JP2021141316A

JP2021141316A - キャパシタモジュール

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Publication number: JP2021141316A
Application number: JP2021021765A
Authority: JP
Inventors: ユ、ヨン、ヒョン; Yong Hyeon Yoo; キム、ソン、ヒョン; Sung Hyun Kim
Original assignee: LS Mtron Ltd
Current assignee: LS Mtron Ltd
Priority date: 2020-02-28
Filing date: 2021-02-15
Publication date: 2021-09-16
Anticipated expiration: 2041-02-15
Also published as: JP7159370B2

Abstract

【課題】キャパシタセルの発熱状態を安定的に感知できるキャパシタモジュールを提供する。【解決手段】キャパシタモジュール１は、ハウジング１０、ハウジング１０の内部に配置された上面Ｓを有する複数のキャパシタセル２０、互いに離隔した一対のワイヤと一対のワイヤを囲むモールディングを含み、複数のキャパシタセルのそれぞれに接触してキャパシタセルの発熱を感知する第１感知部３０及び複数のキャパシタセル上に配置され、キャパシタセルの発熱による温度を感知する第２感知部４０を有する。第２感知部４０は、複数のキャパシタセルを含むグループＧ１〜Ｇ４それぞれに配置される。【選択図】図４

Description

本発明はキャパシタモジュールに関し、さらに詳細には、キャパシタセルの発熱状態を安定的に感知できるキャパシタモジュールに関する。

キャパシタ（Ｃａｐａｃｉｔｏｒ）は電気エネルギーを貯蔵する代表的なエネルギー貯蔵装置である。このようなキャパシタのうちウルトラキャパシタ（Ｕｌｔｒａ−Ｃａｐａｃｉｔｏｒ、ＵＣ）は、高い効率、半永久的な寿命、および迅速な充放電特性を有しているため、二次電池の弱点である短いサイクルと瞬間高電圧問題を補完できるエネルギー貯蔵装置として市場を形成している。

このような長所に基づき、ウルトラキャパシタは携帯電話、タブレットＰＣ、ノートパソコンなどのようなモバイルデバイスの補助電源としてだけでなく、高容量が要求される電気自動車、ハイブリッド自動車、太陽電池用電源装置、夜間道路表示灯、無停電電源装置（ＵＰＳ、ＵｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｅｄＰｏｗｅｒＳｕｐｐｌｙ）等の主電源あるいは補助電源としても多く利用されている。

このようなウルトラキャパシタ一つの電圧は３Ｖに過ぎないため、高電圧アプリケーション（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ）に使うためにウルトラキャパシタを単位セルとして複数個を直列または並列に連結して構成したものがウルトラキャパシタモジュールである。

従来技術に係るウルトラキャパシタモジュールは、単位セルに該当するウルトラキャパシタそれぞれの温度が既設定された基準温度から外れたかどうかを確認し難い問題がある。

本発明の一実施例は、キャパシタセルの発熱の程度を安定的に感知して管理できるキャパシタモジュールを提供することを目的とする。

前記のような目的を達成するために、本発明の一実施例に係るキャパシタモジュールは、ハウジング、ハウジングの内部に配置された複数のキャパシタセル、および互いに離隔した一対のワイヤと一対のワイヤを囲むモールディングを含み、複数のキャパシタセルのそれぞれに接触してキャパシタセルの発熱を感知する第１感知部を含むことを特徴とする。

また、複数のキャパシタセルは平面上複数の行と複数の列で配列され、第１感知部は行の間または列の間に配置され、行または列に沿って延びたことを特徴とする。

また、キャパシタセルは底面、上面および側面を有する円柱状であり、第１感知部は平面上複数の行のうち第１行のキャパシタセルそれぞれの側面と第１行に接する第２行のキャパシタセルそれぞれの側面の間に挿入されたことを特徴とする。

また、複数のキャパシタセル上に配置され、キャパシタセルの発熱による温度を感知する第２感知部をさらに含むことを特徴とする。

また、複数のキャパシタセルは所定個数のキャパシタセルを含む複数のグループに区画され、第２感知部は複数のグループそれぞれに配置されることを特徴とする。

また、第１感知部と第２感知部によってアラーム信号を生成するコントローラをさらに含み、コントローラは、第１感知部の信号を受信する第１ポート、第２感知部の信号を受信する第２ポート、および第１ポートの信号および第２ポートの信号のうち少なくとも一つの信号によってアラーム信号を生成する第１演算部を含むことを特徴とする。

また、コントローラは、追加的なキャパシタモジュール連結用の第３ポート、および第３ポートに所定信号を提供する信号生成部をさらに含むことを特徴とする。

本発明によると、安い費用で複数のキャパシタセルそれぞれの発熱の程度を安定的に感知することができる。

また、複数のキャパシタの発熱の測定を並列的に測定して安定性が増大し得る。

本発明の一実施例に係るキャパシタモジュールを図示した図面である。図１に図示されたキャパシタモジュールを概略的に図示した平面図である。図２に図示された第１感知部の他の実施例を図示した図面である。図２に図示されたキャパシタモジュールの他の実施例を図示した図面である。図２に図示されたコントローラの一実施例を図示した図面である。図５に図示されたコントローラの他の実施例を図示した図面である。

以下、本発明の好ましい一実施例に係るキャパシタモジュール１を詳細に説明する。

図１は本発明の一実施例に係るキャパシタモジュール１を図示した図面であり、図２は図１に図示されたキャパシタモジュール１を概略的に図示した平面図である。

図１および２を参照すると、本発明の一実施例に係るキャパシタモジュール１は、キャパシタセル２０の発熱の感知に必要な費用および空間的効用性を増大させるために、ハウジング１０、複数のキャパシタセル２０および第１感知部３０を含む。キャパシタセル２０はＰＣＢ基板上に設置される。ハウジング１０はＰＣＢ基板、複数のキャパシタセル２０および第１感知部３０を収容する。キャパシタセル２０はＰＣＢ基板に倒立した状態で設置され得る。キャパシタセル２０はウルトラキャパシタセルであり得る。

第１感知部３０は第１感熱導線、第２感熱導線および外皮を含むことができる。第１感熱導線と第２感熱導線はその長さ方向に沿って互いによじれる。第１感熱導線は第１通電ラインおよび第１融解被覆を含む。第１通電ラインは導電性金属である。第１融解被覆は第１通電ラインを囲み、所定温度以上で溶ける。第２感熱導線も第１感熱導線と同様に第２通電ラインと第２融解被覆を含む。これに対する機能は第１感熱導線と同じである。

第１感熱導線と第２感熱導線は加熱状態を感知できるコントローラ５０の検出回路（図示されず）に連結される。一実施例として、第１融解被覆および第２融解被覆が所定温度以上に加熱して融解すると、第１融解被覆および第２融解被覆が互いに短絡される。この時、検出回路は第１通電ラインと第２通電ラインの短絡を検出することができる。また、検出回路は第１感熱導線または第２感熱導線の断線を検出することができる。検出回路を通じてコントローラ５０はキャパシタセル２０の発熱を感知することができる。

キャパシタセル２０は摂氏６５度以下で作動することが安全および性能の側面んで推奨される。第１感知部３０は摂氏８０度内外で短絡され得る。したがって、第１感知部３０はキャパシタセル２０の過熱を感知することができる。第１感知部３０は複数のキャパシタセル２０のそれぞれに少なくとも１回接触するように設置される。

一実施例として、複数のキャパシタセル２０は平面上（ＰＣＢ基板上）複数の行（Ｃ１〜Ｃ４）と複数の列（Ｒ１〜Ｒ６）で配列される。ここで、第１感知部３０は行または列の間に配置される。また、第１感知部３０は行または列に沿って延びる。これによって、第１感知部３０は両側のキャパシタセル２０のすべてに接触され得る。

キャパシタセル２０は円柱状であって、底面、上面Ｓおよび側面を有する。この時、第１感知部３０は少なくとも平面上（ＰＣＢ基板上）複数の行のうち、第１行のキャパシタセル２０と第１行に接する第２行のキャパシタセル２０の間に挿入される。これによって、行に沿って延びた第１感知部３０は両側でキャパシタセル２０のすべてに接触され得る。キャパシタセル２０はアルミニウム材質であるため、キャパシタセル２０の発熱が第１感知部３０に十分に影響を及ぼす。第１感知部３０はキャパシタセル２０の間に挿入されるため、キャパシタセル２０の側面に接触するように配置される。好ましくは、第１感知部３０はキャパシタセル２０の側面にのみ接触され得る。

一方、第１感知部３０は複数の列のうち、第１列のキャパシタセル２０と第１列に接する第２列のキャパシタセル２０の間に挿入されてもよい。また、第１感知部３０はキャパシタセル２０の列および行の間に挿入されてもよい。

また、第１感知部３０の直径は隣接したキャパシタセル２０間の距離と同一または大きくてもよい。すなわち、第１感知部３０は隣接したキャパシタセル２０の間に締り嵌めされる。したがって、第１感知部３０は第１行をなすキャパシタセル２０と第２行をなすキャパシタセル２０の間に固定され得る。本発明のキャパシタモジュール１はロボットのアーム等に設置される。したがって、本発明の場合、キャパシタセル２０と第１感知部３０の結合力を安定的に確保することができる。

図３は図２に図示された第１感知部３０の他の実施例を図示した図面であり、図４は図２に図示されたキャパシタモジュール１の他の実施例を図示した図面である。

図３および４を参照すると、本発明の一実施例に係るキャパシタモジュール１は、複数の第１感知部３０を含むことができる。複数のキャパシタセル２０多数の行（Ｃ１〜Ｃ６）および多数の列（Ｒ１〜Ｒ４）で配列される場合、複数の第１感知部３０を配置することができる。この場合にも、第１感知部３０が一行（列）をなすキャパシタセル２０とこれに隣接した他の行（列）をなすキャパシタセル２０の間に配置される。また、複数の第１感知部３０のうちいずれか一つと他の一つは同一のキャパシタセル２０に接触され得る。

また、本発明の一実施例に係るキャパシタモジュール１は、第２感知部４０をさらに含むことができる。第２感知部４０は複数のキャパシタセル２０上に配置され、キャパシタセル２０の発熱による温度を感知することができる。第２感知部４０がＰＣＢ基板の上面に実装された場合、キャパシタセル２０の長期間の使用時に発生するセル漏洩液がＰＣＢ基板に形成された回路パターンを腐食させる可能性がある。これは、第２感知部４０の誤動作を招くことになる。本願発明の第２感知部４０はＰＣＢ基板に実装された複数のキャパシタセル２０の上部に配置される。したがって、セル漏洩液による誤動作が防止される。第２感知部４０はＰＴＣサーミスタ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｔｈｅｒｍｉｓｔｏｒ）およびＮＴＣサーミスタ（Ｎｅｇａｔｉｖｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｔｈｅｒｍｉｓｔｏｒ）を含むことができる。ＰＴＣサーミスタの場合、温度の増加により抵抗値が増加する。ＮＴＣサーミスタの場合、温度の減少により抵抗値が減少する。したがって、第２感知部４０は既設定された温度値（範囲）で所定の信号を発生させることができる。

一実施例として、第２感知部４０は複数のキャパシタセル２０を含むグループＧ１〜Ｇ４に配置される。複数のキャパシタセル２０は所定個数のキャパシタセル２０を含むグループに分類され得る。すなわち、複数のキャパシタセル２０は複数のグループＧ１〜Ｇ４に区画され得る。第２感知部４０は複数のグループＧ１〜Ｇ４それぞれに配置される。温度センサである第２感知部４０の場合、値段が高いため複数個を適用する場合、製造費用が上昇する問題点がある。したがって、第２感知部４０を複数のキャパシタセル２０を区画した複数のグループＧ１〜Ｇ４に配置して費用を節減しながらも、平面上複数のキャパシタセル２０の全面に対する温度の感知および確認を遂行できる。

また、第２感知部４０は複数のキャパシタセル２０の上部に配置される。すなわち、第２感知部４０は複数のキャパシタセル２０を挟んで、ＰＣＢ基板から離隔するように配置される。これによって、温度センサである第２感知部４０がＰＣＢ基板上に配置されることによってキャパシタセル２０間の間隔および空間的制約を招くことを回避することができる。

図５は図２に図示されたコントローラ５０の一実施例を図示した図面であり、図６は図５に図示されたコントローラ５０の他の実施例を図示した図面である。

図４〜図６を参照すると、コントローラ５０は第１感知部３０と第２感知部４０によってアラーム信号を生成することができる。コントローラ５０は第１ポート５００、第２ポート５１０および第１演算部５２０を含むことができる。第１ポート５００は第１感知部３０に連結されて第１感知部３０の信号を受信することができる。第２ポート５１０は第２感知部４０に連結されて第２感知部４０の信号を受信することができる。第１演算部５２０は第１ポート５００の信号および第２ポート５１０の信号のうち少なくとも一つの信号によってアラーム信号を生成することができる。ここで、第２感知部４０の信号は既設定された温度値（範囲）に該当する信号であり得る。これによって、キャパシタ２０の発熱を二重で観察して管理することができる。

一方、コントローラ５０は第３ポート５３０と信号生成部５４０をさらに含むことができる。第３ポート５３０は追加的なキャパシタモジュール１に連結され得る。したがって、キャパシタモジュール１の容量を拡張しながらも、キャパシタセル２０の発熱を安定的に感知することができる。追加的なキャパシタモジュール１は複数で連結され得る。

信号生成部５４０は第３ポート５３０に連結され、第３ポート５３０に所定信号を提供する。信号生成部５４０は第３ポート５３０に第１信号（例えば、「０」または「ＬＯＷ値」）または第２信号（例えば、「１」または「ＨＩＧＨ値」）を提供することができる。一実施例として、信号生成部５４０は第３ポート５３０に追加的なキャパシタモジュール１が連結されていない場合、第２信号（ＨＩＧＨ値）を出力することができる。これによって、アラームの生成に影響を及ぼさないようにすることができる。このために、信号生成部５４０はプルアップ抵抗（ＰＵＬＬ−ＵＰＲＥＳＩＳＴＯＲ）を含むことができる。また、信号生成部５４０はトランジスタ（図示されず）をさらに含むことができる。一方、第３ポート５３０に連結された追加的なキャパシタモジュール１からキャパシタセル２０の発熱による異常信号が第３ポート５３０に入力されると、第１信号を提供してアラームが生成され得る。

一方、コントローラ５０は第１補助演算部５２１をさらに含む。第１補助演算部５２１は第１演算部５２０と複数の第１ポート５００に連結される。第１補助演算部５２１は複数の第１感知部３０のうち少なくとも一つの第１感知部３０から信号（短絡信号）の入力時、アラーム信号生成のための信号を第１演算部５２０に提供する。

また、第１補助演算部５２１は第１演算部５２０と複数の第２ポート５１０に連結される。第１補助演算部５２１は複数の第２感知部４０のうち少なくとも一つの第２感知部４０から信号（既設定温度に該当するという信号）の入力時、アラーム信号生成のための信号を第１演算部５２０に提供する。第１補助演算部５２１は一つまたは２以上配置され得る。第１補助演算部５２１が一つの場合、第１補助演算部５２１は複数の第１感知部３０と複数の第２感知部４０に連結され得る。

以上、本発明者によってなされた発明を前記実施例によって具体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で多様に変更できることは言うまでもない。

１：キャパシタモジュール
１０：ハウジング
２０：キャパシタセル
３０：第１感知部
４０：第２感知部
５０：コントローラ
５００：第１ポート
５１０：第２ポート
５２０：第１演算部
５３０：第３ポート
５４０：信号生成部

Claims

ハウジング；
ハウジングの内部に配置された複数のキャパシタセル；
互いに離隔した一対のワイヤと一対のワイヤを囲む外皮を含み、複数のキャパシタセルのそれぞれに接触してキャパシタセルの発熱を感知する第１感知部；および
複数のキャパシタセル上に配置され、キャパシタセルの発熱による温度を感知する第２感知部を含む、キャパシタモジュール。
複数のキャパシタセルは平面上複数の行と複数の列で配列され、
第１感知部は行の間または列の間に配置され、行または列に沿って延びた、請求項１に記載のキャパシタモジュール。
キャパシタセルは底面、上面および側面を有する円柱状であり、
第１感知部は平面上複数の行のうち、第１行のキャパシタセルそれぞれの側面と第１行に接する第２行のキャパシタセルそれぞれの側面の間に挿入された、請求項２に記載のキャパシタモジュール。
複数のキャパシタセルは所定個数のキャパシタセルを含む複数のグループに区画され、
第２感知部は複数のグループそれぞれに配置される、請求項１に記載のキャパシタモジュール。
第１感知部と第２感知部によってアラーム信号を生成するコントローラをさらに含み、
コントローラは、
第１感知部の信号を受信する第１ポート；
第２感知部の信号を受信する第２ポート；および
第１ポートの信号および第２ポートの信号のうち少なくとも一つの信号によってアラーム信号を生成する第１演算部を含む、請求項１に記載のキャパシタモジュール。
コントローラは、
追加的なキャパシタモジュール連結用の第３ポート；および
第３ポートに所定信号を提供する信号生成部をさらに含み、
信号生成部はプルアップ抵抗を含む、請求項５に記載のキャパシタモジュール。