JP2008204989A - Capacitor unit and manufacturing method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は主にハイブリッド自動車の蓄電装置等に利用されるキャパシタユニット、およびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a capacitor unit mainly used for a power storage device of a hybrid vehicle and a manufacturing method thereof.
近年、地球環境保護の観点から特にハイブリッド自動車の開発が急速に進められており、それに伴いモーターを駆動するための電力を貯蔵する蓄電装置について各種の提案がなされてきている。 In recent years, in particular, hybrid vehicles have been rapidly developed from the viewpoint of protecting the global environment, and various proposals have been made for power storage devices that store electric power for driving motors.
このような蓄電装置には主に二次電池が用いられているが、二次電池は急速充放電特性が不十分であるため、例えば急加速時ではモーターに素早く十分な電力を供給することが困難である。 Secondary batteries are mainly used in such power storage devices, but secondary batteries have insufficient rapid charge / discharge characteristics. For example, during rapid acceleration, sufficient power can be supplied to the motor. Have difficulty.
そこで、急速充放電特性に優れるキャパシタを併用して、キャパシタと二次電池の両方からモーターに電力を供給することにより、加速性能を向上するシステムが考案されている。また、二次電池の替わりにキャパシタのみで蓄電するシステムも提案されている。 In view of this, a system has been devised that improves acceleration performance by using a capacitor with excellent rapid charge / discharge characteristics and supplying power from both the capacitor and the secondary battery to the motor. In addition, a system for storing electricity using only a capacitor instead of a secondary battery has been proposed.
このようなシステムとすることで加速性能を向上することができるが、車両を加速したりハイブリッド走行する程の電力を蓄えるためには大容量のキャパシタが必要となり、さらに一般のキャパシタ電圧(2.2V程度)では電圧が低いので、複数のキャパシタを接続して電圧を上げる必要がある。従って、必要となる個々のキャパシタが大型化するとともに、それを複数個用いたキャパシタユニットとして構成しなければならない。この場合、複数の大型大容量キャパシタ(例えば直径5cm程度で容量が数1000F程度)を内蔵したキャパシタユニットは外寸が極めて大きくなってしまうため、これを車両に搭載するには例えば床下などのデッドスペースに配置する構成となる。 Although the acceleration performance can be improved by using such a system, a large-capacity capacitor is required in order to store electric power enough to accelerate the vehicle or perform hybrid running, and a general capacitor voltage (2. Since the voltage is low at about 2 V), it is necessary to increase the voltage by connecting a plurality of capacitors. Therefore, the required individual capacitors are increased in size and must be configured as a capacitor unit using a plurality of them. In this case, a capacitor unit including a plurality of large-capacity capacitors (for example, a diameter of about 5 cm and a capacity of about several thousand F) has an extremely large outer size. It becomes the composition arranged in the space.
これを実現するためにはキャパシタユニットを低背化する必要があるので、複数のキャパシタを水平方向に配置する構成が考えられる。このように配置した例が特許文献1に記載されている。これは停電時のバックアップ電源の例であるが、図11に示すようにバッテリ1を正極、負極が隣同士で互いに異なるように配置し、両極間を導電材2(バスバー)で順次接続することにより、複数のバッテリ(図11では7個)を直列に接続している。これを複数段(図11では4段)接続するとともに、各段の間には絶縁シート3を設けている。このようにして電池パック4が形成されている。以上の構成により、高電圧出力のバックアップ電源を薄型化(低背化)している。
このようなバックアップ電源は、例えば主に屋内で使用される情報処理装置用ラックの下部等の隙間に配置するバックアップ電源用としては確かに低背化が可能となり、情報処理装置とバックアップ電源の一体化に伴う全体の小型化に寄与できる。 Such a backup power source can certainly be reduced in height, for example, for a backup power source disposed in a gap such as a lower portion of an information processing device rack mainly used indoors, and the information processing device and the backup power source are integrated. Can contribute to the overall size reduction.
しかし、このような構成のバックアップ電源を車両に搭載する場合を考えると、特に車両振動に対する信頼性が不十分であると想定される。すなわち、各バッテリ1は導電材2によって接続されているのみであり、さらに各段の間には絶縁シート3が設けられているだけであるので、振動に対してバッテリ1を拘束固定する構造にはなっていない。従って、車両振動により質量の重いバッテリ1が動くことで導電材2に応力が集中し、導電材2やバッテリ1の電極が破損に至る可能性があった。これはバッテリ1を大型キャパシタに変更しても同様に破損する可能性が十分想定される。
However, considering the case where the backup power supply having such a configuration is mounted on a vehicle, it is assumed that reliability with respect to vehicle vibration is particularly insufficient. That is, since each battery 1 is only connected by the
従って、従来の低背バックアップ電源の構成では車両用として信頼性が不十分であるという課題があった。 Therefore, the configuration of the conventional low-profile backup power source has a problem that the reliability for the vehicle is insufficient.
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、信頼性の高い低背大容量キャパシタユニット、およびその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a highly reliable low-profile large-capacity capacitor unit and a method for manufacturing the same.
前記従来の課題を解決するために、本発明のキャパシタユニット、およびその製造方法は、まず両端面に電極を有する筒形状大容量キャパシタの一方の電極に設けた調圧弁が上側になるように、かつ前記キャパシタの一方の前記電極に設けた位置決め凸部がケースに設けた嵌合部に挿入されるように前記キャパシタを水平方向に前記ケースの保持部分に保持した後、隣り合う前記キャパシタの前記電極間をバスバーにて溶接接合し、最後に前記バスバーに一体形成されたバスバー端子と前記ケースの側面に配置した回路基板を電気的に接続する構成、および製造方法としたものである。 In order to solve the above-mentioned conventional problems, the capacitor unit of the present invention, and the manufacturing method thereof, first, the pressure regulating valve provided on one electrode of the cylindrical large-capacity capacitor having electrodes on both end faces is on the upper side. And after holding the capacitor in the holding portion of the case in the horizontal direction so that the positioning convex portion provided on one of the electrodes of the capacitor is inserted into the fitting portion provided in the case, the adjacent capacitors The electrodes are welded and joined with a bus bar, and finally, a bus bar terminal integrally formed with the bus bar and a circuit board disposed on the side surface of the case are electrically connected and a manufacturing method is provided.
これにより、水平方向に配置した大容量キャパシタの保持部分への固定が完了した後、キャパシタとバスバーの接続を行うので、バスバー接続時にキャパシタの電極に応力が加わることがなくなる。また、キャパシタ自身が保持部分に固定されるとともに、溶接により強固に接続されるので、車両振動が加わってもキャパシタが動くことがなくなり、バスバーへの応力が回避できる。さらに、回路基板をケースの側面に配置するので、ケースの厚みをキャパシタの高さとほぼ同等にできる。その結果、前記目的を達成することができる。 As a result, since the capacitor and the bus bar are connected after the fixing of the large capacity capacitor arranged in the horizontal direction to the holding portion is completed, no stress is applied to the electrode of the capacitor when the bus bar is connected. Further, since the capacitor itself is fixed to the holding portion and is firmly connected by welding, the capacitor does not move even when vehicle vibration is applied, and stress on the bus bar can be avoided. Furthermore, since the circuit board is disposed on the side surface of the case, the thickness of the case can be made substantially equal to the height of the capacitor. As a result, the object can be achieved.
本発明のキャパシタユニット、およびその製造方法によれば、大容量キャパシタの水平方向配置、および回路基板のケース側面への配置で低背化が可能となる上、キャパシタの保持部分への固定、およびバスバーとの応力フリーな溶接接続により、振動による応力集中が低減され高信頼性も同時に得ることが可能となる。 According to the capacitor unit and the manufacturing method thereof of the present invention, it is possible to reduce the height by arranging the large-capacity capacitor in the horizontal direction and the case side of the circuit board, and fixing the capacitor to the holding portion; By stress-free welding connection with the bus bar, stress concentration due to vibration is reduced and high reliability can be obtained at the same time.
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1におけるキャパシタユニットの一部分解斜視図である。図2は本発明の実施の形態1におけるキャパシタユニットの製造方法のバスバー接続を示す斜視図である。図3は本発明の実施の形態1におけるキャパシタユニットの製造方法の回路基板、およびフレキシブルケーブル取り付けを示す斜視図である。図4は本発明の実施の形態1におけるキャパシタユニットの完成斜視図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a partially exploded perspective view of a capacitor unit according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is a perspective view showing bus bar connection in the method for manufacturing the capacitor unit according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 3 is a perspective view showing a circuit board and flexible cable attachment in the method for manufacturing the capacitor unit according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 4 is a completed perspective view of the capacitor unit according to the first embodiment of the present invention.
なお、本実施の形態1のキャパシタユニットにおいては二次電池ハイブリッド自動車のキャパシタ併用システム用を例に説明する。 The capacitor unit according to the first embodiment will be described by taking a capacitor combined system for a secondary battery hybrid vehicle as an example.
図1において、複数のキャパシタ11は直径約5cmの円筒形状の大容量電気二重層コンデンサであり、その両端面には電極が設けられている。電極はいずれか一端面が正極12、他端面が負極13になるように構成されている。本実施の形態1では、正極12に位置決め凸部14、調圧弁15、および正極12の一部を円筒形状から2ヶ所突出させた突出部16を設ける構成とした。この内、位置決め凸部14と突出部16は正極12と一体で形成されている。また、正極12はキャパシタ11の内部密封のために図示しない絶縁部分を介して、かしめる構造としている。従って、正極12は円筒形状の端面より一段奥(深さを図1に示すdとする)に配される構成となる。これに対し、突出部16は後述するバスバーとの溶接のためにdよりも大きい厚みとしている。また、正極12、および負極13にはキャパシタ11内部の電極(図示せず)と電気的に接続するための電極溶接部17が4ヶ所づつ形成されている。
In FIG. 1, a plurality of
位置決め凸部14はキャパシタ11が円筒形状なので、後述するバスバーとの電極溶接位置がずれないようにするためのものであり、キャパシタ11を保持するケース(後述)に設けた嵌合部(後述)に挿入されることでキャパシタ11の位置決めが確定する構成としている。従って、その高さはdよりも大きく、また位置はキャパシタ11を水平方向に配した時に上側になるように形成している。
Since the
調圧弁15はキャパシタ11の内部に充填されている電解液が外部温度の変化などにより気化した際に、キャパシタ11の内圧が上昇するのを防ぐために設けられている。調圧弁15の外表面には気化した電解液を放出するための穴15aが2ヶ所に設けられている。従って、調圧弁15もキャパシタ11を水平方向に配した時に上側になるように形成している。これにより、調圧弁15が電解液で詰まって気化した電解液が放出されなくなる可能性を低減でき、高信頼性が得られる。なお、本実施の形態1では位置決め凸部14の真下に調圧弁15が配されるように構成している。また、調圧弁15を取り付ける前にはキャパシタ11への電解液の注入口として使用され、注入後に調圧弁15が取り付けられる構成としてある。従って、調圧弁15を正極12と一体で形成することはできず、正極12に対し、かしめて取り付ける構造とした。
The
なお、本実施の形態1では位置決め凸部14と調圧弁15を両方とも正極12上に設けたが、これらは、それぞれキャパシタ11のいずれか一方の電極上であればよい。また、これらを同じ電極上に設けなくてもよい。
In the first embodiment, both the positioning convex
このような複数のキャパシタ11(本実施の形態では6個とした)は、水平方向に、かつ隣り合うキャパシタ11の正極12と負極13が交互に配置されるように樹脂製の下ケース18に一体形成された保持部分19、および下ケース18と同様の構成の上ケース20の保持部分19で挟持されることにより強固に固定される。この際、上ケース20は各キャパシタ11に設けた調圧弁15を露出させる形状にしてあるので、気化した電解液の放出を妨げることがなくなる。また、各キャパシタ11に設けた位置決め凸部14を上ケース20に一体形成された嵌合部21に挿入することで、各キャパシタ11の電極の方向が全て揃うような構成とした。
Such a plurality of capacitors 11 (six in this embodiment) are arranged in the resin
下ケース18、および上ケース20の各保持部分19には弾性部分23がそれぞれ一体形成されている。弾性部分23は図1に示すように上ケース20の保持部分19においてU字形状に切り欠いた構造をしており、U字形状の先端は保持部分19側(図1では下側)に撓んだ状態で形成されている。弾性部分23は大型のキャパシタ11を車両振動に対して十分に固定できる寸法とし、キャパシタ11の1個あたり2ヶ所に設けている。さらに、図1には示されていないが、下ケース18にも同様の弾性部分23が構成されている。この場合はU字形状の先端は上側に撓んだ状態で形成される。従って、キャパシタ11を下ケース18と上ケース20で当接、挟持することで、上下の弾性部分23がキャパシタ11を押さえ込み、強固に固定できる。なお、弾性部分23は下ケース18、または上ケース20のいずれか一方にのみ設けてもよい。
ここで、下ケース18には下ケースネジ穴18aが、上ケース20には上ケースネジ穴20aがそれぞれ4ヶ所に一体形成されている。従って、下ケース18に上ケース20を被せることで、下ケースネジ穴18aと上ケースネジ穴20aの位置が一致する。この状態でネジ24を締めこむことで上ケース20と下ケース18が固定される構造となっている。なお、下ケースネジ穴18aと上ケースネジ穴20aは本実施の形態1においては4ヶ所に設けたが、それ以上多くてもよい。また、ネジ24を締めこんで固定する構造以外に、上ケース20と下ケース18にそれぞれ係止部を有する弾性部分と爪部を設けて、爪部を係止部に嵌合させることで固定する方法としてもよい。
Here, lower case screw holes 18a are integrally formed in the
さらに、上ケース20には後述するバスバーの端部に電力ケーブル(後述)を接続するためのインサートナット27が埋め込まれている。また、後述する回路基板を固定するためのボス28も下ケース18と上ケース20の側面にそれぞれ2個づつ一体形成されている。
Further, an
次に、図1に示した構成部品の組み立て方法について説明する。 Next, a method for assembling the components shown in FIG. 1 will be described.
まず、キャパシタ11を下ケース18の保持部分19に並べる。これによりキャパシタ11は水平方向に並ぶことになるので低背化が可能となる。この際、図1に示したように正極12と負極13が交互になるように、同時に位置決め凸部14が上側になるように並べておく。
First, the
次に、上ケース20を下ケース18に被せる。この際、全ての位置決め凸部14が嵌合部21に挿入されるように各キャパシタ11を回しながら被せていく。それにより、下ケース18と上ケース20をネジ24で固定した際に各キャパシタ11の電極の方向が揃う。
Next, the
なお、図1において位置決め凸部14を電極の下部に設けるとともに、それと対応する位置に下ケース18へ嵌合部21を設けてもよい。この場合は下ケース18の保持部分19にキャパシタ11を並べた段階で電極の方向が揃うので、より製造しやすくなる。
In addition, in FIG. 1, the positioning
ここで、保持部分19の内径はキャパシタ11の外径よりも僅かに大きくなるように形成しているが、弾性部分23はキャパシタ11に向かって撓んでいるので、下ケース18に上ケース20を被せることによりキャパシタ11は弾性部分23に当接し、ネジ24を締めこむことにより弾性部分23の反力で強固に固定される。このような構成とすることで、キャパシタ11や保持部分19の公差を吸収できるので、キャパシタ11を確実に固定できる。
Here, the inner diameter of the holding
ここまで組み立てた状態を図2に示す。各キャパシタ11は上下の弾性部分23により強固に挟持されている。また、キャパシタ11の電極側(図1では左右面側)にはバスバー30がはめ込まれる窓が開口した状態となる。この開口部30aにバスバー30をはめ込むことでキャパシタ11の電気的、機械的接続がなされる。
The assembled state is shown in FIG. Each
バスバー30は表面にメッキ等の防錆処理を施した銅製で、位置決め凸部14、および調圧弁15を露出させ、それら以外は開口部30aを覆う形状にプレス成型されている。ここで、正極12や負極13と溶接接合される部分と、後述する回路基板に電気的に接続されるバスバー端子31を除く部分には屈曲部分32を2ヶ所に設けている。これにより、屈曲部分32でバスバー30に印加される溶接時や車両振動時等の外部応力を吸収できるので、バスバー30の破損可能性が低減でき、信頼性が高まる。なお、バスバー端子31と屈曲部分32はバスバー30と一体形成されている。
The
次に、バスバー30の取り付け方法について説明する。
Next, a method for attaching the
まず、バスバー30は図2の矢印に示すように開口部30aにはめ込まれる。次に、バスバー30上に×で示した部分をレーザー溶接する。これにより、電極とバスバー30の接続部分の抵抗を下げることができるので、大電流が流れても接続部分での発熱を抑制でき、キャパシタ11の熱劣化が低減される。従って、高信頼性が得られる。
First, the
溶接部分はちょうど正極12に設けた2ヶ所の突出部16と、負極11の電極溶接部17以外の部分である。これにより、隣り合うキャパシタ11の電極が電気的、機械的に接続されたことになる。この際、キャパシタ11はすでに下ケース18と上ケース20により位置決めされた上、強固に固定されているので、キャパシタ11の電極に応力負担をかけずに、かつ正確にレーザー溶接が可能となり、信頼性が向上する。また、この時同時にバスバー端子31は上ケース20に一体形成されたバスバー端子溝33に挿入固定されるので、バスバー端子31の位置も決定する。なお、レーザー溶接は図1では電極1ヶ所あたり6点のスポット状溶接で示しているが、車両の設置場所における振動条件が過酷である等の要因により、溶接部分の信頼性がさらに必要な場合は線状に連続溶接してもよい。
The welded portions are portions other than the two protruding
以上の工程を各開口部30aに対して順次施すことにより、全キャパシタ11が電気的、機械的に接続される。なお、本実施の形態1では、全キャパシタ11を直列に接続しているが、これはキャパシタ11の方向を変えたり、複数のキャパシタ11の電極を1つのバスバー30で接続することにより、並列や直並列に接続してもよい。
All the
ここまで組み立てたものを図3に示す。各開口部30aにはバスバー30がそれぞれ固定されている。なお、図3で左手前側のバスバー30は6個直列のキャパシタ11の最端部になるので、外部への電力ケーブル34を接続するために下ケース18、および上ケース20に沿って直角に曲げた形状としている。なお、電力ケーブル34はバスバー30とともにネジ24によりインサートナット27に締めこまれることによって電気的に接続される。
What was assembled so far is shown in FIG. A
下ケース18と上ケース20の側面には回路基板36が配置される。回路基板36は本実施の形態1では各キャパシタ11の電圧バランスを制御する回路が形成されているが、その回路部品の描画は省略する。なお、本実施の形態1における回路基板36の電圧バランス制御回路は全て面実装部品で構成することができるので、回路基板36を下ケース18と上ケース20の側面面積より小さい必要最低限の形状とした。回路基板36のボス28に対応する位置にはネジ穴38が設けられているので、ネジ穴38をボス28に合わせてネジ24を締めこむことにより、回路基板36が下ケース18と上ケース20の側面に配置される。このように回路基板36を下ケース18と上ケース20の側面に配置したのは、本実施の形態1で用いたキャパシタ11の直径が約5cmと大きく、これ以上キャパシタユニットの厚みを増すと車両床下等のデッドスペースに搭載できなくなるためである。
各バスバー端子31と回路基板36はフレキシブルケーブル39により接続されている。これにより、フレキシブルケーブル39は柔軟性があるため、バスバー端子31とハンダ付けしても、バスバー30への応力の影響がほとんどなくなり信頼性が高まる。
Each
次に、回路基板36とフレキシブルケーブル39の取り付け方法について説明する。
Next, a method for attaching the
まず、回路基板36をネジ24でボス28に締めこむ。これにより、下ケース18と上ケース20の側面に回路基板36が固定される。
First, the
次に、フレキシブルケーブル39に設けた端子穴37にバスバー端子31を挿入し、ハンダ付けする。これにより、バスバー30とフレキシブルケーブル39が電気的に接続される。
Next, the
最後に、フレキシブルケーブル39に設けたフレキシブルケーブル端子39aを回路基板36にハンダ付け接続する。このような工程により、バスバー30と回路基板36が電気的に接続される。なお、フレキシブルケーブル端子39aと回路基板36は直接ハンダ付けする以外に、コネクタを介して接続するようにしてもよい。また、バスバー30と回路基板36の接続はフレキシブルケーブル39に限定されるものではなく、一般的なケーブルや、それを複数本接合したフラットケーブル等を用いてもよい。
Finally, the
なお、電力ケーブル34の取り付けは回路基板36やフレキシブルケーブル39の取り付け前後であればいつでもよい。
The
このようにして組み立てが完了したキャパシタユニットを図4に示す。回路基板36は各キャパシタ11の調圧弁15と対向しない位置に配置しているので、万一調圧弁15から気化した電解液が放出されても回路基板36に直接接触する可能性が低減される。従って、回路基板36の腐食可能性が低減され、信頼性が高まる。
The capacitor unit thus assembled is shown in FIG. Since the
以上の構成のキャパシタユニットの製造方法をまとめると、以下の順序となる。 The manufacturing method of the capacitor unit having the above configuration is summarized as follows.
1)調圧弁15が上側になるように、かつ位置決め凸部14が嵌合部21に挿入されるようにキャパシタ11を保持部分19に保持し、下ケース18と上ケース20で挟持する。
1) The
2)開口部30aに位置し、隣り合うキャパシタ11の電極間にバスバー30を溶接接合する。
2) The
3)下ケース18と上ケース20の側面に回路基板36を固定する。
3) The
4)バスバー30に一体形成されたバスバー端子31と回路基板36を電気的に接続する。
4) The
このように、キャパシタ11を固定した後、バスバー30を溶接接合したり、バスバー30に応力がかからないようにフレキシブルケーブル39を介してバスバー端子31と回路基板36を電気的に接続することにより、キャパシタ11の電極への応力の影響を低減でき、高信頼性が得られる製造方法としている。
In this way, after fixing the
以上の構成、および製造方法により、キャパシタ11が水平方向に配され、かつ回路基板36が下ケース18と上ケース20の側面に配置されるとともに、バスバー30に応力をかけずに製造でき、さらにキャパシタ11が下ケース18および上ケース20により強固に挟持され、かつバスバー30が溶接によりキャパシタ11の電極に強固に固定されるので、高信頼性を有する低背大容量キャパシタユニットが得られた。
With the above configuration and manufacturing method, the
なお、本実施の形態1ではキャパシタ11を6個使用しているが、これはキャパシタユニットに要求される電力仕様に応じて必要な数量を搭載すればよい。また、例えばハイブリッド自動車の駆動用蓄電装置のように高電圧を必要とする場合等は複数のキャパシタユニット同士を接続する構成としてもよい。
In the first embodiment, six
(実施の形態2)
図5は本発明の実施の形態2におけるキャパシタユニットの一部分解斜視図である。図6は本発明の実施の形態2におけるキャパシタユニットの製造方法のバスバー接続を示す斜視図である。図7は本発明の実施の形態2におけるキャパシタユニットのバスバー端子とケーブルのカシメによる接続方法を示す斜視図である。図8は本発明の実施の形態2におけるキャパシタユニットの製造方法の回路基板、およびフラットケーブル取り付けを示す斜視図である。図9は本発明の実施の形態2におけるキャパシタユニットの完成斜視図である。
(Embodiment 2)
FIG. 5 is a partially exploded perspective view of the capacitor unit according to
なお、本実施の形態2においても実施の形態1と同様に二次電池ハイブリッド自動車のキャパシタ併用システム用を例に説明する。また、実施の形態1と同じ構成要素については同じ符号を用い、詳細な説明を省略する。 In the second embodiment as well, as in the first embodiment, a description will be given of an example for a capacitor combined system of a secondary battery hybrid vehicle. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
すなわち、実施の形態1との相違点は以下の通りである。 That is, the differences from the first embodiment are as follows.
1)保持部分19がキャパシタ11の両電極側にのみ設けられ、キャパシタ11の中央部分が露出するようにした。
1) The holding
2)これにより、ケースは右ケース40と左ケース41に2分割した。
2) Thus, the case was divided into a
3)キャパシタ11の中央部分が露出する構成により、右ケース40と左ケース41を直接機械的に接続できないため、露出部分に配したメネジ棒42を介して右ケース40、および左ケース41からネジ24で接続するようにした。
3) Since the center portion of the
4)メネジ棒42にネジ24を締めこむ構成としたため、右ケース40、および左ケース41に設けたネジ穴38、および保持部分19と干渉しない位置(具体的には図5における左ケース41の下部)にインサートナット27を移動した。
4) Since the
5)保持部分19がキャパシタ11の両電極側にのみ設けられるため、保持部分19に設けた弾性部分23の形状を変更した。
5) Since the holding
6)これに伴い、キャパシタ11の位置決めを行うためのリブ43を保持部分19に設けた。
6) Accordingly, a
以上の相違点を中心に、まず本実施の形態2のキャパシタユニットの構造について説明する。 First, the structure of the capacitor unit according to the second embodiment will be described focusing on the above differences.
図5に示すように、キャパシタ11を固定するケースは右ケース40と左ケース41に分けられている。キャパシタ11の固定は、右ケース40と左ケース41に設けた円筒状の保持部分19に差し込むことで行っている。
As shown in FIG. 5, the case for fixing the
ここで、保持部分19の詳細について説明する。保持部分19は実施の形態1と同様にキャパシタ11を強固に固定するために弾性部分23が設けられているが、その形状は保持部分19の途中まで切り欠き部分44を4ヶ所(図5において各保持部分19の上側2ヶ所、下側2ヶ所)に設ける構造とした。従って、弾性部分23は上下それぞれ2ヶ所の切り欠き部分44の間に位置することになる。なお、切り欠き部分44は特に4ヶ所に限定されるものではない。
Here, details of the holding
保持部分19の内径はキャパシタ11の外径よりも僅かに大きくなるように形成されているが、弾性部分23の先端部分は厚くなるように構成している。この先端部分と2ヶ所の切り欠き部分44により弾性を持たせている。さらに、図5における保持部分19の左右壁面には、それぞれ少なくとも1ヶ所で保持部分19の長さ方向にリブ43を設けている。従って、キャパシタ11を図5の矢印方向から保持部分19に挿入すると、キャパシタ11は弾性部分23を広げながらリブ43に当接しつつ保持部分19に対し平行に導かれる。よって、キャパシタ11はリブ43で位置決めされつつ弾性部分23に当接し、その弾性により強固に固定される。このような構成とすることで、キャパシタ11や保持部分19の公差を吸収できるので、キャパシタ11を確実に固定できる。ここで、キャパシタ11を保持部分19に挿入する際にはキャパシタ11の位置を揃えるため、実施の形態1と同様に位置決め凸部14が嵌合部21に挿入されるようにキャパシタ11の方向を回転させながら保持部分19に挿入する。
The inner diameter of the holding
このような構成とすることでキャパシタ11の中央部分が露出するので、例えばキャパシタユニットに通風できるように配置すると、特に車両制動による充電時やエンジン始動による放電時に大電流が流れた時のキャパシタ11の昇温が抑制される。その結果、キャパシタ11の寿命を延ばすことができ、高信頼性が得られる。
With such a configuration, the central portion of the
次に、本実施の形態2のキャパシタユニットの組み立て方法について説明する。 Next, a method for assembling the capacitor unit according to the second embodiment will be described.
キャパシタ11は電極の極性が互いに異なる方向に揃えた状態で右ケース40、および左ケース41の各保持部分19に挿入する。これにより、キャパシタ11が右ケース40、および左ケース41に強固に固定される。
The
次に、右ケース40、および左ケース41に設けた4ヶ所のネジ穴38に対応する位置に4本のメネジ棒42を配置する(図5では内2本を図示している)。なお、メネジ棒42は円筒の内側全体にネジ24と合致するメネジを切った構造である。従って、メネジ棒42を配置した後、右ケース40、および左ケース41の両側のネジ穴38からネジ24をそれぞれメネジ棒42に締めこむことで、右ケース40、および左ケース41がメネジ棒42を介して機械的に強固に固定される。その結果、キャパシタ11は両端を右ケース40、および左ケース41の保持部分19で固定されることになる。
Next, four
ここまで組み立てた状態を図6に示す。各キャパシタ11の電極は右ケース40、および左ケース41に一体形成で設けた開口部30aに配置される。次に、各開口部30aにバスバー30をはめ込み、電極と溶接接合することで、電気的、機械的に接続する。バスバー30の形状や、溶接工程は実施の形態1と同様であるが、本実施の形態2では図6の点線部分に示したように、バスバー端子31を図2のように直角上方向に曲げずに水平方向のままとした。このバスバー端子31の上側には、あらかじめフラットケーブル45の先端を超音波溶着により接続してある。これにより、両者を強固に接続できるため、接続部分の信頼性を向上することができる。
The assembled state is shown in FIG. The electrodes of each
なお、バスバー端子31とフラットケーブル45の他の接続方法として、図7に示すようにバスバー端子31の先端にカシメ部31aを一体形成し、カシメ部31aにフラットケーブル45の先端を挿入した後、かしめることによりバスバー端子31とフラットケーブル45をあらかじめ接続しておいてもよい。これにより、バスバー30の形成時にカシメ部31aを形成する工程が増えるものの、超音波溶着より容易に、かつ強固に接続することができ、高信頼性が得られる。
As another connection method of the
バスバー30を接続した状態を図8に示す。次に、キャパシタユニット両端のキャパシタ11に接続したバスバー30に電力ケーブル34をネジ24で取り付ける。また、回路基板36のネジ穴38を介してネジ24をボス28に締めこむことで回路基板36を右ケース40の側面に固定した後、フラットケーブル45の各バスバー端子31に接続された先端と反対の端部にあらかじめ接続したメスコネクタ46を回路基板36に設けたオスコネクタ47に嵌合することで、電気的に接続する。これによりハンダ付けが不要となり、容易に接続することが可能となる。なお、メスコネクタ46とオスコネクタ47は逆に取り付けてもよい。
A state where the
ここまで組み立てた状態を図9に示す。ここで、本実施の形態2では車両の振動条件が過酷な場所に設置される場合を想定してフラットケーブル45を用いる構成としたが、振動条件がそれほど過酷でない場合にはフラットケーブル45の替わりに実施の形態1で述べたフレキシブルケーブル39を用いる構成としてもよい。
The assembled state is shown in FIG. Here, in the second embodiment, the
以上の構成のキャパシタユニットの製造方法をまとめると、以下の順序となる。 The manufacturing method of the capacitor unit having the above configuration is summarized as follows.
1)調圧弁15が上側になるように、かつ位置決め凸部14が嵌合部21に挿入されるようにキャパシタ11を保持部分19に保持し、下ケース18と上ケース20で挟持する。
1) The
2)あらかじめバスバー30に一体形成されたバスバー端子31にフラットケーブル45を接続しておく。
2) The
3)開口部30aに位置し、隣り合うキャパシタ11の電極間にバスバー30を溶接接合する。
3) The
4)右ケース40の側面に回路基板36を固定する。
4) The
5)フラットケーブル45と回路基板36を電気的に接続する。
5) The
このように、キャパシタ11を固定した後、バスバー30を溶接接合したり、バスバー30に応力がかからないようにフラットケーブル45を介してバスバー端子31と回路基板36を電気的に接続することにより、キャパシタ11の電極への応力の影響を低減でき、高信頼性が得られる製造方法としている。
In this way, after fixing the
以上の構成、および製造方法により、キャパシタ11が水平方向に配されるとともに、バスバー30に応力をかけずに製造でき、さらにキャパシタ11が右ケース40および左ケース41により強固に固定され、かつバスバー30が溶接によりキャパシタ11の電極に強固に固定されるので、高信頼性を有する低背大容量キャパシタユニットが得られた。さらに、本実施の形態2の構成とすることで、キャパシタ11の昇温が抑制されるので寿命が延び、さらなる高信頼性が得られた。
With the above-described configuration and manufacturing method, the
なお、キャパシタ11の接続配線種類(直列以外に並列や直並列)、数量、およびキャパシタユニットの複数接続は実施の形態1と同様に要求される電力仕様に応じて決定すればよい。 Note that the type of connection wiring of the capacitor 11 (parallel or series-parallel in addition to series), the number, and the plurality of connections of the capacitor unit may be determined according to the required power specifications as in the first embodiment.
また、実施の形態1、2では車両の回生システムを例に説明したが、これに限定されるものではなく、車両の非常用やアイドリングストップ用の補助電源等に応用してもよい。 In the first and second embodiments, the vehicle regeneration system has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and the present invention may be applied to an emergency power source for vehicle emergency or an idling stop.
(実施の形態3)
図10は本発明の実施の形態3におけるキャパシタユニットのキャパシタブロックを複数接続した場合の一部分解斜視図である。
(Embodiment 3)
FIG. 10 is a partially exploded perspective view when a plurality of capacitor blocks of the capacitor unit according to
なお、本実施の形態3においてはハイブリッド自動車の駆動用蓄電装置のように高電圧(多数のキャパシタ)を必要とする例を説明する。但し、実施の形態1、2と同じ構成要素については同じ符号を用い、詳細な説明を省略する。 In the third embodiment, an example in which a high voltage (a large number of capacitors) is required as in a power storage device for driving a hybrid vehicle will be described. However, the same components as those in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
すなわち、図10に示すように、実施の形態2との相違点は以下の通りである。 That is, as shown in FIG. 10, the difference from the second embodiment is as follows.
1)複数のキャパシタ11を水平方向に右ケース40、および左ケース41に保持するとともに、隣り合うキャパシタ11をバスバー30で電気的に接続し、バスバー30と一体形成したバスバー端子31に接続したフラットケーブル45と、その先端に接続した一方のコネクタ(図10ではメスコネクタ46)を有する構成体、すなわち、実施の形態2の図9に示したキャパシタユニットから回路基板36、およびそれを固定するネジ24とボス28を省いた構成体をキャパシタブロック48と呼び、これを複数有する構成とした。
1) A plurality of
2)回路基板36は各キャパシタブロック48の制御回路と、一方のコネクタ(メスコネクタ46)と対応する他方のコネクタ(オスコネクタ47)とを複数実装した1枚基板とした。
2) The
3)隣り合うキャパシタブロック48の両端のバスバー30にキャパシタブロック接続バスバー49が接続されるとともに、複数のキャパシタブロック48の最端部のバスバー30、すなわち、キャパシタブロック接続バスバー49が接続されない両端のバスバー30に電力ケーブル34を接続した。
3) The capacitor block
4)複数のオスコネクタ47に対応するメスコネクタ46をそれぞれ嵌合した。
4) The
以上の相違点を中心に、本実施の形態3のキャパシタユニットの構造、および製造方法について説明する。なお、ここではキャパシタブロック48を2つ直列に接続する例を述べる。
The structure and manufacturing method of the capacitor unit according to the third embodiment will be described focusing on the above differences. Here, an example in which two
まず、各キャパシタブロック48の構造、および製造方法は実施の形態2と同様であるので、説明を省略する。
First, since the structure and manufacturing method of each
次に図10に示すように、複数(本実施の形態3では2つとした)のキャパシタブロック48は、隣り合うバスバー30(図10では手前に示したバスバー30)同士をキャパシタブロック接続バスバー49で接続する。ここで、キャパシタブロック接続バスバー49にはネジ穴38が2ヶ所に設けられているので、ここにネジ24を挿入しインサートナット27に締めこむことにより、電気的、機械的に接続している。なお、キャパシタブロック接続バスバー49はバスバー30と同様に銅の表面にメッキ等の防錆処理が施されるとともに、中央部には屈曲部分32を設けた構成としている。従って、銅使用による低抵抗化と屈曲部分32による振動や公差の吸収が可能となる。
Next, as shown in FIG. 10, a plurality (two in the present embodiment 3) of capacitor blocks 48 are formed by connecting adjacent bus bars 30 (the bus bars 30 shown in the front in FIG. 10) with capacitor block connection bus bars 49. Connecting. Here, since the capacitor block
次に、最端部のバスバー30(図10では陰になるため描画していない)にネジ24で電気的に電力ケーブル34を接続する。この場合、最端部のバスバー30も隣り合うため、図10に示したように電力ケーブル34の正負線を一体化したものが使用できる。
Next, the
次に、樹脂製の外箱50にキャパシタブロック48を収納する。この際、外箱50の一部に外箱凹部51を設け、ここに電力ケーブル34を通すことにより、図示しない外箱フタを被せても電力ケーブル34を外部に取り出すことができる。なお、図10では図示していないが、外箱50にはキャパシタ11の露出部に対応する位置に通気口を設けてもよい。これにより、多数のキャパシタ11に通気することにより発熱が抑制され、信頼性を向上することができる。
Next, the
次に、回路基板36を外箱50と一体形成した回路基板溝52に挿入固定し、最後に複数(ここでは2個)のオスコネクタ47に対応するメスコネクタ46をそれぞれ嵌合する。このような構成とすることで、実施の形態2におけるキャパシタユニットの構造では各々に取り付けていた回路基板36を1枚化できるので、各キャパシタユニット間に回路基板36が占めるスペースが不要となり小型化が可能となる上に、キャパシタユニット全体の部品点数削減ができるので、故障発生率を低減でき、高信頼性が得られる。また、回路基板36の大きさは右ケース40の側面面積より小さくして調圧弁15と対向しないように構成しているので、万一調圧弁15から気化した電解液が放出されても回路基板36への影響が小さくなり、高信頼性が得られる。
Next, the
さらに、複数のオスコネクタ47が各キャパシタブロック48に対応してそれぞれ設けられているので、仮にあるキャパシタブロック48が故障しても、そのキャパシタブロック48のメスコネクタ46を抜き、キャパシタブロック接続バスバー49や電力ケーブル34を固定しているネジ24を外すだけで容易に交換可能となり、メンテナンス性の向上効果も得られる。
Further, since a plurality of
なお、本実施の形態3でも車両の振動条件が過酷な場所に設置される場合を想定してフラットケーブル45を用いる構成としたが、振動条件がそれほど過酷でない場合にはフラットケーブル45の替わりに実施の形態1で述べたフレキシブルケーブル39を用いる構成としてもよい。但し、この場合は前記したメンテナンス性向上のために、フラットケーブル39と回路基板36の接続をコネクタで行う必要がある。
In the third embodiment, the
以上が実施の形態2との違いの説明であるが、それ以外の細かい構造は実施の形態2と同じである。また、本実施の形態3の製造方法も上記以外の部分については実施の形態2でまとめた1)〜5)の順序と同様である。 The above is the explanation of the difference from the second embodiment, but the other fine structures are the same as those of the second embodiment. Further, the manufacturing method of the third embodiment is the same as the order of 1) to 5) summarized in the second embodiment with respect to the parts other than the above.
以上の構成、および製造方法により、高信頼の低背キャパシタブロック48を複数並べて配置する構成としたので、高電圧や大電力用途にも対応した高信頼性を有する低背大容量キャパシタユニットが得られた。 With the above configuration and manufacturing method, a plurality of high-reliability low-profile capacitor blocks 48 are arranged side by side, so that a low-profile large-capacity capacitor unit having high reliability for high-voltage and high-power applications can be obtained. It was.
なお、実施の形態1〜3ではキャパシタ11を円筒形状のものとして説明したが、それに限定されるものではなく角柱形状等としてもよい。
In the first to third embodiments, the
また、1つのキャパシタブロック48に使用するキャパシタ11の接続配線種類(直列以外に並列や直並列)や数量、さらに複数のキャパシタブロック48の接続配線種類、数量も実施の形態1、2と同様に要求される電力仕様に応じて決定すればよい。
Also, the connection wiring type (parallel or series-parallel in addition to series) and quantity used for one
本発明にかかるキャパシタユニットは、大容量、かつ低背化が可能で、信頼性の高い構成、および製造方法としたので、特に車両の制動エネルギーを電気エネルギーとして回生するシステムやハイブリッドシステム等に利用される蓄電装置等として有用である。 The capacitor unit according to the present invention has a large capacity, can be reduced in height, has a highly reliable configuration, and a manufacturing method. Therefore, the capacitor unit is particularly used for a system or a hybrid system that regenerates braking energy of a vehicle as electric energy. It is useful as a power storage device.
11 キャパシタ
12 正極
13 負極
14 位置決め凸部
15 調圧弁
16 突出部
18 下ケース
19 保持部分
20 上ケース
21 嵌合部
23 弾性部分
24 ネジ
28 ボス
30 バスバー
31 バスバー端子
31a カシメ部
32 屈曲部分
36 回路基板
39 フレキシブルケーブル
40 右ケース
41 左ケース
45 フラットケーブル
46 メスコネクタ
47 オスコネクタ
48 キャパシタブロック
49 キャパシタブロック接続バスバー
50 外箱
52 回路基板溝
DESCRIPTION OF
Claims (14)
前記キャパシタの一方の前記電極の一部を前記筒形状から突出させた突出部と、
前記キャパシタの一方の前記電極に設けた位置決め凸部と、
前記キャパシタの一方の前記電極に設けた調圧弁と、
前記キャパシタを直列、並列、または直並列に接続するとともに、前記位置決め凸部、および前記調圧弁を露出させる形状を有するバスバーと、
前記調圧弁を露出させる形状を有するとともに、前記位置決め凸部との嵌合部、および前記キャパシタを水平方向に保持する保持部分が一体形成されたケースと、
前記キャパシタの制御回路を有する回路基板とからなり、
前記調圧弁が上側になるように、かつ前記位置決め凸部が前記嵌合部に挿入されるように前記キャパシタが前記保持部分に保持されるとともに、
隣り合う前記キャパシタの電極間が前記バスバーにて溶接接合され、
前記バスバーに一体形成されたバスバー端子と、前記ケースの側面に配置された前記回路基板がケーブルにより電気的に接続されて形成されたキャパシタユニット。 A plurality of capacitors having a cylindrical shape and electrodes provided on both end faces of the cylindrical shape;
A protruding portion in which a part of one of the electrodes of the capacitor protrudes from the cylindrical shape;
A positioning protrusion provided on one of the electrodes of the capacitor;
A pressure regulating valve provided on one of the electrodes of the capacitor;
A bus bar having a shape that exposes the positioning convex part and the pressure regulating valve while connecting the capacitors in series, in parallel, or in series and parallel,
A case in which the pressure regulating valve is exposed and a fitting portion with the positioning convex portion and a holding portion for holding the capacitor in a horizontal direction are integrally formed,
A circuit board having a control circuit for the capacitor,
The capacitor is held by the holding portion so that the pressure regulating valve is on the upper side and the positioning convex portion is inserted into the fitting portion,
Between the electrodes of the adjacent capacitors are welded and joined by the bus bar,
A capacitor unit formed by connecting a bus bar terminal integrally formed with the bus bar and the circuit board disposed on a side surface of the case by a cable.
前記キャパシタブロック毎に前記バスバーと一体形成したバスバー端子に接続したケーブルと、
前記ケーブルの先端に接続した一方のコネクタと、
前記各キャパシタブロックの制御回路を有し、前記一方のコネクタと対応する複数の他方のコネクタを実装した回路基板とからなり、
隣り合う前記キャパシタブロックの両端の前記バスバーにキャパシタブロック接続バスバーが接続されるとともに、複数の前記キャパシタブロックの最端部の前記バスバーに電力ケーブルが接続され、前記一方のコネクタに対応する前記他方のコネクタがそれぞれ嵌合されたキャパシタユニット。 A plurality of capacitor blocks configured by holding a plurality of capacitors in the case in the horizontal direction and electrically connecting the adjacent capacitors with a bus bar;
A cable connected to a bus bar terminal integrally formed with the bus bar for each capacitor block;
One connector connected to the tip of the cable;
Each of the capacitor blocks has a control circuit, and includes a circuit board on which a plurality of other connectors corresponding to the one connector are mounted,
A capacitor block connection bus bar is connected to the bus bars at both ends of the adjacent capacitor blocks, and a power cable is connected to the bus bar at the end of the plurality of capacitor blocks, and the other one corresponding to the one connector Capacitor unit with each connector fitted.
前記キャパシタの一方の前記電極の一部を前記筒形状から突出させた突出部と、
前記キャパシタの一方の前記電極に設けた位置決め凸部と、
前記キャパシタの一方の前記電極に設けた調圧弁と、
前記キャパシタを直列、並列、または直並列に接続するとともに、前記位置決め凸部、および前記調圧弁を露出させる形状を有するバスバーと、
前記調圧弁を露出させる形状を有するとともに、前記位置決め凸部との嵌合部、および前記キャパシタを水平方向に保持する保持部分が一体形成されたケースと、
前記キャパシタの制御回路を有する回路基板とからなり、
前記調圧弁が上側になるように、かつ前記位置決め凸部が前記嵌合部に挿入されるように前記キャパシタを前記保持部分に保持した後、
隣り合う前記キャパシタの前記電極間を前記バスバーにて溶接接合し、
次に前記ケースの側面に前記回路基板を固定した後、
前記バスバーに一体形成されたバスバー端子と前記回路基板をケーブルにより電気的に接続するキャパシタユニットの製造方法。 A plurality of capacitors having a cylindrical shape and electrodes provided on both end faces of the cylindrical shape;
A protruding portion in which a part of one of the electrodes of the capacitor protrudes from the cylindrical shape;
A positioning protrusion provided on one of the electrodes of the capacitor;
A pressure regulating valve provided on one of the electrodes of the capacitor;
A bus bar having a shape that exposes the positioning convex part and the pressure regulating valve while connecting the capacitors in series, in parallel, or in series and parallel,
A case in which the pressure regulating valve is exposed and a fitting portion with the positioning convex portion and a holding portion for holding the capacitor in a horizontal direction are integrally formed,
A circuit board having a control circuit for the capacitor,
After holding the capacitor in the holding portion so that the pressure regulating valve is on the upper side and the positioning convex portion is inserted into the fitting portion,
Welding the electrodes of the adjacent capacitors with the bus bar,
Next, after fixing the circuit board to the side of the case,
A method of manufacturing a capacitor unit, wherein a bus bar terminal formed integrally with the bus bar and the circuit board are electrically connected by a cable.
前記キャパシタの一方の前記電極の一部を前記筒形状から突出させた突出部と、
前記キャパシタの一方の前記電極に設けた位置決め凸部と、
前記キャパシタの一方の前記電極に設けた調圧弁と、
前記キャパシタを直列、並列、または直並列に接続するとともに、前記位置決め凸部、および前記調圧弁を露出させる形状を有するバスバーと、
前記バスバーに一体形成されたバスバー端子に接続されたケーブルと、
前記調圧弁を露出させる形状を有するとともに、前記位置決め凸部との嵌合部、および前記キャパシタを水平方向に保持する保持部分が一体形成されたケースと、
前記キャパシタの制御回路を有する回路基板とからなり、
前記調圧弁が上側になるように、かつ前記位置決め凸部が前記嵌合部に挿入されるように前記キャパシタを前記保持部分に保持した後、
隣り合う前記キャパシタの前記電極間を前記バスバーにて溶接接合し、
次に前記ケースの側面に前記回路基板を固定した後、
前記ケーブルを前記回路基板に電気的に接続するキャパシタユニットの製造方法。 A plurality of capacitors having a cylindrical shape and electrodes provided on both end faces of the cylindrical shape;
A protruding portion in which a part of one of the electrodes of the capacitor protrudes from the cylindrical shape;
A positioning protrusion provided on one of the electrodes of the capacitor;
A pressure regulating valve provided on one of the electrodes of the capacitor;
A bus bar having a shape that exposes the positioning convex part and the pressure regulating valve while connecting the capacitors in series, in parallel, or in series and parallel,
A cable connected to a bus bar terminal formed integrally with the bus bar;
A case in which the pressure regulating valve is exposed and a fitting portion with the positioning convex portion and a holding portion for holding the capacitor in a horizontal direction are integrally formed,
A circuit board having a control circuit for the capacitor,
After holding the capacitor in the holding portion so that the pressure regulating valve is on the upper side and the positioning convex portion is inserted into the fitting portion,
Welding the electrodes of the adjacent capacitors with the bus bar,
Next, after fixing the circuit board to the side of the case,
A method of manufacturing a capacitor unit for electrically connecting the cable to the circuit board.
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