KR101927929B1 - 전기에너지 저장장치 어셈블리 - Google Patents

Abstract

본 발명은 외부 터미널 중공 내부에 에어벤트가 설치된 셀 모듈; 서로 다른 셀 모듈의 외부 터미널들을 체결할 수 있도록 체결공이 형성되어 셀 모듈들을 전기적으로 연결하는 부스바; 및 상기 부스바의 상면을 덮도록 부착된 방열패드;를 포함하고, 상기 부스바는, 상기 체결공과 연결되어 외부로 가스를 배출하는 가스방출통로를 구비하고, 상기 에어벤트에서 방출되는 가스가 상기 가스방출통로를 경유하여 상기 부스바의 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 전기에너지 저장장치 어셈블리를 개시한다.

Description

전기에너지 저장장치 어셈블리{ELECTRIC ENERGY STORAGE DEVICE ASSEMBLY}

본 발명은 전기에너지 저장장치 어셈블리에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 인접한 전기에너지 저장장치 모듈들을 서로 연결하는 부스바(Busbar)의 구조가 개선된 전기에너지 저장장치 어셈블리에 관한 것이다.

차세대 전기에너지 저장장치로 각광받고 있는 고 정전용량 저장 장치는 커패시터의 일종인 울트라 커패시터(Ultra Capacitor; UC), 슈퍼 커패시터(Super Capacitor; SC), 전기 이중층 커패시터(Electric Double Layer Capacitor; EDLC) 등을 말하며, 이는 전해콘덴서와 이차전지의 중간자적 특성을 지니는 에너지 저장장치로서, 높은 효율과 반영구적인 수명 특성으로 인해 이차전지와의 병용 및 대용이 가능한 에너지 저장 장치이다.

고 정전용량 저장 장치는, 유지보수(Maintenance)가 용이하지 않고 장기간의 사용 수명이 요구되는 애플리케이션(Application)에 대해서는 축전지 대체용으로 이용되기도 한다. 고 정전용량 저장 장치는 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.

이러한 고 정전용량 저장 장치를 적용함에 있어서, 고전압용 전지로 사용되기 위해서는 수천 패럿(Farad) 또는 수백 볼트의 고전압 모듈(module)이 필요하다. 고전압 모듈은 복수개의 고 정전용량 저장 장치를 필요한 수량만큼 연결함으로써 달성될 수 있다. 이때, 각각의 셀 모듈은 부스바에 의해 외부 터미널들이 연결된 어셈블리 형태로 구성된다.

도 1에는 종래기술에 따른 전기에너지 저장장치 어셈블리의 구성이 도시되어 있다. 도면에 나타난 바와 같이, 전기에너지 저장장치 어셈블리는 복수개의 셀 모듈(10)과, 인접한 셀 모듈(10)들을 서로 전기적으로 연결하는 부스바(20)를 포함한다.

셀 모듈(10)은 셀 조립체 및 전해질이 수용된 원통형의 모듈 본체와, 상기 모듈 본체의 상단 및 하단에 각각 돌출 형성된 외부 터미널(11)을 구비한다. 셀 모듈(10)의 모듈 본체 내부에는 셀 조립체 및 전해질이 수용되고, 통상 셀 모듈(10)의 상단에 위치한 음극측의 외부 터미널(11) 내부에는 에어벤트(Air vent)(미도시)가 내장된다.

부스바(20)는 도 2에 도시된 바와 같이 서로 다른 셀 모듈의 외부 터미널(11)들이 끼워질 수 있도록 길이방향 양단 부근에 배치되어 상호 이격된 한 쌍의 체결공(21)을 구비한다.

상호 인접 배치된 서로 다른 셀 모듈(10)의 서로 다른 전극에 대응하는 외부 터미널(11)들이 부스바(20)의 체결공(21)에 끼워진 후 예컨대, 너트부재나 레이저 웰딩에 고정됨에 따라 서로 다른 셀 모듈(10)은 부스바(20)를 매개로 전기적으로 연결된다.

부스바(20)의 상부에는 부스바(20)에서 발생하는 열을 외부 케이스(40)로 방출하기 위해 방열패드(30)가 부착된다. 방열패드(30)는 그 상면이 외부 케이스(40)의 일부에 접합되어 열을 방출한다.

그런데, 상기와 같은 구조를 가진 울트라 캐패시터 어셈블리는 셀 모듈(10) 내부에서 가스가 발생하여 에어벤트를 통해 방출되는 경우 가스가 외부 터미널(11)의 상방으로 방출된 후 방열패드(30)에 의해 막혀서 외부로 원활히 배출되기 어려운 취약점이 있으므로 이에 대한 대책이 요구된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 부스바의 측면 방향으로 가스를 방출할 수 있는 구조를 가진 전기에너지 저장장치 어셈블리를 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 부스바의 상면에 방열패드가 부착되더라도 원활히 가스를 외부로 방출할 수 있는 구조를 가진 전기에너지 저장장치 어셈블리를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 외부 터미널 중공 내부에 에어벤트가 설치된 셀 모듈; 서로 다른 셀 모듈의 외부 터미널들을 체결할 수 있도록 체결공이 형성되어 셀 모듈들을 전기적으로 연결하는 부스바; 및 상기 부스바의 상면 적어도 일부를 덮도록 부착된 방열패드;를 포함하고, 상기 부스바는, 상기 체결공과 연결되어 외부로 가스를 배출하는 가스방출통로를 구비하고, 상기 에어벤트에서 방출되는 가스가 상기 가스방출통로를 경유하여 상기 부스바의 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 전기에너지 저장장치 어셈블리를 제공한다.

본 발명에 따른 전기에너지 저장장치 어셈블리는 상기 방열패드와 면접촉을 이루는 외부 케이스;를 더 포함할 수 있다.

상기 체결공은 상기 부스바의 길이방향 양편에 각각 형성되고, 상기 가스방출통로의 출구는 상기 부스바 길이방향의 수직인 형태로 형성될 수 있다.

상기 체결공은 상기 부스바의 길이방향 양편에 각각 형성되고, 상기 가스방출통로의 출구는 상기 부스바의 길이방향에 평행하게 형성될 수 있다.

상기 부스바의 높이는 상기 외부 터미널의 높이에 비해 상대적으로 더 높게 구성될 수 있다.

상기 외부 터미널의 측면에는 상기 중공과 연통되는 배기용 홀이 형성되고, 상기 부스바의 높이가 상기 외부 터미널의 높이와 동일하고, 상기 가스방출통로는, 상기 배기용 홀과 연통되고 상기 출구가 상기 부스바의 측면에 위치할 수 있다.

본 발명에 따르면 부스바에 형성된 가스방출통로에 의해 가스 방출 효율이 개선될 수 있으므로 울트라 캐패시터의 안전성을 향상시킬 수 있다.

또한, 부스바의 상면에 방열패드가 부착되더라도 원활히 가스를 외부로 방출할 수 있으므로 방열 처리에 제약이 없는 장점이 있다.

또한, 본 발명을 적용할 경우 에어벤트가 내장된 외부 터미널과 부스바 간의 체결에 레이저 웰딩 공정을 적용했을 때 울트라 캐패시터 내부에서 발생하는 가스를 효율적으로 외부로 방출할 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 전기에너지 저장장치 어셈블리의 구성을 도시한 단면도,
도 2는 도 1에서 부스바와 외부 터미널 간의 결합관계를 도시한 평면도,
도 3은 본 발명의 바람직한 따른 실시예에 따른 전기에너지 저장장치 어셈블리의 구성을 도시한 단면도,
도 4는 도 3에서 부스바와 외부 터미널 간의 결합관계를 도시한 평면도,
도 5는 도 3에서 부스바의 외형을 도시한 사시도,
도 6은 도 3의 변형예를 도시한 단면도,
도 7은 도 6에서 부스바의 외형을 도시한 사시도,
도 8은 도 3의 다른 변형예를 도시한 단면도,
도 9는 도 8에서 부스바의 외형을 도시한 사시도,
도 10은 도 3의 또 다른 변형예를 도시한 단면도,
도 11은 도 10에서 부스바의 외형을 도시한 사시도이다.

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 3은 본 발명의 바람직한 따른 실시예에 따른 전기에너지 저장장치 어셈블리의 구성을 도시한 단면도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 따른 실시예에 따른 전기에너지 저장장치 어셈블리는 복수개의 셀 모듈(100)과, 인접한 셀 모듈(100)들을 서로 전기적으로 연결하고 외부 터미널(101) 길이보다 두꺼우면서 몸체 일부에는 가스방출통로(112)가 형성된 부스바(110)를 포함한다.

셀 모듈(100)은 통상의 셀 조립체 및 전해질이 수용된 원통형의 모듈 본체와, 상기 모듈 본체의 상단 및 하단에 각각 돌출 형성된 외부 터미널(101)을 구비한다. 여기서, 상기 모듈 본체의 상단에 위치한 음극측의 외부 터미널(101)에 형성된 수직형 중공(102) 내부에는 모듈 내부에서 발생하는 가스를 방출하기 위해 예컨대, 자동복귀형의 에어벤트(104)가 내장된다. 외부 터미널(101)의 중공(102) 내에 설치되는 에어벤트로는 통상의 부품이 채용 가능하므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 부스바(110)는 폭에 비해 길이가 긴 형상을 가진 소정 두께의 도체 플레이트로 이루어지고, 서로 다른 셀 모듈(100)의 외부 터미널(101)들이 끼워질 수 있도록 상호 이격된 한 쌍의 체결공(111)을 구비한다. 한 쌍의 체결공(111)은 부스바(110)의 중간을 기준으로 양편에 각각 구비된다. 더욱 구체적으로, 한 쌍의 체결공(111)은 길이방향 양단 부근에 배치되고 서로간의 이격거리는 바람직하게, 인접한 셀 모듈(100)들의 중심간 거리와 일치한다. 도 4 및 도 5에는 가스방출통로(112)가 부스바(110)의 양끝단에 부스바(110) 길이방향에 수직하게 형성되어 있지만, 체결공(111)과 연결되는 곳이라면 어느 곳에도 위치할 수 있다.

부스바(110)의 상부에는 부스바(110)에서 발생하는 열을 소정 형상의 외부 케이스(130)로 방출하기 위해 방열패드(120)가 부착된다. 방열패드(120)는 그 하면이 부스바(110)의 상면을 덮도록 부착되고, 그 상면이 외부 케이스(130)의 일부에 면접촉을 이루도록 접합되어 셀 모듈(100)로부터 부스바(110)에 전달된 열을 외부 케이스(130)로 방출한다.

상기와 같이 방열패드(120)가 구비되더라도, 부스바(110)의 두께가 외부 터미널(101)의 길이보다 두껍게 형성되어 있어 셀 모듈(100)의 에어벤트(104)에서 방출된 가스는 부스바(110)에 형성된 가스방출통로(112)를 통해 부스바(110)의 측면 방향, 즉 부스바(110)의 두께 방향과 수직한 방향으로 원활히 배출될 수 있다. 가스방출통로(112)는 외부 터미널(101)의 중공(102)과 실질적으로 연결될 수 있도록 체결공(111)과 연통되고 출구가 부스바(110)의 외부로 개방된 형태로 마련되어 외부로 노출된다.

구체적으로, 가스방출통로(112)는 부스바(110)의 길이방향에 수직한 형태로 형성되며, 체결공(111)과 연통하여 외부로 가스를 방출할 수 있는 출구가 위치하도록 마련된다. 이를 위해서는, 외부 터미널(101)의 높이 h1에 비해 부스바(110)의 높이(두께) h2가 상대적으로 더 높게 설계되어 가스방출통로(112)를 형성하기 위한 공간을 충분히 확보하는 것이 바람직하다.

도 6 및 도 7에 도시된 변형예와 같이, 부스바(110)의 가스방출통로(112)는 외부 터미널(101)의 끝단 근처에 부스바(110)의 길이방향과 평행하게 형성되는 것이 가능하다. 이 경우 부스바(110)는 체결공(111)을 기준으로 중앙부분보다 양 끝단의 높이가 낮은 형태로 단차를 형성하게 되며, 부스바(101)가 폐쇄된 형태로 제공되어 부스바(101)의 강성을 유지할 수 있는 장점을 가진다.

구체적으로, 가스방출통로(112)는 외부 터미널(101)의 높이 h1보다 위쪽에 형성되어 부스바(110)의 측면에 출구가 위치하도록 마련된다. 이를 위해서는, 외부 터미널(101)의 높이 h1에 비해 부스바(110)의 높이(두께) h2가 상대적으로 더 높게 설계되어야 하며, 가스방출통로(112)는 부스바(110)의 높이(두께) h2에서 외부 터미널(101)의 높이 h1을 제외한 값인 h3의 높이를 가지거나 h3보다 조금 더 큰 높이를 가질 수 있다.

도 8 및 도 9에 도시된 다른 변형예와 같이, 부스바(110)의 두께는 외부 터미널(101)의 높이와 h1으로 동일하고 측면에 가스방출통로(112)를 형성하고, 외부 터미널(101)에 가스 배출이 원활하도록 중공(102)에 내장되어 있는 에어벤트(104)보다 높은 위치에 배기용 홀(103)을 형성하게 되어, 부스바(110)의 가스방출통로(112)와 외부 터미널(101)의 배기용 홀(103)이 연결된다. 따라서 외부 터미널(101) 중공(102)에 내장되어 있는 에어벤트(104)를 통해 나온 가스는 외부 터미널(101)의 배기용 홀(103)을 거쳐 부스바(110)의 가스방출통로(112)를 통해 외부로 방출이 된다. 배기용 홀(103)은 가공 용이성을 위해 외부 터미널(101) 중공(102)과 수직으로 형성할 수 있으며, 사선으로 형성될 수도 있다. 도 6에는 가스방출통로(112)가 부스바(110)의 양 끝단에 형성되어 있으나 체결공과 연결되는 곳이라면 어느 곳에도 위치할 수 있다. 이와 같이 부스바(110)와 외부 터미널(101)의 높이를 동일하게 함으로써 제품의 높이를 기존과 동일하게 하면서도 효율적으로 가스를 외부로 방출할 수 있다.

도 10 및 도 11에 도시된 또 다른 변형예와 같이, 부스바(110)의 가스방출통로(112)는 외부 터미널(101)에 가스 배출이 원활하도록 중공(102)에 내장되어 있는 에어벤트(104)보다 높은 위치에 형성된 배기용 홀(103)의 높이 근처에 형성되는 것도 가능하다. 이 경우 부스바(110)는 체결공(111)을 기준으로 중앙부분보다 양 끝단의 높이가 낮은 형태로 단차를 형성하게 되며, 부스바(101)가 폐쇄된 형태로 제공되어 부스바(101)의 강성을 유지할 수 있는 장점을 가진다.

상술한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기에너지 저장장치 어셈블리는 셀 모듈(100) 내부에서 발생한 가스가 외부 터미널(101)의 중공(102) 내에 있는 에어벤트(104)를 통해 방출된 후 부스바(110)의 가스방출통로(112)를 따라 이동하여 대기중으로 배출된다. 따라서, 부스바(110) 상부에 방열패드(120)가 배치되더라도 가스의 방출 유로가 효과적으로 확보될 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: 셀 모듈 101: 외부 터미널
102: 중공 103: 배기용 홀
104: 에어벤트 110: 부스바
111: 체결공 112: 가스방출통로
120: 방열패드 130: 외부 케이스

Claims (6)

1. 외부 터미널 중공 내부에 에어벤트가 설치된 셀 모듈;
   서로 다른 셀 모듈의 외부 터미널들을 체결할 수 있도록 체결공이 형성되어 셀 모듈들을 전기적으로 연결하는 부스바; 및
   상기 부스바의 상면 적어도 일부를 덮도록 부착된 방열패드;를 포함하고,
   상기 부스바는, 상기 체결공과 연결되어 외부로 가스를 배출하는 가스방출통로를 구비하고,
   상기 에어벤트에서 방출되는 가스가 상기 가스방출통로를 경유하여 상기 부스바의 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 전기에너지 저장장치 어셈블리.
2. 제1항에 있어서,
   상기 방열패드와 면접촉을 이루는 외부 케이스;를 더 포함하는 전기에너지 저장장치 어셈블리.
3. 제1항에 있어서,
   상기 체결공은 상기 부스바의 길이방향 양편에 각각 형성되고,
   상기 가스방출통로의 출구는 상기 부스바의 길이방향에 수직인 형태로 상기 체결공과 연통하게 형성된 것을 특징으로 하는 전기에너지 저장장치 어셈블리.
4. 제1항에 있어서,
   상기 체결공은 상기 부스바의 길이방향 양편에 각각 형성되고,
   상기 가스방출통로의 출구는 상기 부스바의 길이방향에 평행한 형태로 상기 체결공과 연통하게 형성된 것을 특징으로 하는 전기에너지 저장장치 어셈블리.
5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
   상기 부스바의 높이가 상기 외부 터미널의 높이에 비해 상대적으로 더 높은 것을 특징으로 하는 전기에너지 저장장치 어셈블리.
6. 제1항에 있어서,
   상기 외부 터미널의 측면에는 상기 중공과 연통되는 배기용 홀이 형성되고,
   상기 부스바의 높이가 상기 외부 터미널의 높이와 동일하고,
   상기 가스방출통로는, 상기 배기용 홀과 연통되고 상기 가스방출통로의 출구가 상기 부스바의 측면에 위치하는 것을 특징으로 하는 전기에너지 저장장치 어셈블리.

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