(57)【要約】【課題】発熱を低減した高信頼キャパシタユニットを提供することを目的とする。【解決手段】柱形状を有し、電極１３が前記柱形状の両端面に設けられた複数のキャパシタ１１と、電極１３間を直列、並列、または直並列になるように溶接接続された内部バスバー２１と、キャパシタ１１の上端面、および下端面をそれぞれ挿入することにより、キャパシタ１１を保持する上ケース１７、および下ケース１９とから構成されるキャパシタブロック１５を複数有し、複数のキャパシタブロック１５間は、キャパシタブロック１５の端部に位置する電極１３に接続された引き出し電極２３に外部バスバー３１をネジ３７で固定することにより電気的に接続され、引き出し電極２３と、外部バスバー３１との接触部分には少なくとも外部バスバー３１に突起部を設けたものである。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
柱形状を有し、電極が前記柱形状の両端面に設けられた複数のキャパシタと、
前記電極間が直列、並列、または直並列になるように溶接接続された内部バスバーと、
前記キャパシタの上端面、および下端面をそれぞれ挿入することにより、前記キャパシタを保持する上ケース、および下ケースとから構成されるキャパシタブロックを複数有し、
複数の前記キャパシタブロック間は、前記キャパシタブロックの端部に位置する前記電極、または前記電極に接続された引き出し電極に外部バスバーをネジで固定することにより電気的に接続され、
前記電極、または前記引き出し電極と、前記外部バスバーとの接触部分には少なくとも前記外部バスバーに突起部を設けたキャパシタユニット。
【請求項２】
前記外部バスバーの一部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】
前記突起部は前記接触部分において互いに嵌合する凹凸部である請求項１に記載のキャパシタユニット。
【請求項４】
前記凹凸部は溝状に形成され、前記溝は使用時に受ける前記キャパシタの振動方向に対して直角になるようにした請求項１に記載のキャパシタユニット。
【請求項５】
前記上ケースには前記ネジ穴と対向する位置にインサートナットが埋め込まれ、前記引き出し電極と前記外部バスバーを前記ネジで固定する際に、前記ネジは前記外部バスバーと前記引き出し電極を介して前記インサートナットに締め込まれる請求項１に記載のキャパシタユニット。
【請求項６】
前記上ケースには前記ネジ穴と対向する位置に、ナットを収納するとともに前記ナットが当接する内幅を有するナット収納部を設け、前記引き出し電極と前記外部バスバーを前記ネジで固定する際に、前記ネジは前記外部バスバーと前記引き出し電極を介して前記ナットに締め込まれる請求項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】
本発明は主に車両の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、地球環境保護の観点から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自動車（以下、車両という）の開発が急速に進められており、それに伴い車両の制動エネルギーを電気エネルギーとして回生するシステムについて各種の提案がなされてきている。
【０００３】
このような回生システムにおいては、制動エネルギーを一時的に電気エネルギーとして蓄電素子に蓄えるとともに停車後エンジンを停止し、車両の再起動時に、蓄えた前記電気エネルギーでエンジンを始動するシステムである。このシステムには蓄電素子としてバッテリよりも急速充放電特性に優れるキャパシタを用いた方が高速始動できるので、キャパシタ使用回生システムが特に注目されている。
【０００４】
しかし、エンジンの始動を行うほどの電力を蓄えるためには大容量の例えば電気二重層キャパシタが必要となり、さらにこのキャパシタの充電電圧は２．２Ｖ程度で低いので、多数のキャパシタを接続して電圧を上げる必要がある。
【０００５】
このように多数の蓄電素子を接続した構成例が特許文献１に記載されている。これは蓄電素子にバッテリを用いた停電時のバックアップ電源の例であるが、図７に示すようにバッテリ１０１を正極、負極が隣同士で互いに異なるように配置し、両極間を導電材１０２（バスバー）で順次接続することにより、複数のバッテリ１０１（図７では７個）を直列に接続している。これを複数段（図７では４段）接続するとともに、各段の間には絶縁シート１０３を設けている。このようにして多数のバッテリ１０１を接続した電池パック１０４が形成されている。以上の構成により、高電圧出力のバックアップ電源が得られる。
【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】
【０００６】
このようなバックアップ電源は、例えば主に屋内で使用される情報処理装置用等であれば、確かに停電時に情報処理装置に電力を供給できるので、情報処理装置が停止することがなくなり高信頼性が得られる。
【０００７】
しかし、このような構成のバックアップ電源を車両に搭載する場合を考えると、回生時やエンジン始動時には数１００Ａの大電流が流れるので、蓄電素子の電極とバスバーの接触抵抗が大きければ接続部分で発熱し、蓄電素子が劣化してしまうという課題があった。
【０００８】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、発熱を低減した高信頼キャパシタユニットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記従来の課題を解決するために、本発明のキャパシタユニットは、柱形状を有し、電極が前記柱形状の両端面に設けられた複数のキャパシタと、前記電極間を直列、並列、または直並列になるように溶接接続された内部バスバーと、前記キャパシタの上端面、および下端面をそれぞれ挿入することにより、前記キャパシタを保持する上ケース、および下ケースとから構成されるキャパシタブロックを複数有し、複数の前記キャパシタブロック間は、前記キャパシタブロックの端部に位置する前記電極、または前記電極に接続された引き出し電極に外部バスバーをネジで固定することにより電気的に接続され、前記電極、または前記引き出し電極と、前記外部バスバーとの接触部分には少なくとも前記外部バスバーに突起部を設けたものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、キャパシタブロック内は接触抵抗の極めて低い溶接により電極と内部バスバーを接続し、キャパシタブロック間は、電極、または引き出し電極と、外部バスバーとの接触部分に突起部を設けることで、両者をネジで締め込むことにより、突起部が食い込み接触面積が増大して接触抵抗が低減するので、キャパシタユニット全体としての発熱が低減し高信頼性が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１２】
（実施の形態）
図１は本発明の実施の形態におけるキャパシタユニットのキャパシタブロックにおける一部分解斜視図である。図２は本発明の実施の形態におけるキャパシタユニットの一部分解斜視図であり、（ａ）は外部バスバーの接続を示す斜視図を、（ｂ）は外部バスバーの引き出し電極との接触面側の斜視図をそれぞれ示す。図３は本発明の実施の形態におけるキャパシタユニットの完成時の一部斜視図である。図４は本発明の実施の形態におけるキャパシタユニットのネジ取り付け部分の断面図である。図５は本発明の実施の形態におけるキャパシタユニットの他の構成の外部バスバーの斜視図であり、（ａ）は三角錐状突起部を設けた外部バスバーの斜視図を、（ｂ）は円弧状突起部を設けた外部バスバーの斜視図をそれぞれ示す。図６は本発明の実施の形態におけるキャパシタユニットのナット収納部の斜視図である。なお、本実施の形態では車両の回生システムに適用するキャパシタユニットの構成例について説明する。
【００１３】
図１において、電力を蓄えるキャパシタ１１は例えば直径３ｃｍの円柱形状の電気二重層コンデンサであり、その両端面にはアルミニウム製の電極１３が設けられている。電極１３は一方の端面が正極、他方の端面が負極になるように構成されている。キャパシタ１１は複数（例えば１０個）を１組としてキャパシタブロック１５が形成されている。
【００１４】
次に、キャパシタブロック１５の詳細構成について説明する。複数（１０個）のキャパシタ１１は、図１に示すように上端面が上ケース１７に、下端面が下ケース１９に挿入、保持されている。なお、上ケース１７と下ケース１９は樹脂製であり、それぞれキャパシタ１１が挿入できる直径の保持穴（図示せず）が一体成型されている。図１の例では１０個のキャパシタ１１を挿入するため、前記保持穴は奥行方向に５個を２列（計１０個）設けた。
【００１５】
本実施の形態では、キャパシタブロック１５に保持されるキャパシタ１１は隣り合うキャパシタ１１の電極１３の極性が互いに正負異なるように上ケース１７、および下ケース１９に挿入した状態で、後述する内部バスバーで電極１３を接続する構成としている。従って、キャパシタブロック１５のキャパシタ１１は全て直列に接続される。
【００１６】
このように接続するために、上ケース１７と下ケース１９の保持穴は図１に示すように電極１３の一部が露出するように形成されている。隣り合う露出した電極１３は内部バスバー２１で接続される。この際、内部バスバーは厚さ０．５ｍｍのアルミニウム製としたので、同じくアルミニウム製の電極１３とレーザ溶接することができる。その結果、１０個のキャパシタ１１はキャパシタブロック１５の端部のキャパシタ１１（図１の最も手前の２個）の電極１３間で従来の図７のように直列に溶接接続されることになる。
【００１７】
また、端部のキャパシタ１１の電極１３にはアルミニウム製の引き出し電極２３がレーザ溶接によりそれぞれ接続されている。引き出し電極２３は図１に示すようにＬ字形状をしており、電極１３と溶接されない面には後述する外部バスバーを固定するためのネジ穴２５が設けられている。さらに、引き出し電極２３のネジ穴２５を設けた面、すなわち外部バスバーとの接触部分には突起部としての凹凸部２７が設けられている。凹凸部２７は断面が鋸の刃のような三角形状をしており、その高さは約０．２ｍｍとした。このようなネジ穴２５や凹凸部２７は引き出し電極２３をプレスすることにより一体成型される。
【００１８】
なお、上ケース１７にはネジ穴２５と対向する位置にインサートナット２９が埋め込まれている。これにより、後述する外部バスバーと引き出し電極２３をネジ固定することができる。
【００１９】
以上の構成により、キャパシタブロック１５が形成されている。
【００２０】
次に、このようなキャパシタブロック１５の接続構成について図２を参照しながら説明する。なお、図２（ａ）において、×印は内部バスバー２１や引き出し電極２３の電極１３に対する溶接箇所を示し、本実施の形態では溶接箇所を線状に多点とすることで接続部分の信頼性を向上している。
【００２１】
隣り合うキャパシタブロック１５は、それぞれの引き出し電極２３に外部バスバー３１を取り付けることにより接続している。この際、図２（ｂ）に示すように、外部バスバー３１の引き出し電極２３との接触部分には、引き出し電極２３と同じ形状の凹凸部３３が一体成型されている。従って、外部バスバー３１を引き出し電極２３に接触させると、凹凸部２７、３３が互いに嵌合する。これにより、両者の接触面積が増えるので接触抵抗が下がり、接触部分での発熱を低減することができる。なお、外部バスバー３１は厚さ１ｍｍの銅製であるので、外部バスバー３１自体の内部抵抗も小さくすることができ、さらに発熱低減に寄与する。
【００２２】
ここで、凹凸部２７、３３は図２に示すように水平方向に溝状に形成されている。これは、キャパシタブロック１５を図２に示す状態、すなわちキャパシタ１１を立てた状態で車両に搭載した場合、車両使用時にキャパシタ１１が受ける振動方向は図２の上下方向になるので、それによる引き出し電極２３と外部バスバー３１の上下方向応力によるずれを低減するために、溝が振動方向に対して直角になるようにしている。
【００２３】
外部バスバー３１には図２（ａ）に示すように引き出し電極２３のネジ穴２５と対応する位置（２ヶ所）にネジ穴３５を設けた。また、外部バスバー３１の一部には屈曲部４１を設けている。本実施の形態ではネジ３７を固定した時に干渉しない位置であるバスバー３１の中央部分に「く」の字状の屈曲部４１を設けている。これにより、隣り合うキャパシタブロック１５の位置ずれや温度変化による熱膨張、車両の振動による変位を屈曲部４１で吸収することができ、外部バスバー３１の信頼性を向上できる。
【００２４】
なお、外部バスバー３１に設けた凹凸部３３、ネジ穴３５、および屈曲部４１は全てプレス加工により形成されている。
【００２５】
次に、外部バスバー３１と引き出し電極２３の接続固定方法について説明する。外部バスバー３１は引き出し電極２３とネジ穴２５、３５が合致し、かつ凹凸部２７、３３が嵌合するように配置する。その後、ネジ３７をネジ穴２５、３５に挿入し、外部バスバー３１と引き出し電極２３を介してインサートナット２９に締め込むことで、外部バスバー３１と引き出し電極２３を固定する。なお、ネジ３７はワッシャ４３を介して締め込んでもよい。この場合は車両の振動によるネジ３７の緩みを低減できる。
【００２６】
以上のようにして、各キャパシタユニット１５に外部バスバー３１を取り付けた後の状態を図３に示す。複数のキャパシタブロック１５を図３のように順次接続することによって、キャパシタブロック１５同士を直列、並列、または直並列に接続でき、車両用の回生システムに必要な電力仕様のキャパシタユニットを構成することができる。
【００２７】
ここで、ネジ３７の固定部分について図４を参照しながら説明する。なお、図４は図３の太点線で示した部分を矢印の方から見た時の断面図である。
【００２８】
ネジ３７はワッシャ４３、外部バスバー３１、引き出し電極２３を介してインサートナット２９に締め込まれており、これにより外部バスバー３１と引き出し電極２３が電気的、機械的に接続される。この時、凹凸部２７、３３は嵌合した状態でネジ３７の締め込みにより食い込むように圧縮される。その結果、外部バスバー３１は銅製であり、アルミニウム製の引き出し電極２３よりも硬いので、外部バスバー３１の凹凸部３３が引き出し電極２３の凹凸部２７を圧縮し、一部変形することになる。これにより、より強固な接続がなされ、接触抵抗をさらに低減している。
【００２９】
なお、本実施の形態では、突起部を凹凸部２７、３３として形成しているが、これは図５（ａ）、（ｂ）に示すように、少なくとも外部バスバー３１のネジ穴３５における周囲部分に一体形成した突起部５１としてもよい。この場合、引き出し電極２３は平らでも、同様の突起部を設けてもよい。突起部５１の形状は図５（ａ）では三角錐状、図５（ｂ）では円弧状である。いずれもネジ３７を締め込むことにより、突起部５１が引き出し電極２３に押し込まれる。この時、突起部５１の先端には応力が集中するので、突起部５１が潰れながらネジ３７が締め込まれる。これによっても、引き出し電極２３と外部バスバー３１の接触抵抗が小さくなり、発熱を低減できる。なお、図５（ａ）において突起部５１は三角錐状としたが、これは他の角錐状や円錐状でもよい。
【００３０】
以上の構成により、キャパシタブロック１５内は全てのキャパシタ１１を内部バスバー２１で溶接接続することにより接触抵抗を低減でき、キャパシタブロック１５間の接続は凹凸部３３を設けた外部バスバー３１をネジ３７で引き出し電極２３の凹凸部２７に嵌合するように接続することで接触抵抗を低減できるので、発熱を低減した高信頼キャパシタユニットを実現できる。
【００３１】
なお、図１〜３に示す本実施の形態のキャパシタ１１では省略しているが、キャパシタ１１の内部に充填されている電解液が気化した時に、内圧が高くならないように外部へ放出する調圧弁を設けたキャパシタを用いてもよい。この場合は、調圧弁の動作を妨げないように、電極１３において内部バスバー２１や引き出し電極２３で覆われない部分に調圧弁を配置する必要がある。
【００３２】
また、本実施の形態ではキャパシタブロック１５の端部のキャパシタ１１（図１における手前の２個のキャパシタ１１）の電極１３に引き出し電極２３を溶接接続しているが、これは引き出し電極２３を介さず直接電極１３に外部バスバー３１を接続する構成としてもよい。この場合は、引き出し電極２３やインサートナット２９が不要となり、構成上は簡単になるが、電極１３にネジ３７を締め込むメネジ部分を形成する必要があるので、電極１３の厚みが厚くなる。また、外部バスバー３１に凹凸部３３を設けた場合は、電極１３の表面にも凹凸部２７を設けておく必要がある。
【００３３】
また、本実施の形態ではネジ３７をインサートナット２９で締め込む構成としたが、図６の点線で示すように、ナット５３が当接する内幅を有するナット収納部５５を、上ケース１７の、ネジ穴２５と対向する位置に一体成型で設け、ナット収納部５５にナット５３を収納する構成としてもよい。この場合、ナット５３の角がナット収納部５５の内幅部分の壁面に当接するので、ナット５３が空回りすることなくネジ３７を締め込むことができる。
【００３４】
また、本実施の形態のキャパシタブロック１５は内部バスバー２１でキャパシタ１１を全数直列に溶接接続しているが、これは並列や直並列の接続でもよい。
【００３５】
また、実施の形態ではキャパシタユニットをハイブリッド車やアイドリングストップ車に用いられる車両の回生システムに適用した場合について述べたが、それに限らず、電動パワーステアリングや電動過給器等の短時間に大電流を消費する各システムの車両用補助電源、あるいは一般の非常用補助電源等にも適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明にかかるキャパシタユニットは、キャパシタブロック間を外部バスバーにより引き出し電極との接触面積が増えるようにネジ止め接続したので、発熱が低減でき高信頼性が得られ、特に車両の補助電源等に利用される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】
【００３７】
【図１】本発明の実施の形態におけるキャパシタユニットのキャパシタブロックにおける一部分解斜視図
【図２】本発明の実施の形態におけるキャパシタユニットの一部分解斜視図であり、（ａ）外部バスバーの接続を示す斜視図、（ｂ）外部バスバーの引き出し電極との接触面側の斜視図
【図３】本発明の実施の形態におけるキャパシタユニットの完成時の一部斜視図
【図４】本発明の実施の形態におけるキャパシタユニットのネジ取り付け部分の断面図
【図５】本発明の実施の形態におけるキャパシタユニットの他の構成の外部バスバーの斜視図であり、（ａ）三角錐状突起部を設けた外部バスバーの斜視図、（ｂ）円弧状突起部を設けた外部バスバーの斜視図
【図６】本発明の実施の形態におけるキャパシタユニットのナット収納部の斜視図
【図７】従来のバックアップ電源の斜視図
【符号の説明】
【００３８】
１１  キャパシタ
１３  電極
１５  キャパシタブロック
１７  上ケース
１９  下ケース
２１  内部バスバー
２３  引き出し電極
２５、３５  ネジ穴
２７、３３  凹凸部
２９  インサートナット
３１  外部バスバー
３７  ネジ
４１  屈曲部
５１  突起部
５３  ナット
５５  ナット収納部
【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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