JP4442301B2 - Capacitor module - Google Patents
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Description
本発明はハイブリッドカーや燃料電池車の回生用、あるいは電力貯蔵用に使用されるキャパシタモジュールに関するものである。 The present invention relates to a capacitor module used for regeneration of a hybrid car or a fuel cell car or for power storage.
図7はこの種の従来のキャパシタモジュールの構成を示した断面図であり、図7において10はキャパシタ素子であり、このキャパシタ素子10はアルミニウム箔からなる集電体上に分極性電極層を形成した一対の電極を互いに逆方向に位置をずらしてその間にセパレータを介在させて巻回する(全て図示せず)ことにより構成され、このキャパシタ素子10の両端面(図7において上下方向)から陽極と陰極を取り出すようにしたものである。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional capacitor module of this type. In FIG. 7,
11は上記キャパシタ素子10を図示しない駆動用電解液と共に収容したアルミニウム製のケース、11aはこのケース11の底面に一体で設けられた外部接続用の陰極端子であり、キャパシタ素子10の陰極側の端面をケース11の内底面にレーザー溶接等の手段によって接合することにより、機械的、電気的に接続したものである。
12はアルミニウム製の蓋、12aはこの蓋12に一体で設けられた外部接続用の陽極端子であり、キャパシタ素子10の陽極側の端面を蓋12の内面にレーザー溶接等の手段によって接合することにより機械的、電気的に接続すると共に、この蓋12の周縁と上記ケース11の開口部とを(図7において符号13で示す部分)、その間に図示しない絶縁部材を介在させて共に巻き込むように加工(一般に、カーリング加工と呼ばれている)することによって封止して構成されたものである。
12 is an aluminum lid, 12a is an anode terminal for external connection provided integrally with the
このように構成された従来のキャパシタモジュールは、ケース11の中心軸方向(図7において上下方向)に外部接続用の陽極端子12aと陰極端子11aが設けられた構成となり、この陽極端子12aと陰極端子11aを図示しないバスバーと呼ばれる接続部材を用いて複数のキャパシタモジュールを接続することにより、複数個のキャパシタモジュールを連結したキャパシタユニットとして車載用のバックアップ電源等に使用されているものであった。
The conventional capacitor module configured as described above has a configuration in which an
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献1が知られている。
しかしながら上記従来のキャパシタモジュールでは、キャパシタモジュールを複数個連結してキャパシタユニットとして使用する場合に、陽極端子12aならびに陰極端子11aを接続する際に、各端子が夫々相反する方向に引き出されているために接続作業が大変であるばかりでなく、接続スペースが両端に夫々必要なため、結果的に大きな取り付けスペースを必要として小型化できないという問題があった。
However, in the above-described conventional capacitor module, when a plurality of capacitor modules are connected and used as a capacitor unit, when the
また、従来のキャパシタモジュールを複数個連結してキャパシタユニットとし、これを燃料電池車のモータアシスト用として使用する場合には、上記各端子が夫々相反する方向に引き出されていることも含めて接続経路が長くなるため、結果として不要な抵抗が増加して大きなロスが発生するという課題があった。 In addition, when a plurality of conventional capacitor modules are connected to form a capacitor unit, which is used for assisting the motor of a fuel cell vehicle, the connection is made including the fact that the terminals are drawn out in opposite directions. Since the path becomes long, there is a problem that unnecessary resistance increases and a large loss occurs as a result.
この不要な抵抗の増加は、例えば図8に示すように、燃料電池車の燃料電池スタックは400Vの電圧が発生しているが、キャパシタモジュール1個の耐電圧は約2.0Vであるため、400V/2V=200個のキャパシタモジュールを直列に接続する必要があり、負荷電流は最大200A程度流れることになる。キャパシタモジュール1個の内部抵抗は0.002Ωであり、各キャパシタモジュールの端子の接続抵抗を0.0001Ωとしても、これを直列に接続すると、0.002Ω+0.0001Ω=0.0021Ωとなり、これが200個直列接続された場合には、0.0021Ω×200個=0.42Ωとなる。 For example, as shown in FIG. 8, this unnecessary increase in resistance generates a voltage of 400 V in the fuel cell stack of the fuel cell vehicle, but the withstand voltage of one capacitor module is about 2.0 V. It is necessary to connect 400V / 2V = 200 capacitor modules in series, and the load current flows about 200A at the maximum. The internal resistance of one capacitor module is 0.002Ω, and even if the connection resistance of the terminals of each capacitor module is 0.0001Ω, when this is connected in series, 0.002Ω + 0.0001Ω = 0.0021Ω, which is 200 When connected in series, 0.0021Ω × 200 pieces = 0.42Ω.
従って、合成抵抗が0.42Ωで200A流れると、0.42Ω×200A×200A=16.8KWとなり、この16.8KWがキャパシタユニットのロスとなって発熱し、外部に放出されるものである。 Therefore, when 200 A flows with a combined resistance of 0.42Ω, 0.42Ω × 200A × 200A = 16.8 kW, and this 16.8 kW becomes a loss of the capacitor unit, generates heat, and is discharged to the outside.
本発明はこのような従来の課題を解決し、キャパシタモジュールを複数個連結してキャパシタユニットとして使用する際に、容易に接続することができると共に接続スペースを低減し、かつ接続に纏わる不要な抵抗の発生を極めて少なくすることができるキャパシタモジュールを提供することを目的とするものである。 The present invention solves such a conventional problem, and when connecting a plurality of capacitor modules to be used as a capacitor unit, it is possible to easily connect, reduce connection space, and unnecessary resistance for connection. An object of the present invention is to provide a capacitor module capable of extremely reducing the occurrence of the above.
上記課題を解決するために本発明は、金属箔からなる集電体上に分極性電極層を形成した一対の電極を互いに逆方向に位置をずらしてその間にセパレータを介在させて巻回することにより構成されたキャパシタ素子と、このキャパシタ素子を駆動用電解液と共に収容した有底筒状のケースと、このケースの開口部を封止した封口体と、ケース内部に収容され、内面を除く部分が絶縁処理された蓋状の集電電極とからなるキャパシタモジュールにおいて、上記キャパシタ素子の互いに逆方向に位置する電極の一方を封口体に電気的に接続し、電極の他方を上記集電電極の内底面に接合し、この集電電極を介して封口体に絶縁状態で設けられた端子に接続することにより、陽極および陰極のいずれかの取り出しを封口体で、他方の取り出しをこの封口体に絶縁状態で設けられた端子で行うようにしたものである。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention is to wind a pair of electrodes in which a polarizable electrode layer is formed on a current collector made of a metal foil, with the positions being shifted in opposite directions to each other with a separator interposed therebetween. A capacitor element constituted by: a bottomed cylindrical case containing the capacitor element together with a driving electrolyte; a sealing body that seals the opening of the case ; In the capacitor module comprising a lid-shaped collecting electrode that is insulated , one of the electrodes of the capacitor element located in opposite directions is electrically connected to the sealing body, and the other electrode is connected to the collecting electrode. It joined to the inner bottom surface, by connecting to a terminal provided in an insulated state to the sealing member through the collector electrode, one of the extraction of the anode and cathode with a sealing member, the other extraction the The mouth member is obtained to perform at the terminal which is provided in an insulated state.
以上のように本発明によるキャパシタモジュールは、陽極/陰極の取り出しを同一方向から行うことが可能になるため、キャパシタモジュールを複数個連結してキャパシタユニットとして使用する際に、容易に接続することができると共に接続スペースを低減し、かつ、接続に纏わる不要な抵抗の発生を極めて少なくすることができるという格別の効果が得られるものである。 As described above, the capacitor module according to the present invention allows the anode / cathode to be taken out from the same direction. Therefore, when a plurality of capacitor modules are connected and used as a capacitor unit, they can be easily connected. In addition, it is possible to obtain a special effect that the connection space can be reduced and the generation of unnecessary resistance associated with the connection can be extremely reduced.
(実施の形態1)
以下、実施の形態1を用いて、本発明の特に請求項1〜5に記載の発明について説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, the first aspect of the present invention will be described with reference to the first embodiment.
図1は本発明の実施の形態1によるキャパシタモジュールの構成を示した分解斜視図、図2は同キャパシタモジュールを複数個連結することにより構成されたキャパシタユニットを燃料電池車に搭載した状態の概念図であり、図1において1はキャパシタ素子を示し、このキャパシタ素子1はアルミニウム箔からなる集電体上の一端側に集電体の露出部分が形成されるように分極性電極層を形成した一対の電極(図示せず)を上記集電体の露出部分が互いに逆方向になるようにしてその間にセパレータ(図示せず)を介在させて巻回することにより構成されたものであり、図1において上面が陽極、下面が陰極となるように構成されているものである。
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a configuration of a capacitor module according to
2は蓋状に形成された集電電極であり、この集電電極2はその内面が上記キャパシタ素子1の陰極側に嵌め込まれ、キャパシタ素子1の陰極側端面が集電電極2の内底面とレーザー溶接、金属溶射、ろう付け等の手段により接合されることにより、後述する陰極端子6を介して陰極取り出しを行うようにしたものであり、この集電電極2は後述する金属ケース3との電気的な絶縁を図るために内面を除く部分は全て絶縁処理されているものである。3はアルミニウムからなる有底筒状のケースであり、上記集電電極2が接合されたキャパシタ素子1を図示しない駆動用電解液と共に収容するものである。
4は上記ケース3の開口部を封口する封口体としてのカバーであり、このカバー4にはケース3の開口部に嵌まり込むと共に陽極電極となる凸部4aとレーザー溶接用の窪み4bが設けられ、この窪み4bを介して上記凸部4aの先端の平面部分に上記キャパシタ素子1の陽極側端面がレーザー溶接、金属溶射、ろう付け等の手段により接合されることにより、キャパシタ素子1の陽極が陽極電極となる凸部4aならびにこの凸部4aを含むカバー4に植設された陽極端子5と導通するように構成されているものである。
また、6は同じくカバー4にカバー4とは絶縁状態で植設された陰極端子であり、この陰極端子6の一端は上記キャパシタ素子1の内部を通って集電電極2の内面に接合されることにより、キャパシタ素子1の陰極取り出しを行うように構成されたものである。
Similarly, reference numeral 6 denotes a cathode terminal which is implanted in the
また、上記キャパシタ素子1、集電電極2、ケース3、カバー4は全て偏平形状に構成されることによって薄型化を図った構成としたものである。
Further, the
このように構成された本実施の形態によるキャパシタモジュールは、キャパシタ素子1の陽極側端面をカバー4の凸部4aの表面に接合(一般に端面集電と呼ばれる)し、同陰極側端面を集電電極2の内底面に接合(一般に端面集電と呼ばれる)し、この集電電極2に陰極端子6を接合した構成としたことにより、陽極側の外部取り出しをカバー4に設けた陽極端子5で、陰極側の外部取り出しを同じくカバー4に設けた陰極端子6で行うことができるため、陽極/陰極の取り出しを同一方向から行うことができるようになり、このために、従来の課題であったキャパシタモジュールを複数個連結してキャパシタユニットとして使用する際に、各端子が夫々相反する方向に引き出されているために接続作業が大変であるばかりでなく、接続スペースが両端に夫々必要なため、結果的に大きな取り付けスペースを必要として小型化できないという課題を一挙に解決することができるようになるものである。
In the capacitor module according to the present embodiment configured as described above, the anode side end face of the
従って、図2に示すように、本実施の形態によるキャパシタモジュールを複数個連結して構成したキャパシタユニットを燃料電池車に搭載することにより、小型・高性能化を図ったキャパシタユニットにより高効率でモータをアシストすることができるようになるものである。 Therefore, as shown in FIG. 2, a capacitor unit constituted by connecting a plurality of capacitor modules according to the present embodiment is mounted on a fuel cell vehicle so that the capacitor unit can be made more compact and more efficient. The motor can be assisted.
なお、本実施の形態においては、キャパシタ素子1の陽極側の取り出しはカバー4に設けた陽極端子5を用いて行うように説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、キャパシタ素子1の陽極側をケース3に直接接続したり、あるいはカバー4に直接接続したりすることによって陽極端子5を用いないようにすることもできるものである。
In the present embodiment, the anode side of the
また、本実施の形態においては、キャパシタ素子1、集電電極2、ケース3、カバー4は全て偏平形状に構成した例で説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、一般的な円形で構成することも可能である。
In the present embodiment, the
(実施の形態2)
以下、実施の形態2を用いて、本発明の特に請求項6に記載の発明について説明する。
(Embodiment 2)
The second aspect of the present invention will be described below with reference to the second embodiment.
本実施の形態は上記実施の形態1で説明したキャパシタモジュールを複数個連結してキャパシタユニットとして使用する際の一つの例を示したものであり、実施の形態1と同一の部品には同一の符号を付与してその詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ以下に図面を用いて説明する。 This embodiment shows one example when a plurality of capacitor modules described in the first embodiment are connected and used as a capacitor unit, and the same parts as those in the first embodiment have the same components. Reference numerals are assigned and detailed description thereof is omitted, and only different portions will be described below with reference to the drawings.
図3は本発明の実施の形態2によるキャパシタモジュールの構成を示した一部切り欠き斜視図、図4は同分解斜視図であり、図3、図4において、1はキャパシタ素子、2は集電電極、3はケースであり、以上の構成は上記実施の形態1と同様であり、ケース3の内部に図示しない駆動用電解液と共にキャパシタ素子1が収容されるものである。本実施の形態においてはこのケース3を6個近接配置した例を示している。
3 is a partially cutaway perspective view showing the configuration of a capacitor module according to
7はカバーであり、このカバー7は上記6個のケース3を一体に連結するように一体で構成され、かつこのカバー7には夫々のケース3の開口部に嵌まり込むと共に陽極電極となる6個の凸部7aとレーザー溶接用の窪み7bが複数設けられ、この窪み7bを介して上記凸部7aの先端の平面部分に上記キャパシタ素子1の陽極側端面がレーザー溶接、金属溶射、ろう付け等の手段により接合されることにより、キャパシタ素子1の陽極が陽極電極となる凸部7aならびにこの凸部7aを含むカバー7に植設された陽極端子5と導通するように構成されているのは実施の形態1と同様である。
また、6は同じくカバー7にカバー7とは絶縁状態で植設された陰極端子であり、この陰極端子6の一端は上記キャパシタ素子1の内部を通って集電電極2の内面に接合されることにより、キャパシタ素子1の陰極取り出しを行うように構成されたものである。
Reference numeral 6 denotes a cathode terminal which is also implanted in the
さらに、カバー7には複数の導電性の接続部材7cが埋設されており、この接続部材7cにより隣接するキャパシタモジュールの陽極と陰極を夫々電気的に接続(本実施の形態においては直列接続した例を示しているが、並列接続しても構わない)し、これにより、6個のキャパシタモジュールを連結したキャパシタユニットを構成しているものである。
Further, a plurality of
このように本実施の形態によれば、簡単な構成でキャパシタユニットを構成することが可能になり、しかも各キャパシタモジュール間の端子間接続を最短距離で行うことができるために接続に纏わる不要な抵抗の発生を極めて少なくすることができるばかりでなく、個々のキャパシタモジュールを複数個連結してキャパシタユニットを構成する場合に、容易に、しかも確実に、安定したキャパシタユニットを得ることができるようになるものである。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to configure a capacitor unit with a simple configuration, and furthermore, since connection between terminals between each capacitor module can be performed with the shortest distance, unnecessary connection is unnecessary. Not only can the generation of resistance be extremely reduced, but also when a plurality of individual capacitor modules are connected to form a capacitor unit, a stable capacitor unit can be obtained easily and reliably. It will be.
また、複数のキャパシタモジュールを連結してキャパシタユニットを構成した場合でも、個々のキャパシタモジュールを構成するケース3は夫々独立しているため、放熱性に優れるという効果が得られるものである。
Even when a plurality of capacitor modules are connected to form a capacitor unit, the
(実施の形態3)
以下、実施の形態3を用いて、本発明の特に請求項7、8に記載の発明について説明する。
(Embodiment 3)
Hereinafter, the invention described in the seventh and eighth aspects of the present invention will be described by using the third embodiment.
本実施の形態は上記実施の形態1で説明したキャパシタモジュールを複数個連結してキャパシタユニットとして使用する際の一つの例を示したものであり、実施の形態1と同一の部品には同一の符号を付与してその詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ以下に図面を用いて説明する。 This embodiment shows one example when a plurality of capacitor modules described in the first embodiment are connected and used as a capacitor unit, and the same parts as those in the first embodiment have the same components. Reference numerals are assigned and detailed description thereof is omitted, and only different portions will be described below with reference to the drawings.
図5は本発明の実施の形態3によるキャパシタモジュールの構成を示した一部切り欠き斜視図、図6は同ケースを外した状態の斜視図であり、図5、図6において、1はキャパシタ素子、2は集電電極であり、以上の構成は上記実施の形態1と同様である。
FIG. 5 is a partially cutaway perspective view showing the configuration of the capacitor module according to the third embodiment of the present invention, FIG. 6 is a perspective view with the case removed, and in FIGS. The
7は上記実施の形態2と同様に構成されたカバーであり、このカバー7は上記6個のキャパシタ素子1を一体に連結するように一体で構成され、かつこのカバー7には陽極電極となる6個の凸部7a、レーザー溶接用の窪み7b、導電性の接続部材7c、陽極端子5、陰極端子6が設けられているのは実施の形態2と同様である。
8はケースであり、このケース8には複数の仕切り板8aが一体で設けられることにより独立した収容室8bが6個形成された構成になっており、この独立した収容室8bの内部に図示しない駆動用電解液と共にキャパシタ素子1が夫々収容され、カバー7によって封止することにより、6個のキャパシタ素子1を連結したキャパシタユニットを構成しているものである。
このように本実施の形態によれば、簡単な構成でキャパシタユニットを構成することが可能になり、しかも各キャパシタモジュール間の端子間接続を最短距離で行うことができるために接続に纏わる不要な抵抗の発生を極めて少なくすることができるばかりでなく、個々のキャパシタモジュールを複数個連結してキャパシタユニットを構成する場合に、容易に、しかも確実に、安定したキャパシタユニットを得ることができるようになるものである。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to configure a capacitor unit with a simple configuration, and furthermore, since connection between terminals between each capacitor module can be performed with the shortest distance, unnecessary connection is unnecessary. Not only can the generation of resistance be extremely reduced, but also when a plurality of individual capacitor modules are connected to form a capacitor unit, a stable capacitor unit can be obtained easily and reliably. It will be.
また、図示はしないが、ケース8を放熱性に優れた金属材料で構成し、この金属製のケース8に放熱用のフィンを設けるようにすることにより、放熱特性に優れたキャパシタユニットを構成することができるようになるものである。
Although not shown, the
本発明によるキャパシタモジュールは、陽極・陰極の取り出しを同一方向から行うことが可能になるため、キャパシタモジュールを複数個連結して使用する際に容易に接続することができると共に、接続に纏わる不要な抵抗の発生を極めて少なくすることができるという格別の効果を有し、バイブリッドカーや燃料電池車の回生用、あるいは電力貯蔵用等として有用である。 In the capacitor module according to the present invention, the anode and cathode can be taken out from the same direction. Therefore, when a plurality of capacitor modules are connected and used, they can be easily connected and unnecessary connection is required. It has a special effect that the generation of resistance can be extremely reduced, and is useful for regenerating a hybrid car or a fuel cell car, or for storing electric power.
1 キャパシタ素子
2 集電電極
3、8 ケース
4、7 カバー
4a、7a 凸部
4b、7b 窪み
5 陽極端子
6 陰極端子
8a 仕切り板
8b 収容室
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