JP2010171214A - 電気二重層キャパシタモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】電気二重層キャパシタセルの温度上昇を抑制し、電気二重層キャパシタセルの劣化を防止する。
【解決手段】複数個の電気二重層キャパシタセル１０間に放熱部材２０を介挿するようにして積層してなるキャパシタ群と、前記キャパシタ群をそれぞれ収容した第１筐体３０及び第２筐体５０と、前記第１筐体３０及び前記第２筐体５０の両方を収容する電気二重層キャパシタモジュール筐体と、を有する電気二重層キャパシタモジュールにおいて、前記第１筐体３０と前記第２筐体５０には、前記電気二重層キャパシタセル１０が略露出する２つの開口部（３１、３２）（５１、５２）を設け、前記第１筐体３０と前記第２筐体５０との間に所定間隙Ｄを設けるようにして電気二重層キャパシタモジュール筐体に収容すると共に、電気二重層キャパシタモジュール筐体には前記所定間隙Ｄの延長部に排気ファン１３０を取り付ける。
【選択図】図８

Description

本発明は、複数の電気二重層キャパシタセルを直列接続して構成されるキャパシタモジュールであって、特に電気二重層キャパシタセルの冷却を効率的に行うことができる放熱構成を有する電気二重層キャパシタモジュールに関する。

電気二重層キャパシタにおいては、一般に円筒型などその他の形態に比べて積層型はエネルギー密度が高い。積層型の電気二重層キャパシタセルは、分極性電極をセパレータともに積層した積層体に引き出し電極を取り付け、さらに積層体に電解液を含浸させた後、ラミネートフィルムに入れられ、ラミネートの開口部から引き出し電極が引き出された状態で密封されてなる。

非特許文献１に記載されているように、電気二重層キャパシタは耐電圧が低いために、複数のキャパシタセルを直列接続してキャパシタモジュールを構成して利用される。このように積層型のキャパシタセルを直列接続して利用する際には、充放電に伴いキャパシタセルが積層面に垂直な方向に膨張収縮するので適当な加圧機構を設ける（特許文献１）。

ところで、このような電気二重層キャパシタの特徴は内部抵抗が小さく、化学反応を伴わないため発熱の影響が小さいことである。しかしながら、自動車用途などでは瞬時に大電流を流す使い方が多いため、微小な発熱でも、蓄積されると昇温の原因となる。温度が上がりすぎた場合はキャパシタの劣化を早める要因となる。そこで、電気二重層キャパシタにおいて、内部抵抗と大電流により発生した熱を速やかに外部に放出するための冷却構造を設けることが考えられている。特許文献２には、キャパシタセル間にアルミ板等の良熱伝導性を有する材料からなる熱伝導体を設置し、前記セルで生じた熱を前記熱伝導体を介して除去することで、セルの過度の温度上昇を防ぐことができ、セル内の内部抵抗や大電流による電気二重層キャパシタの劣化を抑制する技術が開示されている。
岡村廸夫著「電気二重層キャパシタと蓄電システム」日刊工業新聞社発行、２００５年９月３０日第３版第１刷、第８頁〜第９頁、第１５０頁〜第１５７頁 特開２００５−９３４９２号公報 特開２００３−１３３１８８号公報

複数の電気二重層キャパシタを直列接続してキャパシタモジュールを構成するにあたり、特許文献２に記載のように、電気二重層キャパシタセルの間にアルミ板等の良熱伝導性を有する材料からなる熱伝導体を設置するとことで、電気二重層キャパシタセルで発生した熱は、当該キャパシタセルから熱伝導体へと熱の移動は促されるのであるが、特許文献２に記載の方法では、当該熱伝導体から空中への放熱のことが考慮されていないので、当該熱伝導体からの熱は逃げ場がなくなり当該熱伝導体に熱がこもってしまい、当該キャパシタセルのセル温度が上昇してセルが劣化してしまう、という問題があった。

特に、特許文献２に記載の電気二重層キャパシタを所定の筐体内などに収納して利用する場合については、当該熱伝導体の熱を前記筐体外に放出することについて考慮する必要があるが、特許文献２に記載の発明ではこのようなことが全く考慮されておらず、問題であった。

本発明は、上記課題を解決するものであって、請求項１に係る発明は、複数個の電気二重層キャパシタセルを、前記電気二重層キャパシタセル間に放熱部材を介挿するようにして積層してなるキャパシタ群と、前記キャパシタ群をそれぞれ収容した第１筐体及び第２筐体と、前記第１筐体及び前記第２筐体の両方を収容する第３筐体と、を有する電気二重層キャパシタモジュールにおいて、前記第１筐体と前記第２筐体には、積層された複数個の前記電気二重層キャパシタセルが略露出する２つの開口部を設け、前記第１筐体と前記第２筐体は、前記第１筐体と前記第２筐体との間に所定間隙を設けるようにして前記第３筐体に収容すると共に、前記第３筐体には前記所定間隙の延長部に排気ファンを取り付けたことを特徴とする。

また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の電気二重層キャパシタモジュールにおいて、前記第３筐体には、前記第１筐体の第１の開口部を略露出する第１側面開口部と、前記第２筐体の第１開口部を略露出する第２側面開口部と、が設けられることを特徴とする。

また、請求項３に係る発明は、請求項２に記載の電気二重層キャパシタモジュールにおいて、前記第１筐体の第１の開口部と前記第３筐体の前記第１側面開口部との間、及び、前記第２筐体の第１の開口部と前記第３筐体の前記第２側面開口部との間は、それぞれ環状ゴム部材によって気密状態とされることを特徴とする。

また、請求項４に係る発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の電気二重層キャパシタモジュールにおいて、前記放熱部材には前記電気二重層キャパシタセルの積層方向と略直交する方向に通風孔が設けられることを特徴とする。

本発明に係る電気二重層キャパシタモジュールによれば、電気二重層キャパシタセル間に介挿された放熱部材に、電気二重層キャパシタセルで発生した熱を移動させるようにすると共に、複数個の電気二重層キャパシタセルからなるキャパシタ群をそれぞれ収容した第１筐体及び第２筐体との間に所定間隙を設けて、この所定間隙の延長部に排気ファンを取り付け、前記放熱部材の熱を第３筐体外に放熱するようにしたので、電気二重層キャパシタセルの温度上昇を抑制することが可能となり、電気二重層キャパシタセルの劣化を防止することが可能となる。

本発明の実施形態に係る電気二重層キャパシタモジュールの斜視図である。 本発明の実施形態に係る電気二重層キャパシタモジュールの正面図である。 本発明の実施形態に係る電気二重層キャパシタモジュールの上面図である。 本発明の実施形態に係る電気二重層キャパシタモジュールの側面図である。 本発明の実施形態に係る電気二重層キャパシタモジュールを構成する電気二重層キャパシタセル１０の斜視図である。 本発明の実施形態に係る電気二重層キャパシタモジュールに用いられる放熱部材２０の斜視図である。 本発明の実施形態に係る電気二重層キャパシタモジュールにおけるキャパシタ群を構成する様子を示す図である。 本発明の実施形態に係る電気二重層キャパシタモジュールの断面構造を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の実施形態に係る電気二重層キャパシタモジュールの斜視図であり、図２は本発明の実施形態に係る電気
二重層キャパシタモジュールの正面図であり、図３は本発明の実施形態に係る電気二重層キャパシタモジュールの上面図であり、図４は本発明の実施形態に係る電気二重層キャパシタモジュールの側面図である。

図１乃至図４において、１０は電気二重層キャパシタセル、２０は放熱部材、１００は電気二重層キャパシタモジュール、１０１は正面部、１０２は背面部、１０３、１０３’は側面部、１０４は底面部、１０５は上面部、１１０は主端子台、１１１は信号線コネクタ、１１２はファン電源端子台、１２１は第１側面開口部、１２２は第２側面開口部、１３０は排気ファンをそれぞれ示している。

電気二重層キャパシタモジュール１００は、直列接続された電気二重層キャパシタセル１０を図示するような筐体（特許請求の範囲では、これを「第３筐体」として表現している）に収容して構成されものであり、直列接続された電気二重層キャパシタセル１０の両端部の電圧は主端子台１１０の電極から得られるようになっている。

電気二重層キャパシタモジュール１００の筐体としては、概略、正面部１０１、背面部１０２は、側面部１０３、１０３’、底面部１０４、上面部１０５の６面を有しており、その実使用においては、不図示のラックなどに取り付けられた電気二重層キャパシタモジュール１００における正面部１０１と、ユーザーが相対することで、電気二重層キャパシタモジュール１００の配線などを行うものである。

電気二重層キャパシタモジュール１００の正面部１０１には、直列接続された複数の電気二重層キャパシタセル１０の充放電のための電極端子が設けられる主端子台１１０と、電気二重層キャパシタセル１０の充放電回路（不図示）に対する制御信号や、電気二重層キャパシタセル１０の状態検出信号のための電極端子が設けられる信号線コネクタ１１１と、排気ファン１３０の電源のための電極端子が設けられるファン電源端子台１１２と、が取り付けられている。

電気二重層キャパシタモジュール１００の筐体の側面部１０３、１０３’には、それぞれ第１側面開口部１２１及び第２側面開口部１２２の２つの開口部が設けられており、電気二重層キャパシタセル１０で発生した熱を冷却するための空気の導入口として機能するようになっている。

電気二重層キャパシタモジュール１００の内部では、電気二重層キャパシタセル１０と放熱部材２０と交互にくるように積層されて収容されてなるが、図４に示すように、その積層方向の側面部が第１側面開口部１２１及び第２側面開口部１２２の２つの開口部から露出するようになっている。

また、電気二重層キャパシタモジュール１００の筐体の背面部１０２には、排気ファン１３０が設けられており、この排気ファン１３０は筐体内部の空気を排気するようにファンが回転するようになっている。

次に、以上のような外観を有する電気二重層キャパシタモジュール１００の内部の構造について説明する。図５は本発明の実施形態に係る電気二重層キャパシタモジュールを構成するのに用いられる単位セルである電気二重層キャパシタセル１０の斜視図である。このような電気二重層キャパシタセル１０は積層型の電気二重層キャパシタセルである。より具体的には、キャパシタ本体については、正の電極体（正極体）と負の電極体（負極体）をこれらの間にセパレータを介在させつつ交互に重ねることにより所定の積層体に組成される。正極体および負極体は、集電極とその両面に形成される分極性電極（活性炭電極）とから平板状に構成される。これら集電極は、矩形状の金属箔（アルミニウム箔）から
なり、矩形平面の一辺に片側へ寄せて帯状の導電部（リード）が一体形成される。導電部は同極どうしが集束され、１対の端子板１２に極性が対応する集束部が接合されるようになっている。

そして、金属層を含む積層構造の樹脂フィルム（たとえば、アルミラミネート）から形成される容器１１の周縁において、１対の端子板１２（その一部）が引き出され、一辺を除く三辺が熱溶着（ヒートシール）される。容器１１は、１対の端子板１２が突き出る一辺が開口可能となり、その開口部から内部に電解液が注入され、電解液の含浸処理などが終わると、真空ポンプにより空気や水分を除去した状態において、残りの一辺が熱溶着（ヒートシール）され、電気二重層キャパシタセル１０が製作される。

図６は本発明の実施形態に係る電気二重層キャパシタモジュールに用いられる放熱部材２０の斜視図であり、電気二重層キャパシタセル１０を複数積層する時に、電気二重層キャパシタセル１０間に介挿するようにして用いられる。このような放熱部材２０は、アルミニウム製の本体部２１に、複数の通風孔２２が設けられた構造となっており、本実施形態に係る電気二重層キャパシタモジュールでは、この通風孔２２内の空気を排気ファン１３０で引くようにして、電気二重層キャパシタセル１０で発生した熱が移動した放熱部材２０の冷却を行う。

電気二重層キャパシタモジュール１００を構成する以上に示すような電気二重層キャパシタセル１０と放熱部材２０とを積層してキャパシタ群を製作することについて説明する。図７は本発明の実施形態に係る電気二重層キャパシタモジュールにおけるキャパシタ群を構成する様子を示す図である。

電気二重層キャパシタモジュール１００の内部では、電気二重層キャパシタセル１０間に放熱部材２０を介挿するようにして積層してなるキャパシタ群を２つ設けるようにしている。図７はそのようなキャパシタ群を構成するときの様子を図示したものである。２つのキャパシタ群は、積層方向に対して圧力がかけられた状態で、それぞれ独立した２つの筐体に収容されるようになっている。電気的には、それぞれのキャパシタ群を構成する複数の電気二重層キャパシタセル１０はそれぞれ直列接続される。また、２つのキャパシタ群同士も直列接続され、その両端部の端子が主端子台１１０に配設される。

以上の構成を図８を参照してより詳しく説明する。図８は本発明の実施形態に係る電気二重層キャパシタモジュールの断面構造を示す図である。この図８は図４のＡ−Ａ’断面の概略を模式的に示した図である。また、図８における片矢印は排気ファン１３０を動作させたときの気流の流れを示している。

図８において、３０は第１筐体、３１は第１開口部、３２は第２開口部、３３は加圧用側板、３４は加圧用側板、３５は弾性部材、３７は第１環状ゴム部材、５０は第２筐体、５１は第１開口部、５２は第２開口部、５３は加圧用側板、５４は加圧用側板、５５は弾性部材、５７は第２環状ゴム部材をそれぞれ示している。

第１筐体３０に収納されるキャパシタ群を例にとり説明する。図に示すように、電気二重層キャパシタセル１０と放熱部材２０とが交互となるようにキャパシタ群が構成されている。そして、このキャパシタ群の両端部の放熱部材２０は、加圧用側板３３及び加圧用側板３４によって挟持されるようにして、第１筐体３０内に保持されている。加圧用側板３３と第１筐体３０の壁部との間には弾性部材３５が複数設けられており、この弾性部材３５で付勢された加圧用側板３３は、加圧用側板３４と共にキャパシタ群を加圧するようになっている。

第１筐体３０には、キャパシタ群の両側方全体に対応するように第１開口部３１及び第２開口部３２と、が設けられており、２つの開口部のうち第１開口部３１は、電気二重層キャパシタモジュール１００の第１開口部３１に対応する位置に配されている。

また、第１筐体３０の第１開口部３１と電気二重層キャパシタモジュール１００の第１開口部３１との間には、所定の枠部材や第１環状ゴム部材３７が介在するが、特に第１環状ゴム部材３７がパッキングの役目を果たすことにより、第１開口部３１と第１開口部３１との間を、気密状態とすることによって、効率的にキャパシタ群への吸気を行うことが可能となる。なお、キャパシタ群を構成するときに先に説明したように、電気二重層キャパシタセル１０と放熱部材２０とを交互に重ねるように構成するが、このときそれぞれの間にゴムパッキングを設け、電気二重層キャパシタセル１０と放熱部材２０と間の気密をあげることで、第１開口部３１からの吸気が放熱部材２０の通風孔２２を通る確率を上げて、さらに冷却効率を向上させるようにすることも可能である。

上記のような第１筐体３０に関連した説明は、略対称に構成されている第２筐体５０に対しても適用することができるので、第２筐体５０についての説明は省略する。

排気ファン１３０の排気動作に伴い、第１開口部３１から吸い込まれた空気は、第１開口部３１を介して、各キャパシタ群における放熱部材２０の通風孔２２を通りこれを冷却する。この放熱部材２０からの熱を持った空気はさらに第１筐体３０の第２開口部３２を経て、第１筐体３０と第２筐体５０との間の間隙部（Ｄ）へと到達する。第１筐体３０と第２筐体５０との間の間隙Ｄに到達した熱を持った空気は、前記間隙Ｄの延長部に取り付けられている排気ファン１３０から、電気二重層キャパシタモジュール１００筐体外部へと排出される。なお、排気ファン１３０は前記間隙Ｄの延長部で、しかも電気二重層キャパシタモジュール１００筐体の背面部１０２に設けられる構成であるので、正面部１０１からキャパシタの操作を行うユーザーの顔面などにこの排熱がかかることがない。

上記のように、本実施形態に係る電気二重層キャパシタモジュール１００によれば、電気二重層キャパシタセル１０間に介挿された放熱部材２０に、電気二重層キャパシタセル１０で発生した熱を移動させるようにすると共に、複数個の電気二重層キャパシタセル１０からなるキャパシタ群をそれぞれ収容した第１筐体３０及び第２筐体５０との間に所定間隙Ｄを設けて、この所定間隙Ｄの延長部に排気ファン１３０を取り付け、前記放熱部材２０の熱を電気二重層キャパシタモジュール１００筐体外部に放熱するようにしたので、電気二重層キャパシタセル１０の温度上昇を抑制することが可能となり、電気二重層キャパシタセル１０の劣化を防止することが可能となる。

また、本実施形態によれば、キャパシタ群を構成する個々の電気二重層キャパシタセル１０の昇音温度のバラツキを抑制することが可能となる。電気二重層キャパシタセル１０の寿命は、動作時温度が高いほどが短くなる傾向があるが、キャパシタ群を構成する個々の電気二重層キャパシタセル１０のそれぞれの間で動作時温度に差があると、一番短い寿命のセルによって電気二重層キャパシタモジュール１００全体の寿命が決まってしまうため、個々のセルの温度のバラツキを抑えることが重要となってくるが、本実施形態によれば、個々の電気二重層キャパシタセル１０の動作時温度のバラツキを抑制するので、全てのセルを寿命まで使い切ることが可能な電気二重層キャパシタモジュール１００を構成することが可能となる。

１０・・・電気二重層キャパシタセル、１１・・・容器、１２・・・端子板、２０・・・放熱部材、２１・・・本体部、２２・・・通風孔、３０・・・第１筐体、３１・・・第１開口部、３２・・・第２開口部、３３・・・加圧用側板、３４・・・加圧用側板、３５・
・・弾性部材、３７・・・第１環状ゴム部材、５０・・・第２筐体、５１・・・第１開口部、５２・・・第２開口部、５３・・・加圧用側板、５４・・・加圧用側板、５５・・・弾性部材、５７・・・第２環状ゴム部材、１００・・・電気二重層キャパシタモジュール、１０１・・・正面部、１０２・・・背面部、１０３、１０３’・・・側面部、１０４・・・底面部、１０５・・・上面部、１１０・・・主端子台、１１１・・・信号線コネクタ、１１２・・・ファン電源端子台、１２１・・・第１側面開口部、１２２・・・第２側面開口部、１３０・・・排気ファン

Claims (4)

1. 複数個の電気二重層キャパシタセルを、前記電気二重層キャパシタセル間に放熱部材を介挿するようにして積層してなるキャパシタ群と、前記キャパシタ群をそれぞれ収容した第１筐体及び第２筐体と、前記第１筐体及び前記第２筐体の両方を収容する第３筐体と、を有する電気二重層キャパシタモジュールにおいて、
   前記第１筐体と前記第２筐体には、積層された複数個の前記電気二重層キャパシタセルが略露出する２つの開口部を設け、
   前記第１筐体と前記第２筐体は、前記第１筐体と前記第２筐体との間に所定間隙を設けるようにして前記第３筐体に収容すると共に、
   前記第３筐体には前記所定間隙の延長部に排気ファンを取り付けたことを特徴とする電気二重層キャパシタモジュール。
2. 前記第３筐体には、前記第１筐体の第１の開口部を略露出する第１側面開口部と、
   前記第２筐体の第１開口部を略露出する第２側面開口部と、が設けられることを特徴とする請求項１に記載の電気二重層キャパシタモジュール。
3. 前記第１筐体の第１の開口部と前記第３筐体の前記第１側面開口部との間、及び、前記第２筐体の第１の開口部と前記第３筐体の前記第２側面開口部との間は、それぞれ環状ゴム部材によって気密状態とされることを特徴とする請求項２に記載の電気二重層キャパシタモジュール。
4. 前記放熱部材には前記電気二重層キャパシタセルの積層方向と略直交する方向に通風孔が設けられることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の電気二重層キャパシタモジュール。

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