JPH07326548A - 電力用蓄電装置 - Google Patents

電力用蓄電装置

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JPH07326548A
JPH07326548A JP6142543A JP14254394A JPH07326548A JP H07326548 A JPH07326548 A JP H07326548A JP 6142543 A JP6142543 A JP 6142543A JP 14254394 A JP14254394 A JP 14254394A JP H07326548 A JPH07326548 A JP H07326548A
Authority
JP
Japan
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power storage
internal electrode
storage device
double layer
electric power
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Pending
Application number
JP6142543A
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English (en)
Inventor
Michio Okamura
廸夫 岡村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
OKAMURA KENKYU KK
Elna Co Ltd
Original Assignee
OKAMURA KENKYU KK
Elna Co Ltd
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Publication date
Application filed by OKAMURA KENKYU KK, Elna Co Ltd filed Critical OKAMURA KENKYU KK
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/13Energy storage using capacitors

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  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
  • Fixed Capacitors And Capacitor Manufacturing Machines (AREA)
  • Protection Of Static Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 大静電容量の電気二重層コンデンサを備えた
電力用蓄電装置において、その内部電極が短絡したとし
ても、その影響を最小限に抑える。 【構成】 静電容量が数100F以上の電気二重層コン
デンサの内部電極を2個以上に分割して、その各々の内
部電極C1〜C4を並列に接続するとともに、各内部電
極への個別的な電流経路に電流制限手段(例えば、フュ
ーズ)F1〜F4をそれぞれ挿入する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は電力用蓄電装置に関し、
さらに詳しく言えば、大静電容量の電気二重層コンデン
サを有し、電気自動車などの電源として用いられる電力
用蓄電装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】電気二重層コンデンサは他の種類のコン
デンサに比べて大きな静電容量が得られる点で突出して
いるが、従来はたかだかその静電容量が数F程度である
ため、たとえ内部電極に短絡が生じても、余り大きな事
故には至らなかった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例えば
電気自動車用として1個で数1000Fの静電容量を有
する電気二重層コンデンサが作られ、もしくは複数の電
気二重層コンデンサを並列に接続して同程度の静電容量
を得ようとする場合には、その内部電極に短絡が生じた
際の対策を講じなければならない。
【0004】すなわち、静電容量が大きくなるに伴っ
て、その内部電極も大面積化されるため、短絡が生ずる
確率も高くなり、内部電極のどこか一部でも短絡する
と、充電されている電気エネルギーがその部分で放電さ
れ熱に変わり、その結果内部温度が上昇する。
【0005】例えば、耐電圧3V、静電容量1000F
の電気二重層コンデンサが持つエネルギーPは、 P=0.5×1000×3=4500(joule
s) となる。この熱エネルギーは、例えば比熱0.5の電解
液100ccを22℃上昇させる。したがって、上記定
格の電気二重層コンデンサが例えば10個並列に接続さ
れた場合を想定した場合、それらの内の内部電極の一部
でも短絡が生ずると、危険な温度にまで昇温するおそれ
がある。
【0006】これを防止するには、静電容量の小さな、
例えば数F程度の電気二重層コンデンサを複数並列に接
続して、その個々のコンデンサに電流制限手段としての
例えばフューズを挿入すればよいのであるが、全体とし
て数1000Fの静電容量を得るには、相当な数の電気
二重層コンデンサを必要とし、また、その各々にフュー
ズを取り付けるとすれば、コスト的にもスペース的にも
好ましくなく、実用的ではない。
【0007】本発明は、上記の課題を解決するためにな
されたもので、その目的は、大静電容量の電気二重層コ
ンデンサの内部電極に短絡が生じても安全性が確保さ
れ、また、構成的にも実用に供することができるように
した電力用蓄電装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、静電容量が数100F以上の電気二重層
コンデンサもしくはこれに相当する容量のコンデンサ型
特性を有する電池を備えてなる電力用蓄電装置におい
て、その内部に設けられる内部電極を2個以上に分割し
て、その各々を並列に接続するとともに、各内部電極へ
の個別的な電流経路に電流制限手段がそれぞれ挿入され
ていることを特徴としている。
【0009】この場合、上記内部電極を2個以上に分割
するにあたって、上記内部電極一つあたりの静電容量を
C(F)およびその耐電圧をV(V)、上記コンデンサ
に用いられる電解液の比熱をd、同電解液の質量をW
(g)、上記内部電極の短絡時に生ずるエネルギーによ
り加熱される電解液の上昇温度をT(℃)として成立す
る次式、 C=2dWT/V において、使用上許容される電解液の上昇温度Tを設定
して、上記内部電極の分割数を決めることが合理的であ
り好ましい。
【0010】また、上記電流制限手段としては、簡便さ
とコストの点から溶断フューズを使用するのが好ましい
が、他に感熱スイッチ、感熱リレーもしくは電流検出機
能を備えた半導体スイッチなどの自己復帰し得るスイッ
チなどを用いることができる。
【0011】
【作用】上記のように、内部電極を分割して、その各々
に電流制限手段を設けたことにより、その内の一つに短
絡が生じたとしても、電流制限手段により他の内部電極
からその短絡が生じた内部電極への電気エネルギーの集
中が阻止される。
【0012】また、内部電極を分割するに際し、上記の
ように安全とされる温度上昇を見込み、その分割数を合
理的に設定するとよい。ここで、上記の式にしたがって
一例を説明する。例えば、電解液の比熱が0.5、その
質量が300g、耐電圧3Vで、短絡時の温度上昇の許
容限度を40℃に設定すると、そのときの電気二重層コ
ンデンサの静電容量Cは、 C=2×0.5×300×40/9=1333(F) にとなる。したがって、この電気二重層コンデンサを当
該電力用蓄電装置の一つの内部電極と見立てて、同装置
全体として例えば5000Fの静電容量を有する場合に
は、その内部電極を4つに分割して、その各々に電流制
限手段を挿入することにより、その内部電極のいずれか
が短絡したとしても、それに起因する温度上昇を許容限
度の40℃以内に抑えられることになる。もっとも、電
極材料や電解液、また、許容される温度上昇の値によっ
て、上記式の定数は変化するが、大体のところ500〜
5000F位の範囲で分割されることが好ましい。
【0013】
【実施例】以下、図1を参照しながら、本発明の実施例
について説明する。この実施例による電力用蓄電装置
は、耐電圧3V、静電容量4000F、最大充放電電流
20A、直流内部抵抗5mΩの電気二重層コンデンサP
Sを備えている。
【0014】この場合、電気二重層コンデンサPSの内
部電極は、1000Fずつ4つの内部電極C1〜C4に
分割され、それら各内部電極C1〜C4が並列に接続さ
れているとともに、その電流経路の各々に溶断フューズ
F1〜F4がそれぞれ挿入されている。なお、Ta,T
bは充放電時に用いられる端子である。
【0015】この電気二重層コンデンサPSの充放電時
の最大電流は20Aであるため、分割された各内部電極
C1〜C4はそれぞれ一つあたり5Aを安全に負担でき
ればよいことになる。したがって、各フューズF1〜F
4は5Aでは溶断せず、定格電流の400%、すなわち
20Aでは数秒オーダーで速断する通常の溶断フューズ
もしくはこれに準ずる金属箔などを用いることができ
る。溶断フューズは、例えば、コンデンサ内部の集電極
として使用されるアルミニウム箔、ステンレスもしくは
銅などの金属箔の一部に切り込みなどを入れて部分的に
細くし、その部分をフューズとして機能させてもよい。
【0016】仮に、フューズF1〜F4を設けない場
合、例えば内部電極C1に短絡が生じたとすると、その
内部電極C1にこの電気二重層コンデンサPSに蓄えら
れた全蓄積電気エネルギーの18000ジュールが集中
することになるが、本発明においては、そのフューズF
1が溶断することにより、熱エネルギーとして消失され
る電気エネルギーは、内部電極C1に蓄えられていた分
に限られ、全体の1/4の4500ジュールで済むこと
になり、電気二重層コンデンサPSの過度の温度上昇が
防止される。
【0017】もっとも、正確に言えば、そのフューズが
溶断に至るまでのエネルギーと、同フューズの溶断に費
やされたエネルギーが加わることになるが、この値はフ
ューズが正常に設計されているものとすれば、上記の4
500ジュールに比べてほとんど無視し得る程度に小さ
い値である。
【0018】上記実施例では、電気二重層コンデンサP
Sを4つの内部電極C1〜C4に分割しているが、安全
性に応じてさらに細かく分割することもできる。例え
ば、8分割すれば、その一つの内部電極の短絡による熱
エネルギーとして消失される電気エネルギーは上記実施
例の半分になるとともに、フューズの溶断容量も半分で
済むことになるが、他方において、フューズの数が倍に
なり、また、製造上の組み立て工数なども増加すること
になるため、むやみに細かく分割することは好ましくな
い。
【0019】上記実施例では一つの電気二重層コンデン
サPSを用いているが、この電気二重層コンデンサPS
自体を複数並列に接続して用いる場合でも、本発明によ
れば、それぞれの内部電極にフューズが挿入されている
ため、短絡した内部電極に全体としての電気エネルギー
が集中することはなく、熱エネルギーとして消失される
電気エネルギーは短絡した内部電極に蓄えられた蓄電量
に抑えられる。
【0020】本発明で用いられるフューズには、その溶
断特性が確実であることはもとより、正常時の内部抵抗
が小さいことが要求される。この実施例の場合、電気二
重層コンデンサPSの直列内部抵抗が5mΩときわめて
低いため、フューズの内部抵抗はこれに比べて無視でき
るほど小さいことが望ましい。
【0021】また、上記実施例では、電流制限手段とし
て溶断フューズを用いているが、この他に、感熱スイッ
チ、感熱リレーさらには電流検出機能を備えた半導体ス
イッチなども使用することができ、これらは自己復帰可
能であるため、異常のないコンデンサを例えばユーザー
の誤操作により短絡させてしまったような場合に有利で
ある。このようなスイッチを用いる場合にも、その内部
抵抗は上述したように、電気二重層コンデンサPSの内
部抵抗に比べて無視できるほど小さいことが望ましい。
【0022】なお、上記のように分割された各内部電極
Cに挿入されるフューズFの容量を次の条件(a)
(b)から定めることにより、内部電極自体の短絡時に
は溶断するが、ユーザーの誤操作などによる外部短絡で
はフューズが切れないようにすることができる。すなわ
ち、 (a)端子Ta、Tb間を短絡しても、内部電極Cが満
充電された電流Iy・電気量では溶断しない。
【0023】(b)それ以上のなるべく小さい電流Ix
・電気量で溶断する。
【0024】内部電極C1およびそのフューズF1を例
にして説明すると、まず、端子Ta、Tb間がユーザー
の不注意などにより短絡された場合、そのときフューズ
F1には、内部電極C1の充電電圧と、その配線などに
構造上含まれる内部抵抗R1とで定まる電流Iyが内部
電極C1の電気量の続く限り流れるが、フューズF1の
電流容量および熱容量をこれに耐えるように設計してお
く。このようにすれば、端子Ta、Tb間が誤って短絡
されても、内蔵されているフューズF1が切れて、この
電気二重層コンデンサPSが使えなくなるおそれはな
い。
【0025】次に、何らかの原因で内部電極C1が短絡
したとすると、フューズF1を介して他の内部電極C2
〜C4から電流Ixが流入することになる。この場合の
電力は、内部電極C1だけの場合よりもはるかに大き
い。例えば、内部電極C1の10倍以上の容量が他の内
部電極に存在していると仮定すれば、フューズF1の電
気的、熱的容量を内部電極C1単独の場合よりも数倍程
度で溶断するように選ぶことにより、内部電極C1の内
部短絡に対しては溶断し、端子Ta、Tb間の短絡では
溶断しないフューズを備えた電気二重層コンンサPSが
得られる。
【0026】なお、上記実施例では、大静電容量の電気
二重層コンデンサを用いているが、それに相当する容量
のコンデンサ型特性を備えた電池であってもよい。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
次のような効果が奏される。すなわち、静電容量が数1
00F以上の電気二重層コンデンサもしくはこれに相当
する容量のコンデンサ型特性を有する電池を備えてなる
電力用蓄電装置において、その内部に設けられる内部電
極を2個以上に分割して、その各々を並列に接続すると
ともに、各内部電極への個別的な電流経路に電流制限手
段をそれぞれ挿入した請求項1に記載の発明によれば、
その内の一つの内部電極に短絡が生じたとしても、電流
制限手段により他の内部電極からその短絡が生じた内部
電極への電気エネルギーの集中が阻止され、安全性が確
保される。
【0028】また、請求項2に記載の発明によれば、使
用上許容される電解液の上昇温度に基づいて、内部電極
の分割数が合理的に決められる。
【0029】上記電流制限手段を溶断フューズとした請
求項3に記載の発明によれば、安価で入手が容易である
ことから、コスト的に有利である。
【0030】上記電流制限手段を感熱スイッチ、感熱リ
レーもしくは電流検出機能を備えた半導体スイッチなど
の自己復帰し得るスイッチとした請求項4に記載の発明
によれば、異常のないコンデンサを例えばユーザーの誤
操作により短絡させてしまったような場合に有利であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による電力用蓄電装置の一実施例を概略
的に示した回路図。
【符号の説明】
PS 電気二重層コンデンサ C1〜C4 分割された内部電極 F1〜F4 電流制限手段(フューズ)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01G 9/12 // H02H 7/16 A 9375−5E H01G 9/00 301 Z 9/12 C

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 静電容量が数100F以上の電気二重層
    コンデンサもしくはこれに相当する容量のコンデンサ型
    特性を有する電池を備えてなる電力用蓄電装置におい
    て、その内部に設けられる内部電極を2個以上に分割し
    て、その各々を並列に接続するとともに、各内部電極へ
    の個別的な電流経路に電流制限手段がそれぞれ挿入され
    ていることを特徴とする電力用蓄電装置。
  2. 【請求項2】 上記内部電極を2個以上に分割するにあ
    たって、上記内部電極一つあたりの静電容量をC(F)
    およびその耐電圧をV(V)、上記コンデンサに用いら
    れる電解液の比熱をd、同電解液の質量をW(g)、上
    記内部電極の短絡時に生ずるエネルギーにより加熱され
    る電解液の上昇温度をT(℃)として成立する次式、 C=2dWT/V において、使用上許容される電解液の上昇温度Tを設定
    して、上記内部電極の分割数が決められている請求項1
    に記載の電力用蓄電装置。
  3. 【請求項3】 上記電流制限手段が溶断フューズである
    請求項1または2に記載の電力用蓄電装置。
  4. 【請求項4】 上記電流制限手段が感熱スイッチ、感熱
    リレーもしくは電流検出機能を備えた半導体スイッチな
    どの自己復帰し得るスイッチからなる請求項1または2
    に記載の電力用蓄電装置。
JP6142543A 1994-05-31 1994-05-31 電力用蓄電装置 Pending JPH07326548A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001003267A1 (de) * 1999-07-06 2001-01-11 Epcos Ag Schutzvorrichtung zur vermeidung der überlastung von kondensatoren mit hochfrequenten spannungen
WO2010087363A1 (ja) 2009-01-28 2010-08-05 住友重機械工業株式会社 ハイブリッド型作業機械及び蓄電制御装置
JP2024525593A (ja) * 2021-07-06 2024-07-12 キョーセラ・エーブイエックス・コンポーネンツ・コーポレーション ウルトラキャパシタモジュールを収めるデータセンターラック

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Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20030910