KR101182192B1 - 전기화학 에너지 저장장치 및 그를 이용한 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기화학 에너지 저장장치 및 그를 이용한 모듈에 관한 것으로, 모듈 제작 시 조립을 간소화하고 유지보수 작업을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위한 것이다. 본 발명에 따르면 에너지 저장장치 모듈의 단위 소자로 사용되는 전기화학 에너지 저장장치는 축전 소자, 케이스, 결합부 및 삽입부를 포함한다. 축전 소자는 전기화학 에너지를 저장하며, 제1 전극과 제2 전극을 갖는다. 케이스는 관형의 절연성 소재로 제조되며, 축전 소자를 내장한다. 결합부는 케이스의 외측면에 철(凸)부 형태로 형성되며, 축전 소자의 제1 전극과 연결되는 제1 단자를 갖는다. 그리고 삽입부는 케이스의 외측면에 결합부가 삽입될 수 있는 요(凹)부 형태로 형성되며, 축전 소자의 제2 전극과 연결되는 제2 단자를 갖는다. 이때 복수의 전기화학 에너지 자장장치는 각각에 마련된 결합부와 삽입부를 이용하여 서로 결합하여 에너지 저장장치 모듈로 구현할 수 있다.

Description

전기화학 에너지 저장장치 및 그를 이용한 모듈{electrochemical energy storage device and modules using the same}
본 발명은 전기화학 에너지 저장장치(electrochemical energy storage device) 및 그를 이용한 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수의 전기화학 에너지 저장장치를 서로 연결하여 모듈로 제작할 때 조립을 간소화하고 제작된 모듈에 대한 유지보수 작업을 용이하게 실시할 수 있는 전기화학 에너지 저장장치 및 그를 이용한 모듈에 관한 것이다.
통상적으로 전기화학 에너지를 저장하는 장치(이하 '전기화학 에너지 저장장치'라 한다)로는 전지(battery)와 커패시터(capacitor)가 대표적이며, 커패시터는 전기 용량을 얻기 위한 에너지 저장소로서, 축전지(Storage Battery), 이차전지와 더불어 전기화학 에너지를 저장하는 수단으로 이용되고 있다.
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, 전기 이중층 커패시터(Electric Double Layer Capacitor; EDLC), 리튬 이온 커패시터(Lithium Ion Capacitor; LIC) 등으로 분류된다.
또한, 커패시터는 용량 및 용도에 따라 초박경량화된 소형칩에 이용되는 소용량 커패시터부터 전력계통에 이용되는 중ㆍ대용량 커패시터에 이르기까지 다양하게 활용되고 있다.
최근, 중ㆍ대용량 커패시터는 고용량 및 고출력화에 기인하는 스펙에 따라 다변화되고 있는 추세이며, 전기 이중층 커패시터의 일종인 슈퍼 커패시터(super capacitor)는 전해 커패시터와 이차전지의 중간적인 특성을 갖는 전기화학 에너지 저장 장치로서 높은 효율, 반영구적인 수명특성으로 인해 이차전지와의 병용 및 대체가 가능한 차세대 에너지 저장 장치이다.
슈퍼 커패시터는 매우 긴 충ㆍ방전 수명과, 높은 충ㆍ방전 효율, 온도 변화에 대한 우수한 성능 편차, 이차전지에 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.
또한, 슈퍼 커패시터는 에너지 저장메커니즘에 따라 전기 이중층 커패시터와 유사 커패시터(pseudo capacitor)로 나눌 수 있다.
유사 커패시터는 산화-환원반응에 의하여 전극표면 혹은 표면근처의 전극내부에 전하가 축전되는 현상을 이용하지만, 전기 이중층 커패시터는 이온들이 정전기적으로 유도되어 전극과 전해질 계면에 전기 이중층이 형성되어 전하가 축전되는 현상을 이용한다.
한편, 이와 같은 슈퍼 커패시터를 산업용 전원 장치로 사용하는 장비들은 수십 내지 수천 볼트의 고전압을 요구하기 때문에, 수볼트인 다수의 슈퍼 커패시터이 직렬로 서로 연결된 형태의 에너지 저장장치 모듈로 사용하게 된다. 에너지 저장장치 모듈은 다수의 슈퍼 커패시터를 단위 소자로 포함한다. 단위 소자 간의 전기적 연결은 전기 배선에 의해 이루어진다.
이와 같이 종래의 에너지 저장장치 모듈은 다수의 단위 소자를 연결하기 위해서 전기 배선을 이용한 배선 작업과 같은 수작업을 필요로 하기 때문에, 작업 생산성이 떨어지는 문제점을 안고 있다.
또한 에너지 저장장치 모듈은 다수의 단위 소자가 전기 배선으로 서로 연결될 뿐, 다수의 단위 소자들 간에 물리적으로는 서로 연결되지 않기 때문에, 다수의 단위 소자를 외부에서 물리적으로 고정할 수 있는 고정 부재를 더 필요로 한다. 이로 인해 전기 배선 작업과 별도로 다수의 단위 소자들을 서로 물리적으로 연결하여 고정하는 작업을 필요로 하기 때문에, 작업 생산성이 떨어지는 문제점을 안고 있다.
또한 에너지 저장장치 모듈은 다수의 단위 소자 중 수리나 교체가 필요한 단위 소자가 발생하는 경우, 해당 단위 소자만을 분리하면 좋겠지만, 전기 배선으로 서로 연결된 다수의 단위 소자에서 해당 단위 소자만을 분리하는 것이 쉽지 않아 유지보수 작업에 상당한 시간이 소요되는 문제점을 안고 있다.
따라서 본 발명의 목적은 모듈 제작 시 조립을 간소화하고 제작된 모듈에 대한 유지보수 작업을 용이하게 실시할 수 있는 전기화학 에너지 저장장치 및 그를 이용한 모듈을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 단위 소자인 전기화학 에너지 저장장치 간의 전기적 연결 및 물리적인 고정을 간소화하여 작업 생산성을 향상시킬 수 있는 전기화학 에너지 저장장치 및 그를 이용한 모듈을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 축전 소자, 관형의 절연성 케이스, 결합부 및 삽입부를 갖는 모듈용 전기화학 에너지 저장장치를 제공한다. 상기 축전 소자는 전기화학 에너지를 저장하며, 제1 전극과 제2 전극을 갖는다. 상기 케이스는 상기 축전 소자를 내장한다. 상기 결합부는 상기 케이스의 외측면에 철(凸)부 형태로 형성되며, 상기 축전 소자의 제1 전극과 연결되는 제1 단자를 갖는다. 그리고 상기 삽입부는 상기 케이스의 외측면에 결합부가 삽입될 수 있는 요(凹)부 형태로 형성되며, 상기 축전 소자의 제2 전극과 연결되는 제2 단자를 갖는다.
본 발명에 따른 모듈용 전기화학 에너지 저장장치에 있어서, 상기 결합부는 상기 케이스 상부의 외측면에 철부 형태로 형성된 결합 돌기와, 상기 축전 소자의 제1 전극에 연결되어 상기 케이스의 상부면 및 상기 결합 돌기에 형성된 상기 제1 단자를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 모듈용 전기화학 에너지 저장장치에 있어서, 상기 제1 단자는 제1 연결 단자와 제1 접속 단자를 포함할 수 있다. 상기 제1 연결 단자는 상기 축전 소자의 제1 전극에 연결되어 상기 케이스의 상부면 및 상기 결합 돌기의 상부면에 형성된다. 제1 접속 단자는 상기 결합 돌기의 상부면에 이웃하는 외측면에 형성되어 상기 제1 연결 단자와 전기적으로 연결되며, 상기 결합부가 삽입되는 삽입부의 제2 단자에 전기적으로 연결된다.
본 발명에 따른 모듈용 전기화학 에너지 저장장치에 있어서, 상기 삽입부는 상기 케이스의 외측면에 상기 케이스의 길이 방향을 따라서 요부 형태로 형성된 삽입홈과, 상기 축전 소자의 제2 전극에 연결되어 상기 케이스의 상부면 및 상기 삽입홈에 형성된 상기 제2 단자를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 모듈용 전기화학 에너지 저장장치에 있어서, 상기 제2 단자는 제2 연결 단자와 제2 접속 단자를 포함할 수 있다. 상기 제2 연결 단자는 상기 축전 소자의 제2 전극에 연결되어 상기 케이스의 상부면에 형성하되, 끝단이 상기 삽입홈의 경계에 위치하게 형성된다. 상기 제2 접속 단자는 상기 삽입홈의 내측면에 형성되어 상기 제2 연결 단자와 전기적으로 연결되며, 상기 삽입부에 삽입되는 상기 결합부의 제1 접속 단자에 전기적으로 연결된다.
본 발명에 따른 모듈용 전기화학 에너지 저장장치는, 상기 케이스의 외측면에 철(凸)부 형태로 형성되는 더미 결합부와, 상기 케이스의 외측면에 더미 결합부가 삽입될 수 있는 요(凹)부 형태로 형성되는 더미 삽입부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 모듈용 전기화학 에너지 저장장치에 있어서, 상기 케이스는 단면이 원형, 타원형, 다각형 중에 하나의 형상을 가질 수 있다.
본 발명에 따른 모듈용 전기화학 에너지 저장장치에 있어서, 상기 축전 소자는 상기 케이스에 적어도 하나가 내장되며, 상기 축전 소자는 전해 커패시터, 슈퍼 커패시터, 전기이중층 커패시터, 리튬이온 커패시터 중에 하나일 수 있다.
본 발명은 또한, 제1 전기화학 에너지 저장장치와 제2 전기화학 에너지 저장장치를 포함하는 에너지 저장장치 모듈을 제공한다. 관형의 상기 제1 전기화학 에너지 저장장치는 외측면에 철(凸)부 형태로 결합부가 형성된다. 관형의 상기 제2 전기화학 에너지 저장장치는 외측면에 상기 제1 전기화학 에너지 저장장치의 결합부에 대응되게 요(凹)부 형태로 삽입부가 형성된 관형으로, 상기 삽입부에 상기 제1 전기화학 에너지 저장장치의 결합부가 삽입되어 전기적으로 연결된다.
본 발명에 따른 에너지 저장장치 모듈에 있어서, 상기 제1 및 제2 전기화학 에너지 저장장치는 각각, 축전 소자, 관형의 절연성 케이스, 결합부 및 삽입부를 포함한한다. 여기서 상기 축전 소자는 전기화학 에너지를 저장하며, 제1 전극과 제2 전극을 갖는다. 상기 케이스는 상기 축전 소자를 내장한다. 상기 결합부는 상기 케이스의 외측면에 철(凸)부 형태로 형성되며, 상기 축전 소자의 제1 전극과 연결되는 제1 단자를 갖는다. 그리고 상기 삽입부는 상기 케이스의 외측면에 결합부가 삽입될 수 있는 요(凹)부 형태로 형성되며, 상기 축전 소자의 제2 전극과 연결되는 제2 단자를 갖는다.
본 발명에 따른 에너지 저장장치 모듈에 있어서, 상기 제1 또는 제2 전기화학 에너지 저장장치는 외측면에 철(凸)부 형태로 형성된 더미 결합부를 더 포함할 수 있다. 이때 에너지 저장장치 모듈은 외측면에 상기 더미 결합부에 대응되게 요(凹)부 형태로 더미 삽입부가 형성된 관형으로, 상기 더미 삽입부에 상기 더미 결합부가 삽입되어 연결되는 관형의 제3 전기화학 에너지 저장장치를 더 포함할 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 에너지 저장장치 모듈에 있어서, 상기 제1 또는 제2 전기화학 에너지 저장장치는 외측면에 요(凹)부 형태로 형성된 더미 삽입부를 더 포함할 수 있다. 이때 에너지 저장장치 모듈은 외측면에 상기 더미 삽입부에 대응되게 철(凸)부 형태로 더미 결합부가 형성된 관형으로, 상기 더미 삽입부에 상기 더미 결합부가 삽입되어 연결되는 관형의 제3 전기화학 에너지 저장장치를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 단위 소자인 전기화학 에너지 저장장치는 외측면에 철(凸)부 형태의 결합부와, 결합부가 삽입되어 전기적 및 물리적으로 연결될 수 있는 요(凹)부 형태의 삽입부가 형성되어 있기 때문에, 제1 단위 소자의 삽입부에 제2 단위 소자의 결합부를 삽입하는 것만으로 전기적 및 물리적 연결을 함께 수행할 수 있다. 이로 인해 에너지 저장장치 모듈을 구성하는 단위 소자 간의 전기적 연결 및 물리적인 연결을 간소화함으로써, 작업 생산성을 향상시킬 수 있다.
또한 단위 소자들을 결합하거나 분리할 때 슬라이드 방식으로 결합 및 분리가 가능하기 때문에, 에너지 저장장치 모듈로 제작한 이후에 유지보수 작업을 용이하게 실시할 수 있다. 즉 제작된 에너지 저장장치 모듈은 결합한 방향의 반대 방향으로 요지보수가 필요한 단위 소자만을 분리할 수 있기 때문에, 모듈 제작 후 발생될 수 있는 유지보수 작업을 용이하게 실시할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 모듈용 단위 소자인 전기화학 에너지 저장장치를 보여주는 사시도이다.
도 2는 도 1의 단위 소자를 보여주는 평면도이다.
도 3은 도 1의 단위 소자의 내부를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 4는 도 1의 두 개의 단위 소자가 서로 결합하는 상태를 보여주는 사시도이다.
도 5는 도 1의 두 개의 단위 소자를 이용한 에너지 저장장치 모듈을 보여주는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 에너지 저장장치 모듈을 보여주는 평면도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 에너지 저장장치 모듈을 보여주는 평면도이다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 에너지 저장장치 모듈을 보여주는 평면도이다.
도 9는 본 발명의 제5 실시예에 따른 모듈용 단위 소자인 전기화학 에너지 저장장치를 보여주는 평면도이다.
도 10은 도 9의 단위 소자들을 이용한 에너지 저장장치 모듈을 보여주는 평면도이다.
하기의 설명에서는 본 발명의 실시예에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
또한 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 하나의 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.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
제1 실시예
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 모듈용 단위 소자인 전기화학 에너지 저장장치를 보여주는 사시도이다. 도 2는 도 1의 전기화학 에너지 저장장치를 보여주는 평면도이다. 그리고 도 3은 도 1의 전기화학 에너지 저장장치의 내부를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 제1 실시예에 따른 전기화학 에너지 저장장치(10)는 에너지 저장장치 모듈에 사용되는 단위 소자로서, 축전 소자(20), 케이스(30), 결합부(50) 및 삽입부(60)를 포함하며, 단자판(40)을 더 포함할 수 있다. 축전 소자(20)는 전기화학 에너지를 저장하며, 제1 전극(21)과 제2 전극(23)을 갖는다. 케이스(30)는 절연성으로 축전 소자(20)를 내장하며 관 형태를 갖는다. 결합부(50)는 케이스(30)의 외측면에 철(凸)부 형태로 형성되며, 축전 소자(20)의 제1 전극(21)과 연결되는 제1 단자(53)를 갖는다. 그리고 삽입부(60)는 케이스(30)의 외측면에 결합부(50)가 삽입될 수 있는 요(凹)부 형태로 형성되며, 축전 소자(20)의 제2 전극(23)과 연결되는 제2 단자(63)를 갖는다.
이와 같은 제1 실시예에 따른 전기화학 에너지 저장장치(10)에 대해서 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
축전 소자(20)는 전기화학 에너지를 저장하며, 전기에너지를 화학에너지로 혹은 화학에너지를 전기에너지로 변환한다. 이러한 축전 소자(20)는 자동차 등에서 파워로 이용하기 위한 전기화학 에너지를 저장할 수 있는 장치라면 제한 없이 적용될 수 있다. 축전 소자(20)는 그 사용 목적에 따라 수십 내지 수백 uF(마이크로 패럿)의 전기용량을 갖는 전해 커패시터, 수 패럿의 전기용량을 갖는 슈퍼 커패시터, 100F 이상의 전기용량을 가질 수 있는 전기이중층 커패시터, 리튬 이온 커패시터 등이 될 수 있다.
이러한 축전 소자(20)는 원통형 형상으로 이루어지거나 또는 4각기둥, 5각기둥, 6각기둥 등의 각주형 형상으로 이루어질 수 있다. 그리고 축전 소자(20)의 중심부에 연직방향으로 형성된 홀은 권심 공간으로, 축전 소자(20) 제작을 위해 필요한 공간이다. 제1 전극(21)과 제2 전극(23)은 양극 또는 음극 중에 하나이며 서로 다른 극성을 갖는다. 도시하지 않았지만, 축전 소자(20)는 양극 집전체를 구비하는 양극부, 음극 집전체를 구비하는 음극부, 세퍼레이터(separator; 분리기) 및 전해질을 포함한다.
케이스(30)는 개방부를 통하여 삽입되는 축전 소자(20)를 내장한다. 케이스(30) 내부에는 축전 소자(20) 뿐만 아니라 축전 소자(20)에서 발생하는 가스 등도 함께 존재하게 되므로, 케이스(30)의 소재로는 가벼우면서도 가스 등에 의한 부식의 영향이 적은 절연성 소재가 사용될 수 있다. 예컨대 케이스(30)의 소재로는 에폭시 계열의 플라스틱 소재가 사용될 수 있다. 케이스(30)의 형상은 일반적으로 축전 소자(20)의 형상에 대응하는 형상으로 이루어진다. 예를 들어 축전 소자(20)가 원통형일 경우 케이스(30)도 원통형이 되며, 축전 소자(20)가 사각기둥과 같은 각주형 형상일 경우 케이스(30)도 각주형이 될 수 있다. 또는 축전 소자(20)가 원통형이고 케이스(30)가 각주형이거나, 케이스(30)가 각주형이고 축전 소자(20)가 원통형일 수 있다. 제1 실시예에 따른 케이스(30)으로 원통형이 사용된 예를 개시하였다. 또한 케이스(30)에는 하나 이상의 축전 소자(20)가 내장될 수 있다.
단자판(40)은 케이스(30) 상단의 개방부를 봉합하도록 설치되며, 축전 소자(20)의 내부와 외부를 차단시킨다. 단자판(40)으로는 탄성이 있는 고무 소재가 사용될 수 있다. 예컨대 고무 소재로는 에틸렌프로필렌 공중합체(EPT), 에틸렌프로필렌디엔 공중합체(EPDM) 등의 올레핀계 합성 고무, 실리콘 고무, 불소 고무 등이 사용될 수 있다.
결합부(50)는 복수의 전기화학 에너지 저장장치(10)를 이용하여 에너지 저장장치 모듈을 제조할 때, 이웃하는 전기화학 에너지 저장장치(10)의 삽입부(60)에 삽입되어 전기적 및 물리적으로 연결되는 부분이다. 결합부(50)는 케이스(30)의 외측면에 대해서 돌출되게 형성되며, 삽입부(60)에 안정적으로 삽입되어 결합될 수 있도록 삽입부(60)의 형상에 대응되게 형성된다.
이러한 결합부(50)는 결합 돌기(51) 및 제1 단자(53)로 구성된다. 결합 돌기(51)는 케이스(30) 상부의 외측면에 철부 형태로 형성된다. 제1 단자(53)는 축전 소자(20)의 제1 전극(21)에 연결되어 케이스(30)의 상부면 및 결합 돌기(51)에 형성된다.
여기서 결합 돌기(51)는 슬라이드 방식으로 결합부(50)를 제1 실시예에 따른 다른 전기화학 에너지 저장장치(10)의 삽입부(60)에 끼워 결합할 수 있도록 관형으로 형성된다. 제1 실시예에서는 결합 돌기(51)는 단면이 사각형으로 형성된 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 결합 돌기(51)는 케이스(30)에 연결되는 부분의 폭에 비해서 넓은 폭을 갖는 부분을 갖게 형성할 수 있다. 즉 결합 돌기(51)는 단면이 사다리꼴 형태로 형성되거나, 타원 형태로 형성될 수 있다. 이와 같이 형성하는 이유는 전기화학 에너지 저장장치(10)의 결합부(50)가 다른 전기화학 에너지 저장장치(10)의 상부에서 하부로 이동시켜 결합하는 슬라이드 방식으로 다른 전기화학 에너지 저장장치(10)의 삽입부(60)에 결합된 이후에, 수평 방향으로 힘이 작용하더라도 결합부(50)가 삽입부(60)에서 빠지는 문제를 억제하기 위해서이다.
제1 단자(53)는 제1 연결 단자(55)와 제1 접속 단자(57)로 구성될 수 있다. 제1 연결 단자(55)는 축전 소자(20)의 제1 전극(21)에 연결되어 케이스(30)의 상부면 및 결합 돌기(51)의 상부면에 형성된다. 제1 접속 단자(57)는 결합 돌기(51)의 상부면에 이웃하는 외측면에 형성되어 제1 연결 단자(55)와 전기적으로 연결되며, 결합부(50)가 삽입되는 삽입부(60)의 제2 단자(63)에 전기적으로 연결된다. 제1 실시예에서는 제1 접속 단자(57)가 케이스(30)의 외측면과 대응하는 결합 돌기(51)의 외측면에 노출되게 형성된 예를 개시하였지만, 케이스(30)의 외측면에 연결되는 측면에 형성될 수도 있다.
한편 결합부(50)는 단자판(40)이 형성되는 케이스(30)의 상단부에서 케이스(30)의 길이 방향으로 케이스(30)의 외측면에 형성된다. 제1 실시예에서는 결합부(50)는 케이스(30)의 길이 보다는 짧게 형성된 예를 개시하였지만, 케이스(30)의 길이에 대응되게 결합부(50)를 형성할 수 있다. 제1 연결 단자(55)가 형성되는 케이스(30)의 상부면은 단자판(40)의 상부면을 포함한다.
그리고 삽입부(60)는 복수의 전기화학 에너지 저장장치(10)를 이용하여 에너지 저장장치 모듈을 제조할 때, 이웃하는 전기화학 에너지 저장장치(10)의 결합부(50)가 삽입되어 전기적 및 물리적으로 연결되는 부분이다.
이러한 삽입부(60)는 삽입홈(61)과 제2 단자(63)를 포함한다. 삽입홈(61)은 케이스(30)의 외측면에 케이스(30)의 길이 방향을 따라서 요부 형태로 형성된다. 제2 단자(63)는 축전 소자(20)의 제2 전극(23)에 연결되어 케이스(30)의 상부면 및 삽입홈(61)에 형성된다.
여기서 삽입홈(61)은 슬라이드 방식으로 제1 실시예에 따른 다른 전기화학 에너지 저장장치(10)의 결합부(50)가 결합될 수 있도록 결합 돌기(51)에 대응되게 형성된다. 제1 실시예에서는 결합 돌기(51)가 단면이 사각형으로 형성되기 때문에, 삽입홈(61)은 사각형의 홈으로 형성된 예를 개시하였다.
제2 단자(63)는 제2 연결 단자(65)와 제2 접속 단자(67)를 포함한다. 제2 연결 단자(65)는 축전 소자(20)의 제2 전극(23)에 연결되어 케이스(30)의 상부면에 형성하되, 끝단이 삽입홈(61)의 경계에 위치하게 형성된다. 제2 접속 단자(67)는 삽입홈(61)의 내측면에 형성되어 제2 연결 단자(65)와 전기적으로 연결되며, 삽입부(60)에 삽입되는 결합부(50)의 제1 접속 단자(57)에 전기적으로 연결된다. 이때 제1 및 제2 접속 단자(57,67)가 안정적으로 전기적 연결될 수 있도록, 제2 접속 단자(67)는 결합되는 결합부(50)의 제1 접속 단자(57)와 마주볼 수 있도록 형성된다.
한편 삽입부(60)는 단자판(40)이 형성되는 케이스(30)의 상단부에서 케이스(30)의 길이 방향으로 케이스(30)의 외측면에 형성된다. 후술되겠지만 삽입부(60)와 결합부(50)를 매개로 복수의 전기화학 에너지 저장장치(10)를 슬라이드 방식으로 결합하거나 분리할 수 있도록, 삽입부(60)는 케이스(30)의 길이에 대응되게 형성된다. 즉 삽입부(60)의 삽입홈(61)은 케이스(30)의 상부면과 하부면 부분을 관통하는 형태로 형성된다. 제2 연결 단자(65)가 형성되는 케이스(30)의 상부면은 단자판(40)의 상부면을 포함한다.
그리고 결합부(50)와 삽입부(60)는 케이스(30)에 서로 마주보게 형성될 수 있다. 따라서 제1 실시예에 따른 전기화학 에너지 저장장치(10)를 이용하여 에너지 저장장치 모듈(100)로 구현할 경우, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 일렬로 연결된 형태로 구현이 가능하다. 이때 제1 실시예에서는 결합부(50)와 삽입부(60)가 서로 마주보게 형성된 예를 개시하였지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 결합부(50)와 삽입부(60)는 서로 어긋나게 형성될 수 있다.
이와 같은 제1 실시예에 따른 전기화학 에너지 저장장치를 단위 소자(10a,10b)로 이용한 에너지 저장장치 모듈(100)에 대해서 도 4 및 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 4는 도 1에 따른 두 개의 단위 소자(10a,10b)를 결합하는 상태를 보여주는 사시도이다. 도 5는 도 1의 두 개의 단위 소자(10a,10b)를 이용한 에너지 저장장치 모듈(100)을 보여주는 사시도이다. 이하 에너지 저장장치 모듈(100)에 사용되는 전기화학 에너지 저장장치를 이하에서는 단위 소자(10a,10b)라 한다.
제1 실시예에 따른 에너지 저장장치 모듈(100)은 제1 및 제2 단위 소자(10a,10b)를 포함한다. 제1 단위 소자(10a)의 결합부(50)가 제2 단위 소자(10b)의 삽입부(60)에 슬라이드 방식으로 결합된 구조를 갖는다. 결합 방식은 제2 단위 소자(10b)의 상부에 제1 단위 소자(10a)를 위치시킨 상태에서, 제1 단위 소자(10a)를 하강시켜 제2 단위 소자(10b)의 삽입부(60)에 제1 단위 소자(10a)의 결합부(50)를 결합시켜 제1 및 제2 단위 소자(10a,10b)를 직렬로 전기적으로 연결한다. 에너지 저장장치 모듈(100)은 제1 단위 소자(10a)의 삽입부(60)와 제2 단위 소자(10b)의 결합부(50)를 외부접속단자로 사용한다.
한편 제1 실시예에서는 두 개의 단위 소자(10a,10b)를 결합하여 에너지 저장장치 모듈(100)을 구현하는 예를 개시하였지만, 두 개 이상의 단위 소자를 결합하여 에너지 저장장치 모듈을 구현할 수도 있음은 물론이다.
이와 같이 제1 실시예 따른 단위 소자(10a,10b)인 전기화학 에너지 저장장치는 외측면에 철(凸)부 형태의 결합부(50)와, 결합부(50)가 삽입되어 전기적 및 물리적으로 연결될 수 있는 요(凹)부 형태의 삽입부(60)가 형성되어 있기 때문에, 제2 단위 소자(10b)의 삽입부(60)에 제1 단위 소자(10a)의 결합부(50)를 삽입하는 것만으로 전기적 및 물리적 연결을 함께 수행할 수 있다. 이로 인해 에너지 저장장치 모듈(100)을 구성하는 단위 소자들(10a,10b) 간의 전기적 연결 및 물리적인 고정을 간소화함으로써, 작업 생산성을 향상시킬 수 있다.
또한 제1 실시예에 따른 에너지 저장장치 모듈(100)은 모듈로 제작한 이후에 유지보수 작업을 수행할 때, 결합한 방향의 반대 방향으로 유지보수가 필요한 단위 소자(10a,10b)만을 분리할 수 있기 때문에, 모듈 제작 후 발생될 수 있는 유지보수 작업을 용이하게 실시할 수 있는 있다.
제2 실시예
한편 제1 실시예에 따른 에너지 저장장치 모듈(100)은 제1 및 제2 단위 소자(10a,10b)로 모두 결합부(50)와 삽입부(60)가 서로 마주보게 동일선상에 형성된 전기화학 에너지 저장장치를 이용하는 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 도 6에 도시된 바와 같이, 결합부(50)와 삽입부(60)가 동일선상에 형성되지 않은 전기화학 에너지 저장장치를 단위 소자(10c)로 이용하여 에너지 저장장치 모듈(200)을 구현할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 에너지 저장장치 모듈(200)을 보여주는 평면도이다.
도 6을 참조하면, 제2 실시예에 따른 에너지 저장장치 모듈(200)은 제1 단위 소자(10a) 및 제2 단위 소자(10c)를 포함한다. 제1 단위 소자(10a)는 결합부(50)와 삽입부(60)가 동일선상에 형성되어 있다. 제2 단위 소자(10c)는 결합부(50)와 삽입부(60)가 서로 어긋나게 형성되며, 예컨대 제2 단위 소자(10c)의 중심에서 90도 각도를 이루는 지점에 형성될 수 있다.
제2 실시예에 따른 에너지 저장장치 모듈(200)은 제1 단위 소자(10a)의 결합부(50)가 제2 단위 소자(10c)의 삽입부(60)에 슬라이드 방식으로 결합된 구조를 갖는다는 점에서 제1 실시예에 따른 에너지 저장장치 모듈(도 5의 100)과 동일하다.
하지만 제2 단위 소자(10c)의 결합부(50)와 삽입부(60)가 서로 어긋하게 형성되기 때문에, 제1 단위 소자(10a)와 제2 단위 소자(10c)를 조합할 경우 복수의 제1 및 제2 단위 소자(10a,10c)가 복수의 행과 복수의 열을 이루도록 에너지 저장장치 모듈(200)을 구현할 수 있다.
제3 실시예
한편 제1 및 제2 실시예에 따른 단위 소자(100,200)는 단면이 원형인 관형으로 형성된 예를 개시하였지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 도 7에 도시된 바와 같이 단위 소자(110a,110b)는 단면이 사각형인 관형으로 구현할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 에너지 저장장치 모듈(300)을 보여주는 평면도이다.
도 7을 참조하면, 제3 실시예에 따른 에너지 저장장치 모듈(300)은 제1 및 제2 단위 소자(110a,110b)를 포함한다. 제1 단위 소자(110a)의 결합부(150)가 제2 단위 소자(110b)의 삽입부(160)에 슬라이드 방식으로 결합된 구조를 갖는다. 이때 제1 및 제2 단위 소자(110a,110b)는 단면이 사각형인 것을 제외하면 제1 실시예에 따른 단위 소자(도 2의 10)와 동일한 구조를 갖기 때문에 상세한 설명은 생략한다.
또한 제1 및 제2 단위 소자(110a,110b)는 결합부(150)와 삽입부(160)가 동일선상에 형성된 예를 개시하였지만, 서로 어긋나게 형성할 수도 있다.
제4 실시예
또는 도 8에 도시된 바와 같이, 단위 소자(210a~210d)는 단면이 육각형인 관형으로 구현할 수 있다. 여기서 도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 에너지 저장장치 모듈(400)을 보여주는 평면도이다.
도 8을 참조하면, 제4 실시예에 따른 에너지 저장장치 모듈(400)은 제1 내지 제4 단위 소자(210a~210d)를 포함한다. 제1 단위 소자(210a)의 결합부(250)가 제2 단위 소자(210b)의 삽입부(260)에 슬라이드 방식으로 결합된다. 제2 단위 소자(210b)의 결합부(250)는 제3 단위 소자(210c)의 삽입부(260)에 슬라이드 방식으로 결합된다. 그리고 제3 단위 소자(210c)의 결합부(250)는 제4 단위 소자(210d)의 삽입부(250)에 슬라이드 방식으로 결합된다.
이때 제1 내지 제4 단위 소자(210a~210d)는 단면이 육각형인 것을 제외하면 제1 실시예에 따른 단위 소자(도 2의 10)와 동일한 구조를 갖기 때문에 상세한 설명은 생략한다.
또한 제1 및 제4 단위 소자(210a,210d)는 결합부(250)와 삽입부(260)가 동일선상에 형성된 예를 개시하였지만, 제2 및 제3 단위 소자(210b,210c)는 서로 어긋나게 형성된 예를 개시하였다.
제5 실시예
도 9는 본 발명의 제5 실시예에 따른 단위 소자인 전기화학 에너지 저장장치(310)를 보여주는 평면도이다.
도 9를 참조하면, 제5 실시예에 따른 전기화학 에너지 저장장치(310)는 제1 실시예에 따른 전기화학 에너지 저장장치(도 2의 10)와 동일하게 결합부(350)와 삽입부(360)를 구비하고, 그 외 더미 결합부(370) 및 더미 삽입부(380)를 더 구비한다는 점에서 제1 실시예에 따른 전기화학 에너지 저장장치(도 2의 10)와 차이점을 갖는다.
더미 결합부(370)는 케이스(330)의 외측면에 철부 형태로 형성되며, 별도의 전기적 연결 수단을 구비하지 않는다. 그리고 더미 삽입부(380)는 케이스(330)의 외측면에 더미 결합부(370)가 삽입될 수 있는 요부 형태로 형성되며, 별도의 전기적 연결 수단을 구비하지 않는다. 여기서 더미 결합부(370)와 더미 삽입부(380)는 모듈을 구현하기 위해서 mㅧn 행렬(m 또는 n은 2 이상의 자연수)로 단위 소자를 연결할 때, 다른 행 또는 다른 열의 단위 소자와 연결시켜 물리적인 결합 안정성을 향상시키기 역할을 수행한다.
그리고 더미 결합부(370) 및 더미 삽입부(380)는 제1 및 제2 단자를 구비하지 않을 뿐, 외형상으로는 결합부(350) 및 삽입부(360)와 동일하거나 유사한 형상으로 형성될 수 있다.
이때 제5 실시예에서는 더미 결합부(370) 및 더미 삽입부(380)가 케이스(330)의 외측면에 서로 마주보는 방향에 형성되며, 결합부(350) 및 삽입부(360)를 연결하는 가상의 선에 수직인 방향에 형성된 예를 개시하였지만 수직을 이루지 않도록 형성될 수도 있다. 또한 제5 실시예에서는 케이스(330)에 더미 결합부(370)와 더미 삽입부(380)가 함께 형성된 예를 개시하였지만, 둘 중에 하나만 형성될 수도 있다.
이와 같은 제5 실시예에 따른 전기화학 에너지 저장장치(310)를 단위 소자로 사용하여 제조된 에너지 저장장치 모듈에 대해서 도 10을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 도 10은 도 9의 단위 소자들(310a~310f)을 이용한 에너지 저장장치 모듈(500)을 보여주는 평면도이다.
도 10을 참조하면, 제5 실시예에 따른 에너지 저장장치 모듈(500)은 제1 내지 제6 단위 소자(310a~310f)가 2ㅧ3 행렬로 결합된 구조를 갖는다. 즉 제1 단위 소자(310a)의 결합부(350)는 제2 단위 소자(310b)의 삽입부(360)에 결합되어 전기적으로 연결된다. 동일한 방식으로 제2 내지 제6 단위 소자(310b~310f)도 결합되어 전기적으로 연결된다.
여기서 제3 단위 소자(310c)는 수평 방향으로 오른쪽으로 형성된 삽입부(360)에 대해서 결합부(370)가 상부로 수직 방향으로 형성된다. 제4 단위 소자(310d)는 하부로 수직 방향으로 형성된 삽입부(360)에 대해서 결합부(350)가 수평 방향으로 왼쪽으로 형성된다. 결합되지 않은 제1 단위 소자(310a)의 삽입부(360) 및 제6 단위 소자(310f)의 결합부(350)가 에너지 저장장치 모듈(500)의 외부접속단자로 사용된다.
그리고 제1 내지 제3 단위 소자(310a~310c)의 더미 결합부(370)는 제4 내지 제6 단위 소자(310d~310f)의 더미 삽입부(380)에 결합된다.
이와 같이 제5 실시예에 따른 에너지 저장장치 모듈(500)은 결합부(350) 및 삽입부(360)의 결합과 더불어, 더미 결합부(370) 및 더미 삽입부(380)의 결합에 의해 제1 내지 제6 단위 소자(310a~310f) 간의 물리적인 결합 안정성을 확보할 수 있다.
한편 제5 실시예에서는 6개의 단위 소자(310a~310f)가 결합되어 에너지 저장장치 모듈(500)을 구현하는 예를 개시하였지만, 이것에 한정되는 아니다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
10 : 전기화학 에너지 저장장치 20 : 축전 소자
21 : 제1 전극 23 : 제2 전극
30 : 케이스 40 : 단자판
50 : 결합부 51 : 결합 돌기
53 : 제1 단자 55 : 제1 연결 단자
57 : 제1 접속 단자 60 : 삽입부
61 : 삽입홈 63 : 제2 단자
65 : 제2 연결 단자 67 : 제2 접속 단자
100,200,300,400,500 : 에너지 저장장치 모듈
370 : 더미 결합부 380 : 더미 삽입부

Claims (12)

  1. 전기화학 에너지를 저장하며, 제1 전극과 제2 전극을 갖는 축전 소자;
    상기 축전 소자를 내장하는 관형의 절연성 케이스;
    상기 케이스의 외측면에 철(凸)부 형태로 형성되며, 상기 축전 소자의 제1 전극과 연결되는 제1 단자를 갖는 결합부;
    상기 케이스의 외측면에 결합부가 삽입될 수 있는 요(凹)부 형태로 형성되며, 상기 축전 소자의 제2 전극과 연결되는 제2 단자를 갖는 삽입부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈용 전기화학 에너지 저장장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 결합부는,
    상기 케이스 상부의 외측면에 철부 형태로 형성된 결합 돌기;
    상기 축전 소자의 제1 전극에 연결되어 상기 케이스의 상부면 및 상기 결합 돌기에 형성된 상기 제1 단자;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈용 전기화학 에너지 저장장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 단자는,
    상기 축전 소자의 제1 전극에 연결되어 상기 케이스의 상부면 및 상기 결합 돌기의 상부면에 형성된 제1 연결 단자;
    상기 결합 돌기의 상부면에 이웃하는 외측면에 형성되어 상기 제1 연결 단자와 전기적으로 연결되며, 상기 결합부가 삽입되는 삽입부의 제2 단자에 전기적으로 연결되는 제1 접속 단자;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈용 전기화학 에너지 저장장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 삽입부는,
    상기 케이스의 외측면에 상기 케이스의 길이 방향을 따라서 요부 형태로 형성된 삽입홈;
    상기 축전 소자의 제2 전극에 연결되어 상기 케이스의 상부면 및 상기 삽입홈에 형성된 상기 제2 단자;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈용 전기화학 에너지 저장장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제2 단자는,
    상기 축전 소자의 제2 전극에 연결되어 상기 케이스의 상부면에 형성하되, 끝단이 상기 삽입홈의 경계에 위치하게 형성된 제2 연결 단자;
    상기 삽입홈의 내측면에 형성되어 상기 제2 연결 단자와 전기적으로 연결되며, 상기 삽입부에 삽입되는 상기 결합부의 제1 접속 단자에 전기적으로 연결되는 제2 접속 단자;를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈용 전기화학 에너지 저장장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 케이스의 외측면에 철(凸)부 형태로 형성되는 더미 결합부;
    상기 케이스의 외측면에 더미 결합부가 삽입될 수 있는 요(凹)부 형태로 형성되는 더미 삽입부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈용 전기화학 에너지 저장장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 케이스는,
    단면이 원형, 타원형, 다각형 중에 하나의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 모듈용 전기화학 에너지 저장장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 축전 소자는 상기 케이스에 적어도 하나가 내장되며,
    상기 축전 소자는 전해 커패시터, 슈퍼 커패시터, 전기이중층 커패시터, 리튬이온 커패시터 중에 하나인 것을 특징으로 하는 모듈용 전기화학 에너지 저장장치.
  9. 외측면에 철(凸)부 형태로 결합부가 형성된 관형의 제1 전기화학 에너지 저장장치;
    외측면에 상기 제1 전기화학 에너지 저장장치의 결합부에 대응되게 요(凹)부 형태로 삽입부가 형성된 관형으로, 상기 삽입부에 상기 제1 전기화학 에너지 저장장치의 결합부가 삽입되어 전기적으로 연결되는 관형의 제2 전기화학 에너지 저장장치;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치 모듈.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제1 및 제2 전기화학 에너지 저장장치는 각각,
    전기화학 에너지를 저장하며, 제1 전극과 제2 전극을 갖는 축전 소자;
    상기 축전 소자를 내장하는 관형의 절연성 케이스;
    상기 케이스의 외측면에 철(凸)부 형태로 형성되며, 상기 축전 소자의 제1 전극과 연결되는 제1 단자가 형성된 결합부;
    상기 케이스의 외측면에 결합부가 삽입될 수 있는 요(凹)부 형태로 형성되며, 상기 축전 소자의 제2 전극과 연결되는 제2 단자가 형성된 삽입부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치 모듈.
  11. 제9항에 있어서, 상기 제1 또는 제2 전기화학 에너지 저장장치는,
    외측면에 철(凸)부 형태로 형성된 더미 결합부;를 더 포함하며,
    외측면에 상기 더미 결합부에 대응되게 요(凹)부 형태로 더미 삽입부가 형성된 관형으로, 상기 더미 삽입부에 상기 더미 결합부가 삽입되어 연결되는 관형의 제3 전기화학 에너지 저장장치;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치 모듈.
  12. 제9항에 있어서, 상기 제1 또는 제2 전기화학 에너지 저장장치는,
    외측면에 요(凹)부 형태로 형성된 더미 삽입부;를 더 포함하며,
    외측면에 상기 더미 삽입부에 대응되게 철(凸)부 형태로 더미 결합부가 형성된 관형으로, 상기 더미 삽입부에 상기 더미 결합부가 삽입되어 연결되는 관형의 제3 전기화학 에너지 저장장치;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치 모듈.
KR1020110082126A 2011-08-18 2011-08-18 전기화학 에너지 저장장치 및 그를 이용한 모듈 KR101182192B1 (ko)

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