KR101878037B1 - 배터리 전류 차단장치 - Google Patents

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박상목
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Abstract

본 발명 배터리 전류 차단장치는 내부에 전해액이 채워진 하우징과; 상기 하우징을 관통하여 전기적 통로를 형성할 수 있도록 구비된 제1양단자 및 제2양단자와; 상기 하우징에 설치되고 상기 전해액에 노출되는 음전극을 구비한 음단자와; 상기 제1양단자와 제2양단자를 상기 하우징 내에서 전기적으로 연결시키고 있다가 소정 전압 이상의 상황에서 이온화되어 상기 음전극에서 석출됨에 의해 상기 제1양단자와 제2양단자의 전기적 연결상태를 차단시키도록 구비된 양전극을 포함하여 구성된다.

Description

배터리 전류 차단장치{CURRENT INTERRUPT DEVICE FOR BATTERY}
본 발명은 배터리 전류 차단장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 하이브리드 차량 등에 탑재되는 고전압배터리 등의 과충전 시 자동적으로 전류를 차단하여 배터리의 안전성을 확보하도록 하는 기술에 관한 것이다.
차량에 탑재되는 고전압배터리 등은 캔 형태 또는 파우치 형태의 리튬이온 배터리셀들로 이루어지며, 과충전 시 화재나 폭발 등의 위험성을 내포하고 있어서, 적절한 안전성 확보 기술이 필요하다.
상기한 바와 같은 배터리의 안전성 확보를 위한 소자로서 일반적으로 사용되는 부품은 PTC, Thermal Fuse, Bi-metal with PTC, 배터리셀 내압에 의해 작동하는 기계적 스위치 등이다.
PTC는 온도가 상승하면 저항이 증가하는 소자로 작동온도 이하에서도 저항이 증가하여 배터리의 충방전 효율을 저하시키며, 대전류가 순간적으로 통전될 경우에도 전압이 하강하여 배터리 사용 영역이 감소하는 문제가 있다. 또한 수분, 고열 등에 장기간 방치 시, 신뢰성이 저하되는 문제가 발생하여 10년 이상 사용하는 차량용으로는 부적합하다고 알려져 있다.
Thermal Fuse의 경우 온도가 상승할 경우 내부 회로가 열에 의해 용단되는 소자로, PTC에 비해 저항이 낮은 편이며 단락 등에 의한 대전류 발생 시 양호한 동작특성을 보인다. 그러나 낮은 전류로 과충전이 될 경우 배터리셀에 발생하는 열만으로 용단이 되어야 하나, 설치 위치 등 제약에 의해 용단 온도까지 온도가 올라가지 않는 경우가 대부분이며, 낮은 온도에 동작하는 소자를 사용할 경우 차량 순간 가속시 발생하는 대전류에 의해 소자가 작동하는 문제가 발생하여 차량용으로 부적합한 측면이 있다.
Bi-metal with PTC의 경우 일반적인 PTC에 비해 저항 특성을 획기적으로 개선하였으나, 진동/충격에 의해 바이메탈이 오작동하는 문제로 차량용으로는 부적합한 것으로 알려져 있다.
또한 배터리 내부에 설치되어 배터리셀에서 발생하는 가스압력에 의해 기계적으로 동작하는 스위치의 경우, 고전압화 된 팩에서 적용할 경우 스위치 작동 시 고전압 아크 발생으로 인해 배터리셀 내부가스가 발화될 위험성이 있다. 또한 배터리셀 외부에 설치할 경우에도 배터리셀의 가스 발생속도나 발생 시점에 의해 스위치가 정확하게 동작하지 않을 가능성이 있다.
상기 발명의 배경이 되는 기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
US 6,632,572 B1
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 배터리가 일정한 전압 이상으로 충전이 되는 과충전 시, 자체적인 전기화학 반응에 의해 안정적으로 신뢰성 있는 전류 차단 기능을 제공할 수 있도록 함으로써, 차량용 배터리의 안전성 및 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있도록 한 배터리 전류 차단장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명 배터리 전류 차단장치는
내부에 전해액이 채워진 하우징과;
상기 하우징을 관통하여 전기적 통로를 형성할 수 있도록 구비된 제1양단자 및 제2양단자와;
상기 하우징에 설치되고 상기 전해액에 노출되는 음전극을 구비한 음단자와;
상기 제1양단자와 제2양단자를 상기 하우징 내에서 전기적으로 연결시키고 있다가 소정 전압 이상의 상황에서 이온화되어 상기 음전극에서 석출됨에 의해 상기 제1양단자와 제2양단자의 전기적 연결상태를 차단시키도록 구비된 양전극을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명 배터리 전류 차단장치는,
서로 이격되어 배치된 제1양단자 및 제2양단자와;
상기 제1양단자 및 제2양단자의 이격된 부분에 구비되어 상기 제1양단자와 제2양단자 사이의 전기적 연결상태를 형성하도록 구비된 양전극과;
상기 제1양단자와 제2양단자 및 양전극을 이격된 상태로 감싸면서, 상기 양전극 주위에 공간을 형성하도록 형성된 음단자와;
상기 음단자가 형성하는 공간에 채워져서 소정 전압 이상의 상황에서 상기 양전극을 이온화시켜 상기 음단자 내측의 음전극에 석출되도록 함에 의해 상기 제1양단자와 제2양단자의 전기적 연결상태를 차단시키도록 하는 전해액;
을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 전해액의 용매는 미수계 용매인 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합 용액으로 이루어질 수 있다.
상기 전해액에는 난연성을 부여하기 위하여, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상이 첨가될 수 있다.
상기 전해액에는 염이 첨가되며, 상기 염은 LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상이 첨가 될 수 있다.
상기 전해액에는 작동전압을 조정하기 위하여, 알킬렌카보네트 중합체, 디폐닐 카보네이트, 디프로필 카보네이트, 에틸 메틸 설폰, 테트라메틸렌 설폰으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상이 첨가될 수 있다.
상기 양전극은 순철 또는 합금강으로 이루어질 수 있다.
상기 양전극은 구리, 아연, 주석, 안티몬, 니켈, 코발트, 크롬, 망간, 몰리브덴, 텅스텐, 바나듐, 비스무스, 알루미늄, 마그네슘, 나트륨, 금, 은, 백금, 팔라듐, 이리튬, 지르코늄, 티탄, 란탄, 베릴륨, 니오브로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종의 비철금속 합금으로 이루어질 수 있다.
상기 제1양단자와 제2양단자는, 각각 일단은 상기 하우징 외부에 노출되고 타단은 상기 하우징 내부에서 서로 이격되어 상기 전해액에 노출된 상태로 배치될 수 있고;
상기 양전극은 상기 제1양단자와 제2양단자 사이의 이격된 부분을 채워서 연결하는 금속으로 이루어질 수 있다.
상기 제1양단자와 제2양단자는 상기 전해액 내에서 서로 마주하는 면을 각각 구비할 수 있고;
상기 제1양단자와 제2양단자의 서로 마주하는 면 사이에는 부도체인 보형판이 개재될 수 있으며;
상기 제2양단자에는 적어도 하나 이상의 전극홀이 형성될 수 있고;
상기 제1양단자에는 상기 보형판을 관통하여 상기 전극홀과 틈새를 형성하면서 상기 전극홀에 삽입되는 전극돌기가 구비될 수 있으며;
상기 양전극은 상기 전극홀과 상기 전극돌기 사이의 틈새를 메우는 형태로 구비될 수 있다.
상기 제1양단자와 제2양단자 중 적어도 하나에는, 상기 양전극에 의한 상기 제1양단자와 제2양단자의 연결상태가 차단되는 것을 돕는 방향으로 탄성력을 인가하도록 탄성부재가 연결될 수 있다.
상기 제1양단자와 제2양단자는 단일직선을 형성하도록 단부가 서로 직선적으로 이격되어 배치되고;
상기 제1양단자와 제2양단자의 이격된 단부 사이에 상기 양전극이 구비되며;
상기 제1양단자와 제2양단자의 길이방향 측면에 결합되어 상기 제1양단자와 제2양단자의 상대적인 위치를 고정하는 부도체로 이루어진 보형로드가 구비될 수 있다.
상기 보형로드에는 상기 제1양단자와 제2양단자 사이의 양전극을 향하여 돌출된 보형돌기를 구비하여, 상기 양전극의 단면적을 국부적으로 축소시킬 수 있도록 할 수 있다.
상기 양전극과 음전극 중 적어도 하나는 상대 전극을 바라보는 방향에 함몰된 홈 형상의 함몰부를 구비할 수 있다.
상기 제1양단자와 제2양단자는 각각 원주형태로 형성되어 상호간의 연결부가 상기 양전극에 의해 연결되어 일직선을 형성하도록 구비되고;
상기 음단자는 상기 제1양단자와 제2양단자를 감싸는 실린더 형상으로 형성될 수 있다.
상기 제1양단자와 제2양단자는 직선 막대 형상의 부도체로 이루어진 중심체의 둘레를 각각 감싸는 형상으로 형성되고;
상기 양전극은 상기 중심체의 둘레를 감싸면서 상기 제1양단자와 제2양단자를 전기적으로 연결하도록 형성되며;
상기 음단자는 상기 제1양단자와 제2양단자를 감싸는 실린더 형상으로 형성될 수 있다.
본 발명은 배터리가 일정한 전압 이상으로 충전이 되는 과충전 시, 자체적인 전기화학 반응에 의해 안정적으로 신뢰성 있는 전류 차단 기능을 제공할 수 있도록 함으로써, 차량용 배터리의 안전성 및 신뢰성을 크게 향상시킬 수 있도록 한다.
또한, 본 발명에 의하면, 전기화학 반응에 의해 작동이 상대적으로 서서히 이루어지므로 고전압에 의한 아크 발생이 없으며, 배터리셀 외부에 설치가 가능하여 작동에 따른 발화 위험이 없고 내부저항이 작아 배터리의 충방전 에너지 효율의 극대화를 도모할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 배터리 전류 차단장치의 제1실시예의 구성도,
도 2는 배터리에 도 1의 배터리 전류 차단장치가 설치된 것을 예시한 도면,
도 3은 도 1의 배터리 전류 차단장치의 전류차단 전후를 비교하여 도시한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 배터리 전류 차단장치의 제2실시예를 도시한 것으로서 전류차단 전의 제1양단자와 제2양단자 및 양전극의 상태를 도시한 도면,
도 5는 본 발명에 따른 배터리 전류 차단장치의 제2실시예를 도시한 것으로서 전류차단 후의 제1양단자와 제2양단자 및 양전극의 상태를 도시한 도면,
도 6은 본 발명에 따른 배터리 전류 차단장치의 제3실시예를 도시한 도면,
도 7은 본 발명에 따른 배터리 전류 차단장치의 제4실시예를 도시한 도면,
도 8은 본 발명에 따른 배터리 전류 차단장치의 제5실시예를 도시한 도면,
도 9는 본 발명에 따른 배터리 전류 차단장치의 제6실시예를 도시한 도면,
도 10은 본 발명에 따른 배터리 전류 차단장치의 제7실시예를 도시한 도면,
도 11은 BMS와 연동하여 본 발명에 따른 배터리 전류 차단장치를 테스트하는 예를 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명 배터리 전류 차단장치(1)는 내부에 전해액(2)이 채워진 하우징(3)과; 상기 하우징(3)을 관통하여 전기적 통로를 형성할 수 있도록 구비된 제1양단자(5) 및 제2양단자(7)와; 상기 하우징(3)에 설치되고 상기 전해액(2)에 노출되는 음전극(11)을 구비한 음단자(9)와; 상기 제1양단자(5)와 제2양단자(7)를 상기 하우징(3) 내에서 전기적으로 연결시키고 있다가 소정 전압 이상의 상황에서 이온화되어 상기 음전극(11)에서 석출됨에 의해 상기 제1양단자(5)와 제2양단자(7)의 전기적 연결상태를 차단시키도록 구비된 양전극(13)을 포함하여 구성된다.
즉, 도 1과 같은 구성의 본 발명 배터리 전류 차단장치(1)는 도 2와 같이 다수의 배터리셀(15)로 이루어진 배터리(17)에 충전되는 전압에 의해 작동되도록 설치된 바, 상기 제1양단자(5)와 제2양단자(7)는 상기 양전극(13)에 의해 전기적으로 연결되어 있는 상태에 있다가, 상기 배터리(17)의 충전 중 소정 전압 이상이 작용하게 되면, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 양전극(13)이 이온화(산화)되어 상기 음전극(11)으로 이동하여 석출됨에 따라 상기 제1양단자(5)와 제2양단자(7) 사이의 전기적 연결상태가 차단됨으로써, 상기 소정 전압 이상의 상황이 되면 배터리(17)의 충전이 자동적으로 차단되도록 하여, 배터리(17)의 발화나 폭발 등을 방지할 수 있게 되는 것이다.
참고로, 상기 음전극(11)은 상기 음단자(9)의 일부로서, 상기 전해액(2) 내에서 상기 양전극(13)의 이온이 이동해와서 석출되는 부분을 말한다.
도 3에는 본 발명 차단장치(1)의 원리가 도시되어 있는 바, 상기 양전극(13)이 상기 제1양단자(5)와 제2양단자(7)를 서로 전기적으로 연결하고 있는 상태에서는 전류가 흐를 수 있도록 하다가 상기 소정 전압 이상이 되면, 양전극(13)을 이루고 있는 금속이 이온화되어 상기 음전극(11)으로 이동하여 음전극(11) 표면으로 석출됨에 의해, 결과적으로 상기 제1양단자(5)와 제2양단자(7) 사이에 있던 상기 양전극(13)을 이루던 금속이 없어지게 되면서, 상기 제1양단자(5)와 제2양단자(7) 사이의 전기적 차단 상태가 형성되는 것이다.
상기 전해액(2)의 용매는 미수계 용매인 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합 용액으로 이루어질 수 있다.
상기 전해액(2)에는 난연성을 부여하기 위하여, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상이 첨가될 수 있는 바, 본 발명 배터리(17) 전류 차단장치(1)의 파손 등에도 안전성을 더욱 확보할 수 있다.
상기 전해액(2)에는 염이 첨가되며, 상기 염은 LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상이 첨가 될 수 있다.
상기 전해액(2)에는 작동전압을 조정하기 위하여, 알킬렌카보네트 중합체, 디폐닐 카보네이트, 디프로필 카보네이트, 에틸 메틸 설폰, 테트라메틸렌 설폰으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상이 첨가될 수 있다.
여기서, 상기 작동전압은 상기 양전극(13)의 이온화로 제1양전극(13)과 제2양전극(13)의 전기적 차단이 발생하도록 하는 상기 소정 전압으로서, 이는 해당 배터리(17)의 정격 전압 등과 같은 배터리(17) 특성에 따라 실험 및 해석에 의해 배터리(17)의 발화나 폭발을 방지할 수 있는 범위 내에서 배터리(17)의 작동 안정성을 고려하여 적절히 설정되는 값이다.
상기 양전극(13)은 순철 또는 합금강으로 이루어질 수 있을 것이며, 또한, 구리, 아연, 주석, 안티몬, 니켈, 코발트, 크롬, 망간, 몰리브덴, 텅스텐, 바나듐, 비스무스, 알루미늄, 마그네슘, 나트륨, 금, 은, 백금, 팔라듐, 이리튬, 지르코늄, 티탄, 란탄, 베릴륨, 니오브로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종의 비철금속 합금으로 이루어질 수 있을 것이다.
도 1의 제1실시예에서, 상기 제1양단자(5)와 제2양단자(7)는, 각각 일단은 상기 하우징(3) 외부에 노출되고 타단은 상기 하우징(3) 내부에서 서로 이격되어 상기 전해액(2)에 노출된 상태로 배치되고, 상기 양전극(13)은 상기 제1양단자(5)와 제2양단자(7) 사이의 이격된 부분을 채워서 연결하는 상기한 바와 같은 금속으로 이루어진다.
참고로, 상기 배터리(17)는 다수의 배터리셀(15)이 직렬로 연결되어 구성되며, 배터리(17)에 충전전류를 공급할 수 있는 전원, 예컨대, 고전압직류컨버터(미도시) 등에 연결되어 충전이 이루어지는 바, 도 3에서 상기 배터리(17)의 음극은 전원에 직접 연결되고 양극은 상기 차단장치(1)를 통해 전원에 연결된다.
즉, 상기 제1양단자(5)는 전원에 연결되고 제2양단자(7)는 배터리(17)를 구성하는 말단 배터리셀(15)의 양극에 연결되고 상기 음단자(9)는 상기 배터리셀(15)의 음극에 연결되는 구조이다.
도 4와 도 5는 본 발명의 제2실시예를 도시한 것으로서, 나머지 구성은 상기 제1실시예와 동일하므로, 차이가 있는 제1양단자(5)와 제2양단자(7) 및 양전극(13)만을 도시하고 있다.
상기 제2실시예에서, 상기 제1양단자(5)와 제2양단자(7)는 상기 전해액(2) 내에서 서로 마주하는 면을 각각 구비하고, 상기 제1양단자(5)와 제2양단자(7)의 서로 마주하는 면 사이에는 부도체인 보형판(19)이 개재되며, 상기 제2양단자(7)에는 적어도 하나 이상의 전극홀(21)이 형성되고, 상기 제1양단자(5)에는 상기 보형판(19)을 관통하여 상기 전극홀(21)과 틈새를 형성하면서 상기 전극홀(21)에 삽입되는 전극돌기(23)가 구비되며, 상기 양전극(13)은 상기 전극홀(21)과 상기 전극돌기(23) 사이의 틈새를 메우는 형태로 구비된 것이다.
즉, 도 4와 같은 상태에서는 A-A단면에서 확인할 수 있듯이, 상기 전극홀(21)과 전극돌기(23) 사이의 틈새에 상기 양전극(13)이 형성되어 있어서, 전류의 흐름이 허용되지만, 상기 차단장치(1)에 작동전압 이상이 작용하여 양전극(13)의 이온화 및 음전극(11)에서의 석출이 발생되어 도 5와 같은 상태로 되면, 도 5의 B-B단면과 같이 전극홀(21)과 전극돌기(23) 사이의 틈새에 의해 전류가 차단되어, 배터리(17)의 무리한 충전이 방지되게 되는 것이다.
이와 같은 구성은 상기 제1양단자(5)와 제2양단자(7)의 상호 연결상태가 매우 견고하게 유지될 수 있어서, 충격과 진동에 자주 노출되는 차량에서 차단장치(1)의 안정된 내구성을 확보할 수 있도록 한다.
한편, 상기 제1양단자(5)와 제2양단자(7) 중 적어도 하나에는, 상기 양전극(13)에 의한 상기 제1양단자(5)와 제2양단자(7)의 연결상태가 차단되는 것을 돕는 방향으로 탄성력을 인가하도록 탄성부재(25)가 연결된 구성으로 할 수 있다.
그 일예로, 제3실시예를 도 6에 도시한 바, 제1양단자(5)에 지지블록(27)을 연결하고, 상기 제2양단자(7)와 상기 지지블록(27) 사이에 상기 탄성부재(25)를 구비하여, 상기 양전극(13)을 이루는 금속이 충분한 상태에서는 상기 탄성부재(25)에 의해서도 상기 제1양단자(5)와 제2양단자(7)의 연결상태가 그대로 유지되어 전기를 통전시키지만, 상기 작동전압 이상에서 양전극(13)의 이온화가 진행되어 양전극(13)의 금속이 이동하기 시작하면, 상기 양전극(13)의 기계적인 지지력이 약화되기 시작하고, 결국 상기 탄성부재(25)에 의해, 탄성부재(25)가 없는 경우에 비하여 상기 제2양단자(7)와 제1양단자(5)의 연결상태가 조기에 차단상태로 어긋나게 되어 상기 제1양단자(5)와 제2양단자(7)의 전기적 연결상태가 상기 양전극(13)을 이루는 금속이 모두 이동하기 전에 차단될 수 있는 것이다.
즉, 상기 탄성부재(25)는 본 발명 차단장치(1)의 보다 빠른 작동이 필요한 경우나, 확실한 전류차단이 요구되는 경우에 사용되면 바람직한 것이다.
상기 탄성부재(25)는 하우징(3)과 제1양단자(5) 또는 제2양단자(7) 사이에 하나 또는 둘 이상이 설치되는 등 다양한 변형이 가능할 것이다.
도 7을 참조하면, 본 발명 제4실시예는, 상기 제1양단자(5)와 제2양단자(7)는 단일직선을 형성하도록 단부가 서로 직선적으로 이격되어 배치되고; 상기 제1양단자(5)와 제2양단자(7)의 이격된 단부 사이에 상기 양전극(13)이 구비되며; 상기 제1양단자(5)와 제2양단자(7)의 길이방향 측면에 결합되어 상기 제1양단자(5)와 제2양단자(7)의 상대적인 위치를 고정하는 부도체로 이루어진 보형로드(29)가 구비된 것이다.
또한, 상기 보형로드(29)에는 상기 제1양단자(5)와 제2양단자(7) 사이의 양전극(13)을 향하여 돌출된 보형돌기(31)를 구비하여, 상기 양전극(13)의 단면적을 국부적으로 축소시킬 수 있도록 한 것이다.
상기한 바와 같이 양전극(13)의 단면적을 국부적으로 축소시키면, 본 발명 차단장치(1)의 응답시간을 보다 빠르게 조절할 수 있을 것이다.
또한, 상기 양전극(13)과 음전극(11) 중 적어도 하나는 상대 전극을 바라보는 방향에 함몰된 홈 형상의 함몰부(33)를 구비하도록 하여, 반응 면적의 확대로 보다 빠른 이온화 및 석출 현상이 이루어지도록 할 수 있다.
그 일예로 도 7의 음단자(9)에 형성된 음전극(11)은 양전극(13)을 향하는 방향에 함몰부(33)를 구비하고 있으며, 도 8의 제4실시예에서는 음전극(11)은 물론 양전극(13)도 함몰부(33)를 구비하고 있다.
도 9는 제6실시예를 도시한 것으로서, 서로 이격되어 배치된 제1양단자(5) 및 제2양단자(7)와; 상기 제1양단자(5) 및 제2양단자(7)의 이격된 부분에 구비되어 상기 제1양단자(5)와 제2양단자(7) 사이의 전기적 연결상태를 형성하도록 구비된 양전극(13)과; 상기 제1양단자(5)와 제2양단자(7) 및 양전극(13)을 이격된 상태로 감싸면서, 상기 양전극(13) 주위에 공간을 형성하도록 형성된 음단자(9)와; 상기 음단자(9)가 형성하는 공간에 채워져서 소정 전압 이상의 상황에서 상기 양전극(13)을 이온화시켜 상기 음단자(9) 내측의 음전극(11)에 석출되도록 함에 의해 상기 제1양단자(5)와 제2양단자(7)의 전기적 연결상태를 차단시키도록 하는 전해액(2)을 포함하여 구성된다.
즉, 제6실시예는 상기 제1내지 제5실시예와 다른 부분은 거의 동일하지만, 전해액(2)을 내포하는 하우징을 별도로 구비하지 않고, 음전극(11) 자체가 하우징 역할을 하여 전해액(2)을 감싸는 공간을 형성하도록 하고, 양전극(13)의 형상을 그에 따라 변경한 것이다.
따라서, 상기 전해액(2)이나, 양전극(13)의 재료에 대한 구성은 상기 제1내지 5실시예와 동일하다.
제6실시예에서, 상기 제1양단자(5)와 제2양단자(7)는 각각 원주형태로 형성되어 상호간의 연결부가 상기 양전극(13)에 의해 연결되어 일직선을 형성하도록 구비되고, 상기 음단자(9)는 상기 제1양단자(5)와 제2양단자(7)를 감싸는 실린더 형상으로 형성된다.
따라서, 상기 양전극(13)의 이온화 및 석출이 이루어지면, 상기 제1양단자(5)와 제2양단자(7) 사이의 양전극(13)은 주위의 음단자(9) 내측면인 음전극(11)으로 이동하여, 상기 제1양단자(5)와 제2양단자(7)가 단절됨에 의해 전기적 차단이 이루어지게 된다.
도 10은 본 발명의 제7실시예를 도시한 것으로서, 상기 제6실시예와 유사하지만, 제1양단자(5)와 제2양단자(7) 및 양전극(13)의 기구적인 구성에 차이가 있다.
즉, 상기 제1양단자(5)와 제2양단자(7)는 직선 막대 형상의 부도체로 이루어진 중심체(35)의 둘레를 각각 감싸는 형상으로 형성되고, 상기 양전극(13)은 상기 중심체(35)의 둘레를 감싸면서 상기 제1양단자(5)와 제2양단자(7)를 전기적으로 연결하도록 형성되며, 상기 음단자(9)는 상기 제1양단자(5)와 제2양단자(7)를 감싸는 실린더 형상으로 형성된 것이다.
따라서, 상기 양전극(13)의 이온화가 이루어지면, 상기 제1양단자(5)와 제2양단자(7) 사이의 전기적 연결은 차단되지만, 상기 중심체(35)는 상기 제1양단자(5)와 제2양단자(7)를 기구적으로 연결하고 있는 상태를 유지한다.
이와 같은 구성은 충격 및 진동 등에 있어서, 상기 제6실시예 보다 향상된 내구성 및 안정성을 제공한다.
참고로, 도 11은 본 발명 차단장치(1)를 BMS(Battery Management System)와 연동하여 테스트하는 것을 예시한 것으로서, 상기 BMS는 차단장치(1)의 전압과 배터리셀(15)의 전압 비교를 통하여 상기 차단장치(1)의 정상여부를 확인할 수 있다.
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
1; 차단장치
2; 전해액
3; 하우징
5; 제1양단자
7; 제2양단자
9; 음단자
11; 음전극
13; 양전극
15; 배터리셀
17; 배터리
19; 보형판
21; 전극홀
23; 전극돌기
25; 탄성부재
27; 지지블록
29; 보형로드
31; 보형돌기
33; 함몰부
35; 중심체

Claims (16)

  1. 내부에 전해액이 채워진 하우징과;
    상기 하우징을 관통하여 전기적 통로를 형성할 수 있도록 구비된 제1양단자 및 제2양단자와;
    상기 하우징에 설치되고 상기 전해액에 노출되는 음전극을 구비한 음단자와;
    상기 제1양단자와 제2양단자를 상기 하우징 내에서 전기적으로 연결시키고 있다가 소정 전압 이상의 상황에서 이온화되어 상기 음전극에서 석출됨에 의해 상기 제1양단자와 제2양단자의 전기적 연결상태를 차단시키도록 구비된 양전극;을 포함하여 구성되고,
    상기 제1양단자와 제2양단자는, 각각 일단은 상기 하우징 외부에 노출되고 타단은 상기 하우징 내부에서 서로 이격되어 상기 전해액에 노출된 상태로 배치되고;
    상기 양전극은 상기 제1양단자와 제2양단자 사이의 이격된 부분을 채워서 연결하는 금속으로 이루어진 것
    을 특징으로 하는 배터리 전류 차단장치.
  2. 서로 이격되어 배치된 제1양단자 및 제2양단자와;
    상기 제1양단자 및 제2양단자의 이격된 부분에 구비되어 상기 제1양단자와 제2양단자 사이의 전기적 연결상태를 형성하도록 구비된 양전극과;
    상기 제1양단자와 제2양단자 및 양전극을 이격된 상태로 감싸면서, 상기 양전극 주위에 공간을 형성하도록 형성된 음단자와;
    상기 음단자가 형성하는 공간에 채워져서 소정 전압 이상의 상황에서 상기 양전극을 이온화시켜 상기 음단자 내측의 음전극에 석출되도록 함에 의해 상기 제1양단자와 제2양단자의 전기적 연결상태를 차단시키도록 하는 전해액;을 포함하여 구성되고,
    상기 제1양단자와 제2양단자는 상기 전해액 내에서 서로 마주하는 면을 각각 구비하고;
    상기 제1양단자와 제2양단자의 서로 마주하는 면 사이에는 부도체인 보형판이 개재되며;
    상기 제2양단자에는 적어도 하나 이상의 전극홀이 형성되고;
    상기 제1양단자에는 상기 보형판을 관통하여 상기 전극홀과 틈새를 형성하면서 상기 전극홀에 삽입되는 전극돌기가 구비되며;
    상기 양전극은 상기 전극홀과 상기 전극돌기 사이의 틈새를 메우는 형태로 구비된 것
    을 특징으로 하는 배터리 전류 차단장치.
  3. 내부에 전해액이 채워진 하우징과;
    상기 하우징을 관통하여 전기적 통로를 형성할 수 있도록 구비된 제1양단자 및 제2양단자와;
    상기 하우징에 설치되고 상기 전해액에 노출되는 음전극을 구비한 음단자와;
    상기 제1양단자와 제2양단자를 상기 하우징 내에서 전기적으로 연결시키고 있다가 소정 전압 이상의 상황에서 이온화되어 상기 음전극에서 석출됨에 의해 상기 제1양단자와 제2양단자의 전기적 연결상태를 차단시키도록 구비된 양전극;을 포함하여 구성되고,
    상기 제1양단자와 제2양단자 중 적어도 하나에는, 상기 양전극에 의한 상기 제1양단자와 제2양단자의 연결상태가 차단되는 것을 돕는 방향으로 탄성력을 인가하도록 탄성부재가 연결된 것
    을 특징으로 하는 배터리 전류 차단장치.
  4. 내부에 전해액이 채워진 하우징과;
    상기 하우징을 관통하여 전기적 통로를 형성할 수 있도록 구비된 제1양단자 및 제2양단자와;
    상기 하우징에 설치되고 상기 전해액에 노출되는 음전극을 구비한 음단자와;
    상기 제1양단자와 제2양단자를 상기 하우징 내에서 전기적으로 연결시키고 있다가 소정 전압 이상의 상황에서 이온화되어 상기 음전극에서 석출됨에 의해 상기 제1양단자와 제2양단자의 전기적 연결상태를 차단시키도록 구비된 양전극;을 포함하여 구성되고,
    상기 제1양단자와 제2양단자는 단일직선을 형성하도록 단부가 서로 직선적으로 이격되어 배치되고;
    상기 제1양단자와 제2양단자의 이격된 단부 사이에 상기 양전극이 구비되며;
    상기 제1양단자와 제2양단자의 길이방향 측면에 결합되어 상기 제1양단자와 제2양단자의 상대적인 위치를 고정하는 부도체로 이루어진 보형로드가 구비된 것
    을 특징으로 하는 배터리 전류 차단장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 보형로드에는 상기 제1양단자와 제2양단자 사이의 양전극을 향하여 돌출된 보형돌기를 구비하여, 상기 양전극의 단면적을 국부적으로 축소시킬 수 있도록 한 것
    을 특징으로 하는 배터리 전류 차단장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 양전극과 음전극 중 적어도 하나는 상대 전극을 바라보는 방향에 함몰된 홈 형상의 함몰부를 구비한 것
    을 특징으로 하는 배터리 전류 차단장치.
  7. 서로 이격되어 배치된 제1양단자 및 제2양단자와;
    상기 제1양단자 및 제2양단자의 이격된 부분에 구비되어 상기 제1양단자와 제2양단자 사이의 전기적 연결상태를 형성하도록 구비된 양전극과;
    상기 제1양단자와 제2양단자 및 양전극을 이격된 상태로 감싸면서, 상기 양전극 주위에 공간을 형성하도록 형성된 음단자와;
    상기 음단자가 형성하는 공간에 채워져서 소정 전압 이상의 상황에서 상기 양전극을 이온화시켜 상기 음단자 내측의 음전극에 석출되도록 함에 의해 상기 제1양단자와 제2양단자의 전기적 연결상태를 차단시키도록 하는 전해액;
    을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 전류 차단장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1양단자와 제2양단자는 각각 원주형태로 형성되어 상호간의 연결부가 상기 양전극에 의해 연결되어 일직선을 형성하도록 구비되고;
    상기 음단자는 상기 제1양단자와 제2양단자를 감싸는 실린더 형상으로 형성된 것
    을 특징으로 하는 배터리 전류 차단장치.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1양단자와 제2양단자는 직선 막대 형상의 부도체로 이루어진 중심체의 둘레를 각각 감싸는 형상으로 형성되고;
    상기 양전극은 상기 중심체의 둘레를 감싸면서 상기 제1양단자와 제2양단자를 전기적으로 연결하도록 형성되며;
    상기 음단자는 상기 제1양단자와 제2양단자를 감싸는 실린더 형상으로 형성된 것
    을 특징으로 하는 배터리 전류 차단장치.
  10. 청구항 1 내지 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전해액의 용매는 미수계 용매인 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합 용액으로 이루어진 것
    을 특징으로 하는 배터리 전류 차단장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 전해액에는 난연성을 부여하기 위하여, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상이 첨가되는 것
    을 특징으로 하는 배터리 전류 차단장치
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 전해액에는 염이 첨가되며, 상기 염은 LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상이 첨가 되는 것
    을 특징으로 하는 배터리 전류 차단장치.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 전해액에는 작동전압을 조정하기 위하여, 알킬렌카보네트 중합체, 디폐닐 카보네이트, 디프로필 카보네이트, 에틸 메틸 설폰, 테트라메틸렌 설폰으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상이 첨가되는 것
    을 특징으로 하는 배터리 전류 차단장치.
  14. 청구항 1 내지 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 양전극은 순철 또는 합금강으로 이루어진 것
    을 특징으로 하는 배터리 전류 차단장치.
  15. 청구항 1 내지 9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 양전극은 구리, 아연, 주석, 안티몬, 니켈, 코발트, 크롬, 망간, 몰리브덴, 텅스텐, 바나듐, 비스무스, 알루미늄, 마그네슘, 나트륨, 금, 은, 백금, 팔라듐, 이리튬, 지르코늄, 티탄, 란탄, 베릴륨, 니오브로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 또는 2종의 비철금속 합금으로 이루어진 것
    을 특징으로 하는 배터리 전류 차단장치.
  16. 삭제
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