(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
分担電圧を検出するための分担電圧検出用タブを有するバイポーラ型集電極を、ゴム枠を介在させて、積層すると共に、前記分担電圧検出用タブに曲げ応力が発生したときの応力集中を緩和するため、前記ゴム枠は、端面が縁部に近くなる程低くなる山形又は曲面とした積層型電気二重層キャパシタにおいて、前記分担電圧測定用タブと接触するニッケルメッキ銅箔と、該ニッケルメッキ銅箔を半田付けした銅線からなる分担電圧測定用電圧検出部を設けたことを特徴とする積層型電気二重層キャパシタ。
【請求項２】
分担電圧を検出するための分担電圧検出用タブを有するバイポーラ型集電極を、ゴム枠を介在させて、積層すると共に、前記分担電圧検出用タブに曲げ応力が発生したときの応力集中を緩和するため、前記ゴム枠は、端面が縁部に近くなる程低くなる山形又は曲面とした積層型電気二重層キャパシタにおいて、前記分担電圧測定用タブに接触するアルミ箔と、該アルミ箔を巻き付けた銅線からなる分担電圧測定用電圧検出部を設けたことを特徴とする積層型電気二重層キャパシタ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載した前記アルミ箔又はニッケルメッキ銅箔と、前記銅線からなる前記分担電圧測定用電圧検出部を樹脂内に内蔵することで前記バイポーラ型アルミ集電極が短絡することなく、分担電圧を測定可能にする分担電圧測定用ソケットを設けたことを特徴とする積層型電気二重層キャパシタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、積層型電気二重層キャパシタに関する。特に、分担電圧測定を容易に行えるよう改良したものである。
【０００２】
【従来の技術】
電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）は電解液を含浸したセパレータやゲル電解質、そしてそれを対向して挟む電極及び電気を取り出すための集電極を主な構成物として成るものである。
電気二重層キャパシタは、１つ当たりの耐電圧が２５〜３０Ｖ程度であるため、電気二重層キャパシタを用いて高電圧まで充電するためには電気二重層キャパシタを複数個直列接続する必要がある。
巻き回型電気二重層キャパシタの場合、直列接続は電気回路を付加して行うボー方、積層型電気二重層キャパシタは一対の集電用電極の他に（所用積層数−１）個だけバイポーラ型電極を用いて積層している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術における問題点としては次のものが挙げられる。
直列接続した個々の電気二重層キャパシタは理想的には”充電電圧／直列接続数”だけの電圧分担をすることになる。
しかし、現実には各電気二重層キャパシタ毎に静電容量と内部抵抗にばらつきがあり、そのばらつきが充電と放電を繰り返すたびに少しずつ電圧負担の差を生じさせることになる。
そのため、分担した電圧が高い電気二重層キャパシタセルから順番に劣化が進み、電気二重層キャパシタ単体が持つ寿命を短くする原因となっている。
【０００４】
巻き回型電気二重層キャパシタは、各電気二重層キャパシタ毎に補助用電気回路を設けることで電圧モニターを行ったり、充電・放電電圧の制限を行うことが可能であるが、積層型電気二重層キャパシタの場合は封止を行うために、電気二重層キャパシタ端面を熱融着するなどしていたため、分担電圧を測定することが困難であった。
そして、活性炭電極とアルミ集電極が薄型になれば、各電気二重層キャパシタセルからアルミ箔を単純に引き出すと、箔に曲げ応力が加わったときに短絡したり、箔が切断されることがある。
また、計測用端子までの線の引き出しが困難になることも考えられる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の請求項１に係る積層型電気二重層キャパシタは、分担電圧を検出するための分担電圧検出用タブを有するバイポーラ型集電極を、ゴム枠を介在させて、積層すると共に、前記分担電圧検出用タブに曲げ応力が発生したときの応力集中を緩和するため、前記ゴム枠は、端面が縁部に近くなる程低くなる山形又は曲面とした積層型電気二重層キャパシタにおいて、前記分担電圧測定用タブと接触するニッケルメッキ銅箔と、該ニッケルメッキ銅箔を半田付けした銅線からなる分担電圧測定用電圧検出部を設けたことを特徴とする。
【０００７】
上記課題を解決する本発明の請求項２に係る積層型電気二重層キャパシタは、分担電圧を検出するための分担電圧検出用タブを有するバイポーラ型集電極を、ゴム枠を介在させて、積層すると共に、前記分担電圧検出用タブに曲げ応力が発生したときの応力集中を緩和するため、前記ゴム枠は、端面が縁部に近くなる程低くなる山形又は曲面とした積層型電気二重層キャパシタにおいて、前記分担電圧測定用タブに接触するアルミ箔と、該アルミ箔を巻き付けた銅線からなる分担電圧測定用電圧検出部を設けたことを特徴とする。
【０００８】
上記課題を解決する本発明の請求項３に係る積層型電気二重層キャパシタは、請求項１又は２に記載した前記アルミ箔又はニッケルメッキ銅箔と、前記銅線からなる前記分担電圧測定用電圧検出部を樹脂内に内蔵することで前記バイポーラ型アルミ集電極が短絡することなく、分担電圧を測定可能にする分担電圧測定用ソケットを設けたことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明は、上述の問題点を解決するため、封止を保持しながら分担電圧が測定できる積層型電気二重層キャパシタを提供するものである。
電気二重層キャパシタとしては、例えば、電解液が四級アンモニウム塩であるテトラエチルアンモニウムテトラフロロボレート、溶媒はプロピレンカーボネートであり濃度は０．９７ｍｏｌ／Ｌとした。
電極はフェノール樹脂繊維を原料とし、平織りした後、賦活処理を施した比表面積１５００〜２５００ｍ2／ｇの活性炭繊維布である。
活性炭繊維布は導電性ペーストを用いて集電用アルミ板の片面とバイポーラ用アルミ箔の両面に接着し、集電極とした。
電極間のショートを防ぐための支持電解質は電解液にポリアクリロニトリルを混合し、加熱溶解したゲル電解質を用いた。溶解したゲル電解質は放冷によりゲル化する前にドクターブレードを用いて一定の厚さに成形した。
【００１０】
〔実施例１〕
分担電圧測定を可能にするため、従来は四角形の形状を有していたアルミ集電極を、図１〜３に示すような分担電圧測定用タブ２０を有する形状のアルミ集電極１１，１２，１３とした。
アルミ集電極１１，１２，１３には、予め活性炭繊維布１０が張りつけられており、強度を保つため厚さ５０μｍ〜０．１ｍｍとした。
アルミ集電極１１，１２，１３においては、分担電圧測定用タブ２０の配置される位置が異なるが、配置される位置に応じて、後述するように、アルミ集電極１１，１２，１３を積層する場合に、一列となったり、段違いとなるという特徴がある。
尚、アルミ集電極１３の分担電圧測定用タブ２０には、ボルト避け穴２１が設けられている。
【００１１】
図１〜３に示す集電極１１，１２，１３は、電極間を保持するため、図４に示すゴム枠３０が介装される。
ゴム枠３０としては、有機系電解液に対する耐久性を持っており、かつ封止を確保しながら電極間を保持する目的のためエチレンプロピレンゴム製とした。
分担電圧測定用タブ２０の長さは、ゴム枠３０の端部から２ｍｍ程度突き出すものとした。
ここで、アルミ集電極１１，１２，１３の分担電圧測定タブ２０に曲げ応力が加わったとき、図５（ａ）に示す従来のゴム枠３０のように端面が角付きであると、ゴム枠３０の端部付近のアルミに生ずる応力集中によって切断されるおそれがある。
【００１２】
そこで、ゴム枠３０としては、図５（ｂ）に示すように、端面が縁部に近くなる程低くなる山形（いわゆるＣ面）となるゴム枠とし、或いは、図５（ｃ）に示すように、端面が曲面（いわゆるＲ面）となったゴム枠とすることにより、タブ２０に曲げ応力が発生したときの応力集中を緩和できるようにした。
図１〜３のアルミ集電極１１，１２，１３のうち何れか一つを用いて、図６〜８のように分担電圧測定用タブ２０が一列になるように電気二重層キャパシタセルを積層した。
【００１３】
積層した電気二重層キャパシタの両側には、エンドプレート４０を配置し、絶縁カラー５０を有する通しボルト６０を用いて固定した。図中、７０は主回路接続用タブである。
本実施例は、比較的厚い活性炭繊維布電極を用いたバイポーラ型アルミ集電極の場合、電圧検出部の銅線同士の距離が確保できるときに有効となる。
図２のアルミ集電極１２のみを用い、バイポーラ型集電極を交互に表裏逆になるよう積層することで、図９の分担電圧測定用タブ２０が段違いになるような電気二重層キャパシタを積層した。
積層した電気二重層キャパシタは、実施例３と同様にエンドプレート４０と通しボルト６０によって固定した。
【００１４】
〔実施例２〕
図１，図２に示すアルミ集電極１１，１２を、図１０のように分担電圧測定用タブ２０が段違いになるよう配置し、電気二重層キャパシタセルを積層した。
積層した電気二重層キャパシタは、実施例１と同様にエンドプレート４０と通しボルト６０によって固定した。
本実施例はバイポーラ型アルミ集電極同士の距離が比較的短く、測定用ソケットを設けるときに１列配置では銅線同士の間隔が保てないとき有利である。
【００１５】
〔実施例３〕
実施例１で積層した電気二重層キャパシタのアルミ集電極１１，１２，１３に合わせて、図１１に示すような測定用ソケット８０を製作した。
測定用ソケット８０は、図１２の断面図に示すような、各溝にアルミ集電極１１，１２，１３のタブ２０と接触するように、アルミ箔８１を櫛型に配置した。
アルミ箔８１は、図１３に示すように銅線８２に巻き付けられている。
ソケット本体は、ひけや反りを抑えるためにガラスが３０ｗｔ％だけ混入した硬質ポリエチレン又はプロピレンを射出成形したものである。
【００１６】
櫛と櫛の間隔、つまり、櫛型に配置されたアルミ箔８１の間隔は、電気二重層キャパシタ各セルにおけるバイポーラ型集電極１１，１２，１３の間隔に対応するよう等間隔とした。
アルミ箔８１と接触するソケット櫛部の面はｎ−ヘキサンでプライマー処理され、アルミ箔８１が接着剤で固定できるようにした。
銅線８２は横１列でソケット端部まで引き出されており、Ｄ−ｓｕｂやアンブエノール又はＤＩＮ型といった積層数に合わせた測定用端子８５を設けてある。
【００１７】
ソケット８０は、電気二重層キャパシタを固定する通しボルト６０ととも締めできるような構造であり、振動等で外れないようになっている。
本実施例では、銅線８２とアルミ箔８１は機械的に接触しているため、電気二重層キャパシタに強い振動が加わることで、アルミ箔８１と銅線８２の接触が外れたり、電気二重層キャパシタ周辺に強い電磁波や高調波がある場合、アルミ箔８１と銅線８２の接触部分から電圧信号にノイズが加わることが考えられる。
そのような場合には、次のような実施例が考えられる。
【００１８】
〔実施例４〕
実施例２と同様な構造を有する測定用ソケットにおいて、分担電圧を検出する部分をニッケルメッキした銅箔８３とし、図１４に示すように端子取り出し用銅線８４と半田付けした。
【００１９】
〔実施例５〕
実施例１で段違いに配置した電圧検出用タブ２０から電圧を検出するため、図１５に示すように電圧検出用タブ２０の段違い配置に合わせて櫛を配置したソケット９０を製作した。材質は実施例２と同様である。
電圧検出用タブ２０の間隔が狭いことに対応するため、測定用端子までの鋼線８２は千鳥状配列とした。
【００２０】
【発明の効果】
以上、実施例に基づいて具体的に説明したように、本発明によれば、以下に示すような効果が得られる。
１．積層型電気二重層キャパシタの分担電圧を検出することが可能になる。
２．検出用のアルミ集電極タブを取り出した部分に曲げ応力がかかっても応力集中が少ないため、繰り返し荷重がかかってもタブが根元から切断されることがない。
３．電圧測定用ソケットにおける電圧検出部のアルミ箔又はニッケルメッキ銅箔と銅線長さを揃えることができ、ソケットの形状を単純にすることが可能となる。
４．１種類の分担電圧測定用タブ付きバイポーラ型集電極を段違いに積層し、電圧測定用ソケットと組み合わせることで比較的薄い活性炭繊維布を用いてもバイポーラ型集電極同士を短絡させることなく分担電比の測定が可能になる。
５．積層型の電気二重層キャパシタの分担電圧の検出に役立ち、これによって、電気二重層の寿命の推定や、交換時期の推定を行うことができる。
６．バイポーラ型集電極同士を短絡させることなく、各セル分担電圧の測定が可能になる。
７．各セルの分担電圧測定端子を積層型電気二重層キャパシタの端面近くに配置することが可能になる。
８．検出した分担電圧から電圧が異常上昇したセルを検出することで充電、放電を制御するコントロールユニットヘ取り込むことが可能になる。よって、バイポーラ積層型電気二重層キャパシタ内部の電圧異常が発生したときにコントローラを停止させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係る積層型電気二重層キャパシタに用いる分担電圧測定用電極１１を示す平面図である。
【図２】本発明の第１の実施例に係る積層型電気二重層キャパシタに用いる分担電圧測定用電極１２を示す平面図である。
【図３】本発明の第１の実施例に係る積層型電気二重層キャパシタに用いる分担電圧測定用電極１３を示す平面図である。
【図４】本発明の第１の実施例に係る積層型電気二重層キャパシタに用いるゴム枠を示す平面図である。
【図５】ゴム枠の断面図であり、図５（ａ）は従来のゴム枠の断面図、図５（ｂ）（ｃ）は図４中のＡ−Ａ’線断面図である。
【図６】図１に示す分担電圧測定用電極１１を有する積層型電気二重層キャパシタを示す斜視図である。
【図７】図２に示す分担電圧測定用電極１２を有する積層型電気二重層キャパシタを示す斜視図である。
【図８】図３に示す分担電圧測定用電極１３を有する積層型電気二重層キャパシタを示す斜視図である。
【図９】図２に示す分担電圧測定用電極１２を段違いに配置した積層型電気二重層キャパシタを示す斜視図である。
【図１０】図１、図２に示す分担電圧測定用電極１１，１２を段違いに配置した積層型電気二重層キャパシタを示す斜視図である。
【図１１】図１１（ａ）は積層型電気二重層キャパシタを示す斜視図、図１１（ｂ）は電圧検出用アダプタの斜視図である。
【図１２】図１２（ａ）は図１１に示す積層型電気二重層キャパシタの断面図、図１２（ｂ）は図１１（ｂ）中の電圧検出用アダプタのｂｃｄｅ面の断面図である。
【図１３】電圧検出用アルミ箔を銅線に巻き付けた電圧検出部の説明図である。
【図１４】電圧検出用ニッケルメッキ銅箔と銅線を半田付けした電圧検出部の説明図である。
【図１５】タブを段違いに配置した積層型電気二重層キャパシタ用分担電圧検出アダプタの説明図である。
【符号の説明】
１０  活性炭繊維布
１１，１２，１３  分担電圧測定用タブを有する形状のアルミ集電極
２０  分担電圧測定用タブ
２１  ボルト避け穴
３０  ゴム製の枠
４０  エンドプレート
５０  絶縁カラー
６０  通しボルト
７０  主回路接続用タブ
８０，９０  測定用ソケット
８１  アルミ箔
８２  銅線
８３  ニッケルメッキ銅箔
８４  銅線
８５  測定用端子
【図１】
0004395966.tif 000002
【図２】
0004395966.tif 000003
【図３】
0004395966.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0004395966.tif 000009
【図９】
0004395966.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
0004395966.tif 000012
【図１２】
0004395966.tif 000013
【図１３】
0004395966.tif 000014
【図１４】
0004395966.tif 000015
【図１５】
0004395966.tif 000016