JP2009170687A - Electrochemical power storage element module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、放熱構造を備える電気二重層キャパシタモジュールまたはリチウム電池モジュール等の電気化学蓄電素子モジュールに関する。 The present invention relates to an electrochemical storage element module such as an electric double layer capacitor module or a lithium battery module having a heat dissipation structure.
電気二重層キャパシタ(以後キャパシタと呼称する)は分極性電極に電解質中のアニオン、カチオンを正極、負極表面に物理吸着させて電気を蓄えることを原理としている。このようなキャパシタの電解液は、大別すると有機溶媒系、水系に分けられる。近年、キャパシタの大容量化、大型化が進んでおり、ほとんどのものにキャパシタ充電電圧をより高くすることができ高エネルギー密度化に有利な有機溶媒系の電解液が用いられている。 An electric double layer capacitor (hereinafter referred to as a capacitor) is based on the principle that an anion and a cation in an electrolyte are physically adsorbed on a polarizable electrode on the surface of the positive electrode and the negative electrode to store electricity. The electrolytic solution of such a capacitor is roughly classified into an organic solvent system and an aqueous system. In recent years, capacitors have become larger in capacity and larger in size, and most of them use an organic solvent-based electrolytic solution that can increase the capacitor charging voltage and is advantageous for increasing the energy density.
水系の電解液を用いるキャパシタはセル電圧が1.0V程度であるのに対し、有機溶媒系の電解液を用いるキャパシタはセル電圧が2.3〜2.7Vである。蓄電エネルギーは電圧の二乗に比例するので水系の電解液を用いるキャパシタに対して有機溶媒系の電解液を用いるキャパシタはエネルギー密度の点から有利である。 A capacitor using an aqueous electrolyte has a cell voltage of about 1.0 V, whereas a capacitor using an organic solvent-based electrolyte has a cell voltage of 2.3 to 2.7 V. Since the stored energy is proportional to the square of the voltage, a capacitor using an organic solvent-based electrolyte is more advantageous than a capacitor using an aqueous electrolyte from the viewpoint of energy density.
ただし、有機溶媒系の電解液を用いたキャパシタは極端に水分を嫌う。その理由としては、水分が電解液中に混入すると水の分解電位である1.8V以上でガスが発生し、フッ酸の発生が起こることが挙げられる。フッ酸が発生すると、キャパシタの構成部材の劣化が進行して耐久性能が低下するおそれがある。また、前記構成部材の劣化が進行して該構成部材が破損すると、キャパシタの外装の内部でガス圧が高まり外装故障を引き起こすおそれがある。 However, capacitors using an organic solvent-based electrolyte extremely dislike moisture. The reason is that when water is mixed in the electrolyte, gas is generated at a decomposition potential of water of 1.8 V or more, and hydrofluoric acid is generated. When hydrofluoric acid is generated, deterioration of the constituent members of the capacitor may occur and durability may be deteriorated. Further, when the component member is further deteriorated and is damaged, the gas pressure is increased inside the capacitor case, which may cause a failure of the case.
従って、従来、キャパシタにあっては製造時において十分な水分進入に対する対策が行われている。また、製造後におけるキャパシタ内部への水分の進入を防止する構造も必要であり、一般的にはキャパシタを金属管へ封入する、又はアルミラミネートフィルム等の金属フィルムで覆う等の構造が用いられている(例えば、特許文献1〜5参照)。
Therefore, conventionally, in the capacitor, measures against sufficient moisture ingress are taken at the time of manufacture. In addition, a structure that prevents the ingress of moisture into the capacitor after manufacturing is also necessary. Generally, a structure in which the capacitor is sealed in a metal tube or covered with a metal film such as an aluminum laminate film is used. (For example, see
そして、例えば、大型のキャパシタにおいてはキャパシタ全体を大きな密閉管で覆うことはコストおよび信頼性の面で難点があることから、ほとんどのものは金属フィルムで外周を覆うことにより水分の進入を防ぐ構造を採っている。 And, for example, in large capacitors, it is difficult to cover the entire capacitor with a large sealed tube in terms of cost and reliability, so most of them are structured to prevent moisture from entering by covering the outer periphery with a metal film. Is adopted.
しかし、キャパシタの外周を覆う金属フィルムは一般的に強度が低く、衝撃、振動などで簡単にダメージを受け、ピンホール等が生じる可能性がある。ピンホール等が生じると、金属フィルムの内部に水分が進入し、金属フィルムによる水分遮断構造が機能しなくなるおそれがあった。 However, the metal film covering the outer periphery of the capacitor is generally low in strength, and can be easily damaged by impact, vibration, etc., which may cause pinholes. When pinholes or the like are generated, moisture enters the inside of the metal film, and the moisture blocking structure by the metal film may not function.
特に大型キャパシタは自重が大きいため金属フィルムで覆う構造を採用すると、自重のかかるところは金属フィルムがよりダメージを受けやすいと考えられることから、例えば、振動の影響を受け易い車載用途等のキャパシタにあっては外周を金属フィルムによって覆う構造を採らず、当該キャパシタを衝撃、振動などに耐え得る丈夫な金属筐体等に納め、その筐体に保護、耐震、防振、絶縁等の機能を付加している。 In particular, large capacitors have a large weight, so if a structure covered with a metal film is adopted, the metal film is considered to be more susceptible to damage where the weight is applied. In this case, the capacitor is not covered with a metal film, but the capacitor is placed in a strong metal case that can withstand shocks, vibrations, etc., and functions such as protection, earthquake resistance, vibration isolation, and insulation are added to the case. is doing.
また、キャパシタは充放電を行うことによる電流の出入りがあると〔内部抵抗〕×〔電流〕2に相当するジュール熱を発生させ、これがそのままキャパシタの温度を上昇させる要因となる。そのため、頻繁に充放電を繰り返すような用途に適用されるキャパシタにおいては、当該キャパシタの温度が急激に上昇し、使用可能な温度の上限を超えてしまうおそれがあった。 In addition, when current flows in and out due to charging / discharging of the capacitor, Joule heat corresponding to [internal resistance] × [current] 2 is generated, and this causes the temperature of the capacitor to rise as it is. For this reason, in a capacitor that is used for applications where charging and discharging are frequently repeated, the temperature of the capacitor suddenly rises and may exceed the upper limit of the usable temperature.
そこで、キャパシタを収納する筐体には当該キャパシタを機械的に保護するための上述した保護、耐震、防振、絶縁等の機能と同時に、放熱の機能をも付加する必要があり、従来、このような放熱の機能としてはキャパシタを収納する筐体に冷却ファンを取り付けるだけの簡単な構造を用いることが多かった。 Therefore, it is necessary to add a function of heat dissipation to the housing for storing the capacitor as well as the above-described protection, earthquake resistance, vibration isolation, insulation and the like functions for mechanical protection of the capacitor. In many cases, such a heat dissipation function uses a simple structure in which a cooling fan is simply attached to a housing that houses a capacitor.
しかし、筐体に冷却ファンを取り付けるだけの構造では、キャパシタの表面の熱を空気による熱伝導のみを利用して放熱する構成であるため、冷却能力が不十分となる場合が考えられた。特に回生吸収用途のキャパシタなどにあっては、30秒以上連続で大電流の放電を行う等が要求されるため、キャパシタを有効に冷却する構造を備える必要がある。 However, in the structure in which only the cooling fan is attached to the housing, the heat of the surface of the capacitor is radiated using only heat conduction by air, so that the cooling capacity may be insufficient. In particular, a capacitor for regenerative absorption is required to discharge a large current continuously for 30 seconds or more, and therefore needs to have a structure for effectively cooling the capacitor.
このようなキャパシタの放熱の問題に対応するために、キャパシタ外部からの水冷や、金属製の大型ヒートシンクの取り付け等が考案されているがいずれも実用化するにはメンテナンス性、スペース効率などの点において難点があった。 In order to deal with such problems of capacitor heat dissipation, water cooling from the outside of the capacitor and installation of a large metal heat sink have been devised. There were difficulties.
また各キャパシタに設けられた電気取り出し用の端子部は、例えば車載用途等、キャパシタが振動を受けるような場合、繰り返し振動を受けることにより疲労等が生じて破損する可能性があった。 In addition, when the capacitor is subjected to vibration, for example, for in-vehicle use, the terminal portion for taking out electricity provided in each capacitor may be damaged due to repeated vibration.
このようなことから本発明は、振動に対する耐久性及び冷却機能を向上させることが可能な電気化学蓄電素子モジュールを提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an electrochemical storage element module capable of improving durability against vibration and cooling function.
上記の課題を解決するための第1の発明に係る電気化学蓄電素子モジュールは、箱型の筐体内に、並列または直列に接続される複数の電気化学蓄電素子を収納してなる電気化学蓄電素子モジュールであって、前記複数の電気化学蓄電素子が前記筐体の下面に設けられた可塑性を有する振動防止部材の上に一方向に並置され、相互に隣接する前記電気化学蓄電素子間、及び、前記複数の電気化学蓄電素子のうち両端に配置された電気化学蓄電素子と該電気化学蓄電素子に対向する前記筐体の面との間に伝熱性を有する加圧部材が介装され、前記電気化学蓄電素子と前記筐体との間に介装された前記加圧部材のうちの少なくとも一方と前記筐体との間に、前記筐体内に収納された複数の前記電気化学蓄電素子の移動を規制するように前記加圧部材を押圧する弾性体が設けられていることを特徴とする。 An electrochemical storage element module according to a first invention for solving the above-described problems is an electrochemical storage element in which a plurality of electrochemical storage elements connected in parallel or in series are housed in a box-shaped housing. A module, wherein the plurality of electrochemical storage elements are juxtaposed in one direction on a plastic vibration-preventing member provided on the lower surface of the housing, and between the adjacent electrochemical storage elements; and A pressurizing member having heat conductivity is interposed between the electrochemical storage element disposed at both ends of the plurality of electrochemical storage elements and the surface of the casing facing the electrochemical storage element, The movement of the plurality of electrochemical storage elements housed in the casing is performed between at least one of the pressure members interposed between the chemical storage element and the casing and the casing. The pressure member to regulate And an elastic member for pressing is provided.
上記の課題を解決するための第2の発明に係る電気化学蓄電素子モジュールは、第1の発明において、一つの前記電気化学蓄電素子に対して少なくとも一つの伝熱性を有するシート状物を前記電気化学蓄電素子と前記加圧部材との間に設け、前記シート状物を前記電気化学蓄電素子に面接触させる一方、前記シート状物の一端を前記筐体に加圧した状態で面接触させることを特徴とする。 An electrochemical storage element module according to a second invention for solving the above-described problems is the first invention, wherein the sheet-like material having at least one heat transfer property with respect to one electrochemical storage element is the electrical storage element. Provided between the chemical electricity storage element and the pressure member, the sheet-like material is brought into surface contact with the electrochemical electricity storage element, and one end of the sheet-like material is brought into surface contact with the casing being pressurized. It is characterized by.
上記の課題を解決するための第3の発明に係る電気化学蓄電素子モジュールは、第1又は第2の発明において、前記筐体に伝導性を有する二つの導体を設け、前記電気化学蓄電素子に設けられた正負の端子と前記導体とを、それぞれ弾性変形可能に形成されたケーブルで接続したことを特徴とする。 An electrochemical storage element module according to a third invention for solving the above-described problems is the first or second invention, wherein the casing is provided with two conductive conductors, and the electrochemical storage element is provided in the electrochemical storage element. The provided positive and negative terminals and the conductor are connected by cables formed to be elastically deformable.
上記の課題を解決するための第4の発明に係る電気化学蓄電素子モジュールは、第1乃至第3のいずれかの発明において、前記筐体の前記電気化学蓄電素子の配列方向に沿って延びる側壁の一方に冷却ファンを設置するとともに、前記筐体の前記電気化学蓄電素子の配列方向に沿って延びる側壁の他方に通風孔を形成したことを特徴とする。 An electrochemical energy storage element module according to a fourth invention for solving the above-mentioned problems is the sidewall according to any one of the first to third inventions, extending along the arrangement direction of the electrochemical energy storage element of the housing. A cooling fan is installed on one side of the casing, and a ventilation hole is formed on the other side wall of the casing extending along the arrangement direction of the electrochemical storage element.
上記の課題を解決するための第5の発明に係る電気化学蓄電素子モジュールは、第1乃至第4のいずれかの発明において、前記電気化学蓄電素子が、アルミラミネートフィルムによって外装された電気二重層キャパシタ、又はリチウムイオン電池であることを特徴とする。 An electrochemical storage element module according to a fifth invention for solving the above-mentioned problems is the electric double layer according to any one of the first to fourth inventions, wherein the electrochemical storage element is packaged with an aluminum laminate film. It is a capacitor or a lithium ion battery.
上記の課題を解決するための第6の発明に係る電気化学蓄電素子モジュールは、第1乃至第5のいずれかの発明において、前記振動防止部材が、シリコンゴムであることを特徴とする。 The electrochemical storage element module according to a sixth invention for solving the above-mentioned problems is characterized in that, in any one of the first to fifth inventions, the vibration preventing member is silicon rubber.
上記の課題を解決するための第7の発明に係る電気化学蓄電素子モジュールは、第2乃至第6のいずれかの発明において、前記シート状物がグラファイトシートであることを特徴とする。 An electrochemical storage element module according to a seventh invention for solving the above-mentioned problems is any one of the second to sixth inventions, wherein the sheet-like material is a graphite sheet.
上述した本発明に係る電気化学蓄電素子モジュールによれば、電気化学蓄電素子の振動に対する耐久性を向上させることができるとともに、より高効率に電気化学蓄電素子が発生する熱を筐体の外部へ放熱することができる。 According to the above-described electrochemical storage element module according to the present invention, durability against vibration of the electrochemical storage element can be improved, and heat generated by the electrochemical storage element to the outside of the casing can be increased more efficiently. It can dissipate heat.
以下に本発明の実施例を説明する。 Examples of the present invention will be described below.
図面を用いて本発明の一実施例を詳細に説明する。図1は本実施例に係るキャパシタモジュールの内部構造を示す上面図、図2は本実施例に係るキャパシタモジュールの側面図、図3は本実施例に係るキャパシタモジュールの内部構造を示す側部断面図、図4は本実施例に係るキャパシタモジュールの内部構造を示す他の側部断面図、図5は本実施例に用いるキャパシタの一例を示す斜視図である。 An embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a top view showing the internal structure of the capacitor module according to this embodiment, FIG. 2 is a side view of the capacitor module according to this embodiment, and FIG. 3 is a side cross-sectional view showing the internal structure of the capacitor module according to this embodiment. FIG. 4 is another side cross-sectional view showing the internal structure of the capacitor module according to this embodiment, and FIG. 5 is a perspective view showing an example of the capacitor used in this embodiment.
図1乃至図4に示すように、本実施例において電気化学蓄電素子モジュールとしてのキャパシタモジュールは、衝撃、振動などに耐え得る強度を有する材料によって形成された箱型の金属筐体1内に、複数(本実施例では9個)のキャパシタ2を相互に間隔をおいた状態で一列に並べた状態で収納した構成となっている。金属筐体1の底面1aには、当該金属筐体1の振動がキャパシタ2に伝達されることを防止するため、振動を吸収する振動防止部材としての防振マット3が設けられており、キャパシタ2はこの防振マット3上に載置されているものとする。また、キャパシタ2の配列方向に平行する、換言すると、キャパシタ2の配列方向に沿って延びる金属筐体1の一側壁1bには複数(本実施例では、キャパシタ2の配列方向に沿って3つ)の冷却ファン4が設置されている。
As shown in FIGS. 1 to 4, a capacitor module as an electrochemical storage element module in the present embodiment is provided in a box-
相互に隣接するキャパシタ2間、及び、並置されたキャパシタ2のうち両側に配置されたキャパシタ2とこれらにそれぞれ対向する金属筐体1の側壁1c,1dとの間にはそれぞれ加圧部材としての伝熱加圧ゴム5が介装されている。伝熱加圧ゴム5は、熱伝導性とクッション性を兼ね備えたものであり、例えば、シリコンゴム等を用いると好適である。
Between the
また、本実施例では、それぞれのキャパシタ2に対してそれぞれ一つのシート状物としての熱伝導シート6が配設されている。詳しくは、熱伝導シート6は、ほぼ矩形状に形成されたシート状の部材であり、一端側が、金属筐体1の側壁であって冷却ファン4が設置された側壁1bに対向する側壁1eに、板状の部材(以下、伝熱加圧板という)7を介して締め付けネジ8によって固定されて側壁1eに面接触した状態で密着し、他端側が、キャパシタ2と伝熱加圧ゴム5との間に挿入されキャパシタ2に面接触した状態で密着している。なお、該熱伝導シート6には熱伝導が大きい素材、例えば、500〜800W/m・kのグラファイトシートを用いると好適である。また、省スペース性を考慮するならば厚さは0.1mm以下のものが適する。
In the present embodiment, one heat
更に、本実施例においてキャパシタ2と金属筐体1との間に介装された伝熱加圧ゴム5のうち、一方(図1では右側)の伝熱加圧ゴム5と金属筐体1の内壁(図1では内壁1d)との間には伸縮方向がキャパシタ2の配列方向と等しい複数の弾性体としてのバネ9が介装され、このばね9によって金属筐体1内に収納されたキャパシタ2が加圧、固定されている。即ち、このバネ9を設けることにより、キャパシタ2は間に伝熱加圧ゴム5を挟んだ状態で金属筐体1内に固定されて金属筐体1内における移動を規制されるとともに、それぞれ熱伝導シート6に密着した状態となっている。なお、バネ9は板材10を介して伝熱加圧ゴム5およびキャパシタ2を押圧している。
Furthermore, of the heat
更に、金属筐体1内には、キャパシタ2の配列方向に沿って延び、片方の端部が金属筐体1から突出するように配置されたプラス導体11及びマイナス導体12が設けられている。また、図5に示すように、各々のキャパシタ2にはプラス端子13およびマイナス端子14が設けられている。
Furthermore, a
本実施例において、各々のキャパシタ2のプラス端子13およびマイナス端子14と、上記プラス導体11、マイナス導体12とは、図1に示すように、それぞれ導電性を有し弾性変形可能に構成されたフレキシブルなケーブルであるプラス接続ケーブル15、マイナス接続ケーブル16を介して接続されている。
In this embodiment, the
また、図2に示すように、金属筐体1の熱伝導シート6が固定された面1e、換言すると、冷却ファン4が設置された面1bに対向する面には、隣接するキャパシタ1間の間隙に対応する位置(図2では8箇所)に、それぞれ複数(図2では18箇所ずつ)の通風孔17が形成されている。
Moreover, as shown in FIG. 2, the
なお、上記金属筐体1は衝撃、振動などに耐え得る強度を有する材料によって形成されているものとし、冷却ファン4は必要に応じた冷却機能を有するものを用いるようにする。また、キャパシタ2は、図5に示すようにアルミラミネートフィルム18によって覆われているものとする。
The
以下に、本実施例に係るキャパシタモジュールの作用効果について説明する。本実施例に係るキャパシタモジュールにおいては、金属筐体1内に一列に配置、収納したキャパシタ2を金属筐体1の底面1aに設けた防振マット3の上に載置するとともに、金属筐体1内に一列に配置、収納したキャパシタ2に、熱伝導シート6を伝熱加圧ゴム5及びバネ9を用いて加圧した状態でそれぞれ面接触させる構成としたことにより、振動に対する耐久性が向上するとともに、熱抵抗を小さくしてキャパシタの熱を効率よく熱伝導シート6に伝達させることが可能になる。
Below, the effect of the capacitor module which concerns on a present Example is demonstrated. In the capacitor module according to the present embodiment, the
また、キャパシタ2の熱を吸収した熱伝導シート6の一端側を、伝熱加圧板7および締め付けネジ8を用いて加圧した状態で金属筐体1に密着させるようにしたため、金属筐体1を介してキャパシタ2から熱伝導シート6に伝達された熱を効率よく放熱させることができる。更に、金属筐体1の一側壁1bに冷却ファン4を設置する一方、該側壁1bに対向する他の側壁1eに通風孔17を形成する構成とし、冷却風を併用するようにしたことによって、より冷却効率を向上させることが可能となった。具体的には、熱伝導シートを備えない従来の構成に比較して冷却効率を80%程度向上させることが可能となった。
In addition, since one end side of the
更に加えて、熱伝導シート6は薄くフレキシブルなものを用いることができるため従来の金属筐体に比較して、設置スペースを拡張することなく高い冷却効率を得ることが可能となった。
In addition, since the heat
なお、上述した実施例においては、複数の電気化学蓄電素子としてキャパシタ2を収納する金属筐体1について説明したが、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、例えば、リチウムイオン電池などの組電池を金属筐体内に一列に配設するような構成に適用した場合でも同様の効果を得ることができる。
In the above-described embodiment, the
また、上述した実施例においては、複数の電気化学蓄電素子としてのキャパシタ2を並列に接続する例を示したが、電気化学蓄電素子を直列に接続する場合であっても同様に構成することが可能であることはいうまでもない。
Moreover, although the example which connects the
本発明は、放熱構造を備える電気二重層キャパシタモジュールまたはリチウム電池モジュール等の電気化学蓄電素子モジュールに適用可能である。 The present invention is applicable to an electrochemical storage element module such as an electric double layer capacitor module or a lithium battery module having a heat dissipation structure.
1 金属筐体
1a 金属筐体の底面
1b,1c,1d,1e 金属筐体の側壁
2 キャパシタ
3 防振マット
4 冷却ファン
5 伝熱加圧ゴム
6 熱伝導シート
7 伝熱加圧板
8 締め付けネジ
9 バネ
10 板材
11 プラス導体
12 マイナス導体
13 プラス端子
14 マイナス端子
15 プラス接続ケーブル
16 マイナス接続ケーブル
17 通風孔
18 アルミラミネートフィルム
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記複数の電気化学蓄電素子が前記筐体の下面に設けられた可塑性を有する振動防止部材の上に一方向に並置され、
相互に隣接する前記電気化学蓄電素子間、及び、前記複数の電気化学蓄電素子のうち両端に配置された電気化学蓄電素子と該電気化学蓄電素子に対向する前記筐体の面との間に伝熱性を有する加圧部材が介装され、
前記電気化学蓄電素子と前記筐体との間に介装された前記加圧部材のうちの少なくとも一方と前記筐体との間に、前記筐体内に収納された複数の前記電気化学蓄電素子の移動を規制するように前記加圧部材を押圧する弾性体が設けられている
ことを特徴とする電気化学蓄電素子モジュール。 An electrochemical storage element module comprising a plurality of electrochemical storage elements connected in parallel or in series in a box-shaped housing,
The plurality of electrochemical energy storage elements are juxtaposed in one direction on a plastic vibration preventing member provided on the lower surface of the housing,
Transmission between the electrochemical storage elements adjacent to each other and between the electrochemical storage elements disposed at both ends of the plurality of electrochemical storage elements and the surface of the housing facing the electrochemical storage element. A pressure member having thermal properties is interposed,
Between the casing and at least one of the pressure members interposed between the electrochemical storage element and the casing, a plurality of the electrochemical storage elements housed in the casing An electrochemical storage element module, wherein an elastic body that presses the pressure member so as to restrict movement is provided.
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