KR20210152225A - 외부 충격 흡수가 가능한 모 형상의 격리판 - Google Patents

Abstract

본 발명은 외부 충격 흡수가 가능한 모 형상의 격리판에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기존 리브 타입의 구조를 벨크로 형상 혹은 침상 구조로 변경한 격리판을 통해 외부충격을 흡수하고, 재료의 양을 경제적으로 사용하며, 전해액의 이동이 원활하게 하여 궁극적으로는 수명 연장에 도움을 줄 수 있는 외부 충격 흡수가 가능한 모 형상의 격리판에 관한 것이다.

Description

외부 충격 흡수가 가능한 모 형상의 격리판{protrusion-shaped separator that can absorb external shocks}

본 발명은 외부 충격 흡수가 가능한 모 형상의 격리판에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기존 리브 타입의 구조를 벨크로 형상 혹은 침상 구조로 변경한 격리판을 통해 외부충격을 흡수하고, 재료의 양을 경제적으로 사용하며, 전해액의 이동이 원활하게 하여 궁극적으로는 수명 연장에 도움을 줄 수 있는 외부 충격 흡수가 가능한 모 형상의 격리판에 관한 것이다.

일반적으로 납 축전지는 화학적 에너지를 전기적 에너지로 변환시키거나 전기적 에너지를 화학적 에너지로 변환시키는 장치로, 예를 들어, 자동차에 설치되어 엔진을 시동하거나 점화장치, 등화장치 등의 전원으로 사용되며, 그 종류에는 크게 납산 축전지(Lead-Acid Storage Battery)와 알칼리 축전지(Alkali Storage Battery)가 있다.

이 중에서 현재 가장 널리 사용되는 축전지는 납산 축전지로 도 1을 참조하여 그 구조를 살펴보면 다음과 같다.

도 1에 도시된 바와 같이 자동차용 납산 축전지(이하 자동차용 축전지 또는 축전지라 함, 100)는, 한 쌍의 전극 단자(122, 124)를 포함하는 케이스(110, 120), 상기 케이스(110, 120) 내부에 구비되고 여러 쌍의 양극판(132)과 음극판(134)을 포함하는 기판 어셈블리(130) 및 상기 한 쌍의 단자와 양극판(132), 음극판(134)을 각각 연결하는 연결수단(140)으로 구성된다.

상기 케이스(110)는 내부에 소정 셀(112)이 마련되는 전조(110)와, 상기 셀(112)이 밀봉되도록 상기 전조(110)의 상부에 결합되는 커버(120)로 이루어진다.

이때, 상기 전조(110)의 내부에 마련된 셀(112)은 파티션(114)에 의해 다수개로 구획된다.

또한, 상기 커버(120)는 상술한 바와 같이 상기 셀(112)이 밀봉될 수 있는 형상으로 형성되고, 그 상부에는 한 쌍의 전극 단자(122, 124), 즉 양극 단자(122) 및 음극 단자(124)가 외부로 노출되게 마련된다.

상기 기판 어셈블리(130)는 상기 전조(110)의 내부에 형성된 각 셀(112) 마다 설치되어 전기 에너지를 발생시키는 것으로, 복수의 양극판(132), 상기 양극판(132) 사이마다 위치되는 음극판(134) 및 상기 양극판(132)과 음극판(134) 사이의 단락을 방지하기 위하여 양 극판(양극판과 음극판, 132와 134) 사이에 위치되는 격리판(136)으로 구성된다.

이때, 상기 기판 어셈블리(130)가 설치되는 셀(112)의 나머지 공간에는 전해액(미도시)인 묽은 황산(2H2SO4)이 충진되어 상기 양극판(132)과 음극판(134) 사이의 화학 반응을 돕는다.

상기 연결수단(140)은, 복수의 양극판(132)을 전기적으로 연결하는 양극 스트랩(142)과, 복수의 음극판(134)을 전기적으로 연결하는 음극 스트랩(144)과, 상기 양극 및 음극 스트랩(132, 134)을 상기 양극 및 음극 단자(122, 124)와 연결하는 포스트(146)로 이루어진다.

상기와 같은 납 축전지의 경우, 격리판을 사용하여 양극 및 음극 사이의 격리를 통해 쇼트를 방지하고, 전해액(황산)의 이동을 원활하게 하는 기능을 제공하게 된다.

그러나, 격리판의 두께가 얇으면 얇을수록 전도도 향상과 경제적으로 유리한 장점이 있으나, 극판의 찍힘 현상, 외부 충격에 의해 손상(천공)되는 문제점이 발생하여 쇼트에 의해 수명이 낮아지는 단점이 발생하였다.

따라서, 외부충격을 흡수하고, 재료의 양을 경제적으로 사용하며, 전해액의 이동이 원활하게 하여 궁극적으로는 수명 연장에 도움을 줄 수 있는 있는 격리판 구조를 본 발명을 통해 제안하게 된 것이다.

대한민국공개특허공보 제10-2007-0017693호(2007.02.13)

따라서, 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로,

본 발명의 목적은 기존 리브 타입의 구조를 벨크로 형상 혹은 침상 구조로 변경한 격리판을 통해 외부충격을 흡수하고자 한다.

본 발명의 다른 목적은 재료의 양을 경제적으로 사용하며, 전해액의 이동이 원활하게 하여 궁극적으로는 수명 연장에 도움을 줄 수 있도록 하는데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 외부 충격 흡수가 가능한 모 형상의 격리판에 있어서,

상기 격리판은,

극판을 둘러싸게 형성되는 분리막(100)과,

상기 분리막의 표면에 일정 간격으로 모 형상으로 형성되는 외부충격흡수돌기부(200)를 포함한다.

본 발명에 따른 외부 충격 흡수가 가능한 모 형상의 격리판은,

기존 리브 타입의 구조를 벨크로 형상 혹은 침상 구조로 변경한 격리판을 통해 외부충격을 흡수함으로써, 쇼트에 의해 수명이 단축되는 문제점을 해결하게 된다.

또한, 재료의 양을 경제적으로 사용하며, 전해액의 이동이 원활하게 하여 궁극적으로는 수명 연장에 도움을 줄 수 있게 된다.

즉, 납 축전지의 수명 종지 원인 중 하나인 단락을 방지하는 효과를 제공하게 되고, 외부 충격에 의한 손상에 따라 쇼트가 발생하는 단락율을 낮게 하여 화재를 방지하며, 방전량 및 수명을 향상시키는 상승 효과를 제공하게 된다.

도 1은 종래의 납축전지를 나타낸 사시도이다.
도 2는 종래의 리브 타입의 격리판을 나타낸 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 외부 충격 흡수가 가능한 모 형상의 격리판를 나타낸 구성도이다.
도 4는 본 발명의 이실시예에 따른 외부 충격 흡수가 가능한 모 형상의 격리판를 나타낸 구성도이다.

이하, 본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고, 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 실시 예들은 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.

따라서, 도면에 나타난 각 요소의 형상은 보다 분명한 설명을 강조하기 위하여 과장될 수 있으며, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.

용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 발명에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명의 실시예에 따른 외부 충격 흡수가 가능한 모 형상의 격리판은,

극판을 둘러싸게 형성되는 분리막(100)과,

상기 분리막의 표면에 일정 간격으로 모 형상으로 형성되는 외부충격흡수돌기부(200)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 모 형상은,

수 벨크로 형상(210)인 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 모 형상은,

버섯 형상(250)인 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 버섯 형상(250)은,

분리막의 표면에 일정 높이 수직하게 형성되는 수직부(251);와

상기 수직부의 끝단에 연이어 반 원형으로 형성되는 반원부(252);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 모 형상으로 형성되는 외부충격흡수돌기부(200)는,

외부 충격을 흡수하고, 전해액의 이동을 원활하게 함으로써, 수명 향상을 제공할 수 있는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 의한 외부 충격 흡수가 가능한 모 형상의 격리판의 실시예를 통해 상세히 설명하도록 한다.

도 2는 종래의 리브 타입의 격리판을 나타낸 예시도이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 종래의 리브 타입의 격리판은 극판(10)에 상면에 형성되게 되는데, 분리막(20)에 일정 간격으로 리브 형상(30)을 띄게 되는 구조를 가지게 된다.

이때, 격리판은 두께가 얇으면 얇을수록 전도도와 경제적 효과가 좋아지기 때문에 얇게 제조하기 위한 기술들이 다수 존재하게 되지만, 극판과 극판 사이에 너무 얇아진 격리판의 두께로 인하여 잦은 쇼트가 발생하는 문제점이 발생하여 리브 구조에 의해 이격 거리를 유지하도록 한 것이다.

그러나, 상기한 리브 구조의 경우에도 격리판의 얇은 두께를 유지하고 있기 때문에 외부 충격에 상당히 약한 단점을 제공하여 쇼트 문제가 잦아지는 것은 여전히 해결할 수가 없었다.

따라서, 본 발명의 격리판 구조를 제안하게 된 것이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 외부 충격 흡수가 가능한 모 형상의 격리판를 나타낸 구성도이다.

도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 외부 충격 흡수가 가능한 모 형상의 격리판은,

극판을 둘러싸게 형성되는 분리막(100)과,

상기 분리막의 표면에 일정 간격으로 모 형상으로 형성되는 외부충격흡수돌기부(200)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

즉, 극판을 둘러싸게 분리막을 형성하게 되는데, 상기 분리막의 표면에는 일정 간격으로 모 형상으로 형성되는 외부충격흡수돌기부(200)를 다수 형성하게 된다.

이때, 바람직한 실시예로서, 상기 모 형상은,

수 벨크로 형상(210)인 것을 특징으로 한다.

즉, 수 벨크로 형상을 일정 간격 형성하고 있기 때문에 구조적으로 극판과 극판 사이에 충분한 이격 거리를 유지할 수 있게 된다.

따라서, 외부 충격에도 충분히 완충 작용이 가능하여 쇼트 방지가 가능한 것이다.

또한, 종래 기술처럼 분리막을 얇게 만들어도 수 벨크로 형상(210)의 외부충격흡수돌기부(200)를 통해 극판과 극판 사이의 일정 거리를 유지할 수가 있게 되는 것이다.

도 4는 본 발명의 이실시예에 따른 외부 충격 흡수가 가능한 모 형상의 격리판를 나타낸 구성도이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 이실시예에 따른 외부 충격 흡수가 가능한 모 형상의 격리판은,

극판을 둘러싸게 형성되는 분리막(100)과,

상기 분리막의 표면에 일정 간격으로 버섯 형상(250)으로 형성되는 외부충격흡수돌기부(200)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

즉, 극판을 둘러싸게 분리막을 형성하게 되는데, 상기 분리막의 표면에는 일정 간격으로 버섯 형상(250)으로 형성되는 외부충격흡수돌기부(200)를 다수 형성하게 된다.

이때, 바람직한 실시예로서, 상기 버섯 형상(250)은,

분리막의 표면에 일정 높이 수직하게 형성되는 수직부(251);와

상기 수직부의 끝단에 연이어 반 원형으로 형성되는 반원부(252);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

도 4에 도시한 바와 같이, 일정 높이로 수직하게 분리막의 표면에 수직부(251)를 구성하고, 수직부의 끝단에 연이어 반 원형으로 형성되는 반원부(252)를 구성하게 되는 것이다.

따라서, 버섯 형상(250)을 일정 간격 형성하고 있기 때문에 구조적으로 극판과 극판 사이에 충분한 이격 거리를 유지할 수 있게 된다.

따라서, 외부 충격에도 충분히 완충 작용이 가능하여 쇼트 방지가 가능한 것이다.

또한, 종래 기술처럼 분리막을 얇게 만들어도 버섯 형상(250)의 외부충격흡수돌기부(200)를 통해 극판과 극판 사이의 일정 거리를 유지할 수가 있게 되는 것이다.

한편, 본 발명의 모 형상으로 형성되는 외부충격흡수돌기부(200)는,

외부 충격을 흡수하고, 전해액의 이동을 원활하게 함으로써, 수명 향상을 제공할 수 있는 것을 특징으로 한다.

즉, 수 벨크로 형상(210) 또는 버섯 형상(250)을 분리막 표면에 일정 간격 다수 형성하게 되면 외부 충격을 흡수하고, 전해액의 이동을 원활하게 함으로써, 수명 향상을 제공할 수 있게 되는 것이다.

한편, 실험예 1로서, 수 벨크로 형상(210)이 일정 간격 형성되어 있는 격리판을 준비하였으며, 비교예 1로서, 리브 타입의 격리판을 준비하였다.

격리판의 기계적 물성을 분석하여 그 결과를 표 1에 정리하였다.

격리판 종류	압축강도(kg/cm2)	복원률(%)	DupontImpact(mJ)
실험예 1	2.32	99.51	0.187
비교예 1	1.78	99.30	0.142

실험예 1 은 종래 비교예 1보다 높은 압축 강도, 복원률을 가지고 있음을 확인하였다.

듀폰 충격 실험(Dupont impact)은 시편을 수평으로 높고 반지름 형상의 펀치를 접한 후, 일정 높이 및 일정 하중의 추를 낙하시켜, 부착강도(갈라짐, 벗겨짐)를 평가하는 것이다.

비교예 1의 경우, 듀폰 충격 실험 결과, 낮은 수치를 나타내, 외부 충격의 흡수율이 높지 않음을 확인할 수 있으며, 이는 실험예 1보다 텐션(Tension)을 주지 못한 것으로 파악된다.

또한, 위에서 상술한 바와 같이 본 발명의 효과를 파악하기 위해 기초성능 및 수명시험을 하였다.

후술하는 종래품이라 함은, 출원인이 제조하는 납축전지(BX80)에 사용하는 격리판을 이용하여 제조된 제품을 말하며, 개선품은 본 발명의 실험예 1의 격리판을 포함하고 있는 제품을 말한다.

또한, 후속 공정인 조립 및 기판에 전기 전도도를 부여하는 화성 등의 공정을 통해 최종적인 70Ah 용량(20시간율 용량)을 갖는 종래품과 개선품을 제작하였으며, 충전수입성과 50% DoD 내구성 시험을 진행하였다.

1) 충전수입성 시험 (CA: Charge Acceptance test)

만충전된 시료를 상온(25±2℃)에서 5시간율 전류(70Ah 기준 17.5A)로 2.5시간 방전한 후, 0±2℃ 온도에서 12시간이상 방치한다.

이후 정전압 14.4V±0.1V으로 충전하여 충전 10분때 전류를 측정한다.

시험결과, 전지전도도 및 충전 효율이 높아 개선품이 종래품 대비 10분 정도에 전류가 약 33% 증대되었음을 알 수 있었다.

구분	시간	종래품	개선품
충전수입성	1분	16.25	23.17
	2분	14.21	18.22
	3분	13.14	17.82
	4분	13.10	17.36
	5분	13.05	17.55
	6분	12.95	17.34
	7분	12.74	17.22
	8분	12.68	17.11
	9분	12.55	16.37
	10분	12.5	16.63

상기한 바와 같이, 종래품의 경우보다 개선품의 경우 충전수입성이 우수함을 알 수 있는데, 이는 외부 충격을 흡수하고, 전해액의 이동을 원활하게 향상시킨 결과로 예측되며, 이를 통해 고출력 및 기대 수명 향상을 가져올 수 있게 되어 최종적으로 전지의 기초성능 및 수명을 향상시키는 것이다.

2) 가속 수명 시험(SAE J2801)

납축전지를 75℃ 수조에서 약 1주일 동안 일반적인 차량 조건과 유사하게 34회 충/방전 싸이클이 진행한다.

34회 싸이클 실시 후 200A로 10초 방전하여 7.2V 이상 유지가 되면 다시 34회 싸이클을 진행하는 방식으로 수명 시험을 진행한다.

또한, 싸이클 중 충전전류가 15A 이상 올라가거나 방전 전압이 12.0V 이하로 떨어지면 시험을 중단한다.

하기 표2는 SAE J2801 시험을 실시한 결과이며, 34회 충/방전 싸이클 마다 200A로 10초 방전 시 전압을 나타내었다.

사이클	비교예1	실험예1
34	11.85	11.87
68	11.80	11.83
102	11.78	11.80
136	11.76	11.79
170	11.74	11.77
204	11.69	11.70
238	11.60	11.63
272	11.49	11.55
306	7.2 이하	11.48
340		11.40
374		11.31
408		7.2 이하

상기 표 3과 같이, 시험결과, 비교예 1의 수명은 272 사이클이며, 실험예 1의 수명은 374 사이클로 57%의 수명 향상을 제공할 수 있게 되었다.

이는 전해액의 이동을 원활하게 함으로써, 수명 향상을 제공할 수 있음을 나타낸 것이다.

즉, 종래품 대비 수명에서 57 % 향상 효과를 보임으로써, 수명 증가에 대한 긍정적인 영향을 주었음을 알 수 있었다.

본 발명을 통해, 기존 리브 타입의 구조를 벨크로 형상 혹은 침상 구조로 변경한 격리판을 통해 외부충격을 흡수함으로써, 쇼트에 의해 수명이 단축되는 문제점을 해결하게 된다.

또한, 재료의 양을 경제적으로 사용하며, 전해액의 이동이 원활하게 하여 궁극적으로는 수명 연장에 도움을 줄 수 있게 된다.

상기와 같은 내용의 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시된 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.

100 : 분리막
200 : 외부충격흡수돌기부

Claims (3)

1. 외부 충격 흡수가 가능한 모 형상의 격리판에 있어서,
   상기 격리판은,
   극판을 둘러싸게 형성되는 분리막(100)과,
   상기 분리막의 표면에 일정 간격으로 모 형상으로 형성되는 외부충격흡수돌기부(200)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 외부 충격 흡수가 가능한 모 형상의 격리판.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 모 형상은,
   수 벨크로 형상(210)인 것을 특징으로 하는 외부 충격 흡수가 가능한 모 형상의 격리판.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 모 형상은,
   버섯 형상(250)인 것을 특징으로 하는 외부 충격 흡수가 가능한 모 형상의 격리판.

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