KR20130080240A - 전기에너지 저장장치 어셈블리 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 충방전 기능을 제공하는 복수개의 셀과, 서로 다른 셀들을 연결하는 부스바와, 상기 부스바에 접속되는 회로기판을 포함하고, 상기 부스바에 대응하도록 복수개가 마련되고, 일편이 상기 회로기판에 실장되고 타편은 상기 부스바에 조립되는 도체 플레이트;를 구비한 것을 특징으로 하는 전기에너지 저장장치 어셈블리를 개시한다.

Description

전기에너지 저장장치 어셈블리 및 그 제조방법{ELECTRIC ENERGY STORAGE DEVICE ASSEMBLY AND FABRICATING METHOD THEREOF}
본 발명은 전기에너지 저장장치 어셈블리에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 회로기판과 부스바(Busbar) 간의 접속구조가 개선된 전기에너지 저장장치 어셈블리와 그 제조방법에 관한 것이다.
차세대 전기에너지 저장장치로 각광받고 있는 울트라 캐패시터(Ultra Capacitor)는 슈퍼 캐패시터(Super Capacitor)라고도 불리우며, 전해콘덴서와 이차전지의 중간적인 특성을 갖는 에너지 저장장치로서 높은 효율, 반영구적인 수명특성으로 인해 이차전지와의 병용 및 대체가 가능한 장점이 있다.
울트라 캐패시터는, 유지보수(Maintenance)가 용이하지 않고 장기간의 사용 수명이 요구되는 애플리케이션(Application)에 대해서는 축전지 대체용으로 이용되기도 한다. 울트라 캐패시터는 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 울트라 캐패시터를 적용함에 있어서, 고전압용 전지로 사용되기 위해서는 수천 패럿(Farad) 또는 수백 볼트의 고전압 모듈(module)이 필요하다. 고전압 모듈은 도 1에 도시된 바와 같이 복수개의 울트라 캐패시터를 필요한 수량만큼 연결함으로써 달성될 수 있다. 이때, 각각의 셀(10)은 부스바(20)에 의해 전극 터미널들이 연결된 어셈블리 형태로 구성된다.
일반적으로 울트라 캐패시터 어셈블리에는 각 셀(10)의 전압을 센싱하여 충/방전 전압을 밸런싱(Balancing)하는 밸런싱 회로기판(30)이 구비된다. 각 셀(10)의 전압을 센싱하기 위하여 각각의 부스바(20)는 하네스(Harness)(40)를 통해 밸런싱 회로기판(30)에 접속된다.
도 2에 도시된 바와 같이 밸런싱 회로기판(30)은 직렬로 연결된 셀(10)들 간에 균등한 충/방전 전압을 만들어 주기 위한 것으로서, 비교기, 저전류 방전 스위칭 소자, 저항 등을 포함한다. 전술한 바와 같이 밸런싱 회로기판(30)에서 연장된 하네스(40)는 각각의 부스바(20)에 접속되므로 각 셀(10)의 양단 전압을 센싱하는 것이 가능하다.
상기 울트라 캐패시터 어셈블리는, 복수개의 셀(10)과 부스바(20)가 조립된 셀 어셈블리 모듈을 준비하고, 하네스(40)의 각 도선별로 정해진 부스바(20)를 찾아서 도선의 터미널을 부스바(20)에 연결하고, 하네스(40)의 커넥터를 밸런싱 회로기판(30)에 접속하는 공정에 의해 조립이 완료된다.
그런데, 상기와 같은 구조를 가진 울트라 캐패시터 어셈블리는 하네스(40)의 각 도선을 정해진 부스바(20)에 일일이 위치시켜야 하므로 배열작업에 시간이 많이 걸리고, 오배선, 단선 등의 배선불량이 발생할 수 있는 취약점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 다수의 부스바에 일괄적으로 회로기판의 접속부를 배열하고, 결선작업을 편리하게 수행할 수 있는 구조를 가진 전기에너지 저장장치 어셈블리 및 그 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 충방전 기능을 제공하는 복수개의 셀과, 서로 다른 셀들을 연결하는 부스바와, 상기 부스바에 접속되는 회로기판을 포함하고, 상기 부스바에 대응하도록 복수개가 마련되고, 일편이 상기 회로기판에 실장되고 타편은 상기 부스바에 연결되는 도체 플레이트;를 구비한 것을 특징으로 하는 전기에너지 저장장치 어셈블리를 제공한다.
상기 부스바에는 체결공이 형성되고, 상기 체결공을 통하여 상기 도체 플레이트가 상기 부스바에 볼트결합되어 연결되는 것이 바람직하다.
상기 도체 플레이트는, 상기 부스바와 포개어지고 일부에는 상기 부스바의 체결공과 대응되는 결합공이 형성된 평면부와, 상기 평면부로부터 수직하게 돌출되어 상기 회로기판에 납땜되는 실장부를 구비할 수 있다.
상기 회로기판은 셀 밸런싱 기능을 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 충방전 기능을 제공하는 복수개의 셀과, 서로 다른 셀들을 연결하는 부스바와, 상기 부스바에 접속되는 회로기판을 구비한 전기에너지 저장장치 어셈블리의 제조방법에 있어서, (a) 복수개의 셀과 부스바가 조립된 셀 어셈블리 모듈을 준비하는 단계; (b) 상기 회로기판에, 상기 부스바에 대응하도록 복수개의 도체 플레이트를 실장하는 단계; (c) 상기 회로기판 및 도체 플레이트의 조립체를 상기 셀 어셈블리 모듈 위에 배치하는 단계; 및 (d) 상기 도체 플레이트를 상기 부스바에 조립하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기에너지 저장장치 어셈블리의 제조방법이 제공된다.
상기 단계 (b)에서는, 상기 도체 플레이트가 상기 회로기판의 가장자리 바깥에 위치하도록 배열하고, 상기 도체 플레이트의 일편을 상기 회로기판에 납땜하여 실장할 수 있다.
상기 단계 (d)에서는, 상기 도체 플레이트를 상기 부스바에 볼트결합하여 체결할 수 있다.
본 발명에 따르면 회로기판에 실장된 복수개의 도체 플레이트를 다수의 부스바에 한꺼번에 정위치시킬 수 있으므로 작업능률을 향상시킬 수 있다.
또한, 부스바에 도체 플레이트를 체결하는 작업에 의해 결선이 이루어지므로 오배선, 단선 등의 배선불량의 문제가 발생하지 않는 장점이 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 평면도,
도 2는 도 1의 회로 구성도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기에너지 저장장치 어셈블리의 구성을 도시한 부분 확대 사시도,
도 4는 도 3에서 도체 플레이트의 구성을 도시한 사시도,
도 5는 본 발명에 따라 제공되는 회로기판 및 도체 플레이트의 조립체를 도시한 평면도이다.
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 실시예에 따른 전기에너지 저장장치 어셈블리의 구성을 도시한 부분 확대 사시도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기에너지 저장장치 어셈블리는 충방전 기능을 제공하는 복수개의 셀(100)과, 서로 다른 셀(100)들을 연결하는 부스바(110)와, 회로기판(120)과 부스바(110)를 연결하는 도체 플레이트(200)를 구비한다.
각각의 셀(100)은 양극, 음극, 세퍼레이터 및 전해질로 구성되어 전기화학적 에너지 저장기능을 제공하는 것으로서, 바람직하게 울트라 캐패시터에 의해 제공된다. 전기에너지 저장장치 어셈블리 내에 배열되는 셀(100)의 개수는 필요한 용량이나 전압에 따라 다양하게 변형 가능하다.
부스바(110)는 인접한 셀(100)들의 전극 터미널을 상호 직렬로 연결시키는 것으로서, 중간 지점에 소정의 체결공(미도시)이 형성된 바(Bar) 또는 플레이트(Plate) 형태의 도전체로 구성된다.
회로기판(120)은 부스바(110)에 접속되어 전기에너지 저장장치에 필요한 전압 측정, 충방전 제어 등의 기능을 수행한다. 바람직하게, 회로기판(120)으로는 각 셀(100)의 양단 전압을 측정하여 셀(100)들 간에 균등한 충/방전 전압을 만들어 주는 통상의 셀 밸런싱 회로기판이 채용될 수 있다(도 2의 30 참조).
도체 플레이트(200)는 부스바(110)와 일대일 대응하도록 구비되어, 부스바(110)와 회로기판(120) 간의 전기적 접속기능을 제공한다. 이를 위해, 도체 플레이트(200)의 일편은 납땜에 의해 회로기판(120)에 실장되고, 타편은 바람직하게 볼트 형태의 체결부재(115)에 의해 부스바(110)에 체결된다.
도 4에 도시된 바와 같이 도체 플레이트(200)는 부스바(110)의 체결공과 대응하는 결합공(202)이 형성된 평면부(201)와, 평면부(201)의 한쪽 단부로부터 수직하게 돌출되어 회로기판(120)에 납땜되는 적어도 둘 이상의 실장부(203a,203b)를 구비한다. 도체 플레이트(200)와 부스바(110) 간의 체결시, 도체 플레이트(200)의 평면부(201)는 부스바(110)의 일부와 포개어지고, 도체 플레이트(200)의 결합공(202)은 부스바(110)의 체결공과 정렬된다.
상기와 같은 구성을 가진 전기에너지 저장장치 어셈블리의 제조방법은, 셀 어셈블리 모듈 준비 공정과, 회로기판(120)에 대한 도체 플레이트(200)의 실장 공정과, 셀 어셈블리 모듈에 대한 도체 플레이트(200)의 배치 공정과, 도체 플레이트(200)와 부스바(110) 간의 체결 공정을 포함한다.
셀 어셈블리 모듈 준비 공정에서는, 소정의 하우징 내에 복수개의 셀(100)을 배열하고 상기 셀(100)들이 상호 직렬로 연결되도록 부스바(110)를 조립한다.
도체 플레이트(200)의 실장 공정에서는, 셀 밸런싱 기능을 제공하는 회로기판(120)을 구비하고, 부스바(110)와 일대일 대응하도록 복수개의 도체 플레이트(200)를 상기 회로기판(120)에 실장함으로써 도 5에 도시된 바와 같은 회로기판(120) 및 도체 플레이트(200)의 조립체를 제작한다. 여기서, 도체 플레이트(200)는 회로기판(120)의 가장자리 바깥에 위치하도록 배열되고, 도체 플레이트(200)의 일편은 회로기판(120)에 납땜됨으로써 실장된다.
도체 플레이트(200)의 배치 공정에서는, 회로기판(120) 및 도체 플레이트(200)의 조립체를 상기 셀 어셈블리 모듈 위에 배치하여 복수개의 도체 플레이트(200)의 결합공(202)과 부스바(110)의 체결공을 일괄적으로 정렬하는 작업을 수행한다.
도체 플레이트(200)의 체결 공정에서는, 도체 플레이트(200)의 평면부(201)가 부스바(110)에 올려진 상태에서 도체 플레이트(200)의 결합공(202)과 부스바(110)의 체결공을 관통하도록 볼트 형태의 체결부재(115)를 결합하여 도체 플레이트(200)를 부스바(110)에 체결한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면 회로기판(120)에 실장된 복수개의 도체 플레이트(200)를 다수의 부스바(110)에 한꺼번에 정렬한 상태에서 체결부재(115)를 이용하여 부스바(110)에 도체 플레이트(200)를 조립함으로써 간편하게 회로기판(120)을 부스바(110)에 접속할 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 110: 부스바
115: 체결부재 120: 회로기판
200: 도체 플레이트 201: 평면부
202: 결합공 203a,203b: 실장부

Claims (7)

  1. 충방전 기능을 제공하는 복수개의 셀과, 서로 다른 셀들을 연결하는 부스바와, 상기 부스바에 접속되는 회로기판을 구비한 전기에너지 저장장치 어셈블리에 있어서,
    상기 부스바에 대응하도록 복수개가 마련되고, 일편이 상기 회로기판에 실장되고 타편은 상기 부스바에 연결되는 도체 플레이트;를 구비한 것을 특징으로 하는 전기에너지 저장장치 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 부스바에는 체결공이 형성되고,
    상기 체결공을 통하여 상기 도체 플레이트가 상기 부스바에 볼트결합되어 연결된 것을 특징으로 하는 전기에너지 저장장치 어셈블리.
  3. 제2항에 있어서, 상기 도체 플레이트는,
    상기 부스바와 포개어지고 일부에는 상기 부스바의 체결공과 대응되는 결합공이 형성된 평면부와, 상기 평면부로부터 수직하게 돌출되어 상기 회로기판에 납땜되는 실장부를 구비한 것을 특징으로 하는 전기에너지 저장장치 어셈블리.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 회로기판은 셀 밸런싱 기능을 제공하는 것을 특징으로 하는 전기에너지 저장장치 어셈블리.
  5. 충방전 기능을 제공하는 복수개의 셀과, 서로 다른 셀들을 연결하는 부스바와, 상기 부스바에 접속되는 회로기판을 구비한 전기에너지 저장장치 어셈블리의 제조방법에 있어서,
    (a) 복수개의 셀과 부스바가 조립된 셀 어셈블리 모듈을 준비하는 단계;
    (b) 상기 회로기판에, 상기 부스바에 대응하도록 복수개의 도체 플레이트를 실장하는 단계;
    (c) 상기 회로기판 및 도체 플레이트의 조립체를 상기 셀 어셈블리 모듈 위에 배치하는 단계; 및
    (d) 상기 도체 플레이트를 상기 부스바에 조립하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기에너지 저장장치 어셈블리의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 단계 (b)에서,
    상기 도체 플레이트가 상기 회로기판의 가장자리 바깥에 위치하도록 배열하고, 상기 도체 플레이트의 일편을 상기 회로기판에 납땜하여 실장하는 것을 특징으로 하는 전기에너지 저장장치 어셈블리의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 단계 (d)에서,
    상기 도체 플레이트를 상기 부스바에 볼트결합하여 조립하는 것을 특징으로 하는 전기에너지 저장장치 어셈블리의 제조방법.
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