が接触したことを検出したら、ガス発生によりアルミラミネートフィルム１２が膨張したこと、即ち電気二重層キャパシタ１０内にガスが発生したことを判定することができる。センサ等としては、導電接触部２０同士の接離を電気的に検出する各種のセンサを利用することができる。このようにして、機器装置の外部にてガス発生を検出することができる。

次に本発明に係る電気二重層キャパシタの保護装置のより具体的な例を、図５を参照して説明する。図５に示すように、機器装置内に配置されたＮｏ１〜Ｎｏ４の電気二重層キャパシタ１０には、それぞれ導電接触部２０が備えられており、各導電接触部２０からはリード線２１が導出されている。

Ｎｏ１とＮｏ２の電気二重層キャパシタ１０は、導電接触部２０同士が対向する状態で配置されており、内部にガスが発生していない時には、対向する導電接触部２０同士が離間し、内部にガスが発生してアルミラミネートフィルム１２が膨張した時には、対向する導電接触部２０同士が接触するような位置に配置されている。そしてＮｏ１の電気二重層キャパシタ１０の導電接触部２０と、Ｎｏ２の電気二重層キャパシタ１０の導電接触部２０とが、ガス圧の有無により接離することにより、第1の開閉接点ＳＷ１が構成されている。

同様に、Ｎｏ３とＮｏ４の電気二重層キャパシタ１０は、導電接触部２０同士が対向する状態で配置されており、内部にガスが発生していない時には、対向する導電接触部２０同士が離間し、内部にガスが発生してアルミラミネートフィルム１２が膨張した時には、対向する導電接触部２０同士が接触するような位置に配置されている。そしてＮｏ３の電気二重層キャパシタ１０の導電接触部２０と、Ｎｏ４の電気二重層キャパシタ１０の導電接触部２０とが、ガス圧の有無により接離することにより、第２の開閉接点ＳＷ２が構成されている。

更に、電源３０と、開閉接点ＳＷ１，ＳＷ２と、出力装置３１とが電気的に接続されて閉回路Ｒを構成している。なお、開閉接点ＳＷ１と開閉接点ＳＷ２とは、並列接続されている。つまり、上記閉回路Ｒの中に、並列接続されている開閉接点ＳＷ１，ＳＷ２が取り込まれている。

図５に示す保護装置では、開閉接点ＳＷ１と開閉接点ＳＷ２のうちの少なくとも一方が閉状態になると、閉回路Ｒに電流が流れる。このように閉回路Ｒに電流が流れると、出力装置３１は、機器装置の外部や、このキャパシタ利用回路に対して、検出信号Ｄを出力する。つまり、電気二重層キャパシタ１０の内部にガスが発生してアルミラミネートフィルム１２が膨張する異常が発生したことを示す検出信号Ｄを出力する。この検出信号Ｄの出力により、電気二重層キャパシタ１０の運転を停止する等の安全策を施すことができる。

図６は、保護装置の変形例であり、Ｎｏ１とＮｏ３の電気二重層キャパシタ１０には、その一面にのみ導電接触部２０を備えているが、Ｎｏ２の電気二重層キャパシタ１０には、その両面に導電接触部２０を備えている。

そしてＮｏ１の電気二重層キャパシタ１０の導電接触部２０と、Ｎｏ２の電気二重層キャパシタ１０の一方の導電接触部２０とが、ガス圧の有無により接離することにより、第1の開閉接点ＳＷ１１が構成されている。また、Ｎｏ３の電気二重層キャパシタ１０の導電接触部２０と、Ｎｏ２の電気二重層キャパシタ１０の他方の導電接触部２０とが、ガス圧の有無により接離することにより、第２の開閉接点ＳＷ１２が構成されている。
他の部分の構成は、図５に示すものと同様である。

図６に示す保護装置では、開閉接点ＳＷ１１と開閉接点ＳＷ１２のうちの少なくとも一方が閉状態になると、閉回路Ｒに電流が流れる。このように閉回路Ｒに電流が流れると、出力装置３１は、機器装置の外部や、このキャパシタ利用回路に対して、検出信号Ｄを出力する。つまり、電気二重層キャパシタ１０の内部にガスが発生してアルミラミネートフィルム１２が膨張する異常が発生したことを示す検出信号Ｄを出力する。この検出信号Ｄの出力により、電気二重層キャパシタ１０の運転を停止する等の安全策を施すことができる。

次に本発明に係る電気二重層キャパシタの保護装置の第3の実施例を、図７を参照して説明する。図７に示すように、収納ハードケース５０内には、電気二重層キャパシタ１０と固定電極接触部４０が固定配置されている。

電気二重層キャパシタ１０のアルミラミネートフィルム１２の表面には導電接触部２０が備えられている。この導電接触部２０からはリード線２１が引き出されており、このリード線２１は収納ハードケース４１の外部にまで導出されている。
一方、固定導電接触部４０は、導電接触部２０に対向する位置に配置されている。この固定導電接触部４０からはリード線４１が引き出されており、このリード線４１は収納ハードケース４１の外部にまで導出されている。

しかも、電気二重層キャパシタ１０と固定導電接触部４０の配置位置は、導電接触部２０と固定導電接触部４０が対向する状態で配置されており、電気二重層キャパシタ１０の内部にガスが発生していない時には、対向する導電接触部２０と固定導電接触部１０が離間し、電気二重層キャパシタ１０の内部にガスが発生してアルミラミネートフィルム１２が膨張した時には、対向する導電接触部２０と固定導電接触部４０が接触するような位置に配置されている。導電接触部２０と固定導電接触部４０とが、ガス圧の有無により接離することにより、開閉接点ＳＷ２１が構成されている。

更に、電源３０と、開閉接点ＳＷ２１と、出力装置３１とが電気的に接続されて閉回路Ｒを構成している。

図７に示す保護装置では、開閉接点ＳＷ２１が閉状態になると、閉回路Ｒに電流が流れる。このように閉回路Ｒに電流が流れると、出力装置３１は、機器装置の外部や、このキャパシタ利用回路に対して、検出信号Ｄを出力する。つまり、電気二重層キャパシタ１０の内部にガスが発生してアルミラミネートフィルム１２が膨張する異常が発生したことを示す検出信号Ｄを出力する。この検出信号Ｄの出力により、電気二重層キャパシタ１０の運転を停止する等の安全策を施すことができる。

次に本発明に係る電気二重層キャパシタの保護装置の第４の実施例を、図８を参照して説明する。この第4の実施例は、図５に示す第2の実施例に構成を追加して更に改良したものである。

第4の実施例では、各電気二重層キャパシタ１０には、アルミラミネートフィルム１２による減圧封止状態を確保しつつ、アルミラミネートフィルム１２の外部と内部とを連通する連通管７０が備えられている。そして、各連通管７０は、配管７１を介して真空ポンプ６０に接続されている。

出力装置２１は、タイマーやリレー等を内蔵して構成されており、閉回路Ｒに電流が流れると検出信号Ｄを出力すると共に、ポンプ作動信号Ｓを出力する。このポンプ作動信号Ｓは、閉回路Ｒに電流が流れ始めてから、タイマーにより設定したタイマー時間が経過するまで出力されるようにしている。
真空ポンプ６０は、ポンプ作動信号Ｓを受けている期間中に作動し、真空引き動作をする。
他の部分の構成は、図５に示す第2の実施例と同様である。

図８に示す保護装置では、開閉接点ＳＷ１と開閉接点ＳＷ２のうちの少なくとも一方が閉状態になると、閉回路Ｒに電流が流れる。このように閉回路Ｒに電流が流れると、出力装置３１は、機器装置の外部や、このキャパシタ利用回路に対して、検出信号Ｄを出力する。つまり、電気二重層キャパシタ１０の内部にガスが発生してアルミラミネートフィルム１２が膨張する異常が発生したことを示す検出信号Ｄを出力する。この検出信号Ｄの出力により、電気二重層キャパシタ１０の運転を停止する等の安全策を施すことができる。

また閉回路Ｒに電流が流れると、出力装置３１は、予め設定したタイマー時間だけ、ポンプ作動信号Ｓを出力する。このため、ポンプ作動信号Ｓが出力されている期間において、真空ポンプ６０が作動して、電気二重層キャパシタ２０内に発生したガスを、連通管７０及び配管７１を介して効果的に吸引・排気することができる。このように、真空吸引によりガスを排気することにより、膨張していたアルミラミネートフィルム１２の膨張がおさまり開閉接点ＳＷ1，ＳＷ２が開状態に戻る。つまり、発生したガスを積極的に排気することにより、アルミラミネートフィルム１２の膨張を無くして安全性を更に向上させている。

なお、図７に示す第4の実施例においても、ガス発生時にガスを積極的に吸引・排気するようにしてもよい。

本発明に用いる電気二重層キャパシタを示す正面図。 本発明に用いる電気二重層キャパシタを示す側面断面図。 本発明の実施例１に係る電気二重層キャパシタの保護装置を示す平面図。 本発明の実施例１に係る電気二重層キャパシタの保護装置を示す平面図。 本発明の実施例２に係る電気二重層キャパシタの保護装置を示す構成図。 本発明の実施例３に係る電気二重層キャパシタの保護装置の変形例を示す構成図。 本発明の実施例４に係る電気二重層キャパシタの保護装置を示す構成図。 本発明の実施例５に係る電気二重層キャパシタの保護装置を示す構成図。

符号の説明

１０ 電気二重層キャパシタ
１１ キャパシタユニット
１２ アルミラミネートフィルム
１３ リード端子
２０ 導電接触部
２１ リード線
３０ 電源
３１ 出力装置
４０ 固定導電接触部
４１ リード線
５０ 収納ハードケース
６０ 真空ポンプ
７０ 連通管
７１ 配管
Ｒ 閉回路
ＳＷ1，ＳＷ２，ＳＷ１１，ＳＷ１２，ＡＷ２１
Ｄ 検出信号
Ｓ ポンプ作動信号

Claims (5)

1. 電気二重層キャパシタの外装体であるラミネートフィルムに、この電気二重層キャパシタと電気的に絶縁された状態で導電接触部を備えると共に、この導電接触部から引き出されるリード線を備え、
   前記導電接触部及びリード線を備えた複数の電気二重層キャパシタを、導電接触部同士が対向する状態で配置し、
   しかも、複数の前記電気二重層キャパシタの配置状態は、電気二重層キャパシタ内にガスが発生してこのガスの圧力によりラミネートフィルムが膨張した時には対向する導電接触部同士が接触し、ラミネートフィルムが膨張していない時には対向する導電接触部同士が離間する配置状態になっていることを特徴とする電気二重層キャパシタの保護装置。
2. 電気二重層キャパシタの外装体であるラミネートフィルムに、この電気二重層キャパシタと電気的に絶縁された状態で導電接触部を備えると共に、この導電接触部から引き出されるリード線を備え、
   固定導電接触部を、前記電気二重層キャパシタに対して固定した位置に配置し、この固定導電接触部から引き出されるリード線を備え、
   前記電気二重層キャパシタと前記固定導電接触部を、前記導電接触部と前記固定導電接触部とが対向する状態で配置し、
   しかも、前記電気二重層キャパシタと前記固定導電接触部の配置状態は、電気二重層キャパシタ内にガスが発生してこのガスの圧力によりラミネートフィルムが膨張した時には対向する導電接触部と固定導電接触部とが接触し、ラミネートフィルムが膨張していない時には対向する導電接触部と固定導電接触部とが離間する配置状態になっていることを特徴とする電気二重層キャパシタの保護装置。
3. 請求項１における対向する導電接触部により形成される開閉接点と、電源と、出力装置により閉回路を形成し、
   前記出力回路は、前記閉回路に電流が流れた時に、検出信号を出力することを特徴とする電気二重層キャパシタの保護装置。
4. 請求項１における対向する導電接触部により形成される開閉接点と、電源と、出力装置により閉回路を形成し、
   更に、前記電気二重層キャパシタ内にガスが発生したときに、このガスを排気する排気手段を備え、
   前記出力回路は、前記閉回路に電流が流れた時に、検出信号を出力すると共に、前記排気手段を予め決めた一定時間だけ作動させることを特徴とする電気二重層キャパシタの保護装置。
5. 請求項３または請求項４において、
   請求項１における対向する導電接触部により形成される開閉接点の代わりに、請求項２における対向する導電接触部と固定導電接触部により形成される開閉接点とすることを特徴とする電気二重層キャパシタの保護装置。
   

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