KR101905364B1 - 안전장치 외부 일체형 고용량 커패시터 - Google Patents

안전장치 외부 일체형 고용량 커패시터 Download PDF

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황대성
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Abstract

본 발명은 안전장치 외부 일체형 고용량 커패시터에 관한 것으로서, 커패시터소자(11)가 내장되는 하우징(10)과; 하우징(10) 내에 충진되어 상기 커패시터소자(11)와 하우징(10) 사이를 절연시키는 절연물(20)과; 커패시터소자(11)와 연결되는 것으로서, 하우징(10)의 상부측에 설치된 제1,2커패시터단자(31)(32)와; 하우징(10)의 외측으로 돌출되게 설치된 것으로서, 커패시터소자(11)에서 가스가 발생할 때, 그 가스 내압력에 연동되어 전기적으로 작동되는 압력스위치(40);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

안전장치 외부 일체형 고용량 커패시터{High frequency and current super capacitor}
본 발명은 고용량 커패시터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 커패시터소자에서 절연파괴에 의한 가스가 발생되었을 때 폭발 가능성을 방지할 수 있는, 안전장치 외부 일체형 고용량 커패시터에 관한 것이다.
일반적으로 전기 자동차(EV)용 전력변화 장치(인버터 또는 컨버터)에서는 입력단의 직류(DC) 혹은 교류(AC) 전원소스(source)로부터 유입되는 과전압이나 서지(surge) 전압, 또는 노이즈 전압을 흡수 또는 차단하거나, 태양광발전기에서 전력용 반도체의 스윙에 의해 발생하는 서지(surge) 전압이나 노이즈 전압등을 흡수 또는 차단하기 위해, DC 링크형 고용량 커패시터가 채용된다.
도 1은 종래의 안전장치 일체형 고용량 커패시터의 구성을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 도 1의 커패시터소자에서 발생된 가스 내압력에 의하여 안전장치를 구성하는 접점이 분리되는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도시된 바와 같이, 고용량 커패시터는, 커패시터단자(2)가 절연되게 설치되는 하우징(1)과, 하우징(1) 내부에 설치되는 커패시터소자(3)와, 하우징(1)에 충진되어 커패시터소자(3)와 하우징(1) 사이를 절연시키는 절연유(4)와, 커패시터소자(3)에서 쇼트현상이 발생되었을 때 발생되는 가스 내압력에 연동되어 커패시터소자(3)와 커패시터단자(2)를 전기적으로 분리하는 안전장치(5)를 포함한다. 이때 안전장치(5)는, 하우징(1) 내부에서 커패시터소자(3) 상부측에 분리되게 위치된 한쌍의 브라켓(5a)과, 한쌍의 브라켓(5a)에 각각 지지되어 평소에 전기적으로 연결되어 있다가 커패시터소자(3)(서 절연파괴에 의하여 가스가 발생되었을 때 가스 내압력에 의하여 분리되는 제1,2접점(5b)(5c)을 포함하고, 제1접점(5b) 및 제2접점(5c)은 리드선(L)에 의하여 커패시터단자(2) 및 커패시터소자(3)에 연결된다.
이러한 안전장치에 의하여, 평소에는 커패시터소자(3)와 커패시터단자(2)는 제1,2접점(5a)(5b)에 의하여 연결된 상태를 유지하여 커패시터는 정상동작을 한다.
그리고 커패시터소자(3)에서 쇼트현상이 발생되어 가스가 발생될 때, 가스는 하우징(1) 상부측으로 이동하여 하우징(1) 하부측으로 내압력을 발생한다(화살표 방향). 이때 내압력은 제1,2접점(5b)(5c)은 상호 분리하여 커패시터단자(2)와 커패시터소자(3)를 전기적으로 분리하고, 이에 따라 커패시터소자(3)는 전기적 작동이 멈추게 되어 더 이상의 가스가 발생되지 않게 되어 결국 하우징(1)이 폭발되는 것을 방지하게 된다.
그런데 상기한 구조의 고용량 커패시터의 경우, 가스 내압력이 의하여 작동하는 안전장치(5)를 하우징 내부에 설치되기 때문에, 안전장치가 설치되는 공간이 필요하여 전체적으로 크기가 커지게 되었다.
또한 커패시터소자(3)에서 쇼트 현상이 발생될 때 발생되는 고열은 주위의 절연유를 가열시켜 증발을 위한 운동에너지를 인가하고, 이에 따라 가스 내압력이 발생되면 절연유의 증발에 따른 증발압력이 인가되어, 하우징(1)의 파손이나 폭발이 가속되었다.
또한 가스 내압력에 의하여 분리되는 안전장치(5)를 채용함에 따라, 하우징(1)과 커패시터(3)를 전기적으로 절연하는 구성으로 액상의 절연유를 사용하여야 하였고, 이에 따라 상기 가스 내압력에 의하여 하우징(1)에 크랙이 발생될 때 절연유가 외부로 누출되어 주위 환경을 오염시켰다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 커패시터소자에서 쇼트현상이 발생될 때 발생되는 가스 내압력에 의하여 작동하는 안전장치가 하우징의 외부에 설치됨으로써, 하우징 크기를 콤팩트하게 구현할 수 있는 안전장치 외부 일체형 고용량 커패시터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은, 하우징에 크랙이 발생되더라도 외부로 절연물이 유출되는 것을 방지할 수 있는 안전장치 외부 일체형 고용량 커패시터를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 내압력 연동 보호장치 일체형 고용량 커패시터는, 커패시터소자(11)가 내장되는 하우징(10); 상기 하우징(10) 내에 충진되어 상기 커패시터소자(11)와 하우징(10) 사이를 절연시키는 절연물(20); 상기 커패시터소자(11)와 연결되는 것으로서, 상기 하우징(10)의 상부측에 설치된 제1,2커패시터단자(31)(32); 및 상기 하우징(10)의 외부로 돌출되게 설치된 것으로서, 상기 커패시터소자(11)에서 가스가 발생할 때, 그 가스 내압력에 연동되어 전기적으로 작동되는 압력스위치(40);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 압력스위치(40)의 전기적인 작동에 연동되어 상기 제1,2커패시터단자(31)(32)와 연결되는 전기라인중 적어도 하나를 차단하는 릴레이(50)를 더 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 압력스위치(40)는, 상기 하우징(10) 외부에 설치되는 것으로서 상기 릴레이(50)와 전기적으로 연결된 전기단자(미도시)를 가지는 스위치몸체부(41)와; 상기 스위치몸체부(41)의 하부측에 설치되어 상기 하우징(10) 내측으로 향하는 압력센서(42)와; 상기 압력센서(42)에 가스 내압력이 인가되었을 때 그 내압력에 연동되어 상기 릴레이(50)가 작동시키는 가스내압 연동부(43)와; 상기 스위치몸체부(41)에 설치되어 상기 가스내압 연동부(43)가 작동되기 위한 가스 내압력의 값을 설정하는 설정압력가변부(44);를 포함한다.
본 발명에 있어서. 상기 하우징(10)에 설치된 것으로서, 상기 가스 내압력이 설정된 값 이상이 될 때 개방되어 상기 가스를 외부로 배출하는 압력밸브(60)를 더 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 절연물(20)은, 상기 하우징(10)이 파손되었을 때 외부로 유출되지 않도록, 고체 또는 겔 형태를 가진다. 이러한 상기 절연물(20)은, 우레탄 또는 에폭시이다.
본 발명에 따르면, 안전장치를 구성하는 압력스위치가 하우징 외부에 설치됨으로써, 하우징 내부에 안전장치를 설치하기 위한 별도의 공간이 요구되지 않고, 이에 따라 상대적으로 콤팩트한 하우징의 구현이 가능하다.
또한, 압력스위치가 하우징 외부에 설치되기 때문에 종래의 커패시터처럼 하우징 내부에서 접점을 분리시키는 동작이 요구되지 않으며, 따라서 절연물을 액상의 절연유가 아닌 고체 또는 겔 형태의 우레탄이나 에폭시로 채용이 가능하며, 이에 따라 하우징에 크랙이 발생되거나 파손되었을 때 절연물이 외부로 유출되지 않아 주위 환경을 오염시키는 것을 방지할 수 있다.
또한 압력스위치와 릴레이의 상호 유기적인 작동에 의하여, 커패시터소자에서 이상이 발생되었을 때 즉각적인 전기차단 동작이 가능하고, 이에 따라 위험한 상황으로 진행되는 것을 근본적으로 방지할 수 있다.
그리고 압력밸브를 채용함으로써, 하우징 내에서 가스 내압력이 설정된 값 이상이 될 때 자동으로 개방되어 가스를 외부로 유출시키므로, 전기적인 안정 기능 이외에 물리적인 안정 기능을 구현할 수 있다라는 작용,효과가 있다.
도 1은 종래의 안전장치 일체형 고용량 커패시터의 구성을 설명하기 위한 도면,
도 2는 도 1의 커패시터소자에서 발생된 가스 내압력에 의하여 안전장치를 구성하는 접점이 분리되는 것을 설명하기 위한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 안전장치 외부 일체형 고용량 커패시터의 구성을 설명하기 위한 도면,
도 4는 도 3의 압력밸브의 구성을 설명하기 위한 도면.
이하, 본 발명에 따른 안전장치 외부 일체형 고용량 커패시터를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.
이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
이하의 실시예에서, 막, 영역, 구성 요소 등의 부분이 다른 부분 위에 또는 상에 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.
도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 진행될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 안전장치 외부 일체형 고용량 커패시터의 구성을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 도 3의 압력밸브의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 내압력 연동 보호장치 일체형 고용량 커패시터는,
커패시터소자(11)가 내장되는 하우징(10)과; 하우징(10) 내에 충진되어 커패시터소자(11)와 하우징(10) 사이를 절연시키는 절연물(20)과; 커패시터소자(11)와 연결되는 것으로서, 하우징(10)의 상부측에 설치된 제1,2커패시터단자(31)(32)와; 하우징(10)의 외부로 돌출되게 설치된 것으로서, 커패시터소자(11)에서 발생되는 쇼트현상에 의하여 가스가 발생할 때, 그 가스 내압력에 연동되어 전기적으로 작동되는 압력스위치(40)와; 압력스위치(40)의 전기적인 작동에 연동되어 제1,2커패시터단자(31)(32)와 연결되는 전기라인중 적어도 하나를 차단하는 대용량 릴레이(50)와; 하우징(10)에 설치된 것으로서, 상기 가스 내압력이 설정된 값 이상이 될 때 개방되어 가스를 외부로 배출하는 압력밸브(60);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
하우징(10)은, 알루미늄, 스테인레스, 철판등 가스압력에도 견딜 수 있는 재질로 사용한다.
하우징(10)에 내장되는 커패시터소자(11)는 상호 이격되어 서로 마주보는 알루미늄 호일로 된 전극필름 사이에 유전체필름, 예를 들면 폴리프로필렌 필름(polypropylene film)이나, 증착폴리프로필렌 필름(Metallized polypropylene film)과 같은 증착필름이나, 증착필름과 폴리프로필렌필름이 적층되어 구현되는 유전체필름이 겹쳐져 여러겹으로 권취되어 사각형 또는 원통형으로 구현되는 단위소자를 포함하고, 단위소자는 1개 또는 여러개의 소자가 직렬 또는 병렬로 연결된다.
한편, 커패시터소자(11)를 구성하는 전극필름이 세그먼트 패턴(segmented pattern film)을 사용함으로서, 이중의 안전장치를 더욱 확보할 수 있다.
절연물(20)은, 하우징(10)에 크랙이나 파손이 발생되었을 때 부로 유출되지 않도록 고체 또는 겔 형태를 가지며, 예를 들면 우레탄, 에폭시등으로 된다. 이러한 절연물(20)을 고체 또는 겔 형태로 함으로써, 주위 환경을 오염시킬 수 있는 근본 원인을 해소할 수 있다.
제1,2커패시터단자(31)(32)는 하우징(10) 외부로 돌출되게 설치되며, 하우징(10) 내부에서 리드선(L)에 의하여 커패시터소자(11)와 연결된다.
압력스위치(40)는, 커패시터소자(11) 내에서의 절연파괴에 의하여 가스가 발생되었을 때 가스 내압력에 연동되어 상기 릴레이(50)를 작동시킨다. 이러한 압력스위치(40)는, 하우징(10) 외부에 설치되는 것으로서 릴레이(50)와 전기적으로 연결된 전기단자(미도시)를 가지는 스위치몸체부(41)와, 스위치몸체부(41)의 하부측에 설치되어 하우징(10) 내측으로 향하는 압력센서(42)와, 압력센서(42)에 가스 내압력이 인가되었을 때 그 내압력에 연동되어 상기 릴레이(50)가 작동시키는 가스내압 연동부(43)와, 스위치몸체부(41)에 설치되어 상기 가스내압 연동부(43)가 작동되기 위한 가스 내압력의 값을 설정하는 설정압력가변부(44)를 포함한다.
이러한 구조의 압력스위치(40)는, 하우징(10) 내부에서 가스 내압력이 발생되었을 때 릴레이(50)를 작동시킴으로써, 제1,2커패시터단자(31)(32)로 인가되는 전원을 즉각 차단시키는 개폐 동작을 가능하게 한다.
참고적으로, 압력스위치(40)는 가스 내압력에 의하여 작동되는 소형 스위치이기 때문에, 현실적으로 감당할 수 있는 전류의 정격 용량이 매우 작으나, 후술할 릴레이(50)를 작동시킬 수 있는 정도의 정격 용량을 가진다.
릴레이(50)는 압력스위치(40)의 제어되어 제1,2커패시터단자(31)(32)와 연결되는 전기라인중 적어도 하나를 선택적으로 차단한다. 이러한 릴레이(50)는 12~24V에서 작동하고. 제1,2커패시터단자(31)(32)로 인가되는 수천와트 이상의 정력 전력을 선택적으로 차단할 수 있도록 대용량을 사용한다.
압력밸브(60)는 하우징(10)에 설치된 것으로서, 상기 가스 내압력이 설정된 값 이상이 될 때 개방되어 가스를 외부로 배출한다.
이와 같이, 본 발명에 따르면, 안전장치를 구성하는 압력스위치(40) 및 릴레이(50)가 하우징(10) 외부에 설치됨으로써, 하우징(10) 내부에 안전장치를 설치하기 위한 별도의 공간이 요구되지 않고, 이에 따라 전체 체적과 중량을 줄일 수 있어 상대적으로 콤팩트한 하우징(10)의 구현이 가능하다.
또한, 압력스위치(40)가 하우징(10) 외부에 설치되기 때문에 종래의 커패시터처럼 하우징(10) 내부에서 접점을 분리시키는 동작이 요구되지 않으며, 이에 따라 절연물(20)을 액상의 절연유가 아닌 고체 또는 겔 형태의 우레탄이나 에폭시를 채용할 수 있다. 이에 따라 하우징(10)에 크랙이 발생되거나 파손되었을 때 절연물이 외부로 유출되지 않아 주위 환경을 오염시키는 것을 방지할 수 있다.
특히 절연물(20)이 고체 또는 겔상으로 구현되므로, 커패시터소자(11)에서 쇼트 현상이 발생될 때 발생되는 고열이 발생되더라도 주위 절연물이 증발되는 것을 방지할 수 있고, 이에 따라 가스 내압력에 더해지는 절연물의 증발압력이 없기 때문에 하우징(1)의 파손이나 폭발이 가속화되는 것을 방지할 수 있다.
또한 압력스위치(40)와 릴레이(50)의 상호 유기적인 작동에 의하여, 커패시터소자(11)에서 이상이 발생되었을 때 즉각적인 전기차단 동작이 가능하고, 이에 따라 위험한 상황으로 진행되는 것을 근본적으로 방지할 수 있다. 특히 전기차단 동작이 순간적으로 진행되므로 즉각적인 대처가 가능하다.
그리고 압력밸브(60)를 채용함으로써, 하우징(10) 내에서 가스 내압력이 설정된 값 이상이 될 때 자동으로 개방되어 가스를 외부로 유출시키므로, 전기적인 안정 기능 이외에 물리적인 안정 기능을 구현할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
10 ... 하우징 11 ... 커패시터소자
20 ... 절연물 31, 32 ... 제1,2커패시터단자
40 ... 압력스위치 41 ... 스위치몸체부
42 ... 압력센서 43 ... 가스내압 연동부
44 ... 설정압력가변부 50 ... 릴레이
60 ... 압력밸브

Claims (6)

  1. 커패시터소자(11)가 내장되는 하우징(10);
    상기 하우징(10) 내에 충진되어 상기 커패시터소자(11)와 하우징(10) 사이를 절연시키는 절연물(20);
    상기 커패시터소자(11)와 연결되는 것으로서, 상기 하우징(10)의 상부측에 설치된 제1,2커패시터단자(31)(32);
    상기 하우징(10)의 외부로 돌출되게 설치된 것으로서, 상기 커패시터소자(11)에서 가스가 발생할 때, 그 가스 내압력에 연동되어 전기적으로 작동되는 압력스위치(40);
    상기 압력스위치(40)의 전기적인 작동에 연동되어 상기 제1,2커패시터단자(31)(32)와 연결되는 전기라인중 적어도 하나를 차단하는 릴레이(50);
    상기 하우징(10)에 설치된 것으로서, 상기 가스 내압력이 설정된 값 이상이 될 때 개방되어 상기 가스를 외부로 배출하는 압력밸브(60);를 포함하고;
    상기 압력스위치(40)는, 상기 하우징(10) 외부에 설치되는 것으로서 상기 릴레이(50)와 전기적으로 연결된 전기단자(미도시)를 가지는 스위치몸체부(41)와; 상기 스위치몸체부(41)의 하부측에 설치되어 상기 하우징(10) 내측으로 향하는 압력센서(42)와; 상기 압력센서(42)에 가스 내압력이 인가되었을 때 그 내압력에 연동되어 상기 릴레이(50)가 작동시키는 가스내압 연동부(43)와; 상기 스위치몸체부(41)에 설치되어 상기 가스내압 연동부(43)가 작동되기 위한 가스 내압력의 값을 설정하는 설정압력가변부(44);를 포함하며;
    상기 절연물(20)은, 상기 하우징(10)이 파손되었을 때 외부로 유출되지 않도록, 고체 또는 겔 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 안전장치 외부 일체형 고용량 커패시터.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 절연물(20)은, 우레탄 또는 에폭시인 것을 특징으로 하는 안전장치 외부 일체형 고용량 커패시터.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002313678A (ja) * 2001-04-13 2002-10-25 Meidensha Corp 積層型電気二重層キャパシタ
KR101059843B1 (ko) * 2010-03-17 2011-08-29 현대로템 주식회사 대용량 커패시터 및 그 보호회로

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