KR101925978B1 - 에너지 저장장치 모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 에너지 저장장치 모듈을 개시한다. 본 발명에 따른 에너지 저장장치 모듈은 적어도 2개 이상의 에너지 저장장치; 상기 에너지 저장장치의 외측면과 대응하는 형태의 내부를 가지게 형성되어 상기 에너지 저장장치를 수용하는 수용부; 및 상기 수용부의 외측면에 형성되되 케이스의 내부에 일체형으로 형성되고, 에너지 저장장치의 양극(애노드, 캐소드)이 형성된 길이 방향으로 관통된 홀 형태의 방열통로를 구비한 케이스;를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 에너지 저장장치 모듈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 모듈의 케이스 구조가 개선된 에너지 저장장치 모듈에 관한 것이다.
일반적으로, 울트라 캐패시터(Ultra Capacitor)는 슈퍼 캐패시터(Super Capacitor)라고도 불리며, 전해 콘덴서와 이차전지의 중간적인 특성을 갖는 에너지 저장장치로써 높은 효율, 반영구적인 수명 특성으로 이차전지와 병용 및 대체 가능한 차세대 에너지 저장장치이다.
울트라 캐패시터는 전기 자동차, 하이브리드 전기자동차, 연료전지 자동차, 중장비 및 휴대용 전자장치 등에 적용될 수 있는 신재생 에너지 분야의 고품질 에너지원으로 각광받고 있다.
울트라 캐패시터는 소형화를 위해 원통 형상으로 이루어진 형태가 많이 이용되고 있다.
도 1은 원통 형상의 울트라 캐패시터를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 울트라 캐패시터는 캐소드, 애노드, 세퍼레이터 및 전해질로 구성된 베어셀이 담긴 내부 하우징(10)과 내부 하우징(10)을 수용하는 금속 케이스(20)와 금속 케이스(20)의 상부 개방단에 결합되어 밀봉하는 캡 조립체(30)와 금속 케이스(20)의 내부에 마련되어 각각 베어셀의 캐소드와 애노드에 연결되는 제 1 터미널(41) 및 제 2 터미널(42)과 금속 케이스(20)의 양단부에 노출된 외부 터미널(51)(52)을 포함한다.
상기 울트라 캐패시터에 있어서, 제 1 터미널(41)은 절연부재(60)에 의해 금속 케이스(20)에 대하여 절연되는 동시에 캡 조립체(30)에 마련된 애노드측 외부 터미널(51)에 전기적으로 연결되고, 제 2 터미널(42)은 금속 케이스(20)와 직접적으로 접촉함으로써 금속 케이스(20)의 하단에 마련된 캐소드측 외부 터미널(52)과 전기적으로 연결된다.
이러한 울트라 캐패시터를 적용함에 있어서, 고전압용 전지로 사용되기 위해서는 수천 패럿(farad : F) 또는 수백 볼트(voltage : V)의 고전압 모듈(module)이 필요하다. 이러한 고전압 모듈은 각각의 단위 셀(cell)인 울트라 캐패시터가 필요한 수량만큼 연결되어 고전압용 울트라 캐패시터 모듈로 구성된다.
상기 울트라 캐패시터 모듈은 도 2에 도시된 바와 같이 구성될 수 있다.
도 2는 울트라 캐패시터 모듈을 구성하는데 있어서, 다수의 울트라 캐패시터의 어레이 구성을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 다수의 울트라 캐패시터는 부스바(Busbar)(70)에 의해 외부 터미널(51,52)들이 연결되고 너트(Nut)에 의해 결합되어 울트라 캐패시터 어레이를 구성하고, 상기 울트라 캐패시터 어레이는 외부 출력 단자(미도시)가 마련된 케이스(미도시)에 수용되어 울트라 캐패시터 모듈을 구성할 수 있다.
이때, 울트라 캐패시터 모듈은 다수개의 울트라 캐패시터의 구동을 통해 에너지 저장 특성을 향상시킬 수 있으나, 울트라 캐패시터 모듈의 구동시 발생되는 열도 함께 급격하게 증가되어 울트라 캐패시터 모듈의 신뢰성이나 안정성이 저하될 수 있다. 이에 따라, 울트라 캐패시터 모듈에서 구비될 수 있는 울트라 캐패시터의 갯수나 울트라 캐패시터 모듈의 사용환경이 제한적일 수 밖에 없다.
따라서, 울트라 캐패시터 모듈은 다수의 울트라 캐패시터의 구동시 발생된 열을 효율적으로 방열하기 위한 연구 개발의 필요성이 증가하고 있다.
이에 따라, 종래기술에서는 방열 핀 등을 케이스의 외부에 설치하여 울트라 캐패시터에서 발생하는 열을 방출하지만, 이는 제품의 크기가 커지며 방열핀 등의 별도의 구성요소를 설치함에 따라 단가가 상승하는 문제점이 있다.
또한, 상술한 방열 핀은 접촉면적이 작아 냉각성능이 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 효율적인 방열을 위한 개선된 구조를 갖는 에너지 저장장치 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 에너지 저장장치 모듈은 적어도 2개 이상의 에너지 저장장치; 상기 에너지 저장장치의 외측면과 대응하는 형태의 내부를 가지게 형성되어 상기 에너지 저장장치를 수용하는 수용부; 및 상기 수용부의 외측면에 형성되되 케이스의 내부에 일체형으로 형성되고, 에너지 저장장치의 양극(애노드, 캐소드)이 형성된 길이 방향으로 관통된 홀 형태의 방열통로를 구비한 케이스;를 포함할 수 있다.
상기 에너지 저장장치는 울트라 캐패시터일 수 있다.
상기 케이스는 적어도 2개 이상의 케이스 블록을 포함하고, 상기 케이스 블록의 결합에 의해 수용부가 형성될 수 있다.
상기 케이스 블록은 에너지 저장장치의 외측면에 대응하는 형태의 내부를 가지며, 'L'자 형상 또는 'ㄷ'자 형상 중 어느 하나일 수 있다.
상기 방열통로는 내부에 수용부의 외측면에서 케이스 외측면 방향으로 분기되어 형성된 지지부를 포함할 수 있다.
상기 방열통로는 전극이 형성된 측에서 바라보았을 경우, 울트라 캐패시터가 다수 개 직렬로 연결되어 수용된 수용부의 외측면 일부에만 형성되어 한쪽 측면만을 통해 방열이 수행될 수 있다.
상기 케이스는 압출성형으로 제작될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 에너지 저장장치 모듈에서 케이스의 구조를 개선하여 방열 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 케이스의 내부에 방열을 위한 개선된 구성을 구비함으로써 제품의 크기를 최소화할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 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 원통 형상의 울트라 캐패시터를 도시한 도면,
도 2는 울트라 캐패시터 모듈을 구성하는데 있어서, 다수의 울트라 캐패시터의 어레이 구성을 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 저장장치가 결합된 에너지 저장장치 모듈의 구성을 나타낸 평면도,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 구조가 개선된 에너지 저장장치의 케이스를 나타낸 평면도이다.
도 1은 원통 형상의 울트라 캐패시터를 도시한 도면,
도 2는 울트라 캐패시터 모듈을 구성하는데 있어서, 다수의 울트라 캐패시터의 어레이 구성을 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 저장장치가 결합된 에너지 저장장치 모듈의 구성을 나타낸 평면도,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 구조가 개선된 에너지 저장장치의 케이스를 나타낸 평면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 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 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 저장장치가 결합된 에너지 저장장치 모듈의 구성을 나타낸 평면도, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 구조가 개선된 에너지 저장장치의 케이스를 나타낸 평면도이다.
본 실시 예를 설명함에 있어서, 에너지 저장장치는 울트라 캐패시터로 설명하지만 이에 한하지 않으며, 이차전지, 배터리 등 전기 에너지를 저장할 수 있는 장치이면 관계없다.
도 3 및 도 4를 참조하면 본 실시 예에 따른 울트라 캐패시터 모듈은 적어도 2개 이상의 울트라 캐패시터(100), 상기 울트라 캐패시터(100)를 수용하는 수용부(500) 및 홀 형태의 방열통로(410)를 구비한 케이스(400)를 포함할 수 있다.
울트라 캐패시터(100)는 빠른 충방전 특성을 가지며, 이에 따라 이동통신 정보기기인 휴대폰, 노트북, PDA 등의 보조 전원으로서뿐만 아니라, 고용량이 요구되는 전기 자동차나 하이브리드 자동차, 태양전지용 전원장치, 무정전 전원공급장치(Uninterruptible Power Supply : UPS) 등의 주전원 또는 보조전원으로 사용될 수 있다.
상기 울트라 캐패시터(100)는 원통형상의 형태일 수 있으며, 적어도 2개 이상의 울트라 캐패시터는 상기 울트라 캐패시터의 터미널들이 부스바(200)에 의해 연결되고, 너트(300)에 결합되어 어레이를 구성할 수 있다.
수용부(500)는 상기 울트라 캐패시터(100)의 외측면과 대응하는 형태의 내부를 가지게 형성될 수 있다. 바람직하게, 상기 수용부(500)의 울트라 캐패시터의 외측면과 대응하는 부분은 원통 형상의 둥근 모양일 수 있다. 상기 수용부(500)는 울트라 캐패시터의 외측면과 대응하는 형태로 울트라 캐패시터의 형상을 최대한 살려 제작함으로써, 상기 울트라 캐패시터와의 접촉면을 최대화하여 열이 방출되는 면적이 증가하기 때문에 방열 효과를 보다 극대화시킬 수 있다. 이때, 상기 수용부(500)는 내부가 울트라 캐패시터의 외측면에 대응하는 형태의 'L'자 형상의 케이스 블록(A) 4개를 결합하여 케이스(400)가 완성됨에 따라 형성될 수 있다. 또한, 상기 수용부(500)는 내부가 울트라 캐패시터의 외측면에 대응하는 형태의 'ㄷ'자 형상의 케이스 블록(B) 2개를 결합하여 케이스(400)가 완성됨에 따라 형성될 수 있다.
상기 수용부(500)는 적어도 2개 이상의 울트라 캐패시터(100)를 수용한 후, 외부로부터 먼지 또는 수분이 침투하는 것을 방지하기 위해 상기 울트라 캐패시터가 삽입된 방향의 입구와 출구를 케이스의 재질과 같은 판상형태의 부재(미도시)를 사용하여 폐쇄시킬 수 있다.
방열통로(410)는 상기 울트라 캐패시터가 충전 및 방전을 진행하면서 발생하는 열을 효과적으로 낮추기 위해 형성된 구성요소이다. 상기 발생하는 열은 울트라 캐패시터의 온도를 증가시켜 성능을 저하시킬 뿐만 아니라 고온이 지속될 경우 폭발 등의 안전성에서도 문제가 발생할 수 있으므로 일정 온도 이하로 낮추는 것이 필요하다.
상기 방열통로(410)는 수용부(500)의 외측면에 형성되되 케이스(400)의 내부에 일체형으로 형성되는 것이 바람직하며, 울트라 캐패시터의 양극(캐소드, 애노드)이 형성된 길이 방향으로 관통된 홀 형태일 수 있다.
상기 방열통로(410)는 에너지 저장장치 모듈의 밑면 즉, 판상형태의 부재가 있는 곳에 위치한 팬(미도시)을 통해 강제로 공기를 상기 방열통로(410)로 유입시켜 울트라 캐패시터에서 발생되어 외부로 방출되는 열을 낮추는 기능을 수행을 하며, 상기 수용부(500)의 외측면 일부에만 형성되어 있다. 바람직하게, 상기 방열통로(410)는 전극이 형성된 측에서 바라보았을 경우, 울트라 캐패시터가 다수 개 직렬로 연결되어 수용된 수용부(500)의 외측면에만 형성되어 있다. 즉, 상기 방열통로(410)는 울트라 캐패시터의 2개 이상의 측면이 아닌 한쪽 측면만을 통해 방열을 수행할 수 있도록 형성될 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 전극이 형성된 측에서 바라보았을 경우 제 1 울트라 캐패시터(110)의 외측 일면은 상기 방열통로(410)를 마주하고 있고, 상기 외측 일면과 직각 방향으로 형성된 다른 외측 일면(즉, 부스바에 연결되어 이웃한 울트라 캐패시터와 마주하는 외측면의 반대측 일면)은 상기 방열통로(410)가 없는 케이스(400)의 일측과 접촉하고 있다. 하지만, 제 2 울트라 캐패시터(120)는 상기 제 1 울트라 캐패시터(110)와 다르게 외측 일면만 상기 방열통로(410)와 마주하고 있다.
만약, 상기 제 1 울트라 캐패시터(110)의 상기 외측 일면과 직각 방향으로 형성된 다른 외측 일면(즉, 부스바에 연결되어 이웃한 울트라 캐패시터와 마주하는 외측면의 반대측 일면)에도 상기 방열통로(410)가 형성되어 있다면, 상기 제 1 울트라 캐패시(110)터는 상기 제 2 울트라 캐패시터(120)와는 다르게 한 개의 면이 아닌 두 개의 면에서 팬(미도시)에 의해 상기 방열통로로 유입되는 공기로 인해 방열이 수행된다. 따라서, 상기 제 1 울트라 캐패시터(110)는 상기 제 2 울트라 캐패시터(120)보다 셀 내부의 온도가 더 떨어져 상기 두 울트라 캐패시터 간의 온도 편차가 커지게 된다. 이에 따라, 상기 제 1 울트라 캐패시터의 수명은 제 2 울트라 캐패시터의 수명보다 단축될 수 있다.
상기 방열통로(410)는 외부에서 발생한 충격이 울트라 캐패시터 모듈에 전달될 때, 1차적으로 상기 케이스(400)의 상기 방열통로(410)가 찌그러지면서 외부 충격이 울트라 캐패시터로 직접 전달되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 방열통로(410)의 내부에는 수용부(500)의 외측면에서 케이스 외측면 방향으로 분기되어 형성된 지지부(430)가 형성될 수 있다.
상기 지지부(430)는 외부에서 케이스(400)에 충격이 가해질 경우, 상기 케이스(400)가 찌그러져 방열통로(410)의 공간이 줄어듬에 따라 방열 성능이 저하되는 것을 방지하기 위해 형성될 수 있다. 상기 지지부(430)는 방열통로(410)의 내부에 적어도 2개 이상가 형성될 수 있다. 또한, 상기 지지부(430)는 개수에 제한이 없으며, 방열통로(410)의 면적을 최대화하면서 케이스(400)에 충격이 있을 경우 상기 케이스(400)를 지지하여 찌그러짐을 최소화할 수 있으면 관계없다.
상기 방열통로와 인접하는 수용부의 외측부는 울트라 캐패시터의 형상을 최대한 살려 제작함으로써, 상기 울트라 캐패시터와의 접촉면을 최대화하여 열이 방출되는 면적이 증가하기 때문에 방열 효과를 보다 극대화시킬 수 있다.
상기 케이스(400)는 알루미늄이나 구리 등과 같이 열전도율이 높은 재질로 이루어질 수 있다. 하지만, 이에 한하지 않으며, 울트라 캐패시터에서 방출되는 열을 효과적으로 외부로 전달할 수 있는 열전도율이 높은 재질이면 관계없다.
상술한 바와 같이 울트라 캐패시터 케이스의 구조를 개선하여 방열 성능을 향상시킬 수 있으며 이때, 상기 케이스의 내부에 방열을 위해 개선된 구조 즉, 방열통로를 구비함으로써 제품의 크기를 최소화할 수 있는 효과가 있다. 또한, 방열을 위한 방열판 등 별도의 구성요소를 설치할 필요가 없으므로 제품 단가를 낮출 수 있다.
또한, 울트라 캐패시터는 단자가 형성된 길이방향으로 이웃한 울트라 캐패시터를 직렬 연결할 수 있다. 이때, 상기 직렬 연결된 울트라 캐패시터를 수용하는 케이스는 상기 울트라 캐패시터의 길이만큼 압출성형을 통해 제조할 수 있다.
상기 압출성형은 원료를 압출성형기에 공급하고 금형에서 밀어내어 일정한 모양의 단면을 가진 연속체로 변환하는 성형법이다.
또한 울트라 캐패시터 모듈용량 확장에 따라 상기 울트라 캐패시터를 추가 연결하더라도 상기 압출성형을 통해 상기 추가된 울트라 캐패시터의 길이만큼만 케이스를 추가로 제작하여 결합함으로써 사용할 수 있으므로, 케이스 확장이 용이하다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 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 : 울트라 캐패시터
200 : 부스바
300 : 너트
400 : 케이스
410 : 방열통로
430 : 지지부
500 : 수용부
200 : 부스바
300 : 너트
400 : 케이스
410 : 방열통로
430 : 지지부
500 : 수용부
Claims (7)
- 적어도 2개 이상의 에너지 저장장치;
내측면에 상기 에너지 저장장치의 외측면과 대응하는 형태의 내부를 가지게 형성되어 그 내측면 쪽에 상기 에너지 저장장치를 수용하는 수용부; 및
상기 수용부의 외측면에 형성되되 케이스의 내부에 일체형으로 형성되고, 에너지 저장장치의 양극(애노드, 캐소드)이 형성된 길이 방향으로 관통된 홀 형태의 방열통로를 구비한 케이스;를 포함하고,
상기 방열통로는 내부에 수용부의 외측면에서 분기되어 상기 케이스의 내측면까지 연결되어 형성된 적어도 두 개 이상의 지지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치 모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 에너지 저장장치는 울트라 캐패시터인 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치 모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 케이스는 적어도 2개 이상의 케이스 블록을 포함하고,
상기 케이스 블록의 결합에 의해 수용부가 형성되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치 모듈. - 제 3 항에 있어서,
상기 케이스 블록은 에너지 저장장치의 외측면에 대응하는 형태의 내부를 가지며, 'L'자 형상 또는 'ㄷ'자 형상 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치 모듈. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 방열통로는 전극이 형성된 측에서 바라보았을 경우, 울트라 캐패시터가 다수 개 직렬로 연결되어 수용된 수용부의 외측면 일부에만 형성되어 한쪽 측면만을 통해 방열이 수행되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치 모듈. - 제 1 항에 있어서,
상기 케이스는 압출성형으로 제작되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치 모듈.
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-
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