KR100572703B1 - 안전장치를 구비한 배터리 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 배터리는, 양극단자와 음극단자가 마련된 배터리 본체; 외부 충전부(또는 방전부)와 상기 배터리 본체 간의 접속회로에 개재되도록 상기 배터리 본체에 설치되며, 선택적으로 자체 분리되어 상기 접속회로를 개방시키는 커플링부를 갖는 연결부재; 및 상기 배터리 본체가 임계치 이상으로 부풀어 오르는 변형에 상응하는 가동력을 상기 연결부재에 전달하여 커플링부를 분리시키는 연동부재;를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면 배터리 본체가 부풀어 오르는 이상현상 발생시 자동으로 충전 혹은 방전 동작을 차단할 수 있다.
배터리, 리튬폴리머 셀, 커넥터, 컨텍터

Description

안전장치를 구비한 배터리{BATTERY HAVING SAFETY DEVICE}
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 과충전으로 인해 배터리가 부풀어 오른 이상상태를 도시하는 사시도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리의 구성도.
도 3은 도 2에서 연결부재의 바람직한 구성예를 보여주는 측면도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리의 구성도.
도 5는 본 발명의 동작을 개략적으로 보여주는 측면도.
<도면의 주요 참조부호에 대한 설명>
100...배터리 본체 101...양극단자
102...음극단자 103...연결부재
104a...제1연결유닛 104b...제2연결유닛
105a...플레이트 105b...링크
106a...구동부 106b...접점부
본 발명은 안전장치를 구비한 배터리에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배터리 본체가 부풀어 오르는 이상현상의 발생시 자동으로 충전 혹은 방전 동작을 차단하는 안전장치를 구비한 배터리에 관한 것이다.
배터리 중 특히 리튬이온 셀이나 리튬폴리머 셀과 같은 이차전지는 양극 및 음극과, 리튬이온을 두 전극 간에 가역적으로 전달하는 물질 등으로 구성되는 것으로서, 휴대폰이나, RC(Radio Control), PDA(Personal Digital Assistant), 보조전원장치 등 각종 전자기기에 널리 사용되고 있다.
그러나, 일반적으로 리튬이온을 사용하는 배터리는 상온에서 과충전이나 과방전 같은 이상현상 발생시 셀 내부에 가스가 발생하여 도 1에 도시된 바와 같이 배터리 본체(10)가 부풀어 오르는 현상이 발생하게 되고, 이를 방치할 경우 폭발이 일어나게 되는 등 안전성이 낮은 취약점이 있다.
비록, 대안으로 PCM(Protection Circuit Module)을 구비하여 과충전이나 과방전시 회로를 차단하는 기술이 널리 사용되고는 있으나, PCM의 회로자체에 오동작이 발생할 경우 제기능을 수행할 수 없는 문제가 여전히 남아 있다.
또한, 대한민국 특허출원 제2001-81817호(차단장치를 내장한 배터리)에는, 배터리의 내부 온도가 상승할 때 발생하는 압력차를 감지하여 회로를 차단하도록 하는 기술이 게재되어 있다. 이 발명은 배터리의 내부 압력이 상승하는 이상현상 발생시 작동체의 변위에 의해 가압스위치가 파괴되도록 구성된다.
그러나, 상기 발명의 경우 베어셀의 내부 압력과 차단장치의 내부 압력이 적정 값을 유지해야 하므로 제조가 어려울 뿐만 아니라 취급이 용이하지 않은 문제가 있다. 또한, 상기 발명은 가압스위치가 일단 파괴되면 재사용이 불가능한 취약점이 있고, 지지대 상에서 가압스위치가 작동체의 임계 변위에 상응하여 파단되는 특성을 가져야 하므로 그 구조나 재질의 선택에 제약이 많은 단점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 배터리의 이상시 부풀어 오르는 동작에 기계적으로 연동하여 충전 혹은 방전회로를 개방시키고, 반복적으로 사용될 수 있는 안전장치를 구비한 배터리를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 일정값 이상의 대전류가 충전 혹은 방전되는 환경에서도 기계적으로 회로 차단작용을 수행할 수 있는 안정장치를 구비한 배터리를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 배터리는, 양극단자와 음극단자가 마련된 배터리 본체; 외부 충전부(또는 방전부)와 상기 배터리 본체 간의 접속회로에 개재되도록 상기 배터리 본체에 설치되며, 선택적으로 자체 분리되어 상기 접속회로를 개방시키는 커플링부를 갖는 연결부재; 및 상기 배터리 본체가 임계치 이상으로 부풀어 오르는 변형에 상응하는 가동력을 상기 연결부재에 전달하여 커플링부를 분리시키는 연동부재;를 구비하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 연결부재의 커플링부는 선택적으로 상호 분리되는 제1연결유닛 및 제2연결유닛을 구비하고, 상기 제1연결유닛은 상기 양극단자 또는 음극단자 중 어느 하나에 접속되며, 상기 제2연결유닛은, 상기 양극단자 또는 음극단자 중 다른 하나와 상기 충전부(또는 방전부)에 접속된다.
상기 제1연결유닛 또는 제2연결유닛 중 어느 하나는 그 선단 부분이 오므라지는 방향으로 탄성 바이어스되는 금속편 어셈블리로 이루어지며, 상기 제1연결유닛 또는 제2연결유닛 중 다른 하나는 상기 금속편 어셈블리에 끼워지는 금속핀으로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 연동부재는, 상기 배터리 본체가 변형되도록 상호 이격되는 배터리 본체의 양면에 각각 고정되는 플레이트; 및 양측 플레이트에 상기 제1연결유닛과 제2연결유닛을 각각 고정시키는 링크;를 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명에는 상기 연결부재를 통과하여 흐르는 상대적으로 저전류의 전원에 의해 동작되어, 충전부(또는 방전부)와 배터리 본체 사이에 선택적으로 대전류가 흐르도록 구동하는 스위칭 수단;이 더 포함될 수 있다.
바람직하게, 상기 스위칭 수단으로는 릴레이 또는 마그네틱 컨텍터가 사용될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원 칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 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.
도 2에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 안전장치를 구비한 배터리의 구성이 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리는, 배터리 본체(100)와, 상기 배터리 본체(100)에 대한 충전(또는 방전) 동작을 선택적으로 차단하도록 자체 분리되는 연결부재(103)와, 상기 연결부재(103)에 가동력을 전달하는 연동부재(105)를 구비한다.
배터리 본체(100)는 양극단자(101) 및 음극단자(102)를 비롯하여 충/방전을 위한, 예컨대 리튬이온 셀이나 리튬폴리머(LiPo) 셀에 해당하는 베어셀(Bare cell)을 구비한다.
연결부재(103)는 가스발생 등에 의해 상기 배터리 본체(100)가 임계치 이상으로 부풀어 오르는 변형에 연동되어 선택적으로 자체 분리되는 커플링부(104)와, 상기 커플링부(104)를 이루는 유닛(Unit)들을 수용하되 선택적으로 자체 분리되는 암/수형 몸체부(103a,103b)를 구비한다. 이러한 연결부재(103)는 선택적으로 그 끼움방식의 커플링(Coupling)이 분리되는 공지의 커넥터(Connector)나, 그 접촉방식의 커플링이 분리되는 컨텍터(Contactor) 구조를 채용하여 구성될 수 있다. 여기서, 암/수형 몸체부(103a,103b)로는 슬립(Slip) 되면서 그 암/수형 구조가 상호 결합 혹은 분리될 수 있는 통상의 슬립 타입 컨넥터 하우징의 구성이 동일하게 채용 가능하다.
바람직하게, 상기 연결부재(103)의 커플링부(104)는, 도 3에 도시된 바와 같 이, 그 선단 부분이 오므라지는 방향으로 탄성 바이어스되는 금속편 어셈블리로 이루어진 제1연결유닛(104a)과, 상기 금속편 어셈블리에 선택적으로 끼워지는 금속핀의 구조를 갖는 제2연결유닛(104b)을 구비한다. 상기 제1연결유닛(104a)의 선단은 실질적으로 'V'자 형태를 이루도록 밴딩되어 제2연결유닛(104b)이 원활히 끼워지도록 하는 것이 바람직하다.
상기 연결부재(103)는 연동부재(105)에 결합된 상태로 배터리 본체(100)에 설치된다. 바람직하게, 상기 연동부재(105)는 이상동작시 상호 이격되면서 부풀어 오르는 배터리 본체(100)의 양면에 각각 대응되게 마련된 소정의 플레이트(Plate)(105a)와, 상기 제1연결유닛(104a)과 제2연결유닛(104b)을 각각 플레이트(105a)에 고정시키는 링크(105b)를 구비한다.
플레이트(105a)는 배터리 본체(100)가 부풀어 오르는 이상동작시에도 그 형상을 유지하도록 단단한 소재로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 플레이트(105a)는 접착제나 양면 테이프 등의 접착수단을 통해 배터리 본체(100)의 외부면에 부착된다. 여기서, 플레이트(105a)의 가장자리 부분은 배터리 본체(100)가 부풀어 오를 때 배터리 본체(100)의 표면으로부터 분리되고, 그 가운데 부분만이 배터리 본체(100)에 부착된 상태를 유지하는 것이 바람직하므로, 이러한 점을 감안하여 플레이트(105a)는 그 주변에 비해 가운데 부분이 보다 강하게 접착되도록 배터리 본체(100)에 부착되는 것이 바람직하다.
링크(105b)는, 양측 플레이트(105a)가 상호 이격되는 동작에 연동하여 상기 제1연결유닛(104a)과 제2연결유닛(104b)을 상호 반대방향으로 분리하도록 연결되는 것이 바람직하다. 이를 위해, 상기 링크(105b)는, 상기 플레이트(105a)의 가장자리가 배터리 본체(100)의 가장자리와 일치하도록 구비된 경우, 그 양단이 각각 상기 플레이트(105a)와 제1연결유닛(104a)(또는 제2연결유닛(104b))에 고정되는 직각 형태의 단단한 와이어로 형성될 수 있다. 또한, 상기 링크(105b)는, 상기 플레이트(105a)의 가장자리가 배터리 본체(100)의 가장자리로부터 소정 길이 연장되도록 구비된 경우, 그 양단이 각각 상기 플레이트(105a)와 제1연결유닛(104a)(또는 제2연결유닛(104b))에 고정되는 직선 형태의 단단한 와이어로 형성될 수 있다.
상기 플레이트(105a)는 임계치 이상으로 배터리 본체가 부풀어 오르는 변형에 의해 상호 이격되고, 링크(105b)는 양측의 플레이트(105a)에 제1연결유닛(104a)과 제2연결유닛(104b)을 각각 단단히 고정하여 양측 플레이트(105a)의 변위만큼 제1연결유닛(104a)과 제2연결유닛(104b)이 상호 분리되도록 한다.
본 발명에 있어서, 상기 연동부재(105) 전술한 형태에 한정되지 않고 배터리 본체(100)가 임계치 이상으로 부풀어 오르는 변형에 상응하는 가동력을 연결부재(103)에 전달하는 한 다양한 구조로 변형될 수 있다.
상기 연결부재(103)에 있어, 제1연결유닛(104a)은 배터리 본체(100)의 양극단자(101) 또는 음극단자(102) 중 어느 하나에 접속되는 한편, 상기 제2연결유닛(104b)은, 상기 양극단자(101) 또는 음극단자(102) 중 다른 하나와 함께 외부의 충전부(또는 방전부)(200)에 접속된다. 여기서, 상기 충전부(또는 방전부)(200)로는 통상의 충전회로부나 방전회로부를 비롯하여 관련 제어회로 등이 해당될 수 있다.
상기와 같은 구성에 의하면, 과충전 등에 의해 배터리 본체(100)가 부풀어 올라 임계치 이상으로 팽창될 경우, 그 가동력이 배터리 본체(100) 양면의 플레이트(105a)에 고정된 링크(105b)를 매개로 제1연결유닛(104a)과 제2연결유닛(104b)에 전달되어 도 5와 같이 커플링부(104)가 자체 분리되고, 이로 인해 충전부(또는 방전부)(200)와 배터리 본체(100) 사이의 전기적 접속이 차단됨으로써 충전 혹은 방전이 자동으로 중단된다.
도 4에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 안전장치를 구비한 배터리의 구성이 도시되어 있다. 본 실시예에 따른 배터리는 전술한 실시예에 비해 상대적으로 대전류의 충/방전이 이루어지는 환경에 적합하게 사용될 수 있다. 즉, 예컨대 대략 5A를 초과하는 대전류가 충전용 혹은 방전용으로 사용될 경우에는 제1연결유닛(104a)과 제2연결유닛(104b)이 서로 접하는 부분에서 스파크(Spark)와 더불어 고열이 발생하게 되는 바, 이를 방지하기 위해 본 발명에는 전술한 배터리 본체(100) 및 연결부재(103)에 부가하여 스위칭 수단(106)이 더 구비될 수 있다.
스위칭 수단(106)은 연결부재(103)를 통과하여 흐르는 상대적으로 저전류의 전원에 의해 동작되어, 충전부(또는 방전부)(200)와 배터리 본체(100) 간에 대전류가 선택적으로 흐르도록 구동하는 소자로서, 예컨대 5A 이내의 저전류 공급시 선택적으로 자화되는 구동부(106a)와, 상기 구동부(106a)에 의해 개폐되는 접점부(106b)를 구비한다. 이러한 스위칭 수단(106)으로는 통상의 릴레이(Relay)나 마그네틱 컨텍터(Magnetic contactor)가 사용될 수 있다.
바람직하게, 상기 스위칭 수단(106)의 구동부(106a)는, 상기 충전부(또는 방전부)(200), 연결부재(103) 및 소정의 전류조정부재(미도시)로 이루어진 폐회로에 개재되도록 설치된다. 또한, 상기 스위칭 수단(106)의 접점부(106b)는, 상기 충전부(또는 방전부)(200)와 상기 배터리 본체(100)의 양극단자(101) 및 음극단자(102)로 이루어진 폐회로에 개재되도록 설치된다.
상기와 같은 구성에 의하면, 과충전 등에 의해 배터리 본체(100)가 부풀어 올라 임계치 이상으로 팽창될 경우, 그 가동력이 배터리 본체(100) 양면의 플레이트(105a)에 고정된 링크(105b)를 매개로 제1연결유닛(104a)과 제2연결유닛(104b)에 전달되어 도 5와 같이 커플링부(104)가 분리된다. 이때, 스위칭 수단(106)의 구동부(106a)에 흐르는 전류가 차단되어 구동부(106a)의 소자 동작이 이루어지고, 이에 따라 상기 스위칭 수단(106)의 접점부(106b)가 충전부(또는 방전부)(200)와 배터리 본체(100) 사이의 전기적 접속을 차단함으로써 충전 혹은 방전이 자동으로 중단된다. 이와 같이 배터리 본체(100)가 부풀어 올라 커플링부(104)가 분리된 배터리는 더이상 정상적인 충/방전 기능을 제공할 수 없으므로 커플링부(104)를 재결합하는 작업이 후속되지 않고 폐기된다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
본 발명에 의하면 배터리 본체가 부풀어 오르는 이상동작에 연동하여 충전 혹은 방전이 자동으로 차단되므로 배터리의 안전도를 향상시킬 수 있고, 특히 가역적으로 연결부재가 분리되므로 반복하여 사용할 수 있는 경제성이 있다.
또한, 본 발명은 대전류의 전원을 충전 혹은 방전시키는 환경에서도 스파크 등의 발생없이 연결부재의 선택적 분리동작이 이루어질 수 있으므로 다양한 모델의 배터리에 범용성있게 적용될 수 있는 이점이 있다.

Claims (6)

  1. 양극단자와 음극단자가 마련된 배터리 본체;
    외부 충전부(또는 방전부)와 상기 배터리 본체 간의 접속회로에 개재되도록 상기 배터리 본체에 설치되며, 선택적으로 자체 분리되어 상기 접속회로를 개방시키는 커플링부를 갖는 연결부재; 및
    상기 배터리 본체가 임계치 이상으로 부풀어 오르는 변형에 상응하는 가동력을 상기 연결부재에 전달하여 커플링부를 분리시키는 연동부재;를 구비하는 배터리.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 연결부재의 커플링부는 선택적으로 상호 분리되는 제1연결유닛 및 제2연결유닛을 구비하고,
    상기 제1연결유닛은 상기 양극단자 또는 음극단자 중 어느 하나에 접속되며,
    상기 제2연결유닛은, 상기 양극단자 또는 음극단자 중 다른 하나와 상기 충전부(또는 방전부)에 접속되는 것을 특징으로 하는 배터리.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제1연결유닛 또는 제2연결유닛 중 어느 하나는 그 선단 부분이 오므라지는 방향으로 탄성 바이어스되는 금속편 어셈블리이며,
    상기 제1연결유닛 또는 제2연결유닛 중 다른 하나는 상기 금속편 어셈블리에 끼워지는 금속핀인 것을 특징으로 하는 배터리.
  4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 연동부재는,
    상기 배터리 본체가 변형되도록 상호 이격되는 배터리 본체의 양면에 각각 고정되는 플레이트; 및
    양측 플레이트에 상기 제1연결유닛과 제2연결유닛을 각각 고정시키는 링크;를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 연결부재를 통과하여 흐르는 상대적으로 저전류의 전원에 의해 동작되어, 충전부(또는 방전부)와 배터리 본체 사이에 선택적으로 대전류가 흐르도록 구동하는 스위칭 수단;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 스위칭 수단은 릴레이 또는 마그네틱 컨텍터인 것을 특징으로 하는 배터리.
KR1020040032697A 2004-05-10 2004-05-10 안전장치를 구비한 배터리 KR100572703B1 (ko)

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