(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】一方の端面に端面電極１１を有し、他方の端面に第二の端面電極１３を有するとともに並設配置された複数個のキャパシタ９と、このキャパシタ９の前記第一の端面電極１１に接続されるとともに一部が隣の前記キャパシタ９の前記第二の端面電極１３と接続されるバスバー２１と、前記複数個のキャパシタ９の前記一方の端面側または前記他方の端面側に配置された回路基板５３とを備え、前記バスバー２１から前記回路基板５３に向けて設けられた導電部２３を介して前記バスバー２１と前記回路基板を電気的に接続した構成としたので、一枚の回路基板によって各キャパシタ９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できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の端面に第一の端面電極を有し、他方の端面に第二の端面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、
このキャパシタの前記第一の端面電極に接続されるとともに一部が隣の前記キャパシタの前記第二の端面電極と接続されるバスバーと、
前記複数個のキャパシタの前記一方の端面側または前記他方の端面側に配置された回路基板とを備え、
前記バスバーから前記回路基板に向けて設けられた導電部を介して前記バスバーと前記回路基板を電気的に接続したキャパシタユニット。
【請求項２】
前記バスバーの第一、第二の端面電極接続部間に屈曲部を設けた請求項１に記載のキャパシタユニット。
【請求項３】
前記キャパシタの前記一方の端面及び前記他方の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第一の固定ケース及び第二の固定ケースと、
前記キャパシタの一方の端面または他方の端面に設けられた調圧弁とを備え、
前記第一の固定ケースまたは前記第二の固定ケースには、前記調圧弁と前記第一の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または２に記載のキャパシタユニット。
【請求項４】
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キャパシタの中心軸よりも上部に配置された請求項３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３を備えていた。
【０００５】
そして、このバスバー３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３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５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３がキャパシタの上下両端部分７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上下両端部分７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、一方の端面に第一の端面電極を有し、他方の端面に第二の端面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、このキャパシタの前記第一の端面電極に接続されるとともに一部が隣の前記キャパシタの前記第二の端面電極と接続されるバスバーと、前記複数個のキャパシタの前記一方の端面側または前記他方の端面側に配置された回路基板とを備え、前記バスバーから回路基板に向けて設けられた導電部を介して前記バスバーと前記回路基板を電気的に接続した構成とした。
【発明の効果】
【００１２】
上記構成により本発明は、キャパシタの一方の端面側に配置された回路基板にて各キャパシタの両端電圧の測定及び制御が可能となる。これは、隣り合うキャパシタ同士の第一の端面電極と第二の端面電極との接続が可能な形状のバスバーを設けたことで、このバスバーに設けられた導電部にてバスバーと回路基板との電気的な接続を可能としたことによる。この構成により、一枚の回路基板にて各キャパシタの両端電圧の測定及び制御ができ、キャパシタユニットの小型軽量化が可能となる。
【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に示すように、互いに平行な縦置き状態で設置された複数個のキャパシタ９は、直径３ｃｍの円柱形状の電気二重層コンデンサであり、これら複数個のキャパシタ９により電気を蓄えている。さらに、各キャパシタ９は上部端面に第一の端面電極１１を有するとともに下部端面に第一の端面電極１１とは異なる極性の第二の端面電極１３を有しており、本実施の形態１では各キャパシタ９の第一の端面電極１１を正極、第二の端面電極１３を負極としている。第一の端面電極１１は、キャパシタ９を内部密封するために、キャパシタ９の側面部分と絶縁部材（図示せず）を介してかしめられている。さらに、第一の端面電極１１には調圧弁１５及び、第一の端面電極１１の一部を端面周囲部１７よりも突出させた半円状の突出部１９を設けている。調圧弁１５は、キャパシタ９内部の電解液が気化した際に、調圧弁１５の外表面に設けられた放出孔１５ａより気化した電解液を放出し、キャパシタ９内部の圧力が上昇するのを防ぐ。調圧弁１５はキャパシタ９の上部端面に配置されているので、キャパシタ９内の電解液が外部に漏れる可能性は低減されている。なお、本実施の形態１で用いられたキャパシタ９の両端面及び側面はアルミニウムにて形成されている。
【００１５】
バスバー２１はクランク状の形状を有し、図１に示すように、隣り合うキャパシタ９の第一の端面電極１１と第二の端面電極１３とを電気的に接続している。特に、バスバー２１と第一の端面電極１１との接続においては、バスバー２１は第一の端面電極１１の一部を突出させた半円状の突出部１９と当接されている。なお、本実施の形態１ではバスバー２１をクランク状の形状としているが、これに限らず、第一の端面電極１１と第二の端面電極１３を接続するのであれば他の形状であってもよい。また、バスバー２１の上部には後に述べる突起状の導電部２３が一体形成されている。
【００１６】
図１の手前側に示されるクランク状端部バスバー２５は、最も手前に位置するキャパシタ９の第二の側面電極１３と接続され、さらに外部配線と電気的に接続するためにネジ孔２７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。なお、クランク状端部バスバー２５の上部には、バスバー２１と同様に導電部２３が設けられている。
【００１７】
また、図１の奥に図示されるＬ字状端部バスバー２９は、クランク状端部バスバー２５と同様に外部配線のために設けられ、上部には導電部２３が設けられている。図示はしていないが、Ｌ字状端部バスバー２９もクランク状端部バスバー２５と同様に外部配線との接続のためのネジ孔が設けられている。このＬ字状端部バスバー２９は奥に位置するキャパシタ９の突出部１９と接続される。
【００１８】
なお、本実施の形態１ではバスバー２１、クランク状端部バスバー２５、及びＬ字状端部バスバー２９はキャパシタ９の第一の端面電極１１及び第二の端面電極１３との溶接接合性を向上させるため、キャパシタ９の端面及び側面と同一のアルミニウム製としたが、キャパシタ９の端面及び側面と同一であればアルミニウム以外の金属でも良い。また、これらバスバー２１、クランク状端部バスバー２５、及びＬ字状端部バスバー２９は、アルミニウム板をプレス成形することで得られる。
【００１９】
導電部２３は、バスバー２１、クランク状端部バスバー２５、及びＬ字状端部バスバー２９の上部に突起状に一体形成されている。さらに、導電部２３の上部には突起状の端子部３１が一体形成されており、この端子部３１は後述する図４の回路基板５３とハンダ付けにより接続するため錫メッキが施されている。この端子部３１と回路基板５３とを接続することで、回路基板５３はバスバー２１、クランク状端部バスバー２５、及びＬ字状端部バスバー２９における電圧の検知が可能となる。
【００２０】
第一の固定ケース３３は樹脂で形成され、キャパシタ９の上部が挿入、固定される。この第一の固定ケース３３に設けられたバスバー開口部３５からは導電部２３及びバスバー２１の一部が露出する。なお、Ｌ字状端部バスバー２９は、第一の固定ケース３３の上部に配置され、端部開口部３５ａから露出した突出部１９と接続される。この第一の固定ケース３３の左端部にはインサートナット３７が埋め込まれており、このインサートナット３７によりクランク状端部バスバー２５と後述する図４の外部バスバー５５が電気的、機械的に接続される。また、第一の固定ケース３３には上部固定ネジ孔３９が設けられている。上部固定ネジ孔３９の位置に固定棒４１を配置し、上から上部固定ネジ４３を締め込むことで、固定棒４１と第一の固定ケース３３は固定される。
【００２１】
第二の固定ケース４５も第一の固定ケース３３と同様、樹脂で形成されている。第二の固定ケース４５には保持孔４７が設けられており、キャパシタ９の下部及びバスバー２１はこの保持孔４７に挿入され、固定される。この時、バスバー２１は図１における手前隣のキャパシタ９の第一の端面電極１１に被せなければならないので、キャパシタ９は手前から奥に向かって順次挿入していく。これにより、第一の端面電極１１はバスバー２１により隣のキャパシタ９の第二の端面電極１３と接続される。さらに、第二の固定ケース４５には下部固定ネジ孔４９が設けられており、この下部固定ネジ孔４９の位置に配置された固定棒４１に下部固定ネジ５１を締め込むことで、固定棒４１と第二の固定ケース４５は固定される。
【００２２】
なお、図１においてキャパシタ９の下部及びバスバー２１を第二の固定ケース４５に挿入させる際、キャパシタ９の第二の端面電極１３とバスバー２１は、予め接続されている。これら第二の端面電極１３とバスバー２１との接続は、図２に示すようにバスバー２１を矢印の向きから第二の端面電極１３と当接させ、さらに溶接することで行われる。図１では、このようにして第二の端面電極１３とバスバー２１とを溶接したキャパシタ９を第二の固定ケース４５に挿入している。また、図３に示すようにバスバー２１は屈曲部２１ａが設けられる構成としてもよい。バスバー２１の中心部分付近に設けられた屈曲部２１ａは、振動や熱によってバスバー２１に生じる応力を吸収する。
【００２３】
以上の構成部品を組み立てた状態を図４に示す。第一の固定ケース３３と第二の固定ケース４５は固定棒４１によって接続されており、キャパシタ９は第一の固定ケース３３と第二の固定ケース４５に挟持されることで強固に固定されている。
【００２４】
バスバー２１及びＬ字状端部バスバー２９は図４に示す×印の部分をレーザ溶接することで突出部１９と強固に接続されている。図４では、スポット状に多点を溶接しているが、これは溶接位置を順次ずらして線状に溶接してもよい。この場合はスポット状に溶接した場合に比べ、強固に接続される。バスバー２１、Ｌ字状端部バスバー２９、及びクランク状端部バスバー２５に配置された導電部２３は、端子部３１を回路基板５３に設けられた接続孔５３ａに挿入し、接続するため、バスバー開口部３５から露出している。
【００２５】
回路基板５３は、電圧バランス回路（図示せず）を有しており、この回路基板５３とバスバー２１、Ｌ字状端部バスバー２９、及びクランク状端部バスバー２５とを電気的に接続することで、各キャパシタ９の電圧を測定、制御している。
【００２６】
また、クランク状端部バスバー２５に設けられたネジ孔２７は、外部と配線するために外部バスバー５５に設けられた外部バスバーネジ孔５７とともにネジ５９でインサートナット３７に締め込んで固定される。この際、ワッシャ６１を介してネジ５９は締め込まれる。なお、外部バスバー５５には外部バスバー屈曲部６３が設けられており、この外部バスバー屈曲部６３が振動や熱による応力を吸収することで外部バスバー５５に破損が生じる可能性を低減している。
【００２７】
以上の部材を組み立てると図５に示すキャパシタユニットが完成する。この状態にてキャパシタユニットは使用され、キャパシタ９に電気が充電される。
【００２８】
回路基板５３は第一の固定ケース３３の上部に設置され、接続孔５３ａにはバスバー２１、Ｌ字状端部バスバー２９、及びクランク状端部バスバー２５に設けられた端子部３１が挿入され、ハンダ付けにより接続されている。ネジ５９は外部バスバーネジ孔５７に挿入、固定されており、外部バスバー５５を介してキャパシタユニットは外部配線と電気的に接続されている。
【００２９】
次に、図５において点線で示される四角形部分の断面図を図６に示す。
【００３０】
前述のように、突出部１９は端面周囲部１７よりその高さが高く設けてあるので、図６より明らかなようにバスバー２１は端面周囲部１７と接触して短絡してしまうことはない。また、バスバー２１はキャパシタ９の側面とも接触しないよう、バスバー２１はキャパシタ９の側面と空隙を介して配置されているので、キャパシタ９が側面に電極を有する構成であっても短絡の可能性は低減される。
【００３１】
また、調圧弁１５は第一の固定ケース３３の一部のカバー部３３ａに対向して覆われており、回路基板５３及びバスバー２１とはカバー部３３ａによって隔てられている。さらに調圧弁１５は端面周囲部１７よりその高さが低く構成され、調圧弁１５とその上部に配置された第一の固定ケース３３の間には空隙が存在する。したがって、図１の放出孔１５ａは塞がれることがないので、放出孔１５ａから気化した電解液の放出は正常に行われる。
【００３２】
なお、図６に示すように、端子部３１は導電部２３から突出した形状となっており、また図４の接続孔５３ａの径は端子部３１とほぼ同じ大きさとしているので、回路基板５３は端子部３１より下部には挿入されず、回路基板５３と第一の固定ケース３３の間には、導電部２３が第一の固定ケース３３から突出した分だけ空隙６５が存在する。したがって、上部固定ネジ４３のネジ頭の高さはこの空隙６５の高さよりも低いので、上部固定ネジ４３のネジ頭が回路基板５３に接触する可能性は低減されている。
【００３３】
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効果について以下に説明する。
【００３４】
まず、本実施の形態１では、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、図１に示すように、隣り合う複数個のキャパシタ９の端面電極が同じ極性を持つように並設配置し、さらにこの並設配置された複数個のキャパシタ９のうち、隣り合うキャパシタ９同士の第一の端面電極１１と第二の端面電極１３とをクランク状のバスバー２１にて接続したことによる。
【００３６】
この構成により、各キャパシタ９間を接続するバスバー２１に回路基板５３配置方向に突出した導電部２３を設けることが可能となり、この導電部２３を介して各バスバー２１を一枚の回路基板５３に接続できる。この時、回路基板５３に設けられた電圧回路にて検出されるバスバー２１の電圧は、それぞれのバスバー２１が接続された端面電極の電圧とほぼ等しい。したがってこの結果、一枚の回路基板５３にて各キャパシタ９の両端電圧の測定及び制御が可能となり、キャパシタユニットの小型軽量化ができる。
【００３７】
また、図３に示すように、バスバー２１に屈曲部２１ａを設ける構成としてもよい。これにより、熱や振動によりバスバー２１に生じた応力を屈曲部２１ａが吸収し、バスバー２１に破損が生じる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を車両に搭載した場合、強い振動が伝達する可能性があることから、キャパシタユニットには耐振動性が求められる。したがって、本構成は車両用のキャパシタユニットとして有用である。
【００３８】
なお、調圧弁１５は図６のごとくカバー部３３ａを対向させることで回路基板５３及びバスバー２１と隔てられて構成されている。これにより、図１の放出孔１５ａから気化した電解液が放出されても回路基板５３及びバスバー２１に付着することはなく、これらの腐食可能性を低減できる。したがって、キャパシタユニットの高信頼性が得られる。
【００３９】
なお、キャパシタ９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１５はキャパシタ９の第１の端面電極１１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９の第一の端面電極１１側にのみ設けた回路基板５３で各キャパシタ９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、この構成では、第二の端面電極１３側に回路基板５３を設けた場合であっても、キャパシタユニットを水平方向に寝かせて配置させているので回路基板５３がキャパシタ９の重みの影響を受けることはなく、回路基板５３の破損の可能性が低減される。また、調圧弁１５がキャパシタ９の第一の端面電極１１の中心よりも上側に配置されていることにより、放出孔１５ａから電解液が漏れる可能性を低減することができる。なお、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、低背化が要求されるので、前述のようにキャパシタユニット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】
また、本実施の形態１では円柱状のキャパシタ９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。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明にかかるキャパシタユニットは、各キャパシタ間を接続するバスバーに備えられた導電部を一枚の回路基板に接続でき、この一枚の回路基板にて各キャパシタの両端電圧の測定及び制御が可能である。この結果、キャパシタユニットの小型軽量化が可能となるので、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効に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【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とバスバーの溶接を示す斜視図
【図３】本発明の他の形態におけるバスバーの斜視図
【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組立斜視図
【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完成斜視図
【図６】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７】従来のバッテリユニットの斜視図
【符号の説明】
【００４３】
９  キャパシタ
１１  第一の端面電極
１３  第二の端面電極
１５  調圧弁
１５ａ  放出孔
１７  端面周囲部
１９  突出部
２１  バスバー
２１ａ  屈曲部
２３  導電部
２５  クランク状端部バスバー
２７  ネジ孔
２９  Ｌ字状端部バスバー
３１  端子部
３３  第一の固定ケース
３３ａ  カバー部
３５  バスバー開口部
３７  インサートナット
３９  上部固定ネジ孔
４１  固定棒
４３  上部固定ネジ
４５  第二の固定ケース
４７  保持孔
４９  下部固定ネジ孔
５１  下部固定ネジ
５３  回路基板
５３ａ  接続孔
５５  外部バスバー
５７  外部バスバーネジ孔
５９  ネジ
６１  ワッシャ
６３  外部バスバー屈曲部
６５  空隙
【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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