JP3998496B2 - 電気二重層キャパシタ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気二重層キャパシタの改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、例えばハイブリッド車、風力発電設備等に用いられる蓄電装置として、急速充電が可能で充放電サイクル寿命が長い、電気二重層キャパシタが注目されている。
【０００３】
この種の電気二重層キャパシタとして、複数個のキャパシタセルをハードケースの中に並べて収装したキャパシタモジュールを設け、このキャパシタモジュールを制御回路の基板とともにユニット化して用いるものがあった。
【０００４】
従来のキャパシタセルとして、複数の正極体及び負極体と、両者の間に介装されるセパレータとが積層される積層体を電解液と共に袋状ソフトケースの中に収めるものがある（特開平３−２０３３１１号公報、参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、キャパシタモジュールはハードケース内に収められたキャパシタセルの放熱性を確保することが難しいため、例えば電動ファン等を介してキャパシタモジュールのまわりに冷媒を循環させる冷却装置が必要になり、装置の複雑化、大型化を招くという問題点があった。
【０００６】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、制御基板等を含むキャパシタユニットの冷却性を確保できる電気二重層キャパシタを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、複数の正極体と負極体及びセパレータの積層体が電解液と共に袋状ソフトケースの中に収められるキャパシタセルと、複数個のキャパシタセルを放熱ハードケースの中に並べて収装したキャパシタモジュールと、各キャパシタセルの充電または放電を行う制御基板が収まる制御ボックスとを備え、放熱ハードケースを制御ボックスの下方に突出させ、放熱ハードケースに外気が当たる構成とし、ソフトケースに帯状に突出する放熱フィンを形成し、放熱フィンを挟持する伝熱枠はソフトケースと放熱ハードケースの間に配置し、隣り合う伝熱枠どうしで圧縮されて弾性変形することにより放熱フィンに密着するとともに放熱ハードケースに密着する構成とした。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明において、制御ボックスに対して複数のキャパシタモジュールを並んで設けるものとした。
【０００９】
【発明の作用および効果】
第１の発明において、放熱ハードケースを制御ボックスの下方に突出させ、放熱ハードケースに外気に当たる構成としたことにより、各キャパシタセルの冷却が十分に行われるため、キャパシタモジュールのまわりに冷媒を循環させる冷却装置が不要になり、構造の簡素化がはかれる。
【００１０】
第２の発明において、制御ボックスに対して複数のキャパシタモジュールを並んで設けることにより、各キャパシタモジュールの冷却性を確保することと、装置を小型化することを両立できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１２】
図１、図２の（ａ），（ｂ）に示すように、複数個の電気二重層キャパシタセル１が放熱ハードケース２１内に一列に並んで収められ、これらによって一つのキャパシタモジュール２０が形成される。
【００１３】
ソフトケース５は、２枚の可撓性積層シート６，７を袋状に合わせて形成される。
【００１４】
図３に示すように、ソフトケース５はフランジ部６ａ，７ａが溶着されることによって四角形の帯状をした放熱フィン５ａが形成される。この放熱フィン５ａはフランジ部６ａ，７ａを溶着するのに必要な幅より大きく形成され、キャパシタセル１の積層体に生じる熱を逃がす働きをする。
【００１５】
図４に示すように、熱伝導体としてソフトケース５の放熱フィン５ａを挟持する伝熱枠１５が設けられる。伝熱枠１５は、放熱フィン５ａの三辺に沿って延びるコの字状をしている。
【００１６】
キャパシタセル１はこの伝熱枠１５を介して放熱ハードケース２１内に並んで収められる。伝熱枠１５は、シリコン等の弾性樹脂材にアルミ等の金属粉を混ぜた複合材からなり、キャパシタセル１の積層体に生じる熱を放熱フィン５ａから放熱ハードケース２１に伝える働きと、放熱ハードケース２１に対してキャパシタセル１を弾性支持する働き、放熱ハードケース２１に対してキャパシタセル１を絶縁する働きをする。
【００１７】
伝熱枠１５は、放熱フィン５ａを挟持するスリット１５ａと、ソフトケース５の側部に接合する一対のフランジ部１５ｂと、スリット１５ａを圧縮する一対の挟持部１５ｃと、放熱ハードケース２１に支持される支持部１５ｄを有し、これらが一体成形によって形成される。なお、複数の各伝熱枠を一体化して形成しても良い。
【００１８】
伝熱枠１５は、隣り合う伝熱枠１５どうしで圧縮されて弾性変形することにより、そのフランジ部１５ｂ及びスリット１５ａがソフトケース５の側部及び放熱フィン５ａに隙間無く密着するとともに、その支持部１５ｄが放熱ハードケース２１に隙間無く密着する構造とする。
【００１９】
なお、伝熱枠の断面形状はこれに限らず、例えばその内側にスリットが開口した略矩形に形成してもよい。
【００２０】
また、伝熱枠は放熱フィンの三辺に沿って延びるコの字状に限らず、放熱フィンの四辺に沿って延びる四角形の枠状に形成しても良い。さらに、伝熱枠は放熱フィンの四辺毎に分割して形成しても良い。
【００２１】
放熱ハードケース２１は例えばアルミ材等の熱伝導性の高い金属によって形成され、各キャパシタセル１の熱を外気に逃がす働きをする。
【００２２】
キャパシタモジュール２０の中央部に加圧機構３０が設けられる。この加圧機構３０によって各キャパシタセル１が互いに押圧されることにより、正極体２及び負極体３を構成する活性炭層の密度を高めて充放電効率を高めるとともに、キャパシタセル１を隙間無くハードケース２１に収め、振動や衝撃によってキャパシタセル１がズレないように圧縮保持される。
【００２３】
加圧機構３０は複数個のキャパシタセル１を等分する位置に設けられ、放熱ハードケース２１の一端との間で複数個のキャパシタセル１を加圧するとともに、放熱ハードケース２１の他端との間で複数個のキャパシタセル１を加圧するようになっている。このように１つの加圧機構３０が２つのキャパシタセル１群を加圧する構成により、１つの加圧機構３０によって多くのキャパシタセル１を加圧することが可能となり、キャパシタモジュール２０に設けられる加圧機構３０の個数を減らすことができる。
【００２４】
なお、加圧機構は各キャパシタセルを等分する位置に限らず、必要に応じて各キャパシタセルを所定の比率で分ける位置に設けても良い。
【００２５】
加圧機構３０は放熱ハードケース２１の上部に固定されるストッパ板３１と、このストッパ板３１と放熱ハードケース２１に囲まれキャパシタセル１の列方向に摺動可能に設けられる押板３２，３３と、各押板３２，３３を互いに離す方向に付勢する皿バネ３４と、皿バネ３４を支持するセットボルト３５等を備える。
【００２６】
各押板３２，３３の端部には樹脂製ガイド部材３５が取り付けられる。このガイド部材３５がストッパ板３１及び放熱ハードケース２１に摺接することにより、各押板３２，３３が円滑に摺動するようになっている。
【００２７】
図５はキャパシタユニット４０の構成図である。このキャパシタユニット４０は制御基板４２が収まる上下の制御ボックス４１と、各制御ボックス４１に吊り下げられる６つのキャパシタモジュール２０とを備え、各キャパシタモジュール２０の放熱ハードケース２１はこれに外気が当たるように露出して設けられる。
【００２８】
図６にも示すように、制御ボックス４１はベース板４３とカバー４４等によって箱状に形成される。制御基板４２は絶縁支持材４５を介してベース板４３に支持される。
【００２９】
１つの制御ボックス４１の下に３つのキャパシタモジュール２０が並んで設けられる。４本のベース板４３が３つ放熱ハードケース２１の間及び端部に配置される。各ベース板４３及び放熱ハードケース２１を貫通してこれらを締結する６本のロッド（図示せず）が設けられる。各放熱ハードケース２１は各ベース板４３を介して制御ボックス４１に吊り下げられる。下段に並ぶ各放熱ハードケース２１のまわりにはこれらを囲むアンダーガード４７が設けられ、これらの保護が図られている。
【００３０】
各放熱ハードケース２１は所定の間隔をもって平行に並ぶように配置される。キャパシタユニット４０が車両に搭載される場合、各放熱ハードケース２１が車両の前後方向に延びるように配置され、各放熱ハードケース２１に走行風（外気）が均一に当たる構成としている。
【００３１】
３つのキャパシタモジュール２０と制御基板４２の間には複数のブスバー５１が並んで設けられる。３つのキャパシタモジュール２０に収まるキャパシタセル１の各端子板９，１０が各ブスバー５１に接続され、各キャパシタモジュール２０に渡って３個のキャパシタセル１が並列に結合されるとともに、各キャパシタモジュール２０内に収まる複数個のキャパシタセル１が直列に結合される。
【００３２】
充電、放電が行われるのに伴ってキャパシタセル１に生じる熱は、ソフトケース５の放熱フィン５ａから伝熱枠１５を介して放熱ハードケース２１に伝えられ、放熱ハードケース２１から外気へと逃がされる。
【００３３】
放熱ハードケース２１を制御ボックス４１の下方に突出させ、放熱ハードケース２１に外気に当たる構成としたことにより、各キャパシタセル１の冷却が十分に行われるため、電動ファン等を介してキャパシタモジュールのまわりに冷媒を循環させる冷却装置が不要になり、構造の簡素化がはかれる。
【００３４】
制御ボックス４１に対して３つのキャパシタモジュール２０を並んで設けることにより、各キャパシタモジュール２０の冷却性を確保することと、キャパシタユニット４０を小型化することを両立できる。
【００３５】
なお、制御ボックス４１に対して４つ以上のキャパシタモジュール２０を並んで設けることが可能である。
【００３６】
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示すキャパシタモジュールの分解斜視図。
【図２】同じく（ａ）はキャパシタモジュールの平面図、（ｂ）はキャパシタモジュールの側面図。
【図３】同じくａ）はキャパシタセルの分解斜視図、（ｂ）はキャパシタセルの斜視図。
【図４】同じく伝熱枠の斜視図。
【図５】同じくキャパシタユニットの構成図。
【符号の説明】
１ キャパシタセル
５ ソフトケース
１５ 伝熱枠
２０ キャパシタモジュール
２１ 放熱ハードケース
４１ 制御ボックス
４２ 制御基板
Claims (2)
- 複数の正極体と負極体及びセパレータの積層体が電解液と共に袋状ソフトケースの中に収められるキャパシタセルと、複数個のキャパシタセルを放熱ハードケースの中に並べて収装したキャパシタモジュールと、各キャパシタセルの充電または放電を行う制御基板が収まる制御ボックスとを備え、放熱ハードケースを制御ボックスの下方に突出させ、放熱ハードケースに外気が当たる構成とし、ソフトケースに帯状に突出する放熱フィンを形成し、放熱フィンを挟持する伝熱枠はソフトケースと放熱ハードケースの間に配置し、隣り合う伝熱枠どうしで圧縮されて弾性変形することにより放熱フィンに密着するとともに放熱ハードケースに密着する構成としたことを特徴とする電気二重層キャパシタ。
- 前記制御ボックスに対して複数のキャパシタモジュールを並んで設けたことを特徴とする請求項１に記載の電気二重層キャパシタ。
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