(57)【要約】【課題】複数のコンデンサを連結する際に接続経路が長くなり、不要抵抗が増加するという課題を解決し、接続を容易にして不要抵抗の発生を抑制したコンデンサ装置を提供することを目的とする。【解決手段】正負の電極が逆方向となるコンデンサ素子の一方の電極を内底面に接合した金属ケースと、同他方の電極を内面に接合して金属ケースの開口部を封止した端子板からなるコンデンサを互いに極性が異なるように構成した２個を１組として接続板で接合したコンデンサユニットと、これを複数組接続したサブユニット１と、これを複数組接続したメインユニット２と、これを制御部４と共に収納したケース３からなる構成により、コンデンサの接続を容易にして接続スペースを低減し、不要抵抗の発生を抑制し、さらに複数のユニットに分割して制御できるため、小型高性能化が実現できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属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その間にセパレータを介在させて巻回し、正負の電極が互いに逆方向に位置するように構成されたコンデンサ素子と、このコンデンサ素子を駆動用電解液と共に収容し、かつ、コンデンサ素子の互いに逆方向に位置する電極の一方を内底面に接合した有底筒状の金属ケースと、上記コンデンサ素子の互いに逆方向に位置する電極の他方を内面に接合して上記金属ケースの開口部を封止した端子板からなり、コンデンサ素子の一方の電極を金属ケースから、同他方の電極を端子板に設けた外部接続用の端子部から取り出すようにしたコンデンサを、互いに極性が異なるように構成した２個を１組として接続板を介して接合したコンデンサユニットと、このコンデンサユニットを複数組、直列または並列に接続したサブユニットと、このサブユニットを複数組、直列または並列に接続したメインユニットと、このメインユニットならびにこのメインユニットを制御する制御部を収納したケースからなるコンデンサ装置。
【請求項２】
サブユニットを構成する複数組のコンデンサユニットを夫々バスバーで接続すると共に、複数組のコンデンサユニット全体を絶縁材料製の上ホルダーと下ホルダーで挟持し、かつ、この上ホルダーと下ホルダー間に支柱を配設した請求項１に記載のコンデンサ装置。
【請求項３】
バスバーの一部を曲げ加工することにより寸法バラツキ吸収用のバッファ部を設けた請求項２に記載のコンデンサ装置。
【請求項４】
上ホルダーまたは下ホルダーの少なくとも一方に各コンデンサの高さバラツキを吸収するためのダンパー部を設けた請求項２に記載のコンデンサ装置。
【請求項５】
サブユニットを構成する複数組のコンデンサユニット間に夫々隙間を設けた請求項１に記載のコンデンサ装置。
【請求項６】
メインユニットを構成する複数組のサブユニットを夫々接続板で接続すると共に、この接続板の一部を曲げ加工することにより寸法バラツキ吸収用のバッファ部を設けた請求項１に記載のコンデンサ装置。
【請求項７】
メインユニットを構成する複数組のサブユニット間に夫々隙間を設けた請求項１に記載のコンデンサ装置。
【請求項８】
サブユニットを構成する複数のコンデンサの充電電圧を一定に調整するバランス充電回路と、充電状態における過電圧を検出する過電圧検出回路と、コンデンサ近傍の温度を計測する温度計測回路の少なくとも一つを備えた回路基板をサブユニット毎に設けると共に、この各サブユニットに設けた回路基板をメインユニットを制御する制御部に接続した請求項１に記載のコンデンサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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３０はコンデンサ素子であり、このコンデンサ素子３０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３０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。
【０００３】
３１は上記コンデンサ素子３０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、３１ａはこの金属ケース３１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３０の陰極側の端面を金属ケース３１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。
【０００４】
３２はアルミニウム製の蓋、３２ａはこの蓋３２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３０の陽極側の端面を蓋３２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３２の周縁と上記金属ケース３１の開口部とを（図８において符号３３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。
【０００５】
このように構成された従来のコンデンサは、金属ケース３１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３２ａと陰極端子３１ａを図示しないバスバーと呼ばれる接続部材を用い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パックアップ電源等に使用されているものであった。
【０００６】
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。
【特許文献１】特開２０００−３１５６３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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３２ａならびに陰極端子３１ａ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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために本発明は、金属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その間にセパレータを介在させて巻回し、正負の電極が互いに逆方向に位置するように構成されたコンデンサ素子と、このコンデンサ素子を駆動用電解液と共に収容し、かつ、コンデンサ素子の互いに逆方向に位置する電極の一方を内底面に接合した有底筒状の金属ケースと、上記コンデンサ素子の互いに逆方向に位置する電極の他方を内面に接合して上記金属ケースの開口部を封止した端子板からなり、コンデンサ素子の一方の電極を金属ケースから、同他方の電極を端子板に設けた外部接続用の端子部から取り出すようにしたコンデンサを、互いに極性が異なるように構成した２個を１組として接続板を介して接合したコンデンサユニットと、このコンデンサユニットを複数組、直列または並列に接続したサブユニットと、このサブユニットを複数組、直列または並列に接続したメインユニットと、このメインユニットならびにこのメインユニットを制御する制御部を収納したケースからなる構成にしたものである。
【発明の効果】
【００１３】
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し、さらに複数のユニットに分割して制御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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（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１〜３、９に記載の発明について説明する。
【００１５】
図１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、図２は同コンデンサ装置に使用されるサブユニットの構成を示した斜視図であり、図１と図２において、１は互いに極性が異なる２個のコンデンサを直列接続して連結したコンデンサユニット（詳細は後述する）を複数組接続したサブユニットであり、さらにこのサブユニット１を複数組接続してメインユニット２が構成されているものである。３はこのメインユニット２が収納されたケース、４はこのケース３内に設けられ、上記メインユニット２の制御を行う制御部、５は入出力コネクタである。
【００１６】
また、上記サブユニット１は、互いに極性が異なるように構成された２個のコンデンサ６Ａと６Ｂを直列接続して連結したコンデンサユニット６を複数組（本実施の形態においては５組）連結し、これを絶縁材料製の上ホルダー７と下ホルダー８で挟持し、さらに上ホルダー７上に基板９を配設すると共に、この基板９から表出したコンデンサユニット６の隣り合う端子１６ａどうしをバスバー１０で電気的に接続し、ネジ１１で機械的に固定したものである。
【００１７】
また、上記上ホルダー７と下ホルダー８の間には、アルミニウム棒からなる支柱１２が設けられ、上下方向に加わる力が直接コンデンサユニット６に加わらないようにしているものである。
【００１８】
また、上記基板９の裏面には、図示しないが、サブユニット１を構成する複数のコンデンサの充電電圧を一定に調整するバランス充電回路と、充電状態における過電圧を検出する過電圧検出回路と、コンデンサ近傍の温度を計測する温度計測回路が設けられると共に、これらの各回路をメインユニット２を制御する制御部４と接続するためのコネクタ１３が設けられて構成されているものである。
【００１９】
図３（ａ）、（ｂ）は上記コンデンサユニット６の構成を示した断面図と底面図であり、図３（ａ）、（ｂ）において、６Ａと６Ｂはコンデンサを示し、このコンデンサ６Ａと６Ｂは、詳細は後述するが、夫々正負の極性が異なるように構成されたものであり、まずコンデンサ６Ａについて説明する。
【００２０】
コンデンサ６Ａにおいて、１４はコンデンサ素子、１４ａはこのコンデンサ素子１４に形成された中空部を示し、このコンデンサ素子１４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ことにより構成され（全て図示せず）、このコンデンサ素子１４の両端面（図中の上下方向）から陽極と陰極を夫々取り出すようにしたものである。
【００２１】
１５は上記コンデンサ素子１４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有底筒状の金属ケース、１５ａはコンデンサ素子１４の中空部１４ａ内に嵌まり込むように内底面に一体で設けられた突起であり、この突起１５ａをコンデンサ素子１４の中空部１４ａに嵌め込んで金属ケース１５内に挿入されたコンデンサ素子１４の陰極側の端面を金属ケース１５の内底面にレーザー溶接等によって機械的かつ電気的に接合するようにしたものである。
【００２２】
１６は上記コンデンサ素子１４の陽極側の端面に接合されると共に金属ケース１５の開口部に配設されて封止を行うアルミニウム製の端子板であり、この端子板１６の表面（図中の上側）には外部接続用の端子１６ａが設けられ、また裏面（図中の下側）には上記コンデンサ素子１４の中空部１４ａ内に嵌まり込む突起１６ｂが夫々一体で設けられており、この端子板１６を絶縁部材１７を介在させて金属ケース１５の開口部に配設し、端子板１６の表面周縁に封止用ゴム１８を配置した状態で、この封止用ゴム１８を圧接するように金属ケース１５の開放端をカーリング加工することにより封止しているものである。
【００２３】
従って、このように構成されたコンデンサ６Ａは、コンデンサ素子１４の陽極取り出しを端子板１６に設けた端子１６ａから、同陰極取り出しを金属ケース１５から行うように構成されたものである。一方、コンデンサ６Ｂは、コンデンサ６Ａとは逆極性となるように構成されたものであり、コンデンサ素子１４の陽極取り出しを金属ケース１５から、同陰極取り出しを端子板１６に設けた端子１６ａから行うように構成されたものである。
【００２４】
１９はアルミニウム製の接続板であり、上記コンデンサ６Ａの金属ケース１５の外底面とコンデンサ６Ｂの金属ケース１５の外底面とに跨ってレーザー溶接により接合されることにより、２個のコンデンサ６Ａ、６Ｂを機械的かつ電気的に接合して連結するようにしたものであり、これにより２個のコンデンサ６Ａ、６Ｂが直列接続されてコンデンサユニット６が構成された状態になるものである。
【００２５】
また、この接続板１９は略六角形に形成され、かつ、接続板１９が金属ケース１５の外底面と接触する面積が、金属ケース１５の外底面の面積の５０％未満になるようにしているものであり、このようにすることによって十分な結合強度を確保すると共に、異常時に金属ケース１５内の圧力が上昇して金属ケース１５の底面が膨らむような現象が発生しても、この膨れ現象を阻害する影響を最小限に抑えることができるようになるものである。さらに、接続板１９を略六角形に形成することにより、材料取りの際に千鳥状に接続板１９を取ることができるため、材料ロスを極めて少なくすることができるようになるものである。
【００２６】
また、１９ａは接続板１９と金属ケース１５をレーザー溶接により結合した溶接痕を示し、この溶接痕１９ａは直線により形成されるようにしたものであり、このようにすることによって溶接時の加熱により金属ケース１５が膨張した後、常温に戻る際の収縮に対する歪みの影響を最小限に抑えることができるようになるものである。なお、同図（ｂ）における三つ葉状の窪み１５ｂは、コンデンサ素子１４の一方の端面を金属ケース１５の内底面にレーザー溶接により接合するために設けた接合用のリブである。
【００２７】
なお、上記接続板１９の厚みは、コンデンサ６Ａ、６Ｂの許容電流値を問題なく流すことができ、かつ接続板強度と溶接強度を保証できる範囲内で薄い方が良いことから、０．１〜０．８ｍｍの範囲が好ましく、さらに好ましくは０．２〜０．５ｍｍの範囲である。
【００２８】
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、コンデンサ素子１４の一方の電極を金属ケース１５から、同他方の電極を端子板１６に設けた外部接続用の端子１６ａから取り出すようにしたコンデンサを、互いに極性が異なるように構成した２個の１組として接続板１９を介して電気的・機械的に接続したコンデンサユニット６と、このコンデンサユニット６を複数組接続したサブユニット１と、このサブユニット１を複数組接続したメインユニット２と、このメインユニット２ならびにこのメインユニット２を制御する制御部４を収納したケース３からなる構成にしたことにより、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て小型化と低背化を図り、かつ接続に纏わる不要な抵抗の発生を少なくし、さらに複数のユニットに分割して制御できるために、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。
【００２９】
（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４、６に記載の発明について説明する。
【００３０】
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のサブユニット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。
【００３１】
図４（ａ）〜（ｃ）は本発明の実施の形態２によるコンデンサ装置のサブユニットの構成を示した平面図と正面図と側面図であり、図４において、２０はコンデンサユニット６の隣り合う端子１６ａどうしを電気的に接続したバスバー、２０ａはこのバスバー２０の一部を曲げ加工することにより設けられたバッファ部であり、このバッファ部２０ａを設けることにより、コンデンサ６Ａ、６Ｂからなるコンデンサユニット６の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２０ａ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。
【００３２】
また、２１はサブユニットを構成する複数組のコンデンサユニット間に夫々設けられた隙間であり、このように隙間２１を設けることにより、コンデンサ６Ａ、６Ｂの発熱を容易に外部へ放出することができるようになるため、放熱特性に優れたコンデンサ装置を実現することができるものである。
【００３３】
（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５に記載の発明について説明する。
【００３４】
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のサブユニット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説明する。
【００３５】
図５（ａ）、（ｂ）は本発明の実施の形態３によるコンデンサ装置のサブユニットの構成を示した要部断面図であり、図５において、６Ａはコンデンサ、７は上ホルダー、１６ａは端子である。
【００３６】
２２はコンデンサ６Ａの上面の周縁と上ホルダー７の内面との間に配設されたゴム製のＯリングであり、このＯリング２２はサブユニットを構成する各コンデンサの高さバラツキを吸収するバッファ部としての機能をもたせるために設けられたものであり、これにより、各コンデンサの高さ寸法に許容範囲内のバラツキが発生した場合においても、この寸法バラツキをＯリング２２で吸収して、サブユニットとしての寸法精度を維持することができるようになるものである。
【００３７】
また、同図（ｂ）に示すように、各コンデンサの高さバラツキを吸収するバッファ部としての機能をもたせるために、りん青銅等のバネ材からなる板バネ２３を用いても良く、この場合も同様に、各コンデンサの高さ寸法に許容範囲内のバラツキが発生した場合においても、この寸法バラツキを板バネ２３で吸収して、サブユニットとしての寸法精度を維持することができるようになるものである。
【００３８】
このように、本実施の形態によれば、コンデンサ６Ａの上面の周縁と上ホルダー７の内面との間に、サブユニットを構成する各コンデンサの高さバラツキを吸収するためのバッファ部としての機能を有するＯリング２２、または板バネ２３を配設することにより、各コンデンサの高さ寸法に許容範囲内のバラツキが発生した場合においても、この寸法バラツキを吸収して、サブユニットとしての寸法精度を維持することができるようになるものである。
【００３９】
なお、本実施の形態においては、サブユニットを構成する各コンデンサの高さバラツキを吸収するためのバッファ部としての機能を有するＯリング２２、または板バネ２３をコンデンサの上面の周縁と上ホルダー７の内面との間に設けた例を用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、コンデンサの下面と下ホルダー８の内面との間に設けても良いものである。
【００４０】
（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７、８に記載の発明について説明する。
【００４１】
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のメインユニット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説明する。
【００４２】
図６（ａ）、（ｂ）は本発明の実施の形態４によるコンデンサ装置のメインユニットの構成を示した要部平面図と要部正面図、図７（ａ）、（ｂ）は同メインユニットに使用される接続板を示した平面図と正面図であり、図６と図７において、２４は隣り合うサブユニット１の端子どうしを接続する接続板、２４ａはこの接続板２４の一部を曲げ加工することにより設けられたバッファ部である。
【００４３】
このように、バッファ部２４ａを設けた接続板２４で隣り合うサブユニット１の端子どうしを接続する構成としたことにより、隣り合うサブユニット１間で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２４ａ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。
【００４４】
また、２５はメインユニットを構成する複数組のサブユニット１間に夫々設けられた隙間であり、このように隙間２５を設けることにより、サブユニット１の発熱を容易に外部へ放出することができるようになるため、放熱特性に優れた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。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
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し、さらに複数のユニットに分割して制御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を有し、ハイブリッドカーや燃料電池車の回生用等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】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
【図２】同コンデンサ装置に使用されるサブユニットの構成を示した斜視図
【図３】（ａ）同コンデンサ装置に使用されるコンデンサユニットの構成を示した断面図、（ｂ）同底面図
【図４】（ａ）本発明の実施の形態２によるコンデンサ装置のサブユニットの構成を示した平面図、（ｂ）同正面図、（ｃ）同側面図
【図５】（ａ）、（ｂ）本発明の実施の形態３によるコンデンサ装置のサブユニットの構成を示した要部断面図
【図６】（ａ）本発明の実施の形態４によるコンデンサ装置のメインユニットの構成を示した要部平面図、（ｂ）同要部正面図
【図７】（ａ）同メインユニットに使用される接続板を示した平面図、（ｂ）同正面図
【図８】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
【図９】従来のコンデンサを複数個連結する場合の不要抵抗発生原理を示した概念図
【符号の説明】
【００４７】
１  サブユニット
２  メインユニット
３  ケース
４  制御部
５  入出力コネクタ
６  コンデンサユニット
６Ａ、６Ｂ  コンデンサ
７  上ホルダー
８  下ホルダー
９  基板
１０、２０  バスバー
１１  ネジ
１２  支柱
１３  コネクタ
１４  コンデンサ素子
１４ａ  中空部
１５  金属ケース
１５ａ、１６ｂ  突起
１６  端子板
１６ａ  端子
１７  絶縁部材
１８  封止用ゴム
１９、２４  接続板
１９ａ  溶接痕
２０ａ、２４ａ  バッファ部
２１、２５  隙間
２２  Ｏリング
２３  板バネ
【図１】
2006351897.tif 000003
【図２】
2006351897.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2006351897.tif 000007
【図６】
2006351897.tif 000008
【図７】
2006351897.tif 000009
【図８】
2006351897.tif 000010
【図９】
2006351897.tif 000011