KR20170003626U

KR20170003626U - 압력 밸런싱 장치

Info

Publication number: KR20170003626U
Application number: KR2020160001966U
Authority: KR
Inventors: 켐프 클라우스
Original assignee: 비메드 테크니크 알레틀러 사나이 베 티카렛 에이.에스.
Priority date: 2016-04-11
Filing date: 2016-04-11
Publication date: 2017-10-19
Also published as: KR200493141Y1

Abstract

본 발명은 전기 화학 장치의 하우징(26) 내의 내부 압력을 밸런싱하기 위한 압력 밸런싱 장치(10)로서, 전기 화학 장치의 하우징(26)의 내부 공간(28)과 주변부(30) 사이의 가스 교환을 위한 적어도 하나의 가스 투과성 막(46)을 포함하고, 이때 압력 밸런싱 장치(10)는 가스 투과성 막(46)과 별도로 제공되는 파열 막(50)을 포함하며, 파열 막(50)은 한계 내부 압력의 초과 시 가스 교환 횡단면의 노출을 위해 불능화되며, 가스 투과성 막(46) 및 파열 막(50)의 배치를 위해 막 지지체(36)가 구비되는 것인, 압력 밸런싱 장치(10)에 관한 것이다. 압력 밸런싱 장치(10)는 파열 경우에 가스는 가스 투과성 막(46)을 우회하여 노출된 가스 교환 횡단면을 관통하는 파열 경로(68)를 따라 안내되는 것을 특징으로 한다.

Description

압력 밸런싱 장치{PRESSURE BALANCING APPARATUS}

본 발명은 전기화학 장치의 하우징 내에서 내부 압력을 밸런싱하기 위한 압력 밸런싱 장치로서, 전기 화학 장치의 하우징의 내부 공간과 주변부 간의 가스 교환을 위한 적어도 하나의 가스 투과성 막(gas-permeable membrane)을 포함하는 압력 밸런싱 장치에 관한 것이다.

그러한 장치는 일반적으로 배터리/축전지 내의 압력을 밸런싱하기 위해 사용된다. 닫힌 배터리 시스템의 내부 압력은 외부 압력에 맞춰짐으로써 배터리 하우징이 손상을 입지 않도록 해야 한다. 배터리 사용 분야에 따라 내부 압력은 외부 압력보다 크거나 작을 수 있다(배터리 이동 시 대기 압력차, 온도 차에 의한 압력 차).

압력 밸런싱 장치는 EP 2 554 882 A1으로부터 공지되어 있다. 이러한 공지된 압력 밸런싱 장치에서, 가스 투과성 막은 하우징 내부 압력에 따라 변형되고, 한계 압력의 초과 시 비상 배기 스파이크의 끝단에 의해 파괴된다.

다른 압력 밸런싱 장치는 JP 2013 168293 A로부터 공지되어 있다. 이러한 압력 밸런싱 장치에서도 한계 압력이 초과될 때 가스 투과성 막이 파괴되는 것이 필요하다.

이로부터 출발하여 본 발명의 기초를 이루는 과제는 더욱 간단한 압력 밸런싱 장치를 제공하는 것이다.

이러한 과제는 청구항 제1항의 전제부의 특징들을 포함하는 압력 밸런싱 장치에서 본 발명에 따르면, 파열 경우에 가스가 가스 투과성 막을 우회하여 노출된 가스 교환 횡단면을 관통하는 파열 경로를 따라 안내됨으로써 해결된다.

본 발명에 따르면, 서로 별도의 기능을 가지는 서로 다른 막들(membranes)이 구비된다. 제1 막은 가스 투과성 막으로서, 그 기능은 오로지 전기 화학 장치, 특히 배터리의 하우징의 주변부와 내부 공간 사이의 가스 교환을 가능하게 함과 동시에 내부 공간으로 먼지, 오염 물질 또는 액체가 유입되지 않도록 방지하는 것이다. 이러한 가스 투과성 막은 가스 교환 기능과 관련하여 최적화될 수 있고, 따라서 다른 기준들, 특히 변형성 및 파괴성과 관련하여 최적화되지 않아도 된다.

제1 막과 별도로 구비되는 제2 막은 파열 막의 형태로 구비된다. 이러한 제2 막의 기능은 오로지 소정의 한계 내부 압력이 발생할 때 불능화되는 것이다. 이로써 이러한 파열 막은 가스 교환 능력과 관련하여 최적화될 필요가 없으며; 바람직하게는 파열 막은 가스, 물 및 먼지에 대해 불투과성이다.

가스 투과성 막 뿐만 아니라 이와 별도인 파열 막의 배치를 위해 막 지지체가 구비되고, 막 지지체는 이러한 2개의 서로 다른 막들의 취급을 용이하게 한다. 즉, 본 발명에 따른 압력 밸런싱 장치는 막 지지체 및 전술한 서로 상이한 기능을 가지는 2개의 막들로 구성된 조립체를 포함한다.

본 발명에 따르면, 배터리의 정상 구동 시 높은 가스 교환 용적을 구현함과 동시에 배터리 내의 내부 압력이 (예컨대 불량 배터리 전지의 폭발로 인하여) 갑자기 폭발성으로 상승하는 경우에 다량의 가스량을 최단 시간 내에 배출하여 전체 배터리가 폭발하는 위험을 현저히 줄일 수 있다.

본 발명에 따르면, 가스 투과성 막은 파열 경우에(즉 한계 내부 압력의 초과로 파열 막이 예정대로 불능화되는 경우에) 손상을 입지 않을 수 있는데, 파열 경우에 배출될 가스는 가스 투과성 막을 통과하지 않고 가스 투과성 막을 우회하여 파열 경로를 따라 흐르기 때문이다. 이는, 파열 경우에 배출될 가스가 가스 투과성 막의 막 표면을 관통하지 않고 이 표면을 지나쳐 간다는 것을 의미한다. 이로써 가스 투과성 막은 파열 경우에 돌파하여야 하는 유동 장애물이 아니다. 오히려 파열 경우에 가스는 가스 투과성 막과 상관없이, 가스 투과성 막에 의한 어떠한 방해도 받지 않고 배출될 수 있다.

정상 구동 시, 가스는 가스 교환 경로를 따라 교환되고; 이러한 가스 교환 경로는 파열 경로와 상이하다. 가스 교환 경로와 파열 경로가 다르다는 것은, 2개의 경로가 전체 연장 경로가 서로 다르거나 일부분의 경로에서만 상이하다는 것을 의미할 수 있다.

더욱 바람직하게는, 파열 경로는 압력 밸런싱 장치의 하우징 인서트의 중심축을 따라 그리고/또는 이와 평행하게, 그리고/또는 막 지지체의 중심축을 따라 그리고/또는 이와 평행함으로써, 파열 경우에 많은 가스 용적이 배터리의 내부 공간으로부터의 방향 전환 없이 직접적인 경로로 주변으로 배출될 수 있다.

바람직한 가스 교환 경로는 파열 막의 둘레에서 연장되는 것으로, 이때 가스 교환 경로가 방향 전환 구간을 포함할 수 있다. 정상 구동 시 가스 교환은 낮은 유동 속도로 수행되므로, 이러한 방향 전환은 불리하게 작용하지 않으며; 압력 밸런싱 장치의 콤팩트한 형태에 기여할 수 있다.

파열 막은 바람직하게는 필름 형태의 몸체로서, 높은 압력으로 부하를 받을 때 찢기는 몸체이다. 이 경우, 파열 막의 부분들과 막 지지체의 부분들의 연결 지점들은 유지되는 것이 매우 바람직한데; 이러한 방식으로 파열 막의 일부가 배터리의 주변으로 제어 없이 "분리"되는 경우가 방지될 수 있다.

파열 막은 안전장치를 이용하여 외부로부터의 작동, 즉 배터리 주변에서 작동되는 것으로부터 보호될 수 있으나, 이는 반드시 필요한 것은 아니다. 안전장치로서, 예컨대 가스 투과 개구부들을 구비한 리드부 및/또는 튜브 부분이 구비될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 파열 막 및 막 지지체는 동일한 물질로 제조된다. 이를 통해 더욱 간단해진 압력 밸런싱 장치가 제공될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에서, 파열 막 및 막 지지체는 일체형으로 제조된다. 이때, 파열 막 및 막 지지체는 동일한 물질로 제조될 수 있거나, 파열 막 및 막 지지체가 서로 다른 물질로 제조될 수 있다. 이에 상응하여, 동일한 물질이 사용될 때 막 지지체 및 파열 막은 단일 성분 사출 성형 공정으로 제조될 수 있고, 서로 다른 물질이 사용될 때 다성분 사출 성형 공정으로 제조될 수 있다.

바람직하게는, 막 지지체는 플라스틱 물질로 제조되고, 바람직하게는 엘라스토머 물질, 특히 열가소성 엘라스토머로 제조된다. 그러한 막 지지체는 간단하고 합리적 가격으로 제조될 수 있으며, 특히 탄성 물질을 사용하면 실링(sealing) 기능을 동시에 제공할 수 있다.

매우 바람직한 실시예에서, 막 지지체는 중심축을 포함하고, 파열 막은 이러한 중심축을 횡단하여 배향되며, 특히 수직으로 배향된다. 이러한 방식으로, 매우 큰 배기 횡단면이 생성될 수 있고, 이는 파열 막이 불능화될 때 노출된다.

이에 대해 부가적 또는 대안적으로, 가스 투과성 막은 막 지지체의 중심축과 동심으로 연장되는 것이 유리하다. 이러한 방식으로 매우 큰 가스 교환 면이 마련될 수 있다.

바람직한 형성예들에서, 중공 프리즘 형태, 특히 중공 실린더 형태로 형성된 가스 투과성 막이 구비된다. 프리즘, 예컨대 실린더, 특히 원형 실린더는 둘레측에서 닫혀 있거나 둘레 부분을 따라 볼 때 개방되어 있는, 즉 오로지 일부의 둘레 부분에 걸쳐 연장되는 형태일 수 있다.

매우 효율적인 가스 교환 경로는, 가스 투과성 막의 적어도 일부 막 부분들에서 파열 막이 연장된 평면에 대해 각이 진 방향, 특히 수직으로 배향된 방향으로 연장될 때 발생한다.

본 발명의 다른 실시예에서, 전기 화학 장치의 하우징의 관통 개구부에 배치되는 하우징 인서트가 구비되며, 이때 막 지지체는 하우징 인서트에 또는 하우징 인서트 내에 배치된다. 하우징 인서트는 전기 화학 장치의 하우징과 기계적으로 안정되게 연결될 수 있는데, 특히 막 지지체가 탄성 물질로 제조된 경우에 그러하다. 하우징 인서트는 플라스틱 물질 또는 플라스틱 화합물로 제조될 수 있고, 한편 바람직하게는 금속, 예컨대 알루미늄으로 제조된다.

또한, 바람직하게는, 막 지지체는 하우징 인서트에 대해 기밀 역할을 하는 적어도 하나의 실링부를 포함한다. 이러한 방식으로, 배터리의 정상 구동 시, 가스 교환은 가스 투과성 막을 통해 이루어지고, 오염 물질, 먼지 또는 물이 내부 공간으로 유입되지 않도록 보장될 수 있다.

본 발명의 다른 특징들 및 이점들은 바람직한 실시예들에 대한 이하의 설명 및 도면 예시를 통해 알 수 있다.
도 1은 압력 밸런싱 장치의 일 실시 형태의 사시도이다.
도 2는 도 1에 따른 압력 밸런싱 장치의 막 지지체의 일 실시 형태의 사시도이다.
도 3은 도 1에 따른 압력 밸런싱 장치의 평면도이다.
도 4는 도 1에 따른 압력 밸런싱 장치의 측면도로서, 전기 화학 장치에 조립된 상태에서 도 3에서 IV-IV로 표시된 단면선을 따라 도시된 도면이다.
도 5는 도 4에 상응하는 측면도로, 압력 밸런싱 장치의 다른 실시 형태의 도면이다.

도 1은 전체적으로 참조 번호 12로 표시된 하우징 인서트의 일 실시 형태를 도시한다. 하우징 인서트(12)는 리드부(16) 및 조립부(18) 사이에서 중심축(14)을 따라 연장된다.

리드부(16)는 적어도 하나이며 바람직하게는 복수 개인 가스 투과 개구부들(20)을 포함한다.

조립부(18)는 예컨대 나사산 부분 또는 눌려 둘어가는 부분(22) 또는 체결부의 형태로 형성된다.

하우징 인서트(12)는 중심축(14)을 따라 연장되는 내부 공간(24)을 더 포함한다.

하우징 인서트(12)는 전체적으로 참조 번호 10으로 표시된 압력 밸런싱 장치의 일부분이다(도 2, 3, 4 참조). 압력 밸런싱 장치(10)는 특히 배터리와 같은 전기 화학 장치의 하우징(26) 내의 내부 압력을 밸런싱하는 역할을 하고, 배터리의 내부 공간은 도 4에서 참조 번호 28로 표시되어있다. 하우징(26)의 주변부는 참조 번호 30으로 표시되어있다.

하우징(26)은 하우징 개구부(34)를 구비한 하우징벽(32)을 포함한다. 하우징 인서트(12)의 조립부(18)는 하우징 개구부(34)의 테두리와 나사 조립, 압착 결합 및/또는 체결식 연결된다.

압력 밸런싱 장치(10)는 전체적으로 참조 번호 36으로 표시되며 도 2에 도시된 막 지지체를 포함하고, 막 지지체는 예컨대 탄성 플라스틱 물질로 제조된다. 막 지지체(36)는 하우징 인서트(12)의 홈 형태의 수용부(40)와 연결되는 고리형(ring) 홀더부(38)를 포함한다.

홀더부(38)로부터 돌출하여 주변 방향에서 서로 이격된 브리지들(42)이 구비되고, 브리지들은 홀더부(38)와 고리형 제2 홀더부(44)의 연결을 위해 기능한다.

브리지들(42)은 막 지지체(36)의 중심축(45)에 대해 평행하게 연장된다. 막 지지체(36)의 중심축(45)은 하우징 인서트(12)의 중심축(14)과 일직선을 이룬다.

중심축(45)을 따라 볼 때 서로 이격된 홀더부들(38, 44)은, 실린더형으로 형성되며 막 지지체(36)의 중심축(45) 둘레에 연장되는 가스 투과성 막(46)의 배치를 위해 기능한다.

가스 투과성 막(46)은 예컨대 제1 홀더부(38)와 접착으로 결합된다. 이에 대해 대안적으로, 막(46)은 막 지지체(36)의 사출 성형 제조 공정 중에 오버몰딩될 수 있다.

제2 홀더부(44)는 하우징 인서트(12)의 벽(48)과 이격되어 있어서, 배터리의 내부 공간(28)과 방사 방향으로 바깥쪽을 가리키는 가스 투과성 막(46)의 막 표면 사이에 가스 교환 경로(64)가 생성된다. 이러한 가스 교환 경로(64)는 방사 방향으로 안쪽을 가리키는 가스 투과성 막(46)의 막 표면으로 연장되고, 이러한 연장 부분은 하우징 인서트(12)의 내부 공간(24)과 직접적으로 연통한다.

제2 홀더부(44)는 가스 투과성 막(46)과 별도로 구비되는 파열 막(50)의 배치를 위해 동시에 기능한다. 파열 막(50)은 바람직하게는 원형이며, 중심축들(14, 45) 중 적어도 하나의 중심축에 대해 수직인 평면(66) 내에서 연장되며, 오로지 파열 기능만을 고려하여 설계된다. 예컨대, 파열 막(50)은, 전기 화학 장치의 내부 공간(28)에서 예컨대 0.4 bar의 과압이 있을 때 파열 막(50)이 찢기거나 파열됨으로써, 직선의 파열 경로(68)를 따라 지체 없이 물질을 포함하지 않은 큰 배기 면적(가스 교환 횡단면)이 생성될 수 있도록 설계될 수 있다.

파열 막(50)은 예컨대 막 지지체(36)와 일체형으로 제조된다.

도면에 도시된 실시예에서, 파열 막(50)은 막 지지체(36)와 별도로 제공된다. 막 지지체(36)에 파열 막(50)을 고정하기 위해, 막 지지체(36)는 고리형 고정 부재(52)를 포함하고, 고리형 고정 부재를 이용하여 파열 막(50)의 테두리 부분(54)이 가스 투과성 막(46)의 방사 방향으로 안쪽을 가리키는 가장자리 부분 및 고정 부재(52)의 고리형의 끼워지는 부분(56) 사이에서 연결되며, 특히 끼워진다.

고정 부재(52)는 그 둘레 부분을 따라 분포하는 스페이서 부재들(58)을 지지하고, 스페이서 부재들은 하우징 인서트(12)의 벽(48)의 내측(60)에 인접하며 하우징 인서트(12) 내에서 막 지지체(36)가 기계적으로 안정되게 배치될 수 있도록 기여한다.

막 지지체(36)의 홀더부(38)는 하우징 인서트(12)와의 연결을 위한 연결 부분이자 이와 동시에 하우징 인서트(12)에 대한 기밀 역할을 하는 실링부이다. 기밀성 개선을 위해 부가적 또는 대안적으로 O-링(62)이 구비될 수 있다.

가스 투과 개구부들(20)을 구비한 리드부(16)는 파열 막(50)의 보호를 위한 안전 장치(70)를 형성한다. 또한, 그러한 안전 장치를 생략할 수 있고, 하우징 인서트(12)의 내부 공간(24)을 주변부(30)쪽으로 개방되게 형성할 수도 있다(도 5 참조).

가스 투과 개구부들을 구비한 리드부(16)에 대해 대안적 또는 부가적으로, 하우징 인서트(12)의 주변부 측에 튜브(72)가 구비될 수 있다(도 5 참조, 도 5에는 하우징 인서트(12)와 연결된 튜브 말단만이 도시되어 있음). 그러한 튜브(72)는 마찬가지로 파열 막(50)의 보호를 위한 안전 장치(70)로서 역할한다. 튜브(72)의 자유 말단(도면에 미도시됨)은 바람직하게는 배터리로부터 안전하게 갑자기 배출되는 가스량을 수용할 수 있는 주변부(30)의 영역으로 연결된다.

Claims

전기 화학 장치의 하우징(26) 내의 내부 압력을 밸런싱하기 위한 압력 밸런싱 장치(10)로서, 상기 전기 화학 장치의 하우징(26)의 내부 공간(28)과 주변부(30) 사이의 가스 교환을 위한 적어도 하나의 가스 투과성 막(46)을 포함하고, 이때 상기 압력 밸런싱 장치(10)는 상기 가스 투과성 막(46)과 별도로 제공되는 파열 막(50)을 포함하며, 상기 파열 막(50)은 한계 내부 압력의 초과 시 가스 교환 횡단면의 노출을 위해 불능화되며, 상기 가스 투과성 막(46) 및 상기 파열 막(50)의 배치를 위해 막 지지체(36)가 구비되는 것인, 압력 밸런싱 장치(10)에 있어서,
파열 경우에 가스는 상기 가스 투과성 막(46)을 우회하여 상기 노출된 가스 교환 횡단면을 관통하는 파열 경로(68)를 따라 안내되는 것을 특징으로 하는 압력 밸런싱 장치(10).
청구항 1에 있어서,
상기 파열 막(50) 및 상기 막 지지체(36)는 동일한 물질로 제조되는 것을 특징으로 하는 압력 밸런싱 장치(10).
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 파열 막(50) 및 상기 막 지지체(36)는 일체형으로 제조되는 것을 특징으로 하는 압력 밸런싱 장치(10).
청구항 1 또는 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 막 지지체(36)는 플라스틱 물질로 제조되고, 바람직하게는 엘라스토머 물질, 특히 열가소성 엘라스토머로 제조되는 것을 특징으로 하는 압력 밸런싱 장치(10).
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 막 지지체(36)는 중심축(45)을 포함하고, 상기 파열 막(50)은 상기 중심축(45)을 횡단하여 배향되며, 특히 수직으로 배향되는 것을 특징으로 하는 압력 밸런싱 장치(10).
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 막 지지체(36)는 중심축(45)을 포함하고, 상기 가스 투과성 막(46)은 상기 중심축(45)과 동심으로 연장되는 것을 특징으로 하는 압력 밸런싱 장치(10).
청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가스 투과성 막(46)은 중공 프리즘 형태, 특히 중공 실린더 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 압력 밸런싱 장치(10).
청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전기 화학 장치의 하우징의 관통 개구부(34)에 배치되는 하우징 인서트(12)가 구비되고, 상기 막 지지체(36)는 상기 하우징 인서트(12)에 또는 상기 하우징 인서트(12) 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 압력 밸런싱 장치(10).
청구항 8에 있어서,
상기 막 지지체(36)는 상기 하우징 인서트(12)에 대한 기밀 역할을 위한 적어도 하나의 실링부(38)를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 밸런싱 장치(10).
청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
상기 파열 경로(68)는 상기 하우징 인서트(12)의 중심축(14)을 따라 그리고/또는 이에 대해 평행하게, 그리고/또는 상기 막 지지체(36)의 중심축(45)을 따라 그리고/또는 이에 대해 평행하게 연장되는 것을 특징으로 하는 압력 밸런싱 장치(10).
청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압력 밸런싱 장치(10)의 정상 구동 시 가스는 가스 교환 경로(64)를 따라 교환되고, 상기 가스 교환 경로는 상기 파열 막(50)의 둘레에서 연장되는 것을 특징으로 하는 압력 밸런싱 장치(10).
청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가스 투과성 막(46)의 적어도 일부 막(46) 부분들은 상기 파열 막(50)이 연장된 평면(66)에 대해 각이 진 방향, 특히 수직으로 배향된 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 압력 밸런싱 장치(10).