JP6498774B2 - エネルギー貯蔵装置 - Google Patents

Description

本発明は、エネルギー貯蔵装置に関する。

本出願は、２０１５年１月２１日出願の韓国特許出願第１０−２０１５−００１０１０３号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に援用される。

次世代の電気エネルギー貯蔵装置として脚光を浴びている高静電容量貯蔵装置とは、キャパシタの一種であるウルトラキャパシタ（Ｕｌｔｒａ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ；ＵＣ）、スーパーキャパシタ（Ｓｕｐｅｒ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ；ＳＣ）、電気二重層キャパシタ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｄｏｕｂｌｅ Ｌａｙｅｒ Ｃａｐａｃｉｔｏｒ；ＥＤＬＣ）などをいい、これは、電解コンデンサーと二次電池との中間的特性を有するエネルギー貯蔵装置であって、高い効率と半永久的寿命特性によって二次電池との併用及び代用が可能なエネルギー貯蔵装置である。

高静電容量貯蔵装置は、メインテナンスが容易でなく、長期間の使用寿命が求められるアプリケーションに対しては、蓄電池の代わりに用いられることもある。高静電容量貯蔵装置は速い充放電特性を有し、これによって移動通信情報器機である携帯電話、ノートブックＰＣ、ＰＤＡなどの補助電源としてだけでなく、高容量が求められる電気自動車、夜間道路標識灯、ＵＰＳ（Ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｅｄ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ）などの主電源または補助電源として非常に適し、このような用途でよく用いられている。

このような高静電容量貯蔵装置の適用に際し、高電圧用電池として用いられるためには、数千ファラッドまたは数百ボルトの高電圧モジュールが必要となる。高電圧モジュールは、複数の高静電容量貯蔵装置を必要な数量分接続することで達成することができる。この際、それぞれのセルモジュールは、バスバーまたはナットによって外部ターミナルが接続されたアセンブリーの形態で構成される。

前記高静電容量貯蔵装置モジュールは、充電、待機及び放電中においてセル間電圧が不均衡状態になり、これによってセルの老化が促進され、セルの容量（Ｓｔａｔｅ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ）が減少して寿命が短縮し、セルが過電圧状態になって破壊または爆発する場合が発生した。そこで、前記高静電容量貯蔵装置モジュールは、セル間の電圧の均衡を維持するように制御するためのセルバランシングが必要となった。

これを解決するために、図１に示したように、接続部材１３０で接続された複数の高静電容量貯蔵装置１１０、２１０と、高静電容量貯蔵装置１１０、２１０にそれぞれ接続され、それぞれの高静電容量貯蔵装置１１０、２１０の電圧を制御する複数のバランシング回路基板１２０、２２０と、を含む高静電容量貯蔵装置モジュール３が提案された。

高静電容量貯蔵装置モジュール３は、ある高静電容量貯蔵装置１１０のマイナス端子１１２と、他の高静電容量貯蔵装置（図示せず）のプラス端子３１４とを、ナット形状の接続部材１３０を介して電気的に接続した。また、高静電容量貯蔵装置モジュール３は、ある高静電容量貯蔵装置１１０のプラス端子１１４と、他の高静電容量貯蔵装置２１０のマイナス端子２１２と、をナット形状の接続部材１３０を介して電気的に接続した。

一方、それぞれのバランシング回路基板１２０、２２０を介してそれぞれの高静電容量貯蔵装置１１０、２１０の電圧を制御するためには、それぞれのバランシング回路基板１２０、２２０と、高静電容量貯蔵装置１１０、２１０とが電気的に接続しなければならない。このために、従来の高静電容量貯蔵装置モジュール３は、それぞれのバランシング回路基板１２０、２２０に結合しているコネクター１２２、２２２を複数のハーネス１４０で接続してプラス電流を受け、それぞれのバランシング回路基板１２０、２２０が支持部材１５０によって支持され、複数の接続部材１３０に接触してマイナス電流を受けることで、それぞれのバランシング回路基板１２０、２２０と高静電容量貯蔵装置１１０、２１０とを電気的に接続した。

しかし、このように複数のコネクター１２２、２２２と複数のハーネス１４０を用いる高静電容量貯蔵装置モジュール３は、作業者のミスでコネクター１２２、２２２の接続を忘れてしまうことがあり得、支持部材１５０がそれぞれのバランシング回路基板１２０、２２０を確実に支持できず、それぞれのバランシング回路基板１２０、２２０に電流を供給できなくなるか、複数のハーネス１４０で発生する熱による高静電容量貯蔵装置モジュール３の性能劣化及び高静電容量貯蔵装置１１０、１２０の間にハーネス１４０が挟まってしまい、ハーネス１４０の被覆が剥がれるか、または切れるという問題点があった。また、複数のコネクター１２２、２２２、複数ハーネス１４０によって単価が上昇するという問題点もあった。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、ハーネスとコネクターがなくともバランシング回路基板にエネルギー貯蔵装置のマイナス端子及びプラス端子を電気的に接続できるように構造を改善したエネルギー貯蔵装置を提供することを目的とする。

上記の課題を達成するため、本発明の望ましい実施例によるエネルギー貯蔵装置は、正極と負極のいずれか一つの極性を有し、突出部及び第１端子を備える外部ターミナルと、前記外部ターミナルと反対の極性を有し、延長部を備えるケースと、中心部に形成された穴を介して前記外部ターミナルの前記突出部の外周面を囲む形態で配置される基板と、前記基板の上面に位置し、前記外部ターミナルの第１端子と結合する接続部材と、前記接続部材を介して第１端子と前記基板とが接続し、前記延長部が前記基板と接続することを特徴とする。

望ましくは、前記基板と前記外部ターミナルとの間に位置し、前記基板を支持する支持部材をさらに含むことを特徴とする。

望ましくは、前記外部ターミナルの上面と前記延長部との間に設けられ、前記外部ターミナルと前記延長部との電気的接続を遮断する絶縁部材をさらに含むことを特徴とする。

望ましくは、前記基板は、前記エネルギー貯蔵装置の電圧を制御するセルバランシング回路を備えることを特徴とする。

望ましくは、前記接続部材は、第１端子と接続し、前記基板に負極電流または正極電流のいずれか一つの電流を提供し、前記延長部は、前記基板に前記接続部材と異なる極性を有する電流を提供することを特徴とする。

望ましくは、前記延長部は、前記外部ターミナルの上面の一部分を加圧することで前記外部ターミナルを前記ケースの内部に固定することを特徴とする。

望ましくは、前記ケースは、第２端子をさらに備え、前記接続部材は、あるエネルギー貯蔵装置の第１端子と、他のエネルギー貯蔵装置の第２端子とを接続することを特徴とする。

望ましくは、前記基板の中心部に形成された穴の直径が、前記突出部の直径よりも大きく、かつ前記接続部材の直径よりは小さいことを特徴とする。

望ましくは、前記エネルギー貯蔵装置が、高静電容量貯蔵装置であることを特徴とする。

本発明によるエネルギー貯蔵装置は、コネクターとハーネスがなくともエネルギー貯蔵装置の正極及び負極を、セルバランシング機能を有する基板に電気的に接続することができるため、ハーネスとコネクター部材を設けるのにかかる費用を節減し、ハーネス及びコネクター部材を設ける工程を省略することでエネルギー貯蔵装置モジュールの経済性及び生産性を向上させることができる。

従来のエネルギー貯蔵装置モジュールの概略的な構成を示す概略図である。 本発明の望ましい実施例によるエネルギー貯蔵装置モジュールの概略的な構成を示す概略図である。 図２のエネルギー貯蔵装置の断面図である。 図３のエネルギー貯蔵装置の部分拡大図である。 図４のエネルギー貯蔵装置の分離斜視図である。 本発明の他の望ましい実施例によるエネルギー貯蔵装置モジュールの概略的な構成を示す概略図である。 図６の接続部材の斜視図である。

以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び請求範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解釈されねばならない。したがって、本明細書に記載された実施例及び図面に示された構成は、本発明のもっとも望ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを代弁するものではないため、本出願の時点においてこれらに代替できる多様な均等物及び変形例があり得ることを理解せねばならない。

図面における各構成要素またはその構成要素をなす特定部分の大きさは、説明の便宜及び明確性のために誇張または省略されるか、概略的に示されることがある。したがって、各構成要素の大きさは、実際の大きさを完全に反映することではない。本発明に関連する公知の機能または構成についての具体的な説明が、本発明の要旨を不要にぼやかすと判断される場合、その説明を略する。

図２は、本発明の望ましい実施例によるエネルギー貯蔵装置モジュールの概略的な構成を示す概略図であり、図３は、図２のエネルギー貯蔵装置モジュールのエネルギー貯蔵装置とケースの断面を示した概略図である。

図２及び図３を参照すれば、本発明の望ましい実施例によるエネルギー貯蔵装置モジュール１は、ベアセル１１の負極と接続して負極の極性を有し、第１端子１６を備える外部ターミナル１４と、ベアセル１１の正極に接続して正極の極性を有し、延長部３２及び第２端子３３を備えるケース３０と、外部ターミナル１４の第１端子１６及びケース３０の延長部３２とそれぞれ電気的に接続する基板２０と、あるエネルギー貯蔵装置１０ａの第２端子３３と他のエネルギー貯蔵装置１０ｂの第１端子１６とを接続する接続部材５０と、を含む。

エネルギー貯蔵装置１０は、電気エネルギーが貯蔵される素子であって、高静電容量貯蔵装置とその他の多様な素子であり得る。以下、説明の便宜のためにエネルギー貯蔵装置１０が高静電容量貯蔵装置である場合を基準として本発明の望ましい実施例によるエネルギー貯蔵装置モジュール１について説明する。

エネルギー貯蔵装置１０の個数は特に限定されず、少なくとも２つ以上のエネルギー貯蔵装置１０が設けられ得る。複数のエネルギー貯蔵装置１０が設けられる場合は、図２に示したように、いずれか一つのエネルギー貯蔵装置１０ａの第２端子３３と、他の一つのエネルギー貯蔵装置１０ｂの第１端子１６とを、接続部材５０を用いてエネルギー貯蔵装置１０の長手方向に接続することで、複数エネルギー貯蔵装置１０を直列で接続することができる。

エネルギー貯蔵装置１０は、正極、負極、セパレータ及び電解質から構成されたベアセル１１と、ベアセル１１の一側に結合し、ベアセル１１の負極と電気的に接続する第１内部ターミナル１２と、ベアセル１１の他側に結合し、ベアセル１１の正極と電気的に接続する第２内部ターミナル１３と、少なくとも一部分がケース３０の外部に露出するように第１内部ターミナル１２の外側に結合し、第１内部ターミナル１２と電気的に接続する外部ターミナル１４と、第２内部ターミナル１３と電気的に接続するケース３０と、を備える。

外部ターミナル１４は、その上面から突出して形成される突出部１５と、突出部１５の上面に設けられ、外周面に沿ってねじ山が形成され、あるエネルギー貯蔵装置と他のエネルギー貯蔵装置とを接続するための第１端子１６と、を備える。

第１内部ターミナル１２は、ベアセル１１の負極と電気的に接続するため、第１内部ターミナル１２と、第１内部ターミナル１２と電気的に接続した外部ターミナル１４と、第１端子１６とは、それぞれ負極の極性を有する。また、第２内部ターミナル１３は、ベアセル１１の正極と電気的に接続するため、第２内部ターミナル１３と、第２内部ターミナル１３と電気的に接続したケース３０とは、正極の極性を有する。ケース３０は、外周面に沿ってねじ山が形成されるように下面に突出して形成され、隣接するエネルギー貯蔵装置１０と接続するための第２端子３３を備える。ケース３０は、少なくとも一部分が伝導性材質からなり、エネルギー貯蔵装置１０の外観を形成する。また、ケース３０は、エネルギー貯蔵装置１０の少なくとも一部分を囲むように設けられる。したがって、基板２０が外部ターミナル１４と接続すれば、外部ターミナル１４から負極電流の提供を受けるようになり、ケース３０と接続されれば、ケース３０から正極電流の提供を受けるようになる。

図４は、図３のエネルギー貯蔵装置モジュールの部分拡大図である。

ケース３０は、少なくとも一部分が伝導性材質からなり、エネルギー貯蔵装置１０の少なくとも一部分を囲むように設けられ、エネルギー貯蔵装置１０の外観を形成する。ケースは、図３に示したように、ベアセル１１を囲む形態の円筒状本体を有し、円筒状本体の上面または下面のうちいずれか一面が閉鎖され、第２内部ターミナル１３と電気的に接続するケース本体３１と、ケース本体３１の円筒状本体から延びて形成され、基板２０と電気的に接続する延長部３２と、ケース本体３１から突出して形成され、他のエネルギー貯蔵装置１０の第１端子１６と電気的に接続する第２端子３３と、を備える。

図３に示したように、ケース本体３１の円筒状本体の下面を閉鎖しているケース本体３１の底部は、第２内部ターミナル１３と電気的に接続するように第２内部ターミナル１３の下面と結合する。ケース本体３１の円筒状本体は、ベアセル１１を所定間隔だけ離隔した状態で囲むように形成される。

ケース本体３１は、正極の極性を有する第２内部ターミナル１３と電気的に接続するため、ケース本体３１と、ケース本体３１から延びた延長部３２と、ケース本体３１から突出して形成された第２端子３３とは、それぞれ正極の極性を有する。したがって、ケース３０には、正極電流が流れるようになる。

第２端子３３は、ケース本体３１の下部から突出して形成され、正極の極性を有する。第２端子３３は、接続部材５０によって他のエネルギー貯蔵装置１０の第１端子１６と接続する。図３に示したように、第２端子３３の外周面には接続部材５０とのねじ結合のためのねじ山が形成される。

本発明においては、負極の極性を有する外部ターミナル１４と正極の極性を有するケース３０に限定して説明したが、逆に外部ターミナル１４が正極の極性を有し、ケース３０が負極の極性を有し得る。

延長部３２は、図４に示したように、ケース本体３１の円筒状本体の端部が曲げられて形成され、外部ターミナル１４と基板２０との間に位置してケース３０を基板２０と電気的に接続させる。また、延長部３２は、外部に露出した外部ターミナル１４の上面の一部分を加圧して、ケース３０の内部に外部ターミナル１４を固定する役割も果たす。延長部３２の形状は特に限定されない。例えば、図４に示したように、延長部３２は、曲面形状を有するようにケース本体３１の端部が曲げられて形成され、一部分が基板２０の下面に接触することで基板２０と電気的に接続する。

延長部３２と外部ターミナル１４との間には、絶縁部材４０を配置することで延長部３２と外部ターミナル１４との電気的な接続を遮断する。このように延長部３２が設けられることによって、基板２０は正極の極性を有する延長部３２を介して正極と接続する。そうすれば、ハーネスとコネクター部材などがなくとも基板２０をエネルギー貯蔵装置１０の正極と接続することができるので、ハーネスとコネクター部材を設けるのにかかる費用を節減することができる。したがって、本発明の望ましい実施例によるエネルギー貯蔵装置モジュール１は、市場競争力を高めることができ、ハーネスとコネクター部材を基板に接続する製作工程が省略可能であるため、生産性を高めることができる。

図５は、図２のエネルギー貯蔵装置の分離斜視図である。

基板２０は、図４に示したように、複数個が設けられ、それぞれのエネルギー貯蔵装置１０ごとに一つずつ設けられる。それぞれの基板２０にはそれぞれのエネルギー貯蔵装置１０のセルバランシングを行うための回路が設けられ得る。それぞれの基板２０は、印刷回路基板（ＰＣＢ）であり得るが、これに限定されることではない。

基板２０は、外部ターミナル１４の突出部１５の外周面を囲むように設けられる。基板２０の下面は、延長部３２の中間部３５によって接触及び支持され、正極の極性を有するケース３０と電気的に接続する。基板２０の上面は、接続部材５０の下面と接触し、負極の極性を有する第１端子１６と電気的に接続する。

基板２０を外部ターミナル１４の突出部１５の外周面を囲むように設けるために、基板２０の中心部には外部ターミナル１４の突出部１５の直径ｌ_１よりも大きい直径ｌ_４を有する穴２２が形成される。また、前記穴２２は、基板２０が接続部材５０と接触するように接続部材５０の直径ｌ_５よりも小さく形成される。

基板２０は、エネルギー貯蔵装置１０がモジュール化したとき、隣接するエネルギー貯蔵装置との干渉を避けるために、エネルギー貯蔵装置１０の直径よりも小さい直径を有するように形成される。ここで、エネルギー貯蔵装置１０のモジュール化とは、複数のエネルギー貯蔵装置１０を電気的に接続することをいう。

基板２０の中心部がエネルギー貯蔵装置１０側へ反ることを防止するために、基板２０の中心部を支持するように支持部材６０を基板２０と外部ターミナル１４との間に位置させることができる。このような支持部材６０は、図５に示したように、弾性材質から形成され、外部ターミナル１４の突出部１５を囲むように突出部１５の直径ｌ_５よりも大きい直径ｌ_３を有する穴６２を有し、絶縁部材４０の穴４２の直径ｌ_２よりも小さい直径で形成されたウェーブワッシャーであり得る。

次に、接続部材５０は、伝導性材質から形成され、あるエネルギー貯蔵装置１０ａと、他のエネルギー貯蔵装置１０ｂとを電気的に接続する。接続部材５０は、図５に示したように、ナット形状を有し、第１端子１６及び第２端子３３とねじ結合可能なねじ山が内周面に形成されたねじ穴５２を備える。これにより、接続部材５０は、図４に示したように、あるエネルギー貯蔵装置１０ａの負極と、他のエネルギー貯蔵装置１０ｂの正極とを電気的に接続することができる。それにより、接続部材５０を用いて複数のエネルギー貯蔵装置１０を直列で接続することができる。

また、接続部材５０は、基板２０の穴２２の直径ｌ_４よりも大きい直径を有する。これによって、図４に示したように、接続部材５０の下面は、基板２０の上面と電気的に接触でき、これによって第１端子１６と基板２０とは接続部材５０を介して電気的に接続できる。

図６は、本発明の他の望ましい実施例によるエネルギー貯蔵装置モジュールの概略的な構成を示す概略図であり、図７は、図６の接続部材の斜視図である。

本発明の他の望ましい実施例によるエネルギー貯蔵モジュール２は、基本的な構成は上述の本発明の望ましい実施例によるエネルギー貯蔵装置モジュール１と同一であるが、エネルギー貯蔵装置１０の配置方法と接続方法において、本発明の望ましい実施例によるエネルギー貯蔵モジュール１とは相違点を有する。以下、説明の便宜のために上述の本発明の望ましい実施例によるエネルギー貯蔵装置モジュール１と同一な構成は、同一の図面符号を付けて説明する。

図６に示したように、複数のエネルギー貯蔵装置１０が予め決められた間隔を置いてエネルギー貯蔵装置１０の横方向へ並んで配置され、ある一つのエネルギー貯蔵装置１０ａの第１端子１６と、前記ある一つのエネルギー貯蔵装置１０ａと隣接した他の一つのエネルギー貯蔵装置１０ｂの第２端子３３とが同一線上に位置するように配置される。

このようなある一つのエネルギー貯蔵装置１０ａの第１端子１６と、他の一つのエネルギー貯蔵装置１０ｂの第２端子３３とを電気的に接続するために、図６に示したように、本発明の他の望ましい実施例によるエネルギー貯蔵装置モジュール２は、接続部材７０を含む。

接続部材７０は、図７に示したように、バー形状を有し、ある一つのエネルギー貯蔵装置１０ａの第１端子１６と、他の一つのエネルギー貯蔵装置１０ｂの第２端子３３とがそれぞれ嵌められる一対の嵌め穴７２、７４を備える。したがって、図６に示したように、一対の嵌め穴７２、７４に、ある一つのエネルギー貯蔵装置１０ａの第１端子１６と、他の一つのエネルギー貯蔵装置１０ｂの第２端子３３とがそれぞれ嵌められるように接続部材７０を設けることで、エネルギー貯蔵装置１０を直列で接続することができる。

また、図６に示したように、接続部材７０の嵌め穴７２、７４を貫いた第１端子１６の上部及び第２端子３３の上部には、それぞれナット８０がねじ結合し、これによって接続部材７０の離脱を防止することができる。本発明においては、ある一つのエネルギー貯蔵装置１０ａの第１端子１６と、他の一つのエネルギー貯蔵装置１０ｂの第２端子３３とがそれぞれ嵌められるように接続部材７０を設け、これを固定するためにナット８０を用いたが、溶接などの方法によっても接続部材７０を固定することができる。

以上のように、本発明を限定された実施例と図面によって説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の属する技術分野で通常の知識を持つ者によって本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。

Claims (7)

1. 正極と負極のいずれか一つの極性を有し、突出部及び第１端子を備える外部ターミナルと、
   前記外部ターミナルと反対の極性を有し、延長部を備えるケースと、
   中心部に形成された穴を介して前記外部ターミナルの前記突出部の外周面を囲む形態で配置され、エネルギー貯蔵装置の電圧を制御するセルバランシング回路を備える基板と、
   前記基板の上面に接触し、前記外部ターミナルの第１端子と結合することで前記第１端子と前記基板とを電気的に接続する伝導性接続部材と、
   前記延長部が前記基板の下面に接触することで前記基板に電気的に接続し、
   前記ケースは、第２端子をさらに備え、
   前記伝導性接続部材は、前記エネルギー貯蔵装置の第１端子と、他のエネルギー貯蔵装置の第２端子とを接続することを特徴とするエネルギー貯蔵装置。
2. 前記基板と前記外部ターミナルとの間に位置し、前記基板を支持する支持部材をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のエネルギー貯蔵装置。
3. 前記外部ターミナルの上面と前記延長部との間に設けられ、前記外部ターミナルと前記延長部との電気的接続を遮断する絶縁部材をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のエネルギー貯蔵装置。
4. 前記伝導性接続部材は、第１端子と接続し、前記基板に負極電流または正極電流のいずれか一つの電流を提供し、
   前記延長部は、前記基板に前記伝導性接続部材と異なる極性を有する電流を提供することを特徴とする請求項１に記載のエネルギー貯蔵装置。
5. 前記延長部は、前記外部ターミナルの上面の一部分を加圧することで前記外部ターミナルを前記ケースの内部に固定することを特徴とする請求項４に記載のエネルギー貯蔵装置。
6. 前記基板の中心部に形成された穴の直径が、前記突出部の直径よりも大きく、かつ前記伝導性接続部材の直径よりは小さいことを特徴とする請求項１に記載のエネルギー貯蔵装置。
7. 前記エネルギー貯蔵装置が、高静電容量貯蔵装置であることを特徴とする請求項１に記載のエネルギー貯蔵装置。
   

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