JP2008204981A - Capacitor unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、キャパシタにより電力を蓄え、補助電源等として利用されるキャパシタユニットに関するものである。 The present invention relates to a capacitor unit that stores electric power with a capacitor and is used as an auxiliary power source or the like.
近年、環境保護の観点よりハイブリッドシステムやアイドリングストップシステムを搭載した車両が開発されているが、これらのシステムは車両の制動エネルギーを電気エネルギーとして回生したり、高出力モータを駆動する等の動作を行うため、電気エネルギーを一時的に蓄電素子に蓄える構成が必要である。 In recent years, vehicles equipped with a hybrid system and an idling stop system have been developed from the viewpoint of environmental protection, but these systems regenerate the braking energy of the vehicle as electric energy or drive a high output motor. In order to do so, it is necessary to have a configuration in which electrical energy is temporarily stored in the storage element.
このような構成として、例えば電池に電気エネルギーを蓄えて情報処理装置のバックアップを行うバッテリユニットが特許文献1に記載されている。 As such a configuration, for example, Patent Document 1 describes a battery unit that stores electrical energy in a battery and backs up an information processing apparatus.
このバッテリユニットは、図7に示すように、両端面に電極を有する複数個の電池1と、この複数個の電池1を電気的に接続する板状金属からなるバスバー2とを備えていた。 As shown in FIG. 7, this battery unit was provided with a plurality of batteries 1 having electrodes on both end faces, and a bus bar 2 made of a plate metal that electrically connected the plurality of batteries 1.
そして、このバスバー2が複数個の電池1の両端に交互に配置され、さらにバスバー2により接続された複数個の電池1を複数段接続するとともに水平方向に寝かせて配置した構成となっていた。さらに、各段の間には短絡を防ぐため、絶縁シート3が設けられていた。
The bus bars 2 are alternately arranged at both ends of the plurality of batteries 1, and the plurality of batteries 1 connected by the bus bar 2 are connected in a plurality of stages and placed in the horizontal direction. Further, an
以上の構成により、このバッテリユニットは通常時に電池に電気エネルギーを蓄えておき、停電などで電力供給源が異常を示した際、情報処理装置に電力を供給していた。
確かに上記バッテリユニットは、停電時等に情報処理装置等へ必要な電力をバックアップしシステムダウンを防ぐことができるが、このバッテリユニットを車両に用いると、以下のような問題点が発生する。 Certainly, the battery unit can back up necessary power to the information processing apparatus or the like in the event of a power failure or the like to prevent the system from going down. However, when this battery unit is used in a vehicle, the following problems occur.
すなわち、車両の回生システムにおいては、急変する制動エネルギーを電気エネルギーとして蓄電素子に蓄える必要があり、またモータ駆動補助の場合は車両を急加速させるだけの電気エネルギーを供給する必要があるため、用いられる蓄電素子には急速充放電特性が求められるが、上記従来のバッテリユニットの蓄電素子として用いられていた電池1は急速充放電特性が劣る。 That is, in a vehicle regenerative system, it is necessary to store suddenly changing braking energy as electrical energy in a power storage element, and in the case of motor drive assistance, it is necessary to supply electrical energy only to accelerate the vehicle. However, the battery 1 used as the storage element of the conventional battery unit is inferior in rapid charge / discharge characteristics.
これに対し、電池1の替わりに急速充放電が可能なキャパシタを用いる構成とすればよいのであるが、キャパシタは両端電圧が所定値よりも高くなった場合、特性劣化が促進する可能性がある。したがって、キャパシタを用いる場合は、各キャパシタの両端電圧を測定し、制御するための電圧バランス回路を設ける必要がある。これを、従来のバッテリユニットの構成に適用するとバスバー2がキャパシタの両端部分4に交互に設けられるため、電圧バランス回路を備えた回路基板もキャパシタの両端部分4に設ける必要があり、この結果キャパシタユニットが大型化・重量化してしまうという課題があった。 On the other hand, instead of the battery 1, a configuration using a capacitor capable of rapid charging / discharging may be used. However, when the voltage at both ends of the capacitor becomes higher than a predetermined value, deterioration of characteristics may be promoted. . Therefore, when using capacitors, it is necessary to provide a voltage balance circuit for measuring and controlling the voltage across each capacitor. When this is applied to the configuration of a conventional battery unit, the bus bars 2 are alternately provided at both end portions 4 of the capacitor. Therefore, it is necessary to provide a circuit board having a voltage balance circuit at both end portions 4 of the capacitor. There was a problem that the unit was increased in size and weight.
そこで、本発明は、キャパシタユニットを小型軽量化することを目的とするものである。 In view of the above, an object of the present invention is to reduce the size and weight of a capacitor unit.
そして、この目的を達成するために本発明は、両端面に電極を有するとともに並設配置された複数個のキャパシタと、これら複数個のキャパシタのうち隣り合うキャパシタの一方の電極同士を電気的に接続する第一のバスバーと、前記複数個のキャパシタのうち隣り合うキャパシタの他方の電極同士を電気的に接続する第二のバスバーと、前記複数個のキャパシタの一方の電極側または他方の電極側に配置される回路基板と、前記第一のバスバーと前記回路基板を接続する第一の導電部と、前記第二のバスバーと前記回路基板を接続する第二の導電部とを備えた構成とした。 In order to achieve this object, the present invention electrically connects a plurality of capacitors having electrodes on both end faces and arranged in parallel, and one electrode of adjacent capacitors among the plurality of capacitors. A first bus bar to be connected; a second bus bar to electrically connect the other electrodes of adjacent capacitors among the plurality of capacitors; and one electrode side or the other electrode side of the plurality of capacitors. A circuit board disposed on the first bus bar; a first conductive part that connects the first bus bar and the circuit board; and a second conductive part that connects the second bus bar and the circuit board; did.
上記構成により本発明は、一方の端面側に配置された回路基板のみで各キャパシタの両端電圧の測定及び制御が可能となるので、キャパシタユニットを小型軽量化することができる。 With the above configuration, according to the present invention, the voltage across the capacitor can be measured and controlled only by the circuit board disposed on one end face side, so that the capacitor unit can be reduced in size and weight.
(実施の形態1)
以下、本発明の実施の形態1におけるキャパシタユニットの構成について図面を用いて説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, the configuration of the capacitor unit according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1において、複数個のキャパシタ5は、直径3cmの円柱形状の電気二重層コンデンサであり、これにより電力を蓄えている。なお、キャパシタ5の円柱部分及び端面部分はともにアルミニウムで構成されている。このキャパシタ5は、いずれか一端面が正極、他端面が負極になるように電極が構成されており、実施の形態1ではキャパシタ5同士を直列に接続するため、隣り合うキャパシタ5の端面の極性が互いに異なるように配置されている。キャパシタ5の上部端面6と一体形成された半円状の突出部7は、端面周囲部8よりその高さが高くなるように構成している。また、端面周囲部8にて正極と負極との絶縁を確保する構成としている。なお、キャパシタ5の下部端面9には突出部を設けていない。さらに、キャパシタ5の上部端面には調圧弁10が設けられている。調圧弁10は、キャパシタ5内部の電解液が気化した際に、調圧弁10の外表面に設けられた放出孔10aより気化した電解液を放出し、キャパシタ5内部の圧力が上昇するのを防ぐ。
In FIG. 1, a plurality of
第一のバスバー11は、キャパシタ5の上部に配置され、隣り合うキャパシタ5の突出部7同士を電気的に接続している。第一のバスバー11の上面には突起状の第一の導電部13が一体形成されている。この第一の導電部13は後述する回路基板とハンダ付けにより接続するため、錫メッキが施されており、第一の導電部13を回路基板と接続することで第一のバスバー11における電圧値を検知することができる。
The
一方、第二のバスバー14は、キャパシタ5の下部に配置され、隣り合うキャパシタ5の下部端面9同士を電気的に接続している。第二のバスバー14は板状の第二の導電部15が一体形成されている。この第二の導電部15は、第一の導電部13と同様に、先端部にあたる端子部15aが錫メッキされており、端子部15aを後述する回路基板と接続することで第二のバスバー14における電圧値を検知することができる。なお、第二の導電部15には屈曲部15bが設けてあり、この屈曲部15bが振動や熱による応力を吸収し、第二の導電部15自体や、端子部15aと後述する回路基板とのハンダ付け部の破損の可能性を低減することができる。
On the other hand, the
また、L字状バスバー16は最も端に位置するキャパシタ5の突出部7と接続され、さらに外部配線と電気的に接続するためにL字状バスバーネジ孔16aが設けられている。外部配線との接続に関しては後述する。
The L-
なお、これら第一のバスバー11、第二のバスバー14、及びL字状バスバー16はキャパシタ5の電極との溶接接合性を向上させるため、キャパシタ5の円柱部分及び端面部分と同一のアルミニウム製であり、アルミニウム板をプレス成型することで得られる。本実施の形態1では第一のバスバー11、第二のバスバー14、及びL字状バスバー16をアルミニウム製としたが、キャパシタ5の電極と同一であればアルミニウム以外の金属でも良い。
The
上部ケース17は樹脂で構成され、キャパシタ5の上部を挿入することにより固定される。この上部ケース17には第一のバスバー11及びL字状バスバー16と突出部7を接続するための第一のバスバー開口部18及びL字状バスバー開口部19が設けられている。また、上部ケース17には第二の導電部孔20が設けてあり、第二の導電部15はこの第二の導電部孔20に挿入されることで固定される。なお、図1において上部ケース17の左端部にはインサートナット21が埋め込まれており、このインサートナット21によりL字状バスバー16と外部バスバー(後述する)が電気的、機械的に接続される。また、L字状バスバー開口部19近くには上部固定ネジ孔22が設けられている。上部固定ネジ孔22の位置に固定棒23を配置し、上から上部固定ネジ24を締め込むことで、固定棒23と上部ケース17は固定される。この際、L字状バスバー16と上部固定ネジ24が接触しないように上部固定ネジ24は皿ネジとしている。なお、図示していないが、上部ケース17の右端部にも固定棒23を取り付けるための上部固定ネジ孔が設けられている。
The
下部ケース25も上部ケース17と同様、樹脂で構成されている。下部ケース25の上面には円形の保持穴26が設けられており、キャパシタ5の下部は保持穴26に挿入、固定される。また、この下部ケース25の側面には切り欠き部27が設けられており、第二のバスバー14と一体形成された第二の導電部15はこの切り欠き部27に挿入される。なお、上部ケース17と同様、図1において下部ケース25の左端部には下部固定ネジ孔28が設けられており、この下部固定ネジ孔28の位置に配置された固定棒23に皿ネジからなる下部固定ネジ29を締め込むことで、固定棒23と下部ケース25は固定される。また、図示していないが下部ケース25の右端部にも固定棒23を取り付けるための下部固定ネジ孔が設けられている。
Similarly to the
以上の構成部品を組み立てた状態を図2に示す。上部ケース17と下部ケース25は固定棒23によって接続されており、キャパシタ5は上部ケース17と下部ケース25に挟持されることで強固に固定されている。
FIG. 2 shows a state where the above components are assembled. The
第一のバスバー11及びL字状バスバー16はキャパシタ5の上端面に設けられた突出部7に被さっている。ここで、第一のバスバー11及びL字状バスバー16と突出部7との接続は図2の×印で示す部分をレーザ溶接することで行われ、これによりキャパシタ5との間の確実な電気的、機械的接続が得られる。なお、図2ではスポット状に多点を溶接している例を示したが、これは溶接位置を順次ずらして線状に溶接接続してもよい。この場合はスポット状に比べ接続信頼性が向上する。また、図示はしていないが、第二のバスバー14も同様にキャパシタ5の下端面と溶接されている。
The
このようにして形成されたキャパシタユニットは外部と配線するために、外部バスバー30と外部バスバーネジ孔30aをネジ31でインサートナット21に締め込んで固定している。この際、L字状バスバー16を介して固定しているので、外部バスバー30とL字状バスバー16が電気的に接続される。なお、外部バスバー30には外部バスバー屈曲部30bが形成されている。これにより、振動や熱による応力を外部バスバー屈曲部30bが吸収し、外部バスバー30に破損が生じる可能性を低減することができる。
In order to wire the capacitor unit formed in this way to the outside, the
ここで、第二の導電部15は第二の導電部孔20に挿入されているので、上部ケース17の上面からは端子部15aが突出している。また、第二の導電部15に設けられた屈曲部15bは上部ケース17と下部ケース25の間に位置している。この状態で端子部15a及び第一の導電部13を、回路基板32に設けられた第一の導電部孔33及び端子孔34に挿入しハンダ付けすることで、第一のバスバー11、第二のバスバー14、及びL字状バスバー16が回路基板32と電気的に接続される。
Here, since the second
回路基板32は、各キャパシタ5の電圧を測定し制御するための電圧バランス回路(図示せず)を有している。
The
ここまで組み立てることにより、図3に示されるようにキャパシタユニットが完成する。 By assembling so far, the capacitor unit is completed as shown in FIG.
次に、図3の点線で示した四角形部分の断面図を図4に示す。 Next, FIG. 4 shows a cross-sectional view of a rectangular portion indicated by a dotted line in FIG.
前述のように、突出部7は端面周囲部8よりその高さが高く設けられているので、図4より明らかなように第一のバスバー11は端面周囲部8と接触して、短絡することはない。
As described above, since the
また、調圧弁10は上部ケース17の一部のカバー部17aと対向させて覆っているので、回路基板32及び第一のバスバー11とは隔てて構成されることになる。これにより、調圧弁10から気化したキャパシタ5内部の電解液が放出されても、第一のバスバー11や回路基板32に付着することがなく、これらの腐食可能性が低減し高信頼性が得られる。さらに、調圧弁10は端面周囲部8よりその高さが低く、調圧弁10の上部に配置された上部ケース17との間に空隙が存在する。したがって、放出孔10aが塞がれることがないので、放出孔10aから気化した電解液を正常に放出することができる。
Further, since the
また、下部ケース25の底面の厚さは第二のバスバー14の厚さよりも厚く設けているので、第二のバスバー14はキャパシタ5及び下部ケース25以外に接触しない。従って、第二のバスバー14からの漏電を防止でき、高信頼性が得られる。
In addition, since the thickness of the bottom surface of the
次に、本発明の実施の形態1におけるキャパシタユニットの動作について以下に説明する。 Next, the operation of the capacitor unit in the first embodiment of the present invention will be described below.
前述したように、キャパシタ5は両端電圧が高くなりすぎると特性の劣化が進行する可能性があり、この特性劣化を防ぐためには第一のバスバー11と第二のバスバー14の電圧を順次測定し、キャパシタ5の両端電圧を制御しなければならない。これを一枚の回路基板32によって行うことで、本実施の形態1ではキャパシタユニットを小型軽量化している。
As described above, if the voltage at both ends of the
次に、本発明の実施の形態1における効果を以下に説明する。 Next, the effect in Embodiment 1 of this invention is demonstrated below.
まず、本実施の形態1では、一枚の回路基板32にて各キャパシタ5の両端電圧を測定することができ、キャパシタユニットの小型軽量化が可能となる。
First, in Embodiment 1, the voltage across each
これは、第一の導電部13を介して第一のバスバー11と回路基板32の電圧バランス回路とを電気的に接続するとともに、同様に第二の導電部15を介して第二のバスバー14と回路基板32の電圧バランス回路とを電気的に接続し、各キャパシタ5の両端電圧を測定していることによる。この構成により、上部ケース17の上側に配置された回路基板32のみで各キャパシタ5の両端電圧を測定できる。その結果、キャパシタユニットを小型軽量化することができる。
This electrically connects the
さらに、第一の導電部13及び第二の導電部15はそれぞれ第一のバスバー11及び第二のバスバー14と一体形成された構成としている。これにより、第一の導電部13及び第二の導電部15はそれぞれ第一のバスバー11及び第二のバスバー14と確実に接続され、接続部分での破損の可能性を低減することができる。特に、キャパシタユニットが車両に搭載された場合、車両の振動がキャパシタユニットに伝達することが予想されるため、この構成は有用である。
Further, the first
なお、図5(a)、(b)に示すように、第二のバスバー14と第二の導電部15を別体とし、溶接接続してもよい。この構成においても、第二のバスバー14と第二の導電部15は確実に接続される。さらに、第二のバスバー14と第二の導電部15は溶接接合性を良好なものとするために同じ金属で構成されていることが好ましく、さらに図5(a)に示す溶接部分35の面積を大きくすることで、より確実に第二のバスバー14と第二の導電部15を接続できる。
In addition, as shown to Fig.5 (a), (b), the 2nd bus-
また、本実施の形態1ではキャパシタ5が互いに平行な縦置き状態で配置されるとともに調圧弁10が上側になるように配置する構成としている。このことにより、調圧弁10から電解液が漏れる可能性が低減でき、高信頼性が得られる。
Moreover, in this Embodiment 1, it is set as the structure which arrange | positions so that the
なお、キャパシタ5が互いに平行な横置き状態で配置されるとともに調圧弁10は一方の端面の中心よりも上側に配置される構成としてもよい。このようにキャパシタユニットを水平方向に配置した場合であっても、本発明の構成を用いることで、キャパシタ5の一方の端面側にのみ設けた回路基板32で各キャパシタ5の電圧を測定することが可能であり、キャパシタユニットを小型軽量化できる。さらに、調圧弁10がキャパシタ5の端面の中心よりも上側に配置されていることにより、調圧弁10から電解液が漏れる可能性を低減することができる。また、車両に搭載されるキャパシタユニットは、床下に搭載されることが多く、過酷な振動条件にさらされるとともに低背化が要求されるので、前述のようにキャパシタ5を平行な横置き状態とし全高を低くすれば、車両用のキャパシタユニットとして好適である。
In addition, it is good also as a structure by which the
なお、本発明の実施の形態1では円柱形状のキャパシタ5を採用したが、本発明はそれに限定されるものではなく、角柱形状あるいはその他の形状のキャパシタを採用してもよい。
Although the
(実施の形態2)
本実施の形態2と実施の形態1との違いは、図6に示すように第二の導電部15と回路基板32とをフレキシブルケーブル36を介して接続したことである。
(Embodiment 2)
The difference between the second embodiment and the first embodiment is that the second
このフレキシブルケーブル36の一方の端部には基板コネクタ37が設けられ、他方の端部にはバスバーコネクタ38が設けられている。そして、基板コネクタ37は回路基板32に実装されたソケット39に差し込まれるとともにバスバーコネクタ38は第二の導電部15の端部の端子部15aと接続される。これらにより、第二のバスバー14と回路基板32が電気的に接続される。
A
この構成によっても、上部ケース17の上側に配置された回路基板32のみでキャパシタ5の両端電圧を測定でき、キャパシタユニットを小型軽量化することができる。
Also with this configuration, the voltage across the
なお、フレキシブルケーブル36の替わりに基板コネクタ37とバスバーコネクタ38をそれぞれ両端に取り付けた電線を用いても同様の効果が得られる。
Note that the same effect can be obtained by using electric wires in which the
本発明にかかるキャパシタユニットは、各キャパシタの両端電圧を一枚の回路基板にて測定することができキャパシタユニットの小型軽量化が可能であるので、特に車両用の補助電源としてのキャパシタユニット等として有用である。 Since the capacitor unit according to the present invention can measure the voltage across each capacitor on a single circuit board and can reduce the size and weight of the capacitor unit, it is particularly suitable as a capacitor unit as an auxiliary power source for vehicles. Useful.
5 キャパシタ
6 上部端面
7 突出部
8 端面周囲部
9 下部端面
10 調圧弁
10a 放出孔
11 第一のバスバー
13 第一の導電部
14 第二のバスバー
15 第二の導電部
15a 端子部
15b 屈曲部
16 L字状バスバー
16a L字状バスバーネジ孔
17 上部ケース
18 第一のバスバー開口部
19 L字状バスバー開口部
20 第二の導電部孔
21 インサートナット
22 上部固定ネジ孔
23 固定棒
24 上部固定ネジ
25 下部ケース
26 保持穴
27 切り欠き部
28 下部固定ネジ孔
29 下部固定ネジ
30 外部バスバー
30a 外部バスバーネジ孔
30b 外部バスバー屈曲部
31 ネジ
32 回路基板
33 第一の導電部孔
34 端子孔
35 溶接部分
36 フレキシブルケーブル
37 基板コネクタ
38 バスバーコネクタ
39 ソケット
DESCRIPTION OF
Claims (6)
これら複数個のキャパシタのうち隣り合うキャパシタの一方の電極同士を電気的に接続する第一のバスバーと、
前記複数個のキャパシタのうち隣り合う他方の電極同士を電気的に接続する第二のバスバーと、
前記複数個のキャパシタの一方の電極側または他方の電極側に配置される回路基板と、
前記第一のバスバーと前記回路基板を接続する第一の導電部と、
前記第二のバスバーと前記回路基板を接続する第二の導電部とを備えたキャパシタユニット。 A plurality of capacitors having electrodes on both end faces and arranged in parallel;
A first bus bar that electrically connects one electrode of adjacent capacitors among the plurality of capacitors;
A second bus bar for electrically connecting the other electrodes adjacent to each other among the plurality of capacitors;
A circuit board disposed on one electrode side or the other electrode side of the plurality of capacitors;
A first conductive portion connecting the first bus bar and the circuit board;
A capacitor unit comprising the second bus bar and a second conductive portion connecting the circuit board.
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