(57)【要約】【課題】本発明は一枚の回路基板にて各キャパシタの両端電圧を制御し、キャパシタユニットを小型軽量化することを目的とする。【解決手段】両端面に電極を有するとともに並設配置された複数個のキャパシタ５と、これら複数個のキャパシタ５のうち隣り合うキャパシタ５の一方の電極同士を電気的に接続する第一のバスバー１１と、複数個のキャパシタ５のうち隣り合うキャパシタ５の他方の電極同士を電気的に接続する第二のバスバー（図示せず）と、複数個のキャパシタ５の一方の電極側または他方の電極側に配置される回路基板３２と、第一のバスバー１１と回路基板３２を接続する第一の導電部１３と、第二のバスバーと回路基板３２を接続する第二の導電部１５とを備えた構成としたので、一枚のみの回路基板３２によって各キャパシタ５の両端電圧を測定でき、キャパシタユニットを小型軽量化することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端面に電極を有するとともに並設配置された複数個のキャパシタと、
これら複数個のキャパシタのうち隣り合うキャパシタの一方の電極同士を電気的に接続する第一のバスバーと、
前記複数個のキャパシタのうち隣り合う他方の電極同士を電気的に接続する第二のバスバーと、
前記複数個のキャパシタの一方の電極側または他方の電極側に配置される回路基板と、
前記第一のバスバーと前記回路基板を接続する第一の導電部と、
前記第二のバスバーと前記回路基板を接続する第二の導電部とを備えたキャパシタユニット。
【請求項２】
前記第一の導電部及び前記第二の導電部はそれぞれ前記第一のバスバー及び前記第二のバスバーと一体形成された請求項１に記載のキャパシタユニット。
【請求項３】
前記導電部はフレキシブルケーブルまたは電線である請求項１に記載のキャパシタユニット。
【請求項４】
前記キャパシタの前記一端面と前記他端面をそれぞれ挿入することにより前記キャパシタ同士を互いに平行に保持する上部ケース及び下部ケースを備え、前記上部ケースの一部には、キャパシタの上部ケース側に設けた調圧弁と前記バスバー及び前記回路基板とを隔てるカバー部を形成した請求項１に記載のキャパシタユニット。
【請求項５】
前記複数個のキャパシタは互いに平行な縦置き状態で前記調圧弁が上側になるように配置された請求項４に記載のキャパシタユニット。
【請求項６】
前記複数個のキャパシタは互いに平行な横置き状態で配置されるとともに前記調圧弁は前記一端面の中心よりも上側になるように配置された請求項１に記載のキャパシタユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、キャパシタにより電力を蓄え、補助電源等として利用されるキャパシタユニットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境保護の観点よりハイブリッドシステムやアイドリングストップシステムを搭載した車両が開発されているが、これらのシステムは車両の制動エネルギーを電気エネルギーとして回生したり、高出力モータを駆動する等の動作を行うため、電気エネルギーを一時的に蓄電素子に蓄える構成が必要である。
【０００３】
このような構成として、例えば電池に電気エネルギーを蓄えて情報処理装置のバックアップを行うバッテリユニットが特許文献１に記載されている。
【０００４】
このバッテリユニットは、図７に示すように、両端面に電極を有する複数個の電池１と、この複数個の電池１を電気的に接続する板状金属からなるバスバー２とを備えていた。
【０００５】
そして、このバスバー２が複数個の電池１の両端に交互に配置され、さらにバスバー２により接続された複数個の電池１を複数段接続するとともに水平方向に寝かせて配置した構成となっていた。さらに、各段の間には短絡を防ぐため、絶縁シート３が設けられていた。
【０００６】
以上の構成により、このバッテリユニットは通常時に電池に電気エネルギーを蓄えておき、停電などで電力供給源が異常を示した際、情報処理装置に電力を供給していた。
【特許文献１】特開２００３−３０９９３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
確かに上記バッテリユニットは、停電時等に情報処理装置等へ必要な電力をバックアップしシステムダウンを防ぐことができるが、このバッテリユニットを車両に用いると、以下のような問題点が発生する。
【０００８】
すなわち、車両の回生システムにおいては、急変する制動エネルギーを電気エネルギーとして蓄電素子に蓄える必要があり、またモータ駆動補助の場合は車両を急加速させるだけの電気エネルギーを供給する必要があるため、用いられる蓄電素子には急速充放電特性が求められるが、上記従来のバッテリユニットの蓄電素子として用いられていた電池１は急速充放電特性が劣る。
【０００９】
これに対し、電池１の替わりに急速充放電が可能なキャパシタを用いる構成とすればよいのであるが、キャパシタは両端電圧が所定値よりも高くなった場合、特性劣化が促進する可能性がある。したがって、キャパシタを用いる場合は、各キャパシタの両端電圧を測定し、制御するための電圧バランス回路を設ける必要がある。これを、従来のバッテリユニットの構成に適用するとバスバー２がキャパシタの両端部分４に交互に設けられるため、電圧バランス回路を備えた回路基板もキャパシタの両端部分４に設ける必要があり、この結果キャパシタユニットが大型化・重量化してしまうという課題があった。
【００１０】
そこで、本発明は、キャパシタユニットを小型軽量化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】
【００１１】
そして、この目的を達成するために本発明は、両端面に電極を有するとともに並設配置された複数個のキャパシタと、これら複数個のキャパシタのうち隣り合うキャパシタの一方の電極同士を電気的に接続する第一のバスバーと、前記複数個のキャパシタのうち隣り合うキャパシタの他方の電極同士を電気的に接続する第二のバスバーと、前記複数個のキャパシタの一方の電極側または他方の電極側に配置される回路基板と、前記第一のバスバーと前記回路基板を接続する第一の導電部と、前記第二のバスバーと前記回路基板を接続する第二の導電部とを備えた構成とした。
【発明の効果】
【００１２】
上記構成により本発明は、一方の端面側に配置された回路基板のみで各キャパシタの両端電圧の測定及び制御が可能となるので、キャパシタユニットを小型軽量化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１におけるキャパシタユニットの構成について図面を用いて説明する。
【００１４】
図１において、複数個のキャパシタ５は、直径３ｃｍの円柱形状の電気二重層コンデンサであり、これにより電力を蓄えている。なお、キャパシタ５の円柱部分及び端面部分はともにアルミニウムで構成されている。このキャパシタ５は、いずれか一端面が正極、他端面が負極になるように電極が構成されており、実施の形態１ではキャパシタ５同士を直列に接続するため、隣り合うキャパシタ５の端面の極性が互いに異なるように配置されている。キャパシタ５の上部端面６と一体形成された半円状の突出部７は、端面周囲部８よりその高さが高くなるように構成している。また、端面周囲部８にて正極と負極との絶縁を確保する構成としている。なお、キャパシタ５の下部端面９には突出部を設けていない。さらに、キャパシタ５の上部端面には調圧弁１０が設けられている。調圧弁１０は、キャパシタ５内部の電解液が気化した際に、調圧弁１０の外表面に設けられた放出孔１０ａより気化した電解液を放出し、キャパシタ５内部の圧力が上昇するのを防ぐ。
【００１５】
第一のバスバー１１は、キャパシタ５の上部に配置され、隣り合うキャパシタ５の突出部７同士を電気的に接続している。第一のバスバー１１の上面には突起状の第一の導電部１３が一体形成されている。この第一の導電部１３は後述する回路基板とハンダ付けにより接続するため、錫メッキが施されており、第一の導電部１３を回路基板と接続することで第一のバスバー１１における電圧値を検知することができる。
【００１６】
一方、第二のバスバー１４は、キャパシタ５の下部に配置され、隣り合うキャパシタ５の下部端面９同士を電気的に接続している。第二のバスバー１４は板状の第二の導電部１５が一体形成されている。この第二の導電部１５は、第一の導電部１３と同様に、先端部にあたる端子部１５ａが錫メッキされており、端子部１５ａを後述する回路基板と接続することで第二のバスバー１４における電圧値を検知することができる。なお、第二の導電部１５には屈曲部１５ｂが設けてあり、この屈曲部１５ｂが振動や熱による応力を吸収し、第二の導電部１５自体や、端子部１５ａと後述する回路基板とのハンダ付け部の破損の可能性を低減することができる。
【００１７】
また、Ｌ字状バスバー１６は最も端に位置するキャパシタ５の突出部７と接続され、さらに外部配線と電気的に接続するためにＬ字状バスバーネジ孔１６ａが設けられている。外部配線との接続に関しては後述する。
【００１８】
なお、これら第一のバスバー１１、第二のバスバー１４、及びＬ字状バスバー１６はキャパシタ５の電極との溶接接合性を向上させるため、キャパシタ５の円柱部分及び端面部分と同一のアルミニウム製であり、アルミニウム板をプレス成型することで得られる。本実施の形態１では第一のバスバー１１、第二のバスバー１４、及びＬ字状バスバー１６をアルミニウム製としたが、キャパシタ５の電極と同一であればアルミニウム以外の金属でも良い。
【００１９】
上部ケース１７は樹脂で構成され、キャパシタ５の上部を挿入することにより固定される。この上部ケース１７には第一のバスバー１１及びＬ字状バスバー１６と突出部７を接続するための第一のバスバー開口部１８及びＬ字状バスバー開口部１９が設けられている。また、上部ケース１７には第二の導電部孔２０が設けてあり、第二の導電部１５はこの第二の導電部孔２０に挿入されることで固定される。なお、図１において上部ケース１７の左端部にはインサートナット２１が埋め込まれており、このインサートナット２１によりＬ字状バスバー１６と外部バスバー（後述する）が電気的、機械的に接続される。また、Ｌ字状バスバー開口部１９近くには上部固定ネジ孔２２が設けられている。上部固定ネジ孔２２の位置に固定棒２３を配置し、上から上部固定ネジ２４を締め込むことで、固定棒２３と上部ケース１７は固定される。この際、Ｌ字状バスバー１６と上部固定ネジ２４が接触しないように上部固定ネジ２４は皿ネジとしている。なお、図示していないが、上部ケース１７の右端部にも固定棒２３を取り付けるための上部固定ネジ孔が設けられている。
【００２０】
下部ケース２５も上部ケース１７と同様、樹脂で構成されている。下部ケース２５の上面には円形の保持穴２６が設けられており、キャパシタ５の下部は保持穴２６に挿入、固定される。また、この下部ケース２５の側面には切り欠き部２７が設けられており、第二のバスバー１４と一体形成された第二の導電部１５はこの切り欠き部２７に挿入される。なお、上部ケース１７と同様、図１において下部ケース２５の左端部には下部固定ネジ孔２８が設けられており、この下部固定ネジ孔２８の位置に配置された固定棒２３に皿ネジからなる下部固定ネジ２９を締め込むことで、固定棒２３と下部ケース２５は固定される。また、図示していないが下部ケース２５の右端部にも固定棒２３を取り付けるための下部固定ネジ孔が設けられている。
【００２１】
以上の構成部品を組み立てた状態を図２に示す。上部ケース１７と下部ケース２５は固定棒２３によって接続されており、キャパシタ５は上部ケース１７と下部ケース２５に挟持されることで強固に固定されている。
【００２２】
第一のバスバー１１及びＬ字状バスバー１６はキャパシタ５の上端面に設けられた突出部７に被さっている。ここで、第一のバスバー１１及びＬ字状バスバー１６と突出部７との接続は図２の×印で示す部分をレーザ溶接することで行われ、これによりキャパシタ５との間の確実な電気的、機械的接続が得られる。なお、図２ではスポット状に多点を溶接している例を示したが、これは溶接位置を順次ずらして線状に溶接接続してもよい。この場合はスポット状に比べ接続信頼性が向上する。また、図示はしていないが、第二のバスバー１４も同様にキャパシタ５の下端面と溶接されている。
【００２３】
このようにして形成されたキャパシタユニットは外部と配線するために、外部バスバー３０と外部バスバーネジ孔３０ａをネジ３１でインサートナット２１に締め込んで固定している。この際、Ｌ字状バスバー１６を介して固定しているので、外部バスバー３０とＬ字状バスバー１６が電気的に接続される。なお、外部バスバー３０には外部バスバー屈曲部３０ｂが形成されている。これにより、振動や熱による応力を外部バスバー屈曲部３０ｂが吸収し、外部バスバー３０に破損が生じる可能性を低減することができる。
【００２４】
ここで、第二の導電部１５は第二の導電部孔２０に挿入されているので、上部ケース１７の上面からは端子部１５ａが突出している。また、第二の導電部１５に設けられた屈曲部１５ｂは上部ケース１７と下部ケース２５の間に位置している。この状態で端子部１５ａ及び第一の導電部１３を、回路基板３２に設けられた第一の導電部孔３３及び端子孔３４に挿入しハンダ付けすることで、第一のバスバー１１、第二のバスバー１４、及びＬ字状バスバー１６が回路基板３２と電気的に接続される。
【００２５】
回路基板３２は、各キャパシタ５の電圧を測定し制御するための電圧バランス回路（図示せず）を有している。
【００２６】
ここまで組み立てることにより、図３に示されるようにキャパシタユニットが完成する。
【００２７】
次に、図３の点線で示した四角形部分の断面図を図４に示す。
【００２８】
前述のように、突出部７は端面周囲部８よりその高さが高く設けられているので、図４より明らかなように第一のバスバー１１は端面周囲部８と接触して、短絡することはない。
【００２９】
また、調圧弁１０は上部ケース１７の一部のカバー部１７ａと対向させて覆っているので、回路基板３２及び第一のバスバー１１とは隔てて構成されることになる。これにより、調圧弁１０から気化したキャパシタ５内部の電解液が放出されても、第一のバスバー１１や回路基板３２に付着することがなく、これらの腐食可能性が低減し高信頼性が得られる。さらに、調圧弁１０は端面周囲部８よりその高さが低く、調圧弁１０の上部に配置された上部ケース１７との間に空隙が存在する。したがって、放出孔１０ａが塞がれることがないので、放出孔１０ａから気化した電解液を正常に放出することができる。
【００３０】
また、下部ケース２５の底面の厚さは第二のバスバー１４の厚さよりも厚く設けているので、第二のバスバー１４はキャパシタ５及び下部ケース２５以外に接触しない。従って、第二のバスバー１４からの漏電を防止でき、高信頼性が得られる。
【００３１】
次に、本発明の実施の形態１におけるキャパシタユニットの動作について以下に説明する。
【００３２】
前述したように、キャパシタ５は両端電圧が高くなりすぎると特性の劣化が進行する可能性があり、この特性劣化を防ぐためには第一のバスバー１１と第二のバスバー１４の電圧を順次測定し、キャパシタ５の両端電圧を制御しなければならない。これを一枚の回路基板３２によって行うことで、本実施の形態１ではキャパシタユニットを小型軽量化している。
【００３３】
次に、本発明の実施の形態１における効果を以下に説明する。
【００３４】
まず、本実施の形態１では、一枚の回路基板３２にて各キャパシタ５の両端電圧を測定することができ、キャパシタユニットの小型軽量化が可能となる。
【００３５】
これは、第一の導電部１３を介して第一のバスバー１１と回路基板３２の電圧バランス回路とを電気的に接続するとともに、同様に第二の導電部１５を介して第二のバスバー１４と回路基板３２の電圧バランス回路とを電気的に接続し、各キャパシタ５の両端電圧を測定していることによる。この構成により、上部ケース１７の上側に配置された回路基板３２のみで各キャパシタ５の両端電圧を測定できる。その結果、キャパシタユニットを小型軽量化することができる。
【００３６】
さらに、第一の導電部１３及び第二の導電部１５はそれぞれ第一のバスバー１１及び第二のバスバー１４と一体形成された構成としている。これにより、第一の導電部１３及び第二の導電部１５はそれぞれ第一のバスバー１１及び第二のバスバー１４と確実に接続され、接続部分での破損の可能性を低減することができる。特に、キャパシタユニットが車両に搭載された場合、車両の振動がキャパシタユニットに伝達することが予想されるため、この構成は有用である。
【００３７】
なお、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、第二のバスバー１４と第二の導電部１５を別体とし、溶接接続してもよい。この構成においても、第二のバスバー１４と第二の導電部１５は確実に接続される。さらに、第二のバスバー１４と第二の導電部１５は溶接接合性を良好なものとするために同じ金属で構成されていることが好ましく、さらに図５（ａ）に示す溶接部分３５の面積を大きくすることで、より確実に第二のバスバー１４と第二の導電部１５を接続できる。
【００３８】
また、本実施の形態１ではキャパシタ５が互いに平行な縦置き状態で配置されるとともに調圧弁１０が上側になるように配置する構成としている。このことにより、調圧弁１０から電解液が漏れる可能性が低減でき、高信頼性が得られる。
【００３９】
なお、キャパシタ５が互いに平行な横置き状態で配置されるとともに調圧弁１０は一方の端面の中心よりも上側に配置される構成としてもよい。このようにキャパシタユニットを水平方向に配置した場合であっても、本発明の構成を用いることで、キャパシタ５の一方の端面側にのみ設けた回路基板３２で各キャパシタ５の電圧を測定することが可能であり、キャパシタユニットを小型軽量化できる。さらに、調圧弁１０がキャパシタ５の端面の中心よりも上側に配置されていることにより、調圧弁１０から電解液が漏れる可能性を低減することができる。また、車両に搭載されるキャパシタユニットは、床下に搭載されることが多く、過酷な振動条件にさらされるとともに低背化が要求されるので、前述のようにキャパシタ５を平行な横置き状態とし全高を低くすれば、車両用のキャパシタユニットとして好適である。
【００４０】
なお、本発明の実施の形態１では円柱形状のキャパシタ５を採用したが、本発明はそれに限定されるものではなく、角柱形状あるいはその他の形状のキャパシタを採用してもよい。
【００４１】
（実施の形態２）
本実施の形態２と実施の形態１との違いは、図６に示すように第二の導電部１５と回路基板３２とをフレキシブルケーブル３６を介して接続したことである。
【００４２】
このフレキシブルケーブル３６の一方の端部には基板コネクタ３７が設けられ、他方の端部にはバスバーコネクタ３８が設けられている。そして、基板コネクタ３７は回路基板３２に実装されたソケット３９に差し込まれるとともにバスバーコネクタ３８は第二の導電部１５の端部の端子部１５ａと接続される。これらにより、第二のバスバー１４と回路基板３２が電気的に接続される。
【００４３】
この構成によっても、上部ケース１７の上側に配置された回路基板３２のみでキャパシタ５の両端電圧を測定でき、キャパシタユニットを小型軽量化することができる。
【００４４】
なお、フレキシブルケーブル３６の替わりに基板コネクタ３７とバスバーコネクタ３８をそれぞれ両端に取り付けた電線を用いても同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明にかかるキャパシタユニットは、各キャパシタの両端電圧を一枚の回路基板にて測定することができキャパシタユニットの小型軽量化が可能であるので、特に車両用の補助電源としてのキャパシタユニット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におけるキャパシタユニットの分解斜視図
【図２】本発明の実施の形態１におけるキャパシタユニットの一部組立斜視図
【図３】本発明の実施の形態１におけるキャパシタユニットの完成斜視図
【図４】本発明の実施の形態１におけるキャパシタユニットの一部断面図
【図５】本発明の実施の形態１におけるキャパシタユニットの他の構成の第二のバスバーを示し、（ａ）第二のバスバーへの第二の導電部の溶接接続前の斜視図、（ｂ）第二のバスバーへの第二の導電部の溶接接続後の斜視図
【図６】本発明の実施の形態２におけるキャパシタユニットのフレキシブルケーブル接続前の斜視図
【図７】従来のバッテリユニットの斜視図
【符号の説明】
【００４７】
５  キャパシタ
６  上部端面
７  突出部
８  端面周囲部
９  下部端面
１０  調圧弁
１０ａ  放出孔
１１  第一のバスバー
１３  第一の導電部
１４  第二のバスバー
１５  第二の導電部
１５ａ  端子部
１５ｂ  屈曲部
１６  Ｌ字状バスバー
１６ａ  Ｌ字状バスバーネジ孔
１７  上部ケース
１８  第一のバスバー開口部
１９  Ｌ字状バスバー開口部
２０  第二の導電部孔
２１  インサートナット
２２  上部固定ネジ孔
２３  固定棒
２４  上部固定ネジ
２５  下部ケース
２６  保持穴
２７  切り欠き部
２８  下部固定ネジ孔
２９  下部固定ネジ
３０  外部バスバー
３０ａ  外部バスバーネジ孔
３０ｂ  外部バスバー屈曲部
３１  ネジ
３２  回路基板
３３  第一の導電部孔
３４  端子孔
３５  溶接部分
３６  フレキシブルケーブル
３７  基板コネクタ
３８  バスバーコネクタ
３９  ソケット
【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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