KR20050063180A - 전지의 과충전 방지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 과충전 오용으로 인한 전지의 발화 및 폭발을 근본적으로 차단하여 전지의 안전성을 제공해주는 과충전 방지장치에 관한 것이다. 본 발명의 장치는 외부 온도에 반응하여 상변환시 부피팽창율 큰 상변화 물질을 사용하는 것을 특징으로 한다. 과충전으로 인하여 전지의 온도가 상승하면 상변화 물질이 팽창하여 충전회로를 단락시켜 과충전을 방지하는 원리를 이용한 장치이다. 본 발명에서 고안한 장치는 리튬전지, 납축전지, 니켈수소전지 등에 모두 적용되어 전지의 과충전 오용으로부터 전지를 안전하게 한다.

Description

전지의 과충전 방지장치{A DEVICE FOR OVERCHARGE PROTECTION OF BATTERIES}

본 발명은 과충전 방지장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 과충전 오용으로 인한 전지의 발화 및 폭발을 근본적으로 차단하여 전지의 안전성을 제공해 주는 전지의 과충전 방지장치에 관한 것이다.

최근 정보통신 산업, 자동차 산업, 전기전자 산업의 발전과 더불어 고성능 전지의 수요는 날로 증가하고 있다. 그런데 리튬전지, 리튬이온전지, 납축전지, 니켈수소전지 등의 이차전지는 과충전으로 인한 발화 및 폭발의 위험성이 있다. 따라서, 이러한 위험으로부터 안전성을 확보하기 위한 장치가 요구되고 있다.

종래에 사용되는 안정성 확보장치는 전지내부에 과충전으로부터 발생되는 가스에 의한 압력상승에 의한 충전회로의 단락을 이용하는 것이 사용되어 왔다. 이러한 안전장치는 주로 원통형 전지에 전용되어 왔으나 전지 캔의 디자인 및 제조공정을 어렵게 만드는 단점이 있고, 파우치형의 전지에는 적용하지 못하는 단점이 있다. 따라서 종래에 적용되는 안정장치의 단점을 개선하기 위한 새로운 개념의 과충전 방지장치가 요구된다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은 상변화로 인한 부피 팽창율이 큰 물질을 이용하여 전지의 형태 및 종류에 구애받지 않고 과충전으로부터 발화 및 폭발을 근본적으로 차단하여 전지의 안전성을 확보하는 장치를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전지의 충전시 과충전되는 것을 방지하는 방지장치는 절연층이 코팅되어 전기적으로 절연된 실린더와, 상기 실린더 내에 상변환물질과 열적으로 접촉하는 연결접점, 및 상기 연결접점에 전기에너지를 전달하고, 전지 온도가 상승됨에 따라 상기 연결접점과 분리되는 피스톤으로 구성됨을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면과 실시예를 통하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 살펴보지만, 하기 예에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 전지의 과충전 방지장치의 사시도를 나타낸 것이며, 도 2는 본 발명의 전지 과충전 방지장치의 절단면도를 도시한 것이다.

도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 전지의 과충전 방지장치는 충전회로를 연결하는 전기선(14, 15)과 절연층이 코팅되어 전기적으로 절연된 실린더(10)로 구성되어 있다. 실린더(10) 내에는 부피팽창율이 큰 상변환물질(13)이 충진되어 있고, 상변환물질(13)과 열적으로 접촉하는 전기적인 연결접점(12)과 연결접점(12)을 통해 전기에너지를 전달하고, 전지 온도가 상승됨에 따라 연결접점(12)과 분리되는 피스톤(11)으로 구성되어 있다.

회로의 연결접점(12)은 전형적으로 종이, 포일, 카본, 플라스틱 또는 유리로 만들어진 실린더(10)에 배치되는 텅스텐, 탄탈륨 또는 니크롬 등의 저항성 와이어 코일(resistive wire coil)이다. 피스톤(11)은 전기선(14, 15)과 같은 재질이거나 전기가 통하는 금속물질로 형성한다.

상변화물질(13)은 온도에 따른 부피 팽창율이 큰 물질은 무엇이나 사용이 가능하다. 예를 들면 특정온도에서 고체상에서 액체상으로 용융되어 부피 팽창율이 매우 큰 물질로서 파라핀계 왁스를 사용한다. 파라핀계 왁스는 왁스의 분자구조 및 분자량에 따라 상변이 온도가 10℃ 에서 100℃로 상변환 온도범위가 넓어서 과충전 방지를 원하는 온도에 조절할 수 있다.

상기 과충전 방지장치는 다음과 같이 동작한다. 실린더(10)에 채워진 상변화물질(13)이 전지가 과충전되어 어느 일정온도에 도달하면 고상에서 액상으로 상변화하면서 부피가 크게 증가되어 피스톤(11)을 밖으로 밀어내어 연결접점(12)을 절단시켜 충전회로를 단락시킨다.

<실시예 1>

도 1과 같은 구조를 갖는 실린더(10)에 상변환물질(13)인 파라핀 왁스를 충진시킨 실린더(10)에 온도를 70도로 상승시킨 경우 파라핀 왁스는 고체상에서 액체상으로 용융되면서 20% 정도 부피가 증가하여 피스톤(11)을 밖으로 밀면서 실린더(10) 내부에 연결되어 있는 전기적 회로가 단락되었다.

<실시예 2>

실시예 1에서 제조한 장치를 필름형태의 리튬이온 고분자 전지에 적용하여 10V로 과충전시킨 경우 전지의 내부의 온도가 70도 이상 상승하였으며, 이로 인해서 발생한 열이 실시예 1에서 고안한 과충전 방지장치를 전기적으로 회로를 차단하여 충전회로를 차단함으로써 더 이상 전지가 과충전되는 것을 방지하였다.

본 발명에서 고안한 전지의 과충전 방지장치는 리튬전지, 납축전지, 니켈수소전지 등에 모두 적용되어 전지의 과충전 오용으로부터 전지를 안전하게 한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 실린더에 채워진 상변화물질이 전지가 과충전되면 부피가 증가하여 피스톤을 밖으로 밀어내어 충전회로를 단락시킴으로써 전지의 과충전 오용으로 인한 발화 및 폭발을 근본적으로 차단할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 전지의 과충전 방지장치의 사시도이다.

도 2는 본 발명의 전지 과충전 방지장치의 절단면도를 도시한 것이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 실린더 11: 피스톤

12: 연결접점 13: 상변환물질

14, 15: 전기선

Claims (2)

1. 전지의 충전시 과충전되는 것을 방지하는 전지의 과충전 방지장치에 있어서,

   절연층이 코팅되어 전기적으로 절연된 실린더와,

   상기 실린더 내에 상변환물질과 열적으로 접촉하는 연결접점, 및 상기 연결접점에 전기에너지를 전달하고, 전지 온도가 상승함에 따라 상기 연결접점과 분리되는 피스톤으로 구성된 것을 특징으로 하는 전지의 과충전 방지장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 상변환물질은 과충전으로 인해 전지의 내부온도가 상승하면 부피가 증가되어 피스톤을 밖으로 밀어내는 것을 특징으로 하는 전지의 과충전 방지장치.