WO2006134859A1 - コンデンサ装置 - Google Patents

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WO2006134859A1
WO2006134859A1 PCT/JP2006/311729 JP2006311729W WO2006134859A1 WO 2006134859 A1 WO2006134859 A1 WO 2006134859A1 JP 2006311729 W JP2006311729 W JP 2006311729W WO 2006134859 A1 WO2006134859 A1 WO 2006134859A1
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capacitors
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Tatehiko Inoue
Shusaku Kawasaki
Kimiyasu Kakiuchi
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Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to a capacitor device used for regeneration of a hybrid car or a fuel cell car, or for power storage.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing a configuration of a capacitor 90 used in a conventional capacitor device.
  • Capacitor element 30 has an aluminum foil (that is, a current collector) on which a polarizable electrode layer is formed as an electrode. A pair of electrodes are arranged in a mutually displaced state, a separator is sandwiched between them, and the pair of electrodes and the separator are wound. The anode and the cathode are taken out from both end faces (the vertical direction in FIG. 9) of the capacitor element 30 thus produced.
  • the capacitor 90 includes an aluminum metal case 31 that houses the capacitor element 30 together with a driving electrolyte (not shown), and a cathode terminal 31a for external connection integrally provided on the bottom surface of the metal case 31.
  • a driving electrolyte not shown
  • a cathode terminal 31a for external connection integrally provided on the bottom surface of the metal case 31.
  • the capacitor 90 further includes an aluminum lid 32 and an anode terminal 32a for external connection provided integrally with the lid 32.
  • the end surface on the anode side of the capacitor element 30 is joined to the inner surface of the lid 32 by means of laser welding or the like.
  • mechanical and electrical connections are ensured.
  • the peripheral edge of the lid 32 and the opening of the metal case 31 are wound together with an insulating member (not shown) interposed therebetween, whereby the curling force feeding portion 33 is formed.
  • the capacitor is sealed by such curling.
  • the anode terminal 32a for external connection and the cathode terminal 31a are connected in the center direction of the metal case 31 (vertical direction in FIG. 9) using a connection member called a bus bar not shown. Has multiple capacitors.
  • a capacitor device in which a plurality of capacitors 90 are connected is used for a vehicle backup power supply or the like.
  • FIGS. 1 OA and 1 OB As an example of a fuel cell stack of a fuel cell vehicle.
  • a voltage of 400 V is generated in the fuel cell stack 51 of the fuel cell vehicle.
  • the load current flows up to 200A.
  • the load LO includes a motor load and a motor controller load.
  • the internal resistance R1 per capacitor is 0.002 ⁇ . Even if the terminal connection resistance R2 of each capacitor is assumed to be 0.0001 ⁇ , it is 0.
  • the capacitor device of the present invention includes a plurality of capacitors, each capacitor being a separator. And a metal case for accommodating the capacitor element and the electrolytic solution.
  • the plurality of capacitors includes a plurality of second capacitors having a metal case as an anode.
  • capacitor device is characterized in that the main unit is configured by connecting the subunits in series or in parallel.
  • the capacitor device of the present invention is easy to connect when connecting a plurality of capacitor units, and the connection space is reduced. Furthermore, unnecessary resistance due to connection can be reduced.
  • FIG. 1 is a plan view showing the configuration of a capacitor device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a configuration of a subunit used in the capacitor device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 3A is a cross-sectional view showing a configuration of a capacitor unit used in the capacitor device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 3B is a bottom view showing the configuration of the capacitor unit used in the capacitor device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 4A is a plan view showing a configuration of a subunit of the capacitor device according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 4B is a front view showing the configuration of the subunit of the capacitor device according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 4C is a side view showing the configuration of the subunit of the capacitor device according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 5A is a cross-sectional view of a principal part showing a configuration of a subunit of the capacitor device according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 5B shows the configuration of the subunit of the capacitor device according to Embodiment 3 of the present invention. It is a principal part sectional view shown.
  • FIG. 6A is a plan view of relevant parts showing the configuration of the main unit of the capacitor device according to Embodiment 4 of the present invention.
  • FIG. 6B is a front view of a principal part showing the configuration of the main unit of the capacitor device according to Embodiment 4 of the present invention.
  • FIG. 7A is a plan view showing a connection plate used in the main unit of the capacitor device according to Embodiment 4 of the present invention.
  • FIG. 7B is a front view showing a connection plate used in the main unit of the capacitor device according to Embodiment 4 of the present invention.
  • FIG. 8 is a partial cross-sectional view showing the configuration of the capacitor element of the present invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing a configuration of a capacitor used in a conventional capacitor device.
  • FIG. 10A is a conceptual diagram showing an unnecessary resistance generation principle when a plurality of conventional capacitor units are connected.
  • FIG. 10B is a conceptual diagram showing an unnecessary resistance generation principle when a plurality of conventional capacitor units are connected.
  • FIG. 1 is a plan view showing a configuration of a capacitor device according to Embodiment 1 of the present invention
  • FIG. 2 is a perspective view showing a configuration of a subunit 1 used in the capacitor device.
  • the capacitor device 100 includes a capacitor unit 6 in which two capacitors (first capacitor and second capacitor) having different polarities are connected in series. It has subunit 1 connected to multiple sets.
  • the main unit 2 is configured by connecting a plurality of the subunits 1.
  • Main unit 2 is stored in case 3.
  • K 3 is provided with a control unit 4 for controlling the main unit 2 and an input / output connector 5.
  • the subunit 1 has five sets of connected capacitor units 6.
  • the capacitor unit 6 includes a first capacitor 6A and a second capacitor 6B configured to have different polarities, and the two capacitors 6A and 6B are connected so as to be connected in series.
  • first capacitor 6A is a capacitor having a metal case as a cathode
  • second capacitor 6B is a capacitor having a metal case as an anode. The polarities of the first capacitor 6A and the second capacitor 6B may be reversed.
  • the subunit 1 is sandwiched between an upper holder 7 and a lower holder 8 made of an insulating material, and a circuit board 9 is disposed on the upper holder 7.
  • the terminal 16a of the capacitor unit 6 is exposed from the circuit board 9, and the adjacent terminals 16a that are exposed are electrically connected by the bus bar 10 and mechanically fixed by the screws 11.
  • a balance charging circuit 91 that adjusts the charging voltages of a plurality of capacitors constituting the subunit 1 to be constant, and an overvoltage detection circuit 92 that detects an overvoltage in a charged state
  • a temperature measuring circuit 93 for measuring the temperature in the vicinity of the capacitor.
  • a capacitor device 100 is configured by providing a connector 13 for connecting these circuits and the control unit 4 that controls the main unit 2. The shapes and positions of the circuits 91, 92, 93 and the connector 13 are schematically illustrated.
  • FIGS. 3A and 3B are a sectional view and a bottom view showing the configuration of the capacitor unit 6.
  • the capacitor unit 6 has a first capacitor 6A and a second capacitor 6B.
  • the first capacitor 6A and the second capacitor 6B are configured to have different positive and negative polarities.
  • the first capacitor 6A will be described.
  • the first capacitor 6A has a capacitor element 14.
  • the capacitor element 14 has a hollow portion 14a.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view schematically illustrating the configuration of the capacitor element 14.
  • Capacitor element 14 has a first electrode and a second electrode. One of the first electrode and the second electrode is an anode, and the other is a cathode.
  • the anode (first electrode) is the first aluminum foil (current collector) 141 on which the polarizable electrode layer 142 is formed, while the cathode (second electrode) is the polarizable electrode.
  • a second aluminum foil (current collector) 145 on which a layer 144 is formed.
  • the first aluminum foil 141 and the second aluminum foil 145 are in a state in which the polarizable electrode layer 142 and the polarizable electrode layer 144 face each other with the separator 143 interposed therebetween, and the positions are shifted in opposite directions. Has been wound up. The anode and the cathode are taken out from both end faces (up and down in the figure) of the capacitor element 14 respectively.
  • the capacitor element 14 is accommodated in a bottomed cylindrical metal case 15 made of aluminum together with a driving electrolyte (not shown).
  • Capacitor element 14 has a protrusion 15a provided integrally with metal case 15 on the inner bottom surface. This protrusion 15 a is fitted into the hollow portion 14 a of the capacitor element 14.
  • the first capacitor 6A is formed by mechanically and electrically joining the cathode side end face of the capacitor element 14 inserted into the metal case 15 to the inner bottom face of the metal case 15 by laser welding or the like. ing.
  • the upper part of the first capacitor 6A is bonded to the end face on the anode side of the capacitor element 14, and is disposed in the opening of the metal case 15 to seal the metal case 15.
  • a terminal board 16 made of rubber is provided.
  • a terminal 16a for external connection is provided on the surface of the terminal plate 16 (upper side in the figure).
  • a protrusion 16b that fits into the hollow portion 14a of the capacitor element 14 is provided on the back surface (lower side in the figure) of the terminal plate 16 as a body.
  • the terminal plate 16 is disposed so as to cover the opening of the metal case 15 with the insulating member 17 interposed therebetween. Sealing rubber 18 is disposed on the peripheral surface of the terminal plate 16, and the metal case 15 is sealed by curling the open end of the metal case 15 so that the sealing rubber 18 is pressed. ing.
  • the anode of the capacitor element 14 is taken out from the terminal 16 a provided on the terminal plate 16, while the cathode is taken out from the metal case 15.
  • the second capacitor 6B is configured to have a polarity opposite to that of the first capacitor 6A. That is, the anode of the capacitor element 14 is taken out from the metal case 15, while the cathode Is removed from terminal 16a.
  • the metal plate 19 is provided across the outer bottom surface of the metal case 15 of the first capacitor 6A and the outer bottom surface of the metal case 15 of the second capacitor 6B, and is joined to the metal case 15 by laser welding.
  • a pair (two sets) of capacitors having the first capacitor 6A and the second capacitor 6B is connected to each other and simultaneously mechanically and electrically joined. That is, the capacitor unit 6 is configured in which the first capacitor 6A and the second capacitor 6B are respectively connected in series.
  • Aluminum is particularly suitable as a material for the metal plate 19 used for connection.
  • the metal plate 19 is formed in a substantially hexagonal shape, and is configured so that the metal plate 19 is less than 50% of the area of the outer bottom surface of the metal case 15 in contact with the outer bottom surface of the metal case 15. ing. In this way, sufficient bonding strength is ensured, and even if a phenomenon occurs in which the pressure in the metal case 15 rises and the bottom surface of the metal case 15 swells in the event of an abnormality, the adverse effect of this swelling phenomenon Can be minimized. Furthermore, by forming the metal plate 19 in a substantially hexagonal shape, it is possible to take the metal plate 19 in a staggered manner when collecting the material, so that the material loss can be extremely reduced.
  • FIG. 3B shows a welding mark 19a in which the metal plate 19 and the metal case 15 are joined by laser welding.
  • This welding mark 19a is formed linearly. In this way, after the metal case 15 expands due to heating during welding, the influence of distortion on the contraction when returning to room temperature can be minimized.
  • 3B indicates a joining rib provided for joining one end face of the capacitor element 14 to the inner bottom face of the metal case 15 by laser welding.
  • the thickness of the metal plate 19 is as thin as possible within a range in which the allowable current values of the first capacitor 6A and the second capacitor 6B can flow without problems and the connection plate strength and welding strength can be guaranteed. Is preferred. Specifically, a thickness in the range of 0.1 to 0.8 mm is preferable, and a thickness in the range of 0.2 to 0.5 mm is more preferable.
  • capacitor device 100 has one electrode of capacitor element 14 taken out from metal case 15 and the other electrode provided on terminal plate 16 for external connection 16a. Have a capacitor that you can take out of.
  • a pair of capacitors Are configured so that their polarities are different from each other and are electrically and mechanically connected via a metal plate 19 to form the capacitor unit 6.
  • a plurality of sets of the capacitor units 6 are connected to form a subunit 1, and a plurality of the subunits 1 are connected to form a main unit 2.
  • the capacitor device 100 includes a case 3 that houses the main unit 2 and a control unit 4 that controls the main unit 2.
  • Capacitor device 100 of the first embodiment can be easily connected to each other and can be reduced in size and height by greatly reducing the connection space. In addition, the generation of unnecessary resistance associated with the connection is reduced, and the control can be divided into a plurality of units, so that a high-performance capacitor device can be realized.
  • the capacitor device according to the second embodiment is partially different from the capacitor device 100 described in the first embodiment in the configuration of the subunit 201. Since the other configuration is the same as that of the first embodiment, the same portions are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof is omitted, and only different portions will be described in detail with reference to the drawings.
  • FIGS. 4A to 4C are a plan view, a front view, and a side view showing a configuration of subunit 201 of the capacitor device according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the sub unit 201 includes a bus bar 20 that electrically connects adjacent terminals 16a of the capacitor unit 6 and a bending force portion 20a that is provided by bending a part of the nose bar 20. .
  • a gap 21 is provided between the plurality of sets of capacitor units constituting the subunit 201.
  • the capacitor device according to the third embodiment is different from the capacitor device 100 described in the first embodiment in the configuration of the subunits 301 and 302. Since the other configuration is the same as that of the first embodiment, the same parts are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted, and only different parts will be described below with reference to the drawings. .
  • FIG. 5A is a cross-sectional view of the main part showing the configuration of the subunit 301 of the capacitor device according to Embodiment 3 of the present invention.
  • the subunit 301 includes the first capacitor 6A, the upper holder 7, and the terminal 16a.
  • a rubber O-ring 22 is provided between the peripheral edge of the upper surface of the first capacitor 6 A and the inner surface of the upper holder 7.
  • the O-ring 22 is provided to function as a buffer unit that absorbs the height variation of each capacitor constituting the subunit 301.
  • the O-ring 22 can absorb the variation in the height of each capacitor within the allowable range, and can absorb this dimensional variation and maintain the dimensional accuracy of the subunit 301.
  • a plate panel 23 having a spring material force such as phosphor bronze is provided in order to provide a function as a buffer part that absorbs the height variation of each capacitor. Also good. Even in the case of the subunit 302, even if the height of each capacitor varies within the allowable range, this dimensional variation can be absorbed by the panel panel 23, and the dimensional accuracy of the sub unit can be maintained. .
  • the capacitor device according to the third embodiment has a variation in height between the capacitors constituting the subunits 301 and 302 between the peripheral edge of the upper surface of the first capacitor 6A and the inner surface of the upper holder 7. It has an O-ring 22 that functions as a buffer section for absorbing water, or a plate spring 23. Even when variations in the height of each capacitor occur within the allowable range, this dimensional variation can be absorbed and the dimensional accuracy of the subunits 301 and 302 can be maintained. .
  • an O-ring 22 or a plate panel 23 having a function as a notch portion is provided between the periphery of the upper surface of the capacitor and the inner surface of the upper holder 7 .
  • the present invention is not limited to this. It may be provided between the lower surface of 6A (or 6B) and the inner surface of the lower holder 8! ,.
  • Capacitor device 400 shown in the fourth embodiment is configured such that the configuration of the main unit of capacitor device 100 described in the first embodiment is partially different. Since the other configuration is the same as that of the first embodiment, the same parts are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof will be omitted, and only different parts will be described below with reference to the drawings.
  • FIGS. 6A and 6B are a principal plan view and a principal front view showing the configuration of the main unit of capacitor device 400 according to Embodiment 4 of the present invention.
  • 7A and 7B are a plan view and a front view showing the connection plate 24 used in the main unit.
  • Capacitor device 400 includes connection plate 24 for connecting terminals of adjacent subunits 1 and bending portion 24a provided by bending a portion of connection plate 24.
  • the bending force portion 24a serves as a buffer and can absorb dimensional variations. As a result, a capacitor device that maintains high dimensional accuracy can be realized.
  • gaps 25 are provided between the plurality of subunits 1 constituting the main unit.
  • the capacitor device according to the present invention can facilitate the connection of capacitors.
  • the connection space can be greatly reduced, or the generation of unnecessary resistance associated with the connection can be reduced, and the control can be divided into a plurality of units, so that a small and high-performance capacitor device can be realized. It can be used for regeneration of fuel cells, fuel cars and fuel cells.

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Abstract

　セパレータを介して陽極と陰極が対面するコンデンサ素子と、コンデンサ素子と電解液を収容する金属ケースとを有するコンデンサを、複数有するコンデンサ装置であって、複数のコンデンサは、金属ケースを陽極とする複数の第１コンデンサと、金属ケースを陰極とする複数の第２コンデンサとを含む。一対の第１コンデンサと第２コンデンサとが、双方の金属ケース同士で、金属板を介して接合されてコンデンサユニットが構成され、複数のコンデンサユニットが直列または並列に接続されてサブユニットが構成され、複数のサブユニットが直列または並列に接続されてメインユニットが構成されることを特徴とするコンデンサ装置である。複数のコンデンサユニットを連結する際の接続が容易であり、かつ接続スペースが低減される。さらに、接続による不要な抵抗の発生を少なくすることができる。

Description

明 細 書
コンデンサ装置
技術分野
[0001] 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等に使用 されるコンデンサ装置に関するものである。
背景技術
[0002] 図 9は従来のコンデンサ装置に使用されるコンデンサ 90の構成を示す断面図であ る。コンデンサ素子 30は分極性電極層が形成されたアルミニウム箔 (すなわち集電 体)を電極として有する。一対の電極を互いに位置ずれさせた状態で配置し、それら の間にセパレータを挟み込み、一対の電極とセパレータとを卷回する。こうして作成さ れたコンデンサ素子 30の両端面（図 9において上下方向）から陽極と陰極が夫々取 り出される。
[0003] コンデンサ 90は、コンデンサ素子 30を図示しない駆動用電解液と共に収容するァ ルミ-ゥム製の金属ケース 31と、金属ケース 31の底面に一体で設けられた外部接続 用の陰極端子 31aを有する。コンデンサ素子 30の陰極側の端面は金属ケース 31の 内底面にレーザー溶接等の手段によって接合されることで、機械的、電気的に接続 されている。
[0004] コンデンサ 90は、アルミニウム製の蓋 32と、蓋 32に一体で設けられた外部接続用 の陽極端子 32aを更に有する。コンデンサ素子 30の陽極側の端面は蓋 32の内面に レーザー溶接等の手段によって接合されている。それによつて機械的、電気的な接 続が確保される。同時に、蓋 32の周縁と金属ケース 31の開口部とが、その間に図示 しない絶縁部材を介在させて共に巻き込まれることでカーリング力卩ェ部 33が形成さ れる。このようなカーリング加工により、コンデンサが封止される。
[0005] 従来のコンデンサ装置は、金属ケース 31の中心方向（図 9において上下方向）に、 外部接続用の陽極端子 32aと陰極端子 31aとが図示しないバスバーと呼ばれる接続 部材を用いて接続された複数のコンデンサを有して 、る。複数のコンデンサ 90が連 結されたコンデンサ装置は車載用のパックアップ電源等に使用される。 [0006] 上記従来技術の一例は、日本特許公開公報 2000— 315632号に開示されている
[0007] し力しながら従来のコンデンサ装置では、コンデンサ 90を複数連結する工程で、陽 極端子 32aならびに陰極端子 31a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良いではな力つた。また、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が必要とされ、装置の小型化 できな！/ヽと 、う課題があった。
[0008] また、従来のコンデンサ 90を複数連結してコンデンサ装置とし、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、各端子が夫々相反する方向に引き出さ れていることなどの理由により、接続経路が長くなつていた。その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。
[0009] この不要な抵抗の増加について、燃料電池車の燃料電池スタックを一例として図 1 OA, 1 OBで説明する。
[0010] 図 10Aに示すように、燃料電池車の燃料電池スタック 51には 400Vの電圧が発生 している。一方、静電容量 Ciのコンデンサ 60の耐電圧は約 2. 0Vであるため、 200 個（400VZ2V= 200)のコンデンサを直列に接続する必要がある。また、負荷電流 は最大で 200A程度流れる。ここで、負荷 LOには、モータの負荷とモータコントロー ラの負荷が含まれる。
[0011] 図 10Bに示すように、コンデンサ 1個当たりの内部抵抗 R1は 0. 002 Ωである。各コ ンデンサの端子接続抵抗 R2を 0. 0001 Ωと仮定しても、これを直列に接続すると 0.
0021 Ω (0. 002 + 0. 0001 = 0. 0021)となる。 200個のコンデンサ力 ^直列接続さ れた場合には、 0. 0021 Ω X 200個 =0. 42 Ωとなる。
[0012] 従って、合成抵抗が 0. 42 Ωで、電流が 200A流れると、 16. 8KW(0. 42 Ω X 20
0A X 200A= 16. 8KW)がコンデンサのロスとなって発熱し、外部に放出される。
[0013] 以上説明したように、従来のコンデンサ装置の場合、接続に伴う抵抗によって大き なロスが発生し、大量の熱が放出されると!、う課題があった。
発明の開示
[0014] 本発明のコンデンサ装置は複数のコンデンサを備え、各コンデンサは、セパレータ を介して陽極と陰極が対面するコンデンサ素子と、コンデンサ素子と電解液を収容す る金属ケースを有する。その複数のコンデンサは、金属ケースを陽極とする複数の第
1コンデンサと、金属ケースを陰極とする複数の第 2コンデンサとからなる。一対の第 1 コンデンサと第 2コンデンサとは金属板を介して金属ケース同士が接合されてコンデ ンサユニットが構成され、複数のコンデンサユニットが直列または並列に接続されて サブユニットが構成され、複数のサブユニットが直列または並列に接続されてメインュ ニットが構成されることを特徴とするコンデンサ装置である。
[0015] 本発明のコンデンサ装置は、複数のコンデンサユニットを連結する際の接続が容易 であり、かつ接続スペースが低減される。さらに、接続による不要な抵抗の発生を少 なくすることができる。
図面の簡単な説明
[0016] [図 1]図 1は本発明の実施の形態 1によるコンデンサ装置の構成を示す平面図である
[図 2]図 2は本発明の実施の形態 1によるコンデンサ装置に使用されるサブユニットの 構成を示す斜視図である。
[図 3A]図 3Aは本発明の実施の形態 1によるコンデンサ装置に使用されるコンデンサ ユニットの構成を示す断面図である。
[図 3B]図 3Bは本発明の実施の形態 1によるコンデンサ装置に使用されるコンデンサ ユニットの構成を示す底面図である。
[図 4A]図 4Aは本発明の実施の形態 2によるコンデンサ装置のサブユニットの構成を 示す平面図である。
[図 4B]図 4Bは本発明の実施の形態 2によるコンデンサ装置のサブユニットの構成を 示す正面図である。
[図 4C]図 4Cは本発明の実施の形態 2によるコンデンサ装置のサブユニットの構成を 示す側面図である。
[図 5A]図 5Aは本発明の実施の形態 3によるコンデンサ装置のサブユニットの構成を 示す要部断面図である。
[図 5B]図 5Bは本発明の実施の形態 3によるコンデンサ装置のサブユニットの構成を 示す要部断面図である。
[図 6A]図 6Aは本発明の実施の形態 4によるコンデンサ装置のメインユニットの構成 を示す要部平面図である。
[図 6B]図 6Bは本発明の実施の形態 4によるコンデンサ装置のメインユニットの構成を 示す要部正面図である。
[図 7A]図 7Aは本発明の実施の形態 4によるコンデンサ装置のメインユニットに使用さ れる接続板を示す平面図である。
[図 7B]図 7Bは本発明の実施の形態 4によるコンデンサ装置のメインユニットに使用さ れる接続板を示す正面図である。
[図 8]図 8は、本発明のコンデンサ素子の構成を示す部分断面図である。
[図 9]図 9は従来のコンデンサ装置に使用されるコンデンサの構成を示す断面図であ る。
[図 10A]図 10Aは従来のコンデンサユニットを複数連結する場合の不要抵抗発生原 理を示す概念図である。
[図 10B]図 10Bは従来のコンデンサユニットを複数連結する場合の不要抵抗発生原 理を示す概念図である。
符号の説明
1 サブユニット
2 メインユニット
3 ケース
4 制御部
5 入出力コネクタ
6 コンデンサユニット
6 A 第 1コンデンサ
6B 第 2コンデンサ
7 上ホルダー
8 下ホルダー
9 回路基板 20 バスバー
ネジ
12 支柱
13 コネクタ
14 コンデンサ素子
14a 中空部
15 金属ケース
15a 16b
16 端子板
16a 端子
17 絶縁部材
18 封止用ゴム
19 金属板
19a
24
20a 曲げ加工部
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発明を実施するための最良の形態
[0018] (実施の形態 1)
以下、実施の形態 1を用いて、本発明の一態様について具体的に説明する。
[0019] 図 1は本発明の実施の形態 1によるコンデンサ装置の構成を示す平面図、図 2は同 コンデンサ装置に使用されるサブユニット 1の構成を示す斜視図である。
[0020] 図 1と図 2に示すように、コンデンサ装置 100は、互いに極性が異なる 2個のコンデ ンサ (第 1コンデンサ及び第 2コンデンサ）が直列接続して連結されたコンデンサュ- ット 6が複数組接続されたサブユニット 1を有する。このサブユニット 1が複数組接続さ れることでメインユニット 2が構成される。メインユニット 2はケース 3に収納される。ケー ス 3には、メインユニット 2の制御を行う制御部 4と、入出力コネクタ 5が設けられている
[0021] 図 2に示すように、サブユニット 1は、 5組の連結されたコンデンサユニット 6を有して いる。コンデンサユニット 6は、互いに極性が異なるように構成された第 1コンデンサ 6 Aと第 2コンデンサ 6Bを有しており、 2個のコンデンサ 6Aと 6Bが直列接続するように 連結されている。なお、本実施の形態では、第 1コンデンサ 6Aは金属ケースを陰極と するコンデンサであり、第 2コンデンサ 6Bは金属ケースを陽極とするコンデンサである として説明する。第 1コンデンサ 6Aと第 2コンデンサ 6Bの極性は逆であっても構わな い。
[0022] サブユニット 1は、絶縁材料製の上ホルダー 7と下ホルダー 8で挟持され、さらに上 ホルダー 7上には、回路基板 9が配設されている。この回路基板 9からコンデンサュ- ット 6の端子 16aが表出しており、表出した隣り合う端子 16a同士はバスバー 10で電 気的に接続され、ネジ 11で機械的に固定されている。
[0023] また、上ホルダー 7と下ホルダー 8の間には、アルミニウム棒からなる支柱 12が設け られることにより、コンデンサ装置 100に対して上下方向に加わる力が直接コンデン サユニット 6には加わらな 、ようにされて 、る。
[0024] また、回路基板 9の裏面には、サブユニット 1を構成する複数のコンデンサの充電電 圧を一定に調整するバランス充電回路 91と、充電状態における過電圧を検出する過 電圧検出回路 92と、コンデンサ近傍の温度を計測する温度計測回路 93が設けられ ている。さらに、これらの各回路と、メインユニット 2を制御する制御部 4とを接続するた めのコネクタ 13が設けられることでコンデンサ装置 100が構成されている。なお、各 回路 91, 92, 93およびコネクタ 13の形状及び位置は模式的に例示している。
[0025] 図 3A、 3Bは、コンデンサユニット 6の構成を示す断面図と底面図である。図 3A、 3 Bに示すように、コンデンサユニット 6は第 1コンデンサ 6Aと第 2コンデンサ 6Bを有す る。第 1コンデンサ 6Aと第 2コンデンサ 6Bは、夫々正負の極性が異なるように構成さ れている。ここでは、第 1コンデンサ 6Aについて説明する。
[0026] 第 1コンデンサ 6Aはコンデンサ素子 14を有しており、このコンデンサ素子 14には 中空部 14aが形成されている。 [0027] ここで、図 8を用いてコンデンサ素子 14について説明する。図 8はコンデンサ素子 1 4の構成を模式的に説明する断面図である。コンデンサ素子 14は第 1電極と第 2電 極を有する。第 1電極および第 2電極の一方が、陽極であり、他方が陰極である。図 8 の例では、陽極 (第 1電極）は、分極性電極層 142が形成された第 1のアルミニウム箔 (集電体） 141であり、一方、陰極 (第 2電極）は、分極性電極層 144が形成された第 2のアルミニウム箔 (集電体） 145である。第 1のアルミニウム箔 141と第 2のアルミ-ゥ ム箔 145は、セパレータ 143を介して、分極性電極層 142と分極性電極層 144が対 面し、かつ互いに逆方向に位置をずらした状態で卷回されている。このコンデンサ素 子 14の両端面（図中の上下方向）から陽極と陰極が夫々取り出されて!/、る。
[0028] 図 3Aに示すように、コンデンサ素子 14は、図示しない駆動用電解液と共にアルミ -ゥム製の有底筒状の金属ケース 15に収容される。コンデンサ素子 14は、内底面に 金属ケース 15と一体で設けられた突起 15aを有する。この突起 15aはコンデンサ素 子 14の中空部 14aに嵌め込まれる。さらに、金属ケース 15内に挿入されたコンデン サ素子 14の陰極側の端面を金属ケース 15の内底面にレーザー溶接等によって機 械的かつ電気的に接合することで、第 1コンデンサ 6Aが形成されている。
[0029] また、第 1コンデンサ 6Aの上部には、コンデンサ素子 14の陽極側の端面に接合さ れると共に、金属ケース 15の開口部に配設されて金属ケース 15の封止を行うアルミ -ゥム製の端子板 16が備えられる。この端子板 16の表面（図中の上側）には外部接 続用の端子 16aが設けられている。また端子板 16の裏面（図中の下側）にはコンデン サ素子 14の中空部 14a内に嵌まり込む突起 16bがー体で設けられている。この端子 板 16を、絶縁部材 17を介在させて金属ケース 15の開口部を覆うように配設する。端 子板 16の表面周縁には封止用ゴム 18が配置され、この封止用ゴム 18を圧接するよ うに金属ケース 15の開放端をカーリングカ卩ェすることにより金属ケース 15が封止され ている。
[0030] このように構成された第 1コンデンサ 6Aでは、端子板 16に設けた端子 16aからコン デンサ素子 14の陽極が取り出され、一方、金属ケース 15から陰極が取り出される。 一方、第 2コンデンサ 6Bは、第 1コンデンサ 6Aとは逆極性となるように構成されてい る。すなわち、コンデンサ素子 14の陽極は金属ケース 15から取り出され、一方、陰極 は端子 16aから取り出される。
[0031] 金属板 19は、第 1コンデンサ 6Aの金属ケース 15の外底面と第 2コンデンサ 6Bの 金属ケース 15の外底面とに跨って設けられており、レーザー溶接により金属ケース 1 5に接合される。このようにして、第 1コンデンサ 6Aと第 2コンデンサ 6B力 なる一対（ 二つ一組)のコンデンサが互いに連結され、同時に、機械的かつ電気的に接合され る。すなわち第 1コンデンサ 6Aと第 2コンデンサ 6Bがそれぞれ一つずつ直列接続さ れたコンデンサユニット 6が構成される。接続に用いられる金属板 19の材料としては アルミニウムが特に適する。
[0032] この金属板 19は略六角形に形成され、かつ、金属板 19が金属ケース 15の外底面 と接触する面積力 金属ケース 15の外底面の面積の 50%未満になるように構成して いる。このようにすることによって十分な結合強度を確保すると共に、異常時に金属ケ ース 15内の圧力が上昇して金属ケース 15の底面が膨らむような現象が発生しても、 この膨れ現象による悪影響を最小限に抑えることができる。さらに、金属板 19を略六 角形に形成することにより、材料取りの際に千鳥状に金属板 19を取ることができるた め、材料ロスを極めて少なくすることができる。
[0033] また、図 3Bに金属板 19と金属ケース 15をレーザー溶接により結合した溶接痕 19a を示す。この溶接痕 19aは直線的に形成されるようにしている。このよう〖こすること〖こよ つて、溶接時の加熱により金属ケース 15が膨張した後、常温に戻る際の収縮に対す る歪みの影響を最小限に抑えることができる。なお、図 3Bにおける三つ葉状の窪み 1 5bは、コンデンサ素子 14の一方の端面を金属ケース 15の内底面にレーザー溶接に より接合するために設けた接合用のリブを示す。
[0034] なお、金属板 19の厚みは、第 1コンデンサ 6Aと第 2コンデンサ 6Bの許容電流値を 問題なく流すことができ、かつ接続板強度と溶接強度を保証できる範囲内で、出来る だけ薄い方が好ましい。具体的には、厚さ 0. 1〜0. 8mmの範囲が好ましぐさらに 厚さ 0. 2〜0. 5mmの範囲がより好ましい。
[0035] 以上説明したように、本実施の形態によるコンデンサ装置 100は、コンデンサ素子 1 4の一方の電極を金属ケース 15から取り出し、他方の電極を端子板 16に設けた外部 接続用の端子 16aから取り出すようにしたコンデンサを有して 、る。一対のコンデンサ を、互いに極性が異なるように構成し、金属板 19を介して電気的 ·機械的に接続する ことでコンデンサユニット 6が構成される。このコンデンサユニット 6が複数組接続され てサブユニット 1が構成され、さらに、このサブユニット 1が複数組接続されてメインュ ニット 2が構成される。コンデンサ装置 100は、このメインユニット 2ならびにこのメイン ユニット 2を制御する制御部 4を収納したケース 3から構成される。本実施の形態 1の コンデンサ装置 100は、コンデンサどうしの接続が容易であり、かつ接続スペースを 大幅に低減することで小型化と低背化が可能である。また、接続に纏わる不要な抵 抗の発生が少なくなり、さらに複数のユニットに分割して制御できるために、高性能の コンデンサ装置を実現することができるようになるものである。
[0036] (実施の形態 2)
以下、実施の形態 2を用いて、本発明の他の態様について説明する。
[0037] 本実施の形態 2のコンデンサ装置は、実施の形態 1で説明したコンデンサ装置 100 とはサブユニット 201の構成が一部異なる。これ以外の構成は実施の形態 1と同様で あるので、同一部分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、図面を用いて詳細に説明する。
[0038] 図 4A〜4Cは本発明の実施の形態 2によるコンデンサ装置のサブユニット 201の構 成を示す平面図と正面図と側面図である。サブユニット 201は、コンデンサユニット 6 の隣り合う端子 16aどうしを電気的に接続するバスバー 20と、このノ スバー 20の一部 を曲げカ卩ェすることにより設けられた曲げ力卩ェ部 20aを有する。
[0039] サブユニット 201に曲げ力卩ェ部 20aを設けることにより、第 1コンデンサ 6Aと第 2コン デンサ 6B力もなるコンデンサユニット 6の高さ方向のバラツキが発生した場合におい ても、この曲げ力卩ェ部 20aが、寸法バラツキを吸収するバッファの役割を果たす。そ れにより、高い寸法精度を維持したコンデンサ装置を実現することができる。
[0040] また、サブユニット 201を構成する複数組のコンデンサユニット間には、夫々隙間 2 1が設けられる。このように隙間 21を設けることにより、第 1コンデンサ 6Aと第 2コンデ ンサの発熱を容易に外部へ放出することができるようになるため、放熱特性に優れた コンデンサ装置を実現することができる。
[0041] (実施の形態 3) 以下、実施の形態 3を用いて、本発明のさらに他の態様について説明する。
[0042] 本実施の形態 3のコンデンサ装置は、実施の形態 1で説明したコンデンサ装置 100 とはサブユニット 301、 302の構成が一部異なるようにしたものである。これ以外の構 成は実施の形態 1と同様であるために、同一部分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。
[0043] 図 5Aは本発明の実施の形態 3によるコンデンサ装置のサブユニット 301の構成を 示す要部断面図であり、サブユニット 301は、第 1コンデンサ 6A、上ホルダー 7、およ び端子 16aを有する。
[0044] 第 1コンデンサ 6Aの上面の周縁と上ホルダー 7の内面との間にはゴム製の Oリング 22が設けられている。この Oリング 22はサブユニット 301を構成する各コンデンサの 高さバラツキを吸収するバッファ部としての機能をもたせるために設けられたものであ る。 Oリング 22により、各コンデンサの高さ寸法に許容範囲内のバラツキが発生した 場合においても、この寸法バラツキを吸収することが出来、サブユニット 301としての 寸法精度を維持することができる。
[0045] また、図 5Bに示すサブユニット 302のように、各コンデンサの高さバラツキを吸収す るバッファ部としての機能をもたせるために、りん青銅等のバネ材力もなる板パネ 23 を設けても良い。サブユニット 302の場合も、各コンデンサの高さ寸法に許容範囲内 のバラツキが発生した場合においても、この寸法バラツキを板パネ 23で吸収して、サ ブユニットとしての寸法精度を維持することができる。
[0046] このように、本実施の形態 3のコンデンサ装置は、第 1コンデンサ 6Aの上面の周縁 と上ホルダー 7の内面との間に、サブユニット 301、 302を構成する各コンデンサの高 さバラツキを吸収するためのバッファ部としての機能を有する Oリング 22、または板バ ネ 23を有する。各コンデンサの高さ寸法に許容範囲内のバラツキが発生した場合に おいても、この寸法バラツキを吸収して、サブユニット 301、 302としての寸法精度を 維持することができるようになるものである。
[0047] なお、本実施の形態 3においては、ノ ッファ部としての機能を有する Oリング 22、ま たは板パネ 23をコンデンサの上面の周縁と上ホルダー 7の内面との間に設けた例を 用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなぐノ ッファ部をコンデンサ 6A (または 6B)の下面と下ホルダー 8の内面との間に設けても良！、。
[0048] (実施の形態 4)
以下、実施の形態 4を用いて、本発明のさらに他の態様について説明する。
[0049] 本実施の形態 4で示すコンデンサ装置 400は、実施の形態 1で説明したコンデンサ 装置 100のメインユニットの構成が一部異なるようにしたものである。これ以外の構成 は実施の形態 1と同様であるために、同一部分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。
[0050] 図 6A、 Bは本発明の実施の形態 4によるコンデンサ装置 400のメインユニットの構 成を示す要部平面図と要部正面図である。図 7A、 Bはメインユニットに使用される接 続板 24を示す平面図と正面図である。コンデンサ装置 400は、隣り合うサブユニット 1の端子どうしを接続する接続板 24と、この接続板 24の一部を曲げ加工することによ り設けられた曲げ加工部 24aを有する。
[0051] このように、曲げ加工部 24aを有する接続板 24で隣り合うサブユニット 1の端子同士 を接続する構成としたことにより、隣り合うサブユニット 1間で高さ方向のノ ツキが発 生した場合においても、この曲げ力卩ェ部 24aがバッファの役割を果たし、寸法バラッ キを吸収することができる。その結果、高い寸法精度を維持したコンデンサ装置を実 現することができるものである。
[0052] また、メインユニットを構成する複数^ &のサブユニット 1間には夫々隙間 25が設けら れる。このように隙間 25を設けることにより、サブユニット 1の発熱を容易に外部へ放 出することができるようになるため、放熱特性に優れたコンデンサ装置を実現すること ができるようになるものである。
産業上の利用可能性
[0053] 本発明によるコンデンサ装置は、コンデンサどうしの接続を容易にすることが出来る 。また接続スペースを大きく低減し、あるいは接続に纏わる不要な抵抗の発生を少な くし、さらに複数のユニットに分割して制御することができるために、小型で高性能の コンデンサ装置を実現することができるという効果を有し、ノ、イブリツドカーや燃料電 池車の回生用等として用いることが出来る。

Claims

請求の範囲
[1] 複数のコンデンサを含むコンデンサ装置であって、前記コンデンサは、
セパレータを介して陽極と陰極が対面するコンデンサ素子と、
前記コンデンサ素子と電解液を収容する金属ケースを有し、
前記複数のコンデンサは、
前記金属ケースを陰極とする複数の第 1コンデンサと、
前記金属ケースを陽極とする複数の第 2コンデンサとからなり、
前記第 1コンデンサの前記金属ケースと前記第 2コンデンサの前記金属ケースとが金 属板により接合されてコンデンサユニットを構成し、
複数の前記コンデンサユニットが直列または並列に接続されてサブユニットを構成し 複数の前記サブユニットが直列または並列に接続されてメインユニットを構成する、こ とを特徴とするコンデンサ装置。
[2] 前記金属ケースの開口部を覆う端子板をさらに有し、
前記端子板は前記陽極または前記陰極に接続される端子を有し、
前記コンデンサユニットの前記陽極に接続された前記端子と、隣接する前記コンデン サユニットの前記陰極に接続された前記端子とが、バスバーにより接続される、請求 項 1に記載のコンデンサ装置。
[3] 複数のコンデンサを含むコンデンサ装置であって、前記コンデンサは、
コンデンサ素子と、金属ケースと、端子板を有し、
前記コンデンサ素子は、分極性電極層が形成された金属箔カゝらなる第 1電極及び第 2電極と、セパレータを有し、前記セパレータを介して前記第 1電極の分極電極層と 前記第 2電極の分極電極層が対面し、かつ前記セパレータに対して前記第 1及び第 2電極が互いに逆方向に突き出す形態で卷回される、
前記金属ケースは、前記コンデンサ素子と電解液を収容し、前記第 1電極は前記金 属ケースの底面に接合される、
前記端子板は、前記金属ケースの開口部を覆い、前記第 2電極は前記端子板に設 けられた端子に接合される、 前記複数のコンデンサのうちで、一対の前記コンデンサが接合されてコンデンサュ- ットが構成され、前記一対のコンデンサの前記第 1電極は互いに異なる極性を有し、 かつ前記一対のコンデンサの前記金属ケース同士が接合される、
複数の前記コンデンサユニットが直列または並列に接続されてサブユニットが構成さ れ、
複数の前記サブユニットが直列または並列に接続されてメインユニットが構成され、 前記コンデンサ装置は、ケースをさらに有し、前記メインユニットおよび前記メインュ ニットを制御する制御部が前記ケースに収容される、
ことを特徴とするコンデンサ装置。
[4] 前記一対のコンデンサの前記金属ケース同士を接合する金属板を有する、請求項 3 に記載のコンデンサ装置。
[5] 前記コンデンサユニット同士を接続するバスバーと、
前記サブユニットの上部を保持する絶縁材料製の上ホルダーと、
前記サブユニットの下部を保持する絶縁材料製の下ホルダーと、
前記上ホルダーと前記下ホルダーとを固定する支柱と、
をさらに有する請求項 3に記載のコンデンサ装置。
[6] 前記バスバーが曲げ加工部を有する、請求項 5に記載のコンデンサ装置。
[7] 前記上ホルダーまたは前記下ホルダーの少なくとも一方と、前記コンデンサ間に、前 記コンデンサ間の高さバラツキを吸収するバッファ部をさらに有する、請求項 5に記載 のコンデンサ装置。
[8] 前記サブユニットが、複数 の前記コンデンサユニット間に隙間を設けて構成される
、請求項 3に記載のコンデンサ装置。
[9] 複数の前記サブユニット同士を接続する接続板をさらに有し、前記接続板は曲げカロ ェ部を有する、請求項 3に記載のコンデンサ装置。
[10] 前記メインユニットが、複数の前記サブユニット間に隙間を設けて構成される、請求項
3に記載のコンデンサ装置。
[11] 前記サブユニットが回路基板を有し、
前記回路基板に、コンデンサの充電電圧を一定に調整するバランス充電回路と、充 電状態における過電圧を検出する過電圧検出回路と、コンデンサ近傍の温度を計測 する温度計測回路が設けられ、
前記回路基板が前記制御部に接続される、
請求項 3に記載のコンデンサ装置。
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