KR102168725B1

KR102168725B1 - 슈퍼 커패시터용 단자 연결 구조

Info

Publication number: KR102168725B1
Application number: KR1020190050584A
Authority: KR
Inventors: 한상진; 채민수; 박병준; 한영희
Original assignee: 한국전력공사
Priority date: 2019-04-30
Filing date: 2019-04-30
Publication date: 2020-10-22
Anticipated expiration: 2039-04-30

Abstract

본 발명은 슈퍼 커패시터용 단자 연결 구조에 관한 것으로, 외부 단자와 부스바 간의 대면적 접촉으로 접촉 저항을 감소시키기 위한 것이다. 본 발명에 따른 슈퍼 커패시터용 단자 연결 구조는 슈퍼 커패시터, 부스바 및 고정 볼트를 포함한다. 슈퍼 커패시터는 케이스의 개방부를 통하여 전기화학 에너지를 저장하는 셀이 수납되고, 셀의 상부에 접합되는 상부 단자판으로 케이스의 개방부를 봉합하고, 상부 단자판의 상부면에 2단으로 돌출되어 있고 중심을 관통하여 체결 구멍이 형성된 외부 단자가 돌출되어 있고, 2단은 하단부와 상단부를 포함한다. 부스바는 판 형태로 외부 단자의 상단부에 삽입되어 하단부의 면에 탑재된다. 그리고 고정 볼트는 외부 단자의 체결 구멍에 체결되어 부스바를 외부 단자에 고정한다.

Description

슈퍼 커패시터용 단자 연결 구조{Terminal connection structure for super capacitor}

본 발명은 슈퍼 커패시터용 단자 연결 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 외부 단자와 부스바 간의 대면적 접촉으로 접촉 저항을 감소시킬 수 있는 슈퍼 커패시터용 단자 연결 구조에 관한 것이다.

정보화 시대에는 각종 정보통신기기를 통해 다양하고 유용한 정보를 실시간으로 수집 및 활용하는 고부가가치 산업이 주도하고 있으며, 이러한 시스템의 신뢰성 확보를 위해서는 안정적인 에너지의 공급이 중요한 요소로 인식되고 있다.

안정적인 에너지 확보의 일환으로서, 전기에너지를 화학에너지로 변환하여 저장하였다가 필요시 다시 전기에너지로 변환하여 쓸 수 있는 전기화학 에너지 저장장치(electrochemical energy storage device)가 사용되고 있다.

이러한 전기화학 에너지 저장장치로는 Ni-MH 전지, Ni-Cd 전지, 납축전지 및 리튬이차전지와 같은 이차전지와, 높은 출력 밀도를 가지면서 충방전 수명이 무제한에 가까운 슈퍼 커패시터, 알루미늄 전해 커패시터 및 세라믹 커패시터 등이 있다.

특히 슈퍼 커패시터는 전기이중층 커패시터(EDLC; Electric Double Layer Capacitor), 유사 커패시터(pseudo capacitor), 리튬 이온 커패시터(LIC; lithium ion capacitor)와 같은 하이브리드 커패시터(hybrid capacitor) 등이 있으며, 그 형태에 따라 파우치형, 캔형 등이 있다. 캔형은 원통형(권취형), 각형 등을 포함한다. 이때, 원통형은 셀을 젤리롤 형태로 와인딩(winding)한 다음, 원통형 케이스에 내장하여 제작하고 있다.

원통형의 슈퍼 커패시터는 주로 알루미늄(Al) 재질의 원통형 케이스와 원통형 케이스에 내장된 셀을 포함한다. 이러한 원통형의 슈퍼 커패시터는 주로 풍력, 쏠라, 전기 자동차 또는 하이브리드(hybrid) 자동차의 모터 구동 등의 목적으로 적용되고 있다. 이때 셀은 띠 형상의 전극 적층체, 구체적으로 양극 및 음극, 양극 및 음극의 사이에 개재된 분리막으로 이루어지는 띠 형상의 전극 적층체를 원통형으로 와인딩(winding)한 후, 와인딩된 형태가 풀리지 않도록 외부 둘레를 테이핑(taping)하여 구성되고 있다. 이와 같이 와인딩된 셀은 전해액에 함침된 다음, 원통형 케이스 내부에 내장된다. 그리고 와인딩된 셀의 상부 및 하부에는 셀을 외부와 전기적으로 연결시키는 상부 단자판 및 하부 단자판이 배치된다.

상부 단자판은 케이스의 상단부에 대한 비딩(beading)과 컬링(curling)을 통해서 밀봉 및 고정된다. 하부 단자판은 초음파 비딩 또는 초음파 용접에 의해 케이스에 접합된다. 상부 단자판은 셀의 음극에 접합되고, 하부 단자판은 셀의 양극에 접합되어 케이스에 전기적으로 연결된다.

이때 상부 단자판에는 다른 슈퍼 커패시터와 연결되어 모듈을 형성할 수 있도록 외부 단자가 돌출되어 있고, 외부 단자에 부스바가 너트를 매개로 체결된다.

이와 같은 너트를 이용한 체결 방식은 외부 단자에 부스바를 안정적으로 체결할 수 있으나, 외부 단자에 부스바 및 너트가 적층된 방식으로 체결되기 때문에, 전체적인 슈퍼 커패시터의 높이가 높아지는 문제가 있다.

외부 단자와 부스바 간의 접촉 면적이 외부 단자의 외주면에 국한되기 때문에, 외부 단자와 부스바 간의 접촉 면적이 크지 않아 접촉 저항을 줄이는데 한계가 있다.

그리고 전해액이 함침된 셀을 케이스에 수납하기 때문에, 수납하기 위해 셀을 핸들링하는 과정에서 셀에 함침된 전해액이 누액되는 문제가 발생할 수 있다.

등록특허공보 제10-1476474호 (2014.12.26. 공고)

따라서 본 발명의 목적은 외부 단자에 부스바를 체결하더라도 슈퍼 커패시터의 높이 증가를 최소화할 수 있는 슈퍼 커패시터용 단자 연결 구조를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 외부 단자와 부스바 간의 대면적 접촉으로 접촉 저항을 감소시킬 수 있는 슈퍼 커패시터용 단자 연결 구조를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 셀을 케이스에 수납하는 과정에서 발생되는 누액 문제를 해소할 수 있는 슈퍼 커패시터용 단자 연결 구조를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 케이스의 개방부를 통하여 전기화학 에너지를 저장하는 셀이 수납되고, 상기 셀의 상부에 접합되는 상부 단자판으로 상기 케이스의 개방부를 봉합하고, 상기 상부 단자판의 상부면에 2단으로 돌출되어 있고 중심을 관통하여 체결 구멍이 형성된 외부 단자가 돌출되어 있고, 상기 2단은 하단부와 상단부를 포함하는 슈퍼 커패시터; 판 형태로 상기 외부 단자의 상단부에 삽입되어 상기 하단부의 면에 탑재되는 부스바; 및 상기 외부 단자의 체결 구멍에 체결되어 상기 부스바를 상기 외부 단자에 고정하는 고정 볼트;를 포함하는 슈퍼 커패시터용 단자 연결 구조를 제공한다.

상기 외부 단자는 상기 하단부의 면이 상기 상단부의 면 보다는 넓게 형성된다.

상기 외부 단자의 하단부의 면은 상기 상부 단자판에 고정되는 상기 케이스의 상단부보다는 높게 형성된다.

상기 고정 볼트는, 상기 체결 구멍에 나사 결합되는 나사부; 상기 나사부 상부에 판 형태로 형성되는 헤드부; 및 상기 나사부를 통하여 결합되며, 상기 부스바와 상기 헤드부 사이에 개재되어 상기 부스바를 상기 외부 단자의 하단부의 면에 밀착시키는 와셔;를 포함한다.

상기 슈퍼 커패시터는 상기 고정 볼트가 체결되기 전에 상기 상부 단자판의 체결 구멍에 결합되는 전해액 주입부;를 더 포함한다. 상기 전해액 주입부 상부에 상기 고정 볼트가 결합된다.

상기 전해액 주입부는, 상기 체결 구멍을 통하여 전해액을 주입한 이후에 상기 체결 구멍의 하부에 삽입되는 고무 마개; 및 상기 고무 마개의 상부의 상기 체결 구멍에 결합되는 봉합 볼트;를 포함한다.

상기 봉합 볼트와 상기 고정 볼트에 서로 연통되게 구멍이 형성될 수 있다.

본 발명은 또한, 케이스의 개방부를 통하여 전기화학 에너지를 저장하는 셀이 수납되고, 상기 셀의 상부에 접합되는 상부 단자판으로 상기 케이스의 개방부를 봉합하고, 상기 상부 단자판의 상부면에 2단으로 돌출되어 있고 중심을 관통하여 체결 구멍이 형성된 제1 외부 단자가 돌출되어 있고 상기 2단은 제1 하단부와 제2 상단부를 포함하고, 상기 케이스의 하부면에 2단으로 돌출되어 있고 중심에 체결 홈이 형성된 제2 외부 단자가 돌출되어 있고 상기 2단은 제2 하단부와 제2 상단부를 포함하는 슈퍼 커패시터; 판 형태로 상기 제1 외부 단자의 제1 상단부에 삽입되어 상기 제1 하단부의 면에 탑재되는 제1 부스바; 상기 제1 외부 단자의 체결 구멍에 체결되어 상기 제1 부스바를 상기 제1 외부 단자에 고정하는 제1 고정 볼트; 판 형태로 상기 제2 외부 단자의 제1 상단부에 삽입되어 상기 제2 하단부의 면에 탑재되는 제2 부스바; 및 상기 제2 외부 단자의 체결 홈에 체결되어 상기 제2 부스바를 상기 제2 외부 단자에 고정하는 제2 고정 볼트;를 포함하는 슈퍼 커패시터용 단자 연결 구조를 제공한다.

본 발명에 따르면, 상부 단자판은 외부 단자의 중심을 관통하게 체결 구멍이 형성되어 있고, 체결 구멍을 이용하여 외부 단자에 부스바를 체결하는 고정 볼트를 결합함으로써, 외부 단자에 부스바를 체결하더라도 슈퍼 커패시터의 높이 증가를 최소화할 수 있다.

본 발명에 따른 상부 단자판은 상부면에 대해서 2단으로 돌출되게 외부 단자를 형성하고, 부스바가 탑재되는 외부 단자의 1단면을 넓게 형성함으로써, 외부 단자와 부스바 간의 대면적 접촉으로 접촉 저항을 감소시킬 수 있다.

본 발명에 따른 슈퍼 커패시터는 상부 단자판이 접합된 셀을 케이스에 수납한 이후에, 상부 단자판의 체결 구멍을 통하여 전해액을 주입하기 때문에, 셀을 케이스에 수납하는 과정에서 발생되는 누액 문제를 해소할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 슈퍼 커패시터용 단자 연결 구조를 보여주는 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 슈퍼 커패시터용 단자 연결 구조를 보여주는 결합 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 슈퍼 커패시터를 보여주는 단면도이다.
도 4는 도 3의 A 부분의 확대도이다.
도 5는 도 1의 전해액 주입부를 보여주는 사시도이다.
도 6은 도 5의 6-6선 단면도이다.

하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않는 범위에서 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 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 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 슈퍼 커패시터용 단자 연결 구조를 보여주는 분해 사시도이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 슈퍼 커패시터용 단자 연결 구조를 보여주는 결합 사시도이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 슈퍼 커패시터를 보여주는 단면도이다. 그리고 도 4는 도 3의 A 부분의 확대도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 슈퍼 커패시터용 단자 연결 구조는 슈퍼 커패시터(100), 부스바(70) 및 고정 볼트(80)를 포함한다. 슈퍼 커패시터(100)는 부스바(70) 및 고정 볼트(80)를 매개로 다른 슈퍼 커패시터와 전기적으로 연결되어 모듈을 형성한다. 즉 슈퍼 커패시터(100)는 케이스(30)의 개방부(31)를 통하여 전기화학 에너지를 저장하는 셀(10)이 수납되고, 셀(10)의 상부에 접합되는 상부 단자판(40)으로 케이스(30)의 개방부(31)를 봉합하고, 상부 단자판(30)의 상부면에 2단으로 돌출되어 있고 중심을 관통하여 체결 구멍(43)이 형성된 외부 단자(47)가 돌출되어 있고, 2단은 상단부(47b)와 하단부(47a)를 포함한다. 부스바(70)는 판 형태로 외부 단자(47)의 상단부(47b)에 삽입되어 하단부(47a)의 면에 탑재된다. 그리고 고정 볼트(80)는 외부 단자(47)의 체결 구멍(43)에 체결되어 부스바(70)를 외부 단자(47)에 고정한다.

여기서 슈퍼 커패시터(100)는 셀(10), 하부 단자판(20), 상부 단자판(40), 금속 소재로 제조된 관형의 케이스(30) 및 고무 소재의 가스켓(60)을 포함한다. 셀(10)은 전기화학 에너지를 저장한다. 하부 단자판(20)은 셀(10)의 하부에 접합되어 전기적으로 연결된다. 케이스(30)는 한 쪽에 개방부(31)가 형성되어 있고, 하부 단자판(20)이 바닥면을 향하도록 개방부(31)를 통하여 셀(10)이 삽입되어 내장된다. 상부 단자판(40)은 케이스(30)의 개방부(31)에 삽입되어 셀(10)에 전기적으로 연결되며, 케이스(30)의 상단부에 대한 비딩(beading) 및 컬링(curling)으로 고정된다. 그리고 가스켓(60)은 상부 단자판(40)과 케이스(30) 사이에 개재된다.

이와 같은 본 실시예에 따른 원통형의 슈퍼 커패시터(100)는 상부 단자판(40)이 음극 단자로 사용되고, 하부 단자판(20)에 연결된 케이스(30)가 양극 단자로 사용될 수 있다.

본 실시예에 따른 슈퍼 커패시터(100)는 케이스(30) 형태에 따라 원통형 구조로 구현된 예를 개시하였지만, 사각기둥의 형태로 구현될 수도 있다.

여기서 셀(10)은 축 방향으로 형성된 권심 홀(11)을 중심으로 권취된 전극 적층체(13)를 포함한다. 전극 적층체(13)의 하부와 상부에 각각 바닥 내부 플레이트(15; bottom inner plate)와 천장 내부 플레이트(17; top inner plate)가 접합된다.

전극 적층체(13)는 양극, 음극, 분리막 및 전해액을 포함한다. 양극은 산화 반응에 의해 전자를 생성한다. 음극은 생성된 전자를 흡수하여 환원반응이 일어난다. 분리막은 음극과 양극 사이에 개재되어 음극과 양극을 물리적으로 분리시켜 산화반응과 환원반응이 일어나는 장소를 격리하여 서로 구분한다. 전해액은 양극 및 음극에 전기에너지를 저장시키는 이온의 이동매개체이다. 이러한 전극 적층체(13)는 양극, 음극 및 분리막이 순차적으로 적층되어 권취된 구조를 갖는다.

양극은 유연성을 갖는 양극판에 양극 활물질층이 형성된 구조를 가지며, 양극판의 하부에 양극 활물질층이 형성되지 않는 양극 무지부를 포함한다. 이때 양극판으로는 알루미늄 또는 구리 소재의 박막이 사용할 수 있다. 양극 활물질층은 그래핀 또는 활성탄을 포함한다. 양극 무지부는 권취 후 뭉쳐서 양극 단자부(18)로 사용된다. 양극 단자부(18)에 바닥 내부 플레이트(15)가 접합된다.

음극은 유연성을 갖는 음극판에 음극 활물질층이 형성된 구조를 가지며, 음극판의 상부에 음극 활물질층이 형성되지 않는 음극 무지부를 포함한다. 이때 음극판으로는 알루미늄 또는 구리 소재의 박막이 사용할 수 있다. 음극 활물질층은 활성탄, 흑연 또는 그래핀을 포함한다. 음극 무지부는 권취 후 뭉쳐서 음극 단자부(19)로 사용한다. 음극 단자부(19)에 천장 내부 플레이트(17)가 접합된다.

케이스(30)는 셀(10)의 외부와 격리시키기 위한 것으로, 셀(10)의 종류에 따라 다양한 소재와 형상으로 제조될 수 있다. 케이스(30)는 관형으로, 한 쪽에 개방부(31)가 형성되고 반대쪽은 막혀 있는 형태를 갖는다. 케이스(30)는 개방부(31)를 통하여 셀(10)이 삽입되어 내장될 수 있는 내부 공간(33)이 마련되어 있다. 케이스(30)의 소재로는 알루미늄, 스테인리스 스틸 또는 주석 도금강 등의 금속 소재가 사용될 수 있다.

케이스(30)에서 "B"는 비딩 부분을 나타내고, "C"는 컬링 부분을 나타낸다. 비딩 부분(B)은 케이스(30)의 외측면에서 안쪽으로 오목하게 형성된다. 컬링 부분(C)은 케이스(30)의 상단을 C 자형으로 굽혀서, 가스켓(60) 및 절연판(49)에 밀착시켜 형성한다. 이로 인해 케이스(30)와 상부 단자판(40)은 전기적으로 이격되어 있다.

케이스(30)는 하부면에서 돌출되게 외부 단자(37)가 형성되어 있다. 외부 단자(37)는 케이스(30)의 하부면에 대해서 2단으로 돌출되게 형성되고, 중심 부분에 체결 홈(45)이 형성되어 있다. 여기서 2단은 하단부(37a)와 상단부(37b)를 포함한다. 하단부(37a)는 케이스(30)의 하부면에 대해서 돌출된 부분이다. 상단부(37b)는 하단부(37a)의 면에 대해서 돌출된 부분이며, 하단부(37a)의 면 보다는 작은 외경을 갖는다.

외부 단자(37)는 부스바(70a)와 대면적 접촉이 가능하도록 하단부(37a)의 면이 상단부(37b)의 면 보다는 넓게 형성된다.

외부 단자(37)의 상단부(37b)에 삽입되어 하단부(37a)의 면에 탑재된 부스바는 체결 홈(35)에 결합되는 고정 볼트(80a)를 매개로 외부 단자(37)에 고정된다.

예컨대 2개의 슈퍼 커패시터가 부스바를 매개로 직렬로 연결되는 경우, 부스바(70)의 일측은 제1 슈퍼 커패시터의 상부 단자판(40)의 외부 단자(47)에 결합되고, 부스바(70)의 타측은 제2 슈퍼 커패시터의 케이스(30)의 외부 단자(37)에 결합된다.

케이스(30)의 체결 홈(35)에 고정 볼트(80a)가 체결되는 것을 제외하면, 상부 단자판(40)에 고정 볼트(80)를 매개로 부스바(70)가 결합되는 구조와 동일하기 때문에, 자세한 설명은 상부 단자판(40)에 고정 볼트(80)를 매개로 부스바(70)가 결합되는 구조에 대해서 상술하도록 하겠다.

하부 단자판(20)은 셀(10)의 하부에 접합되되, 바닥 내부 플레이트(15)를 매개로 접합된다. 하부 단자판(20)의 접합 방법으로 레이저 용접 또는 초음파 용접 방법이 사용될 수 있다.

상부 단자판(40)은 셀(10)의 상부에 접합되되, 천장 내부 플레이트(17)를 매개로 접합된다. 상부 단자판(40)의 접합 방법으로 레이저 용접 또는 초음파 용접 방법이 사용될 수 있다.

이때 하부 단자판(20) 및 상부 단자판(40)은 케이스(30)와 동일한 금속 소재로 제조될 수 있다.

바닥 내부 플레이트(15) 및 천장 내부 플레이트(17)는 전극 적층체(13)의 양극 단자부(18) 및 음극 단자부(19)와 각각 전면에 접합되어 전기적으로 연결된다. 또한 하부 단자판(20) 및 상부 단자판(40)은 바닥 내부 플레이트(15) 및 천장 내부 플레이트(17)를 통하여 전극 적층체(13)에 전기적으로 연결되기 때문에, 본 실시예에 따른 슈퍼 커패시터(100)의 출력 특성을 향상시킬 수 있다.

이러한 상부 단자판(40)은 외부 단자(47)를 구비하는 단자판 몸체(41), 절연판(49) 및 전해액 주입부(51)를 포함한다. 단자판 몸체(41)는 상부에 외부 단자(47)가 형성되고, 중심 부분에 체결 구멍(43)이 형성된다. 절연판(49)은 체결 구멍(43) 외측의 단자판 몸체(41)의 상부면에 부착되며, 가장자리 부분에 가스켓(60)의 테두리와 컬링된 케이스(30)의 상단부가 밀착되어 고정된다. 그리고 전해액 주입부(51)는 체결 구멍(43)에 체결되며, 케이스(30) 내부에서 발생되는 가스를 체결 구멍(43)을 통하여 외부로 배출시킨다.

여기서 외부 단자(47)는 단자판 몸체(41)의 상부면의 중심 부분에서 돌출되게 형성된다. 외부 단자(47)의 안쪽에 체결 구멍(43)이 형성되고, 외부 단자(47)의 외측에 외부 단자(47)보다는 낮게 절연판(49)이 위치한다.

외부 단자(47)는 단자판 몸체(41)의 상부면에 대해서 2단으로 돌출되게 형성되고, 중심 부분에 체결 구멍(43)이 형성되어 있다. 여기서 2단은 하단부(47a)와 상단부(47b)를 포함한다. 하단부(47a)는 단자판 몸체(41)의 상부면에 대해서 돌출된 부분이다. 상단부(47b)는 하단부(47a)의 면에 대해서 돌출된 부분이며, 하단부(47a)의 면 보다는 작은 외경을 갖는다.

절연판(49)은 케이스(30)와 상부 단자판(40) 간의 전기적 쇼트를 방지한다. 절연판(49)은 컬링되는 케이스(30)의 상단부가 가스켓(60)과 함께 안정적으로 상부 단자판(40)에 안정적으로 밀착될 수 있도록 한다. 여기서 절연판(49)의 소재로는 PE(Polyethylene), PP(Polypropylene), PPS(polyphenylene sulfide), PEEK(polyetherether ketone) 또는 PTFE(polytetrafluoroethylene) 등과 같은 플라스틱 소재가 사용될 수 있다.

전해액 주입부(51)는 고정 볼트(80)가 체결되기 전에 상부 단자판(40)의 체결 구멍(43)에 결합된다. 전해액 주입부(51)는 체결 구멍(43)을 통하여 전해액을 주입한 후, 체결 구멍(43)에 결합되어 체결 구멍(43)을 막는다. 전해액 주입부(51)에 대해서 후술하도록 하겠다.

그리고 가스켓(60)은 케이스(30)와 상부 단자판(40) 사이에 전해액의 누액이 발생되는 억제한다. 가스켓(60)의 소재로는 뷰틸 고무가 사용될 수 있다.

부스바(70)는 판 형태로 외부 단자(47)의 상단부(47b)에 삽입되어 하단부(47a)의 면에 탑재된다. 부스바(70)는 외부 단자(47)에 삽입될 수 있는 삽입 구멍(71)이 형성되어 있다.

이때 외부 단자(47)는 부스바(70)와 대면적 접촉이 가능하도록 하단부(47a)의 면이 상단부(47b)의 면 보다는 넓게 형성된다. 하단부(47a)의 면은 케이스(30)의 컬링 부분(C) 보다는 상부에 위치한다. 이로 인해 하단부(47a)의 면에 탑재되는 부스바(70)는 케이스(30)에 이격되게 배치된다.

그리고 고정 볼트(80)는 외부 단자(47)의 체결 구멍(43)에 체결되어 부스바(70)를 외부 단자(47)에 고정한다. 즉 고정 볼트(80)는 체결 구멍(43)의 볼트 결합 구멍(45)의 상부에 체결되며, 중심 부분에 관통되게 구멍(87)이 형성될 수 있다. 고정 볼트(80)는 전해액 주입부(51) 위에 결합된다. 고정 볼트(80)의 구멍(87)은 케이스(30)에서 발생된 가스가 빠져나갈 수 있는 통로로 사용된다.

이러한 고정 볼트(80)는 나사부(81), 헤드부(83) 및 와셔(85)를 포함한다. 나사부(81)는 체결 구멍(43)에 나사 결합된다. 헤드부(83)는 나사부(81) 상부에 판 형태로 형성된다. 그리고 와셔(85)는 나사부(81)를 통하여 결합되며, 부스바(70)와 헤드부(83) 사이에 개재되어 부스바(70)를 외부 단자(47)의 하단부(47a)의 면에 밀착시킨다. 헤드부(83)와 나사부(81)를 중심을 관통하는 구멍(87)이 형성되어 있다.

이때 고정 볼트(80)는 나사부(81)가 상부 단자판(40)에 형성된 체결 구멍(43)에 삽입되어 체결되고, 헤드부(73)가 부스바(70)를 외부 단자(47)의 하단부(47b)의 면에 밀착시키기 때문에, 고정 볼트(80)로 인한 높이 증가를 최소화할 수 있다.

본 실시예에 따른 전해액 주입부(51)에 대해서 도 3 내지 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 5는 도 1의 전해액 주입부(51)를 보여주는 사시도이다. 그리고 도 6은 도 5의 6-6선 단면도이다.

전해액 주입부(51)는 체결 구멍(43)의 하부에 삽입되는 고무 마개(53)와, 고무 마개(53)의 상부의 체결 구멍(43)에 결합되는 봉합 볼트(55)를 포함한다. 여기서 체결 구멍(43)은 단자판 몸체(41)의 하부면과 연결되는 삽입 구멍(44)과, 삽입 구멍(44)보다 넓은 내경을 가지며 봉합 볼트(55)가 체결되는 볼트 결합 구멍(45)을 포함한다. 봉합 볼트(55)는 중심 부분에 관통되게 구멍(57)이 형성되어 있다.

봉합 볼트(55)는 고무 마개(53)를 눌러 체결 구멍(43)을 봉합하게 된다. 봉합 볼트(55)는 볼트 결합 구멍(45)의 아래쪽에 체결된다. 볼트 결합 구멍(45)의 상부에 고정 볼트(80)가 체결된다.

케이스(30)의 내부 공간(33)에서 가스가 발생되면, 가스는 고무 마개(53)를 봉합 볼트(55) 쪽으로 밀어올리게 된다. 가스에 의해 작용하는 압력에 의해 고무 마개(53)가 수축하여 고무 마개(55)와 삽입 구멍(44) 사이에 틈이 발생되면, 해당 틈을 통하여 가스가 빠져나가게 된다. 고무 마개(53)와 삽입 구멍(44) 사이의 틈을 통하여 빠져나간 가스는 봉합 볼트(55)와 볼트 결합 구멍(45) 사이의 틈과, 봉합 볼트(55)에 형성된 구멍(57)을 통하여 외부로 배출된다. 봉합 볼트(55)의 구멍(57)으로 배출된 가스는 고정 볼트(80)의 구멍(87)을 통하여 외부로 배출된다.

그리고 어느 정도의 가스가 배출되면, 수축된 고무 마개(53)는 복원력에 의해 원래의 형태로 복원되어 삽입 구멍(44)을 다시 막게 된다.

전해액 주입부(51)를 통하여 체결 구멍(43)을 봉합하기 전에, 체결 구멍(43)을 통하여 전해액을 케이스(30)의 내부 공간(33)으로 주입한다. 이때 전해액의 주입은 상부 단자판(40)으로 케이스(30)의 개방부(31)를 봉합한 이후에 수행하는 것이 바람직하다. 전해액을 주입한 이후에, 전해액 주입부(51)로 체결 구멍(43)을 봉합한다.

이와 같이 본 실시예에 따르면, 상부 단자판(40)은 외부 단자(47)의 중심을 관통하게 체결 구멍(43)이 형성되어 있고, 체결 구멍(43)을 이용하여 외부 단자(47)에 부스바(70)를 체결하는 고정 볼트(80)를 결합함으로써, 외부 단자(47)에 부스바(70)를 체결하더라도 슈퍼 커패시터(100)의 높이 증가를 최소화할 수 있다.

본 실시예에 따른 상부 단자판(40)은 상부면에 대해서 2단으로 돌출되게 외부 단자(47)를 형성하고, 부스바(70)가 탑재되는 하단부(47a)의 면을 넓게 형성함으로써, 외부 단자(47)와 부스바(70) 간의 대면적 접촉으로 접촉 저항을 감소시킬 수 있다.

그리고 상부 단자판(40)이 접합된 셀(10)을 케이스(30)에 수납한 이후에, 상부 단자판(47)의 체결 구멍(43)을 통하여 전해액을 주입하기 때문에, 셀(10)을 케이스(30)에 수납하는 과정에서 발생되는 누액 문제를 해소할 수 있다.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.

10 : 셀
11 : 권심 홀
13 : 전극 적층체
15 : 바닥 내부 플레이트
17 : 천장 내부 플레이트
18 : 양극 단자부
19 : 음극 단자부
20 : 하부 단자판
30 : 케이스
31 : 개방부
33 : 내부 공간
35 : 체결 홈
37 : 외부 단자
37a : 하단부
37b : 상단부
40 : 상부 단자판
41 : 단자판 몸체
43 : 체결 구멍
44 : 삽입 구멍
45 : 볼트 결합 구멍
47 : 외부 단자
47a : 하단부
47b : 상단부
49 : 절연판
51 : 전해액 주입부
53 : 고무 마개
55 : 봉합 볼트
57 : 구멍
60 : 가스켓
70, 70a : 부스바
71 : 삽입 구멍
80, 80a : 고정 볼트
81 : 나사부
83 : 헤드부
85 : 와셔
87 : 구멍
100 : 슈퍼 커패시터

Claims

케이스의 개방부를 통하여 전기화학 에너지를 저장하는 셀이 수납되고, 상기 셀의 상부에 접합되는 상부 단자판으로 상기 케이스의 개방부를 봉합하고, 상기 상부 단자판의 상부면에 2단으로 돌출되어 있고 중심을 관통하여 체결 구멍이 형성된 외부 단자가 돌출되어 있고, 상기 2단은 하단부와 상단부를 포함하는 슈퍼 커패시터;
판 형태로 상기 외부 단자의 상단부에 삽입되어 상기 하단부의 면에 탑재되는 부스바; 및
상기 외부 단자의 체결 구멍에 체결되어 상기 부스바를 상기 외부 단자에 고정하는 고정 볼트;를 포함하고,
상기 슈퍼 커패시터는 상기 고정 볼트가 체결되기 전에 상기 상부 단자판의 체결 구멍에 결합되는 전해액 주입부;를 더 포함하고,
상기 전해액 주입부 상부에 상기 고정 볼트가 결합되고,
상기 전해액 주입부는 상기 체결 구멍을 통하여 전해액을 주입한 이후에 상기 체결 구멍의 하부에 삽입되는 고무 마개와, 상기 고무 마개의 상부의 상기 체결 구멍에 결합되는 봉합 볼트를 포함하고,
상기 봉합 볼트와 상기 고정 볼트에 서로 연통되게 구멍이 형성되어 있고,
상기 봉합 볼트는 상기 고무 마개에 압력을 가해 상기 고무 마개가 상기 체결 구멍을 봉합하게 하고,
상기 케이스의 내부공간에서 가스가 발생되면, 상기 고무 마개가 가스의 압력에 수축되어 상기 봉합 볼트 측으로 밀어올려지는 것을 특징으로 하는 슈퍼 커패시터용 단자 연결 구조.
제1항에 있어서,
상기 외부 단자는 상기 하단부의 면이 상기 상단부의 면 보다는 넓게 형성된 것을 특징으로 하는 슈퍼 커패시터용 단자 연결 구조.
제2항에 있어서,
상기 외부 단자의 하단부의 면은 상기 상부 단자판에 고정되는 상기 케이스의 상단부보다는 높게 형성된 것을 특징으로 하는 슈퍼 커패시터용 단자 연결 구조.
제3항에 있어서, 상기 고정 볼트는,
상기 체결 구멍에 나사 결합되는 나사부;
상기 나사부 상부에 판 형태로 형성되는 헤드부; 및
상기 나사부를 통하여 결합되며, 상기 부스바와 상기 헤드부 사이에 개재되어 상기 부스바를 상기 외부 단자의 하단부의 면에 밀착시키는 와셔;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 슈퍼 커패시터용 단자 연결 구조.
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케이스의 개방부를 통하여 전기화학 에너지를 저장하는 셀이 수납되고, 상기 셀의 상부에 접합되는 상부 단자판으로 상기 케이스의 개방부를 봉합하고, 상기 상부 단자판의 상부면에 2단으로 돌출되어 있고 중심을 관통하여 체결 구멍이 형성된 제1 외부 단자가 돌출되어 있고 상기 2단은 제1 하단부와 제2 상단부를 포함하고, 상기 케이스의 하부면에 2단으로 돌출되어 있고 중심에 체결 홈이 형성된 제2 외부 단자가 돌출되어 있고 상기 2단은 제2 하단부와 제2 상단부를 포함하는 슈퍼 커패시터;
판 형태로 상기 제1 외부 단자의 제1 상단부에 삽입되어 상기 제1 하단부의 면에 탑재되는 제1 부스바;
상기 제1 외부 단자의 체결 구멍에 체결되어 상기 제1 부스바를 상기 제1 외부 단자에 고정하는 제1 고정 볼트;
판 형태로 상기 제2 외부 단자의 제1 상단부에 삽입되어 상기 제2 하단부의 면에 탑재되는 제2 부스바; 및
상기 제2 외부 단자의 체결 홈에 체결되어 상기 제2 부스바를 상기 제2 외부 단자에 고정하는 제2 고정 볼트;를 포함하고,
상기 슈퍼 커패시터는 상기 제1 고정 볼트가 체결되기 전에 상기 상부 단자판의 체결 구멍에 결합되는 전해액 주입부;를 더 포함하고,
상기 전해액 주입부 상부에 상기 제1 고정 볼트가 결합되고,
상기 전해액 주입부는 상기 체결 구멍을 통하여 전해액을 주입한 이후에 상기 체결 구멍의 하부에 삽입되는 고무 마개와, 상기 고무 마개의 상부의 상기 체결 구멍에 결합되는 봉합 볼트를 포함하고,
상기 봉합 볼트와 상기 제1 고정 볼트에 서로 연통되게 구멍이 형성되어 있고,
상기 봉합 볼트는 상기 고무 마개에 압력을 가해 상기 고무 마개가 상기 체결 구멍을 봉합하게 하고,
상기 케이스의 내부공간에서 가스가 발생되면, 상기 고무 마개가 가스의 압력에 수축되어 상기 봉합 볼트 측으로 밀어올려지는 것을 특징으로 하는 슈퍼 커패시터용 단자 연결 구조.