JP4690974B2

JP4690974B2 - 電気二重層キャパシタ装置

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Publication number: JP4690974B2
Application number: JP2006242151A
Authority: JP
Inventors: 賢士小島; 勝俊杉; 秀次上野
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2006-09-06
Filing date: 2006-09-06
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2026-09-06
Also published as: JP2008066488A

Description

本発明は、電気二重層キャパシタ装置に関し、特にその放熱に関する。

電気二重層キャパシタ装置は、正極体と負極体と、これらを分離するセパレータを積層し、これらを電解液と共に、袋状のケースに納めた電気二重層キャパシタセル（以下、セルと記す）を含む。大きな出力を得ようとする場合には、セルを複数直列に接続している。複数のセルは、キャパシタ全体の外形を小さくするために積層され、セル群を構成している。下記特許文献１には、セルを複数接続した電気二重層キャパシタ装置の構成が示されている。

特開平１１−５４３５６号公報

セルに対し充電または放電を行うと、セルは発熱する。特に、多数のセルが積層されている場合は、発生した熱が十分放熱されず、セルの温度が上昇し、セルの劣化を促進する。

本発明は、セルで発生する熱を放熱するのに有利な電気二重層キャパシタ装置を提供する。

本発明の電気二重層キャパシタ装置は、複数のセルを積層したセル群を有し、そのセルの間に、セルに狭持されるように配置された放熱部材が設けられている。放熱部材の一部は、セルの端より外側に突出している。セルで発生した熱は、セルと放熱部材の接触している部分で放熱部材に伝達され、さらに放熱部材のセルより突出した部分で外部に放熱される。特に、本発明の電気二重層キャパシタ装置は、セル群を複数有し、これらは並列して配置される。隣り合うセル群のセルの積層ピッチはずらされており、これにより隣り合うセル群の間の領域で、両側のセル群から突出する放熱部材が、セルの積層方向に交互に配列される。

さらに、上記電気二重層キャパシタ装置は、複数のセル群を収容するハウジングを有するようにでき、ハウジングには、その内部に風を通すための通風口を設けることができる。

前記の通風口は、放熱部材の、セルの端より突出している部分に対応して設けることができる。

本発明の他の電気二重層キャパシタ装置は、複数のセルを積層したセル群を有し、セルの間に、セルに狭持されるように配置された放熱部材が設けられている。セル群は、ハウジングに収容されている。放熱部材の一部は、セルの端より外側に突出し、さらにハウジングに設けられたスリットからハウジング外部に突出している。セルで発生した熱は、セルと放熱部材の接触している部分で放熱部材に伝達され、さらに放熱部材の、ハウジング外部に突出した部分を含む、セルより突出した部分で放熱される。

さらに、複数のセル群が並列配置される構成においては、隣り合うセル群の少なくとも一つの組において、セル群間で、一体の放熱部材が共有されるようにできる。

また、放熱部材は、セルから突出した部分の表面を凹凸形状とすることができる。

電気二重層キャパシタ装置のセルから発生した熱を、放熱部材により外部に放熱することができる。

以下、本発明の実施形態を、図面に従って説明する。図１は、電気二重層キャパシタ装置のセル１０の外観を示す図である。セル１０は、アルミと樹脂のラミネート材からなる袋状のケース１２に、セパレータにより分離されている正極体、負極体と、電解液を納めて構成される。図示するようにケース１２は、概略直方体または板形状を有している。収容された正極体および負極体は、それぞれケース内部で正電極１４、負電極１６に接続されており、これらの電極１４，１６は、ケース１２の端より突出している。

高い電圧が必要となる用途には、複数のセル１０が直列に接続して使用される。この場合、複数のセル１０がその厚さ方向に積層されてセル群１８（図２参照）が構成され、更に多くのセル数が要求される場合には、セル群１８を複数並べた構成を採る。

図２には、１４個のセル１０によりそれぞれが構成される３個のセル群１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃが並列されたキャパシタモジュール２０が示されている。図２に示すように、積層されて隣り合うセル１０の正電極１４と負電極１６が接続され、さらに図示しない接続配線により各セル群も直列に接続されている。さらに、各セル群１８において、積層されるセル１０の間に、セル１０に挟持されるように板状の放熱部材である放熱板２２が配置されている。

図３は、２個のセル群１８Ａ，１８Ｂの一部の、図２の上から見た状態を示す図であるが、簡略化のため電極１４，１６は省略している。１枚の放熱板２２は、積層されるセル１０の二つに狭持され、その左右両端がセル１０の端より突出している。セル１０で発生した熱は、放熱板２２のセルと接触している部分より放熱板２２に伝わり、さらに放熱板２２を伝い、セル端より突出している部分へ達して、ここから外部、例えば大気に放出される。放熱板２２は、金属、特にアルミニウムなど熱伝導率の高い材料とすることが好ましいが、他の材料とすることもできる。また、金属などのように剛体である必要はなく、柔軟性または可撓性のある材料であってもよい。また、放熱板はセルの左右から突出するものに限らず、左右の一方だけ、また上にも、下にも突出させることができる。

放熱板２２の、セル端より突出した部分、特にセル端のすぐ横の部分にはバンド２４を通すための穴２６（図２参照）が設けられている。また、セル群の端には、セルの中心付近がふくらむことを防止するための端板２８が配置され、１列に並んだセル１０、放熱板２２および端板２８がバンド２４によって束ねられている。

図２，３に示されるように、隣り合うセル群１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃの、それぞれのセル１０の積層ピッチはずらされており、セル１０に挟まれる放熱板２２の配列ピッチもずれている。図３によく示されるように、隣り合うセル群１８Ａ，１８Ｂの間において、セル群１８Ａに属する放熱板２２Ａ、セル群１８Ｂに属する放熱板２２Ｂは、互いに相手の間に進入し、これらのセル群１８Ａ，１８Ｂの間の領域で、交互に位置して配列される。放熱板２２Ａと放熱板２２Ｂは互いに接触しないように配置され、好ましくは等間隔で配置される。同様に、セル群１８Ｂ，１８Ｃの間の領域においても、両側のセル群から突出した放熱板が互いに相手の放熱板の間に進入し、交互に配列される。隣り合うセル群から突出している放熱板が、交互に配列されるようにすることで、隣り合うセル群の間隔を狭くすることができ、キャパシタモジュール２０の外形を小さくすることができる。

図４は、図２に示したキャパシタモジュール２０をハウジング３０に収容した電気二重層キャパシタ装置３２の斜視図である。装置の内部が見えるように、キャパシタモジュール２０、ハウジング３０共に、一部が省略されて示されている。図５は、電気二重層キャパシタ装置３２の、キャパシタモジュール２０とハウジング３０を分離した状態で示した図である。ハウジング３０の底面には、ハウジング３０の内部に外気を導入する、または内部の空気を外部に排出するための通風口３４が設けられている。通風口３４はハウジング底面の、放熱板２２がセル１０端より突出している部分に対応して設けられており、ハウジング内部の空気の流れが、効率よく放熱板２２に当たるように配置されている。

自然空冷式の場合には、セルの発熱により熱せられた空気が上昇し、底面の通風口３４から新しい空気が流入する。強制空冷式の場合には、外部から通風口３４を介してハウジング内部に空気を送り込むか、または外部へハウジング内部の空気を吸引して、ハウジング内部の空気の入れ換えを行う。

図６は、他の通風口配置を示した図である。キャパシタモジュール２０は、前述のものと同様の構成を有している。各セル群１８は、そのセル配列方向の端において、固定具３６とねじ３８によりハウジング４０の底面に固定されている。固定具３６は、Ｌ字形であり、Ｌ字の一辺が端板２８に固定され、他辺がハウジングの底面に沿って延びるように配置される。そして、底面に沿って延びる部分がねじ３８によりねじ止めされる。また、端板２８と固定具を一体化する、すなわち端板２８の一部を延長し、この延長部分を折り曲げて、底面に沿うようにすることもできる。

隣り合うセル群同士で、セル１０の積層のピッチがずらされており、放熱板は、互いに相手方の間に進入し、セル群の間の領域で、交互に並んで配置されている。通風口は、図４，５の通風口３４と同様に、放熱板２２がセル１０より突出してる部分に対応して設けられた通風口４２と、セル群１８の積層方向の端面に対応して配置された通風口４４とを含んでいる。この例のように、セル群１８と、ハウジングの側面（図６においては、上辺と下辺に相当する側面）の間に隙間ができる場合、この部分に対応するように底面に通風口４４を設ける。

通風口は、セル１０が適切な温度に維持されるように、適宜追加することができ、また配置を変更することができる。例えば、ハウジングの側面にも設けることができる。

上述のキャパシタモジュール２０は、セル群を３個並列に配置した構成を有するが、セル群の数は、これに限らず２個または４個以上とすることもできる。また、放熱板は、セル間に全てに配置する構成に限らず、一部のセル間に配置するようにもできる。

図７，８，９は、本発明の他の実施形態の電気二重層キャパシタ装置５０の概略構成を示す図である。図７は平面図、図８は図７に示すＡ−Ａ線による断面図、図９は図７に示すＢ−Ｂ線による断面図である。前述の電気二重層キャパシタ装置３２と同様の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。

３個のセル群５２は、前述のセル１０と同様のセルを積層して構成され、端板２８と一体化された固定具３６とねじ３８によりハウジング５４の底面に固定されている。セル群５２の各セル１０の間には、セル１０に挟持されるように板状の放熱部材である放熱板５６が配置されている。放熱板５６は、セル１０の下方の端から突出し、更にハウジング５４の底面に設けられたスリット５８より、ハウジング外部に突出している。放熱板５６は、金属、特にアルミニウムなど熱伝導率の高い材料とすることが好ましいが、他の材料とすることもできる。また、金属などのように剛体である必要はなく、柔軟性または可撓性のある材料であってもよい。

セル１０から放熱板５６に伝わった熱は、更に放熱板５６を伝わり、放熱板５６のセル１０から突出した部分から放熱される。特に、ハウジング外部に突出した部分から放熱されるので、熱がハウジング内部にこもりにくく、セル１０を適切な温度に維持できる。また、ハウジング５４より突出した放熱板５６の部分に風を当てるようにして、強制空冷式とすることができる。

図示された電気二重層キャパシタ装置５０においては、放熱板５６は、ハウジング５４の底面より突出しているが、他の面、例えば左右の側面からも突出するようにできる。また、底面からは突出しないようにして、他の面から突出するようにもできる。

さらに、放熱板を、セルの左右、下双方に突出するようにし、左右に突出する部分は、前述の電気二重層キャパシタ装置３２と同様に、両側のセル群から突出した部分が交互に並ぶように配置し、下から突出する部分は、電気二重層キャパシタ装置５０と同様に、ハウジングの下方から突出させるようにもできる。

図１０は、図７〜９の電気二重層キャパシタ装置５０において、放熱板を、３個のセル群５２が一つの放熱板を共有するものに置き換えた装置を示す断面図である。１枚の板状の放熱部材である放熱板６０は、３個のセル群５２を貫いて配置され、この放熱板６０が各セル群５２を構成する個々のセルの間に配置されるようになっている。

また、電気二重層キャパシタ装置５０は、セル群を３個並列に配置した構成を有するが、セル群の数は、これに限らず、１個、２個または４個以上とすることもできる。また、放熱板は、セル間全てに配置する構成に限らず、一部のセル間に配置するようにもできる。

以上のキャパシタモジュール２０および電気二重層キャパシタ装置３２，５０において、セル１０と放熱板２２，５６，６０，６２，６６の絶縁が必要なときは、これらが接触する部分に絶縁塗料を塗布するか、またはゴムシートや絶縁シートを貼ることができる。

また、放熱板２２，５６，６０は、セルから突出した部分の表面を凹凸に形成し、表面積を増やす形状、または凹凸によって気流が乱れ、気流が放熱板に効率的に当たるような形状のものと置き換えることができる。このような放熱板の具体的な形状の例が図１１および図１２に示されている。図１１（ａ）は放熱板６２の平面図、（ｂ）は放熱板６２の正面図である。また、放熱板６２は、上述の電気二重層キャパシタ装置３０の放熱板２２と置き換えることができる構成となっている。放熱板６２の、セル１０から突出する部分は、波板形状部分６４が形成されている。図１２（ａ）は放熱板６６の平面図、（ｂ）は放熱板６６の正面図である。放熱板６６も上述の電気二重層キャパシタ装置３０の放熱板２２と置き換えることができる構成となっている。放熱板６６の、セル１０から突出する部分には、その表面に溝が形成された溝形成部分６８が形成されている。溝は、図示するように放熱板６６の左右の辺に平行に設けることができるが、斜めに設けることも、また直交するように設けることもできる。さらに、各溝が平行となるように設ける他に、交差するように設けてもよい。放熱板５６，６０についても、例えば放熱板６２，６６と同様にセルから突出した部分の表面を凹凸に形成するようにできる。

以上の構成により、セルの温度上昇を抑制することができ、熱によるセルの劣化を防止し、耐用年数を延ばすことができる。また、熱を効率よく逃がすことで許容電流を大きくすることができ、性能が向上する。

本実施形態の電気二重層キャパシタ装置のセルの外観を示す図である。本実施形態の電気二重層キャパシタ装置のキャパシタモジュール部分の概略構成を示す図である。セルと放熱板を積層した様子を示す図である。本実施形態の電気二重層キャパシタ装置の斜視図であり、内部が見えるように一部を省略した図である。本実施形態の電気二重層キャパシタ装置の分解斜視図である。ハウジングに設けられた通風口の配置の他の例を示す図である。他の実施形態に係る電気二重層キャパシタ装置の平面図である。図７のＡ−Ａ線断面図である。図７のＢ−Ｂ線断面図である。図７〜９の電気二重層キャパシタ装置において、並列するセル群間で共用する放熱板を適用した例を示す図である。放熱板の形状の一例を示す図である。放熱板の形状の一例を示す図である。

符号の説明

１０電気二重層キャパシタセル（セル）、１２ケース、１８，５２セル群、２０キャパシタモジュール、２２，５６，６０，６２，６６放熱板、３０，４０，５４ハウジング、３２，５０電気二重層キャパシタ装置、３４，４２，４４通風口、５８スリット。

Claims

複数のセルを積層したセル群を複数含む電気二重層キャパシタ装置であって、
セル群は、セル間にこれらのセルに狭持されて配置され、一部がセルの端より突出している放熱部材を有し、
複数のセル群は並列して配置され、隣り合うセル群のセルの積層ピッチはずらされており、隣り合うセル群から突出する放熱部材が互いに相手の放熱部材の間に進入し、セルの積層方向に交互に配列される、
電気二重層キャパシタ装置。
請求項１に記載の電気二重層キャパシタ装置であって、複数のセル群を収容し、内部に風を通す通風口が設けられたハウジングを有する、電気二重層キャパシタ装置。
請求項２に記載の電気二重層キャパシタ装置であって、前記通風口は、放熱部材の、セルの端より突出している部分に対応して設けられている、電気二重層キャパシタ装置。
複数のセルを積層したセル群を含む電気二重層キャパシタ装置であって、
セル間にこれらのセルに狭持されて配置され、一部がセルの端より突出している放熱部材と、
セル群を収容するハウジングと、
を有し、
ハウジングは、放熱部材が貫通し、その一部をハウジング外側に突出させるスリットを有している、
電気二重層キャパシタ装置。
請求項４に記載の電気二重層キャパシタ装置であって、
セル群を複数有し、これらのセル群が並列して配置され、隣り合うセル群の少なくとも一つの組において、セル群間で、一体の放熱部材が共有される、
電気二重層キャパシタ装置。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の電気二重層キャパシタ装置であって、放熱部材は、セルから突出した部分の表面が凹凸形状となっている、電気二重層キャパシタ装置。