KR20140069142A - 울트라캐패시터의 안전한 동작을 모니터하기 위한 방법 - Google Patents
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Abstract
전극들 및 전해질을 유지하기 위한 전기화학적 이중층 캐패시터의 컨테이너는 공동 및 이 공동을 갖는 유체-기밀 저장소를 형성하는 하우징에 연결된 캡부를 갖춘 하우징을 포함한다. 또한, 상기 컨테이너는 하나 또는 그 이상의 상기 하우징 또는 캡부에 통합된 다수의 단자를 포함하며, 상기 다수의 단자는 상기 전극들에 전기적으로 연결되도록 채용되고, 압력-감응 멤브레인이 상기 하우징 또는 캡부의 어느 하나에 통합된다. 상기 컨테이너 내측의 압력을 모니터하는 압력 모니터링 시스템은 상기 압력-감응 멤브레인의 편향을 측정하도록 채용된 변위 측정 장치를 포함한다.
Description
본 출원은 35 U.S.C.§120 하에 2011년 9월 20일 출원된 미국 출원 제13/237,139호를 우선권 주장하고 있으며, 상기 특허 문헌의 내용은 참조를 위해 본 발명에 모두 포함된다.
본 발명은 통상 전기화학적 이중층 캐패시터를 위한 압력 모니터링 시스템에 관한 것이다.
전기 이중층 캐패시터, 또는 울트라캐패시터(ultracapacitor)는 통상 다른 전기화학적 캐패시터 타입들보다 높은 에너지 밀도를 나타내는 전기화학적 에너지 저장 장치들이다. 그러나, 그러한 전기화학적 이중층 캐패시터가 시간에 걸쳐 정격 전압으로 충전될 때, 그 캐패시터가 수용되는 컨테이너(container) 내측에 가스가 생성될 수 있다. 이러한 가스의 생성은 상기 전기화학적 이중층 캐패시터를 저장 및 방출할 때 야기되는 원하지 않는 화학적 그리고 전기화학적 반응의 산물이다. 그러한 가스의 생성은 상기 컨테이너의 내부 압력을 증가시키려는 경향이 있다.
상기 전기화학적 이중층 캐패시터로부터 생성된 가스를 배출하는 것은 바람직하지 않을 것이다. 예컨대, 그러한 가스는 인간 또는 환경에 해로우며, 화재나 폭발을 야기할 수도 있다. 더욱이, 그러한 배출에는 컨테이너 내에 외부 공기 및 수증기를 도입하게 하는데, 이는 전기화학적 이중층 캐패시터의 성능을 더 저하시킬 수 있다.
본 발명자들은 그러한 전기화학적 이중층 캐패시터의 성능 자체가 저하됨에 따라 충전 동안 상기 전기화학적 이중층 캐패시터가 가스의 생성을 증가시킨다는 것을 알아냈다. 상기 전기화학적 이중층 캐패시터의 성능이 저하됨에 따라 더 많은 가스 생성물이 생성되고, 이에 따라 컨테이너 내측 압력을 더 증가시킨다. 따라서, 본 발명자들은 그러한 컨테이너의 내부 압력이 전기화학적 이중층 캐패시터의 강건함 및/또는 성능과 관련된다는 것을 확인하였다.
따라서, 그러한 전기화학적 이중층 캐패시터의 강건함을 모니터하여 그 전기화학적 이중층 캐패시터가 과도한 압력 조건에 처하는 것을 방지하기 위해, 본 발명자들은 컨테이너의 내부 압력을 모니터할 수 있는 외부 압력 모니터링 시스템을 개발했다.
일 실시예에 있어서, 전극들 및 전해질을 유지하기 위한 전기화학적 이중층 캐패시터의 컨테이너는 공동 및 이 공동을 갖는 유체-기밀 저장소를 형성하는 하우징에 연결된 캡부를 갖춘 하우징을 포함한다. 또한, 상기 컨테이너는 하나 또는 그 이상의 상기 하우징 또는 캡부에 통합된 다수의 단자를 포함하며, 상기 다수의 단자는 상기 전극들에 전기적으로 연결되도록 채용되고, 압력-감응 멤브레인이 상기 하우징 또는 캡부의 어느 하나에 통합된다.
다른 실시예에 있어서, 전기화학적 이중충 캐패시터를 위한 압력 모니터링 시스템은 유체-기밀 저장소를 갖춘 컨테이너를 포함하며, 압력-감응 멤브레인은 상기 컨테이너에 통합되며, 상기 압력-감응 멤브레인은 상기 유체-기밀 저장소 내측의 유체 압력에 따라 휘어진다. 또한, 상기 압력 모니터링 시스템은 상기 압력-감응 멤브레인의 편향(휘어짐)을 측정하도록 채용된 변위 측정 장치를 포함한다.
또 다른 실시예에 있어서, 컨테이너 내측의 압력을 처리하는 방법은 전기화학적 이중층 캐패시터를 유지하는 컨테이너의 유체-기밀 저장소와 유체 소통하는 압력-감응 멤브레인의 편향을 모니터링하는 단계를 포함한다. 또한, 상기 방법은 상기 압력-감응 멤브레인의 편향을 상기 컨테이너의 데이터 부분과 비교하는 단계를 포함한다.
본원에 기술된 실시예들에 의해 제공된 상기한 특징들 및 추가의 특징들은 도면과 연관된 이하의 상세한 설명에 의해 좀더 잘 이해될 것이다.
도면들에 의해 실시예들이 기술되며, 그러한 실시예들은 특징의 예시일 뿐 청구항에 의해 규정된 대상들을 한정하려는 것은 아니다. 이하의 그러한 기술된 실시예들의 상세한 설명은 이하의 도면과 연관지어 참조함으로써 이해될 수 있으며, 유사한 구조에는 유사한 참조부호가 표시된다.
도 1은 본원에 기술된 하나 또는 그 이상의 실시예들에 따른 전기화학적 이중층 캐패시터를 위한 컨테이너의 정면 사시도를 나타내고;
도 2는 본원에 기술된 하나 또는 그 이상의 실시예들에 따른 일부가 감겨지지 않은 전기화학적 이중층 캐패시터의 정면 사시도를 나타내고;
도 3은 본원에 기술된 하나 또는 그 이상의 실시예들에 따른 변위 측정 장치를 포함하는 라인 A-A에 따른 도 1의 전기화학적 이중층 캐패시터를 위한 컨테이너의 일부 정면 단면도를 나타내고;
도 4는 본원에 기술된 하나 또는 그 이상의 실시예들에 따른 변위 측정 장치를 포함하는 라인 A-A에 따른 도 1의 전기화학적 이중층 캐패시터를 위한 컨테이너의 일부 정면 단면도를 나타내고;
도 5는 본원에 기술된 하나 또는 그 이상의 실시예들에 따른 변위 측정 장치를 포함하는 라인 A-A에 따른 도 1의 전기화학적 이중층 캐패시터를 위한 컨테이너의 일부 정면 단면도를 나타내고;
도 6은 본원에 기술된 하나 또는 그 이상의 실시예들에 따른 압력-감응 멤브레인(pressure-sensitive membrane)을 포함하는 라인 A-A에 따른 도 1의 전기화학적 이중층 캐패시터를 위한 컨테이너의 일부 정면 단면도를 나타내며;
도 7은 본원에 기술된 하나 또는 그 이상의 실시예들에 따른 전기화학적 이중층 캐패시터를 위한 압력 모니터링 시스템의 개략도를 나타낸다.
도 1은 본원에 기술된 하나 또는 그 이상의 실시예들에 따른 전기화학적 이중층 캐패시터를 위한 컨테이너의 정면 사시도를 나타내고;
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도 6은 본원에 기술된 하나 또는 그 이상의 실시예들에 따른 압력-감응 멤브레인(pressure-sensitive membrane)을 포함하는 라인 A-A에 따른 도 1의 전기화학적 이중층 캐패시터를 위한 컨테이너의 일부 정면 단면도를 나타내며;
도 7은 본원에 기술된 하나 또는 그 이상의 실시예들에 따른 전기화학적 이중층 캐패시터를 위한 압력 모니터링 시스템의 개략도를 나타낸다.
본원에 기술된 실시예들은 전기화학적 이중층 캐패시터를 위한 압력 모니터링 시스템에 관한 것이다. 일 예의 압력 모니터링 시스템은 내측에 전기화학적 이중층 캐패시터가 배치된 컨테이너를 포함하며, 압력-감응 멤브레인은 상기 컨테이너 내에 통합되고 상기 전기화학적 이중층 캐패시터와 유체 소통한다. 또한, 상기 압력 모니터링 시스템은 변위 측정 장치를 포함한다. 상기 컨테이너 내측 압력이 증가함에 따라, 상기 압력-감응 멤브레인은 바깥쪽으로 휘어진다. 상기 변위 측정 장치는 상기 압력-감응 멤브레인의 바깥쪽 편향(휘어짐)을 모니터한다. 그러한 바깥쪽 휨은 컨테이너 내측 압력을 추정하기 위해 처리될 수 있다.
도 1에 의하면, 전기화학적 이중층 캐패시터(200)는 유체-기밀 저장소(214)를 갖춘 컨테이너(210)를 포함한다. 나타낸 실시예에 있어서, 그러한 컨테이너(210)는 공동(213; cavity)을 갖춘 하우징(212) 및 이 하우징(212)에 연결되거나 그 하우징(212)에 통합된 캡부(216)를 포함한다. 상기 하우징(212) 및 캡부(216)는 함께 이중층 캐패시터 셀(400)이 삽입된 유체-기밀 저장소(214)를 생성한다. 상기 이중층 캐패시터 셀(400)은 그러한 유체-기밀 저장소(214)의 소정의 빈 공간을 채우는 액체 전해질에 의해 둘러싸인다.
압력-감응 멤브레인(110)은 상기 컨테이너(210)의 외부-접근가능 표면(211) 내에 통합된다. 나타낸 실시예에 있어서, 상기 압력-감응 멤브레인(110)은 캡부(216) 내에 통합되나, 상기 압력-감응 멤브레인(110)은 상기 하우징(212)의 외부-접근가능 표면(211) 내에 통합된다.
도 2에 의하면, 전기화학적 이중층 캐패시터(200)는 전극(402)들을 물리적으로 분리하여 그 전극(402)들이 서로 단락(shorting)되는 것을 방지하는 비전도성 분리층(406)들에 의해 분리된 2개의 전극(402)을 포함하는 이중층 캐패시터 셀(400)을 포함한다. 상기 비전도성 분리층(406)들은 한정하진 않지만 종이를 포함하는 다공성 유전 재료로 형성될 것이다. 상기 이중층 캐패시터 셀(400)은 "젤리 롤(jelly roll)" 스타일이며, 여기서 그러한 전극들은 통상 원통형으로 상호 겹쳐져 감긴다. 전해질은 상기 이중층 캐패시터 셀(400)의 층들에 걸쳐 분산된다. 전압이 상기 각 2개의 전극(402)에 걸쳐 인가되면, 전해질이 이온화되고 그러한 각 전극(402) 표면 상의 전계는 전하를 축적할 수 있다. 상기 전기화학적 이중층 캐패시터(200)는 전하가 필요하여 전극(402)이 전하를 방출할 때까지 그러한 전하를 저장할 수 있다.
그러한 본 발명에 따른 전극(402)들은 전기화학적 이중층 캐패시터(200)에 사용하는데 적합한 소정의 전도성 재료를 포함할 것이다. 일 실시예에 있어서, 상기 전극(402)들 중 적어도 하나는 예컨대 접히고, 말리고, 또는 감길 수 있는 유연한 전도성 재료를 포함한다. 다른 실시예에 있어서, 상기 전극(402)들 중 적어도 하나는 예컨대 알루미늄을 포함하는 금속을 포함한다. 다른 형태에 있어서, 상기 전극(402)들 중 어느 하나 또는 그 모두는 예컨대 전극(402)의 표면 영역을 증가시키는 탄소 코팅을 포함하는 탄소 재료를 포함한다. 상기 전극(402)들 모두가 동일한 조성을 가질 필요는 없으며, 이들 전극(402)이 동일한 그리고 다른 조성을 갖는 형태들이 고려될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 상기 전극(402)들은 다른 재료들과 호환될 수 있는 재료 및 상기 전기화학적 이중층 캐패시터(200) 디자인에 사용된 전해질을 포함한다.
상기 전극(402)은 그러한 전기화학적 이중층 캐패시터(200) 환경에서 거의 부식성이 없는 재료를 포함한다. 몇몇 실시예들에 있어서, 상기 전극(402)들 중 적어도 하나는 예컨대 그 대부분의 전극(402)의 전부 또는 일부를 포함하는 그러한 전극의 적어도 한 표면 상에 코팅을 포함한다. 이러한 실시예들에 있어서, 예컨대 높은 표면적 탄소를 포함하는 탄소 코팅은 상기 전극(402)들 중 적어도 하나의 한 표면의 적어도 일부에 제공된다. 다른 형태에 있어서, 전극(402) 표면의 모든 활성 영역은 높은 표면적 탄소 코팅을 포함한다. 상기 전극(402) 및 전극 코팅 재료는 상업적으로 이용가능하며 당업자가 적절한 전극(402) 및/또는 전극 코팅 재료들을 선택할 수 있다.
상기 비전도성 분리층(406)은 예컨대 종이, 운모(mica), 유리, 세라믹, 에어로겔(aerogel), 실리카, 비전도성 탄소, 중합성 재료, 또는 그들 조합을 포함할 것이다. 상기 비전도성 재료는 주어진 전기화학적 이중층 캐패시터(200)에 대한 동작 조건 및 전압 하의 비전도성의 재료이다. 상기 비전도성 분리층(406)은 전해질이 그 비전도성 분리층(406)을 통해 투과 및/또는 확산할 수 있도록 다공성을 가질 것이다.
도 2에 나타낸 실시예에 있어서, 상기 전극(402)은 대부분의 전극(402)으로부터 확장되는 연결 영역(404)들을 포함한다. 그러한 전극(402)들의 연결 영역(404)들은 도 1에 나타낸 바와 같은 하나 또는 그 이상의 하우징(212) 또는 캡부(216)에 통합되는 단자(218)들에 전기적으로 연결된다.
다시 도 1에 의하면, 통상 원통형으로 감긴 전극(402)의 경우, 그러한 이중층 캐패시터 셀(400)은 상기 하우징(212)의 공동(213)에 도입된다. 액체 전해질이 그러한 공동(213)에 도입되어 그 전해질이 전극(402)들을 둘러싼다. 상기 캡부(216)는 하우징(212) 내에 액체 전해질을 유지함으로써 그러한 컨테이너(210) 내에 그 액체 전해질을 수용하는 하우징(212)에 의해 유체-기밀 저장소를 형성하는 상기 하우징(212)에 연결되어 고정된다.
상기 컨테이너(210)는 상기 하우징(212) 또는 캡부(216) 중 어느 하나에 통합된 압력 릴리프 밸브(260; pressure relief valve)를 더 포함할 것이다. 상기 압력 릴리프 밸브(260)는 과도한 압력 상황이 발생하기 전에 가스 및/또는 액체 전해질이 유체-기밀 저장소(214)를 빠져 나갈 수 있게 한다. 본원에 사용된 바와 같은 "과도한 압력 상황"은 상승된 압력으로 인해 야기되는 유체-기밀 저장소(214)의 밀봉 무결성(sealed integrity)의 손상과 연관된다. 상기 압력 릴리프 밸브(260)는 상기 유체-기밀 저장소(214)에 생성되는 최대의 압력 양을 제한한다. 상기 압력 릴리프 밸브(260)는 과도한 압력 상황을 야기시키려는 압력에 근접하는 상기 유체-기밀 저장소(214) 내측의 압력을 그러한 상황에서 폭발시키는 파열 디스크(262: rupture disk)의 형태를 취할 것이다. 선택적으로, 또는 그 외에, 압력 릴리프 밸브(260)는 대기 및/또는 액체가 유체-기밀 저장소(214)로 도입되는 것을 허용하지 않고 상기 유체-기밀 저장소(214) 내측의 상승된 압력의 가스 및 액체가 대기 환경으로 빠져나갈 수 있게 하는 일방향 밸브의 형태를 취할 것이다. 또한, 상기 압력 릴리프 밸브(260)는 가스 및/또는 액체 전해질이 상기 유체-기밀 저장소(214)로부터 빠져나가는 위치를 조절한다. 따라서, 상기 컨테이너(210)를 둘러싸는 구조는 그러한 압력 릴리프 밸브(260)로부터 유체 유동을 조절하도록 디자인될 것이다.
다수의 전기화학적 이중층 캐패시터(200)들이 주어진 애플리케이션을 위해 요구된 전기 저장을 제공하기 위해 함께 전기적으로 연결될 것이다. 컨테이너(210)는 이중층 캐패시터 셀(400)이 삽입되는 다수의 유체-기밀 저장소를 포함할 것이다.
이제 도 3을 참조하여, 전기화학적 이중층 캐패시터(200)를 위한 압력 모니터링 시스템(100)의 일 실시예가 기술된다. 압력 모니터링 시스템(100)은 압력-감응 멤브레인(110)의 편향을 모니터하는 변위 측정 장치(102)를 포함한다. 도 3에 나타낸 실시예는 상기 압력-감응 멤브레인(110)의 변위 거리를 모니터하는 광학 측정 시스템(120)을 포함한다. 그러한 광학 측정 시스템(120)은 한정하진 않지만 레이저(122), 고해상도 카메라, 및 백색광 스캐닝 센서들을 포함할 것이다.
도 3에 나타낸 그러한 압력-감응 멤브레인(110)은 컨테이너(210)의 국소 박형부(111)이다. 상기 컨테이너(210) 내의 액체 전해질의 압력이 증가함에 따라, 상기 압력-감응 멤브레인(110)은 바깥쪽으로 휘어질 것이다. 상기 변위 측정 장치(102)는 이 변위 측정 장치(102)와 상기 압력-감응 멤브레인(110)간 최소 거리를 모니터한다. 또한 상기 변위 측정 장치(102)는 이 변위 측정 장치(102)와 기준 표면(112), 여기서는 캡부(216)의 인접 표면간 거리를 모니터할 것이다. 그러한 압력-감응 멤브레인(110)과 기준 표면(112)간 거리를 모니터링하는 것은 상기 압력-감응 멤브레인(110)의 편향 거리를 결정할 수 있게 한다. 이러한 편향 거리는 상기 컨테이너(210) 내의 내부 압력에 대응한다.
도 3에 나타낸 실시예가 기준 표면(112)으로부터 오목한 압력-감응 멤브레인(110)을 나타내지만, 그러한 압력-감응 멤브레인(110)이 상기 기준 표면(112)을 따라 위치되는 컨테이너(210)의 다른 실시예들이 예상될 수 있다. 그와 같은 실시예에 있어서, 상기 압력-감응 멤브레인(110)은 상기 컨테이너(210) 내측의 압력이 상기 압력-감응 멤브레인(110)을 바깥쪽으로 변형시키지 않을 때 그 기준 표면(112)과 거의 평행하다.
이론에 따라 제한하지 않으며, 상기 압력-감응 멤브레인(110)의 편향 거리는 한정하진 않지만 그 압력-감응 멤브레인(110)의 두께 및 재료 특성, 상기 컨테이너(210)의 둘러싸는 구조와 압력-감응 멤브레인(110)간 연결 방식, 및 압력차가 그 압력-감응 멤브레인(110)에 걸쳐 발생되게 하는 컨테이너(210) 내의 내부 압력 강도를 포함하는 다양한 요인들에 기초한다. 본 발명에 따른 전기화학적 이중층 캐패시터(200)는 그러한 압력차로 인한 압력-감응 멤브레인(110)에서의 스트레스가 그 압력-감응 멤브레인(110)의 항복 강도(yield strength) 및/또는 인장 강도를 초과하기 전에 상기 압력-감응 멤브레인(110)에 걸친 압력차가 상기 변위 측정 장치(102)에 의해 검출되도록 디자인될 것이다. 상기 압력-감응 멤브레인(110)의 인장 강도가 초과되면, 상기 압력-감응 멤브레인은 유체-기밀 저장소(214)의 밀봉 무결성을 손상시킬 것이다. 따라서, 상기 압력 모니터링 시스템(100)은 그와 같은 과도한 압력 상황이 발생하기 전에 그 유체-기밀 저장소(214) 내측의 압력 증가를 검출한다.
컨테이너(210)는 한정하진 않지만 알루미늄, 강철, 및 그 합금을 포함하는 금속, 플라스틱, 섬유 강화 플라스틱, 또는 세라믹을 포함하는 다양한 재료들에 의해 만들어질 것이다. 유사하게, 상기 압력-감응 멤브레인(110)은 다양한 적절한 재료들에 의해 만들어질 수 있다. 일 실시에 있어서, 상기 압력-감응 멤브레인(110)은 1000-시리즈 알루미늄에 의해 만들어질 것이다.
도 4에는 전기화학적 이중층 캐패시터(200)를 위한 압력 모니터링 시스템(100)의 다른 실시예가 나타나 있다. 그러한 압력 모니터링 시스템(100)은 변위 측정 장치(102)와 압력-감응 멤브레인(110)간 접촉에 기초하여 압력-감응 멤브레인(110)의 편향을 측정하는 변위 측정 장치(102)를 포함한다. 그러한 도 4의 변위 측정 장치(102)는 접촉 감지 프로브(132; contact sensing probe)와 압력-감응 멤브레인(110)간 접촉을 나타내는 접촉 모니터링 시스템(130)이다. 상기 접촉 모니터링 시스템(130)은 상기 접촉 감지 프로브(132)와 압력-감응 멤브레인(110)간 접촉을 나타내는 전자 신호를 제공한다. 상기 접촉 감지 프로브(132)는 컨테이너(210)의 최대 원하는 내부 압력에 대응하는 거리로 상기 비변형의 압력-감응 멤브레인(110)으로부터 이격된다.
압력 모니터링 시스템(100)의 다른 실시예에 있어서, 상기 접촉 모니터링 시스템(130)은 상기 접촉 감지 프로브(132)에 연결된 힘 측정 장치를 포함할 수 있다. 상기 접촉 감지 프로브(132)는 비변형 상태로 다시 상기 압력-감응 멤브레인(110)을 편향시킬 수 있다. 그러한 비변형 상태로 다시 압력-감응 멤브레인(110)을 변형시키는데 필요한 힘은 상기 힘 측정 장치에 의해 측정된 바와 같이, 컨테이너(210)의 내부 압력에 대응한다.
도 5에는 전기화학적 이중층 캐패시터(200)를 위한 압력 모니터링 시스템(100)의 다른 실시예가 나타나 있다. 그러한 압력 모니터링 시스템(100)은 액체, 플라스틱 고체, 또는 점탄성 유체와 같이 컨테이너(210)에 도입되어 응고 또는 변형가능한 주조가능 매체(140)를 포함하며, 그 주조가능 매체는 압력 부응 멤브레인(110) 및 기준 표면(112)의 형태를 취한다. 그와 같은 주조가능 매체(140)의 일 예는 퍼티(putty)를 포함한다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 그러한 주조가능 매체(140)는 이 주조가능 매체(140)가 상기 압력-감응 멤브레인(110) 및 기준 표면(112) 모두와 접촉되도록 컨테이너(210)의 캡부(216) 상에 배치된다. 일단 그러한 주조가능 매체(140)가 응고되면, 그 압력-감응 멤브레인(110)의 편향이 주조가능 매체(140)에 유지되며, 상기 주조가능 매체는 컨테이너(210)로부터 제거되어 압력-감응 멤브레인(110)의 편향을 결정하기 위해 다양한 검사 방법에 따라 검사될 것이다.
도 6에는 압력-감응 멤브레인(110)의 다른 실시예가 나타나 있다. 그러한 압력-감응 멤브레인(110)은 유지 링(116) 내에 고정유지되는 탄성 배리어 시트(barrier sheet)를 포함한다. 상기 압력-감응 멤브레인(110)은 이 압력-감응 멤브레인(110)이 유체-기밀 저장소(214) 내에 유지된 액체 전해질 및 소정의 가스와 유체 소통되도록 컨테이너(210)의 개구 내에 삽입된다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 상기 유지 링(116)은 고정 스크류(118; set screw)에 의해 정위치에 유지되며, 상기 고정 스크류는 상기 유체-기밀 저장소(214)를 유지하기 위해 상기 유지 링(116)에 밀봉력을 인가하여 계속해서 상기 압력-감응 멤브레인(110)이 상기 유체-기밀 저장소(214)와 유체 소통을 유지할 수 있게 한다. 도 3-5에 도시된 압력 모니터링 시스템(100)과 관련하여 기술한 바와 같이, 상기 압력-감응 멤브레인(110)의 편향은 컨테이너(210)의 기준 표면에 대비될 것이다.
도 6에 나타낸 압력-감응 멤브레인(110)이 기계식 체결구에 의해 컨테이너(210)에 고정되나, 또한 한정하진 않지만 용접, 납땜, 및 접착을 포함하는 다른 고정 방식들이 고려된다. 일 실시에 있어서, 상기 압력-감응 멤브레인(110)은 캡부(216)의 둘레 구조에 레이저-용접된다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 전기화학적 이중층 캐패시터(200)의 동작을 모니터링하거나 제어하기 위한 제어 시스템(90)은 상기 압력 모니터링 시스템(100)을 통합하고 있다. 상기 변위 측정 장치(102)는 압력-감응 멤브레인(110)의 변위를 결정하거나 그 변위 감지 신호(302)로 상기 압력-감응 멤브레인(110)이 접촉 감지 프로브(132)를 접촉하는지를 결정한다. 상기 변위 측정 장치(102)는 전자 제어 유닛(300)으로 변위 거리 신호(304)를 보낸다. 상기 전자 제어 유닛(300)은 프로세서(310) 및 컴퓨터 판독가능 및 실행가능 명령 세트를 저장하는 메모리(320)를 포함한다. 상기 전기화학적 이중층 캐패시터(200) 내의 최대 내부 압력에 도달되었다는 것을 상기 전자 제어 유닛(300)이 결정하면, 상기 전자 제어 유닛(300)은 상기 전기화학적 이중층 캐패시터(200) 내의 최대 내부 압력에 도달되었다는 것을 사용자에게 표시하는 표시기(330)로 표시 신호(306)를 보낸다. 그와 같은 표시기(330)의 예들은 한정하진 않지만 신호광 또는 음성 소리를 포함한다.
또한 상기 전자 제어 유닛(300)은 충전 처리 시스템(340)으로 충전 제어 신호(308)를 보낸다. 상기 충전 처리 시스템(340)은 저장 전하를 증가시키는 전기화학적 이중층 캐패시터(200)의 이중층 캐패시터 셀(400)에 상승된 전압 차동을 인가하거나, 또는 저장 전하를 감소시키는 이중층 캐패시터 셀(400)에 저하된 전압 차동을 인가하는 시스템 구성을 포함한다. 컨테이너(210) 내의 상승 압력은 전기화학적 이중층 캐패시터(200)의 열등한 성능 및/또는 강검함의 감소를 나타내기 때문에, 충전 제어 신호(308)는 전기화학적 이중층 캐패시터(200)의 이중층 캐패시터 셀(400)에 충전 전압(342)의 제공을 멈추도록 충전 처리 시스템(340)에 명령을 제공한다. 그러한 충전 제어 신호(308)는 또한 전기화학적 이중층 캐패시터(200)에 방전 전압(344)을 인가하도록 충전 처리 시스템(340)에 명령을 제공한다. 그러한 전기화학적 이중층 캐패시터(200)를 방전시킴으로써, 컨테이너(210) 내측의 압력이 감소되어 컨테이너(210) 내의 과도한 압력 상황의 가능성을 감소시킬 수 있다.
몇몇 실시예들에 있어서, 상기 전자 제어 유닛(300)은 압력 릴리프 밸브(260)에 전자적으로 연결될 수 있다. 상기 전자 제어 유닛(300)은 개방 위치로 이동하도록 압력 릴리프 밸브(260)에 밸브 포지셔닝 신호(positioning signal)를 제공하며, 이에 따라 가스 및/또는 액체 전해질이 컨테이너(210)를 빠져나감으로써 컨테이너(210) 내의 과도한 압력 상황의 가능성을 감소시킨다.
이제 본 발명에 따른 전기화학적 이중층 캐패시터를 위한 압력 모니터링 시스템이 이중층 캐패시터 셀을 유지하는 유체-기밀 저장소 내측 압력을 결정하기 위해 압력-감응 멤브레인의 편향을 모니터한다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러한 압력-감응 멤브레인의 편향은 그 멤브레인에 인가된 내부 압력과 연관되며, 이중층 캐패시터 셀의 성능 및 강건함을 나타낸다. 상기 압력 모니터링 시스템은 전기화학적 이중층 캐패시터의 전기 충전의 멈춤을 명령하고 그리고/또 전기화학적 이중층 캐패시터로부터의 전압 방전을 명령하는 제어 시스템이 포함될 것이다.
용어 "거의" 및 "약"은 소정 양의 비교에 기여하는 고유한 불확정성의 정도, 값, 측정, 또는 또 다른 표시를 나타내기 위해 본원에 사용된다는 것을 알아야 한다. 이들 용어는 또한 경우에 따른 대상물의 기본적인 기능을 변경시키지 않고 양적인 표시가 기준 상태로부터 변경되는 정도를 나타내기 위해 본원에 사용된다.
특정 실시예들이 본원에 기술되어 설명되었을 지라도, 청구 대상의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 다른 변경 및 변형이 이루어질 수 있다는 것을 알아야 한다. 더욱이, 비록 그러한 청구 대상의 다양한 형태들이 본원에 기술되었을 지라도, 그와 같은 형태들이 반드시 조합에 사용될 필요는 없다. 따라서, 부가의 청구항들은 청구 대상의 범위 내에서 그와 같은 모든 변경 및 변형을 커버한다.
Claims (23)
- 전극들 및 전해질을 유지하기 위한 전기화학적 이중층 캐패시터의 컨테이너로서, 상기 컨테이너는:
공동을 포함하는 하우징;
상기 공동을 갖는 유체-기밀 저장소를 형성하는 하우징에 연결된 캡부;
하나 또는 그 이상의 하우징 또는 캡부에 통합되고, 상기 전극들에 전기적으로 연결되도록 채용된 다수의 단자; 및
상기 하우징 또는 캡부의 어느 하나에 통합된 압력-감응 멤브레인을 포함하는 컨테이너. - 청구항 1에 있어서,
상기 압력-감응 멤브레인은 유지 링에 연결된 탄성 배리어 시트를 포함하는 컨테이너. - 청구항 1에 있어서,
상기 압력-감응 멤브레인은 하우징 또는 캡부의 어느 하나의 국소 박형부인 컨테이너. - 청구항 1에 있어서,
상기 하우징 또는 캡부의 어느 하나에 통합되고 상기 유체-기밀 저장소와 유체 소통하는 압력 릴리프 밸브를 더 포함하는 컨테이너. - 청구항 4에 있어서,
상기 압력 릴리프 밸브는 파열 디스크를 포함하는 컨테이너. - 청구항 4에 있어서,
상기 압력 릴리브 밸브는 일방향 밸브를 포함하는 컨테이너. - 전기화학적 이중층 캐패시터를 위한 압력 모니터링 시스템으로서, 상기 압력 모니터링 시스템은:
유체-기밀 저장소를 갖춘 컨테이너;
상기 컨테이너에 통합되고, 상기 유체-기밀 저장소 내측의 유체 압력에 따라 편향되는 압력-감응 멤브레인; 및
상기 압력-감응 멤브레인의 편향을 측정하도록 채용된 변위 측정 장치를 포함하는 압력 모니터링 시스템. - 청구항 7에 있어서,
상기 유체-기밀 저장소 내에 통합된 이중층 캐패시터 셀을 더 포함하는 압력 모니터링 시스템. - 청구항 8에 있어서,
압력-감응 멤브레인은 상기 이중층 캐패시터 셀을 둘러싸는 액체 전해질과 유체 소통하는 압력 모니터링 시스템. - 청구항 7에 있어서,
상기 압력-감응 멤브레인은 유지 링에 연결된 탄성 배리어 시트를 포함하는 압력 모니터링 시스템. - 청구항 7에 있어서,
상기 압력-감응 멤브레인은 상기 컨테이너의 국소 박형부인 압력 모니터링 시스템. - 청구항 7에 있어서,
상기 변위 측정 장치는 광학 측정 시스템을 포함하는 압력 모니터링 시스템. - 청구항 12에 있어서,
상기 광학 측정 시스템은 레이저를 포함하는 압력 모니터링 시스템. - 청구항 7에 있어서,
상기 변위 측정 장치는 액체로서 컨테이너에 도입되어 응고되고, 압력-감응 멤브레인의 편향을 레코딩하는 주조가능 매체를 포함하는 압력 모니터링 시스템. - 청구항 7에 있어서,
상기 변위 측정 장치는 접촉 감지 프로브를 접촉하는 압력-감응 멤브레인을 나타내는 변위 거리 신호를 발생하도록 채용된 접촉 모니터링 시스템을 포함하는 압력 모니터링 시스템. - 청구항 8에 있어서,
변위 측정 장치에 전자적으로 결합된 전자 제어 유닛을 더 포함하며, 상기 전자 제어 유닛은 프로세서와 컴퓨터 판독가능 및 실행가능 명령 세트를 저장하는 메모리를 포함하는 압력 모니터링 시스템. - 청구항 16에 있어서,
전기화학적 이중층 캐패시터 및 전자 제어 유닛에 전자적으로 연결된 충전 처리 시스템을 더 포함하며, 상기 전자 제어 유닛은 변위 측정 장치로부터 변위 거리 신호를 수신하고 프로세서는 상기 전기화학적 이중층 캐패시터에 충전 전압을 제공하는 것을 멈추게 하기 위해 상기 전자 제어 유닛이 충전 처리 시스템에 충전 제어 신호를 전송하게 하기 위해 명령 세트를 실행하는 압력 모니터링 시스템. - 전기화학적 이중층 캐패시터 컨테이너 내측의 압력을 처리하는 방법으로서, 상기 방법은:
전기화학적 이중층 캐패시터의 컨테이너의 유체-기밀 저장소와 유체 소통하는 압력-감응 멤브레인의 편향을 모니터링하는 단계;
상기 압력-감응 멤브레인의 편향을 상기 컨테이너의 데이터 부분과 비교하는 단계를 포함하는 전기화학적 이중층 캐패시터 컨테이너 내측의 압력 처리 방법. - 청구항 18에 있어서,
상기 압력-감응 멤브레인의 편향은 광학 측정 시스템에 의해 측정되는 전기화학적 이중층 캐패시터 컨테이너 내측의 압력 처리 방법. - 청구항 18에 있어서,
컨테이너의 데이터 부분 및 압력-감응 멤브레인에 주조가능 매체를 도입하는 단계; 및
상기 주조가능 매체를 응고시키는 단계를 더 포함하는 전기화학적 이중층 캐패시터 컨테이너 내측의 압력 처리 방법. - 청구항 18에 있어서,
상기 압력-감응 멤브레인의 편향은 그 압력-감응 멤브레인이 접촉 감지 프로브를 접촉할 때 변위 거리 신호를 발생하는 접촉 모니터링 시스템에 의해 측정되는 전기화학적 이중층 캐패시터 컨테이너 내측의 압력 처리 방법. - 청구항 18에 있어서,
전기화학적 이중층 캐패시터의 충전 처리를 멈추기 위해 충전 처리 시스템에 신호를 보내는 단계를 더 포함하는 전기화학적 이중층 캐패시터 컨테이너 내측의 압력 처리 방법. - 청구항 18에 있어서,
전기화학적 이중층 캐패시터를 방전시키기 위해 충전 처리 시스템에 신호를 보내는 단계를 더 포함하는 전기화학적 이중층 캐패시터 컨테이너 내측의 압력 처리 방법.
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