KR20140026509A - 축전 모듈 - Google Patents

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KR20140026509A
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가즈히로 오하시
토모히로 오시마
켄지 난사카
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제이에무에나지 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명에 관한 축전 모듈 (100)은, 전극 단자 (16)을 갖는 축전 셀 (10)이 복수 적층된 축전 모듈 (100)이며, 복수의 전극 단자 (16)을 전기적으로 접속하는 버스 바 (40)과, 버스 바 (40)에 고정된 도전 부재 (50)과, 복수의 축전 셀 (10)의 전압을 검출하는 검출부와, 검출부와 전기적으로 접속된 배선부 및 배선부와 접속된 패드부가 형성된 배선 기판 (60)을 포함하고, 도전 부재 (50)은 패드부와 접촉하고 있다.

Description

축전 모듈{ELECTRICITY STORAGE MODULE}
본 발명은 축전 모듈에 관한 것이다.
예를 들면 복수의 전지 셀을 직렬로 접속하고, 고출력화를 도모한 적층형의 조전지(assembled battery)가 알려져 있다(일본 특허 공개 제2011-23179호 참조).
이러한 적층형의 조전지에서는, 복수의 전지 셀의 온도차 등에 의해 방전시에 복수의 전지 셀의 출력 전압이 상이한 경우가 있다. 그 때문에, 조전지에는 전지 셀 각각의 출력 전압을 검출하는 검출부가 탑재되어 있다. 검출부는, 예를 들면 와이어 하니스를 통해 복수의 전지 셀의 전극 단자와 전기적으로 접속되어 있다.
그러나, 와이어 하니스를 복수의 전지 셀의 전극 단자에 접속할 때에 예를 들면 전지 셀 하나하나에 대하여 와이어 하니스를 접속시켜야 하며, 작업적인 부하가 커지는 경우가 있었다. 특히, 최근의 고용량화 및 고출력화의 요구에 따라 전지 셀의 적층수를 증가시킬 필요가 있으며, 한층 더 작업적인 부하가 커질 것으로 예상된다.
또한, 와이어 하니스에 의한 접속에서는, 예를 들면 외부 충격에 의해 와이어 하니스의 전선부가 단선되는 경우가 있었다. 또한, 와이어 하니스의 전선부를 피복하는 절연부가 박리되고, 노출된 전선부에 도전성 부재가 접촉함으로써 단락되는 경우가 있었다. 그 결과, 축전 모듈의 신뢰성이 저하되는 경우가 있었다.
본 발명의 몇 개의 형태에 관한 목적 중 하나는, 축전 셀의 전극 단자와 검출부의 전기적인 접속이 간편하고, 높은 신뢰성을 갖는 축전 모듈을 제공하는 것에 있다.
본 발명은 상술한 과제 중 적어도 일부를 해결하기 위해 이루어진 것이며, 이하의 형태 또는 적용예로서 실현될 수 있다.
[적용예 1]
본 발명에 관한 축전 모듈의 한 형태는,
전극 단자를 갖는 축전 셀이 복수 적층된 축전 모듈이며,
복수의 상기 전극 단자를 전기적으로 접속하는 버스 바와,
상기 버스 바에 고정된 도전 부재와,
복수의 상기 축전 셀의 전압을 검출하는 검출부와,
상기 검출부와 전기적으로 접속된 배선부 및 상기 배선부와 접속된 패드부가 형성된 배선 기판
을 포함하고,
상기 도전 부재는 상기 패드부와 접촉하고 있다.
또한, 본 발명에 관한 기재에서는, 「전기적으로 접속」이라는 어구를, 예를 들면 「특정한 부재(이하 「A 부재」라 함)에 「전기적으로 접속」된 다른 특정한 부재(이하 「B 부재」라 함)」 등으로 사용하고 있다. 본 발명에 관한 기재에서는, 이 예와 같은 경우에 A 부재와 B 부재가 직접 접하여 전기적으로 접속되어 있는 경우와, A 부재와 B 부재가 다른 부재를 통해 전기적으로 접속되어 있는 경우가 포함되는 것으로서, 「전기적으로 접속」이라는 어구를 사용하고 있다.
[적용예 2]
적용예 1에 있어서, 상기 도전 부재는 탄성 부재일 수도 있다.
[적용예 3]
적용예 2에 있어서, 상기 도전 부재는
상기 버스 바에 접속된 제1 부분과,
상기 제1 부분에 지지되어, 상기 패드부와 접촉하고 있는 제2 부분
을 갖고,
상기 제2 부분은 상기 제1 부분에 접근함에 따라 폭이 넓어지는 테이퍼상일 수도 있다.
[적용예 4]
적용예 1 내지 3 중 어느 일례에 있어서, 상기 버스 바는 복수의 상기 전극 단자를 직렬로 접속하고 있을 수도 있다.
[적용예 5]
적용예 1 내지 4 중 어느 일례에 있어서, 인접하는 상기 축전 셀의 사이에 설치된 세퍼레이터를 더 포함할 수도 있다.
[적용예 6]
적용예 1 내지 5 중 어느 일례에 있어서, 상기 배선 기판은 복수의 상기 축전 셀의 적층 방향으로 연장되어 있을 수도 있다.
[적용예 7]
적용예 1 내지 6 중 어느 일례에 있어서, 상기 축전 셀은 리튬 이온 캐패시터일 수도 있다.
본 발명에 관한 축전 모듈에 따르면, 버스 바에 고정된 도전 부재는 배선 기판에 형성된 패드부와 접촉하고 있다. 패드부는, 배선 기판에 형성된 배선부를 통해 검출부와 전기적으로 접속되어 있다. 이에 따라, 검출부는 축전 셀의 전극 단자와 전기적으로 접속될 수 있다. 이와 같이, 본 발명에 관한 축전 모듈에서는, 와이어 하니스를 사용하지 않고 간편하게 전극 단자와 검출부를 전기적으로 접속할 수 있다.
또한, 와이어 하니스는, 예를 들면 전선부가 단선되거나 전선부를 피복하는 절연부가 박리되는 경우가 있지만, 본 발명에 관한 축전 모듈에서는 와이어 하니스를 사용하고 있지 않기 때문에 이러한 문제를 피할 수 있으며, 높은 신뢰성을 가질 수 있다.
도 1은, 본 실시 형태에 관한 축전 모듈을 모식적으로 도시하는 사시도이다.
도 2는, 본 실시 형태에 관한 축전 모듈을 모식적으로 도시하는 분해 사시도이다.
도 3은, 본 실시 형태에 관한 축전 모듈의 일부를 모식적으로 도시하는 분해 사시도이다.
도 4는, 본 실시 형태에 관한 축전 모듈의 일부를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 5는, 본 실시 형태에 관한 축전 모듈의 일부를 모식적으로 도시하는 분해 사시도이다.
도 6은, 본 실시 형태에 관한 축전 모듈의 일부를 모식적으로 도시하는 사시도이다.
도 7은, 본 실시 형태에 관한 축전 모듈의 일부를 모식적으로 도시하는 사시도이다.
도 8a는, 본 실시 형태에 관한 축전 모듈의 일부를 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 8b는, 본 실시 형태에 관한 축전 모듈의 일부를 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 9a는, 본 실시 형태에 관한 축전 모듈의 일부를 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 9b는, 본 실시 형태에 관한 축전 모듈의 일부를 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 10은, 본 실시 형태에 관한 축전 모듈의 일부를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 11은, 본 실시 형태에 관한 축전 모듈의 일부를 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 12는, 본 실시 형태에 관한 축전 모듈의 일부를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 13은, 본 실시 형태에 관한 축전 모듈의 일부를 모식적으로 도시하는 분해 사시도이다.
이하, 본 발명의 적합한 실시 형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.
1. 축전 모듈
본 실시 형태에 관한 축전 모듈에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1은, 본 실시 형태에 관한 축전 모듈 (100)을 모식적으로 도시하는 사시도이다. 도 2는, 본 실시 형태에 관한 축전 모듈 (100)을 모식적으로 도시하는 분해 사시도이다. 도 3은, 본 실시 형태에 관한 축전 모듈 (100)의 일부를 모식적으로 도시하는 분해 사시도이다. 도 4는, 본 실시 형태에 관한 축전 모듈 (100)의 일부를 모식적으로 도시하는 도면이며, 도 1의 IV 화살표 방향으로부터 본 도면이다. 도 5는, 본 실시 형태에 관한 축전 모듈 (100)의 일부를 모식적으로 도시하는 분해 사시도이다.
축전 모듈 (100)은, 도 1 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 축전 셀 (10)과 버스 바 (40)과 도전 부재 (50)과 배선 기판 (60)과 검출부 (70)을 포함한다. 또한, 축전 모듈 (100)은, 세퍼레이터 (20)과 검출부 수용 부재 (74), (76)과 베이스 부재 (80)과 셀 고정 부재 (81)과 모듈 단자 (90), (92)를 가질 수 있다.
또한, 편의상, 도 1에서는 배선 기판 (60) 중 하나를 생략하고 있다. 또한, 편의상, 도 3에서는 2개의 축전 셀 (10)에 대응하는 구성을 도시하고, 도 4에서는 3개의 축전 셀 (10)에 대응하는 구성을 도시하고, 도 5에서는 2개의 축전 셀 (10) 및 베이스 부재 (80)에 대응하는 구성을 도시하고 있다.
축전 모듈 (100)은, 축전 셀 (10)을 세퍼레이터 (20)을 통해 Z축 방향으로 복수 적층한 구성을 가질 수 있다. 축전 셀 (10)의 수는 특별히 한정되지 않으며, 축전 모듈 (100)의 용도에 따라 적절히 변경할 수 있다. 축전 셀 (10)의 형태로서는, 리튬 이온 캐패시터, 이차 전지, 전기 이중층 캐패시터 등을 예시할 수 있다.
축전 셀 (10)이 리튬 이온 캐패시터인 경우, 축전 셀 (10)은 정극 활성 물질로서 예를 들면 활성탄, 방향족계 축합 중합체의 열처리물인 폴리아센계 물질(PAS)을 사용할 수 있다. 또한, 축전 셀 (10)은, 부극 활성 물질로서 예를 들면 흑연(그래파이트), 난흑연화 탄소(하드 카본)를 사용할 수 있다. 또한, 리튬 이온을 부극에 도핑(「프리 도핑(pre doping)」이라고도 할 수 있음)함으로써, 부극의 전위를 낮출 수 있다. 이에 따라, 에너지 밀도를 크게 할 수 있다.
축전 셀 (10)은, 도 3에 도시한 바와 같이 외장체 (12)와, 전극 단자 (16)(정극 단자 (16a), 부극 단자 (16b))을 가질 수 있다.
외장체 (12)는 도시하지 않았지만, 정극, 부극 및 전해액을 수용하고 있다. 외장체 (12)의 형상은, 정극, 부극 및 전해액을 수용할 수 있으면 특별히 한정되지 않는다. 도시한 예에서는, 외장체 (12)는 외장캔 (13)과, 밀봉판 (14)를 갖고 있다.
외장캔 (13)은, 그의 두께(Z축 방향의 길이)를 가로 폭(Y축 방향의 길이) 및 세로 폭(X축 방향의 길이)보다 작게 하고, 네 구석의 코너부를 모따기한 대략 상자형의 형상을 가질 수 있다. 외장캔 (13)의 평면 형상(Z축 방향으로부터 본 형상)은, 예를 들면 Y축 방향에 따른 장변과, X축 방향에 따른 단변을 갖는 직사각형이다. 외장캔 (13)의 재질로서는, 예를 들면 알루미늄, 스테인리스, 철을 들 수 있다. 도시하지 않았지만, 외장캔 (13)은 원통형일 수도 있다.
밀봉판 (14)는, 외장캔 (13)의 개구를 밀봉할 수 있다. 이에 따라, 정극, 부극 및 전해액을 외장체 (12) 내에 밀폐할 수 있다. 밀봉판 (14)의 형상은, 외장캔 (13)의 개구를 밀봉할 수 있으면 특별히 한정되지 않는다. 밀봉판 (14)의 재질로서는, 예를 들면 알루미늄, 스테인리스, 철을 들 수 있다.
또한, 도시하지 않았지만, 외장체 (12) 내에 수용되는 정극 및 부극은 세퍼레이터를 통해 시트상의 정극 및 부극을 겹쳐서 적층 시트를 형성하며, 상기 적층 시트를 권회시켜 이루어지는 권회형일 수도 있고, 세퍼레이터를 통해 시트상의 정극 및 부극을 여러번 겹쳐서 이루어지는 적층형일 수도 있다.
정극 단자 (16a)는, 도 3에 도시한 바와 같이 밀봉판 (14)에 설치되어 있다.정극 단자 (16a)의 형상은 특별히 한정되지 않지만, 도시한 예에서는 볼트 형상이다. 정극 단자 (16a)의 재질로서는, 예를 들면 알루미늄을 들 수 있다. 정극 단자 (16a)는, 외장체 (12) 내의 정극과 전기적으로 접속되어 있다.
부극 단자 (16b)는 밀봉판 (14)에 설치되어 있다. 부극 단자 (16b)의 형상은 특별히 한정되지 않지만, 도시한 예에서는 볼트 형상이다. 부극 단자 (16b)의 재질로서는, 예를 들면 구리, 니켈을 들 수 있다. 부극 단자 (16b)는, 외장체 (12) 내의 부극과 전기적으로 접속되어 있다.
인접하는 축전 셀 (10) 중, 한쪽 축전 셀 (10a)의 정극 단자 (16a)의 Z축 방향(축전 셀 (10)의 적층 방향)에는, 다른쪽 축전 셀 (10b)의 부극 단자 (16b)가 위치하고 있다. 이에 따라, 복수의 축전 셀 (10)을 용이하게 직렬로 접속할 수 있다.
밀봉판 (14)에는 안전 밸브 (18)이 설치되어 있다. 안전 밸브 (18)은, 정극 단자 (16a)와 부극 단자 (16b) 사이에 배치되어 있다. 도시한 예에서는, 안전 밸브 (18)은 밀봉판 (14)의 중앙에 배치되어 있다. 안전 밸브 (18)은, 외장체 (12) 내의 압력이 소정값 이상으로 상승한 경우에 개방 밸브되어, 외장체 (12) 내의 가스를 방출할 수 있다. 안전 밸브 (18)의 개방 밸브에 의해, 외장체 (12) 내의 압력 상승을 억제할 수 있다.
세퍼레이터 (20)은, 도 3에 도시한 바와 같이 인접하는 축전 셀 (10)의 사이에 설치되어 있다. 세퍼레이터 (20)의 재질은, 예를 들면 플라스틱 등의 수지이다. 세퍼레이터 (20)은, 인접하는 축전 셀 (10)을 전기적 및 열적으로 절연할 수 있다.
세퍼레이터 (20)은, 축전 셀 (10)을 지지하는 셀 지지부 (22)와, 셀 지지부 (22)의 주위에 설치된 측벽부 (30)을 가질 수 있다. 셀 지지부 (22)의 평면 형상은, 예를 들면 Y축 방향에 따른 장변과, X축 방향에 따른 단변을 갖는 직사각형이다. 셀 지지부 (22)의 단면 형상(YZ 평면의 형상)은, 볼록부 (24)와 오목부 (26)을 갖는 요철상이다.
볼록부 (24)는, 외장체 (12)와 접할 수 있다. 셀 지지부 (22)는, 볼록부 (24)에 있어서 축전 셀 (10)을 지지할 수 있다. 오목부 (26)은, 예를 들면 X축 방향에 따라 연장되어 있다. 오목부 (26)은, 예를 들면 Y축 방향에 있어서 일정한 간격으로 배치되어 있다.
볼록부 (24) 및 오목부 (26)의 수는 특별히 한정되지 않는다. 볼록부 (24) 및 오목부 (26)은 표리 일체의 관계에 있다. 즉, 인접하는 축전 셀 (10) 중 한쪽 축전 셀 (10a)와 접하는 볼록부 (24)는, 다른쪽 축전 셀 (10b)에 있어서 오목부가 될 수 있다. 마찬가지로, 다른쪽 축전 셀 (10b)과 접하는 볼록부는, 한쪽 축전 셀 (10a)에서 오목부 (26)이 될 수 있다.
측벽부 (30)은, 셀 지지부 (22)의 주위에 설치되어 있다. 측벽부 (30)은, 셀 지지부 (22)보다 Z축 방향으로 연장되어 있다. 측벽부 (30)은 제1 측벽부 (31)과, 제2 측벽부 (32)와, 제3 측벽부 (33)과, 제4 측벽부 (34)를 가질 수 있다.
제1 측벽부 (31)은, 예를 들면 지지부 (22)의 장변 방향(Y축 방향)에 따라 설치되어 있다. 제1 측벽부 (31)에는, 단자 (16a), (16b)가 배치되는 개구부 (35)가 형성되어 있다. 단자 (16a), (16b)는 개구부 (35)를 통과하여 세퍼레이터 (20)의 외부로 돌출될 수 있다.
도시한 예에서는, 개구부 (35)에는 돌출부 (28)이 더 배치되어 있다. 돌출부 (28)은, 평면으로 봐서 예를 들면 직사각형의 셀 지지부 (22)로부터 단자 (16a), (16b)의 연장 방향(+X 방향)으로 돌출되어 있다. 돌출부 (28)은, 도 3에 도시한 바와 같이 셀 지지부 (22)와 일체적으로 형성되어 있을 수도 있다. 돌출부 (28)은, 인접하는 축전 셀 (10) 중 한쪽 축전 셀 (10a)의 단자 (16a), (16b)와, 다른쪽 축전 셀 (10b)의 단자 (16a), (16b) 사이에 위치하고 있다. 이에 따라, 예를 들면 축전 모듈의 조립 작업시에 너트 등의 오낙하(誤落下)가 발생한 경우, 한쪽 축전 셀 (10a)의 단자 (16a), (16b)와, 다른쪽 축전 셀 (10b)의 단자 (16a), (16b)가 단락되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 절연을 확보하기 위해 인접하는 축전 셀 사이의 거리를 크게 할 필요가 없기 때문에, 인접하는 축전 셀 (10) 사이의 거리를 좁힐 수 있다. 그 때문에, 축전 모듈 (100)의 콤팩트화를 도모할 수 있다.
제1 측벽부 (31)에는, 예를 들면 축전 셀 (10)의 적층 방향(Z축 방향)에 따라 슬릿부 (36)이 형성되어 있다. 슬릿부 (36)에는 배선 기판 (60)이 삽입될 수 있다. 도 2에 도시한 바와 같이, 배선 기판 (60)을 슬릿부 (36)에 따라 Z축 방향으로 이동시켜, 도 1에 도시한 바와 같이 배선 기판 (60)을 고정할 수 있다.
제1 측벽부 (31)은, 도 3에 도시한 바와 같이 노치부 (37)이 형성되어 있다. 노치부 (37)은, 축전 셀 (10)의 안전 밸브 (18)과 대응하는 위치에 형성되어 있다. 안전 밸브 (18)로부터 가스가 방출된 경우, 가스는 노치부 (37)을 통과하여 외부로 배출될 수 있다.
제2 측벽부 (32)는, 예를 들면 셀 지지부 (22)의 장변 방향(Y축 방향)에 따라 설치되어 있다. 제2 측벽부 (32)는, 제1 측벽부 (31)과 대향 배치되어 있을 수도 있다. 제1 측벽부 (31) 및 제2 측벽부 (32)에는, 예를 들면 관통 구멍 (38)이 형성되어 있다. 보다 구체적으로는, 관통 구멍 (38)은 오목부 (26)의 연장 위에 형성되어 있다. 관통 구멍 (38)은, 측벽부 (31), (32)를 X축 방향으로 관통하고 있다. 제1 측벽부 (31)에 형성된 관통 구멍 (38)과, 제2 측벽부 (32)에 형성된 관통 구멍 (38)은 대향 배치되어 있을 수도 있다. 관통 구멍 (38)의 형상 및 수는 특별히 한정되지 않는다. 관통 구멍 (38) 및 오목부 (26)은 통기 구멍으로서 기능할 수 있으며, 축전 셀 (10)의 방열성을 향상시킬 수 있다.
또한, 도시하지 않았지만, 축전 모듈 (100)은 관통 구멍 (38) 및 오목부 (26)에 의해 형성되는 통기 구멍에 송풍하기 위한 냉각 팬을 구비하고 있을 수도 있다. 또한, 오목부 (26)에 단열재를 배치할 수도 있다.
제3 측벽부 (33) 및 제4 측벽부 (34)는, 예를 들면 셀 지지부 (22)의 단변 방향(X축 방향)에 따라 설치되어 있다. 제3 측벽부 (33) 및 제4 측벽부 (34)는, 제1 측벽부 (31) 및 제2 측벽부 (32)와 접속하고 있다. 제3 측벽부 (33) 및 제4 측벽부 (34)는 서로 대향 배치되어 있을 수도 있다.
도 6은, 버스 바 (40)을 모식적으로 도시하는 사시도이다. 버스 바 (40)은, 복수의 단자 (16a), (16b)를 전기적으로 접속하고 있다. 보다 구체적으로는, 버스 바 (40)은 복수의 축전 셀 (10)을 직렬로 접속하고 있다. 즉, 버스 바 (40)은, 인접하는 축전 셀 (10) 중 한쪽 축전 셀 (10)의 정극 단자 (16a)와, 다른쪽 축전 셀 (10)의 부극 단자 (16b)를 전기적으로 접속하고 있다. 이에 따라, 축전 모듈 (100)의 고출력화를 도모할 수 있다. 또한, 도시하지 않았지만, 버스 바 (40)은 복수의 축전 셀 (10)을 병렬로 접속하고 있을 수도 있다.
버스 바 (40)의 재질로서는, 예를 들면 구리계의 금속, 알루미늄계의 금속을 들 수 있다. 특히 구리계의 금속은 도전율이 높기 때문에 적합하게 사용될 수 있다. 또한, 니켈이나 금 등의 금속으로 도금을 실시함으로써, 접촉 저항을 감소시킬 수 있다. 니켈계의 금속은, 전해 부식 대책으로서도 유효하다. 또한, 버스 바 (40)의 재질은 철이나 합금 등일 수도 있다.
버스 바 (40)의 형상은, 복수의 단자 (16a), (16b)를 전기적으로 접속할 수 있으면 특별히 한정되지 않는다. 버스 바 (40)은, 도 6에 도시한 바와 같이 단자 (16a), (16b)에 접속되는 단자 접속부 (42)와, 도전 부재 (50)에 접속되는 도전 부재 접속부 (46)을 가질 수 있다.
단자 접속부 (42)에는 제1 관통 구멍 (43)이 형성되어 있다. 제1 관통 구멍 (43)은, 단자 접속부 (42)를 X축 방향으로 관통하고 있다. 제1 관통 구멍 (43)은, 단자 (16a), (16b)에 대응하는 위치에 형성되어 있다. 제1 관통 구멍 (43)에 단자 (16a), (16b)를 통과시키도록 버스 바 (40)을 배치하고, 너트 (19)를 단자 (16a), (16b)에 나사 결합함으로써(도 5 참조) 버스 바 (40)을 고정할 수 있다. 제1 관통 구멍 (43)의 형상은, 단자 (16a), (16b)를 통과시킬 수 있으면 특별히 한정되지 않지만, 도시한 예에서는 원형이다.
또한, 도시하지 않았지만, 버스 바 (40)과 너트 (19) 사이에 금속성의 와셔(washer)를 설치할 수도 있다. 이에 따라, 축전 셀 (10)의 방열성을 향상시킬 수 있다.
단자 접속부 (42)에는, 도 6에 도시한 바와 같이 예를 들면 제2 관통 구멍 (44)가 형성되어 있다. 제2 관통 구멍 (44)는, 단자 접속 부 (42)를 X축 방향으로 관통하고 있다. 제2 관통 구멍 (44)는, 2개의 제1 관통 구멍 (43)의 사이에 형성되어 있다. 세퍼레이터 (20)의 돌출부 (28)은 도 5에 도시한 바와 같이, 제2 관통 구멍 (44)를 통과하여 단자 (16a), (16b) 사이에 배치될 수 있다. 제2 관통 구멍 (44)의 형상은, 돌출부 (28)을 통과시킬 수 있으면 특별히 한정되지 않는다. 단자 접속부 (42)는, 도 6에 도시한 바와 같이 제2 관통 구멍 (44)에 의해 정극 단자 (16a)에 접속되는 정극 단자 접속부 (42a)와, 부극 단자 (16b)에 접속되는 부극 단자 접속부 (42b)로 구획될 수 있다.
도전 부재 접속부 (46)은, 예를 들면 단자 접속부 (42)의 주위에 단자 접속부 (42)와 직교하여 설치되어 있다. 도시한 예에서는, 도전 부재 접속부 (46)은 2개 설치되고, 2개의 도전 부재 접속부 (46)은 서로 대향 배치되어 있다. 도전 부재 접속부 (46)에는, 예를 들면 제3 관통 구멍 (47)이 형성되어 있다. 제3 관통 구멍 (47)은, 도전 부재 접속부 (46)을 Y축 방향으로 관통하고 있다. 제3 관통 구멍 (47)과, 도전 부재 (50)의 관통 구멍 (54)(도 5 및 도 7 참조)가 일치하도록 버스 바 (40) 및 도전성 부재 (50)을 배치하고, 관통 구멍 (47), (54)에 핀 등(도시하지 않음)을 통과시킴으로써 도전 부재 접속부 (46)에 도전 부재 (50)을 고정할 수 있다. 또한, 도시하지 않았지만, 관통 구멍 (54) 대신에 버스 바 (40)측으로 돌기된 볼록상 형상을 설치하고, 상기 볼록상 형상을 제3 관통 구멍 (47)에 감합함으로써 도전 부재 접속부 (46)에 도전 부재 (50)을 고정할 수도 있다. 예를 들면, 도전 부재 (50)이 스프링성을 갖는 경우에는 보다 확실하게 고정될 수 있다.
도 7은, 도전 부재 (50)을 모식적으로 도시하는 사시도이다. 도 8a 및 도 8b는, 도전 부재 (50)을 모식적으로 도시하는 도 7의 VIII-VIII선 단면도(예를 들면 XY 평면의 단면도)이다. 도 9a 및 도 9b는, 도전 부재 (50)을 모식적으로 도시하는 도 7의 IX-IX선 단면도(예를 들면 XZ 평면의 단면도)이다.
또한, 도 8a 및 도 9a에서는, 도전 부재 (50)이 패드부 (62)와 접촉하지 않은 상태를 도시하고, 도 8b 및 도 9b에서는 도전 부재 (50)이 패드부 (62)와 접촉하고 있는 상태를 도시하고 있다. 또한, 편의상, 도 8a, 도 8b, 도 9a 및 도 9b에서는 도전 부재 (50)을 간략화하여 도시하고 있다. 또한, 편의상, 도 8a 및 도 8b에서는 간략화한 버스 바 (40)을 도시하고 있다.
도전 부재 (50)은, 버스 바 (40)의 도전 부재 접속부 (46)에 고정되어 있다. 도전 부재 (50)은 도전성을 갖고, 그의 재질은 예를 들면 구리계의 금속, 알루미늄계의 금속을 들 수 있다. 특히 구리계의 금속은 도전율이 높기 때문에, 적합하게 사용될 수 있다. 또한, 니켈이나 금 등의 금속으로 도금을 실시함으로써, 접촉 저항을 감소시킬 수 있다. 니켈계의 금속은, 전해 부식 대책으로서도 유효하다. 도전 부재 (50)은, 도 7, 도 8a, 도 8b, 도 9a 및 도 9b에 도시한 바와 같이 제1 부분 (51)과 제2 부분 (57)을 가질 수 있다.
제1 부분 (51)은, 고정부 (52)와 지지부 (53)과 접합부 (56)을 가질 수 있다. 고정부 (52)는, 지지부 (53)의 경계에 접속되어 있다. 고정부 (52)는, 버스 바 (40)의 도전 부재 접속부 (46)과 대향 배치될 수 있다. 고정부 (52)에는, 버스 바 (40)에 고정되기 위한 관통 구멍 (54)가 형성되어 있다. 고정부 (52)는 버스 바 (40)에 고정될 수 있고, 이에 따라 제1 부분 (51)은 버스 바 (40)에 접속될 수 있다.
지지부 (53)에는, 예를 들면 슬릿 (55)가 형성되어 있다. 슬릿 (55)의 형상에 따라 도전 부재 (50)의 탄성력을 조절할 수 있다. 지지부 (53)은, 제2 부분 (57)을 지지할 수 있다.
접합부 (56)은 지지부 (53)의 경계에 접속되어 있다. 접합부 (56)에 의해 슬릿 (55)가 형성된 경우에도, 지지부 (53)은 그의 외형을 유지할 수 있다.
제2 부분 (57)은, 제1 부분 (51)에 지지되어 있다. 제2 부분 (57)은, 배선 기판 (60)에 형성된 패드부 (62)(상세는 도 12 참조)와 접촉할 수 있다. 제2 부분 (57)은, 도 9a 및 도 9b에 도시한 바와 같이 제1 부분 (51)에 접근함에 따라 폭(Z축 방향의 길이)이 넓어지는 테이퍼 형상을 가질 수 있다. 그 때문에, 축전 셀 (10)을 복수 적층시킨 후, 세퍼레이터 (20)의 슬릿부 (36)에 따라 배선 기판 (60)을 Z축 방향으로 이동시킬 때에(도 2 참조) 원활하게 배선 기판 (60)을 이동시킬 수 있다. 예를 들면, 테이퍼 형상을 갖지 않는 도전 부재에서는, 배선 기판을 이동시킬 때에 배선 기판이 도전 부재에 걸려 원활하게 이동시킬 수 없는 경우가 있다. 또한, 제2 부분 (57)은, 도 8a 및 도 8b에 도시한 바와 같이 제1 부분 (51)에 접근함에 따라 Z축 방향의 길이뿐만 아니라 Y축 방향의 길이도 길어지는 테이퍼 형상을 가질 수도 있다.
지지부 (53)은, 도 8b 및 도 9b에 도시한 바와 같이 제2 부분 (57)이 패드부 (62)와 접촉함으로써, -X 방향의 힘을 받아 굴곡될 수 있다. 그 때문에, 지지부 (53)은 제2 부분 (57)을 패드부 (62)측으로(+X 방향으로) 가압할 수 있다. 즉, 도전 부재 (50)은 탄성 부재일 수 있다. 이에 따라, 도전 부재 (50)과 패드부 (62)의 접촉 압력을 크게 할 수 있으며, 도전 부재 (50)과 패드부 (62)의 접촉 저항이 변화되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 도전 부재 (50)과 패드부 (62)의 확실한 전기적 접속을 확보할 수 있다. 또한, 도전 부재 (50)과 패드부 (62)를 전기적으로 접속한 후, 배선 기판 (60), 패드부 (62) 및 도전 부재 (50)에 관통 구멍을 미리 형성해두고, 각 관통 구멍이 일치하는 위치에서 비스(vis)나 나사 등으로 고정화하는 것도 가능하다.
또한, 도전 부재 (50)은, 제2 부분 (57)(패드부 (62)와의 접촉하는 부분)을 패드부 (62)측으로 가압할 수 있으면, 그의 형상은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 도 10 및 도 11에 도시한 바와 같이 변형예에 관한 도전 부재 (150)으로서, 버스 바 (40)에 접속되는 제1 부분 (151)과, 슬릿 (155)를 통해 제1 부분 (151)과 이격되는 제2 부분 (157)과, 제1 부분 (151)과 제2 부분 (157)을 접속하는 제3 부분 (158)을 가질 수도 있다. 제2 부분 (157)은, 제1 부분 (151)보다도 패드부 (62)측에 배치될 수 있고, 패드부 (62)와 접촉할 수 있다. 또한, 도시하지 않았지만, 제2 부분 (157)이 Y축에 따라 연장되는 하나 이상의 슬릿을 가질 수도 있다. 이에 따라, 도전 부재 (50)은 보다 탄성 부재로서의 유연성을 발휘하는 것이 가능해지고, 배선 기판 (60)을 원활하게 이동시킬 수 있다. 또한, 도 10은, 변형예에 관한 도전 부재 (150)을 모식적으로 도시하는 도면이다. 도 11은, 변형예에 관한 도전 부재 (150)을 모식적으로 도시하는 도 10의 XI-XI선 단면도이다.
또한, 버스 바 (40)과 패드부 (62)를 전기적으로 접속할 수 있으면 도전 부재 (50)은 탄성 부재로 한정되지 않고, 예를 들면 도전성의 시일(seal)일 수도 있다.
배선 기판 (60)은, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 판상의 형상을 가질 수 있다. 배선 기판 (60)은, 복수의 축전 셀 (10)의 적층 방향(Z축 방향)으로 연장되어 있다. 배선 기판 (60)은 2개 설치될 수 있고, 단자 (16a), (16b), 버스 바 (40) 및 도전 부재 (50)을 덮을 수 있다. 이에 따라, 단자 (16a), (16b) 등이 예를 들면 외부의 부재(도시하지 않음)에 접촉하여, 단락되는 것을 억제할 수 있다.
여기서, 도 12는 배선 기판 (60)의 도전 부재 (50)과 대향하는 대향면 (61)측을 모식적으로 도시하는 도면이다. 배선 기판 (60)의 대향면 (61)에는, 도 12에 도시한 바와 같이 패드부 (62)와 배선부 (64)가 형성되어 있다.
패드부 (62)는, 도전 부재 (50)의 수에 대응하여 복수 형성되어 있다. 복수의 패드부 (62)는 서로 전기적으로 분리되어 있다. 복수의 패드부 (62)는, 예를 들면 도전 부재 (50) 사이의 거리와 동일한 간격을 유지하여, Z축 방향으로 배열되어 있다. 패드부 (62)의 형상은 특별히 한정되지 않지만, 도시한 예에서는 원형이다. 패드부 (62)는 도전성을 갖고, 그의 재질은 예를 들면 알루미늄, 스테인리스, 구리, 니켈 도금 또는 금 도금이 실시된 금속이다. 패드부 (62)는, 도전 부재 (50)과 접촉할 수 있다.
배선부 (64)는, 패드부 (62)와 접속되어 있다. 배선부 (64)는, 패드부 (62)의 수에 대응하여 복수 형성되어 있다. 복수의 배선부 (64)는 서로 전기적으로 분리되어 있다. 배선부 (64)는 도전성을 갖고, 그의 재질은 예를 들면 구리이다. 복수의 배선부 (64)는, 예를 들면 배선 기판 (60)에 형성된 커넥터부 (66)을 통해 도 2에 도시하는 검출부 (70)과 전기적으로 접속되어 있다. 이에 따라, 축전 셀 (10)의 단자 (16a), (16b)와 검출부 (70)을 전기적으로 접속할 수 있다.
또한, 도시하지 않았지만, 배선부 (64)는 대향면 (61)이 아니고, 배선 기판 (60) 내부에 형성되어 있을 수도 있다. 또한, 편의상, 도 12에서는 커넥터부 (66)을 간략화하여 도시하고 있다.
검출부 (70)은, 도 2에 도시한 바와 같이 예를 들면 회로 기판 (71)에 형성되어 있다. 검출부 (70)은, 예를 들면 IC로 구성되어 있다. 회로 기판 (71)에는, 도 2에 도시한 바와 같이 예를 들면 커넥터부 (66)에 접속하는 커넥터 접속부 (72)가 형성되어 있고, 검출부 (70)과 커넥터 접속부 (72)는 전기적으로 접속되어 있다. 검출부 (70)은, 복수의 축전 셀 (10) 각각의 출력 전압을 검출할 수 있다. 회로 기판 (71)에는, 검출된 축전 셀 (10)의 출력 전압이 정상인지의 여부를 판단하여, 출력 전압이 정상이지 않은 것으로 판단되었을 때에 상기 출력 전압을 회복시키기 위해 제어부가 더 설치되어 있을 수도 있다.
제1 검출부 수용 부재 (74)는, 검출부 (70)이 형성된 회로 기판 (71)을 지지하고 있다. 제1 검출부 수용 부재 (74)는, 적층된 축전 셀 (10)의 상측에 설치되어 있다. 제1 검출부 수용 부재 (74)는, 상자형의 형상을 가질 수 있다. 제1 검출부 수용 부재 (74)의 개구를 제2 검출부 수용 부재 (76)으로 덮음으로써, 검출부 수용 부재 (74), (76)에 의해 형성되는 공간 내에 회로 기판 (71)을 수용할 수 있다. 제2 검출부 수용 부재 (76)은, 예를 들면 관통 구멍 (77)에 나사 (78)을 통과시키고, 제1 검출부 수용 부재 (74)에 체결함으로써 고정된다. 검출부 수용 부재 (74), (76)의 재질은, 예를 들면 플라스틱 등의 수지이다.
베이스 부재 (80)은, 적층된 축전 셀 (10)의 하측에 설치되어 있다. 베이스 부재 (80)은, 적층된 축전 셀 (10)을 지지할 수 있다. 베이스 부재 (80)의 재질은, 예를 들면 플라스틱 등의 수지이다.
셀 고정 부재 (81)은, 적층된 축전 셀 (10)의 측방에 설치되어 있다. 보다 구체적으로는, 셀 고정 부재 (81)은 세퍼레이터 (20)의 측벽부 (33), (34)에 설치되어 있다. 셀 고정 부재 (81)의 재질은, 예를 들면 알루미늄, 스테인리스, 철 등의 금속이나, 내열성이 높은 수지 등이지만, 특별히 한정되는 것은 아니다. 여기서, 도 13은 셀 고정 부재 (81)을 모식적으로 도시하는 분해 사시도이며, 도 1 및 도 2는 상이한 각도로부터 본 도면이다.
셀 고정 부재 (81)은, 도 13에 도시한 바와 같이 제1 고정 부재 (82)와, 제2 고정 부재 (85)를 가질 수 있다. 제1 고정 부재 (82)에는, 예를 들면 복수의 슬릿 (83)이 Z축 방향으로 일정한 간격으로 형성되어 있다. 인접하는 슬릿 (83)의 간격은, 축전 셀 (10)의 1개분의 두께(Z축 방향의 길이)와 동일할 수도 있다. 제2 고정 부재 (85)는, 제1 고정 부재 (82)측으로 돌출된 돌출부 (86)을 가질 수 있다. 돌출부 (86)은, 복수의 슬릿 (83) 중 어느 하나에 삽입될 수 있다. 셀 고정 부재 (81)은, 돌출부 (86)을 삽입하는 슬릿 (83)의 위치에 따라 Z축 방향의 길이를 가변할 수 있다. 즉, 셀 고정 부재 (81)은, 축전 셀 (10)의 적층수에 따라 Z축 방향의 길이를 가변할 수 있다.
또한, 제1 고정 부재 (82)에는 관통 구멍 (84)가 형성되고, 상기 관통 구멍 (84)에 나사 등(도시하지 않음)을 통과시킴으로써 제1 고정 부재 (82)를 베이스 부재 (80)에 고정할 수 있다. 또한, 제2 고정 부재 (85)에는 관통 구멍 (88)이 형성되고, 상기 관통 구멍 (88)에 나사 (89)(도 2 참조)를 통과시킴으로써, 제2 고정 부재 (85)를 제1 검출부 수용 부재 (74)에 고정할 수 있다.
또한, 도 13에 도시한 바와 같이, 제1 고정 부재 (82)에는 관통 구멍 (98)이 형성되고, 제2 고정 부재 (85)에는 관통 구멍 (99)가 형성되고, 관통 구멍 (98), (99)에 나사 등(도시하지 않음)을 통과시킴으로써 제1 고정 부재 (82) 및 제2 고정 부재 (85)를 서로 고정할 수 있다.
정극용 모듈 단자 (90)은, 도 1에 도시한 바와 같이 예를 들면 적층된 축전 셀 (10) 중, 가장 상측에 배치된 축전 셀 (10)의 정극 단자 (16a)와 전기적으로 접속되어 있다. 정극용 모듈 단자 (90)의 재질로서는, 예를 들면 구리, 알루미늄 및 이들에 니켈 도금이나 금 도금을 실시한 금속을 들 수 있다. 정극용 모듈 단자 (90)은, 축전 모듈 (100)으로서의 정극이 될 수 있다.
부극용 모듈 단자 (92)는, 예를 들면 적층된 축전 셀 (10) 중 가장 하측에 배치된 부극 단자 (16b)와 전기적으로 접속되어 있다. 부극용 모듈 단자 (92)의 재질로서는, 예를 들면 구리, 알루미늄 및 이들에 니켈 도금이나 금 도금을 실시한 금속을 들 수 있다. 부극용 모듈 단자 (92)는, 축전 모듈 (100)으로서의 부극이 될 수 있다.
또한, 도시한 예에서는, 상측에 배치된 모듈 단자를 정극용 모듈 단자 (90)으로 하고, 하측에 배치된 모듈 단자를 부극용 모듈 단자 (92)로 하였지만, 하측에 배치된 모듈 단자를 정극용 모듈 단자로 하고, 상측에 배치된 모듈 단자를 부극용 모듈 단자로 할 수도 있다.
본 실시 형태에 관한 축전 모듈 (100)은, 예를 들면 하이브리드카나 전기 자동차, AGV(Automatic Guided Vehicle:무인 이송 장치) 등의 차량 탑재 용도, 뢴트겐(roentgen), 가정용 전원, 풍력 발전 장치 등의 정치 용도 등에 적용할 수 있다.
본 실시 형태에 관한 축전 모듈 (100)은, 예를 들면 다음과 같은 특징을 갖는다.
축전 모듈 (100)에 따르면, 버스 바 (40)에 고정된 도전 부재 (50)은 배선 기판 (60)에 형성된 패드부 (62)와 접촉하고 있다. 패드부 (62)는, 배선 기판 (60)에 형성된 배선부 (64)를 통해 검출부 (70)과 전기적으로 접속되어 있다. 이에 따라, 검출부 (70)은 축전 셀 (10)의 전극 단자 (16)((16a), (16b))과 전기적으로 접속될 수 있다. 이와 같이, 축전 모듈 (100)에서는 와이어 하니스를 사용하지 않고, 간편하게 전극 단자 (16)과 검출부 (70)을 전기적으로 접속할 수 있다. 보다 구체적으로는, 배선 기판 (60)을 슬릿부 (36)을 따라 축전 셀 (10)의 적층 방향(Z축 방향)으로 이동시킴으로써, 복수의 전극 단자 (16)을 일괄적으로 패드부 (62)에 접촉시킬 수 있다.
또한, 와이어 하니스는, 예를 들면 전선부가 단선되거나 전선부를 피복하는 절연부가 박리되는 경우가 있지만, 축전 모듈 (100)에서는 와이어 하니스를 사용하고 있지 않기 때문에 이러한 문제를 피할 수 있으며, 높은 신뢰성을 가질 수 있다.
또한, 와이어 하니스는 배치를 위한 공간을 필요로 하지만, 축전 모듈 (100)에서는 와이어 하니스를 사용하고 있지 않기 때문에 그만큼 콤팩트화를 도모할 수 있다. 그 때문에, 축전 모듈 (100)에서는 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다.
축전 모듈 (100)에 따르면, 도전 부재 (50)은 탄성 부재일 수 있다. 그 때문에, 도전 부재 (50)과 패드부 (62)의 접촉 압력을 크게 할 수 있으며, 도전 부재 (50)과 패드부 (62)의 접촉 저항이 변화되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 도전 부재 (50)과 패드부 (62)의 확실한 전기적 접속을 확보할 수 있다. 예를 들면, 검출부 (70)은 축전 셀 (10)의 출력 전압을 수 밀리볼트 정도까지 검출할 필요가 있지만, 도전 부재와 패드부의 접촉 압력이 작으면 접촉 저항이 변화되는 경우가 있고, 확실하게 출력 전압을 검출할 수 없는 경우가 있다.
축전 모듈 (100)에 따르면, 도전 부재 (50)은 버스 바 (40)에 접속된 제1 부분 (51)과, 패드부 (62)와 접촉하고 있는 제2 부분 (57)을 갖고, 제2 부분 (57)은 제1 부분 (51)에 접근함에 따라 폭(Z축 방향의 길이)이 넓어지는 테이퍼상일 수 있다. 그 때문에, 축전 셀 (10)을 여러번 적층시킨 후, 세퍼레이터 (20)의 슬릿부 (36)에 따라 배선 기판 (60)을 Z축 방향으로 이동시킬 때에 원활하게 배선 기판 (60)을 이동시킬 수 있다. 예를 들면, 테이퍼 형상을 갖지 않는 도전 부재에서는, 배선 기판을 이동시킬 때에 배선 기판이 도전 부재에 걸려 원활하게 이동시킬 수 없는 경우가 있다.
본 발명은 상술한 실시 형태로 한정되는 것은 아니며, 다양한 변형이 가능하다. 본 발명은 상술한 각 실시 형태 및 각 변형예를 적절히 조합하는 것도 가능하다. 또한, 본 발명은 예를 들면 실시 형태에서 설명한 구성과 실질적으로 동일한 구성(예를 들면, 기능, 방법 및 결과가 동일한 구성, 또는 목적 및 효과가 동일한 구성)을 포함한다. 또한, 본 발명은 실시 형태에서 설명한 구성의 본질적이지 않은 부분을 치환한 구성을 포함한다. 또한, 본 발명은 실시 형태에서 설명한 구성과 동일한 작용 효과를 나타내는 구성 또는 동일한 목적을 달성할 수 있는 구성을 포함한다. 또한, 본 발명은 실시 형태에서 설명한 구성에 공지 기술을 부가한 구성을 포함한다.
10…축전 셀, 12…외장체, 13…외장캔, 14…밀봉판, 16…전극 단자, 16a…정극 단자, 16b…부극 단자, 18…안전 밸브, 19…너트, 20…세퍼레이터, 22…셀 지지부, 24…볼록부, 26…오목부, 28…돌출부, 30…측벽부, 31…제1 측벽부, 32…제2 측벽부, 33…제3 측벽부, 34…제4 측벽부, 35…개구부, 36…슬릿부, 37…노치부, 38…관통 구멍, 40…버스 바, 42…단자 접속부, 42a…정극 단자 접속부, 42b…부극 단자 접속부, 43…제1 관통 구멍, 44…제2 관통 구멍, 46…도전 부재 접속부, 47…제3 관통 구멍, 50…도전 부재, 51…제1 부분, 52…고정부, 53…지지부, 54…관통 구멍, 55…슬릿, 56…접합부, 57…제2 부분, 60…배선 기판, 61…대향면, 62…패드부, 64…배선부, 66…커넥터부, 70…검출부, 71…회로 기판, 72…커넥터 접속부, 74…검출부 수용 부재, 76…제2 검출부 수용 부재, 77…관통 구멍, 78…나사, 80…베이스 부재, 81…셀 고정 부재, 82…제1 고정 부재, 83…슬릿, 84…관통 구멍, 85…제2 고정 부재, 86…돌출부, 88…관통 구멍, 89…나사, 90…모듈 단자, 92…모듈 단자, 98…관통 구멍, 99…관통 구멍, 100…모듈, 150…도전 부재, 151…제1 부분, 155…슬릿, 157…제2 부분, 158…제3 부분

Claims (7)

  1. 전극 단자를 갖는 축전 셀이 복수 적층된 축전 모듈이며,
    복수의 상기 전극 단자를 전기적으로 접속하는 버스 바와,
    상기 버스 바에 고정된 도전 부재와,
    복수의 상기 축전 셀의 전압을 검출하는 검출부와,
    상기 검출부와 전기적으로 접속된 배선부 및 상기 배선부와 접속된 패드부가 형성된 배선 기판
    을 포함하고, 상기 도전 부재는 상기 패드부와 접촉하고 있는 축전 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 도전 부재는 탄성 부재인 축전 모듈.
  3. 제2항에 있어서, 상기 도전 부재는
    상기 버스 바에 접속된 제1 부분과,
    상기 제1 부분에 지지되어, 상기 패드부와 접촉하고 있는 제2 부분
    을 갖고,
    상기 제2 부분은 상기 제1 부분에 접근함에 따라 폭이 넓어지는 테이퍼상인 축전 모듈.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 버스 바는 복수의 상기 전극 단자를 직렬로 접속하고 있는 축전 모듈.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 인접하는 상기 축전 셀의 사이에 설치된 세퍼레이터를 더 포함하는 축전 모듈.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배선 기판은 복수의 상기 축전 셀의 적층 방향으로 연장되어 있는 축전 모듈.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 축전 셀은 리튬 이온 캐패시터인 축전 모듈.
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