KR20120019846A - 슈퍼 커패시터 모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 슈퍼 커패시터 모듈에 관한 것으로, 다수의 슈퍼 커패시터; 상기 각 슈퍼 커패시터의 수용을 위한 수용부를 구비하며, 상기 각 슈퍼 커패시터의 측면으로부터 방출된 열을 제거하는 수냉 자켓; 및 상기 슈퍼 커패시터와 상기 수냉 자켓사이에 개재되어 상기 수냉 자켓에 상기 슈퍼 커패시터를 밀착하는 방열 패드;를 포함하여, 슈퍼 커패시터의 방열 효과를 증대시킬 수 있다.
Description
본 발명은 슈퍼 커패시터 모듈에 관한 것으로, 수냉 자켓 및 방열 패드를 구비한 슈퍼 커패시터 모듈에 관한 것이다.
슈퍼 커패시터는 전기 자동차, 하이브리드 전기자동차, 연료전지 자동차, 중장비 및 휴대용 전자장치등에 적용될 수 있는 신재생 에너지 분야의 고품질 에너지 원으로 각광받고 있다.
슈퍼 커패시터는 전기이중층 원리를 이용하는 전기이중층 커패시터(Electrical double layer)와 전기화학적 산화-환원 반응을 이용하는 하이브리드 슈퍼 커패시터(Hybrid supercapacitor)로 구분될 수 있다. 여기서, 슈퍼 캐패시터는 고출력 에너지 특성을 필요로 하는 분야에서 많이 사용되고 있으나, 2차 전지에 비해 작은 용량을 가지고 있다. 이에 비하여, 하이브리드 슈퍼 커패시터는 전기이중층 커패시터의 용량 특성을 개선할 새로운 대안으로 많은 연구가 이루어지고 있다. 특히, 하이브리드 슈퍼 커패시터 중 리튬 이온 커패시터(1Lithium ion capacitor; LIC)는 전기이중층 캐패시터에 비해 3 내지 4배 정도의 축전용량을 가질 수 있다.
이와 같은 슈퍼 커패시터는 서로 교대로 적층된 양극 및 음극과 적층된 양극 및 음극 사이에 구비되어 양극과 음극을 서로 전기적으로 분리하는 세퍼레이터를 구비할 수 있다.
한편, 슈퍼 커패시터는 높은 출력 특성을 가지나 낮은 에너지 저장 특성을 가짐에 따라, 자동차나 중장비에서 여러 개의 슈퍼 커패시터들을 직렬 또는 병렬로 연결한 모듈의 형태로 사용되고 있다.
이때, 슈퍼 커패시터 모듈은 다수개의 슈퍼 커패시터의 구동을 통해 에너지 저장 특성을 향상시킬 수 있으나, 슈퍼 커패시터 모듈의 구동시 발생되는 열도 함께 급격하게 증가되어 슈퍼 커패시터 모듈의 신뢰성이나 안정성이 저하될 수 있다. 이에 따라, 슈퍼 커패시터 모듈에서 구비될 수 있는 슈퍼 커패시터의 갯수나 슈퍼 커패시터 모듈의 사용환경이 제한적일 수 밖에 없다.
이에 따라, 슈퍼 커패시터 모듈의 구동시 발생된 열을 효율적으로 방출 또는 제거하기 위한 기술이 필요되고 있다.
따라서, 본 발명은 슈퍼 커패시터 모듈에서 발생될 수 있는 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 구체적으로 수냉 자켓 및 방열 패드를 구비하여, 각각의 슈퍼 커패시터로부터 발생된 열을 방열할 수 있는 슈퍼 커패시터 모듈을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 목적은 슈퍼 커패시터 모듈을 제공하는 것이다. 상기 슈퍼 커패시터 모듈은 다수의 슈퍼 커패시터; 상기 각 슈퍼 커패시터의 수용을 위한 수용부를 구비하며, 상기 각 슈퍼 커패시터의 측면으로부터 방출된 열을 제거하는 수냉 자켓; 및 상기 슈퍼 커패시터와 상기 수냉 자켓사이에 개재되어 상기 수냉 자켓에 상기 슈퍼 커패시터를 밀착하는 방열 패드;를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 수냉 자켓의 수용부는 상기 수냉 자켓의 몸체에서 함몰된 홈 또는 상기 수냉 자켓의 몸체를 관통하는 홀의 형태를 가질 수 있다.
또한, 상기 수냉 자켓은 상기 각 슈퍼 커패시터의 사방에 배치되어 상기 슈퍼 커패시터를 지지하는 수냉 블럭들을 포함할 수 있다.
또한, 상기 수용부는 상기 수냉 블럭들의 결합에 의해 형성될 수 있다.
또한, 상기 다수의 슈퍼 커패시터들을 포함한 상기 수냉 자켓의 하면 및 상면 중 적어도 어느 일면에 배치된방열 플레이트를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 슈퍼 커패시터와 상기 방열 플레이트 사이에 추가 방열패드를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 방열패드는 탄성재질을 포함할 수 있다.
또한, 상기 방열패드의 적어도 일면에 접착층을 구비할 수 있다.
또한, 상기 접착층은 열전도 필러를 포함할 수 있다.
본 발명의 슈퍼 커패시터 모듈은 각 슈퍼 커패시터 사이에 수냉 자켓을 구비하여, 각 슈퍼 커패시터의 측면에서 발생된 열을 효과적으로 제거할 수 있다.
또한, 본 발명의 슈퍼 커패시터 모듈에 구비된 수냉 자켓은 다수의 슈퍼 커패시터를 수용하기 위한 수용부를 가짐에 따라, 슈퍼 커패시터 모듈의 조립성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 슈퍼 커패시터 모듈은 슈퍼 커패시터의 상부나 하부에 방열 기판을 더 구비하여, 슈퍼 커패시터 모듈의 상부나 하부의 열을 효과적으로 제거할 수 있다.
또한, 본 발명의 슈퍼 커패시터 모듈은 수냉 자켓과 슈퍼 커패시터 사이에 방열 패드를 구비하여, 수냉 자켓에 슈퍼 커패시터의 밀착성을 확보하여, 슈퍼 커패시터로부터 수냉 자켓으로 열 전도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 슈퍼 커패시터 모듈의 개략 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 슈퍼 커패시터 모듈의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 슈퍼 커패시터 모듈의 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시예들은 슈퍼 커패시터 모듈의 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되어지는 것이다.
따라서, 본 발명은 이하 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 슈퍼 커패시터 모듈의 개략 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 슈퍼 커패시터 모듈(100)은 다수개의 수용부(120)를 구비한 수냉자켓(110), 각 수용부(120)에 수용된 슈퍼 커패시터(130) 및 슈퍼 커패시터(130)와 수냉자켓(110)사이에 개재되어 수냉자켓(110)에 슈퍼 커패시터(130)를 밀착하는 방열 패드(140)를 포함할 수 있다.
수냉자켓(110)은 몸체 내부에 냉각수의 흐름을 위한 수로부를 구비할 수 있어, 냉각수의 흐름을 통해 열을 냉각시킬 수 있다. 여기서, 수냉자켓(110)은 우수한 열전도율을 갖는 재질, 예컨대 알루미늄 및 구리등의 금속소재로 이루어질 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예에서 수냉자켓의 재질에 대해 한정하는 것은 아니다.
슈퍼 커패시터(130)는 수냉자켓(110)에 구비된 수용부(120)에 삽입되어 있어, 슈퍼 커패시터(130)의 측면은 수냉자켓(110)과 접촉될 수 있다. 여기서, 수냉자켓(110)은 다수의 슈퍼 커패시터(130)들 각각의 사이에 각각 구비되어, 슈퍼 커패시터(130)에서 발생된 열을 효과적으로 방열시킬 수 있다. 이에 따라, 슈퍼 커패시터 모듈(100)은 발열에 의한 신뢰성 및 안정성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 슈퍼 커패시터 모듈(100)에 구비되는 슈퍼 커패시터(130)의 갯수나 슈퍼 커패시터 모듈(100)의 작업 환경에 대한 제약도 해소될 수 있다. 또한, 슈퍼 커패시터(130)는 수냉자켓(110)의 수용부(120)에 삽입하여 조립함에 따라, 슈퍼 커패시터 모듈(100)의 조립성을 향상시킬 수 있다.
수용부(120)의 형태는 슈퍼 커패시터(130)와 대응된 형태로 형성될 수 있다. 예컨대, 슈퍼 커패시터(130)가 원기둥의 형태를 가질 경우, 수용부(120)는 수냉자켓(110)을 이루는 몸체의 내부로 함몰된 원기둥의 홈 또는 수냉자켓(110)을 이루는 몸체를 관통하는 원기둥의 홀을 가질 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예에서 슈퍼 커패시터의 형태에 대해 한정하는 것은, 슈퍼 커패시터(130)는 각형의 형태를 가질 수 있으며, 이때, 수용부(120)는 각형의 형태를 가질 수 있다.
특히, 수용부(120)가 홈의 형태를 가질 경우, 슈퍼 커패시터의 바닥면도 수냉자켓과 접촉될 수 있어, 슈퍼 커패시터의 측면에서 형성된 열뿐만 아니라 바닥면에서 형성된 열도 방열시킬 수 있다.
수냉자켓(110)과 슈퍼 커패시터(130)간의 밀착력이 저하될 수 있어, 슈퍼 커패시터(130)의 방열 효과가 저하될 수 있다. 이때, 방열 패드(140)는 수냉자켓(110)과 슈퍼 커패시터(130) 사이에 개재되어 슈퍼 커패시터(130)와 수냉자켓(110) 사이의 밀착력은 확보될 수 있다. 이에 따라, 슈퍼 커패시터(130)로부터 발생된 열은 수냉자켓(110)으로부터 효율적으로 전달될 수 있어, 슈퍼 커패시터(130)에서 발생된 열은 효과적으로 방열될 수 있다.
방열 패드(140)는 수냉자켓(110)에 구비된 수용부(120)의 내부에 배치될 수 있다. 즉, 방열 패드(140)는 수용부(120)를 형성하기 위한 수냉자켓(110)의 내측벽(121)에 형성되어 있을 수 있다.
방열 패드(140)는 탄성을 갖는 재질을 포함하고 큐션을 갖는 필름형태로 수용부 내부에 쉽게 부착될 수 있어, 슈퍼 커패시터(130)의 삽입이 용이해질 수 있다. 또한, 방열 패드(140)의 탄성력에 의해 수냉자켓(110)과 슈퍼 커패시터(130)간의 밀착력을 더욱 증대시킬 수 있을 뿐만 아니라, 슈퍼 커패시터 모듈의 진동을 흡수하는 완충 작용도 할 수 있다. 여기서, 탄성을 갖는 재질의 예로서는 폴리아크릴계 수지, 실리콘계 수지, 폴리우레탄계 수지, 폴리부타디엔계 수지, 폴리이소프렌계 수지, 폴리에틸렌계 수지, 폴리프로필렌계 수지 및 폴리비닐리덴클로라이드 계 수지 및 천연 고무(natural rubber) 중 어느 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있다. 또한, 방열패드는 열 전달을 위한 열전도 필러, 예컨대, 금속 파우더 또는 세라믹 분말을 포함할 수 있다. 이때, 금속 파우더의 예로서는 알루미늄, 은, 구리, 니켈 및 텅스텐 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물일 수 있다. 또한, 세라믹 분말의 예로서는 실리콘(silicone), 그라파이트(graphite) 및 카본 블랙(carborn black)일 수 있다. 본 발명의 실시예에서 방열 패드의 재질에 대해 한정하는 것은 아니다.
또한, 도면에는 도시되지 않았으나, 방열 패드(140)의 일측면에 접착층을 더 구비하여, 수냉자켓(110)에 방열 패드(140)를 용이하게 접합시킬 수 있다. 여기서, 접착층은 열전도 필러, 예컨대 금속 파우더 또는 세라믹 분말을 더 포함하여, 접착층을 통해 열전도률이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
이에 더하여, 수용부(120)가 홈의 형태를 가질 경우, 방열 패드(140)는 수용부를 형성하기 위한 수냉자켓(110)의 바닥면에 더 형성되어 있을 수 있으므로 슈퍼 커패시터(130)의 측면 뿐만 아니라 바닥면과 수냉자켓(110)간의 밀착력을 확보할 수 있다.
슈퍼 커패시터 모듈(100)은 냉각수를 외부로부터 공급받아 수냉자켓(110)으로 공급하는 유입부(150)와 수냉자켓(110)으로부터 배출된 냉각수를 외부로 방출하는 유출부(160)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 유입부(150)는 수냉자켓(110)의 내측에 구비되 수로와 연결되어 있을 수 있다. 또한, 도면에는 도시하지 않았으나, 유입부(150)로 냉각수를 공급하기 위한 펌프와 연결되어, 수냉자켓(110)으로 투입되는 냉각수의 속도 및 냉각수의 양을 효과적으로 제어할 수 있다.
여기서, 유입부(150)와 유출부(160)는 슈퍼 커패시터 모듈(100)의 하부에 배치되어 있을 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 유입부(150)는 수냉자켓으로 냉각수의 유입을 용이하게 진행하기 위해 슈퍼 커패시터 모듈(100)의 상부에 배치되고, 유출부(160)는 수냉자켓(110)으로부터 냉각수의 유출을 용이하게 진행하기 위해 슈퍼 커패시터 모듈(100)의 하부에 배치될 수도 있다.
이에 더하여, 슈퍼 커패시터 모듈(100)은, 도면에는 도시하지 않았으나, 다수의 슈퍼 커패시터(130) 상면 및 하면 중 적어도 하나의 면에 방열 플레이트를 더 구비할 수 있다. 이때, 방열 플레이트는 내부에 냉각 매체의 흐름을 위한 냉각 유로를 구비할 수 있다. 이에 따라, 슈퍼 커패시터 모듈(100)의 상면 및 하면 중 적어도 일면에서 발생된 열을 제거할 수 있어, 슈퍼 커패시터 모듈(100)의 방열 효과를 더욱 증대시킬 수 있다.
여기서, 수용부가 홀의 형태를 가질 경우, 슈퍼 커패시터의 바닥면과 방열 플레이트는 접촉할 수 있다. 이때, 슈퍼 커패시터와 방열 플레이트 사이에 추가 방열패드가 더 개재되어, 슈퍼 커패시터와 방열 플레이트 간의 밀착력을 높이고 진동을 완충시킬 수 있다. 이에 따라, 슈퍼 커패시터의 바닥면에서 발생된 열을 효과적으로 방열시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 슈퍼 커패시터 모듈은 수냉 자켓과 슈퍼 커패시터 사이에 방열 패드를 구비하여, 커패시터는 수용부의 내부에 밀착되며 삽입될 수 있어, 슈퍼 커패시터의 방열 효과를 증대시키고 이와 동시에 진동의 완충 효과를 기대할 수 있다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 슈퍼 커패시터 모듈의 단면도이다. 여기서, 수냉 자켓의 형태 및 방열 패드의 형태를 제외하고 앞서 설명한 제 1 실시예에 따른 슈퍼 커패시터 모듈과 동일한 기술적 구성을 가지므로, 제 1 실시예와 반복된 설명은 생략하기로 한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 슈퍼 커패시터 모듈는 슈퍼 커패시터(130), 수냉 자켓(110) 및 방열 패드(140)를 포함할 수 있다.
수냉 자켓(110)은 내부에 각각 냉각수의 흐름을 위한 수로를 구비할 수 있다. 이때, 수냉 자켓(110)은 슈퍼 커패시터(130)에서 발생된 열을 방열시키는 역할을 할 수 있다.
수냉 자켓(110)은 슈퍼 커패시터(130)의 사방에 배치된 다수의 수냉 블럭(111)을 포함할 수 있다. 여기서, 수냉 자켓(110)의 수용부(120)는 제 1 및 제 2 수냉블럭(111a, 111b)을 포함할 수 있다. 여기서, 슈퍼 커패시터(130)가 원형의 형태를 가질 경우, 제 1 수냉블럭(111a)은 반타원형의 제 1 홈부를 갖는 제 1 측벽(121a)을 구비하며, 제 2 수냉블럭(111b)은 제 1 측벽(121a)과 좌우 대칭 구조를 갖는 반타원형의 제 2 홈부를 갖는 제 2 측벽(121b)을 구비할 수 있다. 이때, 제 1 및 제 2 측벽(121a, 121b)이 서로 마주하도록 제 1 및 제 2 수냉블럭(111a, 111b)을 결합시킬 경우, 슈퍼 커패시터(100)의 수용을 위한 수용부(120)가 형성될 수 있다.
제 1 및 제 2 측벽(121a, 121b)은 각각 제 1 및 제 2 홈부를 다수개 구비할 수 있어, 제 1 및 제 2 수냉블럭(111a, 111b)이 결합될 경우, 다수의 수용부(120)를 형성할 수 있다. 즉, 제 1 수냉블럭(111a)은 다수의 슈퍼 커패시터(130) 중 일렬로 배치된 슈퍼 커패시터의 일부분들을 수용할 수 있다. 또한, 제 2 수냉블럭(111b)은 제 1 수냉블럭(311a)과 결합되며 일렬로 배치된 슈퍼 커패시터(100)의 나머지 부분들을 수용할 수 있다.
본 발명의 제 2 실시예에서, 수냉 자켓은 2개의 수냉 블럭(111)을 구비하는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 2개 이상의 다수개의 수냉 블럭(111)을 구비할 수도 있다.
방열 패드(140)는 제 1 및 제 2 측벽(121a, 121b)에 각각 배치된 제 1 및 제 2 방열패드(141, 142)를 포함할 수 있다. 여기서, 제 1 및 제 2 수냉블럭(111a, 111b)의 결합할 때, 제 1 및 제 2 방열패드(141, 142)는 서로 결합하여 수용부(120)의 내측벽에 구비될 수 있다. 이에 따라, 제 1 및 제 2 방열패드(141, 142)를 제 1 및 제 2 측벽(121a, 121b)에 각각 구비하여 부착함에 따라, 용이하게 방열패드(140)를 수냉자켓(110)의 수용부(120) 내부에 채용할 수 있다.
따라서, 본 발명의 제 2 실시예에서와 같이, 수냉 자켓을 적어도 2개의 수냉 블럭을 구비한 후, 각 수냉 블럭의 내측벽에 방열패드를 부착함에 따라, 수냉 자켓의 수용부에 용이하게 방열패드를 채용할 수 있다.
100 : 슈퍼 커패시터 모듈
110 : 수냉자켓
120 : 수용부
130 : 슈퍼 커패시터
140 : 방열 패드
110 : 수냉자켓
120 : 수용부
130 : 슈퍼 커패시터
140 : 방열 패드
Claims (9)
- 다수의 슈퍼 커패시터;
상기 각 슈퍼 커패시터의 수용을 위한 수용부를 구비하며, 상기 각 슈퍼 커패시터의 측면으로부터 방출된 열을 제거하는 수냉 자켓; 및
상기 슈퍼 커패시터와 상기 수냉 자켓사이에 개재되어 상기 수냉 자켓에 상기 슈퍼 커패시터를 밀착하는 방열 패드;
를 포함하는 슈퍼 커패시터 모듈.
- 제 1 항에 있어서,
상기 수냉 자켓의 수용부는 상기 수냉 자켓의 몸체에서 함몰된 홈 또는 상기 수냉 자켓의 몸체를 관통하는 홀의 형태를 갖는 슈퍼 커패시터 모듈.
- 제 1 항에 있어서,
상기 수냉 자켓은 상기 각 슈퍼 커패시터의 사방에 배치되어 상기 슈퍼 커패시터를 지지하는 수냉 블럭들을 포함하는 슈퍼 커패시터 모듈.
- 제 3 항에 있어서,
상기 수용부는 상기 수냉 블럭들의 결합에 의해 형성되는 슈퍼 커패시터 모듈.
- 제 1 항에 있어서,
상기 다수의 슈퍼 커패시터들을 포함한 상기 수냉 자켓의 상면 및 하면 중 적어도 어느 일면에 배치된방열 플레이트를 더 포함하는 슈퍼 커패시터 모듈.
- 제 5 항에 있어서,
상기 슈퍼 커패시터와 상기 방열 플레이트 사이에 추가 방열패드를 더 포함하는 슈퍼 커패시터 모듈.
- 제 1 항에 있어서,
상기 방열패드는 탄성재질을 포함하는 슈퍼 커패시터 모듈.
- 제 1 항에 있어서,
상기 방열패드의 적어도 일면에 접착층을 구비하는 슈퍼 커패시터 모듈.
- 제 1 항에 있어서,
상기 접착층은 열전도 필러를 포함하는 슈퍼 커패시터 모듈.
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2010
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