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KR102236981B1 - 에너지 저장 모듈용 연결 구조체 - Google Patents

에너지 저장 모듈용 연결 구조체 Download PDF

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KR102236981B1
KR102236981B1 KR1020160031322A KR20160031322A KR102236981B1 KR 102236981 B1 KR102236981 B1 KR 102236981B1 KR 1020160031322 A KR1020160031322 A KR 1020160031322A KR 20160031322 A KR20160031322 A KR 20160031322A KR 102236981 B1 KR102236981 B1 KR 102236981B1
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Abstract

에너지 저장 모듈용 연결 구조체에 관한 기술이 개시된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 모듈용 연결 구조체는, 복수의 에너지 저장 셀을 이용하여 전기 에너지를 저장하는 에너지 저장 모듈에서 전기적 연결 구조를 구성하며, 플레이트(plate) 형상을 가지며 양 단부가 각각 서로 다른 에너지 저장 셀의 전극에 결합되는 버스바; 및 로드(rod) 형상을 가지며 일 단부가 상기 버스바에 결합되고 타 단부가 에너지 밸런싱(energy balancing)을 수행하는 밸런싱 회로의 기판에 결합되어 상기 버스바가 결합된 에너지 저장 셀의 전극과 상기 밸런싱 회로를 전기적으로 연결하는 로드 부재를 포함하여, 배선 작업을 위해 하네스를 사용하는 경우 발생하는 오배선이나 단선 문제를 해결하고 배선 작업에 소비되는 인력과 시간을 절감하며 에너지 저장 모듈의 조립 과정을 간소화한다.

Description

에너지 저장 모듈용 연결 구조체{Connection Structure for energy storage module}
본 발명은 에너지 저장 모듈용 연결 구조체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 다수의 에너지 저장 셀을 이용하여 전기 에너지를 저장하는 에너지 저장 모듈에서 전기적 연결 구조를 구성하는 에너지 저장 모듈용 연결 구조체에 관한 것이다.
에너지 저장 모듈은, 울트라 커패시터(ultra capacitor), 슈퍼 커패시터(super capacitor), 전기 이중층 커패시터(electric double layer capacitor) 등과 같이 전기 에너지를 저장하는 고 정전용량 저장 장치를 단위 에너지 저장 셀로 사용하여 고 전압용 어셈블리를 구성한 것이다.
이러한 에너지 저장 모듈에서 단위 에너지 저장 셀들 간에 전압 균형이 유지되지 않는다면 셀의 노화나 용량 감소가 발생하고, 나아가 과충전·과방전에 따른 셀 손상이나 폭발 등이 초래될 수 있다. 이를 방지하기 위해, 에너지 저장 모듈에는 각각의 에너지 저장 셀에 대해 에너지 밸런싱(energy balancing)을 수행하여 셀들 간의 전압 균형을 유지하는 에너지 밸런싱 회로가 설치된다.
그러나, 한국 등록특허공보 제10-1292276호, 한국 공개특허공보 제10-2014-0121926호 등에 개시된 바와 같이, 기존 기술들은 각각의 에너지 저장 셀 전극과 그에 대응하는 에너지 밸런싱 회로 단자를 전기적으로 연결하기 위해 다수의 절연 전선으로 구성되는 하네스(harness)를 사용하기 때문에, 배선 작업 시 오배선이 발생하거나 피복 손상에 의한 누전, 단선 등이 발생할 확률이 높다는 문제가 있다. 이러한 배선 계통의 문제는 에너지 밸런싱 회로의 오작동을 야기하여 앞서 언급한 바와 같이 셀 노화나 용량 감소는 물론, 폭발 등의 심각한 문제를 초래할 수 있다.
또한, 기존 기술들은 다수의 에너지 저장 셀의 전극들을 다수의 버스바(busbar)로 연결하고, 다시 하네스를 구성하는 각각의 전선들을 일일이 구별하여 그에 대응하는 버스바와 에너지 밸런싱 회로에 결합시키기 때문에, 배선 작업에 많은 인력과 시간이 요구되며, 배선 처리 등의 추가 작업이 필요하여 에너지 저장 모듈의 조립 과정을 복잡하게 하는 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 배선 작업을 위해 하네스를 사용하는 경우 발생하는 오배선이나 단선 문제를 해결하여 에너지 밸런싱 회로의 오작동을 방지함은 물론, 배선 작업에 소비되는 인력과 시간을 절감하고 에너지 저장 모듈의 조립 과정을 간소화하는 에너지 저장 모듈용 연결 구조체를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 모듈용 연결 구조체는, 복수의 에너지 저장 셀을 이용하여 전기 에너지를 저장하는 에너지 저장 모듈에서 전기적 연결 구조를 구성하며, 플레이트(plate) 형상을 가지며 양 단부가 각각 서로 다른 에너지 저장 셀의 전극에 결합되는 버스바; 및 로드(rod) 형상을 가지며 일 단부가 상기 버스바에 결합되고 타 단부가 에너지 밸런싱(energy balancing)을 수행하는 밸런싱 회로의 기판에 결합되어 상기 버스바가 결합된 에너지 저장 셀의 전극과 상기 밸런싱 회로를 전기적으로 연결하는 로드 부재를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 로드 부재의 상기 일 단부는, 상기 버스바와 나사 결합될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 로드 부재의 상기 일 단부는, 외주면에 나사산이 형성되고, 상기 버스바는, 상기 로드 부재의 상기 일 단부와 나사 결합하는 나사 홈을 가질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 로드 부재는, 나사 결합을 용이하게 하는 다각형 형상의 외주면을 가질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 로드 부재의 상기 타 단부는, 상기 기판에 구비된 소정 삽입 홀에 삽입되어 상기 밸런싱 회로의 단자와 전기적으로 연결될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 로드 부재의 상기 타 단부는, 소정 볼트 부재가 나사 결합되는 나사 홈을 가질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 로드 부재의 상기 타 단부는, 상기 나사 홈에 결합되는 볼트 부재를 통해 상기 밸런싱 회로의 단자와 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명에 따르면, 에너지 저장 셀의 전극과 에너지 밸런싱 회로가 버스바에 결합되는 로드 부재를 통해 전기적으로 연결됨으로써, 하네스 사용 시 발생하는 오배선이나 단선 문제를 해결하고 에너지 밸런싱 회로의 오작동을 방지할 수 있다.
또한, 에너지 밸런싱 회로 기판의 설치 시, 버스바에 결합된 로드 부재들이 각각 미리 정해진 위치에 마련된 기판의 삽입 홀에 삽입되어 볼트 체결만으로 해당 에너지 밸런싱 회로와 연결됨으로써, 배선 작업에 소비되는 인력과 시간을 절감하고 에너지 저장 모듈의 조립 과정을 간소화할 수 있다.
나아가, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명에 따른 여러 실시예들이 상기 언급되지 않은 여러 기술적 과제들을 해결할 수 있음을 이하의 설명으로부터 자명하게 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 모듈을 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 에너지 저장 모듈의 밸런싱 회로 기판이 분리된 상태를 나타낸 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 모듈용 연결 구조체를 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 모듈용 연결 구조체를 나타낸 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 에너지 저장 모듈용 연결 구조체를 나타낸 분해 사시도이다.
도 6은 도 1의 X-X′부분을 나타낸 수직 단면도이다.
도 7은 도 6의 A 부분을 나타낸 확대도이다.
도 8은 도 6의 B 부분을 나타낸 확대도이다.
이하, 본 발명의 기술적 과제에 대한 해결 방안을 명확화하기 위해 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 관련 공지기술에 관한 설명이 오히려 본 발명의 요지를 불명료하게 하는 경우 그에 관한 설명은 생략하기로 한다. 또한, 후술하는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 설계자, 제조자 등의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있을 것이다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 모듈(10)이 사시도로 도시되어 있다. 도 2에는 도 1에 도시된 에너지 저장 모듈의 밸런싱 회로 기판(200)이 분리된 상태가 분해 사시도로 도시되어 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 모듈(10)은 복수의 에너지 저장 셀(100), 밸런싱 회로 기판(200) 및 연결 구조체(300)를 포함한다.
에너지 저장 셀(100)은, 울트라 커패시터(Ultra Capacitor; UC), 슈퍼 커패시터(Super Capacitor; SC), 전기 이중층 커패시터(Electric Double Layer Capacitor; EDLC) 등과 같은 고 정전용량 저장 장치로 구성될 수 있다. 또한, 에너지 저장 셀(100)은 그 일단과 타단에 각각 양극 전극과 음극 전극을 가진다. 예컨대, 에너지 저장 모듈(10)을 고 전압 모듈로 구성하기 위해 다수의 에너지 저장 셀(100)이 직렬로 연결되는 경우, 에너지 저장 셀(100)의 양극 또는 음극 전극은 각각 인접한 타 에너지 저장 셀의 음극 또는 양극 전극과 연결된다. 이 경우, 에너지 저장 셀들의 전극들은 후술되는 버스바(busbar)(310)를 통해 연결된다.
밸런싱 회로 기판(200)은, 직렬 또는 병렬로 연결된 복수의 에너지 저장 셀(100)의 상부에 설치되어 에너지 저장 셀들 간의 전압 균형을 유지한다. 이를 위해, 밸런싱 회로 기판(200)은 PCB(Printed Circuit Board)(202) 상에 구현되는 밸런싱 회로(204)를 포함할 수 있다. 밸런싱 회로(204)는 각각의 에너지 저장 셀(100)에 대해 에너지 밸런싱(energy balancing)을 수행하여 과충전·과방전 등을 방지한다. 이 경우, 밸런싱 회로(204)는 에너지 저장 셀(100)의 전극(102)과 전기적으로 연결되는 단자(206)를 가진다. 이러한 밸런싱 회로(204)의 단자(206)는 PCB(202) 상에 형성되는 도전성 패턴으로 구성될 수 있다. 또한, 밸런싱 회로 기판(200)은 후술되는 로드 부재(320a, 320b)가 삽입되는 삽입 홀(208)을 더 포함할 수 있다. 아래에서 다시 설명하겠지만, 밸런싱 회로(204)의 단자(206)는 상기 삽입 홀(208)의 주변 또는 내부에 형성되어 상기 로드 부재(320a, 320b)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이 경우, 상기 로드 부재(320a, 320b)는 상기 삽입 홀(208)에 삽입된 후 소정 볼트 부재(210)와의 체결을 통해 상기 삽입 홀(208)에 결합될 수 있다.
연결 구조체(300)는, 상술한 에너지 저장 셀(100)의 전극(102)과 밸런싱 회로(204)의 단자(206)를 전기적으로 연결한다.
도 3에는 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 모듈용 연결 구조체(300)가 사시도로 도시되어 있다. 도 4에는 도 3에 도시된 에너지 저장 모듈용 연결 구조체(300)가 분해 사시도로 도시되어 있다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 저장 모듈용 연결 구조체(300)는, 복수의 에너지 저장 셀(100)을 이용하여 전기 에너지를 저장하는 에너지 저장 모듈(10)에서 전기적 연결 구조를 구성하며, 버스바(310) 및 로드 부재(320a)를 포함한다.
즉, 버스바(310)는, 전체적으로 플레이트(plate) 형상을 가지는 도전성 부재로서, 양 단부가 각각 서로 다른 에너지 저장 셀(100)의 전극(102)에 결합된다. 이를 위해, 버스바(310)는 양 단부에 각각 에너지 저장 셀(100)의 전극(102)이 삽입되어 결합되는 전극 결합용 홀(312)을 가질 수 있다. 이 경우, 에너지 저장 셀(100)의 전극(102)은 외주면에 나사산이 형성된 숫나사 형태로 구성되어, 암나사 부재(미도시)와의 나사 결합을 통해 상기 전극 결합용 홀(312)에 결합될 수 있다. 이때, 상기 암나사 부재(미도시)는 하단부의 외경이 상기 전극 결합용 홀(312)의 내경보다 작고 상단부의 외경이 상기 전극 결합용 홀(312)의 내경보다 크게 구성될 수 있다.
로드 부재(320a)는, 로드(rod) 형상을 가지는 도전성 부재로서, 일 단부(322a)가 버스바(310)에 결합되고 타 단부(324a)가 밸런싱 회로 기판(200)에 결합되어 상기 버스바(310)가 결합된 에너지 저장 셀(100)의 전극(102)과 밸런싱 회로 기판(200)의 밸런싱 회로(204)를 전기적으로 연결한다. 이 경우, 로드 부재(320a)의 상기 일 단부(322a)는, 버스바(310)와 나사 결합될 수 있다. 이를 위해, 로드 부재(320a)의 상기 일 단부(322a)는 외주면에 나사산이 형성될 수 있다. 또한, 버스바(310)는 로드 부재(320a)의 상기 일 단부(322a)와 나사 결합하는 나사 홈(314)을 가질 수 있다. 또한, 로드 부재는 렌치(wrenches)나 스패너(spanner) 등을 이용한 작업자의 나사 결합 작업을 용이하게 하도록 다각형 형상의 외주면을 가질 수 있다.
한편, 로드 부재(320a)의 상기 타 단부(324a)는, 밸런싱 회로 기판(200)에 구비된 상기 삽입 홀(208)에 삽입되어 밸런싱 회로(204)의 단자(206)와 전기적으로 연결된다. 이를 위해, 로드 부재(320a)의 상기 타 단부(324a)는, 소정 볼트 부재(210)가 나사 결합되는 나사 홈을 가질 수 있다. 이 경우, 로드 부재(320a)의 상기 타 단부(324a)는, 상기 나사 홈에 나사 결합되는 볼트 부재(210)와 함께 밸런싱 회로 기판(200)을 고정함과 동시에, 밸런싱 회로 기판(200)에 마련된 밸런싱 회로 단자(206)와 전기적으로 연결될 수 있다.
이러한, 로드 부재(320a)는, 결합되는 버스바(310)의 위치에 따라 그 길이가 다르게 구성될 수 있다.
도 5에는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 에너지 저장 모듈용 연결 구조체(300)가 분해 사시도로 도시되어 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 에너지 저장 모듈용 연결 구조체(300)는, 복수의 에너지 저장 셀(100)을 이용하여 전기 에너지를 저장하는 에너지 저장 모듈(10)에서 전기적 연결 구조를 구성하며, 버스바(310) 및 로드 부재(320b)를 포함한다. 여기서, 버스바(310) 및 로드 부재(320b)는 기본적으로 도 3 및 도 4에 도시된 버스바(310) 및 로드 부재(320a)와 동일한 기술 원리로 설명될 수 있다. 유의할 점은, 도 3 및 도 4에 도시된 버스바(310)는 에너지 저장 셀(100)의 상단 전극에 결합되고, 그에 따라 로드 부재(320a)가 상대적으로 짧은 길이로 구성되는 반면, 도 5에 도시된 버스바(310)는 에너지 저장 셀(100)의 하단 전극에 결합되고, 그에 따라 로드 부재(320b)가 에너지 저장 셀(100)의 높이에 대응하는 길이만큼 길게 구성된다는 것이다.
도 6에는 도 1의 X-X′부분이 수직 단면도로 도시되어 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 짧은 길이의 로드 부재(320a)는 에너지 저장 셀(100)의 상단 단자들 간을 연결하는 상단 버스바(310a)에 결합된다. 이 경우, 로드 부재(320a)의 일 단부(322a)는 상단 버스바(310a)의 나사 홈에 나사 결합 될 수 있다. 또한, 상대적으로 긴 길이의 로드 부재(320b)는 에너지 저장 셀(100)의 하단 단자들 간을 연결하는 하단 버스바(320b)에 결합된다. 이 경우, 로드 부재(320b)의 일 단부(322b)는 하단 버스바(310b)의 나사 홈에 나사 결합 될 수 있다.
이와 같이 복수의 에너지 저장 셀(100)과 연결 구조체(300)가 구성되면, 그 상부에 밸런싱 회로 기판(200)을 이루는 PCB(202)가 설치된다. PCB(202)와 에너지 저장 셀(100)의 사이에는 누전을 방지하는 절연 부재(212)가 개재될 수 있다. 한편, 로드 부재들(310a, 320b)의 타 단부들(324a, 324b)은 각각 그에 대응하는 밸런싱 회로 기판(200)의 삽입 홀(208)에 삽입된다.
도 7에는 도 6의 A 부분이 확대도로 도시되어 있다. 도 8에는 도 6의 B 부분이 확대도로 도시되어 있다.
도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 로드 부재들(310a, 320b)의 타 단부(324a, 324b)가 밸런싱 회로 기판(200)의 해당 삽입 홀(208)에 삽입되면, 볼트 부재(210)가 로드 부재들(310a, 320b)의 상기 타 단부(324a, 324b)에 형성된 나사 홈에 각각 결합된다. 그 결과, 로드 부재들(310a, 320b)은 상기 볼트 부재(210)와 함께 밸런싱 회로 기판(200)을 고정하게 되며, 상기 볼트 부재(210)를 통해 밸런싱 회로 기판(200)에 마련된 밸런싱 회로 단자(206)와 전기적으로 연결된다. 이를 위해, 볼트 부재(210)는 금속 등의 도전성 소재로 구성될 수 있다.
상술한 바와 같이, 에너지 저장 셀의 전극과 에너지 밸런싱 회로가 버스바에 결합되는 로드 부재를 통해 전기적으로 연결됨으로써, 하네스 사용 시 발생하는 오배선이나 단선 문제를 해결하고 에너지 밸런싱 회로의 오작동을 방지할 수 있다. 또한, 에너지 밸런싱 회로 기판의 설치 시, 버스바에 결합된 로드 부재들이 각각 미리 정해진 위치에 마련된 기판의 삽입 홀에 삽입되고 볼트 체결만으로 해당 에너지 밸런싱 회로와 연결됨으로써, 배선 작업에 소비되는 인력과 시간을 절감하고 에너지 저장 모듈의 조립 과정을 간소화할 수 있다. 나아가, 본 발명에 따른 실시예들은, 당해 기술 분야는 물론 관련 기술 분야에서 본 명세서에 언급된 내용 이외의 다른 여러 기술적 과제들을 해결할 수 있음은 물론이다.
지금까지 본 발명에 대해 구체적인 실시예들을 참고하여 설명하였다. 그러나 당업자라면 본 발명의 기술적 범위에서 다양한 변형 실시예들이 구현될 수 있음을 명확하게 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 앞서 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 할 것이다. 즉, 본 발명의 진정한 기술적 사상의 범위는 첨부된 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 균등범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 에너지 저장 모듈 100 : 에너지 저장 셀
102 : 전극 200 : 밸런싱 회로 기판
202 : PCB 204 : 밸런싱 회로
206 : 단자 208 : 삽입 홀
210 : 볼트 부재 300 : 연결 구조체
310 : 버스바 312 : 전극 결합용 홀
314 : 나사 홈 320a, 320b : 로드 부재

Claims (7)

  1. 복수의 에너지 저장 셀을 이용하여 전기 에너지를 저장하는 에너지 저장 모듈에서 전기적 연결 구조를 구성하는 연결 구조체로서,
    플레이트(plate) 형상을 가지며 양 단부가 각각 서로 다른 에너지 저장 셀의 전극에 결합되는 버스바; 및
    로드(rod) 형상을 가지며 일 단부가 상기 버스바에 결합되고 타 단부가 에너지 밸런싱(energy balancing)을 수행하는 밸런싱 회로의 기판에 결합되어 상기 버스바가 결합된 에너지 저장 셀의 전극과 상기 밸런싱 회로를 전기적으로 연결하는 로드 부재를 포함하고,
    상기 로드 부재는, 나사 결합을 용이하게 하는 다각형 형상의 외주면을 가지고,
    상기 로드 부재의 상기 일 단부는, 외주면에 나사산이 형성되고,
    상기 버스바는, 상기 로드 부재의 상기 일 단부와 나사 결합하는 나사 홈을 가지고,
    상기 로드 부재의 상기 일 단부는, 상기 버스바의 나사 홈에 나사 결합되고,
    상기 로드 부재의 상기 타 단부는, 소정 볼트 부재가 나사 결합되는 나사 홈을 포함하고, 상기 기판에 구비된 소정 삽입 홀에 삽입되어 상기 밸런싱 회로의 단자와 전기적으로 연결되며, 상기 나사 홈에 결합되는 상기 소정 볼트 부재를 통해 상기 밸런싱 회로의 단자와 전기적으로 연결되는 에너지 저장 모듈용 연결 구조체.
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