KR102173865B1 - 캐패시터팩 - Google Patents

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KR102173865B1
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Abstract

본 발명은 캐패시터팩에 관한 것으로, 제 1전극단자와 제 2전극단자를 각각 구비하는 복수 개의 캐패시터 셀, 캐패시터 셀 각각의 제 1전극단자와 제 2전극단자를 일대일로 삽입하여 접속하도록 접속부재를 갖는 보호회로모듈, 및 제 1전극단자와 제 2전극단자를 해당되는 접속부재에 접속 후 접속된 상태를 유지하는 접속유지부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 종래 기술과 달리 알루미늄 재질의 전극단자에 리드플레이트를 감싸서 고정한 채 회로보드의 도포된 납이나 구리 재질의 접속부재와 접합되거나 또는 회로보드에 구비되는 커넥터에 끼움되어 접속 상태를 유지하며, 회로보드에 회로부를 구비하여 복수 개의 전극을 직렬로 회로 연결하여 충전 후 미충전된 전극을 병렬로 회로 연결하여 완충하도록 제어할 수 있다.

Description

캐패시터팩{SUPER CAPACITOR PACK}
본 발명은 캐패시터팩에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 알루미늄 재질의 전극단자에 리드플레이트를 감싸서 고정한 채 회로보드의 도포된 납이나 구리 재질의 접속부재와 접합되거나 또는 회로보드에 구비되는 커넥터에 끼움되어 접속 상태를 유지하며, 회로보드에 회로부를 구비하여 복수 개의 전극을 직렬로 회로 연결하여 충전 후 미충전된 전극을 병렬로 회로 연결하여 모든 전극을 완충하도록 제어하기 위한 캐패시터팩에 관한 것이다.
일반적으로, 리튬 이온 전지를 동력원으로 사용하는 하이브리드 자동차와 같이 단위 배터리(셀)의 기본 전위보다 높은 전위가 필요한 경우, 다수의 단위 배터리를 직렬 연결하여 사용하는 것이 통상적이다.
그런데, 통상적인 제조방법을 통해 제조된 배터리는 동일한 양극, 음극 및 전해질 물질을 이용하여 동일한 구조로 제조되었다 하더라도 직렬 연결된 배터리 각각의 충전 또는 방전(및 자가 방전) 특성에 차이가 존재하게 된다.
따라서, 직렬 연결된 배터리의 사용 시 단위 배터리의 전위차가 존재하게 되고, 이로 인해 직렬 연결된 단위 배터리 중 다른 배터리의 전위에 관계없이 하나의 배터리가 완전 방전되었을 경우에도 재충전이 필요하게 되며, 재충전 시에도 각각의 배터리의 전위가 서로 다름으로 인해 일정 전압에 먼저 도달한 배터리의 과충전 문제 및 몇몇 배터리의 과충전이 일어남에도 일정 전압에 아직 도달하지 못한 배터리가 존재하게 되는 충전 비효율의 문제가 있다.
또한, 충방전 횟수가 많아지게 되면, 배터리를 구성하는 물질의 노화(degradation)가 발생하여 배터리의 특성이 달라지고 이러한 노화 현상은 개별 전지 간의 편차를 더욱 심화시키는 역기능을 하게 된다.
따라서, 이러한 문제점들을 해결하기 위해, 직렬로 연결된 배터리의 전하 균일화를 얻기 위한 다양한 전하 균일화 방안이 활발히 제안되고 있는 실정이다.
상술한 전하 균일 방안을 크게 2가지로 구분하면, 수동 셀 밸런싱(Passive cell balancing)과 능동 셀 밸런싱(Active cell balancing)으로 구분할 수 있다.
특히, 액티브 방식의 셀 밸런싱 방법으로 대한민국 등록특허 제10-1165593호(양방향 디씨-디씨 컨버터를 이용한 배터리 관리 시스템의 셀 밸런싱 회로 장치, 등록일: 2012.07.09) 및 대한민국 등록특허공보 제10-1340062호(발명의 명칭: 전지셀 및 전지셀의 전극리드 용접 방법, 등록일: 2013.12.04)가 제안된 바 있다.
상기한 기술구성은 본 발명의 이해를 돕기 위한 배경기술로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 종래기술을 의미하는 것은 아니다.
기존 배터리의 셀 밸런싱을 위해, 버스바 또는 금속도체가 각 셀의 전극끼리를 전기적으로 직렬 연결함에 따라, 완전 충전이 이루어지지 않은 셀이 별도로 추가 충전되지 못하는 문제점이 있다.
따라서, 이를 개선할 필요성이 요청된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위하여 안출된 것으로서, 알루미늄 재질의 전극단자에 리드플레이트를 감싸서 고정한 채 회로보드의 도포된 납이나 구리 재질의 접속부재와 접합되거나 또는 회로보드에 구비되는 커넥터에 끼움되어 접속 상태를 유지하고자 하는 캐패시터팩을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 회로보드에 회로부를 구비하여 복수 개의 전극을 직렬로 회로 연결하여 충전 후 미충전된 전극을 병렬로 회로 연결하여 모든 전극을 완충하도록 제어하기 위한 캐패시터팩을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 캐패시터팩은: 제 1전극단자와 제 2전극단자를 각각 구비하는 복수 개의 캐패시터 셀; 상기 캐패시터 셀 각각의 상기 제 1전극단자와 상기 제 2전극단자를 일대일로 접속하도록 접속부재를 갖는 보호회로모듈; 및 상기 제 1전극단자와 상기 제 2전극단자를 해당되는 상기 접속부재에 접속 후 접속된 상태를 유지하는 접속유지부를 포함한다.
상기 보호회로모듈은, 상기 제 1전극단자와 상기 제 2전극단자를 일대일 삽입 허용하는 삽입홀을 통공하고, 상기 삽입홀 각각에 통전 가능한 상기 접속부재를 구비하는 회로보드; 및 상기 회로보드에 패터닝되어, 상기 접속부재와 연결된 한 쌍씩의 상기 제 1전극단자와 상기 제 2전극단자를 통해, 복수 개의 상기 캐패시터 셀에 직렬 또는 병렬로 충전을 제어하는 회로부를 포함한다.
상기 접속유지부는, 상기 제 1전극단자와 상기 제 2전극단자를 각각 감싼 상태로 고정되는 도전성과 접합성이 우수한 재질의 리드플레이트; 및 상기 리드플레이트를 대응되는 삽입홀에 삽입 후, 해당되는 접속부재와 접합 처리하여 형성되는 접합부를 포함한다.
상기 제 1전극단자와 상기 제 2전극단자는 해당되는 리드플레이트와 리벳팅되어 결속되는 것을 특징으로 한다.
상기 접속유지부는, 상기 회로부에 전기적으로 연결되도록 접속핀을 구비하고, 슬롯홀을 형성한 커넥터; 및 상기 제 1전극단자와 상기 제 2전극단자를 각각 감싼 상태로 고정된 채 대응되는 슬롯홀에 삽입함으로써 상기 접속핀과 전기적으로 접속되는 리드플레이트를 포함한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 캐패시터팩은 종래 기술과 달리 알루미늄 재질의 전극단자에 리드플레이트를 감싸서 고정한 채 회로보드의 도포된 납이나 구리 재질의 접속부재와 접합되거나 또는 회로보드에 구비되는 커넥터에 끼움되어 접속 상태를 유지할 수 있다.
본 발명은 회로보드에 회로부를 구비하여 복수 개의 전극을 직렬로 회로 연결하여 충전 후 미충전된 전극을 병렬로 회로 연결하여 모든 전극을 완충하도록 제어할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 캐패시터팩의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 캐패시터팩의 배면 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 캐패시터팩의 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 캐패시터팩의 보호회로모듈의 평면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 캐패시터팩의 배면 사시도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 캐패시터팩의 분해 사시도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 캐패시터팩의 실시예들을 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 캐패시터팩의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 캐패시터팩의 배면 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 캐패시터팩의 분해 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 캐패시터팩의 보호회로모듈의 평면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 캐패시터팩(100)은 캐패시터 셀(200), 보호회로모듈(300) 및 접속유지부(400)를 포함한다.
캐패시터 셀(200)은 전기를 충방전하는 기능을 하는 것으로서, 전극조립체가 유전체(130)와 함께 전지케이스(140)에 밀봉되어 있다.
즉, 캐패시터 셀(200)은 제 1전극(112), 제 2전극(122), 유전체(130) 및 전지케이스(140)를 포함한다.
편의상, 제 1전극(112)은 (+)극이고, 제 2전극(122)은 (-)인 것으로 한다.
유전체(130)는 전해액 등 다양하게 적용 가능하다.
그리고, 전지케이스(140)는 제 1전극(112), 제 2전극(122) 및 유전체(130)를 감싸서 밀봉하고, 절연 재질로 이루어진다.
특히, 제 1전극(112)과 제 2전극(122)은 제조단가와 무게를 줄이면서 통전 가능하도록 알루미늄 재질로 이루어진다.
제 1전극(112)은 전지케이스(140)의 외부로 노출되는 제 1전극단자(110)를 구비하고, 제 2전극(122)은 전지케이스(140)의 외부로 노출되는 제 2전극단자(120)를 구비한다.
이때, 제 1전극단자(110)와 제 2전극단자(120)는 제 1전극(112) 및 제 2전극(122)과 동일한 알루미늄 재질로 이루어지는 것으로 한다.
아울러, 캐패시터 셀(200)은 충,방전량을 확장하기 위해 복수 개 구비된다.
편의상, 캐패시터 셀(200)은 겹쳐진 3개로 이루어지는 것으로 도시하고, 각각 제 1전극단자(110)와 제 2전극단자(120)를 구비하는 것으로 한다.
한편, 보호회로모듈(300)은 캐패시터 셀(200) 각각의 제 1전극단자(110)와 제 2전극단자(120)를 일대일로 접속하도록 접속부재(320)를 갖는다.
상세히, 보호회로모듈(300)은 회로보드(310), 접속부재(320) 및 회로부(330)를 포함한다.
회로보드(310)는 보호회로모듈(300)의 외형을 형성하는 것으로서 판 형상으로 이루어진다.
그리고, 회로보드(310)는 제 1전극단자(110)와 제 2전극단자(120)를 일대일로 삽입 허용하기 위해 삽입홀(312)을 통공한다.
이때, 제 1전극단자(110)와 제 2전극단자(120)는 충전시간을 단축시키기 위해 전류량을 증가시키도록 회로보드(310)의 축 방향을 따라 비교적 길게 형성된다. 이로써, 삽입홀(312) 각각은 장방형으로 형성된다.
또한, 접속부재(320)는 적어도 회로보드(310)의 삽입홀(312) 각각의 가장자리를 따라 도포된다. 접속부재(320)는 삽입홀(312) 각각의 내측면과, 회로보드(310)의 양측면에서 삽입홀(312)의 가장자리를 따라 형성되는 것으로 한다. 이때, 접속부재(320)는 회로보드(310)에 코팅이나 도포되고, 통전 가능한 납이나 구리 재질인 것으로 한다.
그래서, 제 1전극단자(110)와 제 2전극단자(120)는 대응되는 접속부재(320)와 전기적으로 연결된다.
회로부(330)는 회로보드(310)에 패터닝되어, 접속부재(320)와 연결된 한 쌍씩의 제 1전극단자(110)와 제 2전극단자(120)를 통해, 복수 개의 캐패시터 셀(200)에 직렬 또는 병렬로 충전을 제어하는 역할을 한다.
이를 위해, 회로부(330)가 회로보드(310)에서 접속부재(320)와 전기적으로 연결된다.
상세히, 회로부(330)는 복수 개의 캐패시터 셀(200)을 직렬로 연결하여 급속히 충전되도록 자동 제어하고, 설정시간 경과 또는 어느 하나의 캐패시터 셀(200)이 충전 완료 후 미완충된 캐패시터 셀(200)을 병렬로 연결하여 해당 캐패시터 셀(200)이 완충되도록 자동 제어하는 역할을 한다.
한편, 접속유지부(400)는 제 1전극단자(110)와 제 2전극단자(120)를 대응되는 접속부재(320)에 접속 후 접속된 상태를 유지하는 역할을 한다.
이를 위해, 접속유지부(400)는 리드플레이트(410) 및 접합부(420)를 포함한다.
리드플레이트(410)는 도전성과 접합성이 우수한 박판 형태의 구리 또는 납 등의 재질로 이루어져, 제 1전극단자(110)와 제 2전극단자(120)를 각각 감싼 상태로 고정된다.
이때, 리드플레이트(410)는 임의적으로 제 1전극단자(110) 및 제 2전극단자(120)와 분리되는 것이 방지되도록, 대응되는 제 1전극단자(110) 및 제 2전극단자(120)와 리벳(412)으로 견고하게 결속된다.
물론, 리드플레이트(410)는 다양한 형상으로 변형 가능하다.
그리고, 접합부(420)는 리드플레이트(410)를 대응되는 삽입홀(312)에 삽입 후, 해당되는 접속부재(320)와 접합 처리하여 형성된다.
따라서, 제 1전극단자(110) 및 제 2전극단자(120)의 리드플레이트(410)는 삽입홀(312)에 삽입되며 접속부재(320)와 접한 상태에서 접합부(420)에 의해 접속부재(320)와 접합됨에 따라, 제 1전극(112)과 제 2전극(122)은 보호회로모듈(300)과 견고하게 전기적으로 접속된다.
특히, 회로부(320)는 제 1전극단자(110)와 제 2전극단자(120) 각각에 12.6V의 직렬전압을 공급하여 통합 충전하면서 감지되는 충전상태를 입력받아, 3쌍씩의 제 1전극단자(110)와 제 2전극단자(120) 중 어느 하나 이상이 설정된 4.2V의 충전전압에 도달한 경우 직렬전압을 통한 통합 충전작동을 중지시킨다.
이 후, 회로부(320)는 미충전된 특정 제 1전극(112)의 제 1전극단자(110)와 특정 제 2전극(122)의 제 2전극단자(120)에 4.2V의 병렬전압을 공급하여 개별 충전한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 캐패시터팩의 배면 사시도이고, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 캐패시터팩의 분해 사시도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 캐패시터팩(100)은 캐패시터 셀(200), 보호회로모듈(300) 및 접속유지부(400)를 포함한다.
캐패시터 셀(200)은 상술한 것으로 대체한다.
그리고, 보호회로모듈(300)은 회로보드(310) 및 회로부(330)를 포함한다.
회로보드(310)는 표면 전체 또는 표면 일부에 접속부재(320)를 도포나 코팅 형성한다.
접속부재(320)는 통전 가능한 납이나 구리 재질인 것으로 한다.
회로부(330)는 회로보드(310)에 패터닝되어, 접속부재(320)와 연결된 한 쌍씩의 제 1전극단자(110)와 제 2전극단자(120)를 통해, 복수 개의 캐패시터 셀(200)에 직렬 또는 병렬로 충전을 제어하는 역할을 한다.
한편, 접속유지부(400)는 커넥터(430) 및 리드플레이트(410)를 포함한다.
커넥터(430)는 접속부재(320)를 통해 회로부(330)에 전기적으로 연결되도록 접속핀(432)을 구비하고, 슬롯홀(434)을 형성한다. 이때, 커넥터(430) 자체는 절연 재질로 이루어진다.
특히, 회로보드(310)는 접속핀(432)을 삽입하여 고정하도록 비아홀(433)을 통공한다. 그리고, 접속부재(320)가 비아홀(433) 내측 전체와, 적어도 비아홀(433)의 가장자리를 따라 회로보드(310)의 양측면에 도포 또는 코팅 처리된다.
리드플레이트(410)는 제 1전극단자(110)와 제 2전극단자(120)를 각각 감싼 상태로 고정된 채 대응되는 슬롯홀(434)에 삽입됨으로써 접속핀(432)과 전기적으로 접속된다.
물론, 리드플레이트(410)가 슬롯홀(434)에 삽입 후 접속부재(320)와 접합될 수 있다.
아울러, 알루미늄 재질의 제 1전극단자(110)와 제 2전극단자(120)가 직접 슬롯홀(434)에 삽입되어 접속부재(320)와 접속될 수도 있다.
미설명된 도면부호는 상술한 것으로 대체한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
100: 캐패시터팩 200: 캐패시터 셀
110: 제 1전극단자 112: 제 1전극
120: 제 2전극단자 122: 제 2전극
130: 유전체 140: 전지케이스
300: 보호회로모듈 310: 회로보드
312: 삽입홀 320: 접속부재
330: 회로부 400: 접속유지부
410: 리드플레이트 412: 리벳
420: 접합부 430: 커넥터
432: 접속핀 430: 비아홀
434: 슬롯홀

Claims (5)

  1. 제 1전극단자와 제 2전극단자를 각각 구비하는 복수 개의 캐패시터 셀; 상기 캐패시터 셀 각각의 상기 제 1전극단자와 상기 제 2전극단자를 일대일로 접속하도록 접속부재를 갖는 보호회로모듈; 및 상기 제 1전극단자와 상기 제 2전극단자를 해당되는 상기 접속부재에 접속 후 접속된 상태를 유지하는 접속유지부를 포함하고,
    상기 보호회로모듈은, 상기 제 1전극단자와 상기 제 2전극단자를 일대일 삽입 허용하는 삽입홀을 통공하고, 상기 삽입홀 각각에 통전 가능한 상기 접속부재를 구비하는 회로보드; 및 상기 회로보드에 패터닝되어, 상기 접속부재와 연결된 한 쌍씩의 상기 제 1전극단자와 상기 제 2전극단자를 통해, 복수 개의 상기 캐패시터 셀에 직렬 또는 병렬로 충전을 제어하는 회로부를 포함하며,
    상기 접속유지부는, 상기 제 1전극단자와 상기 제 2전극단자를 각각 감싼 상태로 고정되는 도전성과 접합성이 우수한 재질의 리드플레이트; 및 상기 리드플레이트를 대응되는 삽입홀에 삽입하고, 해당되는 접속부재와 접합처리하여 형성되는 접합부를 포함하고,
    상기 제 1전극단자는 전지케이스에 감싸지는 제 1전극에서 연장되며, 상기 제 2전극단자는 상기 전지케이스에 감싸지는 제 2전극에서 연장되고,
    상기 리드플레이트는 대응되는 상기 제 1전극단자와 상기 제 2전극단자를 각각 감싼 상태로 고정된 후 대응되는 상기 삽입홀에 삽입된 채 상기 접속부재에 의해 상기 회로보드에 전기적으로 연결 고정되는 것을 특징으로 하는 캐패시터팩.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1전극단자와 상기 제 2전극단자는 해당되는 리드플레이트와 리벳팅되어 결속되는 것을 특징으로 하는 캐패시터팩.
  5. 삭제
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP5111099B2 (ja) * 2007-12-28 2012-12-26 シャープ株式会社 電池パック
KR101340062B1 (ko) * 2012-01-05 2013-12-11 (주)위드 전지셀 및 전지셀의 전극리드 용접 방법
JP6022897B2 (ja) * 2012-10-30 2016-11-09 日本航空電子工業株式会社 コネクタ、単電池および組電池
JP6039490B2 (ja) * 2013-04-16 2016-12-07 日本航空電子工業株式会社 コネクタおよび組電池

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