KR20120084291A - 갈바니 셀의 보호 장치 - Google Patents

갈바니 셀의 보호 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20120084291A
KR20120084291A KR20127008588A KR20127008588A KR20120084291A KR 20120084291 A KR20120084291 A KR 20120084291A KR 20127008588 A KR20127008588 A KR 20127008588A KR 20127008588 A KR20127008588 A KR 20127008588A KR 20120084291 A KR20120084291 A KR 20120084291A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
cell
protection device
activation
galvanic
battery
Prior art date
Application number
KR20127008588A
Other languages
English (en)
Inventor
팀 쇠퍼
안드레아스 구트쉬
Original Assignee
리-텍 배터리 게엠베하
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 리-텍 배터리 게엠베하 filed Critical 리-텍 배터리 게엠베하
Publication of KR20120084291A publication Critical patent/KR20120084291A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/572—Means for preventing undesired use or discharge
    • H01M50/574—Devices or arrangements for the interruption of current
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/4207—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/482—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/486—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for measuring temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/502—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/502—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing
    • H01M50/509—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing characterised by the type of connection, e.g. mixed connections
    • H01M50/51—Connection only in series
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/572—Means for preventing undesired use or discharge
    • H01M50/574—Devices or arrangements for the interruption of current
    • H01M50/581—Devices or arrangements for the interruption of current in response to temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H37/00—Thermally-actuated switches
    • H01H37/02—Details
    • H01H37/32—Thermally-sensitive members
    • H01H37/323—Thermally-sensitive members making use of shape memory materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2200/00—Safety devices for primary or secondary batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Protection Of Static Devices (AREA)

Abstract

전지 셀의 폴 커넥션(203, 204, 503, 504)에 적합하게 접속되는 컨택트 엘리먼트(205, 207, 209, 212, 405, 409, 406,407, 506, 507, 509, 606, 706, 707, 709, 805, 806, 807, 809)를 통해 상호접속되어 전지를 형성하는 갈바니 셀(201, 202, 301, 302)용 보호 장치는 전지의 개별적 셀에 결합될 수 있다. 보호 장치는 활성화용 활성화 장치(1008, 1108, 1208, 1011, 1111)를 가진다. 보호 장치가 활성화되면, 보호 장치는 상호접속을 변경함으로써 결합되어 있는 셀을 브릿지시킴으로써, 그 셀을 전지 어셈블리의 전기적 기능으로부터 제거한다. 활성화 장치에 있어서, 바람직하게는 형상 기억 물질로 만들어진 전기 전도성 또는 절연성 컴포넌트가 상기 컴포넌트의 온도가 한정된 온도 범위를 벗어나는 즉시 및/또는 벗어나는 한, 상기 컴포넌트의 형상을 변화시킴으로써 상호접속을 변화시킨다.

Description

갈바니 셀의 보호 장치 {PROTECTIVE DEVICE FOR GALVANIC CELLS}
본 발명은 갈바니 셀용 보호 장치, 이러한 형태의 보호 장치를 구비한 갈바니 셀, 및 상기 갈바니 셀로 제조된 전지에 관한 것이다.
전지는 직렬 및/또는 병렬로 접속된 개별적 셀로 구성되고, 셀들은 관련 전자기기 및 냉각장치를 구비한 공통의 하우징 내에 위치하는 것이 보통이다. 자동차 기술에 있어서, 무엇보다도 전기 자동차용 구동 전지(traction battery) 및 하이브리드 자동차용 에너지 버퍼 저장부로서 이러한 형태의 전지, 특히 고전압 전지가 사용된다. 이러한 형태의 셀은 예를 들면, 과충전, 단락, 또는 다른 원인에 의해 손상되거나, 그렇지 않으면 목적으로 하는 기능면에서 장애가 발생할 수 있다.
예를 들면, 셀에 과부하가 걸리거나 단락이 일어나면 회로를 차단하는 리튬-이온 전지가 알려져 있다. 예를 들면, 이러한 형태의 셀이 과열되는 경우에, 과열과 동시에 증가되는 셀의 내압의 작용을 받아, 예를 들면 파열판(rupture disc)의 도움 하에 표적으로 하는 취약화 지점에서 셀의 하우징을 파괴하여 개방하고, 이 경우에 전지 폴(pole)에 감겨있는 전극의 전기적 접촉을 분리시키는 방법이 알려져 있다. 이러한 형태의 공지된 해법은 경우에 따라서는, 회로의 셀측 단절로 인해, 결함이 있는 셀에 직렬로 접속된 셀들도 마찬가지로 더 이상 전류를 방출할 수 없게 되는 단점을 가진다. 특히 전기 자동차의 경우에, 이러한 문제는 총체적 고장("데드 차량(dead vehicle)")을 초래할 수 있다. 하이브리드 자동차의 경우에, 시스템 구조에 따라서, 예를 들면 내연 기관의 재시동이 불가능할 수 있다.
이러한 문제를 방지하기 위해, 결함이 있는 셀을 전기적 직렬 연결로부터 제거하고 동시에 브릿지(bridge)시키는 장치가 제안되었다. 그러한 공지의 해법의 경우에, 회로의 셀측 단절 및 결함이 있는 셀의 브릿지를 위한 장치는, 종종 그것의 작동 에너지(actuation energy)를 셀 내부의 압력 증가로부터 얻는다. 따라서, 이러한 공지의 장치들은 셀이 돌이킬 수 없게 손상되어 있는 경우에만 유효하다. 그 경우, 부분적으로 증발된 전해질과 같은 셀 내용물이 누출될 수 있고, 전해질의 전기 전도도로 인해 추가적 단락을 초래할 수 있다. 그러한 경우에, 전지의 내부가 전해질의 부식 작용으로 인해 단시간에 부식되기 때문에, 전지의 수리가 종종 불가능하거나, 또는 더 이상 소용없을 수 있다.
본 발명은 갈바니 셀에 대한 효과적인 보호 장치를 구현하고, 가능하면, 공지의 해법과 관련된 문제점을 회피하고자 하는 목적을 토대로 한다.
본 발명의 목적은 특허청구범위 제1항에 따른 갈바니 셀용 보호 장치에 의해 달성된다. 본 발명의 목적은 또한, 추가적 독립항 중 어느 하나에 따른 제조물에 의해 달성된다.
본 발명은, 적합한 방식으로 셀의 폴 접속부에 접속된 컨택트 엘리먼트에 의해 전지를 형성하기 위해 상호 접속되어 있는 갈바니 셀용 보호 장치를 제공한다. 본 발명에 따른 보호 장치는, 상기 보호 장치를 활성화시키기 위한 활성화 장치(activation apparatus)를 가지는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따른 보호 장치는, 상기 보호 장치를 활성화시키는 경우에 상호 접속부를 변경함으로써 보호 장치에 할당되어 있는 셀을 브릿지시키고, 그에 따라 상기 셀을 전지 어셈블리로부터 전기적으로 제거한다.
본 발명의 설명과 관련하여 사용되는 용어들을 이하에서 정의하고 설명한다.
본 발명의 의미에서 갈바니 셀은 전지를 구성하기에 적합한 전기적 또는 전기화학적 셀, 특히 1차 전지 또는 2차 전지를 의미하는 것으로 이해해야 한다. 이 형태의 셀은 또한 이하에서 전지 셀, 셀들 또는 개별적 셀들로 지칭된다. 전지는 이러한 형태의 셀들이 직렬 및/또는 병렬로 상호접속된 것을 의미하는 것으로 이해해야 한다.
갈바니 셀의 상호접속은 본 발명과 관련하여, 직렬 및/또는 병렬로 연결된 이러한 형태의 셀들의 모든 기술적으로 실용적인 조합을 의미하는 것으로 이해해야 한다. 갈바니 셀의 상호접속은 컨택트 엘리먼트, 특히 컨택트 플레이트, 컨택트 레일, 절연체 등을 이용하여 상기 갈바니 셀의 폴 커넥션(pole connection)의 적합한 연결에 의해 제조된다.
본 발명의 문맥에 있어서, 활성화 장치는 본 발명에 따른 보호 장치를 활성화하는 임의의 장치로서, 본 발명에 따른 보호 장치를 목표로 하는 방식으로 전지의 개별적 셀들을 브릿지시키는 위치에 배치하고, 그에 따라 그것들을 전지 어셈블리로부터 전기적으로 제거하는 장치를 의미하는 것으로 이해해야 한다. 전기적으로 제거한다는 표현은, 각각의 셀이 공간적으로는 전지 어셈블리 내 자기 위치에 잔류하지만, 특정한 컨택트의 브릿지화에 의해 이 셀은 전지를 구성하는 복수 개의 셀의 전기적 직렬 및/또는 병렬 연결로부터 제거되는 것을 의미한다.
예를 들면, 활성화 장치를 이용하여 보호 장치를 활성화하기 위해서는, 컨택트 엘리먼트가 제거되어야 하기 때문에, 에너지가 필요하다. 본 발명에 따르면, 이 에너지는 외부로부터 활성화 장치에 공급되거나, 또는 보호 장치 또는 활성화 장치의 구성 요소인 에너지 저장체(energy store)에 의해 제공된다. 여기서, 임의의 가능한 형태의 에너지 저장체, 특히 기계적 에너지 저장체에 관심을 가질 수 있다. 활성화에 필요한 에너지를 외부로부터 공급하는 경우에, 임의의 적합한 장치의 형태, 특히 예를 들면, 외부로부터 공급되는 에너지, 즉, 예컨대 전지 어셈블리로부터 인출되는 에너지의 도움으로 작동되고, 그 나머지 셀들은 정상적으로 기능하는 전자식 스위치(릴레이 등)와 같은 전자식 변환기를 고려할 수 있다.
본 발명의 유리한 개발 내용은 종속 청구항의 대상을 형성한다.
본 발명에 의하면, 갈바니 셀에 대한 종래 기술의 문제점을 극복하는 효과적인 보호 장치가 제공된다.
이하에서, 바람직한 예시적 구현예에 의거하고, 도면을 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
도 1a는 본 발명의 바람직한 구현예에 따른, 전기적으로 직렬 연결된 셀을 제거하고 브릿지시키기 위한 능동적으로 제어가능한 셀측 장치를 각각 가진 전지 셀의 직렬 연결의 회로도를 나타내는 도면이다.
도 1b는 보호 장치의 스위치를 가진 전지 셀의 상호 접속을 나타내는 도면으로서, 모든 스위치들은 모든 전지 셀을 직렬 연결시키는 위치에 있다.
도 1c는 1개의 스위치가 전지 셀을 브릿지시키고, 그에 따라 전지 어셈블리로부터 제거할 수 있게 하는 위치에 있는, 전지 셀의 상호 접속을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 보호 장치를 구비한 전지 셀의 상호 접속을 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 보호 장치를 구비한 셀 블록의 측면도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 보호 장치를 구비한, 도 3에 예시된 셀 블록의 상부를 확대하여 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 보호 장치를 구비한 셀의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 보호 장치의 상세도이다.
도 7은 도 6에 도시된 구현예의 분해도이다.
도 8은 비활성 상태(정상 작업)에 있는 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 보호 장치의 측면도이다.
도 9a는 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 보호 장치의 단면도이다.
도 9b는 비활성 상태(정상 작업)에 있는, 도 9a에 도시된 구현예의 우측 부분의 확대도이다.
도 10은 본 발명의 바람직한 구현예에 따른, 활성화된 보호 장치를 구비한 셀 블록의 사시도이다.
도 11은 본 발명의 바람직한 구현예에 따른, 활성화된 보호 장치의 측면도이다.
도 12a는 활성화된 보호 장치의 경우에, 본 발명의 바람직한 구현예에 따른 보호 장치를 나타내는 단면도이다.
도 12b는 도 12a에 도시된 활성화된 보호 장치의 구현예의 우측 부분의 확대도이다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 보호 장치의 기본적 작동 방식은 브릿징(bridging)에 의해 목표로 하는 방식으로 복수 개의 셀의 상호접속으로부터 결함있는 셀을 제거하는 것이다. 이를 위해서, 스위치(101, 102, 103) 중 어느 하나를 활성화시킬 경우에, 전극(107)을 인접한 셀의 유사한 전극에 접속시키는 브릿지(104, 105, 106)가 제공되어 있다. 대조적으로, 보호 장치가 비활성인 상태에서는, 전극(108)은 인접한 셀의 상이한 전극에 접속되어 있다. 마찬가지로, 도 1b 및 1c는 본 발명에 따른 보호 장치의 기본적 작동 방식을 나타낸다. 도 1b의 모든 스위치(S1b, S2b, …, S5b)가 대응하여 유사한 위치에 있기 때문에, 도 1b에는 셀(Z1b, Z2b, …, Z5b)이 직렬로 접속되어 있다. 도 1c에 있어서, 스위치(S2c)는 활성화 위치에 있고, 그 결과 셀(Z2c)은 상호접속으로부터 제거된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 전지 셀의 상호접속은 컨택트 엘리먼트를 이용하여 이루어진다. 도 2에 도시된 컨택트 레일(205, 209, 212)이 그러한 컨택트 엘리먼트의 예이다. 전극(다이버터(diverter))(203, 204)은 적합한 방식으로 이러한 컨택트 엘리먼트에 접속되거나 또는 접속되지 않는다. 본 발명에 따른 보호 장치는 바람직하게는 각각의 경우에 2개의 인접한 셀들의 스트립(strip) 형상의 폴("다이버터") 사이에 배치된다. 보호 장치를 활성화시키기 위한 작동 에너지는 예를 들면, 웨이브 스프링(wave spring)(208)에 저장되는데, 웨이브 스프링은 도 7 및 9에 도시된 퓨즈 와이어(711, 811, 911)에 의해 초기 위치에 유지된다. 오작동이 시작되면, 이 퓨즈 와이어는 전류 펄스에 의해 끊어지고, 도 2, 7, 및 9에 도시된 웨이브 스프링(208, 708, 908)은 이제까지 전기적 직렬 접속을 이루어 온 컨택트 레일을 들어올리고, 그 컨택트 레일을 제2 컨택트 레일에 맞대어 가압시킴으로써, 결함있는 셀을 전기적으로 우회시킨다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명에 따른 보호 장치는 에너지를 저장하고, 활성화하는 경우에 상호접속을 변경하는 데 필요한 에너지를 제공하는 에너지 저장체를 구비한다. 이것은 기계적 에너지 저장체 또는, 예를 들면, 화학적 또는 전기적 에너지 저장체와 같은 다른 에너지 저장체일 수 있다. 간단한 구조의 에너지 저장체(208, 408, 508, 608, 708, 808, 908, 1008, 1008, 1108, 1208)가 도 2, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 및 12에 도시되어 있다. 웨이브 스프링(208, 408, 508, 608, 708, 808, 908, 1008, 1008, 1108, 1208)은 베어링(210, 310, 910, 1010, 1110)에 의해 하부로부터 받쳐진다. 퓨즈 와이어(711, 811, 911, 1111)는 이 웨이브 스프링을 초기 위치 및 초기 형상, 즉 장력을 받는 상태로 유지시킨다. 상기 와이어가 끊어지면, 웨이브 스프링은 컨택트 플레이트(207, 407, 507, 607, 707, 807, 907, 1007, 1207)를 들어올려 컨택트 레일(1105, 1205)에 맞대어 가압시킨다. 그 결과, 컨택트 플레이트(1106)에 대한 접촉이 중단된다. 이렇게 해서, 셀의 브릿징이 이루어진다.
상기 보호 장치는 바람직하게는 도면에 예시되지 않은 하우징 내에 위치한다. 이 하우징은 바람직하게는 부식을 방지하기 위해 기밀 방식으로 폐쇄되고, 필요할 경우에는 불활성 보호 가스로 채워진다.
본 발명에 따른 보호 장치는 바람직하게는 각각의 셀에 대해 능동적, 개별적으로 제어될 수 있어서, 각각의 손상된 셀을 회로로부터 개별적으로 제거하여 브릿지시킬 수 있다. 예를 들면, 전지의 전자기기가 셀 전압 및/또는 셀 온도를 모니터링함으로써 오작동의 시작을 검출하는 경우에, 상기 장치는 보호 기능을 발휘하도록 작동될 수 있다. 전지는 단지 전압 레벨만이 약간 감소된 상태로 가동을 유지한다.
본 발명에 따른 해법은, 활성화 에너지는 브릿지시킬 고장난 셀의 오작동 또는 파괴와 관련된 공정으로부터 인출되지 않고, 활성화 에너지는 보호 장치의 외부로부터 공급되거나 또는 바람직하게는 보호 장치 또는 활성화 장치의 구성 요소인 에너지 저장체로부터 인출되는 것이므로, 오작동의 영향을 받은 셀은 조기에 전지 어셈블리로부터 전기적으로 이미 제거될 수 있고, 그때 셀의 파괴는 시작되지 않았거나 또는 보호 장치의 활성화를 위해 필요한 에너지가 파괴 공정으로부터 인출될 수 있을 정도로 충분히 진행되지 않는다는 이점을 가진다. 그 결과, 많은 경우에, 셀의 파괴를 예방할 수 있게 된다. 유리한 조건 하에서는, 브릿지된 셀은 얼마간의 시간 후에 회복될 수 있으며, 전지 어셈블리에 다시 수납될 수 있다.
보호 장치의 활성화가 충분히 조기에 일어난다고 가정하면, 브릿지시킬 셀은 그것의 보호 장치를 활성화하기 위한 에너지를 공급할 수도 있다. 따라서, 브릿징에 의해 전지 어셈블리로부터 전기적으로 제거되기 전에 그 셀은 보호 장치용 에너지 저장체로서 작용할 수 있다.
본 발명의 용도에 따라서, 본 발명에 따른 보호 장치는, 그 보호 장치의 내부 또는 외부에서 발생되는 신호에 의해 활성화될 수 있는 활성화 장치를 구비한다. 이러한 두 가지 선택적 대안 중 어느 것이 바람직할 것인가는 주로 활성화 이벤트의 본질에 의존할 것이다. 예를 들면, 전지 전자부품이 개별적 셀의 전압을 모니터하고, 그 측정 결과를 전지 외부에 있는 중앙 제어부에 전달하면, 그 부분에 대해 해당 셀(들)의 보호 장치를 활성화하기 위한 신호를 발생하여 그 신호를 브릿지시킬 셀에 할당되는 관련 보호 장치(들)에 전달할 수 있다.
본 발명에 따른 보호 장치의 특히 유리한 구현예는, 보호 장치에 할당되는 전지 셀의 작동 상태를 나타내는 하나 이상의 물리적 값을 측정하는 하나 이상의 센서에 의해 발생되는 신호에 의해 활성화될 수 있는 보호 장치를 제공한다. 그러한 센서는, 예를 들면, 각각의 셀에 부착되어 할당되어 있는 셀의 온도를 지속적으로 측정하는 온도 센서일 수 있다. 여기서는 또한, 측정 결과를 분석하기 위한 다양한 선택 사항이 제시된다.
예를 들면, 온도 센서가 계속해서 온도를 측정하는 해당 셀의 보호 장치를 활성화시키기 위한 신호를 국소적으로 발생할 수 있다. 그러나, 특별한 결정 논리를 이용하여 복수의 측정 결과의 함수로서 개별적 셀의 보호 장치를 활성화하기 위한 신호를 발생시키기 위해, 온도 센서와 전압 센서 같은 센서들의 측정 결과를 중앙 제어부가 모두 분석하고, 이어서 그 신호는 이들 셀의 보호 장치의 활성화 장치로 전달되고, 거기에서 관련 보호 장치의 활성화를 진행시킬 수도 있다.
본 발명의 또 하나의 바람직한 구현예에 따르면, 활성화에 대한 필수조건(prerequisite)이 후속적으로 해소되는 경우에 활성화가 중지될 수 있고, 그때 보호 장치는 보호 장치에 할당되어 있는 셀의 브릿징을 반전시키고, 그 결과 해당 셀은 전지 어셈블리에 재통합될 수 있는, 활성화 장치를 구비한 보호 장치가 제공된다. 본 발명에 따른 보호 장치의 활성화 장치는 바람직하게는 또한, 예를 들면 관련 셀이 냉각된 다음, 그 셀은 전지 어셈블리에 다시 연결될 수 있는 방식으로 구현될 수 있다. 이를 위해 필요한 에너지는, 예를 들면, 다시 기능을 회복한 셀 자체로부터, 또는 전지 어셈블리에 잔존하는 다른 셀들로부터 제거될 수 있다. 이러한 접속의 경우에, 보호 장치를 활성화하기 위한 에너지 저장체는 바람직하게는 재충전될 수도 있다.
본 발명의 또 하나의 바람직한 구현예에 따르면, 인접한 셀의 폴 컨택트들 사이에 설치될 수 있는 방식으로 구성되는 보호 장치가 제공된다. 도 3, 4, 8, 10 및 11은 본 발명의 그러한 구현예를 예시한다.
본 발명의 또 하나의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 보호 장치는, 웨이브 스프링을 유지시키고, 장력을 가진 상태에서는 에너지 저장체의 역할을 하는 퓨즈 와이어를 포함하며, 퓨즈 와이어를 끊어지게 하는 전류 펄스에 의해 활성화되고, 퓨즈가 끊어지면 웨이브 스프링이 이완되어 상호접속을 바꾸는 데 필요한 에너지를 제공하는 활성화 장치를 구비한다. 이러한 에너지 저장체의 기계적 구성은, 예를 들면 활성화 장치의 외부적 활성 컨트롤에 비해, 신호 라인이 배제되어 있기 때문에, 장애(disturbance)에 관해 특히 견고하게, 그리고 저렴한 비용으로 제조될 수 있다.
또한, 기밀 상태로 밀폐되는 하우징을 구비한 본 발명에 따른 보호 장치가 유리하다. 불활성 보호 가스로 채워져 있는 하우징을 가진 본 발명에 따른 보호 장치가 특히 유리하다. 주위 공기로 채워진 하우징에 비해, 적합하게 선택된 보호 가스로 부식 방지하는 것이 종종 더 좋다.
도 5는 본 발명에 따른 보호 장치를 구비한 전지 셀(501)을 나타낸다. 전극(503, 504)은 적합한 컨택트 플레이트(506, 507)에 의해 컨택트 레일(509)에 접속된다. 셀(501)의 보호 장치가 활성화될 때, 웨이브 스프링(508)이 컨택트 플레이트(507)의 위치를 변경한다.
도 6은 전극(603, 604), 웨이브 스프링(608) 및 컨택트 플레이트(606, 607)를 구비한, 본 발명에 따른 보호 장치의 확대도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 웨이브 스프링(708)은 베어링(710)에 장착되어, 퓨즈 와이어(711)가 끊어질 경우에, 이완되는 웨이브 스프링이 아래쪽으로 편향될 수 없게 하며, 그러한 이유에서, 전극(704)의 컨택트 플레이트(707)는 보호 장치가 활성화될 경우에 반드시 위쪽으로 밀어올리도록 되어 있다.
도 8에서 알 수 있는 바와 같이, 컨택트 플레이트(707 또는 807)는 활성화 이전에 인접한 셀(802)의 컨택트 플레이트(806)과 접촉이 이루어지게 한다. 퓨즈 와이어(811)가 끊어짐으로써 활성화된 다음, 컨택트 플레이트는 컨택트 레일(805)과 접촉하게 된다.
도 9a, 9b 및 12a, 및 12b의 측면 단면도는 활성화 전후의 본 발명에 따른 보호 장치의 동일한 구현예를 나타낸다. 도 9a 및 12a는 도 9b 및 12b에 도시된 섹션에 대응하여 나타낸다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 형상 기억 물질로 만들어진 하나 이상의 컴포넌트가, 이 컴포넌트의 온도가 설정된 온도 범위를 벗어나는 즉시 및/또는 벗어나는 한, 이 컴포넌트의 형상의 변화에 의해 상호접속을 변화시키는 활성화 장치가, 본 발명에 따른 보호 장치용으로 제공된다.
형상 기억 물질로는 여러 가지가 알려져 있다. 주로, 그러한 물질은 금속 합금, 소위 형상 기억 합금 또는 형상 기억 폴리머로도 지칭되는 형상 기억 특성을 가진 플라스틱이다. 형상 기억 합금의 경우에, 형상의 변화는 물질의 두 가지 상이한 결정 구조의 온도-의존형 격자 변환(lattice transformation)을 토대로 한다. 이 경우에, 오스테나이트로 지칭되는 고온 상(high-temperature phase), 및 마르텐자이트로 지칭되는 저온 상이 형상 기억 물질에 부여된다. 상기 두 상은 온도 변화에 의해 서로 혼입될 수 있다. 이와 관련하여, 양방향 효과(two-way effect)를 언급할 수도 있다. 이러한 구조상의 변환은 적어도 온도 변화 속도에 대해 대체로 독립적이다. 얻고자 하는 상 변화를 개시시키기 위해, 온도 및 기계적 스트레스의 파라미터는 종종 거의 동일하다. 즉 상기 변환은 열 방식뿐 아니라 종종 스트레스-유도 방식으로 유도될 수 있다.
형상 기억 합금은 수십만 번 이하의 운동 사이클에서 물질 피로(fatigue) 없이 매우 큰 힘을 운반할 수 있다. 상기 합금의 비작업 용량(specific working capacity), 즉 물질 체적에 대해 실행된 작업의 비율은 이제까지 많은 다른 소위 액추에이터 물질의 비작업 용량을 능가한다. 형상 기억 합금의 응용에 있어서, 소위 단방향(one-way) (기억) 효과와 소위 양방향 (기억) 효과는 종종 서로 구별된다. 단방향 효과에 있어서, 마르텐자이트 상태에서 이전에 의가소성(pseudoplastic) 방식으로 변형된 물질 샘플을 가열하는 동안 1회의(one-time) 형상 변화가 관찰된다. 이 단방향 효과는 1회의 형상 변화만을 허용한다. 갱신된 냉각은 더 이상의 형상 변화를 일으키지 않는다. 그러나, 특히 본 발명과 관련하여, 예를 들면 세팅 엘리먼트(setting element)로서, 액추에이터 기술용 형상 기억 합금을 이용하기 위해서는, 상기 컴포넌트가 다시 마르텐자이트형 "저온 형태(cold form)"로 복귀할 수 있는 것이 종종 바람직하다.
물질의 형상 복귀를 가져오는 방법에는 기본적으로 다음과 같은 두 가지가 있다:
a) 소위 외부적 또는 비본질적(extrinsic) 양방향 효과.
외부적 양방향 효과의 경우에, 형상 복귀는 강제로 형상 복귀시키는 외부적으로 작용하는 힘에 의해 컴포넌트를 냉각하는 동안 일어난다. 이것은 예를 들면, 형상 기억 물질을 가열시 장력을 받은 스프링에 의해 실현될 수 있다.
b) 소위 본질적(intrinsic) 양방향 효과.
다른 형상 기억 합금도 형상 복귀를 실행하지만, 외력의 작용 없이 실행한다. 이 공정은 본질적 양방향 효과라고 지칭되기도 한다. 이 형태의 형상 기억 합금은 이전에 두 형상, 즉 각각의 경우에 하나는 고온, 다른 하나는 저온에서의 형상을 "기억"할 수 있다. 형상 기억 물질로 만들어진 컴포넌트는 냉각시 정해진 형상을 다시 취하도록 열기계적 처리에 의해 사전에 "훈련"되어 있어야 한다. 여기서, 냉각시 특정한 마르텐자이트 변종(variant)의 형성을 촉진하는, 스트레스 필드(stress field)의 형성이 그 물질에서 이루어진다. 따라서, 저온 상태에 대한 훈련된 형상은 어떤 의미에서는 마르텐자이트 구조의 바람직한 형상일 뿐이다. 형상의 전환은 작용하는 외력이 없을 경우에 본질적 양방향 효과의 경우에만 일어날 수 있다. 따라서, 그러한 컴포넌트는 냉각시 작업을 수행하는 위치에 있지 않다.
형상 기억 합금의 경우에, 유용한 탄성 변형(elastic deformation) 이외에도, 외력의 작용에 의해 초래되는 가역적(reversible) 형상 변화가 종종 관찰될 수 있다. 이 "탄성" 변형은 20배까지 통상적 물질의 탄성을 초과할 수 있다. 그러나, 이러한 물질 거동의 원인은 원자간 상호작용에 있는 것이 아니고, 물질 내부의 상 변환에 있다. 여기서, 외부적 스트레스 하에, 소위 입방면심(cubic face centered) 오스테나이트는 단사정계(monoclinic) 마르텐자이트로 변환된다. 기계적 이완 하에서, 마르텐자이트는 오스테나이트로 복귀된다. 여기서, 결정 구조 내의 원자의 배열이 변하지 않고, 따라서 각 원자가 그의 인접한 원자를 유지시키기 때문에, 무확산(diffusionless) 상 변환에 대해 언급할 수 있다. 이러한 물질의 성질을 의가소성 거동이라고도 한다. 상기 물질은 내부 스트레스로 인해 이완되면 그것의 원래 형상으로 되돌아간다. 이를 위해 온도 변화는 필요하지 않다.
형상 기억 합금의 예는, 니켈과 티타늄의 합금, 구리와 아연의 합금, 구리, 아연 및 알루미늄의 합금, 구리, 알루미늄 및 니켈의 합금, 및 철, 니켈 및 알루미늄의 합금이다.
금속성 형상 기억 합금 이외에도, 형상 기억 폴리머는 형상 기억 물질의 제2 중요한 그룹을 형성한다. 형상 기억 폴리머는 소위 형상 기억 효과를 가진 플라스틱이며, 따라서 잠정적인 강한 변형에도 불구하고, 그것들의 이전 외부적 형상을 "기억"할 수 있는 것으로 보인다. 과거에 알려지게 된 형상 기억 폴리머는 2개의 컴포넌트로 구성되었다. 그 첫째는 "스프링 엘리먼트"의 형태인 탄성 폴리머였고, 둘째는 "스프링 엘리먼트"가 임의의 원하는 형상으로 고정될 수 있는 경화성 왁스였다. 형상 기억 폴리머를 가열하는 경우, 상기 왁스는 유연해지고, 더 이상 스프링 엘리먼트의 힘에 반작용하지 못한다. 형상 기억 폴리머는 그것의 원래 형상을 가지게 된다.
형상 기억 합금의 경우와 마찬가지로, 가열되면 원래의 형상을 다시 가지게 되는 형상 기억 폴리머가 있다. 이러한 거동은 형상 기억 합금의 경우와 같이 단방형 기억 효과로 알려져 있다.
보다 최근에, 가역적 형상 기억 효과를 가진 폴리머도 알려졌는데, 이것은 열방식이 아니라 광학적 방식으로 제어된다. 이러한 폴리머의 예는, 특정 파장의 자외선 하에서 신남산 기를 통해 측쇄에서 가교결합되고, 상이한 파장의 광이 조사되었을 때 다시 그 결합을 용해시키는, 소위 부틸 아크릴레이트를 포함한다. 이 형태의 컴포넌트를 일면에 조사하면, 일면에서 개시되는 가교결합에 의해 이 물질의 형상 변화가 초래된다. 한편, 자기적으로 제어가능한 형상 기억 폴리머도 알려져 있다.
본 발명의 바람직한 구현예는, 활성화 장치의 구성요소로서 형상 기억 물질로 만들어지는 전기 전도성 컴포넌트를 제공한다. 전기 전도성 형상 기억 물질은 본 발명과 관련하여 상이한 방식으로 사용될 수 있다. 제1 변형에 있어서, 동일한 전류가 형상 기억 물질로 만들어진 전기 전도성 컴포넌트를 통해 흐르고, 또한 보호 장치가 할당되어 있는 갈바니 셀을 충전 또는 방전시키는데, 보호 장치는 활성화 장치를 수용하고, 활성화 장치는 형상 기억 물질로 만들어진 전기 전도성 컴포넌트를 수용한다.
물질의 적절한 선택과 관련하여, 특히 물질이 각각의 경우에 두 가지 가능한 형상 중 하나를 가지는 온도값의 적합한 디멘져닝(dimensioning)의 경우에, 형상 기억 물질로 만들어진 전기 전도성 컴포넌트를 이용하여, 컴포넌트를 통하여 흐르는 전류의 특정 값이 초과될 때, 상기 장치는 대응하여 가열되고, 그 결과 컴포넌트는 전류를 차단하는 방식으로 달성될 수 있다.
본 발명을 실현하는 다양한 변형예가 이러한 변형예의 범위 내에서 가능하다. 제1 변형예에서, 형상 기억 물질 컴포넌트는 전류가 차단된 후 다시 냉각되는 즉시, 탄성 스프링에 의해 원래의 형상으로 되돌려질 수 있다. 그러나, 양방향 효과 형상 기억 물질을 사용한 구현예에 있어서, 탄성 스프링을 사용하지 않고 오로지 그 물질의 기억 효과만으로 복귀가 이루어질 수도 있다.
이러한 상황을 고려하여, 당업자는 형상 기억 합금 또는 형상 기억 폴리머로 만들어진 컴포넌트를 이용하여, 보호 장치의 활성화의 경우에 브릿징에 의해 상호접속을 변화시키고, 이러한 브릿징과 관련된 응용의 환경 및 대상에 따라, 브릿징을 필요로 하는 환경이 해소된 후 브릿징을 다시 반전시키고, 따라서 갈바니 셀을 전지 어셈블리에 전기적으로 재결합시키는, 본 명세서에 의거한 갈바니 셀용 보호 장치를 매우 간단히 제조할 수 있다.
이러한 선택적 대안 중 어느 것이 당업자에 의해 구현되는가는 각각의 경우에 고려되는 용도의 비교적 폭이 좁은 환경에 의존한다. 특별히 중요한 상황을 방지하기 위해 브릿지가 사용된 경우에, 브릿징을 필요로 하는 환경이 해소된 후에도 브릿징을 반전시키지 않는 것이 대체로 적절할 것이다. 반면에, 이러한 환경이 해소된 후 브릿징을 다시 반전시키기에 본질적으로 적합한 환경에 의해 브릿징이 촉발된 응용 분야가 있다. 갈바니 셀의 가열이 이 갈바니 셀의 파괴가 임박했다는 표시일 수도 있기 때문에, 갈바니셀이 외부적 영향으로 인해 지나치게 높은 온도에 노출되고, 그에 따라 브릿징이 장시간을 요하지 않고 일시적으로 브릿징되어야 하는 경우에는 그러한 상황의 예가 있을 수 있다.
따라서, 할당된 셀이 충전 또는 방전되도록 사용되는 전류가 흐르는 형상 기억 물질로 만들어진 전기 전도성 컴포넌트를 구비한 활성화 장치는, 형상 기억 물질로 만들어진 컴포넌트 자체가 갈바니 셀의 접촉부에 포함되어 있는 경우에 본 발명의 유리한 구현예가 될 것이다. 이와는 대조적으로, 형상 기억 물질로 만들어진 컴포넌트가 갈바니 셀의 접촉부에 사용되지 않도록 설계될 경우에는, 형상 기억 물질로 만들어진 전기 절연성 컴포넌트가 사용되는 본 발명의 또 다른 구현예가 적합하다. 이러한 경우들에 있어서, 형상 기억 물질로 만들어진 컴포넌트가 그것의 변형에 의해, 본 발명에 따른 상호접속의 변화가 이루어지도록, 갈바니 셀 상의 전기 전도성 컨택트 엘리먼트의 위치변경을 위해 또는 갈바니 셀의 장치 내에 요구되는 작업을 실행함으로써, 갈비니 셀의 브릿징을 가능하게 하고 그에 따라 전지 어셈블리로부터 갈바니 셀을 제거할 수 있게 하는 것이 유리할 것이다.
형상 기억 물질로 만들어진 전기 절연성 컴포넌트를 사용할 때, 전류가 이 컴포넌트를 통해 흐르고, 그 전류는 활성화 장치를 제어하는 보호 장치의 내부 및 외부에서 발생되는 신호에 의해 제어되도록 하는, 본 발명의 또 다른 설계 변형이 추가로 가능하다. 활성화를 위한 이러한 형태의 신호는, 활성화 장치가 형상 기억 물질로 만들어진 컴포넌트를 포함하기 때문에, 보호 장치에 할당되어 있는 갈바니 셀의 작동 상태에 대한 지표인 물리적 값을 측정하는 센서에 의해 발생될 수 있다.
전지 어셀블리로부터 제거된 갈바니 셀을 전지 어셈블리에 재결합시키는 동안 유입되는 전류를 제한하기 위해서, NTC 레지스터를 사용하는 것이 유리할 수 있다. 본 발명에 따른 갈바니 셀과 관련하여 컨택트 엘리먼트로서도 사용될 수 있는 이러한 형태의 NTC 레지스터는, 스위치를 켜기 전에 냉각되어 있는 것이 바람직하고; 따라서 전도성이 낮아서 유입되는 전류를 감소시킨다. 스위치를 켠 후, NTC 레지스터는 전류의 흐름에 의해 승온되고 초기의 높은 저항을 상실한다. 특히 유리하게는, 상기 NTC 레지스터는, 냉각될 수 있도록 전자기 스위치(릴레이)의 이용에 의해 짧은 시간 후, 예를 들면 수 밀리초 후에 단락되는 경우에 사용될 수 있다. 그 결과, NTC 레지스터의 내구 수명이 증가되고, 추가적 이점으로서, 릴레이에 의해 단락된 후 NTC 레지스터가 냉각됨에 따라, 스위치-오프 시간이 짧은 경우에도 NTC 레지스터는 즉시 회복된다.
NTC 레지스터 또는 소위 네거티브 온도 계수("네거티브 온도 계수 서미스터")를 가진 레지스터는, NTC 서미스터로도 지칭되는데, 저온에서보다 고온에서 더 양호하게 전기를 전도하는 전기 전도성 물질이다. 따라서, 그러한 레지스터의 전기 저항은 온도 상승에 따라 감소된다. 따라서, 네거티브 온도 계수를 언급할 수 있다.
순수한 반도체 물질 및 네거티브 온도 계수를 가진 다양한 다른 합금은 열 전도성 거동을 나타낸다. 온도 의존형 거동이 특별히 활용되는 컴포넌트는, 프레싱되어, 소결되고, 바인더와 혼합되는 금속 산화물인 것이 보통이다. 이러한 형태의 컴포넌트의 저항은 다양한 물질의 혼합비에 의해 넓은 범위로 설정될 수 있다.
NTC 레지스터는 종종 반도체 금속 산화물들의 혼합물 또는 소위 컴파운드(compound) 반도체로부터 제조된다. 이것들은 특히, 망간, 니켈, 코발트, 철, 구리 또는 티타늄의 산화물을 포함한다.
PTC 서미스터로도 지칭되는 소위 PTC 레지스터는 NTC 레지스터에 비해 상반된 거동을 나타낸다. 여기서 약어 PTC는 이러한 물질의 포지티브 온도 계수(positive temperature coefficient)를 의미한다. 여기서, 고온에서보다 저온에서 더 양호하게 전류를 전도할 수 있는 전류 전도성 물질이 관심의 대상이다. 기본적으로, 모든 금속은 포지티브 온도 계수를 가지지만, 여기서 의미하는 PTC 레지스터와 대조적으로, 통상적 금속의 온도 계수는 일반적으로 실질적으로 더 작고, 대부분 선형으로 거동한다. 이러한 형태의 PTC 레지스터는 예를 들면 여기에 기재된 본 발명에 따른 갈바니 셀과 관련하여 갈바니 셀의 온도를 안정화하는 데 사용될 수 있다. 즉, 개별적 갈바니 셀의 온도가 상승하면, 이 형태의 PTC 레지스터를 적절히 배치함으로써, PTC 레지스터의 온도도 상승하고, 따라서 PTC 레지스터 컨포넌트의 저항을 상승시킬 수 있다. 온도의 상승에 따라 PTC 레지스터의 전도도가 감소되므로, 대응하여 접속된 전기화학적 에너지 저장체, 즉 갈바니 셀의 전류 부하가 감소되고, 이러한 전류 부하의 감소는 많은 경우에 갈바니 셀을 냉각시키게 된다.
갈바니 셀의 냉각에 이어서, 그 인근에 위치한 PTC 레지스터도 냉각되며, 이때 PTC 레지스터의 전도 능력이 다시 증가된다. 그 결과, 이러한 PTC 레지스터에 의해 전류가 다시 증가될 수 있다. 따라서, PTC 레지스터는 본 발명의 측면에서, 충전시 갈바니 셀로 유입되는 전류 또는 방전시 갈바니 셀로부터 유출되는 전류를 제한함으로써, 이 갈바니 셀의 온도를 안정한 상태로 유지하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 보호 장치의 또 다른 유리한 구현예는 NTC 레지스터, PTC 레지스터 및 형상 기억 물질의 현명한 조합에 의해 실현될 수 있다. NTC 레지스터 또는 PTC 레지스터 물질과 형상 기억 물질의 조합이 적합하게 설계된 경우에, 전지 어셈블리에서 셀을 접촉시키는 데 사용되는 컨택트 엘리먼트의 전기 전도도, 즉 그것의 전기 저항이 변화되는 것을 달성할 수 있을 뿐만 아니라, 특정 온도를 달성하는 경우 또는 특정 온도 범위를 남기는 경우에, 대응하는 컴포넌트의 형상 변화가 일어나서, 갈바니 셀 스위칭 또는 상호접속의 변화를 가져오게 할 수 있다.
하기 참조 번호는 도면에서 예시된 상세 사항을 식별하기 위해 사용되었다.
201, 301, 801, 1001, 1101, 1201: 갈바니 셀, 전지 셀
202, 302, 802, 1002, 1102, 1202: 갈바니 셀, 전지 셀
203, 503, 603, 803, 1003, 1103, 1203: 전극, 다이버터, 다이버터 플레이트
204, 504, 604, 704, 1104: 전극, 다이버터, 다이버터 플레이트
205, 405, 805, 905, 1005, 1205: 컨택트 레일, 컨택트 엘리먼트
206, 406, 506, 606, 706, 806, 1106: 전극의 컨택트 플레이트
207, 407, 507, 607, 707, 807, 907, 1007, 1107, 1207: 전극의 컨택트 플레이트
208, 408, 508, 608, 708, 808, 908, 1008, 1108, 1208: 웨이브 스프링
209, 409, 509, 709, 1009: 컨택트 레일, 컨택트 엘리먼트
910, 1110, 1210: 웨이브 스프링의 베어링
911, 1011, 1111, 1211: 퓨즈 와이어
212, 1012, 1212: 컨택트 레일, 컨택트 엘리먼트
1013: 전극의 컨택트 플레이트
214, 1014: 전극의 컨택트 플레이트
1230: 퓨즈 와이어의 사전 설정된 파괴점
390: 도 4에 도시된 도 3으로부터의 섹션
도 2, 3, 4, 8, 10 및 11은 본 발명에 따른 보호 장치를 구비한 전지 셀로 만들어진 전지의 예시적 구현예를 나타낸다. 이러한 형태의 전지는 바람직하게는 전지의 인접한 셀들 사이에 배치되는 복수 개의 보호 장치로 구성된다. 이 경우에, 전지의 셀들의 직렬 접속 및/또는 병렬 접속으로 상호접속시키기 위한 복수 개의 컨택트 엘리먼트가 제공된다. 이들 컨택트 엘리먼트의 제1 부분은 가동형(movable)으로 배치되고; 이들 컨택트 엘리먼트의 제2 부분은 고정형으로 배치된다. 제1 셀의 보호 장치의 활성화는, 보호 장치의 활성화인 경우에, 인접한 제2 셀에 대한 전기적 직렬 접속을 위해 활성화 이전에 사용되는 가동형 제1 컨택트 엘리먼트를 이동시켜, 고정형 제2 컨택트 엘리먼트에 맞대어 가압시키고, 그 결과 제1 셀은 브릿지되고, 따라서 직렬 접속으로부터 전기적으로 제거된다.

Claims (17)

  1. 전지 셀의 폴 커넥션(pole connection)(203, 204, 503, 504)에 적합한 방식으로 접속되는 컨택트 엘리먼트(205, 207, 209, 212, 405, 409, 406, 407, 506, 507, 509, 606, 706, 707, 709, 805, 806, 807, 809)에 의해 상호접속되어 전지를 형성하는 갈바니 셀(201, 202, 301, 302)용 보호 장치로서,
    상기 보호 장치는 상기 보호 장치를 활성화시키는 활성화 장치(708, 710, 711)를 가지고,
    상기 보호 장치는, 상기 보호 장치를 활성화하는 경우에 상호접속의 변화에 의해, 상기 보호 장치에 할당되어 있는 셀을 브릿지(bridge)시킴으로써, 상기 전지 어셈블리로부터 해당 셀을 전기적으로 제거하는 것을 특징으로 하는,
    갈바니 셀용 보호 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상호접속을 변경하는 데 필요한 에너지를 저장하고, 활성화시키는 경우에 그 에너지를 제공하는 에너지 저장체(energy store)를 구비하는, 갈바니 셀용 보호 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    기계적 에너지 저장체(708, 808, 908, 1008, 1108, 1208)를 구비하는, 갈바니 셀용 보호 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    전지의 개별적 셀에 할당될 수 있는, 갈바니 셀용 보호 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보호 장치의 외부에서 발생되는 신호 및/또는 상기 보호 장치의 내부에서 발생되는 신호에 의해 활성화될 수 있는 활성화 장치를 구비하는, 갈바니 셀용 보호 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 보호 장치에 할당되어 있는 갈바니 셀의 작동 상태를 나타내는 하나 이상의 물리적 값을 측정하는 하나 이상의 센서에 의해 발생되는 신호에 의해 활성화될 수 있는 활성화 장치를 구비하는, 갈바니 셀용 보호 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    활성화에 대한 필수조건(prerequisite)이 후속적으로 해소되는 경우에 활성화가 중지될 수 있고, 그로 인해 상기 보호 장치는 그 보호 장치에 할당되어 있는 셀의 브릿징을 반전시키고, 그 결과 해당 셀은 상기 전지 어셈블리에 재통합될 수 있는 활성화 장치를 구비하는, 갈바니 셀용 보호 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    인접한 셀들의 폴 커넥션들 사이에 설치될 수 있도록 구성되어 있는, 갈바니 셀용 보호 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    에너지 저장체로서 역할을 하는 웨이브 스프링(wave spring)(908, 1208)을 장력이 있는 상태로 유지시키는 퓨즈 와이어(911, 1211)를 가지고, 전류 펄스에 의해 상기 퓨즈 와이어가 끊어지게(1230) 하여, 상기 웨이브 스프링을 이완시키고 상호접속을 변경하는 데 필요한 에너지를 제공하도록 할 수 있는 활성화 장치를 구비하는, 갈바니 셀용 보호 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    형상 기억 물질로 만들어진 컴포넌트가 한정된 온도 범위를 벗어나는 즉시 및/또는 벗어나는 한, 상기 컴포넌트의 형상의 변화에 의해 상호접속을 변화시키는 활성화 장치를 구비하는, 갈바니 셀용 보호 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    형상 기억 물질로 만들어진 상기 컴포넌트가 전기 전도성 컴포넌트 또는 전기 절연성 컴포넌트인, 갈바니 셀용 보호 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    할당되어 있는 셀을 충전시키거나 방전시키는 데 사용되는 전류, 또는 상기 활성화 장치를 제어하기 위해 상기 보호 장치의 내부 또는 외부에서 발생되는 신호에 의해 제어되는 전류가, 형상 기억 컴포넌트로 만들어진 전기 전도성 컴포넌트를 통해 흐르는, 갈바니 셀용 보호 장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    기밀 방식으로 밀폐되는 하우징을 구비하는, 갈바니 셀용 보호 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 하우징이 보호 가스로 채워지는, 갈바니 셀용 보호 장치.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 보호 장치를 구비한 갈바니 셀.
  16. 제15항에 따른 하나 이상의 갈바니 셀을 구비하는 전지.
  17. 제15항에 있어서,
    복수 개의 보호 장치가 상기 전지의 인접한 셀들 사이에 배치되고,
    복수 개의 컨택트 엘리먼트가 상기 전지의 셀들을 직렬로 상호접속시키기 위해 제공되고,
    상기 컨택트 엘리먼트의 제1 부분이 가동형(movable)으로 배치되고,
    상기 컨택트 엘리먼트의 제2 부분이 고정형(immovable)으로 배치되고,
    제1 셀의 보호 장치의 활성화는, 보호 장치의 활성화인 경우에, 인접한 제2 셀에 대한 전기적 직렬 접속을 위해 활성화 이전에 사용되는 가동형 제1 컨택트 엘리먼트를 이동시켜, 고정형 제2 컨택트 엘리먼트에 맞대어 가압시키고, 그 결과 제1 셀은 브릿지되고, 따라서 직렬 접속으로부터 전기적으로 제거되는, 복수 개의 갈바니 셀을 구비하는 전지.
KR20127008588A 2009-09-04 2010-08-30 갈바니 셀의 보호 장치 KR20120084291A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009040146.6 2009-09-04
DE102009040146A DE102009040146A1 (de) 2009-09-04 2009-09-04 Schutzeinrichtung für galvanische Zellen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20120084291A true KR20120084291A (ko) 2012-07-27

Family

ID=42946631

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR20127008588A KR20120084291A (ko) 2009-09-04 2010-08-30 갈바니 셀의 보호 장치

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20120293016A1 (ko)
EP (1) EP2473736A2 (ko)
JP (1) JP2013504288A (ko)
KR (1) KR20120084291A (ko)
CN (1) CN102483046A (ko)
BR (1) BR112012004914A2 (ko)
DE (1) DE102009040146A1 (ko)
WO (1) WO2011026596A2 (ko)

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011077311A1 (de) * 2011-06-09 2012-12-13 Sb Limotive Company Ltd. Verfahren zur Erkennung einer Auslösung einer Sicherheitseinrichtung
US9525194B2 (en) * 2011-12-14 2016-12-20 GM Global Technology Operations LLC Reversible electrical connector and method
DE102012208470A1 (de) * 2012-05-21 2013-11-21 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung und Verfahren zum Abkoppeln und/oder Überbrücken von Anschlüssen für eine Batteriezelle
DE102012210596A1 (de) * 2012-06-22 2013-12-24 Robert Bosch Gmbh Sicherheitskonzept für Batterien
JP6135246B2 (ja) * 2013-03-29 2017-05-31 株式会社Ｇｓユアサ 蓄電装置
JP6032135B2 (ja) * 2013-06-05 2016-11-24 トヨタ自動車株式会社 蓄電システム
CN104104068A (zh) * 2013-12-20 2014-10-15 中投仙能科技（苏州）有限公司 锂离子电池保护器
JP6412152B2 (ja) * 2013-12-20 2018-10-24 中投仙能科技（▲蘇▼州）有限公司 リチウムイオン電池保護器
EP2945177A1 (en) * 2014-05-12 2015-11-18 Vlaamse Instelling voor Technologisch Onderzoek (VITO) Non-reversible disconnection or break and make device for electrical appliances
EP3577704A4 (en) 2017-02-01 2021-03-10 24m Technologies, Inc. SYSTEMS AND METHODS FOR IMPROVING SAFETY FEATURES IN ELECTROCHEMICAL CELLS
WO2019027901A1 (en) 2017-07-31 2019-02-07 24M Technologies, Inc. CURRENT INTERRUPTING DEVICES USING SHAPE MEMORY MATERIALS
US10854869B2 (en) 2017-08-17 2020-12-01 24M Technologies, Inc. Short-circuit protection of battery cells using fuses
DE102017220505B4 (de) * 2017-11-16 2024-03-28 Te Connectivity Germany Gmbh Anschlusselement zur mechanischen und elektrischen Verbindung mit einem Kontaktelement einer elektrischen Speicherzelle, insbesondere einer Kontaktfahne einer Pouch-Zelle, sowie elektrisches Speicherzellenmodul
CN108777927B (zh) * 2018-06-26 2019-11-26 联想(北京)有限公司 一种散热装置、方法及电子设备
CN112331983B (zh) * 2019-11-29 2021-10-08 宁德时代新能源科技股份有限公司 电池模块、装置及失效电池单体的失效处理方法
FR3104323B1 (fr) 2019-12-06 2021-11-05 Accumulateurs Fixes Dispositif de deconnexion comprenant un element thermo-activable
JP2023528295A (ja) 2020-06-04 2023-07-04 ２４エム・テクノロジーズ・インコーポレイテッド １つ又は複数のセグメント化された集電体を有する電気化学セル及びその製造方法
DE102022119479A1 (de) 2022-08-03 2024-02-08 Audi Aktiengesellschaft Bauteilanordnung für eine Hochvoltbatterie und Verfahren zum Herstellen einer Bauteilanordnung

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3426200C2 (de) * 1984-07-17 1994-02-10 Asea Brown Boveri Überbrückungselement
US4855195A (en) * 1988-07-11 1989-08-08 Eveready Battery Company, Inc. Electrochemical cell with internal circuit interrupter
JP3789140B2 (ja) * 1992-12-14 2006-06-21 株式会社デンソー リチウム２次集合電池装置
JP3331529B2 (ja) * 1993-01-29 2002-10-07 キヤノン株式会社 蓄電装置及び電力システム
FR2703184B1 (fr) * 1993-03-03 1995-12-01 Gen Electric Contacteur actionné électro-thermiquement.
JPH10302762A (ja) * 1997-02-28 1998-11-13 Sumitomo Chem Co Ltd サーマルスイッチを有するリチウム二次電池
JPH1140203A (ja) * 1997-07-14 1999-02-12 Hitachi Ltd 二次電池
JP2000182598A (ja) * 1998-12-16 2000-06-30 Hitachi Ltd 非水電解液二次電池およびその熱動継電器
JP2003086069A (ja) * 2001-09-11 2003-03-20 Uchihashi Estec Co Ltd 温度スイッチ及び温度スイッチ付き回路板
JP2005079018A (ja) * 2003-09-02 2005-03-24 Texas Instr Japan Ltd 形状記憶合金を用いたスイッチおよびこれを用いた二次電池用保護装置
JP2005174816A (ja) * 2003-12-12 2005-06-30 Matsushita Electric Ind Co Ltd 感熱作動素子
US7507500B2 (en) * 2004-05-17 2009-03-24 Railpower Technologies Corp. Design of a large battery pack for a hybrid locomotive
JP4358134B2 (ja) * 2005-03-08 2009-11-04 三菱電機株式会社 バイパススイッチ
JP2008181822A (ja) * 2007-01-25 2008-08-07 Sanyo Electric Co Ltd 電池パック及びその製造方法
DE102007017018A1 (de) * 2007-04-11 2008-03-27 Daimler Ag Überbrückung defekter Zellen bei Batterien
US20090159354A1 (en) * 2007-12-25 2009-06-25 Wenfeng Jiang Battery system having interconnected battery packs each having multiple electrochemical storage cells
DE102009005228A1 (de) * 2009-01-20 2010-07-22 Li-Tec Battery Gmbh Schutzeinrichtung für galvanische Zellen

Also Published As

Publication number Publication date
JP2013504288A (ja) 2013-02-04
WO2011026596A2 (de) 2011-03-10
WO2011026596A3 (de) 2011-05-19
CN102483046A (zh) 2012-05-30
BR112012004914A2 (pt) 2016-04-05
EP2473736A2 (de) 2012-07-11
DE102009040146A1 (de) 2011-03-10
US20120293016A1 (en) 2012-11-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20120084291A (ko) 갈바니 셀의 보호 장치
US10439253B2 (en) Battery cell for a battery of a motor vehicle, battery, and motor vehicle
CN107251273B (zh) 用于机动车电池的电池单体、电池和机动车
JP5654687B2 (ja) 継電器又は接触器の動作能力を予測する方法
KR20190077550A (ko) 적어도 2 개의 배터리 모듈을 포함하는 배터리의, 적어도 2 개의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈의 방전
US8587907B2 (en) Electric battery with multiple electrical energy generating elements
KR101086573B1 (ko) 배터리 시스템
US20130181793A1 (en) Electrical contactor
US11233298B2 (en) Protective device, battery, motor vehicle, and method for switching off a battery cell
US20120148885A1 (en) Protective unit for galvanic cells
WO2018163736A1 (ja) 車載用電池の保護回路
ES2980239T3 (es) Sistema de monitorización para la estimación de fatiga termomecánica en un fusible eléctrico
WO1999060637A1 (en) Ptc element, ptc element-mounted pcb board, secondary cell protection circuit device and secondary cell assembly
KR20200031688A (ko) 액츄에이터를 사용한 직류 전류 전기 회로 차단 스위치 조립체
US11600990B2 (en) Protection system for protecting a battery system
US11688915B2 (en) Electrochemical energy storage module and vehicle
EP3812204B1 (en) Battery pack charging system having structure capable of preventing overcharging, and vehicle comprising same
US11509159B2 (en) System and method for thermal cutoff protection device control from an external component
CN111971568A (zh) 诊断装置、蓄电装置及诊断方法
US20240131934A1 (en) Control Method for an HV Contactor in a Battery Storage Device and Control Unit for the Implementation Thereof
KR101846677B1 (ko) 배터리 과충전 방지 장치 및 이를 포함하는 배터리 모듈

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Application deemed withdrawn, e.g. because no request for examination was filed or no examination fee was paid