KR20150038077A - 서멀 스위치를 가진 배터리 - Google Patents

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마쿠스 폼페츠키
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스테펜 레그너
안드레아스 고글러
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폭스바겐 바르타 마이크로바테리 포르슝스게젤샤프트 엠바하 운트 체오.카게
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Abstract

본 발명은 하우징을 가지고, 적어도 하나의 양전극과 적어도 하나의 음전극을 가진 적어도 하나의 개별 셀 - 상기 개별 셀은 하우징 내에 배치됨 - 을 가지며, 적어도 하나의 양전극에 연결된 양 탭극(positive tap pole)을 가지고, 적어도 하나의 음전극에 연결된 음 탭극(negative tap pole)을 가진 배터리 및 이러한 종류의 배터리의 안전한 작동을 위한 방법을 기술한다. 배터리는 특히 온도-유도된 팽창 및/또는 변형의 결과로, 하우징 내의 온도가 온도 경계값 보다 증가하는 경우에, 스위칭 상태를 변경하여, 과정에서, 온도의 추가 증가를 억제하는 안전 메카니즘을 작동하는 적어도 하나의 서멀 스위치를 포함한다는 점에서 구별된다.

Description

서멀 스위치를 가진 배터리{BATTERY HAVING A THERMAL SWITCH}
기술된 본 발명은, 하우징을 가지고, 적어도 하나의 양전극과 적어도 하나의 음전극을 가진 적어도 하나의 개별 셀 - 상기 개별 셀은 하우징 내에 배치됨 - 을 가지며, 적어도 하나의 양전극에 연결된 양 탭극(positive tap pole)을 가지고, 적어도 하나의 음전극에 연결된 음 탭극(negative tap pole)을 가진 배터리 및 이러한 종류의 배터리의 안전한 작동을 위한 방법에 관한 것이다.
용어 "배터리"는 원래 직렬로 연결된 복수의 전기화학적 셀을 의미한다. 그러나, 요즘 하나의 전기화학적 셀(개별 셀)은 배터리들로 자주 언급된다. 전기화학적 셀의 방전 동안에, 두 개의 전기적으로 연결되나 물리적으로 분리된 부분 반응으로 이루어진 에너지-공급 화학 반응이 발생한다. 산화 과정에서, 전자는 음전극에서 해방되어, 전자는 외부 로드를 통해 대응되는 전자의 양을 받는 양전극으로 흐른다. 그러므로, 환원 과정은 양전극에서 발생한다. 동시에, 전극 반응에 해당하는 이온 전류가 셀 내에서 발생한다. 이온 전류는 이온적으로 전도성인 전해액에 의해 보장된다. 2차 셀 및 배터리에서, 이러한 방전 반응은 가역적이다. 그러므로, 방전 동안에 화학 에너지에서 전기 에너지로의 변환이 가역적일 수 있다.
공지된 이차 셀 중에서, 특히, 리튬-이온 셀에 의해, 다시 말해, 충전 및 방전 과정에서, 리튬 이온이 한 전극에서 다른 전극으로 이동하는 셀에 의해, 비교적 높은 에너지 밀도가 달성된다. 이러한 종류의 셀은 노트북과 모바일 텔레폰과 같은 휴대용 장치에 특히 적합하다. 그러나, 이들은 자동차를 위한 에너지원으로서 특히 관심이 있다.
일반적으로, 리튬-이온 배터리의 셀은 가연성 구성을 가지는데, 가령, 리튬-이온 셀의 전해질은 에틸렌 카보네이트와 같은 유기 용매를 주요 구성으로 한다. 이러한 종류의 셀의 높은 에너지 밀도와 함께, 이는 잠재적 위험성도 과소 평가해서는 안된다는 것을 나타낸다. 따라서, 사용자를 위한 위험을 사전 방지하기 위해, 또는, 가능한 상기 위험을 줄이기 위해, 특별한 안전 주의가 이루어져야 한다.
리튬-이온 셀은 임계 상태에 들어갈 수 있는데, 이들이 기계적으로 손상될 때, 또는 과도하게 충전된 결과 특히, 다른 것보다도 화재의 위험이 있다. 리튬-이온 셀의 과도한 충전은 음전극의 표면상의 금속 리튬의 증착 및 셀 내에 포함된 전해질의 부식으로 이어질 수 있다. 후자는 셀의 심각한 가스 발생으로 이어질 수 있다. 극단적인 경우, 이는 셀을 둘러싸는 하우징에 손상으로 이어질 수 있다. 그 결과, 습기와 산소가 셀에 들어갈 수 있고, 이는 폭발형 연소를 야기할 수 있다.
이를 피하기 위하여, 안전 수단을 가진 리튬-이온 셀을 제공하는 것이 알려져 있다. 재충전가능한 리튬-이온 셀의 작동 안전을 전기적으로 모니터링하기 위한 적합한 회로 장치가 가령, DE　101　04　981　A1로부터 알 수 있다. 리튬-이온 배터리의 안전을 높이기 위한 퓨즈의 사용은 DE　10　2008　020　912　A1에서 알 수 있다. DE　10　2007　020　905　A1는 얇은 플라스틱 필름상에 배치되고, 기설정된 한계점을 가진 방전 컨덕터를 가진 셀을 개시한다. 가령, 셀 가스 발생의 결과로 이러한 필름이 변형되면, 방전 컨덕터는 기설정된 한계점에서 파괴되고, 그 결과 상기 셀은 비가역적이고 영구적으로 불활성화된다.
본 발명은 상기 문제점을 고려하여, 신뢰할 수 있고, 간단한 안전 해결책이 실현되는, 배터리, 특히 리튬-이온 배터리를 제공하는 목적을 기초로 한다.
본 목적은 청구항 1의 특징을 가진 배터리에 의해 달성된다. 또한, 본 발명은 청구항 10의 특징을 가진 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 배터리의 바람직한 실시예는 종속항 2 내지 0에 명시된다. 모든 청구항의 문구는 참조로서 본 설명에 포함된다.
본 발명에 따른 배터리는 적어도 하나의 양전극과 적어도 하나의 음전극을 가진 적어도 하나의 개별 셀을 포함한다. 개별 셀은 바람직하게는, 리튜-이온계 셀이다. 따라서, 본 발명에 따른 배터리는 바람직하게는 리튬-이온 배터리이다. 본 발명에 따른 배터리에 대한 활용 분야는 특히 자동차에서 발견된다. 본 발명에 따른 배터리는 바람직하게는 자동차 배터리이다.
개별 셀은, 양전극/분리기/음전극의 순서로, 전극 호일과 분리기 시트를 포함하는 합성물의 형태이다. 이러한 경우, 전극은, 대게 시트형 구조의 형태인 금속 집전기를 포함하는 것이 바람직하다. 리튬-이온 배터리의 경우, 가령, 팽창된 알루미늄 금속 또는 천공된 알루미늄 호일의 알루미늄으로 구성되는 메쉬 또는 호일이 대략 양전극의 측에 위치되는 것이 바람직하다. 구리로 구성된 메쉬 또는 호일은 음전극 측의 집전기로 대게 사용된다. 원칙적으로, 배터리는 복수의 평평한 개별 셀을 포함하는 셀 스텍(스텍)과 권취된 개별 셀(코일)을 모두 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리에서, 적어도 하나의 개별 셀은 하우징 내에 배치된다. 하우징은 적어도 하나의 개별 셀을 주변으로부터 감싸고, 가스 밀폐 및 액체 밀폐인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 배터리는 적어도 하나의 양전극에 연결된 양 탭극 및 적어도 하나의 음전극에 연결된 음 탭극을 가진다. 탭극은 전기 부하의 연결을 위한 역할을 하는데, 다시 말해, 배터리 내에 저장된 전기 에너지가 상기 탭극에서 "꺼내진다(tapped off)".
본 발명에 따른 배터리는 특히 온도-유도된 팽창 및/또는 변형의 결과로, 하우징 내의 온도가 온도 경계값 보다 증가하는 경우에, 스위칭 상태를 변경하여, 과정에서, 온도의 추가 증가를 억제하는 안전 메카니즘을 작동하는 적어도 하나의 서멀 스위치를 포함한다는 점에서 구별된다.
바람직한 실시예에서, 서멀 스위치는 가열되면, 구부러지는 서멀 바이메탈 요소를 가진 서멀 바이메탈 스위치이다.
추가적인 바람직한 실시예에서, 서멀 스위치는 가열되면, 적어도 한 방향으로 팽창하는 요소를 포함하는 열팽창 스위치이다.
서멀 바이메탈 스위치 및 열 팽창 스위치는, 경계값 아래의 온도에서 서로 물리적으로 분리된 두 개의 전기적 접촉자를 각각 연결한다. 서멀 바이메탈 스위치의 경우, 서멀 바이메탈 소자는, 온도 경계값보다 온도가 증가하는 경우, 동시에 두 개의 접촉자와 접촉할 때까지 변형된다. 열 팽창 스위치의 경우, 팽창 소자는 동시에 두 개의 접촉자와 접촉할 때까지 또는, 팽창의 결과 두 개의 접촉작가 함께 가압할 때까지 팽창한다.
알려진 바와 같이, 서멀 바이메탈 소자(단락을 위한 바이메탈 소자)는 상이한 열 팽창 계수를 가진금속층을 포함하는 금속 스트립이다. 온도의 변화의 경우, 금속층은 상이한 정도로 팽창하는데, 이는 금속 스트립이 구부러지게 한다. 금속의 적합한 조합의 예는 아연/스틸 또는 스틸/황동이다.
일반적으로, 서멀 바이메탈 소자는, 가령 용접에 의해 연결된 제1 접촉자에 고정적으로 연결되고, 온도의 증가의 경우 제2 접촉자의 방향으로 구부러지도록 제2 접촉자에 대해 배치된다. 서멀 바이메탈 소자와 제2 접촉자 사이의 적합한 거리를 선택하는 것은 온도 경계값을 설정하는 것이 한 방법이고, 서멀 바이메탈 스위치는 상기 온도 경계값이 초과하는 경우 스위칭 상태를 변경한다.
열팽창 스위치의 팽창 소자는 높은 열팽창 계수를 가진 금속으로 구성되는 것이 바람직하다. 팽창 소자는 고체일 수 있으나, 팽창가능하고, 액체-밀폐 및/또는 가스 밀폐 케이싱 내에 위치된 액체 또는 가스일 수 있다.
팽창 소자가 전기적으로 전도성 금속으로 구성된다면, 연결될 전기적 접촉자들 사이에 배치될 수 있어서, 팽창의 경우, 동시에 상기 접촉자들과 접촉할 수 있고, 또한, 팽창 소자가 연결된 제1 접촉자에 가령, 용접으로 연결되고, 제2 접촉자에 대해 배치되어서, 온도의 증가의 경우 제2 접촉자에 터치할 때까지, 제2 접촉자의 방향으로 팽창한다. 팽창 소자와 제2 접촉자 사이의 적절한 거리를 선택하는 것은 온도 경계값을 설정하는 것이 한 방법이고, 열팽창 스위치는 상기 온도 경계값이 초과하는 경우 스위칭 상태를 변경한다.
그러나, 서로 기설정된 거리로 배치된 두 개의 전기적 접촉자를 서로에 대해 가령, 팽창 소자에 의한 정지 접촉자에 대해 가압된 이동식 장착 접촉 스프링에 의해, 가압하기 위해, 가열하는 경우 팽창을 사용하는 것이 일반적으로 용이하다. 팽창 소자는 그 자체로, 이러한 목적을 위해 전기적으로 전도성일 필요는 없다.
그러므로, 본 발명의 경우, 배터리 또는 그 안에 포함된 셀의 온도의 변화를 사용하는데, 온도의 상기 변화는 종종, 과도한 충전과 관련된다. 증가하는 온도는 서멀 바이메탈 소자의 구부러짐 또는 적어도 한 방향으로 팽창 소자의 팽창으로 이어져서, 서멀 스위치가 닫혀져서, 그 결과 상기 안전 메카니즘이 작동된다.
바람직한 실시예에서, 적어도 하나의 탭극 중 하나, 바람직하게는 탭극의 둘 모두는, 외부로부터 본 발명의 배터리의 하우징을 통해, 하우징 내부로 라우팅되는 금속 로드 또는 볼트의 형태이다. 일반적으로, 상기 극은, 가령, DE　100　47　206　A1에 기술된 바와 같이, 절연 컴파운드에 의해 하우징으로부터 전기적으로나 기계적으로 분리된다. 만일 두 개의 극 모둔 이러한 방식으로 절연되면, 하우징은 전위가 없다.
그러나, 원칙적으로, 하우징 자체가 양 탭극 또는 음 탭극으로서의 역할을 하는 것도 전체적으로 가능하다. 이를 위해, 상기 하우징은 전기적으로 전도성이어야 한다. 그러나, 금속, 특히 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 구성되거나, 어떠한 경우에서 금속 코팅물로 제공되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 적어도 하나의 탭극, 가능하게는 두 개의 탭극이 하우징의 외부상에 배치되고, 적어도 하나의 양전극 또는 적어도 하나의 음전극에 전기적으로 연결되지 않고, 별개의 접촉극에 의해 연결되는 것이 바람직하다. 본 실시예에서, 접촉극은 본 발명에 따른 배터리의 하우징으로 통해 하우징의 내부로 라우팅된 로드 또는 볼트의 형태인 것이 바람직하다. 본 실시예에서, 적어도 하나의 탭극은 본 발명에 따른 배터리와 전기적 접촉을 하는 역할을 하면서, 접촉극은 전극 EH는 전극들에 전기적 연결을 보장한다. 또한, 접촉극은 상기에서 이미 언급된 DE　100　47　206　A1에서 기술된 바와 같이, 하우징으로부터 전기적으로나 기계적으로 분리되는 것이 바람직하다. 본 실시예에서, 적어도 하나의 탭극은 하우징으로부터 전기적으로 절연되나, 해당 컨턱터에 의해 접촉극에 전기적으로 연결된다.
특히 바람직한 실시예에서, 적어도 하나의 서멀 스위치가 닫힐 때, 양 탭극 및/또는 접촉극을 음 탭극 및/또는 접촉극에 연결한다. 그러므로, 서멀 스위치가 닫힐 때, 스위치는,
- 탭극 역할을 하는 하우징을 반대 극성의 탭극 및/또는 접촉극에 연결하거나,
- 양 탭극 및/또는 접촉극을 음 탭극 및/또는 접초극에 연결을 한다.
후자의 경우, 극은 직접 연결되거나, 사이의 컨덕터에 의해 연결된다. 또한, 하우징은 상기 사이 컨덕터로서의 역할을 할 수 있다.
본 발명에 따른 배터리는, 적어도 하나의 서멀 스위치뿐만 아니라, 하우징 내의 압력이 압력 경계값 보다 증가하는 경우에, 스위칭 상태를 변경하여, 과정에서, 압력의 추가 증가를 억제하는 안전 메카니즘을 작동하는, 적어도 하나의 공압적으로 작동하는 전기 스위치를 포함한다.
이러한 경우, 적어도 하나의 공압적으로 작동하는 전기 스위치는 압력 경계값 이하의 압력에서 서로 물리적으로 분리된 두 개의 전기 접촉자를 포함하는 것이 바람직하다. 더구나, 스위치는 하우징의 내부와 하우징을 둘러싸는 영역 사이의 경계층을 형성하는 가스-침투성 다이어프램을 포함한다. 이러한 경우, 다이어프램은 압력에 의해 탄성적으로 변형가능한 것이 이상적이다. 적합한 다이어프램은, 가령, 플라스틱 필름이나 금속 호일이다. 하우징 내의 압력이 증가하는 경우, 이러한 종류의 다이어프램은 외부로 휘어진다. 본 발명에 따르면, 다이어프램 및 전기적 접촉자는 이러한 경우에, 압력이 압력 경계값을 초과할 때, 두 개의 전기적 접촉자가 서로 연결되는 방식으로 배열된다. 압력에서의 증가 때문에, 스위치는 그 스위칭 상태를 변경한다. 기술된 실시예에서, 압력에 의해 생성된 외부방향의 곡면의 결과 상기 스위치가 닫힌다. 이를 위하여, 가령, 접촉자 중 하나는 다이어프램의 외부에 고정적으로 결합되는 반면, 다른 것은 다이어프램 위에 배치되어서, 다이어프램이 외부로 휘어질 때, 접촉자가 접촉하도록 한다.
과정에서, 초과 충전의 경우에 발생하는 셀의 가스 발생이 사용된다. 생성된 가스는 셀 안전 메카니즘의 일부로서, "작동 매체(working medium)"으로서의 역할을 하고, 다이어프램에 압력을 가하여, 상기 다이어프램이 외부로 휘어지게 한다. 그리고 나서, 결국, 이 휘어짐은 스위치가 기계적으로 닫히게 한다. 그러므로, 엄격하게 말하면, 스위치는 "공압 전기화학적 스위치"이다.
적어도 하나의 서멀 스위치와 공압 전기화학적 스위치는, 온도의 추가 증가를 억제하는 안전 메카니즘이 작동할 때, 상호작용할 수 있는 방식으로 배열되는 것이 바람직하다. 이를 위하여, 가령, 서멀 바이메탈 소자는 공압 전기화학적 스위치의 다이어프램 위에 배치되고, 이는 하우징 내에 포함되어서, 다이어프램의 외부상에 배치된 접촉자가, 압력이 증가하는 경우 다이어프램이 외부로 휘어질 때, 서멀 바이메탈 소자와 접촉할 수 있다. 동시에, 서멀 바이메탈 소자가 가열되면, 상기 서멀 바이메탈 소자는 하우징의 방향으로 휘어지고, 이러한 방으로, 다이어프램 상에 배치된 접촉자로부터의 거리를 줄인다. 안전 메카니즘은 좀 더 빠르게 작동된다.
본 발명의 발마직한 실시예에서, 전압계 및/또는 부하 저항은 양 탭극 및/또는 접촉극과 음 탭극 및/또는 접촉극 사이에 연결된다.
부하 저항이 극 사이에 연결되면, 본 발명에 따른 배터리는, 양 탭극 및/또는 접촉극이 적어도 하나의 서멀 스위치 및/또는 적어도 하나의 공압적으로 작동하는 전기적 스위치의 닫힘에 의하여 음 탭극 및/또는 접촉극에 전기적으로 연결될 때, 부하 저항을 통해 방전될 수 있다. 이러한 종류의 방전은 셀 내의 전압의 증가를 막고, 따라서, 하우징 내의 온도 및/또는 압력의 추가 증가도 막는다.
전압계가 극 사이에 연결되면, 상기 전압계는 탭극 및/또는 접촉극 사이의 기존 과전압을 검출할 수 있다. 측정된 전압은, 가령, 분리된 전기 회로 또는 셀의 전자적 분리를 통해 셀의 의도적인 방전인 상기 대책이 시작되어, 배터리 관리 시스템으로 전달될 수 있다.
그에 반해서, 중간 저항과 전압계가 탭극 사이에 배치되지 않으면, 스위치의 닫힘은 단락 회로를 야기한다. 이도 역시 의도적일 수 있다.
본 발명에 따른 배터리는 녹을 때 적어도 하나의 양전극과 양 탭극 사이에, 및/또는 적어도 하나의 음전극과 음 탭극 사이의 접촉을 막는 적어도 하나의 퓨즈를 가지는 것이 바람직하다. 이러한 경우, 퓨즈는 하우징의 외부에, 특히, 접촉극과 상기 접촉극에 전기적으로 연결되는 탭극 사이에 배치되는 것이 바람직하다. 이러한 경우, 퓨즈는 정상 작동(다시 말해, 가령, 본 발명에 따른 배터리의 충전 동안이나, 탭극 사이에 연결된 유용한 부하로 방전하는 동안)하는 동안에는 작동하지 않도록 하나, 탭극 사이에 단락 회로의 경우에, 본 발명에 따라 사용된 스위치 또는 스위치들에 의해 의도적으로 야기될 수 있는 바와 같이, 녹도록 선택되는 것이 바람직하다. 하우징 내의 온도 및/또는 압력이 증가하는 경우에 스위치가 닫히면, 배터리는 퓨즈에 의해 신뢰할 수 있게 불활성화될 수 있다. 퓨즈를 교체함에 의해 원하면, 재활성화가 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리의 바람직한 실시예에서, 상기 배터리는, 적어도 하나의 퓨즈에 열적으로 연결되는 적어도 하나의 높은값의 열 저항을 가지고, 이는, 하우징 내의 온도 및/또는 압력이 각각의 경계값 이상이 되면, 적어도 하나의 서멀 스위치 및/또는 적어도 하나의 공압적으로 작동하는 전기적 스위치에 의해 활성화된다.
이를 위하여, 열 저항은, 가령, 상기 언급된 부하 저항을 대신하여, 탭극 사이에 연결될 수 있다. 이러한 경우, 열 저항 및 퓨즈는, 열 저항이 활성화되면, 퓨즈가 작동하는 방식으로 서로 매칭되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은, 적어도 하나의 양전극 및 적어도 하나의 음전극을 가진 적어도 하나의 개벼 셀을 가진 배터리의 안전한 작동을 위한 방법에 관한 것이고, 적어도 하나의 개별 셀이 배치된 하우징에 관한 것이다.
본 방법에서, 하우징 내에 어떤 가능한 온도 증가는 기술된 적어도 하나의 서멀 스위치에 의해 검출된다. 상기 서멀 스위치는 온도 경계값이 초과되면 스위칭 상태를 변경하고, 과정에서, 온도-유도된 팽창 및/또는 변형의 결과로서, 온도의 추가 증가를 억제하는 안전 메카니즘을 작동한다.
또한, 하우징 내의 어떤 가능한 압력 증가도 기술된 공압적으로 작동하는 전기 스위치에 의해 병렬적으로 검출되도록 준비된다. 상기 공압적으로 작동하는 전기 스위치는 압력 경계값이 초과되는 결과 스위칭 상태를 변경하고, 압력의 추가 증가를 억제하는 안전 메카니즘을 작동한다.
안전 메카니즘에 의해 작동될 수 있는 바람직한 변형예는 이미 기술되었다. 본 발명에 따른 방법의 범위 내에서, 가장 바람직한 변형예는, 스위치(들)이 양 탭극을 음 탭극에 전기적으로 연결하여서, 전기적 단락 회로가 극 사이에 형성되는 것이다.
본 발명의 추가적인 특징 및 본 발명으로부터 얻은 이점은 본 발명을 설명하는데 사용되는 도면의 다음 설명에서 발견될 수 있다. 이 점에 있어서, 본 출원서에 기술된 본 발명에 따른 방법의 선택적인 모든 양태는, 한 편으로 실현될 수 있고, 다른 한 편으로, 본 발명의 실싱예의 하나 이상의 추가적인 특징과 결합하여 실현될 수 있다. 아래 기술된 바람직한 실시예는 본 발명을 나타내고, 더 잘 설명하는 역할을 할 뿐이지, 어떠한 방식으로 본 발명을 제한하려는 것이 아님을 이해해야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 배터리(100)를 개략적으로 나타낸다. 상기 배터리는 적어도 하나의 양전극과 적어도 하나의 음전극을 가진 적어도 하나의 개별 셀이 배치된 하우징(101)을 가진다. 하우징은 금속 시트를 포함한다. 적어도 하나의 개별 셀은 명확성의 이유로 나타나지 않는다. 중요한 요소는 적어도 하나의 음전극이 핀-형 디자인의 음극(102)에 용접된다는 것이다. 적어도 하나의 양전극은 마찬가지로 핀-형 양극(103)에 전기적으로 연결된다. 두 개의 극(102 및 103)은 외부로부터, 하우징(101)을 통하여, 셀의 내부로 라우팅되나, 절연 컴파운드(104 및 105)에 의해 하우징(101)으로부터 절연된다. 따라서, 하우징(101)은 전위가 없다. 전기 부하는 하우징의 외부상의 극(102 및 103)에 연결될 수 있고, 극(102 및 103)은 본 명세서의 의미 내의 탭극이다.
서멀 바이메탈 소자(106 및 107)는 극(102 및 103)에 용접된다. 상기 서멀 바이메탈 소자는 가열되면 하우징(101)을 향하여 구부러지도록 배열된다. 전도성 접촉자(108 및 109)는 하우징 표면상에 차례로 배열된다. 서멀 바이메탈 소자(106)가 접촉자(108)와 접촉하고 서멀 바이메탈 소자(106)가 동시에 접촉자(109)와 접촉하면, 하우징 부분(110)에 의해 극(102 및 103) 사이에 전류가 흐를 수 있다. 배터리(101)는 스위치가 닫히면, 하우징 부분(110)에 의해 완전히 방전될 수 있다.
도 2에 나타난 본 발명에 따른 배터리(200)는 모든 면에서 도 1에 나타난 배터리와 동일하다. 예를 들어, 두 개의 극(202 및 203)은 이 경우에 하우징(201)을 통해 라우팅된다. 절연 컴파운드(204 및 205)는 하우징(201)과 극(202 및 203)과 서로 물리적으로나 전기적으로 분리된다. 서멀 바이메탈 소자(206 및 207)는 극(202 및 203)에 용접된다. 상기 서멀 바이메탈 소자는 가열되면, 하우징(101)을 향하여 구부러지도록 배열된다.
그러나, 접촉 다이어프램(208 및 209)은 하우징 내에 포함된다. 상기 접촉 다이어프램은 각각 전기적으로 전도성 금속 합성 호일을 포함하고, 하우징 부분(210)에 전기적으로 전도성 연결된다.
가열된 결과, 서멀 바이메탈 소자(206 및 207)가 하우징(101)의 방향으로 구부러지고, 서멀 바이메탈 소자(206)가 접촉 다이어프램(208)과 접촉하고, 서멀 바이메탈 소자(207)가 접촉 다이어프램(209)과 접촉하면, 하우징 부분(210)에 의해 극(102 및 103) 사이에 전류가 흐를 수 있다.
이러한 메카니즘은 하우징(201) 내부에 가스 압력이 발생할 때, 도움이 될 수 있다. 하우징(201) 내부의 가스 압력이 충분이 높고 다이어프램(206)이 외부로 휘어지면, 접촉 다이어프램(208)과 서멀 바이메탈 소자(206) 사이의 거리는 그 결과 감소된다.
도 3에 도시된 실시예는, 하우징(301)을 관통하는 극(302)이 탭극이 아니라, 본 명세서의 의미 내의 접촉극이라는 점에서, 도 1에 도시된 실시예와 상이하다. 하우징(301)의 외부상에 배열되고, 절연 컴파운드(311)에 의해 상기 하우징으로부터 물리적으로나 전기적으로 분리된 극(312)은 음 탭극으로서의 역할을 한다. 탭극(312) 및 접촉극(302)은 서로 전기적으로 연결되고, 구체적으로 퓨즈(313)으로 연결된다. 상기 퓨즈는 높은 레벨의 저항 없이 접촉극(302)과 탭극(312) 사이에 전기적 충전을 가능하게 하는 낮은 임피던스 퓨즈이다. 그러나, 단락 회로가 서멀 바이메탈(306 및 307) 및 접촉자(308 및 309) 및 하우징 부분(310)에 의해 야기되면(상기 서멀 바이메탈 소자가 가열된 결과로), 퓨즈(313)가 작동된다. 퓨즈(313)가 하우징(301)의 외부 상에 배열되기 때문에, 필요하면 쉽게 교체될 수 있다.

Claims (10)

  1. 하우징을 가지고, 적어도 하나의 양전극과 적어도 하나의 음전극을 가진 적어도 하나의 개별 셀 - 상기 개별 셀은 하우징 내에 배치됨 - 을 가지며, 적어도 하나의 양전극에 연결된 양 탭극(positive tap pole)을 가지고, 적어도 하나의 음전극에 연결된 음 탭극(negative tap pole)을 가진 배터리에 있어서, 상기 배터리는, 온도-유도된 팽창 및/또는 변형의 결과로, 하우징 내의 온도가 온도 경계값 보다 증가하는 경우에, 스위칭 상태를 변경하여, 과정에서, 온도의 추가 증가를 억제하는 안전 메카니즘을 작동하는 적어도 하나의 서멀 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리.
  2. 제 1 항에 있어서, 서멀 스위치는, 가열되면, 구부러지는 서멀 바이메탈 요소를 가진 서멀 바이메탈 스위치인 것을 특징으로 하는 배터리.
  3. 제 1 항에 있어서, 서멀 스위치는, 가열되면, 적어도 한 방향으로 팽창하는 요소를 포함하는 열팽창 스위치인 것을 특징으로 하는 배터리.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 탭극은 하우징의 외부에 배치되고, 하우징으로 통해 라우팅되는 별도의 접촉극에 의해 적어도 하나의 양전극 또는 적어도 하나의 음전극에 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 서멀 스위치는 양 탭극 및/또는 접촉극을 음 탭극 및/또는 접촉극에 전기적으로 연결하여, 특히 서멀 스위치가 닫힐 때, 극 사이에 전기적 단락 회로를 형성하는 것을 특징으로 하는 배터리.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배터리는, 하우징 내의 압력이 압력 경계값 보다 증가하는 경우에, 스위칭 상태를 변경하여, 과정에서, 압력의 추가 증가를 억제하는 안전 메카니즘을 작동하는, 공압적으로 작동하는 적어도 하나의 전기적 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 전압계 및/또는 부하 저항은 양 탭극 및/또는 접촉극과 음 탭극 및/또는 접촉극 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배터리는, 녹을 때 적어도 하나의 양전극과 양 탭극 사이에, 및/또는 적어도 하나의 음전극과 음 탭극 사이의 접촉을 막는 적어도 하나의 퓨즈를 가지되, 퓨즈는 하우징의 외부에, 특히, 접촉극과 상기 접촉극에 전기적으로 연결되는 탭극 사이에 배치되는 것이 바람직한 것을 특징으로 하는 배터리.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 배터리는, 적어도 하나의 퓨즈에 열적으로 연결되고, 하우징 내에 온도 및/또는 압력이 각각의 경계값 보다 증가하면, 적어도 하나의 서멀 스위치 및/또는 적어도 하나의 공압적으로 작동하는 전기 스위치에 의해 활성화되는, 높은-값의 적어도 하나의 가열 레지스터를 가지는 것을 특징으로 하는 배터리.
  10. 적어도 하나의 양전극과 적어도 하나의 음전극 및 적어도 하나의 개별 셀이 배치된 하우징을 가진 적어도 하나의 개별 셀을 가진 배터리의 안전한 작동을 위한 방법에 있어서, 하우징 내의 온도 증가가 적어도 하나의 서멀 스위치에 의해 검출되고, 상기 서멀 스위치는 온도-유도된 팽창 및/또는 변형의 결과로 온도 경계값이 초과되면, 스위칭 상태를 변경하고, 과정에서, 온도의 추가 증가를 억제하는 안전 메카니즘을 작동하는 것을 특징으로 하는 배터리의 안전한 작동을 위한 방법.
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