JP2018507542A - 電解質の漏出防止構造を有する電気エネルギー貯蔵装置の外部ターミナル - Google Patents
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Abstract
本発明は、円筒状の金属ケースの上端に結合して前記金属ケースを覆い、中心には安全弁が設置可能な中空が形成された電気エネルギー貯蔵装置の外部ターミナルであって、前記金属ケースが正方向へ立てられた状態で外部に露出する外側部と、前記外側部の下部に位置する内側部と、を備え、前記内側部は、前記中空に隣接した第１面と、前記外側部への方向に前記第１面よりも高い段差を有する第２面と、を含むことを特徴とする電気エネルギー貯蔵装置の外部ターミナルを開示する。
Description
本発明は、電気エネルギー貯蔵装置の外部ターミナルに関し、より詳しくは、電解質の漏出を防止できる構造を有する電気エネルギー貯蔵装置の外部ターミナルに関する。
本出願は、２０１５年１月１５日出願の韓国特許出願第１０−２０１５−０００７５０９号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に援用される。
次世代の電気エネルギー貯蔵装置として脚光を浴びている高静電容量貯蔵装置とは、キャパシタの一種であるウルトラキャパシタ（Ｕｌｔｒａ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ；ＵＣ）、スーパーキャパシタ（Ｓｕｐｅｒ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ；ＳＣ）、電気二重層キャパシタ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｄｏｕｂｌｅ Ｌａｙｅｒ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ；ＥＤＬＣ）などをいい、これは、電解コンデンサーと二次電池との中間的特性を有するエネルギー貯蔵装置であって、高い効率と半永久的寿命特性によって二次電池との併用及び代用が可能なエネルギー貯蔵装置である。
高静電容量貯蔵装置は、メインテナンスが容易でなく、長期間の使用寿命が求められるアプリケーションに対しては、蓄電池の代わりに用いられることもある。高静電容量貯蔵装置は速い充放電特性を有し、これによって移動通信情報器機である携帯電話、ノートブックＰＣ、ＰＤＡなどの補助電源としてだけでなく、高容量が求められる電気自動車、夜間道路標識灯、ＵＰＳ（Ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｅｄ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ）などの主電源または補助電源として非常に適し、このような用途でよく用いられている。
なお、高静電容量貯蔵装置は、小型化のために、図１に示したように円筒形状のものがよく用いられている。
なお、高静電容量貯蔵装置は、小型化のために、図１に示したように円筒形状のものがよく用いられている。
図１を参照すれば、高静電容量貯蔵装置は、正極、負極、セパレーター及び電解質から構成されたセル組立体が入れられた内部ハウジング１０と、内部ハウジング１０を収容する金属ケース４０と、金属ケース４０の上部及び下部に結合し、それぞれセル組立体の負極及び正極に接続する上側の内部ターミナル２０及び下側の内部ターミナル３０と、を含む。
上側の内部ターミナル２０は、絶縁部材６０によって金属ケース４０に対して絶縁されるとともに上板５０と接触し、下側の内部ターミナル３０は、金属ケース４０と接触する。ここで、上板５０の中心及び金属ケース４０の下端の中心には、端子部５１、５５が突出して形成されることが一般的である。
前記上側の内部ターミナル２０と上板５０との結合と、下側の内部ターミナル３０と金属ケース４０との結合は、通常、締結ボルト７０によって成される。ここで、特に、上板５０は重さが重くて体積の大きいという問題から構造的な改善が必要である。
高静電容量貯蔵装置は、常温で過充電や過放電、過電圧のような異常動作時に電解質と電極との界面で副反応が進み、これによる副産物として気体が発生するようになる。このように気体が発生して内部に蓄積されれば、金属ケース４０の内部圧力が持続的に増加し、結局は金属ケース４０が膨らむか、金属ケース４０における弱い部分で気体が急激に排出されながら爆発が発生するようになる。
金属ケース４０が膨らむ現象に係わり、金属ケース４０の上端には、上板５０の方向へ曲げられるように形成されたカール（ｃｕｒｌ）加工部４５が設けられ、カール量の調節によって耐圧性能の強化を容易に成し得る。
一方、従来の高静電容量貯蔵装置は、取扱時、上下位置が反転して逆方向に置かれるか斜めに傾いて置かれたとき、内部に残っていた液状電解質が安全弁側へ移動するようになり、安全弁が開放された場合、外部へ漏出するという問題が発生するため、これに対する対策が求められる。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、逆方向または傾いて置かれたとき、残余の電解質が安全弁側へ流出することを防止できる収容構造を有する電気エネルギー貯蔵装置の外部ターミナルを提供することを目的とする。
また、本発明は、軽量化可能に構造が改善された電気エネルギー貯蔵装置の外部ターミナルを提供することを他の目的とする。
上記の課題を達成するため、本発明は、円筒状の金属ケースの上端に結合して前記金属ケースを覆い、中心には安全弁が設置可能な中空が形成された電気エネルギー貯蔵装置の外部ターミナルであって、前記金属ケースが正方向へ立てられた状態で外部に露出する外側部と、前記外側部の下部に位置する内側部と、を備え、前記内側部は、前記中空に隣接した第１面と、前記外側部への方向に前記第１面よりも高い段差を有する第２面と、を含むことを特徴とする電気エネルギー貯蔵装置の外部ターミナルを提供する。
前記外側部と前記内側部とは一体化して単一本体を成し得る。
前記単一本体は、円形の外周を備え、前記単一本体の外周面には、前記金属ケースをビード加工するためのビーディング用溝が形成され得る。
前記第２面は、前記中空を中心とする円形に形成され得る。
前記内側部は、前記第２面を中心とする第３面が、前記外側部への方向に前記第１面よりも高く、前記第２面よりは低い段差を有し得る。
前記第３面の幅は、前記第２面の幅よりも相対的に大きく形成され得る。
前記第２面の段差深さに対応する厚さ及び前記第３面の段差深さに対応する厚さは、板状本体の最大厚さに対し３０〜８０％であることが望ましい。
本発明によれば、電気エネルギー貯蔵装置が逆方向または斜めに傾いて置かれたとき、残余電解質が外部ターミナルに形成された収容空間に溜まるようにすることで、安全弁の方に流出することを防止できる。
また、外部ターミナルの下部に内部ターミナルが結合し、前記外部ターミナルがビード加工によって金属ケースに固定される構造によって製品の軽量化が可能となる。
本明細書に添付される次の図面は、本発明の望ましい実施例を例示するものであり、発明の詳細な説明とともに本発明の技術的な思想をさらに理解させる役割をするため、本発明は図面に記載された事項だけに限定されて解釈されてはならない。
従来技術による電気エネルギー貯蔵装置の構成を示した断面図である。
本発明の望ましい実施例による電気エネルギー貯蔵装置の外観を示した斜視図である。
図２におけるビード加工及びカール加工前の分解斜視図である。
図２の断面図である。
図４における上部ターミナルの外形を示した斜視図である。
本発明の比較例によって上部ターミナルに段差が形成されていない構造を示した断面図である。
本発明の望ましい実施例による電気エネルギー貯蔵装置に備えられた漏出防止構造の作用を示した部分断面図である。
図７の斜視図である。
図２は、本発明の望ましい実施例による電気エネルギー貯蔵装置の外観を示した斜視図であり、図３は、図２の分解斜視図、図４は、図３の結合断面図である。
図２〜図４を参照すれば、本発明の望ましい実施例による電気エネルギー貯蔵装置は、セル組立体１６０と、前記セル組立体１６０及び電解質を収容する円筒状の金属ケース１００と、金属ケース１００の上端を覆うとともにセル組立体１６０の負極に接続し、残余電解質が安全弁へ流出することを防止する構造を有する上部ターミナル１１０と、を含む。
前記セル組立体１６０としては、正極及び負極がセパレータとともに巻き取られたゼリー・ロール形態からなる通常のウルトラキャパシター用ベアセルが採用され得る。
金属ケース１００は、所定の内部ハウジングに入れられた前記セル組立体１６０を収容可能な内部空間が形成された円筒状の本体を有する。望ましくは、金属ケース１００は、アルミニウム円筒体であり得る。
金属ケース１００が立てられた状態を基準で、長手方向の両端には、セル組立体１６０の負極と正極とにそれぞれ対応する上部の外部ターミナル１１０と下部の外部ターミナル１５０とが配置される。また、前記負極と上部の外部ターミナル１１０との間には、第１内部ターミナル１１５が介されて前記負極と接続し、前記正極と下部の外部ターミナル１５０との間には第２内部ターミナル１４０が介されて前記正極と接続する。
第１内部ターミナル１１５は、電解質含浸用通孔が複数形成された板状の本体を備え、上部の外部ターミナル１１０の下端に密に結合して一体化する。
金属ケース１００において、第２内部ターミナル１４０及び下部の外部ターミナル１５０が位置する方の端部は、ケース側面部と一体で連結された底部によって閉鎖される。
上部の外部ターミナル１１０に近い金属ケース１００の上端には、内側へ曲げられて上部の外部ターミナル１１０の離脱を防止するカール加工部１０２が設けられることが望ましい。上部の外部ターミナル１１０の付近に位置した金属ケース１００の側面部は、カール加工部１０２のカール量の調節によって耐圧性能が容易に調節できる。
上部の外部ターミナル１１０は、金属ケース１００の上端を覆うとともに電流移動経路を提供し、金属ケース１００の内周面に対応する円形の外周面を有し、全体的な形状は多様な３次元の形態に構成され得る。上部の外部ターミナル１１０の縁端は、絶縁部材１３０を挟んでカール加工部１０２と隣接する。また、上部の外部ターミナル１１０の側面は、絶縁部材１０３によって金属ケース１００に対して絶縁される。
上部の外部ターミナル１１０の中心には、厚さ方向へ延びた中空１１３が形成される。中空１１３は、例えば、自動復帰型の安全弁１２０を設けるための空間として用いられることに加え、電解質を注入するための通路及び真空作業のためのエアベント（Ａｉｒ Ｖｅｎｔ）としても用いられる。
上部の外部ターミナル１１０は、金属ケース１００へのビード加工（Ｂｅａｄｉｎｇ）により金属ケース１００に固定され得る。堅固な固定のために、上部の外部ターミナル１１０の外周面の周りには、金属ケース１００の内部面にビード加工部１０１を形成するためのビーディング用溝１１４が備えられる。変形例として、ビーディング用溝１１４は、上部の外部ターミナル１１０の外周面の周りの一部区間のみに形成され得る。前述のように、上部の外部ターミナル１１０は、カール加工部１０２によって離脱が防止されるため、このようにビーディング用溝１１４が一部区間のみに形成されるとしても上部の外部ターミナル１１０は、金属ケース１００に固定できる。この場合、上部の外部ターミナル１１０の構造をより単純化することができるだけでなく、上部ターミナル１００の製作時、鍛造加工を容易に適用することができる。
上部の外部ターミナル１１０は、金属ケース１００が正方向に置かれたとき、外部に露出する部分である外側部１１１と前記外側部１１１の下部に位置する内側部１１２と、を備える。ここで、前記「正方向」とは、安全弁１２０が金属ケース１００の上端側に位置するように金属ケース１００が立てられた状態の配置方向を意味する。
望ましくは、上部の外部ターミナル１１０は、単一本体からなることで構造が簡素化し、その単一本体の上に外側部１１１と内側部１１２とが備えられる。具体的に、外側部１１１は、単一本体からなる上部の外部ターミナル１１０の上面となり、内側部１１２は、上部の外部ターミナル１１０の下面となる。
図５に示したように、上部の外部ターミナル１１０の内側部１１２は、中空１１３に隣接する第１面１１２ａと、前記第１面１１２ａの外郭に設けられ、外側部１１１への方向に前記第１面１１２ａよりも高い段差を有する第２面１１２ｂと、を含む。前記第２面１１２ｂが、外側部１１１への方向に前記第１面１１２ａよりも高い段差を有する構造は、金属ケース１００が逆方向または傾いて置かれたとき、残余電解質が溜まるようにすることで中空１１３に介した漏出を防止する構造である凹み部分を形成する。前記残余電解質は、電解質の注入時、電極に吸収できなかった残量の電解質であり得る。また、通常、一定条件（−４０〜６５℃、０〜２．７Ｖ）では、電解質の含浸状態に特に異常はないが、前記一定条件の未満または超過時は、電極に吸収されている電解質が流出して前記残余電解質に加えられ得る。
第２面１１２ｂは、中空１１３を中心として上部の外部ターミナル１１０の外周と実質的に同心円を成すように円形パターンに形成される。このような構成によれば、金属ケース１００が逆方向または傾いて置かれたとき、内側部１１２の表面全領域に残留する電解質の流れを前記凹み部へ誘導して収容することができる。
第２面１１２ｂの外郭には、前記第２面１１２ｂに比べて外側部１１１への方向に低く段差が形成された第３面１１２ｃが付加され得る。この際、第３面１１２ｃは、漏出防止のために第１面１１２ａに比べて外側部１１１への方向に高く段差が形成された構造を有すべきである。即ち、第３面１１２ｃは、第１面１１２ａと第２面１１２ｂとの間の段差を有する。このような構成によっても二つの目的を達成することができる。第一は、外部ターミナル自体の剛性を確保することで外力による変形や損傷を防止することができる。外側部１１１は、中心部が最も高く、中心から遠くなるほど階段状に低くなる構造を有し、第２面１１２ｂによって内側部１１２の凹み部が余りに広く形成される場合、外部ターミナルの厚さが薄くなり、外部衝撃に弱くなり得る。第３面１１２ｃは、外部ターミナルの厚さが余りに薄くなることを防止することができる。第二は、残余電解質が安全弁へ流入することをさらに防止することができる。即ち、第１面１１２ａと第２面１１２ｃとが成す凹み部が収容できないほど電解質の量が多いとしても、電解質が中空１１３の反対方向へ流れるように誘導して安全弁への流入を防止することができる。
残余電解質の収容空間を可能な限り充分確保できるように、第３面１１２ｃの幅Ｗ２は、第２面１１２ｂの幅Ｗ１よりも相対的に大きいことが望ましい。
上部の外部ターミナル１１０において、第２面１１２ｂの段差深みに対応する厚さＴ１と第３面１１２ｃの段差深みに対応する厚さＴ２とは、上部ターミナル１１０の板状本体の最大厚さＴｍ及び上部ターミナル１１０の強度を考慮して最適化することが望ましい。具体的に、第２面１１２ｂの段差深みに対応する厚さＴ１及び第３面１１２ｃの段差深みに対応する厚さＴ２は、図６に示したように下面に段差が形成されていない状態の上部ターミナル１１０’の板状本体に対する最大厚さＴｍに対し、３０〜８０％範囲に属するように限定されることが望ましい。ここで、前記板状本体とは、上部ターミナル１１０’において、真ん中に突出して形成された上部ターミナル端子部１１６’を除いた部分をいい、平面形状または多様な３次元形状の外形を有し得る。
第２面１１２ｂの段差深みに対応する厚さＴ１と第３面１１２ｃの段差深みに対応する厚さＴ２とが前記数値範囲の下限である３０％に達していない場合は、垂直方向に作用する外圧によって円形の上部ターミナル１１０が曲げられて変形しやすく、前記数値範囲の上限である８０％を超過する場合は、電解質が溜まるに足りる空間が確保されないという問題がある。
図７及び図８には、本発明の望ましい実施例による電気エネルギー貯蔵装置に備えられた漏出防止構造の作用が示されている。図示したように、電気エネルギー貯蔵装置は、逆方向に置かれたとき、上部ターミナル１１０の内側部１１２は、外側部１１１への方向に第１面１１２ａよりも第２面１１２ｂないし第３面１１２ｃが相対的に高い段差を有することで形成された凹み部に液体電解質が溜まるようになるため、安全弁１２０が開放状態にあるとしても電解質が第１面１１２ａの段差を超えて流出できないため、中空１１３を介した漏出が防止される。このような作用効果は、電気エネルギー貯蔵装置が斜めに傾いて置かれた場合にも同様に得られる。
上述のように、本発明の望ましい実施例による電気エネルギー貯蔵装置は、逆方向または傾いて置かれても、残余電解質が上部の外部ターミナル１１０の内側部１１２に形成された凹み部に溜まることで安全弁１２０へ流出することを防止することができる。また、上部の外部ターミナル１１０の外周面にビーディング用溝１１４が形成された構造によって第１内部ターミナル１１５の構造を薄型化できるため、小型、軽量化が可能となり、金属ケース１００の内部空間をより充分に確保することができる。
以上のように、本発明を限定された実施例と図面によって説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の属する技術分野で通常の知識を持つ者によって本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。
本発明を適用すれば、製品の軽量化が可能となり、金属ケースの内部空間を拡充できることから内圧を低め、安定性及び寿命を向上させることができる。
Claims (7)
- 円筒状の金属ケースの上端に結合して前記金属ケースを覆い、中心には安全弁が設置可能な中空が形成された電気エネルギー貯蔵装置の外部ターミナルであって、
前記金属ケース１００が正方向へ立てられた状態で外部に露出する外側部１１１と、前記外側部１１１の下部に位置する内側部１１２と、を備え、
前記内側部１１２は、
前記中空１１３に隣接した第１面１１２ａと、前記外側部１１１への方向に前記第１面１１２ａよりも高い段差を有する第２面１１２ｂと、を含むことを特徴とする電気エネルギー貯蔵装置の外部ターミナル。 - 前記外側部１１１と前記内側部１１２とが一体化して単一本体を成すことを特徴とする請求項１に記載の電気エネルギー貯蔵装置の外部ターミナル。
- 前記単一本体は、円形の外周を備え、
前記単一本体の外周面には、前記金属ケース１００をビード加工するためのビーディング用溝１１４が形成されたことを特徴とする請求項２に記載の電気エネルギー貯蔵装置の外部ターミナル。 - 前記第２面１１２ｂは、前記中空１１３を中心とする円形に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の電気エネルギー貯蔵装置の外部ターミナル。
- 前記内側部１１２は、
前記第２面１１２ｂを中心とする第３面１１２ｃが、前記外側部１１１への方向に前記第１面１１２ａよりも高く、前記第２面１１２ｂよりは低い段差を有することを特徴とする請求項４に記載の電気エネルギー貯蔵装置の外部ターミナル。 - 前記第３面１１２ｃの幅Ｗ２が、前記第２面１１２ｂの幅Ｗ１よりも相対的に大きいことを特徴とする請求項５に記載の電気エネルギー貯蔵装置の外部ターミナル。
- 前記第２面１１２ｂの段差深さに対応する厚さＴ１及び前記第３面１１２ｃの段差深さに対応する厚さＴ２が、板状本体の最大厚さＴｍに対し３０〜８０％であることを特徴とする請求項５に記載の電気エネルギー貯蔵装置の外部ターミナル。
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