KR20170019752A - 울트라 커패시터 - Google Patents

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KR20170019752A
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Abstract

양극 및 음극이 울트라 커패시터의 일측에 모두 배치되는 본 발명의 일 측면에 따른 울트라 커패시터는 일측에 제1 전극(410)이 형성되고, 타측에 상기 제1 전극(410)과 극성이 반대인 제2 전극(420)이 형성되도록 구성된 베어셀(210); 상기 베어셀(210)의 제1 전극(410)에 결합된 제1 터미널(220); 상기 베어셀(210)의 제2 전극(420)에 결합된 제2 터미널(230); 일측은 폐쇄되고 타측은 개방되어 내부에 상기 베어셀(210)이 수용되고, 상기 제1 터미널(220)과 전기적으로 연결된 케이스(240); 상기 케이스(240)의 타측에 결합되고, 상기 케이스(240)의 타측으로 돌출되게 형성된 제1 전극단자(262)를 갖는 제1 외부 터미널(260); 및 상기 제2 터미널(230)에 연결되고, 상기 케이스(240)의 타측으로 돌출되게 형성된 제2 전극단자(252)를 갖는 제2 외부 터미널(250)을 포함한다.

Description

울트라 커패시터{Ultra Capacitor}
본 발명은 에너지 저장 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 울트라 커패시터에 관한 것이다.
울트라 커패시터(Ultra Capacitor)는 슈퍼 커패시터(Super Capacitor)라고도 불리며, 전해 콘덴서와 이차전지의 중간적인 특성을 갖는 에너지 저장장치로써 높은 효율과 반영구적인 수명 특성을 가지고 있어, 이차전지의 약점인 짧은 싸이클과 순간 고전압 문제를 보완하는 에너지 저장장치로서 시장을 형성하고 있다.
울트라 커패시터는 빠른 충방전 특성을 가지므로 휴대폰, 테블릿 PC, 또는 노트북 등과 같은 모바일 디바이스의 보조 전원으로서뿐만 아니라, 고용량이 요구되는 전기 자동차나 하이브리드 자동차, 태양전지용 전원장치, 무정전 전원공급장치(Uninterruptible Power Supply: UPS) 등의 주전원 또는 보조전원으로도 이용된다.
일반적인 울트라 커패시터는 활성탄소(Activated Carbon)가 코팅된 알루미늄 집전체와 분리막(Separator)이 원형으로 권취되어 알루미늄 케이스 내에 내장된 형태로 구성된다.
도 1a에 일반적인 울트라 커패시터의 구성이 도시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 울트라 커패시터(100)는 원통형의 케이스(102), 상기 케이스(102) 내에 배치되며 양극(112), 음극(114), 및 분리막(미도시)이 권취되어 구성된 베어셀(110), 상기 베어셀(110)의 양극(112)에 연결된 제1 터미널(122), 상기 베어셀(110)의 음극(114)에 연결된 제2 터미널(124), 상기 제1 터미널(122)에 연결되며 돌출부를 갖는 제1 외부 터미널(132), 및 상기 제2 터미널(124)에 연결되며 돌출부를 갖는 제2 외부 터미널(134)를 포함한다.
하지만, 도 1a에 도시된 바와 같은 종래의 울트라 커패시터(100)의 경우, 울트라 커패시터(100)의 양극(112)은 하측에 배치되고 음극(114)은 상측에 배치되므로, 복수개의 울트라 커패시터(100)들을 직렬로 연결하여 울트라 커패시터 모듈(미도시)을 구성하기 위해서는, 인접한 울트라 커패시터(100)의 전극 극성이 반대가 되도록 배치하여야 한다.
예컨대, 도 1b에 도시된 바와 같이 제1 울트라 커패시터(100a) 및 제2 울트라 커패시터(100b)를 직렬로 연결하여 울트라 커패시터 모듈을 구성할 때, 제1 울트라 커패시터(100a)는 양극(112a)이 상측에 위치하고 음극(114a)이 하측에 위치하도록 배치되면, 제2 울트라 커패시터(100b)는 음극(114b)이 상측에 위치하고 양극(112b)이 하측에 위치하도록 배치되어야만 제1 울트라 커패시터(110a)의 양극(112a)과 제2 울트라 커패시터(114b)의 음극을 부스바(140)로 연결할 수 있게 된다.
이와 같이, 종래의 울트라 커패시터들로 울트라 커패시터 모듈을 구성하기 위해서는, 인접한 울트라 커패시터의 전극 극성이 반대가 되도록 배치하여야 하기 때문에 울트라 커패시터의 오배치로 인한 극성 오류 문제가 발생하거나, 작업 공수가 증가하여 제조 공정이 복잡해진다는 문제점이 있다.
또한, 종래의 울트라 커패시터의 경우 도 1a에 도시된 바와 같이, 베어셀(110)을 중심으로 양극을 구성하기 위한 제1 터미널(122), 음극을 구성하기 위한 제2 터미널(132), 양극을 외부기기와 연결시키기 위한 제1 외부 터미널(132), 및 음극을 외부와 연결시키기 위한 제2 외부 터미널(134)이 필수적으로 요구되는데, 이때 각 부품들(110, 122, 124, 132, 134)들은 면접촉을 통해 결합되기 때문에 각 부품(110, 122, 124, 132, 134)의 기본 저항 특성이외에 접촉면적 및 거리에 의한 추가적인 저항 성분인 접촉 저항이 발생하게 된다는 문제점이 있다.
또한, 종래의 울트라 커패시터의 경우, 접촉저항 증가로 인하여 발생되는 열로 인해 발화나 폭발과 같은 사고가 발생할 수 있으며, 울트라 커패시터의 에너지 효율이 저하된다는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 양극 및 음극이 울트라커패시터의 일측에 모두 배치되는 울트라 커패시터를 제공하는 것을 그 기술적 과제로 한다.
또한, 본 발명은 울트라 커패시터의 양극 및 음극 전체면을 통해 전류가 도통하는 울트라 커패시터를 제공하는 것을 다른 기술적 과제로 한다.
또한, 본 발명은 단순화된 절연 공정을 통해 울트라 커패시터의 양극 및 음극간의 절연을 확보할 수 있는 울트라 커패시터를 제공하는 것을 또 다른 기술적 과제로 한다.
또한, 본 발명은 접촉 저항의 감소를 통해 발열을 최소화시킬 수 있는 울트라 커패시터를 제공하는 것을 또 다른 기술적 과제로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 울트라 커패시터(200)는 일측에 제1 전극(410)이 형성되고, 타측에 상기 제1 전극(410)과 극성이 반대인 제2 전극(420)이 형성되도록 구성된 베어셀(210); 상기 베어셀(210)의 제1 전극(410)에 결합된 제1 터미널(220); 일측은 폐쇄되고 타측은 개방되어 내부에 상기 베어셀(210)이 수용되고, 상기 제1 터미널(220)과 전기적으로 연결된 케이스(240); 상기 베어셀(210)의 제2 전극(420)에 결합되고, 상기 케이스(240)의 타측으로 돌출되게 형성된 제1 전극단자(252)를 갖는 제2 터미널(250); 및 상기 제2 터미널(250)과 이격되도록 상기 케이스(240)의 타측에 결합되고, 상기 케이스(240)의 타측으로 돌출되게 형성된 제2 전극단자(262)를 갖는 제3 터미널(260)을 포함한다.
상기 제2 터미널(250)에는 전해액의 통과를 위한 하나 이상의 전해액 통과공(254)이 형성되어 있고, 상기 하나 이상의 전해액 통과공(254)은 제2 터미널(250)의 중심을 기준으로 동일한 각도만큼 서로 이격되도록 배치된다. 이때, 상기 제1 전극단자(252)는 상기 복수개의 전해액 주입공(254) 사이에 배치될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 제1 전극단자(252)는, 외주면에 나사산이 형성되어 있는 제1 전극부재(252a); 및 상기 제1 전극부재(252a)를 지지하는 플렌지(252b)를 포함할 수 있다.
상기 제3 터미널(260)은, 플레이트(260a); 상기 플레이트(260a)의 양면 중 상기 제2 터미널(250)과 마주보는 면에서 상기 플레이트(260a)의 테두리를 따라 상기 케이스(240)의 일측 방향으로 돌출되게 형성된 제1 베리어(260b); 및 상기 플레이트(260a)의 양면 중 상기 제1 베리어(260b)가 형성되어 있는 면의 반대면에서 상기 플레이트(260a)의 테두리를 따라 상기 케이스(240)의 타측 방향으로 돌출되게 형성된 제2 베리어(260c)를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제3 터미널(260)은 상기 제1 전극단자(252)가 관통되는 관통홀(266)을 갖고, 관통홀(266)의 내주면은 상기 제3 터미널(260)의 표면에 수직한 방향으로 연장된 제1 수직면(266a), 상기 제1 수평면(266a)에서 상기 제3 터미널(260)의 표면과 평행한 방향으로 연장된 수평면(266b), 및 상기 수평면(266b)에서 상기 제1 수직면(266a)과 동일한 방향으로 연장된 제2 수직면(266c)으로 구성될 수 있다.
제2 전극단자(262)에는 가스 배출공(264)이 상기 제3 터미널(260)을 관통하도록 형성되어 있고, 상기 가스 배출공(264) 내에는 울트라 커패시터(200)에서 발생되는 가스를 배출시키기 위한 배기부재가 삽입될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 본 발명에 따른 울트라 커패시터(200)는, 상기 제2 터미널(250)과 상기 제3 터미널(260)을 전기적으로 절연시키는 절연부재(270)를 더 포함할 수 있다. 이때, 절연부재(270)는 원형의 고리형상이고, 절연부재(270)의 외경은 상기 케이스(240)의 내경과 같은 값을 갖거나 상기 케이스(240)의 내경보다 작은 값을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 울트라 커패시터(200)는, 제1 전극단자(252)의 플렌지(252b)상에 안착되도록 상기 제1 전극단자(252)에 끼워지고, 상기 수평면(266b)에 의해 적어도 일부가 압축되는 제1 오링(285)과, 상기 수평면(266b)상에 안착되도록 상기 제1 전극단자(252)에 끼워지는 제2 오링(290)을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 울트라 커패시터의 양극 및 음극이 모두 울트라 커패시터의 일측에 배치되기 때문에 울트라 커패시터 모듈 구성시 인접한 울트라 커패시터들을 모두 동일한 방향으로 배치하면 되므로, 울트라 커패시터의 오배치로 인한 극성 오류 문제를 미연에 방지할 수 있고, 작업 공수가 줄어들어 울트라 커패시터 모듈의 제조 공정을 단순화시킬 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면 울트라 커패시터의 양극 및 음극의 전체면을 통해 전류 이동이 가능하므로 저항을 감소시킬 수 있고, 이를 통해 울트라 커패시터의 성능을 향상시킬 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면 울트라 커패시터의 음극과 양극간의 절연 확보를 위해 정밀한 절연 공정 없이도 음극 내부 터미널 및 음극 외부 터미널의 외주면에 절연부재를 배치하거나 양극 외부 터미널과 양극 외부 터미널 사이에 절연시트를 삽입함에 의해 울트라 커패시터의 음극과 양극간의 절연을 확보할 수 있어 제조 공정을 단순화시킬 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 종래의 음극 내부 터미널 및 음극 외부 터미널을 하나의 구성으로 통합하여 구성함으로써, 종래의 음극 내부 터미널과 음극 외부 터미널간의 결합으로 인한 접촉 저항을 감소시킬 수 있고, 접촉저항의 감소를 통해 발열을 최소화시킴과 동시에 울트라 커패시터의 에너지 효율을 향상시킬 수 있다는 효과가 있다.
도 1a는 일반적인 울트라 커패시터의 구성을 보여주는 분해 사시도이다.
도 1b는 직렬 연결된 종래의 울트라 커패시터들을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 울트라 커패시터의 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 울트라 커패시터의 분해 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시된 베어셀을 구성하는 제1 전극, 제2 전극, 및 분리막의 구성을 보여주는 도면이다.
도 5는 도 2에 도시된 울트라 커패시터의 A-A'면을 절단한 단면도이다.
도 6은 도 5에 도시된 B영역의 확대도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 울트라 커패시터의 사시도이다.
도 8은 도 7에 도시된 울트라 커패시터의 분해 사시도이다.
도 9는 도 2 내지 도 6에 도시된 울트라 커패시터들로 구성된 울트라 커패시터 모듈을 보여주는 도면이다.
본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 정의하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다.
"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제1 항목, 제2 항목 및 제 3항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제1 항목, 제2 항목 또는 제3 항목 각각 뿐만 아니라 제1 항목, 제2 항목 및 제3 항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.
이하, 첨부되는 도면을 참고하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 울트라 커패시터의 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 울트라 커패시터의 분해 사시도이며, 도 4는 도 2에 도시된 베어셀의 구성을 보여주는 도면이고, 도 5는 도 2에 도시된 울트라 커패시터의 A-A'를 절단한 단면도이며, 도 6은 도 5에 도시된 B영역의 확대도이다.
도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 울트라 커패시터(200)는 베어셀(210), 제1 터미널(220), 케이스(240), 제2 터미널(250), 및 제3 터미널(260)을 포함한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 울트라 커패시터(200)는 절연부재(270) 및 절연링(280)을 추가로 포함할 수 있다.
베어셀(210)은 전극소자라 불리는 것으로서, 도 4에 도시된 바와 같이 제1 전극(410), 제1 전극(410)과 반대되는 극성을 갖는 제2 전극(420), 및 제1 전극(410)과 제2 전극(420) 사이에 배치되어 제1 전극(410)과 제2 전극(420)을 전기적으로 분리시키는 분리막(Separator, 430)이 권취되어 형성된다.
일 실시예에 있어서, 제1 전극(410)이 양극(+)이면 제2 전극(420)은 음극(-)이 되고, 제1 전극(410)이 음극(-)이면 제2 전극(420)은 양극(+)이 된다.
도 4에서는 설명의 편의를 위해 분리막(430)이 제1 전극(410) 및 제2 전극(420) 사이에만 개재되는 것으로 설명하였지만, 제1 전극(410) 또는 제2 전극(420)이 외부로 노출되지 않도록 하기 위해 제1 전극(410) 및 제2 전극(420)의 외부에도 분리막(430)이 추가로 배치될 수 있다.
즉, 베어셀(210)은 분리막(430)-제1 전극(410)-분리막(430)-제2 전극(420)-분리막(430) 순서로 적층되어 권취되거나, 분리막(430)-제2 전극(420)-분리막(430)-제1 전극(410)-분리막(430) 순서로 적층되어 권취될 수 있다.
제1 전극(410)은 금속재질의 집전체(미도시) 상에 활성탄소(Activated Carbon)를 이용하여 형성된 활성물질층(412)과 그 일측에 연결된 제1 전극 리드부(414)를 포함한다. 이때, 제1 전극 리드부(414)는 도 4에 도시된 바와 같이 집전체에서 활성물질층(412)이 형성되지 않은 영역으로 구성된다.
제2 전극(420)은 금속재질의 집전체(미도시) 상에 활성탄소를 이용하여 형성된 활성물질층(422)과 그 일측에 연결된 제2 전극 리드부(424)를 포함한다. 이때, 제2 전극 리드부(424)는 도 4에 도시된 바와 같이 집전체에서 활성물질층(422)이 형성되지 않은 영역으로 구성된다.
상술한 실시예에 있어서, 제1 전극(410) 및 제2 전극(420)을 구성하는 집전체는 금속 포일(Foil)을 이용하여 구성될 수 있고, 활성물질층(412, 422)은 집전체의 양면에 코팅되어 구성될 수 있다. 활성물질층(412, 422)은 전기에너지가 저장되는 부분이며, 집전체는 활성물질층(412, 422)으로부터 방출되거나 공급되는 전하의 이동통로 역할을 한다.
일 실시예에 있어서, 제1 전극(410) 및 제2 전극(420)은, 제1 전극 리드부(414)가 베어셀(210)의 하측(-Y방향)에 위치되고 제2 전극 리드부(424)가 베어셀(210)의 상측(+Y방향)에 위치될 수 있도록 권취된다.
한편, 베어셀(210)에는 전기 에너지의 충전을 위한 전해액이 함침된다.
일 실시예에 있어서, 전해액은 도 2, 도 3, 및 도 5에 도시된 제3 터미널(260)의 제2 전극단자(262) 내에 형성된 가스 배출공(264)을 통해 주입될 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 전해액의 함침은 베어셀(210)을 전해액이 채워져 있는 용기속에 일정시간 보관함으로써 수행될 수 있다. 또 다른 실시예에 있어서는 전해액이 베어셀(210)의 제1 전극(410) 및 제2 전극(420)에 코팅될 수도 있다. 이러한 다른 실시예들에 따르는 경우 제2 전극단자(262)에 형성되는 가스 배출공(264)은 생략될 수 있다.
한편, 상술한 베어셀(210)은 제1 전극(410)이 케이스(240)의 하측(-Y방향)을 향하고 제2 전극(420)이 케이스(240)의 상측(+Y방향)을 향하도록 케이스(240) 내에 수용된다.
제1 터미널(220)은 제1 전극(410)과 전기적으로 연결된다. 제1 터미널(220)은 제1 전극(410)에 면접촉하도록 결합되어 제1 전극(410)과 전기적으로 연결된다.
이와 같이, 본 발명에 따르면 제1 터미널(220)이 제1 전극(410)과 면접촉 하기 때문에 제1 전극(410)의 전체면을 통해 전류 이동이 가능하여 저항을 감소시킬 수 있고, 이로 인해 울트라 커패시터(200)의 성능을 향상시킬 수 있다.
일 실시예에 있어서, 제1 터미널(220)은 일측이 개방된 원반 형태로 형성되고, 폐쇄되어 있는 타측이 제1 전극(410)과 면접촉하도록 결합된다. 이러한 실시예에 따르는 경우 도 5에 도시된 바와 같이 제1 터미널(220)에서 개방되어 있는 일측이 케이스(240)의 바닥면(246)과 마주보게 된다. 이에 따라 제1 터미널(220)과 케이스(240)의 바닥면(246) 사이에 제1 댐핑영역(A1)이 형성된다. 제1 댐핑영역(A1)으로 인해 울트라 커패시터(200) 내의 가스가 케이스(240)를 밀어내는 압력이 조절된다.
제1 터미널(220)은 제1 전극(410)에 레이저 또는 초음파 용접을 통해 결합될 수 있다.
제1 터미널(220)에는 베어셀(210)에 함침된 전해액이 통과할 수 있는 제1 전해액 통과공(222)이 형성된다. 이러한 제1 전해액 통과공(222)을 통해 베어셀(210)내로 전해액이 함침됨과 동시에 베어셀(210) 내부의 가스가 외부로 배출될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 함침된 전해액의 통과가 용이해지도록 하기 위해 제1 전해액 통과공(222)은 복수개로 형성되고, 복수개의 제1 전해액 통과공(222)은 제1 터미널(220)의 테두리 부분에 배치되되 제1 터미널(220)의 중심을 기준으로 서로 마주보도록 배치될 수 있다.
제1 터미널(220)은 제1 전극(410)과의 결합력을 증대시키기 위해 제1 전극(410)과 동일한 재질(예컨대, 알루미늄)로 형성될 수 있다.
케이스(240)는 하측(-Y방향)은 패쇄되고 상측(+Y방향)은 개방되어 그 내부공간에 베어셀(210)이 수용된다. 상술한 바와 같이, 케이스(240) 내에 베어셀(210)의 수용시, 베어셀(210)의 제1 전극(410)이 케이스(240)의 하측(-Y방향)을 향하고 제2 전극(420)이 케이스(240)의 상측(+Y방향)을 향하도록 베어셀(210)이 수용된다.
일 실시예에 있어서 케이스(240)는 알루미늄을 이용하여 원통 형상으로 형성될 수 있다.
케이스(240)는 케이스(240)와 제1 터미널(220)간의 전기적 연결을 위해 제1 터미널(220)의 외주면에 대응되는 케이스(240)의 영역 중 적어도 일부가 만입되어 형성된 제1 만입부(242)를 갖는다.
예컨대, 도 2, 도 3, 및 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 만입부(242)는 케이스(240)의 내부에 위치하는 제1 터미널(220)의 외주면에 대응되는 케이스(240) 둘레면을 따라 형성될 수 있다.
또한, 케이스(240)는 케이스(240)에 수용되어 있는 베어셀(210)의 유동을 방지함과 동시에 케이스(240)와 제3 터미널(260)간의 전기적 연결을 위해 케이스(240)의 내부에 위치하는 제3 터미널(260)의 외주면에 대응되는 케이스(240)의 영역 중 적어도 일부가 만입되어 형성된 있는 제2 만입부(244)를 갖는다.
예컨대, 도 2, 도 3, 및 도 5에 도시된 바와 같이, 제2 만입부(244)는 케이스(240)의 내부에 위치하는 제3 터미널(260)의 외주면에 대응되는 케이스(240)의 둘레면을 따라 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 제1 만입부(242) 및 제2 만입부(244)는 비딩(Beading)공정을 통해 형성될 수 있다.
제2 터미널(250)은 제2 전극(420)에 결합된다. 일 실시예에 있어서, 제2 터미널(250)은 제2 전극(420)에 면접촉하도록 결합되어 제2 전극(420)과 전기적으로 연결될 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따르면 제2 터미널(250)이 제2 전극(420)과 면접촉하기 때문에 제2 전극(420)의 전체면을 통해 전류 이동이 가능하여 저항을 감소시킬 수 있고, 이로 인해 울트라 커패시터(200)의 성능을 향상시킬 수 있다.
제2 터미널(250)은 케이스(240)의 타측으로 돌출되게 형성된 제1 전극단자(252)를 포함한다. 제1 전극단자(252)는 제2 터미널(250)을 울트라 커패시터(200)로부터 에너지를 공급받는 외부기기(미도시) 또는 타 울트라 커패시터(미도시)의 제1 전극단자(미도시)와 전기적으로 연결시킨다.
일 실시예에 있어서, 제1 전극단자(252)는 외주면에 부스바(미도시)와의 체결을 위한 나사산이 형성되어 있는 제1 전극부재(252a) 및 제1 전극부재(252a)를 지지하는 플렌지(252b)로 구성될 수 있다.
또한, 제2 터미널(250)에는 베어셀(210)에 함침된 전해액이 통과할 수 있는 제2 전해액 통과공(254)이 추가로 형성될 수 있다. 이러한 제2 전해액 통과공(254)을 통해 베어셀(210)내로 전해액이 함침됨과 동시에 베어셀(210) 내부의 가스가 외부로 배출될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 함침된 전해액의 통과가 용이해지도록 하기 위해 제2 전해액 통과공(254)은 복수개로 형성되고, 복수개의 제2 전해액 통과공(254)은 제2 터미널(250)의 중심을 기준으로 동일한 각도(예컨대, 120도)만큼 서로 이격되도록 형성된다.
이러한 실시예에 따르는 경우 제2 전해액 통과공(254)은 제2 터미널(250)의 중심에서 테두리 쪽으로 향하는 라인형상으로 형성될 수 있고, 제1 전극단자(252)는 복수개의 전해액 주입공(254) 사이에 배치되도록 형성될 수 있다.
상술한 바와 같은 제2 터미널(250)은 제2 전극(420)에 전기적으로 연결되기 때문에 제1 전극(410) 및 제1 터미널(220)에 전기적으로 연결되어 있는 케이스(240)와는 반대되는 극성을 갖게 된다.
따라서, 본 발명은 제2 터미널(250)과 케이스(240)간의 전기적 절연을 위해 제2 터미널(250))의 외주면에 끼워지는 절연 링(Ring, 280)을 추가로 포함할 수 있다. 이때, 절연 링(280)은 플라스틱 재질로 형성될 수 있다.
다른 일 실시예에 있어서, 제2 터미널(250)과 케이스(240) 간의 전기적 절연을 위해 제2 터미널(250)의 외주면을 절연 테이핑(Taping) 처리할 수도 있다.
이와 같이, 본 발명에 따르면 제2 터미널(250)의 외주면에 절연링(280)을 끼우거나 절연 테이핑 처리만을 수행함으로써 울트라 커패시터(200)의 제1 전극(410)과 제2 전극(420)극간의 절연을 확보할 수 있어 정밀한 절연 공정이 요구되지 않아 제조 공정을 단순화시킬 수 있게 된다.
상술한 실시예에 있어서는 절연링(280)이 제2 터미널(250)의 외주면에만 끼워지는 형태로 형성되는 것으로 설명하였다. 하지만, 변형된 실시예에 있어서는 절연링(280)이 제2 터미널(250)뿐만 아니라 제2 터미널(250) 상에 배치되는 절연부재(270)의 외주면에도 함께 끼워지는 형태로 형성될 수도 있다.
상술한 제2 터미널(230)은 제2 전극(420)에 레이저 또는 초음파 용접을 통해 결합될 수 있다.
제3 터미널(260)은 케이스(240)에 결합된다. 일 실시예에 있어서, 제3 터미널(260)은 레이저 용접을 통해 케이스(240)에 결합될 수 있다. 제3 터미널(260)이 케이스(240)에 결합됨으로써 제3 터미널(260)은 제1 터미널(220)과 전기적으로 연결된다. 이에 따라, 제1 터미널(220)이 양극인 제1 전극(410)에 연결되는 경우, 서로 전기적으로 연결되어 있는 제1 터미널(220), 케이스(240), 및 제3 터미널(260)의 극성은 모두 양극이 된다.
일 실시예에 있어서, 제3 터미널(260)은 케이스(240)의 상측에 결합되어 케이스(240)의 상측을 패쇄시킨다. 이때, 도 5에 도시된 바와 같이 제3 터미널(260)의 외주면이 케이스(240)의 내주면에 결합된다. 이를 위해, 제3 터미널(260)은 제3 터미널(260)의 외경이 케이스(240)의 내경과 같은 값을 갖도록 형성된다.
제3 터미널(260)은 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 원형의 플레이트(260a), 플레이트(260a)의 양면 중 제2 터미널(250)과 마주보는 면에서 플레이트(260a)의 테두리를 따라 케이스(240)의 일측 방향으로 돌출되게 형성된 제1 베리어(260b), 및 플레이트(260a) 양면 중 제1 베리어(260b)가 형성되어 있는 면의 반대면에서 플레이트(260a)의 테두리를 따라 케이스(240)의 타측 방향으로 돌출되게 형성된 제2 베리어(260c)로 구성될 수 있다. 즉, 제3 터미널(260)은 전체적으로 양측이 모두 개방된 원반 형상으로 형성될 수 있다.
이러한 실시예에 따르는 경우, 제2 베리어(260c)의 높이(H2)는 제1 베리어(260b)의 높이(H1)보다 큰 값을 갖도록 설정될 수 있고, 제2 베리어(260c)의 높이(H2)는 제3 터미널(260)이 케이스(240) 내에 수용되었을 때 케이스(240)의 상단으로 제3 터미널(260)이 노출되지 않도록 설정될 수 있다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이 제3 터미널(260)의 하측에 형성된 제2 베리어(260c)로 인해 제3 터미널(260)의 플레이트(260a)와 제2 터미널(250) 사이에 제2 댐핑영역(A2)이 형성된다. 제2 댐핑영역(A2)으로 인해 울트라 커패시터(200) 내의 가스가 케이스(240)를 밀어내는 압력이 조절된다.
제3 터미널(260)에는 제3 터미널(260)을 울트라 커패시터(200)로부터 에너지를 공급받는 외부기기(미도시) 또는 타 울트라 커패시터(미도시)의 제2 전극단자(미도시)와 전기적으로 연결시키기 위한 제2 전극단자(262)가 형성되어 있다. 제2 전극단자(262)는 케이스(240)가 세워진 상태를 기준으로 케이스(240)의 상측으로 돌출되게 형성된다. 제2 전극단자(262)의 외주면에는 부스바(미도시)와의 체결을 위한 나사산이 형성되어 있다.
일 실시예에 있어서, 제2 전극단자(262)에는 가스 배출공(264)이 추가로 형성될 수 있다. 이러한 가스 배출공(264) 내에는 울트라 커패시터(200)에서 발생되는 가스를 배출시키기 위한 배기부재(미도시)가 삽입될 수 있다. 이러한 배기부재를 통해 울트라 커패시터(200) 내부에서 발생하는 가스로 인한 압력 상승시 가스를 배기함으로써 울트라 커패시터(200)의 압력을 일정하게 유지할 수 있게 된다. 가스 배출공(264)은 제2 전극단자(262) 및 제3 터미널(260)의 플레이트(260a)을 관통하도록 형성된다.
상술한 실시예에 따르는 경우, 가스 배출공(264)을 통해 베어셀(210)에 함침되는 전해액이 주입될 수도 있다.
한편, 제3 터미널(260)은 케이스(240)가 세워진 상태를 기준으로 제2 터미널(250) 상에 위치하도록 케이스(240) 내에 수용된다. 이를 위해, 제3 터미널(260)의 플레이트(260a)에는 제2 터미널(250)에 형성된 제1 전극단자(252)가 관통되는 관통홀(266)이 형성된다.
관통홀(266)은 그 직경이 제1 전극단자(252)의 직경보다 큰 값을 갖도록 형성함으로써 제1 전극단자(252)가 관통홀(266) 내에서 관통홀(266)을 통해 노출되는 제3 터미널(260)의 내면과 전기적으로 접촉되는 것을 방지할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 도 6에 도시된 바와 같이, 관통홀(266)의 내주면은 제3 터미널(260)의 플레이트(260a) 표면에 수직한 방향으로 연장된 제1 수직면(266a), 제1 수직면(266a)에서 제3 터미널(260)의 플레이트(260a) 표면과 평행한 방향으로 연장된 수평면(266b), 및 수평면(266b)에서 제1 수직면(266a)과 동일한 방향으로 연장된 제2 수직면(266c)으로 구성될 수 있다.
절연부재(270)는 제3 터미널(260)과 제2 터미널(250)을 전기적으로 절연시킨다. 제1 전극(410)과 동일한 극성을 갖는 제3 터미널(260)이 제2 전극(420)과 동일한 극성을 갖는 제2 터미널(250) 상에 위치하게 되면 제3 터미널(260)과 제2 터미널(250)간에 단락(Short)이 발생할 수 있어, 본 발명은 도 3, 도 5, 및 도 6에 도시된 바와 같이 절연부재(280)를 이용하여 제3 터미널(260)과 제2 터미널(250)간의 전기적 절연을 방지하게 된다.
일 실시예에 있어서, 절연부재(270)는 도 3에 도시된 바와 같이, 제3 터미널(260)과 제2 터미널(250) 사이에 배치될 수 있고, 원형의 고리 형상으로 형성될 수 있다.
이러한 실시예에 따르는 경우 절연부재(270)의 외경은 케이스(240)의 내경과 같은 값을 갖거나 케이스(240)의 내경보다 작은 값을 갖도록 형성될 수 있다.
상술한 절연부재(270)는 EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer) 재질로 형성될 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따르면 제2 터미널(250)과 제3 터미널(260)사이에 절연부재(270)를 삽입함으로써 제2 터미널(250)과 제3 터미널(260)간의 절연을 확보할 수 있어 정밀한 절연 공정이 요구되지 않아 제조 공정을 단순화시킬 수 있게 된다.
상술한 실시예에 있어서는, 절연부재(270)가 제3 터미널(260)과 제2 터미널(250) 사이에 개재되는 것으로 설명하였다. 변형된 실시예에 있어서는, 절연부재(270)는 제3 터미널(260)의 하면 또는 제2 터미널(250)의 상면에 절연물질을 도포함으로써 형성될 수도 있다.
한편, 본 발명에 따른 울트라 커패시터(200)는 도 2, 도 3, 도 5, 및 도 6에 도시된 바와 같이 제1 오링(285), 제2 오링(290), 및 조임부재(300)를 더 포함할 수 있다.
제1 오링(285)은 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 전극단자(252)의 플렌지(252b)상에 안착되도록 제1 전극단자(252)에 끼워짐으로써 제3 터미널(260)의 관통홀(266) 내주면을 구성하는 수평면(264b)에 의해 적어도 일부가 압축된다. 제1 오링(285)은 제1 전극단자(252)를 제3 터미널(260)과 전기적으로 절연시킴과 동시에 베어셀(210)에 함침된 전해액이 누설되는 것이 방지시킨다.
제2 오링(290)은 제3 터미널(260)의 관통홀(266) 내주면을 구성하는 수평면(264b) 상에 안착되도록 제1 전극단자(252)에 끼워져 조임부재(300)와 제3 터미널(260)을 전기적으로 절연시킨다. 또한, 제2 오링(290)은 조임부재(300)의 체결시 제3 터미널(260)의 관통홀(266) 내주면을 구성하는 수평면(264b)을 가압하여 누액 방지가 보다 완벽하게 수행될 수 있도록 한다.
상술한 제1 오링(285) 또는 제2 오링(290)은 탄성을 갖는 절연 재질로 형성될 수 있다. 예컨대, 제1 오링(285) 또는 제2 오링(290)은 EPDM 재질로 형성될 수 있다.
조임부재(300)는 제2 오링(290) 상에 배치되도록 제1 전극 단자(252)에 끼워져 제2 오링(290)의 유동을 방지함과 동시에 제2 오링(290)을 통해 제3 터미널(260)의 관통홀(266) 내주면을 구성하는 수평면(264b)을 가압 한다. 일 실시예에 있어서, 조임부재(300)는 제1 전극단자(252)의 외주면에 형성된 나사산을 통해 제1 전극단자(252)에 끼워지는 너트로 구현될 수 있다.
상술한 실시예에 있어서는 가스 배출공(264)이 제2 전극단자(262) 내에 형성되는 것으로 설명하였다. 하지만, 변형된 실시예에 있어서는 가스 배출공(264)은 제3 터미널(260)의 플레이트(260a)를 관통하도록 형성될 수 있다. 이하, 이러한 변형된 실시예에 따른 울트라 커패시터를 도 7 및 도 8을 참조하여 설명한다.
도 7은 본 발명의 변형된 실시예에 따른 울트라 커패시터의 사시도이고, 도 8은 도 7에 도시된 울트라 커패시터의 분해 사시도이다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 변형된 실시예에 따른 울트라 커패시터(600)는 베어셀(610), 제1 터미널(620), 케이스(640), 제2 터미널(650), 및 제3 터미널(660)을 포함한다. 또한, 본 발명의 변형된 실시예에 따른 울트라 커패시터(600)는 절연부재(670) 및 절연링(680)를 추가로 포함할 수 있다.
제3 터미널(660)의 플레이트(660a)에 가스 배출공(664)이 직접 형성되어 있고, 제2 전극단자(662)에는 가스 배출공(664)이 형성되지 않는다는 것을 알 수 있다. 이러한 실시예에 따르는 경우 배기부재는 플레이트(660a)를 관통하여 형성된 가스 배출공(664) 내에 삽입될 수 있다.
가스 배출공(664)이 제2 전극단자(662)가 아닌 제3 터미널(660)의 플레이트(660a)를 관통하여 형성된다는 것을 제외한 나머지 구성은 도2 내지 도 6에 도시된 것과 동일하므로 나머지 구성에 대한 설명은 생략하기로 한다.
도 9는 도 2 내지 도 6에 도시된 울트라 커패시터를 이용하여 구성한 울트라 커패시터 모듈을 보여주는 도면이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 제1 울트라 커패시터(800)의 제1 전극단자(810) 및 제2 전극단자(820)는 모두 상측으로 돌출되게 배치되고, 제2 울트라 커패시터(900)의 제1 전극단자(910) 및 제2 전극단자(920) 또한 상측으로 돌출되게 배치된다.
이때, 제2 울트라 커패시터(900)는 제2 울트라 커패시터(900)의 제1 전극단자(910)가 제1 울트라 커패시터(800)의 제2 전극단자(820)에 인접하도록 배치된다. 반대로, 제2 울트라 커패시터(900)는 제2 울트라 커패시터(900)의 제2 전극단자(920)가 제1 울트라 커패시터(800)의 제1 전극단자(810)에 인접하도록 배치될 수도 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 제1 울트라 커패시터(800)의 제2 전극단자(820)와 제2 울트라 커패시터(900)의 제1 전극단자(910)를 부스바(1000)로 체결함으로써 제1 울트라 커패시터(800)와 제2 울트라 커패시터(900)가 직렬로 연결된다.
이때, 제1 울트라 커패시터(800)에 포함된 오링(830) 및 조임부재(840)로 인해 제1 울트라 커패시터(800)와 제2 울트라 커패시터(900)간에 단차가 발생할 수 있다. 따라서, 오링(830) 및 조임부재(840)로 인해 발생되는 제1 울트라 커패시터(800) 및 제2 울트라 커패시터(900)간의 단차를 해소하기 위해, 제2 울트라 커패시터(900)의 제1 전극단자(910)에도 오링(930) 및 조임부재(940)가 추가로 체결될 수 있다.
상술한 실시예에 따르는 경우, 제1 울트라 커패시터(800)의 제1 전극단자(810)는 외부기기(미도시)의 제1 전극단자(미도시)에 연결되고, 제2 울트라 커패시터(900)의 제1 전극단자(910)는 외부기기의 제2 전극단자(미도시)에 연결된다.
도 9에서는 설명의 편의를 위해 2개의 울트라 커패시터들로 구성된 울트라 커패시터 모듈을 도시하였지만, 3개 이상의 울트라 커패시터들로 울트라 커패시터 모듈을 구성하는 것도 가능할 것이다. 이러한 실시예에 따르는 경우, 제1 울트라 커패시터(800)의 제1 전극단자(810)는 제1 울트라 커패시터(800)의 좌측에 배치되는 타 울트라 커패시터(미도시)의 제2 전극단자(미도시)와 전기적으로 연결되고, 제2 울트라 커패시터(900)의 제2 전극단자(920)는 제2 울트라 커패시터(900)의 우측에 배치되는 타 울트라 커패시터(미도시)의 제1 전극단자(미도시)와 전기적으로 연결되며, 제1 울트라 커패시터(800)의 제1 전극단자(810)에도 오링(미도시) 및 조임부재(미도시)가 추가로 체결된다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 울트라 커패시터의 제1 전극 및 제2 전극이 모두 울트라 커패시터의 일측에 배치되기 때문에 울트라 커패시터 모듈 구성시 인접한 울트라 커패시터들을 모두 동일한 방향으로 배치하면 되므로, 울트라 커패시터의 오배치로 인한 극성 오류 문제를 미연에 방지할 수 있고, 작업 공수가 줄어들어 울트라 커패시터 모듈의 제조 공정을 단순화시킬 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 상술한 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
200: 울트라 커패시터 210: 베어셀
220: 제1 터미널 240: 케이스
250: 제2 터미널 260: 제3 터미널
270: 절연부재 280: 절연링
285: 제1 오링 290: 제2 오링
300: 조임부재

Claims (13)

  1. 일측에 제1 전극(410)이 형성되고, 타측에 상기 제1 전극(410)과 극성이 반대인 제2 전극(420)이 형성되도록 구성된 베어셀(210);
    상기 베어셀(210)의 제1 전극(410)에 결합된 제1 터미널(220);
    일측은 폐쇄되고 타측은 개방되어 내부에 상기 베어셀(210)이 수용되고, 상기 제1 터미널(220)과 전기적으로 연결된 케이스(240);
    상기 베어셀(210)의 제2 전극(420)에 결합되고, 상기 케이스(240)의 타측으로 돌출되게 형성된 제1 전극단자(252)를 갖는 제2 터미널(250); 및
    상기 제2 터미널(250)과 이격되도록 상기 케이스(240)의 타측에 결합되고, 상기 케이스(240)의 타측으로 돌출되게 형성된 제2 전극단자(262)를 갖는 제3 터미널(260)을 포함하는 것을 특징으로 하는 울트라 커패시터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제3 터미널(260)은,
    플레이트(260a);
    상기 플레이트(260a)의 양면 중 상기 제2 터미널(250)과 마주보는 면에서 상기 플레이트(260a)의 테두리를 따라 상기 케이스(240)의 일측 방향으로 돌출되게 형성된 제1 베리어(260b); 및
    상기 플레이트(260a)의 양면 중 상기 제1 베리어(260b)가 형성되어 있는 면의 반대면에서 상기 플레이트(260a)의 테두리를 따라 상기 케이스(240)의 타측 방향으로 돌출되게 형성된 제2 베리어(260c)를 포함하는 것을 특징으로 하는 울트라 커패시터.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극단자(252)는,
    외주면에 나사산이 형성되어 있는 제1 전극부재(252a); 및
    상기 제1 전극부재(252a)를 지지하는 플렌지(252b)를 포함하는 것을 특징으로 하는 울트라 커패시터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제3 터미널(260)은 상기 제1 전극단자(252)가 관통되는 관통홀(266)을 갖는 것을 특징으로 하는 울트라 커패시터.
  5. 제4항에 있어서,
    관통홀(266)의 내주면은 상기 제3 터미널(260)의 표면에 수직한 방향으로 연장된 제1 수직면(266a), 상기 제1 수평면(266a)에서 상기 제3 터미널(260)의 표면과 평행한 방향으로 연장된 수평면(266b), 및 상기 수평면(266b)에서 상기 제1 수직면(266a)과 동일한 방향으로 연장된 제2 수직면(266c)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 울트라 커패시터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 전극단자(252)의 플렌지(252b)상에 안착되도록 상기 제1 전극단자(252)에 끼워지고, 상기 수평면(266b)에 의해 적어도 일부가 압축되는 제1 오링(285)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 울트라 커패시터.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 수평면(266b)상에 안착되도록 상기 제1 전극단자(252)에 끼워지는 제2 오링(290)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 울트라 커패시터.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 오링(290) 상에 배치되도록 제1 전극단자(252)에 끼워져 상기 제2 오링(290)을 압착시키는 조임부재(300)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 울트라 커패시터.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2 터미널(250)과 상기 제3 터미널(260)을 전기적으로 절연시키는 절연부재(270)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 울트라 커패시터.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2 터미널(250)의 외주면은 상기 케이스(240)와의 전기적 절연을 위해 절연 테이핑(Taping) 처리 되어 있는 것을 특징으로 하는 울트라 커패시터 모듈.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 케이스(240)와 상기 제2 터미널(250)간의 전기적 절연을 위해 상기 제2 터미널(250)의 외주면에 끼워진 절연 링(Ring, 280)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 울트라 커패시터.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 케이스(240)에는, 상기 케이스(240)와 상기 제1 터미널(220)간의 전기적 연결을 위해 상기 제1 터미널(220)의 외주면에 대응되는 상기 케이스(240)의 영역 중 적어도 일부가 만입되어 있는 제1 만입부(242)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 울트라 커패시터.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 케이스(240)에는, 상기 케이스(240)에 수용되어 있는 상기 베어셀(210)의 유동을 방지하기 위해 상기 제3 터미널(250)의 외주면에 대응되는 상기 케이스(240)의 영역 중 적어도 일부가 만입되어 있는 제2 만입부(244)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 울트라 커패시터.
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