KR101487912B1 - 폭발 방지가 된 시동기용 배터리 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 전극들 위에 위치되며 배터리 커버에 의해 둘러싸이는 공간과, 하나 이상의 셀로 구성된 재충전 배터리로서, 전극들 위의 적어도 상기 공간은, 개방 기공 발포체 및/또는 벌집형 구조를 갖는 재료로 부분적으로 또는 전체적으로 채워지는 구성으로 된 재충전 배터리에 관한 것이다.

Description

폭발 방지가 된 시동기용 배터리{EXPLOSION PROTECTION FOR STARTER BATTERIES}

본 발명은, 다수의 전극과 전해액 수위 위에 위치되며 배터리 커버에 의해 밀폐되는 격실과, 하나 이상의 셀로 되어 있는 재충전 배터리에 관한 것이다.

배터리는 셀 안에 담긴 폭발성 분위기의 점화에 기인하는 여러 이유로 인해 폭발할 수 있다. 그 원인이 되는 것으로는 외부 점화원과 내부 점화원이 있다.

배터리 안에서 발생된 폭발 압력파를 흡수할 수 있도록 한 것으로, 독일 특허 공보 DE 42 32 960호가 있는데, 이 공보에서는 배터리 커버의 하부측에 섬유 재료로 구성된 매트를 마련하는 것을 개시하고 있다. 또한, 미국 특허 US 4,751,154호는 폭발 압력파를 흡수하는 데 이용될 수 있도록 한 압축성을 갖는 발포 플라스틱으로 상부의 빈 배터리 격실을 충전시키는 것을 개시하고 있다. 이와 같은 공지의 실시 기술들은 내부 폭발의 충격을 충분하게 감소시키지 못하고 있는 것으로 밝혀졌다.

본 발명의 목적은 내부 폭발이 신뢰성 있게 흡수될 수 있도록 앞에서 언급한 형태의 재충전 배터리를 개선하는 것이다.

본 발명에 따르면, 상기 목적은 전극들 위의 적어도 격실에는 개방 기공 발포체 및/또는 벌집형 구조를 갖는 재료로 그 일부 또는 전체를 충전하는 것에 의해 달성된다.

개방 기공 발포체 또는 개방된 벌집형 구조체는 폭발 압력파를 기공/셀 또는 벌집형 구조체 안으로 이동하게 함으로써 흡수하게 되는데, 이에 따라 폭발 가스가 거기에 흡수되고 압력파가 지연되게 된다. 이에 의해 폭발 효과가 상당히 감소되고, 그 결과 배터리 벽 및 커버가 파괴되지 않는다.

벌집형 구조를 갖는 재료로 구성된 수평층을 전극 위의 격실의 바로 그 바닥에 배치시키고 그 위에 개방 기공 발포체로 구성된 수평층을 배치하게 되면 특히 유리하다. 그 결과, 폭발 압력파는, 제1의 강력한 압력파를 흡수하기에 적합한 벌집형 구조를 갖는 제1 구역을 통해서 이동하고, 이어서 감쇠된 압력파를 제거하는 개방 셀 발포체로 이루어진 제2 구역을 통해서 이동한다.

본 발명의 바람직한 제안에 따르면, 발포체 및/또는 벌집형 구조를 갖는 재료는 플라스틱, 유리, 또는 세라믹으로 구성된다. 또한, 벌집형 구조를 갖는 상기 재료에 있어서 벌집형 구조는 양 단부가 개방되고 서로 평행하게 연장되는 다수의 작은 튜브들로 이루어진 형태로 구체화하는 것도 바람직하다. 이 경우에서 제안되는 것은, 벌집형 구조를 갖는 재료에 있어서, 벌집형 구조체, 특히 벌집형 구조를 구성하는 튜브들을 그들의 종축이 수직으로 배향되게 해서 위치시킴으로써, 충전 및 방전 중에 전해액이 수직 이동을 할 수 있게 하여, 셀 내에 발생되는 가스가 전해액으로부터 위로 열린 격실 안으로 빠져나갈 수 있게 하는 것이다.

발포체를 커버와 일체로 된 구성요소로 하면 제조가 상당히 간단해진다.

이하에서는 본 발명의 예시적인 실시예에 대해 더욱 상세하게 설명한다.

도 1은 예시적인 실시예를 관통한 수직 단면도이다.

재충전 배터리(축전지)는 하우징(1)을 구비하며, 상기 하우징의 상측부는 밀봉 플러그(3)가 구비된 커버(2)에 의해 덮인다. 상기 하우징(1)은 나란히 배치된 다수의 셀(4)들을 포함하고, 상기 셀들은 셀 격벽(5)에 의해 서로 분리되어 있다. 상기 셀(4)들과 커버(2) 사이에는 공기 충전 격실(6)이 있다.

이런 종류의 배터리가 충전될 때, 셀(4)에서는 가스, 즉 액체 전해액 방식의 배터리인 경우에는 주로 수소와 산소로 구성되고 그에 따라 여러 가지의 다양한 이유로 인해 점화될 수 있는 잠재적 폭발성 전해액 가스가, 생성된다.

전해액 가스 폭발의 압력파를 흡수하기 위해, 도시되지는 않았지만, 제1 실시예에서는, 격실(6)을 개방 기공 발포체(7)로 채우거나 개방 벌집형 구조를 갖는 재료(8)로 채운다. 벌집형 구조를 갖는 재료를 선택하는 경우, 단면이 원형 또는 다각형이며 양단이 개방되어 있으며 밀집되게 배치되는 작은 수직 직선형 튜브들로 구성하는 것이 바람직하다.

도면에 도시된 실시예에서, 격실(6)의 하부 절반부는, 최초의 압력파를 흡수하기 위해, 개방 벌집형 구조를 갖는 재료(8)로 채워진다. 하부 절반부 위에 위치된 격실의 제2 절반부에는 감쇠된 압력파를 흡수하는 개방 기공 발포체(7)로 채워진다.

발포체 및/또는 벌집형 구조를 갖는 재료(8)는 플라스틱, 유리, 또는 세라믹으로 구성된다. 벌집형 구조체/튜브의 외경은 2 내지 10mm이다. 발포체(7)가 커버(2)에 바로 체결되고, 특히 커버에 일체형 부재로 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 제안에 있어서의 관련 재료(도면 부호 7 및 8)의 탄성은 아무런 역할을 안 한다. 상기 재료들은 개방 기공 구조여서 가스가 기공 안으로 폭발하기 때문에, 폭발파에 반응하는 압축성이 낮다.

본 발명에 따른 교시 내용에 의하면 다음과 같은 효과 및 이점이 생긴다.

- 배터리의 하부 구역에 있는 전해액이, 큰 기공을 갖는 수직 방향으로 배향된 벌집형 구조체 또는 개방 기공 발포체를 통해서, 수직 방향으로 자유롭게 이동하며 구역들을 서로 연결시키고, 이에 따라 전해액과 가스가 수직 방향으로 실질적으로 아무런 방해 없이 이동할 수 있게 되고 모세관 작용에 의해 발포체 내에 남아 있는 일이 없게 된다. 압력파는, 압력파가 외벽을 갑작스럽지는 않지만 시간이 지나면서 흐릿하게 타격을 가할 정도의 빈도로만, 기공과 벌집형 구조체의 벽을 관통하여 측방향으로 방향을 돌린다. 바닥쪽을 향해서 볼 때에, 전해액 기둥은 시간이 지나면서 흐릿해지는 압력파를 흡수하며 공간 속으로 분산시키는 탄성 요소를 구성한다.

- 셀의 상부 구역이 개방 기공 구조체로 되고, 그에 따라 가스를 흡수할 수 있고, 필요에 따라서는 전해액도 흡수할 수 있다. 아주 강력한 과충전이 발생했을 때, 전해액은 액체와 가스의 혼합물로 구성된다. 개방 기공 발포체가 가스를 흡수한다. 또한, 기공들이 충분히 크면 전해액도 흡수할 수 있다. 개방 기공 발포체 및/또는 벌집형 구조체에 의해, 자유 가스의 체적 감소와 강력한 과충전에 의해 발생한 압력 증가에 의해서 전해액이 셀로부터 빠져나게 하는 일이 없어진다. 개방 기공 발포체는 그 기공들을 아주 작게 만들면 가스가 기공들 내측으로 폭발하게 되는 것을 불가능하게 하고, 압력파가 하부 구역에서부터 공간 안으로 시간이 지나면서 분산되게 하고, 이에 따라 커버(2)는 기계적 변형을 아주 약간만 받게 된다. 전해액과 가스의 혼합물 흡수로 인해 기공을 크게 한 구조체가 필요하게 되는 경우, 기공들이 폭발 구역을 분할하고 압력파를 희미하게 하는 원리는 이 경우에서도 작용한다.

제조 공정을 위한 중요한 특징은, 자유 가스 격실(6)이, 케이스와 커버 사이의 평면에서 개별적으로 설치될 수 있는 2개의 재료로 구분된다는 것이다. 이러한 방식에 있어서, 배터리의 제조 공정은 실질적인 변경 없이 유지될 수 있다. 이와 같은 설치를 가능한 한 작게 유지할 수 있게 함으로써, 유용한 자유 공간이 형성된다고 하는 것도 분명하다. 배터리 완성 후에, 제조의 관점에서 약 1mm의 높이를 쉽게 얻어 낼 수 있다.

제조 중에, 전해액을 조절할 수 있게 하고, 전해액 충전을 용이하게 할 수 있게 하기 위해, 커버(2) 구역을 구획하여 격리시키는 것이 가능하다. 그곳에 위치된 가스 기둥이 더 줄어드는 경우는 없다. 한편, 플러그의 나사부들에 의하면 상기 커버에 특별한 크기의 강화력이 제공된다.

하부에 설치된 구성요소들도 전극(9)을 기계적으로 고정시킬 수 있다. 이는 기계적 변형을 받는 상황(건설 기계 등)에 사용되는 배터리와 관련한 선택적 구성이다.

구성요소(8)를 하부에 설치하는 실시예를 통해서, 상승하는 가스가 각기 다른 유동 저항을 받게 하는 것도 가능해진다. 그와 같은 유동 저항이 외부 구역에 있는 작은 개구들에 의해서 증가하는 경우, 그 외부 구역에 있는 전해액은 하향 이동을 시작하게 된다. 이에 의해 산 층화(acid stratification) 위험성이 감소된다.

Claims (7)

1. 전극들 위에 위치되며 배터리 커버(2)에 의해 덮이는 격실과, 하나 이상의 셀(4)로 구성된 재충전 배터리에 있어서,
   전극들 위의 적어도 상기 격실(6)은, 개방 기공 발포체(7) 및 벌집형 구조를 갖는 재료(8)로 부분적으로 또는 전체적으로 채워지고,
   상기 벌집형 구조를 갖는 재료(8)의 벌집형 구조체는, 양단이 개방되어 있고 서로가 평행하게 연장되는 작은 튜브들로 구성되고,
   상기 벌집형 구조를 갖는 재료(8)의 벌집형 구조체 및 벌집형 구조체를 형성하는 튜브들은, 이들의 종축을 수직 방향으로 배향시켜서 위치된 것을 특징으로 하는 재충전 배터리.
2. 제1항에 있어서,
   벌집형 구조를 갖는 재료(8)의 수평층이 전극 위의 격실(6)의 바로 그의 바닥에 배치되고, 그 위에 개방 기공 발포체(7)의 수평층이 배치되는 것을 특징으로 하는 재충전 배터리.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 발포체(7) 및 벌집형 구조를 갖는 재료(8)가 플라스틱, 유리, 또는 세라믹으로 구성된 것을 특징으로 하는 재충전 배터리.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   설치된 2개의 구성요소인 상기 발포체(7)와 상기 벌집형 구조를 갖는 재료(8)가 서로 별개인 것을 특징으로 하는 재충전 배터리.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 발포체(7)가 커버(2)와 일체로 된 구성요소인 것을 특징으로 하는 재충전 배터리.
6. 삭제
7. 삭제

Images