JP2006351981A - コンデンサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のコンデンサを連結する際に接続経路が長くなり、不要抵抗が増加するという課題を解決し、接続を容易にして不要抵抗の発生を抑制したコンデンサ装置を提供することを目的とする。
【解決手段】コンデンサ素子を収容した金属ケースの開口部を端子板で封止し、コンデンサ素子の正極を金属ケースから、同負極を端子板から取り出すようにした第１のコンデンサ１Ａと、逆極性に構成された第２のコンデンサ１Ｂを有し、第１・第２のコンデンサ１Ａ・１Ｂを２個１組として夫々の端子板が同方向に並ぶように隣接配置し、隣り合う端子板どうしを接続板２で接合することによって複数のコンデンサを直列接続した構成により、コンデンサどうしの接続を容易にすると共に接続スペースを大きく低減し、かつ接続に纏わる不要抵抗の発生を抑制し、小型高性能化が実現できる。
【選択図】図１

Description

本発明はハイブリッドカーや燃料電池車の回生用、あるいは電力貯蔵用等に使用されるコンデンサ装置に関するものである。

図８はこの種の従来のコンデンサ装置に使用されるコンデンサの構成を示した断面図であり、図８において、２０はコンデンサ素子であり、このコンデンサ素子２０はアルミニウム箔からなる集電体上に分極性電極層を形成した一対の電極を互いに逆方向に位置をずらしてその間にセパレータを介在させて巻回する（全て図示せず）ことにより構成され、このコンデンサ素子２０の両端面（図８において上下方向）から陽極と陰極を夫々取り出すようにしたものである。

２１は上記コンデンサ素子２０を図示しない駆動用電解液と共に収容したアルミニウム製の金属ケース、２１ａはこの金属ケース２１の底面に一体で設けられた外部接続用の陰極端子であり、コンデンサ素子２０の陰極側の端面を金属ケース２１の内底面にレーザー溶接等の手段によって接合することにより、機械的、電気的に接続したものである。

２２はアルミニウム製の蓋、２２ａはこの蓋２２に一体で設けられた外部接続用の陽極端子であり、コンデンサ素子２０の陽極側の端面を蓋２２の内面にレーザー溶接等の手段によって接合することにより、機械的、電気的に接続すると共に、この蓋２２の周縁と上記金属ケース２１の開口部とを（図８において符号２３で示す部分）、その間に図示しない絶縁部材を介在させて共に巻き込むように加工（一般に、カーリング加工と呼ばれている）することによって封止して構成されたものである。

このように構成された従来のコンデンサは、金属ケース２１の中心方向（図８において上下方向）に外部接続用の陽極端子２２ａと陰極端子２１ａを図示しないバスバーと呼ばれる接続部材を介して複数個を接続することにより、複数個のコンデンサを連結したコンデンサ装置として車載用のバックアップ電源等に使用されているものであった。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開２０００−３１５６３２号公報

しかしながら上記従来のコンデンサ装置では、コンデンサを複数個連結してコンデンサ装置として使用する場合に、陽極端子２２ａならびに陰極端子２１ａを接続する際に、各端子が夫々相反する方向に引き出されているために接続作業が大変であるばかりでなく、接続スペースが両端に夫々必要なため、結果的に大きな取り付けスペースを必要として小型化できないという課題があった。

また、従来のコンデンサを複数個連結してコンデンサ装置とし、これを燃料電池車のモータアシスト用として使用する場合には、上記各端子が夫々相反する方向に引き出されていることも含めて接続経路が長くなるため、結果として不要な抵抗が増加して大きなロスが発生するという課題があった。

この不要な抵抗の増加は、例えば図９に示すように、燃料電池車の燃料電池スタックには４００Ｖの電圧が発生しているが、コンデンサ１個の耐電圧は約２．０Ｖであるため、４００Ｖ／２Ｖ＝２００個のコンデンサを直列に接続する必要があり、負荷電流は最大で２００Ａ程度流れることになる。コンデンサ１個当たりの内部抵抗は０．００２Ωであり、各コンデンサの端子接続抵抗を０．０００１Ωと仮定しても、これを直列に接続すると、０．００２Ω＋０．０００１Ω＝０．００２１Ωとなり、これが２００個直列接続された場合には、０．００２１Ω×２００個＝０．４２Ωとなる。

従って、合成抵抗が０．４２Ωで２００Ａ流れると、０．４２Ω×２００Ａ×２００Ａ＝１６．８ＫＷとなり、この１６．８ＫＷがコンデンサのロスとなって発熱し、外部に放出されるものである。

本発明はこのような従来の課題を解決し、コンデンサを複数個連結してコンデンサ装置として使用する際に、容易に接続することができると共に接続スペースを低減し、かつ接続に纏わる不要な抵抗の発生を極めて少なくすることができるコンデンサ装置を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために本発明は、正負極を有するコンデンサ素子を収容した金属ケースの開口部を端子板で封止し、コンデンサ素子の正極を金属ケースから、同負極を端子板から取り出すようにした第１のコンデンサと、コンデンサ素子の負極を金属ケースから、同正極を端子板から取り出すようにした第２のコンデンサを有し、第１・第２のコンデンサを２個１組として夫々の端子板が同方向に並ぶように隣接配置し、隣り合う端子板どうしまたは金属ケースどうしを接続板で接合することにより、複数のコンデンサを直列接続した構成のものである。

以上のように本発明によるコンデンサ装置は、コンデンサどうしの接続を容易にすると共に接続スペースを大きく低減し、かつ接続に纏わる不要な抵抗の発生を少なくすることができるために、小型で高性能のコンデンサ装置を実現することができるという効果が得られるものである。

（実施の形態１）
以下、実施の形態１を用いて、本発明の特に請求項１、２に記載の発明について説明する。

図１（ａ）〜（ｃ）は本発明の実施の形態１によるコンデンサ装置の構成を示した平面図と正面図と底面図、図２（ａ）〜（ｃ）は同コンデンサ装置に使用されるコンデンサを示した平面図と正面断面図と底面図であり、図１と図２において、１Ａは第１のコンデンサ、１Ｂは第２のコンデンサであり、この第１・第２のコンデンサ１Ａ・１Ｂは外観形状は全く同一に構成され、正負の極性が夫々異なるように構成された（詳細は後述する）ものであり、第１・第２のコンデンサ１Ａ・１Ｂを２個１組として直列接続して使用されるものである。

２は接続板であり、この接続板２は上記２個１組となる第１・第２のコンデンサ１Ａ・１Ｂを隣接配置した状態で金属ケース５（詳細は後述する）どうしをレーザー溶接等の手段により接合して２個１組として直列接続し、さらにこの２個１組となった第１・第２のコンデンサ１Ａ・１Ｂを隣接配置した状態で接続板２により隣接する端子板６（詳細は後述する）どうしをレーザー溶接等の手段により接合することにより、複数個のコンデンサ（本実施の形態においては１０個）を直列接続したものである。なお、両端に位置する接続板２には、外部接続用の孔２ａが夫々設けられているものである。３はこのように直列接続された複数個のコンデンサを固定したホルダーである。

４はコンデンサ素子を示し、このコンデンサ素子４はアルミニウム箔からなる集電体上に分極性電極層を形成した正負一対の電極を互いに逆方向に位置をずらしてその間にセパレータを介在させて巻回する（全て図示せず）ことにより構成され、このコンデンサ素子４の両端面（図２（ｂ）において上下方向）から陽極と陰極を夫々取り出すようにしたものである。

５は上記コンデンサ素子４を図示しない駆動用電解液と共に収容したアルミニウム製の金属ケース、５ａはこの金属ケース５の内底面に突出するように設けられた接合部であり、コンデンサ素子４の一方の端面を金属ケース５の内底面に設けられた接合部５ａにレーザー溶接等の手段によって接合することにより、機械的、電気的に接合したものである。

６はアルミニウム製の端子板、６ａはこの端子板６の内面に設けられた接合部であり、コンデンサ素子４の他方の端面を端子板６に設けられた接合部６ａにレーザー溶接等の手段によって接合することにより、機械的、電気的に接合したものである。

７は上記端子板６の周縁と金属ケース５の内周面との間に配設されたリング状の絶縁部材、８は端子板６の上面周縁に配設されたリング状の弾性部材からなる封止リングであり、このように組み立てを行うと共に、図２（ｂ）におけるコンデンサ素子４の上端面近傍を金属ケース５の外周面から絞り加工すると共に、金属ケース５の開放端が封止リング８を押さえ込むようにカーリング加工することにより封止して構成されたものである。

従って、このように構成されたコンデンサは、コンデンサ素子４の一方の電極（例えば陽極）を端子板６に接合し、同他方の電極（例えば陰極）を金属ケース５の内底面に接合したものを第１のコンデンサ１Ａとすれば、これと極性が異なるように構成された、すなわちコンデンサ素子４の一方の電極（例えば陰極）を端子板６に接合し、同他方の電極（例えば陽極）を金属ケース５の内底面に接合したものを第２のコンデンサ１Ｂとし、このように極性が異なる２個のコンデンサを１組にして直列接続できるようにしたものである。

そして、第１のコンデンサ１Ａの金属ケース（陰極）５の外底面と第２のコンデンサ１Ｂの金属ケース（陽極）５の外底面を接続板２で接合することにより、第１・第２のコンデンサ１Ａ・１Ｂが直列接続されて２個１組となり、さらにこの２個１組となった第１・第２のコンデンサ１Ａ・１Ｂを複数組隣接配置して、隣り合う第１のコンデンサ１Ａの端子板（陽極）６と第２のコンデンサ１Ｂの端子板（陰極）を接続板２で接合することにより、複数個のコンデンサが直列接続されたコンデンサ装置が構成されるようになるものである。

このように構成された本実施の形態によるコンデンサ装置は、コンデンサどうしの接続を容易にすると共に接続スペースを大きく低減し、かつ接続に纏わる不要な抵抗の発生を少なくすることができるため、小型で高性能のコンデンサ装置を実現することができるようになるものである。

（実施の形態２）
以下、実施の形態２を用いて、本発明の特に請求項３に記載の発明について説明する。

本実施の形態は、上記実施の形態１で説明したコンデンサ装置に使用されるコンデンサの構成が一部異なるようにしたものであり、これ以外の構成は実施の形態１と同様であるために、同一部分には同一の符号を付与してその詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ以下に図面を用いて詳細に説明する。

図３（ａ）〜（ｃ）は本発明の実施の形態２によるコンデンサ装置の構成を示した平面図と正面図と底面図であり、図３において９はコンデンサであり、このコンデンサ９は上記実施の形態１とは異なり、全て同極性に構成されたものであり、本実施の形態においては端子板側が陽極、金属ケース側が陰極として説明するが、この逆の極性に構成されても構わないものである。

本実施の形態によるコンデンサ装置は、コンデンサ９を交互に逆にして、すなわち交互に極性が異なるようにして隣接配置し、隣り合う一方のコンデンサ９の端子板（陽極）と他方のコンデンサ９の金属ケース（陰極）の外底面を接続板２で接合することにより、２個のコンデンサ９が直列接続されて２個１組となり、さらにこの２個１組となったコンデンサ９を複数組隣接配置して、隣り合う一方のコンデンサ９の端子板（陽極）と他方のコンデンサの金属ケース（陰極）を接続板２で接合することにより、複数個のコンデンサ９が直列接続されたコンデンサ装置が構成されるようにしたものである。

このように構成された本実施の形態によるコンデンサ装置は、上記実施の形態１によるコンデンサ装置により得られる効果に加え、極性が異なる２種類のコンデンサを用意する必要がないため、管理が容易になるという効果を得られるものである。

（実施の形態３）
以下、実施の形態３を用いて、本発明の特に請求項４に記載の発明について説明する。

本実施の形態は、上記実施の形態１または２で説明したコンデンサ装置に使用される接続板の構成が一部異なるようにしたものであり、これ以外の構成は実施の形態１または２と同様であるために、同一部分には同一の符号を付与してその詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ以下に図面を用いて説明する。

図４（ａ）〜（ｃ）は本発明の実施の形態３によるコンデンサ装置の構成を示した平面図と正面図と底面図であり、図４において、１Ａと１Ｂはお互いに極性が異なるように構成された第１・第２のコンデンサ、１０はこの第１・第２のコンデンサ１Ａ・１Ｂどうしを接合する接続板、１０ａはこの接続板１０の略中央をＵ字状に折り曲げ加工することにより形成した寸法バラツキ吸収用のバッファ部、１０ｂは外部接続用の孔である。

このように、接続板１０にバッファ部１０ａを設けることにより、第１・第２のコンデンサ１Ａ・１Ｂ間に高さ方向のバラツキが発生した場合においても、このバッファ部１０ａで寸法バラツキを吸収することができるようになるため、高い寸法精度を維持したコンデンサ装置を実現することができるものである。

また、図５（ａ）〜（ｃ）は本発明の実施の形態３によるコンデンサ装置の他の構成を示した平面図と正面図と底面図であり、図５において、９はコンデンサ、１０はこのコンデンサ９どうしを接合する接続板、１０ａはこの接続板１０の略中央をＵ字状に折り曲げ加工することにより形成した寸法バラツキ吸収用のバッファ部、１０ｂは外部接続用の孔である。

このように、接続板１０にバッファ部１０ａを設けることにより、上記図４で示したコンデンサ装置と同様の効果が得られるものである。

（実施の形態４）
以下、実施の形態４を用いて、本発明の特に請求項５、６に記載の発明について説明する。

本実施の形態は、上記実施の形態１または２で説明したコンデンサ装置に使用される接続板の構成が一部異なるようにしたものであり、これ以外の構成は実施の形態１または２と同様であるために、同一部分には同一の符号を付与してその詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ以下に図面を用いて説明する。

図６（ａ）〜（ｃ）は本発明の実施の形態４によるコンデンサ装置の構成を示した平面図と正面図と底面図であり、図６において、１Ａと１Ｂはお互いに極性が異なるように構成された第１・第２のコンデンサ、１１はこの第１・第２のコンデンサ１Ａ・１Ｂどうしを接合する接続板、１１ａはこの接続板１１の略中央をＵ字状に折り曲げ加工することにより形成した寸法バラツキ吸収用のバッファ部、１１ｂはこの接続板１１の一部に第１・第２のコンデンサ１Ａ・１Ｂの外形より突出するように設けられた端子部、１１ｃは外部接続用の孔である。

このように、接続板１１に端子部１１ｂを設けることにより、この端子部１１ｂを介して図中二点鎖線で示す基板１２に接続することができるようになり、基板１２への接続が極めて容易に行えるようになるばかりでなく、接続板１１から基板１２に直接接続することができるようになるために、接続に纏わる不要な抵抗の発生もなくなるものである。

さらに、上記基板１２に各コンデンサの充電放電制御を行うための制御回路（図示せず）を設けることにより、上記同様に各コンデンサと制御回路を最短距離で接続することができるようになるために不要な抵抗の発生もなくなり、より小型化を図ることができるようになるものである。

また、図７（ａ）〜（ｃ）は本発明の実施の形態４によるコンデンサ装置の他の構成を示した平面図と正面図と底面図であり、図７において、９はコンデンサ、１１はこのコンデンサ９どうしを接合する接続板、１１ａはこの接続板１１の略中央をＵ字状に折り曲げ加工することにより形成した寸法バラツキ吸収用のバッファ部、１１ｂはこの接続板１１の一部にコンデンサ９の外形より突出するように設けた端子部、１１ｃは外部接続用の孔である。

このように、接続板１１に端子部１１ｂを設けることにより、上記図６で示したコンデンサ装置と同様の効果が得られるものである。

本発明によるコンデンサ装置は、コンデンサどうしの接続を容易にすると共に接続スペースを大きく低減し、かつ接続に纏わる不要な抵抗の発生を抑制することができるという効果を有し、特に車載用のコンデンサ装置として有用である。

（ａ）本発明の実施の形態１によるコンデンサ装置の構成を示した平面図、（ｂ）同正面図、（ｃ）同底面図 （ａ）同コンデンサ装置に使用されるコンデンサを示した平面図、（ｂ）同正面断面図、（ｃ）同底面図 （ａ）本発明の実施の形態２によるコンデンサ装置の構成を示した平面図、（ｂ）同正面図、（ｃ）同底面図 （ａ）本発明の実施の形態３によるコンデンサ装置の構成を示した平面図、（ｂ）同正面図、（ｃ）同底面図 （ａ）本発明の実施の形態３によるコンデンサ装置の構成を示した平面図、（ｂ）同正面図、（ｃ）同底面図 （ａ）本発明の実施の形態４によるコンデンサ装置の構成を示した平面図、（ｂ）同正面図、（ｃ）同底面図 （ａ）本発明の実施の形態４によるコンデンサ装置の他の構成を示した平面図、（ｂ）同正面図、（ｃ）同底面図 従来のコンデンサ装置に使用されるコンデンサの構成を示した断面図 従来のコンデンサを複数個連結する場合の不要抵抗発生原理を示した概念図

符号の説明

１Ａ 第１のコンデンサ
１Ｂ 第２のコンデンサ
２、１０、１１ 接続板
２ａ、１０ｂ、１１ｃ 孔
３ ホルダー
４ コンデンサ素子
５ 金属ケース
５ａ、６ａ 接合部
６ 端子板
７ 絶縁部材
８ 封止リング
９ コンデンサ
１０ａ、１１ａ バッファ部
１１ｂ 端子部
１２ 基板

Claims (6)

1. 正負極を有するコンデンサ素子を収容した金属ケースの開口部を端子板で封止し、コンデンサ素子の正極を金属ケースから、同負極を端子板から取り出すようにした第１のコンデンサと、コンデンサ素子の負極を金属ケースから、同正極を端子板から取り出すようにした第２のコンデンサを有し、第１・第２のコンデンサを２個１組として夫々の端子板が同方向に並ぶように隣接配置し、隣り合う端子板どうしまたは金属ケースどうしを接続板で接合することにより、複数のコンデンサを直列接続したコンデンサ装置。
2. ２個１組が直列接続されたコンデンサ装置を複数組隣接配置し、隣り合う金属ケースどうしまたは端子板どうしを接続板で接合することにより、複数組のコンデンサ装置を直列接続した請求項１に記載のコンデンサ装置。
3. 正負極を有するコンデンサ素子を収容した金属ケースの開口部を端子板で封止し、コンデンサ素子の正（負）極を金属ケースから、同負（正）極を端子板から取り出すようにした複数のコンデンサを有し、このコンデンサを交互に極性が異なるようにして隣接配置し、隣り合う端子板と金属ケースを接続板で接合することにより、複数のコンデンサを直列接続したコンデンサ装置。
4. 隣り合うコンデンサどうしを接合する接続板の略中央部をＵ字状に折り曲げ加工することにより寸法バラツキ吸収用のバッファ部を設けた請求項１〜３のいずれか一つに記載のコンデンサ装置。
5. 隣り合うコンデンサどうしを接合する接続板の一部にコンデンサの外形より突出する端子部を設けた請求項１〜３のいずれか一つに記載のコンデンサ装置。
6. 直列接続された複数のコンデンサを接続板に設けた端子部を介して基板に接続し、この基板に各コンデンサの充放電制御を行うための制御回路を設けた請求項５に記載のコンデンサ装置。

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