JP2013539926A - 高電圧電気二重層コンデンサ装置および製造方法 - Google Patents

Abstract

電気二重層コンデンサ（ＥＤＬＣ）装置には、複数の蓄電池間の直列接続を確立する密封導体が単一のパッケージに含まれ、この装置は、従来のＥＤＬＣ装置よりも高電圧で作動可能であり得る。
【選択図】図２

Description

本発明の分野は、概して電気化学エネルギー貯蔵装置および製造方法に関し、より具体的には、電気二重層コンデンサ（ＥＤＬＣ）装置、およびかかる装置の製造方法に関する。

電気系統において、二次電源は、外部電気回路への電力を蓄積し、貯蔵し、放出することを可能にする。これらの二次電源の中には、従来の電池、従来のコンデンサ、および電気化学コンデンサがある。

電気化学コンデンサのうちの１種は、スーパーキャパシタと呼ばれることもある、電気二重層コンデンサ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｄｏｕｂｌｅ Ｌａｙｅｒ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ、ＥＤＬＣ）装置である。スーパーキャパシタの比静電容量は、おおよそ数Ｆ／ｇのみの比静電容量を有するにすぎない従来のコンデンサとは対照的に、一般に、１００ Ｆ／ｇを超える。スーパーキャパシタは、種々の用途に使用され、この用途には、短期の電力遮断を克服するメモリバックアップ、電池の電流の作動を改善するか、または高い負荷需要で電流ブーストを提供する、電池管理用途、ピーク負荷性能を高める燃料電池用途、車両における回生制動および車両起動装置が含まれるが、これらに限定されない。

電気化学スーパーキャパシタには、従来、ハウジング内部に配置した、電解質、正電極（カソード）、および負電極（アノード）、カソード空間からアノード空間を分離する膜等のセパレータ、ならびに、外部電気回路にスーパーキャパシタを接続する特殊な鉛端子を充填した、密封ハウジングが含まれる。公知のスーパーキャパシタ構造には製造の困難性および電圧限界があり、改善が望まれる。

次に示す図面に関連して非限定的で非網羅的な実施形態について説明する。図面において、同様の参照符号は、特に断りのない限り、種々の図面を通して同様の部品を指す。

第１の例示的な電気二重層コンデンサ（ＥＤＬＣ）装置の透視図である。 図１に示すＥＤＬＣ装置の断面図である。 図１および図２に示すＥＤＬＣ装置の一部の透視図である。 第２の例示的なＥＤＬＣ装置の断面図である。 図４に示すＥＤＬＣ装置の透視図である。 図３および図４に示すＥＤＬＣ装置の別の断面図である。

ＥＤＬＣ装置は既知であり、種々の用途において、二次電源として使用される。しかしながら、使用時のＥＤＬＣ装置の作動電圧において、実用的な限界があり、このため、既存のＥＤＬＣ装置は、おそらく数ボルト以下の低電圧でむしろ作動する傾向がある。一例において、公知のＥＤＬＣ装置は、約２．５Ｖから約２．７Ｖの電圧で作動可能であるが、これを超えて作動することができない。従来、比較的小さいＥＤＬＣ装置の作動電圧を増加させる実用的な試みのために、最終用途に、ＥＤＬＣ装置が別々に作動することができるものよりも高い作動電圧が要求される場合、２以上のＥＤＬＣ装置が一般に併用され、電気的に直列に接続される。

しかしながら、組合せによる複数の低電圧ＥＤＬＣ装置の使用は、当分野において完全に満足のいく解決策ではない。概して、ＥＤＬＣ装置の数が増加するにつれ、追加コストおよび複雑性が、エネルギー貯蔵回路に導入され、ＥＤＬＣ装置が使用するシステムのコストを直接増加させる。構成要素等の平衡を保つことは、ＥＤＬＣ装置における同等の作動電圧を維持することが要求され、さらに、回路の複雑性を増加させ、また、更なる支出をもたらす場合がある。また、所定の設置におけるＥＤＬＣ装置の数の増加に伴って、維持および信頼性の問題も明らかであり得る。

電気二重層コンデンサ（ＥＤＬＣ）装置は、コイン型またはボタン型電池の形態で提供されることがある。かかるコイン型電池ＥＤＬＣ装置は、他の公知のＥＤＬＣ形態と比較して、比較的コンパクトな構造でもエネルギー密度が高く、また、電池よりも非常に高い電力密度を有する傾向があるので、望ましい。しかしながら、これらは、上述の同じ作動電圧限界の影響を受けやすく、改善が望まれる。

当分野におけるこれらの短所および他の短所を克服する、電気二重層コンデンサ（ＥＤＬＣ）装置の例示的な実施形態を、以下に説明する。コイル型電池(ｃｏｉｌ ｃｅｌｌ)として構成されるＥＤＬＣ装置の実施形態、ならびに他のパッケージ形態を提供し、これらは、従来のＥＤＬＣ装置よりも高電圧で作動することができる。そして、これは、所定の設置に必要なＥＤＬＣ装置の数を減少させる傾向があり、省スペースおよび簡素化されたエネルギー回路をもたらす。したがって、低コストで、さらに、非常に信頼できるエネルギー貯蔵システムが可能である。

このことは、以下に説明するように、単一のＥＤＬＣ装置に複数の蓄電池を備えることによって行われる。したがって、ＥＤＬＣ装置に１つを超えるエネルギー貯蔵電池を備えることによって、その作動電圧は増加するが、従来のＥＤＬＣ装置におけるような単一電池をそれぞれ有する２つの単一ＥＤＬＣ装置よりも小さいパッケージサイズである。かかるＥＤＬＣ装置を製造する方法の態様を、以下において、一部を明らかにし、一部を具体的に論じる。

図１は、本発明の例示的な実施形態に従って形成された、例示的な電気二重層コンデンサ（ＥＤＬＣ）装置１００の透視図である。ＥＤＬＣ装置１００は、概して、第１の導電性ハウジング部品１０２と、第２の導電性ハウジング部品１０４とから組み立てられたハウジングを含み、導電性の第１のハウジング部品１０２および導電性の第２のハウジング部品１０４が、図１に示す例において、例えばダイムのような通貨コインの全体形状におけるその類似性により、当業者が認識するコイン型電池パッケージ形態を、全体的に形成している。すなわち、ＥＤＬＣ装置１００は、円盤状またはコイン状のパッケージで提供される。

コイン型電池形態の利点のうちの１つは、薄型であることである。すなわち、ハウジング部品１０２およびハウジング部品１０４によるＥＤＬＣ装置１００は、ＥＤＬＣ装置１００の互いに反対側にある面において、比較的少ない厚さであるが、比較的広い表面積を有する。より具体的には、本明細書に使用する「薄型の」ＥＤＬＣ装置は、直交座標系の第２および第３の寸法よりも実質的に小さい第１の大きさを有する。すなわち、図１に示すｘ軸、ｙ軸およびｚ軸を有するデカルト座標系を考慮すると、ｘ軸は、ＥＤＬＣ装置１００の長さ寸法に対応し、ｙ軸は、ＥＤＬＣ装置１００の幅寸法に対応し、また、ｚ寸法は、ＥＤＬＣ装置１００の高さまたは厚さ寸法に対応し得る。示される例示的なＥＤＬＣ装置において、厚さ寸法ｚは、長さ寸法ｘまたは幅寸法ｙのいずれかよりも非常に小さい。

厚さ寸法ｚは、典型的には、幾分小さく、ミリメートルで測定される。非限定例として、ＥＤＬＣ装置１００は、約２５ｍｍのｘ、ｙ面、および約５ｍｍ以下の厚さ寸法で測定される全径を有する。大きい、小さい両方の種々の他の寸法が可能である。種々の寸法は、規格が適用可能な、従来のコイン型電池と同等のパッケージサイズを製造するために、または、ユーザの明確な仕様を満たすために、提供することができる。都合よく、小さい厚さ寸法ｚは、薄型を提供し、例えば薄型電子装置にＥＤＬＣ装置１００の設置することを容易にする。

ハウジング部品１０２およびハウジング部品１０４はそれぞれ、回路の対応する電気端子への接続のための、それぞれ概ね円形の接触面１０３、１０５を形成する。回路は、例示的な実施形態において、回路基板１０１（図１において疑似線で示す）上に設置してもよい。ＥＤＬＣ装置１００の接触面１０３、１０５は、間隔を置き、ＥＤＬＣ装置１００において相互に反対を向いて広がり、接触面１０３は、例えば、回路基板１０１の表面上に形成された第１の端子パッドと表面係合してもよい。回路基板１０１にあり、かつ、当該基板から延びた電力端子は、接触面１０５、また、あるいは接触面１０５の周囲のハウジング１０４の外面と接触し、ＥＤＬＣ装置１００を介して回路を完成する。回路基板１０１の主要面に対し垂直に延びるｚ寸法で測定された、薄型ＥＤＬＣ装置１００の低い高さは、回路基板１０１を含む薄型電子装置を容易にする。回路基板１０１は、最終用途の必要条件によって、単一のＥＤＬＣ装置１００または複数のＥＤＬＣ装置１００に適合するように、構成してもよい。

例示的なＥＤＬＣ装置１００において、各ハウジング部品１０２およびハウジング部品１０４に対応する接触面１０３、１０５（図２にも示す）の径は異なる。より具体的には、ハウジング部品１０２の接触面１０３は、ハウジング部品１０４の接触面１０５よりも大きい径を有する。接触面１０５は、ＥＤＬＣ装置１００にさらに挿入されるか、または、ｘ、ｙ面において、全ＥＤＬＣ装置の外周から間隔を置く。接触面１０３、１０５のこれらの機能は、回路基板１０１の接続端子によって調整され、ＥＤＬＣ装置１００を、使用に適切な極性で設置することを確実にすることができる。換言すれば、接続端子は、１つの方向のみでＥＤＬＣ装置１００を受け入れるように、構成することができる。または、ハウジング部品１０２、１０４と接続端子の寸法を選択することができ、その結果、ＥＤＬＣ装置１００は、正しい方向に設置されるだけであり、装置１００を逆に設置する試みは失敗する。したがって、不適切な設置によるＥＤＬＣ装置１００を介する望ましくない逆電流流れは回避される。

使用するときに、ハウジング部品１０２およびハウジング部品１０４のうちの一方は、回路基板１０１の正極の、ライン側端子に接続され、また、ハウジング部品１０２およびハウジング部品１０４のうちの他方は、回路基板１０１の負極の、負荷側端子に接続され、ＥＤＬＣ装置１００は、正極端子と負極端子との間の電気接続を完成することができる。そのように接続されると、電流がＥＤＬＣ装置１００を介する正極端子から負極端子に流れるため、エネルギーがＥＤＬＣ装置１００に貯蔵され、したがって、必要に応じて、ＥＤＬＣ装置１００から放出することができる。

例示的な実施形態において、ハウジング部品１０２、１０４はそれぞれ、公知技術を用いて、導電性金属または合金から形成されてもよい。

従来のコイン型電池ＥＤＬＣ装置とは異なり、ＥＤＬＣ装置１００には、ＥＤＬＣ装置１００のハウジング内部で電気的に直列に接続される複数の蓄電池が含まれる。ＥＤＬＣ装置１００において直列接続された蓄電池は、ＥＤＬＣ装置１００を、単一の電池装置での他の方法よりも高電圧で作動可能にする。このため、ＥＤＬＣ装置１００は、従来の他の方法よりも、有極のハウジング部品１０２とハウジング部品１０４との間の高い電圧降下によって、作動可能である。

ＥＤＬＣ装置１００の高い作動電圧性能は、特定の装置に必要なＥＤＬＣ装置の数の低減をさらに可能にし、省スペースおよび簡素化されたエネルギー貯蔵回路をもたらす。ＥＤＬＣ装置１００は、それぞれが別個のハウジングを有するが、併用される２つの単一電池装置よりも非常に小さいパッケージサイズを備えた、２つの単一電池ＥＤＬＣ装置の代わりに、使用することができる。したがって、回路基板１０１のサイズを低減させて、より小さい電子装置を提供する。よって、エネルギー貯蔵システムを提供するコストを低減することができ、また、エネルギー貯蔵システムの信頼性が増加し得る。したがって、より強力で、さらに、より小さく、より少ないコストのエネルギー貯蔵システムが可能である。

図２に移って、例示的なＥＤＬＣ装置１００の内部構造を断面図に示す。図２に示すように、ＥＤＬＣ装置１００は、第１の蓄電池１０６と、密封導体（ｓｅａｌｉｎｇ ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）１０８と、第２の蓄電池１１０と、密封絶縁体（ｓｅａｌｉｎｇ ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）１１２と、を含む。蓄電池１０６および蓄電池１１０、密封導体１０８、および密封絶縁体１１２は、概して、導電性のハウジング部品１０２、１０４により包まれる。ハウジング部品１０２およびハウジング部品１０４は、電池１０６および１１０、密封導体１０８および絶縁体１１２を収容可能な内部空洞を、全体的に形成する。

第１の蓄電池１０６は、接触面１０３とは反対側においてハウジング部品１０２に隣接して、かつ、当該ハウジング部品に接触して位置決めされる。第１の蓄電池１０６には、セパレータ１２０の互いに反対側にある面において延びる電極１１４および電極１１６が含まれる。使用するときに、電気回路に接続される場合、ＥＤＬＣ装置１００の極性によって、電極１１４および電極１１６のうちの一方は、アノードとして機能し、電極１１４および電極１１６のうちの他方は、カソードとして機能する。ＥＤＬＣ装置１００における電池１０６の構造および作動は充分に理解されるものであり、本明細書ではこれ以上詳述しない。

示される例示的な実施形態における密封導体１０８には、概ね平坦な端壁１２２と、端壁１２２から延びる概ね円筒状の側壁１２４と、側壁１２４から外側に延びる、密封縁部またはフランジ１２６が含まれる。端壁１２２は、第１の蓄電池１０６の電極１１６と重なり、および当該電極に接触し、蓄電池１０６よりも大きい径を有し、このため、円筒状の側壁１２４は、第１の蓄電池１０６の外面または周囲を概ね包囲する。すなわち、端壁１２２および側壁１２４は、第１の蓄電池１０６を収容する、ハウジング１０２上に延びる、エンクロージャを概ね形成する。密封縁部１２６は、端壁１２２に対して平行であるが、該端壁から間隔を置いた面に延びる。すなわち、側壁１２４は、端壁１２２および密封縁部１２６と、側壁１２４の互いに反対側にある端部から延びる、端壁１２２および密封縁部１２６とを相互接続する。密封縁部１２６は、環状であり、端壁１２２および側壁１２４よりも大きい外径を有する。密封導体１０８は、公知技術に従って、当分野で公知の導電性材料から形成することができる。

第２の蓄電池１１０は、密封導体１０８の端壁１２２に隣接して、および当該端壁に接触して延びる。第２の蓄電池１１０には、セパレータ１３２の互いに反対側にある面に延びる、電極１２８および電極１３０が含まれる。使用において、電気回路に接続される場合、ＥＤＬＣ装置１００の極性によって、電極１２８および電極１３０のうちの一方は、電極１２８および電極１３０のアノードとして機能し、電極１２８および電極１３０のうちの他方は、カソードとして機能する。ＥＤＬＣ装置１００における蓄電池１１０の構造および作動は充分に理解されるものであり、本明細書ではこれ以上詳述しない。例示的な実施形態において、必要に応じて、蓄電池１０６および蓄電池１１０が別々に構成できることが考慮されるが、蓄電池１１０は、蓄電池１０６と実質的に同一に構成される。すなわち、蓄電池１０６および蓄電池１１０は、ＥＤＬＣ装置１００の種々の実施形態において、同種の電極もしくはセパレータを含んでも含まなくてもよい。

密封導体１０８の端壁１２２は、作動時において、蓄電池１０６と蓄電池１１０との間のイオン移動を分離して、蓄電池１０６および蓄電池１１０を相互に電気的に直列に接続する。すなわち、密封導体１０８は、蓄電池１０６と蓄電池１１０とを分離し、このため、イオンは、一方の蓄電池１０６から他方の蓄電池１１０に、またはその逆に移動することが妨げられるが、それにもかかわらず、密封導体１０８は、蓄電池１０６と蓄電池１１０との間に導電性パスを提供する。このため、一例として、電流は、ハウジング部品１０２から第１の蓄電池１０６に当該蓄電池を通じて、第１の蓄電池１０６から密封導体１０８に当該蓄電池を通じて、密封導体１０８から第２の蓄電池１１０に当該蓄電池を通じて、および、第２の蓄電池１１０からハウジング部品１０４に当該ハウジング部品を通じて流れ得る。蓄電池１０６および蓄電池１１０を介して、エネルギーはＥＤＬＣ装置１００に貯蔵され、ハウジング部品１０２およびハウジング部品１０４を介して電圧電位が、所定の閾値よりも低下する場合、放出することができる。このため、ＥＤＬＣ装置１００は、回路の実際の作動状態に応じて、エネルギーを貯蔵し、消失させる。密封導体１０８は、公知技術、および当分野において適切な導電性材料を利用して製造され、これらには、金属材料、導電性高分子、および導電性複合材料が含まれるが、必ずしもこれらに限定されない。

密封絶縁体１１２は、密封導体１０８の一部に接続される。図示する実施形態において、密封絶縁体１１２は、導体１０８の側壁１２４と接触し、および、当該側壁を一般に包囲する。さらに、密封絶縁体１１２は、環状スロットによって形成され、当該スロットは、密封導体１０８の密封縁部１２６を受け入れ、当該縁部と係合される。

また、図２に示すように、密封絶縁体１１２は、第１のハウジング部品１０２および第２のハウジング部品１０４に機械的に相互接続するように、構成される。ハウジング部品１０２の外周１３８は、密封絶縁体１１２の外部付近で覆われ、ハウジング部品１０４の外周１３４は、密封絶縁体１１２の内部領域または空洞１３６まで延び、当該内部領域または空洞に受け入れられる。したがって、密封絶縁体１１２は、ハウジング部品１０４とハウジング部品１０２との間に延び、ＥＤＬＣ装置１００の内部および外部において、ハウジング部品１０４からハウジング部品１０２を電気的に絶縁する。さらに示すように、密封絶縁体１１２は、密封導体１０８と機械的に相互接続するが、ハウジング部品１０２およびハウジング部品１０４の両方から密封導体１０８を電気的に絶縁する。すなわち、密封絶縁体１１２の一部は、ハウジング１０２と密封導体１０８の密封縁部１２６との間に延び、密封絶縁体１１２の別の一部は、密封縁部１２６とハウジング部品１０４の外周との間に延び、また、密封導体１１２の別の一部は、密封導体１０８の円筒状の側壁１２４とハウジング部品１０４の外周の間に延びる。密封絶縁体１１２は、公知技術、および当分野において適切な材料を利用して製造され、これらには、非導電性金属酸化物および非導電性高分子材料が含まれるが、必ずしもこれらに限定されない。

図３は、密封導体１０８および密封絶縁体１１２の透視図であり、当該密封導体および密封絶縁体は、ＥＤＬＣ装置１００（図１および図２）の製造における組立部品１４０として提供することができる。密封導体１０８が形成された後、密封絶縁体１１２を、密封導体１０８に圧入することができる。

蓄電池１０６（図２）は、対応する面１４２において密封導体１０８と接触する電極１１６（図２）を備えたアセンブリ１４０の一方の面１４２に形成されてよい。その後、ＥＤＬＣ装置１００の半分を完成するように、ハウジング部品１０２が、密封絶縁体１１２に嵌合されてよい。

他の蓄電池１１０（図２）は、密封導体１０８と接触する電極１２８（図２）を備えたアセンブリ１４０の面１４４に形成されてよい。ＥＤＬＣ装置１００を完成するように、ハウジング部品１０４が密封絶縁体１１２に嵌合されてよい。

ＥＤＬＣ装置１００は、当分野において明らかに理解されるものとして説明される他の順序によって、組み立てられてもよい。

ＥＤＬＣ装置１００の例示的な実施形態が示され説明されるが、種々の改良が可能であり、程度が変わるまで、ＥＤＬＣ装置１００の比較可能な機能、効果および有利な結果を達成することが考慮される。

例えば、一部の実施形態において、密封導体１０８の密封縁部１２６は、場合により考慮され、省略されてもよい。同様に、一部の実施形態において、導体１０８の側壁１２４を除去してもよい。また、導体１０８が設置された場合、当該導体を効果的に反転することもでき、このため、側壁１２４は、示されるような電池１０６の代わりに、蓄電池１１０を包囲することができる。電池１０６および１１０の一方または他方を包囲する代わりに、側壁１２４は、電池１０６および１１０を共に包囲してもよい。密封導体１０８の改良が、密封絶縁体１１２の適切な改良、およびその逆を必要とし得ることが理解される。

また、複数の絶縁体を併用して、説明した種々の電気的絶縁および密封機能を提供できることも考慮される。すなわち、説明した密封絶縁体１１２は、上述する複数の密封および電気的絶縁の目的に同時に機能する有益な単一部品であるが、複数の絶縁体を利用して、同様の目的を遂行することができる。同様に、説明した密封絶縁体１２０に加えて、更なる絶縁体を使用することができる。

更なる適応物において、密封機能および絶縁機能をもたらすと説明される、別々に提供される絶縁部品、ならびに導電性部品の代わりに、必須の部品は、指定領域において導電性であり、他の領域において非導電性であり得る。かかる実施形態において、絶縁体１１２および導体１０８を、１つの一体の部品に本質的に組み合わせて、ＥＤＬＣ装置１００の後方のアセンブリに備えることができる。

２つの蓄電池１０６および蓄電池１１０を例示の実施形態に示すが、２つを超える電池を提供することができ、付加的な密封導体１０８および絶縁体１１２が、付加的な電池を提供するのに必要であり得ることが理解される。

図３および図４は、ＥＤＬＣ装置２００の別の例示的な実施形態を示す。ＥＤＬＣ装置２００には、概して、円筒状として概ね成形され、第１の蓄電池２０６、密封導体２０８、および第２の蓄電池２１０を収容する内部空洞を有する、非導電性ハウジング２０２が含まれる。蓄電池１０６および蓄電池１０８、ならびに密封導体１０８は、ハウジング２０２に概ね包囲され、当該ハウジングは、種々の実施形態において、１つを超える部品、または単一部品として形成することができる。ハウジング２０２は、成形を含むが、これに限定されない、公知技術および方法によって、例えばプラスチック等の当分野で公知の非導電性材料から形成することができる。丸みを帯びた円筒状のハウジングを図示するが、他の形状が可能であり、正方形または矩形形状を含むが、これらに限定されない形状を使用してもよい。

第１の蓄電池２０６は、ＥＤＬＣ装置２００の一方の面でハウジング２０２に隣接して、および当該ハウジングに接触して位置する。第１の蓄電池２０６は、セパレータ２２０の互いに反対側にある面に延びる電極２１４および電極２１６を含む。使用において、電気回路に接続される場合、ＥＤＬＣ装置２００の極性によって、電極２１４および電極２１６のうちの一方は、アノードとして機能し、電極２１４および電極２１６のうちの他方は、カソードとして機能する。ＥＤＬＣ装置１００における蓄電池２０６の構造および作動は充分に理解されるものであり、本明細書ではこれ以上詳述しない。

示される例示的な実施形態における密封導体２０８は、概ね平坦で平面であり、円盤状である。または、密封導体２０８は、示される例示的な実施形態において、概ね円形で、平面として形成されるが、他の形状が、別の実施形態において可能である。したがって、密封導体２０８の形状は、ＥＤＬＣ装置１００の密封導体１０８（図２および図３）と比較して、非常に簡素化される。密封導体２０８は、公知技術により、適切な導電性材料、例えばＥＤＬＣ装置１００の密封導体１０８のための上述した材料から形成されてよい。

密封導体２０８は、作動時において、蓄電池２０６と蓄電池２１０との間のイオン移動を分離して、蓄電池２０６および蓄電池２１０を相互に電気的に直列に接続する。すなわち、密封導体２０８は、蓄電池２０６と蓄電池２１０とを分離し、このため、イオンは、一方の蓄電池２０６から他方の蓄電池２１０に、またはその逆に移動することが妨げられるが、それにもかかわらず、密封導体２０８は、蓄電池２０６と蓄電池２１０との間に導電性パスを提供する。図６に最良に示すように、密封導体２０８の周端部２２２は、ハウジング２０２の側壁に延びて、蓄電池１０６と蓄電池１１０との間のハウジング空洞を完全に密封し、分割することができる。すなわち、示される例における密封導体２０８の半径の寸法は、ハウジング２０２の内側の半径よりも大きく、このため、ハウジングの側壁２０４は、密封導体２０８の周端部２２２を包囲する。

第２の蓄電池２１０は、第１の蓄電池２０６とは反対側において密封導体２０８に隣接して、且つ当該密封導体に接触して延びる。第２の蓄電池２１０には、セパレータ２３２の互いに反対側にある面に延びる、電極２２８および電極２３０が含まれる。使用において、電気回路に接続される場合、ＥＤＬＣ装置２００の極性によって、電極２２８および電極２３０のうちの一方は、アノードとして機能し、電極２２８および電極２３０のうちの他方は、カソードとして機能する。ＥＤＬＣ装置２００における電池２１０の構造および作動は充分に理解されるものであり、本明細書にこれ以上詳述しない。例示的な実施形態において、必要に応じて、蓄電池２０６および蓄電池２１０が別々に構成できることが考慮されるが、蓄電池２１０は、蓄電池２０６と実質的に同一に構成される。すなわち、蓄電池２０６および蓄電池２１０は、ＥＤＬＣ装置２００の種々の実施形態において、同種の電極もしくはセパレータを含んでも含まなくてもよい。

蓄電池１０６、１１０のそれぞれのセパレータ２２０、２３２は、図６に示すように、ハウジング２０２の側壁に延びる。このため、セパレータ２２０、２３２の半径は、ハウジングの側壁の内側の半径よりも大きい。しかしながら、セパレータ２２０、２３２の半径は、蓄電池２０６、２１０の電極の半径よりも大きい。

さらに、第１の蓄電池２０６および第２の蓄電池２１０とそれぞれ接触する、導電性の端子要素２３４および導電性の端子要素２３６が提供される。端子要素２３４および端子要素２３６は、蓄電池２０６および蓄電池２１０のそれぞれの電極２１４および２３０に隣接する、概ね円形の接触面を含む。端子２３４および２３６は、導電性金属板から形成され、示された例において、当該端子は、細長いコネクタ部２３８、２４０を含み、当該コネクタ部は、公知の方法で電気回路にＥＤＬＣ装置２００を接続するのに使用され得る。

密封導体２０８は、端子要素２３４と端子要素２３６との間の蓄電池２０６および２０８と接続するが、絶縁ハウジング２０２は、端子要素２３４および２３６を相互に電気的に絶縁する。示された例において、端子要素２３４および端子要素２３６のコネクタ部２３８、２４０のみが、外部からハウジング２０２に接触する。

絶縁ハウジング２０２は、ＥＤＬＣ装置２００の密封絶縁体１１２（図２および図３）の必要性を排除する。また、密封導体２０８も、ＥＤＬＣ装置１００の密封導体１０８（図２および図３）と比較して、非常に簡素化される。端子要素２０２、２０４は、ＥＤＬＣ装置１００の金属ハウジング部品１０２、１０４よりも非常に容易に形成される。したがって、ＥＤＬＣ装置２００は、ＥＤＬＣ装置２００に関して、特定の部品の除去および他の部品の簡素化を含む、多くの製造利点を提供する。

既存のＥＤＬＣ装置の約２．５Ｖから約２．７Ｖの作動電圧と比較し、ＥＤＬＣ装置１００およびＥＤＬＣ装置２００を使用して、最大約５．５Ｖの作動電圧が可能である。単一の装置パッケージにおける作動電圧の増加は、上述の利点を容易にする。

本発明概念の利益および利点は、開示する例示的な実施形態を考慮して、広く示されていると今般考えられる。

電気二重層コンデンサ（ＥＤＬＣ）装置が開示され、当該ＥＤＬＣ装置は、ハウジングと、ハウジングにそれぞれ配置された第１の蓄電池および第２の蓄電池であって、当該第１の蓄電池および第２の蓄電池が相互に電気的に直列に接続される、第１の蓄電池および第２の蓄電池と、第１の蓄電池と第２の蓄電池との間の直列接続を確立する密封導体と、を含む。

場合により、密封導体には、平坦な端壁および円筒状の側壁が含まれてもよい。端壁は、第１の蓄電池と第２の蓄電池との間に延び、円筒状の側壁は、第１の蓄電池の一部を包囲し得る。円筒状の側壁は、第２の蓄電池から離れて延び得る。また、密封導体には、平坦な端壁に対向した側壁から延びる、密封縁部も含まれ得る。または、密封導体は、平坦な構成要素であり、密封導体の周端部は、ハウジングの側壁に延び得る。密封導体は、金属、導電性高分子、および導電性複合材料のうちの少なくとも１つから製造することができる。

また、密封絶縁体は、場合により、密封導体の一部に接続された、密封絶縁体を備えてもよい。密封導体には、円筒状の側壁が含まれ、密封絶縁体は、該側壁を包囲する。また、密封導体には、密封縁部の一部を受け入れる、密封絶縁体と共に、密封縁部も含まれ得る。密封絶縁体は、第１のハウジングおよび第２のハウジングと機械的に相互接続するように、構成され、密封絶縁体の一部は、第１のハウジングと第２のハウジングとの間に延び、当該第２のハウジングから当該第１のハウジングを電気的に絶縁することができる。密封絶縁体は、金属酸化物およびポリマーのうちの１つから製造することができる。

第１の蓄電池および第２の蓄電池はそれぞれ、アノードと、カソードと、および当該アノードと該カソードとの間にあるセパレータと、を含んでよい。ハウジングは、コイン型電池パッケージ形態を全体的に形成する、第１のハウジング部品および第２のハウジング部品を含んでよい。ハウジングは、導電性であるか、または、電気絶縁性であってよい。第１および第２の平坦な端子要素は、第１の蓄電池および第２の蓄電池に隣接して位置してよい。第１および第２の端子要素はそれぞれ、ハウジングの外側に延びる、細長いコネクタ部を含んでよい。

電気二重層コンデンサ（ＥＤＬＣ）装置の別の実施形態が開示され、当該実施形態は、内部空洞を形成するハウジングと、ハウジングの内部空洞に収容された、第１の蓄電池および第２の蓄電池と、内部空洞内の第１の蓄電池および第２の蓄電池を分離する、密封導体であって、第１の蓄電池および第２の蓄電池のそれぞれのイオン移動を分離して、第１の蓄電池および第２の蓄電池と電気的に直列に接続する、密封導体と、を含む。

場合により、密封絶縁体は、密封導体の一部に接続してもよく、密封絶縁体は、第１のハウジングおよび第２のハウジングを相互に電気的に絶縁する。密封導体には、平坦な端壁および円筒状の側壁が含まれ、端壁は、第１の蓄電池および第２の蓄電池を分離する。円筒状の側壁は、第１の蓄電池の一部を包囲する。密封導体は、平坦な端壁とは反対側において円筒状の側壁から広がった密封縁部をさらに含み、且つ、密封縁部は、密封絶縁体に係合することができる。密封絶縁体は、金属酸化物およびポリマーのうちの１つから製造することができる。あるいは、密封導体は、平坦な構成要素であり、密封導体の周端部がハウジングの側壁に延びてよい。密封導体は、金属、導電性高分子、および導電性複合材料のうちの少なくとも１つから製造することができる。ハウジングは、電気絶縁性であってよい。

第１および第２の平坦な端子要素は、第１の蓄電池および第２の蓄電池に隣接して位置してよい。第１および第２の端子要素はそれぞれ、ハウジングの外側に延びる、細長いコネクタ部を含んでよい。ハウジングは、コイン型電池パッケージ形態を全体的に形成する、第１の導電性ハウジング部品および第２の導電性ハウジング部品を含んでよい。

電気二重層コンデンサ（ＥＤＬＣ）の実施形態が開示され、当該実施形態は、第１のハウジングと、第１のハウジングに隣接する第１の蓄電池と、端壁および側壁を備える密封導体であって、端壁が、第１のハウジングとは反対側において第１の蓄電池に隣接して広がり、側壁が第１の蓄電池の外周を概ね包囲する、密封導体と、第１の蓄電池の反対側において密封導体に隣接する第２の蓄電池と、第２の蓄電池に隣接する第２のハウジングと、密封導体の一部と第１および第２のハウジングと、に接続された密封絶縁体と、を含み、密封絶縁体が、第１のハウジング、第２のハウジング、および密封導体を相互に電気的に絶縁し、且つ、密封導体が、第１および第２の蓄電池のそれぞれのイオン移動を分離して、第１および第２の蓄電池と電気的に直列に接続する。場合により、第１および第２のハウジングは、コイン型電池パッケージ形態を全体的に形成してもよい。

電気二重層コンデンサ（ＥＤＬＣ）の実施形態が開示され、当該実施形態は、内部空洞を形成する電気絶縁性ハウジングと、内部空洞にある第１の蓄電池と、内部空洞の第１の蓄電池に隣接して延びる密封導体と、内部空洞にある第２の蓄電池であって、第１の蓄電池とは反対側において密封導体に隣接する第２の蓄電池と、密封導体とは反対側において第１の蓄電池に隣接する第１の端子と、密封導体とは反対側において第２の蓄電池に隣接する第２の端子と、を含み、密封導体が、第１および第２の蓄電池のそれぞれのイオン移動を分離する一方、第１および第２の蓄電池と電気的に直列に接続し、且つ、ハウジングが、第１および第２の端子を電気的に絶縁する。場合により、第１および第２の端子はそれぞれ、ハウジングの外側に延びる、細長いコネクタ部を備える。

電気二重層コンデンサ（ＥＤＬＣ）装置を製造する方法が開示され、当該方法は、密封導体と第１の蓄電池および第２の蓄電池とを分離する工程と、単一パッケージに、第１の蓄電池および第２の蓄電池を封入する工程と、を含み、これによって、密封導体が、第１および第２の蓄電池のそれぞれのイオン移動を分離する一方、第１および第２の蓄電池と電気的に直列に接続する。場合により、パッケージは、第１の導電性ハウジングと、第２の導電性ハウジングと、を備え、また、当該方法には、第１のハウジング、第２のハウジング、および密封導体を電気的に絶縁する工程がさらに含まれる。

この記載された説明は、最良の様式を含めて本発明を開示し、また、当業者であれば、あらゆる装置またはシステムの製造および使用、およびあらゆる導入した方法の実施を含んだ本発明の実施が可能である、例を用いる。本発明の特許性のある範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当該範囲には、当業者が想起する他の例が含まれてもよい。特許請求の範囲に、特許請求の範囲の文言と相違しない構成要素がある場合、または、特許請求の範囲に、特許請求の範囲の文言とごくわずかな相違しかない、同等の構成要素が含まれる場合、他のかかる例は、特許請求の範囲内にあることを意図する。

Claims (39)

1. ハウジングと、
   前記ハウジングにそれぞれ配置される、第１の蓄電池および第２の蓄電池であって、相互に電気的に直列接続される、第１の蓄電池および第２の蓄電池と、
   前記第１の蓄電池と前記第２の蓄電池との間の直列接続を確立する、密封導体と、を備える、電気二重層コンデンサ（ＥＤＬＣ）装置。
2. 前記密封導体が、平坦な端壁と、円筒状の側壁と、を備える、請求項１に記載のＥＤＬＣ装置。
3. 前記端壁が、前記第１の蓄電池と前記第２の蓄電池の間において延びる、請求項２に記載のＥＤＬＣ装置。
4. 前記密封導体が、前記平坦な端壁とは反対側において前記円筒状の側壁から延びる密封縁部をさらに備える、請求項２に記載のＥＤＬＣ装置。
5. 前記円筒状の側壁が、前記第１の蓄電池の一部を包囲する、請求項２に記載のＥＤＬＣ装置。
6. 前記円筒状の側壁が、前記第２の蓄電池から離れる方向に延びる、請求項２に記載のＥＤＬＣ装置。
7. 前記密封導体が、金属、導電性高分子、および導電性複合材料のうちの少なくとも１つから製造される、請求項１に記載のＥＤＬＣ装置。
8. 密封絶縁体をさらに備え、前記密封絶縁体が前記密封導体の一部に接続される、請求項１に記載のＥＤＬＣ装置。
9. 前記密封導体が、円筒状の側壁を備え、密封絶縁体が、前記円筒状の側壁を包囲する、請求項７に記載のＥＤＬＣ装置。
10. 前記密封導体が、密封縁部をさらに備え、密封絶縁体が、前記密封縁部の一部を受け入れる、請求項７に記載のＥＤＬＣ装置。
11. 密封絶縁体が、第１のハウジングおよび第２のハウジングに機械的に相互接続するように構成される、請求項７に記載のＥＤＬＣ装置。
12. 密封絶縁体の一部が、第１のハウジングと第２のハウジングとの間に延び、前記第２のハウジングから前記第１のハウジングを電気的に絶縁する、請求項７に記載のＥＤＬＣ装置。
13. 密封絶縁体が、金属酸化物およびポリマーのうちの１つから製造される、請求項７に記載のＥＤＬＣ装置。
14. 前記第１の蓄電池および前記第２の蓄電池がそれぞれ、アノードと、カソードと、前記アノードと前記カソードとの間にあるセパレータと、を備える、請求項１に記載のＥＤＬＣ装置。
15. 前記ハウジングが、コイン型電池パッケージ形態を全体的に形成する、第１のハウジング部品および第２のハウジング部品を備える、請求項１に記載のＥＤＬＣ装置。
16. 前記ハウジングが電気絶縁性である、請求項１に記載のＥＤＬＣ装置。
17. 前記第１の蓄電池および前記第２の蓄電池に隣接して位置する、平坦な第１の端子要素と、平坦な第２の端子要素と、をさらに備える、請求項１に記載のＥＤＬＣ装置。
18. 前記第１の端子要素および前記第２の端子要素のそれぞれは、前記ハウジングの外側に延びる、細長いコネクタ部を含む、請求項１７に記載のＥＤＬＣ装置。
19. 前記密封導体が平坦な構成要素を備える、請求項１に記載のＥＤＬＣ装置。
20. 前記密封導体の周端部が、前記ハウジングの側壁に延びる、請求項１９に記載のＥＤＬＣ装置。
21. 内部空洞を形成するハウジングと、
    前記ハウジングの内部空洞に収容される第１の蓄電池および第２の蓄電池と、
    前記内部空洞内の前記第１の蓄電池および前記第２の蓄電池を分離する密封導体であって、前記第１の蓄電池および前記第２の蓄電池のそれぞれのイオン移動を分離する一方、前記第１の蓄電池および前記第２の蓄電池を電気的に直列に接続する密封導体と、を備える、電気二重層コンデンサ（ＥＤＬＣ）装置。
22. 前記密封導体の一部に接続する密封絶縁体をさらに備え、前記密封絶縁体が、第１のハウジングおよび第２のハウジングを相互に電気的に絶縁する、請求項２１に記載のＥＤＬＣ装置。
23. 前記密封導体が、平坦な端壁と、円筒状の側壁と、を備え、前記端壁が、前記第１の蓄電池および第２の蓄電池を分離する、請求項２１に記載のＥＤＬＣ装置。
24. 前記密封導体が、前記平坦な端壁とは反対側において円筒状の側壁から延びる密封縁部をさらに備え、且つ、前記密封縁部が、密封絶縁体に係合する、請求項２３に記載のＥＤＬＣ装置。
25. 前記円筒状の側壁が、前記第１の蓄電池の一部を包囲する、請求項２３に記載のＥＤＬＣ装置。
26. 密封絶縁体が、金属酸化物およびポリマーのうちの１つから製造される、請求項２１に記載のＥＤＬＣ装置。
27. 前記密封導体が、金属、導電性高分子、および導電性複合材料のうちの少なくとも１つから製造される、請求項２１に記載のＥＤＬＣ装置。
28. 前記ハウジングが電気絶縁性である、請求項２１に記載のＥＤＬＣ装置。
29. 前記第１の蓄電池および第２の蓄電池に隣接して位置した、第１の平坦な端子要素と、第２の平坦な端子要素と、をさらに備える、請求項２１に記載のＥＤＬＣ装置。
30. 第１の端子要素および第２の端子要素はそれぞれ、前記ハウジングの外側に延びる、細長いコネクタ部を含む、請求項２１に記載のＥＤＬＣ装置。
31. 前記密封導体が平坦な構成要素を備える、請求項２１に記載のＥＤＬＣ装置。
32. 前記密封導体の周端部が前記ハウジングの側壁に延びる、請求項３１に記載のＥＤＬＣ装置。
33. 前記ハウジングが、コイン型電池パッケージ形態を全体的に形成する第１のハウジング部品および第２のハウジング部品を備える、請求項２１に記載のＥＤＬＣ装置。
34. 第１のハウジングと、
    前記第１のハウジングに隣接する第１の蓄電池と、
    端壁および側壁を備える密封導体であって、前記端壁が、前記第１のハウジングとは反対側にある第１の蓄電池に隣接して延び、前記側壁が、前記第１の蓄電池の外周を一般に包囲する、密封導体と、
    前記第１の蓄電池とは反対側において前記密封導体に隣接する、第２の蓄電池と、
    前記第２の蓄電池に隣接する第２のハウジングと、
    前記密封導体の一部と、前記第１のハウジングおよび第２のハウジングとに接続された密封絶縁体と、を備え、
    前記密封絶縁体が、前記第１のハウジング、前記第２のハウジング、および前記密封導体を相互に電気的に絶縁し、且つ、
    前記密封導体が、前記第１の蓄電池および前記第２の蓄電池のそれぞれのイオン移動を分離する一方、前記第１の蓄電池および前記第２の蓄電池を電気的に直列に接続する、
    電気二重層コンデンサ（ＥＤＬＣ）。
35. 前記第１のハウジングおよび前記第２のハウジングが、コイン型電池パッケージ形態を全体的に形成する、請求項３４に記載のＥＤＬＣ装置。
36. 電気二重層コンデンサ（ＥＤＬＣ）であって、
    内部空洞を形成する電気絶縁性のハウジングと、
    前記内部空洞にある第１の蓄電池と、
    前記内部空洞の第１の蓄電池に隣接して延びる、密封導体と、
    前記内部空洞にある第２の蓄電池であって、前記第２の蓄電池が前記第１の蓄電池とは反対側において密封導体に隣接する、前記第２の蓄電池と、
    前記密封導体とは反対側において第１の蓄電池に隣接する、第１の端子と、
    前記密封導体とは反対側において第２の蓄電池に隣接する、第２の端子と、を備え、
    前記密封導体が、前記第１の蓄電池および前記第２の蓄電池のそれぞれのイオン移動を分離する一方で、前記第１の蓄電池および前記第２の蓄電池を電気的に直列に接続し、
    前記ハウジングが、前記第１の端子および前記第２の端子を電気的に絶縁する、
    前記電気二重層コンデンサ。
37. 前記第１の端子および前記第２の端子がそれぞれ、前記ハウジングの外側に延びる、細長いコネクタ部を備える、請求項３６に記載のＥＤＬＣ装置。
38. 第１の蓄電池および第２の蓄電池を、密封導体により分離することと、
    単一のパッケージに、前記第１の蓄電池および第２の蓄電池を封入することと、を含み、 前記密封導体は、前記第１の蓄電池および前記第２の蓄電池のそれぞれのイオン移動を分離する一方、前記第１の蓄電池および前記第２の蓄電池と電気的に直列に接続する、電気二重層コンデンサ（ＥＤＬＣ）装置を製造する方法。
39. 請求項３８に記載の方法であって、
    前記パッケージが、導電性の第１のハウジングと、導電性の第２のハウジングと、を備え、
    前記方法は、前記第１のハウジング、第２のハウジング、および前記密封導体を電気的に絶縁すること、をさらに含む、方法。

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