JP2011114248A

JP2011114248A - 電気二重層キャパシタモジュール

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Publication number: JP2011114248A
Application number: JP2009270991A
Authority: JP
Inventors: Toru Nakajima; 徹中島; Toshihiro Suzuki; 利宏鈴木; Mayumi Miyashita; 真有美宮下; Yoshiaki Okui; 芳明奥井; Yuzo Kubota; 祐三久保田
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd; Power System Co Ltd; Sanyo Denki Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd; Power System Co Ltd; Sanyo Denki Co Ltd
Priority date: 2009-11-30
Filing date: 2009-11-30
Publication date: 2011-06-09

Abstract

【課題】ダクトを別途設計して設ける必要がないため、手間やコストがかかることなく、簡便に段積み利用することが可能な電気二重層キャパシタモジュールを提供する。
【解決手段】本発明に係る電気二重層キャパシタモジュールは、複数個の電気二重層キャパシタセルの引出電極同士を接続し直列接続した電気二重層キャパシタモジュールにおいて、前記複数個の電気二重層キャパシタセルと接し、前記複数個の電気二重層キャパシタセルの熱を放熱する放熱部材と、前記放熱部材を囲むように設けられたダクト部材９０と、からなることを特徴とする。
【選択図】図１０

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であって、当該セルを冷却するための気流の通路が予め設けられてい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）。また、特許文献２には、その図１５に関連して、複数の電気二重層キャパシタセルの引出電極同士が直列接続されて構成されたキャパシタモジュールが開示されている。
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２００８−１５３２８２号公報

複数の電気二重層キャパシタセルの引出電極同士を直列接続することによって構成した従来の電気二重層キャパシタモジュールを図１６に示す。このような電気二重層キャパシタモジュールは電気二重層キャパシタセルの間に配される複数の放熱フィンが外側に延在するような形態となっている。このようなキャパシタモジュールを段積みして利用する場合には、それぞれのキャパシタモジュールから延在する放熱フィンを効率的に冷却するために、周囲にダクトを別途設けるようにしていた。図１７は従来の電気二重層キャパシタモジュールを段積みで用いる場合におけるモジュールの空冷方法を説明する図である。しかしながら、従来のキャパシタモジュールでは、放熱フィンを冷却するためにダクトを別途設計して設ける必要があり、手間やコストがかかることとなり、キャパシタモジュールを段積み利用のネックとなっていた。

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の引出電極同士を接続し直列接続した電気二重層キャパシタモジュールにおいて、前記複数個の電気二重層キャパシタセルと接し、前記複数個の電気二重層キャパシタセルの熱を放熱する放熱部材と、前記放熱部材を囲むように設けられたダクト部材と、からなることを特徴とする。

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、前記複数個の電気二重層キャパシタセルと前記放熱部材とを一体に組み付けるシャーシ部材を有し、前記ダクト部材が前記シャーシ部材に取り付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、前記ダクト部材が前記シャーシ部材に取り付けられた状態では、前記キャパシタモジュールの上下方向に抜ける空間が前記放熱部材周囲に形成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、前記キャパシタモジュールの高さが、前記ダクト部材の高さより高いことを特徴とする。

また、請求項５に係る発明は、請求項１乃至請求項４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、前記放熱部材が、前記電気二重層キャパシタセルの間に複数設けられることを特徴とする。

また、請求項６に係る発明は、請求項２乃至請求項５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、前記放熱部材は前記電気二重層キャパシタセルと接する接触部と、前記接触部から延在し前記電気二重層キャパシタセルと接触しないフィン状部とからなり、前記ダクト部材は前記フィン状部を囲むように、前記シャーシ部材に取り付けられることを特徴とする。

また、請求項７に係る発明は、請求項６に記載の電気二重層キャパシタモジュールにおいて、前記フィン状部は前記電気二重層キャパシタセルの両側方の２方向に延在し、前記ダクト部材は２方向に延在した前記フィン状部を囲むよう、前記シャーシ部材に２つ取り付けられることを特徴とする。

また、請求項８に係る発明は、請求項２乃至請求項７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、前記シャーシ部材には、前記放熱部材との接触箇所に絶縁部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で発生する熱を放熱する放熱部材を囲むように設けられたダクト部材が予め設けられているので、放熱部材を冷却するためにダクトを別途設計して設ける必要がなく、手間やコストがかかることなく、電気二重層キャパシタモジュールを簡便に段積み利用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に用い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の製造工程を説明する図である。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で用いる放熱部材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の製造工程を説明する図である。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製造工程を説明する図である。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製造工程を説明する図である。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製造工程を説明する図である。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製造工程を説明する図である。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製造工程を説明する図である。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を段積み利用する際の設置例を示す図である。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１００を設置するために棚部１４０上に設けられる構成を示す図である。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１００とその設置構造各部との関係を示す図である。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１００を棚部１４０上に設置した状態を示す図である。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と空冷ファンを抜き出して示す図である。従来の電気二重層キャパシタモジュールを示す図である。従来の電気二重層キャパシタモジュールを段積みで用いる場合におけるモジュールの空冷方法を説明する図である。

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に用いる電気二重層キャパシタセル１０の斜視図である。この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。導電部は同極同士が集束され接合され、正の引出電極１２、負の引出電極１３とされる。

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部１１の周縁において、正の引出電極１２、負の引出電極１３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。より具体的には、容器部１１は正の引出電極１２、負の引出電極１３が突き出る一辺を開口可能とされており、そして、その開口部から内部に電解液を注入し、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。

概略、以上のようにして構成される電気二重層キャパシタセル１０は、耐電圧が低いために、複数個を直列接続した電気二重層キャパシタモジュールとして利用される。このとき、一の電気二重層キャパシタセル１０の正の引出電極１２と、他の電気二重層キャパシタセル１０の負の引出電極１３とを接続して、複数個のセルを直列接続して、モジュールとしての電圧を得るようにしている。

電気二重層キャパシタセル１０同士を接続する際には、２つの引出電極をＸ−Ｘ’線により切断しＡ−Ａ’線で９０°折り曲げ加工を施し、さらにこれと逆の方向にＢ−Ｂ’線で９０°折り曲げ加工を施す。このとき、正の引出電極１２と、負の引出電極１３とは互いに逆方向に折り曲げ加工がなされ、引出電極は図２に示すような状態とされる。

次に、本発明の電気二重層キャパシタモジュールを構成する際に用いる放熱部材について説明する。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で用いる放熱部材２０の斜視図である。放熱部材２０は熱伝導が優れる金属で形成され、電気二重層キャパシタセル１０と接触して、電気二重層キャパシタセル１０で発生した熱を吸熱する接触部２１と、この接触部２１で吸熱した熱を空気中に放出するフィン状部２２とから構成されている。電気二重層キャパシタモジュールを構成するときにおいて、この放熱部材２０におけるフィン状部２２は電気二重層キャパシタセル１０とは接触することなく、セル１０の両側方の２方向に延在するように設けられている。

電気二重層キャパシタモジュールを構成する場合、以上のような、電気二重層キャパシタセル１０と、放熱部材２０とを図４に示すように交互に配する。このとき、一の電気二重層キャパシタセル１０の正の引出電極１２と、放熱部材２０を介して、これと隣り合う電気二重層キャパシタセル１０の負の引出電極１３とが近接するように配置される。

そして、一の電気二重層キャパシタセル１０の正の引出電極１２と、放熱部材２０を介して、これと隣り合う電気二重層キャパシタセル１０の負の引出電極１３とは、図５に示すように、端子カシメ部材３０によってカシメられることによって、電気二重層キャパシタセル１０の直列接続が構成される。

以上のような電気二重層キャパシタセル１０の直列接続構成は、ベース部材４０上に載置され、第１側壁部材４１及び第２側壁部材４２によって、電気二重層キャパシタセル１０積層方向から挟持される。なお、第１側壁部材４１又は第２側壁部材４２のいずれかの側壁部材には、電気二重層キャパシタセル１０を積層方向に押圧するための弾性部材などが設けられることが好ましい。第１側壁部材４１と、第２側壁部材４２との間は、４本の側部架橋部材４３で支持する。ここで、第１側壁部材４１、第２側壁部材４２に対して、４つの側部架橋部材４３の取り付けを行う際には、ネジ部材が適宜用いられる。

電気二重層キャパシタセル１０の直列接続の直接的なケーシングとなるベース部材４０、第１側壁部材４１、第２側壁部材４２、側部架橋部材４３などは、本明細書では一括してシャーシ部材として表現する。

また、側部架橋部材（シャーシ部材）４３が取り付けられた際に、各放熱部材２０と接する箇所には、合成樹脂材料からなる絶縁部４４が設けられており、シャーシ部材と放熱部材２０との間の電気的絶縁が保たれるようになっている。

以上のように、複数の電気二重層キャパシタセル１０とその間に設けられた複数の放熱部材２０とを各シャーシ部材によって組み付けた後には、図７に示すように、第１側壁部材４１側に端子板５０を取り付け、第２側壁部材４２側に補助板７０を取り付ける。また、上方の２つの側部架橋部材４３を利用して、電気二重層キャパシタセル１０上方部に回路基板６０を取り付ける。

第１側壁部材４１側に取り付けられた端子板５０には、直列接続された電気二重層キャパシタセル１０全体の電圧が印加される端子が設けられており、この端子からモジュールとしての電圧を取り出すことができるようになっている。

また、側部架橋部材４３に取り付けられた回路基板６０には、電気二重層キャパシタセル１０の各々の電圧が印加される並列モニタと呼ばれるセル監視用の電気回路が設けられており、これによりモジュール全体としての安定運用を図るようになっている。なお、並列モニタを用いてモジュール内の各電気二重層キャパシタセルを適正に運用する技術については、先に示した非特許文献や特許文献に記載のものを用いることができる。

なお、電気二重層キャパシタセル１０と、端子板５０や回路基板６０とを接続する配線に関しては図示省略している。

図７に関連して、端子板５０や回路基板６０と、電気二重層キャパシタセル１０とを適切に電気配線した後には、図８に示すように、端子板５０及び補助板７０とを利用して、天板部材８０を、また、セル両側方部から２つの側方部材８５を当てるようにして組み付ける。このような天板部材８０の組み付けを行う際においては、ネジ部材が適宜用いられる。

図８に示す天板部材８０、側方部材８５が組み付けられた後には、シャーシ部材等から両側方に突出する状態となっている複数の放熱部材２０のフィン状部２２を、囲むようにして、略コ字状断面をなすダクト部材９０が取り付けられる。このようなダクト部材９０の取り付けにはネジ部材が用いられるが、ネジを螺着するために第１側壁部材４１や、第２側壁部材４２、側方部材８５に設けられているネジ穴が適宜利用される。このような２つのダクト部材９０が設けられることによって、図１０に示すような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１００を得ることができる。

放熱部材２０のフィン状部２２は電気二重層キャパシタセル１０の両側方の２方向に延在するようにして配されているが、これに対して、本発明の電気二重層キャパシタモジュール１００においては、ダクト部材９０は、２方向に延在したフィン状部２２を囲むよう、シャーシ部材に２つ取り付けられている。

本発明の電気二重層キャパシタモジュール１００においては、ダクト部材９０がシャーシ部材に取り付けられた状態では、電気二重層キャパシタモジュール１００の上下方向に抜ける空間が放熱部材２０のフィン状部２２の周囲に形成されるようになっている。そして、本実施形態においては、上記のように、ダクト部材９０によって画成された上下方向に抜ける空間を流路として、気流を流通させることによって、電気二重層キャパシタモジュール１００を冷却する。

また、図１０に示すように、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１００においては、電気二重層キャパシタモジュール１００本体部の高さＨ_mと、ダクト
部材９０の高さＨ_dと、を比較すると、電気二重層キャパシタモジュール１００本体部の
高さＨ_mが高くなるように構成されている。より詳しくは図１０に示すように、電気二重
層キャパシタモジュール１００本体部の高さＨ_mと比較すると、ダクト部材９０の下方部
にはＨ₁分のクリアランスが、また、ダクト部材９０の上方部にはＨ₂分のクリアランスが設けられている。これらのクリアランスは、電気二重層キャパシタモジュール１００を段積み利用するときに、電気二重層キャパシタモジュール１００を載置するための部材であるレール部材１４２などによって埋められ、これにより、上下モジュールにおけるダクト部材９０は略気密に保たれることとなり、上下に連なるダクト部材９０が、モジュールを段積みで利用した際の気流の流路として利用することができるようになっている。

次に、以上のように構成される本発明に係る電気二重層キャパシタモジュール１００を段積み利用するときに用いるラック部材について説明する。図１１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１００を段積み利用する際の設置例を示す図である。図１１（Ａ）は収納ラック１１０内に電気二重層キャパシタモジュール１００が５台段積みされた様子を示しており、図１１（Ｂ）は収納ラック１１０の扉部１２５を閉じた様子を示している。筐体部１２０内に設置される５台の電気二重層キャパシタモジュール１００は棚部１４０に載置されている。また、筐体部１２０内において、最下段の電気二重層キャパシタモジュール１００の下方には下部空間１３０が設けられ、最上段の電気二重
層キャパシタモジュール１００の上方には上部ダクト１５０が配されている。また、筐体部１２０内の下部空間１３領域に対応するように、扉部１２５には吸入口１２６が設けられている。また、上部ダクト１５０の断面寸法は、ダクト部材９０を含めた電気二重層キャパシタモジュール１００を上面から見たときの寸法と略等しくされている。

上部ダクト１５０の上方には、空冷ファン１６０が配されており、この空冷ファン１６０を動作させることにより、扉部１２５の吸入口１２６から吸入された空気は、筐体部１２０内の下部空間１３０→最下段の電気二重層キャパシタモジュール１００のダクト部材９０→その一段上の電気二重層キャパシタモジュール１００のダクト部材９０→・・・→最上段の電気二重層キャパシタモジュール１００のダクト部材９０→上部ダクト１５０の流路を通り、それぞれのモジュールを冷却し、最終的には空冷ファン１６０から排気される。図１５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と空冷ファンを抜き出して示す図であり、図中の矢印は空冷ファン１６０動作時における空気の流れを示している。

次に、筐体部１２０内の棚部１４０に電気二重層キャパシタモジュール１００を設置する具体的な方法についてより詳しく説明する。前述したとおり、５台の電気二重層キャパシタモジュール１００は、筐体部１２０内の棚部１４０に載置されているが、より詳しくは、梁部材１４１やレール部材１４２などから構成されるステージが用いられることによって電気二重層キャパシタモジュール１００が設置されている。

図１２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１００を設置するために棚部１４０上に設けられる構成を示す図であり、図１３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１００とその設置構造各部との関係を示す図であり、図１４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１００を棚部１４０上に設置した状態を示す図である。なお、いずれの図においても、（Ａ）図は側面図であり、（Ｂ）図は正面図である。

棚部１４０には、電気二重層キャパシタモジュール１００を上面から見たときの寸法より広い穴が設けられ、この穴の前後に、梁部材１４１が設けられている。より詳しくは、図１２に示すように、棚部１４０上には、２本の梁部材１４１が渡されるようにし設けられている。また、これら２本の梁部材１４１上には、梁部材１４１の長手方向に対して垂直な方向に、２本のレール部材１４２が渡されている。電気二重層キャパシタモジュール１００は、これら２本のレール部材１４２上に、主に両側が載置された状態で、レール部材１４２上を摺動可能な状態で設置されている。このようなレール部材１４２を用いることで、電気二重層キャパシタモジュール１００を引き出すことによって、取り出すことが可能となりメンテナンス性がよいものとなる。

また、電気二重層キャパシタモジュール１００が複数個棚部１４０上に段積みされた際には、図１４に示すように、梁部材１４１及びレール部材１４２によって、段積みされた電気二重層キャパシタモジュール１００のダクト部材９０同士は、ほぼ気密が保たれるようになっており、空冷ファン１６０の動作によって発生する気流を無駄にすることがない。

以上、本発明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で発生する熱を放熱する放熱部材２０（フィン状部２２）を囲むように設けられたダクト部材９０が予め設けられているので、放熱部材を冷却するためにダクトを別途設計して設ける必要がなく、手間やコストがかかることなく、電気二重層キャパシタモジュール１００を簡便に段積み利用することが可能となる。

１０・・・電気二重層キャパシタセル
１１・・・容器部
１２・・・（正の）引出電極
１３・・・（負の）引出電極
２０・・・放熱部材
２１・・・接触部
２２・・・フィン状部
３０・・・端子カシメ部材
４０・・・ベース部材
４１・・・第１側壁部材（シャーシ部材）
４２・・・第２側壁部材（シャーシ部材）
４３・・・側部架橋部材（シャーシ部材）
４４・・・絶縁部
５０・・・端子板
６０・・・回路基板
７０・・・補助板
８０・・・天板部材
８５・・・側方部材
９０・・・ダクト部材
１００・・・電気二重層キャパシタモジュール
１１０・・・収納ラック
１２０・・・筐体部
１２５・・・扉部
１２６・・・吸入口
１３０・・・下部空間
１４０・・・棚部
１４１・・・梁部材
１４２・・・レール部材
１５０・・・上部ダクト
１６０・・・空冷ファン

Claims

複数個の電気二重層キャパシタセルの引出電極同士を接続し直列接続した電気二重層キャパシタモジュールにおいて、
前記複数個の電気二重層キャパシタセルと接し、前記複数個の電気二重層キャパシタセルの熱を放熱する放熱部材と、
前記放熱部材を囲むように設けられたダクト部材と、からなることを特徴とする電気二重層キャパシタモジュール。
前記複数個の電気二重層キャパシタセルと前記放熱部材とを一体に組み付けるシャーシ部材を有し、前記ダクト部材が前記シャーシ部材に取り付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。
前記ダクト部材が前記シャーシ部材に取り付けられた状態では、前記キャパシタモジュールの上下方向に抜ける空間が前記放熱部材周囲に形成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。
前記キャパシタモジュールの高さが、前記ダクト部材の高さより高い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。
前記放熱部材が、前記電気二重層キャパシタセルの間に複数設けられることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の電気二重層キャパシタモジュール。
前記放熱部材は前記電気二重層キャパシタセルと接する接触部と、前記接触部から延在し前記電気二重層キャパシタセルと接触しないフィン状部とからなり、前記ダクト部材は前記フィン状部を囲むように、前記シャーシ部材に取り付けられることを特徴とする請求項２乃至請求項５のいずれかに記載の電気二重層キャパシタモジュール。
前記フィン状部は前記電気二重層キャパシタセルの両側方の２方向に延在し、前記ダクト部材は２方向に延在した前記フィン状部を囲むよう、前記シャーシ部材に２つ取り付けられることを特徴とする請求項６に記載の電気二重層キャパシタモジュール。
前記シャーシ部材には、前記放熱部材との接触箇所に絶縁部が設けられることを特徴とする請求項２乃至請求項７のいずれかに記載の電気二重層キャパシタモジュール。