(57)【要約】【課題】電気二重層キャパシタモジュール全体の体積あたりの静電容量の増加及びコストダウンを図ることにある。【解決手段】素子ケース（外装ケース５０）に電気二重層キャパシタ素子（キャパシタ素子５６）を収納してなる電気二重層キャパシタ（４）と、複数の前記電気二重層キャパシタを収納する筐体（６）とを備え、複数の前記電気二重層キャパシタを収納した前記筐体に絶縁樹脂（３４）を充填し、該絶縁樹脂（３４）によって前記筐体に前記電気二重層キャパシタ（４）を固定したものである。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
素子ケースにキャパシタ素子を収納してなるキャパシタと、
複数の前記キャパシタを収納する筐体と、
を備え、複数の前記キャパシタを収納した前記筐体に絶縁樹脂を充填し、該絶縁樹脂によって前記筐体に前記キャパシタを固定したことを特徴とするキャパシタモジュール。
【請求項２】
請求項１に記載のキャパシタモジュールにおいて、
前記絶縁樹脂はシリコン樹脂、エポキシ樹脂のいずれかであり、無機フィラーを含有することを特徴とするキャパシタモジュール。
【請求項３】
請求項１に記載のキャパシタモジュールにおいて、
前記筐体は放熱フィンを備え、この放熱フィンによって前記筐体を放熱したことを特徴とするキャパシタモジュール。
【請求項４】
請求項１に記載のキャパシタモジュールにおいて、
前記キャパシタ素子は前記素子ケースの内面に密着してなることを特徴とするキャパシタモジュール。
【請求項５】
請求項１に記載のキャパシタモジュールにおいて、
前記筐体の封口部に圧力弁を備え、前記絶縁樹脂の頂部と前記封口部との間に空間部を備えることを特徴とするキャパシタモジュール。
【請求項６】
請求項１に記載のキャパシタモジュールにおいて、
前記筐体は側板に放熱フィンを備えるとともに通水孔を備え、該通水孔に冷却水を通流可能にしたことを特徴とするキャパシタモジュール。
【請求項７】
請求項１に記載のキャパシタモジュールにおいて、
前記キャパシタは、電気二重層キャパシタであることを特徴とするキャパシタモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の電気二重層キャパシタ等のキャパシタを備えるキャパシタモジュール（バンク）に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気二重層キャパシタは、大容量であるものの耐電圧が低い。このため、高電圧の充放電を可能にするには電気二重層キャパシタを直列に接続することが必要である。複数の電気二重層キャパシタを直列接続した電気二重層キャパシタモジュールでは耐電圧が高められているが、各電気二重層キャパシタに充電される充電電圧を同電圧に調整することが必要である。このため、電気二重層キャパシタモジュールには電気二重層キャパシタとそれらを接続するバスバー、充電電圧を調整するバランス回路を備えている。
【０００３】
このようなバイパス回路を有する電気二重層キャパシタバンクでは、電気二重層キャパシタが並べて配置され、数百本もの電気二重層キャパシタを用いたものも採用され、電気二重層キャパシタを効率的に配置することが求められている。
【０００４】
電気二重層キャパシタバンクについて、特許文献１、特許文献２では、電気二重層キャパシタが円筒形である場合の配置構造を開示している。
【０００５】
素子の膨張について、特許文献３には、角型ケースと収納される素子の膨潤に対し、外装ケースから受ける反作用によって、素子にプレス圧力を加えることを開示している。
【０００６】
素子膨張について、特許文献４では、角型の電解コンデンサでのケース側面の変形に対し、ケースの側面にリブを設ける等により側面の補強を行うことが開示されている。
【０００７】
そして、特許文献５では、円筒形のコンデンサを収納した筐体に樹脂を充填した構造が開示されている。
【特許文献１】特開２０００−１２３８３号公報
【特許文献２】特開２００６−３１０４９０号公報
【特許文献３】特開２００６−５４２５３号公報
【特許文献４】特開２００１−１１０６９０号公報
【特許文献５】実開昭５５−４５２０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、円筒形の電気二重層キャパシタを用いた配置（特許文献１）では、配置内のデッドスペースを解消するまでは至らず、ケースに対する電気二重層キャパシタの収納効率は必ずしも高いとはいえない。
【０００９】
角型の電気二重層キャパシタは矩形のケースに対する収納効率を高くできる点で有利であるが、円筒形のものに比較して電気二重層キャパシタの内圧上昇時に外装ケースの側面部が膨らみ易い。角形のケースが膨らむと、ケース内のキャパシタ素子の膨潤を抑える機能が低下し、電気二重層キャパシタの内部抵抗を増加させる原因になる。内部抵抗は、電気二重層キャパシタの電解液の比抵抗に依存する部分と、正極、負極の有する電気抵抗に依存する部分が大きな要因である。正極、負極の電気抵抗は、活性炭粉末同士の接触頻度が大きく影響し、活性炭粉末同士の密着頻度が大きくない場合には、内部抵抗が大きくなる。内部抵抗を低減するには活性炭の接触頻度を向上させ、分極性電極層の内部での導電経路を増大させる必要がある。この分極性電極層の活性炭粉末同士の接触頻度の増大、内部抵抗の低減には、シート状に形成された分極性電極層にプレス圧力を作用させ、活性炭粉末同士の接触頻度を高める方法や、また、キャパシタ素子を外装ケースに収納した後に、外装ケースの周囲より内部方向に外装ケースを圧縮変形させ、分極性電極層に圧力を加える方法が知られている。
【００１０】
外装ケースからの反作用により、素子にプレス圧力を作用させる技術（特許文献３）では、外装ケースを変形させても、素子に加えられるプレス圧力が弱まり、内部抵抗の増加を引き起こすことになる。
【００１１】
また、角型の電解コンデンサでのケース側面の変形を防止するために、ケースの側面にリブを設ける等により側面の補強を行うもの（特許文献４）では、ケースの加工が電気二重層キャパシタの製造コストの上昇を引き起こすことになる。
【００１２】
また、従来の円筒形のキャパシタを収納した筐体に樹脂を充填した構造（特許文献５）では、ケース内のキャパシタ収容効率が低いだけでなく、体積当たりの静電容量や耐圧が低く、実用的でないという課題がある。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、キャパシタモジュール全体の体積あたりの静電容量の増加及びコストダウンを図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明のキャパシタモジュールの構成は以下の通りである。
【００１５】
上記目的を達成するため、請求項１に係るキャパシタモジュールは、素子ケースにキャパシタ素子を収納してなるキャパシタと、複数の前記キャパシタを収納する筐体とを備え、複数の前記キャパシタを収納した前記筐体に絶縁樹脂を充填し、該絶縁樹脂によって前記筐体に前記キャパシタを固定したことを特徴とする。
【００１６】
上記目的を達成するには、上記キャパシタモジュールにおいて、好ましくは、前記絶縁樹脂はシリコン樹脂、エポキシ樹脂のいずれかであり、無機フィラーを含有する構成としてもよい。
【００１７】
上記目的を達成するには、上記キャパシタモジュールにおいて、好ましくは、前記筐体は放熱フィンを備え、この放熱フィンによって前記筐体を放熱する構成としてもよい。
【００１８】
上記目的を達成するには、上記キャパシタモジュールにおいて、好ましくは、前記キャパシタ素子は前記素子ケースの内面に密着した構成としてもよい。
【００１９】
上記目的を達成するには、上記キャパシタモジュールにおいて、好ましくは、前記筐体の封口部に圧力弁を備え、前記絶縁樹脂の頂部と前記封口部との間に空間部を備える構成としてもよい。
【００２０】
上記目的を達成するには、上記キャパシタモジュールにおいて、好ましくは、前記筐体は側板に放熱フィンを備えるとともに通水孔を備え、該通水孔に冷却水を通流可能にした構成としてもよい。
【００２１】
上記目的を達成するには、上記キャパシタモジュールにおいて、好ましくは、前記キャパシタは電気二重層キャパシタを用いた構成としてもよい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、次のような効果が得られる。
【００２３】
(1) 請求項１によれば、角型のキャパシタを採用することで、筐体の内部に効率的にキャパシタを配置することができるとともに、硬質の樹脂を充填することで、キャパシタの外装ケースの変形を防止する。
【００２４】
(2) 請求項２によれば、絶縁樹脂がシリコン樹脂、エポキシ樹脂のいずれかであり、無機フィラーを含有することで、熱伝導率を向上し、放熱効果を高めることができる。
【００２５】
(3) 請求項３によれば、筐体に放熱フィンを取付けることで、放熱効率が高まる。
【００２６】
(4) 請求項４によれば、角型のキャパシタ素子が、外装ケースの内面に密着していることで、内部での発熱を効率的に外部に放散させることができる。
【００２７】
(5) 請求項５によれば、キャパシタが開口部に圧力弁を有していて、絶縁樹脂の上面と封口部との間に空間が形成されているので、キャパシタの内圧が上昇した際にも、速やかに内圧の開放を図ることができる。
【００２８】
(6) 請求項６によれば、放熱フィンによって放熱ができるとともに、通水孔に冷却水を流すことにより、キャパシタモジュールの冷却効果を高めることができ、熱損失を低減することができる。
【００２９】
そして、本発明の他の目的、特徴及び利点は、添付図面及び各実施の形態を参照することにより、一層明確になるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
〔第１の実施の形態〕
【００３１】
本発明の第１の実施の形態について、図１を参照する。図１は、第１の実施の形態に係る電気二重層キャパシタモジュールの外観形態を示す図である。図１に示す構成は一例であって、斯かる構成に本発明が限定されるものではない。
【００３２】
この電気二重層キャパシタモジュール２Ａは、本発明のキャパシタの一例であって、複数の電気二重層キャパシタ４を備えるキャパシタバンクであって、直方体状の筐体６を備え、筐体６は例えば、金属板で構成された第１、第２、第３及び第４の側板８、１０、１２、１４、底板１６及び天板１８で構成されている。即ち、側板８、１０、１２、１４は、底板１６の上面に複数の電気二重層キャパシタ４を収容する収納空間２０を形成する周壁部材であって、天板１８は、収納空間２０を塞ぐ蓋部材を構成する。
【００３３】
筐体６の側板８には端子引出窓部２２が形成されて陽極端子２４が引き出されているとともに、側板１０にも同様に端子引出窓部２２が形成されて陰極端子２６が引き出されている。陽極端子２４及び陰極端子２６は、底板１６からの高さが同一に設定されているが、異なる高さに設定し、陽極、陰極の区別を可能にしてもよい。
【００３４】
この実施の形態では、側板８、１０は側板１２、１４に比較して狭小な長方形であって、側板８及び側板１０は平行面であり、同様に側板１２及び側板１４も平行面を成している。従って、収納空間２０は、偏平な直方体即ち、角筒状の空間部を構成している。また、底板１６及び天板１８は長大な長方形であって、平行面を成している。
【００３５】
この実施の形態では、面積の大きい側板１２、１４を放熱手段に設定し、放熱効果を高めるため、複数の放熱フィン２８が形成されている。この場合、側板８、１０の一部又は全部に放熱フィン２８を設けてもよく、底板１６や天板１８にもその一部又は全部に同様に放熱フィン２８を設けてもよい。
【００３６】
底板１６の縁部には側板１２、１４が着脱可能な固定手段の一例である複数のボルト２９を用いて固定され、同様に、側板８、１０も着脱可能に固定されている。このように底板１６の各辺部に立設された側板８、１０、１２、１４によって既述の収納空間２０が形成され、その収納空間２０に複数の電気二重層キャパシタ４が収納される。そして、筐体６の上部には上部開口部３０（図２）を塞ぐ天板１８が設置され、この天板１８は縁部側にそれぞれ固定フランジ部３２を備えており、これら固定フランジ部３２を通して側板１２、１４の上縁に複数のボルト２９によって固定されている。
【００３７】
斯かる構造の筐体６によれば、側板８、１０、１２、１４、底板１６及び天板１８によって剛性の高い筐体構造を構成しているとともに、各ボルト２９を外すことによって分解することができる。
【００３８】
次に、電気二重層キャパシタモジュール２Ａの内部構造について、図２、図３、図４及び図５を参照する。図２は、筐体から側板の一部を取り外した電気二重層キャパシタモジュールを示す図、図３は、筐体内の電気二重層キャパシタの配置及び充填樹脂を示す図、図４は、筐体内部の電気二重層キャパシタを示す図、図５は、電気二重層キャパシタモジュールの縦断面を示す断面図である。図２、図３、図４及び図５に示す構成は一例であって、斯かる構成に本発明が限定されるものではない。図２、図３、図４及び図５において、図１と同一部分には同一符号を付してある。
【００３９】
筐体６から側板８、１２、天板１８を外すと、図２に示すように、筐体６の収納空間２０には複数の電気二重層キャパシタ４として６組の電気二重層キャパシタ４が並列状態で収納されているとともに、充填剤として硬質の絶縁樹脂３４が充填されている。絶縁樹脂３４には、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂の何れか又はこれらと同等の絶縁性樹脂であって、硬質化のため無機フィラーが含有されている。この場合、絶縁樹脂３４は充填の際、軟化状態であって、既述の側板８、１０、１２、１４及び底版１６で包囲された角筒状の収納空間２０が成す形状によって成形され、硬化されている。この絶縁樹脂３４は、並列状態にある各電気二重層キャパシタ４の間隔内に介在して絶縁する絶縁手段であるとともに、電気二重層キャパシタ４が発する熱を側板８、１０、１２、１４に伝達する熱伝導手段の一例である。各電気二重層キャパシタ４は、図３に示すように、筐体６内に配置され、各電気二重層キャパシタ４の間及び電気二重層キャパシタ４と筐体６の内壁との間には、絶縁樹脂３４が介在している。
【００４０】
各電気二重層キャパシタ４の封口部３６は図２に示すように、絶縁樹脂３４から露出しており、各電気二重層キャパシタ４の陽極端子３８及び陰極端子４０には各電気二重層キャパシタ４を直列化するための導電部材であるブスバー４２がボルト４４によって固定され、６個の電気二重層キャパシタ４はブスバー４２を介して直列に接続されている。この実施の形態では、６組の電気二重層キャパシタ４を直列に接続しているので、各電気二重層キャパシタ４の静電容量をＣ、耐圧をＶとすれば、電気二重層キャパシタモジュール２Ａの静電容量Ｃｍは、Ｃｍ＝Ｃ／６、耐圧Ｖｍは、Ｖｍ＝６Ｖである。また、電気二重層キャパシタ４の上部の空間部には、充電状態を平衡にするバランス回路を搭載した複数の回路基板４５が一定の間隔で設置され、ねじ止めされている。
【００４１】
筐体６の内部に設置された各電気二重層キャパシタ４の封口部３６には、既述の陽極端子３８及び陰極端子４０とともに圧力弁４６が設置されている。この圧力弁４６は、電気二重層キャパシタ４の内圧が所定値に到達した際に開弁し、内圧を開放する。この圧力弁４６の上部側には、筐体６の天板１８で覆われた収納空間２０が存在し、この部分には、絶縁樹脂３４が存在していない。
【００４２】
各電気二重層キャパシタ４は、図４に示すように、底板１６の上面に複数の区画壁部４８が一定の間隔で設置されており、各区画壁部４８の内部に立設されている。このような区画壁部４８によれば、各電気二重層キャパシタ４の設置位置が区画壁部４８によって決定されるので、各電気二重層キャパシタ４の間には所定の絶縁間隔を維持することができる。
【００４３】
このような電気二重層キャパシタモジュール２Ａでは、図５に示すように、筐体６の内部には複数の電気二重層キャパシタ４が収納され、各電気二重層キャパシタ４は硬質の絶縁樹脂３４によって固定されるととともに、角筒状の素子ケースとして外装ケース５０が絶縁樹脂３４によって被覆されるので、スリーブを設置していない所謂ノースリーブの外装ケース５０を用いることができる。また、外装ケース５０と筐体６の内壁、即ち、側板１２、１４の内面との間に平行間隔部分には絶縁樹脂３４が介在し、外装ケース５０から発せられる熱が絶縁樹脂３４を介して側板８、１０、１２、１４に流れて放熱され、既述の放熱フィン２８から効果的に放熱される。ノースリーブの外装ケース５０では、電気二重層キャパシタ４からの熱を絶縁樹脂３４に直接伝達できるので、放熱効果を向上させることができる。
【００４４】
また、絶縁樹脂３４は、電気二重層キャパシタ４の高さＬ１の１／２以上の範囲で設置されればよく、筐体６内の電気二重層キャパシタ４の外装ケース５０を覆って（覆う高さＬ２）設置されても、収納空間２０の上部に空間部５２を形成すれば、圧力弁４６が絶縁樹脂３４によって塞がされることがなく、しかも、空間部５２によって圧力弁４６を動作させることができる。
【００４５】
また、絶縁樹脂３４にシリコン樹脂又はエポキシ樹脂のいずれか又は他の樹脂を用いても内部に無機フィラーを含有させているので、十分な強度が得られ、電気二重層キャパシタ４の膨張を抑制でき、筐体６の変形を防止できる。また、外装ケース５０がアルミニウム等の金属板で形成されても、内圧上昇によって膨出する等の変形を抑制することができ、筐体６及び絶縁樹脂３４が持つ強度により外装ケース５０の変形が防止される。外装ケース５０には補強のためのリブがなくても、その変形を防止できるとともに、リブの形成が不要となり、外装ケース５０の成形コストを低減できる。
【００４６】
次に、電気二重層キャパシタ４について、図６を参照する。図６は、電気二重層キャパシタの横断面を示す断面図である。図６に示す構成は一例であって、斯かる構成に本発明が限定されるものではない。図６において、図１〜図５と同一部分には同一符号を付してある。
【００４７】
この電気二重層キャパシタ４は、角筒状の外装ケース５０の内部にキャパシタ素子５６が設置され、そのキャパシタ素子５６の側面部を外装ケース５０の内壁面に密接状態で収納させている。キャパシタ素子５６は集電体５８に形成された複数の分極性電極（陽極）６０と分極性電極（負極）６２とをセパレータ６４を介して交互に配置して構成され、分極性電極６０には陽極引出しタブ６６、分極性電極６０には陰極引出しタブ６８が接続されている。このキャパシタ素子５６を外装ケース５０にその内壁面に密着させて収納させれば、キャパシタ素子５６の熱を外装ケース５０に流し、外装ケース５０から既述の絶縁樹脂３４を通して筐体６側に流すことができ、放熱フィン２８で効率よく放熱させ、キャパシタ素子５６を冷却することができる。
【００４８】
以上述べた第１の実施の形態に係る電気二重層キャパシタモジュール２Ａについて、特徴事項及び効果を以下に列挙する。
【００４９】
(1) 角型の電気二重層キャパシタ４を採用したので、筐体６の内部に効率的に電気二重層キャパシタ４を配置することができ、硬質の絶縁樹脂３４を充填することで、電気二重層キャパシタ４の外装ケース５０の変形を防止できる。
【００５０】
(2) 絶縁樹脂３４がシリコン樹脂、エポキシ樹脂のいずれかであり、無機フィラーを含有することで、熱伝導率を向上し、放熱効果が高められる。
【００５１】
(3) 筐体６に放熱フィン２８を取付けることで、放熱効率が高められる。
【００５２】
(4) 角型のキャパシタ素子５６が、外装ケース５０の内面に密着しているので、内部発熱を効率的に外部に放散できる。
【００５３】
(5) 電気二重層キャパシタ４が封口部３６に圧力弁４６を備え、絶縁樹脂３４の上面と封口部３６との間には空間部５２が形成され、電気二重層キャパシタ４の内圧が上昇した際に、速やかに内圧の開放を図ることができる。
【００５４】
〔第２の実施の形態〕
【００５５】
本発明の第２の実施の形態について、図７を参照する。図７は、第２の実施の形態に係る、一部を分解した電気二重層キャパシタモジュールの分解斜視図である。図７に示す構成は一例であって、斯かる構成に本発明が限定されるものではない。図７において、図１と同一部分には同一符号を付してある。
【００５６】
第１の実施の形態では、キャパシタの一例として空冷する電気二重層キャパシタモジュール２Ａについて説明したが、この実施の形態の電気二重層キャパシタモジュール２Ｂ（図７）では、水冷によって放熱ないし冷却する構造である。
【００５７】
この電気二重層キャパシタモジュール２Ｂでは、側板１２に放熱フィン２８と、複数の通水孔７０を形成し、各通水孔７０に冷却水Ｗを通流させる構成としてもよく、この実施の形態では、放熱フィン２８による放熱と、通水孔７０に流す冷却水Ｗによる冷却とによって電気二重層キャパシタモジュール２Ｂの温度上昇を抑制することができる。
【００５８】
この実施の形態では、側板１２の端面部に固定ねじ７２を取り付けるための取付孔７４が形成され、側板８、１０には取付孔７４に対応する固定部７６が形成され、固定部７６に貫通させた固定ねじ７２を側板１２の取付孔７４にねじ込むことにより、側板８、１０に側板１２を固定することができる。
【００５９】
第２の実施の形態の電気二重層キャパシタモジュール２Ｂによれば、放熱フィン２８によって放熱ができるとともに、通水孔７０に冷却水Ｗを流すことにより、電気二重層キャパシタモジュール２Ｂの冷却効果を高めることができ、熱損失を低減できる。
【００６０】
〔他の実施の形態〕
【００６１】
(1) なお、上記実施の形態には、複数の電気二重層キャパシタを並列化した複数の電気二重層キャパシタユニットを直列接続してなる電気二重層キャパシタモジュールを用いてもよく、本発明のキャパシタモジュールは、単数の電気二重層キャパシタからなる電気二重層キャパシタユニットを備えた構成、又は、複数の電気二重層キャパシタを並列に接続してなる電気二重層キャパシタユニットを備えた構成であってもよい。
【００６２】
(2) 上記実施の形態では、キャパシタの一例として電気二重層キャパシタを例示したが、本発明は、電気二重層キャパシタ以外のキャパシタにも適用でき、電気二重層キャパシタに限定されるものではない。
【００６３】
以上説明したように、本発明の最も好ましい実施の形態等について説明したが、本発明は、上記記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載され、又は発明を実施するための最良の形態に開示された発明の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能であることは勿論であり、斯かる変形や変更が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明は、複数の電気二重層キャパシタを備える電気二重層キャパシタモジュールに関し、電気二重層キャパシタモジュール全体の体積あたりの静電容量の増加及びコストダウンを図ることができ、有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】第１の実施の形態に係る電気二重層キャパシタモジュールを示す図である。
【図２】筐体から側板の一部を取り外した電気二重層キャパシタモジュールを示す図である。
【図３】筐体内の電気二重層キャパシタの配置及び充填樹脂を示す図である。
【図４】筐体内部の電気二重層キャパシタを示す図である。
【図５】電気二重層キャパシタモジュールの縦断面を示す断面図である。
【図６】電気二重層キャパシタの横断面を示す断面図である。
【図７】第２の実施の形態に係る電気二重層キャパシタモジュールを示す図である。
【符号の説明】
【００６６】
２Ａ  電気二重層キャパシタモジュール
２Ｂ  電気二重層キャパシタモジュール
４  電気二重層キャパシタ
６  筐体
８  １０、１２、１４  側板
１６  底板
１８  天板
２０  収納空間
２２  端子引出窓部
２４  陽極端子
２６  陰極端子
２８  放熱フィン
２９  ボルト
３０  上部開口部
３２  固定フランジ部
３４  絶縁樹脂
３６  封口部
３８  陽極端子
４０  陰極端子
４２  ブスバー
４４  ボルト
４５  回路基板
４６  圧力弁
４８  区画壁部
５０  外装ケース
５２  空間部
５６  キャパシタ素子
５８  集電体
６０  分極性電極（陽極）
６２  分極性電極（負極）
６４  セパレータ
６６  陽極引出しタブ
６８  陰極引出しタブ
７０  通水孔
７２  固定ねじ
７４  取付孔
７６  固定部
Ｗ  冷却水
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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