KR101876991B1 - 중간 접속 부재를 포함하는 장기 에너지 저장 어셈블리 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 엔벨로프 및 상기 엔벨로프 내에 포함된 용량성 요소(30)를 포함하며, 상기 엔벨로프는, 적어도 하나의 측벽(22), 및 상기 측벽의 일 단부에 각각 위치된 두 개의 바닥면들(41)을 포함하는 전기 에너지 저장 어셈블리와 관련된 것이다. 상기 저장 어셈블리는 상기 용량성 요소와 상기 바닥면(41) 사이에 배열된 적어도 하나의 전도체인 중간 접속 부재(50)를 포함하며, 게다가 상기 용량성 요소(20)의 단부를 덮는 덮개 판(51)을 구비하며, 상기 덮개 판(51)은 유체의 흐름을 위해 적어도 하나의 통기구(53)를 포함한다. 그것과 전기적 접촉하는 방식으로 상기 덮개 판(51)은 상기 용량성 요소에 고정되며, 그리고 중간 접속 부재(50)가 상기 중간 접속 부재에 대해 상기 바닥면의 변형을 가능하게 하는 어느 영역에서(certain areas) 상기 엔벨로프에 또한 고정된다.
Description
본 발명은 전기 에너지 저장 어셈블리들의 일반적인 기술분야와 관련된 것이다.
본 발명에서, ≪전기 에너지 저장 어셈블리≫는 캐패시터(즉, 두 개의 전극들과 절연체를 포함하는 패시브 시스템) 또는 슈퍼캐패시터(즉, 적어도 두 개의 전극들, 전해질, 적어도 하나의 세퍼레이터를 포함하는 시스템) 또는 리튬 배터리 유형의 배터리(즉, 적어도 하나의 양극(anode), 적어도 하나의 음극(cathode) 및 양극과 음극 사이에 전해질 용액을 포함하는 시스템) 중, 하나를 의미한다.
도 1은 관형의 슈퍼캐패시터 타입의 에너지 저장 어셈블리의 일 예를 도시한다. 이 저장 어셈블리(10)는 양 단이 개방된 관형의 케이싱(20), 용량성 권선(capacitive winding) 및 관형의 케이싱(20) 내에 포함된 액상 전해질, 및 관상 부재(20)의 개방 단부들을 막기 위한 두 개의 커버들(40)을 포함한다. 각 커버는 본질적으로 커버의 가시면 전체에 걸쳐 연장된 용접선을 따라, 용량성 권선에 전기적으로 접속된다.
용량성 권선(30) 위에 커버(40)를 용접하기 위해서는, 필수적으로 커버(40)와 용량성 권선(30)이 완벽하게 접촉되어 있어야 한다. 이에 따라, 커버(40)가 용량성 권선(30) 위에 용접되는 단계에서, 고압(strong pressure)이 커버(40)위에 인가된다.
용접하는 중에, 저장 어셈블리(10)의 구성 부품들의 온도가 상승하며, 이로 인해, 이들 구성 부품들이 팽창하게 된다.
용접이 끝날 무렵, 저장 어셈블리(10)의 구성 부품들의 온도가 하강하며, 이에 따라, 이들 구성 부품들이 수축하게 된다.
부품들의 이러한 변형 - 특히 커버(40)의 변형- 은 용접부들(welds) 상에 응력을 야기시키며, 이 스트레스들은 최종 에너지 저장 어셈블리들(10)의 수명을 감소시킨다.
게다가, 노화됨에 따라서, 에너지 저장 어셈블리 내부에서의 가스(대부분 수소)의 방출로 인해 에너지 저장 어셈블리의 내부 압력이 증가한다.
이런 압력의 상승은 에너지 저장 어셈블리와 관련된 커버를 변형시키는 경향이 있으며(커버가 볼록해진다), 이로 인해 커버와 용량성 권선 사이의 용접부의 파손을 야기할 수 있다.
그러므로, 저장 어셈블리의 내부 압력의 증가는 저장 어셈블리의 수명을 단축시킬 수 있다.
본 발명의 일 목적은 에너지 저장 어셈블리들의 수명을 증가시키기 위해, 앞서 전술한 문제점들의 솔루션을 제안하는 데 있다.
이런 목적을 위해, 엔벨로프 및 상기 엔벨로프 내에 포함되는 용량성 요소를 포함하며, 상기 엔벨로프는
ㆍ적어도 하나의 측벽,
ㆍ상기 측벽의 일 단부에 각각 위치된 두 개의 바닥면들을 포함하는 전기 에너지 저장 어셈블리가 제공되고,
상기 저장 어셈블리는 상기 용량성 요소와 하부 벽들 중의 하나 사이에 배열된 적어도 하나의 전기적으로 도체인 중간 접속 부재를 더 포함하며, 상기 중간 접속 부재는 용량성 요소의 단부를 덮는 덮개 판을 구비하며, 상기 덮개 판은 유체의 흐름을 위한 적어도 하나의 통기구를 포함하며, 용량성 권선과 엔벨로프에 전기적으로 접촉하기 위해 상기 덮개 판은 용량성 권선 및 엔벨로프에 고정되며, 상기 중간 접속 부재는 상기 중간 접속 부재와 관련된 바닥면의 변형이 최소화되는 고정 영역(securing)에서 엔벨로프와 고정되는 점에 주목해야 한다.
그러므로, 지나친 압력이 가해지는 경우, 중간 접속 부재는 용량성 요소의 접속 또는 용량성 요소 자체가 손상되지 않으면서도, 슈퍼캐패시터가 팽창을 되게 한다. 중간 접속 부재는 유체, 특히 공기가 흐르게 되어 있으며, 또한, 바닥면이 중간 접속 부재와 연계되어 변형되도록 연결되어 있으므로, 엔벨로프가 변형됨에도 불구하고 접속 부품은 그대로 남아 있을 수 있다.
본 발명에 따른 저장 어셈블리의 제한되지 않는 바람직한 양태는 다음과 같다.
- 중간 접속 부재는 덮개 판의 중앙부에 고정 영역이 결여된다(즉, 포함하지 않는다). ≪중앙부(central part)≫는 판의 이미지와 적어도 0.5 바람직하게는 0.8의 비율로 닮은(homothecy) 부분을 의미한다. 판의 주변은 판의 중앙부(central part)에 속하지 않는 부분이다.
- 상기 고정 영역(securing regions)은 중간 접속 부재의 덮개 판의 주변 위에서 연장된 표면을 특히 포함할 수 있다.
- 특정 일 실시예에서, 중간 접속 부재는 덮개 판의 주변에서 연장된 주변 경계부를 또한 포함하며, 주변 경계부는 측벽을 부분적으로 덮으며, 고정 영역은 중간 접속 부재의 주변 경계부에서 연장된 표면을 포함한다. 이 실시예는, 바닥면이 판에 완벽히 결합되어 있지 않아, 용량성 요소와 엔벨로프 사이의 결합이 손상 되지 않으면서도 바닥면의 변형 한도를 최대화한다는 점에서 특히 유리하다.
- 중간 접속 부재는 접착 또는 용접에 의하여 엔벨로프에 고정되는 것이 바람직하다. 브레이징, 나사조립(screwing) 또는 다른 어떤 고정 수단에 의하여 중간 접속 부재는 또한 고정될 수 있다.
- 엔벨로프는 측벽을 형성하는 관상 부재 및 상기 관상 부재의 일 단부에 위치하는 적어도 하나의 커버를 포함하며, 상기 커버는 관상 부재의 단부를 덮는 덮개 벽을 포함하며, 엔벨로프의 바닥면을 형성한다.
- 덮개 판이 커버의 덮개 벽이 연장되는 평면과 평행하게 연장되도록, 중간 접속 부재는 배열되며, 중간 접속 부재는 중간 접속 부재와 관련된 커버의 덮개 벽의 변형이 최소가 되는 고정 영역의 커버와 관상 부재에 접속되며, 바람직하게 커버와 전기적인 접촉을 한다. 그 후, 커버는 슈퍼캐패시터의 단자(terminal)를 형성한다.
- 관상 부재는 일 단부의 측벽을 폐쇄하여 바닥면을 형성하는 베이스를 또한 포함하며, 커버는 반대편 단부에 위치된다. 이 경우에, 주변 경계부가 엔벨로프의 측벽 내부에 배치되도록 중간 접속 부재가 배열될 수 있으며, 덮개 판은 베이스가 연장된 평면과 평행하게 연장된다. 중간 접속 부재의 고정 영역은 주변 경계부에 위치되어, 측벽의 내부 표면에 접속되는 표면을 포함하는 것이 바람직하다.
- 적어도 하나의 커버는 관상 부재의 측벽을 부분적으로 둘러싼 주변 스커트를 포함하는 것은 또한 예상될 수 있다. 이 경우, 주변 경계부가 측벽과 주변 스커트 사이에 위치되도록, 중간 접속 부재는 배열될 수 있다. 중간 접속 부재의 고정 영역은 주변 경계부에 위치되어 커버의 스커트의 내측면 및/또는 측벽의 외측면에 접속하는 표면을 구비하는 것이 바람직하다.
- 또 다른 실시예에서, 적어도 하나의 커버는 엔벨로프 안쪽으로 프레스 되도록, 특히 본질적으로 평면형(planar)이고, 치수가 측벽의 단부의 치수보다 작은 사이즈의 덮개 벽을 형성하며, 커버의 덮개 벽과 평행하게 덮개 판이 연장되며 주변 경계부가 측벽과 단부 벽의 주변 사이에 위치되도록 중간 접속 부재가 배열된다. 중간 접속 부재의 고정 영역은, 접속 부품의 주변 경계부에 위치되어 커버를 형성하는 벽의 주변 및/또는 측벽의 내측 표면에 접속되는 표면을 포함하는 것이 바람직하다.
- 앞서 서술한 실시예들의 모든 조합들이 가능하다는 점이 주목된다. 예를 들면, 에너지 저장 어셈블리는 제1 타입의 커버 및 제2 타입의 커버, 동일한 타입의 두 개의 커버 또는 커버 및 베이스를 포함하는 관상 부재,
- 어셈블리는 두 개의 중간 접속 부재들을 포함하며, 용량성 요소의 일 단부에 각각 위치된다. 접속 부품들은 다양한 구성을 구비할 수 있으며 및/또는 다양한 타입의 바닥면에 접속될 수 있다.
- 어셈블리는 다른 바닥면보다 좁은 두께의 제1 바닥면을 포함할 수 있으며, 중간 접속 부재는 용량성 요소와 제1 바닥면 사이에 위치된다. 이런 방식에 의해 바닥면이 가장 얇은 한 측(side)에만 고려되는 지나친 압력의 경우에 엔벨로프의 변형이 보장될 수 있다. 그러면, 중간 접속 부재의 비용이 절감되는 반면, 용량성 요소와 엔벨로프 사이에 접속의 손상을 피할 수 있으며, 이는 또한 어셈블리의 조립의 방법을 단순화할 수 있다.
- 관통공으로 이루어진 적어도 하나의 통기구,
- 중간 접속 부재는 덮개 판과 수직이며 주변 경계부의 방향과 같은 방향으로 외측으로 연장된 적어도 하나의 돌기(projection)를 포함하며, 돌기(projection)는 용량성 요소에 포함되는 것이 바람직하다.
- 각 돌출부는 커브형상의 자유단을 포함하며,
- 덮개 판은 표면에서 용량성 요소와 접촉하여 특히 용량성 요소를 형성하는 권선(winding)에서 용량성 요소에 직접 고정된다. 바람직한 일 실시예에서, 권선에 접촉하는 덮개 판의 표면 위에서 콜렉터(collectors)의 가장자리(edges)들이 용접된다.
본 발명은 소위 측벽 및 측벽의 일 단부에 각각 위치된 두 개의 바닥면들, 엔벨로프 내에 포함된 용량성 요소를 구비한 엔벨로프를 포함하는 전기 에너지 저장 어셈블리를 조립하는 방법과 관련된 것인데,
적어도
- 상기 중간 접속 부재는 유체의 흐름을 위한 적어도 하나의 통기구를 포함하는 덮개 판을 포함하며, 상기 덮개 판이 상기 용량성 요소의 단부를 덮도록 상기 중간 접속 부재는 위치되며, 그 다음에, 상기 덮개 판을 상기 용량성 요소에 특히 용접에 의해서 결합하여, 상기 용량성 요소 위에 전기적으로 도체인 중간 접속 부재를 위치시키는, 제1 위치설정 단계,
- 상기 중간 접속 부재와 관련하여, 특히 접착, 브레이징 또는 용접에 의하여 상기 바닥면의 변형을 허용하도록, 상기 중간 접속 부재를 엔벨로프 부품에 결합하여, 상기 엔벨로프의 바닥면, 특히 상기 중간 접속 부재 위의 커버를 포함하는 엔벨로프 부품을 위치시키는, 제2 위치설정 단계를 포함하는 방법에 주목해야 하며,
- 상기 중간 접속 부재가 상기 용량성 요소와 상기 바닥면 사이에 배치되도록 이런 단계들이 수행된다.
전술한 방법의 단계는 임의의 순서로 행해질 수 있으며, 접속 부품의 위치하고 접속하는 단계는 용량성 요소에서 우선 수행될 수 있으며, 그 다음에 엔벨로프에서 수행가능하며 또는 역도 가능하다.
상기 방법은 엔벨로프의 또 다른 부품을 조립된 용량성 요소, 중간 접속 부재 및 엔벨로프 부품 위로 고정하는 단계(securing step)를 포함하며, 특히 중간 접속 부재 위에 직접 고정되는 이런 다른 엔벨로프의 부품을 포함한다.
본 발명은 상기 서술했던 에너지 저장 어셈블리와 부합하는 적어도 두 개의 전기 에너지 저장 어셈블리들이 내부에 배열된 케이싱을 포함하는 모듈과 또한 관련된 것이다.
본 발명의 다른 특징들, 목적들 및 장점은 단독으로 도시되며 제한되지 않고 다음의 첨부된 도면들과 관련하여 다음의 설명으로부터 좀 더 분명해 질 것이다.
중간 접속 부재의 존재로 인하여, 특히 커버(40)와 용량성 요소(30) 사이의 두께 차이 때문에 특히 까다로운 공정인, 투과 용접 단계의 제거가 가능하다.
저장 어셈블리(10)의 조립시에 용량성 요소(30) 위에 커버(40)를 용접하는 단계가 더 이상 필요하지 않기 때문에, 1) 커버 상에 얇은 영역(region)을 더 이상 제공하지 않는 것, 2) 커버의 일정한 두께 및 평면도의 제한조건(constraints)을 감소시키는 것, 3) 커버의 구성 알루미늄의 선택의 폭이 알루미늄 3000 계열(망간-기반) 또는 알루미늄 6000 계열(마그네슘 및 실리콘을 포함) 또는 스테인리스스틸, 니켈 또는 수용성 매체에서 부식되지 않는 다른 어떠한 금속과 같은 기계적 합금으로 확장되는 것을 가능하게 한다.
중간 접속 부재(50)는 변형 진폭이 최소가 되는 영역(region), 예컨대 커버(40)의 주변 위에서 커버(40) 상에 고정될 수 있다. 이는, 저장 어셈블리(10)의 내부 압력이 증가되는 경우에도, 중간 접속 부재(50), 커버(40) 사이에 좋은 전기적인 접촉을 보장한다.
중간 접속 부재(50)는 용접에 의해 용량성 요소(30) 상에 고정될 수 있다.
유리하기로는, 중간 접속 부재(50)의 두께는 용량성 요소(30)의 두께에 근접할 수 있는데, 일례로 1mm 정도의 두께이며, 이는, 1) 용량성 요소(30) 상의 중간 접속 부재(50)의 용접을 위해 사용되는 레이저 빔의 세기를 감소시키는 것, 2) 용량성 요소(30) 상의 중간 접속 부재(50)의 용접속도를 증가시키는 것, 3) 용량성 요소(30)가 가열되는 것을 줄여서, 용량성 요소의 열화의 위험을 줄이는 것(일례로 용량성 요소를 형성하는 고분자의 분해 및 세퍼레이터(separator)와 위험성을 감소시키는 것), 4) 중간 접속 부재(50)과 용량성 요소(30)사이의 용접 비드를 넓게 하여, 전류의 흐름을 향상시키는 것, 5) 용량성 요소(30)의 외측 턴(turns)을 용접하는 것(용량성 권선인 경우)을 가능하게 한다.
도 1은 종래기술의 저장 어셈블리의 일 실시예를 도시한다.
도 2는 에너지 저장 어셈블리의 변형된 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 3은 내부 압력이 없는 에너지 저장 어셈블리의 부분도이다.
도 4는 내부 압력이 있는 에너지 저장 어셈블리의 부분도이다.
도 5는 에너지 저장 어셈블리의 또 다른 변형된 실시예의 부분도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 어셈블리의 단면도이다.
도 7은 에너지 저장 어셈블리를 조립하는 방법의 예를 도시한다.
도 2는 에너지 저장 어셈블리의 변형된 실시예를 개략적으로 도시한다.
도 3은 내부 압력이 없는 에너지 저장 어셈블리의 부분도이다.
도 4는 내부 압력이 있는 에너지 저장 어셈블리의 부분도이다.
도 5는 에너지 저장 어셈블리의 또 다른 변형된 실시예의 부분도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 어셈블리의 단면도이다.
도 7은 에너지 저장 어셈블리를 조립하는 방법의 예를 도시한다.
도면들을 참조하여, 본 발명에 따른 저장 어셈블리의 다양한 실시예들을 상세하게 설명하기로 한다. 이들 여러 도면에서, 저장 어셈블리의 균등한 구성요소들에 대해서는 동일한 도면부호를 사용할 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 저장 어셈블리(10)는, 특히 두 개의 커버(40)를 구비하는 관상 부재(20), 및 관상 부재(20) 내부에 위치한 용량성 요소(30)를 포함하는 엔벨로프를 포함한다.
저장 어셈블리(10)는 전체적으로 원통형이다. 본 명세서에 도시되지 않은 다른 변형예에서, 본 발명의 일반적인 원리를 변형(modify)시키지 않고, 저장 어셈블리는 직육면체, 입방형, 타원형, 육각형일 수 있다.
관상 부재(20)는 관상 부재의 양 끝 단부가 개방되거나 베이스를 구비할 수 있다. 도 2에 나타난 실시예에서, 각각의 관상 부재(20)는 엔벨로프의 측벽을 형성하는 측벽(22), 관상 부재의 상부 및 하부 면들에서 두 개의 개부들을 포함한다. 관상 부재(20)는 정사각형, 타원, 육각형 원형 횡단면 또는 동일 기술분야에서 통상의 기술자에게 알려져 있는 다른 형태의 단면을 구비할 수 있다.
관상 부재(20)의 구성 재료는 일례로, 플라스틱과 같은 전기적으로 절연체이거나 일례로, 알루미늄, 스테인리스스틸 등의 금속과 같이 전기적으로 도체일 수 있다.
관상 부재(20)의 모든 개방 면은 커버(40)에 의해 막혀(cap)진다.
커버(40)는 전기적으로 도체이다. 커버(40)의 구성 재료는, 예를 들면, 알루미늄, 스테인리스스틸 등의 금속이다.
각각의 커버(40)는
- 어셈블리의 바닥면을 형성하고, 저장 어셈블리(10)의 상부 면(23)(각각 하부 면(24))을 덮는 덮개 벽(41)(covering wall), 및
- 덮개 벽(41)에 수직하게 연장되며, 관상 부재(20)의 측벽(22)을 부분적으로 둘러싸는 주변 스커트(42)(peripheral skirt)로 구성된다.
각각의 커버(40)는 주변 스커트(42) 반대편에서 저장 어셈블리 표면 상에 저장 어셈블리(10)의 A-A' 회전축과 평행하게 외측으로 연장된 주변 가장자리(43)(peripheral edge)를 포함하거나 포함하지 않을 수 있다. 각각의 커버의 주변 가장자리는 명백히 선택적인 점이 주목된다.
각각의 커버(40)는, 저장 어셈블리(10)와 인접하는 저장 어셈블리에 전기적으로 접속하기 위해, 접속 스트립(미도시)을 수용하는 접속 단자(44)(terminal)를 포함하거나 포함하지 않을 수 있다.
유리하게도, 저장 어셈블리(10)는 전기적으로 도체인 중간 접속 부재(50)를 또한 포함한다. 중간 접속 부재(50)는 용량성 요소(30)와 커버(40) 사이에서 전류를 통하게 한다.
중간 접속 부재(50)는 덮개 판(51)(covering plate) 및 주변 경계부(52)(peripheral border)를 포함한다.
덮개 판(51)은 평면을 따라 실질적으로 연장된다. 이 덮개 판(51)은 관상 부재(20)의 개방 단부를 덮는다.
주변 경계부(52)는 덮개 판(51)과 수직하게, 덮개 판(51)의 주변을 따라 연장된다. 이 주변 경계부(52)는 관상 부재(20)의 측면(22)을 부분적으로 덮는다.
중간 접속 부재(50)는
- 커버(40)의 덮개 벽(41)이 중간 부품의 덮개 판(51)을 덮으며, 덮개 벽(41)은 덮개 판(51)과 평행하게 연장되며, 및
- 커버(40)의 주변 스커트(42)가 중간 접속 부재(50)의 주변 경계부(52)를 덮으며, 주변 스커트(42)는 주변 경계부(52)와 평행하게 연장되도록 관상 부재(20)와 커버(40) 사이에 배열된다.
저장 어셈블리(10)가 조립되면, 중간 접속 부재(50)가 용량성 요소(30) 및 커버(40)와 전기적으로 접촉하게 된다.
중간 접속 부재(50)는 덮개 판(51)에 용량성 요소(30)에 고정된다. 중간 접속 부재(50)는, 접속 부품과 관련하여, 특히 덮개 판(51)의 주변 또는 스커트(52) 상에서, 어셈블리의 바닥면을 형성하는 커버의 덮개 벽의 변형을 허용하는 영역에서 커버에 또한 고정된다.
덮개 판(51)은 유체가 흐를 수 있는 통기구(53)를 또한 포함한다. 이러한 통기구에 의해, 커버와 용량성 요소 사이의 전기적인 접속이 손상 되지 않으면서, 커버가 팽창하기 때문에, 중간 접속 부재(50)가 노화(aging)됨에 따라 증가하는 에너지 저장 어셈블리(10)의 내부 압력에 의한 영향을 받지 않도록 한다.
통기구(53)에 의해 변형이 제한되는 중간 접속 부재(50) 상에 전류를 흐르게 하기 때문에, 에너지 저장 어셈블리(10)의 수명이 향상된다.
중간 접속 부재(50)가 에너지 저장 어셈블리(10)의 내부 압력을 거의 받지 않아, 에너지 저장 어셈블리(10)의 내부 압력의 상승과 관련된 단선(disconnection)의 위험이 줄어든다.
중간 접속 부재(50)가 존재함에 따라 많은 장점이 있게 된다.
특히, 종래기술의 저장 어셈블리들에서는, 커버(40)들이 투과 레이저 용접 기술에 의해 사용하는 용량성 요소(30) 상에 고정되었다. 투과 레이저 용접이란, 에너지 빔이 용접이 될 부품들 중, 하나를 통과하여 중첩된 부품들을 용접하는 것을 뜻한다. 여기에서, 부품이 두껍다면 얇은 부분만을 관통하거나, 부품이 얇은 경우엔 두께 전체를 에너지 빔이 관통하게 된다.
이는 커버들 위에 많은 응력을 초래했다. 특히, 커버들은 두께가 일정하고 평면이 되어야 한다.
게다가, 얇은 영역이 이런 커버들 위에 종종 제공되었으며, 커버의 이런 영역이 용량성 요소 상에 투과 용접되는 곳이다.
결국, 커버의 선택된 구성 재료는 투과 용접 공정에 적합해야 했다.
중간 접속 부재의 존재로 인하여, 특히 커버(40)와 용량성 요소(30) 사이의 두께 차이 때문에 특히 까다로운 공정인, 이런 투과 용접 단계의 제거가 가능하다.
저장 어셈블리(10)의 조립시에 용량성 요소(30) 위에 커버(40)를 용접하는 단계가 더 이상 필요하지 않기 때문에,
- 커버 상에 얇은 영역을 더 이상 제공하지 않는 것,
- 커버의 일정한 두께 및 평면도의 제한조건(constraints)을 감소시키는 것,
- 커버의 구성 알루미늄의 선택의 폭이 알루미늄 3000 계열(망간-기반) 또는 알루미늄 6000 계열(마그네슘 및 실리콘을 포함) 또는 스테인리스스틸, 니켈 또는 수용성 매체에서 부식되지 않는 다른 어떠한 금속과 같은 기계적 합금으로 확장되는 것을 가능하게 한다.
중간 접속 부재(50)는 변형 진폭이 최소가 되는 영역(region), 예컨대 커버(40)의 주변 위에서 커버(40) 상에 고정될 수 있다. 이는, 저장 어셈블리(10)의 내부 압력이 증가되는 경우에도, 중간 접속 부재(50), 커버(40) 사이에 좋은 전기적인 접촉을 보장한다.
중간 접속 부재(50)는 용접에 의해 용량성 요소(30) 상에 고정될 수 있다.
유리하기로는, 중간 접속 부재(50)의 두께는 용량성 요소(30)의 두께에 근접할 수 있는데, 일례로 1mm 정도의 두께이다.
이것은
- 용량성 요소(30) 상의 중간 접속 부재(50)의 용접을 위해 사용되는 레이저 빔의 세기를 감소시키는 것,
- 용량성 요소(30) 상의 중간 접속 부재(50)의 용접속도를 증가시키는 것,
- 용량성 요소(30)가 가열되는 것을 줄여서, 용량성 요소의 열화의 위험을 줄이는 것(일례로 용량성 요소를 형성하는 고분자의 분해 및 세퍼레이터(separator)와 위험성을 감소시키는 것),
- 중간 접속 부재(50)과 용량성 요소(30)사이의 용접 비드를 넓게 하여, 전류의 흐름을 향상시키는 것,
- 용량성 요소(30)의 외측 턴(turns)을 용접하는 것(용량성 권선인 경우)을 가능하게 한다.
중간 접속 부재는 밀봉될 필요가 없으며, 기계적 응력을 받지 않기 때문에, 중간 접속 부재(50)는 브레이징(brazing) 또는 확산 브레이징(diffusion brazing)에 의해 용량성 요소(30) 상에 또한 고정될 수 있다.
결국, 중간 접속 부재(50)는 도 4에 도시된 바와 같이, 용량성 요소(30) 상에 기계적인 방식으로 고정될 수 있다.
이 실시예에서, 중간 접속 부재는 주변 경계부(52)와 같은 방향인 덮개 판(51)과 수직방향으로 연장된 적어도 하나의 돌출부(54)를 포함한다. 돌출부(54)의 자유단(55)(free end)은 용량성 요소(30)에 돌출부가 용이하게 고정되도록, 단단히 묶는 것(anchoring)을 용이하게 하기 위해 커브 형상이 될 수 있다.
용량성 요소 상의 중간 접속 부재의 고정이 앞서 언급했던 세 가지 고정하는 기술들(용접, 브레이징, 기계적 고정)의 결합이 가능할 것이라는 점을 이해할 수 있을 것이다.
커버(40) 위에 중간 접속 부재(50)를 고정하는 방법에 관하여, 이것은 용접 또는 접착에 의하여 얻어질 수 있다.
도 5는 중간 접속 부재(50)가 커버(40)와 관상 부재(20) 위에 접착에 의하여 내부에 고정되는 에너지 저장 어셈블리(10)의 실시예를 도시한다.
커버(40)와 중간 접속 부재(50)를 접착함으로써, 저장 어셈블리의 내압성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 커버(40)의 두께를 감소시킬 수 있다.
저장 어셈블리는 세 개의 접착 피복층(61, 62, 63)(glue deposits)을 포함한다. 제1 접착 피복층(61)은 커버(40)의 주변 스커트(42)와 중간 접속 부재(50)의 주변 경계부(52) 사이에서 연장된다. 제2 접착 피복층(62)은 주변 경계부와 관상 부재(20)의 측벽(22) 사이에서 연장된다. 피복층(61, 62)들은 슈퍼캐패시터(supercapacitor)의 밀봉(sealing)을 보장할 수 있는 접착의 연속적인 비드(continuous beads)인 것이 바람직하다.
그러므로, 중간 접속 부재(50)는
- 커버에 반경 방향으로 수직인 표면에 걸쳐 커버에 고정되고, 및
- 커버와 반경 방향으로 수직인 표면에 걸쳐 관상 부재에 고정된다.
제3 접착 피복층(63)은 커버(40)의 덮개 벽(41)과 중간 접속 부재(50)의 덮개 판(51) 사이에 연장되는데, 덮개 벽의 주변에서 연장되는 것이 바람직하고, 이 영역은 압력이 거의 상승되지 않는다. 피복층은 슈퍼캐패시터의 밀봉과 관련이 없기 때문에, 피복층(63)은 접착 패드 형태로 될 수 있다. 이는 중간 접속 부재(50)와 동시에 용량성 요소에 의해 받는 축 확장 응력을 제한하게 하는 한편, 어셈블리의 밀봉이 우수하게 된다.
다양한 다른 요소들과 중간 접속 부재의 고정은 다양하게 수행될 수 있다는 점이 주목되어야 한다. 예를 들면, 커버(42)의 반경 방향의 단부들과 중간 부품 사이에서 커버와 중간 부품을 용접하는 것이 예상될 수 있다.
도 6을 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예가 도시된다. 도 6은 엔벨로프의 바닥면을 형성하는 베이스(121)를 구비하는 관상 부재(120), 원통형의 측벽(122) 및 관상 부재(120)의 일 개방 단부에 놓여서 엔벨로프의 또 다른 바닥면을 형성하는 커버(140)로 구성된 엔벨로프를 포함하는 슈퍼캐패시터(100)를 보여준다. 슈퍼캐패시터(100)는 엔벨로프 내에 전해질과 함께 포함된 권선화된 용량성 요소(130)를 또한 포함한다.
이 실시예에서, 커버(140)는 본질적으로 관상 부재의 측벽(122)의 직경보다 직경이 약간 작은 평면의 디스크로 형성된다. 커버는 관상 부재 내에 삽입되어, 관상 부재의 단부와 같은 높이로 놓여진다.
어셈블리는 바닥면을 형성하는 커버와 용량성 요소(130) 사이에 위치된 중간 접속 부재(150)를 또한 포함한다.
중간 접속 부재는 커버(140)에 평행하게 위치된 덮개 판(151) 및 덮개 판(151)의 단부에서 연장된 주변 경계부(152)를 포함한다. 주변 경계부는 관상 부재의 측벽(122)을 따라 뻗어있으며(run), 중간 접속 부재는 주변 경계부가 측벽(122)과 커버(140)의 단부 사이에 삽입되도록 구성된다.
중간 접속 부재(150)는 유체들의 흐름을 허용하는 통기구(153)를 또한 포함한다.
용량성 요소는 용접에 의하여 관상 부재(120)의 베이스(121)와 덮개 판(151)에 있는 중간 접속 부재(150) 양쪽에 결합된다.
상기 접속 부품(150)은 관상 부재와 접속 부품을 결합하기 위해, 접착 피복층(161)의 수단의 접착에 의하여 주변 경계부에 있는 관상 부재(120)에 또한 결합되며, 용접에 의하여 커버에 결합된다. 용접(162)에 의한 이런 결합은 커버와 용량성 요소 간에 전기적으로 접속하기 위해 전기적으로 도체인 결합을 허용한다.
이런 방식으로, 엔벨로프 내에 지나친 압력(overpressure)이 발생한 경우, 슈퍼캐패시터에 존재하는 가스는 통기구(153)를 통해 중간 접속 부재(150)를 통과하여, 커버(140)의 팽창을 야기시킨다. 통기구의 존재로 인하여, 지나친 압력이 중간 접속 부재(150)와 용량성 요소(130) 사이의 접속에 영향을 끼치지 않기 때문에 커버와 용량성 요소 사이에 전기적인 접속은 손상되지 않으며, 팽창으로 인한 응력(stress)은 커버의 주변부에서 커버(140)의 팽창은 미약하기(minor) 때문에, 중간 접속 부재와 커버 사이의 접속을 손상시키지 않는다.
슈퍼캐패시터가 하나의 중간 접속 부재만을 포함하는 점이 이 실시예에서 주목될 것이다. 베이스(121)는 커버(140)보다 훨씬 더 두껍기 때문에, 지나친 압력의 경우에 변형되지 않으며, 베이스와 용량성 요소 사이의 중간 접속 부재를 위한 대비가 반드시 필요한 건 아니다. 상기 접속 부품은 관상 부재 베이스의 근처에 또한 놓여질 수 있다.
도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 저장 어셈블리 조립 방법의 일례가 또한 도시된다.
관상 부재(120)가 베이스를 포함하지 않는다면, 중간 접속 부재(50)는 용량성 요소(130)의 각 단부에 배열된다(200 단계). 덮개 판(51)이 용량성 요소(130)의 단부를 덮도록 중간 접속 부재(50)가 위치한다. 이 실시예에서, 중간 접속 부재는 주변 경계부를 포함하지 않는다. 그 후에, 덮개 판의 중앙부(central part) 내의 기계적인 고정, 브레이징 또는 용접에 의해, 중간 접속 부재(50)는 용량성 요소(30)에 고정된다.
그 후에, 커버(40)는 각각의 중간 접속 부재(50)에 중첩된다(300 단계). 관상 부재는 용량성 요소의 주변 위치에 또한 놓여진다. 덮개 판의 주변 위에 있는, 중간 접속 부재(50) 위에 커버(40)를 압입(press-fitting), 용접 또는 접착에 의하여 커버(40)는 중간 접속 부재(50)에 고정된다.
다음에, 관상 부재(20)는 커버 위에, 특히 콜렉터 컵(collector cup)을 통하여 고정된다(400 단계). 이 고정은 접착에 의하여 주목할만하게 얻어지며, 어셈블리의 밀봉을 보장한다.
엔벨로프 내에 커버에서 제공된 개부를 통하여 전해질을 배치함으로써(placing), 어셈블리는 그 후 일반적으로 주입된다.
따라서, 전기 에너지 저장 어셈블리는 얻어진다.
여기에서, 서술된 새로운 교시와 장점들로부터 본질적으로 벗어남이 없이, 앞서 전술된 방법 및 장치에 대한 많은 수정들(modifications)이 이루어질 수 있다는 것을 이해할 것이다.
특히, 용량성 요소는 구부러진, 감겨진 또는 적층된 요소가 될 수 있다. 원통형 또는 각형 또는 통상의 기술자에게 알려진 다른 어떤 형상일 수 있다.
게다가, 방법을 실행하는데 있어서, 중간 접속 부재가 커버 위(또는 관상 부재의 베이스)에 우선 조립될 수 있으며, 그 다음, 용량성 요소 위에 조립될 수 있다는 점이 주목될 것이다.
그러므로, 첨부된 청구항들 내에 정의된 본 발명에 따른 모듈의 범위 내에서, 이 유형의 어떤 수정들도 가능하다.
Claims (18)
- 엔벨로프 및 상기 엔벨로프 내에 포함된 용량성 요소를 포함하며,
상기 엔벨로프는 측벽을 형성하는 관상 부재와 상기 측벽의 일 단부에 각각 위치된 두 개의 바닥면을 포함하고, 상기 관상 부재의 일 단에 배치된 적어도 하나의 커버를 또한 포함하며,
상기 커버는 상기 관상 부재의 단부를 덮어 상기 엔벨로프의 바닥면을 형성하는 덮개 벽을 포함하는, 전기 에너지 저장 어셈블리에 있어서,
상기 저장 어셈블리는 적어도 하나의 전기적으로 도체인 중간 접속 부재를 더 포함하며, 상기 중간 접속 부재는 유체의 흐름을 위해 통기구를 형성하는 적어도 하나의 관통공이 구비된 덮개 판을 구비하며, 덮개 판은 그 주변에 상기 덮개 판에 수직인 주변 경계부를 포함하고,
중간 접속 부재의 덮개 판이 커버의 덮개 벽이 연장하는 평면과 평행하게 연장하고 주변 경계부가 엔벨로프의 측벽의 일부를 덮도록 상기 중간 접속 부재는 용량성 요소와 커버 사이에 배열되며, 상기 덮개 판은 용량성 요소와 전기적으로 접촉하도록 상기 용량성 요소의 단부를 덮으며 그 단부에 고정되고,
상기 덮개 판은 엔벨로프의 커버에 대한 고정 영역들을 구비하지 않으며, 상기 중간 접속 부재가 상기 엔벨로프 및 상기 커버와 전기적으로 접촉하게 되도록 고정 영역들(securing regions)에서 중간 접속 부재의 주변 경계부가 엔벨로프의 측벽 및 엔벨로프의 커버에 고정되고, 상기 고정 영역들은 상기 중간 접속 부재에 대해 상기 바닥면의 변형이 최소화되는 영역인 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 어셈블리. - 청구항 1에 있어서,
상기 중간 접속 부재는 접착 또는 용접에 의해 엔벨로프의 측벽 및/또는 엔벨로프의 커버에 고정되는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 어셈블리. - 청구항 1에 있어서,
상기 관상 부재는 관상 부재의 일 단부에 있는 상기 측벽을 폐쇄하여 두 개의 바닥면 중의 하나의 바닥면을 형성하는 베이스를 포함하고, 상기 커버는 관상 부재의 타 단부에 배치된 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 어셈블리. - 청구항 1에 있어서,
상기 중간 접속 부재는 상기 엔벨로프의 상기 측벽의 내부에 배열되고, 상기 덮개 판은 엘벨로프의 베이스가 연장되는 평면과 평행하게 연장되며, 상기 중간 접속 부재의 상기 고정 영역들은 바람직하게는 상기 중간 접속 부재의 주변 경계부에 위치되어 상기 측벽의 내측 표면에 접속되는 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 어셈블리. - 청구항 1에 있어서,
상기 커버는 상기 관상 부재의 상기 측벽의 외측 표면을 부분적으로 둘러싸는 주변 스커트를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 어셈블리. - 청구항 5에 있어서,
중간 접속 부재의 주변 경계부가 엔벨로프의 측벽과 커버의 주변 스커트 사이에 위치되도록, 상기 중간 접속 부재가 배열되고, 상기 중간 접속 부재의 고정 영역들이 중간 접속 부재의 상기 주변 경계부에 위치되어 상기 커버의 상기 주변 스커트의 내측 표면 및 상기 엔벨로프의 상기 측벽의 외측 표면에 접속되는 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 어셈블리. - 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
커버의 덮개 벽은 엔벨로프에 압입될 수 있도록 상기 엔벨로프의 측벽의 단부 보다 크기가 작고, 중간 접속 부재의 덮개 판이 상기 커버의 상기 덮개 벽과 평행하게 연장되도록 그리고 중간 접속 부재의 주변 경계부가 상기 커버의 덮개 벽에 수직으로 연장된 상기 커버의 가장자리와 상기 엔벨로프의 상기 측벽의 내부 표면 사이에 위치되도록, 중간 접속 부재가 배열되고, 중간 접속 부재의 고정 영역들은 상기 중간 접속 부품의 주변 경계부에 위치된 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 어셈블리. - 청구항 1에 있어서,
각각이 상기 용량성 요소의 일 단에 위치된 두 개의 중간 접속 부재들을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 어셈블리. - 청구항 1에 있어서,
상기 중간 접속 부재는, 상기 덮개 판에 수직하게 외측으로 그리고 중간 접속 부재의 주변 경계부와 같은 방향으로 연장되는 적어도 하나의 돌출부를 포함하며, 이 돌출부는 상기 용량성 요소에 삽입되는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 어셈블리. - 청구항 1항에 따른 적어도 두 개의 전기 에너지 저장 어셈블리들이 내부에 배열되어 있는 케이싱을 포함하는 모듈.
- 측벽 및 상기 측벽의 일 단부에 각각 위치된 두 개의 바닥면들을 구비한 엔벨로프, 및 상기 엔벨로프에 포함된 용량성 요소를 포함하는 전기 에너지 저장 어셈블리 조립 방법에 있어서,
- 중간 접속 부재는 유체의 흐름을 위한 적어도 하나의 통기구를 포함하는 덮개 판 및 상기 덮개 판의 주변에서 연장하고 덮개 판에 수직인 주변 경계부를 포함하며, 중간 접속 부재의 덮개 판이 상기 용량성 요소의 단부를 덮으며 중간 접속 부재의 주변 경계부가 엔벨로프의 측벽의 일부를 덮도록 상기 용량성 요소 위에 전기적으로 도체인 중간 접속 부재를 위치시키고, 그 다음에 상기 덮개 판을 상기 용량성 요소에 특히 용접에 의해 결합하는, 제1 공정 단계,
- 덮개 벽이 엔벨로프의 단부를 덮으며 이 엔벨로프의 두 개의 바닥면 중의 하나를 형성하도록 상기 덮개 벽을 포함하는 커버를 중간 접속 부재에 위치시키고, 상기 중간 접속 부재와 관련하여 상기 바닥면의 변형을 허용하도록, 상기 중간 접속 부재의 덮개 판은 상기 커버와의 고정 영역을 포함하지 않으며, 특히 접착, 브레이징 또는 용접에 의하여 상기 중간 접속 부재의 주변 경계부를 엔벨로프의 측벽 및 엔벨로프의 커버에 결합하는, 제2 공정 단계를 적어도 포함하며,
이런 단계들이 수행되어 상기 중간 접속 부재가 상기 용량성 요소와 상기 커버 사이에 배치되며 상기 중간 접속 부재의 주변 경계부가 상기 엔벨로프의 측벽을 부분적으로 덮는 것을 특징으로 하는 전기 에너지 저장 어셈블리 조립 방법. - 삭제
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