KR101872901B1 - 안전 장치가 장착된 리튬 이온 배터리 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 안전 장치가 장착된 리튬 이온 배터리에 관한 것으로, 장방형의 외부 케이스 유닛, 상기 외부 케이스 유닛에 인입되어 안착되며 내부에 리튬 이온 배터리를 감싸아 형성되는 장방형의 내부 케이스 유닛, 상기 내부 케이스 유닛의 배부름 현상을 감지하기 위한 변형 감지 유닛, 및 상기 변형 감지 유닛에서 제공되는 상기 배부름 현상의 진행 정도를 사용자에게 제공하기 위한 표시 유닛을 포함하는 안전 장치가 장착된 리튬 이온 배터리가 제공되며, 리튬 이온 배터리를 보다 안정적으로 오랫동안 사용하는 것이 가능하다.

Description

안전 장치가 장착된 리튬 이온 배터리{LITHIUM ION BATTERY HAVING SAFETY DEVICE}
본 발명은 리튬 이온 배터리에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 리튬 이온 배터리의 이상 징후를 검출할 수 있는 안전 장치가 장착된 리튬 이온 배터리에 관한 것이다.
일반적으로 리튬 이온 배터리는 여러 가지 다양한 전자 제품에 사용된다.
인간은 한해를 거듭해 가며 과학 기술 영역을 집약적으로 발전시켜 왔으며, 그 결과 우리는 현재와 같은 첨단 사회에 살고 있다. 첨단 사회가 되는데 있어서 핵심이 되는 요인은 많이 있겠지만 그 중에서도 디지털은 핵심이 되는 요인에서 빠져서는 안될 구성이다.
요즘은 우리 주변에 디지털이 적용되지 않은 물건을 찾는 것이 더 어려워 졌을 정도로 디지털은 우리 생활 저변에 깊이 자리 잡고 있다. 이중 전자 제품은 디지털이 적용된 가장 일반적인 예이다. 전자 제품은 디지털이 가지는 빠르고 정확하고 집적적인 특징에 따라 보다 스마트하게 작동하며 점점 소형화되어 가고 있다.
특히, 스마트 폰이나 사진기, 노트북을 비롯한 휴대용 장치의 경우 디지털의 특징에 특화된 최적의 전자 제품이라 할 수 있다. 하지만, 휴대용 장치의 경우 이동 중 전원을 공급받는 것이 제한되기 때문에 전원 공급을 해결하기 위한 노력이 부단히 이루어지고 있다.
그리고, 이러한 노력으로 개발된 것이 바로 리튬 이온 배터리다. 리튬은 지구에서 가장 가벼운 금속으로써 원자 번호는 3 이며, 전기 화학적 전위 서열에서의 자신의 위치로 인하여 배터리 생산 업체들은 이미 오래 전부터 리튬에 관심을 가지고 개발을 시작하였다. 그래서 현재의 리튬 이온 배터리는 다른 배터리에 비하여 높은 에너지 밀도와 높은 전력 밀도, 그리고 긴 수명을 가지게 되었다.
휴대용 장치에 사용되는 리튬 이온 배터리는 충전과 방전이 가능한 2차 전지로 구성되며, 전극, 분리막, 전해질로 구성된다. 리튬 이온 배터리는 리튬 금속의 산화와 환원을 통해 리튬 이온을 생성 및 이동시키고 이러한 화학 반응은 곧 충전과 방전을 가능케 함을 의미한다. 특히, 리튬 이온 배터리는 충전시 메모리 효과에 거의 영향을 받지 않기 때문에 충전이 자유로워 휴대용 장치에 이용하기에 매우 적합하다.
대한민국 공개특허 10-2013-0085555(2013.07.30.)은 리튬 이온 커패시터의 집전체 구조물, 이를 포함하는 전극 및 이를 포함하는 리튬 이온 커패시터를 제공하고 있다.
여기에는 전하 집전을 위한 다공성 집전체; 상기 다공성 집전체의 상층 및 하층에 각각 형성되는 제1 탄소 코팅층 및 제2 탄소 코팅층; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 리튬 이온 커패시터의 집전체 구조물이 개시되어 있다.
종래 기술은 리튬 이온 배터리 내부의 커패시터를 적층 구조로 형성함으로써 리튬 이온 배터리의 성능을 향상시키고자 한 기술이다. 즉, 리튬 이온 배터리는 여러 가지 장점이 있으며 그 내구 구조를 변화시켜 그 효과를 더욱 극대화하고자 함이다. 하지만, 이러한 장점은 어떤 면에서 단점으로 작용하기도 한다.
리튬 이온 배터리는 다른 배터리에 비하여 에너지 밀도가 높다는 장점을 가지고 있다. 하지만, 이러한 장점으로 인하여 리튬 이온 배터리의 내부 구조가 원치 않는 이유로 붕괴되면 폭발의 위험을 가진다. 또한, 과충전을 하는 경우 내부에서 열이 발생하며, 이어서, 이 내부 열에 의하여 전해액이 발화될 수 있는 문제점을 가지고 있다.
(문헌 1) 대한민국 공개특허 10-2013-0085555(2013.07.30.)
따라서, 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 리튬 이온 배터리에 발생될 수 있는 위험 요소를 감지하여 이를 사용자에 알려줄 수 있는 안전 장치가 장착된 리튬 이온 배터리를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 리튬 이온 배터리의 과전압, 과충전, 내부 발열, 및 외형 변형 상태를 감지하고 리튬 이온 배터리의 위험 상태를 경고해 줄 수 있는 리튬 이온 배터리를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 본 발명의 목적들 및 다른 특징들을 달성하기 위한 본 발명의 일 관점에 따르면, 중공으로 일측에 삽입구가 형성되는 장방형의 외부 케이스 유닛; 상기 외부 케이스 유닛 내측면과 일정한 이격 간격을 가지고 인입되어 안착되며, 내부에 리튬 이온 배터리를 감싸아 형성되는 장방형의 내부 케이스 유닛; 상기 외부 케이스 유닛과 상기 내부 케이스 유닛 사이에 배치되며, 상기 내부 케이스 유닛의 배부름 현상을 감지하기 위한 변형 감지 유닛; 및 상기 변형 감지 유닛에서 제공되는 상기 배부름 현상의 진행 정도를 사용자에게 제공하기 위한 표시 유닛을 포함하는 안전 장치가 장착된 리튬 이온 배터리가 제공된다.
본 발명에 있어서, 상기 변형 감지 유닛과 상기 표시 유닛 사이에 연결되며, 상기 변형 감지 유닛의 감지 결과와 예정된 기준 값을 비교하여 검출 결과를 상기 표시 유닛에 제공하는 검출 유닛을 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 검출 유닛은 상기 리튠 이온 배터리의 내부 상태 정보를 기준 값과 비교하여 검출 결과를 상기 표시 유닛에 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 내부 케이스 유닛 외부면 일측에는 상기 이격 간격에 대응하는 단턱이 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 변형 감지 유닛은 광 섬유를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 본 발명의 목적들 및 다른 특징들을 달성하기 위한 본 발명의 다른 관점에 따르면, 중공으로 일측에 삽입구가 형성되는 장방형의 외부 케이스 유닛; 상기 외부 케이스 유닛 내측면과 일정한 이격 간격을 가지고 인입되어 안착되며, 내부에 리튬 이온 배터리를 감싸아 형성되는 장방형의 내부 케이스 유닛; 및 상기 외부 케이스 유닛의 상부면 일측에 예정된 크기로 천공된 표시공 하부면에 형성되며, 상기 내부 케이스 유닛의 배부름 현상을 감지하고 상기 배부름 현상의 진행 정도를 사용자에게 제공하기 감지 및 검출 유닛을 포함하는 안전 장치가 장착된 리튬 이온 배터리가 제공된다.
본 발명에 있어서, 상기 감지 및 검출 유닛은, 상기 표시공의 천공면 하부에 상기 천공면과 평행하게 배치되는 표시편; 상기 표시편의 일단에 절곡되어 탄성 연결되며, 일부가 상기 내부 케이스 유닛 상면에 맞닿는 "U"자 형태의 감지편; 및 상기 감지편의 일단에 절곡되어 탄성 연결되며, 상기 외부 케이스 유닛의 하부에 고정 결합되는 고정편을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 외부 케이스 유닛의 하부에 돌출 형성되며, 상기 고정편의 일단에 결합 고정되는 고정 부재; 및 상기 표시편의 연장선 상에서 상기 외부 케이스 유닛 하부에 돌출 형성되며, 상기 표시편의 이동 경로를 가이드 하기 위한 가이드 부재를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 본 발명의 목적들 및 다른 특징들을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 관점에 따르면, 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 안전 장치가 장착된 리튬 이온 배터리의 상태 검증 방법에 있어서, 상기 리튬 이온 배터리의 내부 전압, 전류, 온도의 상태 정보를 검출하여 상기 리튬 이온 배터리의 상태를 1차적으로 검증하는 단계; 상기 리튬 이온 배터리를 감싸는 상기 내부 케이스 유닛의 외형 변형을 검출하여 상기 리튬 이온 배터리의 상태를 2차적으로 검증하는 단계; 및 상기 1,2차적으로 검증하는 단계를 통해 상기 리튬 이온 배터리의 상태를 최종적으로 검증하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 리튬 이온 배터리는 다음과 같은 효과를 제공한다.
본 발명은 리튬 이온 배터리의 동작 상태를 외부 사용자에게 알려줌으로써 리튬 이온 배터리가 실질적인 위험 요인이 되어 사용자에게 피해를 입히기 전에 이를 미연에 예방할 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 리튬 이온 배터리의 내부 안전 장치가 불량으로 인하여 오동작 하더라도 실질적인 외부 변형을 검출하는 것이 가능하기 때문에 오동작으로 인한 정상 리튬 이온 배터리의 잘못된 폐기 처분을 막아 이에 따른 불필요한 비용 지출을 막아줄 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 여러 가지 다양한 상태 정보를 종합 분석하는 것이 가능하기 때문에 리튬 이온 배터리의 상태를 보다 정확하고 면밀하게 판단하여 리튬 이온 배터리가 안정적인 동작을 수행하는 기간 동안 최대한 사용할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1 은 본 발명의 실시예에 다른 안전 장치가 장착된 리튬 이온 배터리를 설명하기 위한 분해 사시도.
도 2 는 도 1 의 검출 유닛의 내부 구성을 설명하기 위한 블록도.
도 3 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 안전 장치가 장착된 리튬 이온 배터리를 설명하기 위한 부분 사시도.
도 4 는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 안전 장치가 장착된 리튬 이온 배터리를 설명하기 위한 사시도 및 확대도.
도 5 는 도 4 의 감지 및 검출 유닛의 동작을 설명하기 위한 동작도.
본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백히 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 안전 장치가 장착된 리튬 이온 배터리에 대하여 도 1 내지 도 5 를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1 은 본 발명의 실시예에 다른 안전 장치가 장착된 리튬 이온 배터리를 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 1 을 참조하면, 리튬 이온 배터리는 중공으로 일측에 삽입구(GB)가 형성되는 장방형의 외부 케이스 유닛(10); 상기 외부 케이스 유닛(10) 내측면과 일정한 이격 간격을 가지고 인입되어 안착되며, 내부에 리튬 이온 배터리를 감싸아 형성되는 장방형의 내부 케이스 유닛(20); 상기 외부 케이스 유닛(10)과 상기 내부 케이스 유닛(20) 사이에 배치되며, 상기 내부 케이스 유닛(20)의 배부름 현상을 감지하기 위한 변형 감지 유닛(30); 및 상기 변형 감지 유닛(30) 에서 제공되는 상기 배부름 현상의 진행 정도를 사용자에게 제공하기 위한 표시 유닛(50)을 포함한다. 이때, 상기 변형 감지 유닛(30)과 상기 표시 유닛(50) 사이에 연결되며, 상기 변형 감지 유닛(30)의 감지 결과와 예정된 기준 값을 비교하여 검출 결과를 상기 표시 유닛(50)에 제공하는 검출 유닛(40)을 더 포함한다.
상기 외부 케이스 유닛(10)은 내부 케이스 유닛(20)을 외부로부터의 여러 가지 다양한 일차적인 충격으로부터 보호하기 위한 구성이다. 내부 케이스 유닛(20)은 외부 케이스 유닛(10)에 형성되는 삽입구(GB)를 통해 내부로 인입되고 외부 케이스 유닛(10) 내부에 마련된 공간에 안착된다. 이때 외부 케이스 유닛(10)과 내부 케이스 유닛(20)은 일정한 이격 간격을 유지하게 되는데 이 이격 간격은 외부 케이스 유닛(10) 내측 상부면과 내부 케이스 유닛(20) 상부면 사이에 변형 감지 유닛(30)을 적층 구조로 배치하기 위함이다.
여기서, 외부 케이스 유닛(10)은 중공으로 일측이 삽입구(GB)가 형성되는 장방형인 것을 일례로 하였지만, 외부 케이스 유닛(10)의 내측면은 내부 케이스 유닛(20)의 외측면에 대응하도록 형성되면 되며, 외부 케이스 유닛(10)과 내부 케이스 유닛(20)이 일정한 이격 간격만 유지하도록 설계되면 된다.
다음으로, 상기 내부 케이스 유닛(20)은 실질적인 리튬 이온 배터리를 감싸아 형성하여 이를 보호하기 위한 외곽틀에 대응하는 구성이다. 내부 케이스 유닛(20) 내부에는 충전과 방전이 가능하도록 전극, 분리막, 전해질로 구성되는 리튬 이온 배터리가 셀 구조로 다수 개가 구비될 수 있다.
내부 케이스 유닛(20) 외부면 일측에는 변형 감지 유닛(30)의 높이에 대응하는 이격 간격을 확보하기 위한 단턱(T)이 형성된다. 단턱(T)은 내부 케이스 유닛(20)의 자체적인 흔들림이나 외부 케이스 유닛(10)에서 내부 케이스 유닛(20)로 발생하는 충격으로부터 변형 감지 유닛(30)의 오동작을 막아주기 위한 구성이다. 여기서는 단턱(T)이 내부 케이스 유닛(20)의 상부면 가장자리에 상방으로 돌출되어 형성되는 것을 일례로 하였지만, 변형 감지 유닛(30)이 내부 케이스 유닛(20)의 배부름 현상을 감지할 수 있을 정도의 반경에 단턱(T)이 형성되는 것도 가능할 것이다.
다음으로, 상기 변형 감지 유닛(30)은 외부 케이스 유닛(10)과 내부 케이스 유닛(20) 사이에 배치되며 내부 케이스 유닛(20)의 배부름 현상을 감지하기 위한 구성이다. 여기서는 내부 케이스 유닛(20)의 각 모서리 부분과 중앙 부분에 총 5 개의 변형 감지 유닛(30)가 배치되는 것을 일례로 하였으며, 변형 감지 유닛(30)은 배부름 현상이 발생하는 리튬 이온 배터리가 배치되는 위치의 상부에 배치되는 것이 바람직하다.
변형 감지 유닛(30)은 외부 케이스 유닛(10)의 내측 상부면과 내부 케이스 유닛(20)의 상부면 사이의 거리에 따라 그 거리가 좁아지는 경우 외부 케이스 유닛(10)과 내부 케이스 유닛(20) 사이의 압력이 높아지게 되고 변형 감지 유닛(30)은 이 압력을 감지하여 그 결과를 검출 유닛(40)으로 전달한다.
변형 감지 유닛(30)은 압력 센서로 구성될 수 있으며, 내부 케이스 유닛(20)이 배부름 현상에 의하여 내부 케이스 유닛(20)이 부풀어 오르게 되면 외부 케이스 유닛(10)과 내부 케이스 유닛(20) 사이에 배치되는 변형 감지 유닛(30)는 압력이 높아짐을 감지하여 이를 검출 유닛(40)으로 전달하는 것이 가능하다.
참고적으로, 도 1 과 같이 변형 감지 유닛(30)을 다수개 배치하는 경우 배부름 현상 발생시 모든 변형 감지 유닛(30)에 압력이 전달되는 것이 아니기 때문에 해당하는 변형 감지 유닛(30)은 배부름 현상 여부와 함께 자신의 고유 번호를 전달하여 자신이 위치한 부분에 배부름 현상이 발생했다는 것을 사용자에게 제공해주는 것이 가능하다.
다음으로, 검출 유닛(40)은 변형 감지 유닛(30)으로부터 내부 케이스 유닛(20)의 배부름 현상의 진행 정도를 제공받으며, 그 진행 정도를 예정된 기준 값과 비교하여 현재 배부름 상태가 위험한 정도인지 아닌지를 판단하여 이를 표시 유닛(50)에 제공한다.
다시 말하면, 내부 케이스 유닛(20)에는 배부름 현상이 발생할 수 있으나 그 정도에 따라 위험 정도를 구분하는 것이 가능하다. 따라서, 검출 유닛(40)은 내부 케이스 유닛(20)이 정상 동작이 가능한 조금 부풀어 오른 상태와 위험한 정도로 많이 부풀어 오른 상태를 비교 판단하는 것이 가능하다. 이를 위해서는 변형 감지 유닛(30)은 부풀어 오른 정도에 대응하는 감지 값을 제공해야 하며, 검출 유닛(40)은 이 감지 값과 설계자에 의하여 기 설정된 기준 값을 비교하여 정상 또는 위험을 판단하는 것이 가능하다.
또한, 검출 유닛(40)은 내부 케이스 유닛(20) 내부에 구비되는 리튬 이온 배터리의 전압 값, 전류 값, 온도 등의 내부 상태 정보를 제공받아 이들 각각을 기설정된 해당하는 기준 값과 비교하여 정상 또는 위험을 판단하는 것이 가능하다.
종래 기술의 문제점에서 이미 설명하였지만, 리튬 이온 배터리는 내부 구조가 원치 않는 이유로 붕괴되어 전압이 상승하거나, 과충전, 과방전, 과전류 발생시 내부 열이 발생하고, 이 내부 열은 전해액의 발화 원인이 된다. 따라서, 검출 유닛(40)은 내부 상태 정보를 제공받아 사용자에게 제공해 줌으로써 사용자가 리튬 이온 배터리의 내부 상태를 모니터링하는 것이 가능하게끔 해줄 수 있다.
이를 위해서 검출 유닛(40)은 도 2 와 같은 회로 구성을 포함한다. 도 2 는 도 1 의 검출 유닛(40)의 내부 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2 를 참조하면, 검출 유닛(40)은 전압 검출부(411)와 온도 검출부(412), 및 변형 검출부(413)를 포함한다.
전압 검출부(411)는 리튬 이온 배터리 내부의 전압, 전류 등을 검출하기 위한 구성이다. 전압 검출부(411)는 리튬 이온 배터리 내부에 설계되는 전압 및 전류 감지 회로로부터 감지된 예정된 노드의 전압 또는 전류를 검출하여 정상 또는 위험하다는 정보를 표시 유닛(50)으로 제공한다.
온도 검출부(412)는 리튬 이온 배터리 내부의 온도를 검출하기 위한 구성이다. 온도 검출부(412)는 리튬 이온 배터리 내부에 설계되는 온도 감지 회로로부터 감지된 내부 온도를 검출하여 정상 또는 위험하다는 정보를 표시 유닛(50)으로 제공한다.
변형 검출부(413)는 내부 케이스 유닛(20)의 외형이 변형됨을 검출하기 위한 구성이다. 변형 검출부(413)는 리튬 이온 배터리 외부의 변형 감지 유닛(30)으로부터 감지된 변형 정보를 검출하여 정상 또는 위험하다는 정보를 표시 유닛(50)으로 제공한다. 표시 유닛(50)에 대한 설은 아래에서 다시 이어서 하기로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 안전 장치가 장착된 리튬 이온 배터리의 검출 유닛(40)은 리튬 이온 배터리의 내부 전압, 전류, 온도 등과 같은 내부 상태 정보와 리튬 이온 배터리의 배부름 현상과 같은 외부 상태 정보를 제공받아 이를 사용자에게 알려주는 것이 가능하다.
다시 도 1 을 참조하면, 상기 표시 유닛(50)은 상기 검출 유닛(40)에서 검출된 결과 값을 제공받아 이를 외부로 노출된 디스플레이 부재(L1, L2, L3)를 통해 사용자에게 제공하기 위한 구성이다. 여기서는 3개의 디스플레이 부재(L1, L2, L3)가 형성되는 것을 일례로 하였으며, 제1 내지 제3 디스플레이 부재(L1, L2, L3)는 색이 제어되거나 간단한 숫자나 문양 등이 출력되는 엘이디로 구성될 수 있다.
참고로, 제1 디스플레이 부재(L1)는 전압, 전류와 관련된 정보를 표시할 수 있고, 제2 디스플레이 부재(L2)는 온도와 관련된 정보를 표시할 수 있으며, 제3 디스플레이 부재(L3)는 내부 케이스 유닛(20)의 변형에 관련된 정보를 표시할 수 있다.
다음으로, 외부 덮개(DD)는 외부 케이스 유닛(10)의 삽입구(GB)를 막아주기 위한 구성이다. 외부 덮개(DD)에는 제1 내지 제3 디스플레이 부재(L1, L2, L3)를 외부에서 확인할 수 있도록 해당 위치에 제1 내지 제3 구멍(G1, G2, G3)이 형성되어 있다. 참고로, 외부 덮개(DD)와 표시 유닛(50) 그리고, 표시 유닛(50)과 내부 케이스 유닛(20) 사이에는 절연 테이프가 삽입되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 안전 장치가 장착된 리튬 이온 배터리는 리튬 이온 배터리의 내부 상태 정보와 외부 상태 정보를 사용자에게 제공해 줌으로써 리튬 이온 배터리에 대한 복합적인 진단이 가능하다. 따라서, 리튬 이온 배터리의 위험 시점을 보다 정확하게 판단하는 것이 가능하며, 이는 곧 리튬 이온 배터리가 가지고 있는 최장 수명 동안 이를 이용해 줄 수 있음을 의미한다.
도 3 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 안전 장치가 장착된 리튬 이온 배터리를 설명하기 위한 부분 사시도이다.
도 3 에는 도 1 의 내부 케이스 유닛(20)에 대응하는 구성만을 대표로 개시하였으며, 도 3 의 내부 케이스 유닛(20A) 상부에는 광 섬유 유닛(30A)이 배치된다.
광 섬유 유닛(30A)은 광 통신에 주로 사용되는 부재이다. 하지만, 본 발명의 실시예에 따른 안전 장치가 장착된 리튬 이온 배터리는 광 섬유 유닛(30A)의 단점을 이용하여 내부 케이스 유닛(20A)의 배부름 현상을 검출하고자 한다.
광 섬유 유닛(30A)은 굴곡이 발생하였을 때 원하는 각도로 빛이 전달되지 않고 손실이 발생하게 된다. 즉, 도 3 과 같이 광 섬유 유닛(30A)이 내부 케이스 유닛(20A)의 상부면에 형성되는 상황에서 광 섬유 유닛(30A)의 빛 손실 값은 내부 케이스 유닛(20A)의 변형 정도에 대응한다. 예컨대, 광 섬유 유닛(30A)의 빛 손실 값이 크다는 것은 내부 케이스 유닛(20A)의 배부름 현상이 크다는 것을 의미하며, 이는 곧 리튬 이온 배터리가 위험함을 의미한다.
결국, 본 발명의 실시예에 따른 안전 장치가 장착된 리튬 이온 배터리는 광 섬유 유닛(30A)을 이용하여 내부 케이스 유닛(20A)의 배부름 현상을 검출하는 것이 가능하다.
도 3 에서 볼 수 있듯이, 광 섬유 유닛(30A)은 내부 케이스 유닛(20A)의 상부면에 배열되도록 구성될 수 있으며, 그 배열 형태는 광 섬유 유닛(30A)의 특성상 내부 케이스 유닛(20A) 상부면의 전면에 걸쳐 자유롭게 설계될 수 있다.
도 4 는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 안전 장치가 장착된 리튬 이온 배터리를 설명하기 위한 사시도 및 확대도이다.
도 4 를 참조하면, 안전 장치가 장착된 리튬 이온 배터리는 중공으로 일측에 삽입구가 형성되는 장방형의 외부 케이스 유닛(10); 상기 외부 케이스 유닛(10) 내측면과 일정한 이격 간격을 가지고 인입되어 안착되며, 내부에 리튬 이온 배터리를 감싸아 형성되는 장방형의 내부 케이스 유닛(20); 및 상기 외부 케이스 유닛(10)의 상부면 일측에 예정된 크기로 천공된 표시공(W) 하부면에 형성되며, 상기 내부 케이스 유닛(20)의 배부름 현상을 감지하고 상기 배부름 현상의 진행 정도를 사용자에게 제공하기 감지 및 검출 유닛(60)을 포함한다.
도 4 의 실시예의 경우 도 1 과 비교하여 외부 케이스 유닛(10)의 상부면에 표시공(W)이 추가로 형성된다. 그리고, 외부 덮개(DD)에는 2 개의 구멍(G1, G2)이 형성되는데, 이는 내부 케이스 유닛(20)의 배부름 현상을 표시공(W)을 통해 보는 것이 가능하기 때문에 도 1 의 그에 대응하는 제3 구멍(G3)에 대한 구성을 제외한 것이며 이는 설계에 따라 달라질 수 있다.
한편, 상기 감지 및 검출 유닛(60)은 내부 케이스 유닛(20)의 배부름 현상을 감지하고 이를 사용자에게 표시해주기 위한 구성이다. 감지 및 검출 유닛(60)은 표시공(W)의 천공면 하부에 상기 천공면과 평행하게 배치되는 표시편(610); 상기 표시편(610)의 일단에 절곡되어 탄성 연결되며, 일부가 상기 내부 케이스 유닛(20) 상면에 맞닿는 "U"자 형태의 감지편(620); 및 상기 감지편(620)의 일단에 절곡되어 탄성 연결되며, 상기 외부 케이스 유닛(10)의 하부에 고정 결합되는 고정편(630)을 포함한다.
상기 표시편(610)은 내부 케이스 유닛(20)의 배부름 현상의 진행 정도를 사용자에게 표시해 주기 위한 구성이다. 표시편(610) 상부에는 배부름 현상의 진행 정도를 구분해주는 기준 값들이 표시될 수 있다. 여기서는 그 기준 값으로 숫자를 일례로 하였다. 도 5 에서 다시 설명하겠지만, 내부 케이스 유닛(20)에 배부름 현상이 전혀 없는 경우가 "0"에 대응하며, 내부 케이스 유닛(20)에 배부름 현상이 심한 경우 "2"에 대응한다. 이러한 기준 값을 색깔이나 글씨나 특정 문양 등으로 대체가 가능하다.
상기 감지편(620)은 일단이 표시편(610)과 탄성 연결되고 타단은 고정편(630)과 탄성 연결되며, "U"자 형태를 가진다. "U"자 형태의 하단은 내부 케이스 유닛(20) 상부에 맞닿도록 배치된다. 그래서, 내부 케이스 유닛(20)에 배부름 현상이 발생하는 경우 내부 케이스 유닛(20)은 감지편(620)을 상방으로 누르게 되고 이에 따라 표시편(610)이 이동하여 표시공(W)에는 표시편(610)의 상부에 표시된 숫자 중 해당하는 숫자가 보이게 된다.
한편, 고정편(630)은 외부 케이스 유닛(10) 하부에 돌출 형성되는 고정 부재(F)에 의하여 결합 고정되며, 표시편(610)은 표시편(610)의 연장선 상에 돌출 형성되는 가이드 부재(G)에 끼움 연결된다. 여기서, 가이드 부재(G)의 경우 표시편(610)이 이후 설명될 (A), (B)와 같이 이동하는데 있어서 표시편(610)의 이동 경로를 가이드 하기 위한 구성이다. 이 가이드 부재(G)에 의하여 표시편(610)은 예정된 이동 경로에서 이탈됨을 방지할 수 있다.
도 5 는 도 4 의 감지 및 검출 유닛(60)의 동작을 설명하기 위한 동작도이다.
도 5 의 (A)는 내부 케이스 유닛(20)에 배부름 현상이 발생하지 않은 상태이다. 도면에서 볼 수 있듯이, 내부 케이스 유닛(20)에 배부름 현상이 발생하지 않았을 경우 표시공(W)에는 "0" 이라는 값이 표시되며, 사용자는 이를 참고하여 리튬 이온 배터리의 상태가 정상임을 판단하는 것이 가능하다.
도 5 의 (B)는 내부 케이스 유닛(20)에 배부름 현상이 발생한 상태이다. 도면에서 볼 수 있듯이, 내부 케이스 유닛(20)의 배부름 현상으로 인하여 감지편(620)은 위쪽으로 압력을 받게 되고 고정편(630)이 고정되어 있기 때문에 표시편(610)은 연장선 상의 이동 방향으로 움직이게 된다. 그 결과 표시 공(W)에는 "2" 라는 값이 표시되며, 사용자는 이를 참고하여 리튬 이온 배터리의 상태가 위험임을 판단하는 것이 가능하다.
본 발명의 실시예에 따른 안전 장치가 장착된 리튬 이온 배터리는 비교적 간단한 물리적인 구성을 통해 리튬 이온 배터리의 배부름 현상을 사용자에게 정확하게 제공해 주는 것이 가능하다.
한편, 전자 회로의 경우 알 수 없는 이유로 인하여 오류가 발생할 수 있으며, 즉 내부 상태 정보를 검출하는 회로가 오류로 인하여 리튬 이온 배터리의 위험을 경고하는 경우 리튬 이온 배터리를 분해하여 확인하기 전에는 위험 경고를 무조건 믿어야만 하는 상황이다. 하지만, 감지 및 검출 유닛(60)의 경우 내부 케이스 유닛(20)의 배부름 현상의 진행 정도를 물리적인 구조를 이용한 표현 방법을 통해 사용자에게 명확하게 제공해 줌으로써, 전자 회로의 오류로 인하여 리튬 이온 배터리를 폐기 처분하는 사태를 막아주는 것이 가능하다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 안전 장치가 장착된 리튬 이온 배터리는 리튬 이온 배터리의 상태를 검증하는데 있어서 두번의 검증 방법을 통해 최종 검증하는 것이 가능하다.
다시 말하면, 위에서도 설명하였듯이 본 발명의 실시예에 따른 안전 장치가 장착된 리튬 이온 배터리는 내부 전압, 전류, 온도와 같은 내부 상태 정보를 이용하여 리튬 이온 배터리가 정상 또는 위험하다는 검증이 가능하다. 설명의 편의를 위하여 이를 1차적으로 검증하는 단계라 한다.
이어서, 본 발명의 실시예에 따른 안전 장치가 장착된 리튬 이온 배터리는 내부 케이스 유닛의 외형 변형과 같은 외부 상태 정보를 이용하여 리튬 이온 배터리가 정상 또는 위험하다는 검증이 가능하다. 설명의 편의를 위하여 이를 2차적으로 검증하는 단계라 한다.
본 발명의 실시예에 따른 안전 장치가 장착된 리튬 이온 배터리는 1차적으로 검증하는 단계와 2차적으로 검증하는 단계를 통해 리튬 이온 배터리의 보다 정확한 상태를 최종적으로 판단하여 정상 또는 위험하다는 검증을 보다 명확하게 결론짓는 것이 가능하다.
본 명세서에서 설명되는 실시 예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시 예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 외부 케이스 유닛
20 : 내부 케이스 유닛
30 : 변형 감지 유닛
40 : 검출 유닛
50 : 표시 유닛

Claims (9)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 중공으로 일측에 삽입구가 형성되는 장방형의 외부 케이스 유닛;
    상기 외부 케이스 유닛 내측면과 일정한 이격 간격을 가지고 인입되어 안착되며, 내부에 리튬 이온 배터리를 감싸아 형성되는 장방형의 내부 케이스 유닛; 및
    상기 외부 케이스 유닛의 상부면 일측에 예정된 크기로 천공된 표시공 하부면에 형성되며, 상기 내부 케이스 유닛의 배부름 현상을 감지하고 상기 배부름 현상의 진행 정도를 사용자에게 제공하기 감지 및 검출 유닛을 포함하되,
    상기 감지 및 검출 유닛은,
    상기 표시공의 천공면 하부에 상기 천공면과 평행하게 배치되는 표시편;
    상기 표시편의 일단에 절곡되어 탄성 연결되며, 일부가 상기 내부 케이스 유닛 상면에 맞닿는 "U"자 형태의 감지편; 및
    상기 감지편의 일단에 절곡되어 탄성 연결되며, 상기 외부 케이스 유닛의 하부에 고정 결합되는 고정편을 포함하는
    안전 장치가 장착된 리튬 이온 배터리.
  7. 삭제
  8. 제6항에 있어서,
    상기 외부 케이스 유닛의 하부에 돌출 형성되며, 상기 고정편의 일단에 결합 고정되는 고정 부재; 및
    상기 표시편의 연장선 상에서 상기 외부 케이스 유닛 하부에 돌출 형성되며, 상기 표시편의 이동 경로를 가이드 하기 위한 가이드 부재를 더 포함하는
    안전 장치가 장착된 리튬 이온 배터리.
  9. 청구항 6의 안전 장치가 장착된 리튬 이온 배터리의 상태 검증 방법에 있어서,
    상기 리튬 이온 배터리의 내부 전압, 전류, 온도의 상태 정보를 검출하여 상기 리튬 이온 배터리의 상태를 1차적으로 검증하는 단계;
    상기 리튬 이온 배터리를 감싸는 상기 내부 케이스 유닛의 외형 변형을 검출하여 상기 리튬 이온 배터리의 상태를 2차적으로 검증하는 단계; 및
    상기 1,2차적으로 검증하는 단계를 통해 상기 리튬 이온 배터리의 상태를 최종적으로 검증하는 단계를 포함하는
    안전 장치가 장착된 리튬 이온 배터리의 상태 검증 방법.
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