JP2010153850A - エネルギー蓄積装置 - Google Patents

Abstract

【課題】特に自動車に、物理的装置として組み込むことができるようにエネルギー蓄積装置を改良する。
【解決手段】変換器ユニットと、前記変換器ユニットと相互作用するコンデンサ・モジュールとを含むエネルギー蓄積装置を、特に自動車に物理的装置として組み込むことができるように改良する目的のため、前記コンデンサ・モジュールのコンデンサ・セルを収容するためのハウジングが設けられ、前記ハウジングは、前記コンデンサ・セルを収容するコンデンサ室を含み、前記コンデンサ室は気密シールを有するエネルギー蓄積装置を提案する。
【選択図】図２

Description

本発明は、変換器ユニットと、この変換器ユニットと相互に作用するコンデンサ・モジュールとを含むエネルギー蓄積装置に関する。

従来技術として、エネルギー蓄積装置、特に自動車の車載電気システムのためのものが知られているが、それらを自動車へ実際に組み込む点については未だ完成されていない。

よって本発明は、特に自動車に、物理的装置として組み込むことができるように、上記種類のエネルギー蓄積装置を改良するという課題に基づく。

本発明によれば、この課題は、コンデンサ・モジュールのコンデンサ・セルを収容するハウジングを有し、コンデンサ・セルを収容するコンデンサ室を含むハウジングを有し、気密シールを有するコンデンサ室を有する上記種類のエネルギー蓄積装置によって解決される。

本発明の解決手段の有利な点は、コンデンサ・セルから漏れる化学物質による環境への悪影響を防止して、そのようなエネルギー蓄積装置が使用される際に、そのエネルギー蓄積装置近傍の環境への悪影響又は危険を取り除くことができることである。

コンデンサ・セルから漏れる化学物質のため、コンデンサ室に収着材を設けると、特に有利である。そのような収着材は、吸収あるいは吸着の何れかにより、コンデンサ室から漏れる化学物質を捕捉し、ひいては結合することを可能とする。

そのような収着材は、多種多様な形を取りうる。

一つの有利な解決手段は、有機ポリマーによる収着材である。

ここで、収着材は、コンデンサ室に設けられる充填材の一部であるのが特に好ましい。

そのような充填材は、コンデンサ・セルの周囲のコンデンサ室のいたるところに任意に配分することができる。

一つの有利な解決手段は、充填材詰め物の形になっている充填材である。

そのような充填材詰め物は、好ましくは、コンデンサ・セルとハウジングの壁との間に配置されている。

ハウジングの設計について、本発明によるエネルギー蓄積装置の個々の実施形態の前述の説明と関連して、更に詳細に説明はしない。

したがって、一つの有利な解決手段は、ハウジング・シェル内で開口から内側へ広がるコンデンサ室を少なくとも部分的に収容する容積を有するハウジング・シェルを含むハウジングである。

この解決手段の有利な点は、気密なハウジングが容易に形成されることである。

その容積がコンデンサ室を完全に収容すると、更に有利である。

コンデンサ室を気密に密閉するために、気密となるようにカバーにより密閉される開口を設けるのが好ましい。そのようなカバーによる開口の気密シールを実現するには、多くの異なる方法がある。

例えば、ハウジング・シェルとカバーとの間に適切なシール材を設け、そのカバーとハウジング・シェルとを互いに締め付けて固定することが考えられる。

さらに、接着ボンドによってカバーをハウジング・シェルに結合できれば、とりわけ気密性に関して、カバーとハウジング・シェルとの間の結合が特に信頼できるものとなる。

そのような接着ボンドは、カバーとハウジング・シェルとを例えばセメント（充填剤）で接合することによっても実現できる。

しかしながら、とりわけ気密性の点で特に有利なのは、カバーとハウジング・シェルとがともに溶接されていることである。

そのようなカバーとハウジング・シェルとの溶接は、好ましくは、接着ボンドを生成するための融解可能なビード領域を有するハウジング・シェル又はカバーを設けることによって実現することができる。

そのようなビード領域は、ハウジング・シェル又はカバーの材料から容易に融解し、それによって溶接結合を形成することができる。

特に非接触の溶接結合を形成するため、カバーは、端細長部によってビード領域と重なっており、その端細長部は、ビード領域を融解させるための放射線を透過させる材料でできていることが望ましい。

したがって、カバーとハウジング・シェルとの溶接結合は、すなわち端細長部により容易に形成することができる。

コンデンサ室内に高圧が生じた場合であってもハウジングの変形を防止するため、カバーは、少なくとも一つの固定要素によって、中央領域内で、ハウジング・シェルに接続されることが望ましい。これによって、カバーとハウジング・シェルとの間に圧力に耐える結合を形成することができる。

好ましくは、固定要素は固定ネジであり、これによって、カバーとハウジング・シェルとの間の結合が容易に形成される。

ここで、固定ネジは、固定ネジの領域のコンデンサ室の気密シールを確実にするためにも、カバーを密閉する際にカバーを通って突出するように構成される。

本発明のエネルギー蓄積装置の前述の説明と関連して、変換器ユニットの構成について更に詳細に説明はしない。

変換器ユニットをコンデンサ室に配置することは原理的には可能であるが、これは、コンデンサ室から漏れる化学物質が、その後変換器ユニットの動作に障害を与えうるという重大な欠点を有する。

この理由のため、一つの有利な解決手段は、変換器ユニットをコンデンサ室の外側に配置することである。

よって、コンデンサ・モジュールのコンデンサ・セルのみがコンデンサ室内に配置され且つ相互に接続されるので、コンデンサ・セルから漏れる化学物質は、限定された程度の損害を与えるに過ぎない。

原理的には、変換器ユニットは、別のハウジング内に設けることもできる。

しかしながら、一つの有利な解決手段として、変換器ユニットは、同じハウジング内の回路室に配置されている。この解決手段は、自動車への装着という観点において、特にコンパクトである。

コンデンサ室内のコンデンサ・モジュールと変換器ユニットとの適切な接続を実現するために、コンデンサ・モジュールは、コンデンサ・モジュールから大電流を引き出すことができるような、特に電力供給システムにおける過度の負荷を相殺することができる大電流接点によって変換器ユニットに接続されることが望ましい。

また、コンデンサ室内のコンデンサ・セルをそれぞれ確実に気密に隔離するため、好ましくは、大電流接点はコンデンサ室から気密に導出している。

特に、大電流接点は、コンデンサ室を囲むハウジングの一部の壁を通して気密に導出している。

コンデンサ室から回路室を分離する壁を通って大電流接点が導出していると、特に有利である。

コンデンサ室内のコンデンサ・セルと変換器ユニットとの間のコンパクトな接続を容易に形成するために、接点室をコンデンサ室に接続するように設け、前記接点室の壁を貫通する大電流接点への接続を気密に行うことができるようにすることが望ましい。

ここで特に、大電流接点が貫通する壁は、接点室とハウジングの回路室との間の仕切りの少なくとも一部であり、ハウジングの回路室は、接点室及びコンデンサ室から気密に隔離されている。

回路室はコンデンサ室をも収容する同じハウジング内に配置されるが、前記コンデンサ室及び接点室からは完全に隔離されていることが望ましい。

本発明の更なる特徴及び効果は、以下の詳細な説明並びに実施形態の図面を参照して説明する。

本発明によるエネルギー蓄積装置によれば、特に自動車に、物理的装置として組み込むことができるエネルギー蓄積装置を実現することができる。

本発明のエネルギー蓄積装置の概略図である。 図３の２−２線に沿う、組み立てたハウジングの縦断面図である。 ハウジング及び取り外された底面カバーを示す、本発明のエネルギー蓄積装置の分解図である。 図３の４−４線に沿う断面図である。 図４の領域Ａの拡大図である。

本発明の一実施形態によるエネルギー蓄積装置１０は、例えば、バッテリー１２を補完するように、自動車の電力供給ライン１４に配置される。自動車の電力供給ライン１４は、例えば、バッテリー１２及びエネルギー蓄積装置１０に加えて、発電機１６並びに複数の消費部１８をも含み、これらは全て、電力供給ライン１４とグランド２０との間に位置している。

エネルギー蓄積装置１０は、直列に接続される複数のコンデンサ・セル２４を有するコンデンサ・モジュール２２を含む。

コンデンサ・モジュール２２は、例えば第一接続部２６によってグランド２０に接続され、第二接続部２８によってＤＣ／ＤＣ変換器ユニット３４に接続されている。ＤＣ／ＤＣ変換器ユニット３４は出力３２を有し、その入力３６は電力供給ライン１４の供給ライン３８に接続されている。電力供給ライン１４は、例えば、約８Ｖと約１４Ｖとの間の電圧を供給可能である。

図２に示すように、エネルギー蓄積装置１０はハウジング４０内に配置されている。ハウジング４０は、一方でコンデンサ・モジュール２２の全てのコンデンサ・セル２４を収容するコンデンサ室４２を含み、他方で、変換器ユニット３４の電気回路全体並びに追加のユニットの更なる回路が配置される回路室４４を含む。

コンデンサ室４２内のコンデンサ・セル２４にとって最適な条件を作り出すため、コンデンサ室４２と回路室４４とは、互いに気密に隔離されている。この条件は、回路室４４内の電気回路に適用される条件とは独立に、選択することができる。

コンデンサ室４２を形成するため、ハウジング４０は、カバー５２と、ハウジング・シェル５０の開口５６へ延びる側壁５４とを含むハウジング・シェル５０を有する。ここで、ハウジング・シェル５０の開口５６は、前記カバー５２とは反対側に位置する底面カバー６０によって閉鎖することができる。

個々のコンデンサ・セル２４は、コンデンサ室４２内で、互いに対して固定されており、一方でコンデンサ保持具６２によって、他方でコンデンサ回路基板６４によって固定されている。ここで、コンデンサ保持具６２とコンデンサ回路基板６４とは、保持要素６６、例えばネジによって互いに固定されている。他方で、コンデンサ保持具６２は、保持要素６８、例えばこれもネジによってハウジング・シェル５０内に固定されている。

コンデンサ・セル２４は、コンデンサ保持具６２及びコンデンサ回路基板６４によって、ハウジング・シェル５０内に固定されている。ここで、コンデンサ回路基板６４は、底面カバー６０に面し、底面カバー６０と隣接して延設されている。

コンデンサ回路基板６４は、コンデンサ・セル２４に接続するとともに大電流接点７０との接続部を形成するための導電体を含む。大電流接点７０は、コンデンサ室４２に隣接し接続する接点室７２に配置されている。コンデンサ室４２は、同様にハウジング・シェル５０内に設けられ、コンデンサ回路基板６４が接点領域７４によってその内部まで延設されている。接点領域７４に導入する導電体は、例えばはんだ付けによって、大電流接点７０に接続可能である。

大電流接点７０は、回路室４４から接点室７２を隔離する壁７６を貫通する。ここで、大電流接点７０は、好ましくは壁７６に導入される。そして、大電流接点７０は気密に壁７６を貫通することができるように、大電流接点７０は、壁７６を覆うシール化合物７８にさらに埋め込まれる。

図３に示すように、底面カバー６０は、コンデンサ室４２を覆うように延設されてコンデンサ室４２を閉鎖するだけでなく、カバー縁部８０によって接点室７２をも覆って両者を密閉する。ここで、ハウジング・シェル５０の開口５６は、接点室７２の周囲にも広がっている。

図４及び５に詳細に示すように、ビード領域８２は、開口５６に沿って開口５６の周囲に延設されている。底面カバー６０及びカバー縁部８０の両方が、端細長部８４によって、ビード領域８２と重なる。端細長部８４は、開口５６に係合するガイドウェブ８６を越えて側方外側へ突出する。ガイドウェブ８６は、挿入されるとき、ハウジング・シェル５０に対するカバー縁部８０とともに、底面カバー６０の表面延長部へ向かって、開口５６に対して底面カバー６０並びにカバー縁部８０をガイドする。

カバー縁部８０を備えるカバー６０又は少なくとも端細長部８４の何れかは、入射する高エネルギー放射８８、例えばレーザー放射に対して透過性を有するように設計されるのが望ましい。このため、端細長部８４を通過する高エネルギー放射８８によりビード領域８２を融解させることができ、これによりビード領域８２と端細長部８４との間の材料を結合する。

端細長部８４は外側縁部９４によって、材料融解区域９２を越えて更に延設されているのが望ましい。ビード領域８２は、ビード領域８２の開口５６とは反対側にある周支持縁部９６を越えて立設されている。そのため、材料融解区域９２内のビード領域８２が融解すると、外側縁部９４が支持縁部９６に位置するまで、カバー縁部８０とともにカバー６０が押圧される。

底面カバー６０とカバー縁部８０との間の材料融解区域９２に材料の結合が生じることにより、これらとハウジング・シェル５０との間に安定的な結合が生じるが、コンデンサ室４２及び接点室７２に生じる過大な圧力によってカバー６０の中央領域１００が膨らむ点は防止することができない。

このため、カバー６０には更に、端細長部８４から中央領域１００へ、特に図３に示すように固定要素１０４へ延びる補強リブ１０２を設ける。補強リブ１０２は、例えば、カバー６０の広さ全体に前記固定要素１０４まで放射状に延設されている。

図４に示すように、固定要素１０４は固定ネジ１０６から構成され、固定ネジ１０６は、ハウジング・シェル５０の受け部１０８にネジ留めされる。受け部１０８は、例えばハウジング・シェル５０の上部カバー５２に形成される。

固定ネジ１０６は、カバー６０の中央領域１００に設けられる開口１１０に入り、シール１１２によって開口１１０に対して密閉される。これにより、コンデンサ室４２も固定ネジ１０６の領域の周囲に対して確実に気密シールを有する。

コンデンサ・セル２４が、気密シールされたコンデンサ室４２の内部で経年変化すると、それらは体積の膨張とともに化学物質の漏れを生じる。このため、カバー５２と、コンデンサ・セル２４のカバー５２に面する側との間に中間スペース１２０が設けられ、ここには弾性充填材１２２が配置される。このようにして、コンデンサ・セル２４の体積膨張を相殺することができる。一方、充填材１２２には更に、コンデンサ・セル２４から漏れる化学物質のための収着材を設ける。

コンデンサ・セル２４として電気化学二重層コンデンサを用いる場合、コンデンサ・セル２４の経年変化の影響によって圧力の内部上昇が生じ、所定の圧力レベルを超えると、コンデンサ・セルの外側ハウジングが破裂するように設計されている。そのときコンデンサ・セル２４からアセトニトリルが漏れるが、充填材１２２を適切に構成することにより、このアセトニトリルを充填材１２２によって吸収することができる。

収着すなわち吸収及び吸着によってコンデンサ・セル２４から漏れるアセトニトリルを収着する収着材１２４として、充填材１２２には例えば有機ポリマーを設ける。その材料は、良好な吸収性及び吸着性の観点のみで選択されるのではなく、考えられる最も有利な脱着性という観点からも選択される。これは、既に吸収又は吸着されたアセトニトリルの放出をできるだけ低く抑えるためである。

充填材１２２については、カバー５２とコンデンサ・セル２４との間に配置される充填材詰め物１２６の形で収着材１２４を設けると、エネルギー蓄積装置の組立ての簡素さという点で有利である。

回路室４４は、第一のハウジング・シェル５０に一体的に形成される第二のハウジング・シェル１５０によって形成される。図２、３及び４に示すように、第二のハウジング・シェル１５０は底面カバー１５２を含み、底面カバー１５２からは、側壁１５４が、カバーユニット１６０によって閉鎖可能な開口１５６まで立ち上がっている。カバーユニット１６０は、一方で大電流接続部１６２及び１６４を含み、他方で冷却リブ１６６を含む。冷却リブ１６６は、変換器ユニット３４の電力部品を冷却するのに役立つ。

変換器ユニット３４は、その一部として変換器回路１７２を含む。変換器回路１７２は、冷却リブ１６６によって冷却される電力部品を搭載する回路基板１７０上に配置される。

変換器回路１７２の大電流路は、更に、大電流を流すプレス成形された仕切り１７４によって実現される。

回路基板１７０を大電流接点７０に接続するため、回路基板１７０には、回路室４４内に延びる大電流接点７０の一部に差し込み可能なプラグ接点１７６を設ける。他方で、回路基板１７０には、大電流接続部１６２及び１６４に通じる接点ブリッジ１８２、１８４を差し込み可能な更なるプラグ接点１７８、１８０を設ける。接点ブリッジ１８２及び１８４はカバーユニット１６０内に固定され、好ましくはカバーユニット１６０に嵌め込まれる。

カバーユニット１６０内には、更に制御接点１８６が設けられている。制御接点１８６は同様に回路基板１７０に接続され、外部制御装置から変換器回路１７２へ制御信号を入力することができるようになっている。

１０ エネルギー蓄積装置
２２ コンデンサ・モジュール
２４ コンデンサ・セル
３４ 変換器ユニット
４０ ハウジング
４２ コンデンサ室
４４ 回路室
５０ ハウジング・シェル
５２ カバー
５４ 側壁
５６ 開口
６０ 底面カバー
６２ コンデンサ保持具
６４ コンデンサ回路基板
６６、６８ 保持要素
７０ 大電流接点
７２ 接点室
７４ 接点領域
７６ 壁
７８ シール化合物
１２０ 中間スペース
１２２ 弾性充填材
１５０ ハウジング・シェル
１６０ カバーユニット
１６２、１６４ 大電流接続部
１６６ 冷却リブ
１７０ 回路基板
１７２ 変換器回路
１７６、１７８、１８０ プラグ接点
１８２、１８４ 接点ブリッジ
１８６ 制御接点

Claims (19)

1. 変換器ユニット（３４）と、前記変換器ユニット（３４）と相互に作用するコンデンサ・モジュール（２２）とを含むエネルギー蓄積装置（１０）において、
   前記コンデンサ・モジュール（２２）のコンデンサ・セル（２４）を収容するためにハウジング（４０）が設けられ、前記ハウジング（４０）は、前記コンデンサ・セル（２４）を収容するコンデンサ室（４２）を含み、前記コンデンサ室（４２）は気密シールを有することを特徴とするエネルギー蓄積装置（１０）。
2. 前記コンデンサ室（４２）に、前記コンデンサ・セル（２４）から漏れる化学物質のための収着材（１２４）が配置されていることを特徴とする請求項１に記載のエネルギー蓄積装置。
3. 前記収着材（１２４）は有機ポリマーから形成されていることを特徴とする請求項２に記載のエネルギー蓄積装置。
4. 前記収着材（１２４）は、前記コンデンサ室（４２）に設けられる充填材（１２２）の一部であることを特徴とする請求項２又は３に記載のエネルギー蓄積装置。
5. 前記収着材（１２４）は、充填材詰め物（１２６）と一体化されていることを特徴とする請求項４に記載のエネルギー蓄積装置。
6. 前記ハウジング（４０）は、ハウジング・シェル（５０）内で開口（５６）から内側へ延びる前記コンデンサ室（４２）を少なくとも部分的に収容する容積を有する前記ハウジング・シェル（５０）を有することを特徴とする請求項１から５の何れか一に記載のエネルギー蓄積装置。
7. 前記容積は前記コンデンサ室（４２）を完全に収容することを特徴とする請求項６に記載のエネルギー蓄積装置。
8. 前記開口（５６）は、カバー（６０）により気密となるように密閉できることを特徴とする請求項６又は７に記載のエネルギー蓄積装置。
9. 前記カバー（６０）は、接着ボンドによって前記ハウジング・シェル（５０）に結合できることを特徴とする請求項６から８の何れか一に記載のエネルギー蓄積装置。
10. 前記カバー（６０）と前記ハウジング・シェル（５０）とは、共に溶接されていることを特徴とする請求項９に記載のエネルギー蓄積装置。
11. 前記ハウジング・シェル（５０）又は前記カバー（６０）は、前記接着ボンドを生成するための融解可能なビード領域（８２）を有することを特徴とする請求項９又は１０に記載のエネルギー蓄積装置。
12. 前記カバー（６０）は、端細長部（８４）によって前記ビード領域（８２）と重なっており、前記端細長部（８４）は、前記ビード領域（８２）を融解させるための放射線を透過させる材料でできていることを特徴とする請求項１１に記載のエネルギー蓄積装置。
13. 前記カバー（６０）は、少なくとも一つの固定要素（１０４）によって、中央領域（１００）内で、前記ハウジング・シェル（５０）に接続することができることを特徴とする請求項１から１２の何れか一に記載のエネルギー蓄積装置。
14. 前記固定要素（１０４）は固定ネジ（１０６）であることを特徴とする請求項１３に記載のエネルギー蓄積装置。
15. 前記固定ネジ（１０６）は、前記カバー（６０）を密閉するために前記カバー（６０）を通って突出することを特徴とする請求項１４に記載のエネルギー蓄積装置。
16. 前記変換器ユニット（３４）は前記コンデンサ室（４２）の外側に配置されていることを特徴とする請求項１から１５の何れか一に記載のエネルギー蓄積装置。
17. 前記変換器ユニット（３４）は、同じハウジング（４０）内の回路室に配置されていることを特徴とする請求項１６に記載のエネルギー蓄積装置。
18. 前記コンデンサ・モジュール（２２）は、大電流接点（７０）によって前記変換器ユニット（３４）に接続されていることを特徴とする請求項１６又は１７に記載のエネルギー蓄積装置。
19. 前記大電流接点（７０）は、前記コンデンサ室（４２）から気密に導出していることを特徴とする請求項１８に記載のエネルギー蓄積装置。
    

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