(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気二重層コンデンサ・セルと、この電気二重層コンデンサ・セルを出力端子から切り離すためのバイパス電路と、このバイパス電路を開閉するスイッチと、このスイッチに前記バイパス電路の開閉のための制御信号を供給する制御信号線とを備えた蓄電用コンデンサ・モジュールにおいて、
前記スイッチは前記制御信号の供給が停止されている期間内は前記バイパス電路を閉じることによって前記電気二重層コンデンサ・セルを出力端子から切り離すことと、
前記制御信号線は放電手段を介して前記蓄電用コンデンサ・セルの負側端子にも接続されたこと
とを特徴とする蓄電用コンデンサ・モジュール。
【請求項２】
請求項１において、
前記電気二重層コンデンサ・セルの端子電圧をモニタする電圧モニタ端子を更に備え、このモニタされた端子電圧に基づき異常の発生が判定された場合に、前記制御信号の供給が停止されて前記バイパス電路が閉じられることを特徴とする蓄電用コンデンサ・モジュール。
【請求項３】
請求項１又は２のいずれかにおいて、
前記電気二重層コンデンサ・セルの温度をモニタする温度モニタ端子を備え、このモニタされたセルの温度に基づき異常の発生が判定された場合に、前記制御信号の供給が停止されて前記バイパス電路が閉じられることを特徴とする蓄電用コンデンサ・モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気自動車の蓄電装置などに利用される大容量の電気二重層コンデンサなどの蓄電用コンデンサを内蔵する蓄電用コンデンサ・モジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電気自動車用蓄電装置は、鉛蓄電池やニッケルカドミウム電池などの二次電池（蓄電池）を主体とするものが開発されてきた。この二次電池による蓄電装置の開発と並行して、電気二重層コンデンサと称される極めて大容量のコンデンサ（蓄電器）を電気自動車用の蓄電装置として利用する研究も進められてきている。
【０００３】
この電気二重層コンデンサは、特開昭６０ー１５１３８  号公報やＵＳＰ３，５３６，９６３号などに開示されているように、活性炭や活性炭繊維と、水系電解液や有機系電解液とを組合せることにより、極めて大きな静電容量を実現している。典型的には、十円硬貨とほぼ同一の直径と３倍の厚みのもとで５Ｆ〜１０Ｆもの大容量のコンデンサが実現され市販されている。このような大容量コンデンサは、単位体積、単位重量当たりの蓄電量が既に鉛蓄電池などのそれを凌いでおり、電気自動車用の蓄電装置として極めて有望視されている。この電気二重層コンデンサは、蓄電池とは異なり充放電回数に実質的な制限がないという点で極めて経済的という利点も備えている。
【０００４】
従来、コンデンサ（蓄電器）は、単体で、あるいはコイルや抵抗器などの回路素子と組合せられて、サージの吸収、平滑化、濾波、同調など各種の交流電気特性の実現に利用されてきているが、その静電容量は高々数百μＦであり、蓄電器とは言っても蓄積エネルギーは極めて小さい。従って、数十ファラッド以上もの超大容量を有するコンデンサは、極めて特殊な用途を除き、概ね直流電力の蓄積のための用途を有するものとして、従来の小容量の交流特性を実現するためのコンデンサと区別することができる。従って、本明細書では、そのような直流電力の蓄電のための電気二重層コンデンサなどの数十Ｆ以上もの大容量のコンデンサを「蓄電用コンデンサ」と総称する。
【０００５】
このような直流蓄電用コンデンサの一つである電気二重層コンデンサの場合、典型的な耐圧は数ｖｏｌｔの程度と低い値に留まる。このため、数百ＫＷＨの蓄電量と、３００ｖｏｌｔ  程度の出力電圧を有する電気自動車用蓄電装置を実現するうえで、数百個の直流蓄電用コンデンサが素子として直並列接続されることになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記電気二重層コンデンサを利用して電気自動車用蓄電装置を実現する場合、数百個ものコンデンサ・モジュールがアレイ状に直並列に接続されるので、コンデンサ・モジュールの一部に発生した故障が蓄電装置全体の機能を大きく損なうおそれがある。また、保守・点検作業中にコンデンサ・モジュールどうしの不用意な接触などによって短絡事故が発生するおそれもある。
従って、本発明の一つの目的は、一部が故障しても蓄電装置全体としての機能を損なうことがなく、また、保守・点検作業中に短絡事故などを生じにくい蓄電用コンデンサ・モジュールを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の蓄電用コンデンサ・モジュールは、電気二重層コンデンサなどの蓄電用コンデンサ・セルと、この蓄電用コンデンサ・セルに対するバイパス電路と、前記蓄電用コンデンサ・セルとバイパス電路のうちの一方を選択的に出力端子に接続するスイッチと、前記スイッチに対する制御信号が供給される制御信号入力端子とを備え、故障したコンデンサ・モジュール内のみに選択的にバイパス電路を形成することにより、これを各コンデンサ・モジュールを直並列接続したコンデンサ・アレイから切り離せるように構成されている。
【０００８】
そして、この蓄電用コンデンサ・モジュールによれば、スイッチへの制御信号の供給が停止されている期間内はバイパス電路が閉じられて電気二重層コンデンサを・セルが出力端子から切り離されることにより、故障発生時だけでなく保守・点検作業中などにも電圧が出現しないように構成されている。また、この制御信号を供給する制御信号線を抵抗器又はコンデンサなどの放電手段を介して蓄電用コンデンサ・セルの負側端子にも接続することにより、静電気や誘導雑音などによる誤動作を回避するように構成されている。
【０００９】
【実施例】
図１は本発明の一実施例のコンデンサ・モジュールの構成を示す等価回路図であり、図２はこのコンデンサ・モジュールの外観を示す斜視図である。このコンデンサ・モジュールは、電気二重層コンデンサ・セルＣと、正負端子Ｔ１，Ｔ２と、これら正負端子Ｔ１，Ｔ２間に電気二重層コンデンサ・セルＣを接続するための主電路ＭＰとに加えて、バイパス電路ＢＰと、このバイパス電路ＢＰと主電路ＭＰの一方を選択して正端子Ｔ１に接続するスイッチＳＷと、このスイッチＳＷに選択のための制御信号を供給する制御信号線ＣＬと、この制御信号をこのコンデンサ・モジュールの外部から受ける制御端子ＣＮＴを備えている。
【００１０】
このコンデンサ・モジュールは、更に、制御信号線ＣＬを電気二重層コンデンサ・セルＣの負端子に接続する抵抗器Ｒと、電気二重層コンデンサ・セルＣの端子間電圧を外部からモニタするための電圧モニタ線ｍ１，ｍ２と、電圧モニタ端子Ｍ１，Ｍ２と、この電気二重層コンデンサ・セルＣの温度を検出するための熱電対ＴＨと、この熱電対ＴＨの端子間電圧を外部からモニタするための電圧モニタ端子Ｍ３，Ｍ４とを備えている。
【００１１】
図１のスイッチＳＷの具体的な一例は、図３に示すように、大電力用電界効果トランジスタＦＥＴ１，ＦＥＴ２と、インバータＩＮＶとから構成されている。制御信号線ＣＬ上に一定のレベルの正電圧が出現すると、ＦＥＴ１はオン状態、ＦＥＴ２はオフ状態となり、主電路ＭＰがＦＥＴ１を通して正端子Ｔ１に接続される。制御信号線ＣＬ上から一定のレベルの正電圧が消滅すると、ＦＥＴ１はオフ状態、ＦＥＴ２はオン状態となり、バイパス電路ＢＰがＦＥＴ２を通して正端子Ｔ１に接続される。
【００１２】
図１、図２に示したコンデンサ・モジュールが多数直並列接続された電気自動車用蓄電装置の保守・点検作業を行っている期間内は、制御端子ＣＮＴはゼロ電圧に保たれる。この結果、バイパス電路ＢＰがスイッチＳＷを通して正負端子Ｔ１，Ｔ２間に接続され、この正負端子間には電気二重層コンデンサ・セルＣの端子間電圧が出現しない。この電気自動車用蓄電装置の保守・点検作業が終了すると、図示しない電子制御ユニット（ＥＣＵ）から各コンデンサ・モジュールの制御端子ＣＮＴに一定レベルの正電圧が供給される。これに伴い、各コンデンサ・モジュール内において、バイパス電路ＢＰの代わりに主電路ＭＰがスイッチＳＷを通して正端子Ｔ１に接続され、正負端子Ｔ１，Ｔ２間には電気二重層コンデンサ・セルＣの端子間電圧が出現する。
【００１３】
各コンデンサ・モジュールが動作中は、電気二重層コンデンサ・セルＣの端子電圧と温度とが、モニタ端子（Ｍ１，Ｍ２）、（Ｍ３，Ｍ４）を通して図示しない電子制御ユニットによってモニタされる。電子制御ユニットは、モニタした各コンデンサ・モジュールの端子間電圧や動作温度に基づきいずれかのコンデンサ・モジュールに異常が発生したと判定すると、そのコンデンサ・モジュールの制御端子ＣＮＴに外部制御信号線を介して供給中の一定レベルの正電圧をゼロにする。
【００１４】
これに伴い、そのコンデンサ・モジュールでは、主電路ＭＰの代わりにバイパス電路ＢＰがスイッチＳＷを通して正端子Ｔ１に接続され、正負端子Ｔ１，Ｔ２間はバイパス電路ＢＰによってバイパスされる。この結果、故障と判定されたコンデンサ・モジュールは、電気自動車用蓄電装置を構成するために多数のコンデンサ・モジュールが直並列接続されたコンデンサ・アレイから切り離される。
【００１５】
なお、静電気の発生や誘導雑音などに起因して意図しない正電圧が制御端子ＣＮＴに出現してスイッチＳＷが動作してしまうことを防ぐために、制御信号線ＣＬと、電気二重層コンデンサ・セルＣの負端子に接続される主電路ＭＰとの間に抵抗器Ｒが接続されている。静電気や誘導雑音などに起因して短時間にわたって制御信号線ＣＬ上に出現する正電圧は、抵抗器Ｒを通して主電路ＭＰ上に放電され、消滅する。なお、抵抗器の代わりに、数十μＦ程度の静電容量を有するコンデンサを制御信号線ＣＬと主電路ＭＰとの間に接続することによって同様の目的を達することができる。
【００１６】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明のコンデンサ・モジュールは、バイパス電路とスイッチとをモジュール内部に設け、外部からの制御信号によって電気二重層コンデンサ・セルなどの蓄電用コンデンサ・セルに対するバイパス電路を選択的に形成する構成であるから、故障したコンデンサ・モジュールのみを電気自動車用蓄電装置を構成するために多数のコンデンサ・モジュールが直並列接続されたコンデンサ・アレイから選択的に切り離すことができ、蓄電装置全体に及ぼす悪影響を回避できる。
【００１７】
また、故障発生時だげでなく電気自動車用蓄電装置の保守・点検作業中などの制御信号が供給されない期間内も電気二重層コンデンサ・セルが出力端子から切り離される構成であるから、作業中の短絡事故などを有効に防止できる。さらに、制御信号線が抵抗器やコンデンサなどの放電手段を介して蓄電用コンデンサ・セルの負側端子にも接続される構成であるから、静電気や誘導雑音などによる誤動作が有効に回避される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例のコンデンサ・モジュールの構成を示す等価回路図である。
【図２】上記実施例のコンデンサ・モジュールの外観を示す斜視図である。
【図３】図１のスイッチＳＷの具体的な構成の一例を示す回路図である。
【符号の説明】
Ｃ          電気二重層コンデンサ・セル（蓄電用コンデンサ・セル）
Ｔ１，Ｔ２  正負端子
ＭＰ    主電路
ＢＰ    バイパス電路
ＳＷ    スイッチ
ＣＮＴ    制御端子
Ｍ１〜Ｍ４  モニタ端子
ＦＥＴ１，ＦＥＴ２  電界効果トランジスタ
ＩＮＶ      インバータ
【図１】
0003600357.tif 000002
【図２】
0003600357.tif 000003
【図３】
0003600357.tif 000004