KR20150007017A - 배터리 과충전 방지장치 - Google Patents

Abstract

판상의 두 배터리셀의 단부에 각각 마련되고 서로 연결되는 전극탭; 두 배터리셀의 마주보는 면 사이에 마련되고, 양단부가 두 배터리셀에 각각 연결되는 연결브릿지; 두 개의 링크로 구성되되 각 링크의 일단이 두 배터리셀에 하나씩 접촉하고, 두 배터리셀이 팽창함에 따라 각 링크가 연결브릿지의 중앙부에 마련된 결합핀을 매개로 회동하며, 각 링크의 타단부가 상기 전극탭과 접촉하여 전극탭을 파단시키는 링크부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 과충전 방지장치가 소개된다.

Description

배터리 과충전 방지장치{Apparatus for Battery Overcharge Protection }

본 발명은 과충전시 배터리셀에 구비된 전극탭을 파단시켜 배터리셀로의 전류 입력을 제한하는 배터리 과충전 방지장치에 관한 것이다.

하이브리드 차량이나 EV차량에 있어서, 전동식 컴프레서나 고전압 모터등 전기차량의 핵심 부품들을 구동시키기 위하여 고전압 배터리의 구성은 필수적이다.

이러한 고전압 배터리는 하이브리드 차량의 경우 외부로부터의 전력을 공급받거나 차량에 마련된 엔진을 통해 전기를 발전시켜 공급받고, EV차량의 경우 오로지 외부로부터 전력을 공급받도록 되어있다.

따라서, 외부로부터 충전할 시 적절한 장치가 없다면 과충전이 될 위험성이 항상 존재하는 바, 이를 막기 위해 하이브리드 차량 및 EV차량에는 배터리 시스템 자체적으로 릴레이를 두고, 과충전이 의심되는 경우 릴레이를 제어하여 과충전을 사전에 방지하는 안전장치가 마련되어 있다.

하지만 이러한 배터리 자체 시스템의 경우, 차량의 제어기능이 손상되어 작동되지 않을 때 함께 작동이 멈추게 되어 적절한 때에 전원을 차단하지 못하게 될 위험성이 존재하고 있으며, 전원을 적절히 차단하지 못하게 되면 배터리 과전압 및 과온 발생으로 발화나 발연이 발생할 수 있는 문제점을 가지고 있었다.

따라서, 차량의 자체 시스템의 제어와는 별도로 차량의 시스템이 작동불능 된다 하더라도 안전하게 배터리 내부로의 전력 유입을 차단하므로 배터리의 과충전에 따른 발화나 발연 발생을 방지할 수단이 필요하게 된 것이다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR 10-2000-7006153 A

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 두개의 배터리셀 사이에 분리장치를 설치하여 과충전으로 인해 배터리셀이 팽창하게 되면 배터리셀을 서로 연결하는 전극탭을 파단시켜 배터리셀로의 더 이상의 전력 유입을 막는 배터리 과충전 방지장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 과충전 방지장치는 판상의 두 배터리셀의 단부에 각각 마련되고 서로 연결되는 전극탭; 두 배터리셀의 마주보는 면 사이에 마련되고, 양단부가 두 배터리셀에 각각 연결되는 연결브릿지; 두 개의 링크로 구성되되 각 링크의 일단이 두 배터리셀에 하나씩 접촉하고, 두 배터리셀이 팽창함에 따라 각 링크가 연결브릿지의 중앙부에 마련된 결합핀을 매개로 회동하며, 각 링크의 타단부가 상기 전극탭과 접촉하여 전극탭을 파단시키는 링크부;를 포함한다.

각 전극탭은 용접부에 의해 서로 연결되고, 용접부가 파단됨에 따라 분리가 이루질 수 있다.

상기 연결브릿지는 패널로서 양단부가 배터리셀에 완전히 고정되고, 각 링크의 중앙부가 연결브릿지의 중앙부에서 교차되면서 결합핀에 의해 일체로 결합될 수 있다.

각 링크는 일단이 절곡되어 배터리셀에 면접촉 할 수 있다.

각 링크의 타단부는 각 링크의 일단부가 접하는 배터리셀의 방향으로 절곡되어 각 전극탭 중앙부에 하나씩 접촉하고, 회동에 의해 각 전극탭을 푸쉬하여 분리시킬 수 있다.

각 링크는 일단부가 타단부보다 더 짧을 수 있다.

각 링크의 타단부는 서로 대향하도록 절곡되어 끝단에서 서로 연결되고, 연결된 끝단에 팁이 마련되며, 각 링크가 회동할 때 각 링크의 타단부와 함께 팁이 전방으로 돌출되어 용접부를 가압하고, 팁의 가압에 의해 용접부가 파단되어 전극탭이 분리될 수 있다.

용접부의 양 옆으로, 배터리셀 측으로 돌출된 가이드부가 마련되고, 상기 팁은 가이드부에 의해 가이드되어 용접부를 가압할 수 있다.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 배터리 과충전 방지장치에 따르면, 배터리 자체의 시스템적인 제어장치와 별개로 배터리셀에 개별적으로 설치되는 것이므로 제어기능 이상으로 인하여 발생할 수 있는 과충전 현상을 방지할 수 있고, 과충전으로 인한 발화 및 발연의 발생을 방지할 수 있으므로 배터리의 안전성이 확보될 수 있다.

또한, 배터리셀 별로 독립적인 설치가 가능한 것이므로, 배터리셀 내부의 화학적 조성의 차이에 따른 팽창도 차이를 고려하여, 팽창이 작은 배터리셀의 경우 더욱 팽창 변위에 민감하게 반응하도록 설치할 수 있다. 즉, 과충전 방지 구조의 설계 자유도 확보가 가능하다.

또한, 구조 자체가 간단하기 때문에 기타 다른 형태의 과충전 방지 구조로 설계 확장이 가능하며, 추가적인 기구 부착이 최소화되므로 비용 면에서 절감이 가능해 진다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 배터리 과충전 방지장치의 구성도.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 배터리 과충전 방지장치가 작동했을 때의 모습을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 배터리 과충전 방지장치의 구성도
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 배터리 과충전 방지장치가 작동했을 때의 모습을 나타낸 도면.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 배터리 과충전 방지장치에 대하여 살펴본다.

도 1은 배터리셀(100)의 상방에서 바라본, 본 발명의 제1실시예에 따른 배터리 과충전 방지장치의 구성도로서, 판상의 두 배터리셀(100)의 단부에 각각 마련되고 서로 연결되는 전극탭(400); 두 배터리셀(100)의 마주보는 면 사이에 마련되고, 양단부가 두 배터리셀(100)에 각각 연결되는 연결브릿지(200); 두 개의 링크(300)로 구성되되 각 링크(300)의 일단이 두 배터리셀(100)에 하나씩 접촉하고, 두 배터리셀(100)이 팽창함에 따라 각 링크(300)가 연결브릿지(200)의 중앙부에 마련된 결합핀(220)을 매개로 회동하며, 각 링크(300)의 타단부가 상기 전극탭(400)과 접촉하여 전극탭(400)을 파단시키는 링크부;를 포함한다.

구체적으로는, 여기서 판상의 배터리셀(100)은 파우치 방식의 배터리셀(100)이며, 각 배터리셀(100)의 길이방향 끝단부에는 전극탭(400)이 마련되어 두 배터리셀(100)을 서로 연결하게 된다.

상기 전극탭(400)은 각각 용접부(420)에 의해 서로 연결되고, 용접부(420)가 파단됨에 따라 분리가 이루지게 됨이 바람직한데, 용접으로 연결되지 않고 전극탭(400)이 일체로 형성되어 양단부가 각각 배터리셀(100)에 연결되는 방식으로 이루어져 있다면, 전극탭(400) 자체가 파단 되도록 하여 두 배터리셀(100)간의 연결이 차단될 수도 있다.

한편, 상기 연결브릿지(200)는 패널로서 양단부가 배터리셀(100)에 완전히 고정되고, 각 링크(300)의 중앙부가 연결브릿지(200)의 중앙부에서 교차되면서 결합핀에 의해 일체로 결합된다.

더욱 상세하게는, 상기 연결브릿지(200)는 판상의 패널로 이루어짐이 바람직 하지만, 여기에 한정되는 것은 아니고, 봉 형상, 필라 등 다양한 형태로 이루어질 수 있다.

상기 결합핀(220)은 배터리셀(100)의 길이방향에 수직하게 배터리셀(100)의 상하방향으로 설치됨이 바람직하고, 연결브릿지(200)의 중앙부를 관통하여 연결브릿지(200)와 상기 링크(300)부를 일체로 결합할 수 있도록 마련됨이 바람직하다.

한편, 각 링크(300)는 일단(320)이 절곡되어 배터리셀(100)에 면접촉 할 수 있다.

여기서 각 링크(300)의 일단(320)은 두 배터리셀(100)의 마주보는 면 상에 접촉되고, 면접촉함으로 인해 일단이 배터리셀(100)에 접촉함에 따라 발생되는 응력집중을 최대한 분산시킬 수 있으므로, 배터리셀(100)의 찢어짐이나 뚫림등의 손상을 방지할 수 있다.

또한, 각 링크(300)의 일단(320)이 절곡되어 배터리셀(100)에 바로 면접촉하도록 할 수도 있지만, 각 링크(300)의 일단(320)에 별도의 패널 또는 패드를 부착하여 각 링크(300)의 일단(320)이 배터리셀(100)에 더 넓게 접촉하도록 할 수도 있다.

한편, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 배터리 과충전 방지장치가 작동했을 때의 모습을 나타낸 도면으로써, 각 링크(300)의 타단부는, 각 링크(300)의 일단(320)이 접하는 배터리셀(100)의 방향으로 절곡되어 각 전극탭(400) 중앙부에 하나씩 접촉하고, 회동에 의해 각 전극탭(400)을 푸쉬하여 분리시킨다.

구체적으로는, 두 배터리셀(100)이 팽창하면 각 링크(300)의 일단부가 각 링크(300)의 중앙부에 연결된 결합핀(220)을 중심으로 회동하게 되고, 타단부는 일단부와 반대 방향으로 회동하게 되어 타단부의 끝단이 각 전극탭(400)의 중앙부에 접촉하게 된다. 이후, 타단부의 회동력에 의해 각 전극탭(400)의 중앙부는 바깥쪽으로 미는 하중을 받게 되고, 가해지는 하중을 견디지 못하고 두 전극탭(400)을 연결하던 용접부가 파단되면서 두 전극탭(400)간의 연결은 끊어지게 된다.

각 링크(300)의 타단부가 각 전극탭(400)의 중앙부를 푸쉬하므로 각 전극탭(400)의 중앙부에는 보호패드등이 마련되어 푸쉬가 발생할 때 전극탭(400)이 파손되는 것을 방지함이 바람직하다.

상기와 같이 배터리셀(100)의 팽창에 의해 용접부에 파단이 발생할 정도로 큰 하중이 가해지기 위하여서는 배터리셀(100)이 팽창할 때의 변위보다 더 큰 변위가 각 링크(300)의 타단부에 발생되어야 한다. 따라서, 각 링크(300)는 일단부가 타단부보다 더 짧게 되도록 형성되는 것이 바람직하며, 그렇게 할 때, 팽창할 때의 변위가 작다 하더라도 충분히 타단부에 큰 변위가 발생할 수 있게 되므로, 배터리셀(100)의 팽창정도에 관계없이 안정적인 전극탭(400)간의 연결해제가 발생할 수 있는 것이다.

한편, 본 발명의 또 다른 실시예로서, 도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 배터리 과충전 방지장치의 구성도를 보여주고 있다.

도 2에서 볼 수 있듯이, 각 링크(300)의 타단부는 서로 대향하도록 절곡되어 끝단에서 서로 연결되고, 연결된 끝단에 팁(500)이 마련되며, 각 링크(300)가 회동할 때 각 링크(300)의 타단부와 함께 팁(500)이 전방으로 돌출되어 용접부(420)를 가압하고, 팁(500)의 가압에 의해 용접부(420)가 파단되어 전극탭(400)이 분리되도록 구성되어 있다.

여기서, 일단부의 회동에 의해 팁(500)이 전방으로 돌출이 될 수 있도록, 각 링크(300)의 절곡되는 부분은 일정한 범위 내에서는 탄성을 가지도록 됨이 바람직하고, 팁(500)이 구비되는 타단부의 끝단 또한, 일정한 탄성을 가지거나 핀(520)을 구비하여 일정한 각도 범위 내에서 회동이 가능하도록 하게 됨이 바람직하다.

한편, 이에 더해 용접부(420)의 양 옆으로, 배터리셀(100) 측으로 돌출된 가이드부(600)가 마련되고, 상기 팁(500)은 가이드부(600)에 의해 가이드되어 용접부(420)를 가압하도록 구성됨이 바람직하다.

가이드부(600)가 구비되지 않는다면, 팁(500)은 정확히 용접부(420)를 향하지 못하게 될 수 있고, 이로인해 팁(500)이 돌출된다 하더라도 용접부(420)가 아닌 용접부(420) 옆의 전극탭(400)을 가압하게 되어 적절한 시기에 적절한 파단을 발생시키지 못하는 경우가 발생될 수 있다.

따라서, 상기 가이드부(600)는 팁(500)의 폭과 일치하게 또는 근접한 정도의 폭을 가지도록 설치되고, 그 돌출되는 길이는 팁(500)이 돌출되기 전 평상시에도 팁(500)이 가이드부(600)에 양옆이 접촉될 수 있는 정도가 됨이 바람직하다.

한편, 도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 배터리 과충전 방지장치가 작동했을 때의 모습을 나타낸 도면으로써, 이미 설명한 바와 같이, 배터리셀(100)이 팽창하게 되면 각 링크(300)의 일단부가 회동하게 되고, 일단부의 회동에 의해 타단부의 절곡된 부분이 일정부분 펴지면서 타단부의 끝단에 마련된 팁(500)을 전방으로 돌출시키게 되며, 돌출된 팁(500)은 용접부(420)를 가압하여 결국 용접부(420)가 파단에 이르도록 한다.

상기 팁(500)이 전방으로 돌출될 수 있도록, 일단부의 회동뿐만 아니라 타단부의 절곡되는 부분 또한 배터리셀(100)에 의해 가압될 수 있으며, 더 나아가서, 연결브릿지(200)를 제거하고 타단부의 절곡되는 부분에의 가압만으로 팁(500)이 전방으로 돌출될 수 있도록 할 수도 있다.

상술한 바와 같은 구조로 이루어진 배터리 과충전 방지장치에 따르면, 배터리 자체의 시스템적인 제어장치와 별개로 배터리셀(100)에 개별적으로 설치되는 것이므로 제어기능 이상으로 인하여 발생할 수 있는 과충전 현상을 방지할 수 있고, 과충전으로 인한 발화 및 발연의 발생을 방지할 수 있으므로 배터리의 안전성이 확보될 수 있다.

또한, 배터리셀(100) 별로 독립적인 설치가 가능한 것이므로, 배터리셀(100) 내부의 화학적 조성의 차이에 따른 팽창도 차이를 고려하여, 팽창이 작은 배터리셀(100)의 경우 더욱 팽창 변위에 민감하게 반응하도록 설치할 수 있다. 즉, 과충전 방지 구조의 설계 자유도 확보가 가능하다.

또한, 구조 자체가 간단하기 때문에 기타 다른 형태의 과충전 방지 구조로 설계 확장이 가능하며, 추가적인 기구 부착이 최소화되므로 비용 면에서 절감이 가능해 진다.

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 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

100 : 배터리셀 200 : 연결브릿지
220: 결합핀 300 : 링크
400 : 전극탭 420 : 용접부
500 : 팁 520 : 핀
600 : 가이드부

Claims (8)

1. 판상의 두 배터리셀의 단부에 각각 마련되고 서로 연결되는 전극탭;
   두 배터리셀의 마주보는 면 사이에 마련되고, 양단부가 두 배터리셀에 각각 연결되는 연결브릿지;
   두 개의 링크로 구성되되 각 링크의 일단이 두 배터리셀에 하나씩 접촉하고, 두 배터리셀이 팽창함에 따라 각 링크가 연결브릿지의 중앙부에 마련된 결합핀을 매개로 회동하며, 각 링크의 타단부가 상기 전극탭과 접촉하여 전극탭을 파단시키는 링크부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 과충전 방지장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   각 전극탭은 용접부에 의해 서로 연결되고, 용접부가 파단됨에 따라 분리가 이루지는 것을 특징으로 하는 배터리 과충전 방지장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 연결브릿지는 패널로서 양단부가 배터리셀에 완전히 고정되고, 각 링크의 중앙부가 연결브릿지의 중앙부에서 교차되면서 결합핀에 의해 일체로 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 과충전 방지장치.
4. 청구항 1에 있어서,
   각 링크는 일단이 절곡되어 배터리셀에 면접촉 하는 것을 특징으로 하는 배터리 과충전 방지장치.
5. 청구항 1에 있어서,
   각 링크의 타단부는 각 링크의 일단부가 접하는 배터리셀의 방향으로 절곡되어 각 전극탭 중앙부에 하나씩 접촉하고, 회동에 의해 각 전극탭을 푸쉬하여 분리시키는 것을 특징으로 하는 배터리 과충전 방지장치.
6. 청구항 1에 있어서,
   각 링크는 일단부가 타단부보다 더 짧은 것을 특징으로 하는 배터리 과충전 방지장치.
7. 청구항 2에 있어서,
   각 링크의 타단부는 서로 대향하도록 절곡되어 끝단에서 서로 연결되고, 연결된 끝단에 팁이 마련되며, 각 링크가 회동할 때 각 링크의 타단부와 함께 팁이 전방으로 돌출되어 용접부를 가압하고, 팁의 가압에 의해 용접부가 파단되어 전극탭이 분리되는 것을 특징으로 하는 배터리 과충전 방지장치.
8. 청구항 7에 있어서,
   용접부의 양 옆으로, 배터리셀 측으로 돌출된 가이드부가 마련되고, 상기 팁은 가이드부에 의해 가이드되어 용접부를 가압하는 것을 특징으로 하는 배터리 과충전 방지장치.

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