(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極および負極をなす一対の分極性電極間にセパレータを配し、かつ前記分極性電極の他の表面それぞれに正極および負極をなす集電体を積層した積層体を電解液を充填した外装材内に収納するとともに、前記正極および前記負極をなす集電体とそれぞれ接続された一対の接続端子を外装材の壁面を絶縁状態で貫通させて外部へ突出させた状態で封止した複数の電気二重層コンデンサを具備し、該電気二重層コンデンサの前記接続端子を互いに直列に接続してなる電気二重層コンデンサモジュールであって、前記外装材の外表面に電解液の漏洩を検知する検知部を設けるとともに、該検知部にて検知した信号にて電解液が漏洩した電気二重層コンデンサの一対の接続端子間を短絡する短絡回路を配設してなり、前記短絡回路が前記一対の接続端子と前記検知部とに接続され、前記一対の接続端子間に一方の前記接続端子から他方の前記接続端子に向かって電流を流すように接続された第１のトランジスタと、前記一対の接続端子と前記検知部とに接続され、前記第１のトランジスタと並列に前記他方の接続端子から前記一方の接続端子に向かって電流を流すように接続された第２のトランジスタとを有することを特徴とする電気二重層コンデンサモジュール。
【請求項２】
前記外装材が導電性材料からなるとともに、前記検知部が前記外装材に電気的に接続されてなり、電解液の漏洩によって前記接続端子と電気的に接続される前記外装材の電位の変化を前記検知部にて検知することを特徴とする請求項１記載の電気二重層コンデンサモジュール。
【請求項３】
前記外装材が絶縁体からなるとともに、前記検知部が前記接続端子の近傍に帯状に配設されてなり、電解液の漏洩によって前記接続端子と電気的に接続される前記検知部の電位の変化を前記検知部にて検知することを特徴とする請求項１記載の電気二重層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、電解液の漏洩を自動的に検知して、自動的に電解液の漏洩した電気二重層コンデンサのみを短絡できる電気二重層コンデンサモジュールに関する。
【０００２】
【従来技術】
電気二重層コンデンサは、電極と電解液との界面においてイオンの分極によりできる電気二重層を利用したコンデンサであり、従来のコンデンサに比較して大容量の静電容量を充電できるとともに、急速充放電が可能であり、その応用が期待されている。
【０００３】
一般的な電気二重層コンデンサの構造の一例は、図５の概略断面図に示すとおり、電解液を含浸した２枚の分極性電極３０間に絶縁性の多孔質セパレータ３１を形成し、かつ、分極性電極３０の他の表面それぞれに集電体３２を形成した積層体が、外装材３４内部に収納され、外部から封止された構造からなる。
【０００４】
ここで、一対の集電体３２の一端にはそれぞれ接続端子３６が接続され、一対の該接続端子３６はそれぞれ外装材３４の壁面を貫通して外装材３４の外部に突出している。また、接続端子３６と外装材３４との間には封止部材３７が配設されている。さらに、外装材３４の内部は電解液が充填されており、該電解液中のイオンの移動により分極性電極間で静電容量を発生するようになっている。
【０００５】
さらにまた、電気二重層コンデンサ３５を複数個接続するには、図６の概略斜視図に示すように、電気二重層コンデンサ３５Ａの接続端子３６ｂを隣接する電気二重層コンデンサ３５Ｂの接続端子３６ａと電気的に接続し、かつ電気二重層コンデンサ３５Ｂの接続端子３６ｂを隣接する電気二重層コンデンサ３５Ｃの接続端子３６ａと電気的に接続することによって、複数個の電気二重層コンデンサ３５Ａ、３５Ｂ、３５Ｃを直列に接続することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、かかる電気二重層コンデンサモジュールにおいては、繰り返しの充放電によって、前記電解液中の不純物による電解液の分解や分極性電極の劣化が生じ、ガスが発生して外装材内部の内圧が上昇してしまい、最終的には外装材の接続端子突出部との隙間から電解液が漏洩してしまう恐れがあった。また、かかる電気二重層コンデンサでは電解液の漏洩によってもコンデンサ自体は作動し続けるために、電解液の漏洩が激しくなり、最終的には、大電力にて充放電する電気二重層コンデンサ自体に引火してしまう危険性もあった。
【０００７】
さらにまた、電気二重層コンデンサを複数個直列に接続する場合、１つの電気二重層コンデンサに断線等が生じると、電気二重層コンデンサモジュール全体が機能しなくなるという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は電気二重層コンデンサの外装材から電解液が漏洩した場合に、自動的に電解液の漏洩を検出し、かつ電解液が漏洩した電気二重層コンデンサのみの動作を自動的に遮断できる安全性が高く、長寿命の電気二重層コンデンサモジュールを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記課題に対して検討した結果、電気二重層コンデンサの外装材表面に電解液の導電性に起因して電解液の漏洩を検知できる検知部を設け、かつ該検知部が検知した信号によって一対の接続端子との間を短絡する短絡回路を設けることによって、電解液の漏洩を自動的に検知して、自動的に前記一対の接続端子間を短絡させることができることから、電解液が漏洩したした電気二重層コンデンサのみを停止、遮断することができることを知見した。
【００１０】
すなわち、本発明の電気二重層コンデンサモジュールは、正極および負極をなす一対の分極性電極間にセパレータを配し、かつ前記分極性電極の他の表面それぞれに正極および負極をなす集電体を積層した積層体を電解液を充填した外装材内に収納するとともに、前記正極および前記負極をなす集電体とそれぞれ接続された一対の接続端子を外装材の壁面を絶縁状態で貫通させて外部へ突出させた状態で封止した複数の電気二重層コンデンサを具備し、該電気二重層コンデンサの前記接続端子を互いに直列に接続してなるものであって、前記外装材の外表面に電解液の漏洩を検知する検知部を設けるとともに、該検知部にて検知した信号にて電解液が漏洩した電気二重層コンデンサの一対の接続端子間を短絡する短絡回路を配設してなり、前記短絡回路が前記一対の接続端子と前記検知部とに接続され、前記一対の接続端子間に一方の前記接続端子から他方の前記接続端子に向かって電流を流すように接続された第１のトランジスタと、前記一対の接続端子と前記検知部とに接続され、前記第１のトランジスタと並列に前記他方の接続端子から前記一方の接続端子に向かって電流を流すように接続された第２のトランジスタとを有することを特徴とするものである。
【００１２】
また、前記外装材が導電性材料からなるとともに、前記検知部が前記外装材に電気的に接続されてなり、電解液の漏洩によって前記接続端子と電気的に接続される前記外装材の電位の変化を前記検知部にて検知するか、または前記外装材が絶縁体からなるとともに、前記検知部が前記接続端子の近傍に帯状に配設されてなり、電解液の漏洩によって前記接続端子と電気的に接続される前記検知部の電位の変化を前記検知部にて検知することが望ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の電気二重層コンデンサモジュールの一例についてその概略斜視図である図１、および図１の電気二重層コンデンサモジュールの電気二重層コンデンサについての概略断面図である図２を基に説明する。
図１、２によれば、電気二重層コンデンサモジュール１は、複数個の電気二重層コンデンサ２が複数個整列した構造からなる。また、電気二重層コンデンサ２は、正極および負極をなす一対の分極性電極３ａ、３ｂ間に絶縁性の多孔質セパレータ４が配設されており、また、分極性電極３ａ、３ｂの他の表面にはそれぞれ正極および負極をなす集電体５ａ、５ｂが積層され、分極性電極３、セパレータ４および集電体５の積層体は外装材６内に収納された構造からなる。
【００１４】
また、集電体５の一端にはそれぞれ接続端子７ａ、７ｂが形成され、接続端子７ａ、７ｂは外装材６の壁面を貫通して外装材６の外部（外面）に突出し、前記積層体の該接続端子７以外の部分が外装材６内部に封止されている。さらに、外装材６内には電解液が充填され、分極性電極３内に含浸された該電解液中のイオンの移動により正極および負極をなす分極性電極３ａ、３ｂ間で静電容量を発生する。
【００１５】
さらに、電気二重層コンデンサモジュール１によれば、隣接する電気二重層コンデンサ２の異極をなす接続端子７ａと７ｂを電気的に接続することにより、電気二重層コンデンサ２間を直列に接続しており、これによって、高い動作電圧を確保することが可能となる。
【００１６】
本発明によれば、それぞれの電気二重層コンデンサ２の外装材６の接続端子７ａ、７ｂの突出部近傍に電解液の漏洩を検知する検知部９を配設するとともに、検知部９と接続端子７ａ、７ｂとに接続され、検知部９にて検知した信号によって接続端子７ａ、７ｂとの間を短絡する短絡回路１０を形成したことが大きな特徴であり、これによって、例えば、電気二重層コンデンサ２Ｂの外装材６から電解液が漏洩した場合に、自動的に電解液の漏洩を検出し、かつ電解液の漏洩した電気二重層コンデンサ２Ｂのみの動作を自動的に遮断できることから、安全で長寿命な電気二重層コンデンサモジュール１を作製することができる。
【００１７】
また、図１の短絡回路１０については、その具体的な電気的回路図の一例である図３に示すように、電気二重層コンデンサ２の一対の接続端子７ａ、７ｂと検知部９が第１のトランジスタであるＮＰＮトランジスタ１１、および第２のトランジスタであるＰＮＰトランジスタ１２に接続され、さらに検知部９と接続端子７ｂとの間には抵抗１３が接続されている。
【００１８】
これによって、接続端子７と外装材６との界面から漏洩した電解液の導電性によって接続端子７ａまたは７ｂと検知部９との間が電気的に接続された場合、電気二重層コンデンサモジュール１の充電時には、接続端子７ｂおよび検知部９のＮＰＮトランジスタ１１との接点間に電位差が生じるため、ＮＰＮトランジスタ１１のベース端子に電位が与えられる。従って、ＮＰＮトランジスタ１１の接続端子７ａ（コレクタ）側と接続端子７ｂ（エミッタ）側間が導通（オープン）状態になり、電気二重層コンデンサ２は接続端子７ａからＮＰＮトランジスタ１１を経由して接続端子７ｂに電流が流れる。すなわち、電解液の漏洩によって一対の接続端子７ａ、７ｂ間が短絡した状態になる。
【００１９】
一方、放電時には、ＰＮＰトランジスタ１２のベース端子に電位が与えられる。そして、ＰＮＰトランジスタの接続端子７ｂ（エミッタ）側と接続端子７ａ（コレクタ）側間が導通（オープン）状態になり、電気二重層コンデンサ２は接続端子７ｂからＰＮＰトランジスタ１２を経由して接続端子７ａに電流が流れる。
【００２０】
なお、外装材６としては、金属、樹脂と金属との積層体からなるラミネートフィルム、プラスチック、セラミックス等からなるが、特に、軽量化、薄肉化、電解液に対する耐食性の点で、金属、ラミネートフィルムまたはプラスチックであることが望ましい。さらに、外装材６が金属からなる場合には、アルミニウム、ステンレス、白金、鉄、ニッケル、コバルト、チタンの群から選ばれる少なくとも１種からなることが望ましく、特に、導電性を有する外装材６に検知部９を半田接合等によって電気的に接続する場合には、電解液の漏洩に対する感度を高めるために低抵抗な金属、例えば、アルミニウム、ステンレス、白金の群から選ばれる少なくとも１種からなることが望ましい。さらに、価格、電解液に対する耐食性および軽量であること等を考慮するとアルミニウムからなることが望ましい。
【００２１】
また、外装材６の壁面の接続端子７の周囲には封止部材１４を介在させることが望ましく、さらに外装材６が導電性を示す場合には、接続端子７の外装材６の開口部に、例えばゴム等の絶縁性パッキン等の封止部材１４を介在させることが望ましく、この場合、検知部９は外装材６の外表面に半田接合等により接着され、両者間は電気的に接続されることから外装材６全体にて電解液の漏洩を検知でき、封止部材１４上面を伝って接続端子７と外装材６とがショートした時点で、外装材６の電位の変化を検知部９にて検知する。そして、この検知した信号によって上述した短絡回路が作動することによって接続端子７ａ、７ｂ間を短絡させることができる。
【００２２】
さらに、外装材６の外表面が絶縁体からなる場合には、検知部９の形状はスポット状であってもよいが、広域にわたって電解液の漏洩を検知するために導電体であることが望ましく、特に、接続端子７の近傍を取り囲むように枠状またはリング状に形成することが精度よく電解液の漏洩を検出する上で望ましい。
【００２３】
また、電気二重層コンデンサモジュール１によれば、上述した回路を具備する電気二重層コンデンサ２Ａの接続端子７ｂと、隣接する電気二重層コンデンサ２Ｂの異極をなす接続端子７ａ間を接続し、同様に電気二重層コンデンサ２Ｂの接続端子２ｂと電気二重層コンデンサ２Ｃの接続端子２ａ間を接続することにより、複数の電気二重層コンデンサ２Ａ、２Ｂ、２Ｃ間が直列に接続されており、これにより、１つの電気二重層コンデンサ２Ｂに電解液の漏洩が発生した場合においても、該電解液の漏洩が生じた電気二重層コンデンサ２Ｂのみを自動的に短絡させることができ、他の電気二重層コンデンサ２Ａ、２Ｃはそのまま使用することができることから、コンデンサモジュール全体の寿命を長くすることが可能である。
【００２４】
さらに、電気二重層コンデンサモジュール１内には電解液の漏洩により短絡した電気二重層コンデンサの電圧低下分を差し引いて使用電圧を制御する制御回路（図示せず）を接続することが望ましい。
【００２５】
また、図２によれば、電気二重層コンデンサ２の外装材６が剛性の高い部材からなり柱状体形状のものであったが、本発明はこれに限定されるものではなく、図４に示すように電気二重層コンデンサの外装材が袋状体であってもよい。
【００２６】
図４によれば、電気二重層コンデンサ１５は、図１と同じく一対の分極性電極３、セパレータ４および集電体５の積層体を袋状体の金属箔と樹脂層の積層体であるラミネートフィルム等の外装材１６内部に収納し、集電体５ａ、５ｂの接続端子７ａ、７ｂ（７ｂは図示せず）が外装材１６の開口部から突出した状態で開口部が封着されている。
【００２７】
そして、図４によれば、外装材１６の接続端子７封止部近傍に検知部１７が配設され、接続端子７と検知部１７間の導通を検知することによって接続端子７の封止部に発生した電解液の漏洩を自動的に検知して、検知部１７に接続される短絡回路１０によって接続端子７ａ、７ｂ間を短絡させることができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上、詳述したとおり、本発明の電気二重層コンデンサモジュールによれば、電解液の漏洩を自動的に検知し、自動的にこの電解液が漏洩した電気二重層コンデンサのみを短絡することができることから、電解液の漏洩によって引き起こされる電気二重層コンデンサの火災発生を未然に防ぐことができ、安全性が高く、かつ長寿命の電気二重層コンデンサモジュールを作製することができる。
【００２９】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電気二重層コンデンサモジュールの一例を示す概略斜視図である。
【図２】図１の電気二重層コンデンサモジュールにおける電気二重層コンデンサの内部構造を説明するための概略断面図である。
【図３】図１の電気二重層コンデンサモジュールの電気的回路を説明するための回路図である。
【図４】本発明の電気二重層コンデンサモジュールにおける電気二重層コンデンサの他の一例を示す概略断面図である。
【図５】従来の電気二重層コンデンサの一例を示す概略断面図である。
【図６】図５の電気二重層コンデンサを用いた電気二重層コンデンサモジュールの一例を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
１、１５    電気二重層コンデンサモジュール
２      電気二重層コンデンサ
３      分極性電極
４      セパレータ
５      集電体
６、１６    外装材
７      接続端子
９、１７    検知部
１０  短絡回路
１１  ＮＰＮトランジスタ（第１のトランジスタ）
１２  ＰＮＰトランジスタ（第２のトランジスタ）
１３  抵抗
１４  封止部材
【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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