KR20180060022A - 고용량 충전 밧데리용 보호 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고용량 충전 방식 리튬 밧데리의 길이방향 변형이 없이 보호장치를 구비할 수 있는 보호회로장치를 제공하고자 한다.
본 발명은 특히 18650 충전 밧데리의 보호 모듈의 설치가 있음에도 불구하고 길이 방향의 변화가 없어, 기존에 널리 판매 이용되는 18650 밧데리 충전 장치를 그대로 사용할 수 있는 보호 모듈 설치된 18650 밧데리를 개발하였다.
본 발명은 고용량 충전 밧데리의 상하의 (＋)(－) 단자에 전기연결하는 단자연결부,
상기 단자 연결부와 신호 연결된 보호회로부,
상기 보호회로부를 밧데리의 측면에 고정는 프레임 으로 이루어진 고용량 충전 밧데리 보호 모듈을 밧데리의 측면에 설치하게 됨에 따라 상하 방향의 길이에는 변화를 주지 않게 되어, 기존에 널리 사용되는 충전 장치에 저항이 거의 없이 삽입 발출이 가능하게 되었다.
본 발명은 18650 밧데리를 충전하기 위하여 사용되는 충전 장치의 길이방향의 변형이 없이도 충전을 위한 밧데리 설치와 발출시 걸림이 없이 충전 가능하게 하였다. 특히 보호 모듈이 설치됨에 따라 각종 휴대용 전기 장치의 사용에 따른 빈번한 충전과 방전의 동작시 발생되는 과충전, 과방전을 근본적으로 차단할 수 있어, 밧데리 수명 단축, 화재, 밧데리 폭발 등의 제반 문제점을 해소하게 되었다.

Description

고용량 충전 밧데리용 보호 모듈{Battery protection module for high power recharging battery}

본 발명은 고용량 충전 방식 리튬 밧데리, 특히 18650 밧데리의 길이방향 변형이 없이 과충전이나 과방전을 방지할 수 있는 보호 모듈을 제공하고자 한다.

일반적으로 소형 충전 밧데리는 AA, AAA형이 주를 이루고 있다. 이러한 소형 밧데리는 크기 14 x50 (mm) 혹은 10.5 X 44 (mm)의 규격을 갖는다.

이러한 소형 충전 밧데리는 다양한 종류의 전기소모가 필요한 전자, 전기 기기의 발달로 가능한 소형이면서 고용량의 충전 밧데리의 수요가 발생하였다.

이러한 수요에 맞추어 최근 18650이란 명칭으로 직경 18mm, 길이 65mm 이면서 만충전시 4.2 V에 2000mA 이상의 고용량으로 인하여 야간 낚시용 집어등, 자전거 헤드라이트등, 캠핑용 랜턴 등으로 그 용도가 점점 넓어지고 있다. 이런 18650 충전 밧데리는 일반 가정용으로 보급이 제한되어 있지만 다양한 경로로 구입하여 개인들이 사용하면서 재충전과 방전이 반복되고 있다.

이러한 재충전과 반복시의 가장 문제로 되는 것은 (+)(-)의 단자부가 사용자의 부주의로 인하여 노출되어 합선이 될 수 있다는 점이다. 이런 합선의 문제는 단순한 방전의 문제가 아니라 내부에 고용량발화성이 높은 리튬이온들이 채워져 있어 갑작스런 쇼트시 폭발적인 발화에 의하여 화재위험이 항상 노출되어 있는 것이다.

리튬이온 전지의 경우 봉입 부재가 외부 전자기기와 전원 연결이 될 수 있는 단자를 감싸주어 쇼트현상을 차단하고 있다. 소형 AA 형 밧데리의 경우에는 용량이 작아 설사 쇼트가 일어난다 하여도 화재로 이어지는 경우가 적지만 18650과 같이 대용량의 경우에는 쇼트발생시 고에너지 특성을 갖는 리튬이온으로 인하여 급격한 발화위험이 상존하고 있고, 실제 다양하게 발생하고 있다.

이러한 문제점을 해소하고자 현재 노트북이나 기타 장치에 사용하는 18650 충전 밧데리는 팩 형태로 내장하여 소비자가 내부 단자에 접촉하지 못하도록 금하고 있다. 현재는 18650이 시중에서 중국이나 동남아에서 양산된 것을 개인이 낱개로 구입하고, 일반적인 충전장치를 이용하여 충전과 방전을 반복하고 있다. 문제는 이러한 중국이나 동남아 제품에는 보호모듈이 전혀 없어 항상 폭발 발화의 위험성이 잔존하고 있어 사회적으로 문제가 심각해지고 있다.

고용량 리튬이온 밧데리는 에너지 밀도가 가장 높은 반면에 내부에 불이 잘 붙는 유기전해액을 사용하고 있어, 과충전시 열폭주현상(Thermal runaway)의 발생으로 내부 압력 증가되면서 배부름(swelling)이 발생한다. 심할 경우 화재나 폭발로 이어지면서 심각한 문제를 발생한다.

이러한 과충전, 방전의 문제를 방지하고자 PCM 보호 회로로 보호장치를 설치하고 있다.

도면대용 실물 사진인 도 1에 도시하듯이 최근 많이 사용되는 18650( 폭 18 mm, 길이 65 mm, 용량 2000 mA 이상, 전압 4 V 이상)의 충전 밧데리는 충반전이 용이하면서 고용량이므로, 다양한 전자장비에 사용되어오고 있다.

상기 18659 밧데리는 도 2a 와 도 2 b 에 도시하듯이 PCM 보호모듈이 부착된 겨우 65 mm에서 70mm 로 길이가 증가하게 되면서, 충전 장치의 충전 셀에 세팅이 어렵게 되었다.

실제로 보호 모듈이 설치된 18650을 충전하는 장치는 도 2c 와 같이 단자 접촉이 상하의 (＋)(－) 단자의 폭보다 밧데리의 폭이 길어짐에 따라 거의 반 강제적 끼움이 가능하며, 경우에 따라서는 거의 삽입이 안되는 문제를 발생한다. 이렇게 반강제적인 끼움과 억지 방출이 반복하게되면, 결국 밧데리 단자의 손상으로 인하여 전류 누설과 쇼트로 인하여 밧데리 수명단축은 물론 심한 경우 화재를 유발하게 된다.

본 발명은 고용량 충전 방식 리튬 밧데리에 대하여 충전과 방전시 과충전이나 과방전에 의한 밧데리 손상 혹은 발화 폭발과같은 문제를 예방할 수 있는 보호 모듈을 길이방향 변형이 없이 설치하는 수단을 제공하고자 한다.

본 발명은 상기하듯이 18650 밧데리의 길이방향에는 변화를 주지 않으면서 충전장치에 삽입 발출이 용이하기 위한 다양한 연구를 진행하던 중, 길이방향으로 65 mm 로 한정된 치수에 대하여 영향을 주지않기 위하여

고용량 충전 밧데리의 상하의 (＋)(－) 단자에 전기연결하는 단자연결부,

상기 단자 연결부와 신호 연결된 보호회로부,

상기 보호회로부를 밧데리의 측면에 고정는 프레임 으로 이루어진 고용량 충전 밧데리 보호 모듈을 밧데리의 측면에 설치하게 됨에 따라 상하 방향의 길이에는 변화를 주지 않게 되어, 기존에 널리 사용되는 충전 장치에 저항이 거의 없이 삽입 발출이 가능하게 되었다.

본 발명은 보호 모듈을 밧데리의 측면에 용이하게 고정 부착 가능하도록 형성함에 따라, 충전을 위하여 충전 장치에 거치시 받는 PCM 보호 모듈의 설치에도 불구하고 용이한 삽입 발출이 가능하게 되었다.

도 1 은 PCM보호 모듈 설치한 186590 밧데리의 비설치 밧데리와의 길이 비교 도면 대용 실물 사진,
도 2a 는 PCM 보호 모듈의 도면 대용 실물 사진,
도 2b 는 PCM 보호 모듈의 설치상태 도면 대용 실물 사진,
도 2c 는 일반적인 18650 밧데리 충전 장치에 보호 모듈 설치된 밧데리의 불안정한 삽입 상태를 도시한 도면 대용 실물 사진,
도 3 은 본 발명의 보호 모듈의 사시도,
도 5 는 본 발명의 보호 모듈과 설치상태의 사시도,
도 6 은 본 발명의 보호 모듈 설치된 사시도임.

이하 본 발명의 대표적인 실시예를 첨부한 도면에 의하여 구체적으로 설명한다ㅏ.

본 발명에서 PCM(Protection Circuit Module)보호모듈은 리튬이온, 리튬망간, 리튬니켈, 리튬코발트, 리튬인산철 등에서 과충전과 과방전을 방지하기 위한 것으로, 리튬계열의 배터리는 과충전을 방치 할 경우 내부 과열과 화학반응이 일어나는 스웰링 현상으로 용기의 내부압력 증가로 인해 폭발이 일어나며, 과방전으로 방전 종지전압 이하로 내려가면 전극이 영구 손상되어 사용할 수 없게 되는 현상을 방지하기 위한 것으로, PCM 보호 모듈에 대한 구체적 설명은 동작과 회로구성의 설명은 생략한다.

본 발명은 주로 리튬이온에 의한 충전 밧데리에 대한 안정성을 높인 충전 밧데리에 관한 것이다.

본 발명은 특히 2000mA이상의 전류와 함께 3 볼트 이상의 고용량을 갖는 원통형 밧데리에서 쇼트에 의하여 발생할 수 있는 위험성을 없앤 충전 밧데리에 관한 것이다.

이하 본 발명의 첨부한 도면에 의하여 구체적으로 설명한다.

본 발명의 보호 모듈은 도 3의 사시도로 도시하며 , 도 4 와 5 는 본 발명의 보호모듈과 양극과 음극 단자에 대한 랩핑부를 함께 설치하는 정면도와 사시도이다. 도 6 은 실제 밧데리 설치하는 상태의 측면도이고, 도 7 은 실제 밧데리에 설치한 완성하여 외부 랩핑 처리 직전을 도시한다.

본 발명은 중앙의 과충전 방전 보호를 위한 PCM 보호 회로부(20),

상기 PCM 보호 회로부의 양측단에서 연장하여, 밧데리와 직결되는 밧데리 연결선 과 음극과 양극의 보호 단자(30)와 연결되는 보호연결선으로 이루어진 연결선(10),

상기 보호연결선에 신호연결하여, 밧데리의 양극 및 음극 단자를 캡핑하여 보호하는 보호단자(30)를 포함하여 이루어진 고용량 충전 밧데리용 보호 모듈이다.

본 발명에서 미설명 부호 60 은 상기 음극 과 양극의 보호단자와 밧데리 사이의 전원 차단을 위한 차단막(shield)이다.

본 발명에서 PCM 보호 회로부에 대한 설명은 공지된 기술로서 구체적인 회로 구성이나 동작은 생략토록 한다.

본 발명에서 연결선(10)은 보호 회로부에서 밧데리와 직결하는 밧데리연결선(11) 그리고 양극과 음극의 보호단자와 연결하는 보호연결선(12)로 이루어진다. 충전시와 방전시에 각각 충전 방전의 전류 혹은 전압값을 PCM 회로부에 신호 입력 시켜, 과방전이나 과충전을 방지하기 위한 것이다. 이들의 과충전 과방전 동작은 PCM 회로부에 대한 일반적 기술로 구체적 동작 설명은 생략한다.

본 발명에서 보호 단자(30)는 밧데리의 양극과 음극의 단자를 캡핑처리하여, 충전 혹은 방전시 보호 회로부에 충전 방전 동작시의 출력 혹은 입력 전기 신호를 감시하여 밧데리에 대한 과충전 과방전의 차단하여 준다. 양극보호 단자는 볼록한 양극 단자에 맞추도록 중앙이 오목한 형태로 하며, 음극 보호 단자는 비교적 평탄한 음극 단자에 맞추도록 형상을 구성하였다.

상기한 보호 단자와 함께 최종적으로 제작하는 상태는 도 4 이하에 도시하듯이 램핑부(40)에 의하여 보호단자와 함께 보호회로부를 커버처리한다.

보다 구체적으로 도 6에 도시하듯이 본 발명의 보호모듈의 연결선이 각각 밧데리와 보호단자에 신호연결가능하도록 연결처리한다음, 음극과 양극 단자에는 별도의 랩핑부(40)로 랩핑처리한다. 랩핑은 일반적으로 수축튜브에 의하여 처리한다.

이렇게 양극과 음극 단자에 대한 랩핑처리후에는 중앙의 보호회로부에도 도 7 과 같이 랩핑처리하여 회로를 보호처리하여 목적한 PCM 보호 모듈이 설치된 밧데리를 제작한다.

본 발명에서 양극과 음극에 설치하는 보호캡은 상기한 보호 단자가 밧데리의 음극과 양극에 설치후 보호단자의 외부 노출을 방지하여 전기누설이나 쇼트 방지 , 습기 방지 등의 기능을 하면서 보호 단자를 고정하여 준다.

10:연결선, 20:보호회로부, B: 밧데리 30:보호단자 40:랩핑부 60:차단막

Claims (3)

1. 중앙의 과충전 방전 보호를 위한 PCM 보호 회로부(20),
   상기 PCM 보호 회로부의 양측단에서 연장되는 밧데리와 직결되는 연결선 그리고 음극과 양극의 보호 단자(30)와 연결되는 연결선(10),
   상기 보호선에 연결된 양극 및 음극의 보호 단자를 랩핑 처리하는 양극 및 음극 보호단자(30)을 포함하여 이루어진 고용량 충전 밧데리용 보호 모듈.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   연결선(10)은 보호 회로부에서 밧데리와 직결하는 밧데리연결선(11) 그리고 양극과 음극의 보호단자와 연결하는 보호연결선(12)로 이루지는 것을 특징으로 하는 고용량 충전 밧데리용 보호 모듈.
3. 제 1 항에 있어서,
   보호 단자와 보호회로부는 램핑부(40)에 의하여 커버처리하는 것을 특징으로 하는 고용량 밧데리용 보호 모듈.
   
   
   
   
   

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