WO2015020453A1 - 울트라 캐패시터 모듈 - Google Patents

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WO2015020453A1
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circuit board
printed circuit
ultracapacitor
pcb
terminal
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유용현
이정걸
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엘에스엠트론 주식회사
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    • Y02E60/13—Energy storage using capacitors

Definitions

  • the present invention relates to an ultracapacitor module, and more particularly, to an ultracapacitor module having a simple fastening between ultracapacitors and an improved fastening structure of a balancing board.
  • typical devices for storing electrical energy include batteries and capacitors.
  • Ultra Capacitor also called Super Capacitor, is an energy storage device that has intermediate characteristics of electrolytic capacitor and secondary battery. Device.
  • a high voltage module having thousands of farads or hundreds of voltages is required to be used as a high voltage battery.
  • These high voltage modules are each connected in series with the required number of ultracapacitors, which are unit cells, and are constituted by an ultracapacitor assembly for high voltage.
  • the plurality of ultracapacitors are connected by a busbar and fastened by a nut to form a high voltage ultracapacitor assembly.
  • the ultracapacitor assembly configured as described above requires a plurality of busbars and nuts when connecting a plurality of ultracapacitors. For example, if three ultracapacitors are to be connected in series, one bus bar and two nuts are needed to connect the negative terminal of the first ultracapacitor and the positive terminal of the second ultracapacitor. In addition, one bus bar and two nuts are required to connect the negative terminal of the second ultracapacitor and the positive terminal of the third ultracapacitor. Therefore, if you want to connect three ultracapacitors in series, you will need a total of two busbars and four nuts. That is, when connecting N ultracapacitors, N-1 busbars and 2 * (N-1) nuts are required.
  • the ultracapacitor module configured as described above has a problem in that as the number of ultracapacitors connected in series increases, the product cost increases due to the increase of parts and the assembly work of the product increases. In addition, a contact resistance exists between the busbar and the ultracapacitor, thereby increasing the resistance of the entire connection structure, thereby causing a lot of heat.
  • the series of high-voltage ultracapacitor modules connected in series the cell voltage is easily unbalanced during charging, standby or discharge due to the difference in the characteristic factor. This accelerates the aging of the cell and shortens the lifespan such as reducing the SOC capacity of the module. In addition, an overvoltage condition of some cells causes the cells to be destroyed or explode.
  • a balancing board having a balancing function may be connected by a bolting part and a harness formed on an outer surface of a nut connecting neighboring cells to control the voltage of the cell.
  • the configuration as described above has the disadvantage that the manufacturing cost of the product is expensive as the processing to form the bolting portion is added.
  • the bolting part in order to easily connect the harness connecting the bolting part and the balancing board, the bolting part should be formed in a certain direction, which is difficult to fit in a certain direction.
  • the present invention was created in order to solve the above problems, and prevents an increase in product cost due to an increase in parts for fastening when connecting a plurality of ultra-capacitors in series and reduces the work of assembling the product, thereby improving heat dissipation performance.
  • the aim is to provide an ultracapacitor module that can be enabled.
  • Another object of the present invention is to provide an ultracapacitor module having a structure in which a balancing board is formed on one side of an ultracapacitor and the rotation board can rotate.
  • an ultracapacitor module includes: a first ultracapacitor having a first polar terminal having a thread A formed on an outer circumferential surface thereof; A second ultracapacitor having a second polar terminal having a thread A formed on an outer circumferential surface thereof; And a screw hole (B) corresponding to the thread (A) is formed on an inner circumferential surface thereof so that the first polarity terminal is inserted through one side and the second polarity terminal is inserted through the other side so that the first ultracapacitor and the And a connecting member connecting the second ultracapacitors in series and having a gas discharge hole from a center to an outer surface thereof.
  • the ultracapacitor module may include: a printed circuit board (PCB) through which the second polarity terminal and the terminal having the second polarity terminal of the second ultracapacitor are inserted through a hole formed in a center thereof; And an elasticity inserted between the second ultracapacitor body and the printed circuit board (PCB) through which the second polar terminal of the second ultra capacitor and the terminal on which the second polar terminal are formed are inserted through a hole formed in the center thereof. It may further include a member.
  • PCB printed circuit board
  • PCB printed circuit board
  • the height of the connection member may be greater than the sum of the lengths of the first polarity terminal and the second polarity terminal.
  • the connecting member may be a nut.
  • Directions of the threads A formed in the first polarity terminal and the second polarity terminal may be the same.
  • the printed circuit board may have a cell balancing function for controlling the voltage of the ultracapacitor.
  • PCB printed circuit board
  • the elastic member may push the printed circuit board (PCB) to be in contact with the connection member and be rotatable.
  • PCB printed circuit board
  • the elastic member may be a wave washer.
  • Grooves may be formed on an outer surface of the printed circuit board to facilitate rotation of the printed circuit board.
  • the diameter of the elastic member may be larger than the diameter of the hole formed in the center of the printed circuit board (PCB) and smaller than the diameter of the printed circuit board (PCB).
  • an ultracapacitor module includes: a terminal formed on one side of an ultracapacitor body; A polarity terminal disposed on the terminal and having a thread formed on an outer circumferential surface thereof; A printed circuit board (PCB) through which the polarity terminal and the terminal are inserted through a hole formed in the center; A nut formed on an inner circumferential surface corresponding to the screw thread and coupled to the polarity terminal; And an elastic member inserted through the polarity terminal and the terminal through a hole formed at a center thereof, and positioned between the ultracapacitor body and the printed circuit board (PCB).
  • PCB printed circuit board
  • the ultracapacitor module may include: a bus bar inserted between the nut and the printed circuit board (PCB) through which the polarity terminal is inserted through a hole formed in a center of the ultracapacitor module; And a metal member disposed between the bus bar and the printed circuit board to space the bus bar from the printed circuit board.
  • PCB printed circuit board
  • the printed circuit board may have a cell balancing function for controlling the voltage of the ultracapacitor.
  • PCB printed circuit board
  • the elastic member may be a wave washer.
  • Grooves may be formed on an outer surface of the printed circuit board to facilitate rotation of the printed circuit board.
  • the diameter of the elastic member may be larger than the diameter of the hole formed in the center of the printed circuit board (PCB), and smaller than the diameter of the printed circuit board (PCB).
  • the nut may have a gas discharge hole from the center to the outer surface.
  • the ultracapacitor module may further include a bus bar in which a central hole portion is vertically bent in a direction in contact with a printed circuit board (PCB).
  • PCB printed circuit board
  • the fastening of the connection between the ultra-capacitor can be solved with a single nut, when the connection of a plurality of ultra-capacitors, it is possible to reduce the product cost due to the reduction of parts and to reduce the labor cost.
  • the heat dissipation performance is improved by reducing the resistance has the effect of increasing the life of the product.
  • an elastic member is provided at a lower portion of the printed circuit board (PCB), and the printed circuit board (PCB) can be rotated by contacting the printed circuit board (PCB) with a connection member, thereby providing a connector to which the harness is connected. Easy to fit in one direction
  • the fixing is made by inserting the printed circuit board (PCB) into the terminal of the connector, a separate structure for fixing the printed circuit board (PCB) is not necessary.
  • FIG. 1 is a view showing an ultra capacitor module fastened by a nut according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an enlarged view of a portion A of FIG. 1;
  • FIG. 3 is a view showing a heat radiation performance difference between the ultracapacitor module (a) according to the prior art and the ultracapacitor module (b) according to FIG.
  • FIG. 4 is a view showing an ultra capacitor module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is an enlarged view of a portion B of FIG. 4;
  • PCB printed circuit board
  • FIG. 7 is a view illustrating an assembly process in which the elastic member (a), the printed circuit board (PCB) (b), and the connection member (c) of FIG. 4 are combined;
  • FIG. 8 is a view showing an ultra capacitor module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a view illustrating gas discharge holes of various shapes formed in the connecting member in which C of FIG.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an ultracapacitor module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a view showing an ultra-capacitor module fastened by a nut according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is an enlarged view of a portion A of FIG.
  • the ultracapacitor module according to the present invention may include a plurality of ultracapacitors 100 and 200 and a connection member 300.
  • the ultracapacitor is an energy storage device having fast charge and discharge characteristics, and may include a positive electrode terminal formed on one surface and a negative electrode terminal formed on the other surface, and may have a cylindrical shape.
  • the ultracapacitor is used as a battery replacement for applications that are not easy to maintain and require a long service life.
  • the ultracapacitor is also used as an auxiliary power source for mobile communication information devices such as mobile phones, laptops and PDAs.
  • ultracapacitors are widely used as main or auxiliary power sources such as electric vehicles, hybrid vehicles, solar cell power supplies, and uninterruptible power supplies (UPS), which are required for high capacity.
  • UPS uninterruptible power supplies
  • connection member 300 Since the voltage of the ultracapacitor is only 3V or less, a plurality of ultracapacitors may be connected in series when it is used in a high voltage application. In this case, the connection between the neighboring ultracapacitors may be fastened by one connection member 300.
  • the positive terminal 110 formed on one surface of the first ultracapacitor 100 and the negative terminal 210 formed on the other surface of the second ultracapacitor 200 may be connected by using the connection member 300.
  • the ultracapacitors may be connected in series by repeating the above procedure.
  • a thread A is formed on the outer circumferential surfaces of the positive terminal 110 and the negative terminal 210 of the ultracapacitor, and the positive and negative terminals 110 and the negative terminal 210 are formed on the inner circumferential surface of the connecting member 300.
  • the screw hole B of the form corresponding to the said screw thread A is formed.
  • the thread A and the threaded ball B are formed in the same direction.
  • the ultracapacitor By connecting the positive terminal 110 of the first ultra-capacitor 100 to one side of the connecting member 300 and the negative terminal 210 of the second ultra-capacitor 200 to the other side of the connecting member 300
  • the ultracapacitor may be connected in series in the longitudinal direction in which the positive and negative terminals are formed. That is, by forming the screw holes (B) formed on the inner peripheral surface of the connecting member in the same direction, when the two ultra-capacitors are connected in series, the bolts can be rotated in one direction while the ultra-capacitors are positioned on both sides of the bolts. Therefore, the fastening work can be made more convenient.
  • the present invention is not limited thereto, and the directions of the threads A formed on the positive terminal and the negative terminal of the ultracapacitor may be formed in different directions. Accordingly, the positive terminal 110 of the first ultra capacitor 100 is connected to one side of the connecting member 300, and the negative terminal 210 of the second ultra capacitor 200 is connected to the other side of the connecting member 300. By connecting and rotating in the opposite direction, the ultracapacitor may be connected in series in the longitudinal direction in which the positive and negative terminals are formed.
  • a gas discharge hole 310 may be formed at one side of the connection member 300.
  • the gas discharge hole 310 may be formed at the central portion of the side surface of the connection member 300, and may be formed to penetrate the inside and the outside of the connection member 300.
  • the gas discharge hole 310 serves to discharge the gas generated during the charging and discharging of the ultracapacitor to the outside.
  • the ultracapacitor module configured in series, the voltage of the cell, that is, the ultracapacitor, may be easily unbalanced during charging, standby, or discharging due to a difference in characteristic factors. As a result, the aging of the ultracapacitor may be accelerated, and the life of the ultracapacitor may be shortened. The overvoltage condition of some ultracapacitors can destroy or explode the ultracapacitor. Accordingly, the ultracapacitor module according to the present invention may be provided with a printed circuit board (PCB) 500 (see FIG. 4) having a cell balancing function for controlling a voltage of a cell, that is, an ultracapacitor.
  • PCB printed circuit board
  • PCB printed circuit board
  • the height H of the connection member 300 is the positive terminal 110 and the second ultracapacitor 200 of the first ultracapacitor 100. Is greater than the sum of the lengths (L + L ′) of the negative electrode terminal 210. This is considered because when a plurality of ultra-capacitor electrodes are directly contacted with each other when the plurality of ultra-capacitors are connected, a short may not occur as an electrode and an explosion may occur.
  • connection member 300 may be a nut of metal material having electrical conductivity.
  • FIG. 3 is a view showing a heat radiation performance difference between the ultracapacitor module (a) according to the prior art and the ultracapacitor module (b) according to FIG.
  • the ultracapacitor module (a) may include a plurality of busbars and nuts for fixing the fastening of the busbars when the plurality of ultracapacitors are connected. have.
  • the ultracapacitor module b according to FIG. 1 may serially connect all of the neighboring ultracapacitors in a length direction in which a positive electrode terminal and a negative electrode terminal are formed.
  • three ultracapacitors are connected as described above to make the first and second ultracapacitor sets, and the first and the second ultracapacitor sets are connected by using a busbar.
  • the busbar may be fastened by being fastened or welded to the first and second ultracapacitor sets by a nut.
  • a busbar may be included to connect the two adjacent ultracapacitors in addition to the nut.
  • the busbars generate contact resistance to increase the resistance of the entire connection structure, that is, the module, and thus generate higher heat when a current flows through the module.
  • connection member that is, a nut
  • the heat dissipation performance is improved as compared with the conventional technology (as compared to the conventional technology). More than 5% of heat dissipation).
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an ultracapacitor module according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is an enlarged view of a portion B of FIG. 4.
  • the ultracapacitor module according to the present invention may include a printed circuit board (PCB) 500 and an elastic member 600.
  • PCB printed circuit board
  • the printed circuit board (PCB) 500 may be positioned under the connection member 300 to perform a cell balancing function for controlling the voltage of the cell, that is, the ultracapacitor.
  • the PCB 500 has a hole formed at a center thereof to correspond to the terminal 230 formed at one side of the ultracapacitor body, and the terminal 230 is formed at one side of the ultracapacitor body. Can be coupled to.
  • an elastic member 600 preferably an elastic member such as a wave washer in the lower portion of the printed circuit board (PCB) 500, the neighboring ultra-capacitor is coupled by the connection member 300.
  • the printed circuit board (PCB) 500 may be pushed toward the connection member 300 by the elastic force of the elastic member 600 to be in contact with the connection member 300.
  • the diameter of the connecting member 300 in order for the printed circuit board (PCB) 500, which is pushed up to the connecting member 300 by the elastic member 600 to correctly contact the connecting member 300 It should be larger than the diameter of the hole formed in the center of the printed circuit board (PCB) (500).
  • the printed circuit board (PCB) 500 is caused by the elastic force of the elastic member 600 This is because it is pushed toward the connection member 300 to leave the connection member 300 so as not to make contact with the connection member 300.
  • a hole corresponding to the terminal 230 formed on one side of the ultracapacitor body is also formed at the center of the elastic member 600. Therefore, the elastic member 600 is coupled to the terminal 230 is inserted through the hole formed in the center.
  • the elastic member 600 has a diameter of the elastic member 600 is larger than the diameter of the hole formed in the center of the printed circuit board (PCB) 500 in order to push the printed circuit board (PCB) 500 upwards Should be large
  • the diameter of the elastic member 600 should be smaller than the diameter of the printed circuit board (PCB) 500 in order to minimize the interference of the operator and the harness during the operation.
  • the diameter of the hole formed in the center of the elastic member should be larger than the diameter of the terminal, and smaller than the diameter of the hole formed in the center of the printed circuit board (PCB) (500).
  • the elastic member 600 is inserted into the terminal 230 and positioned below the printed circuit board (PCB) 500 so as to push the printed circuit board (PCB) 500 upwards. To contact the connecting member.
  • the connector 510 formed on one side of the printed circuit board (PCB) 500 since the printed circuit board (PCB) 500 is rotatable because it is not directly coupled by the connection member 300, the connector 510 formed on one side of the printed circuit board (PCB) 500.
  • the array of can be aligned in one direction.
  • Grooves 610 are formed on the outer surface of the printed circuit board (PCB) 500 so that the operator rotates the printed circuit board (PCB) 500 by using a hand or a tool.
  • 510 may be arranged in one direction.
  • the connector 510 formed on one side of the printed circuit board 500 is connected to the harness 400 so that the connection between the printed circuit board 500 and the printed circuit board 500 is performed.
  • the cell balancing function may be controlled.
  • FIG. 6 is a plan view of the printed circuit board (PCB) of Figure 4 and a plan view of the elastic member
  • Figure 7 is an assembly in which the elastic member (a), printed circuit board (PCB) (b) and the connection member (c) of FIG. Figure showing the process.
  • the elastic member 600, the printed circuit board (PCB) 500, and the connection member 300 are sequentially coupled to the terminal 230 formed on one side of the second ultracapacitor body.
  • the positive terminal 110 of the first ultra-capacitor 100 is coupled to the other surface of the connection member 300.
  • the neighboring first ultracapacitor 100 and the second ultracapacitor 200 may be connected in series in the longitudinal direction in which the negative terminal 210 and the positive terminal 110 are formed.
  • the printed circuit board (PCB) 500 has a groove 610 formed on a portion of its outer surface as shown in (a) of FIG. By using the printed circuit board (PCB) 500 can be easily rotated.
  • the height H1 of the connection member 300 is the positive terminal 110 and the second ultracapacitor of the first ultracapacitor 100. It is larger than the sum L1 + L1 'of the length of the negative electrode terminal 210 of (200). This is considered because when a plurality of ultra-capacitor electrodes are directly contacted with each other when the plurality of ultra-capacitors are connected, a short may not occur as an electrode and an explosion may occur.
  • the connecting member 300 may be a nut of metal material having electrical conductivity.
  • FIG. 8 is a view illustrating an ultracapacitor module according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 9 is a view illustrating gas discharge holes having various shapes formed in a connection member in which C of FIG. 8 is enlarged.
  • the ultracapacitor module may include a bus bar 800 and a metal member 810.
  • the busbar 800 may connect the ultracapacitor when the first ultracapacitor and the second ultracapacitor are arranged in parallel and connected in series.
  • the bus bar 800 may have a plate shape, and holes may be formed at left and right sides symmetrically with respect to a center so that neighboring ultracapacitors may be connected in series.
  • the holes formed at the left and right centers of the bus bars 800 are formed in parallel. Insert through and combine. At this time, the terminal protruding to the upper portion of the bus bar 800 may be coupled to the connection member 300, that is, by a nut to secure the coupling.
  • a printed circuit board (PCB) 500 is positioned below the connection member 300, that is, a nut, and a lower portion of the printed circuit board (PCB) 500 is illustrated in FIG.
  • An elastic member 600 such as a wave washer, is located as shown in b).
  • busbar 800 for serially connecting a plurality of ultracapacitors arranged in parallel under the connection member 300, that is, the nut. Therefore, if the printed circuit board (PCB) 500 is located directly below the bus bar 800, the printed circuit board (PCB) 500 may not rotate, and the printed circuit board (PCB) may not be rotated. Damage to the circuit of the upper portion of the 500, that is, the portion in contact with the busbar 800.
  • the metal member 810 may be positioned between the bus bar 800 and the printed circuit board 500.
  • the metal member 810 is positioned between the busbar 800 and the printed circuit board (PCB) 500 to serve to assist the rotation of the printed circuit board (PCB) 500, as well as the printed circuit board.
  • PCB printed circuit board
  • the metal member 810 may be a metal material having elasticity and electrical conductivity, and may have a circular ring shape in the form of a plate.
  • the reason why the metal member 810 has electrical conductivity is to electrically connect the printed circuit board (PCB) 500 and the bus bar 800.
  • the diameter of the metal member 810 should be larger than the diameter of the hole formed in the center of the printed circuit board (PCB) 500, and smaller than the diameter of the printed circuit board (PCB) 500.
  • the printed circuit board (PCB) 500 pushed up by the elastic member 600 toward the metal member 810 may correctly contact the metal member 810. Otherwise, when the diameter of the hole formed in the center of the printed circuit board (PCB) 500 is larger than the diameter of the metal member 810, the printed circuit board (PCB) 500 may be formed by the elastic force of the elastic member 600. The metal member 810 is pushed up to pass through the metal member 810 so as not to make contact with the metal member 810.
  • the circuit of the printed circuit board (PCB) 500 may be damaged.
  • the diameter of the metal member 810 is smaller than the diameter of the printed circuit board (PCB) 500, the predetermined border region including a hole formed in the center of the printed circuit board (PCB) (500) It can be formed so as not to deviate it can prevent the circuit of the printed circuit board (PCB) 500 is damaged.
  • a predetermined edge region including a hole formed in the center of the PCB 500 is not formed of a circuit, and is formed of a conductive material to enable electrical connection.
  • connection member 300 may form a gas discharge hole 311 formed from the center to the outer surface on the upper side that abuts in the longitudinal direction of the electrode.
  • the gas discharge hole 311 serves to discharge the gas generated during the charging and discharging of the ultracapacitor to the outside.
  • the reason why the gas discharge hole 311 is formed to be formed from the center to the outer surface on the upper side that is in contact with the electrode in the longitudinal direction is that the gas generated during charging and discharging of the ultracapacitor is ejected through the hole formed in the center of the electrode Because it becomes.
  • the gas discharge hole 311 is not limited thereto, and may be configured in various shapes as illustrated in FIGS. 9A and 9B. That is, the gas discharge hole 311 may be a form that can discharge the gas generated during the charging and discharging of the electrode to the outside of the connection member 300.
  • connection member 300 forms a hole through which an electrode terminal is inserted and passed through, ie, a hollow, so that the electrode is charged or discharged without forming a separate gas discharge hole.
  • the gas generated at the time can be discharged to the outside.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an ultracapacitor module according to another embodiment of the present invention.
  • the bus bar 1010 may be formed by vertically bending a central hole portion of the bus bar 1010 in contact with a printed circuit board (PCB) 500.
  • PCB printed circuit board
  • region corresponding to the metal member 810 of FIG. 8 may be integrally formed from the bus bar 1010 to vertically bend the central hole portion of the bus bar 1010.
  • the ultracapacitor module according to the present invention is provided with a printed circuit board (PCB) 500 having a cell balancing function in a lower portion of the connection member 300 for fastening the neighboring ultracapacitors to separate them. No structure is needed.
  • PCB printed circuit board
  • the elastic member 600 is provided under the printed circuit board (PCB) 500 to have an elastic member such as a wave washer, such that the elastic member 600 is the printed circuit board (PCB) 500.
  • the ultracapacitor module according to the present invention requires only one connection member, that is, a nut, for fastening between neighboring ultracapacitors when connecting a plurality of ultracapacitors. Accordingly, there is an effect of reducing the cost and the labor cost according to the saving of parts, and the life of the product is increased by improving the heat dissipation performance by reducing the resistance of the module.

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Abstract

본 발명은 울트라 캐패시터 모듈을 개시한다. 본 발명에 따른 울트라 캐패시터 모듈은, 외주면에 나사산(A)이 형성된 제 1 극성 단자를 구비하는 제 1 울트라 캐패시터; 외주면에 나사산(A)이 형성된 제 2 극성 단자를 구비하는 제 2 울트라 캐패시터; 및 내주면에 상기 나사산(A)에 대응하는 나사구(B)가 형성되어 일 측면을 통해 상기 제 1 극성 단자가 삽입되고 타 측면을 통해 상기 제 2 극성 단자가 삽입되어 상기 제 1 울트라 캐패시터 및 상기 제 2 울트라 캐패시터를 직렬 연결하고, 중심으로부터 외측면으로 가스 배출 홀이 형성된 연결부재;를 포함할 수 있다.

Description

울트라 캐패시터 모듈
본 발명은 울트라 캐패시터 모듈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 울트라 캐패시터 간의 체결이 간단하며, 밸런싱 보드의 체결 구조가 개선된 울트라 캐패시터 모듈에 관한 것이다.
본 출원은 2013년 08월 07일에 출원된 한국특허출원 제10-2013-0093635호와 2013년 08월 26일에 출원된 한국특허출원 제10-2013-0100930호 그리고 2014년 08월 06일에 출원된 한국특허출원 제10-2014-0101308호 및 2014년 08월 06일에 출원된 한국특허출원 제10-2014-0101312호에 기초한 우선권을 주장하며, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 본 출원에 원용된다.
일반적으로 전기에너지를 저장하는 대표적인 소자로는 전지(Battery)와 캐패시터(Capacitor)가 있다.
울트라 캐패시터(Ultra Capacitor)는 슈퍼 캐패시터(Super Capacitor)라고도 불리우며, 전해 콘덴서와 이차전지의 중간적인 특성을 갖는 에너지 저장장치로써 높은 효율, 반영구적인 수명 특성으로 이차전지와의 병용 및 대체 가능한 차세대 에너지 저장장치이다.
이러한 울트라 캐패시터를 적용함에 있어서, 고전압용 전지로 사용되기 위해서는 수천 패럿(F : Farad) 또는 수백 전압(V : Voltage)의 고전압 모듈(Module)이 필요하다. 이러한 고전압 모듈은 각각의 단위 셀인 울트라 캐패시터가 필요한 수량만큼 직렬로 연결되어 고전압용 울트라 캐패시터 어셈블리로 구성된다. 이때, 복수의 울트라 캐패시터는 부스바(Busbar)에 의해 연결되고 너트에 의해 체결됨으로써 고전압용 울트라 캐패시터 어셈블리로 이루어진다.
하지만, 상기와 같이 구성되는 울트라 캐패시터 어셈블리는 다수 개의 울트라 캐패시터 연결 시 다수의 부스바 및 너트가 필요하다. 예를 들어, 3개의 울트라 캐패시터를 직렬로 연결하고자 할 경우 제 1 울트라 캐패시터의 음극 단자와 제 2 울트라 캐패시터의 양극 단자를 연결하기 위한 부스바 1개와 너트 2개가 필요하다. 그리고 제 2 울트라 캐패시터의 음극 단자와 제 3 울트라 캐패시터의 양극 단자를 연결하기 위한 부스바 1개와 너트 2개가 필요하다. 따라서 3개의 울트라 캐패시터를 직렬로 연결하고자 할 경우에는 총 2개의 부스바 및 4개의 너트가 필요하게 된다. 즉, N개의 울트라 캐패시터 연결 시에는 N-1개의 부스바와 2*(N-1)개의 너트가 필요하게 된다.
이와 같이 구성되는 울트라 캐패시터 모듈은 직렬 연결되는 울트라 캐패시터의 수량이 증가할수록 부품의 증가에 따른 제품 원가가 상승되고 제품의 조립 작업이 늘어나는 문제점이 있다. 또한, 부스바와 울트라 캐패시터 간에 접촉 저항이 존재하여 전체 연결 구조물의 저항이 높아져 많은 열이 발생하는 문제점이 있다.
또한, 상기 직렬로 연결된 고전압용 울트라 캐패시터 모듈은 특성 인자의 차이로 인해 충전, 대기 또는 방전 중에 셀 전압이 쉽게 뷸균형 상태가 된다. 이로 인해 상기 셀의 노화가 촉진됨은 물론 상기 모듈의 SOC(State Of Charge) 용량 감소 등 수명이 단축된다. 또한 일부 셀의 과전압 상태로 인해 상기 셀이 파괴되거나 폭발이 발생하는 경우가 발생한다.
일반적으로 밸런싱 기능을 갖는 밸런싱 보드는 이웃하는 셀을 연결시켜주는 너트의 외측면에 형성된 볼팅부와 하네스에 의해 연결됨으로써 셀의 전압을 제어할 수 있다.
하지만 상기와 같은 구성은 너트에 볼팅부를 형성하는 가공이 추가됨에 따라 제품의 제조 단가가 비싸지는 단점이 있다. 또한 상기 볼팅부와 밸런싱 보드를 연결하는 하네스의 연결을 쉽게 하기 위해 상기 볼팅부를 일정한 방향으로 형성시켜야 하는데, 이를 일정한 한 방향으로 맞추기 어려운 문제점이 있다.
또한 상기 밸런싱 보드를 고정하기 위한 별도의 구조물이 필요하다는 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 다수의 울트라 캐패시터를 직렬 연결 시 체결을 위한 부품의 증가에 따른 제품 원가 상승을 막고 제품의 조립에 따른 작업을 줄이면서, 방열 성능을 개선시킬 수 있는 울트라 캐패시터 모듈을 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 밸런싱 보드를 울트라 캐패시터의 일측에 형성하고 상기 밸런싱 보드를 회전할 수 있는 구조를 갖는 울트라 캐패시터 모듈을 제공하는 데 다른 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시 예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 울트라 캐패시터 모듈은, 외주면에 나사산(A)이 형성된 제 1 극성 단자를 구비하는 제 1 울트라 캐패시터; 외주면에 나사산(A)이 형성된 제 2 극성 단자를 구비하는 제 2 울트라 캐패시터; 및 내주면에 상기 나사산(A)에 대응하는 나사구(B)가 형성되어 일 측면을 통해 상기 제 1 극성 단자가 삽입되고 타 측면을 통해 상기 제 2 극성 단자가 삽입되어 상기 제 1 울트라 캐패시터 및 상기 제 2 울트라 캐패시터를 직렬 연결하고, 중심으로부터 외측면으로 가스 배출 홀이 형성된 연결부재;를 포함할 수 있다.
상기 울트라 캐패시터 모듈은 중앙에 형성된 홀을 통해 상기 제 2 울트라 캐패시터의 상기 제 2 극성 단자 및 상기 제 2 극성 단자가 형성된 터미널이 삽입 통과된 인쇄회로기판(PCB); 및 중앙에 형성된 홀을 통해 상기 제 2 울트라 캐패시터의 상기 제 2 극성 단자 및 상기 제 2 극성 단자가 형성된 터미널이 삽입 통과되고 상기 제 2 울트라 캐패시터 본체와 상기 인쇄회로기판(PCB) 사이에 위치하는 탄성부재;를 더 포함할 수 있다.
상기 연결부재의 높이는 상기 제 1 극성 단자 및 상기 제 2 극성 단자 길이의 합 보다 클 수 있다.
상기 연결부재는 너트일 수 있다.
상기 제 1 극성 단자 및 제 2 극성 단자에 형성된 나사산(A)의 방향은 동일할 수 있다.
상기 인쇄회로기판(PCB)은 울트라 캐패시터의 전압을 제어하는 셀 밸런싱 기능을 가질 수 있다.
상기 인쇄회로기판(PCB)의 일 측면에는 커넥터가 구비되고, 상기 커넥터에 하네스가 연결될 수 있다.
상기 탄성부재는 상기 인쇄회로기판(PCB)을 밀어 상기 연결부재에 접촉시키고, 회전 가능하게 할 수 있다.
상기 탄성부재는 웨이브 와셔일 수 있다.
상기 인쇄회로기판(PCB)의 외측면에는 상기 인쇄회로기판(PCB)의 회전을 용이하게 달성할 수 있도록 홈이 형성될 수 있다.
상기 탄성부재의 지름은 상기 인쇄회로기판(PCB)의 중앙에 형성된 홀의 지름보다 크고 인쇄회로기판(PCB)의 지름보다 작을 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 울트라 캐패시터 모듈은, 울트라 캐패시터 본체의 일 측면에 형성된 터미널; 상기 터미널 상부에 배치되고 외주면에 나사산이 형성된 극성 단자; 중앙에 형성된 홀을 통해 상기 극성 단자 및 상기 터미널이 삽입 통과된 인쇄회로기판(PCB); 내주면에 상기 나사산에 대응하는 나사구가 형성되어 상기 극성 단자와 결합되는 너트; 및 중앙에 형성된 홀을 통해 상기 극성 단자 및 상기 터미널이 삽입 통과되고 상기 울트라 캐피시터 본체와 상기 인쇄회로기판(PCB) 사이에 위치하는 탄성부재;를 포함할 수 있다.
상기 울트라 캐패시터 모듈은 중앙에 형성된 홀을 통해 상기 극성 단자가 삽입 통과되고 상기 너트와 상기 인쇄회로기판(PCB) 사이에 위치하는 부스바; 및 상기 부스바와 상기 인쇄회로기판(PCB) 사이에 위치하여 상기 부스바와 상기 인쇄회로기판(PCB)을 이격시키는 금속부재;를 더 포함할 수 있다.
상기 인쇄회로기판(PCB)은 울트라 캐패시터의 전압을 제어하는 셀 밸런싱 기능을 가질 수 있다.
상기 인쇄회로기판(PCB)의 일 측면에는 커넥터가 구비될 수 있다.
상기 탄성부재는 웨이브 와셔일 수 있다.
상기 인쇄회로기판(PCB)의 외측면에는 상기 인쇄회로기판(PCB)의 회전을 용이하게 달성할 수 있도록 홈이 형성될 수 있다.
상기 탄성부재의 지름은 상기 인쇄회로기판(PCB)의 중앙에 형성된 홀의 지름보다 크고, 상기 인쇄회로기판(PCB)의 지름보다 작을 수 있다.
상기 너트는 중앙으로부터 외측면으로 가스 배출 홀이 형성될 수 있다.
상기 울트라 캐패시터 모듈은, 중앙 홀 부분이 인쇄회로기판(PCB)과 접하는 방향으로 수직 절곡 가공된 부스바;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면 울트라 캐패시터 간의 직렬 연결 시 그 체결을 너트 하나로 해결할 수 있으므로, 다수의 울트라 캐패시터 연결 시 부품 감소에 따른 제품 원가를 절감할 수 있고 작업 공수가 줄어드는 효과가 있다.
또한, 저항 감소에 따른 방열 성능이 개선되어 제품의 수명이 증가하는 효과가 있다.
그리고, 울트라 캐패시터의 충, 방전시 발생되는 가스를 외부로 배출시켜 폭발이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 연결부재에 하네스 연결을 위한 별도의 볼팅부 가공이 필요하지 않아 제품의 제조 단가를 낮출 수 있다.
또한, 인쇄회로기판(PCB)의 하부에 탄성이 있는 부재가 구비되어 상기 인쇄회로기판(PCB)을 연결부재에 접촉시킴으로써 상기 인쇄회로기판(PCB)의 회전이 가능하므로, 하네스가 연결되는 커넥터를 한 방향으로 맞추기가 쉽다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 인쇄회로기판(PCB)을 커넥터의 터미널에 삽입함으로써 고정이 이루어지므로, 상기 인쇄회로기판(PCB)을 고정시키기 위한 별도의 구조물이 필요하지 않다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 너트에 의해 체결되는 울트라 캐패시터 모듈을 나타낸 도면,
도 2는 도 1의 A부분을 확대한 도면,
도 3은 종래 기술에 따른 울트라 캐패시터 모듈(a)과 도 1에 따른 울트라 캐패시터 모듈(b)의 방열 성능 차이를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 울트라 캐패시터 모듈을 나타낸 도면,
도 5는 도 4의 B 부분을 확대한 도면,
도 6은 도 4의 인쇄회로기판(PCB)의 평면도 및 탄성부재 평면도,
도 7은 도 4의 탄성부재(a), 인쇄회로기판(PCB)(b) 및 연결부재(c)가 결합되는 조립과정을 나타낸 도면,
도 8은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 울트라 캐패시터 모듈을 나타낸 도면,
도 9는 도 8의 C를 확대한 연결부재에 형성된 다양한 모양의 가스 배출 홀을 도시한 도면,
도 10은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 울트라 캐패시터 모듈을 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 너트에 의해 체결되는 울트라 캐패시터 모듈을 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1의 A 부분을 확대한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 울트라 캐패시터 모듈은 복수 개의 울트라 캐패시터(100, 200) 및 연결부재(300)를 포함할 수 있다.
울트라 캐패시터는 빠른 충방전 특성을 가지는 에너지 저장 장치로써, 일면에 형성된 양극 단자 및 타면에 형성된 음극 단자를 포함할 수 있으며 원통 형상으로 이루어질 수 있다.
상기 울트라 캐패시터는 유지보수가 용이하지 않고 장기간의 사용 수명이 요구되는 어플리케이션에 대해서는 축전지 대체용으로 이용된다. 또한 울트라 캐패시터는 이동통신 정보기기인 휴대폰, 노트북, PDA 등의 보조 전원으로도 사용된다. 또한 울트라 캐패시터는 고용량이 요구되는 전기 자동차나 하이브리드 자동차, 태양전지용 전원장치, 무정전 전원공급장치(UPS : Uninterruptible Power Supply) 등의 주전원 또는 보조전원으로 매우 적합하여 이와 같은 용도로 많이 이용되고 있다.
상기 울트라 캐패시터의 전압은 3V 이하에 불과하므로 고전압 어플리케이션에 이용하고자 할 경우에는 상기 울트라 캐패시터 다수 개를 직렬 연결할 수 있다. 이때, 상기 이웃한 울트라 캐패시터 간의 연결은 한 개의 연결부재(300)에 의해 체결될 수 있다.
즉, 제 1 울트라 캐패시터(100)의 일면에 형성된 양극 단자(110)와 제 2 울트라 캐패시터(200)의 타면에 형성된 음극 단자(210)를 연결부재(300)를 이용하여 체결함으로써 연결시킬 수 있다. 2개 이상의 다수 개의 울트라 캐패시터를 연결하는 경우에는 상기 절차를 반복함으로써 상기 울트라 캐패시터를 직렬로 연결할 수 있다.
자세하게는 상기 울트라 캐패시터의 양극단자(110) 및 음극 단자(210)의 외주면에는 나사산(A)이 형성되어 있으며, 연결부재(300)의 내주면에는 상기 양극 단자(110) 및 음극 단자(210)의 상기 나사산(A)에 대응하는 형태의 나사구(B)가 형성되어 있다. 상기 나사산(A)과 나사구(B)는 같은 방향으로 형성되어 있다.
상기 연결부재(300)의 일측에 제 1 울트라 캐패시터(100)의 양극 단자(110)를 연결하고 상기 연결부재(300)의 타측에 제 2 울트라 캐패시터(200)의 음극 단자(210)를 연결하여 같은 방향으로 회전시킴으로써 상기 울트라 캐패시터를 상기 양극 및 음극 단자가 형성된 길이 방향으로 직렬 연결시킬 수 있다. 즉, 상기 연결부재 내주면에 형성된 나사구(B)를 같은 방향으로 형성함으로써, 두 개의 울트라 캐패시터를 직렬 연결시 볼트의 양측에 울트라 캐패시터를 위치시킨 상태에서 볼트만 한 방향으로 회전시켜 체결을 할 수 있으므로, 체결 작업을 보다 편리하게 할 수 있다.
하지만 본 발명은 이에 한하지 않고, 상기 울트라 캐패시터의 양극 단자 및 음극 단자에 형성된 나사산(A)의 방향을 서로 다른 방향으로 형성할 수 있다. 이에 따라 상기 연결부재(300)의 일측에 제 1 울트라 캐패시터(100)의 양극 단자(110)를 연결하고 상기 연결부재(300)의 타측에 제 2 울트라 캐패시터(200)의 음극 단자(210)를 연결하여 반대 방향으로 회전시킴으로써 상기 울트라 캐패시터를 양극 및 음극 단자가 형성된 길이 방향으로 직렬 연결시킬 수 있다.
상기 연결부재(300)의 일 측에는 가스 배출 홀(310)을 형성할 수 있다.
본 실시 예에 따른 가스 배출 홀(310)은 연결부재(300)의 측면 중앙부에 형성될 수 있으며, 연결부재(300)의 내측과 외측을 관통하여 형성될 수 있다.
복수 개의 울트라 캐패시터는 충, 방전을 거치게 되면 가스가 발생되며 이때, 상기 가스를 외부로 배출시키지 못하면 폭발이 발생할 수 있다.
이에 따라, 상기 가스 배출 홀(310)은 울트라 캐패시터의 충, 방전시 발생하는 가스를 외부로 배출시키는 역할을 한다.
상술한 바와 같이 직렬로 연결되어 구성된 울트라 캐패시터 모듈은 특성 인자의 차이로 인해 충전, 대기 또는 방전 중에 셀 즉, 울트라 캐패시터의 전압이 쉽게 불균형 상태가 될 수 있다. 이로 인해 상기 울트라 캐패시터의 노화가 촉진됨은 물론 상기 모듈의 SOC(State Of Charge) 용량 감소 등 수명이 단축될 수 있다. 일부 울트라 캐패시터의 과전압 상태로 인해 상기 울트라 캐패시터가 파괴되거나 폭발이 발생할 수 있다. 이에 따라 본 발명에 따른 상기 울트라 캐패시터 모듈에는 셀 즉, 울트라 캐패시터의 전압을 제어하는 셀 밸런싱 기능을 갖는 인쇄회로기판(PCB)(도 4의 500)을 구비할 수 있다.
상기 인쇄회로기판(PCB)과 관련된 설명은 도 4 내지 도 6을 통해 자세히 후술하기로 한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 복수 개의 울트라 캐패시터 연결을 완료하였을 때, 연결부재(300)의 높이(H)는 제 1 울트라 캐패시터(100)의 양극 단자(110)와 제 2 울트라 캐패시터(200)의 음극 단자(210)의 길이의 합(L+L') 보다 크다. 이는 상기 복수 개의 울트라 캐패시터 연결을 완료하였을 때 복수 개의 울트라 캐패시터 전극끼리 직접 맞닿게 되면 쇼트가 발생하여 전극 역할을 하지 못할 뿐만 아니라, 폭발이 발생할 수도 있기 때문에 고려되는 것이다.
바람직하게, 상기 연결부재(300)는 전기전도성을 가진 금속 재질의 너트일 수 있다.
도 3은 종래 기술에 따른 울트라 캐패시터 모듈(a)과 도 1에 따른 울트라 캐패시터 모듈(b)의 방열 성능 차이를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 종래 기술에 따른 울트라 캐패시터 모듈(a)은 다수 개의 울트라 캐패시터 연결 시, 상기 연결을 위해서 다수개의 부스바(Busbar)와 상기 부스바의 체결을 고정시키기 위한 너트들을 포함할 수 있다.
한편, 도 1에 따른 울트라 캐피시터 모듈(b)은 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 바와 같이 이웃한 울트라 캐패시터 모두를 양극 단자 및 음극 단자가 형성된 길이 방향으로 직렬 연결할 수 있다. 본 실시 예에서는 3개의 울트라 캐패시터를 상술한 바와 같이 연결하여 제 1, 2의 울트라 캐패시터 집합을 만들고 상기 제 1, 2의 울트라 캐패시터 집합은 부스바를 이용하여 연결시킨다. 이때, 상기 부스바는 제 1, 2 울트라 캐패시터 집합에 너트에 의해 체결되거나 용접됨으로써 체결될 수 있다.
본 실시 예에서는 총 6개의 울트라 캐패시터를 직렬 연결함으로써 방열 성능 차이를 알아보고자 하였으며, 그 실험에 대한 결과치는 아래 표 1과 같다.
표 1
온도 (a) (b)
Max 45.8 42.7
Min 31.6 29.3
즉, 종래 기술에 따른 울트라 캐패시터 간의 연결 시(도 3의 (a))에는 너트 이외에 이웃한 상기 두 개의 울트라 캐패시터를 연결시키기 위해 부스바를 포함할 수 있다. 이때, 상기 부스바는 접촉 저항을 발생시켜 전체 연결 구조물 즉, 모듈의 저항을 높이고, 이에 따라 상기 모듈에 전류를 흐르게 할 경우 더 높은 열이 발생하게 된다.
반면, 본 발명에 따른 울트라 캐패시터 간의 연결 시(도 3의 (b))에는 이웃한 두 개의 울트라 캐패시터를 연결시키기 위해서는 단 하나의 연결부재 즉, 너트만이 포함될 수 있다. 이에 따라, 전체 구조물 즉, 모듈의 저항이 감소하여 상기 구조물에 전류를 흐르게 할 경우 상기 표 1에 나타난 바와 같이 종래 기술에 비해 방열 성능이 개선되는 효과가 있음을 알 수 있다(종래 기술에 비해 약 5% 이상의 방열 효과 발생).
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 울트라 캐패시터 모듈을 나타낸 도면, 도 5는 도 4의 B 부분을 확대한 도면이다.
도 4 및 도 5를 설명함에 있어서, 도 1 및 도 2와 동일한 부호의 구성요소는 도 1 및 도 2를 통해 설명하였으므로 생략하기로 한다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 울트라 캐패시터 모듈은 인쇄회로기판(PCB)(500) 및 탄성부재(600)를 포함할 수 있다.
인쇄회로기판(PCB)(500)은 상기 연결부재(300)의 하부에 위치하여 셀 즉, 상기 울트라 캐패시터의 전압을 제어하는 셀 밸런싱 기능을 수행 할 수 있다. 자세하게, 상기 인쇄회로기판(PCB)(500)은 그 중앙에 상기 울트라 캐패시터 본체의 일 측면에 형성된 터미널(230)에 대응되게 홀이 형성되어 있어, 상기 울트라 캐패시터 본체의 일측에 형성된 터미널(230)에 결합될 수 있다. 이때, 상기 인쇄회로기판(PCB)(500)의 하부에 탄성부재(600), 바람직하게는 웨이브 와셔와 같은 탄성이 있는 부재를 구비함으로써, 연결부재(300)에 의해 이웃하는 울트라 캐패시터가 결합될 경우 상기 탄성부재(600)의 탄성력에 의해 상기 인쇄회로기판(PCB)(500)이 상기 연결부재(300) 측으로 밀어올려져 상기 연결부재(300)에 접촉될 수 있다. 한편, 상기 탄성부재(600)에 의해 연결부재(300) 측으로 밀어올려지는 상기 인쇄회로기판(PCB)(500)이 상기 연결부재(300)에 올바르게 접촉되기 위해서는 상기 연결부재(300)의 지름이 상기 인쇄회로기판(PCB)(500)의 중앙에 형성된 홀의 지름보다 커야한다. 그렇지 않고 상기 인쇄회로기판(PCB)(500)의 중앙에 형성된 홀의 지름이 상기 연결부재(300)의 지름보다 크게 되면 상기 인쇄회로기판(PCB)(500)은 탄성부재(600)의 탄성력에 의해 상기 연결부재(300) 측으로 밀려올려져 상기 연결부재(300)를 이탈하여 상기 연결부재(300)와 접촉이 이루어지지 않기 때문이다.
바람직하게, 상기 탄성부재(600)도 중앙에 상기 울트라 캐패시터 본체의 일측에 형성된 터미널(230)에 대응하는 홀이 형성되어 있다. 따라서, 상기 탄성부재(600)는 중앙에 형성된 홀을 통해 상기 터미널(230)이 삽입 통과되어 결합되어진다.
이때, 상기 탄성부재(600)는 상기 인쇄회로기판(PCB)(500)을 상부로 밀어 올리기 위해 탄성부재(600)의 지름은 상기 인쇄회로기판(PCB)(500)의 중앙에 형성된 홀의 지름보다 커야한다. 또한 작업 도중 작업자 및 하네스 등의 간섭을 최소화하기 위해서 탄성부재(600)의 지름은 상기 인쇄회로기판(PCB)(500)의 지름보다 작아야한다.
이때, 상기 탄성부재의 중앙에 형성된 홀의 지름은 터미널 지름보다는 크고, 인쇄회로기판(PCB)(500)의 중앙에 형성된 홀의 지름보다는 작아야 한다.
이와 같은 이유는, 상기 탄성부재(600)는 터미널(230)에 삽입되고, 상기 인쇄회로기판(PCB)(500)의 하부에 위치함으로써 상기 인쇄회로기판(PCB)(500)을 상부로 밀어올려 연결부재에 접촉시키기 위함이다.
또한, 상기 인쇄회로기판(PCB)(500)은 연결부재(300)에 의해 직접적으로 결합되지 않기 때문에 회전이 가능하므로, 상기 인쇄회로기판(PCB)(500)의 일 측면에 형성된 커넥터(510)의 배열을 한 방향으로 맞출 수 있다.
상기 인쇄회로기판(PCB)(500)의 외측면에는 홈(610)이 형성되어 상기 홈(610)을 작업자가 손이나 도구를 이용하여 인쇄회로기판(PCB)(500)을 회전시켜 상기 커넥터(510)을 한 방향으로 배열할 수 있다. 상기 인쇄회로기판(PCB)(500)의 일 측면에 형성된 커넥터(510)는 하네스(400)로 연결되어 상기 인쇄회로기판(PCB)(500) 간의 접속이 이루어짐에 따라 셀 즉, 울트라 캐패시터의 전압을 제어하는 셀밸런싱 기능을 수행할 수 있다.
도 6은 도 4의 인쇄회로기판(PCB)의 평면도 및 탄성부재 평면도, 도 7은 도 4의 탄성부재(a), 인쇄회로기판(PCB)(b) 및 연결부재(c)가 결합되는 조립과정을 나타낸 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 제 2 울트라 캐패시터 본체의 일 측면에 형성된 터미널(230)에 탄성부재(600), 인쇄회로기판(PCB)(500) 및 연결부재(300)가 차례로 결합된다. 그리고 상기 연결부재(300)의 타면에 제 1 울트라 캐패시터(100)의 양극 단자(110)가 결합된다. 이로써 이웃하는 상기 제 1 울트라 캐패시터(100) 및 제 2 울트라 캐패시터(200)는 음극 단자(210) 및 양극 단자(110)가 형성된 길이 방향으로 직렬 연결될 수 있다.
이때, 상기 인쇄회로기판(PCB)(500)은 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이 그 외측면의 일부에 홈(610)이 형성되어, 사용자가 상기 홈(610)을 손이나 도구를 이용하여 상기 인쇄회로기판(PCB)(500)을 용이하게 회전시킬 수 있다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 복수 개의 울트라 캐패시터 연결을 완료하였을 경우, 연결부재(300)의 높이(H1)는 제 1 울트라 캐패시터(100)의 양극 단자(110)와 제 2 울트라 캐패시터(200)의 음극 단자(210)의 길이의 합(L1+L1')보다 크다. 이는 상기 복수 개의 울트라 캐패시터 연결을 완료하였을 때 복수 개의 울트라 캐패시터 전극끼리 직접 맞닿게 되면 쇼트가 발생하여 전극 역할을 하지 못할 뿐만 아니라, 폭발이 발생할 수도 있기 때문에 고려되는 것이다.
본 발명에 있어서, 바람직하게 상기 연결부재(300)는 전기전도성을 가진 금속 재질의 너트일 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 울트라 캐패시터 모듈을 나타낸 도면, 도 9는 도 8의 C를 확대한 연결부재에 형성된 다양한 모양의 가스 배출 홀을 도시한 도면이다.
도 8 내지 도 9를 설명함에 있어서, 도 1 내지 도 2 및 도 4 내지 도 5와 동일한 부호의 구성요소는 도 1 내지 도 2 및 도 4 내지 도 5를 통해 설명하였으므로 생략하기로 한다.
도 8 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 울트라 캐패시터 모듈은 부스바(800) 및 금속부재(810)를 포함할 수 있다.
부스바(800)는 제 1 울트라 캐패시터와 제 2 울트라 캐패시터를 병렬로 배치하여 직렬 접속 시킬 경우 상기 울트라 캐패시터를 연결할 수 있다.
상기 부스바(800)는 판 형상일 수 있으며, 이웃한 울트라 캐패시터를 직렬 연결할 수 있도록 중심을 기준으로 대칭되게 좌, 우측에 홀이 형성될 수 있다.
구체적으로, 상기 제 1 울트라 캐패시터의 음극 단자 및 이웃한 제 2 울트라 캐패시터의 양극 단자가 평행하게 위치하도록 병렬로 배치한 후, 상기 전극 단자들을 부스바(800)의 좌, 우측 중앙에 형성된 홀을 통해 삽입 통과 시켜 결합한다. 이때, 상기 부스바(800)의 상부로 돌출된 단자는 연결부재(300) 즉, 너트로 결합시켜 결합을 견고하게 할 수 있다.
도 4 내지 도 5의 설명에 따르면, 연결부재(300) 즉, 너트의 하부에는 인쇄회로기판(PCB)(500)이 위치하고, 상기 인쇄회로기판(PCB)(500)의 하부에는 도 6의 (b)에 도시된 바와 같은 탄성부재(600) 예컨대, 웨이브 와셔가 위치한다.
하지만, 도 8에 도시된 바와 같이 본 발명의 다른 실시 예에 따르면 연결부재(300) 즉, 너트의 하부에는 병렬로 배치된 복수 개의 울트라 캐패시터를 직렬 연결하기 위한 부스바(800)가 존재한다. 따라서, 상기 부스바(800)의 하부에 바로 인쇄회로기판(PCB)(500)을 위치시키면 상기 인쇄회로기판(PCB)(500)이 회전을 할 수 없을 뿐만 아니라, 상기 인쇄회로기판(PCB)(500)의 상부 즉, 부스바(800)와 맞닿는 부분의 회로에 손상을 가하게 된다.
이에 따라, 상기 부스바(800)와 인쇄회로기판(PCB)(500)의 사이에는 금속부재(810)를 위치시킬 수 있다.
금속부재(810)는 부스바(800)와 인쇄회로기판(PCB)(500)의 사이에 위치하여 상기 인쇄회로기판(PCB)(500)의 회전을 돕는 역할을 할 뿐만 아니라, 상기 인쇄회로기판(PCB)(500)과 상기 부스바(800)가 직접적으로 맞닿는 것을 방지함으로써, 상기 인쇄회로기판(PCB)(500)의 상부 즉, 부스바(800)와 맞닿는 부분의 회로가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
이때, 상기 금속부재(810)는 탄성 및 전기전도성을 갖는 금속물질일 수 있으며, 판 형태의 원형링 형상일 수 있다.
상기 금속부재(810)가 전기전도성을 갖는 이유는, 인쇄회로기판(PCB)(500)과 부스바(800)를 전기적으로 연결하기 위함이다.
따라서, 상기 금속부재(810)의 지름은 인쇄회로기판(PCB)(500)의 중앙에 형성된 홀의 지름보다는 크고, 상기 인쇄회로기판(PCB)(500)의 지름보다는 작아야 한다.
이에 따라, 탄성부재(600)에 의해 금속부재(810) 측으로 밀어올려지는 상기 인쇄회로기판(PCB)(500)이 상기 금속부재(810)에 올바르게 접촉될 수 있다. 그렇지 않고 상기 인쇄회로기판(PCB)(500)의 중앙에 형성된 홀의 지름이 상기 금속부재(810)의 지름보다 크게 되면 상기 인쇄회로기판(PCB)(500)은 탄성부재(600)의 탄성력에 의해 상기 금속부재(810) 측으로 밀려올려져 상기 금속부재(810)를 통과하여 상기 금속부재(810)와 접촉이 이루어지지 않는다.
또한, 상기 금속부재(810)의 지름이 상기 인쇄회로기판(PCB)(500)의 지름보다 크게 되면, 상기 인쇄회로기판(PCB)(500)의 회로에 손상을 가하게 될 수 있다.
따라서, 상기 금속부재(810)의 지름은 상기 인쇄회로기판(PCB)(500)의 지름보다 작게 형성하되, 상기 인쇄회로기판(PCB)(500)의 중앙에 형성된 홀을 포함하는 일정 테두리 영역을 벗어나지 않게 형성하여 인쇄회로기판(PCB)(500)의 회로가 손상되는 것을 방지할 수 있다. 이때, 상기 인쇄회로기판(PCB)(500)의 중앙에 형성된 홀을 포함하는 일정 테두리 영역은 회로가 형성되어 있지 않으며, 전도성 물질로 형성되어 있어 전기적인 연결을 가능하게 한다.
또한, 상기 연결부재(300)는 전극의 길이 방향으로 맞닿는 상부 측에 중심으로부터 외측면으로 형성된 가스 배출 홀(311)을 형성할 수 있다.
복수 개의 울트라 캐패시터는 충, 방전을 거치게 되면 가스가 발생되며 이때, 상기 가스를 외부로 배출시키지 못하면 폭발이 발생할 수 있다.
이에 따라, 상기 가스 배출 홀(311)은 울트라 캐패시터의 충, 방전시 발생하는 가스를 외부로 배출시키는 역할을 한다.
이때, 상기 가스 배출 홀(311)을 전극의 길이 방향으로 맞닿는 상부 측에 중심으로부터 외측면으로 형성되도록 형성하는 이유는 울트라 캐피시터의 충, 방전시 발생하는 가스가 전극의 중앙에 형성된 홀을 통해 분출되기 때문이다.
하지만, 상기 가스 배출 홀(311)은 이에 한하지 않으며, 도 9의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이 다양한 형상으로 구성될 수 있다. 즉, 상기 가스 배출 홀(311)은 전극의 충, 방전시 발생되는 가스를 연결부재(300)의 외부로 배출할 수 있는 형태이면 관계없다.
또한, 도 9의 (c)에 도시된 바와 같이, 연결부재(300)는 중앙에 전극 단자가 삽입, 통과되는 홀 즉, 중공을 형성함으로써 별도의 가스 배출 홀을 형성하지 않아도 전극의 충, 방전시 발생되는 가스를 외부로 배출할 수 있다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 울트라 캐패시터 모듈을 나타낸 도면이다.
도 10을 설명함에 있어서, 도 9와 동일한 부호의 구성요소는 도 9를 통해 설명하였으므로 생략하기로 한다.
도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 부스바(1010)는 인쇄회로기판(PCB)(500)과 접하는 상기 부스바(1010)의 중앙 홀 부분을 수직 절곡하여 형성할 수 있다.
즉, 상기 도 8의 금속부재(810)에 해당하는 영역을 부스바(1010)로부터 일체로 형성하여 상기 부스바(1010)의 중앙 홀 부분을 수직 절곡 가공함으로써 형성할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 울트라 캐패시터 모듈은 이웃하는 울트라 캐패시터를 체결하는 연결부재(300)의 하부에 셀 밸런싱 기능을 갖는 인쇄회로기판(PCB)(500)를 구비함으로써 이를 고정하기 위한 별도의 구조물이 필요하지 않다.
또한, 상기 인쇄회로기판(PCB)(500)의 하부에 탄성부재(600) 예컨대, 웨이브 와셔와 같은 탄성을 갖는 부재를 구비함으로써 상기 탄성부재(600)가 상기 인쇄회로기판(PCB)(500)을 연결부재(300) 측으로 밀어올려 접촉이 가능하게 하며, 상기 인쇄회로기판(PCB)(500)은 연결부재(300)에 의해 직접적으로 결합되어 접촉되는 구성이 아니므로 회전이 가능하다. 이에 따라, 하네스(400)를 연결하여 상기 인쇄회로기판(PCB)(500) 간의 접속을 가능하게 하는 커넥터(510)의 방향을 한 방향으로 맞추기 쉽다는 장점이 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 울트라 캐패시터 모듈은 복수 개의 울트라 캐패시터를 연결하고자 할 경우 이웃한 울트라 캐패시터 간의 체결을 위해서는 단 한 개만의 연결부재 즉, 너트가 필요하다. 이에 따라 부품의 절약에 따른 원가 절감 및 작업 공수의 절감 효과가 있으며, 모듈의 저항이 감소하여 방열 성능이 개선됨에 따른 제품의 수명이 증가하는 효과가 있다.
그리고, 울트라 캐패시터의 충, 방전시 발생되는 가스를 외부로 배출시켜 폭발이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (20)

  1. 울트라 캐패시터 모듈에 있어서,
    외주면에 나사산이 형성된 제 1 극성 단자를 구비하는 제 1 울트라 캐패시터;
    외주면에 나사산이 형성된 제 2 극성 단자를 구비하는 제 2 울트라 캐패시터; 및
    내주면에 상기 나사산에 대응하는 나사구가 형성되어 일 측면을 통해 상기 제 1 극성 단자가 삽입되고 타 측면을 통해 상기 제 2 극성 단자가 삽입되어 상기 제 1 울트라 캐패시터 및 상기 제 2 울트라 캐패시터를 직렬 연결하고, 중심으로부터 외측면으로 가스 배출 홀이 형성된 연결부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 울트라 캐패시터 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    중앙에 형성된 홀을 통해 상기 제 2 울트라 캐패시터의 상기 제 2 극성 단자 및 상기 제 2 극성 단자가 형성된 터미널이 삽입 통과된 인쇄회로기판(PCB); 및
    중앙에 형성된 홀을 통해 상기 제 2 울트라 캐패시터의 상기 제 2 극성 단자 및 상기 제 2 극성 단자가 형성된 터미널이 삽입 통과되고 상기 제 2 울트라 캐패시터 본체와 상기 인쇄회로기판(PCB) 사이에 위치하는 탄성부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 울트라 캐패시터 모듈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 연결부재의 높이는 상기 제 1 극성 단자 및 상기 제 2 극성 단자 길이의 합 보다 큰 것을 특징으로 하는 울트라 캐패시터 모듈.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 연결부재는 너트인 것을 특징으로 하는 울트라 캐패시터 모듈.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 극성 단자 및 제 2 극성 단자에 형성된 나사산의 방향은 동일한 것을 특징으로 하는 울트라 캐패시터 모듈.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 인쇄회로기판(PCB)은 울트라 캐패시터의 전압을 제어하는 셀 밸런싱 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 울트라 캐패시터 모듈.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 인쇄회로기판(PCB)의 일 측면에는 커넥터가 구비되고, 상기 커넥터에 하네스가 연결되는 것을 특징으로 하는 울트라 캐패시터 모듈.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 탄성부재는 상기 인쇄회로기판(PCB)을 밀어 상기 연결부재에 접촉시키고, 회전 가능한 것을 특징으로 하는 울트라 캐패시터 모듈.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 탄성부재는 웨이브 와셔인 것을 특징으로 하는 울트라 캐패시터 모듈.
  10. 제 2 항에 있어서,
    상기 인쇄회로기판(PCB)의 외측면에는 상기 인쇄회로기판(PCB)의 회전을 용이하게 달성할 수 있도록 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 울트라 캐패시터 모듈.
  11. 제 2 항에 있어서,
    상기 탄성부재의 지름은 상기 인쇄회로기판(PCB)의 중앙에 형성된 홀의 지름보다 크고 인쇄회로기판(PCB)의 지름보다 작은 것을 특징으로 하는 울트라 캐패시터 모듈.
  12. 울트라 캐패시터 본체의 일 측면에 형성된 터미널;
    상기 터미널 상부에 배치되고 외주면에 나사산이 형성된 극성 단자;
    중앙에 형성된 홀을 통해 상기 극성 단자 및 상기 터미널이 삽입 통과된 인쇄회로기판(PCB);
    내주면에 상기 나사산에 대응하는 나사구가 형성되어 상기 극성 단자와 결합되는 너트; 및
    중앙에 형성된 홀을 통해 상기 극성 단자 및 상기 터미널이 삽입 통과되고 상기 울트라 캐피시터 본체와 상기 인쇄회로기판(PCB) 사이에 위치하는 탄성부재;를 포함하는 울트라 캐패시터 모듈.
  13. 제 12 항에 있어서,
    중앙에 형성된 홀을 통해 상기 극성 단자가 삽입 통과되고 상기 너트와 상기 인쇄회로기판(PCB) 사이에 위치하는 부스바; 및
    상기 부스바와 상기 인쇄회로기판(PCB) 사이에 위치하여 상기 부스바와 상기 인쇄회로기판(PCB)을 이격시키는 금속부재;를 더 포함하는 울트라 캐패시터 모듈.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 인쇄회로기판(PCB)은 울트라 캐패시터의 전압을 제어하는 셀 밸런싱 기능을 갖는 것을 특징으로 하는 울트라 캐패시터 모듈.
  15. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 인쇄회로기판(PCB)의 일 측면에는 커넥터가 구비되는 것을 특징으로 하는 울트라 캐패시터 모듈.
  16. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 탄성부재는 웨이브 와셔인 것을 특징으로 하는 울트라 캐패시터 모듈.
  17. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 인쇄회로기판(PCB)의 외측면에는 상기 인쇄회로기판(PCB)의 회전을 용이하게 달성할 수 있도록 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 울트라 캐패시터 모듈.
  18. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 탄성부재의 지름은 상기 인쇄회로기판(PCB)의 중앙에 형성된 홀의 지름보다 크고 인쇄회로기판(PCB)의 지름보다 작은 것을 특징으로 하는 울트라 캐패시터 모듈.
  19. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 너트는 중앙으로부터 외측면으로 가스 배출 홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 울트라 캐패시터 모듈.
  20. 제 12 항에 있어서,
    중앙 홀 부분이 인쇄회로기판(PCB)과 접하는 방향으로 수직 절곡 가공된 부스바;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 울트라 캐패시터 모듈.
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