KR100799795B1 - Unit cell having resistance for equaling of voltage and electric energy storage device using the same - Google Patents

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Abstract

A unit cell having a resistor for equaling a voltage and an electric energy storage device using the same are provided to optimize a balancing resistance value in consideration of a factor including a rated voltage and a leakage current of the unit cell. A unit cell(100) having a resistor for equaling a voltage includes a housing(120), a terminal plate(130), a pair of external connection terminals(140), and a balancing resistor(150). One side of the housing is opened to house an electrode assembly(110) and an electrolyte solution. The terminal plate is installed at the opened one side of the housing. The pair of external connection terminals are installed on the terminal plate and protruded on the housing so as to electrically connect the electrode assembly in the housing and an external circuit to each other. The balancing resistor is mounted on the terminal plate to be electrically connected to the external connection terminal in parallel. The external connection terminal includes a positive pole connection terminal(141) and a negative pole connection terminal(142).

Description

전압 균등화를 위한 저항을 구비하는 단위셀 및 이를 이용한 전기에너지 저장장치{Unit cell having resistance for equaling of voltage and Electric energy storage device using the same}Unit cell having resistance for voltage equalization and electric energy storage device using same {Unit cell having resistance for equaling of voltage and Electric energy storage device using the same}

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.The following drawings, which are attached to this specification, illustrate exemplary embodiments of the present invention, and together with the detailed description of the present invention, serve to further understand the technical spirit of the present invention. It should not be construed as limited to.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단위셀의 분해 사시도.1 is an exploded perspective view of a unit cell according to a preferred embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단자판에 장착된 밸런싱 저항을 도시하는 도면.2 shows a balancing resistor mounted on a terminal plate according to a preferred embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단위셀을 도시하는 사시도.3 is a perspective view showing a unit cell according to a preferred embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기에너지 저장장치의 개략적인 회로도.4 is a schematic circuit diagram of an electrical energy storage device according to a preferred embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기에너지 저장장치의 충전 특성을 도시하는 그래프.5 is a graph showing the charging characteristics of the electrical energy storage device according to a preferred embodiment of the present invention.

<도면의 주요 참조 부호에 대한 설명><Description of Major Reference Marks in Drawing>

100...단위셀 110...전극 조립체100 ... unit cell 110 ... electrode assembly

120...하우징 130...단자판120 ... housing 130 ... terminal plate

140...외부연결단자 150...밸런싱 저항140 ... External connection 150 ... Balancing resistor

200...전기에너지 저장장치200 ... Electric Energy Storage

본 발명은 균등 전압용 저항을 구비하는 단위셀 및 이를 이용한 전기에너지 저장장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전기에너지 저장장치를 구성하는 단위셀 간의 전압을 균일화하여 충ㆍ방전 성능을 향상시키는 균등 전압용 저항을 구비하는 단위셀 및 이를 이용한 전기에너지 저장장치에 관한 것이다.The present invention relates to a unit cell having an equal voltage resistance and an electric energy storage device using the same, and more particularly, to equalize voltage between unit cells constituting the electric energy storage device to improve charge and discharge performance. The present invention relates to a unit cell having a resistance and an electrical energy storage device using the same.

일반적으로, 커패시터(Capacitor)는 전기 용량을 얻기 위한 소자로서, 축전지(Storage Battery), 2차 전지와 더불어 전기에너지를 저장하는 수단으로 이용되고 있다.In general, a capacitor is a device for obtaining an electric capacity, and is used as a storage battery and a secondary battery as a means for storing electrical energy.

커패시터는 그 용량을 증가시키기 위해 사용한 유전체의 재료에 따라 용량, 내전압, 주파수 특성, 누설 전류 및 내부 저항 등의 스펙(Spec)이 결정되고, 전해 커패시터, 탄탈 커패시터, 세라믹 커패시터 및 전기 이중층 커패시터 등으로 분류된다.Capacitors have specifications such as capacity, withstand voltage, frequency characteristics, leakage current, and internal resistance depending on the material of the dielectric used to increase their capacity, and are used as electrolytic capacitors, tantalum capacitors, ceramic capacitors, and electric double layer capacitors. Are classified.

또한, 커패시터는 용량 및 용도에 따라 초박경량화된 소형칩에 이용되는 소용량 커패시터부터 전력계통에 이용되는 중ㆍ대용량 커패시터에 이르기까지 다양하게 활용되고 있다.In addition, capacitors are used in a variety of applications, ranging from small-capacitor capacitors used in ultra-light-weight compact chips to medium and large-capacitor capacitors used in power systems, depending on their capacity and use.

최근, 중ㆍ대용량 커패시터는 고용량 및 고출력화에 기인하는 스펙에 따라 다변화되고 있는 추세이며, 전기 이중층 커패시터의 일종인 울트라 커패시터(Ultracapacitor)는 매우 긴 충ㆍ방전 수명과, 높은 충ㆍ방전 효율, 온도 변화에 대한 우수한 성능 편차, 2차 전지에 비해 상대적으로 작은 저항 및 쾌속 충전 등의 장점이 있어, 전기 자동차, 수소연료전지 자동차, 태양 에너지용 전원장치 및 무정전 전원공급장치(UPS)와 같은 산업용 전원장치 등에 사용이 확대되고 있다.Recently, medium and large capacity capacitors have been diversified according to specifications due to high capacity and high output, and ultracapacitors, which are a kind of electric double layer capacitors, have very long charge / discharge lifetime, high charge / discharge efficiency, and temperature. Good performance variation against change, relatively small resistance and fast charging compared to secondary batteries, making industrial power supplies such as electric vehicles, hydrogen fuel cell vehicles, solar power supplies and uninterruptible power supplies (UPS) Increasing use in devices and the like.

대개, 울트라 커패시터를 산업용 전원장치로 사용하는 장비들은 수십 내지 수천 볼트의 고전압을 요구하기 때문에, 수볼트인 울트라 커패시터는 직렬로 다수 연결되어 전기에너지 저장장치로 사용하게 되는데, 울트라 커패시터를 다수 연결하면 각 단위셀 즉, 각각의 울트라 커패시터 사이의 용량 편차, 초기 전압 편차, 누설 전류 편차, 사용 시간에 따른 용량 감소율 편차 등에 의해 각 단위셀 사이에 전압 편차가 발생하게 된다.Usually, equipment using ultracapacitors as industrial power supplies requires high voltages of tens to thousands of volts, so a few volts of ultracapacitors are connected in series to be used as electrical energy storage devices. A voltage deviation occurs between each unit cell, that is, due to a capacitance variation, an initial voltage variation, a leakage current variation, and a capacity reduction rate variation with use time between each unit cell.

상술한 전압 편차는 전기에너지 저장장치의 고장 원인으로 작용하고, 전기에너지 저장장치의 수명을 단축시키게 되는데, 각 단위셀 사이의 전압 균등화를 이루기 위한 방법은 각 단위셀이 전기적으로 연결되는 배선 기판의 경로상에 동일한 값을 갖는 저항을 병렬로 연결하는 것이다.The above-described voltage deviation acts as a cause of the failure of the electrical energy storage device and shortens the life of the electrical energy storage device. A method for achieving voltage equalization between each unit cell includes a method of forming a wiring board to which each unit cell is electrically connected. The parallel connection of resistors with the same value on the path.

동일한 저항을 각 단위셀에 병렬로 연결하게 되면, 옴(Ohm)의 법칙에 따라 상대적으로 전압이 높은 단위셀의 저항으로 대 전류가 흐르게 되어 각 단위셀 사이의 전압이 균등화된다.When the same resistance is connected to each unit cell in parallel, according to Ohm's law, a large current flows to the resistance of the unit cell with a relatively high voltage, thereby equalizing the voltage between the unit cells.

그러나, 종래의 각 단위셀에 병렬로 연결되는 저항은 그 값이 특정화되지 않 아 누설 전류의 대응에 취약한 문제점이 있다.However, the resistance connected in parallel to each unit cell in the related art has a problem in that its value is not specified and is vulnerable to the response of the leakage current.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 저항과 더불어 제너 다이오드, 쇼트키 다이오드 또는 실리콘 다이오드 등의 소자, 스위치 또는 전압 인식 회로를 단위셀에 병렬로 연결시키는 기술이 제안되었다.In order to solve this problem, a technique for connecting a device, a switch, or a voltage recognition circuit such as a Zener diode, a Schottky diode, or a silicon diode together with a resistor in parallel to the unit cell has been proposed.

그러나, 소자를 이용한 기술은 온도에 따른 특성 편차가 심하고, 부분적인 충방전이 요구되는 장치에서는 효과적이지 못하며, 단위셀의 정격 전압이 낮은 경우에는 신뢰성이 감소하는 문제점이 있다. 또한, 스위치 및 전압 인식 회로를 이용한 기술은 전압 균등화 정밀도는 우수하지만 복잡한 구조 및 생산 단가의 증가에 따른 문제점이 있다. 아울러, 종래에는 소자, 스위치 또는 전압 인식 회로를 기판 상에 실장하여, 각 단위셀의 교체 수리가 용이하지 않은 문제점이 있다.However, the technique using the device has a problem in that the characteristic variation with temperature is severe, and it is not effective in a device requiring partial charging and discharging, and the reliability decreases when the rated voltage of the unit cell is low. In addition, the technology using the switch and the voltage recognition circuit is excellent in voltage equalization precision, but there is a problem due to the increase in complex structure and production cost. In addition, conventionally, there is a problem in that an element, a switch, or a voltage recognition circuit is mounted on a substrate, and replacement and repair of each unit cell is not easy.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 단위셀 간의 전압 불균형을 해소하는 가장 단순하고 효율적인 구성으로 저항 소자만을 채택하여 전기에너지 저장장치의 전압 균등화를 이루고, 저항 소자의 교체 수리가 용이한 전압 균등화를 위한 저항을 구비하는 단위셀 및 이를 이용한 전기에너지 저장장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention was devised in view of the above problems, adopting only a resistance element in the simplest and most efficient configuration to solve the voltage imbalance between unit cells, achieve voltage equalization of the electrical energy storage device, and easy replacement and repair of the resistance element. An object of the present invention is to provide a unit cell having a resistance for equalizing a voltage and an electric energy storage device using the same.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전압 균등화를 위한 저항을 구비하는 단위셀은, 전극 조립체 및 전해액을 수용할 수 있도록 일측이 개방된 하우징을 구비하는 단위셀에 있어서, 상기 하우징의 개방된 일측에 구비되는 단자 판; 상기 단자판에 구비되어, 상기 하우징 내부의 전극 조립체와 외부 회로가 전기적으로 연결될 수 있도록, 상기 하우징의 외부로 돌출되는 적어도 한 쌍의 외부연결단자; 및 상기 외부연결단자와 전기적으로 병렬 연결될 수 있도록, 상기 단자판 상에 장착되는 밸런싱 저항;을 포함하는 것을 특징으로 한다.The unit cell having a resistance for voltage equalization according to the present invention for achieving the above object, in the unit cell having a housing which is open on one side to accommodate the electrode assembly and the electrolyte, the opening of the housing A terminal plate provided on one side thereof; At least one pair of external connection terminals provided on the terminal plate and protruding to the outside of the housing to electrically connect the electrode assembly and the external circuit inside the housing; And a balancing resistor mounted on the terminal plate to be electrically connected in parallel with the external connection terminal.

바람직하게, 상기 밸런싱 저항(R)의 값은 단위셀의 정격 전압(V) 및 누설 전류(I)의 비(V/I)에 대하여 50 내지 200%인 범위를 만족한다.Preferably, the value of the balancing resistor (R) satisfies the range of 50 to 200% with respect to the ratio (V / I) of the rated voltage (V) and the leakage current (I) of the unit cell.

더욱 바람직하게, 상기 누설 전류(I)의 값은 단위셀의 충전 후 6 내지 72 시간인 범위에서 측정된 값이다.More preferably, the value of the leakage current (I) is a value measured in the range of 6 to 72 hours after charging of the unit cell.

본 발명에 있어서, 상기 외부연결단자는 양극 및 음극 연결단자를 포함하고, 상기 양극 및 음극 연결단자 사이에 밸런싱 저항이 전기적으로 연결된다.In the present invention, the external connection terminal includes a positive and negative connection terminal, the balancing resistor is electrically connected between the positive and negative connection terminal.

바람직하게, 상기 단위셀은 울트라 커패시터이다.Preferably, the unit cell is an ultra capacitor.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 전극 조립체 및 전해액을 수용할 수 있도록 일측이 개방된 하우징을 구비하는 단위셀이 다수로 직렬 연결된 전기에너지 저장장치에 있어서, 상기 단위셀 각각은, 상기 하우징의 개방된 일측에 구비되는 단자판; 상기 단자판에 구비되어, 상기 하우징 내부의 전극 조립체와 외부 회로가 전기적으로 연결될 수 있도록, 상기 하우징의 외부로 돌출되는 적어도 한 쌍의 외부연결단자; 및 상기 외부연결단자와 전기적으로 병렬 연결될 수 있도록, 상기 단자판 상에 장착되는 밸런싱 저항;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기에너지 저장장치를 제공한다.According to another aspect of the present invention, in the electrical energy storage device connected in series with a plurality of unit cells having a housing having one side open to accommodate the electrode assembly and the electrolyte, each of the unit cells, the open of the housing A terminal plate provided at one side; At least one pair of external connection terminals provided on the terminal plate and protruding to the outside of the housing to electrically connect the electrode assembly and the external circuit inside the housing; And a balancing resistor mounted on the terminal plate so as to be electrically connected in parallel with the external connection terminal.

바람직하게, 상기 단위셀 각각에 장착되는 밸런싱 저항은 동일한 저항값을 갖는다.Preferably, the balancing resistors mounted on each of the unit cells have the same resistance value.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따러서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to the common or dictionary meanings, and the inventors should properly explain the concept of terms in order to best explain their own invention. Based on the principle that can be defined, it should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention. Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, which can be replaced at the time of the present application It should be understood that there may be various equivalents and variations.

본 발명에 따른 전기에너지 저장장치는 직렬 연결된 다수의 단위셀(Unit Cell)을 구비하여 소망하는 전력을 충ㆍ방전할 수 있는데, 상기 단위셀은 전해질과 함께 전극 조립체를 내부에 수용하도록 일측이 개방된 하우징과, 상기 하우징의 내부를 밀폐하는 단자판을 포함한다.The electrical energy storage device according to the present invention includes a plurality of unit cells connected in series to charge and discharge desired electric power. The unit cells are open at one side to accommodate the electrode assembly together with an electrolyte. And a terminal plate sealing the inside of the housing.

본 발명의 실시예에서, 상기 단위셀은 울트라 커패시터(Ultracapacitor)를 기준으로 설명하였으나 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 전기에너지 저장장치의 사용 목적 및 전기 용량에 따라, 울트라 커패시터를 포함하는 전기 이중층 커패시터 또는 2차 전지를 단위셀로 적용할 수 있다.In the exemplary embodiment of the present invention, the unit cell has been described based on an ultracapacitor, but is not limited thereto. For example, an electric double layer capacitor or a secondary battery including an ultracapacitor may be applied as a unit cell according to the purpose of use and the capacitance of the electric energy storage device.

상기 단위셀의 구조가 도 1 및 도 2에 도시되어 있다. 여기서, 도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단위셀의 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명의 바람직 한 실시예에 따른 단자판에 장착된 밸런싱 저항을 도시하는 도면이다.The structure of the unit cell is shown in FIGS. 1 and 2. 1 is an exploded perspective view of a unit cell according to a preferred embodiment of the present invention, Figure 2 is a view showing a balancing resistor mounted on a terminal plate according to a preferred embodiment of the present invention.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 단위셀(100)은 전해액과 함께 전극 조립체(110)를 내부에 수용할 수 있도록 일측에 개구부가 형성된 하우징(120)과, 상기 개구부를 밀폐하여 하우징(120)의 내ㆍ외부를 차단하는 단자판(130)과, 상기 전극 조립체(110)의 양극 및 음극 리드선과 전기적으로 연결되어 하우징(120)의 외부로 돌출될 수 있도록, 상기 단자판(130)에 구비되는 한 쌍의 외부연결단자(140)와, 상기 외부연결단자(140) 사이에 전기적으로 병렬 연결될 수 있도록, 상기 단자판(130) 상에 장착되는 밸런싱 저항(150)을 포함한다.As shown in FIGS. 1 and 2, the unit cell 100 includes a housing 120 having an opening formed at one side thereof to accommodate the electrode assembly 110 therein together with an electrolyte, and the housing being closed by sealing the opening. The terminal plate 130 which blocks the inside and the outside of the 120 and the terminal plate 130 to be electrically connected to the positive and negative lead wires of the electrode assembly 110 so as to protrude out of the housing 120. And a balancing resistor 150 mounted on the terminal plate 130 to be electrically connected in parallel between the pair of external connection terminals 140 and the external connection terminals 140.

상기 전극 조립체(110)는 적층형 또는 권취형 조립체로 비록 도면에는 도시되지 않았지만, 집전판의 표면에 분극성 전극이 형성되어 있는 양극 및 음극 전극체와, 상기 양극 및 음극 전극체에 각각 연결되는 양극 및 음극 리드선과, 상기 양극 및 음극 전극체 사이에 개재되는 세퍼레이터로 이루어져, 실질적으로 전기를 충ㆍ방전하는 역할을 수행하게 되는데, 상기 양극 및 음극 리드선은 하우징(120)의 개구된 일측으로 인출된다.The electrode assembly 110 is a laminated or wound assembly, although not shown in the drawing, a positive electrode and a negative electrode body having a polarizable electrode formed on a surface of a current collector plate, and a positive electrode connected to the positive and negative electrode bodies, respectively. And a separator interposed between the cathode lead wire and the anode and cathode electrode bodies to substantially charge and discharge electricity. The anode and cathode lead wires are drawn out to an open side of the housing 120. .

상기 하우징(120)은 알루미늄 또는 고분자 폴리머 재질로 이루어진 각형 또는 원통형의 케이스로서, 그 내부에 전해액과 함께 전극 조립체(110)를 수용하는 공간이 마련되어 있다. The housing 120 is a rectangular or cylindrical case made of aluminum or a polymer polymer material, and a space for accommodating the electrode assembly 110 together with an electrolyte is provided therein.

상기 단자판(130)은 하우징(120)의 개구된 일측을 봉합하는 전기 절연 수지로 이루어지고, 상기 하우징(120)의 개구된 일측으로 인출된 양극 및 음극 리드선이 전기적으로 연결될 수 있도록 양극 및 음극 단자를 구비한다.The terminal plate 130 is made of an electrically insulating resin for sealing one opened side of the housing 120, and the positive and negative terminals so that the positive and negative lead wires drawn to the opened one side of the housing 120 can be electrically connected. It is provided.

상기 외부연결단자(140)는 양극 및 음극 연결단자(141, 142)를 포함하고, 상기 양극 및 음극 연결단자(141, 142) 각각은 단자판(130)의 양극 및 음극 단자와 전기적으로 연결되어, 상기 하우징(120)의 외부로 돌출된다.The external connection terminal 140 includes positive and negative connection terminals 141 and 142, and each of the positive and negative connection terminals 141 and 142 is electrically connected to the positive and negative terminals of the terminal plate 130. It protrudes out of the housing 120.

본 발명의 실시예에서, 상기 전극 조립체(110)의 양극 및 음극 리드선과, 상기 단자판(130)의 양극 및 음극 단자와, 상기 외부연결단자(140)의 양극 및 음극 연결단자(141, 142) 각각은 전기적으로 연결되어, 하우징(120) 내부의 전극 조립체(110)와 하우징(120) 외부의 모듈 또는 소자가 전기적으로 상호 연결된다.In an embodiment of the present invention, the anode and cathode lead wires of the electrode assembly 110, the anode and cathode terminals of the terminal plate 130, and the anode and cathode connection terminals 141 and 142 of the external connection terminal 140. Each is electrically connected so that an electrode assembly 110 inside the housing 120 and a module or element outside the housing 120 are electrically interconnected.

한편, 상기 전극 조립체(110)의 양극 및 음극 리드선이 단자판(130)을 관통하여 하우징(120) 외부로 돌출됨으로써 외부연결단자로의 역할을 수행할 수 있음은 자명하다.On the other hand, it is apparent that the positive and negative lead wires of the electrode assembly 110 protrude out of the housing 120 through the terminal plate 130 to serve as external connection terminals.

상기 밸런싱 저항(150)은 외부연결단자(140)의 양극 및 음극 연결단자(141, 142) 사이에 전기적으로 연결되어, 충ㆍ방전 역할을 수행하는 전극 조립체(110)와 전기적으로 병렬 연결되며, 상기 하우징(120) 외부에서 교체 및 수리가 가능하도록, 상기 단자판(130) 상에 고정된다.The balancing resistor 150 is electrically connected between the positive and negative connection terminals 141 and 142 of the external connection terminal 140, and is electrically connected in parallel with the electrode assembly 110 serving as a charge / discharge role. It is fixed on the terminal plate 130 to allow replacement and repair from the outside of the housing 120.

전술한 밸런싱 저항은 단위셀을 직렬로 연결하여 전기에너지 저장장치로 구성할 경우, 각 단위셀 간의 전압 균등화를 이루도록 한다. 이때, 각 단위셀에 장착된 밸런싱 저항값은 모두 동일하며, 상기 밸런싱 저항값은 단위셀의 정격 전압 및 누설 전류를 포함하는 펙터를 고려하여 결정되는데, 상기 전기에너지 저장장치의 구성 요소인 단위셀의 정격 전압(V) 및 누설 전류(I)의 비(V/I)에 대한 밸런싱 저항(R)은 50 내지 200%인 범위를 만족하는 것이 바람직하다.When the above-described balancing resistor is configured as an electric energy storage device by connecting unit cells in series, voltage balancing between each unit cell is achieved. In this case, the balancing resistance values installed in each unit cell are all the same, and the balancing resistance value is determined in consideration of a factor including a rated voltage and a leakage current of the unit cell, and is a unit cell which is a component of the electrical energy storage device. It is preferable that the balancing resistance (R) with respect to the ratio (V / I) of the rated voltage (V) and the leakage current (I) of satisfies the range of 50 to 200%.

본 발명의 실시예에서, 상기 밸런싱 저항(R)이 50% 미만이면, 단위셀 및 전기에너지 저장장치의 자가 방전율이 높고, 200%를 초과하면, 밸런싱이 저속으로 진행되어 밸런싱 효과가 저감된다.In the embodiment of the present invention, if the balancing resistance (R) is less than 50%, the self-discharge rate of the unit cell and the electrical energy storage device is high, and if it exceeds 200%, the balancing proceeds at a low speed to reduce the balancing effect.

또한, 상기 누설 전류(I)는 단위셀이 충전된 후 6 내지 72 시간인 범위에서 측정된 값인 것이 바람직하다.In addition, the leakage current (I) is preferably a value measured in the range of 6 to 72 hours after the unit cell is charged.

본 발명의 실시예에서, 상기 누설 전류(I)의 측정 범위는 전류가 안정화되는 시간 범위 내에서의 측정값으로, 단위셀의 충전 조건에 따라 6 내지 72 시간인 범위에서 전류가 누설(Saturation)되는데 기인한다.In an embodiment of the present invention, the measurement range of the leakage current (I) is a measurement value within a time range in which the current is stabilized, and the current leaks in a range of 6 to 72 hours depending on the charging conditions of the unit cell. It is due to

아울러, 상기 밸런싱 저항(R)이 50 내지 200%인 범위 내에서 증가할수록, 상기 누설 전류(I)는 최적으로 억제될 수 있다.In addition, as the balancing resistance R increases within a range of 50 to 200%, the leakage current I may be optimally suppressed.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 단위셀을 도시하는 사시도이다.3 is a perspective view illustrating a unit cell according to a preferred embodiment of the present invention.

도 3에 도시된 바와 같이, 단위셀(100)은 하우징(120)의 외부 일측으로 돌출된 양극 및 음극 연결단자(141, 142)와, 상기 양극 및 음극 연결단자(141, 142)에 병렬 연결된 밸런싱 저항(130)을 구비하게 되고, 전기에너지 저장장치의 설계 용량에 적합하도록 그 다수가 직렬 연결되어 단위셀 집합체를 형성하는데, 도 4에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기에너지 저장장치의 개략적인 회로도가 도시되어 있다.As shown in FIG. 3, the unit cell 100 is connected to the positive and negative connection terminals 141 and 142 protruding to an outer side of the housing 120 and the positive and negative connection terminals 141 and 142 in parallel. It is provided with a balancing resistor 130, and a plurality of them are connected in series to suit the design capacity of the electrical energy storage device to form a unit cell assembly, Figure 4 is a schematic diagram of the electrical energy storage device according to a preferred embodiment of the present invention A phosphorus circuit is shown.

도 4에 도시된 바와 같이, 각 단위셀의 전극 조립체를 내장한 충ㆍ방전부(C1 내지 C3)는 직렬 연결되고, 상기 충ㆍ방전부(C1 내지 C3) 각각에 동일한 저항값을 갖는 밸런싱 저항(R1 내지 R3)이 병렬 연결된다. 예컨대, 전기에너지 저장장 치(200)에 포함된 단위셀(100)의 양극 및 음극 연결단자(141, 142)는 이웃하는 단위셀의 양극 및 음극 연결단자와 직렬 연결되고, 밸런싱 저항(150)은 양극 및 음극 연결단자(141, 142)와 병렬 연결된다.As shown in FIG. 4, the charging / discharging parts C1 to C3 incorporating the electrode assembly of each unit cell are connected in series, and a balancing resistor having the same resistance value in each of the charging and discharging parts C1 to C3. (R1 to R3) are connected in parallel. For example, the positive and negative connection terminals 141 and 142 of the unit cell 100 included in the electrical energy storage device 200 are connected in series with the positive and negative connection terminals of the neighboring unit cell, and the balancing resistor 150 is provided. Silver is connected in parallel with the positive and negative connection terminals (141, 142).

본 발명의 실시예에서, 상기 전기에너지 저장장치(200)에 전원이 인가되면 옴의 법칙(Ohm's Law)에 따라 각 단위셀 중 상대적으로 전압이 높은 밸런싱 저항으로 대 전류가 흐르고, 상대적으로 전압이 낮은 밸런싱 저항으로 소 전류가 흘러 전압이 균등화된다. 이때, 상기 각 단위셀의 밸런싱 저항값은 단위셀의 정격 전압 및 누설 전류의 비에 대하여 50 내지 200%인 범위를 만족한다.In an embodiment of the present invention, when power is applied to the electrical energy storage device 200, a large current flows to a balancing resistor having a relatively high voltage among each unit cell according to Ohm's Law, and the voltage is relatively high. Small current flows through the low balancing resistor to equalize the voltage. At this time, the balancing resistance value of each unit cell satisfies the range of 50 to 200% with respect to the ratio of the rated voltage and the leakage current of the unit cell.

전술한 전기에너지 저장장치는 단위셀 각각에 구비된 밸런싱 저항에 의해 전압 균등화를 이룰 수 있는데, 도 5에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기에너지 저장장치의 충전 특성을 나타내는 그래프가 도시되어 있다.The above-described electric energy storage device may achieve voltage equalization by a balancing resistor provided in each unit cell. FIG. 5 is a graph showing charging characteristics of the electric energy storage device according to the preferred embodiment of the present invention.

도 5에 도시된 바와 같이, 전기에너지 저장장치의 각 단위셀은 충전 초기에 그 용량 편차를 포함하는 특성차로 인하여 충전 전압(V)이 다르게 나타나지만, 시간(t)이 경과함에 따라, 상기 단위셀 각각에 구비된 밸런싱 저항에 의해 전압 균등화가 이루어져, 각 단위셀간의 전압 편차가 해소됨을 알 수 있다.As shown in FIG. 5, each unit cell of the electric energy storage device has a different charging voltage (V) due to a characteristic difference including its capacity variation at the initial stage of charging, but as time t elapses, the unit cell It can be seen that the voltage equalization is performed by the balancing resistors provided in each, thereby eliminating the voltage deviation between the unit cells.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.Although the present invention has been described above by means of limited embodiments and drawings, the present invention is not limited thereto and will be described below by the person skilled in the art to which the present invention pertains. Of course, various modifications and variations are possible within the scope of the claims.

상술한 바와 같이, 본 발명은 전기에너지 저장장치를 구성하는 각 단위셀의 외부 연결 단자에 병렬로 연결되는 밸런싱 저항을 단자판 상에 직접 장착함으로써, 교체 수리시 밸런싱 소자의 제거 및 변경이 용이하다.As described above, according to the present invention, a balancing resistor connected in parallel to an external connection terminal of each unit cell constituting the electric energy storage device is directly mounted on the terminal plate, thereby easily removing and changing the balancing element during replacement and repair.

또한, 단위셀의 정격 전압 및 누설 전류를 포함하는 펙터를 고려하여 밸런싱 저항값을 최적화함으로써, 누설 전류를 억제하고, 안정적으로 전압 균등화를 이룰 수 있다.In addition, by optimizing the balancing resistance value in consideration of the factor including the rated voltage of the unit cell and the leakage current, the leakage current can be suppressed and voltage equalization can be stably achieved.

아울러, 단위셀 간의 전압 불균형을 해소하는 가장 단순하고 효율적인 구성으로 저항 소자만을 채택하여, 제조비 절감 및 생산성 향상에 기여할 수 있다.In addition, by adopting only the resistance element in the simplest and most efficient configuration to solve the voltage imbalance between the unit cells, it can contribute to the reduction in manufacturing cost and productivity.

Claims (11)

전극 조립체 및 전해액을 수용할 수 있도록 일측이 개방된 하우징을 구비하는 단위셀에 있어서,A unit cell having a housing open at one side to accommodate an electrode assembly and an electrolyte, 상기 하우징의 개방된 일측에 구비되는 단자판;A terminal plate provided on one open side of the housing; 상기 단자판에 구비되어, 상기 하우징 내부의 전극 조립체와 외부 회로가 전기적으로 연결될 수 있도록, 상기 하우징의 외부로 돌출되는 적어도 한 쌍의 외부연결단자; 및 At least one pair of external connection terminals provided on the terminal plate and protruding to the outside of the housing to electrically connect the electrode assembly and the external circuit inside the housing; And 상기 외부연결단자와 전기적으로 병렬 연결될 수 있도록, 상기 단자판 상에 장착되는 밸런싱 저항;을 포함하는 전압 균등화를 위한 저항을 구비하는 단위셀.And a balancing resistor mounted on the terminal plate to be electrically connected in parallel with the external connection terminal. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 밸런싱 저항(R)의 값은 단위셀의 정격 전압(V) 및 누설 전류(I)의 비(V/I)에 대하여 50 내지 200%인 범위를 만족하는 것을 특징으로 하는 전압 균등화를 위한 저항을 구비하는 단위셀.The value of the balancing resistor (R) satisfies the range of 50 to 200% with respect to the ratio (V / I) of the rated voltage (V) and the leakage current (I) of the unit cell resistance for voltage equalization Unit cell having a. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 누설 전류(I)의 값은 단위셀의 충전 후 6 내지 72 시간인 범위에서 측정된 값인 것을 특징으로 하는 전압 균등화를 위한 저항을 구비하는 단위셀.The unit cell having a resistance for voltage equalization, characterized in that the value of the leakage current (I) is a value measured in the range of 6 to 72 hours after charging of the unit cell. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 외부연결단자는 양극 및 음극 연결단자를 포함하고, 상기 양극 및 음극 연결단자 사이에 밸런싱 저항이 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 전압 균등화를 위한 저항을 구비하는 단위셀.The external connection terminal includes a positive and negative connection terminal, the unit cell having a resistor for voltage equalization, characterized in that the balancing resistor is electrically connected between the positive and negative connection terminals. 제1항 내지 제4항 중 선택된 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 4, 상기 단위셀은 울트라 커패시터인 것을 특징으로 하는 전압 균등화를 위한 저항을 구비하는 단위셀The unit cell is a unit cell having a resistor for voltage equalization, characterized in that the ultracapacitor 전극 조립체 및 전해액을 수용할 수 있도록 일측이 개방된 하우징을 구비하는 단위셀이 다수로 직렬 연결된 전기에너지 저장장치에 있어서,In the electrical energy storage device connected in series with a plurality of unit cells having a housing that is open on one side to accommodate the electrode assembly and the electrolyte, 상기 단위셀 각각은,Each of the unit cells, 상기 하우징의 개방된 일측에 구비되는 단자판;A terminal plate provided on one open side of the housing; 상기 단자판에 구비되어, 상기 하우징 내부의 전극 조립체와 외부 회로가 전기적으로 연결될 수 있도록, 상기 하우징의 외부로 돌출되는 적어도 한 쌍의 외부연결단자; 및 At least one pair of external connection terminals provided on the terminal plate and protruding to the outside of the housing to electrically connect the electrode assembly and the external circuit inside the housing; And 상기 외부연결단자와 전기적으로 병렬 연결될 수 있도록, 상기 단자판 상에 장착되는 밸런싱 저항;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기에너지 저장장치.And a balancing resistor mounted on the terminal plate so as to be electrically connected in parallel with the external connection terminal. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 단위셀 각각에 장착되는 밸런싱 저항은 동일한 저항값을 갖는 것을 특징으로 하는 전기에너지 저장장치.The balancing resistor mounted on each of the unit cells has the same resistance value. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 밸런싱 저항(R)의 값은 단위셀의 정격 전압(V) 및 누설 전류(I)의 비(V/I)에 대하여 50 내지 200%인 범위를 만족하는 것을 특징으로 하는 전기에너지 저장장치.The value of the balancing resistor (R) is an electric energy storage device, characterized in that it satisfies the range of 50 to 200% with respect to the ratio (V / I) of the rated voltage (V) and the leakage current (I) of the unit cell. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 누설 전류(I)의 값은 단위셀의 충전 후 6 내지 72 시간인 범위에서 측정된 값인 것을 특징으로 하는 전기에너지 저장장치.The leakage current (I) is an electric energy storage device, characterized in that measured in the range of 6 to 72 hours after charging the unit cell. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 외부연결단자는 양극 및 음극 연결단자를 포함하고, 상기 양극 및 음극 연결단자 사이에 밸런싱 저항이 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 전기에너지 저장장치.The external connection terminal comprises a positive and negative connection terminal, the electrical energy storage device, characterized in that the balancing resistor is electrically connected between the positive and negative connection terminal. 제6항 내지 제10항 중 선택된 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 6 to 10, 상기 단위셀은 울트라 커패시터인 것을 특징으로 하는 전기에너지 저장장치.The unit cell is an electric energy storage device, characterized in that the ultracapacitor.
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