JP2023120318A - 整合したスーパーキャパシタを有するスーパーキャパシタモジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】平衡回路に対する必要性をなくし、モジュール内に過電圧が生ずるのを防止し、全体的に平衡回路の必要性を効果的になくし、単純な受動平衡回路を、能動平衡回路の代わりに使用できるスーパーキャパシタモジュールを提供する。【解決手段】スーパーキャパシタモジュール１００は、第１の試験条件でキャパシタパラメータに関して第１のパラメータ値を有する第１のスーパーキャパシタ１０２を含み、第１の試験条件でキャパシタパラメータに関して第２のパラメータ値を有する第２のスーパーキャパシタを含む。第２のパラメータ値の、第１のパラメータ値に対する比は、約０．８から約１．２であり、第１のスーパーキャパシタ及び第２のスーパーキャパシタの両端間で過電圧を防止する。したがって、スーパーキャパシタモジュールは平衡回路なしに満足のいく状態で動作する。【選択図】図２

Description

関連出願の相互参照
本出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、出願日が２０１７年９月７日である米国仮特許出願第６２／５５５，０９８号の、出願の利益を主張する。
電気エネルギー貯蔵セルは、電子、電気機械、電気化学、およびその他の有用なデバイスに電力を供給するのに広く使用される。例えば、二重層スーパーキャパシタは、液体電解質を含侵させた炭素粒子（例えば、活性炭）を含有する１対の分極性電極を用いることができる。粒子の有効表面積および電極間の小さい間隔に起因して、大きい容量値を実現することができる。個々の二重層キャパシタを一緒に組み合わせて、上昇した出力電圧および増大したエネルギー容量を有するモジュールを形成することができる。
スーパーキャパシタモジュールの性能および寿命は、モジュールの各スーパーキャパシタの両端間の電圧に依存する。例えば、「過電圧」と呼ばれるスーパーキャパシタの定格電圧を超える電圧は、モジュールの性能および／または寿命を低減させる可能性がある。過電圧を防止するために、スーパーキャパシタモジュールは、典型的には、モジュール内のスーパーキャパシタの両端間の電圧を調節する平衡回路（ｂａｌａｎｃｉｎｇ ｃｉｒｃｕｉｔ）を含む。例えば平衡回路は、モジュール内のスーパーキャパシタのそれぞれの両端間でほぼ等しい電圧を維持するように設計されてもよい。
しかしスーパーキャパシタモジュールでの平衡回路の使用は、望ましくないことであるがモジュールのサイズ、費用、および／または複雑さを増大させ得る。平衡回路はさらに、望ましい熱を生成する可能性があり、これにはモジュールの冷却が必要となる可能性があり、モジュールの費用および／または複雑さをさらに付加し、熱によって引き起こされた故障損害の可能性が増大する。
一実施形態によれば、第１の試験条件で、キャパシタパラメータに関する第１のパラメータ値を有する第１のスーパーキャパシタを含む、キャパシタモジュールが開示される。キャパシタモジュールは、およそ第１の試験条件で、キャパシタパラメータに関する第２のパラメータ値を有する第２のスーパーキャパシタを含む。第２のパラメータ値の、第１のパラメータ値に対する比は、０．８から１．２であってもよい。
本開示のその他の特徴および態様について、以下に、より詳細に述べる。
当業者に向けた、その最良の形態を含む本開示の完全で可能な開示について、添付される図の参照がなされる本明細書の残りの箇所でより詳細に述べる。
本発明のモジュールを収容するように用いられてもよい、モジュールハウジングの一実施形態の分解図である。 本発明の一実施形態による、スーパーキャパシタモジュールの斜視図である。 本発明の態様による、スーパーキャパシタの一実施形態の概略図である。 温度とキャパシタンス（ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）との間の関係を示す図である。 温度と漏れ電流との間の関係を示す図である。 温度と等価直列抵抗との間の関係を示す図である。 漏れ電流の測定に基づいてスーパーキャパシタを選択する、仮説例を示す図である。 クラスタ化アルゴリズムおよび／または機械学習アルゴリズムを使用するスーパーキャパシタを選択する、仮説例を示す図である。 実験試験データのプロットである。 実験試験データのプロットである。 第２の組の試験条件下での、スーパーキャパシタモジュールの一実施例に関する、実験試験データのプロットである。 第２の組の試験条件下での、スーパーキャパシタモジュールの一実施例に関する、実験試験データのプロットである。
本明細書および図面における参照符号の反復使用は、本開示の同じまたは類似の形体または要素を表すものとする。
当業者なら、本発明の考察は、単なる例示的な実施形態の記載であり、例示的な構成で具体化される本開示のより広範な態様を、限定するものではないことを理解されたい。
スーパーキャパシタモジュールは、上述のように、過電圧を防止するために、モジュールの各スーパーキャパシタの両端間のそれぞれの電圧を制御する平衡回路を、典型的には含む。いくつかの平衡回路は、例えば集積回路など、能動的であってもよい。その他の平衡回路は、スーパーキャパシタの端子を接続する１つまたは複数の受動構成要素、例えば抵抗、キャパシタなど、受動的であってもよい。
本明細書に記載されるスーパーキャパシタを整合させる（ｍａｔｃｈｉｎｇ）ことにより、平衡回路に対する必要性をなくすことができる。例えば、本明細書に記載される類似の性質を有するスーパーキャパシタを選択することによって、モジュールは、各スーパーキャパシタの両端間の対応するほぼ等しい電圧で動作し得る。いくつかの実施形態では、モジュール内に過電圧が生ずるのを防止し、全体的に平衡回路の必要性を効果的になくすことができる。その他の実施形態では、単純な受動平衡回路を、能動平衡回路の代わりに使用してもよい。
平衡回路をモジュールからなくす結果、より小さく、より安価で、より費用がそれほどかからない、かつ／またはより複雑ではないモジュールが得られる。さらに平衡回路の必要性をなくすことで、動作中のモジュールによって生成される熱の量を低減させることができる。言い換えれば、冷却システムの必要性をなくすことができ、一般に、過熱によって損傷または故障をより受け難い、より堅牢で信頼性あるモジュールが得らえる。
Ｉ． スーパーキャパシタモジュール構成
図１を参照すると、一実施形態では、モジュールハウジング１０は、上面１２、底面１４、ならびに上面１２と底面１４との間に延びる側面１６を含んでいてもよい。この点に関し、スーパーキャパシタ（図２に示される）は、モジュールハウジング１０の上面１４と底面１４との間に収容されてもよい。さらにモジュールハウジング３０は、使用のための外部端子または接続（図示せず）、およびデバイスへの接続を含んでいてもよい。
図２を参照すると、キャパシタモジュール１００は、モジュールハウジング１０内に配置された複数のスーパーキャパシタ１０２を含んでいてもよい。本明細書に示されるように、モジュール１００は、２個よりも多いスーパーキャパシタを含むことを、理解すべき
である。例えばモジュールは、２個のスーパーキャパシタを含んでいてもよく、いくつかの実施形態では、２個よりも多い、例えば４個以上、例えば６個以上、例えば８個以上のスーパーキャパシタを含んでいてもよく、いくつかの実施形態では、８から３０個の個々のスーパーキャパシタを含んでいてもよい。例えば、一実施形態では、モジュールは、図２に示されるように１５個のスーパーキャパシタを含んでいてもよい。
モジュールは、スーパーキャパシタをハウジング１０内に固定するように構成された支持構造１０４を含んでいてもよい。本明細書に例示されるモジュール構成は、単なる例であることを理解すべきである。任意の好適なモジュール構成を使用してもよい。例えば、いくつかの実施形態では、スーパーキャパシタを端から端まで積層してもよい。いくつかの実施形態では、図２に示されるハウジング１０の代わりに、ハウジングは例えば薄い包装材料を含む。
ＩＩ． スーパーキャパシタ構成
様々な異なる個々のスーパーキャパシタのいずれかは、一般に、本発明のモジュールに用いられてもよい。しかし概して、スーパーキャパシタは、電極アセンブリと、ハウジング内に収容されかつ任意選択で気密封止される電解質とを含有する。電極アセンブリは、例えば、第１の集電子に電気的に連結された第１の炭素質コーティング（例えば、活性炭粒子）を含有する第１の電極と、第２の集電子に電気的に連結された第２の炭素質コーティング（例えば、活性炭粒子）含有する第２の電極とを含んでいてもよい。所望の場合、特にスーパーキャパシタが複数のエネルギー貯蔵セルを含む場合には、追加の集電子を用いてもよいことが理解されるべきである。集電子は、同じまたは異なる材料から形成されてもよい。それにもかかわらず、各集電子は、典型的には、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケル、銀、パラジウムなどの導電性金属、ならびにこれらの合金を含む基材から形成される。アルミニウムおよびアルミニウム合金は、本発明で使用するのに特に好適である。基材は、箔、シート、板、メッシュなどの形態をとってもよい。基材は、比較的薄い厚さ、例えば約２００マイクロメーター以下、いくつかの実施形態では約１から約１００マイクロメートル、いくつかの実施形態では約５から約８０マイクロメートル、いくつかの実施形態では約１０から約５０マイクロメートルの厚さを有していてもよい。必要とされるものではないが、基材の表面は、洗浄、エッチング、ブラスト処理などによって、任意選択で粗面化されてもよい。数値と併せて「約」という用語を使用する場合、記述される量の２０％以内を指すものとする。
第１および第２の炭素質コーティングは、第１および第２の集電子にそれぞれ、電気的に連結されてもよい。それらは同じまたは異なるタイプの材料で形成されてもよく、１つまたは複数の層を含んでいてもよいが、炭素質コーティングのそれぞれは一般に、活性化粒子を含む少なくとも１つの層を含む。ある特定の実施形態では、例えば、活性炭層は、集電子上に直接位置決めされてもよく、任意選択で炭素質コーティングの唯一の層であってもよい。好適な活性炭粒子の例としては、例えば、ヤシ殻をベースにした活性炭、石油コークスをベースにした活性炭、ピッチをベースにした活性炭、ポリ塩化ビニリデンをベースにした活性炭、フェノール樹脂をベースにした活性炭、ポリアクリロニトリルをベースにした活性炭、および石炭、木炭、またはその他の天然有機源などの天然源から得た活性炭を挙げることができる。
ある特定の実施形態では、１つまたは複数の充放電サイクルに供された後に、ある特定のタイプの電解質に関するイオン移動度を改善するのを助けるため、活性炭粒子のある特定の態様、例えばそれらの粒度分布、表面積、および孔径分布を選択的に制御することが望ましいと考えられる。例えば、粒子の少なくとも５０体積％（Ｄ５０サイズ）は、約０．０１から約３０マイクロメートル、いくつかの実施形態では約０．１から約２０マイクロメートル、およびいくつかの実施形態では約０．５から約１０マイクロメートルの範囲
のサイズを有していてもよい。粒子の少なくとも９０体積％（Ｄ９０サイズ）は同様に、約２から約４０マイクロメートル、いくつかの実施形態では約５から約３０マイクロメートル、およびいくつかの実施形態では約６から約１５マイクロメートルの範囲のサイズを有していてもよい。ＢＥＴ表面は、約９００ｍ２／ｇから約３，０００ｍ２／ｇ、いくつかの実施形態では約１，０００ｍ２／ｇから約２，５００ｍ２／ｇ、およびいくつかの実施形態では約１，１００ｍ２／ｇから約１，８００ｍ２／ｇに及んでもよい。
ある特定のサイズおよび表面積を有することに加え、活性炭粒子は、ある特定のサイズ分布を有する細孔を含んでいてもよい。例えば、サイズが約２ナノメートル未満である細孔（即ち、「ミクロ細孔」）の量は、全細孔体積の約５０体積％以下、いくつかの実施形態では約３０体積％以下、およびいくつかの実施形態では０．１体積％から１５体積％の細孔体積を提供し得る。サイズが約２ナノメートルから約５０ナノメートルの間の細孔（即ち、「メソ細孔」）の量は同様に、約２０体積％から約８０体積％、いくつかの実施形態では約２５体積％から約７５体積％、およびいくつかの実施形態では約３５体積％から約６５体積％に及んでもよい。最後に、サイズが約５０ナノメートルよりも大きい細孔（即ち、「マクロ細孔」）の量は、約１体積％から約５０体積％、いくつかの実施形態では約５体積％から約４０体積％、およびいくつかの実施形態では、約１０体積％から約３５体積％であってもよい。炭素粒子の全細孔体積は、約０．２ｃｍ３／ｇから約１．５ｃｍ３／ｇ、いくつかの実施形態では約０．４ｃｍ３／ｇから約１．０ｃｍ３／ｇの範囲にあってもよく、中央細孔幅は、約８ナノメートル以下、いくつかの実施形態では約１から約５ナノメートル、およびいくつかの実施形態では約２から４ナノメートルであってもよい。孔径および全細孔体積は、当技術分野で周知のように、窒素吸着を使用して測定されてもよく、Ｂａｒｒｅｔｔ－Ｊｏｙｎｅｒ－Ｈａｌｅｎｄａ（「ＢＪＨ」）技法によって分析されてもよい。
所望の場合には、結合剤は、第１および／または第２の炭素質コーティング中、炭素１００部当たり、約６０部以下、いくつかの実施形態では４０部以下、およびいくつかの実施形態では約１から約２５部の量で存在してもよい。結合剤は、例えば、炭素質コーティングの全重量の約１５重量％以下、いくつかの実施形態では約１０重量％以下、およびいくつかの実施形態では約０．５重量％から約５重量％を構成してもよい。様々な好適な結合剤のいずれかを、電極に使用することができる。例えば、水不溶性有機結合剤は、スチレン－ブタジエンコポリマー、ポリ酢酸ビニルホモポリマー、酢酸ビニル－エチレンコポリマー（ｖｉｎｙｌ－ａｃｅｔａｔｅ ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒｓ）、酢酸ビニル－アクリルコポリマー（ｖｉｎｙｌ－ａｃｅｔａｔｅ ａｃｒｙｌｉｃ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒｓ）、エチレン－塩化ビニルコポリマー、エチレン－塩化ビニル－酢酸ビニルターポリマー、アクリル系ポリ塩化ビニルポリマー、アクリルポリマー、ニトリルポリマー、フルオロポリマー、例えばポリテトラフルオロエチレンまたはポリフッ化ビニリデン、ポリオレフィンなど、ならびにこれらの混合物などを、ある特定の実施形態で用いてもよい。水溶性有機結合剤では、多糖およびその誘導体などを用いてもよい。ある特定の実施形態では、多糖は、非イオン性セルロースエーテル、例えばアルキルセルロースエーテル（例えば、メチルセルロースおよびエチルセルロース）；ヒドロキシアルキルセルロースエーテル（例えば、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルヒドロキシブチルセルロース、ヒドロキシエチルヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシエチルヒドロキシブチルセルロース、ヒドロキシエチルヒドロキシプロピルヒドロキシブチルセルロースなど）；アルキルヒドロキシアルキルセルロースエーテル（例えば、メチルヒドロキシエチルセルロース、メチルヒドロキシプロピルセルロース、エチルヒドロキシエチルセルロース、エチルヒドロキシプロピルセルロース、メチルエチルヒドロキシエチルセルロース、およびメチルエチルヒドロキシプロピルセルロース）；カルボキシアルキルセルロースエーテル（例えば、カルボキシメチルセルロース）；および同様のもの、ならびに前述のいずれかのプロトン化塩、例えばナトリウムカル
ボキシメチルセルロースであってもよい。
その他の材料を、第１および／または第２の炭素質コーティングの活性炭層内で、および／または第１および／または第２の炭素質コーティングのその他の層内で、用いてもよい。例えば、ある特定の実施形態では、導電率をさらに増大させるため、導電性促進剤を用いてもよい。例示的な導電性促進剤としては、例えば、カーボンブラック、黒鉛（天然または人工）、黒鉛、カーボンナノチューブ、ナノワイヤまたはナノチューブ、金属繊維、グラフェンなど、ならびにこれらの混合物を挙げることができる。カーボンブラックが特に好適である。用いられる場合、導電性促進剤は、典型的には、炭素質コーティングの活性炭粒子１００部当たり約６０部以下、いくつかの実施形態では４０部以下、およびいくつかの実施形態では約１から約２５部を構成する。導電性促進剤は、例えば、炭素質コーティングの全重量の約１５重量％以下、いくつかの実施形態では約１０重量％以下、およびいくつかの実施形態では約０．５重量％から約５重量％を構成してもよい。活性炭粒子は同様に、典型的には炭素質コーティングの８５重量％以上、いくつかの実施形態では約９０重量％以上、およびいくつかの実施形態では約９５重量％から約９９．５重量％を構成する。
炭素質コーティングを集電子に塗布する特定の手法は、印刷（例えば、輪転グラビア）、噴霧、スロット－ダイコーティング、ドロップコーティング、浸漬コーティングなど、当業者に周知であるように様々であってもよい。塗布する手法とは無関係に、得られる電極は、コーティングから水分が除去されるように、典型的には例えば約１００℃以上、いくつかの実施形態では約２００℃以上、およびいくつかの実施形態では約３００℃から約５００℃の温度で乾燥される。電極は、スーパーキャパシタの容積効率を最適化するために、圧縮（例えば、カレンダ加工）されてもよい。いずれかの任意選択の圧縮後、各炭素質コーティングの厚さは、一般に、スーパーキャパシタの所望の電気性能および動作範囲に基づいて変化してもよい。しかし典型的には、コーティングの厚さは約２０から約２００マイクロメートル、３０から約１５０マイクロメートル、いくつかの実施形態では約４０から約１００マイクロメートルである。コーティングは、集電子の片面または両面に存在してもよい。それにも関わらず、電極全体（任意選択の圧縮後の集電子および炭素質コーティング（複数可）を含む）の厚さは、典型的には約２０から約３５０マイクロメートルの範囲内、いくつかの実施形態では約３０から約３００マイクロメートルの範囲内、およびいくつかの実施形態では約５０から約２５０マイクロメートルの範囲内である。
電極アセンブリは、典型的には、第１および第２の電極間に位置決めされたセパレータも含む。所望の場合には、その他のセパレータを電極アセンブリに用いてもよい。例えば、１つまたは複数のセパレータは、第１の電極上、第２の電極上、または両方に位置決めされてもよい。セパレータは、１つの電極を別の電極から電気的に隔離して、電気的短絡の防止を助けることができるが、それでも２つの電極間でのイオンの輸送は可能である。ある特定の実施形態では、例えば、セルロース系繊維材料（例えば、エアレイドペーパーウェブ、湿式ペーパーウェブなど）、不織布材料（例えば、ポリオレフィン不織布）、織布、フィルム（例えば、ポリオレフィンフィルム）などを含むセパレータを用いてもよい。セルロース系繊維材料は、天然繊維、合成繊維などを含有するようなスーパーキャパシタで使用するのに特に好適である。セパレータで使用するのに好適なセルロース繊維の具体例としては、例えば、広葉樹パルプ繊維、針葉樹パルプ繊維、レーヨン繊維、再生セルロース繊維などを挙げることができる。用いられる特定の材料とは無関係に、セパレータは、典型的には、約５から約１５０マイクロメートル、いくつかの実施形態では約１０から約１００マイクロメートル、およびいくつかの実施形態では約２０から約８０マイクロメートルの厚さを有する。
電極アセンブリの構成要素が一緒に組み合わされる手法は、当技術分野で公知のように
様々であってもよい。例えば、電極およびセパレータを最初に折り畳み、巻き付け、またはその他の手法で一緒に接触させて、電極アセンブリを形成してもよい。ある特定の実施形態では、電極、セパレータ、および任意選択の電解質を、「ジェリーロール」構成を有する電極アセンブリに巻いてもよい。
スーパーキャパシタを形成するために、電極およびセパレータが一緒に組み合わされて電極アセンブリを形成する前、最中、および／または後に、電解質を、第１の電極および第２の電極にイオン接触するように配置する。電解質は一般に、その性質がもともと非水性であり、したがって少なくとも１種の非水性溶媒を含有する。スーパーキャパシタの動作温度範囲を拡げるのを助けるために、典型的には、非水性溶媒は、比較的高い沸騰温度、例えば約１５０℃以上、いくつかの実施形態では約２００℃以上、およびいくつかの実施形態では約２２０℃から約３００℃を有することが望まれる。特に好適な高沸点溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネートなどの環状カーボネート溶媒を挙げることができる。当然ながら、その他の非水性溶媒を、単独でまたは環状カーボネート溶媒と組み合わせて用いてもよい。そのような溶媒の例としては、例えば、開鎖（ｏｐｅｎ－ｃｈａｉｎ）カーボネート（例えば、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネートなど）、脂肪族モノカルボキシレート（例えば、酢酸メチル、プロピオン酸エチルなど）、ラクトン溶媒（例えば、ブチロラクトン バレロラクトンなど）、ニトリル（例えば、アセトニトリル、グルタロニトリル、アジポニトリル、メトキシアセトニトリル、３－メトキシプロピオニトリルなど）、アミド（例えば、Ｎ，Ｎ－ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ－ジメチルアセトアミド、Ｎ－メチルピロリジノン）、アルカン（例えば、ニトロメタン、ニトロエタンなど）、硫黄化合物（例えば、スルホラン、ジメチルスルホキシドなど）；および同様のものを挙げることができる。
電解質は、非水性溶媒に溶解する少なくとも１種のイオン性液体を含有していてもよい。イオン性液体の濃度は変えることができるが、典型的には、イオン性液体は比較的高い濃度で存在することが望ましい。例えば、イオン性液体は、電解質１リットル当たり約０．８モル（Ｍ）以上、いくつかの実施形態では約１．０Ｍ以上、いくつかの実施形態では約１．２Ｍ以上、およびいくつかの実施形態では約１．３から約１．８Ｍの量で存在してもよい。
イオン性液体は、一般に、比較的低い融解温度、例えば約４００℃以下、いくつかの実施形態では約３５０℃以下、いくつかの実施形態では約１℃から約１００℃、およびいくつかの実施形態では約５℃から約５０℃を有する塩である。塩は、カチオン種および対イオンを含有する。カチオン種は、「カチオン中心」として少なくとも１種のヘテロ原子（例えば、窒素またはリン）を有する化合物を含有する。そのようなヘテロ原子化合物の例としては、例えば、非置換または置換有機第四級アンモニウム化合物、例えばアンモニウム（例えば、トリメチルアンモニウム、テトラメチルアンモニウムなど）、ピリジニウム、ピリダジニウム、ピラミジニウム、ピラジニウム、イミダゾリウム、ピラゾリウム、オキサゾリウム、トリアゾリウム、チアゾリウム、キノリニウム、ピペラジニウム、ピロリジニウム、２個以上の環がスピロ原子（例えば、炭素、ヘテロ原子など）によって一緒に接続されている第四級アンモニウムスピロ化合物、第四級アンモニウム縮合環構造（例えば、キノリニウム、イソキノリニウムなど）、および同様のものを挙げることができる。ある特定の実施形態では、例えば、カチオン種がＮ－スピロ二環式化合物、例えば環式環を有する対称または非対称Ｎ－スピロ二環式化合物であってもよい。そのような化合物の一例は、下記の構造：
Figure 2023120318000002
［式中、ｍおよびｎは独立して３から７の数であり、いくつかの実施形態では４から５である（例えば、ピロリジニウムまたはピペリジニウム）である］
を有する。
同様に、カチオン種に好適な対イオンとしては、ハロゲン（例えば、塩化物、臭化物、ヨウ化物など）；スルフェートまたはスルホネート（例えば、硫酸メチル、硫酸エチル、硫酸ブチル、硫酸ヘキシル、硫酸オクチル、硫酸水素、スルホン酸メタン、スルホン酸ドデシルベンゼン、ドデシルスルフェート、スルホン酸トリフルオロメタン、ヘプタデカフルオロオクタンスルホネート、ドデシルエトキシ硫酸ナトリウムなど）；スルホスクシネート；アミド（例えば、ジシアナミド）；イミド（例えば、ビス（ペンタフルオロエチルスルホニル）イミド、ビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミド、ビス（トリフルオロメチル）イミドなど）；ボレート（例えば、テトラフルオロボレート、テトラシアノボレート、ビス［オキサラト］ボレート、ビス［サリシラト］ボレートなど）；ホスフェートまたはホスフィネート（例えば、ヘキサフルオロホスフェート、ジエチルホスフェート、ビス（ペンタフルオロエチル）ホスフィネート、トリス（ペンタフルオロエチル）－トリフルオロホスフェート、トリス（ノナフルオロブチル）トリフルオロホスフェートなど）；アンチモネート（例えば、ヘキサフルオロアンチモネート）；アルミネート（例えば、テトラクロロアルミネート）；脂肪酸カルボキシレート（例えば、オレエート、イソステアレート、ペンタデカフルオロオクタノエートなど）；シアネート；アセテート；および同様のもの、ならびに前述のいずれかの組合せを挙げることができる。
好適なイオン性液体のいくつかの例としては、例えば、テトラフルオロホウ酸スピロ－（１，１’）－ビピロリジニウム、テトラフルオロホウ酸トリエチルメチルアンモニウム、テトラフルオロホウ酸テトラエチルアンモニウム、ヨウ化スピロ－（１，１’）－ビピロリジニウム、ヨウ化トリエチルメチルアンモニウム、ヨウ化テトラエチルアンモニウム、テトラフルオロホウ酸メチルトリエチルアンモニウム、テトラフルオロホウ酸テトラブチルアンモニウム、ヘキサフルオロリン酸テトラエチルアンモニウムなどを挙げることができる。
上述のように、スーパーキャパシタは、内部に電極アセンブリおよび電解質が保持されかつ任意選択で気密封止されているハウジングも含む。ハウジングの性質は、所望の通りに変化させてもよい。一実施形態では、例えば、ハウジングは、タンタル、ニオブ、アルミニウム、ニッケル、ハフニウム、チタン、銅、銀、鋼（例えば、ステンレス）、これらの合金、これらの複合体（例えば、導電性酸化物でコーティングされた金属）、および同様のものから形成されるような、金属容器（「カン」）を含んでいてもよい。アルミニウムが、本発明で使用するのに特に好適である。金属容器は、円筒状、Ｄ字形など、様々な異なる形状のいずれかを有していてもよい。円筒形状の容器が特に好適である。
電極アセンブリは、様々な種々の技法を使用して、円筒状ハウジング内に封止されてもよい。図３を参照すると、ジェリーロール構成に一緒に巻かれた層２１０６を含む電極アセンブリ２１０８を含むスーパーキャパシタ２０００の一実施形態が示されている。この特定の実施形態では、スーパーキャパシタは、ディスク形状部分２１３４、スタッド部分２１３６、およびファスナ２１３８（例えば、ネジ）を含む第１のコレクタディスク（ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ ｄｉｓｃ）２１１４を含む。コレクタディスク２１１４は、電極アセンブリの中央に形成された中空コア２１６０の第１の端部に位置合わせされ、次いでスタッド部分２１３６がコアの開口に挿入されて、ディスク形状部分２１３４が、第１の接触縁２１１０で電極アセンブリ２１０８の第１の端部に対して据えられるようになされる。蓋２１１８を、第１の端子２１１６に溶接（例えば、レーザー溶接）し、例えばネジが切られていてもよいソケットを、ファスナ２１３８に連結する。スーパーキャパシタは、ディスク形状部分２１４２、スタッド部分２１４０、および第２の端子２１４４を含む第２のコレクタディスク２１２０も含む。第２のコレクタディスク２１２０は、中空コア２１６０の第２の端部に位置合わせされ、次いでスタッド部分２１４０がコアの開口に挿入されて、コレクタディスク部分２１４２が電極アセンブリ２１０８の第２の端部に対して据えられるようになされている。
その後、金属容器２１２２（例えば、円筒形状のカン）を電極アセンブリ２１０８上に滑らせて、第２のコレクタディスク２１２０が容器２１２２に最初に進入し、第１の絶縁座金２１２４を通過し、容器２１２２の端部の軸穴を通過し、次いで第２の絶縁座金２１２６を通過するようにする。第２のコレクタディスク２１２０は、平座金２１２８およびバネ座金２１３０も通過する。ロックナット２１３２をバネ座金２１３０上で締めて、平座金２１２８に対してバネ座金２１３０を押し付けるが、これが第２の絶縁座金２１２６に対して押し付けることになる。第２の絶縁座金２１２６を金属容器２１２２の軸穴の外周に押し付け、軸穴に向かうこの圧縮緑によって第２のコレクタディスク２１２０が引き出されるにつれ、第１の絶縁座金２１２４は第２のコレクタディスク２１２０と容器２１２２の軸穴の内周との間に押し付けられる。第１の絶縁座金２１２４上のフランジは、第２のコレクタディスク２１２０と軸穴のリムとの間の電気接触を阻止する。同時に、蓋２１１８は容器２１２２の開口に引き入れられて、蓋２１１８のリムが容器２１２２の開口のリップ（ｌｉｐ）のちょうど内側に据えられるようになる。次いで蓋２１１８のリムを、容器２１２２の開口のリップに溶接する。
ロックナット２１３２がバネ座金２１３０に対して締められると、軸穴、第１の絶縁座金２１２４、第２の絶縁座金２１２６、および第２のコレクタディスク２１２０の間に気密封止が形成され得る。同様に、容器２１２２のリップへの蓋２１１８の溶接ならびに第１の端子２１１６への蓋２１１８の溶接は、別の気密封止を形成し得る。蓋２１１８内の穴２１４６は、上記の電解質の注入口として働くように、開いたままにすることができる。電解質がカンに入ると（即ち、上記のように真空中でカンに引き込まれる）、ブッシング２１４８が穴２１４６内に挿入され、穴２１４６の内縁でフランジ２１５０に対して据えられる。ブッシング２１４８は、その形状が、例えばプラグ２１５２を受容するように適合された中空シリンダであってもよい。形状が円筒状であるプラグ２１５２は、ブッシング２１４８の中央に押圧され、それによってブッシング２１４８を穴２１４６の内側に押圧し、穴２１４６、ブッシング２１４８、およびプラグ２１５２の間に気密封止が形成される。プラグ２１５２およびブッシング２１４８は、スーパーキャパシタ内で規定レベルの圧力に到達したとき取り外されるように選択されてもよく、それによって過圧安全性機構が形成される。
上記の実施形態は一般に、キャパシタ内の単一電気化学セルの使用に言及する。しかし当然ながら、本発明のキャパシタは、２個以上の電気化学セルも含み得ることを理解されるべきである。１つのそのような実施形態では、例えば、キャパシタが、同じでも異なっ
ていてもよい２個以上の電気化学セルの積層体を含んでいてもよい。
得られたスーパーキャパシタは、優れた電気的性質を示すことができる。例えばスーパーキャパシタは、温度２３℃、周波数１２０Ｈｚ、および印加電圧なしで測定したときに、立方センチメートル当たり約６ファラド（「Ｆ／ｃｍ３」）以上、いくつかの実施形態では約８Ｆ／ｃｍ３以上、いくつかの実施形態では約９から約１００Ｆ／ｃｍ３、およびいくつかの実施形態では約１０から約８０Ｆ／ｃｍ３のキャパシタンスを示してもよい。スーパーキャパシタは、温度２３℃、周波数１００ｋＨｚ、および印加電圧なしで決定されるように、約１５０ミリオーム以下、いくつかの実施形態では約１２５ミリオーム以下、いくつかの実施形態では約０．０１から約１００ミリオーム、およびいくつかの実施形態では約０．０５から約７０ミリオームなどの、低い等価直列抵抗（ＥＳＲ：ｅｑｕｉｖａｌｅｎｃｅ ｓｅｒｉｅｓ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）を有していてもよい。
とりわけ、スーパーキャパシタは、高温に曝露されたときに優れた電気的性質を示し得る。例えば、スーパーキャパシタは、約８０℃以上、いくつかの実施形態では約１００℃から約１５０℃、およびいくつかの実施形態では約１０５℃から約１３０℃（例えば、８５℃または１０５℃）の温度を有する大気に接触させて配置されてもよい。キャパシタンスおよびＥＳＲ値は、そのような温度で、約１００時間以上、いくつかの実施形態では約３００時間から約５０００時間、およびいくつかの実施形態では約６００時間から約４５００時間（例えば、１６８、３３６、５０４、６７２、８４０、１００８、１５１２、２０４０、３０２４、または４０３２時間）などのかなりの期間にわたり、安定なままにすることができる。
一実施形態では、例えば、１００８時間にわたり高温雰囲気（例えば、８５℃または１０５℃）に曝露された後のスーパーキャパシタの容量値の、高温雰囲気に最初に曝露されたときのスーパーキャパシタの容量値に対する比は、約０．７５以上、いくつかの実施形態では約０．８から１．０、およびいくつかの実施形態では約０．８５から１．０である。そのような高い容量値は、電圧が印加されたときおよび／または湿度の高い雰囲気中にあるときなど、様々な極限条件下で維持することもできる。例えば、高温雰囲気（例えば、８５℃または１０５℃）および印加電圧に曝露された後のスーパーキャパシタの容量値の、高温雰囲気に曝露されたときであるが電圧が印加される前のスーパーキャパシタの初期容量値に対する比は、約０．６０以上、いくつかの実施形態では約０．６５から１．０、およびいくつかの実施形態では約０．７から１．０であってもよい。電圧は、例えば、約１ボルト以上、いくつかの実施形態では約１．５ボルト以上、およびいくつかの実施形態では約２から約１０ボルト（例えば、２．１ボルト）であってもよい。一実施形態では、例えば、上述の比が１００８時間以上にわたり維持されてもよい。スーパーキャパシタは、高湿度レベルに曝露されたとき、例えば約４０％以上、いくつかの実施形態では約４５％以上、いくつかの実施形態では約５０％以上、およびいくつかの実施形態では約７０％以上（例えば、約８５％から１００％）の相対湿度を有する雰囲気に接触して配置されたときに、上述の容量値を維持してもよい。相対湿度は例えば、ＡＳＴＭ Ｅ３３７－０２、方法Ａ（２００７）に従い決定されてもよい。例えば、高温雰囲気（例えば、８５℃または１０５℃）および高湿度（例えば、８５％）に曝露された後のスーパーキャパシタの容量値の、高温雰囲気に曝露されたときであるが高湿度に曝露される前のスーパーキャパシタの初期容量値に対する比は、約０．７以上、いくつかの実施形態では約０．７５から１．０、およびいくつかの実施形態では約０．８０から１．０であってもよい。一実施形態では、例えばこの比が１００８時間以上にわたり維持されてもよい。
ＥＳＲは、そのような温度で、上述のようなかなりの期間にわたり、安定なままにすることができる。一実施形態では、例えば、高温雰囲気（例えば、８５℃または１０５℃）に１００８時間曝露された後のスーパーキャパシタのＥＳＲの、高温雰囲気に最初に曝露
されたときのスーパーキャパシタのＥＳＲに対する比は、約１．５以下、いくつかの実施形態では約１．２以下、およびいくつかの実施形態では約０．２から約１である。とりわけ、そのような低ＥＳＲ値は、上述のように高電圧が印加されたときおよび／または湿度の高い雰囲気にあるときなど、様々な極限条件下で維持することもできる。例えば、高温雰囲気（例えば、８５℃または１０５℃）および印加電圧に曝露された後のスーパーキャパシタのＥＳＲの、高温雰囲気に曝露されたときであるが電圧が印加される前のスーパーキャパシタの初期ＥＳＲに対する比は、約１．８以下、いくつかの実施形態では約１．７以下、およびいくつかの実施形態では約０．２から約１．６であってもよい。一実施形態では、例えば、上述の比は、１００８時間以上維持されてもよい。スーパーキャパシタは、高湿度レベルに曝露されたとき、上述のＥＳＲ値を維持してもよい。例えば、高温雰囲気（例えば、８５℃または１０５℃）および高湿度（例えば、８５％）に曝露された後のスーパーキャパシタのＥＳＲの、高温雰囲気に曝露されたときであるが高湿度に曝露される前のスーパーキャパシタの初期容量値に対する比は、約１．５以下、いくつかの実施形態では約１．４以下、およびいくつかの実施形態では約０．２から約１．２であってもよい。一実施形態では、例えば、この比が１００８時間以上維持されてもよい。
ＩＩＩ． スーパーキャパシタ整合
いくつかの実施形態では、スーパーキャパシタモジュールは、複数のスーパーキャパシタを含んでいてもよい。スーパーキャパシタは、スーパーキャパシタのそれぞれの両端間のそれぞれの電圧を制御するのに平衡回路が必要ではなくなるように、整合させてもよい。いくつかの実施形態では、スーパーキャパシタは、より詳細に以下に説明されるように、直流電流漏れ（ＤＣＬ）、等価直列抵抗（ＥＳＬ）、キャパシタンス、および／または任意のその他の好適な特徴などの、１つまたは複数の特徴に基づいて整合させてもよい。
一実施形態では、キャパシタモジュールは、第１の試験条件のキャパシタパラメータに関して第１のパラメータ値を有する第１のスーパーキャパシタを含んでいてもよい。キャパシタは、およそ第１の試験条件でキャパシタパラメータに関して第２のパラメータ値を有する第２のスーパーキャパシタを含んでいてもよい。第１の試験条件は、より詳細に以下に説明されるように、温度、湿度、直流（ＤＣ）電圧、交流（ＡＣ）電圧、使用前の時間、および／または同様のものなどの、様々な試験条件パラメータを含んでいてもよい。上述のように、キャパシタパラメータは、直流電流漏れ、等価直列抵抗、および／またはキャパシタンスを含んでいてもよく、「漏れ電流」とも呼ばれる直流電流漏れは、所与のＤＣ電圧で、例えばスーパーキャパシタの定格ＤＣ電圧でキャパシタ内を流れる電流の量である。さらに、キャパシタの任意の好適な特徴がキャパシタパラメータであってもよい。
いくつかの実施形態では、第２のパラメータ値の、第１のパラメータ値に対する比は、約０．８から約１．２であってもよい。いくつかの実施形態では、比は、約０．８５から約１．１５、およびいくつかの実施形態では約０．９から約１．１、およびいくつかの実施形態では約０．９５から約１．０５、およびいくつかの実施形態では約０．９７５から約１．０２５、およびいくつかの実施形態では０．９９から１．０１、およびいくつかの実施形態では０．９９５から１．００５であってもよい。
いくつかの実施形態では、スーパーキャパシタの整合は、電圧平衡回路の必要性をなくすことができる。上述のように、平衡回路は、各スーパーキャパシタの両端間のそれぞれの電圧を制御して、過電圧を防止することができる。平衡回路は、集積回路のように能動的であってもよく、あるいはスーパーキャパシタの端子に接続する１つまたは複数の受動構成要素（例えば、抵抗）のように受動的であってもよい。本明細書に記載されるスーパーキャパシタを整合させることにより、モジュールは、各スーパーキャパシタの両端間のほぼ均等な電圧で動作することができる。これは過電圧が生ずるのを防止することができ
、したがっていくつかの実施形態での平衡回路の必要性がなくなる。
いくつかの実施形態では、第１のキャパシタは、能動または受動平衡回路なしに第２のスーパーキャパシタと直列に接続されてもよい。いくつかの実施形態では、単純な受動平衡回路を使用してもよく、一方、能動平衡回路は排除されてもよい。他の実施形態で、第１のスーパーキャパシタは、単純化された能動平衡回路を使用して第２のスーパーキャパシタと直列に接続されてもよい。例えば、単純化された能動平衡回路は、標準の能動平衡回路よりも少ない構成要素を含み、少ないエネルギーを消費し、生産するコストが少なく、かつ／または少ない熱を発生させ得る。
２個のスーパーキャパシタを参照しながら上記にて説明してきたが、上述のように、モジュールは、任意の好適な数のスーパーキャパシタを含んでいてもよい。いくつかの実施形態では、第１および第２のスーパーキャパシタを超える追加のスーパーキャパシタは、本明細書に記載される方法を使用した第１のスーパーキャパシタとの比較に基づいて選択されてもよい。例えば、追加のスーパーキャパシタのそれぞれは、およそ第１の試験条件でキャパシタパラメータに関するそれぞれのパラメータ値を有していてもよい。追加のスーパーキャパシタのそれぞれは、第１の試験条件でのキャパシタパラメータの第１のキャパシタパラメータ値に関するキャパシタパラメータ値の約０．８から約１．２倍である、それぞれの追加のスーパーキャパシタに関する第１の試験条件でのキャパシタパラメータ値の比に基づいて、選択されてもよい。他の実施形態では、比は、本明細書で論じられるその他の比の範囲のいずれかに包含される。
いくつかの実施形態では、各スーパーキャパシタは、それが直接接続されるスーパーキャパシタのみと比較されてもよい。例えば、第ｎの各スーパーキャパシタは、ｎ－１、ｎ＋１、または両方のスーパーキャパシタと比較されてもよい。いくつかの実施形態では、各スーパーキャパシタは、モジュールに付加された最後のスーパーキャパシタ、即ちスーパーキャパシタｎ－１）に基づいてモジュールが組み立てられるように選択されてもよい。いくつかの実施形態では、第ｎのスーパーキャパシタのそれぞれに関するキャパシタパラメータを、名目上の目標とするキャパシタパラメータと比較してもよい。他の実施形態では、スーパーキャパシタは、任意の統計的解析技法、機械学習アルゴリズム、および／または最適化アルゴリズムを使用して選択されてもよい。例えば、一実施形態では、スーパーキャパシタは、１つまたは複数のキャパシタパラメータの標準偏差（複数可）が、１つまたは複数のそれぞれの所定の標準偏差範囲内にあるように選択されてもよい。
いくつかの実施形態では、経験的解析を、本明細書に記載されるその他の方法と組み合わせて、スーパーキャパシタを整合させてもよい。例えば、試験電圧を第１のスーパーキャパシタの両端間に印加してもよい。次に、数個のスーパーキャパシタを「選考（ａｕｄｉｔｉｏｎ）」して、どのスーパーキャパシタを第２のスーパーキャパシタとしてモジュールに付加すべきか決定してもよい。これには「選考を受ける」各スーパーキャパシタを１つずつ直列に、第１のスーパーキャパシタに接続することを含めてもよい。電圧は直列のスーパーキャパシタの両端間に印加されるが、第１のスーパーキャパシタの両端間の電圧および選考を受けるスーパーキャパシタの両端間の電圧を測定しかつ数学的な差を計算することができる。次いで第１のスーパーキャパシタの両端間の電圧と「選考を受ける」スーパーキャパシタの両端間の電圧との間に最小の数学的な差をもたらす、「選考を受ける」スーパーキャパシタが、第２のスーパーキャパシタとして選択されてもよい。次いでプロセスを繰り返して、第３のスーパーキャパシタ、第４のスーパーキャパシタ、および以下同様のものを、選択してもよい。さらに、上記のプロセスは、モジュール内でスーパーキャパシタを接続する最適な順序の決定を支援することができる。
他の実施形態では、任意の好適な最適化アルゴリズムを使用して、モジュール用の潜在
的なスーパーキャパシタの選択および／または接続の順序を理論的に決定してもよい。例えば上記の経験的選択手順は、潜在的なスーパーキャパシタの公知の特徴、ならびにスーパーキャパシタの特徴と、関連ある試験条件と、モジュールに接続されたときにスーパーキャパシタの両端間に得られる電圧との間の理論的または経験的関係を使用して、理論的にシミュレートされてもよい。他の実施形態では、潜在的なスーパーキャパシタの可能性あるプールが与えられると、スーパーキャパシタのそれぞれ可能性ある組合せおよび／または順序を理論的にモデル化して、モジュールにおける電圧の相違および／または過電圧を最小限に抑えるのに最も好適な組合せおよび接続順序を決定することができる。
他の実施形態では、モジュール用に複数のスーパーキャパシタを選択するとき、数個のキャパシタパラメータを、スーパーキャパシタごとに測定してもよい。次いでスーパーキャパシタを、キャパシタパラメータに基づいてランク付けしてもよい。例えばいくつかの実施形態では、スーパーキャパシタは、モジュール内のスーパーキャパシタの相互作用を最も予測可能であると決定されたキャパシタパラメータによって、最初にランク付けされてもよい。次いでスーパーキャパシタは、次に予測可能なキャパシタパラメータによって、２番目にランク付けされてもよく、以下同様である。他の実施形態では、各キャパシタパラメータには重み（ｗｅｉｇｈｔ）が付けられてもよく、次いでスーパーキャパシタは、キャパシタパラメータの加重平均に従いランク付けされてもよい。重みは、それぞれのキャパシタパラメータが、モジュール内で一旦接続されたスーパーキャパシタの両端間の電圧のものであることについて、どの程度決定的であるかに基づいてもよい。スーパーキャパシタの選択および／または接続順序は、得られるランク付けに基づいて選択されてもよい。
ＩＶ． 直流電流漏れ（ＤＣＬ）に基づく選択
いくつかの実施形態では、スーパーキャパシタは、ＤＣＬに基づいて選択され得る。例えば、第１のスーパーキャパシタは、第１の試験条件で２５マイクロアンペア（μＡ）のＤＣＬを有していてもよい。いくつかの実施形態では、第１の試験条件は、温度、相対湿度、印加ＤＣ電圧、および／または印加ＡＣ電圧を一定周波数で、含んでいてもよい。例えば第１の試験条件は、５ボルトの印加ＤＣ電圧（ＡＣ電圧成分なし）を２５℃の温度で含んでいてもよい。第２のスーパーキャパシタは、およそ第１の試験条件で第１のスーパーキャパシタのＤＣＬの約０．９から約１．１倍のＤＣＬを有することに基づいて選択されてもよい。したがってこの実施例では、第２のスーパーキャパシタは、５ボルトの印加ＤＣ電圧（ＡＣ電圧成分なし）および２５℃の温度で、２２．５μＡから２７．５μＡのＤＣＬを有していてもよい。例えば、スーパーキャパシタは、以下のセクションに記載される試験方法の１つを使用したＤＣＬ試験に基づいて選択されてもよい。
別の実施形態では、第１のスーパーキャパシタは上記のように選択されてもよく、第２のスーパーキャパシタは、およそ同じ電圧でおよびおよそ同じ温度で、第１のスーパーキャパシタのＤＣＬの約０．９５から約１．０５倍のＤＣＬを有することに基づいて選択されてもよい。したがってこの実施例では、第２のスーパーキャパシタは、約５ボルトおよび約２５℃で、約２３．７５μＡから約２６．２５μＡのＤＣを有していてもよい。
別の実施形態では、第１のスーパーキャパシタは上記のように選択されてもよく、第２のスーパーキャパシタは、およそ同じ電圧およびおよそ同じ温度で、第１のスーパーキャパシタのＤＣＬの約０．９７５から約１．０２５倍のＤＣＬを有することに基づいて選択されてもよい。したがってこの実施例では、第２のスーパーキャパシタは、約５ボルトおよび約２５℃で、約２４．３７５μＡから約２５．６２５μＡの間のＤＣＬを有していてもよい。
別の実施形態では、第１のスーパーキャパシタは上記のように選択されてもよく、第２
のスーパーキャパシタは、およそ同じ電圧およびおよそ同じ温度で、第１のスーパーキャパシタのＤＣＬの約０．９９から約１．０１倍のＤＣＬを有することに基づいて選択されてもよい。したがってこの実施例では、第２のスーパーキャパシタは、約５ボルトおよび約２５℃で、約２４．７５μＡから約２５．２５μＡを有していてもよい。
Ｖ． 等価直列抵抗（ＥＳＲ）に基づく選択
いくつかの実施形態では、スーパーキャパシタは、ＥＳＲに基づいて選択されてもよい。いくつかの実施形態では、ＥＳＲは交流電流（ＥＳＲＡＣ）に関するものであってもよく、他の実施形態では、ＥＳＲは直流電流（ＥＳＲＤＣ）に関するものであってもよい。例えばスーパーキャパシタは、以下のセクションで記載される試験方法を使用したＥＳＲ試験に基づいて、選択されてもよい。
例えば第１のスーパーキャパシタは、第１の試験条件で６５ミリオームのＥＳＲＡＣを有していてもよい。いくつかの実施形態では、第１の試験条件は、温度、相対湿度、印加ＤＣ電圧、および／または印加ＡＣ電圧を一定周波数で、含んでいてもよい。例えば第１の試験条件は、１ｋＨｚ（ＤＣバイアス電圧が０．０ボルト）および２５℃の温度で、１０ミリボルト（ｍＶ）のＡＣ電圧を含んでいてもよい。他の実施形態では、ＤＣバイアス電圧が例えば１．１ボルトまたは２．１ボルトであってもよい。第２のスーパーキャパシタは、およそ第１の試験条件で第１のスーパーキャパシタのＥＳＲＡＣの約０．９から約１．１倍のＥＳＲＡＣを有することに基づいて、選択されてもよい。したがってこの実施例では、第２のスーパーキャパシタは、約１０ｍＶ、約１ｋＨｚ（ＤＣバイアスは０．０ボルト）、および約２５℃の温度で、約５８．５ミリオームから約７１．５ミリオームのＥＳＲＡＣを有していてもよい。
別の実施形態では、第１のスーパーキャパシタは上記のように選択されてもよく、第２のスーパーキャパシタは、およそ第１の試験条件で第１のスーパーキャパシタのＥＳＲＡＣの約０．９５から約１．０５倍のＥＳＲＡＣを有することに基づいて、選択されてもよい。したがってこの実施例では、第２のスーパーキャパシタは、約１０ｍＡ（ＤＣバイアスは０．０ボルト）、約１０００Ｈｚ、および約２５℃で、約６１．７５ミリオームから約６８．２５ミリオームのＥＳＲＡＣを有していてもよい。
別の実施形態では、第１のスーパーキャパシタは上記のように選択されてもよく、第２のスーパーキャパシタは、およそ第１の試験条件で、第１のスーパーキャパシタのＥＳＲＡＣの約０．９７５から約１．０２５倍のＥＳＲＡＣを有することに基づいて、選択されてもよい。したがってこの実施例では、第２のスーパーキャパシタは、約１０ｍＶ（ＤＣバイアスは０．０ボルト）、約１０００Ｈｚ、および約２５℃で、約６３．３７５ミリオームから約６６．６２５ミリオームのＥＳＲＡＣを有していてもよい。
別の実施形態では、第１のスーパーキャパシタは上記のように選択されてもよく、第２のスーパーキャパシタは、およそ第１の試験条件で、第１のスーパーキャパシタのＥＳＲＡＣの約０．９９から約１．０１倍のＥＳＲＡＣを有することに基づいて、選択されてもよい。したがってこの実施例では、第２のスーパーキャパシタは、約１０ｍＶ（ＤＣバイアスは０．０ボルト）、約１０００Ｈｚ、および約２５℃で、約６４．３５０ミリオームから約６５．６５０ミリオームを有していてもよい。
ＶＩ． キャパシタンスに基づく選択
いくつかの実施形態では、スーパーキャパシタは、キャパシタンスに基づいて選択されてもよい。例えば第１のスーパーキャパシタは、第１の試験条件で５ファラド（Ｆ）のキャパシタンスを有していてもよい。いくつかの実施形態で、第１の試験条件は、温度、相対湿度、印加ＤＣ電圧、および／または印加ＡＣ電圧を一定周波数で、含んでいてもよい
。例えば第１の試験条件は、約２５℃の温度を含んでいてもよい。第２のスーパーキャパシタは、およそ第１の試験条件で、第１のスーパーキャパシタのキャパシタンスの約０．９から約１．１倍のキャパシタンスを有することに基づいて、選択されてもよい。したがってこの実施例では、第２のスーパーキャパシタは、約２５℃の温度で約４．５Ｆから約５．５Ｆのキャパシタンスを有していてもよい。スーパーキャパシタは、以下のセクションで記載される試験方法を使用したキャパシタンス試験に基づいて、選択されてもよい。
別の実施形態では、第１のスーパーキャパシタは上記のように選択されてもよく、第２のスーパーキャパシタは、およそ第１の試験条件で第１のスーパーキャパシタのキャパシタンスの約０．９５から約１．０５倍のキャパシタンスを有することに基づいて、選択されてもよい。したがってこの実施例では、第２のスーパーキャパシタは、約２５℃で約４．７５Ｆから約５．２５Ｆのキャパシタンスを有していてもよい。
別の実施形態では、第１のスーパーキャパシタは上記のように選択されてもよく、第２のスーパーキャパシタは、およそ第１の試験条件で第１のスーパーキャパシタのキャパシタンスの約０．９７５倍から約１．０２５倍のキャパシタンスを有することに基づいてもよい。したがってこの実施例では、第２のスーパーキャパシタは、約２５℃で約４．８７５Ｆから約５．１２５Ｆのキャパシタンスを有していてもよい。
別の実施形態では、第１のスーパーキャパシタは上記のように選択されてもよく、第２のスーパーキャパシタは、およそ第１の試験条件で第１のスーパーキャパシタのキャパシタンスの約０．９９から約１．０１倍のキャパシタンスを有することに基づいて、選択されてもよい。したがってこの実施例では、第２のスーパーキャパシタは、約２５℃で約４．９５Ｆから約５．０５Ｆのキャパシタンスを有していてもよい。
ＶＩＩ． 複数のパラメータに基づく選択
いくつかの実施形態では、スーパーキャパシタは、上記パラメータの２つ以上の組合せに基づいて選択されてもよい。例えば、一実施形態では、第１のスーパーキャパシタは、（１）印加電圧５ボルト（ＤＣ）（ＡＣ電圧成分なし）および温度２５℃で２５マイクロアンペア（μＡ）のＤＣＬ、ならびに（２）１０ミリボルト（ｍＶ）、１０００Ｈｚ（ＤＣ電圧バイアスなし）、および温度２５℃で６５ミリオームのＥＳＲを有していてもよい。第２のスーパーキャパシタは、（１）第１の試験条件での第２のスーパーキャパシタのＤＣＬの、第１のスーパーキャパシタのＤＣＬに対する、第１の比の範囲内（例えば、約０．８から約１．２）にある比、ならびに（２）第２の試験条件での第２のスーパーキャパシタのＥＳＲの、第２の試験条件での第１のスーパーキャパシタのＥＳＲに対する、第２の比の範囲内（例えば、約０．９５から約１．０５）にある第２の比に基づいて、選択されてもよい。いくつかの実施形態では、第１の比の範囲は、第２の比の範囲に等しくてもよい。例えば一実施形態では、第１および第２の範囲のそれぞれは、約０．９９から約１．０１であってもよい。他の実施形態では、ＤＣＬに関する第１の比の範囲は、ＥＳＲに関する第２の比の範囲と異なっていてもよい。例えば一実施形態では、ＤＣＬに関する第１の比の範囲は約０．９９から約１．０１であってもよく、ＥＳＲに関する第２の比の範囲は、約０．９５から約１．０５であってもよい。
比の範囲およびパラメータの、任意の好適な組合せを使用してもよいことが、理解されるべきである。いくつかの実施形態では、スーパーキャパシタは、３つのパラメータ（ＤＣＬ、ＥＳＲ、およびキャパシタンス）の全てに基づいて選択されてもよい。他の実施形態では、ピーク電流、最大エネルギー、エネルギー密度など、追加のパラメータを使用してもよい。さらに、上述のように、任意の好適な統計的解析技法、機械学習アルゴリズム、および／または最適化アルゴリズムが使用されてもよい。２個のスーパーキャパシタを有するように記載されているが、モジュールは、上述のように任意の好適な数のスーパー
キャパシタを有していてもよいことが、理解されるべきである。さらに、第１のスーパーキャパシタに基づいて第２のスーパーキャパシタを選択する上記説明は、第２のスーパーキャパシタに基づいて第３のスーパーキャパシタを選択することにも同様に適用することができ、以下同様である。
図４ａ～４ｃを参照すると、漏れ電流および等価直列抵抗はそれぞれ、温度と共に変化してもよい。各キャパシタパラメータと温度との関係は、経験的にまたは理論的に決定することができる。これらの関係は、以下により詳細に説明されるように、スーパーキャパシタを選択するのに使用されてもよい。
例えば図５は、スーパーキャパシタを試験し整合させる仮定の実施例を示す。この仮定において、約０．８から約１．２の目標範囲が、キャパシタのパラメータ値の比に使用される。図５は、５個のスーパーキャパシタ４００２、４００４、４００６、４００８、４０１０の、漏れ電流対温度を示す。各スーパーキャパシタの漏れ電流は、２５℃で測定されてもよい（２５℃で、垂直点線によって示される）。各スーパーキャパシタに関する漏れ電流の比は、スーパーキャパシタの１つに対して形成されてもよい。例えば比は、スーパーキャパシタ４０１０が２５℃で最低の漏れ電流を有するので、スーパーキャパシタ４０１０に対して計算されてもよい。スーパーキャパシタ４００８に関する２５℃での漏れ電流の、スーパーキャパシタ４０１０に関する２５℃での漏れ電流に対する比は、約１．１であり、これは０．８から１．２の目標範囲内にある。したがって、この仮説例において、スーパーキャパシタ４００８および４０１０を整合させてモジュールを形成することができる。図５は、これらのスーパーキャパシタ４００８、４０１０に関する漏れ電流の比が、－４０℃から８０℃の範囲内の全温度に関して上記の範囲内にあり続けることが予測されることを示す。この整合は、スーパーキャパシタの漏れ電流が温度の変化に関わらずほぼ等しくなるモジュールを、提供し得る。言い換えれば、これは過電圧が生じないように自動的に、各スーパーキャパシタの両端間のそれぞれの電圧を制御することができる。図５は、別のモジュールがスーパーキャパシタ４００４、４００６を使用して形成され得ることを示すこともできる。この仮説例は、スーパーキャパシタ以上のものを有するモジュールの形成に、適用可能であることが理解されるべきである。
いくつかの実施形態では、キャパシタパラメータ（例えば、漏れ電流）と試験条件（例えば、温度）との間の関係が、スーパーキャパシタを整合させるのに使用される。例えばいくつかの実施形態では、スーパーキャパシタは、種々の試験条件下で得られる測定値に基づいて整合させてもよい。例えば第２のスーパーキャパシタの漏れ電流は、第１の試験条件で試験がなされる、第１のスーパーキャパシタとは異なる温度で、試験されてもよい。キャパシタパラメータと温度との間の公知の関係は、利用可能なデータに基づいて第２のスーパーキャパシタが第１のスーパーキャパシタに整合できるように、およそ第１の試験条件で第２のスーパーキャパシタに関する第２のパラメータ値を推定するのに使用され得る。
例えば、図５を参照すると、スーパーキャパシタ４００８の漏れ電流は８０℃であることが公知となり、スーパーキャパシタ４０１０の漏れ電流は、２５℃で公知となり得る。図５に示される漏れ電流と温度との間の関係を使用して、スーパーキャパシタ４００８に関する漏れ電流は２５℃で推定することができる。次いでこの推定値を使用して、第２のスーパーキャパシタが第１のスーパーキャパシタに関して好適な整合であるか否かを決定することができる。
同様にいくつかの実施形態では、異なるキャパシタパラメータ同士の関係は、スーパーキャパシタが、異なるキャパシタパラメータに関するキャパシタパラメータ値に基づいて整合され得るように、決定することができる。例えば漏れ電流は、経験的にまたは理論的
に等価直列抵抗に相関させてもよい。この相関を使用して、第１の条件で漏れ電流が公知である第１のスーパーキャパシタを、第２の条件でＥＳＲが公知である第２のスーパーキャパシタと整合させてもよい。
いくつかの実施形態では、スーパーキャパシタは、統計的解析および／または機械学習を使用した２つ以上のキャパシタパラメータを使用して整合させてもよい。例えば図６を参照すると、一実施形態では、複数のスーパーキャパシタに関するデータ、任意の好適なクラスタ化アルゴリズム、または機械学習モデルを使用して、類似のキャパシタパラメータを有するスーパーキャパシタの群を位置付けることができる。例えば図６において、「キャパシタパラメータ１」は、第１の試験条件で測定されるキャパシタンスであってもよく、「キャパシタパラメータ２」は、およそ第１の試験条件で測定される漏れ電流であってもよい。アルゴリズムは、スーパーキャパシタを、類似のスーパーキャパシタを含むいくつかの群にグループ分けすることができる。２つのキャパシタパラメータに関して例示されるが、いくつかの実施形態では、クラスタ化アルゴリズムは、３つ以上のキャパシタパラメータに基づいてスーパーキャパシタのクラスタを創出するように構成されてもよい。クラスタ化アルゴリズムに関する入力の例には、本明細書で論じられるキャパシタパラメータ値の比、モジュール当たりのスーパーキャパシタの所望の数、モジュールの所望の全性質（例えば、全キャパシタンス、ＥＳＲ、およびＤＣＬ）が含まれる。
上述のように、いくつかの実施形態では、機械学習モデルを使用して、スーパーキャパシタを整合させてもよい。例えば、モデルは、図６に示される例示的なデータを使用してトレーニング（ｔｒａｉｎｅｄ）され、理論モジュールの個々のスーパーキャパシタの両端間で得られるそれぞれの電圧を予測し最適化するように構成されてもよい。例えば、データのトレーニング集合は、異なるサイズ、キャパシタンスなどの様々なモジュールにおける個々のスーパーキャパシタの両端間のそれぞれの電圧をモニタすることによって、創出することができる。モジュール内のそれぞれのスーパーキャパシタに関する公知のキャパシタパラメータ値と組み合わされた、これらのモニタされた電圧をトレーニングデータ集合として使用して、キャパシタパラメータ値に基づいてスーパーキャパシタをクラスタ化しまたはグループ分けするときに電圧の相違および／または過電圧を最小限に抑えるために機械学習モデルが構成され得るようにしてもよい。
本発明は、以下の実施例を参照することによって、より良く理解されよう。
試験方法
以下のセクションでは、様々なキャパシタパラメータが決定されるようにスーパーキャパシタを試験するための、例示的な方法を提供する。しかしキャパシタパラメータは、任意の好適な方法を使用して試験してもよい。さらに、一部のキャパシタパラメータは、スーパーキャパシタが最初に形成されたときから変化してもよい。したがってキャパシタパラメータは、初期試験時間後に測定されてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、試験は、２０時間から１５０時間、いくつかの実施形態では４０から１３０時間、いくつかの実施形態では５０から１１０時間、例えば７２時間の初期試験期間後に実施してもよい。
さらに試験は、様々な温度および相対湿度レベルで実施されてもよい。例えば、温度は、室温（約２３℃）、２５℃、８５℃、または１０５℃であってもよく、相対湿度は２５％または８５％であってもよい。
Ｉ． 直流電流漏れ（ＤＣＬ）
直流電流漏れは、Ｋｅｉｔｈｌｅｙ ２４００、２６０２、または３３３０精密ＬＣＺメータを使用して、抵抗の両端間で測定されてもよい。スーパーキャパシタの直流電流漏れは、２５℃および２５％の湿度で７２時間、５ボルトにスーパーキャパシタを充電する
ことにより測定されてもよい。次にスーパーキャパシタは、１０００オームの公知の抵抗を有する抵抗に、直列に接続されてもよい。スーパーキャパシタから抵抗を経て流れる電流は、１０分間安定化させ、次いで抵抗の両端間の電圧を測定されてもよい。次いでオームの法則を使用して、抵抗の両端間の電圧を抵抗の公知の抵抗で割った値として、ＤＣＬを計算してもよい。
ＩＩ． 等価直列抵抗（ＥＳＲ）
交流電流に関する等価直列抵抗（ＥＳＲＡＣ）は、Ｋｅｉｔｈｌｅｙ ２４００、２６０２、または３３３０精密ＬＣＺメータを使用して、ＤＣバイアスが０．０ボルト、１．１ボルト、または２．１ボルト（０．５ボルト ピーク間正弦波信号）で測定されてもよい。動作周波数は１ｋＨｚである。
直流電流に関する等価直列抵抗（ＥＳＲＤＣ）は、（１）スーパーキャパシタの定格電圧と（２）スーパーキャパシタの定格電圧の半分との間で、一定電流でスーパーキャパシタを周期的に充放電することによって、測定されてもよい。等価直列抵抗値は、各ステップに関連したそれぞれの電流の流れおよび電圧に基づいて、これらの充放電ステップのそれぞれに関して計算してもよい。次いでＥＳＲＤＣ値は、先のステップで計算された抵抗値を平均することによって、計算してもよい。
ＩＩＩ． キャパシタンス
スーパーキャパシタのキャパシタンスは、Ｋｅｉｔｈｌｅｙ ２４００、２６０２、または３３３０精密ＬＣＺメータを使用して、ＤＣバイアスが０．０ボルト、１．１ボルト、または２．１ボルト（０．５ボルト ピーク間正弦波信号）で測定されてもよい。動作周波数は１２０Ｈｚである。温度は室温（約２３℃）であり、相対湿度は２５％である。
あるいはスーパーキャパシタは、電源を使用して、公知の温度および湿度でスーパーキャパシタの定格電圧まで充電されてもよい。例えばスーパーキャパシタは、室温および２５％の相対湿度で、定格電圧まで充電されてもよい。次いでスーパーキャパシタを電源から取り外し、第１の電圧から第２の電圧までスーパーキャパシタを放電させるのに必要な時間が測定される間、スーパーキャパシタを定電流で放電してもよい。次いでキャパシタンスを、第１の電圧、第２の電圧、および経過時間に基づいて計算してもよい。
実施例
平衡回路を使用せずに満足できる状態で動作する整合スーパーキャパシタモジュールを形成する能力が、実証された。何対かのスーパーキャパシタを、類似のＤＣＬ値に基づいて整合させ、直列に接続してモジュールを形成した。
得られたモジュールは、定格電圧５．０ボルト、室温での定格キャパシタンス５Ｆ、ならびに１０００ｈｚおよび１０ｍＶ（０．０ＤＣバイアス電圧）での定格ＥＳＲＡＣ ６５ミリオームを有していた。モジュールを、５．０ボルト、４．５ボルト４．０ボルト、および３．５ボルトにそれぞれ対応するモジュールの定格電圧の１００％、９０％、８０％、および７０％で試験した。試験は、動作温度８５℃で実施した。モジュールの各群を、上述のようにそれぞれの試験電圧と、８５℃での定電流下のそれぞれの試験電圧の半分との間で、サイクルさせた。
満足できる動作限界を、キャパシタンスとＥＳＲとの両方に関して定義した。具体的には、満足できる動作限界には、（１）キャパシタンスが、８５℃で定格キャパシタンスの７０％以上のままであり、かつ（２）ＥＳＲが、８５℃で定格ＥＳＲの３００％以下のままであることを、必要とした。
試験結果は、モジュールが満足できる状態で、いかなる平衡回路も使用せずに、４ボルトで３，０００時間以上にわたり上記動作限界内にあり続け、かつ３．５ボルトで４，０００時間以上にわたり上記動作限界内にあり続けることを示した。
図７ａおよび７ｂは、４ボルトおよび８５℃で試験をしたモジュールが、平衡回路を使用することなく、３，０００時間以上にわたり動作限界を満足に満たしたことを示す。具体的には、図７ａを参照すると、モジュールの平均キャパシタンスは、３，０００時間以上にわたり定格キャパシタンス（ＣＡＰＳＰＥＣ）の７０％を超えたままであった。しかし約３，５００時間で、キャパシタンスは７０％の閾値よりも下まで降下した。図７ｂを参照すると、モジュールの平均ＥＳＲは、試験期間全体にわたり、定格ＥＳＲ（ＥＳＲ０）の３００％よりも十分下のままであった。
図８ａおよび８ｂは、３．５ボルトおよび８５℃で試験したモジュールが、平衡回路を使用せずに、４，０００時間にわたって満足できる動作限界にあることを示す。特に、図８ａを参照すると、モジュールの平均キャパシタンスは、４，０００時間にわたって定格キャパシタンスの７０％よりも高いままであった。さらに図８ｂを参照すると、モジュールの平均ＥＳＲは、４，０００時間にわたり定格ＥＳＲの３００％よりも十分低いままであった。
本発明のこれらおよびその他の修正例および変形例は、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、当業者が実施することができる。さらに、様々な実施形態の態様は、全体的および部分的の両方で交換されてもよいことが理解されるべきである。さらに、当業者なら、先の記載は単なる例であり、そのような添付される特許請求の範囲にさらに記載されるように本発明を限定するものではないことが、理解されよう。
本発明のこれらおよびその他の修正例および変形例は、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、当業者が実施することができる。さらに、様々な実施形態の態様は、全体的および部分的の両方で交換されてもよいことが理解されるべきである。さらに、当業者なら、先の記載は単なる例であり、そのような添付される特許請求の範囲にさらに記載されるように本発明を限定するものではないことが、理解されよう。
（１）本発明の第１の態様によると、スーパーキャパシタモジュールは、第１の試験条件でキャパシタパラメータに関して第１のパラメータ値を有する第１のスーパーキャパシタと、およそ前記第１の試験条件で前記キャパシタパラメータに関して第２のパラメータ値を有する第２のスーパーキャパシタとを含み、前記第２のパラメータ値の、前記第１のパラメータ値に対する比が、約０．８から約１．２である。
（２）本発明の第２の態様によると、第１の態様において、前記第２のパラメータ値の、前記第１のパラメータ値に対する前記比が、約０．８５から約１．１５である。
（３）本発明の第３の態様によると、第１の態様において、前記第２のパラメータ値の、前記第１のパラメータ値に対する前記比が、約０．９から約１．１である。
（４）本発明の第４の態様によると、第１の態様において、前記スーパーキャパシタモジュールが電圧平衡回路を含まない。
（５）本発明の第５の態様によると、第１の態様において、前記キャパシタパラメータが漏れ電流である。
（６）本発明の第６の態様によると、第５の態様において、前記漏れ電流が、約５ボルトの印加ＤＣ電圧および約２５℃の温度で、約２３．７５マイクロアンペアよりも大きくかつ約２６．２５マイクロアンペア未満である。
（７）本発明の第７の態様によると、第１の態様において、前記キャパシタパラメータが等価直列抵抗である。
（８）本発明の第８の態様によると、第７の態様において、前記等価直列抵抗が、約１０００Ｈｚの周波数で約１０ｍＶの印加ＡＣ電圧および約２５℃の温度で、約６１．７５ミリオームよりも大きくかつ約６８．２５ミリオーム未満である。
（９）本発明の第９の態様によると、第１の態様において、前記キャパシタパラメータがキャパシタンスである。
（１０）本発明の第１０の態様によると、第９の態様において、前記キャパシタンスが、約２５℃の温度で約４．７５Ｆよりも大きくかつ約５．２５Ｆ未満である。
（１１）本発明の第１１の態様によると、第１の態様において、前記第１の試験条件が試験電圧を含む。
（１２）本発明の第１２の態様によると、第１の態様において、前記第１の試験条件が試験温度を含む。
（１３）本発明の第１３の態様によると、第１の態様において、前記第１のスーパーキャパシタが、前記第２のスーパーキャパシタに直列接続される。
（１４）本発明の第１４の態様によると、第１の態様において、前記第１のスーパーキャパシタが、第２の試験条件で第２のキャパシタパラメータに関して第３のパラメータ値を有し、前記第２のスーパーキャパシタが、およそ前記第２の試験条件で前記第２のキャパシタパラメータに関して第４のパラメータを有し、前記第４のパラメータ値の、前記第３のパラメータ値に対する第２の比が、約０．８から約１．２である。
（１５）本発明の第１５の態様は、第１の試験条件でキャパシタパラメータに関して第１のパラメータ値を有する第１のスーパーキャパシタと第２のスーパーキャパシタとからスーパーキャパシタモジュールを製造するための方法であって、およそ前記第１の試験条件で前記キャパシタパラメータに関して第２のパラメータ値を有する前記第２のキャパシタに基づいて、前記第２のスーパーキャパシタを選択するステップを含み、前記第２のパラメータ値の、前記第１のパラメータ値に対する比が、約０．８から約１．２である。
（１６）本発明の第１６の態様によると、第１５の態様において、前記キャパシタパラメータが、漏れ電流である。
（１７）本発明の第１７の態様によると、第１５の態様において、前記キャパシタパラメータが、等価直列抵抗である。
（１８）本発明の第１８の態様によると、第１５の態様において、前記キャパシタパラメータが、キャパシタンスである。
（１９）本発明の第１９の態様によると、第１５の態様において、前記第１および第２のスーパーキャパシタを、平衡回路なしにハウジング内に収めるステップをさらに含む。
（２０）本発明の第２０の態様によると、第１５の態様において、前記第１のキャパシタの両端間の電圧が、平衡回路を使用して調整されない。
（２１）本発明の第２１の態様によると、第１５の態様において、前記第１のスーパーキャパシタを、平衡回路なしに前記第２のスーパーキャパシタに直列に接続するステップをさらに含む。
（２２）本発明の第２２の態様によると、第１５の態様において、前記第２のパラメータ値の、前記第１のパラメータ値に対する前記第２の比が、約０．９から約１．１である。
（２３）本発明の第２３の態様によると、第１５の態様において、前記第２のパラメータ値の、前記第１のパラメータ値に対する前記第２の比が、約０．９５から約１．０５である。
（２４）本発明の第２４の態様によると、第１５の態様において、前記第１のスーパーキャパシタが、第２の試験条件で第２のキャパシタパラメータに関して第３のパラメータ値を有し、前記第２のスーパーキャパシタが、およそ前記第２の試験条件で前記第２のキャパシタパラメータに関して第４のパラメータ値を有し、前記第２のスーパーキャパシタを選択するステップは、前記第４のパラメータ値の、前記第３のパラメータ値に対する第２の比が約０．８から約１．２であることにさらに基づく。

Claims (24)

  1. 第１の試験条件でキャパシタパラメータに関して第１のパラメータ値を有する第１のスーパーキャパシタと、
    およそ前記第１の試験条件で前記キャパシタパラメータに関して第２のパラメータ値を有する第２のスーパーキャパシタと
    を含み、前記第２のパラメータ値の、前記第１のパラメータ値に対する比が、約０．８から約１．２である、
    スーパーキャパシタモジュール。
  2. 前記第２のパラメータ値の、前記第１のパラメータ値に対する前記比が、約０．８５から約１．１５である、請求項１に記載のスーパーキャパシタモジュール。
  3. 前記第２のパラメータ値の、前記第１のパラメータ値に対する前記比が、約０．９から約１．１である、請求項１に記載のスーパーキャパシタモジュール。
  4. 前記スーパーキャパシタモジュールが電圧平衡回路を含まない、請求項１に記載のスーパーキャパシタモジュール。
  5. 前記キャパシタパラメータが漏れ電流である、請求項１に記載のスーパーキャパシタモジュール。
  6. 前記漏れ電流が、約５ボルトの印加ＤＣ電圧および約２５℃の温度で、約２３．７５マイクロアンペアよりも大きくかつ約２６．２５マイクロアンペア未満である、請求項５に記載のスーパーキャパシタモジュール。
  7. 前記キャパシタパラメータが等価直列抵抗である、請求項１に記載のスーパーキャパシタモジュール。
  8. 前記等価直列抵抗が、約１０００Ｈｚの周波数で約１０ｍＶの印加ＡＣ電圧および約２５℃の温度で、約６１．７５ミリオームよりも大きくかつ約６８．２５ミリオーム未満である、請求項７に記載のスーパーキャパシタモジュール。
  9. 前記キャパシタパラメータがキャパシタンスである、請求項１に記載のスーパーキャパシタモジュール。
  10. 前記キャパシタンスが、約２５℃の温度で約４．７５Ｆよりも大きくかつ約５．２５Ｆ未満である、請求項９に記載のスーパーキャパシタモジュール。
  11. 前記第１の試験条件が試験電圧を含む、請求項１に記載のスーパーキャパシタモジュール。
  12. 前記第１の試験条件が試験温度を含む、請求項１に記載のスーパーキャパシタモジュール。
  13. 前記第１のスーパーキャパシタが、前記第２のスーパーキャパシタに直列接続される、請求項１に記載のスーパーキャパシタモジュール。
  14. 前記第１のスーパーキャパシタが、第２の試験条件で第２のキャパシタパラメータに関して第３のパラメータ値を有し、
    前記第２のスーパーキャパシタが、およそ前記第２の試験条件で前記第２のキャパシタパラメータに関して第４のパラメータを有し、
    前記第４のパラメータ値の、前記第３のパラメータ値に対する第２の比が、約０．８から約１．２である、
    請求項１に記載のスーパーキャパシタモジュール。
  15. 第１の試験条件でキャパシタパラメータに関して第１のパラメータ値を有する第１のスーパーキャパシタと第２のスーパーキャパシタとからスーパーキャパシタモジュールを製造するための方法であって、
    およそ前記第１の試験条件で前記キャパシタパラメータに関して第２のパラメータ値を有する前記第２のキャパシタに基づいて、前記第２のスーパーキャパシタを選択するステップを含み、前記第２のパラメータ値の、前記第１のパラメータ値に対する比が、約０．８から約１．２である、方法。
  16. 前記キャパシタパラメータが、漏れ電流である、請求項１５に記載の方法。
  17. 前記キャパシタパラメータが、等価直列抵抗である、請求項１５に記載の方法。
  18. 前記キャパシタパラメータが、キャパシタンスである、請求項１５に記載の方法。
  19. 前記第１および第２のスーパーキャパシタを、平衡回路なしにハウジング内に収めるステップをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
  20. 前記第１のキャパシタの両端間の電圧が、平衡回路を使用して調整されない、請求項１５に記載の方法。
  21. 前記第１のスーパーキャパシタを、平衡回路なしに前記第２のスーパーキャパシタに直列に接続するステップをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
  22. 前記第２のパラメータ値の、前記第１のパラメータ値に対する前記第２の比が、約０．９から約１．１である、請求項１５に記載の方法。
  23. 前記第２のパラメータ値の、前記第１のパラメータ値に対する前記第２の比が、約０．９５から約１．０５である、請求項１５に記載の方法。
  24. 前記第１のスーパーキャパシタが、第２の試験条件で第２のキャパシタパラメータに関して第３のパラメータ値を有し、
    前記第２のスーパーキャパシタが、およそ前記第２の試験条件で前記第２のキャパシタパラメータに関して第４のパラメータ値を有し、
    前記第２のスーパーキャパシタを選択するステップは、前記第４のパラメータ値の、前記第３のパラメータ値に対する第２の比が約０．８から約１．２であることにさらに基づく、
    請求項１５に記載の方法。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10381166B2 (en) * 2016-05-25 2019-08-13 Vishay Sprague, Inc. High performance and reliability solid electrolytic tantalum capacitors and screening method
US11127538B2 (en) 2017-02-20 2021-09-21 The Research Foundation For The State University Of New York Multi-cell multi-layer high voltage supercapacitor apparatus including graphene electrodes
US10826306B2 (en) * 2018-09-14 2020-11-03 General Electric Company System and method for monitoring ultracapacitors
US20210408807A1 (en) * 2020-06-30 2021-12-30 Avx Corporation System and Method for Balancing Ultracapacitors

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63179510A (ja) * 1987-01-21 1988-07-23 株式会社村田製作所 電気二重層コンデンサ
US4992910A (en) * 1989-11-06 1991-02-12 The Evans Findings Company, Inc. Electrical component package
JP2000077273A (ja) * 1998-09-03 2000-03-14 Ngk Insulators Ltd 電気二重層コンデンサ及びその製造方法
US6449139B1 (en) * 1999-08-18 2002-09-10 Maxwell Electronic Components Group, Inc. Multi-electrode double layer capacitor having hermetic electrolyte seal
JP2004303848A (ja) * 2003-03-31 2004-10-28 Nec Tokin Corp 高耐電圧キャパシタ
US7633284B2 (en) * 2005-03-08 2009-12-15 Tennessee Valley Authority Method and apparatus for managing ultracapacitor energy storage systems for a power transmission system
US20070053140A1 (en) * 2005-09-02 2007-03-08 Maxwell Technologies, Inc. Flexible enclosure for energy storage devices
WO2008103681A1 (en) 2007-02-19 2008-08-28 Universal Supercapacitors Llc Negative electrode current collector for heterogeneous electrochemical capacitor and method of manufacture thereof
JP2010017053A (ja) * 2008-07-07 2010-01-21 Daikin Ind Ltd 蓄電装置
US20100157527A1 (en) * 2008-12-23 2010-06-24 Ise Corporation High-Power Ultracapacitor Energy Storage Pack and Method of Use
US8116044B2 (en) * 2009-12-14 2012-02-14 Oracle America, Inc. Supercapacitor leak detection and management
US20120050946A1 (en) * 2010-08-27 2012-03-01 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Supercapacitor module
KR101138548B1 (ko) * 2010-10-07 2012-05-21 삼성전기주식회사 슈퍼 캐패시터 모듈
US9472353B2 (en) * 2011-04-07 2016-10-18 Corning Incorporated Ultracapacitor with improved aging performance
JP2014525219A (ja) * 2011-05-24 2014-09-25 ファーストキャップ・システムズ・コーポレイション 再充電可能エネルギ貯蔵を伴う高温用途のためのパワーシステム
FR2987180B1 (fr) * 2012-02-16 2014-12-05 Alstom Transport Sa Chaine de stockage d'energie pour vehicule, comprenant au moins un module de supercondensateurs, systeme de stockage d'energie comprenant une telle chaine et vehicule ferroviaire comprenant un tel systeme
IL298172A (en) 2012-02-24 2023-01-01 Fastcap Systems Corp Advanced electrolyte systems and their use in energy storage devices
JP6518589B2 (ja) * 2012-10-08 2019-05-22 マックスウェル テクノロジーズ インコーポレイテッド ３ボルトウルトラキャパシタのための電解質
US9678132B2 (en) * 2014-08-29 2017-06-13 Texas Instruments Incorporated Capacitor combination stress testing
KR102415512B1 (ko) * 2014-12-16 2022-07-01 현대두산인프라코어 주식회사 울트라 커패시터 모듈
PE20180591A1 (es) * 2015-07-10 2018-04-05 Hemant Karamchand Rohera Bloque de alimentacion hibrido
CN105576796B (zh) * 2016-03-01 2018-12-21 宁波中车新能源科技有限公司 一种具有自匹配功能的低功耗超级电容器系统
CN105743202B (zh) * 2016-03-01 2018-12-21 宁波中车新能源科技有限公司 一种具有自匹配功能的超级电容器单体
CN205509625U (zh) * 2016-03-01 2016-08-24 宁波市江北九方和荣电气有限公司 一种具有自匹配功能的超级电容器单体

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