KR102419001B1 - 에너지 저장장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 에너지 저장장치에 관한 것으로, 베어셀이 수용되는 바디 케이스; 상기 바디 케이스의 상부에 끼워져서 개방부가 밀폐되도록 결합되고, 원형의 외주를 가지는 상부 케이스; 상기 바디 케이스 내에서 상기 베어셀의 음극전극에 대면하여 배치되는 제1 내부 터미널; 상기 바디 케이스 내에서 상기 베어셀의 양극전극에 대면하여 배치되는 제2 내부 터미널; 및 상기 바디 케이스의 하면과 상기 제2 내부 터미널 사이의 빈 공간에 배치되어, 상기 베어셀에 존재하는 전해액의 이탈을 방지하는 제1 충진 부재를 포함한다.
Description
본 발명은 에너지 저장장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 전해액의 이탈을 최소화하기 위한 충진 부재를 구비하는 에너지 저장장치에 관한 것이다.
전기 에너지를 저장하는 대표적인 에너지 저장장치로는 전지(battery)와 캐패시터(capacitor)가 있다. 이러한 캐패시터 중 울트라 캐패시터(Ultra-Capacitor, UC)는 슈퍼 캐패시터(Super Capacitor, SC) 또는 전기 이중층 캐패시터(Electric Double Layer Capacitor, EDLC)라고도 불리며, 전해 콘덴서와 이차전지의 중간적인 특성을 갖는 에너지 저장장치로써 높은 효율, 반영구적인 수명 특성으로 이차전지와의 병용 및 대체 가능한 차세대 에너지 저장장치이다.
울트라 캐패시터는, 유지보수(Maintenance)가 용이하지 않고 장기간의 사용 수명이 요구되는 애플리케이션(Application)에 대해서는 축전지 대체용으로 이용되기도 한다. 울트라 캐패시터는 빠른 충/방전 특성을 가지며, 이에 따라 이동통신 정보기기인 핸드폰, 노트북, PDA 등의 보조 전원뿐만 아니라, 고 용량이 요구되는 전기자동차, 야간 도로 표시등, UPS(Uninterrupted Power Supply) 등의 주 전원 혹은 보조 전원으로 매우 적합하며, 이와 같은 용도로 많이 이용되고 있다.
이러한 다양한 용도를 가지는 울트라 캐패시터의 전극은 넓은 비표면적을 통한 고에너지와, 낮은 비저항을 통한 고출력화, 그리고 계면에서의 전기화학 반응의 억제를 통한 전기화학적 안정성 등을 가지는 것이 중요하다.
울트라 캐패시터는 소형화를 위해 도 1에 도시된 바와 같이 원통 형상으로 이루어진 형태가 많이 이용되고 있다.
도 1을 참조하면, 원통형 울트라 캐패시터(10)는 양극, 음극 및 세퍼레이터를 구비한 권취소자 형태의 베어셀(11)과, 베어셀(11)을 수용하는 바디 케이스(12)와, 베어셀의 음극과 양극에 각각 연결되어 바디 케이스(12)의 상부와 하부에 결합되는 제1 및 제2 내부 터미널(13, 14)과, 바디 케이스(12)의 상단에 위치하는 제1 외부 터미널(15)과, 바디 케이스(12)의 하단에 위치하는 제2 외부 터미널(16)을 포함한다.
이러한 원통형 울트라 캐패시터(10)에서, 제1 내부 터미널(13)은 절연부재(17)에 의해 바디 케이스(12)에 대하여 절연되는 동시에 상판 부재(18)의 중심에 위치하는 제1 외부 터미널(15)에 전기적으로 연결되고, 제2 내부 터미널(14)은 바디 케이스(12)와 전기적으로 연결된다.
그런데, 울트라 캐패시터는 상온에서 과 충전, 과 방전 또는 과 전압 등과 같은 이상 동작 시 전해질과 전극의 계면에서 부 반응이 진행되어 그에 따른 부산물로서 가스가 발생한다. 이와 같이 가스가 발생하여 내부에 축적되면 바디 케이스(12)의 내부 압력이 지속적으로 증가하게 되고 결국에는 바디 케이스(12)가 변형되거나 최악의 경우 폭발이 발생하게 된다.
이러한 가스 발생을 고려하여, 종래 기술에 따른 울트라 캐패시터는 상판 부재(18)와 제1 내부 터미널(13) 간에 일정한 여유 공간(20)을 구비하도록 설계하거나, 상판 부재(18)에 형성된 중공에 안전변(19)을 설치하여 가스가 배출되도록 설계하고 있다.
그러나, 상판 부재(18)와 제1 내부 터미널(13) 사이에 여유 공간(20)을 구비하도록 설계된 경우, 울트라 캐패시터(10)의 설치 환경에 따라 빈 공간(20)으로 전해액이 고일 수 있어, 베어셀(11)과 전해액 간의 분리로 인한 셀 성능 저하가 발생할 수 있는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또 다른 목적은 베어셀에 존재하는 전해액이 셀 내부의 빈 공간으로 이탈하는 것을 방지하기 위한 충진 부재를 구비하는 에너지 저장장치를 제공함에 있다.
또 다른 목적은 셀 내부의 압력 증가에 따라 부피가 가변하는 충진 부재를 구비하는 에너지 저장장치를 제공함에 있다.
또 다른 목적은 셀 폭발 시, 셀의 화재를 진압하기 위한 소화 물질을 포함하는 충진 부재를 구비하는 에너지 저장장치를 제공함에 있다.
또 다른 목적은 셀 과열 시, 셀의 내부 온도를 감소하기 위한 흡열 물질을 포함하는 충진 부재를 구비하는 에너지 저장장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 베어셀이 수용되는 바디 케이스; 상기 바디 케이스의 상부에 끼워져서 개방부가 밀폐되도록 결합되고, 원형의 외주를 가지는 상부 케이스; 상기 바디 케이스 내에서 상기 베어셀의 음극전극에 대면하여 배치되는 제1 내부 터미널; 상기 바디 케이스 내에서 상기 베어셀의 양극전극에 대면하여 배치되는 제2 내부 터미널; 상기 상부 케이스의 하면과 상기 제1 내부 터미널 사이의 빈 공간에 배치되어, 상기 베어셀에 존재하는 전해액의 이탈을 방지하는 제1 충진 부재; 및 상기 바디 케이스의 하면과 상기 제2 내부 터미널 사이의 빈 공간에 배치되어, 상기 베어셀에 존재하는 전해액의 이탈을 방지하는 제2 충진 부재를 포함하는 에너지 저장장치를 제공한다.
좀 더 바람직하게는, 상기 제1 충진 부재는, 상부 케이스의 하면과 제1 내부 터미널 사이에 존재하는 빈 공간의 모양 및 크기 중 적어도 하나에 대응하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
좀 더 바람직하게는, 상기 제2 충진 부재는, 바디 케이스의 하면과 제2 내부 터미널 사이에 존재하는 빈 공간의 모양 및 크기 중 적어도 하나에 대응하도록 형성되는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 제2 충진 부재는, 제1 충진 부재와 동일한 재질로 형성되는 것을 특징으로 한다.
좀 더 바람직하게는, 상기 제1 및 제2 충진 부재는, 셀 내부의 압력 변화에 따라 부피가 가변하도록 형성되는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 제1 및 제2 충진 부재는 전해액에 용해되지 않는 합성 고무 재질로 형성되는 것을 특징으로 한다.
좀 더 바람직하게는, 상기 제1 및 제2 충진 부재는, 셀 과열 또는 셀 폭발 시, 셀의 화재를 진압하기 위한 소화 물질을 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 제1 및 제2 충진 부재는, 소화 물질을 포함하기 위한 내부 공간을 구비하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 소화 물질을 포함하기 위한 내부 공간은 진공 상태로 형성되는 것을 특징으로 한다.
좀 더 바람직하게는, 상기 제1 및 제2 충진 부재는, 셀 내부의 온도를 감지할 수 있는 온도 센서를 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 온도 센서에 의해 미리 설정된 온도가 감지되면, 상기 제1 및 제2 충진 부재가 폭발하여 상기 소화 물질이 배출되는 것을 특징으로 한다.
좀 더 바람직하게는, 상기 제1 및 제2 충진 부재는, 셀 과열 또는 셀 폭발 시, 셀 내부의 온도를 감소하기 위한 흡열 물질을 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 제1 및 제2 충진 부재는, 흡열 물질을 포함하기 위한 내부 공간을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 셀 내부의 빈 공간에 하나 이상의 충진 부재를 구비함으로써, 베어셀에 존재하는 전해액이 셀 내부의 빈 공간으로 이탈하는 것을 방지할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 셀 내부의 빈 공간에 하나 이상의 충진 부재를 구비함으로써, 셀 내부의 부 반응으로 의한 압력 증가를 완충할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 소화 물질을 포함하는 충진 부재를 셀 내부의 빈 공간에 배치함으로써, 셀 과열 또는 셀 폭발 시, 셀의 화재를 효과적으로 진압할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 흡열 물질을 포함하는 충진 부재를 셀 내부의 빈 공간에 배치함으로써, 셀 과열 또는 셀 폭발 시, 셀 내부의 온도를 효과적으로 감소할 수 있다는 장점이 있다.
다만, 본 발명의 실시 예들에 따른 에너지 저장장치가 달성할 수 있는 효과는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 에너지 저장장치의 구성을 도시한 단면도;
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 저장장치의 외관을 도시한 사시도;
도 3은 도 2의 에너지 저장장치의 분해 사시도;
도 4는 도 2의 에너지 저장장치의 구성을 도시한 단면도;
도 5는 셀 내부의 압력 변화에 따라 부피가 가변하는 충진 부재를 나타내는 도면;
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제1 및 제2 충진 부재를 나타내는 도면;
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 제1 및 제2 충진 부재를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 저장장치의 외관을 도시한 사시도;
도 3은 도 2의 에너지 저장장치의 분해 사시도;
도 4는 도 2의 에너지 저장장치의 구성을 도시한 단면도;
도 5는 셀 내부의 압력 변화에 따라 부피가 가변하는 충진 부재를 나타내는 도면;
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제1 및 제2 충진 부재를 나타내는 도면;
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 제1 및 제2 충진 부재를 나타내는 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 첨부된 도면에서 각 구성요소 또는 그 구성요소를 이루는 특정 부분의 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 변형될 수 있으므로, 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
본 발명은 베어셀에 존재하는 전해액이 셀 내부의 빈 공간으로 이탈하는 것을 방지하기 위한 충진 부재를 구비하는 에너지 저장장치를 제안한다. 또한, 본 발명은 셀 내부의 압력 증가에 따라 부피가 가변하는 충진 부재를 구비하는 에너지 저장장치를 제안한다. 또한, 본 발명은 셀 폭발 시, 셀의 화재를 진압하기 위한 소화 물질을 포함하는 충진 부재를 구비하는 에너지 저장장치를 제안한다. 또한, 본 발명은 셀 과열 시, 셀의 내부 온도를 감소하기 위한 흡열 물질을 포함하는 충진 부재를 구비하는 에너지 저장장치를 제안한다.
이하에서는, 본 발명의 다양한 실시 예들에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 저장장치의 외관을 도시한 사시도이고, 도 3은 도 2의 에너지 저장장치의 분해 사시도이며, 도 4는 도 2의 에너지 저장장치의 구성을 도시한 단면도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 저장장치(또는 에너지 저장 셀, 100)는 베어셀(140)과, 상기 베어셀(140)의 음극 전극과 양극 전극에 각각 대면하여 배치되는 제1 및 제2 내부 터미널(150, 160)과, 상기 베어셀(140)과 제1 및 제2 내부 터미널(150, 160)을 수용하는 바디 케이스(110)와, 상기 바디 케이스(110)의 상부를 커버하는 상부 케이스(120)와, 상기 상부 케이스(120)의 상면과 상기 바디 케이스(110)의 하면에 각각 형성되는 제1 및 제2 외부 터미널(121, 111) 및 셀 내부의 빈 공간에 위치하는 제1 및 제2 충진 부재(180, 190)를 포함할 수 있다.
베어셀(140)은 양극 전극, 음극 전극 및 세퍼레이터가 원통형으로 권취되어 형성되며, 전기화학적 에너지 저장기능을 제공한다.
바디 케이스(110)는 권취소자 형태로 가공된 베어셀(140)을 수용할 수 있는 수용공간이 형성된 원통형의 몸체를 갖는다. 상기 원통형 몸체는 베어셀(140)을 소정 간격만큼 이격된 상태로 둘러싸도록 형성될 수 있다. 또한, 바디 케이스(110)는 알루미늄 원통 형태로 구성될 수 있다.
바디 케이스(110)에는 상부 케이스(120)를 고정하기 위하여 상단에서 내측으로 구부러진 형태의 커링 가공부(113)가 형성될 수 있다. 일 예로, 상기 커링 가공부(113)는 곡면 형상을 갖도록 바디 케이스(110)의 단부가 굴곡되어 형성될 수 있다. 상기 커링 가공부(113)에 의해 바디 케이스(110)의 내부 압력을 유지할 수 있다.
바디 케이스(110)에는 제2 내부 터미널(160)과 전기적으로 연결되는 제2 외부 터미널(111)이 일체로 형성될 수 있다. 따라서, 상기 제2 내부 터미널(160)과 전기적으로 연결되는 바디 케이스(110)와 커링 가공부(113)는 양극의 극성을 가질 수 있다.
제2 외부 터미널(111)은 바디 케이스(110)의 하단 중심부에서 하부 방향으로 돌출되도록 형성될 수 있다. 이때, 상기 제2 외부 터미널(111)의 외주면에는 나사산이 형성될 수 있다.
상부 케이스(120)는 바디 케이스(110)의 상부에 끼워져서 개방부가 밀폐되도록 결합되고, 원형의 외주를 가지는 판상 형 구조를 갖는다. 일 예로, 상기 상부 케이스(120)는 몸체에 해당하는 상판 부재(123)와, 상기 상판 부재(123)의 상부에 형성되는 터미널 돌출부(122)와, 상기 터미널 돌출부(122)의 상부에 형성되는 제1 외부 터미널(121)과, 상기 상판 부재(123)의 하부에 형성되는 결합 돌출부(124)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 상판 부재(123), 터미널 돌출부(122), 제1 외부 터미널(121) 및 결합 돌출부(124)는 일체로 형성될 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다.
상판 부재(123)는 베어셀(140)의 상부에 배치되며, 바디 케이스(110)의 상부와 결합될 수 있다. 상기 상판 부재(123)는 바디 케이스(110)의 상부에 형성된 개방부를 밀폐하도록 원형의 판상 구조로 형성될 수 있다.
터미널 돌출부(122)는 상판 부재(123)의 중심부에서 상부 방향으로 돌출되도록 형성될 수 있다. 일 예로, 상기 터미널 돌출부(122)는 원형의 판상 구조로 형성될 수 있다.
제1 외부 터미널(121)은 터미널 돌출부(122)의 중심부에서 상부 방향으로 돌출되도록 형성될 수 있다. 상기 제1 외부 터미널(121)의 지름은 터미널 돌출부(122)의 지름보다 작게 형성될 수 있다. 이에 따라, 제1 외부 터미널(121)과 터미널 돌출부(122)는 단차를 형성할 수 있다.
제1 외부 터미널(121)은 상판 부재(123), 터미널 돌출부(122) 및 결합 돌출부(124)와 일체로 형성되기 때문에, 제1 내부 터미널(150)과 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 상기 제1 외부 터미널(121)의 외주면에는 나사산이 형성될 수 있다.
결합 돌출부(124)는 상판 부재(123)의 하부 측으로 돌출되어 원형의 외주와 동심원을 가지며 내부가 개방되도록 형성될 수 있다. 상기 결합 돌출부(124)는 적어도 일 부분이 제1 내부 터미널(150)과 접촉되어, 상기 제1 내부 터미널(150)과 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 상기 결합 돌출부(124)는 제1 내부 터미널(150)의 측면 프레임(155)에 삽입 결합되어 상부 케이스(120)와 제1 내부 터미널(150) 사이에 내부 공간을 제공할 수 있다. 이러한 내부 공간은 바디 케이스(110)의 내부 압력을 낮출 수 있는 공간으로 활용될 수 있다.
상부 케이스(120)에는 바디 케이스(110)의 커링 가공부(113)가 위치하는 부분에 기밀용 절연부재(175)가 구비될 수 있다. 상기 기밀용 절연부재(175)는 상부 케이스(120)의 외주면을 따라 배치될 수 있으며, 원형의 고리 모양으로 형성될 수 있다. 상기 기밀용 절연부재(175)는 제2 외부 터미널(111)과 전기적으로 연결되는 바디 케이스(110)와 제1 외부 터미널(121)과 전기적으로 연결되는 상부 케이스(120)가 서로 쇼트(short)되는 것을 방지할 수 있다.
상부 케이스(120)에는 전해질을 주입하기 위한 패스와 진공 작업을 위한 에어 벤트(Air Vent)로 사용되는 중공이 형성될 수 있고, 이러한 중공에는 바디 케이스(110) 내의 증가된 압력을 외부로 배출하기 위한 안전변(130)이 설치될 수 있다.
상부 케이스(120)는 바디 케이스(110)에 대한 비딩(Beading) 가공을 통해 바디 케이스(110)에 고정될 수 있다. 견고한 고정을 위해, 상부 케이스(120)의 외주면 둘레에는 바디 케이스(110)의 내부면에 비딩 가공부(115)를 형성하기 위한 비딩용 그루브(미도시)가 구비된다. 변형 예로서, 비딩용 그루브는 상부 케이스(120)의 외주면 둘레의 일부 구간에만 형성될 수도 있다. 전술한 바와 같이 상부 케이스(120)는 커링 가공부(113)에 의해 이탈이 방지되므로 이와 같이 비딩용 그루브가 일부 구간에만 형성되더라도 상부 케이스(120)는 바디 케이스(110)에 고정될 수 있다. 이 경우, 상부 케이스(110)의 구조를 보다 단순화 할 수 있을 뿐만 아니라 상부 케이스(110)의 제작 시 단조 가공을 용이하게 적용할 수 있다.
제1 내부 터미널(150)은 바디 케이스(110)의 내부에서 베어셀(140)의 음극 전극과 대면하도록 배치될 수 있고, 제2 내부 터미널(160)은 바디 케이스(110)의 내부에서 베어셀(140)의 양극 전극과 대면하도록 배치될 수 있다. 이때, 상기 제1 및 제2 내부 터미널(150, 160)과 베어셀(140)은 레이저 또는 초음파 용접에 의해 면 접촉 결합될 수 있다.
제1 내부 터미널(150)은 바디 케이스(110)의 상부에 배치되며, 베어셀(140)의 음극 전극과 전기적으로 연결될 수 있고, 절연 부재(170)에 의해 바디 케이스(110)에 대하여 절연되는 동시에 상부 케이스(120)에 접촉되어 상부 케이스(120)의 상단부 중심에 마련된 제1 외부 터미널(121)과 전기적으로 연결될 수 있다.
제2 내부 터미널(160)은 바디 케이스(110)의 하부에 배치되며, 베어셀(140)의 양극 전극과 전기적으로 연결될 수 있고, 상기 바디 케이스(110)에 접촉되어 바디 케이스(110)의 하단부 중심에 마련된 제2 외부 터미널(111)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제2 내부 터미널(160)의 측면 프레임(163)과 바디 케이스(110)가 일체로 결합됨에 따라 그 사이에는 내부 공간이 마련되어, 바디 케이스(110)의 내부 압력을 낮출 수 있는 공간으로 활용될 수 있다.
제1 및 제2 내부 터미널(150, 160)은 일면이 베어셀(140)과 대면하여 면 접촉되고 원판 형상을 가지는 평면 플레이트(151, 161)와, 상기 평면 플레이트(151, 161)의 타면 가장자리로부터 수직방향으로 연장되고 원통 형상을 가지는 측면 프레임(153, 163)으로 이루어질 수 있다.
제1 및 제2 내부 터미널(150, 160)의 평면 플레이트(151, 161)에는 평면상에 복수개의 통공(155, 165)이 형성될 수 있다. 이는 상기 상부 케이스(120)의 중공을 통해 주입되는 전해질을 베어셀(140)로 공급하기 위한 패스를 제공하기 위함이다.
제1 충진 부재(180)는 상부 케이스(120)의 하면과 제1 내부 터미널(150) 사이의 빈 공간에 배치되어, 베어셀(140) 내부에 존재하는 전해액이 빈 공간으로 이탈하는 것을 방지할 수 있다.
제2 충진 부재(190)는 바디 케이스(110)의 하면과 제2 내부 터미널(160) 사이의 빈 공간에 배치되어, 베어셀(140) 내부에 존재하는 전해액이 빈 공간으로 이탈하는 것을 방지할 수 있다. 이러한 제1 및 제2 충진 부재(180, 190)는 전해액이 셀 내부의 빈 공간으로 이동하는 것을 제한함으로써, 베어셀(140)과 접촉하는 유효 전해액의 양을 높일 수 있다. 즉, 제1 및 제2 충진 부재(180, 190)는 셀 내부의 빈 공간에 위치함으로써, 전해액과 전극의 분리를 최소화하여 에너지 저장장치의 신뢰성을 증대할 수 있다.
제1 및 제2 충진 부재(180, 190)는 셀 내부에 존재하는 빈 공간의 모양 및/또는 크기 등에 대응하도록 형성될 수 있다. 일 예로, 제1 및 제2 충진 부재(180, 190)는 납작한 원통 모양으로 형성될 수 있다.
제1 및 제2 충진 부재(180, 190)는 전해액에 용해되지 않으면서, 셀 내부의 압력 변화에 따라 부피가 가변하는 재질로 형성될 수 있다. 일 예로, 상기 제1 및 제2 충진 부재(180, 190)는 SBR(Styrene Butadiene Rubber). SBS(Styrene Butadiene Styrene), NBR(Nitrile Butadiene Rubber), EPDM(ethylene propylene diene monomer) 등과 같은 합성 고무 재질로 형성될 수 있다.
제1 및 제2 충진 부재(180, 190)는 UC 사용에 따른 셀 내부의 압력 증가를 완충(또는 완화)하는 역할을 수행할 수 있다. 즉, 상기 제1 및 제2 충진 부재(180, 190)는, 셀 내부의 압력 증가 시, 부피를 감소하여 셀 내부의 압력을 조절할 수 있다.
예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 에너지 저장장치(100)가 반복적으로 충/방전됨에 따라, 전해질과 전극 사이의 계면에서 발생하는 부 반응으로 인해 가스가 발생하여 셀 내부의 압력이 증가하게 된다. 이러한 경우, 제1 및 제2 충진 부재(180, 190)는 셀 내부의 압력으로 인해 부피가 점점 감소하게 된다. 상기 제1 및 제2 충진 부재(180, 190)의 부피가 감소함에 따라, 셀 내부의 압력 증가를 완화시킬 수 있다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 에너지 저장장치는 셀 내부의 빈 공간에 하나 이상의 충진 부재를 구비함으로써, 베어셀에 존재하는 전해액이 빈 공간으로 이탈하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 에너지 저장장치는 셀 내부의 빈 공간에 하나 이상의 충진 부재를 구비함으로써, UC 사용에 따른 셀 내부의 압력 증가를 완충하는 역할을 수행할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 제1 및 제2 충진 부재를 나타내는 사시도이다.
도 6을 참조하면, 제1 충진 부재(610)는 에너지 저장장치의 상부 케이스와 제1 내부 터미널 사이의 빈 공간에 배치되어, 베어셀 내부에 존재하는 전해액의 이탈을 방지하는 역할을 수행할 수 있다.
제1 충진 부재(610)는 상부 케이스와 제1 내부 터미널 사이에 존재하는 빈 공간의 모양에 대응하도록 형성될 수 있다. 일 예로, 상기 제1 충진 부재(610)는 납작한 원통 형상으로 형성될 수 있다.
제1 충진 부재(610)는 상부 케이스와 제1 내부 터미널 사이에 존재하는 빈 공간의 크기와 동일하거나 혹은 작게 형성될 수 있다. 일 예로, 제1 충진 부재(610)는, 상온 및 대기압 조건 하에서, 셀 내부에 존재하는 빈 공간의 크기보다 작게 형성될 수 있다.
제1 충진 부재(610)는 셀 내부의 압력 변화에 따라 부피가 가변하는 재질로 형성되어, 에너지 저장장치의 내부 압력 증가를 완충(완화)하는 역할을 수행할 수 있다. 상기 제1 충진 부재(610)는 전해액(가령, ACN)에 용해되지 않는 재질로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제1 충진 부재(610)는 단일 재질로 형성될 수 있다.
제2 충진 부재(620)는 에너지 저장장치의 바디 케이스와 제2 내부 터미널 사이의 빈 공간에 배치되어, 베어셀 내부에 존재하는 전해액의 이탈을 방지하는 역할을 수행할 수 있다.
제2 충진 부재(620)는 바디 케이스와 제2 내부 터미널 사이에 존재하는 빈 공간의 모양에 대응하도록 형성될 수 있다. 일 예로, 상기 제2 충진 부재(620)는 납작한 원통 형상으로 형성될 수 있다.
제2 충진 부재(620)는 바디 케이스와 제2 내부 터미널 사이에 존재하는 빈 공간의 크기와 동일하거나 혹은 작게 형성될 수 있다. 일 예로, 상기 제2 충진 부재(620)는, 상온 및 대기압 조건 하에서, 셀 내부에 존재하는 빈 공간의 크기보다 작게 형성될 수 있다.
제2 충진 부재(620)는 셀 내부의 압력 변화에 따라 부피가 가변하는 재질로 형성되어, 에너지 저장장치의 내부 압력 증가를 완충(완화)하는 역할을 수행할 수 있다. 상기 제2 충진 부재(620)는 전해액(가령, ACN)에 용해되지 않는 재질로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제2 충진 부재(620)는 단일 재질로 형성될 수 있다. 또한, 제2 충진 부재(620)는 제1 충진 부재(610)와 동일한 재질로 형성될 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 제1 및 제2 충진 부재를 나타내는 사시도이다.
도 7을 참조하면, 제1 충진 부재(710)는 에너지 저장장치의 상부 케이스와 제1 내부 터미널 사이의 빈 공간에 배치되어, 베어셀 내부에 존재하는 전해액의 이탈을 방지하는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 제1 충진 부재(710)는 셀 내부의 압력 변화에 따라 부피가 가변하는 재질로 형성되어, 에너지 저장장치의 내부 압력 증가를 완충(완화)하는 역할을 수행할 수 있다.
제1 충진 부재(710)는 상부 케이스와 제1 내부 터미널 사이에 존재하는 빈 공간의 모양 및 크기에 대응하도록 형성될 수 있다.
제1 충진 부재(710)는, 셀 과열 또는 셀 폭발 시, 셀의 화재를 진압하기 위한 소화 물질(713)을 포함할 수 있다. 상기 소화 물질(713)로는 중탄산나트륨(NaHCO3), 중탄산칼륨(KHCO3), 제1인산암모늄(NH4H2PO4) 등이 사용될 수 있으며, 반드시 이에 제한되지는 않는다.
제1 충진 부재(710)는 소화 물질(713)을 포함하기 위한 제1 내부 공간(711)을 마련할 수 있다. 이때, 상기 제1 내부 공간(711)은, 셀 과열 또는 셀 폭발 시, 소화 물질의 분사 효과를 증대시키기 위해 진공 상태로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제1 내부 공간(711)은 제1 충진 부재(710)와 동일한 형상으로 형성될 수 있다.
제2 충진 부재(720)는 에너지 저장장치의 바디 케이스와 제2 내부 터미널 사이의 빈 공간에 배치되어, 베어셀 내부에 존재하는 전해액의 이탈을 방지하는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 제2 충진 부재(720)는 셀 내부의 압력 변화에 따라 부피가 가변하는 재질로 형성되어, 에너지 저장장치의 내부 압력 증가를 완충(완화)하는 역할을 수행할 수 있다.
제2 충진 부재(720)는 바디 케이스와 제2 내부 터미널 사이에 존재하는 빈 공간의 모양 및/또는 크기 등에 대응하도록 형성될 수 있다.
제2 충진 부재(720)는, 셀 과열 또는 셀 폭발 시, 셀의 화재를 진압하기 위한 소화 물질(723)을 포함할 수 있다. 상기 소화 물질(723)로는 중탄산나트륨(NaHCO3), 중탄산칼륨(KHCO3), 제1인산암모늄(NH4H2PO4) 등이 사용될 수 있으며, 반드시 이에 제한되지는 않는다.
제2 충진 부재(720)는 소화 물질(723)을 포함하기 위한 제2 내부 공간(721)을 마련할 수 있다. 이때, 상기 제2 내부 공간(721)은, 셀 과열 또는 셀 폭발 시, 소화 물질의 분사 효과를 증대시키기 위해 진공 상태로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제2 내부 공간(721)은 제2 충진 부재(720)와 동일한 형상으로 형성될 수 있다.
제1 및 제2 충진 부재(710, 720)는 셀 내부의 온도를 감지할 수 있는 온도 센서를 포함할 수 있다. 상기 온도 센서에 의해 미리 설정된 온도가 감지되면, 상기 제1 및 제2 충진 부재가 일차적으로 폭발하여 소화 물질이 배출되는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 실시 예에서는, 상기 제1 및 제2 충진 부재가 소화 물질을 포함하는 것을 예시하고 있으나 이를 제한하지는 않는다. 따라서, 상기 제1 및 제2 충진 부재는 상기 소화 물질 대신, 셀 내부의 온도를 유지 또는 감소시키기 위한 흡열 물질을 포함할 수도 있다. 상기 흡열 물질로는 열전도율이 우수한 물질이 사용될 수 있다.
이상에서 본 발명의 다양한 실시 예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 에너지 저장장치 110: 바디 케이스
120: 상부 케이스 130: 안전변
140: 베어셀 150: 제1 내부 터미널
160: 제2 내부 터미널 170: 절연부재
180: 제1 충진 부재 190: 제2 충진 부재
120: 상부 케이스 130: 안전변
140: 베어셀 150: 제1 내부 터미널
160: 제2 내부 터미널 170: 절연부재
180: 제1 충진 부재 190: 제2 충진 부재
Claims (13)
- 베어셀이 수용되는 바디 케이스;
상기 바디 케이스의 상부에 끼워져서 개방부가 밀폐되도록 결합되고, 원형의 외주를 가지는 상부 케이스;
상기 바디 케이스 내에서 상기 베어셀의 음극전극에 대면하여 배치되는 제1 내부 터미널;
상기 바디 케이스 내에서 상기 베어셀의 양극전극에 대면하여 배치되는 제2 내부 터미널; 및
상기 바디 케이스의 하면과 상기 제2 내부 터미널 사이의 빈 공간에 배치되어, 상기 베어셀에 존재하는 전해액의 이탈을 방지하는 제1 충진 부재를 포함하되,
상기 제1 충진 부재는 셀 내부의 압력 변화에 따라 부피가 가변하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치. - 제1항에 있어서,
상기 상부 케이스의 하면과 상기 제1 내부 터미널 사이의 빈 공간에 배치되어, 상기 베어셀에 존재하는 전해액의 이탈을 방지하는 제2 충진 부재를 더 포함하는 에너지 저장장치. - 제2항에 있어서,
상기 제2 충진 부재는, 상기 상부 케이스의 하면과 상기 제1 내부 터미널 사이에 존재하는 빈 공간의 모양 및 크기 중 적어도 하나에 대응하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1 충진 부재는, 상기 바디 케이스의 하면과 상기 제2 내부 터미널 사이에 존재하는 빈 공간의 모양 및 크기 중 적어도 하나에 대응하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치. - 제2항에 있어서,
상기 제2 충진 부재는 상기 제1 충진 부재와 동일한 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치. - 제2항에 있어서,
상기 제2 충진 부재는, 셀 내부의 압력 변화에 따라 부피가 가변하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치. - 제2항에 있어서,
상기 제1 및 제2 충진 부재는 상기 전해액에 용해되지 않는 합성 고무 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치. - 제2항에 있어서,
상기 제1 및 제2 충진 부재는, 셀 과열 또는 셀 폭발 시, 셀의 화재를 진압하기 위한 소화 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치. - 제8항에 있어서,
상기 제1 및 제2 충진 부재는, 상기 소화 물질을 포함하기 위한 내부 공간을 구비하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치. - 제9항에 있어서,
상기 내부 공간은 진공 상태로 형성되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치. - 제8항에 있어서,
상기 제1 및 제2 충진 부재는, 셀 내부의 온도를 감지할 수 있는 온도 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치. - 제11항에 있어서,
상기 온도 센서에 의해 미리 설정된 온도가 감지되면, 상기 제1 및 제2 충진 부재가 일차적으로 폭발하여 상기 소화 물질이 배출되는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치. - 제2항에 있어서,
상기 제1 및 제2 충진 부재는, 셀 과열 또는 셀 폭발 시, 셀 내부의 온도를 감소하기 위한 흡열 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 저장장치.
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| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |