KR20090124110A - 니켈-수소전지용 벤트 플러그 - Google Patents

니켈-수소전지용 벤트 플러그 Download PDF

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KR20090124110A
KR20090124110A KR1020080050115A KR20080050115A KR20090124110A KR 20090124110 A KR20090124110 A KR 20090124110A KR 1020080050115 A KR1020080050115 A KR 1020080050115A KR 20080050115 A KR20080050115 A KR 20080050115A KR 20090124110 A KR20090124110 A KR 20090124110A
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valve
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박동필
강태혁
최진홍
이정준
조태우
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에너그린(주)
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Abstract

본 발명은 충전 및 단락 시 발생되는 가스를 외부로 배출함으로써 전지의 폭발을 방지하기 위한 안전장치를 개선한 니켈-수소전지용 벤트 플러그에 관한 것으로, 니켈-수소전지의 케이스와 일체로 형성되고, 케이스의 내부와 연통되는 제 1 벤트홀이 하면에 형성되는 원통형 하우징과, 상기 하우징에 삽입 결합되고 상면에 제 2 벤트홀이 형성되는 벤트캡과, 상기 제 1 벤트홀에 삽입되고 상하로 이동 가능한 밸브와, 상기 밸브를 하향으로 탄성 지지하는 스프링과, 밸브의 걸림턱과 제 1 벤트홀의 사이에 마련되는 패킹을 포함하여 구성된다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 의한 니켈-수소전지용 벤트 플러그는 충전 및 단락 시 발생되는 가스에 의해 케이스의 내부 압력이 증가하여 스프링의 인장력보다 커지면, 밸브를 상승시켜 제 1 벤트홀을 개방하고 그를 통해 가스가 배출되고, 가스가 배출되어 케이스의 내부 압력이 감소하면 스프링이 인장되어 밸브가 하강함과 동시에 제 1 벤트홀이 폐쇄되며 가스가 차단됨을 특징으로 한다.
니켈-수소전지, 벤트 플러그, 스프링, 가스 배출, 밸브

Description

니켈-수소전지용 벤트 플러그{VENT PLUG FOR Ni-MH BATTERY}
본 발명은 니켈-수소전지용 벤트 플러그에 관한 것으로, 구체적으로는 충전 및 단락 시 발생되는 가스를 외부로 배출함으로써 전지의 폭발을 방지하기 위한 안전장치를 개선한 니켈-수소전지용 벤트 플러그에 관한 것이다.
일반적으로 축전지는 화학에너지를 전기에너지로 변환하거나 전기에너지를 화학에너지로 변환하는 장치로, 니켈-카드뮴전지(Ni-Cd battery)와 니켈-수소전지(Ni-MH battery)가 널리 사용되고 있다. 이 중에서 니켈-카드뮴전지는 음극으로 사용되는 카드뮴이 누출될 경우 심각한 환경오염을 초래하므로, 최근에는 에너지밀도가 크고 공해가 없으며 고성능 전지인 니켈-수소전지(Ni-MH battery)가 각광을 받고 있는 추세이다.
그런데 이러한 니켈-수소전지는 충전조건 이상으로 과충전되거나 가스재결합반응보다 가스발생이 많을 경우 내부압 상승으로 전지의 안전성에 문제가 생길 수 있고, 전지 내부 압력에 의한 케이스 파열의 위험을 안고 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 전지용 벤트 캡(등록번호 10-494360호)이 기 출원된 바가 있다.
도 8은 종래의 니켈-수소전지의 전지용 벤트 캡을 도시하는 분해사시도이고, 도 9는 종래의 전지용 벤트 캡을 도시하는 단면도이며, 도 10은 종래의 전지용 벤트 캡 중 내부캡을 도시한 사시도이다.
도 8 내지 도 10을 참조하여 설명하면, 종래의 전지용 벤트 캡은 전지 케이스의 커버에 결합되는 외부캡(10)과, 상기 외부캡(10)에 끼워지는 컵형의 안전밸브(30)와, 상기 안전밸브(30)를 밀착시키면서 외부캡(10)의 내측 상단에 접착 결합되는 내부캡(50)과, 외부캡(10)의 외주연부에 끼워지는 밀봉링(70)으로 구성된다.
상기 외부캡(10)은 케이스 커버의 벤트 홀에 나사 결합되도록 벽체(11)의 외주연부에 나사산(12)이 형성되고, 스패너(spanner), 렌치(wrench) 등의 조임 공구를 이용한 결합이 가능하도록 상부에 결합돌기(13)가 형성된다. 또한, 상기 외부캡(10)의 내측 상단에는 내부캡(50)과의 접촉 면적이 넓도록 2개의 계단면(14, 15)이 형성되고, 상기 내부캡(50)은 계단면(14, 15)에 접착된다. 또한, 상기 외부캡(10)의 내측 중앙에는 벽체(11)와 일체로 연장하여 수직챔버(16)를 가지는 배출구(17)가 형성되고, 상기 벽체(11)의 하부에는 유입구(18)가 형성된다.
이때, 상기 배출구(17)는 도 9에 도시된 바와 같이 벽체(11)에서 수평으로 연장된 수평 지지판(19)에서 수직으로 연장되며, 배출구(17)의 상단에는 가스의 배출이 자유롭도록 배출홈(21)이 마련된다.
한편, 상기 외부캡(10)의 벽체(11)에는 그 일측 하부에 결합홈(22)이 형성되고, 상기 결합홈(22)이 형성된 부분과 대향한 벽체(11)의 타측에는 차단판(23)이 형성되며, 상기 차단판(23)에는 결합홈(22)과 대응하는 위치에 결합돌기(24)가 형 성된다.
전지용 벤트 캡의 안전밸브(30)는 상기 배출구(17)의 상부에 끼워져 가스는 통과시키고 전해액의 누액은 방지하는 것으로서, 고무 또는 실리콘 등을 재질로 한 탄력성이다.
전지용 벤트 캡의 내부캡(50)은 도 10에 도시된 바와 같이 평판상의 기판(51)과, 상기 기판(51)으로부터 연장된 내벽(52) 및 외벽(53)을 갖는다. 그리고 상기 기판(51)의 중앙에는 안전밸브(30)의 가운데를 밀착시키는 중앙돌기(54)가 형성되고, 그 중앙에는 가스가 외부로 배출되는 배출공(55)이 형성되며, 상기 내벽(52)에는 가스가 통과할 수 있는 유출통로(56)가 형성된다.
전지용 벤트 캡의 밀봉링(70)은 벤트 캡이 케이스 커버의 벤트 홀에 밀봉되도록 상기 외부캡(10)의 외주연부에 끼워지는 것으로서, 예를 들어 통상의 O-링(O-ring)이 사용된다.
이와 같이 구성된 종래의 전지용 벤트 캡은 전지 케이스 내부에서 발생한 가스는 유입구(18)를 통하여 벤트 캡으로 유입되고, 유입된 가스는 수직챔버(165)를 관통하여 배출구(17)의 배출홈(21)을 통과하게 되는데, 이때 가스의 높은 압력에 의해 안전밸브(30)가 순간적으로 이완된다. 그리고 안전밸브(30)의 이완에 의해 형성된 공간을 통하여 가스는 외부캡(10)을 신속하게 빠져나와 내측캡(50)의 내벽(52)에 형성된 유출통로(56)를 통과한 다음 배출공(55)을 통하여 외부로 배출된다.
그런데 상술한 종래의 전지용 벤트 캡은 안전밸브(30)가 배출구(17)의 외주 연에 밀착된 상태로 결합되므로 니켈-수소전지는 충전조건 이상으로 과충전되거나 가스재결합반응보다 가스발생이 많을 경우 가스 배출이 원활하지 못하다. 또한, 이로 인하여 가스가 배출되지 못할 경우 내부압 상승으로 전지의 안전성에 문제가 생길 수 있고, 전지 내부 압력에 의한 케이스 파열의 위험을 안고 있다.
본 발명은 상술한 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서 충전 및 단락 시 발생되는 가스를 외부로 배출함으로써 전지의 폭발을 방지하기 위한 니켈-수소전지용 벤트 플러그를 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 니켈-수소전지용 벤트 플러그는 니켈-수소전지의 케이스 상면에 형성되되 상기 케이스와 일체로 형성되며, 하면에 케이스의 내부, 즉 양극판, 음극판 및 격리판이 마련된 셀과 연통되는 제 1 벤트홀이 형성된 원통형 하우징을 포함하여 구성된다. 또한, 상기 하우징의 상부에 결합되어 제 1 벤트홀을 통해 유입된 가스가 외부로 배출될 수 있도록 상면에 제 2 벤트홀이 형성된 벤트캡을 더 포함하여 구성된다.
이때, 상기 하우징과 벤트캡에 의해 형성된 공간에는 밸브가 위치되며, 상기 밸브의 하단은 제 1 벤트홀에 삽입되되 상하로 이동 가능하다. 따라서 충전 및 단락 시 발생되는 가스에 의해 케이스의 내부 압력이 증가하여 스프링의 인장력보다 커지면, 밸브를 상승시켜 제 1 벤트홀을 개방하고 그를 통해 가스가 배출됨을 특징 으로 한다.
또한, 상기 밸브의 상단에 걸림턱이 형성되고 상기 걸림턱과 제 1 벤트홀의 사이에 패킹이 마련되며 상기 제 1 벤트홀의 상단 둘레는 상향으로 돌출되어, 제 1 벤트홀이 확실하게 밀봉됨을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 니켈-수소전지용 벤트 플러그는 충전 및 단락 시 발생되는 가스에 의해 상승된 케이스의 내부 압력이 스프링의 인장력보다 클 경우에만 밸브를 상승시켜 가스를 배출함으로써 전지의 폭발을 방지할 수 있다.
또한, 밸브와 제 1 벤트홀의 사이에 패킹이 마련되고 제 1 벤트홀의 상단 둘레가 상향으로 돌출되는바, 가스의 배출 및 차단이 확실하여 전해액의 유출을 방지함과 동시에 필요시 가스를 확실하게 배출함으로써 전지의 폭발을 방지할 수 있다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 니켈-수소전지용 벤트 플러그의 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 니켈-수소전지용 벤트 플러그(100)는, 하우징(110)과, 상기 하우징(110)의 상부에 결합되는 벤트캡(120)과, 하우징(110)의 내부에 마련되는 밸브(130)와, 상기 벤트캡(120) 및 밸브(130) 사이에 마련되는 스프링(140)과, 상기 밸브(130) 및 하우징(110) 사이에 마련되는 패킹(150)을 포함하여 구성된다.
도 2 내지 도 6을 참조하여 상술한 각 구성요소를 좀 더 상세히 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명에 의한 니켈-수소전지용 벤트 플러그의 분해도로 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 니켈-수소전지용 벤트 플러그(100)의 하우징(110)은 소정의 직경과 높이를 갖는 원통형상으로 니켈-수소전지의 케이스(200) 상면에 형성되되 상기 케이스(200)와 일체로 형성된다. 이와 같은 형상의 하우징(110)의 하면에는 케이스(200)의 내부, 즉 양극판(도 1의 210), 음극판(도 1의 220) 및 격리판(도 1의 230)이 마련된 셀(도 1의 240)과 연통되는 제 1 벤트홀(112)이 형성되고, 상기 제 1 벤트홀(112)의 상단 둘레에는 패킹(150)과의 밀착성을 향상시키기 위한 밀착돌기(114)가 상향으로 돌출된다. 또한, 상기 하우징(110)의 내벽에는 벤트캡(120)과의 결합을 위한 나사산(116)이 형성된다.
이때, 상기 하우징(110)과 케이스(200)를 일체로 형성한 이유는 전해액 또는 가스가 누출되는 것을 방지하기 위함이다. 좀 더 상세히 설명하면 하우징(110)과 케이스(200)를 별도로 제작한 후 접합하게 되면, 내부에서 발생된 가스에 의해 접합부위에 틈새가 발생되고 그를 통해 전해액 또는 가스가 누출될 수 있으므로 이를 방지하기 위하여 일체로 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제 1 벤트홀(112)의 상단 둘레에 밀착돌기(114)를 마련한 이유는 상술한 바와 같이 패킹(150)과의 밀착성을 향상시키기 위함으로, 상기 밀착돌기(114)를 상향으로 돌출 형성함으로써 패킹(150)과의 접촉 면적이 넓어지고, 그에 따라 밀착성이 더욱 향상되기 때문이다.
여기서 상기 제 1 벤트홀(112)의 직경은 전지의 용량에 따라 비례하며 커지 는 것이 바람직하다. 일례로, 전지의 용량이 100Ah 이하일 경우 제 1 벤트홀(112)의 직경은 약 4 ~ 5㎜, 200 ~ 900Ah일 경우에는 약 5.5 ~ 6.5㎜, 1000Ah 이상일 경우에는 약 10㎜이상인 것이 바람직하다.
도 3은 도 2의 니켈-수소전지용 벤트 플러그 중 벤트캡의 일실시예를 도시하는 사시도이고, 도 4는 상기 벤트캡의 다른 실시예를 도시하는 사시도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 벤트캡(120)은 제 1 벤트홀(112)의 개방 압력을 조절하기 위한 수단으로 하우징(110)에 삽입될 수 있는 원통형상으로 형성된다. 그리고 상기 벤트캡(120)의 외주면에는 하우징(110)의 내벽에 형성된 나사산(116)과 대응되는 나사산(122)이 형성되며, 밀폐된 상면에는 제 1 벤트홀(112)을 통해 유입된 가스를 외부로 배출하기 위한 제 2 벤트홀(124)이 형성된다. 또한, 상기 벤트캡(120)의 상단 둘레에는 스토퍼(128)가 돌출되어 벤트캡(120)이 일정 깊이 이상 삽입되지 못하도록 하였다.
여기서 상기 제 2 벤트홀(124)은 많은 양의 가스를 신속히 배출할 수 있으며, 그와 동시에 드라이버 등의 공구를 이용하여 벤트캡(120)을 결합 및 분해할 수 있도록 일자로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 제 2 벤트홀(124)의 다른 실시예를 살펴보면, 도 4에 도시된 바와 같이 제 2 벤트홀(124)은 큰 직경의 원형으로 형성되고, 그 양측에는 일자형 공구 삽입홈(126)이 연장되며, 상기 공구 삽입홈(126)의 중앙부는 오목하게 형성된다. 이와 같은 형성할 경우 제 2 벤트홀(124)의 직경이 커 많은 양의 가스를 신속히 배출할 수 있으며, 드라이버와 같은 공구가 없을 경우 동전 등을 이용하여 벤트캡(120)을 결합 및 분해할 수 있다.
한편, 상기 벤트캡(120)의 내부에는 밸브(130)와 스프링(140)이 마련되어, 벤트캡(120)의 결합 깊이에 따라 제 1 벤트홀(112)의 개방 압력이 조절된다. 다시 말해, 상기 벤트캡(120)을 깊게 조이면 스프링(140)이 압축되어 제 1 벤트홀(112)의 개방 압력이 높아지고, 얕게 조이면 스프링(140)이 압축되지 않아 제 1 벤트홀(112)의 개방 압력이 낮아진다.
도 5는 도 2의 니켈-수소전지용 벤트 플러그 중 밸브의 사시도이고, 도 6은 도 5에 도시된 밸브의 다른 실시예들을 도시하는 사시도이다.
도 2와 도 5에 도시된 바와 같이, 하우징(110)과 벤트캡(120)에 의해 형성된 공간에 위치되는 밸브(130)는 그 하단이 제 1 벤트홀(112)에 삽입되어 상하로 이동 가능하며, 상부와 하부에 스프링(140)과 패킹(150)이 각각 마련된다. 즉, 상기 밸브(140)는 스프링(140)에 의해 하향으로 탄성 지지되어 제 1 벤트홀(112)의 밀착돌기(114)에 패킹(150)을 밀착시킨다.
상기 밸브(130)의 형상을 살펴보면, 소정의 직경과 높이를 갖는 원기둥형상으로 형성되고, 상기 패킹(150)을 밀착돌기(114)에 밀착시키기 위한 걸림턱(132)이 상단에 형성된다. 이때, 상기 스프링(140)은 벤트캡(120)과 밸브(130)에 의해 압축된 상태로 마련되므로 별도의 고정돌기 없이도 유동하지 않는다.
상술한 바와 같은 형상 및 결합구조를 갖는 밸브(130)는 케이스(200)의 내부 압력에 의해 상승 및 하강하고, 상기 케이스(200)의 내부 압력은 충전 및 단락 시 발생되는 가스에 의해 증감한다. 즉, 상기 케이스(200)의 내부 압력이 스프 링(140)의 인장력보다 크면 밸브(130)가 상승하여 제 1 벤트홀(112)을 개방하고, 케이스(200)의 내부 압력이 스프링(140)의 인장력보다 작으면 밸브(130)가 하강하여 제 1 벤트홀(112)을 폐쇄한다. 결론적으로 가스 발생량이 많아 케이스(200)의 내부 압력이 스프링(140)의 인장력보다 클 경우에만 가스가 배출된다.
한편, 상기 밸브(130)의 하단은 도 6의 (a),(b)와 같이 원뿔형상 또는 반구형상으로 제작될 수 있다. 이와 같이 원뿔 또는 반구형상으로 제작할 경우 밸브(130)의 하부방향은 물론 사선방향 및 측면방향에서 인가되는 압력에 민감하게 작동할 수 있다.
다른 한편, 본 발명에 의한 니켈-수소전지용 벤트 플러그(100)의 구성요소 중 상기 스프링(140)은 일반적인 압축 코일스프링이며, 상기 패킹(150)은 일반적인 고무패킹(오링)인바, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 7은 본 발명에 의한 니켈-수소전지용 벤트 플러그를 이용한 가스배출과정을 도시하는 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 니켈-수소전지용 벤트 플러그(100)는 앞서 기술한 바와 같이 벤트캡(120)이 하우징(110)의 상부로 삽입 결합되고, 그 내부에 밸브(130), 스프링(140) 및 패킹(150)이 마련되는 구조로 이루어진다.
예를 들어, 벤트캡(120)을 조여 케이스(200)의 내부의 압력(제 1 벤트홀의 개방 압력)을 6기압으로 설정한 상태에서 가스가 발생하여 케이스(200)의 내부 압력이 상승하더라도 6기압 미만이면 스프링(140)의 인장력에 의해 밸브(130)는 상승 하지 않는다.
그러나 케이스(200)의 내부 압력이 6기압 이상으로 상승하여 스프링(140)의 인장력을 초과하면, 밸브(130)가 상승함과 동시에 스프링(140)은 압축되고, 제 1 벤트홀(112)이 개방되며 가스가 외부로 배출된다.
반면, 가스가 배출되어 케이스(200)의 내부 압력이 6기압 이하로 떨어져 스프링(140)의 인장력에 미치지 못하면, 밸브(130)가 하강함과 동시에 스프링(140)은 인장되고, 제 1 벤트홀(112)이 폐쇄되며 가스가 차단된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 니켈-수소전지용 벤트 플러그의 구성 및 동작을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 의한 니켈-수소전지용 벤트 플러그의 단면도.
도 2는 본 발명에 의한 니켈-수소전지용 벤트 플러그의 분해도.
도 3은 도 2의 니켈-수소전지용 벤트 플러그 중 벤트캡의 일실시예를 도시하는 사시도.
도 4는 상기 벤트캡의 다른 실시예를 도시하는 사시도이다.
도 5는 도 2의 니켈-수소전지용 벤트 플러그 중 밸브의 사시도.
도 6은 도 4에 도시된 밸브의 다른 실시예들을 도시하는 사시도.
도 7은 본 발명에 의한 니켈-수소전지용 벤트 플러그를 이용한 가스배출과정을 도시하는 도면.
도 8은 종래의 니켈-수소전지의 전지용 벤트 캡을 도시하는 분해사시도.
도 9는 종래의 전지용 벤트 캡을 도시하는 단면도.
도 10은 종래의 전지용 벤트 캡 중 내부캡을 도시한 사시도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
100: 니켈-수소전지용 벤트 플러그
110: 하우징 120: 벤트캡
130: 밸브 140: 스프링
150: 패킹

Claims (8)

  1. 니켈-수소전지용 벤트 플러그에 있어서,
    니켈-수소전지의 케이스와 일체로 형성되고, 케이스의 내부와 연통되는 제 1 벤트홀이 하면에 형성되는 원통형 하우징;
    상기 하우징에 삽입 결합되고 상면에 제 2 벤트홀이 형성되는 벤트캡;
    상기 제 1 벤트홀에 삽입되고 상하로 이동 가능한 밸브; 및
    상기 밸브를 하향으로 탄성 지지하는 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 니켈-수소전지용 벤트 플러그.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 밸브의 상단에 걸림턱이 형성되고, 상기 걸림턱과 제 1 벤트홀의 사이에 패킹이 마련되는 것을 특징으로 하는 니켈-수소전지용 벤트 플러그.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 벤트홀의 상단 둘레에 밀착돌기가 상향으로 돌출되는 것을 특징으로 하는 니켈-수소전지용 벤트 플러그.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 밸브의 하단은 원뿔형상 또는 반구형상으로 형성되는 것을 특징으로 하 는 니켈-수소전지용 벤트 플러그.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 하우징과 벤트캡은 나사 결합되는 것을 특징으로 하는 니켈-수소전지용 벤트 플러그.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 벤트홀은 일자로 형성되는 것을 특징으로 하는 니켈-수소전지용 벤트 플러그.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 벤트홀은 원형으로 형성되고, 제 2 벤트홀의 양측에는 일자형 공구 삽입홈이 연장되는 것을 특징으로 하는 니켈-수소전지용 벤트 플러그.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 공구 삽입홈은 중앙부가 오목한 형상인 것을 특징으로 하는 니켈-수소전지용 벤트 플러그.
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