KR20240105705A - A supercap module with cell balancing circuit - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다수의 셀을 직렬로 연결하여 셀 모듈을 형성하되, 각 셀들이 동일한 전압을 유지하기 위한 셀 밸런싱 회로를 셀 모듈 사이에 길이 방향으로 구비하고, 셀 밸런싱 회로가 각 셀의 단자와 회선으로 연결되어 해당 모듈의 셀 전체에 대한 밸런싱 작업을 처리하는, 셀 밸런싱 회로를 구비한 슈퍼캡 모듈에 관한 것으로서, 적어도 2개의 하우징, 및, 상기 적어도 2개의 하우징 사이에는 소정의 너비를 가지는 연결 플레이트가 형성되는 케이스; 다수의 슈퍼캡 셀이 직렬로 연결되는 적어도 2개의 셀 직렬 조립체로서, 각 셀 직렬 조립체는 상기 하우징에 수용되는, 셀 직렬 조립체; 및, 상기 연결 플레이트에 밀착되어 장착되는 밸런싱 회로기판을 포함하는 구성을 마련한다.
상기와 같은 장치에 의하여, 셀 밸런싱 회로를 셀 모듈 사이에 구비하고 각 셀과 회선으로 연결하여 셀 밸런싱 회로에서 전체 셀에 대해 일괄 제어하도록 구성함으로써, 셀 밸런싱 회로 기판의 설치 구조를 간단하게 구성할 수 있고, 셀 밸런싱 회로가 셀 간 결합 또는 결합 부위의 발열에 의한 손상을 방지할 수 있다.
In the present invention, a cell module is formed by connecting a plurality of cells in series, and a cell balancing circuit is provided in the longitudinal direction between the cell modules to maintain the same voltage for each cell, and the cell balancing circuit is connected to the terminal and line of each cell. It relates to a supercap module having a cell balancing circuit that is connected to and processes balancing work for all cells of the module, comprising at least two housings, and a connection plate having a predetermined width between the at least two housings. The case in which is formed; a cell series assembly of at least two cells in which a plurality of supercap cells are connected in series, each cell series assembly being accommodated in the housing; And, a configuration including a balancing circuit board mounted in close contact with the connection plate is provided.
By using the above device, a cell balancing circuit is provided between cell modules and connected to each cell by a line to control all cells collectively in the cell balancing circuit, thereby simplifying the installation structure of the cell balancing circuit board. and the cell balancing circuit can prevent damage caused by heat generation at the bonding site or bonding site between cells.
Description
본 발명은 다수의 셀을 직렬로 연결하여 셀 모듈을 형성하되, 각 셀들이 동일한 전압을 유지하기 위한 셀 밸런싱 회로를 셀 모듈 사이에 길이 방향으로 구비하고, 셀 밸런싱 회로가 각 셀의 단자와 회선으로 연결되어 해당 모듈의 셀 전체에 대한 밸런싱 작업을 처리하는, 셀 밸런싱 회로를 구비한 슈퍼캡 모듈에 관한 것이다.In the present invention, a cell module is formed by connecting a plurality of cells in series, and a cell balancing circuit is provided in the longitudinal direction between the cell modules to maintain the same voltage for each cell, and the cell balancing circuit is connected to the terminal and line of each cell. It relates to a supercap module equipped with a cell balancing circuit that is connected to and processes balancing work for all cells of the module.
일반적으로, 슈퍼커패시터(또는 슈퍼캡)는 더 낮은 정격 전압 범위에서 이용 가능하고 정전용량 값이 매우 높은 고용량 커패시터이다. 또한, 슈퍼캡은 에너지 밀도가 높고 DC-ESR(DC Equivalent Series Resistance)이 낮으며 전류에 비해 전압 충전/방전이 선형적이다. 슈퍼캡과 표준 커패시터 및 배터리를 비교하면 슈퍼캡 정전용량은 표준 커패시터보다 수백 배 더 높아 대용량 에너지 저장이 용이하다. 즉, 슈퍼캡은 용량이 전압과 비례하고, 충전/방전 사이클 회수가 10만 회 이상으로서 그 파워밀도가 배터리의 수십배 내지 수백배에 달하여 급속충전 또는 급속방전이 가능하며, 배터리에 비하여 에너지 및 파워 밀도가 온도 변화에 덜 민감한 특징이 있다.Typically, supercapacitors (or supercaps) are high-capacity capacitors that are available in lower voltage rating ranges and have very high capacitance values. In addition, supercaps have high energy density, low DC-ESR (DC Equivalent Series Resistance), and voltage charge/discharge is linear compared to current. Comparing supercaps with standard capacitors and batteries, the capacitance of supercaps is hundreds of times higher than standard capacitors, making it easy to store large amounts of energy. In other words, the capacity of a supercap is proportional to the voltage, the number of charge/discharge cycles is more than 100,000, and its power density is tens to hundreds of times that of a battery, enabling rapid charging or rapid discharging, and has higher energy and power compared to batteries. It has the characteristic that density is less sensitive to temperature changes.
이러한 특징으로 인해, 슈퍼캡은 전기차 또는 수소전기차 등에서 주동력원인 연료전지 외 보조 동력원으로 사용된다[특허문헌 1]. 연료전지만을 차량의 동력원으로 사용하는 경우 차량을 구성하고 있는 부하 모두를 연료전지가 담당하게 되므로 연료전지의 효율이 낮은 운전영역에서 성능 저하가 발생하는 단점이 있다. 이를 위해, 주동력원인 연료전지와 보조동력원인 슈퍼캡(또는, 이차 전지인 고전압 배터리)을 구성하고, 하이브리드 형태로 운영하기도 한다.Due to these characteristics, supercaps are used as an auxiliary power source in addition to fuel cells, which are the main power source, in electric vehicles or hydrogen electric vehicles [Patent Document 1]. When only a fuel cell is used as a vehicle's power source, the fuel cell is responsible for all loads that make up the vehicle, so there is a disadvantage in that performance deterioration occurs in driving areas where the efficiency of the fuel cell is low. To this end, it consists of a fuel cell as the main power source and a supercap (or a high-voltage battery as a secondary battery) as an auxiliary power source, and is sometimes operated in a hybrid form.
한편, 슈퍼캡은 고용량의 에너지를 저장하기 위하여, 복수의 슈퍼캡 셀들로 설계된다[특허문헌 2]. 이때, 직렬로 연결된 다수의 리튬전지를 충전하거나 방전할 때, 첫 번째 직렬로 연결된 셀(B1)의 전압(VB1), 2번째 직렬로 연결된 셀(B2)의 전압(VB2) 3번째 직렬로 연결된 셀(B3)의 전압(VB3) 등 사이에 전압편차가 발생하게 된다. 이를 동일한 전압으로 유지하기 위하여 셀 밸런싱을 한다.Meanwhile, a supercap is designed with a plurality of supercap cells to store high-capacity energy [Patent Document 2]. At this time, when charging or discharging multiple lithium batteries connected in series, the voltage (VB1) of the first cell (B1) connected in series, the voltage (VB2) of the second cell (B2) connected in series, and the voltage (VB2) of the cell (B2) connected in series. A voltage deviation occurs between the voltage (VB3) of the cell (B3), etc. Cell balancing is performed to maintain this at the same voltage.
셀 밸런싱은 전압이 높은 셀로부터 전류를 저항으로 소비하여 전체 셀의 전압을 맞추는 방식으로 설계된다. 일례로서, 도 1과 같이, 분로 저항기(shunting Resistor) 등을 통해, 최고전압 셀의 스위치(SW) 온(on)하여 저항으로 열로 변환 손실시키면서, 최저전압 셀들과 최고전압 셀이 같은 수준이 될 때 스위치 오프(SW off) 한다.Cell balancing is designed by consuming current from cells with high voltage through resistance to adjust the voltage of all cells. As an example, as shown in FIG. 1, the switch (SW) of the highest voltage cell is turned on through a shunting resistor, etc. to convert heat into resistance and cause loss, so that the lowest voltage cells and the highest voltage cell are at the same level. When switching off (SW off).
한편, 도 2에서 보는 바와 같이, 종래기술의 슈퍼캡 셀 조립체(1)는 다수의 셀(2)들을 직렬로 연결하여 구성하되, 각 셀(2)에는 상부면과 하부면에 각각 볼트(3)가 형성되고, 인접한 2개 셀(2)의 대면하는 볼트(3)가 너트(4)에 의해 결합된다. 각 셀(2)의 상부면과 하부면에 형성된 볼트(3)를 너트(4)로 연결하여 인접한 2개의 셀(2)들을 결합한다. 이때, 인접한 2개 셀(2) 중 하나의 셀의 상부면 볼트(3)와 다른 하나 셀의 하부면 볼트(3)가 하나의 너트(4)로 결합된다.Meanwhile, as shown in Figure 2, the conventional supercap cell assembly (1) is composed of a plurality of cells (2) connected in series, and each cell (2) has bolts (3) on the upper and lower surfaces, respectively. ) is formed, and the facing bolts (3) of two adjacent cells (2) are joined by nuts (4). The bolts (3) formed on the upper and lower surfaces of each cell (2) are connected with nuts (4) to join two adjacent cells (2). At this time, the upper surface bolt (3) of one of the two adjacent cells (2) and the lower surface bolt (3) of the other cell are coupled with one nut (4).
이때, 셀 밸런싱 회로(5) 또는 그 기판(PCB)이 볼트(3) 부분에 삽입된다. 즉, 각 셀(2) 마다 해당 셀(2)을 밸런싱 하는 밸런싱 회로의 PCB(5)가 각각 구비된다.At this time, the
그런데 인접한 2개의 셀(2)은 너트(4)를 통해 결합되는데, 너트(40)가 결합될 때 밸런싱 회로의 기판(5)이 손상될 수 있는 문제점이 있다. 또한, 인접한 2개의 셀(2) 사이에서 2개의 볼트(3)와 너트(4)의 결합 부위는 저항이 많아 열이 많이 발생되므로, 발열에 의하여 밸런싱 회로의 기판(5)이 손상되는 문제점이 있다.However, two
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 다수의 셀을 직렬로 연결하여 셀 모듈을 형성하되, 각 셀들이 동일한 전압을 유지하기 위한 셀 밸런싱 회로를 셀 모듈 사이에 길이 방향으로 구비하고, 셀 밸런싱 회로가 각 셀의 단자와 회선으로 연결되어 해당 모듈의 셀 전체에 대한 밸런싱 작업을 처리하는, 셀 밸런싱 회로를 구비한 슈퍼캡 모듈을 제공하는 것이다.The purpose of the present invention is to solve the problems described above. A cell module is formed by connecting a plurality of cells in series, but a cell balancing circuit is installed between the cell modules in the longitudinal direction to maintain the same voltage for each cell. It provides a supercap module equipped with a cell balancing circuit, and the cell balancing circuit is connected to the terminal of each cell through a line to process balancing work for all cells of the module.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은 셀 밸런싱 회로를 구비한 슈퍼캡 모듈에 관한 것으로서, 적어도 2개의 하우징, 및, 상기 적어도 2개의 하우징 사이에는 소정의 너비를 가지는 연결 플레이트가 형성되는 케이스; 다수의 슈퍼캡 셀이 직렬로 연결되는 적어도 2개의 셀 직렬 조립체로서, 각 셀 직렬 조립체는 상기 하우징에 수용되는, 셀 직렬 조립체; 및, 상기 연결 플레이트에 밀착되어 장착되는 밸런싱 회로기판을 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention relates to a supercap module having a cell balancing circuit, comprising: at least two housings, and a case in which a connection plate having a predetermined width is formed between the at least two housings; a cell series assembly of at least two cells in which a plurality of supercap cells are connected in series, each cell series assembly being accommodated in the housing; and a balancing circuit board mounted in close contact with the connection plate.
또한, 본 발명은 셀 밸런싱 회로를 구비한 슈퍼캡 모듈에 관한 것으로서, 상기 밸런싱 회로기판에는 셀 밸런싱 회로가 구비되고, 상기 셀 밸런싱 회로는 각 셀과 와이어로 연결되어, 각 셀의 전압을 측정하거나, 셀의 전압을 저항에 연결하여 해당 셀의 충전 에너지를 소비시키도록 제어하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention relates to a supercap module having a cell balancing circuit, wherein the balancing circuit board is provided with a cell balancing circuit, and the cell balancing circuit is connected to each cell with a wire to measure the voltage of each cell or , It is characterized by controlling the voltage of the cell to be connected to a resistor to consume the charging energy of the cell.
또한, 본 발명은 셀 밸런싱 회로를 구비한 슈퍼캡 모듈에 관한 것으로서, 상기 셀 밸런싱 회로는 와이어를 통해 i2c 규격의 통신 방식으로 통신을 수행하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention relates to a supercap module having a cell balancing circuit, wherein the cell balancing circuit performs communication using an I2C standard communication method through a wire.
또한, 본 발명은 셀 밸런싱 회로를 구비한 슈퍼캡 모듈에 관한 것으로서, 상기 케이스는 알루미늄 재질로 구성되는 것을 특징으로 한다.Additionally, the present invention relates to a supercap module equipped with a cell balancing circuit, wherein the case is made of aluminum.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 셀 밸런싱 회로를 구비한 슈퍼캡 모듈에 의하면, 셀 밸런싱 회로를 셀 모듈 사이에 구비하고 각 셀과 회선으로 연결하여 셀 밸런싱 회로에서 전체 셀에 대해 일괄 제어하도록 구성함으로써, 셀 밸런싱 회로 기판의 설치 구조를 간단하게 구성할 수 있고, 셀 밸런싱 회로가 셀 간 결합 또는 결합 부위의 발열에 의한 손상을 방지할 수 있는 효과가 얻어진다.As described above, according to the supercap module equipped with a cell balancing circuit according to the present invention, a cell balancing circuit is provided between cell modules and connected to each cell through a line to collectively control all cells in the cell balancing circuit. By doing so, the installation structure of the cell balancing circuit board can be simply configured, and the effect of preventing damage to the cell balancing circuit due to heat generation at the coupling between cells or at the coupling site is obtained.
도 1은 종래 기술에 따른 셀 밸런싱 회로에 대한 구성도.
도 2는 종래 기술에 따른 슈퍼캡 모듈에 대한 구성도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 슈퍼캡 모듈에 대한 구성도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 슈퍼캡 모듈에 셀 직렬 조립체가 수납된 상태에 대한 예시도.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 슈퍼캡 모듈의 단면도.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 밸런싱 회로기판에 대한 구성도.1 is a configuration diagram of a cell balancing circuit according to the prior art.
Figure 2 is a configuration diagram of a supercap module according to the prior art.
Figure 3 is a configuration diagram of a supercapacitor module according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is an exemplary view of a cell series assembly stored in a supercap module according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a cross-sectional view of a supercapacitor module according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a configuration diagram of a balancing circuit board according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 도면에 따라서 설명한다.Hereinafter, specific details for implementing the present invention will be described with reference to the drawings.
또한, 본 발명을 설명하는데 있어서 동일 부분은 동일 부호를 붙이고, 그 반복 설명은 생략한다.In addition, in explaining the present invention, like parts are given the same reference numerals, and repeated description thereof is omitted.
다음으로, 본 발명의 일실시예에 따른 셀 밸런싱 회로를 구비한 슈퍼캡 모듈의 구성에 대하여 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명한다.Next, the configuration of a supercap module equipped with a cell balancing circuit according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 to 5.
도 3 내지 도 5에서 보는 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 슈퍼캡 모듈(90)은, 케이스(10a,10b), 밸런싱 회로기판(20), 직렬로 연결된 다수의 셀(30)로 구성되는 셀 직렬 조립체(30), 및, 모듈덮개(40)로 구성된다.As shown in Figures 3 to 5, the supercap module 90 according to an embodiment of the present invention consists of a case (10a, 10b), a balancing circuit board (20), and a plurality of cells (30) connected in series. It consists of a cell series assembly (30) and a module cover (40).
먼저, 케이스(10a,10b)는 셀 직렬 조립체(30)를 수용하는 적어도 2개의 하우징(11,12), 및, 하우징(11,12) 사이에 이를 연결하는 연결 플레이트(13)로 구성된다. 이하에서는 하우징(11,12)을 2개로 예시하여 설명하나, 하우징(11,12)은 2개 이상 구성될 수 있다.First, the cases 10a and 10b are composed of at least two housings 11 and 12 that accommodate the cell series assembly 30, and a connecting plate 13 connecting the housings 11 and 12. Hereinafter, two housings 11 and 12 will be described as an example, but two or more housings 11 and 12 may be configured.
또한, 도 5와 같이, 바람직하게는, 케이스(10a,10b)는 2개로 나뉘어져, 셀 직렬 조립체(30)를 각각 반반씩 수용하도록 구성될 수 있다. 이하에서, 이를 제1 및 제2 케이스(10a,10b)라 지칭한다. 또한, 이하에서, 2개를 구분할 필요가 없는 경우 케이스의 도면 부호를 10으로 기재한다.In addition, as shown in FIG. 5, preferably, the cases 10a and 10b are divided into two and can be configured to accommodate the cell series assembly 30 in half. Hereinafter, these are referred to as first and second cases 10a and 10b. In addition, below, if there is no need to distinguish between the two, the reference number for the case is written as 10.
한편, 셀 직렬 조립체(30)의 각 셀(31)이 원통형 형상이므로, 하우징(11,12)의 단면은 원호 형상으로 형성된다. 다만, 각 셀(31)의 형상에 따라 하우징(11,12)의 단면은 달라질 수 있다. 예를 들어, 각 셀(31)이 각형이면 하우징(11,12)의 단면 형상은 각형 일 수 있다.Meanwhile, since each cell 31 of the cell series assembly 30 has a cylindrical shape, the cross sections of the housings 11 and 12 are formed in an arc shape. However, the cross sections of the housings 11 and 12 may vary depending on the shape of each cell 31. For example, if each cell 31 is square, the cross-sectional shape of the housings 11 and 12 may be square.
또한, 케이스(10)는 길이 방향으로 길게 형성된다. 이에 따라, 하우징(11,12)과 연결 플레이트(13)도 길이 방향으로 길게 형성된다. 연결 플레이트(13)는 사전에 정해진 너비를 가지도록 형성된다. 바람직하게는, 케이스(10)는 알루미늄 등 가볍고 열전도율이 높은 재료로 구성된다.Additionally, the case 10 is formed to be long in the longitudinal direction. Accordingly, the housings 11 and 12 and the connection plate 13 are also formed to be long in the longitudinal direction. The connection plate 13 is formed to have a predetermined width. Preferably, the case 10 is made of a lightweight and high thermal conductivity material such as aluminum.
도 4와 같이, 적어도 2개의 하우징(11,12)에는 직렬로 연결된 슈퍼캡의 셀 조립체(또는 셀 직렬 조립체)(30)가 수납된다. 즉, 하우징(11,12) 각각에 하나의 셀 직렬 조립체(30)가 설치된다.As shown in FIG. 4 , cell assemblies (or cell series assemblies) 30 of supercaps connected in series are accommodated in at least two housings 11 and 12 . That is, one cell series assembly 30 is installed in each of the housings 11 and 12.
또한, 연결 플레이트(13) 상에는 밸런싱 회로기판(20)이 밀착되어 장착된다. 밸런싱 회로기판(20)은 길이방향으로 길게 형성되어, 연결 플레이트(13) 상에 전체적으로 배치된다. 이때, 연결 플레이트(13)은 알루미늄 등으로 형성되어 열전도율이 높으므로, 밸런싱 회로기판(20)은 밀착되는 연결 플레이트(13)를 통해 내부에서 발생된 열이 방열된다.Additionally, a balancing circuit board 20 is mounted in close contact with the connection plate 13. The balancing circuit board 20 is formed to be long in the longitudinal direction and is entirely disposed on the connection plate 13. At this time, since the connection plate 13 is made of aluminum or the like and has high thermal conductivity, the heat generated inside the balancing circuit board 20 is dissipated through the connection plate 13 in close contact with the balancing circuit board 20.
또한, 밸런싱 회로기판(20)은 셀 밸런싱 회로가 설치되는 PCB 기판으로 구성된다. 셀 밸런싱 회로는 직렬로 연결된 셀 조립체(30)의 각 셀들이 동일한 전압으로 유지하는 회로이다.Additionally, the balancing circuit board 20 is composed of a PCB board on which a cell balancing circuit is installed. The cell balancing circuit is a circuit that maintains each cell of the cell assembly 30 connected in series at the same voltage.
이때, 셀 밸런싱 회로는 각 셀과 와이어(또는 회선)가 연결되어, 각 셀의 전압을 측정하거나, 셀의 전압을 저항 등에 연결하여 해당 셀의 충전 에너지를 소비시킬 수 있다. 또한, 셀 밸런싱 회로는 각 셀 또는 셀 직렬 조립체(30)의 일정한 간격으로 설치된 온도 센서(미도시)로부터 측정 온도를 입력받을 수 있다. 셀 밸런싱 회로는 측정된 각 셀의 전압과 측정 온도 등을 이용하여 셀들의 전압이 동일하도록 제어한다. 특히, 셀의 저항 연결에 대해 온/오프를 제어함으로써 동일한 전압을 유지시킨다.At this time, the cell balancing circuit can connect each cell with a wire (or line) to measure the voltage of each cell, or connect the voltage of the cell to a resistor, etc. to consume the charging energy of the cell. Additionally, the cell balancing circuit may receive measured temperature input from a temperature sensor (not shown) installed at regular intervals in each cell or cell series assembly 30. The cell balancing circuit controls the voltages of the cells to be the same using the measured voltage and temperature of each cell. In particular, the same voltage is maintained by controlling on/off the resistance connection of the cell.
바람직하게는, 도 6과 같이, 밸런싱 회로기판(20)은 밸런싱을 처리하는 다수의 소자(21)와, 주제어 회로와 통신하는 MCU(22)로 구성된다. 바람직하게는, 각 셀(31) 별로 각각 밸런싱 소자(21)가 구비될 수 있다. 이때, 밸런싱 소자(21)는 각 셀(31)로부터 차동 전압을 입력받아 밸런싱을 수행한다. 밸런싱 소자(21)는 기판 상에서 회로로 구성될 수 있다.Preferably, as shown in FIG. 6, the balancing circuit board 20 is composed of a plurality of elements 21 that process balancing and an MCU 22 that communicates with the main control circuit. Preferably, a balancing element 21 may be provided for each cell 31. At this time, the balancing element 21 receives the differential voltage from each cell 31 and performs balancing. The balancing element 21 may be configured as a circuit on a board.
또는, 다른 실시예로서, 다수의 셀을 밸런싱하는 밸런싱 소자(또는 밸런싱 칩)로 구성될 수도 있으며, 이 경우, 다수의 셀의 와이어가 해당 소자에 모두 연결된다.Or, as another embodiment, it may be composed of a balancing element (or balancing chip) that balances a plurality of cells, and in this case, the wires of the plurality of cells are all connected to the corresponding element.
또한, 밸런싱 회로기판(20)은 주제어 회로기판(50)가 통신 회선으로 연결된다. 이때, 바람직하게는, i2c 규격의 통신 회선으로 구성된다. 주제어 회로기판(50)은 통신 회선으로 통해 밸런싱 회로기판(20)의 각 밸런싱 소자(21)의 전압을 모두 읽어들인다. 이때, i2c 규격의 통신을 통해, 특정 밸런싱 소자(21)를 선택하여 선택된 밸런싱 소자(21)로부터 특정 셀의 전압만을 읽어들일 수 있다.Additionally, the balancing circuit board 20 is connected to the main control circuit board 50 through a communication line. At this time, it is preferably configured as a communication line of the I2C standard. The main control circuit board 50 reads all the voltages of each balancing element 21 of the balancing circuit board 20 through a communication line. At this time, through I2C standard communication, a specific balancing element 21 can be selected and only the voltage of a specific cell can be read from the selected balancing element 21.
특히, 밸런싱 회로기판(20)에 적어도 하나의 MCU(마이크로프로세서)(22)가 구비되어, 각 밸런싱 소자(21) 또는 셀(31)의 전압 상태(또는 온도 상태)를 수집하여 전달할 수 있다.In particular, at least one MCU (microprocessor) 22 is provided on the balancing circuit board 20 to collect and transmit the voltage state (or temperature state) of each balancing element 21 or cell 31.
또한, 케이스(10a,10b)는 양 측면의 끝단이 연장되어 연장부(14)를 형성하고, 연장부(14) 내에 일정한 간격으로 체결홀(15)이 형성된다.In addition, the ends of both sides of the cases 10a and 10b are extended to form extension parts 14, and fastening holes 15 are formed at regular intervals within the extension parts 14.
제1 및 제2 케이스(10a,10b)는 서로 맞대어 결합된다. 이때, 체결홀(15)에 체결수단(미도시)(예를 들어, 볼트/너트 등)이 체결되어, 제1 및 제2 케이스(10a,10b)가 결합된다.The first and second cases 10a and 10b are joined against each other. At this time, a fastening means (not shown) (eg, bolt/nut, etc.) is fastened to the fastening hole 15, and the first and second cases 10a and 10b are coupled.
또한, 케이스(10)의 상부 또는 하부에는 케이스(10)를 덮는 모듈덮개(40)가 형성될 수 있다. 특히, 셀 직렬 조립체(30)의 상부에는 가장 상위에 연결된 셀(31)의 단자가 형성되고, 해당 단자가 모듈 덮개(40)와 연결되거나 단자가 돌출된다. 모듈 덮개(40)에는 슈퍼캡 모듈(90)들의 단자들을 연결하는 연결 바(미도시)가 장착되어, 슈퍼캡 모듈(90)들의 단자들을 서로 연결시킨다. 슈퍼캡 모듈(90)들이 연결되어 하나의 슈퍼 팩(미도시)을 형성한다.Additionally, a module cover 40 may be formed on the upper or lower part of the case 10 to cover the case 10. In particular, the terminal of the uppermost connected cell 31 is formed on the upper part of the cell series assembly 30, and the terminal is connected to the module cover 40 or the terminal protrudes. The module cover 40 is equipped with a connection bar (not shown) connecting the terminals of the supercap modules 90, thereby connecting the terminals of the supercap modules 90 to each other. Supercap modules 90 are connected to form one super pack (not shown).
다음으로, 본 발명의 일실시예에 따른 셀 직렬 조립체(30,1000)의 구성에 대하여 도 7 내지 도 10을 참조하여 설명한다. 셀 직렬 조립체(1000)는 2개 이상의 셀이 일방향으로 직렬 연결된다.Next, the configuration of the cell series assembly 30, 1000 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 7 to 10. The cell series assembly 1000 includes two or more cells connected in series in one direction.
도 7 내지 도 10에 도시한 바와 같이, 셀 직렬 조립체(1000)는 셀들(C) 사이의 연결구조에 관한 것으로서, 이웃하는 한 쌍의 셀(C1,C2) 중 일측 셀(C1)의 단부에 돌출되게 형성되며 외주면에는 제1 나선(110)이 형성되는 제1 단자(100); 상기 일측 셀(C1)의 단부와 대향하는 타측 셀(C2)의 단부에 돌출되게 형성되며 외주면에는 제2 나선(210)이 형성되는 제2 단자(200); 상기 제1 단자(100)의 제1 나선(110)에 나사 결합하도록 제1 나사공(310)이 형성되고, 측면에서 바라볼 때 상기 제2 단자(200)를 향해 확장되는 제1 둘레면(320)을 포함하며 상기 제2 단자(200)와 대향하는 일방향 단부는 제1 평탄면(330)을 포함하는 제1 연결편(300); 상기 제2 단자(200)의 제2 나선(210)에 나사 결합하도록 제2 나사공(410)이 형성되고, 측면에서 바라볼 때 상기 제1 단자(100)를 향해 확장되는 제2 둘레면(420)을 포함하며 상기 제1 단자(100)와 대향하는 일방향 단부는 제2 평탄면(430)을 포함하는 제2 연결편(400) 및, 상기 제1 단자(100)와 제2 단자(200)의 둘레를 감싸서 결합하는 슬리브(500)를 포함한다.As shown in FIGS. 7 to 10, the cell series assembly 1000 relates to a connection structure between cells C, and is connected to the end of one cell C1 of a pair of neighboring cells C1 and C2. A first terminal 100 that is formed to protrude and has a first helix 110 formed on its outer peripheral surface; a second terminal 200 that protrudes from an end of the other cell C2 opposite to an end of the one cell C1 and has a second spiral 210 formed on its outer circumferential surface; A first screw hole 310 is formed to be screwed to the first spiral 110 of the first terminal 100, and a first peripheral surface extending toward the second terminal 200 when viewed from the side ( 320), and the one-directional end opposite to the second terminal 200 includes a first connection piece 300 including a first flat surface 330; A second screw hole 410 is formed to screw into the second spiral 210 of the second terminal 200, and a second peripheral surface extends toward the first terminal 100 when viewed from the side ( 420) and the one-way end opposite to the first terminal 100 includes a second connection piece 400 including a second flat surface 430, and the first terminal 100 and the second terminal 200. It includes a sleeve 500 that wraps around and couples the perimeter.
이에 따라, 이웃하는 셀(C1,C2)의 연결시 제1 단자(100)와 제2 단자(200)가 서로 면접촉하게 되며, 상기 슬리브(500)에 의해 상기 제1 평탄면(330)과 제2 평탄면(430)이 서로 분리되는 것이 방지된다.Accordingly, when connecting neighboring cells C1 and C2, the first terminal 100 and the second terminal 200 come into surface contact with each other, and the first flat surface 330 and the first terminal 330 are connected by the sleeve 500. The second flat surfaces 430 are prevented from being separated from each other.
구체적으로, 상기 슬리브(500)는 상기 셀(C)의 횡단면에서 바라볼 때 착탈 가능하게 결합하는 제1 슬리브(510)와 제2 슬리브(520)로 구성되며, 상기 슬리브(500)의 횡단면에서 바라볼 때 상기 제1 슬리브(510)와 제2 슬리브(520)의 내면에는 상기 제1 둘레면(320)과 제2 둘레면(420)의 결합 형상과 상보적인 형상을 가지는 제1 결합홈(511)과 제2 결합홈(521)이 각각 형성된다.Specifically, the sleeve 500 consists of a first sleeve 510 and a second sleeve 520 that are detachably coupled when viewed from the cross section of the cell C, and when viewed from the cross section of the sleeve 500, When viewed, the inner surfaces of the first sleeve 510 and the second sleeve 520 have a first coupling groove having a shape complementary to the coupling shape of the first peripheral surface 320 and the second peripheral surface 420 ( 511) and a second coupling groove 521 are formed, respectively.
도 9과 도 10에서, 상기 제1 둘레면(320)과 제2 둘레면(420)은 부분 원뿔 형태로 이루어진 것으로 도시되어 있으나, 계단형 종단면이나 원호형 종단면 등 다양한 형태로 구성될 수 있다.In FIGS. 9 and 10, the first peripheral surface 320 and the second peripheral surface 420 are shown as having a partial cone shape, but may be configured in various shapes such as a stepped longitudinal cross section or an arc-shaped longitudinal cross section.
이에 따라, 일단 제1 슬리브(510)와 제2 슬리브(520)에 의해 제1 연결편(300)과 제2 연결편(400)이 결합되면 상기 제1 평탄면(330)과 제2 평탄면(430)의 접촉상태가 유지될 수 있는 것과 함께 제1 단자(100)와 제2 단자(200)의 단부끼리도 서로 접촉하게 되어, 접촉면적이 극대화되므로 전기 저항이 크게 낮아지고 그만큼 발열이 적어지는 장점이 있게 된다.Accordingly, once the first connection piece 300 and the second connection piece 400 are coupled by the first sleeve 510 and the second sleeve 520, the first flat surface 330 and the second flat surface 430 ) can be maintained in contact, and the ends of the first terminal 100 and the second terminal 200 are also in contact with each other, thereby maximizing the contact area, which has the advantage of greatly lowering the electrical resistance and thus reducing heat generation. There will be.
또한, 다수의 셀(C)이 완전히 결합된 후에도 고장이 발생한 중간의 셀만을 용이하게 교체할 수 있어 유지보수가 한층 편리하다는 장점도 있다.In addition, even after multiple cells (C) are completely combined, only the middle cell in which a failure occurs can be easily replaced, making maintenance more convenient.
또한, 복수의 셀(C)들이 회전하는 경우 없이 슬리브(500)에 의하여 결합되므로 각 셀의 양극/음극이 표기된 부위를 일직선 상에 맞춘 후 결합할 수 있으며, 따라서 각 셀(C)의 양극/음극의 표기를 용이하게 확인할 수 있다.In addition, since a plurality of cells (C) are connected by the sleeve 500 without rotation, the areas where the anode/cathode of each cell are marked can be aligned and then combined, and thus the anode/cathode of each cell (C) can be combined. The marking of the cathode can be easily confirmed.
또한 이러한 결과로, 기존의 너트를 이용하는 방식에 비하여 조립시간이 크게 단축된다.Additionally, as a result, the assembly time is significantly shortened compared to the method using existing nuts.
또한, 기존에는 진동에 의해 너트가 풀려서 내구성이 떨어지는 단점이 있었으나, 본 발명에 따르면 비교적 큰 진동이 있는 경우에도 제1 단자(100)와 제2 단자(200)가 서로 분리되는 경우를 방지할 수 있다.In addition, in the past, there was a disadvantage in that the nut was loosened due to vibration and durability was reduced, but according to the present invention, it is possible to prevent the first terminal 100 and the second terminal 200 from being separated from each other even when there is relatively large vibration. there is.
또한, 기존에는 너트 체결시 완전한 고정이 이루어지지 않아 체결저항이 증가하는 현상이 발생하였으나, 슬리브(500)를 이용한 체결방식에 의해서는 견고한 체결이 이루어지므로 체결저항이 감소하고 모듈 간 일정한 체결저항을 얻을 수 있다.In addition, in the past, there was a phenomenon in which fastening resistance increased because complete fixation was not achieved when tightening the nut, but the fastening method using the sleeve 500 achieves a solid fastening, which reduces fastening resistance and maintains a constant fastening resistance between modules. You can get it.
또한, 상기 셀들(C1,C2)과 슬리브(500)의 외주면에는 써멀 패드(600)가 감싸여져 있어 발생하는 열을 효과적으로 방열시키도록 하는 것이 바람직하다.In addition, it is desirable that a thermal pad 600 is wrapped around the outer peripheral surfaces of the cells C1 and C2 and the sleeve 500 to effectively dissipate the generated heat.
상기 써멀 패드(600)는 실리콘 등 유연하면서도 방열효과가 우수한 재료가 채택될 수 있다.The thermal pad 600 may be made of a material that is flexible and has excellent heat dissipation effect, such as silicon.
상기 슬리브(500)의 외경은 상기 셀(C1,C2)의 외경과 동일하게 구성함으로써 써멀 패드(600)가 굴곡없이 감싸지도록 하는 것이 바람직하다.It is desirable to configure the outer diameter of the sleeve 500 to be the same as the outer diameter of the cells C1 and C2 so that the thermal pad 600 is wrapped without bending.
또한, 상기 제1 슬리브(510)와 제2 슬리브(520)는 체결 나사(530)에 의해 상호 착탈 가능하게 결합되며, 상기 제1 슬리브(510)와 제2 슬리브(520)의 서로 마주보는 결합면(512,522)에는 상기 체결 나사(530)가 결합하기 위해 상기 결합면(512,522)과 직교하는 방향으로 체결공(513,523)이 형성되며, 상기 제1 슬리브(510)의 둘레면에는 상기 체결공(513,523)이 노출되고 상기 체결 나사(530)의 나사 머리(531)가 수용되는 수용홈(514)이 형성될 수 있다.In addition, the first sleeve 510 and the second sleeve 520 are detachably coupled to each other by a fastening screw 530, and the first sleeve 510 and the second sleeve 520 are coupled facing each other. In the surfaces 512 and 522, fastening holes 513 and 523 are formed in a direction perpendicular to the coupling surfaces 512 and 522 for coupling the fastening screws 530, and on the peripheral surface of the first sleeve 510, the fastening holes ( 513 and 523) may be exposed and a receiving groove 514 may be formed in which the screw head 531 of the fastening screw 530 is accommodated.
이러한 구성에 따라, 상기 제1 슬리브(510)와 제2 슬리브(520)가 상기 체결 나사(530)에 의해 견고하게 결합될 수 있는 것과 함께, 상기 체결 나사(530)의 나사 머리(531)가 상기 제1 슬리브(510)와 제2 슬리브(520)의 둘레면으로부터 돌출되는 것을 방지할 수 있다.According to this configuration, the first sleeve 510 and the second sleeve 520 can be firmly coupled by the fastening screw 530, and the screw head 531 of the fastening screw 530 is It is possible to prevent the first sleeve 510 and the second sleeve 520 from protruding from the peripheral surfaces.
또한, 상기 슬리브(500)의 외경이 상기 셀(C1,C2)의 외경과 동일하게 구성되는 경우 상기 체결 나사(530)에 의한 체결작업이 한층 편리해질 뿐만 아니라 방열효과 또한 제고된다.In addition, when the outer diameter of the sleeve 500 is configured to be the same as the outer diameter of the cells C1 and C2, the fastening operation using the fastening screw 530 becomes more convenient and the heat dissipation effect is also improved.
이상, 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.Above, the invention made by the present inventor has been described in detail based on examples, but the present invention is not limited to the examples and, of course, can be changed in various ways without departing from the gist of the invention.
10 : 케이스
10a : 제1 케이스 10b : 제2 케이스
11 : 제1 하우징 12 : 제2 하우징
13 : 연결플레이트 14 : 연장부
15 : 체결홀
20 : 밸런싱 회로기판 21 : 밸런싱 소자
22 : MCU
30 : 셀 직렬 조립체 31 : 셀
40 : 모듈덮개 50 : 주제어 회로기판
90 : 슈퍼캡 모듈
100 : 제1 단자 110 : 제1 나선
200 : 제2 단자 210 : 제2 나선
300 : 제1 연결편 310 : 제1 나사공
320 : 제1 둘레면 330 : 제1 평탄면
400 : 제2 연결편 410 : 제2 나사공
420 : 제2 둘레면 430 : 제2 평탄면
500 : 슬리브 510 : 제1 슬리브
511 : 제1 결합홈 512 : 결합면
513 : 체결공 514 : 수용홈
520 : 제2 슬리브 521 : 제2 결합홈
522 : 결합면 523 : 체결공
530 : 체결 나사 531 : 나사 머리
600 : 써멀 패드 1000 : 슈퍼캡의 셀 조립체
C, C1, C2 : 셀10: Case
10a: first case 10b: second case
11: first housing 12: second housing
13: connection plate 14: extension part
15: fastening hole
20: balancing circuit board 21: balancing element
22:MCU
30: cell serial assembly 31: cell
40: module cover 50: main control circuit board
90: Supercap module
100: first terminal 110: first spiral
200: second terminal 210: second spiral
300: first connection piece 310: first screw hole
320: first peripheral surface 330: first flat surface
400: second connection piece 410: second screw hole
420: second peripheral surface 430: second flat surface
500: sleeve 510: first sleeve
511: first coupling groove 512: coupling surface
513: fastening hole 514: receiving groove
520: second sleeve 521: second coupling groove
522: coupling surface 523: fastening hole
530: fastening screw 531: screw head
600: Thermal pad 1000: Supercap cell assembly
C, C1, C2: cells
Claims (4)
적어도 2개의 하우징, 및, 상기 적어도 2개의 하우징 사이에는 소정의 너비를 가지는 연결 플레이트가 형성되는 케이스;
다수의 슈퍼캡 셀이 직렬로 연결되는 적어도 2개의 셀 직렬 조립체로서, 각 셀 직렬 조립체는 상기 하우징에 수용되는, 셀 직렬 조립체; 및,
상기 연결 플레이트에 밀착되어 장착되는 밸런싱 회로기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 밸런싱 회로를 구비한 슈퍼캡 모듈.
In the supercap module equipped with a cell balancing circuit,
A case including at least two housings, and a connection plate having a predetermined width formed between the at least two housings;
a cell series assembly of at least two cells in which a plurality of supercap cells are connected in series, each cell series assembly being accommodated in the housing; and,
A supercap module with a cell balancing circuit, characterized in that it includes a balancing circuit board mounted in close contact with the connection plate.
상기 밸런싱 회로기판에는 셀 밸런싱 회로가 구비되고,
상기 셀 밸런싱 회로는 각 셀과 와이어로 연결되어, 각 셀의 전압을 측정하거나, 셀의 전압을 저항에 연결하여 해당 셀의 충전 에너지를 소비시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 셀 밸런싱 회로를 구비한 슈퍼캡 모듈.
According to paragraph 1,
The balancing circuit board is provided with a cell balancing circuit,
The cell balancing circuit is connected to each cell with a wire, measures the voltage of each cell, or connects the voltage of the cell to a resistor to control the cell to consume the charging energy of the cell. Supercap module.
상기 셀 밸런싱 회로는 와이어를 통해 i2c 규격의 통신 방식으로 통신을 수행하는 것을 특징으로 하는 셀 밸런싱 회로를 구비한 슈퍼캡 모듈.
According to paragraph 2,
A supercap module equipped with a cell balancing circuit, characterized in that the cell balancing circuit performs communication using an I2C standard communication method through a wire.
상기 케이스는 알루미늄 재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 셀 밸런싱 회로를 구비한 슈퍼캡 모듈.
According to paragraph 1,
A supercap module with a cell balancing circuit, wherein the case is made of aluminum.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220187859A KR102724255B1 (en) | 2022-12-28 | A supercap module with cell balancing circuit |
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| KR20240105705A true KR20240105705A (en) | 2024-07-08 |
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20120066862A (en) | 2010-12-15 | 2012-06-25 | 보이트 파텐트 게엠베하 | Energy stroage device |
| KR102262580B1 (en) | 2017-04-20 | 2021-06-09 | 현대자동차주식회사 | Apparatus for controlling operation of fuel cell and method thereof |
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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