WO2016117888A1 - 에너지 저장 장치 - Google Patents

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유용현
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Definitions

  • the present invention relates to an energy storage device.
  • High-capacitance storage devices which are in the spotlight as the next generation of electric energy storage devices, include ultracapacitors (UC), supercapacitors (SC), and electric double layer capacitors (EDLC). That is, it is an energy storage device having an intermediate character of an electrolytic capacitor and a secondary battery, and is an energy storage device that can be used and replaced with a secondary battery due to its high efficiency and semi-permanent life characteristics.
  • UC ultracapacitors
  • SC supercapacitors
  • EDLC electric double layer capacitors
  • High-capacitance storage devices are also used as battery replacements for applications that are not easy to maintain and require long service life.
  • the high-capacitance storage device has a fast charge and discharge characteristic, and thus is not only an auxiliary power source for mobile communication information devices such as mobile phones, laptops, PDAs, etc., but also requires electric vehicles, night road lights, and UPS (Uninterrupted Power Supply). It is very suitable as a main power supply or an auxiliary power supply such as), and is widely used for such a purpose.
  • the high voltage module can be achieved by connecting a plurality of high capacitance storage devices in the required quantity.
  • each cell module is configured in an assembly form in which external terminals are connected by busbars or nuts.
  • the high capacitance storage module has an unbalanced voltage between cells during charging, standby, and discharge, thereby promoting aging of the cell, reducing the state of charge, and shortening the lifespan of the cell. This overvoltage caused the cell to break or explode.
  • the high capacitance storage device module needs cell balancing to control the voltage between cells to maintain balance.
  • the plurality of high capacitance storage devices 110 and 210 connected to the connection member 130 and the high capacitance storage devices 110 and 210 are respectively connected to each other.
  • a high capacitance storage module (3) comprising a plurality of balancing circuit boards (120, 220) for controlling the voltages of the high capacitance storage devices (110, 210) of is proposed.
  • the high capacitance storage module 3 has a nut-shaped connection member 130 for the negative terminal 112 of one high capacitance storage device 110 and the positive terminal 314 of another high capacitance storage device (not shown). Is electrically connected through). In addition, the high capacitance storage module 3 is connected to the + terminal 114 of one of the high capacitance storage device 110 and the-terminal 212 of the other fixed capacitance storage device 210 in a nut-shaped connection member. Electrically connected via 130.
  • the respective balancing circuit boards 120 and 220 and the high capacitance storage device ( 110, 210 should be electrically connected.
  • the conventional high capacitance storage device module 3 receives the + current by connecting the connectors 122 and 222 coupled to the balancing circuit boards 120 and 220 to the plurality of harnesses 140, Each balancing circuit board 120, 220 is supported by a support member 150 and contacts a plurality of connection members 130 to receive a current, thereby storing each balancing circuit board 120, 220 and a high capacitance.
  • Devices 110 and 210 were electrically connected.
  • the high capacitance storage module 3 using the plurality of connectors 122 and 222 and the plurality of harnesses 140 in this way may miss the connection of the connectors 122 and 222 by mistake of the operator, High power failure due to heat generated from the plurality of harnesses 140 or 150 may not properly support each balancing circuit board (120, 220) to supply current to each balancing circuit board (120, 220)
  • the performance of the capacitive storage module 3 and the harness 140 is sandwiched between the high capacitive storage devices 110 and 120, thereby causing the coating of the harness 140 to be peeled off or broken.
  • the plurality of connectors 122 and 222 and the plurality of harness 140 there is a problem that the unit price increases.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide an energy storage device having an improved structure to electrically connect the negative terminal and the positive terminal of the energy storage devices to a balancing circuit board without a harness and a connector.
  • an external terminal having a polarity of any one of a positive electrode and a negative electrode, and having a protrusion and a first terminal;
  • a case having an opposite polarity to the external terminal and having an extension;
  • a substrate arranged to surround an outer circumferential surface of the protruding portion of the outer terminal through a hole formed in a central portion;
  • a connection member positioned on an upper surface of the substrate and coupled to a first terminal of the external terminal; And a first terminal connected to the substrate through the connection member, and the extension part is connected to the substrate.
  • the method further comprises a support member positioned between the substrate and the external terminal and supporting the substrate.
  • the outer terminal is provided between the upper surface of the outer terminal and the extension, characterized in that it further comprises an insulating member for blocking the external terminal and the extension is electrically connected.
  • the substrate has a cell balancing circuit for controlling the voltage of the energy storage device.
  • connection member is connected to a first terminal to provide a current of either cathode current or anode current to the substrate, and the extension part provides current to the substrate having a different polarity than that of the connection member. It is done.
  • the extension unit presses a portion of the upper surface of the external terminal to fix the external terminal to the inside of the case.
  • the case further comprises a second terminal
  • the connection member is characterized in that for connecting the first terminal of one energy storage device and the second terminal of the other energy storage device.
  • the diameter of the hole formed in the center of the substrate is larger than the diameter of the protrusion is characterized in that less than the diameter of the connecting member.
  • the energy storage device is characterized in that a high capacitance storage device.
  • the energy storage device can electrically connect the anode and the cathode of the energy storage device to a substrate having a cell balancing function without a connector and a harness, thereby reducing the cost of preparing the harness and the connector member, and reducing the harness and the connector member. By omitting the process of installing the can improve the economics and productivity of the energy storage module.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a schematic configuration of a conventional energy storage device module.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an energy storage module according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the energy storage device of FIG. 2.
  • FIG. 4 is a partially enlarged view of the energy storage device of FIG. 3.
  • FIG. 5 is an exploded perspective view of the energy storage device of FIG. 4.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing a schematic configuration of an energy storage device module according to another preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a perspective view of the connecting member of FIG. 6.
  • FIG. 2 is a schematic view showing a schematic configuration of an energy storage device module according to a preferred embodiment of the present invention
  • Figure 3 is a schematic view showing a cross section of the energy storage device and the case of the energy storage device module of FIG.
  • the energy storage device module 1 is connected to the negative electrode of the bare cell 11 to have a negative polarity and includes a first terminal 16.
  • a case 30 connected to the external terminal 14 and the anode of the bare cell 11, having a polarity of the anode, and including an extension part 32 and a second terminal 33;
  • a substrate 20 electrically connected to the first terminal 16 of the external terminal 14 and the extension 32 of the case 30, respectively;
  • a connecting member 50 connecting the second terminal 33 of one energy storage device 10a and the first terminal 16 of another energy storage device 10b.
  • the energy storage device 10 is a device for storing electrical energy, and the high capacitance storage device may be various other devices.
  • the energy storage module 1 according to the preferred embodiment of the present invention will be described based on the case where the energy storage device 10 is a high capacitance storage device.
  • the number of energy storage devices 10 is not particularly limited, and at least two or more energy storage devices 10 may be provided.
  • the second terminal 33 of one energy storage device 10a and the second terminal 33 of the other energy storage device 10b are different from each other.
  • the plurality of energy storages 10 may be connected in series.
  • the energy storage device 10 is coupled to one side of the bare cell 11 and the bare cell 11 including the positive electrode, the negative electrode, the separator and the electrolyte, and is electrically connected to the negative electrode of the bare cell 11.
  • the second internal terminal 13 coupled to the other side of the terminal 12 and the bare cell 11 and electrically connected to the anode of the bare cell 11, so that at least a portion of the second internal terminal 13 is exposed to the outside of the case 30.
  • An outer terminal 14 coupled to the outside of the inner terminal 12 and electrically connected to the first inner terminal 12, and a case 30 electrically connected to the second inner terminal 13.
  • the outer terminal 14 is provided on the protrusion 15 protruding from the upper surface thereof, and on the upper surface of the protrusion 15, and has a thread formed along the outer circumferential surface thereof, and for connecting one energy storage device with another energy storage device.
  • the first terminal 16 is provided.
  • the case 30 includes a second terminal 33 protruding from a lower surface of the screw 30 to form a thread along the outer circumferential surface thereof and for connecting the neighboring energy storage devices 10. At least a portion of the case 30 is made of a conductive material and forms an appearance of the energy storage device 10.
  • the case 30 is installed to surround at least a portion of the energy storage device 10. Therefore, when the substrate 30 is connected to the external terminal 14, the cathode current is received from the external terminal 14, and when the substrate 30 is connected to the case 30, the cathode current is received from the case 30.
  • FIG. 4 is a partially enlarged view of the energy storage module of FIG. 3.
  • the case 30 is made of at least a portion of a conductive material and is installed to surround at least a portion of the energy storage device 10 to form an appearance of the energy storage device 10.
  • the case has a cylindrical body that surrounds the bare cell 11, and one surface of the upper or lower surface of the cylindrical body is closed and electrically connected to the second internal terminal 13. It is formed extending from the case body 31, the cylindrical body of the case body 31, the extension portion 32 is electrically connected to the substrate 20, and protruding from the case body 31, other energy storage device And a second terminal 33 electrically connected to the first terminal 16 of (10).
  • the cylindrical body of the case body 31 is formed to surround the bare cell 11 spaced apart by a predetermined interval.
  • case body 31 Since the case body 31 is electrically connected to the second internal terminal 13 having the polarity of the anode, the case body 31, the extension part 32 extending from the case body 31, and the case body 31 are provided.
  • the second terminals 33 protruding from each have polarities of the anodes. Therefore, a positive current flows through the case 30.
  • the second terminal 33 protrudes from the lower part of the case main body 31 and has the polarity of the positive electrode.
  • the second terminal 33 is connected to the first terminal 16 of the other energy storage device 10 by the connecting member 50.
  • a thread for screwing the connection member 50 is formed on the outer circumferential surface of the second terminal 33.
  • the external terminal 14 having the polarity of the negative electrode and the case 300 having the positive polarity have been described.
  • the external terminal 14 has the polarity of the positive electrode
  • the case 300 has the polarity of the negative electrode.
  • the extension part 32 is formed by bending an end portion of the cylindrical body of the case body 31 and is positioned between the external terminal 14 and the substrate 20 to move the case 30. It is electrically connected to the substrate 20.
  • the extension part 32 also serves to fix the external terminal 14 to the inside of the case 30 by pressing a portion of the upper surface of the external terminal 14 exposed to the outside.
  • the shape of the extension part 32 is not specifically limited.
  • the extension part 32 is formed by bending an end portion of the case main body 31 to have a curved shape, and a part of the extension part 32 contacts the bottom surface of the substrate 20 so that the substrate 20 may have a curved shape. Is electrically connected to the
  • An insulating member 40 is disposed between the extension part 32 and the external terminal 14 to block the electrical connection between the extension part 32 and the external terminal 14.
  • the extension part 32 is provided as described above, the substrate 20 is connected to the anode through the extension part 32 having the polarity of the anode. Then, since the substrate 20 can be connected to the anode of the energy storage device 10 without using the harness and the connector member, the cost for preparing the harness and the connector member can be reduced. Therefore, the energy storage device module 1 according to the preferred embodiment of the present invention can increase the market competitiveness, can omit the manufacturing process of connecting the harness and the connector member to the substrate can increase the productivity.
  • FIG. 5 is an exploded perspective view of the energy storage device of FIG. 2.
  • a plurality of substrates 20 are provided, one for each energy storage device 10.
  • Each substrate 20 may be provided with a circuit for performing cell balancing of each energy storage device 10.
  • Each substrate 20 may be a printed circuit board (PCB), but is not limited thereto.
  • the substrate 20 is installed to surround the outer circumferential surface of the protrusion 15 of the outer terminal 14.
  • the lower surface of the substrate 20 is contacted and supported by the intermediate portion 35 of the extension portion 32 and is electrically connected to the case 30 having the polarity of the anode.
  • the upper surface of the substrate 20 is in contact with the lower surface of the connecting member 50 and electrically connected to the first terminal 16 having the polarity of the cathode.
  • a diameter larger than the diameter l 1 of the protrusion 15 of the outer terminal 14 is formed at the center of the substrate 20.
  • a hole 22 having (l 4 ) is formed.
  • the hole 22 is formed to be smaller than the diameter l 5 of the connecting member 50 so that the substrate 20 may contact the connecting member 50.
  • the substrate 20 is formed to have a diameter smaller than the diameter of the energy storage device 10 to avoid interference with neighboring energy storage devices when the energy storage device 10 is modularized.
  • modularization of the energy storage device 10 refers to electrically connecting a plurality of energy storage (10).
  • the support member 60 may be positioned between the substrate 20 and the external terminal 14 to support the central portion of the substrate 20.
  • the supporting member 60 is formed of an elastic material and has a diameter l larger than the diameter l 5 of the protrusion 15 so as to surround the protrusion 15 of the outer terminal 14. It may be a wave washer having a hole (62) having a 3 ) and formed of a diameter smaller than the diameter (1 2 ) of the hole 42 of the insulating member (40).
  • connection member 50 is formed of a conductive material and electrically connects one energy storage device 10a and another energy storage device 10b.
  • the connecting member 50 has a nut shape and includes a screw hole 52 formed on an inner circumferential surface of a screw thread that can be screwed into the first terminal 16 and the second terminal 33. . Therefore, the connecting member 50 may electrically connect the cathode of one energy storage device 10a and the anode of another energy storage device 10b, as shown in FIG. 4. Therefore, the plurality of energy storage devices 10 may be connected in series using the connection member 50.
  • connection member 50 has a diameter larger than the diameter l 1 of the hole 22 of the substrate 20.
  • the lower surface of the connecting member 50 may be in electrical contact with the upper surface of the substrate 20, whereby the first terminal 16 and the substrate 20 may be connected to the connecting member 50. It can be electrically connected via).
  • FIG. 6 is a schematic view showing a schematic configuration of an energy storage module according to another preferred embodiment of the present invention
  • Figure 7 is a perspective view of the connecting member of FIG.
  • Energy storage module 2 according to another preferred embodiment of the present invention, the basic configuration is the same as the energy storage device module 10 according to the preferred embodiment of the present invention described above, but the arrangement method of the energy storage device 10 The difference between the energy storage module 1 and the energy storage module 1 according to the preferred embodiment of the present invention.
  • the same configuration as the energy storage module 1 according to the preferred embodiment of the present invention described above will be described using the same reference numerals.
  • the plurality of energy storage devices 10 are arranged side by side in the width direction of the energy storage device 10 at predetermined intervals, and the first terminal of any one energy storage device 10a. 16 and the second terminal 33 of the other energy storage device 10b adjacent to any one of the energy storage devices 10a are arranged on the same line.
  • the energy storage module 2 comprises a connecting member 70.
  • the connecting member 70 has a bar shape and has a second terminal (1) of the first terminal 16 of one energy storage device 10a and the other terminal of the other energy storage device 10b.
  • 33 is provided with a pair of fitting holes 72 and 74, respectively. Therefore, as shown in FIG. 6, the second terminal of the energy storage device 10b that is different from the first terminal 16 of any one energy storage device 10a in the pair of fitting holes 72 and 74.
  • a nut 80 is provided at an upper portion of the first terminal 16 and an upper portion of the second terminal 33 that pass through the fitting holes 72 and 74 of the connection member 70, respectively. Screwed, it can be prevented through the separation of the connection member (70).
  • the connecting member 70 is installed and fixed so that the first terminal 16 of one energy storage device 10a and the second terminal 33 of the other energy storage device 10b are fitted respectively.
  • the nut 80 is used for this purpose, the connecting member 70 can be fixed by welding or the like.

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Abstract

본 발명은, 양극과 음극 중 어느 하나의 극성을 갖고, 돌출부와 제1 단자를 구비하는 외부 터미널; 상기 외부 터미널과 반대 극성을 갖고, 연장부를 구비하는 케이스; 중심부에 형성된 홀을 통해 상기 외부 터미널의 상기 돌출부의 외주면을 감싸는 형태로 배치되는 기판; 상기 기판의 상면에 위치하며, 상기 외부 터미널의 제1 단자와 결합되는 연결 부재; 및 상기 연결 부재를 통해 제1 단자와 상기 기판이 연결되고, 상기 연장부가 상기 기판과 연결된다. 이러한 본 발명은, 하네스 기타 별도의 부재 없이도 에너지 저장 장치의 양극과 음극을 셀 밸런싱 기능을 갖는 기판에 전긱적으로 연결할 수 있으므로, 하네스 기타 별도의 부재를 마련하는데 소요되는 비용을 절감하고 하네스 기타 별도의 부재를 설치하는 공정을 생략하여 에너지 저장 장치 모듈의 경제성 및 생산성을 향상시킬 수 있다.

Description

에너지 저장 장치
본 발명은 에너지 저장 장치에 관한 것이다.
본 출원은 2015년 1월 21일자로 출원된 대한민국 특허출원 제10-2015-0010103호에 기초한 우선권을 주장하며, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 사항은 본 출원에 원용된다.
차세대 전기에너지 저장장치로 각광받고 있는 고 정전용량 저장 장치는 커패시터의 일종인 울트라 커패시터(Ultra Capacitor; UC), 슈퍼 커패시터(Super Capacitor; SC), 전기 이중층 커패시터(Electric Double Layer Capacitor; EDLC) 등을 말하며, 이는 전해콘덴서와 이차전지의 중간자적 특성을 지니는 에너지 저장장치로서, 높은 효율과 반영구적인 수명 특성으로 인해 이차전지와의 병용 및 대용이 가능한 에너지 저장 장치이다.
고 정전용량 저장 장치는, 유지보수(Maintenance)가 용이하지 않고 장기간의 사용 수명이 요구되는 애플리케이션(Application)에 대해서는 축전지 대체용으로 이용되기도 한다. 고 정전용량 저장 장치는 빠른 충방전 특성을 가지며, 이에 따라 이동통신 정보기기인 핸드폰, 노트북, PDA 등의 보조 전원으로서 뿐만 아니라, 고용량이 요구되는 전기자동차, 야간 도로 표시등, UPS(Uninterrupted Power Supply) 등의 주전원 혹은 보조 전원으로 매우 적합하며, 이와 같은 용도로 많이 이용되고 있다.
이러한 고 정전용량 저장 장치를 적용함에 있어서, 고전압용 전지로 사용되기 위해서는 수천 패럿(Farad) 또는 수백 볼트의 고전압 모듈(module)이 필요하다. 고전압 모듈은 복수개의 고 정전용량 저장 장치를 필요한 수량만큼 연결함으로써 달성될 수 있다. 이때, 각각의 셀 모듈은 부스바 또는 너트에 의해 외부 터미널들이 연결된 어셈블리 형태로 구성된다.
상기 고 정전용량 저장 장치 모듈은, 충전, 대기 및 방전 중에 셀들 간의 전압이 불균형 상태가 되어, 이로 인해 셀의 노화가 촉진되고, 셀의 용량(State of charge)이 감소되어 수명이 단축되고, 셀이 과전압 상태가 되어 셀이 파괴되거나 또는 폭발하는 경우가 발생하였다. 따라서, 상기 고 정전용량 저장 장치 모듈은, 셀들 간의 전압이 균형을 유지하도록 이를 제어하기 위한 셀 밸런싱이 필요하였다.
이를 해결하기 위해, 도 1에 도시된 바와 같이, 연결 부재(130)로 연결된 복수의 고 정전용량 저장 장치(110, 210)들과, 고 정전용량 저장 장치(110, 210)에 각각 연결되어 각각의 고 정전용량 저장 장치(110, 210)의 전압을 제어하는 복수의 밸런싱 회로 기판(120, 220)을 포함하는 고 정전용량 저장 장치 모듈(3)이 제안되었다.
고 정전용량 저장 장치 모듈(3)은 어느 고 정전용량 저장 장치(110)의 - 단자(112)와 다른 고 정전용량 저장 장치(미도시)의 + 단자(314)를 너트 형상의 연결 부재(130)를 통해 전기적으로 연결하였다. 또한, 고 정전용량 저장 장치 모듈(3)은, 어느 고 정전용량 저장 장치(110)의 + 단자(114)와 다른 고정전용량 저장 장치(210)의 - 단자(212)를 너트 형상의 연결 부재(130)를 통해 전기적으로 연결하였다.
한편, 각각의 밸런싱 회로 기판(120, 220)을 통해 각각의 고 정전용량 저장 장치(110, 210)의 전압을 제어하기 위해서는, 각각의 밸런싱 회로 기판(120, 220) 과 고 정전용량 저장장치(110, 210)가 전기적으로 연결되어야 한다. 이를 위하여, 종래의 고 정전용량 저장 장치 모듈(3)은 각각의 밸런싱 회로 기판(120, 220)에 결합되어 있는 커넥터(122, 222)를 복수의 하네스(140)로 연결하여 + 전류를 받고, 각각의 밸런싱 회로 기판(120, 220)이 지지 부재(150)에 의해 지지되어 복수의 연결 부재(130)에 접촉하여 - 전류를 받음으로써 각각의 밸런싱 회로 기판(120, 220)과 고 정전용량 저장장치(110, 210)을 전기적으로 연결하였다.
그러나 이와 같이 복수의 커넥터(122, 222)와 복수의 하네스(140)를 이용하는 고 정전용량 저장 장치 모듈(3)은 작업자의 실수로 커넥터(122, 222)의 연결을 빼먹을 수 있고, 지지 부재(150)가 각각의 밸런싱 회로 기판(120, 220)을 제대로 지지하지 못하여 각각의 밸런싱 회로 기판(120, 220)에 전류를 공급하지 못하거나, 복수의 하네스(140)에서 발생하는 열로 인한 고 정전용량 저장 장치 모듈(3)의 성능 저하 및 고 정전용량 저장 장치(110, 120)들 사이에 하네스(140)가 끼여 하네스(140)의 피복이 벗겨지거나 끊어지는 문제점들이 있었다. 또한 복수의 커넥터(122, 222), 복수의 하네스(140)로 인하여 단가가 상승하는 문제점도 있었다.
본 발명은 상술한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 하네스와 커넥터 없이 밸런싱 회로 기판에 에너지 저장 장치들의 - 단자 및 + 단자를 전기적으로 연결할 수 있도록 구조를 개선한 에너지 저장 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 에너지 저장 장치는, 양극과 음극 중 어느 하나의 극성을 갖고, 돌출부와 제1 단자를 구비하는 외부 터미널; 상기 외부 터미널과 반대 극성을 갖고, 연장부를 구비하는 케이스; 중심부에 형성된 홀을 통해 상기 외부 터미널의 상기 돌출부의 외주면을 감싸는 형태로 배치되는 기판; 상기 기판의 상면에 위치하며, 상기 외부 터미널의 제1 단자와 결합되는 연결 부재; 및 상기 연결 부재를 통해 제1 단자와 상기 기판이 연결되고, 상기 연장부가 상기 기판과 연결되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 기판과 상기 외부 터미널 사이에 위치되며, 상기 기판을 지지하는 지지 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 외부 터미널의 상면과 상기 연장부 사이에 설치되며, 상기 외부 터미널과 상기 연장부가 전기적으로 연결되는 것을 차단하는 절연 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 기판은 상기 에너지 저장 장치의 전압을 제어하는 셀 밸런싱 회로를 구비하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 연결 부재는 제1 단자와 연결되어 상기 기판에 음극 전류 또는 양극 전류 중 어느 하나의 전류를 제공하고, 상기 연장부는 상기 기판에 상기 연결 부재와 다른 극성을 가지는 전류를 제공하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 연장부는 상기 외부 터미널의 상면 일부분을 가압하여 상기 외부 터미널을 상기 케이스의 내부에 고정하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 케이스는 제2 단자를 더 구비하며, 상기 연결 부재는 어느 에너지 저장 장치의 제1 단자와 다른 에너지 저장 장치의 제2 단자를 연결하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 기판의 중심부에 형성된 홀의 지름은 상기 돌출부의 지름보다 크고 상기 연결 부재의 지름보다는 작은 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 에너지 저장 장치는, 고 정전용량 저장 장치인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 에너지 저장 장치는 커넥터와 하네스 없이 에너지 저장 장치의 양극과 음극을 셀 밸런싱 기능을 갖는 기판에 전기적으로 연결할 수 있으므로, 하네스와 커넥터 부재를 마련하는데 소요되는 비용을 절감하고 하네스와 커넥터 부재를 설치하는 공정을 생략하여 에너지 저장 장치 모듈의 경제성 및 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 에너지 저장 장치 모듈의 개략적인 구성을 나타내는 개략도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 에너지 저장 장치 모듈의 개략적인 구성을 나타내는 개략도.
도 3은 도 2의 에너지 저장 장치의 단면도.
도 4는 도 3의 에너지 저장 장치의 부분 확대도.
도 5는 도 4의 에너지 저장 장치의 분리 사시도.
도 6은 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따른 에너지 저장 장치 모듈의 개략적인 구성을 나타내는 개략도.
도 7은 도 6의 연결 부재의 사시도.
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 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과하고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도면에서 각 구성요소 또는 그 구성요소를 이루는 특정 부분의 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 따라서, 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그러한 설명은 생략하도록 한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 에너지 저장 장치 모듈의 개략적인 구성을 나타내는 개략도이며, 도 3은 도 2의 에너지 저장 장치 모듈의 에너지 저장 장치와 케이스의 단면을 나타낸 개략도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 에너지 저장 장치 모듈(1)은, 베어셀(11)의 음극과 연결되어 음극의 극성을 갖고, 제1 단자(16)를 구비하는 외부 터미널(14), 및 베어셀(11)의 양극과 연결되어 양극의 극성을 갖고, 연장부(32)와 제2 단자(33)를 구비하는 포함하는 케이스(30); 외부 터미널(14)의 제1 단자(16) 및 케이스(30)의 연장부(32)와 각각 전기적으로 연결되는 기판(20); 및 어느 에너지 저장 장치(10a)의 제2 단자(33)와 다른 에너지 저장 장치(10b)의 제1 단자(16)를 연결하는 연결 부재(50);를 포함한다.
에너지 저장 장치(10)는, 전기 에너지가 저장되는 소자로서, 고 정전용량 저장 장치가 기타 다양한 소자일 수 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위하여 에너지 저장 장치(10)가 고 정전용량 저장 장치인 경우를 기준으로 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 에너지 저장 장치 모듈(1)에 대하여 설명하기로 한다.
에너지 저장 장치(10)의 개수는 특별히 한정되지 않으며, 적어도 2개 이상의 에너지 저장 장치(10)가 마련될 수 있다. 복수의 에너지 저장 장치(10)가 마련될 경우에는, 도 2에 도시된 바와 같이, 어느 하나의 에너지 저장 장치(10a)의 제2 단자(33)와 다른 하나의 에너지 저장 장치(10b)의 제1 단자(16)를 연결 부재(50)를 이용하여 에너지 저장 장치(10)의 길이 방향으로 연결함으로써, 복수의 에너지 저장(10)들을 직렬로 연결할 수 있다.
에너지 저장 장치(10)는, 양극, 음극, 세페레이터 및 전해질로 구성된 베어셀(11), 베어셀(11)의 일측에 결합되며, 베어셀(11)의 음극과 전기적으로 연결되는 제1 내부 터미널(12), 베어셀(11)의 타측에 결합되며, 베어셀(11)의 양극과 전기적으로 연결되는 제2 내부 터미널(13), 적어도 일부분이 케이스(30)의 외부로 노출되도록 제1 내부 터미널(12)의 외측에 결합되며, 제1 내부 터미널(12)과 전기적으로 연결되는 외부 터미널(14), 및 제2 내부 터미널(13)과 전기적으로 연결되는 케이스(30)를 구비한다.
외부 터미널(14)은, 그 상면으로부터 돌출 형성되는 돌출부(15), 및 돌출부(15)의 상면에 마련되며, 외주면을 따라 나사산이 형성되고, 어느 에너지 저장 장치와 다른 에너지 저장 장치를 접속시키기 위한 제1 단자(16)를 구비한다.
제1 내부 터미널(12)은 베어셀(11)의 음극과 전기적으로 연결되므로, 제1 내부 터미널(12) 및 제1 내부 터미널(12)과 전기적으로 연결된 외부 터미널(14)과 제1 단자(16)는 각각 음극의 극성을 갖는다. 또한, 제2 내부 터미널(13)은 베어셀(11)의 양극과 전기적으로 연결되므로, 제2 내부 터미널(13) 및 제2 내부 터미널(13)과 전기적으로 연결된 케이스(30)는 양극의 극성을 갖는다. 케이스(30)는, 외주면을 따라 나사산이 형성되도록 하면에 돌출 형성되고 이웃한 에너지 저장 장치(10)들을 접속시키기 위한 제2 단자(33)를 구비한다. 케이스(30)는, 적어도 일부분이 전도성 재질로 이루어지며, 에너지 저장 장치(10)의 외관을 형성한다. 또한, 케이스(30)는, 에너지 저장 장치(10)의 적어도 일부분을 둘러싸도록 설치된다. 따라서 기판(30)이 외부 터미널(14)과 연결되면 외부 터미널(14)로부터 음극전류를 제공받게 되고, 케이스(30)와 연결되면 케이스(30)로부터 양극전류를 제공받게 된다.
도 4는 도 3의 에너지 저장 장치 모듈의 부분 확대도이다.
케이스(30)는, 적어도 일부분이 전도성 재질로 이루어지며, 에너지 저장 장치(10)의 적어도 일부분을 둘러싸도록 설치되어 에너지 저장 장치(10)의 외관을 형성한다. 케이스는, 도 3에 도시된 바와 같이, 베어셀(11)을 감싸는 형태의 원통형 몸체를 갖고, 원통형 몸체의 상면 또는 하면 중 어느 일면이 폐쇄되며, 제2 내부 터미널(13)과 전기적으로 연결되는 케이스 본체(31), 케이스 본체(31)의 원통형 몸체에서 연장되어 형성되며, 기판(20)과 전기적으로 연결되는 연장부(32), 및 케이스 본체(31)로부터 돌출 형성되며, 다른 에너지 저장 장치(10)의 제1 단자(16)와 전기적으로 연결되는 제2 단자(33)를 구비한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 케이스 본체(31)의 원통형 몸체의 하면을 폐쇄하고 있는 케이스 본체(31)의 바닥부는 제2 내부 터미널(13)과 전기적으로 연결되도록 제2 내부 터미널(13)의 하면과 결합된다. 케이스 본체(31)의 원통형 몸체는 베어셀(11)을 소정 간격만큼 이격된 상태로 둘러싸도록 형성된다.
케이스 본체(31)는 양극의 극성을 갖는 제2 내부 터미널(13)과 전기적으로 연결되므로, 케이스 본체(31), 케이스 본체(31)에서 연장된 연장부(32), 및 케이스 본체(31)로부터 돌출 형성된 제2 단자(33)는 각각, 양극의 극성을 갖는다. 따라서 케이스(30)에는 양극전류가 흐르게 된다.
제2 단자(33)는, 케이스 본체(31)의 하부로부터 돌출 형성되며, 양극의 극성을 갖는다. 제2 단자(33)는 연결 부재(50)에 의하여 다른 에너지 저장 장치(10)의 제1 단자(16)와 접속된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제2 단자(33)의 외주면에는 연결 부재(50)와의 나사 결합을 위한 나사산이 형성된다.
본 발명에서는 음극의 극성을 가지는 외부 터미널(14)과 양극의 극성을 가지는 케이스(300)로 한정하여 설명하였지만, 반대로 외부 터미널(14)이 양극의 극성을 가지고, 케이스(300)가 음극의 극성을 가질 수 있다.
연장부(32)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 케이스 본체(31)의 원통형 몸체의 단부가 굴곡되어 형성되며, 외부 터미널(14)과 기판(20) 사이에 위치하여 케이스(30)를 기판(20)과 전기적으로 연결한다. 또한, 연장부(32)는 외부로 노출된 외부 터미널(14)의 상면 일부분을 가압하여 케이스(30)의 내부에 외부 터미널(14)을 고정하는 역할도 한다. 연장부(32)의 형상은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이 연장부(32)는, 곡면 형상을 갖도록 케이스 본체(31)의 단부가 굴곡되어 형성되며, 일부분이 기판(20)의 하면에 접촉함으로써 기판(20)과 전기적으로 연결된다.
연장부(32)와 외부 터미널(14) 사이에는 절연 부재(40)를 배치하여 연장부(32)와 외부 터미널(14) 사이의 전기적인 연결을 차단한다. 이와 같이 연장부(32)가 마련됨에 따라, 기판(20)은 양극의 극성을 갖는 연장부(32)를 통해 양극과 연결된다. 그러면, 하네스와 커넥터 부재 등이 없이도 기판(20)을 에너지 저장 장치(10)의 양극과 연결할 수 있으므로, 하네스와 커넥터 부재를 마련하는데 소요되는 비용을 절감할 수 있다. 따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 에너지 저장 장치 모듈(1)은, 시장 경쟁력을 높일 수 있으며, 하네스와 커넥터 부재를 기판에 연결하는 제작 공정을 생략할 수 있어 생산성을 높일 수 있다.
도 5는 도 2의 에너지 저장 장치의 분리 사시도이다.
기판(20)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 복수 개가 마련되어 각각의 에너지 저장 장치(10)마다 하나씩 설치된다. 각각의 기판(20)에는 각각의 에너지 저장 장치(10)의 셀 밸런싱을 수행하기 위한 회로가 마련될 수 있다. 각각의 기판(20)은 인쇄회로기판(PCB)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
기판(20)은 외부 터미널(14)의 돌출부(15)의 외주면을 둘러싸도록 설치된다. 기판(20)의 하면은 연장부(32)의 중간부(35)에 의해 접촉 및 지지되어 양극의 극성을 갖는 케이스(30)와 전기적으로 연결된다. 기판(20)의 상면은 연결 부재(50)의 하면과 접촉되어 음극의 극성을 갖는 제1 단자(16)과 전기적으로 연결된다.
기판(20)을 외부 터미널(14)의 돌출부(15)의 외주면을 둘러싸도록 설치하기 위해, 기판(20)의 중심부에는 외부 터미널(14)의 돌출부(15)의 지름(l1)보다 큰 지름(l4)을 갖는 홀(22)이 형성된다. 또한, 상기 홀(22)은 기판(20)이 연결 부재(50)와 접촉할 수 있도록 연결 부재(50)의 지름(l5)보다 작게 형성된다.
기판(20)은 에너지 저장 장치(10)가 모듈화되었을 때 이웃하는 에너지 저장 장치와의 간섭을 피하기 위해 에너지 저장 장치(10)의 지름보다 작은 지름을 갖도록 형성된다. 여기서, 에너지 저장 장치(10)의 모듈화란, 복수의 에너지 저장(10)를 전기적으로 연결하는 것을 말한다.
기판(20)의 중심부가 에너지 저장장치(10) 쪽으로 휘는 것을 방지하기 위해, 기판(20)의 중심부를 지지하도록 지지 부재(60)를 기판(20)과 외부 터미널(14) 사이 위치시킬 수 있다. 이러한 지지 부재(60)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 탄성 재질로 형성되고, 외부 터미널(14)의 돌출부(15)를 둘러싸도록 돌출부(15)의 지름(l5)보다 큰 지름(l3)을 갖는 홀(62)을 가지며, 절연 부재(40)의 홀(42)의 지름(l2)보다 작은 지름으로 형성된 웨이브 와셔일 수 있다.
다음으로, 연결 부재(50)는, 전도성 재질로 형성되며, 어느 에너지 저장 장치(10a)와 다른 에너지 저장 장치(10b)를 전기적으로 연결한다. 연결 부재(50)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 너트 형상을 가지며, 제1 단자(16) 및 제2 단자(33)와 나사 결합 가능한 나사산이 내주면에 형성된 나사홀(52)을 구비한다. 그러므로, 연결 부재(50)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 어느 에너지 저장 장치(10a)의 음극과 다른 에너지 저장 장치(10b)의 양극을 전기적으로 연결할 수 있다. 따라서, 연결 부재(50)를 이용하여 복수의 에너지 저장 장치(10)들을 직렬로 연결할 수 있다.
또한, 연결 부재(50)는, 기판(20)의 홀(22)의 지름(l1)보다 큰 지름을 갖는다. 따라서, 도 4에 도시된 바와 같이, 연결 부재(50)의 하면은 기판(20)의 상면과 전기적으로 접촉될 수 있으며, 이를 통해 제1 단자(16)와 기판(20)은 연결 부재(50)를 매개로 전기적으로 연결될 수 있다.
도 6는 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따른 에너지 저장 장치 모듈의 개략적인 구성을 나타내는 개략도이며, 도 7는 도 6의 연결 부재의 사시도이다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따른 에너지 저장 모듈(2)은, 기본적인 구성은 상술한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 에너지 저장 장치 모듈(10)과 동일하나, 에너지 저장 장치(10)의 배치 방법과 연결 방법에 있어서 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 에너지 저장 모듈(1)과 차이점을 갖는다. 이하에서는, 설명의 편의를 위하여 상술한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 에너지 저장 장치 모듈(1)과 동일한 구성은 동일한 도면 부호를 사용하여 설명하기로 한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 복수의 에너지 저장 장치(10)가 미리 정해진 간격을 두고 에너지 저장 장치(10)의 폭 방향으로 나란하게 배치되며, 어느 하나의 에너지 저장 장치(10a)의 제1 단자(16)와 상기 어느 하나의 에너지 저장장치(10a)와 인접한 다른 하나의 에너지 저장장치(10b)의 제2 단자(33)가 동일 선상에 위치되도록 배치된다.
이러한 어느 하나의 에너지 저장 장치(10a)의 제1 단자(16)와 다른 하나의 에너지 저장 장치(10b)의 제2 단자(33)를 전기적으로 연결하기 위하여, 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따른 에너지 저장 장치 모듈(2)은, 연결 부재(70)를 포함한다.
연결 부재(70)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 바 형상을 가지며 어느 하나의 에너지 저장 장치(10a)의 제1 단자(16)와 다른 하나의 에너지 저장 장치(10b)의 제2 단자(33)가 각각 끼워지는 한 쌍의 끼움홀(72, 74)을 구비한다. 따라서, 도 6에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 끼움홀(72, 74)에 어느 하나의 에너지 저장 장치(10a)의 제1 단자(16)와 다른 하나의 에너지 저장 장치(10b)의 제2 단자(33)가 각각 끼워지도록 연결 부재(70)를 설치함으로써, 에너지 저장 장치(10)들을 직렬로 연결할 수 있다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 연결 부재(70)의 끼움홀(72, 74)을 관통한 제1 단자(16)의 상부와 제2 단자(33)의 상부에는 각각 너트(80)가 나사 결합되며, 이를 통해 연결 부재(70)의 이탈을 방지할 수 있다. 본 발명에서는 어느 하나의 에너지 저장 장치(10a)의 제1 단자(16)와 다른 하나의 에너지 저장 장치(10b)의 제2 단자(33)가 각각 끼워지도록 연결 부재(70)를 설치하고 이를 고정하기 위해 너트(80)를 사용한 것으로 되어 있으나, 용접 등의 방법으로도 연결 부재(70)를 고정할 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 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 (9)

  1. 양극과 음극 중 어느 하나의 극성을 갖고, 돌출부와 제1 단자를 구비하는 외부 터미널;
    상기 외부 터미널과 반대 극성을 갖고, 연장부를 구비하는 케이스;
    중심부에 형성된 홀을 통해 상기 외부 터미널의 상기 돌출부의 외주면을 감싸는 형태로 배치되는 기판;
    상기 기판의 상면에 위치하며, 상기 외부 터미널의 제1 단자와 결합되는 연결 부재; 및
    상기 연결 부재를 통해 제1 단자와 상기 기판이 연결되고, 상기 연장부가 상기 기판과 연결되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판과 상기 외부 터미널 사이에 위치되며, 상기 기판을 지지하는 지지 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 외부 터미널의 상면과 상기 연장부 사이에 설치되며, 상기 외부 터미널과 상기 연장부가 전기적으로 연결되는 것을 차단하는 절연 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 상기 에너지 저장 장치의 전압을 제어하는 셀 밸런싱 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 연결 부재는 제1 단자와 연결되어 상기 기판에 음극 전류 또는 양극 전류 중 어느 하나의 전류를 제공하고,
    상기 연장부는 상기 기판에 상기 연결 부재와 다른 극성을 가지는 전류를 제공하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 연장부는 상기 외부 터미널의 상면 일부분을 가압하여 상기 외부 터미널을 상기 케이스의 내부에 고정하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 케이스는 제2 단자를 더 구비하며,
    상기 연결 부재는 어느 에너지 저장 장치의 제1 단자와 다른 에너지 저장 장치의 제2 단자를 연결하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 중심부에 형성된 홀의 지름은 상기 돌출부의 지름보다 크고 상기 연결 부재의 지름보다는 작은 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 저장 장치는, 고 정전용량 저장 장치인 것을 특징으로 하는 에너지 저장 장치.
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