KR20170141375A - 모듈형 전기 이중층 커패시터 - Google Patents
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Abstract
개별적으로 조립 가능하게 형성된 모듈형 전기 이중층 커패시터에 관한 것이다. 모듈형 전기 이중층 커패시터는 하우징과, 전기 이중층 커패시터 셀과, PCB 기판과, 양극단자 및 음극단자를 포함한다. 하우징은 내부에 수용공간이 형성된다. 전기 이중층 커패시터 셀은 하우징 내에 배치되며, 양극전극과, 음극전극, 및 양극전극과 음극전극 사이에 개재된 세퍼레이터를 구비한다. PCB 기판은 하우징 내에 배치되며, 전기 이중층 커패시터 셀과 전기적으로 연결되고, 전후 좌우에 각각 한 쌍의 단자 홈이 형성된다. 양극단자 및 음극단자는 PCB 기판에 형성된 한 쌍의 단자 홈들 중 적어도 하나에 각각 삽입되어 PCB 기판에 접속되며, 전기 이중층 커패시터 셀의 양극전극과 음극전극에 각각 연결된다.
Description
본 발명은 개별적으로 조립 가능하게 형성된 모듈형 전기 이중층 커패시터에 관한 것이다.
일반적으로, 전기 이중층 커패시터(Electric Double Layer Capacitor)는 2차 전지와 커패시터의 중간적 성질을 갖는 에너지 저장 장치로서, 전기를 저장하는 메카니즘이 화학 반응을 이용하는 전지와 달리 전해질의 계면에 형성되는 전기 이중층이라 불리는 이온층(Ionic Layer)에 전하를 저장한다.
이러한 전기 이중층 커패시터는 전지와 비교하여 에너지 밀도는 낮지만 순간적으로 고전류 및 고출력을 나타내는 방전 특성이 우수하고, 수십만회의 사이클 특성을 가지므로 반영구적인 수명을 갖는 장점이 있다.
따라서, 전기 이중층 커패시터는 에너지를 많이 필요로 하지 않으면서도 긴 수명을 요구하는 배터리를 대체할 수 있으며, 기억 소자용 백업 전원, 휴대정보기기용 충전지 및 HEV(Hybrid Electric Vehicle) 전지로 활용되고 있다.
한편, 종래의 전기 이중층 커패시터는 하나의 하우징에 복수의 전기 이중층 커패시터 셀을 장착한 후 전기적으로 연결하므로, 한번 제조된 전기 이중층 커패시터는 모듈을 구성하였을 경우 일부 셀에 문제가 발생하였을 때, 전체 모듈을 교체하거나 한번 만들어진 모듈의 전압 및 전체 용량을 변경시키기 어려운 단점이 있다.
또한, 전기 이중층 커패시터는 전력밀도가 커 구동시 하우징 내의 온도가 빠르게 상승하게 되는 문제가 있다. 이러한 온도 상승은 전기 이중층 커패시터의 수명에 악영향을 미치므로 전기 이중층 커패시터 자체에서 발생하는 열을 빠르게 방출시켜 주어야만 한다.
본 발명의 과제는 전기 이중층 커패시터를 각각 개별적으로 조립 가능하게 형성하여 전기 이중층 커패시터의 전체 전압 및 용량을 원하는 크기로 확장 가능하고, 모듈을 구성하는 일부 셀에 문제가 발생하였을 때 효과적으로 교체 가능하며, 방열 성능이 향상된 모듈형 전기 이중층 커패시터를 제공함에 있다.
상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 모듈형 전기 이중층 커패시터는 하우징과, 전기 이중층 커패시터 셀과, PCB 기판과, 양극단자 및 음극단자를 포함한다. 하우징은 내부에 수용공간이 형성된다. 전기 이중층 커패시터 셀은 하우징 내에 배치되며, 양극전극과, 음극전극, 및 양극전극과 음극전극 사이에 개재된 세퍼레이터를 구비한다. PCB 기판은 하우징 내에 배치되며, 전기 이중층 커패시터 셀과 전기적으로 연결되고, 전후 좌우에 각각 한 쌍의 단자 홈이 형성된다. 양극단자 및 음극단자는 PCB 기판에 형성된 한 쌍의 단자 홈들 중 적어도 하나에 각각 삽입되어 PCB 기판에 접속되며, 전기 이중층 커패시터 셀의 양극전극과 음극전극에 각각 연결된다.
본 발명에 따르면, 하우징에 하나의 전기 이중층 커패시터 셀을 삽입시켜 모듈형 전기 이중층 커패시터를 조립식으로 형성함에 따라, 모듈형 전기 이중층 커패시터들을 사용자의 편의에 맞게 연결하여 다양한 형태로 구현할 수 있게 된다.
또한, 모듈형 전기 이중층 커패시터를 개수와 상관없이 임의로 직렬 또는 병렬 연결 할 수 있으므로, 전기 이중층 커패시터의 전체 전압 및 용량을 원하는 크기로 확장할 수 있게 된다.
또한, 모듈을 구성하는 각 전기 이중층 커패시터들의 교체가 용이하므로, 사용 중 이상이 있는 전기 이중층 커패시터만 분리하여 교체해 줌으로써 전체 시스템 성능을 효과적으로 유지시킬 수 있게 된다.
아울러, 케이스와 하우징을 연결하는 방열핀을 구비하여 전기 이중층 커패시터 셀에서 발생하는 열을 방출시킬 수 있으므로, 모듈형 전기 이중층 커패시터의 수명을 증대시킬 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 전기 이중층 커패시터의 단면도.
도 2는 도 1에 도시된 모듈형 전기 이중층 커패시터의 상측면도.
도 3은 도 1에 도시된 모듈형 전기 이중층 커패시터의 결합 예를 도시한 도면.
도 4는 도 3에 도시된 모듈형 전기 이중층 커패시터의 상측면도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 모듈형 전기 이중층 커패시터의 단면도.
도 2는 도 1에 도시된 모듈형 전기 이중층 커패시터의 상측면도.
도 3은 도 1에 도시된 모듈형 전기 이중층 커패시터의 결합 예를 도시한 도면.
도 4는 도 3에 도시된 모듈형 전기 이중층 커패시터의 상측면도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 모듈형 전기 이중층 커패시터의 단면도.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 바람직한 실시예에 따른 모듈형 전기 이중층 커패시터에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 동일한 구성에 대해서는 동일부호를 사용하며, 반복되는 설명, 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 전기 이중층 커패시터의 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 모듈형 전기 이중층 커패시터의 상측면도이다. 여기서, 전기 이중층 커패시터(EDLC: Electric Double Layer Capacitor)는 양극전극과 음극전극을 모두 활성탄을 사용하여 양전극에서 모두 전기 이중층을 형성하여 이에 의한 축전현상으로 에너지를 저장하는 캐패시터를 의미한다. 이러한 전기 이중층 커패시터는 순간적으로 고전류 및 고출력을 나타내는 방전 특성이 우수하며, 수십만회의 사이클 특성을 가지고 있어 반영구적인 수명을 갖는 장점이 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 모듈형 전기 이중층 커패시터(100)는 하우징(110)과, 전기 이중층 커패시터 셀(120)과, PCB 기판(130)과, 양극단자 및 음극단자(140)를 포함한다.
하우징(110)은 내부에 수용공간이 형성된다. 보다 구체적으로, 하우징(110)은 후술되는 전기 이중층 커패시터 셀(120)의 방열을 위해 열 전도도가 좋은 알루미늄 또는 구리 소재로 형성될 수 있다.
그리고, 하우징(110)은 상부가 개방되고 내부에 수용공간이 형성된 사각기둥 형태로 형성될 수 있다. 이는, 모듈형 전기 이중층 커패시터(100)를 사방에서 결합시키기 위한 것으로, 자세한 설명은 후술하도록 한다.
전기 이중층 커패시터 셀(120)은 실질적으로 충방전을 수행하는 것으로, 하우징(110) 내에 배치되며, 양극전극(121)과, 음극전극(122), 및 상기 양극전극(121)과 음극전극(122) 사이에 개재된 세퍼레이터(123)를 구비한다. 보다 구체적으로, 전기 이중층 커패시터 셀(120)은 양극전극(121)과 음극전극(122) 사이에 개재된 세퍼레이터(123)를 원통형으로 권취한 후 이를 전해액에 함침시켜 형성될 수 있다.
전기 이중층 커패시터 셀(120)은 도시하지는 않았지만 외부의 충격으로 인해 전극이 손상되거나 전극이 단락되는 것을 방지하기 위해, 하우징(110) 내에서 전기 이중층 커패시터 셀(120)을 고정시켜주는 고정부재를 더 구비할 수도 있다.
PCB 기판(130)은 하우징(110) 내에 배치되며, 전기 이중층 커패시터 셀(120)과 전기적으로 연결되고, 전후 좌우에 각각 한 쌍의 단자 홈(131)이 형성된다. 이처럼 하우징(110)의 개방된 상부에 PCB 기판(130)이 장착됨에 따라 하우징(110) 내부가 밀봉될 수 있게 된다.
PCB 기판(130)은 사각의 판 형상으로 형성될 수 있다. 그리고, PCB 기판(130)은 충전전압이 미리 설정된 최고충전전압을 초과하면 전기 이중층 커패시터 셀(120)을 강제로 방전시키는 밸런서(미도시)를 포함할 수 있다.
이는, 전기 이중층 커패시터 셀(120)에 최고충전전압 이상의 전압이 인가되면 전기 이중층 커패시터 셀(120)이 손상될 수 있기 때문이다. 이때, 전기 이중층 커패시터 셀(120)을 완전히 보호하기 위해 최고충전전압을 정격전압보다 낮추어 설정하고, 밸런싱 전류도 최대충전전류와 같거나 또는 그 보다 큰 값으로 설정할 수 있다.
양극단자 및 음극단자(140)는 PCB 기판(130)에 형성된 한 쌍의 단자 홈(131)들 중 적어도 하나에 각각 삽입되어 상기 PCB 기판(130)에 접속되며, 전기 이중층 커패시터 셀(120)의 양극전극(121)과 음극전극(122)에 각각 연결될 수 있다. 이때, 양극단자 및 음극단자(140)는 러그(Lug) 또는 스크류(Screw) 타입으로 형성될 수 있으며, 솔더링 공정에 의해 PCB 기판(130)에 접속될 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 모듈형 전기 이중층 커패시터의 결합 예를 도시한 도면이고, 도 4는 도 3에 도시된 모듈형 전기 이중층 커패시터의 상측면도이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 모듈형 전기 이중층 커패시터(100)는 복수개 구비될 수 있으며, 하나의 모듈형 전기 이중층 커패시터(100)를 기준으로 전후 좌우로 직렬 또는 병렬 연결될 수 있다.
이를 위해, PCB 기판(130)은 직렬 연결용 PCB 기판(130)으로 형성되며, 모듈형 전기 이중층 커패시터(100)는 복수개 구비되어 직렬 접속될 수 있다. 예를 들어, 4개의 모듈형 전기 이중층 커패시터(100a, 100b, 100c, 100d)를 직렬 연결할 경우에는, 제1 모듈형 전기 이중층 커패시터(100a)의 직렬 연결용 PCB 기판(130)에 형성된 단자 홈(131)에 제2 모듈형 전기 이중층 커패시터(100b)의 양극단자 및 음극단자(140)를 삽입시킴으로써 직렬 연결할 수 있다.
그리고, 제3 모듈형 전기 이중층 커패시터(100c)의 양극단자 및 음극단자(140)는 제2 모듈형 전기 이중층 커패시터(100b)의 단자 홈(131)에, 제4 모듈형 전기 이중층 커패시터(100d)의 양극단자 및 음극단자(140)는 제3 모듈형 전기 이중층 커패시터(100c)의 단자 홈(131)에 삽입시키게 되면 4개의 모듈형 전기 이중층 커패시터(100a, 100b, 100c, 100d)가 각각 직렬 연결된다.
이때, 단자 홈(131)은 전후 좌우로 4측면에 각각 형성되어 있으므로 모듈형 전기 이중층 커패시터(100)들 또한 전후 좌우 중 원하는 방향으로 연결할 수 있게 된다. 따라서, 사용자의 편의에 따라 모듈형 전기 이중층 커패시터(100)를 다양한 형태로 구현할 수 있게 된다.
다른 실시예에 따르면, PCB 기판(130)은 병렬 연결용 PCB 기판(130)으로 형성되며, 모듈형 전기 이중층 커패시터(100)는 복수개 구비되어 병렬 접속될 수 있다. 모듈형 전기 이중층 커패시터(100)들의 병렬 연결방법은 앞서 설명한 바와 같으므로 생략하도록 한다.
이 밖에도, 앞서 설명한 직렬결합 및 병렬결합 방식을 응용하여 직병렬 혼합 방식의 모듈도 구현할 수 있다.
한편, 모듈형 전기 이중층 커패시터(100)의 하우징(110)들은 각각 나비은장 이음(111)을 통해 결합될 수 있다. 이처럼 하우징(110)들이 나비은장 이음(111)을 통해 결합됨에 따라, 모듈형 전기 이중층 커패시터(100)들의 결합력이 보다 증대될 수 있게 된다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 모듈형 전기 이중층 커패시터의 단면도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 모듈형 전기 이중층 커패시터(100)는 외부를 감싸도록 형성되고, 하우징(110)의 외부로 노출된 양극단자 및 음극단자(140)가 인출되는 인출 홀을 구비한 케이스(150)를 포함할 수 있다.
이처럼 모듈형 전기 이중층 커패시터(100)의 외부에 케이스(150)가 장착됨에 따라 PCB 기판(130) 등이 외부로 노출되지 않아 외관을 미려하게 형성할 수 있다. 그리고, 전기 절연을 위해 케이스(150)를 수지 소재로 형성하는 것이 바람직하다.
케이스(150)는 내부에 하우징(110)과 연결된 복수의 방열핀(151)을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 방열핀(151)은 일단이 케이스(150)의 내측면에 장착되고 타단이 하우징(110)의 외측면에 장착될 수 있다. 이때, 열 발산을 효율적으로 하기 위해 방열핀(151)이 케이스(150) 외부로 노출되도록 형성할 수 있다.
이처럼 하우징(110)과 케이스(150)를 연결하는 방열핀(151)이 장착됨에 따라, 전기 이중층 커패시터 셀(120)로부터 발생된 열을 보다 빠르게 케이스(150) 외부로 방출시킬 수 있게 된다.
전술한 바와 같이, 하우징(110)에 하나의 전기 이중층 커패시터 셀(120)을 삽입시켜 모듈형 전기 이중층 커패시터(100)를 조립식으로 형성함에 따라, 모듈형 전기 이중층 커패시터(100)들을 사용자의 편의에 맞게 연결하여 다양한 형태로 구현할 수 있게 된다.
또한, 모듈형 전기 이중층 커패시터(100)를 개수와 상관없이 임의로 직렬 또는 병렬 연결 할 수 있으므로, 전기 이중층 커패시터의 전체 전압 및 용량을 원하는 크기로 확장할 수 있게 된다.
또한, 모듈을 구성하는 각 전기 이중층 커패시터(100)들의 교체가 용이하므로, 사용 중 이상이 있는 전기 이중층 커패시터(100)만 분리하여 교체해 줌으로써 전체 시스템 성능을 효과적으로 유지시킬 수 있게 된다.
아울러, 케이스(150)와 하우징(110)을 연결하는 방열핀(151)을 구비하여 전기 이중층 커패시터 셀(120)에서 발생하는 열을 방출시킬 수 있으므로, 모듈형 전기 이중층 커패시터(100)의 수명을 증대시킬 수 있게 된다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
110.. 하우징
120.. 전기 이중층 커패시터 셀
130.. PCB 기판
140.. 양극단자 및 음극단자
150.. 케이스
151.. 방열핀
120.. 전기 이중층 커패시터 셀
130.. PCB 기판
140.. 양극단자 및 음극단자
150.. 케이스
151.. 방열핀
Claims (9)
- 내부에 수용공간이 형성된 하우징;
상기 하우징 내에 배치되며, 양극전극과, 음극전극, 및 상기 양극전극과 음극전극 사이에 개재된 세퍼레이터를 구비한 전기 이중층 커패시터 셀;
상기 하우징 내에 배치되며, 상기 전기 이중층 커패시터 셀과 전기적으로 연결되고, 전후 좌우에 각각 한 쌍의 단자 홈이 형성된 PCB 기판; 및
상기 PCB 기판에 형성된 한 쌍의 단자 홈들 중 적어도 하나에 각각 삽입되어 상기 PCB 기판에 접속되며, 상기 전기 이중층 커패시터 셀의 양극전극과 음극전극에 각각 연결되는 양극단자 및 음극단자;
를 포함하는 모듈형 전기 이중층 커패시터.
- 제1항에 있어서,
상기 하우징은 알루미늄 또는 구리 소재로 형성된 것을 특징으로 하는 모듈형 전기 이중층 커패시터.
- 제1항에 있어서,
상기 PCB 기판은 사각의 판 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 모듈형 전기 이중층 커패시터.
- 제1항에 있어서,
상기 PCB 기판은 충전전압이 미리 설정된 최고충전전압을 초과하면 상기 전기 이중층 커패시터 셀을 강제로 방전시키는 밸런서를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈형 전기 이중층 커패시터.
- 제1항에 있어서,
상기 모듈형 전기 이중층 커패시터의 외부를 감싸도록 형성되고, 상기 하우징의 외부로 노출된 양극단자 및 음극단자가 인출되는 인출 홀을 구비한 케이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈형 전기 이중층 커패시터.
- 제5항에 있어서,
상기 케이스는 내부에 상기 하우징과 연결된 복수의 방열핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈형 전기 이중층 커패시터.
- 제1항에 있어서,
상기 PCB 기판은 직렬 연결용 PCB 기판으로 형성되며, 상기 모듈형 전기 이중층 커패시터는 복수개 구비되어 직렬 접속된 것을 특징으로 하는 모듈형 전기 이중층 커패시터.
- 제1항에 있어서,
상기 PCB 기판은 병렬 연결용 PCB 기판으로 형성되며, 상기 모듈형 전기 이중층 커패시터는 복수개 구비되어 병렬 접속된 것을 특징으로 하는 모듈형 전기 이중층 커패시터.
- 제7항 또는 제8항에 있어서,
상기 하우징들은 각각 나비은장 이음을 통해 결합되는 것을 특징으로 하는 모듈형 전기 이중층 커패시터.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020160074329A KR101835505B1 (ko) | 2016-06-15 | 2016-06-15 | 모듈형 전기 이중층 커패시터 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160074329A KR101835505B1 (ko) | 2016-06-15 | 2016-06-15 | 모듈형 전기 이중층 커패시터 |
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| KR101835505B1 KR101835505B1 (ko) | 2018-04-19 |
Family
ID=60937009
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020160074329A KR101835505B1 (ko) | 2016-06-15 | 2016-06-15 | 모듈형 전기 이중층 커패시터 |
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-
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