KR20160137868A - 울트라 커패시터 모듈용 부스바 및 울트라 커패시터 모듈 - Google Patents

울트라 커패시터 모듈용 부스바 및 울트라 커패시터 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 제1베어셀(2a)에 접속되기 위한 제1전극접속부재(31), 제2베어셀(2b)에 접속되기 위한 제2전극접속부재(32), 및 상기 제1베어셀(2a) 및 상기 제2베어셀(2b)을 전기적으로 연결하기 위해 상기 제1전극접속부재(31) 및 상기 제2전극접속부재(32) 각각에 연결되도록 연결부재(33)를 포함하는 울트라 커패시터 모듈용 부스바 및 울트라 커패시터 모듈에 관한 것이다.

Description

울트라 커패시터 모듈용 부스바 및 울트라 커패시터 모듈{Busbar of Ultra Capacitor Module and Ultra Capacitor Module}
본 발명은 전기 에너지를 저장하기 위한 울트라 커패시터 모듈에 관한 것이다.
울트라 커패시터(Ultra Capacitor)는 전해 콘덴서와 이차전지의 중간적인 특성을 갖는 에너지 저장장치로, 슈퍼 커패시터(Super Capacitor)라고도 한다.
이러한 울트라 커패시터는 높은 효율, 반영구적인 수명, 및 빠른 충방전 특성을 가지고 있어, 이차전지의 약점인 짧은 사이클과 순간 고전압 문제를 보완할 수 있는 에너지 저장장치로서 시장을 형성하고 있다.
이와 같은 장점을 바탕으로, 울트라 커패시터는 휴대폰, 태블릿 PC, 노트북 등과 같은 모바일 디바이스의 보조 전원으로서뿐만 아니라, 고용량이 요구되는 전기자동차, 하이브리드 자동차, 태양전지용 전원장치, 야간 도로 표시등, 무정전 전원장치(UPS, Uninterrupted Power Supply) 등의 주전원 혹은 보조 전원으로도 많이 이용되고 있다.
이러한 울트라 커패시터를 단위셀로 하여 복수개를 직렬 또는 병렬로 연결하여 구성한 것이 울트라 커패시터 모듈이다.
도 1은 종래 기술에 따른 울트라 커패시터 모듈에 대한 사시도이고, 도 2는 종래 기술에 따른 울트라 커패시터 모듈에 있어서 울트라 커패시터에 대한 분해도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 종래 기술에 따른 울트라 커패시터 모듈(100)은 복수개의 울트라 커패시터(110), 상기 울트라 커패시터(110)들을 서로 전기적으로 연결하는 복수개의 부스바(Busbar)(120), 및 상기 부스바(120)들에 의해 전기적으로 연결된 울트라 커패시터(110)들을 수납하는 모듈케이스(130)를 포함한다.
상기 울트라 커패시터(110)는 도 2에 도시된 바와 같이, 활성탄소(Activated Carbon)가 코팅된 알루미늄 집전체와 분리막(Separator)이 원형으로 권취된 베어셀(111), 상기 베어셀(111)의 일면에 결합되는 제1내부터미널(112), 상기 제1내부터미널(112)에 결합되는 제1외부터미널(113), 상기 베어셀(111)의 타면에 결합되는 제2내부터미널(114), 상기 제2내부터미널(114)에 결합되는 제2외부터미널(115), 및 상기 베어셀(111)을 수납하는 셀케이스(116)를 포함한다.
상기 제1외부터미널(113)은 상기 제1내부터미널(112)을 통해 상기 베어셀(111)의 양극(+)에 연결된다. 상기 제2외부터미널(115)은 상기 제2내부터미널(114)을 통해 상기 베어셀(111)의 음극(-)에 연결된다.
상기 부스바(120)는 사각판형으로 형성된다. 상기 부스바(120)는 상기 울트라 커패시터(110)들을 직렬로 연결하는 경우, 일측은 하나의 울트라 커패시터(110)에 구비된 제1외부터미널(113)에 연결되어서 제1내부터미널(112)을 통해 베어셀(111)의 양극에 연결된다. 상기 부스바(120)의 타측은 다른 하나의 울트라 커패시터(110)에 구비된 제2외부터미널(115)에 연결되어서 제2내부터미널(114)을 통해 베어셀(111)의 음극에 연결된다.
이와 같이, 상기 부스바(120)들은 상기 제1외부터미널(113), 상기 제1내부터미널(112), 상기 제2외부터미널(115) 및 상기 제2내부터미널(114)을 거쳐 상기 베어셀(111)들에 연결됨으로써, 상기 울트라 커패시터(110)들을 서로 전기적으로 연결한다.
따라서, 종래 기술에 따른 울트라 커패시터 모듈(100)은 상기 울트라 커패시터(110)들을 서로 전기적으로 연결하기 위해 많은 연결수단들을 필요로 하므로, 이로 인한 접촉저항 증가로 고용량 모듈을 구현하는데 어려움이 있는 문제가 있다. 또한, 종래 기술에 따른 울트라 커패시터 모듈(100)은 접촉저항 증가에 따라 발생되는 열로 인해 발화나 폭발과 같은 사고가 발생할 위험이 있고, 모듈 전체의 에너지 효율이 저하되는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 울트라 커패시터들을 서로 전기적으로 연결하기 위해 필요한 연결수단의 개수를 줄일 수 있는 울트라 커패시터 모듈용 부스바 및 울트라 커패시터 모듈을 제공하기 위한 것이다.
상술한 바와 같은 과제를 달성하기 위해, 본 발명은 다음과 같은 구성을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 울트라 커패시터 모듈용 부스바는 제1베어셀(2a)에 접속되기 위한 제1전극접속부재(31); 제2베어셀(2b)에 접속되기 위한 제2전극접속부재(32); 및 상기 제1베어셀(2a) 및 상기 제2베어셀(2b)을 전기적으로 연결하기 위해 상기 제1전극접속부재(31) 및 상기 제2전극접속부재(32) 각각에 연결되도록 상기 제1전극접속부재(31) 및 상기 제2전극접속부재(32)와 일체로 형성되는 연결부재(33)를 포함할 수 있다. 상기 제1전극접속부재(31)는 상기 제1베어셀(2a)에 함침되는 전해액을 통과시키기 위한 제1전해액통과공(311)을 포함하고, 상기 제2전극접속부재(32)는 상기 제2베어셀(2b)에 함침되는 전해액을 통과시키기 위한 제2전해액통과공(321)을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 울트라 커패시터 모듈은 복수개의 수용부(41)를 갖는 모듈케이스(4); 상기 수용부(41)들 중에서 제1수용부(41a)에 삽입되어 상기 모듈케이스(4)에 수납되는 제1베어셀(2a); 상기 수용부(41)들 중에서 제2수용부(41b)에 삽입되어 상기 모듈케이스(4)에 수납되는 제2베어셀(2b); 및 상기 제1베어셀(2a) 및 상기 제2베어셀(2b)을 전기적으로 연결하기 위한 부스바(3)를 포함할 수 있다. 상기 부스바(3)는 제1베어셀(2a)에 접속되는 제1전극접속부재(31), 제2베어셀(2b)에 접속되는 제2전극접속부재(32), 및 상기 제1전극접속부재(31) 및 상기 제2전극접속부재(32) 각각에 연결되도록 상기 제1전극접속부재(31) 및 상기 제2전극접속부재(32)와 일체로 형성되는 연결부재(33)를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 울트라 커패시터 모듈은 복수개의 수용부(41)를 갖는 모듈케이스(4); 상기 수용부(41)들 각각에 삽입되어 상기 모듈케이스(4)에 수납되는 복수개의 베어셀; 및 상기 베어셀들을 서로 전기적으로 연결하기 위한 복수개의 부스바(3)를 포함할 수 있다. 상기 부스바(3)들은 각각 상기 베어셀들에 직접 접속되어서 상기 베어셀들을 서로 전기적으로 연결할 수 있다.
본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 도모할 수 있다.
본 발명은 베어셀들이 서로 전기적으로 연결되는 과정에서 발생하는 접촉저항을 감소시킬 수 있도록 구현됨으로써, 저항 특성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 열에 의한 발화나 폭발과 같은 사고가 발생할 위험을 줄여서 안전성을 향상시킬 수 있고, 모듈 전체의 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 부스바가 베어셀들에 접속되도록 구현됨으로써, 제조비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 베어셀들을 서로 전기적으로 연결하기 위한 공정 시간을 단축할 수 있으므로 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 울트라 커패시터 모듈에 대한 사시도
도 2는 종래 기술에 따른 울트라 커패시터 모듈에 있어서 울트라 커패시터에 대한 분해도
도 3은 본 발명에 따른 울트라 커패시터 모듈의 개략적인 결합 사시도
도 4는 본 발명에 따른 울트라 커패시터 모듈의 개략적인 분해 사시도
도 5는 본 발명에 따른 울트라 커패시터 모듈에 있어서 베어셀을 설명하기 위한 개념도
도 6은 본 발명에 따른 울트라 커패시터 모듈에 있어서 베어셀들에 연결되는 부스바의 개략적인 사시도
도 7은 본 발명에 따른 울트라 커패시터 모듈에 있어서 베어셀들이 직렬로 연결되는 실시예를 설명하기 위한 개략적인 사시도
도 8은 본 발명에 따른 울트라 커패시터 모듈에 있어서 베어셀들이 병렬로 연결되는 실시예를 설명하기 위한 개략적인 사시도
도 9는 본 발명에 따른 울트라 커패시터 모듈에 있어서 일부를 절개하여 나타낸 결합 사시도
도 10은 본 발명에 따른 울트라 커패시터 모듈에 있어서 모듈케이스를 도 4의 I-I 선을 기준으로 나타낸 단면도
도 11은 본 발명에 따른 울트라 커패시터 모듈에 있어서 베어셀들이 직렬로 연결되는 실시예를 설명하기 위한 도 4의 Ⅱ-Ⅱ 선을 기준으로 나타낸 단면도
도 12는 본 발명에 따른 울트라 커패시터 모듈에 있어서 베어셀들이 병렬로 연결되는 실시예를 설명하기 위한 도 4의 Ⅱ-Ⅱ 선을 기준으로 나타낸 단면도
도 13은 도 10의 일부를 확대하여 나타낸 단면도
도 14는 본 발명에 따른 울트라 커패시터 모듈의 개략적인 분해 측면도
도 15는 본 발명에 따른 울트라 커패시터 모듈에 있어서 배기부재를 설명하기 위한 개략적인 단면도
도 16은 본 발명에 따른 울트라 커패시터 모듈에 있어서 도 14의 Ⅲ 부분을 확대하여 나타낸 단면도
도 17은 본 발명에 따른 울트라 커패시터 모듈에 있어서 도 14의 Ⅳ 부분을 확대하여 나타낸 단면도
이하에서는 본 발명에 따른 울트라 커패시터 모듈의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명에 따른 울트라 커패시터 모듈용 부스바는 본 발명에 따른 울트라 커패시터 모듈에 포함될 수 있으므로, 본 발명에 따른 울트라 커패시터 모듈의 실시예를 설명하면서 함께 설명한다.
도 3 및 도 4를 참고하면, 본 발명에 따른 울트라 커패시터 모듈(1)은 복수개의 베어셀(2), 상기 베어셀(2)들을 서로 전기적으로 연결하기 위한 부스바(Busbar, 3), 및 상기 베어셀(2)들을 수납하기 위한 모듈케이스(4)를 포함한다. 상기 부스바(3)는 상기 베어셀(2)들에 직접 접속되어서 상기 베어셀(2)들을 서로 전기적으로 연결하도록 구현된다. 이에 따라, 본 발명에 따른 울트라 커패시터 모듈(1)은 다음과 같은 작용 효과를 도모할 수 있다.
첫째, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 종래 기술에 따른 울트라 커패시터 모듈(100)은, 부스바(120)들이 제1외부터미널(113), 제1내부터미널(112), 제2외부터미널(115) 및 제2내부터미널(114)을 거쳐 베어셀(111)들에 연결됨에 따라 상기 베어셀(111)들이 서로 전기적으로 연결되는 과정에서 발생되는 접촉저항이 증가되는 문제가 있다.
이와 달리, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 울트라 커패시터 모듈(1)은 상기 부스바(3)가 상기 베어셀(2)들에 직접 접속되어서 상기 베어셀(2)들을 연결하도록 구현된다. 따라서, 본 발명에 따른 울트라 커패시터 모듈(1)은 종래 기술과 대비할 때, 상기 베어셀(2)들이 서로 전기적으로 연결되는 과정에서 발생하는 접촉저항을 감소시킴으로써 저항 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 울트라 커패시터 모듈(1)은 접촉저항 감소에 따라 열에 의한 발화나 폭발과 같은 사고가 발생할 위험을 줄임으로써 안전성을 향상시킬 수 있고, 모듈 전체의 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.
둘째, 본 발명에 따른 울트라 커패시터 모듈(1)은 상기 부스바(3)가 상기 베어셀(2)들에 직접 접속되므로, 종래에 부스바(120)들을 베어셀(111)들에 연결하기 위한 제1외부터미널(113), 제1내부터미널(112), 제2외부터미널(115) 및 제2내부터미널(114)을 생략할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 울트라 커패시터 모듈(1)은 제조비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 베어셀(2)들을 서로 전기적으로 연결하기 위한 공정 시간을 단축할 수 있으므로 생산성을 향상시킬 수 있다.
이하에서는 상기 베어셀(2), 상기 부스바(3), 및 상기 모듈케이스(4)에 관해 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 3 내지 도 5를 참고하면, 상기 베어셀(2)은 상기 모듈케이스(4)에 수납된다. 상기 베어셀(2)은 전극소자라 불리는 것으로, 도 5에 도시된 바와 같이 제1전극(21), 상기 제1전극(21)과 반대되는 극성을 갖는 제2전극(22), 및 상기 제1전극(21)과 상기 제2전극(22) 사이에 배치되어 상기 제1전극(21)과 상기 제2전극(2@)을 전기적으로 분리시키는 분리막(Separator, 23)이 권취되어 형성될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 제1전극(21)이 양극(+)이면, 상기 제2전극(22)은 음극(-)이 된다. 반대로, 상기 제1전극(21)이 음극(-)이면, 상기 제2전극(22)은 양극(+)이 된다.
도 5에는 상기 분리막(23)이 상기 제1전극(21) 및 상기 제2전극(22)의 사이에만 위치되는 것으로 설명하였지만, 상기 제1전극(21) 또는 상기 제2전극(22)이 외부로 노출되지 않도록 하기 위해 상기 제1전극(21) 및 상기 제2전극(22)의 외부에도 상기 분리막(23)이 추가로 배치될 수 있다. 예컨대, 상기 베어셀(2)은 분리막(23), 제1전극(21), 분리막(23), 제2전극(22), 분리막(23) 순서로 배치되어 권취될 수 있다. 상기 베어셀(2)은 분리막(23), 제2전극(22), 분리막(23), 제1전극(21), 분리막(23) 순서로 배치되어 권취될 수도 있다.
상기 제1전극(21)은 금속재질의 집전체(미도시) 상에 활성탄소(Activated Carbon)를 이용하여 형성된 제1활성물질층(211), 및 상기 제1활성물질층(211)의 일측에 연결된 제1전극리드(212)를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제1전극리드(212)는 상기 집전체에서 상기 제1활성물질층(211)이 형성되지 않은 영역으로 구성된다.
상기 제2전극(22)은 금속재질의 집전체(미도시) 상에 활성탄소를 이용하여 형성된 제2활성물질층(221), 및 상기 제2활성물질층(221)의 일측에 연결된 제2전극리드(222)를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제2전극리드(222)는 상기 집전체에서 상기 제2활성물질층(221)이 형성되지 않은 영역으로 구성된다.
상술한 실시예에 있어서, 상기 제1전극(21) 및 상기 제2전극(22)을 구성하는 집전체는 금속 포일(Foil)을 이용하여 구성될 수 있다. 상기 집전체는 상기 제1활성물질층(211) 및 상기 제2활성물질층(221)으로부터 방출되거나 공급되는 전하의 이동통로 역할을 한다. 상기 제1활성물질층(211) 및 상기 제2활성물질층(221)은 상기 집전체의 양면에 코팅되어 구성될 수 있다. 상기 제1활성물질층(211) 및 상기 제2활성물질층(221)은 전기 에너지가 저장되는 부분이다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1전극(21) 및 상기 제2전극(22)은, 상기 제1전극리드(212)가 상기 베어셀(2)의 하측에 위치되고, 상기 제2전극리드(222)가 상기 베어셀(2)의 상측에 위치되도록 권취될 수 있다.
한편, 상기 베어셀(2)에는 전기 에너지의 충전을 위한 전해액이 함침된다. 이 경우, 상기 베어셀(2)에 전해액을 함침시키는 공정은, 상기 베어셀(2)을 전해액이 채워져 있는 용기 속에 일정 시간 침지시킴으로써 수행될 수 있다.
도 3 내지 도 6을 참고하면, 상기 부스바(3)는 상기 베어셀(2)들을 서로 전기적으로 연결한다. 상기 부스바(3)는 상기 베어셀(2)들에 직접 접속되어서 상기 베어셀(2)들을 서로 전기적으로 연결할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 울트라 커패서터 모듈(1)은 접촉저항을 감소시킴으로써, 저항 특성, 안전성 및 모듈 전체의 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 장점을 갖는다.
상기 부스바(3)는 제1전극접속부재(31), 제2전극접속부재(32), 및 연결부재(33)를 포함할 수 있다.
상기 제1전극접속부재(31)는 상기 베어셀(2)들 중에서 제1베어셀(2a)에 접속된다. 상기 제1전극접속부재(31)는 상기 제1베어셀(2a)에 접속된 상태에서 레이저 또는 초음파 용접을 통해 상기 제1베어셀(2a)에 결합될 수 있다. 상기 제1전극접속부재(31)는 상기 제1베어셀(2a)의 제1전극(21)에 직접 접속될 수 있다. 이 경우, 상기 제1베어셀(2a)의 제1전극(21)이 상기 제1베어셀(2a)의 일측으로 돌출되도록 권취되고, 상기 제1전극접속부재(31)는 상기 제1베어셀(2a)에서 상기 제1전극(21)이 돌출되어 있는 일측에 접속됨으로써, 상기 제1전극(21)에 직접 접속될 수 있다. 상기 제1전극접속부재(31)는 상기 제1전극(21)의 제1전극리드(212)에 접속될 수 있다.
상기 제2전극접속부재(32)는 상기 베어셀(2)들 중에서 제2베어셀(2b)에 접속된다. 상기 제2베어셀(2b)은 상기 모듈케이스(4)에 수납된 베어셀(2)들 중에서 상기 제1베어셀(2a)에 인접하게 위치한 것이다. 상기 제2전극접속부재(32)는 상기 제2베어셀(2b)에 접속된 상태에서 레이저 또는 초음파 용접을 통해 상기 제2베어셀(2b)에 결합될 수 있다. 상기 부스바(3)가 상기 제1베어셀(2a)과 상기 제2베어셀(2b)을 직렬로 연결하는 경우, 상기 제2전극접속부재(32)는 상기 제2베어셀(2b)의 제2전극(22)에 직접 접속될 수 있다. 이 경우, 상기 제2베어셀(2b)의 제2전극(22)이 상기 제2베어셀(2b)의 일측으로 돌출되도록 권취되고, 상기 제2전극접속부재(32)는 상기 제2베어셀(2b)에서 상기 제2전극(22)이 돌출되어 있는 일측에 접속됨으로써, 상기 제2전극(22)에 직접 접속될 수 있다. 상기 제2전극접속부재(32)는 상기 제2전극(22)의 제2전극리드(222)에 접속될 수 있다.
한편, 상기 부스바(3)가 상기 제1베어셀(2a)과 상기 제2베어셀(2b)을 병렬로 연결하는 경우, 상기 제2전극접속부재(32)는 상기 제2베어셀(2b)의 제1전극(21)에 직접 접속될 수 있다. 이 경우, 상기 제2베어셀(2b)의 제1전극(21)이 상기 제2베어셀(2b)의 일측으로 돌출되도록 권취되고, 상기 제2전극접속부재(32)는 상기 제2베어셀(2b)에서 상기 제1전극(21)이 돌출되어 있는 일측에 접속됨으로써, 상기 제1전극(21)에 직접 접속될 수 있다. 상기 제2전극접속부재(32)는 상기 제1전극(21)의 제1전극리드(212)에 접속될 수 있다.
상기 연결부재(33)는 상기 제1전극접속부재(31) 및 상기 제2전극접속부재(32) 각각에 연결되도록 형성된다. 이에 따라, 상기 제1전극접속부재(31)에 직접 접속된 제1베어셀(2a) 및 상기 제2전극접속부재(32)에 직접 접속된 제2베어셀(2b)은, 상기 연결부재(33)를 통해 서로 전기적으로 연결된다. 상기 연결부재(33)는 상기 제1전극접속부재(31) 및 상기 제2전극접속부재(32)와 일체로 형성될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 울트라 커패시터 모듈(1)은 상기 제1베어셀(2a)에 상기 제1전극접속부재(31)를 접속시키고 상기 제2베어셀(2b)에 상기 제2전극접속부재(32)를 접속시키는 작업으로 상기 제1베어셀(2a) 및 상기 제2베어셀(2b)을 서로 전기적으로 연결하는 작업을 수행할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 울트라 커패시터 모듈(1)은 상기 베어셀(2)들을 서로 전기적으로 연결하는 작업에 걸리는 시간을 단축시킬 수 있으므로, 생산성을 향상시킬 수 있다.
상기 연결부재(33)는 전체적으로 사각판형으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 상기 제1전극접속부재(31) 및 상기 제2전극접속부재(32) 각각에 연결되도록 형성될 수 있는 형태이면 다른 형태로 형성될 수도 있다.
여기서, 상기 제1전극접속부재(31)는 상기 연결부재(33)에 비해 큰 크기로 형성될 수 있다. 상기 제1전극접속부재(31)는 상기 제1베어셀(2a)에서 상기 제1전극(21)이 돌출되어 있는 일측에 대응되는 형태로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 제1베어셀(2a)이 원 기둥 형태를 이루도록 권취된 경우, 상기 제1전극접속부재(31)는 원판 형태로 형성될 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 울트라 커패시터 모듈(1)은 상기 제1전극접속부재(31) 및 상기 제1베어셀(2a) 간의 접속면적을 증대시킴으로써, 접촉저항을 더 감소시킬 수 있다.
상기 제1전극접속부재(31)는 상기 제1베어셀(2a)에 합침되는 전해액을 통과시키기 위한 제1전해액통과공(311)을 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 제1베어셀(2a)에 상기 제1전극접속부재(31)가 접속된 상태에서 상기 제1베어셀(2a)에 전해액을 함침시키는 공정이 수행될 수 있다. 상기 제1전극접속부재(31)에는 상기 제1전해액통과공(311)이 복수개 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 제1전해액통과공(311)들은 서로 이격된 위치에 형성될 수 있다.
상기 제2전극접속부재(32)는 상기 연결부재(33)에 비해 큰 크기로 형성될 수 있다. 상기 제2전극접속부재(32)는 상기 제2베어셀(2b)에서 상기 제1전극(21) 또는 상기 제2전극(22)이 돌출되어 있는 일측에 대응되는 형태로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 제2베어셀(2b)이 원 기둥 형태를 이루도록 권취된 경우, 상기 제2전극접속부재(32)는 원판 형태로 형성될 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 울트라 커패시터 모듈(1)은 상기 제2전극접속부재(32) 및 상기 제2베어셀(2b) 간의 접속면적을 증대시킴으로써, 접촉저항을 더 감소시킬 수 있다. 상기 제2전극접속부재(32)는 상기 제1전극접속부재(31)에 대응되는 형태로 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 부스바(3)는 도그본(Dog Bone) 형태를 이루는 판형으로 형성될 수 있다.
상기 제2전극접속부재(32)는 상기 제2베어셀(2b)에 합침되는 전해액을 통과시키기 위한 제2전해액통과공(321)을 포함할 수 있다. 이에 따라, 상기 제2베어셀(2b)에 상기 제2전극접속부재(32)가 접속된 상태에서 상기 제2베어셀(2b)에 전해액을 함침시키는 공정이 수행될 수 있다. 상기 제2전극접속부재(32)에는 상기 제2전해액통과공(321)이 복수개 형성될 수 있다. 이 경우, 상기 제2전해액통과공(321)들은 서로 이격된 위치에 형성될 수 있다.
도 3 내지 도 8을 참고하면, 본 발명에 따른 울트라 커패시터 모듈(1)은 상기 부스바(3)를 복수개 포함할 수 있다.
상기 베어셀(2)들이 직렬로 연결되는 경우, 상기 모듈케이스(4, 도 3에 도시됨)에는 도 7에 도시된 바와 같이 제1전극(21, 도 5에 도시됨)이 일측 방향(A 화살표 방향)을 향하도록 배치된 제1베어셀(2a) 및 제2전극(22, 도 5에 도시됨)이 상기 일측 방향(A 화살표 방향)을 향하도록 배치된 제2베어셀(2b) 순서로 교번하여, 상기 베어셀들(2a, 2b)이 수납될 수 있다. 이 경우, 상기 베어셀들(2a, 2b)을 기준으로 상기 일측 방향(A 화살표 방향)에 배치된 제1부스바(3a) 및 타측 방향(B 화살표 방향)에 배치되는 제2부스바(3b) 순서로 교번하여, 상기 부스바들(3a, 3b)이 상기 베어셀들(2a, 2b)이 배치된 방향(C 화살표 방향)을 따라 배치될 수 있다. 상기 타측 방향(B 화살표 방향)은 상기 일측 방향(A 화살표 방향)에 대해 반대되는 방향이다. 상기 부스바들(3a, 3b)은 각각 2개씩의 베어셀들(2a, 2b)을 직렬로 연결할 수 있다.
상기 베어셀(2)들이 병렬로 연결되는 경우, 상기 모듈케이스(4, 도 3에 도시됨)에는 도 8에 도시된 바와 같이 제1전극(21, 도 5에 도시됨)이 일측 방향(A 화살표 방향)을 향하도록 베어셀(2)들이 수납될 수 있다. 이 경우, 상기 베어셀(2)들을 기준으로 상기 일측 방향(A 화살표 방향)에 배치된 제1부스바(3a), 및 상기 타측 방향(B 화살표 방향)에 배치되는 제2부스바(3b)가 구비될 수 있다. 상기 제1부스바(3a)는 상기 베어셀(2)들의 제1전극(21, 도 5에 도시됨)들을 병렬로 연결할 수 있다. 상기 제2부스바(3b)는 상기 베어셀(2)들의 제2전극(22, 도 5에 도시됨)들을 병렬로 연결할 수 있다. 이 경우, 상기 부스바들(3a, 3b)은 각각 전극접속부재를 복수개 포함할 수 있다. 도 8에는 상기 부스바들(3a, 3b)이 각각 3개씩의 전극접속부재를 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않으며 상기 부스바들(3a, 3b)들은 각각 병렬로 연결하는 베어셀(2)들의 개수의 대응되는 개수의 전극접속부재를 포함할 수 있다. 상기 전극접속부재들은 상기 연결부재들에 의해 서로 연결된다.
도 3 내지 도 10을 참고하면, 상기 모듈케이스(4)는 상기 베어셀(2)들을 수납한다. 상기 모듈케이스(4)는 상기 베어셀(2)들을 수납하기 위한 복수개의 수용부(41)를 포함한다. 상기 베어셀(2)들은 상기 수용부(41)들 각각에 삽입됨으로써, 서로 간에 물리적, 전기적으로 분리되도록 상기 모듈케이스(4)에 수납된다. 이에 따라, 본 발명에 따른 울트라 커패시터 모듈(1)은 종래 기술에 있어서 셀케이스(116, 도 2에 도시됨)를 생략할 수 있으므로, 제조단가를 줄일 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 울트라 커패시터 모듈(1)은 상기 베어셀(2)에 상기 셀케이스(116, 도 2에 도시됨)를 결합시키는 공정을 생략할 수 있으므로, 생산성을 향상시킬 수 있다.
예컨대, 상기 모듈케이스(4)는 상기 제1베어셀(2a)이 수납되는 제1수용부(41a), 및 상기 제2베어셀(2b)이 수납되는 제2수용부(41b)를 포함할 수 있다. 상기 제1베어셀(2a)은 상기 제1수용부(41a)에 삽입되어서 상기 모듈케이스(4)에 수납되고, 상기 제2베어셀(2b)은 상기 제2수용부(41b)에 삽입되어서 상기 모듈케이스(4)에 수납될 수 있다. 이와 같이, 상기 제1베어셀(2a) 및 상기 제2베어셀(2b)은 서로 다른 수용부들(41a, 41b)에 삽입됨으로써, 서로 간에 물리적, 전기적으로 분리되도록 상기 모듈케이스(4)에 수납될 수 있다. 이 상태에서, 상기 제1베어셀(2a) 및 상기 제2베어셀(2b)에 상기 부스바(3)가 접속됨으로써, 상기 제1베어셀(2a) 및 상기 제2베어셀(2b)은 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 모듈케이스(4)는 절연재질로 형성될 수 있다. 상기 수용부(41)들은 각각 상기 베어셀(2)들에 대응되는 형태 및 크기로 형성될 수 있다. 도 10에는 상기 모듈케이스(4)에 6개의 수용부(41)가 형성된 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않으며 상기 모듈케이스(4)에는 2개 이상 5개 미만, 또는 7개 이상의 수용부(41)가 형성될 수도 있다. 상기 모듈케이스(4)에는 상기 수용부(41)가 짝수개로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 모듈케이스(4)에 상기 수용부(41)가 짝수개로 형성되는 경우, 상기 베어셀(2)들 중에서 외부기기와 연결되는 2개의 베어셀(2)들은 서로 다른 극성의 전극이 상기 타측 방향(B 화살표 방향)을 향하도록 상기 모듈케이스(4)에 수납될 수 있다. 예컨대, 상기 외부기기와 연결되는 하나의 베어셀(2)이 상기 제1전극(21)이 상기 타측 방향(B 화살표 방향)을 향하도록 상기 모듈케이스(4)에 수납되면, 상기 외부기기와 연결되는 다른 하나의 베어셀(2)은 상기 제2전극(22)이 상기 타측 방향(B 화살표 방향)을 향하도록 상기 모듈케이스(4)에 수납될 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 울트라 커패시터 모듈(1)은 상기 베어셀(2)들을 직렬로 연결하는 경우, 외부기기와 연결되는 2개의 베어셀(2)들에 대해 배선 등이 동일한 방향으로 인출되어서 외부기기와 연결될 수 있도록 구현된다. 따라서, 본 발명에 따른 울트라 커패시터 모듈(1)은 상기 베어셀(2)들을 외부기기와 연결하는 작업에 대한 용이성을 향상시킬 수 있다.
도 9 내지 도 12를 참고하면, 상기 모듈케이스(4)는 상기 부스바(3)가 삽입되는 삽입홈(42)을 포함할 수 있다.
상기 삽입홈(42)에는 상기 부스바(3)의 연결부재(33)가 삽입된다. 이에 따라, 상기 부스바(3)는 서로 다른 수용부(41)들에 삽입된 베어셀(2)들에 접속되더라도, 상기 연결부재(33)가 상기 삽입홈(41)에 삽입됨에 따라 상기 모듈케이스(4)의 외측으로 돌출되지 않게 된다. 상기 삽입홈(42)은 상기 연결부재(33)에 대응되는 형태 및 크기로 형성될 수 있다.
상기 베어셀(2)들이 직렬로 연결되는 경우, 도 11에 도시된 바와 같이 상기 모듈케이스(4)에는 상기 베어셀들(2a, 2b)을 기준으로 상기 일측 방향(A 화살표 방향)에 배치된 제1부스바(3a) 및 상기 타측 방향(B 화살표 방향)에 배치되는 제2부스바(3b) 순서로 교번하여, 상기 부스바들(3a, 3b)이 상기 베어셀들(2a, 2b)이 배치된 방향(C 화살표 방향)을 따라 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 모듈케이스(4)에는 상기 베어셀들(2a, 2b)을 기준으로 상기 일측 방향(A 화살표 방향)에 형성된 제1삽입홈(42a) 및 상기 타측 방향(B 화살표 방향)에 형성된 제2삽입홈(42b) 순서로 교번하여, 상기 삽입홈들(42a, 42b)이 상기 베어셀들(2a, 2b)이 배치된 방향(C 화살표 방향)을 따라 형성될 수 있다.
상기 베어셀(2)들이 병렬로 연결되는 경우, 도 12에 도시된 바와 같이 상기 모듈케이스(4)에는 상기 베어셀들(2)들을 기준으로 상기 일측 방향(A 화살표 방향)에 배치된 제1부스바(3a), 및 상기 타측 방향(B 화살표 방향)에 배치되는 제2부스바(3b)가 구비될 수 있다. 이 경우, 상기 모듈케이스(4)에는 상기 베어셀(2)들을 기준으로 상기 일측 방향(A 화살표 방향)에 상기 제1부스바(3a)들의 연결부재(33)들이 삽입되는 복수개의 제1삽입홈(42a), 및 상기 타측 방향(B 화살표 방향)에 상기 제2부스바(3b)들의 연결부재(33)들이 삽입되는 복수개의 제2삽입홈(42b)이 형성될 수 있다.
도 9 내지 도 13을 참고하면, 상기 모듈케이스(4)는 상기 수용부(41)가 형성된 복수개의 내부격벽(43, 도 13에 도시됨), 상기 내부격벽(43)의 외측에 위치하는 외부격벽(44, 도 13에 도시됨), 및 상기 내부격벽(43)들을 상기 외부격벽(44)에 결합시키는 복수개의 결합부재(45, 도 13에 도시됨)를 포함할 수 있다.
상기 내부격벽(43)들은 각각 상기 베어셀(2, 도 9에 도시됨)을 수납한다. 상기 베어셀(2)들은 각각 상기 내부격벽(43)들에 형성된 수용부(41)에 삽입됨으로써, 상기 내부격벽(43)들의 내부에 수납된다. 이에 따라, 상기 내부격벽(43)들은 상기 베어셀(2)들을 서로 물리적, 전기적으로 분리시킬 수 있다. 또한, 상기 내부격벽(43)들은 상기 베어셀(2)들 각각에 함침된 전해액을 서로 물리적, 전기적으로 분리시킬 수 있다.
상기 외부격벽(44)은 상기 내부격벽(43)들의 외측에 위치한다. 즉, 상기 내부격벽(43)들은 상기 외부격벽(44)의 내부에 위치한다. 상기 외부격벽(44)은 상기 내부격벽(43)들이 위치하기 위한 격벽공(441)을 포함한다. 상기 격벽공(441)은 상기 외부격벽(44)을 관통하여 형성될 수 있다.
상기 결합부재(45)들은 상기 내부격벽(43)들이 상기 외부격벽(44)의 내부에 위치하도록 상기 내부격벽(43)들을 상기 외부격벽(44)에 결합시킨다. 상기 결합부재(45)들은 상기 내부격벽(43)들 각각이 상기 외부격벽(44)의 내면으로부터 이격되어 위치하도록 상기 내부격벽(43)들을 상기 외부격벽(44)에 결합시킨다. 이에 따라, 상기 모듈케이스(4)는 이중 격벽 구조로 구현된다. 따라서, 본 발명에 따른 울트라 커패시터 모듈(1)은 다음과 같은 작용 효과를 도모할 수 있다.
첫째, 본 발명에 따른 울트라 커패시터 모듈(1)은 상기 모듈케이스(4)가 이중 격벽 구조로 구현됨으로써, 상기 내부격벽(43)들 및 상기 외부격벽(44) 사이의 공간이 완충 공간으로 기능할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 울트라 커패시터 모듈(1)은 상기 베어셀(2)들의 구동 시에 발생하는 내부 가스에 의해 내압이 증가하더라도, 상기 내부격벽(43)들 및 상기 외부격벽(44)이 변형 내지 파손되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 울트라 커패시터 모듈(1)은 내구성 향상을 통해 유지 보수에 대한 주기를 늘림으로써, 가동률을 증대시킬 수 있다.
둘째, 본 발명에 따른 울트라 커패시터 모듈(1)은 상기 모듈케이스(4)가 이중 격벽 구조로 구현됨으로써, 상기 내부격벽(43)들 및 상기 외부격벽(44) 사이의 공간이 단열 공간으로 기능할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 울트라 커패시터 모듈(1)은 상기 베어셀(2)들의 구동 시에 발생하는 내부 열, 및 주변 환경에서 발생하는 외부 열에 의해 상기 베어셀(2)들에 대한 수명이 감소하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 울트라 커패시터 모듈(1)은 상기 베어셀(2)들에 대한 사용 수명을 연장할 수 있다.
상기 결합부재(45)들은 상기 내부격벽(43)들이 서로 소정 거리 이격된 위치에 위치하도록 상기 내부격벽(43)들을 상기 외부격벽(44)에 결합시킬 수 있다. 상기 결합부재(45)들은 상기 내부격벽(43)들의 외주면을 따라 서로 이격되게 결합됨으로써, 상기 완충 공간 및 상기 단열 공간으로 기능하는 공간의 크기를 증대시킬 수 있다.
도 13 내지 도 16을 참고하면, 본 발명에 따른 울트라 커패시터 모듈(1)은 가스를 배출시키기 위한 배기부재(5)를 포함할 수 있다.
상기 배기부재(5)는 상기 수용부(41)로부터 가스를 배출시키기 위한 것이다. 상기 배기부재(5)는 상기 베어셀(2)들이 구동하는 과정에서 발생하는 가스에 의해 상기 내부격벽(43)의 내부 압력이 높아지면, 상기 내부격벽(43) 내부에 존재하는 가스를 상기 내부격벽(43)의 외부로 배출시킬 수 있다.
이를 위해, 상기 모듈케이스(4)는 배기공(46, 도 15에 도시됨)을 포함한다. 상기 배기공(46)은 상기 수용부(41) 및 상기 배기부재(5)가 서로 연통되도록 상기 내부격벽(43)을 관통하여 형성된다. 상기 배기부재(5)는 상기 내부격벽(43)들 사이에 위치하는 격벽공(441, 도 13에 도시됨) 및 상기 수용부(41) 각각에 연통되게 연결됨으로써, 상기 내부격벽(43)의 내부에 존재하는 가스를 상기 외부격벽(44)으로 배출시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 울트라 커패시터 모듈(1)은 상기 베어셀(2)들의 구동 시에 발생하는 내부 가스에 의해 내압이 증가하더라도, 상기 내부격벽(43)들 및 상기 외부격벽(44)이 변형 내지 파손되는 것을 방지할 수 있다.
도 15에 도시된 바와 같이, 상기 배기부재(5)는 상기 내부격벽(43)에 결합되는 배기본체(51), 상기 배기본체(51)를 관통하여 형성되는 배출공(52), 상기 배기본체(51)의 내부에 이동 가능하게 결합되는 개폐부재(53), 및 상기 개폐부재(53)에 탄성력을 제공하는 탄성부재(54)를 포함할 수 있다.
상기 배기본체(51)는 상기 배기공(46)에 연통되도록 상기 내부격벽(43)에 결합된다. 상기 배기본체(51)는 상기 내부격벽(43)들 사이에 위치하는 격벽공(441, 도 13에 도시됨)에 위치되게 상기 내부격벽(43)에 결합될 수 있다.
상기 배출공(52)은 상기 배기본체(51)를 관통하여 형성됨으로써, 일단이 상기 배기공(46)을 통해 상기 수용부(41)에 연통됨과 동시에 타단이 상기 내부격벽(43)들 사이에 위치하는 격벽공(441, 도 13에 도시됨)에 연통될 수 있다.
상기 개폐부재(53)는 상기 배출공(52)에 위치하도록 상기 배기본체(51)의 내부에 결합된다. 상기 개폐부재(53)는 상기 배기공(46)을 통해 전달되는 수용부(41)의 내부 압력에 따라 이동될 수 있다.
상기 탄성부재(54)는 일측이 상기 배기본체(51)의 내부에 지지되고, 타측이 상기 개폐부재(53)를 지지한다. 상기 탄성부재(54)는 상기 개폐부재(53)가 상기 배출공(52)의 일단 및 타단 사이에 위치하도록 상기 개폐부재(53)에 탄성력을 제공한다. 이에 따라, 상기 수용부(41)의 내부 압력이 상기 탄성부재(54)가 갖는 탄성력에 비해 작은 경우, 상기 개폐부재(53)는 상기 배출공(52)의 일단 및 타단 사이에 위치되어 상기 배기공(46) 및 상기 배출공(52)이 서로 연통되지 않도록 차단한다. 이 상태에서 상기 수용부(41)의 내부 압력이 증가함에 따라 상기 개폐부재(53)가 상기 수용부(41)의 내부 압력에 밀리면, 상기 탄성부재(54)는 상기 개폐부재(53)의 이동에 따라 인장된다. 상기 개폐부재(53)가 상기 배출공(52)의 타단까지 이동하게 되면, 상기 배출공(52) 및 배기공(46)이 서로 연통됨으로써 상기 수용부(41)로부터 가스가 배출된다. 상기 수용부(41)로부터 가스가 배출됨에 따라 상기 수용부(41)의 내부 압력이 감소하면, 상기 개폐부재(53)는 상기 탄성부재(54)가 복원력에 의해 압축됨에 따라 상기 배출공(52)의 일단 및 타단 사이에 위치하도록 이동한다. 이에 따라, 상기 개폐부재(53)는 상기 배기공(46) 및 상기 배출공(52)이 서로 연통되지 않도록 차단한다.
상술한 바와 같이, 상기 배기부재(5)는 상기 수용부(41)의 내부 압력에 따라 상기 수용부(41)로부터 가스가 자동으로 배출되도록 구현됨으로써, 상기 베어셀(2)들에 대한 기밀성을 확보함과 동시에 상기 베어셀(2)들의 구동 시에 발생하는 가스로 인해 상기 모듈케이스(4)가 변형 내지 파손되는 것을 방지할 수 있다.
도 13 내지 도 16을 참고하면, 본 발명에 따른 울트라 커패시터 모듈(1)은 상기 배기부재(5)를 복수개 포함할 수 있다.
상기 배기부재(5)들은 상기 모듈케이스(4)가 갖는 수용부(41)들 각각으로부터 가스를 배출시킬 수 있도록 상기 내부격벽(43)들 각각에 결합될 수 있다. 본 발명에 따른 울트라 커패시터 모듈(1)는 상기 내부격벽(43)들의 개수와 동일한 개수의 배기부재(5)를 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 울트라 커패시터 모듈(1)는 상기 내부격벽(43)들의 개수에 비해 많은 개수의 배기부재(5)를 포함할 수도 있다. 이 경우, 하나의 내부격벽(43)에 상기 배기부재(5)가 복수개 결합될 수 있다.
상기 배기부재(5)들은 2개가 한 쌍을 이루어 서로 마주보도록 배치될 수 있다. 예컨대, 도 16에 도시된 바와 같이 상기 제1수용부(41a)로부터 가스를 배출시키기 위한 제1배기부재(5a), 및 상기 제2수용부(41b)로부터 가스를 배출시키기 위한 제2배기부재(5b)가 서로 마주보도록 배치될 수 있다.
이 경우, 상기 제1배기부재(5a)는 상기 제1내부격벽(43a)을 관통하여 형성된 제1배기공(46a)에 연통되도록 상기 제1내부격벽(43a)에 결합될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1배기부재(5a)는 상기 제1수용부(41a)의 내부 압력에 따라 상기 제1수용부(41a)로부터 가스를 자동으로 배출시킬 수 있다.
상기 제2배기부재(5b)는 상기 제2내부격벽(43b)을 관통하여 형성된 제2배기공(46b)에 연통되도록 상기 제2내부격벽(43b)에 결합될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1배기부재(5a)는 상기 제1수용부(41a)의 내부 압력에 따라 상기 제1수용부(41a)로부터 가스를 자동으로 배출시킬 수 있다.
상기 제2배기부재(5b) 및 상기 제1배기부재(5a)는 상기 제1내부격벽(43a) 및 상기 제2내부격벽(43b) 사이에서 서로 마주보도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2배기부재(5b) 및 상기 제1배기부재(5a)가 배출시키는 가스는, 상기 제1내부격벽(43a) 및 상기 제2내부격벽(43b) 사이로 배출된다. 도 16에는 상기 제2배기부재(5b) 및 상기 제1배기부재(5a)가 상기 베어셀들(2a, 2b)을 기준으로 상기 일측 방향(A 화살표 방향)에 배치된 부스바(3)에 인접한 위치에 설치되는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않으며 상기 제2배기부재(5b) 및 상기 제1배기부재(5a)는 상기 부스부(3)로부터 상기 타측 방향(B 화살표 방향)으로 이격된 위치에 설치될 수도 있다.
도 6, 도 13 내지 도 17을 참고하면, 본 발명에 따른 울트라 커패시터 모듈(1)은 베어셀(2)들 간의 전압 편차를 조절하기 위한 하네스(Haness, 6)를 포함할 수 있다.
상기 하네스(6)는 상기 부스바(3)에 접속됨으로써, 상기 부스바(3)에 접속된 베어셀(2)들 간의 전압 편차를 조절할 수 있다. 상기 하네스(6)는 일측이 상기 부스바(3)에 접속되고, 타측이 밸런싱부(미도시)에 연결될 수 있다. 상기 밸런싱부는 상기 베어셀(2)들 간의 전압 편차를 조절하기 위한 것으로, 상기 모듈케이스(4)의 외부에 설치될 수 있다. 본 발명에 따른 울트라 커패시터 모듈(1)이 상기 하네스(6)를 복수개 포함하는 경우, 상기 하네스(6)들은 타측이 서로 연결된 후에 상기 밸런싱부에 연결될 수 있다.
여기서, 상기 부스바(3)는 상기 하네스(6)가 삽입되는 연결공(331, 도 6에 도시됨)을 포함할 수 있다. 상기 연결공(331)은 상기 부스바(3)의 연결부재(33)를 관통하여 형성될 수 있다. 상기 하네스(6)는 상기 연결공(331)에 삽입되어서 상기 부스바(3)에 접속됨으로써, 상기 부스바(3)에 접속된 베어셀(3)들에 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 울트라 커패시터 모듈(1)은 상기 하네스(6)를 상기 베어셀(3)들에 전기적으로 연결하는 작업에 대한 용이성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 상기 하네스(6)를 상기 베어셀(3)들에 전기적으로 연결하는 작업에 걸리는 시간을 단축시킬 수 있다. 상기 하네스(6)는 상기 연결공(331)에 삽입된 상태에서 레이저 또는 초음파 용접을 통해 상기 부스바(3)에 결합될 수 있다.
상기 부스바(3)들이 상기 베어셀(2)들을 기준으로 상기 일측 방향(A 화살표 방향) 및 상기 타측 방향(B 화살표 방향)에 나누어 배치되는 경우, 상기 하네스(6)들은 다음과 같이 상기 베어셀(2)들에 연결될 수 있다.
우선, 도 16에 도시된 바와 같이 상기 하네스(6)가 상기 베어셀들(2a, 2b)을 기준으로 상기 일측 방향(A 화살표 방향)에 배치된 부스바(3)에 접속되는 경우, 상기 하네스(6)는 일측이 상기 부스바(3)의 연결공(331)에 삽입되어서 상기 부스바(3)에 접속된다. 이에 따라, 상기 하네스(6)는 상기 부스바(3)의 제1전극접속부재(31) 및 상기 제2전극접속부재(32)를 통해 상기 제1베어셀(2a) 및 상기 제2베어셀(2b)에 전기적으로 연결된다. 상기 하네스(6)는 상기 연결공(331)에 삽입된 일측으로부터 상기 타측 방향(B 화살표 방향)으로 연장되어 타측이 상기 외부격벽(44, 도 14에 도시됨)의 외측으로 돌출되도록 형성된다. 상기 하네스(6)는 상기 제1내부격벽(43a) 및 상기 제2내부격벽(43b) 사이에서 상기 연결공(331)에 삽입될 수 있다. 이 경우, 상기 하네스(6)는 상기 제1수용부(41a)로부터 가스를 배출시키기 위한 제1배기부재(5a), 및 상기 제2수용부(41b)로부터 가스를 배출시키기 위한 제2배기부재(5b) 사이에 위치되도록 상기 연결공(331)에 삽입될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1배기부재(5a) 및 상기 제2배기부재(5b)는 상기 연결공(331)에 삽입된 하네스(6)를 지지할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 울트라 커패시터 모듈(1)은 상기 하네스(6)가 상기 연결공(331)에 삽입된 상태로 견고하게 유지될 수 있도록 구현됨으로써, 진동 등으로 인해 상기 하네스(6)가 상기 연결공(331)으로부터 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
다음, 도 17에 도시된 바와 같이 상기 하네스(6)가 상기 베어셀(2)들을 기준으로 상기 타측 방향(B 화살표 방향)에 배치된 부스바(3)에 접속되는 경우, 상기 하네스(6)는 일측이 상기 부스바(3)의 연결공(331)에 삽입되어서 상기 부스바(3)에 접속된다. 이에 따라, 상기 하네스(6)는 상기 부스바(3)의 제1전극접속부재(31) 및 상기 제2전극접속부재(32)를 통해 상기 베어셀(2)들에 전기적으로 연결된다. 상기 하네스(6)는 상기 연결공(331)에 삽입된 일측으로부터 상기 타측 방향(B 화살표 방향)으로 연장되어 타측이 상기 외부격벽(44, 도 14에 도시됨)의 외측으로 돌출되도록 형성된다.
상기 베어셀(2)들을 기준으로 상기 일측 방향(A 화살표 방향)에 배치된 부스바(3)에 접속된 하네스(6)(이하, '제1하네스'라 함)는, 상기 베어셀(2)들을 기준으로 상기 타측 방향(B 화살표 방향)에 배치된 부스바(3)에 접속된 하네스(6)(이하, '제2하네스'라 함)에 비해 긴 길이로 형성된다. 즉, 상기 제2하네스는 상기 제1하네스에 비해 짧은 길이로 형성된다. 상기 베어셀(2)들이 직렬로 연결되는 경우, 상기 모듈케이스(4)에는 상기 베어셀들(2a, 2b)이 배치되는 방향(C 화살표 방향)을 따라 상기 제1하네스 및 상기 제2하네스가 교번하여 배치될 수 있다. 상기 제1하네스들 및 상기 제2하네스들은 타측이 상기 모듈케이스(4)의 외측으로 돌출되어 서로 연결된 후에 상기 밸런싱부에 연결될 수 있다. 상기 모듈케이스(4)에는 상기 제1하네스들 및 상기 제2하네스들을 통과시키기 위한 복수개의 통과공(미도시)이 형성될 수 있다. 상기 통과공들은 상기 제1하네스들 및 상기 제2하네스들이 상기 모듈케이스(4)의 외측으로 돌출되기 위한 통로 기능, 및 상기 배기부재(5)들에 의해 상기 모듈케이스의 내부로 배출되는 가스를 상기 모듈케이스(4)의 외측으로 배출시키기 위한 배기 기능을 구현할 수 있다.
도 3 내지 도 17을 참고하면, 상기 모듈케이스(4)는 제1커버부재(47, 도 14에 도시됨) 및 제2커버부재(48, 도 14에 도시됨)를 포함할 수 있다.
상기 제1커버부재(47)는 상기 외부격벽(44)을 기준으로 상기 타측 방향(B 화살표 방향)에 위치하도록 상기 외부격벽(44)에 결합된다. 이에 따라, 상기 제1커버부재(47)는 상기 외부격벽(44)의 타측 방향(B 화살표 방향)을 밀폐시킬 수 있다.
상기 제1커버부재(47)는 관통공(471, 도 14에 도시됨)을 포함할 수 있다. 상기 관통공(471)은 상기 제1커버부재(47)를 관통하여 형성된다. 상기 모듈케이스(4)에 수납된 베어셀(2)들 중에서 외부기기(미도시)와 연결되는 베어셀(2)은, 상기 관통공(471)을 통해 상기 외부기기와 연결될 수 있다. 해당 베어셀(2)에는 상기 외부기기와의 연결을 위한 접속터미널(7, 도 3에 도시됨)이 결합될 수 있다. 상기 접속터미널(7)은 상기 관통공(471)을 통해 상기 모듈케이스(4)의 외측으로 돌출된다. 상기 제1커버부재(47)에는 상기 외부기기가 상기 베어셀(2)들의 제1전극 및 제2전극에 각각 연결될 수 있도록 2개의 관통공(471)을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 모듈케이스(4)에 수납된 베어셀(2)들 중에서 2개의 베어셀(2)들이 상기 관통공(471)들을 통해 상기 외부기기와 연결될 수 있다. 예컨대, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 모듈케이스(4)에서 양단에 위치한 2개의 베어셀(2)들에 각각 접속터미널(7)들이 결합될 수 있다.
상기 제2커버부재(48)는 상기 외부격벽(44)을 기준으로 상기 일측 방향(A 화살표 방향)에 위치하도록 상기 외부격벽(44)에 결합된다. 이에 따라, 상기 제2커버부재(48)는 상기 외부격벽(44)의 일측 방향(A 화살표 방향)을 밀폐시킬 수 있다.
상기 제2커버부재(48) 및 상기 제1커버부재(47)는 상기 베어셀(2)들이 상기 수용부(41)들에 삽입되어 상기 부스바(3)들에 의해 연결된 후에, 상기 외부격벽(44)에 결합될 수 있다. 이를 구체적으로 살펴보면, 다음과 같다.
우선, 상기 모듈케이스(4)는 상기 제1커버부재(47) 및 상기 제2커버부재(48)가 결합되지 않은 상태로, 상기 일측 방향(A 화살표 방향) 및 상기 타측 방향(B 화살표 방향)이 개방된 상태이다.
다음, 상기 수용부(41)들 각각에 상기 베어셀(2)들을 삽입시킨다. 이에 따라, 상기 베어셀(2)들은 서로 다른 내부격벽(43)들의 내부에 수납된다.
다음, 상기 베어셀(2)들에 상기 부스바(3)들을 연결한다. 상기 부스바(3)들은 상기 모듈케이스(4)에서 개방된 양측을 통해 상기 모듈케이스(4)의 내부에 삽입된 후에 상기 베어셀(2)들에 레이저 또는 초음파 용접됨으로써 상기 베어셀(2)들에 결합될 수 있다. 이 경우, 상기 부스바(3)들은 상기 제1전극접속부재(31) 및 상기 제2전극접속부재(32)가 서로 다른 베어셀(2)들에 접속되고, 상기 연결부재(33)가 상기 삽입홈(42)에 삽입될 수 있다.
다음, 상기 제1커버부재(47) 및 상기 제2커버부재(48)를 상기 외부격벽(44)에 결합시킨다. 상기 제1커버부재(47) 및 상기 제2커버부재(48)는 레이저 또는 초음파 용접, 억지끼워맞춤(Interference Fit), 볼트 등과 같은 체결수단 중에서 적어도 하나를 이용하여 상기 외부격벽(44)에 결합될 수 있다.
본 발명에 따른 울트라 커패시터 모듈(1)이 상기 배기부재(5)들을 포함하는 경우, 상기 배기부재(5)들은 상기 수용부(41)들 각각에 상기 베어셀(2)들을 삽입시키기 이전 또는 상기 수용부(41)들 각각에 상기 베어셀(2)들을 삽입시킨 이후에 상기 내부격벽(43)들에 결합되도록 설치될 수 있다.
본 발명에 따른 울트라 커패시터 모듈(1)이 상기 하네스(6)들을 포함하는 경우, 상기 하네스(6)들은 상기 베어셀(2)들에 상기 부스바(3)들을 연결한 이후에 상기 연결공(331)들에 각각 삽입됨으로써 설치될 수 있다. 상기 하네스(6)들은 상기 배기부재(5)들이 설치된 이후에 상기 연결공(331)들에 각각 삽입됨으로써 설치될 수도 있다. 상기 하네스(6)들은 상기 연결공(331)들 각각에 삽입된 후에 레이저 또는 초음파 용접을 통해 상기 부스바(3)들에 결합될 수 있다.
본 발명에 따른 울트라 커패시터 모듈(1)은 상기 내부격벽(43)들이 하나의 열을 이루며 배치되어서 상기 모듈케이스(4)를 구현하고, 이에 따라 상기 베어셀(2)들이 하나의 열을 이루며 배치되어서 구현될 수 있다. 도시되지 않았지만, 본 발명의 변형된 실시예에 따른 울트라 커패시터 모듈(1)은 상기 내부격벽(43)들이 행렬(Matrix)을 이루며 배치되어서 상기 모듈케이스(4)를 구현하고, 이에 따라 상기 베어셀(2)들이 행렬을 이루며 배치되어서 구현될 수도 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
1 : 울트라 커패시터 모듈 2 : 베어셀
3 : 부스바 4 : 모듈케이스
5 : 배기부재 6 : 하네스
21 : 제1전극 22 : 제2전극
23 : 분리막 31 : 제1전극접속부재
32 : 제2전극접속부재 33 : 연결부재
41 : 수용부 42 : 삽입홈
43 : 내부격벽 44 : 외부격벽
45 : 결합부재 46 : 배기공
47 : 제1커버부재 48 : 제2커버부재
51 : 배기본체 52 : 배출공
53 : 개폐부재 54 : 탄성부재

Claims (13)

  1. 복수개의 수용부(41)를 갖는 모듈케이스(4);
    상기 수용부(41)들 중에서 제1수용부(41a)에 삽입되어 상기 모듈케이스(4)에 수납되는 제1베어셀(2a);
    상기 수용부(41)들 중에서 제2수용부(41b)에 삽입되어 상기 모듈케이스(4)에 수납되는 제2베어셀(2b); 및
    상기 제1베어셀(2a) 및 상기 제2베어셀(2b)을 전기적으로 연결하기 위한 부스바(3)를 포함하고,
    상기 부스바(3)는 상기 제1베어셀(2a)에 접속되는 제1전극접속부재(31), 상기 제2베어셀(2b)에 접속되는 제2전극접속부재(32), 및 상기 제1전극접속부재(31) 및 상기 제2전극접속부재(32) 각각에 연결되도록 상기 제1전극접속부재(31) 및 상기 제2전극접속부재(32)와 일체로 형성되는 연결부재(33)를 포함하는 것을 특징으로 하는 울트라 커패시터 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모듈케이스(4)는 상기 제1베어셀(2a)과 상기 제2베어셀(2b) 각각에 접속된 부스바(3)의 연결부재(33)가 삽입되는 삽입홈(42)을 포함하는 것을 특징으로 하는 울트라 커패시터 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1수용부(41a)로부터 가스를 배출시키기 위한 제1배기부재(5a)를 포함하고;
    상기 모듈케이스(4)는 상기 제1수용부(41a)가 형성된 제1내부격벽(43a), 및 상기 제1수용부(41a)와 상기 제1배기부재(5a)가 서로 연통되도록 상기 제1내부격벽(43a)을 관통하여 형성되는 제1배기공(46a)을 포함하는 것을 특징으로 하는 울트라 커패시터 모듈.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1배기부재(5a)는
    상기 제1배기공(46a)에 연통되도록 상기 제1내부격벽(43a)에 결합되는 배기본체(51);
    상기 배기본체(51)를 관통하여 형성되는 배출공(52);
    상기 배기본체(51)의 내부에 이동 가능하게 결합되는 개폐부재(53); 및
    상기 제1수용부(41a)의 내부 압력에 따라 상기 제1배기공(46a) 및 상기 배출공(52)이 선택적으로 연통되도록 상기 개폐부재(53)에 탄성력을 제공하는 탄성부재(54)를 포함하는 것을 특징으로 하는 울트라 커패시터 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1전극접속부재(31)는 상기 제1베어셀(2a)에 함침되는 전해액을 통과시키기 위한 제1전해액통과공(311)을 포함하고,
    상기 제2전극접속부재(32)는 상기 제2베어셀(2b)에 함침되는 전해액을 통과시키기 위한 제2전해액통과공(321)을 포함하는 것을 특징으로 하는 울트라 커패시터 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1전극접속부재(31)는 상기 연결부재(33)에 비해 큰 크기로 형성되되, 상기 제1베어셀(2a)에서 제1전극(21)이 돌출되어 있는 일측에 대응되는 형태로 형성되고;
    상기 제2전극접속부재(32)는 상기 연결부재(33)에 비해 큰 크기로 형성되되, 상기 제1전극접속부재(31)에 대응되는 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 울트라 커패시터 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1베어셀(2a)과 상기 제2베어셀(2b) 간의 전압 편차를 조절하기 위한 하네스(Harness)(6)를 포함하고,
    상기 연결부재(33)는 상기 하네스(6)가 삽입되는 연결공(331)을 포함하는 것을 특징으로 하는 울트라 커패시터 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1수용부(41a)로부터 가스를 배출시키기 위한 제1배기부재(5a), 및 상기 제2수용부(41b)로부터 가스를 배출시키기 위한 제2배기부재(5b)를 포함하고;
    상기 하네스(6)는 상기 제1배기부재(5a) 및 상기 제2배기부재(5b) 사이에 위치되도록 상기 연결공(331)에 삽입되며;
    상기 제1배기부재(5a) 및 상기 제2배기부재(5b)는 상기 연결공(331)에 삽입된 하네스(6)를 지지하는 것을 특징으로 하는 울트라 커패시터 모듈.
  9. 복수개의 수용부(41)를 갖는 모듈케이스(4);
    상기 수용부(41)들 각각에 삽입되어 상기 모듈케이스(4)에 수납되는 복수개의 베어셀(2); 및
    상기 베어셀(2)들을 서로 전기적으로 연결하기 위한 복수개의 부스바(3)를 포함하고,
    상기 부스바(3)들은 각각 상기 베어셀(2)들에 직접 접속되어서 상기 베어셀(2)들을 서로 전기적으로 연결하는 것을 특징으로 하는 울트라 커패시터 모듈.
  10. 제1항 또는 제9항에 있어서,
    상기 모듈케이스(4)는 상기 수용부(41)가 형성된 복수개의 내부격벽(43), 상기 내부격벽(43)들의 외측에 위치하는 외부격벽(44), 및 상기 내부격벽(43)들을 상기 외부격벽(44)에 결합시키는 복수개의 결합부재(45)를 포함하고;
    상기 결합부재(45)들은 상기 내부격벽(43)들 각각이 상기 외부격벽(44)의 내면으로부터 이격되어 위치하도록 상기 내부격벽(43)들을 상기 외부격벽(44)에 결합시키는 것을 특징으로 하는 울트라 커패시터 모듈.
  11. 제1베어셀(2a)에 접속되기 위한 제1전극접속부재(31);
    제2베어셀(2b)에 접속되기 위한 제2전극접속부재(32); 및
    상기 제1베어셀(2a) 및 상기 제2베어셀(2b)을 전기적으로 연결하기 위해 상기 제1전극접속부재(31) 및 상기 제2전극접속부재(32) 각각에 연결되도록 상기 제1전극접속부재(31) 및 상기 제2전극접속부재(32)와 일체로 형성되는 연결부재(33)를 포함하고,
    상기 제1전극접속부재(31)는 상기 제1베어셀(2a)에 함침되는 전해액을 통과시키기 위한 제1전해액통과공(311)을 포함하며,
    상기 제2전극접속부재(32)는 상기 제2베어셀(2b)에 함침되는 전해액을 통과시키기 위한 제2전해액통과공(321)을 포함하는 것을 특징으로 하는 울트라 커패시터 모듈용 부스바.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1전극접속부재(31)는 상기 연결부재(33)에 비해 큰 크기로 형성되되, 상기 제1베어셀(2a)에서 제1전극(21)이 돌출되어 있는 일측에 대응되는 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 울트라 커패시터 모듈용 부스바.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 연결부재(33)는 상기 제1베어셀(2a)과 상기 제2베어셀(2b) 간의 전압 편차를 조절하기 위한 하네스(Harness)(6)가 삽입되는 연결공(331)을 포함하는 것을 특징으로 하는 울트라 커패시터 모듈용 부스바.
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