JP4894433B2

JP4894433B2 - 積層型電気二重層キャパシタモジュール

Info

Publication number: JP4894433B2
Application number: JP2006255267A
Authority: JP
Inventors: 裕之渡邉
Original assignee: Meidensha Corp
Current assignee: Meidensha Corp
Priority date: 2006-09-21
Filing date: 2006-09-21
Publication date: 2012-03-14
Anticipated expiration: 2026-09-21
Also published as: JP2008078350A

Description

本発明は、複数の積層型電気二重層キャパシタを積層すると共に、これら複数の積層型電気二重層キャパシタを接続してモジュールボックスに収納してなる積層型電気二重層キャパシタモジュールに関し、特に、キャパシタの発熱を効果的にモジュールボックスに伝達し、該モジュールボックスから外部に発散させることを可能にしたものである。

積層型電気二重層キャパシタモジュールとして、図７に示すものが知られている。上記積層型電気二重層キャパシタモジュール１０１は、複数の積層型電気二重層キャパシタ１０２を積層すると共に、これら複数の積層型電気二重層キャパシタ１０２をリード線１０３で直列または並列に接続して鉄等の金属製のモジュールボックス１０４に収納することにより構成されている。前記複数の積層型電気二重層キャパシタ１０２の上下の端部には応力緩和のためのスポンジゴム等の緩衝材１０５が配置されていて、外部からの衝撃等を吸収、緩和するようになっている。（例えば特許文献１）。
特開２００２−３５９１６８号公報

ところで、上記従来の積層型電気二重層キャパシタモジュールには、次に述べるような問題点がある。

複数の積層型電気二重層キャパシタ１０２の何れかの特性が劣化した場合、特に内部抵抗の増加によって発熱した場合に、キャパシタの劣化が、上記局所的な温度上昇によって加速されて電圧保持能力が低下する。電圧保持能力が低下すると、複数の積層型電気二重層キャパシタ１０２を直列に接続したモジュールの場合は、分担電圧が不均一となり、他の健全なキャパシタの分担電圧が上昇してキャパシタの劣化が加速されてしまう。その結果、キャパシタモジュール全体の寿命が著しく短くなってしまう。

また、モジュール設置場所付近に発熱体（例えば、蒸気配管、ヒータ、エンジン等）が存在する場合に、キャパシタが局所的に加熱され、温度の上昇したキャパシタの漏れ抵抗が低下し、モジュール内の電圧バランスが崩れ、劣化が加速される虞がある。

さらに、分担電圧が不均一となって、発熱したキャパシタは内部から電解液の分解ガスが発生し、積層型電気二重層キャパシタの外装材としてのアルミラミネートフィルムを膨張させてしまう。アルミラミネートフィルムが膨張するとキャパシタから発生した熱が溜まった分解ガスによって熱の発散が妨げられて冷却が阻害されてしまう。

本願発明の目的は、上記従来の問題点を解決し、キャパシタの何れかが発熱した場合に、その熱を他のキャパシタやモジュールボックスに効果的に逃がすことのできる積層型電気二重層キャパシタモジュールを提供することにある。

請求項１の発明は、複数の積層型電気二重層キャパシタを積層すると共に、これら複数の積層型電気二重層キャパシタを接続してモジュールボックスに収納し、積層型電気二重層キャパシタ相互間および最外層の積層型電気二重層キャパシタと前記モジュールボックスの間に、加圧構造を有する伝熱部材を介在させてなる積層型電気二重層キャパシタモジュールであって、
上記加圧構造を有する伝熱部材を、隣接する積層型電気二重層キャパシタの対向面および最外層の積層型電気二重層キャパシタとモジュールボックスの対向面にそれぞれ取り付けられた熱伝導性ゴムシートと、これら対向する熱伝導性ゴムシートの間に介在されたヒートシンクおよびヒートパイプと、で構成した。

請求項２の発明は、請求項１に記載の積層型電気二重層キャパシタモジュールにおいて、上記ヒートパイプを、ばね性を有するコイル状に形成した。

請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載の積層型電気二重層キャパシタモジュールにおいて、上記モジュールボックス内に上記ヒートシンクやヒートパイプの温度を検出するセンサを設けた。

（１）請求項１の積層型電気二重層キャパシタモジュールは、複数のキャパシタの何れかが発熱した場合に、その熱はキャパシタ間に介在させた伝熱部材により隣接するキャパシタに伝わって行く。そして、最外層のキャパシタに伝わった熱は、該最外層のキャパシタとモジュールボックスの間に介在させた伝熱部材によりモジュールボックスに伝達されて、該モジュールボックスの表面から外部に放出される。このようして、何れのキャパシタが発熱した場合でも、その熱は全てのキャパシタに分散されて、平均化され、最終的にモジュールボックスから外部に放熱される。従って、異常を起こしたキャパシタの温度上昇を防ぎ、キャパシタモジュール全体の破損を防止し、その寿命を伸ばすことができる。
また、請求項１の積層型電気二重層キャパシタモジュールは、熱伝導性ゴムシート間にヒートシンクおよびヒートパイプを挟んで取り付けた場合に、熱伝導性ゴムシートが有する高い摩擦係数によってヒートシンクおよびヒートパイプの位置ズレ等を防止することができる。また、キャパシタに掛かる局所的な応力を熱伝導性ゴムシートの弾性によって吸収、緩和することができる。
（２）請求項２の積層型電気二重層キャパシタモジュールは、上記ヒートパイプを、ばね性を有するコイル状に形成したので、電解液の分解ガス等によって外装材としてのアルミラミネートフィルムが膨張した場合でも上記コイル状のヒートパイプが伸縮してヒートシンクや熱伝導性ゴムシートを適度の圧力でキャパシタやモジュールボックスの内面に押し付けることができる。
（３）請求項３の積層型電気二重層キャパシタモジュールは、モジュールボックス内にヒートシンクやヒートパイプの温度を検出するセンサを設けたので、異常を素早く検知して、装置の停止等の安全対策を取ることが可能になる。

図１は本発明の第１実施例の積層型電気二重層キャパシタモジュールの断面図を示す。
積層型電気二重層キャパシタモジュール（以下、単にモジュールと称する）１は、複数の積層型電気二重層キャパシタ（以下、単にキャパシタと称する）２を積層すると共に、これら複数のキャパシタ２をリード線３で直列に接続してモジュールボックス４に収納している。前記キャパシタ２の上下の端部には応力緩和のためのスポンジゴム等の上下一対の緩衝材５，５が配置されていて、外部からの衝撃等を吸収、緩和するようになっている。

キャパシタ２，２相互間および最外層（端末）のキャパシタ２とモジュールボックス４の内面の間には、加圧構造を有する伝熱部材６が介在されている。上記伝熱部材６は、隣接するキャパシタ２の対向面および最外層のキャパシタ２とモジュールボックス４の対向面に取り付けられた熱伝導性ゴムシート７，７と、これら対向する熱伝導性ゴムシート７，７の間に介在された一対のヒートシンク８，９およびヒートパイプ１０と、で構成されている。

上記熱伝導性ゴムシート７は、シリコンゴムで厚さ１ｍｍに形成されていて、上記キャパシタ２の上下の端部を支持している上下一対の緩衝材５，５を避けて、上記キャパシタ２の左右の両面および上記モジュールボックス４の内面に取り付けられている。

上記一対のヒートシンク８，９は、作動液が少量封入されていて、前記熱伝導性ゴムシート７に重なる。上記ヒートパイプ１０は、銅等によりばね性を有するコイル状に形成されている。図２に拡大して示すように、上記一対のヒートシンク８，９は、上記複数のヒートパイプ１０によって、所定の隙間δをもって結合されている。また、図３に示すように、上記一対のヒートシンク８，９間に略等間隔をもって複数取り付けられている。なお、上記キャパシタ２は、図４に示すように、電解液を含浸させた一対の活性炭電極１２，１３の間にセパレータ１４を挟んで成る複数のセル１５，１５…を中間電極基材１６を介して積層し、これらセル１５，１５の間の外周部において上記電解液の漏れを防止するパッキン１７を介在させた状態で陽極と陰極を成す第１の集電極板１８ａと第２の集電極板１８ｂを配置すると共に、これら第１，第２の集電極板１８ａ，１８ｂを第１，第２のエンドプレート１９ａ，１９ｂで挟んで複数の締付ボルト２０で締め付けてセル積層体２１を構成し、該セル積層体２１を外装ケース２２内に収納することにより構成されている。上記中間電極基材１６、集電極板１８ａ及びエンドプレート１９ａには、それぞれ第１、第２、第３のガス抜き孔２３が設けられている。上記外装ケース２２は、水密性およびガスバリアー性の高いアルミラミネート製の袋などで形成されていて、該外装ケース２２内の圧力を減圧して密封することにより、上記セル積層体２１の内部抵抗を低減させている。

実施例のモジュール１は、上述のような構成であって、モジュールボックス４内に収納された熱伝導性ゴムシート間にヒートシンクおよびヒートパイプを挟んで取り付けた場合に、熱伝導性ゴムシートが有する高い摩擦係数によってヒートシンクおよびヒートパイプの位置ズレ等を防止することができる。

また、モジュールボックス４内に収納された複数のキャパシタ２に内の１つが何等かの原因で発熱した場合に、その熱はキャパシタ２，２間に介在させた加圧構造を有する伝熱部材６を介して隣接するキャパシタ２に伝わって行く。そして、最外層のキャパシタ２に伝わった熱は、最外層のキャパシタ２とモジュールボックス４の間に介在させた伝熱部材６によりモジュールボックス４に伝達されて、該モジュールボックス４の表面から外部に放出される。

従って、異常を起こしたキャパシタの温度上昇を防ぎ、キャパシタモジュール全体の破損を防止し、その寿命を伸ばすことができる。なお、図５は上記実施例のキャパシタモジュールの寿命の延伸効果を示すグラフ図であり、キャパシタ間に伝熱部材６を介在させない従来例（比較例）のキャパシタモジュールに較べて、所謂温度と電圧による加速領域における容積変化率および抵抗変化率が低く抑えられ、キャパシタモジュールの寿命が伸びることが確認された。

図６は第２実施例の積層型電気二重層キャパシタモジュールの断面図を示す。この実施例において、上記モジュールボックス４内には、上記ヒートシンク８，９或いはヒートパイプ１０の異常温度を検出するサーモスタット等のセンサ１１が設けられている。上記センサ１１は、リード線１２によって図外の警報装置および電源遮断装置に接続されていて、上記ヒートシンク８，９が所定の温度以上になると、キャパシタ異常として上記警報装置により警報を発したり、上記電源遮断装置により装置電源を遮断するようになっている。他の構成、作用、効果は、第１実施例の場合と同じであるので説明は省略する。

第１実施例の積層型電気二重層キャパシタモジュールの断面図。ヒートシンクとヒートパイプ部分の拡大断面図。図２の側面図。積層型電気二重層キャパシタの断面図。効果を示すグラフ図。第２実施例の断面図。従来例の断面図。

符号の説明

１…積層型電気二重層キャパシタモジュール
２…キャパシタ
３…リード線
４…モジュールボックス
５…緩衝材
６…伝熱部材
７…熱伝導性ゴムシート
８，９…ヒートシンク
１０…ヒートパイプ
１１…センサ（サーモスタット）

Claims

複数の積層型電気二重層キャパシタを積層すると共に、これら複数の積層型電気二重層キャパシタを接続してモジュールボックスに収納し、積層型電気二重層キャパシタ相互間および最外層の積層型電気二重層キャパシタと前記モジュールボックスの間に、加圧構造を有する伝熱部材を介在させてなる積層型電気二重層キャパシタモジュールであって、
上記加圧構造を有する伝熱部材は、隣接する積層型電気二重層キャパシタの対向面および最外層の積層型電気二重層キャパシタとモジュールボックスの対向面に取り付けられた熱伝導性ゴムシートと、これら対向する熱伝導性ゴムシートの間に介在されたヒートシンクおよびヒートパイプと、で構成されていることを特徴とする積層型電気二重層キャパシタモジュール。
上記ヒートパイプは、ばね性を有するコイル状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の積層型電気二重層キャパシタモジュール。
上記モジュールボックス内に上記ヒートシンクやヒートパイプの温度を検出するセンサを設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の積層型電気二重層キャパシタモジュール。