JP6483239B2 - 放熱特性が向上したエネルギー貯蔵装置 - Google Patents

Description

本発明は、エネルギー貯蔵装置に関し、より詳しくは、放熱特性が向上したエネルギー貯蔵装置に関する。

本出願は、２０１４年８月１９日出願の韓国特許出願第１０−２０１４−０１０７９３９号、２０１４年１２月１２日出願の韓国特許出願第１０−２０１４−０１７９７３２号、及び２０１５年６月１８日出願の韓国特許出願第１０−２０１５−００８６８８０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。

一般に、ウルトラキャパシタ（ｕｌｔｒａ ｃａｐａｃｉｔｏｒ）はスーパーキャパシタ（ｓｕｐｅｒ ｃａｐａｃｉｔｏｒ）とも呼ばれ、電解コンデンサと二次電池との中間的な特性を有するエネルギー貯蔵装置である。ウルトラキャパシタは高い効率、半永久的な寿命特性のため二次電池との併用が可能であり、さらには二次電池に代替できる次世代電気エネルギー貯蔵装置である。

メンテナンスが容易でなく長い使用寿命を要求するアプリケーションに対しては、ウルトラキャパシタが蓄電池に代替して使用されることもある。ウルトラキャパシタは、速い充放電特性を有するため、移動通信情報機器である携帯電話、ノートパソコン、ＰＤＡなどの補助電源として使用することができる。また、高容量が求められる電気自動車、夜間道路表示灯、無停電電源供給装置（Ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｂｌｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ；ＵＰＳ）などの主電源または補助電源として適する。

このようなウルトラキャパシタの適用の際、高電圧用電池として使用するためには数千ファラド（ｆａｒａｄ）または数百ボルトの高電圧モジュールが必要である。高電圧モジュールは必要な数量の複数のウルトラキャパシタをケース内で連結して構成することができる。

図１は、従来のウルトラキャパシタモジュールの構成を示した図である。
図１に示されたように、従来のウルトラキャパシタモジュールは、ウルトラキャパシタアレイ１０、ウルトラキャパシタアレイ１０を収容するケース２０、及びケース２０の上方と下方の開口を覆うカバー３０、４０を含む。ウルトラキャパシタアレイ１０は、バスバー１１を介して複数のウルトラキャパシタの電極ターミナルが連結され、ナットによって結合されて構成される。

ウルトラキャパシタモジュールは複数のウルトラキャパシタの駆動を通じてエネルギー貯蔵特性を向上させることができる。しかし、ウルトラキャパシタモジュールの駆動時に生じる熱も急激に増加し、ウルトラキャパシタモジュールの信頼性や安全性が低下する恐れがある。

上記のような従来のウルトラキャパシタモジュールは、隣接するウルトラキャパシタを連結する連結部材であるバスバー１１、及びケース２０の上面と下面を覆う金属材質のカバー３０、４０を通じて主に放熱する。しかし、ケース２０の側面は、ウルトラキャパシタモジュールの重さを減らし且つ生産コストを抑えようとして合成樹脂から製作され、板状になっているため、ウルトラキャパシタとの接触面積が狭く放熱が殆ど行われない。

また、上記のような従来技術によれば、ウルトラキャパシタは主にバスバー１１を通じて放熱できるが、バスバー１１の放熱面積が狭いため効率的に放熱できず、ケース内部の温度が上昇してウルトラキャパシタの寿命が短くなるという問題が生じる。

韓国特許第１０−１３４１４７４号公報

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、ウルトラキャパシタのようなエネルギー貯蔵セルをケースに収容するとき、接触面積の広いケース側面を通じて放熱が行われるようにすることで、放熱特性を向上させたエネルギー貯蔵装置を提供することを目的とする。

本発明の他の目的及び長所は、下記する説明によって理解でき、本発明の実施例によってより明らかに分かるであろう。また、本発明の目的及び長所は、特許請求の範囲に示される手段及びその組合せによって実現することができる。

上記の課題を達成するため、本発明の一態様によるエネルギー貯蔵装置は、少なくとも２つの円筒形のエネルギー貯蔵セルが直列で連結されて形成されたセルアセンブリ；前記エネルギー貯蔵セルの外側面に対応する形状の収容部を備え、前記セルアセンブリを収容するケース；及び前記セルアセンブリのエネルギー貯蔵セルの外側面と前記収容部の内側面との間に設けられる放熱パッド；を含み、前記ケースは少なくとも２つのケースブロックを含み、前記ケースブロックの結合によって前記収容部が形成される。

前記放熱パッドと接触する前記エネルギー貯蔵セルの中心角は、３０°〜６０°であり得る。

前記収容部が形成する弧（ａｒｃ）の長さは、前記放熱パッドの長さ以上であり得る。

前記放熱パッドは弾性を有し、前記収容部と前記エネルギー貯蔵セルとの間の間隔は前記放熱パッドの圧着前の厚さより小さく、且つ、前記エネルギー貯蔵セルの直径公差より大きくなり得る。

前記放熱パッドは、前記エネルギー貯蔵セルに付着することができる。

前記放熱パッドは、熱伝導フィラーであり得る。

前記放熱パッドの一面には、接着層を備えることができる。

前記エネルギー貯蔵セルは、ウルトラキャパシタであり得る。

前記ケースブロックは、前記エネルギー貯蔵セルの外側と同じ形状の弧を有する複数の凸部；前記複数の凸部を連結する凸部連結部；及び前記凸部と前記凸部連結部との間に形成された凹部；を含むことができる。

前記凹部には少なくとも１つの放熱板が垂直に突出して形成され得る。

前記ケースブロックは、Ｌ字状またはコ字状であり得る。

前記ケースブロックがＬ字状である場合、前記複数の凸部の最外側凸部のうち１つは、凸部の弧の形状がつながるように連結され得る。

前記ケースブロックは、前記最外側凸部のうち１つから延びて前記ケースブロックの長手方向に折り曲げられたケースブロック連結部；をさらに含むことができる。

前記ケースブロックがコ字状である場合、前記複数の凸部のうち最外側凸部は、凸部の弧の形状がつながるように連結され得る。

前記ケースブロックは、前記最外側凸部のそれぞれから延びて前記ケースブロックの長手方向に折り曲げられたケースブロック連結部；をさらに含むことができる。

前記凸部連結部にはカバーを固定するためのタブが形成され得る。

前記放熱パッドの終端地点から前記エネルギー貯蔵セルと前記ケースとの間の距離が広がり、前記エネルギー貯蔵セルと前記ケースとの間を絶縁することができる。

前記エネルギー貯蔵セルの外面に絶縁フィルムをさらに設けることができる。

本発明によれば、ナット及びバスバーのような連結部材を通じた放熱だけでなく、ケースとエネルギー貯蔵セルとの間に放熱パッドを設けることで、エネルギー貯蔵セルとケースとの接触面積を広げて放熱特性を向上させることができる。

本発明によれば、多くのエネルギー貯蔵セルを収容するケースを複数のケースブロックの結合によって製造することで、前記放熱パッドを容易に設けることができ、ケースの製造コストを節減することができる。

本発明によれば、放熱特性を向上させると同時にエネルギー貯蔵装置の製品重量を最適化することができる。

本発明によれば、放熱パッドの両終端からエネルギー貯蔵セルとケースとの間の距離が広がるようにすることで、ケースとエネルギー貯蔵セルとの間を自然に絶縁して製品安全性を向上させることができる。

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。

従来のエネルギー貯蔵装置モジュールを示した図である。 本発明の一実施例によるエネルギー貯蔵装置の構成を示した図である。 本発明の他の実施例によるエネルギー貯蔵セル同士の連結を示した図である。 図２のＩＩ−ＩＩ´矢視図である。 本発明の一実施例によるケースブロックの構成を示した図である。 本発明の他の実施例によるケースブロックの構成を示した図である。 本発明の一実施例による放熱パッドとエネルギー貯蔵セルとが接触するときの中心角を示した図である。 本発明の一実施例による放熱パッドとエネルギー貯蔵セルとの接触形状、放熱効率及び製品重量を角度毎に示した図である。 本発明の一実施例による接触角毎の放熱効率及び製品重量の変化を示したグラフである。 図４のＡ部分を拡大した図である。

以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び請求範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解釈されねばならない。したがって、本明細書に記載された実施例及び図面に示された構成は、本発明のもっとも望ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを代弁するものではないため、本出願の時点においてこれらに代替できる多様な均等物及び変形例があり得ることを理解せねばならない。

また、本発明の説明において、関連公知機能または構成についての具体的な説明が本発明の要旨を不要にぼやかし得る場合はその詳細な説明を省略する。

図２は、本発明の一実施例によるエネルギー貯蔵装置の構成を示した図である。図３は、本発明の他の実施例によるエネルギー貯蔵セル同士の連結を示した図である。図４は、図２のＩＩ−ＩＩ´矢視図である。

図２〜図４を参照すれば、本実施例によるエネルギー貯蔵装置は、少なくとも２つのエネルギー貯蔵セル１１０が直列で連結されたセルアセンブリ１００、及びセルアセンブリ１００を収容するケース２００を含む。

セルアセンブリ１００は、少なくとも２つのエネルギー貯蔵セル１１０を直列で連結して形成することができる。エネルギー貯蔵セル１１０はウルトラキャパシタであり得、本実施例の説明においてエネルギー貯蔵セルはウルトラキャパシタであるが、これに限定されず、二次電池、バッテリーなど電気エネルギーを貯蔵可能なセルであれば良い。

ウルトラキャパシタ１１０は速い充放電特性を有するため、移動通信情報機器である携帯電話、ノートパソコン、ＰＤＡなどの補助電源だけでなく、高容量が要求される電気自動車やハイブリッド自動車、太陽電池用電源装置、無停電電源供給装置などの主電源または補助電源として使用することができる。

ウルトラキャパシタ１１０は円筒形であり得、図２に示されたように、電極が形成された長手方向に他のウルトラキャパシタと直列で連結されてセルアセンブリ１００を構成することができる。このとき、隣接するウルトラキャパシタは連結部材、例えばナット及びバスバーによって連結することができる。

また、図３に示されたように、ウルトラキャパシタ１１０を並列に位置させた状態で、第１ウルトラキャパシタの正極端子と第２ウルトラキャパシタの負極端子とをバスバー１３０及びナット１５０などのような連結部材を用いて直列で連結してセルアセンブリ１００を形成することができる。このとき、複数のウルトラキャパシタ１１０はバスバー１３０によって正極端子と負極端子とが連結され、ナット１５０によって結合されてセルアセンブリ１００を構成する。セルアセンブリ１００をケース２００に収容してウルトラキャパシタモジュールを構成することができる。

ケース２００は、ウルトラキャパシタ１１０が直列で連結されて形成されたセルアセンブリ１００を収容することができる。ケース２００はウルトラキャパシタ１１０の外側面に対応する形状の収容部を備え、ウルトラキャパシタ１１０が直列で連結されて形成されたセルアセンブリ１００を収容することができる。

ケース２００は同じ形状の少なくとも２つのケースブロック（図５の５１０または図６の６１０）を結合して形成することができる。ケースブロック（図５の５１０または図６の６１０）の結合によってセルアセンブリ１００を収容する収容部を形成することができる。ケースブロック（図５の５１０または図６の６１０）については図５及び図６を参照して詳しく後述する。

図５は、本発明の一実施例によるケースブロックの構成を示した図である。

図５を参照すれば、ケースブロック５１０はＬ字状であり得、ウルトラキャパシタ１１０の外側形状に対応する形状の収容部５１８を有する。ウルトラキャパシタ１１０が円筒形である場合、ウルトラキャパシタ１１０の外側面と接するケースブロック５１０の内側面は円筒形の丸い形状であり得る。前記Ｌ字状のケースブロックを４つ結合してケース２００が完成でき、それによって収容部５１８を形成することができる。

より具体的に、図５に示されたように、ケースブロック５１０は、ウルトラキャパシタ１１０の外側と同じ形状の弧を有する複数の凸部５１１、凸部５１１を連結する凸部連結部５１３、凸部５１１と凸部連結部５１３との間に形成された凹部５１２、及びケースブロック５１０を連結するケースブロック連結部５１４、５１５を含む。

複数の凸部５１１は、ウルトラキャパシタ１１０の外側と同じ形状の弧を有してウルトラキャパシタ１１０を収容する収容部５１８を形成し、その内側に放熱パッド２１０が付着される。放熱パッド２１０はウルトラキャパシタ１１０で発生した熱を凸部５１１に放出し、またウルトラキャパシタ１１０と凸部５１１（すなわち、ケース２００）との間を絶縁させる機能を果たす。このような凸部５１１は凸部連結部５１３によって連結され、凸部連結部５１３にはケース２００を覆う上部カバー及び下部カバーを固定するためのタブが形成されている。タブはボルト締め（ｂｏｌｔｉｎｇ）処理のための構成であって、ケース２００とカバーとを固定するためのボルトが締め込まれる。

複数の凸部５１１が連結されて形成されるケースブロック５１０はＬ字状を有する。幅手方向にケースブロック５１０を連結するため、最外側凸部のうち１つは幅手方向に配置されて連結され、その他の凸部は長手方向に配置されて連結される。すなわち、複数の凸部５１１の長手方向の最外側凸部のうち１つは、凸部５１１の弧の形状がつながるように連結される。

凹部５１２は凸部５１１と凸部連結部５１３との間に形成される。凹部５１２は凸部５１１の一部を外側に折り返すことで形成されるが、これは絶縁距離を確保するためである。詳しくは後述する。凹部５１２には一定間隔で複数の放熱板５１７が垂直に設けられ、ウルトラキャパシタ１１０で発生する熱を外部に放出する。すなわち、放熱板５１７の間の空気の流れを通じて放熱効率を高めるため、一定間隔で放熱板５１７が垂直に設けられる。そして、放熱面積を広げるため、複数の放熱板５１７が設けられる。このとき、放熱板５１７の高さは凸部連結部５１３の高さと同一に形成される。図５では長手方向の左側端に位置する凸部連結部５１３の両側に凹部５１２が形成されていないが、他の凸部連結部５１３と同様に両側に凹部５１２を形成することもできる。

ケースブロック連結部５１４、５１５はケースブロック５１０を連結する。ケースブロック連結部５１４、５１５のうちケースブロック連結部５１４は、凸部５１１から延びて長手方向に折り曲げられ、幅手方向にケースブロック５１０を連結する。ケースブロック連結部５１４、５１５のうちケースブロック連結部５１５は、凸部５１１から延びて幅手方向に折り曲げられ、長手方向にケースブロック５１０を連結する。

図６は、本発明の他の実施例によるケースブロックの構成を示した図である。

図６を参照すれば、ケースブロック６１０はコ字状であり得、ウルトラキャパシタ１１０の外側形状に対応する形状の収容部６１８を有する。ウルトラキャパシタが円筒形である場合、ウルトラキャパシタ１１０の外側面と接するケースブロック６１０の内側面は円筒形の丸い形状であり得る。前記コ字状のケースブロックを２つ結合してケース２００が完成でき、それによって収容部６１８を形成することができる。

より具体的に、図６に示されたように、ケースブロック６１０は、ウルトラキャパシタ１１０の外側と同じ形状の弧を有する複数の凸部６１１、凸部６１１を連結する凸部連結部６１３、凸部６１１と凸部連結部６１３との間に形成された凹部６１２、及びケースブロック６１０を連結するケースブロック連結部６１４を含む。

複数の凸部６１１は、ウルトラキャパシタ１１０の外側と同じ形状の弧を有してウルトラキャパシタ１１０を収容する収容部６１８を形成し、その内側に放熱パッド２１０が付着される。放熱パッド２１０はウルトラキャパシタ１１０で発生した熱を凸部６１１に放出し、またウルトラキャパシタ１１０と凸部６１１（すなわち、ケース２００）との間を絶縁させる機能を果たす。このような凸部６１１は凸部連結部６１３によって連結され、凸部連結部６１３にはケース２００を覆う上部カバー及び下部カバーを固定するためのタブが形成されている。タブはボルト締め処理のための構成であって、ケース２００とカバーとを固定するためのボルトが締め込まれる。

複数の凸部６１１が連結されて形成されるケースブロック６１０はコ字状を有する。幅手方向に２つのケースブロック６１０を連結するため、最外側凸部は幅手方向に配置されて連結され、その他の凸部は長手方向に配置されて連結される。すなわち、複数の凸部６１１の最外側凸部は凸部６１１の弧の形状がつながるように連結される。

凹部６１２は凸部６１１と凸部連結部６１３との間に形成される。凹部６１２は凸部６１１の一部を外側に折り返すことで形成されるが、これは絶縁距離を確保するためである。詳しくは後述する。凹部６１２には一定間隔で複数の放熱板６１７が垂直に設けられ、ウルトラキャパシタ１１０で発生する熱を外部に放出する。すなわち、放熱板６１７の間の空気の流れを通じて放熱効果を高めるため、一定間隔で放熱板６１７が垂直に設けられる。そして、放熱面積を広げるため、複数の放熱板６１７が設けられる。このとき、放熱板６１７の高さは凸部連結部６１３の高さと同一に形成される。図６では長手方向の両終端に位置する凸部連結部６１３の両側に凹部６１２が形成されていないが、他の凸部連結部６１３と同様に両側に凹部６１２を形成することもできる。

ケースブロック連結部６１４はケースブロック６１０を連結する。ケースブロック連結部６１４は、凸部６１１から延びて長手方向に折り曲げられ、幅手方向にケースブロック６１０を連結する。

図５及び図６を参照して上述したケースブロック５１０、６１０の結合によって形成されるケース２００は金属材質で形成することができる。ケース２００の内部に形成される収容部５１８、６１８はウルトラキャパシタ１１０の外側面と対応する形状に、ウルトラキャパシタ１１０の形状に最大限に合わせて製作する。したがって、ケース２００とウルトラキャパシタ１１０との間の接触面を最大化して熱が放出される面積を増やすことで、放熱効果を高めることができる。

上述したように、本実施例によれば、放熱効果をさらに向上させるため収容部５１８、６１８の内側面に放熱パッド２１０が付着される。すなわち、セルアセンブリ１００が収容部５１８、６１８に挿入されたとき、セルアセンブリ１００と収容部５１８、６１８との間に放熱パッド２１０が位置できるように、収容部５１８、６１８の内側面に放熱パッド２１０を付着することができる。放熱パッド２１０はウルトラキャパシタ１１０の電極が形成された長手方向に収容部５１８、６１８の内側面に付着することができる。放熱パッド２１０の幅は収容部５１８、６１８が形成する弧の長さより小さい。放熱パッド２１０の幅が収容部５１８、６１８が形成する弧の長さより大きい場合、放熱パッド２１０の一部が収容部５１８、６１８に当接しなくなって放熱できなくなる。換言すれば、収容部５１８、６１８は放熱パッド２１０の幅より長い弧を有しなければならない。

放熱パッド２１０は、熱伝達のための熱伝導フィラー、例えば、金属粉末またはセラミックス粉末を含むことができる。金属粉末の例としては、アルミニウム、銀、銅、ニッケル及びタングステンのうちいずれか１つ又は２つ以上の混合物が挙げられる。また、セラミックス粉末の例としては、シリコーン、グラファイト及びカーボンブラックが挙げられる。本発明の実施例が放熱パッド２１０の材質によって限定されることはない。または、放熱パッド２１０の材質はシリコーン合成ゴムであり得る。

放熱パッド２１０はケース２００の内部に収容されるウルトラキャパシタ１１０を固定する役割を果たすことができる。すなわち、放熱パッド２１０は、ケース２００の内部にウルトラキャパシタ１１０が収容される場合、ウルトラキャパシタ１１０と当接してウルトラキャパシタ１１０の動きを防止し固定することができる。収容部５１８、６１８がウルトラキャパシタ１１０の外側面に対応する形状で製作されても、ウルトラキャパシタ１１０と緊密な接触面が形成されないこともあり、それによって適切に放熱できないこともある。したがって、ウルトラキャパシタ１１０と接触する収容部５１８、６１８の内側面に放熱パッド２１０を付着することで、ウルトラキャパシタ１１０をケース２００内に固定すると共に、ケース２００とウルトラキャパシタ１１０との間の接触面積を広げて放熱効果を高めることができる。

また、放熱パッド２１０は弾性を有し得る。ケース２００には複数のウルトラキャパシタ１１０が挿入されるが、それぞれのウルトラキャパシタ１１０の直径が異なり得る。そのため、ウルトラキャパシタ１１０が放熱パッド２１０に完璧に圧着されないこともある。したがって、このようなウルトラキャパシタ１１０同士の直径の差を考慮し、弾性を有する放熱パッド２１０を用いることで、全てのウルトラキャパシタ１１０が放熱パッド２１０に十分圧着されるようにする。このとき、放熱パッド２１０の圧着前の厚さはウルトラキャパシタ１１０の直径公差より大きいことが望ましい。例えば、ウルトラキャパシタ１１０の標準直径が６０．７ｍｍ、公差が±０．７ｍｍである場合、放熱パッド２１０の圧着前の厚さは１．４ｍｍ（０．７ｍｍ×２）より大きいことが望ましく、例えば２ｍｍの厚さを有するようにする。

放熱パッド２１０が弾性を有する場合、ケース２００にウルトラキャパシタ１１０が挿入されれば、放熱パッド２１０はウルトラキャパシタ１１０の外形に沿って変形し、それによってウルトラキャパシタ１１０との密着力を高めることができ、結果的に接触面積が増加する。したがって、接触面積の増加によって放熱効率をさらに高めることができる。

一方、放熱パッド２１０の使用において、ケース２００の収容部５１８、６１８とウルトラキャパシタ１１０との間隔は放熱パッド２１０の圧着前の厚さより小さく、且つ、前記ウルトラキャパシタ１１０の直径公差より大きいことが望ましい。ここで、収容部５１８、６１８とウルトラキャパシタ１１０との間隔は、放熱パッド２１０を使用せずにエネルギー貯蔵装置の組立てを完了したときの間隔である。前記間隔が前記直径公差より小さければ、ケースの組立てが不完全になって隙間が生じ得るため、前記間隔はウルトラキャパシタ１１０の直径公差より大きくなければならない。そして、ウルトラキャパシタ１１０を放熱パッド２１０に十分圧着させるため、前記間隔は放熱パッド２１０の圧着前の厚さより小さくなければならない。前記間隔が放熱パッド２１０の圧着前の厚さより小さければ、ケースを組み立てるとき、ウルトラキャパシタ１１０が放熱パッド２１０を圧着するようになることで、ウルトラキャパシタ１１０をケース２００内に固定すると共にウルトラキャパシタ１１０と放熱パッド２１０との間の接触面積を広げて放熱効果を高めることができる。

また、図示していないが、放熱パッド２１０の一面に接着層を備えることで、ケース２００の収容部５１８、６１８に前記放熱パッドを容易に付着することができる。ここで、前記接着層は熱伝導フィラー、例えば金属粉末またはセラミックス粉末をさらに含み、接着層によって熱伝導率が低下することを防止できる。

本実施例によれば、放熱パッド２１０をケース２００の内側面、すなわち、ウルトラキャパシタ１１０の外側面と対応する収容部５１８、６１８の内側面に付着することで、ケース２００の側面を通じた放熱を行って放熱性能をさらに向上でき、前記ケース２００には銅またはアルミニウムのような熱伝導性に優れた材質を使用するため、ケース２００の内部で発生した熱を効果的に外部に伝達し放出することができる。

従来は隣接するウルトラキャパシタ１１０を連結する連結部材、すなわち、バスバーによって主に熱を放出したが、前記バスバーは熱を放出可能な面積が狭くその効果が低かった。例えば、前記バスバーの長さが１００ｍｍ、幅が２８ｍｍである場合、ウルトラキャパシタ１つ当りバスバーを通じて放熱可能な面積は１００×２８／２（ウルトラキャパシタ１つ当りのバスバーの面積）×２（上面及び下面）＝２８００ｍｍ^２であり得る。

しかし、上述したように本実施例によれば、ケース２００の側面を通じて、すなわち、放熱面積を増加させて熱を放出することで、より効率的にケース２００内部の熱を外部に放出させることができる。また、ウルトラキャパシタ１１０が接触するケース２００の内側面に熱伝導性に優れた放熱部材、すなわち、放熱パッド２１０を付着することで、放熱性能を一層向上させることができる。

例えば、図４に示されたように、放熱パッド２１０と接触するウルトラキャパシタの接触角、すなわち中心角が６０°である場合、ウルトラキャパシタ１つ当りの放熱面積は２×３．１４×（６０（ウルトラキャパシタの直径）／２）×１３０（放熱パッドの長さ）（ｍｍ）×６０（角度）×２／３６０＝８１６４ｍｍ^２であり得る。このとき、本実施例では２ヶ所に放熱パッド２１０が付着されているため、角度に２を掛ける。一般に中心角は円や扇形で２つの半径が成す角度であって、本実施例における中心角は、放熱パッド２１０とウルトラキャパシタ１１０とが接触するとき、ウルトラキャパシタ１１０の中心からその接触する部分の両終端をつなぐ２つの半径が成す角度である。図７は、本発明の一実施例による放熱パッド２１０とウルトラキャパシタ１１０とが接触するときの中心角を示した図である。図７に示されたように、中心角αは、放熱パッド２１０とウルトラキャパシタ１１０とが接触するとき、ウルトラキャパシタ１１０の中心からその接触する部分の両終端をつなぐ２つの半径が成す角度である。ここで、前記両終端とは、ウルトラキャパシタ１１０とケース２００との間で放熱パッド２１０が圧着されたときの両終端を意味する。

一方、放熱パッド２１０と接触するウルトラキャパシタ１１０の接触角、すなわち、中心角αは３０°〜６０°であることが望ましい。中心角αが３０°以上であるときの放熱効率は、中心角αが３０°未満であるときの放熱効率より格段に高い。そして、放熱パッド２１０とウルトラキャパシタ１１０との接触面積が広いほど、すなわち、放熱パッド２１０と接触するウルトラキャパシタ１１０の中心角αが大きくなるほど、放熱効率が改善されるが、その分エネルギー貯蔵装置の製品重量は大きくなる。前記中心角αが３０°〜６０°である場合、製品重量は徐々に増加するが、中心角αが６０°より大きくなれば、製品重量が急激に増加する。したがって、放熱パッド２１０と接触するウルトラキャパシタ１１０の中心角αは３０°〜６０°であることが望ましい。図面を参照して説明すれば、以下のようである。

図８は、本発明の一実施例による放熱パッドとエネルギー貯蔵セルとの接触形状、放熱効率及び製品重量を角度毎に示した図である。また、図９は、本発明の一実施例による接触角毎の放熱効率及び製品重量の変化を示したグラフである。

まず、放熱効率の算出条件は下記表１のようであり、エネルギー貯蔵セルとして１８個のウルトラキャパシタを用いる。

放熱効率は、数１の式を用いて計算する。

製品重量は、ウルトラキャパシタの総重量、ケースの重量、放熱パッドの重量及びその他の部品の重量を合算する。

図８を参照すれば、ケースブロックの間に形成された収容部５１８、６１８にエネルギー貯蔵セル、すなわちウルトラキャパシタ１１０が挿入され、収容部５１８、６１８の内側面にはウルトラキャパシタ１１０と接触する放熱パッド２１０が付着されている。ウルトラキャパシタ１１０と放熱パッド２１０との間の接触面積を大きくするためには放熱パッド２１０の幅が広くならなければならず、それに従って収容部５１８、６１８の弧も長くならなければならない。このようにウルトラキャパシタ１１０と放熱パッド２１０との間の接触面積が大きくなれば、放熱パッド２１０と接触するウルトラキャパシタ１１０の中心角が大きくなる。そして、隣接したウルトラキャパシタ１１０の間のケース２００外側面に形成される凹部５１２、６１２はその深さを増す。

図９において、左側のＹ軸は放熱効率を示し、右側のＹ軸は製品重量を示す。図９において、９１０は放熱効率のグラフであり、９２０は製品重量のグラフである。図８及び図９に示されたように、放熱パッド２１０と接触するウルトラキャパシタ１１０の中心角αが大きくなれば、エネルギー貯蔵装置の放熱効率が改善される。特に、中心角αが３０°以上にあれば、中心角αが３０°未満であるときより放熱効率が格段に良くなる。例えば、中心角αが１０°である場合の放熱効率は９０．６６％であるが、中心角αが３０°である場合の放熱効率は９７．２８％であって、中心角αが３０°になることで放熱効率が良くなる。図９の放熱効率グラフに付された数字は、１°当り放熱効率の増加幅を示す。例えば、中心角αが１０°から２０°に増加すれば、平均的に１°当り０．３６％ポイント（３．６％÷１０）放熱効率が増加する。中心角αが２０°から２５°に増加すれば、平均的に１°当り０．３０％ポイント放熱効率が増加する。図９に示されたように、中心角αが３０°であるときまで放熱効率が大幅に増加し、それ以上の中心角αでは放熱効率の増加幅が鈍化する。したがって、放熱パッド２１０と接触するウルトラキャパシタ１１０の中心角αは３０°以上であることが望ましい。

しかし、放熱パッド２１０と接触するウルトラキャパシタ１１０の中心角αが３０°以上に大きくなれば、その分エネルギー貯蔵装置の製品重量が増加する。放熱パッド２１０の幅が広くなって放熱パッド２１０の重量が増加し、収容部５１８、６１８の弧も同時に長くなり、隣接したウルトラキャパシタ１１０の間のケース２００外側面に形成される凹部５１２、６１２の深さが増加して、ケース２００の重量も増加するためである。図８及び図９に示されたように、中心角αが６０°になるまでは製品重量が緩やかに増加するが、中心角αが６０°を超えれば製品重量が急激に増加する。すなわち、６０°を超える中心角αにおける製品重量増加率が６０°以下の中心角αにおける製品重量増加率よりさらに大きくなる。図９の製品重量グラフに付された数字は、１°当り製品重量の増加幅を示す。例えば、中心角αが１０°から２０°に増加すれば、平均的に１°当り０．２５％ポイント（２．５％÷１０）製品重量が増加する。中心角αが２０°から２２．５°に増加すれば、平均的に１°当り０．２３％ポイント製品重量が増加する。図９に示されたように、中心角αが６０°であるときまで製品重量は緩やかに増加するが、中心角αが６０°を超えれば、製品重量が急激に増加する。例えば、中心角αが５５°から６０°に増加するとき１°当り０．３４％ポイント製品重量が増加する一方、中心角αが６０°から６５°まで増加すれば、１°当り０．４５％ポイント製品重量が大幅に増加する。したがって、放熱パッド２１０と接触するウルトラキャパシタ１１０の中心角αは３０°〜６０°であることが望ましい。

図１０は、図４のＡ部分を拡大した図である。図１０を参照すれば、ケース２００を折り返すことで形成される凹部５１２、６１２から、ケース２００とウルトラキャパシタ１１０との間の距離１０１０は益々遠くなる。すなわち、凹部５１２、６１２の先端を基点にしてケース２００とウルトラキャパシタ１１０との間の距離１０１０は益々遠くなる。あるセルの隣接凹部５１２、６１２から遠くなるケース２００は、隣接するセルの隣接凹部５１２、６１２から遠くなるケース２００と凸部連結部５１３、６１３で接してケースを形成する。上述したように、放熱パッド２１０は、放熱機能の外に、ケース２００とウルトラキャパシタ１１０との間を絶縁する機能を果たす。放熱パッド２１０がない部分、すなわち放熱パッド２１０が終わる地点からは、ケース２００とウルトラキャパシタ１１０との間の距離１０１０を広げることで、間接的にケース２００とウルトラキャパシタ１１０との間が絶縁されるようにする。上記のように絶縁距離を確保すること以外の絶縁対策として、それぞれのセルの外面に絶縁フィルムを付着するか、または、絶縁コーティングを施すこともできる。また、図１０に示されたように、隣接するウルトラキャパシタ１１０とケース２００との間にはセンシング及びバランシングのためのハネスを設けるための空間１０２０が形成される。該空間１０２０を通ってハネスが通過し、また該空間１０２０にある空気の流れによって追加的な放熱が可能である。

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。

１０ ウルトラキャパシタアレイ、１１ バスバー、２０ ケース、
３０、４０ カバー、１００ セルアセンブリ、
１１０ エネルギー貯蔵セル（ウルトラキャパシタ）、１３０ バスバー、
１５０ ナット、２００ ケース、２１０ 放熱パッド、
５１０ ケースブロック、５１１ 凸部、５１２ 凹部、
５１３ 凸部連結部、５１４、５１５ ケースブロック連結部
５１７ 放熱板、５１８ 収容部、
６１０ ケースブロック、６１１ 凸部、６１２ 凹部、６１３ 凸部連結部、
６１４ ケースブロック連結部、６１７ 放熱板、６１８ 収容部、
１０１０ 距離、１０２０ 空間

Claims (16)

1. 少なくとも２つの円筒形のエネルギー貯蔵セルが直列で連結されて形成されたセルアセンブリと、
   前記エネルギー貯蔵セルの外側面に対応する形状の収容部を備え、前記セルアセンブリを収容するケースと、
   前記セルアセンブリのエネルギー貯蔵セルの外側面と前記収容部の内側面との間に設けられる放熱パッドと、を含み、
   前記ケースは、少なくとも２つのケースブロックを含み、
   前記ケースブロックの結合によって前記収容部が形成され、
   前記放熱パッドは、弾性を有し、
   前記収容部と前記エネルギー貯蔵セルとの間の間隔は、前記放熱パッドの圧着前の厚さより小さく、且つ、前記エネルギー貯蔵セルの直径公差より大きく、
   前記放熱パッドの終端地点から前記エネルギー貯蔵セルと前記ケースとの間の距離が広がって前記エネルギー貯蔵セルと前記ケースとの間を絶縁することを特徴とする、エネルギー貯蔵装置。
2. 前記放熱パッドと接触する前記エネルギー貯蔵セルの中心角は、３０°〜６０°であることを特徴とする請求項１に記載のエネルギー貯蔵装置。
3. 前記収容部が形成する弧の長さは、前記放熱パッドの長さ以上であることを特徴とする請求項２に記載のエネルギー貯蔵装置。
4. 前記放熱パッドは、前記エネルギー貯蔵セルに付着されることを特徴とする請求項１〜請求項３のうちいずれか１項に記載のエネルギー貯蔵装置。
5. 前記放熱パッドは、熱伝導フィラーであることを特徴とする請求項１〜請求項３のうちいずれか１項に記載のエネルギー貯蔵装置。
6. 前記放熱パッドの一面に接着層を備えることを特徴とする請求項１〜請求項３のうちいずれか１項に記載のエネルギー貯蔵装置。
7. 前記エネルギー貯蔵セルは、ウルトラキャパシタであることを特徴とする請求項１〜請求項３のうちいずれか１項に記載のエネルギー貯蔵装置。
8. 前記ケースブロックは、
   前記エネルギー貯蔵セルの外側と同じ形状の弧を有する複数の凸部と、
   前記複数の凸部を連結する凸部連結部と、
   前記凸部と前記凸部連結部との間に形成された凹部と、を含むことを特徴とする請求項１〜請求項３のうちいずれか１項に記載のエネルギー貯蔵装置。
9. 前記凹部に少なくとも１つの放熱板が垂直に突出して形成されることを特徴とする請求項８に記載のエネルギー貯蔵装置。
10. 前記ケースブロックは、Ｌ字状またはコ字状であることを特徴とする請求項８に記載のエネルギー貯蔵装置。
11. 前記ケースブロックがＬ字状である場合、
    前記複数の凸部の最外側凸部のうち１つは、凸部の弧の形状がつながるように連結されることを特徴とする請求項１０に記載のエネルギー貯蔵装置。
12. 前記ケースブロックは、
    前記最外側凸部のうち１つから延びて前記ケースブロックの長手方向に折り曲げられたケースブロック連結部をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載のエネルギー貯蔵装置。
13. 前記ケースブロックがコ字状である場合、
    前記複数の凸部のうち最外側凸部は、凸部の弧の形状がつながるように連結されることを特徴とする請求項１０に記載のエネルギー貯蔵装置。
14. 前記ケースブロックは、
    前記最外側凸部のそれぞれから延びて前記ケースブロックの長手方向に折り曲げられたケースブロック連結部をさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載のエネルギー貯蔵装置。
15. 前記凸部連結部には、カバーを固定するためのタブが形成されていることを特徴とする請求項８に記載のエネルギー貯蔵装置。
16. 前記エネルギー貯蔵セルの外面に絶縁フィルムがさらに設けられることを特徴とする請求項１に記載のエネルギー貯蔵装置。

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