KR101288531B1 - 울트라 캐패시터 어셈블리 - Google Patents

Abstract

본 발명은 베어셀을 수용하기 위한 내부공간이 형성된 케이스 몸체; 상기 케이스 몸체의 외부로 노출되게 형성된 외부 터미널; 및 상기 외부 터미널에 형성된 나사 가공부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 울트라 캐패시터의 금속 케이스를 개시한다.

Description

울트라 캐패시터 어셈블리{ULTRA-CAPACITOR ASSEMBLY}

본 발명은 전기에너지 저장장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 부스바를 접속하기 위한 구조를 가진 금속 케이스를 구비한 울트라 캐패시터 어셈블리에 관한 것이다.

일반적으로 울트라 캐패시터(Ultra Capacitor)는 슈퍼 캐패시터(Super Capacitor)라고도 불리우며, 전해콘덴서와 이차전지의 중간적인 특성을 갖는 에너지 저장장치로서 높은 효율, 반영구적인 수명특성으로 인해 이차전지와의 병용 및 대체가 가능한 차세대 전기에너지 저장장치이다.

울트라 캐패시터는, 유지보수(Maintenance)가 용이하지 않고 장기간의 사용 수명이 요구되는 애플리케이션(Application)에 대해서는 축전지 대체용으로 이용되기도 한다. 울트라 캐패시터는 빠른 충방전 특성을 가지며, 이에 따라 이동통신 정보기기인 핸드폰, 노트북, PDA 등의 보조 전원으로서 뿐만 아니라, 고용량이 요구되는 전기자동차, 야간 도로 표시등, UPS(Uninterrupted Power Supply) 등의 주전원 혹은 보조 전원으로 매우 적합하며, 이와 같은 용도로 많이 이용되고 있다.

울트라 캐패시터는 소형화를 위해 도 1에 도시된 바와 같이 원통 형상으로 이루어진 형태가 많이 이용되고 있다.

도 1을 참조하면, 울트라 캐패시터는 양극, 음극, 세퍼레이터 및 전해질로 구성된 베어셀이 담긴 내부 하우징(10)과, 내부 하우징(10)을 수용하는 금속 케이스(40)와, 금속 케이스(40)의 내부에 마련되어 각각 베어셀의 음극과 양극에 연결되는 제1 터미널(20) 및 제2 터미널(30)과, 금속 케이스(40)의 양단부에 노출된 외부 터미널(45,51)을 포함한다.

상기 울트라 캐패시터에 있어서, 제1 터미널(20)은 절연부재(60)에 의해 금속 케이스(40)에 대하여 절연되는 동시에 상판(50)에 마련된 음극측 외부 터미널(51)에 전기적으로 연결되고, 제2 터미널(30)은 금속 케이스(40)와 직접적으로 접촉함으로써 금속 케이스(40)의 하단에 마련된 양극측 외부 터미널(45)과 전기적으로 연결된다.

이러한 울트라 캐패시터를 적용함에 있어서, 고전압용 전지로 사용되기 위해서는 수천 패럿(Farad) 또는 수백 볼트의 고전압 모듈(module)이 필요하다. 이런 고전압 모듈은 다수의 울트라 캐패시터를 필요한 수량만큼 연결함으로써 달성될 수 있다. 이때, 각각의 울트라 캐패시터는 부스바(Busbar)에 의해 외부 터미널들이 연결된 어셈블리 형태로 구성된다.

고전압용 울트라 캐패시터 어셈블리를 구현함에 있어서, 울트라 캐패시터와 부스바의 연결은 매우 중요하다. 즉, 울트라 캐패시터와 부스바의 연결이 안정적으로 이루어지지 않거나, 체결이 긴밀히 이루어지지 않을 경우에는 접촉저항이 증가하면서 고온이 발생하기 때문이다.

울트라 캐패시터 어셈블리에 있어서, 양극측 외부 터미널(45)의 두께는 통상적으로 5㎜ 이내의 수준으로 매우 얇게 형성되며, 인접한 울트라 캐패시터들 간의 체결은 외부 터미널(45,51)에 대하여 부스바를 레이저 용접하거나, 열간압착 또는 열박음함으로써 이루어지는 것이 일반적이다.

하지만, 상기와 같은 체결방식의 울트라 캐패시터 어셈블리는 사용중에 외부로부터 지속적으로 가해지는 진동 등에 의해 외부 터미널(45,51)과 부스바 간의 접합부가 파손되어 캐패시터 간에 접촉저항이 커지거나 어셈블리가 단선되는 문제가 종종 발생하게 된다. 이러한 문제는 특히, 울트라 캐패시터가 원통형인 경우 라운드면을 갖는 원통형 케이스의 구조적 불안정성으로 인해 더욱 쉽게 발생하게 되므로 이에 대한 대책이 요구되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으서, 나사결합에 의해 외부 터미널에 부스바가 접속될 수 있는 구조를 가진 금속 케이스를 구비한 울트라 캐패시터 어셈블리를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 베어셀을 수용하기 위한 내부공간이 형성된 케이스 몸체; 상기 케이스 몸체의 외부로 노출되게 형성된 외부 터미널; 및 상기 외부 터미널에 형성된 나사 가공부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 울트라 캐패시터의 금속 케이스를 제공한다.

상기 나사 가공부는 상기 외부 터미널의 외주면에 형성될 수 있다.

상기 외부 터미널의 돌출방향 반대편의 중심에는 동심확보용 돌출부가 마련되고, 상기 외부 터미널 및 동심확보용 돌출부는 상기 케이스 몸체와 일체로 형성될 수 있다.

상기 외부 터미널의 돌출 높이는 5㎜ 이내인 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 측면에 따르면 상기 금속 케이스를 포함하는 울트라 캐패시터가 제공된다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면 상기 금속 케이스를 포함하는 울트라 캐패시터 어셈블리가 제공된다.

본 발명에 따르면 금속 케이스에 형성된 외부 터미널에 부스바가 나사결합에 의해 고정되므로 진동 등에 의해 외부 터미널로부터 부스바의 접합이 분리되는 현상이 효과적으로 방지될 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 외부 터미널에 부스바가 착탈 가능하게 접속되므로 캐패시터 어셈블리의 유지보수가 편리한 이점이 있다.

따라서, 본 발명을 적용할 경우 울트라 캐패시터 어셈블리를 이루는 캐패시터들의 접속 신뢰도를 향상시킬 수 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 종래기술에 따른 울트라 캐패시터의 구성을 도시한 단면도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 울트라 캐패시터의 외관을 도시한 사시도,
도 3은 도 2의 단면도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 울트라 캐패시터 어셈블리의 구성을 도시한 측면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 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. 따라서, 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.

도 2는 본 발명에 따라 제공되는 울트라 캐패시터의 외관을 도시한 사시도이며, 도 3은 도 2의 단면도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 울트라 캐패시터는 베어셀(미도시)과, 상기 베어셀의 음극과 양극에 각각 연결되는 제1 터미널(110) 및 제2 터미널(120)과, 상기 베어셀을 비롯하여 제1 터미널(110) 및 제2 터미널(120)을 수용하고 적어도 양극측 외부 터미널(132)에는 나사 가공부(132a)가 형성된 원통형의 금속 케이스(130)를 포함한다.

베어셀은 양극, 음극, 세퍼레이터 및 전해질로 구성되어 전기화학적 에너지 저장기능을 제공한다.

제1 터미널(110) 및 제2 터미널(120)은 각각 베어셀의 음극과 양극에 연결된다.

제1 터미널(110) 및 제2 터미널(120)은 금속 케이스(130)의 내주면에 대응하는 원형의 외주면을 갖는다. 제1 터미널(110)은 절연부재(150)에 의해 금속 케이스(130)에 대하여 절연되는 동시에 음극측 외부 터미널(141)이 마련된 상판(140)과 전기적으로 연결된다. 제2 터미널(120)은 금속 케이스(130)와 접촉되어 금속 케이스(130)의 하단에 마련된 양극측 외부 터미널(132)에 전기적으로 연결된다.

금속 케이스(130)는 권취소자 형태로 가공된 후 내부 하우징(100)에 담긴 베어셀을 수용할 수 있는 내부공간이 형성된 원통형의 케이스 몸체를 갖는다. 바람직하게, 금속 케이스(130)는 알루미늄 원통 형태로 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 금속 케이스(130)에 있어서 측면부(131)로부터 일체로 연장된 하단부 중심에는 양극측 외부 터미널(132)이 하방으로 돌출되게 형성된다. 가능한 한 소형화된 울트라 캐패시터 어셈블리를 구현하기 위해 양극측 외부 터미널(132)의 돌출 높이(h)는 5㎜ 이내인 것이 바람직하다.

양극측 외부 터미널(132)에는 울트라 캐패시터들 간을 연결하는 부스바의 고정을 위한 용도로 사용 가능한 나사 가공부(132a)가 형성된다. 도면에는 나사 가공부(132a)가 양극측 외부 터미널(132)의 외주면에 형성된 구성이 도시되어 있다. 본 발명의 변형예로서, 나사 가공부(132a)는 양극측 외부 터미널(132)의 중심에 형성된 나사홈 형태로 제공될 수도 있다.

상기와 같이 양극측 외부 터미널(132)에 나사 가공부(132a)가 형성된 구조는 음극측 외부 터미널(141)에 대해서도 동일하게 적용 가능하다.

금속 케이스(130)에 있어서 양극측 외부 터미널(132)이 돌출된 쪽의 반대편 중심에는 동심확보용 돌출부(133)가 형성된다. 동심확보용 돌출부(133)는 제2 터미널(120)의 중심에 삽입됨으로써 금속 케이스(130)의 내부 중심에 제2 터미널(120)을 정확히 정렬시키는 용도로 사용된다. 동심확보용 돌출부(133)가 금속 케이스(130)의 측면부(131) 및 바닥부(132)와 일체를 이루도록 구성되는 경우에는 금속 케이스(130)가 보강되어 형상변형 방지성능이 더욱 강화될 수 있다.

도 4에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 제공되는 울트라 캐패시터 어셈블리의 구성이 도시되어 있다. 도면에 나타난 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 울트라 캐패시터 어셈블리는 나사결합에 의해 외부 터미널과 부스바(135)가 착탈 가능하게 접속된다. 구체적으로, 외부 터미널에는 소정의 와셔와 너트를 포함하는 체결부재(134)가 나사결합됨으로써 외부 터미널에 부스바(135)가 착탈 가능하게 접속될 수 있다.

본 발명에 있어서 부스바(135)의 형상은 도면에 도시된 예에 한정되지 않고 다양하게 변형될 수 있음은 물론이다.

부스바(135)에 의해 복수개의 울트라 캐패시터는 상호 연쇄적으로 연결된다. 여기서, 울트라 캐패시터 어셈블리를 이루는 울트라 캐패시터의 개수는 필요한 용량이나 전압에 따라 다양하게 변형 가능하다. 예를 들어, 울트라 캐패시터 어셈블리는 6~36개의 원통형 울트라 커패시터가 부스바(135)에 의해 연쇄적으로 연결되고, 나사결합에 의해 각각의 외부 터미널에 부스바(135)가 고정된 형태로 제공될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 울트라 캐패시터 어셈블리는 금속 케이스에 형성된 외부 터미널에 부스바가 나사결합에 의해 고정되므로 외부로부터 지속적으로 진동 등의 외력이 가해지더라도 외부 터미널과 부스바 간의 접합 상태를 안정적으로 유지할 수 있으며, 외부 터미널과 부스바 간의 착탈 결합이 가능하므로 유지보수가 편리하게 수행될 수 있다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

100: 내부 하우징 110: 제1 터미널
120: 제2 터미널 130: 금속 케이스
131: 측면부 132: 양극측 외부 터미널
132a: 나사 가공부 133: 동심확보용 돌출부
140: 상판 141: 음극측 외부 터미널
150: 절연부재

Claims (6)

1. 베어셀을 수용하기 위한 내부공간이 형성된 케이스 몸체와, 상기 케이스 몸체의 외부로 노출되게 형성된 외부 터미널과, 상기 외부 터미널의 외주면에 형성된 나사 가공부를 구비한 금속 케이스를 가진 복수개의 울트라 캐패시터;
   상기 나사 가공부에 결합, 고정되어 서로 다른 울트라 캐패시터들을 접속하는 부스바; 및
   상기 외부 터미널의 돌출방향 반대편의 중심에 마련된 동심확보용 돌출부;를 포함하고,
   상기 외부 터미널과 동심확보용 돌출부가 상기 케이스 몸체와 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 울트라 캐패시터 어셈블리.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 외부 터미널의 돌출 높이가 5㎜ 이내인 것을 특징으로 하는 울트라 캐패시터 어셈블리.
5. 삭제
6. 삭제

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