JP2006351981A - Capacitor device - Google Patents
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Abstract
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等に使用されるコンデンサ装置に関するものである。 The present invention relates to a capacitor device used for regeneration of a hybrid car or a fuel cell car, or for storing electric power.
図8はこの種の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した断面図であり、図8において、20はコンデンサ素子であり、このコンデンサ素子20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、このコンデンサ素子20の両端面(図8において上下方向)から陽極と陰極を夫々取り出すようにしたものである。
FIG. 8 is a sectional view showing the configuration of a capacitor used in this type of conventional capacitor device. In FIG. 8, 20 is a capacitor element, and this
21は上記コンデンサ素子20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金属ケース、21aはこの金属ケース21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、コンデンサ素子20の陰極側の端面を金属ケース21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。
21 is a metal case made of aluminum containing the
22はアルミニウム製の蓋、22aはこの蓋22に一体で設けられた外部接続用の陽極端子であり、コンデンサ素子20の陽極側の端面を蓋22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22の周縁と上記金属ケース21の開口部とを(図8において符号23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。
22 is an aluminum lid, 22a is an anode terminal for external connection provided integrally with the
このように構成された従来のコンデンサは、金属ケース21の中心方向(図8において上下方向)に外部接続用の陽極端子22aと陰極端子21aを図示しないバスバーと呼ばれる接続部材を介して複数個を接続することにより、複数個のコンデンサを連結したコンデンサ装置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。
In the conventional capacitor thus configured, a plurality of externally connected
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コンデンサ装置では、コンデンサを複数個連結してコンデンサ装置として使用する場合に、陽極端子22aならびに陰極端子21a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課題があった。
However, in the conventional capacitor device, when a plurality of capacitors are connected and used as a capacitor device, when the
また、従来のコンデンサを複数個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、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 capacitors are connected to form a capacitor device, which is used for assisting a motor of a fuel cell vehicle, a connection route including that the terminals are drawn out in opposite directions. As a result, there is a problem in 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9に示すように、燃料電池車の燃料電池スタックには400Vの電圧が発生しているが、コンデンサ1個の耐電圧は約2.0Vであるため、400V/2V=200個のコンデンサを直列に接続する必要があり、負荷電流は最大で200A程度流れることになる。コンデンサ1個当たりの内部抵抗は0.002Ωであり、各コンデンサの端子接続抵抗を0.0001Ωと仮定しても、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. 9, a voltage of 400V is generated in the fuel cell stack of the fuel cell vehicle, but the withstand voltage of one capacitor is about 2.0V. It is necessary to connect 400V / 2V = 200 capacitors in series, and the load current flows about 200A at the maximum. The internal resistance per capacitor is 0.002Ω, and even if the terminal connection resistance of each capacitor is assumed to be 0.0001Ω, if this is connected in series, 0.002Ω + 0.0001Ω = 0.001Ω, 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がコンデンサ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 is a loss of the capacitor, 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、コンデンサを複数個連結してコンデンサ装置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コンデンサ装置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 capacitors to be used as a capacitor device, it can be easily connected, the connection space is reduced, and unnecessary resistance associated with the connection is reduced. It is an object of the present invention to provide a capacitor device that can extremely reduce generation.
上記課題を解決するために本発明は、正負極を有するコンデンサ素子を収容した金属ケースの開口部を端子板で封止し、コンデンサ素子の正極を金属ケースから、同負極を端子板から取り出すようにした第1のコンデンサと、コンデンサ素子の負極を金属ケースから、同正極を端子板から取り出すようにした第2のコンデンサを有し、第1・第2のコンデンサを2個1組として夫々の端子板が同方向に並ぶように隣接配置し、隣り合う端子板どうしまたは金属ケースどうしを接続板で接合することにより、複数のコンデンサを直列接続した構成のものである。 In order to solve the above problems, the present invention seals the opening of a metal case containing a capacitor element having positive and negative electrodes with a terminal plate, and takes out the positive electrode of the capacitor element from the metal case and the negative electrode from the terminal plate. The first capacitor and the second capacitor in which the negative electrode of the capacitor element is taken out from the metal case and the positive electrode is taken out from the terminal plate. A plurality of capacitors are connected in series by adjoining the terminal plates so that the terminal plates are arranged in the same direction and joining adjacent terminal plates or metal cases together with a connection plate.
以上のように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と共に接続スペースを大きく低減し、かつ接続に纏わる不要な抵抗の発生を少なく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が得られるものである。 As described above, the capacitor device according to the present invention facilitates connection between capacitors, greatly reduces the connection space, and reduces the generation of unnecessary resistances related to connection. The effect that a capacitor | condenser apparatus is realizable is acquired.
(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、2に記載の発明について説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, the first and second aspects of the present invention will be described with reference to the first embodiment.
図1(a)〜(c)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した平面図と正面図と底面図、図2(a)〜(c)は同コンデンサ装置に使用されるコンデンサを示した平面図と正面断面図と底面図であり、図1と図2において、1Aは第1のコンデンサ、1Bは第2のコンデンサであり、この第1・第2のコンデンサ1A・1Bは外観形状は全く同一に構成され、正負の極性が夫々異なるように構成された(詳細は後述する)ものであり、第1・第2のコンデンサ1A・1Bを2個1組として直列接続して使用されるものである。
1A to 1C are a plan view, a front view, and a bottom view showing the configuration of the capacitor device according to the first embodiment of the present invention, and FIGS. 2A to 2C are used in the capacitor device. 1A and 1B, 1A is a first capacitor, 1B is a second capacitor, and the first and
2は接続板であり、この接続板2は上記2個1組となる第1・第2のコンデンサ1A・1Bを隣接配置した状態で金属ケース5(詳細は後述する)どうしをレーザー溶接等の手段により接合して2個1組として直列接続し、さらにこの2個1組となった第1・第2のコンデンサ1A・1Bを隣接配置した状態で接続板2により隣接する端子板6(詳細は後述する)どうしをレーザー溶接等の手段により接合することにより、複数個のコンデンサ(本実施の形態においては10個)を直列接続したものである。なお、両端に位置する接続板2には、外部接続用の孔2aが夫々設けられているものである。3はこのように直列接続された複数個のコンデンサを固定したホルダーである。
4はコンデンサ素子を示し、このコンデンサ素子4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正負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、このコンデンサ素子4の両端面(図2(b)において上下方向)から陽極と陰極を夫々取り出すようにしたものである。 Reference numeral 4 denotes a capacitor element. The capacitor element 4 is formed by winding a pair of positive and negative electrodes in which a polarizable electrode layer is formed on a current collector made of aluminum foil, with the separators interposed therebetween, with the positions being reversed. (All are not shown), and the anode and the cathode are respectively taken out from both end faces of the capacitor element 4 (vertical direction in FIG. 2B).
5は上記コンデンサ素子4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金属ケース、5aはこの金属ケース5の内底面に突出するように設けられた接合部であり、コンデンサ素子4の一方の端面を金属ケース5の内底面に設けられた接合部5a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、電気的に接合したものである。
5 is an aluminum metal case containing the capacitor element 4 together with a driving electrolyte (not shown), and 5a is a joint provided so as to protrude from the inner bottom surface of the
6はアルミニウム製の端子板、6aはこの端子板6の内面に設けられた接合部であり、コンデンサ素子4の他方の端面を端子板6に設けられた接合部6a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、電気的に接合したものである。 6 is an aluminum terminal plate, 6a is a joint provided on the inner surface of the terminal plate 6, and the other end face of the capacitor element 4 is joined to the joint 6a provided on the terminal plate 6 by means such as laser welding. By joining, they are mechanically and electrically joined.
7は上記端子板6の周縁と金属ケース5の内周面との間に配設されたリング状の絶縁部材、8は端子板6の上面周縁に配設されたリング状の弾性部材からなる封止リングであり、このように組み立てを行うと共に、図2(b)におけるコンデンサ素子4の上端面近傍を金属ケース5の外周面から絞り加工すると共に、金属ケース5の開放端が封止リング8を押さえ込むようにカーリング加工することにより封止して構成されたものである。
7 is a ring-shaped insulating member disposed between the peripheral edge of the terminal plate 6 and the inner peripheral surface of the
従って、このように構成されたコンデンサは、コンデンサ素子4の一方の電極(例えば陽極)を端子板6に接合し、同他方の電極(例えば陰極)を金属ケース5の内底面に接合したものを第1のコンデンサ1Aとすれば、これと極性が異なるように構成された、すなわちコンデンサ素子4の一方の電極(例えば陰極)を端子板6に接合し、同他方の電極(例えば陽極)を金属ケース5の内底面に接合したものを第2のコンデンサ1Bとし、このように極性が異なる2個のコンデンサを1組にして直列接続できるようにしたものである。
Therefore, the capacitor configured in this manner is obtained by bonding one electrode (for example, anode) of the capacitor element 4 to the terminal plate 6 and bonding the other electrode (for example, cathode) to the inner bottom surface of the
そして、第1のコンデンサ1Aの金属ケース(陰極)5の外底面と第2のコンデンサ1Bの金属ケース(陽極)5の外底面を接続板2で接合することにより、第1・第2のコンデンサ1A・1Bが直列接続されて2個1組となり、さらにこの2個1組となった第1・第2のコンデンサ1A・1Bを複数組隣接配置して、隣り合う第1のコンデンサ1Aの端子板(陽極)6と第2のコンデンサ1Bの端子板(陰極)を接続板2で接合することにより、複数個のコンデンサが直列接続されたコンデンサ装置が構成されるようになるものである。
Then, the outer bottom surface of the metal case (cathode) 5 of the
このように構成された本実施の形態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と共に接続スペースを大きく低減し、かつ接続に纏わる不要な抵抗の発生を少なくすることができるため、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ようになるものである。 The capacitor device according to the present embodiment configured as described above is small in size because it facilitates the connection between capacitors, greatly reduces the connection space, and reduces the occurrence of unnecessary resistance associated with the connection. A high-performance capacitor device can be realized.
(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3に記載の発明について説明する。
(Embodiment 2)
Hereinafter, the invention described in
本実施の形態は、上記実施の形態1で説明したコンデンサ装置に使用されるコンデンサの構成が一部異なるようにしたものであり、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詳細に説明する。 In the present embodiment, the configuration of the capacitor used in the capacitor device described in the first embodiment is partially different, and other configurations are the same as those in the first embodiment. The same reference numerals are given to the same parts and the detailed description thereof is omitted, and only different parts will be described in detail below with reference to the drawings.
図3(a)〜(c)は本発明の実施の形態2によるコンデンサ装置の構成を示した平面図と正面図と底面図であり、図3において9はコンデンサであり、このコンデンサ9は上記実施の形態1とは異なり、全て同極性に構成されたものであり、本実施の形態においては端子板側が陽極、金属ケース側が陰極として説明するが、この逆の極性に構成されても構わないものである。
FIGS. 3A to 3C are a plan view, a front view, and a bottom view showing the configuration of the capacitor device according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 3, 9 is a capacitor. Unlike
本実施の形態によるコンデンサ装置は、コンデンサ9を交互に逆にして、すなわち交互に極性が異なるようにして隣接配置し、隣り合う一方のコンデンサ9の端子板(陽極)と他方のコンデンサ9の金属ケース(陰極)の外底面を接続板2で接合することにより、2個のコンデンサ9が直列接続されて2個1組となり、さらにこの2個1組となったコンデンサ9を複数組隣接配置して、隣り合う一方のコンデンサ9の端子板(陽極)と他方のコンデンサの金属ケース(陰極)を接続板2で接合することにより、複数個のコンデンサ9が直列接続されたコンデンサ装置が構成されるようにしたものである。
In the capacitor device according to the present embodiment,
このように構成された本実施の形態によるコンデンサ装置は、上記実施の形態1によるコンデンサ装置により得られる効果に加え、極性が異なる2種類のコンデンサを用意する必要がないため、管理が容易になるという効果を得られるものである。 The capacitor device according to the present embodiment configured as described above can be easily managed because it is not necessary to prepare two types of capacitors having different polarities in addition to the effect obtained by the capacitor device according to the first embodiment. The effect that can be obtained.
(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4に記載の発明について説明する。
(Embodiment 3)
The third aspect of the present invention will be described below with reference to the third embodiment.
本実施の形態は、上記実施の形態1または2で説明したコンデンサ装置に使用される接続板の構成が一部異なるようにしたものであり、これ以外の構成は実施の形態1または2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。 In the present embodiment, the configuration of the connection plate used in the capacitor device described in the first or second embodiment is partially different, and other configurations are the same as in the first or second embodiment. Therefore, the same reference numerals are given to the same parts, and detailed description thereof is omitted, and only different parts will be described below with reference to the drawings.
図4(a)〜(c)は本発明の実施の形態3によるコンデンサ装置の構成を示した平面図と正面図と底面図であり、図4において、1Aと1Bはお互いに極性が異なるように構成された第1・第2のコンデンサ、10はこの第1・第2のコンデンサ1A・1Bどうしを接合する接続板、10aはこの接続板10の略中央をU字状に折り曲げ加工することにより形成した寸法バラツキ吸収用のバッファ部、10bは外部接続用の孔である。
4A to 4C are a plan view, a front view, and a bottom view showing the configuration of the capacitor device according to the third embodiment of the present invention. In FIG. 4, 1A and 1B have different polarities from each other. The first and
このように、接続板10にバッファ部10aを設けることにより、第1・第2のコンデンサ1A・1B間に高さ方向のバラツキが発生した場合においても、このバッファ部10aで寸法バラツキを吸収することができるようになるため、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。
As described above, by providing the
また、図5(a)〜(c)は本発明の実施の形態3によるコンデンサ装置の他の構成を示した平面図と正面図と底面図であり、図5において、9はコンデンサ、10はこのコンデンサ9どうしを接合する接続板、10aはこの接続板10の略中央をU字状に折り曲げ加工することにより形成した寸法バラツキ吸収用のバッファ部、10bは外部接続用の孔である。
FIGS. 5A to 5C are a plan view, a front view, and a bottom view showing another configuration of the capacitor device according to the third embodiment of the present invention. In FIG. The connecting
このように、接続板10にバッファ部10aを設けることにより、上記図4で示したコンデンサ装置と同様の効果が得られるものである。
Thus, by providing the
(実施の形態4)
以下、実施の形態4を用いて、本発明の特に請求項5、6に記載の発明について説明する。
(Embodiment 4)
In the following, the invention described in
本実施の形態は、上記実施の形態1または2で説明したコンデンサ装置に使用される接続板の構成が一部異なるようにしたものであり、これ以外の構成は実施の形態1または2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。 In the present embodiment, the configuration of the connection plate used in the capacitor device described in the first or second embodiment is partially different, and other configurations are the same as in the first or second embodiment. Therefore, the same reference numerals are given to the same parts, and detailed description thereof is omitted, and only different parts will be described below with reference to the drawings.
図6(a)〜(c)は本発明の実施の形態4によるコンデンサ装置の構成を示した平面図と正面図と底面図であり、図6において、1Aと1Bはお互いに極性が異なるように構成された第1・第2のコンデンサ、11はこの第1・第2のコンデンサ1A・1Bどうしを接合する接続板、11aはこの接続板11の略中央をU字状に折り曲げ加工することにより形成した寸法バラツキ吸収用のバッファ部、11bはこの接続板11の一部に第1・第2のコンデンサ1A・1Bの外形より突出するように設けられた端子部、11cは外部接続用の孔である。
6A to 6C are a plan view, a front view, and a bottom view showing the configuration of the capacitor device according to Embodiment 4 of the present invention. In FIG. 6, 1A and 1B have different polarities from each other. The first and
このように、接続板11に端子部11bを設けることにより、この端子部11bを介して図中二点鎖線で示す基板12に接続することができるようになり、基板12への接続が極めて容易に行えるようになるばかりでなく、接続板11から基板12に直接接続することができるようになるために、接続に纏わる不要な抵抗の発生もなくなるものである。
Thus, by providing the
さらに、上記基板12に各コンデンサの充電放電制御を行うための制御回路(図示せず)を設けることにより、上記同様に各コンデンサと制御回路を最短距離で接続することができるようになるために不要な抵抗の発生もなくなり、より小型化を図ることができるようになるものである。
Furthermore, by providing a control circuit (not shown) for controlling the charging / discharging of each capacitor on the
また、図7(a)〜(c)は本発明の実施の形態4によるコンデンサ装置の他の構成を示した平面図と正面図と底面図であり、図7において、9はコンデンサ、11はこのコンデンサ9どうしを接合する接続板、11aはこの接続板11の略中央をU字状に折り曲げ加工することにより形成した寸法バラツキ吸収用のバッファ部、11bはこの接続板11の一部にコンデンサ9の外形より突出するように設けた端子部、11cは外部接続用の孔である。
FIGS. 7A to 7C are a plan view, a front view, and a bottom view showing another configuration of the capacitor device according to the fourth embodiment of the present invention. In FIG. A connecting plate for joining the
このように、接続板11に端子部11bを設けることにより、上記図6で示したコンデンサ装置と同様の効果が得られるものである。
Thus, by providing the
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と共に接続スペースを大きく低減し、かつ接続に纏わる不要な抵抗の発生を抑制することができるという効果を有し、特に車載用のコンデンサ装置として有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The capacitor device according to the present invention has an effect of facilitating the connection between capacitors, greatly reducing the connection space, and suppressing the generation of unnecessary resistance related to the connection. Useful as.
1A 第1のコンデンサ
1B 第2のコンデンサ
2、10、11 接続板
2a、10b、11c 孔
3 ホルダー
4 コンデンサ素子
5 金属ケース
5a、6a 接合部
6 端子板
7 絶縁部材
8 封止リング
9 コンデンサ
10a、11a バッファ部
11b 端子部
12 基板
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