KR20150054387A - 울트라캐패시터 모듈과 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 울트라캐패시터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다수의 울트라캐패시터 단위셀이 전기적으로 연결되어 있는 울트라캐패시터 모듈의 제조방법과 이를 적용한 울트라캐패시터 모듈에 관한 것이다. 이에 본 발명은 다수의 울트라캐패시터 단위셀이 전기적으로 연결되어 있는 울트라캐패시터 모듈의 제조방법에 있어서, ⅰ) 각 단위 셀의 울트라캐패시터를 인쇄회로기판(PCB)에 실장하여 서브모듈을 형성하는 단계; ⅱ) 상기 인쇄회로기판(PCB)에 휘어짐방지부재를 체결하는 단계; ⅲ) 상기 ⅱ)의 서브모듈 2개를 케이스에 조립하는 단계; ⅳ) 상기 2개의 서브모듈 간의 센싱 하네스 및 메인 전력 케이블을 연결하는 단계; ⅴ) 상기 케이스의 상단에 케이스의 덮개를 덮어 조립하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 울트라캐패시터 모듈의 제조방법을 제공한다.

Description

울트라캐패시터 모듈과 그 제조방법 {Ultracapacitor Module And The Manufacturing Method of it}
본 발명은 울트라캐패시터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다수의 울트라캐패시터 단위셀이 전기적으로 연결되어 있는 울트라캐패시터 모듈의 제조방법과 이를 적용한 울트라캐패시터 모듈에 관한 것이다.
일반적으로, 전기에너지를 저장하는 소자로는 전지(Battery)와 캐패시터(Capacitor)가 대표적이며, 상기 캐패시터(Capacitor)는 전기 용량을 얻기 위한 에너지 저장소로서, 축전지(Storage Battery), 2차 전지와 더불어 전기에너지를 저장하는 수단으로 이용되고 있다.
캐패시터는 그 용량을 증가시키기 위해 사용한 유전체의 재료에 따라 용량, 내전압, 주파수 특성, 누설 전류 및 내부 저항 등의 스펙(Spec)이 결정되고, 전해 캐패시터, 탄탈 캐패시터, 세라믹 캐패시터 및 전기 이중층 캐패시터 등으로 분류된다. 또한, 캐패시터는 용량 및 용도에 따라 초박경량화된 소형칩에 이용되는 소용량 캐패시터부터 전력계통에 이용되는 중ㆍ대용량 캐패시터에 이르기까지 다양하게 활용되고 있다.
최근, 중ㆍ대용량 캐패시터는 고용량 및 고출력화에 기인하는 스펙에 따라 다변화되고 있는 추세이며, 전기 이중층 캐패시터의 일종인 울트라 캐패시터(Ultracapacitor)는 전해콘덴서와 이차전지의 중간적인 특성을 갖는 에너지저장장치로서 높은 효율, 반영구적인 수명특성으로 인해 이차전지와의 병용 및 대체가 가능한 차세대 에너지 저장장치이다.
상기 울트라 캐패시터는 매우 긴 충ㆍ방전 수명과, 높은 충ㆍ방전 효율, 온도 변화에 대한 우수한 성능 편차, 2차 전지에 비해 상대적으로 작은 저항 및 쾌속 충전 등의 장점이 있어, 전기 자동차, 수소연료전지 자동차, 태양 에너지용 전원장치 및 무정전 전원공급장치(UPS)와 같은 산업용 전원장치 등에 사용이 확대되고 있다.
또한, 상기 울트라 캐패시터는 에너지 저장메커니즘에 따라 전기이중층 캐패시터(EDLC; electric double layer capacitor)와 유사캐패시터(pseudocapacitor)로 나눌 수 있다. 유사캐패시터는 산화-환원반응에 의하여 전극표면 혹은 표면근처의 전극내부에 전하가 축전되는 현상을 이용하지만, EDLC는 이온들이 정전기적으로 유도되어 전극과 전해질 계면에 전기이중층이 형성되어 전하가 축전되는 현상을 이용한다.
등록번호 제 10-0948470호는 에너지 저장장치의 모듈에 관한 것으로, 양극전극, 분리막, 음극전극이 순차적으로 적층된 전극소자 및 본 전극소자를 내장하기 위한 하우징을 포함하는 에너지 저장장치와; 복수 개의 상기 에너지 저장장치를 안착시키기 위한 하부케이스와; 상기 하부케이스의 양 측부에 각각 배치된 두 개의 케이스측면부와; 상기 케이스측면부에 착탈 결합되는 상부케이스로 구성되며, 상기 하부케이스와 케이스측면부와 상부케이스는 비금속재질로 형성되는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 에너지 저장장치 모듈의 통기성을 현저히 개선함으로써, 발열특성을 강화할 수 있으며, 에너지 저장장치 모듈의 제작에 소요되는 자재 소모량을 감소시키면서도, 충분한 지지력을 발휘할 수 있다. 또한, 에너지 저장장치 모듈 및 이에 내장되는 에너지 저장장치를 용이하게 장착 조립할 수 있다. 상기 발명에 의해 에너지 저장장치 모듈의 통기성을 개선함으로써, 발열특성을 강화할 수 있는 효과를 발휘할 수 있으며 에너지 저장장치 모듈의 제작에 소요되는 자재 소모량을 감소시키면서도, 에너지 저장장치에 대해 충분한 지지력을 발휘할 수 있다. 또한, 에너지 저장장치 모듈 및 이에 내장되는 에너지 저장장치를 용이하게 장착 조립할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다. 하지만 본 발명의 제조방법을 적용한 모듈에 따르면, 서브모듈의 수가 감소함으로써, 서브모듈을 체결하기 위한 볼트 조립 공수와 하네스의 개수가 감소하고, 메인 전력 케이블 감소로 인해 전체 모듈의 경량화가 가능하다. 또한 조립 공정의 단순화로 인해 제품의 불량률을 낮출수 있으며, 서브모듈 간의 진동으로 인한 전해액의 누출 및 합선의 위험에 대한 감소효과를 기대할 수 있다는 점에서 상기 발명과는 차이가 있다.
전압상승효과를 위해 울트라캐패시터 단위셀을 직렬연결하는 모듈 제작시, 종래에는 다수의 서브모듈을 직렬로 나열한 후 같은 수의 서브모듈을 병렬적재하는 모듈을 제작해왔다. 상기 구성의 모듈 제작시, 다수의 모듈 간에 전압 및 온도 센싱 하네스와 메인 전력 케이블을 모두 각각 연결하여 상위모듈을 구성해야하기 때문에, 채결해야하는 하네스의 종류가 많아지고, 서브모듈 고정을 위한 각각의 구조물이 필요하게 된다. 또한 서브모듈의 간격이 좁아지게 되어 각각의 서브모듈을 체결하기 위한 볼트 조립공정에 주의가 필요하며, 조립 공수가 많아져서 공정이 번거로운 단점이 있다.
이에 본 발명은 다수의 울트라캐패시터 단위셀이 전기적으로 연결되어 있는 울트라캐패시터 모듈의 제조방법에 있어서,
ⅰ) 각 단위 셀의 울트라캐패시터를 인쇄회로기판(PCB)에 실장하여 서브모듈을 형성하는 단계;
ⅱ) 상기 인쇄회로기판(PCB)에 휘어짐방지부재를 체결하는 단계;
ⅲ) 상기 ⅱ)의 서브모듈 2개를 케이스에 조립하는 단계;
ⅳ) 상기 2개의 서브모듈 간의 센싱 하네스 및 메인 전력 케이블을 연결하는 단계;
ⅴ) 상기 케이스의 상단에 케이스의 덮개를 덮어 조립하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 울트라캐패시터 모듈의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 서브모듈의 수가 감소함으로써, 서브모듈을 체결하기 위한 볼트 조립 공수와 하네스의 개수가 감소하고, 메인 전력 케이블 감소로 인해 전체 모듈의 경량화가 가능하다. 또한 조립 공정의 단순화로 인해 제품의 불량률을 낮출 수 있으며, 서브모듈 간의 진동으로 인한 전해액의 누출 및 합선의 위험에 대한 감소효과가 기대된다.
도 1은 종래의 울트라캐패시터 모듈의 사시도.
도 2는 울트라캐패시터를 인쇄회로기판(PCB)에 실장한 서브모듈의 사시도.
도 3은 울트라캐패시터를 인쇄회로기판(PCB)에 실장한 서브모듈의 사시도.
도 4는 울트라캐패시터의 서브모듈에 휘어짐방지부재를 설치한 일실시예의 사시도.
도 5는 울트라캐패시터의 서브모듈에 휘어짐방지부재를 설치한 일실시예의 사시도.
도 6은 울트라캐패시터의 서브모듈에 휘어짐방지부재를 설치한 일실시예의 사시도.
도 7은 서브모듈 2개를 적재하는 일실시예의 사시도.
도 8은 서브모듈 2개를 적재하는 일실시예의 사시도.
도 9는 적재한 서브모듈을 케이스에 조립한 일실시예의 사시도.
도 10은 적재한 서브모듈을 케이스에 조립한 일실시예의 사시도.
본 발명은 울트라캐패시터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다수의 울트라캐패시터 단위셀이 전기적으로 연결되어 있는 울트라캐패시터 모듈의 제조방법과 이를 적용한 울트라캐패시터 모듈에 관한 것이다. 이하 첨부되는 도면과 함께 상세히 설명한다.
전압상승효과를 위해 울트라캐패시터 단위셀을 직렬연결하는 모듈 제작시, 종래에는 도 1에 도시된 바와 같이, 다수의 서브모듈을 직렬로 나열한 후 같은 수의 서브모듈을 병렬적재하는 모듈을 제작해왔다. 상기 구성의 모듈 제작시, 다수의 모듈 간에 전압 및 온도 센싱 하네스와 메인 전력 케이블을 모두 각각 연결하여 상위모듈을 구성해야하기 때문에, 채결해야하는 하네스의 종류가 많아지고, 서브모듈 고정을 위한 각각의 구조물이 필요하게 된다. 또한 서브모듈의 간격이 좁아지게 되어 각각의 서브모듈을 체결하기 위한 볼트 조립공정에 주의가 필요하며, 조립 공수가 많아져서 공정이 번거로운 단점이 있다.
본 발명은 다수의 울트라캐패시터 단위셀이 전기적으로 연결되어 있는 울트라캐패시터 모듈의 제조방법에 있어서, 도 2 내지 도 9에 도시된 바와 같이,
ⅰ) 각 단위 셀의 울트라캐패시터(11)를 인쇄회로기판(PCB)(12)에 실장하여 서브모듈(10)을 형성하는 단계(s100);
ⅱ) 상기 인쇄회로기판(PCB)(20)에 휘어짐방지부재(13)를 체결하는 단계(s200);
ⅲ) 상기 ⅱ)의 서브모듈(10) 2개를 케이스(20)에 조립하는 단계(s300);
ⅳ) 상기 2개의 서브모듈(10) 간의 센싱 하네스 및 메인 전력 케이블을 연결하는 단계(s400);
ⅴ) 상기 케이스(20)의 상단에 케이스의 덮개(21)를 덮어 조립하는 단계(s500);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 울트라캐패시터 모듈의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 실시예로서, 도 2에 도시된 바와 같이, ⅰ) 각 단위 셀의 울트라캐패시터(11)를 인쇄회로기판(PCB)(12)에 실장하여 서브모듈(10)을 형성하는 단계(s100)에서,
상기 울트라캐패시터(11)의 터미널은 스냅인(snap in) 터미널 또는 러그(lug) 터미널로서 양극터미널과 음극터미널이 모두 동일한 일면에 존재하는 터미널 방식을 적용하고, 하나의 인쇄회로기판(PCB)(12)에 60-70개의 울트라캐패시터(11)를 실장하여 서브모듈(10)을 형성하는 것이 바람직하나, 상기 서브모듈(10)을 형성하는 울트라캐패시터(11)의 단위셀의 갯수는 상기 범위를 벗어나 다르게 적용하는 것도 충분히 가능하다.
본 발명의 실시예로는, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 단위 셀의 울트라캐패시터(11) 간의 간격은 발열문제와 성능을 고려하여 울트라캐패시터(11) 원형 단면의 중심 간 거리(a)를 38-42mm의 범위로 적용가능하나 본 실시예로 제한하지 않음은 물론이다.
ⅱ) 상기 인쇄회로기판(PCB)(12)에 휘어짐방지부재(13)를 체결하는 단계(s200)에서,
상기 휘어짐방지부재(13)는 인쇄회로기판(PCB)(12)에 수직인 면을 가지는 구조물을 인쇄회로기판(PCB)의 끝단에 설치하되, 상기 인쇄회로기판(PCB)(12)의 4개의 모서리부 중 길이가 긴 적어도 2개 이상의 모서리부에 설치하도록 하는 것이 바람직하다.
본 실시예에서는 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 휘어짐방지부재(13)는 인쇄회로기판(PCB)(12)의 상면, 하면 또는 상면과 하면에 걸쳐서 설치하는 것을 적용하였다.
ⅲ) 상기 ⅱ)의 서브모듈(10) 2개를 케이스(20)에 조립하는 단계(s300)에서, 도 7 내지 도 8에 도시된 바와 같이,
서브모듈(10)을 2단으로 병렬 적재하여, 하부 서브모듈(10)의 울트라캐패시터(11)와, 상부 서브모듈(10)의 인쇄회로기판(PCB)(12)이 맞닿게 조립하며,
ⅳ) 상기 2개의 서브모듈(10) 간의 센싱 하네스 및 메인 전력 케이블을 연결하는 단계(s400)에서,
도 8 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 케이스 외부로 노출되는 양극 터미널(14)과 음극 터미널(15)의 노출방향을 일치시키도록 센싱 하네스와 메인 전력 케이블을 연결하도록 한다.
이에 나아가 본 발명은 울트라캐패시터 단위셀(11); 상기 울트라캐패시터 단위셀(11)을 실장하기 위한 인쇄회로기판(PCB)(12); 상기 다수의 울트라캐패시터(11)와 인쇄회로기판(PCB)(12)으로 이루어진 서브모듈(10)을 2단으로 병렬 적재하여 수용하기 위한 케이스(20); 및 상기 케이스의 덮개(21)를 포함하여 구성되는 울트라캐패시터의 모듈에 있어서,
상기 울트라캐패시터 단위셀(11)을 실장하기 위한 인쇄회로기판(PCB)(12)은 60-70개의 울트라캐패시터(11)를 수용하며,
본 발명의 실시예인 제조방법을 적용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 울트라캐패시터의 모듈을 제공한다.
본 발명에 따르면, 서브모듈의 수가 감소함으로써, 서브모듈을 체결하기 위한 볼트 조립 공수와 하네스의 개수가 감소하고, 메인 전력 케이블 감소로 인해 전체 모듈의 경량화가 가능하다. 또한 조립 공정의 단순화로 인해 제품의 불량률을 낮출수 있으며, 서브모듈 간의 진동으로 인한 전해액의 누출 및 합선의 위험에 대한 감소효과가 기대된다.
본 발명을 첨부된 도면과 함께 설명하였으나, 이는 본 발명의 요지를 포함하는 다양한 실시 형태 중의 하나의 실시예에 불과하며, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 하는 데에 그 목적이 있는 것으로, 본 발명은 상기 설명된 실시예에만 국한되는 것이 아님은 명확하다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 하기의 청구범위에 의해 해석되어야 하며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서의 변경, 치환, 대체 등에 의해 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함될 것이다. 또한, 도면의 일부 구성은 구성을 보다 명확하게 설명하기 위한 것으로 실제보다 과장되거나 축소되어 제공된 것임을 명확히 한다.
10. 서브모듈
11. 울트라캐패시터
12. 인쇄회로기판(PCB)
13. 휘어짐방지부재
14. 양극터미널
15. 음극터미널
20. 케이스
21. 케이스 덮개

Claims (12)

  1. 다수의 울트라캐패시터 단위셀이 전기적으로 연결되어 있는 울트라캐패시터 모듈의 제조방법에 있어서,
    ⅰ) 각 단위 셀의 울트라캐패시터(11)를 인쇄회로기판(PCB)(12)에 실장하여 서브모듈(10)을 형성하는 단계(s100);
    ⅱ) 상기 인쇄회로기판(PCB)(12)에 휘어짐방지부재(13)를 체결하는 단계(s200);
    ⅲ) 상기 ⅱ)의 서브모듈(10) 2개를 케이스(20)에 조립하는 단계(s300);
    ⅳ) 상기 2개의 서브모듈(10) 간의 센싱 하네스 및 메인 전력 케이블을 연결하는 단계(s400);
    ⅴ) 상기 케이스(20)의 상단에 케이스의 덮개(21)를 덮어 조립하는 단계(s500);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 울트라캐패시터 모듈의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    ⅰ) 각 단위 셀의 울트라캐패시터(11)를 인쇄회로기판(PCB)(12)에 실장하여 서브모듈(10)을 형성하는 단계(s100)에서,
    상기 울트라캐패시터(11)의 터미널은 스냅인(snap in) 터미널 또는 러그(lug) 터미널인 것을 특징으로 하는 울트라캐패시터 모듈의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    ⅰ) 각 단위 셀의 울트라캐패시터(11)를 인쇄회로기판(PCB)(12)에 실장하여 서브모듈(10)을 형성하는 단계(s100)에서,
    하나의 인쇄회로기판(PCB)(12)에 60-70개의 울트라캐패시터(11)를 실장하여 서브모듈(10)을 형성하는 것을 특징으로 하는 울트라캐패시터 모듈의 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    ⅰ) 각 단위 셀의 울트라캐패시터(11)를 인쇄회로기판(PCB)(12)에 실장하여 서브모듈(10)을 형성하는 단계(s100)에서,
    상기 단위 셀의 울트라캐패시터(11) 간의 간격은 울트라캐패시터(11) 원형 단면의 중심 간 거리(a)가 38-42mm의 범위로 실장하여 서브모듈(10)을 형성하는 것을 특징으로 하는 울트라캐패시터 모듈의 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    ⅱ) 상기 인쇄회로기판(PCB)(12)에 휘어짐방지부재(13)를 체결하는 단계(s200)에서,
    상기 휘어짐방지부재(13)는 인쇄회로기판(PCB)(12)에 수직인 면을 가지는 구조물을 인쇄회로기판(PCB)의 끝단에 설치하는 것을 특징으로 하는 울트라캐패시터 모듈의 제조방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 휘어짐방지부재(13)는 인쇄회로기판(PCB)(12)의 4개의 모서리부 중 길이가 긴 적어도 2개 이상의 모서리부에 설치하는 것을 특징으로 하는 울트라캐패시터 모듈의 제조방법.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 휘어짐방지부재(13)는 인쇄회로기판(PCB)(12)의 하면에 설치하는 것을 특징으로 하는 울트라캐패시터 모듈의 제조방법.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 휘어짐방지부재(13)는 인쇄회로기판(PCB)(12)의 상면에 설치하는 것을 특징으로 하는 울트라캐패시터 모듈의 제조방법.
  9. 제 5항에 있어서,
    상기 휘어짐방지부재(13)는 인쇄회로기판(PCB)(12)의 상면과 하면에 설치하는 것을 특징으로 하는 울트라캐패시터 모듈의 제조방법.
  10. 제 1항에 있어서,
    ⅲ) 상기 ⅱ)의 서브모듈(10) 2개를 케이스(20)에 조립하는 단계(s300)에서,
    서브모듈(10)을 2단으로 병렬 적재하여, 하부 서브모듈(10)의 울트라캐패시터(11)와, 상부 서브모듈(10)의 인쇄회로기판(PCB)(12)이 맞닿는 것을 특징으로 하는 울트라캐패시터 모듈의 제조방법.
  11. 제 1항에 있어서,
    ⅳ) 상기 2개의 서브모듈(10) 간의 센싱 하네스 및 메인 전력 케이블을 연결하는 단계(s400)에서,
    케이스 외부로 노출되는 양극 터미널(14)과 음극 터미널(15)의 노출방향을 일치시키도록 센싱 하네스와 메인 전력 케이블을 연결하는 것을 특징으로 하는 울트라캐패시터 모듈의 제조방법.
  12. 다수의 울트라캐패시터 단위셀이 전기적으로 연결되어 있는 울트라캐패시터 모듈에 있어서,
    울트라캐패시터 단위셀(11);
    상기 울트라캐패시터 단위셀(11)을 실장하기 위한 인쇄회로기판(PCB)(12);
    상기 다수의 울트라캐패시터(11)와 인쇄회로기판(PCB)(12)으로 이루어진 서브모듈(10)을 2단으로 병렬 적재하여 수용하기 위한 케이스(20); 및
    상기 케이스의 덮개(21);를 포함하여 구성되고,
    상기 울트라캐패시터 단위셀(11)을 실장하기 위한 인쇄회로기판(PCB)(12)은 60-70개의 울트라캐패시터(11)를 수용하며,
    제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항의 제조방법을 적용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 울트라캐패시터의 모듈.






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