KR830002920Y1 - 멀티-셀 배터리 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

멀티-셀 배터리

제1도는 완성된 멀티-셀 배터리(multi-cell battery)의 투시도,

제2도는 제1도의 직각방향에서 본 분해된 배터리 구조와 결합된 배터리 구조의 사시도,

제3도는 제1도의 선 3-3을 따라 절취한 부분 단면도,

제4도는 제1도에 예시된 배터리가 부착된 자동차의 전기시스템의 간단한 다이어그램.

본 고안은 멀티-셀 배터리에 관한 것으로, 특히 멀티-셀 배터리가 부착된 자동자의 전기 에너지 공급 시스템에 관한 것이다.

자동차에서 멀티-셀 배터리가 필요한 이유는 엔진의 시동과 점화시 전기적인 에너지 공급원일 뿐만 아니라 그외의 여러 보조장치들의 전기적인 에너지원이라는 점에서 매우 중요하다.

현대의 자동차업계의 새로운 경향은 자동차의 도로상의 문제점을 고려하여 차체 중량을 감소시키기 위해 자동차 부속품들을 소형화하고 차체의 크기도 축소시키는 경향으로 설계하고 있는 추세에 있다.

이러한 추세에 발맞추어 자동차에서 과중한 중량과 많은 공간을 차지하였던 종래의 납-산 배터리를 축소하고져 갈망되어 왔으나 단지 배터리만이 자동차의 유일한 전기 에너지원인데 자동차에 새로이 설계부착되는 창문 와이퍼, 좌식 조정기, 뒤창 히터, 에어히터(air heater), 에어 컨디셔너(air conditioners)등의 보조장치들에 의해 전기 에너지의 소요가 증가하게 되기 대문에 마음대로 배터리를 축소시켜 배터리의 용량을 감소시킬 수가 없기 때문에 많이 고심을 하여 왔었다. 즉, 배터리만이 자동차의 유일한 전기 에너지원인데 엔진이 가동되지 않을 때도 상기 보조장치들을 자주 동작시켜야 하기 때문이다.

따라서 배터리는 엔진이 가동하지 않을때도 다수의 전기 기계 장치들을 정상적으로 사용할 수 있도록 충분한 용량을 가지고 있어야하며 시동모우터를 가동시키고 엔진을 재시동 시키도록 점화시키기 적당한 에너지를 보존 유지해야만 한다.

자동자의 자동 변속기는 차륜의 움직임을 엔진에 전하는 일이 없으므로 만약 배터리내에 축적된 에너지가 시동모우터와 점화계통을 동작시키기에 불충분 할 경우에는 엔진을 시동시킬 목적으로 차량을 밀거나 후진시키거나 견인시켜도 엔진을 시동시킬 수 없다.

영국 특허 제1,515,688호에는 차량용 배터리로서 용량적으로도 현재 사용되고 있는 배터리와 비견할 수 없을 정도로 소형이며 경량의 배터리를 생산할 수 있는 멀티-셀배터리 구조에 대하여 제안되어 있는데, 상기 영국 특허에 발표된 멀티-셀 배터리는 배터리의 소정 작동 전압 값에서 전기적으로 절연상태로 되는 배터리의 활성재료와 배터리 작동중 생성되는 물질 모두에 대하여 불활성의 성형 가공 가능한 재료로 주형된 복수개의 프레임(frame)부재로 구성되는데, 상기 각 프레임 부재는 프레임 부재의 폭을 횡단하는 측치관계적(側置關係的)으로 배열된 복수개소의 각각 다른 물질 수용영역을 형성하고 있다. 상기 각 프레임 부재에는 프레임 부재의 인접하는 지지 영역사이의 구획부를 형성하는 부분이 포함되며 프레임 부재는 프레임 부재의 폭에 대하여 직각 방향으로 측치 관계적으로 배열되며, 인접하는 수용영역 사이의 구획부를 형성하는 각 프레임부는 배터리의 인접 전지사이에 구획부를 형성하기 위하여 인접 프레임 부재내의 대응 부분에 밀봉관계로 고정되어 있다. 각 프레임 부재의 지지영역에는 각 지지 영역이 배터리의 판재를 형성하도록 활성 배터리재의 각개의 괴체가 지지되어 있다. 각개의 영역내에 있는 활성 배터리재는 각 프레임 부재내의 인접하는 영역이 반대극성의 판재를 이루고 인접의 프레임 부재내의 인접하는 영역이 반대 극성의 판재를 이루도록 선택되어 있다. 인접하는 프레임 부재내의 반대 극성을 갖는 활성 재료의 영역사이에는 전해질 유공 구획부재가 배설되어 있다. 상기 영극 특허에관 하여 언급할 배터리는 설명의 편의상 이하 "상술한 형의 배터리"로 칭한다.

상술한 형의 배터리의 경우의 배터리내의 전지의 갯수(즉, 배터리의 정격 전압)는 각 프레임 부재내의 지지영역의 갯수에 의하여 결정된다. 따라서 배터리의 용량도 측치 관계적으로 조립된 프레부재의 갯수에 의하여 결정된다. 이에 대하여 종래의 공지의 멀티-셀 배터리의 구조의 전합은 전지의 갯수에 의하여 결정되며, 각 전지에는 판재의 조립체가 수용되며 배터리의 amp/hour로 나타낸 용량은 조립체 내의 판재의 치수와 갯수에 의하여 결정된다.

본 고안의 주 목적은 자동차를 포함하는 다수의 이용분야에서 상술한 형의 배터리가 가장 유리하게 되는 멀티-셀 배터리의 개량예를 제공하고져 하는데 있다.

본 고안은 상기 본 고안의 목적을 염두에 두고 부재의 양측부에 위치되어 있는 프레임 부재로 지지되는 활성 배터리재 사이에 화학적, 전기적인 경계부를 형성하는 부재를 상기 배터리 조립체내의 2개의 프레임 부재사이에 배설하고 그 프레임 부재에 고정하도록 하여서된 상술한 형의 멀티-셀 배터리를 제공하고져 하는데 있다.

상기 "경계부재"는 편의상 활성배터리재를 지지하고 있는 조립체의 부재와 같은 기본형상을 갖는 경계 프레임 부재의 형태로 할 수가 있는데 프레임 부재에 따라서 경계가 정해지는 영역은 소정의 전기적, 화학적, 경계부를 형성하는 재료에 의하여 완전히 밀폐된다. 경계 프레임과 경계부를 형성하고 있는 재료는 일체 구조의 성형체로 되어 있는 것이 바람직하다.

경계 프레임은 활성배터리재를 지지하고 있는 프레임 부재의 지지 영역에 대응하는 복수개의 측치 영역에 경계 프레임분할 하는 부분을 포함하는 조립체의 프레임 부재와 같은 형상으로 되어 있는 것이 바람직하다. 경계 프레임의 측치 영역에는 각각 구획부분을 포함하는 경계 프레임과 일체 구조적으로 형성된 시트재료(sheet meterial)가 걸쳐져 있다.

이러한 형식의 경계 프레임이 배터리의 프레임 부재의 조립체 내에 수용될 경우 경계 프레임의 구획 부분은 활성재료를 지지하고 있는 인접의 프레임 부재의 구획 부분과 정합하여 그 부획부분에 밀봉관계로 고정되어 배터리의 인접전지 사이의 구획부의 일부분을 형성한다.

경계 프레임 부재에 구획부분이 포함되지 않는 경우에는 활성재를 지지하고 있는 프레임 부재의 구획부분에 대하여 경계 프레임 부재를 기타의 방법에 의하여 밀봉관계로 고정하여 곧경 계프레임을 당해 활성 재료의 어느 한쪽의 측부에 인접시키지 않으면 안된다. 프레임 부재의 조립체 중 선택된 프레임 부재사이의 경계부를 형성하는 부재를 형성하면 통상같은 공칭 전압을 갖춘 2개의 배터리로 분할되는 소정의 공칭 전압을 갖는 배터리가 형성되는데, 이렇게 형성된 2개의 배터리의 amp/hour 용량은 경계 부재의 각각의 측면에서 활성재료를 지지하고 있는 프레임 부재의 갯수에 따라서 변한다.

본 고안의 배터리는 전압이 같은 2개의 배터리를 일체 구조적으로 유니트(unit)로서 형성할 수가 있는데, 상기 유니트의 전체적인 치수와 중량은 동일 전압의 단일 배터리의 경우와 효과상 서로 같다. 또 2개의 배터리 유니트와 단일 배터리의 양자에 활성 재료를 지지하고 있는 프레임은 동일하게 할 수 있는 것으로, 요구되는 중요한 요소는 경계 부재 뿐이다.

본 고안에 의한 효과는 종래부터 잘 알려져 있는 멀티-셀 배터리 구조에 의하여서는 달성할 수가 없다.

본 고안의 멀티-셀 배터리를 자동차에 사용할 경우 2개의 배터리 유니트 중의 한쪽의 배터리만을 단독으로 엔진의 시동 및 엔진 점화 계통에 사용할 수 있고 나머지 한쪽의 배터리는 보조기구나 라이트의 동작에 사용할 수 있다는 점에서 특히 유리하다. 즉, 본 고안에 의한 배터리는 보조기구나 라이트가 접속하고 있는 특정의 배터리를 완전히 또는 현저하게 방전시킬 정도로 상기 보조기구나 라이트를 작동시킨 경우에도 엔진과 스타터를 작동시키고 있는 배터리에는 아무런 영향을 끼치지 않고, 일단 엔진이 시동하고 나면 라이트와 보조 기구도 역시 방전 배터리의 재충전을 개시하는 차량의 제너레이터로부터 전기 에너지를 공급받기 때문에 아무런 문제점이 없다.

본 고안의 멀티-셀 배터리는 유람선이나 기선과 같은 곳은 물론 여러분야에 사용할 수 있어 응용 분야가 넓다.

이하 첨부 도면에 의거 본 고안을 상세히 설명한다.

배터리(10)는 개개의 프레임 부재(12)의 당접하는 수직 구획부재(20)로써 구성된 구획부재(13)에 의하여 상호 분리된 복수개의 전지(14)를 형성하기 위하여 배열되며 고착된 프레임부재(12)(12a)의 조립체를 포함한다.

제2도와 제3도를 참조하면 각 프레임 부재(12)(12a)는 상부(16), 하부(17) 및 대향하는 측부(18)(19)로 구성된 주변 부재(15)를 포함한다. 상부(16)와 하부(17)사이에는 측부(18)(19)에 평행으로 배열되어 있는 수직 구획부재(20)가 연재되어 있다. 상기 프레임 부재와 수직 구획부재는 모두 6개의 종렬상영역을 형성한다. 상기 프레임 부재는 당접하는 표면끼리 적당한 접착제나 또는 용제를 사용하여 접착함으로써 모두 측치 관계적으로 고정 조합할 수가 있다. 프레임 부재끼리 고착하고 밀봉하기 위하여 초음파용접방법을 사용할 수도 있다.

본 고안의 구조를 갖는 복수개의 프레임 부재로써 된 조립체는 내측의 구획부재(13)를 갖춘 단부가 열려 있는 상자구조를 제공하며, 이 상자 구조의 양측부, 상부 및 저부는 프레임 부재의 당접하는 측부, 상부, 저부에 의하여 형성되며, 구획부재(13)는 당접하는 수직 구획부재(20)에 의하여 형성된다.

활성배터리재를 수용하고 있는 프레임 부재(12)에는 상부(16)로부터 격치되어 대향하는 측부(18)(19)사이에 연재하는 지지부재(30)도 포함되어 있다. 이하 본원에서 설명하는 바와 같이 이와 같은 지지부재를 프레임 부재(12a)내에는 갖추고 있지 않음을 주의해야 한다.

활성 재료로써 된 프레임 부재(12a) 내에서는 완성된 배터리내에 활성 재료 영역을 형성하는 영역내에서 활성 배터리재에 대한 다른 지지체를 제공하도록 지지부재(30)의 레벨의 하방의 각 개의 구획부재의 사이의 영역에 격자상 구조(26)(27)가 형성되어 있다. 상기 격자상 구조(26)(27)는 프레임 부재의 나머지 부분과 같은 재료로 제작할 수도 있고 상기 프레임 부재의 일체 구조부분으로서 성형 가능하지만 바람직하게는 연합금과 같이 배터리의 재료에 의한 악영향을 받지 않는 프레임 부재의 성형가공중에 프레임 부재내에 매설되는 도전성 재료로써 제작할 수 있다.

제2도에 도시된 특별한 프레임 부재(12)에 있어서 격자상구조(26)의 연부는 프레임 부재의 측부(18)내에 연재하며 예시부호(26a)부분은 당해 측부를 관통하고 있다. 격자상 구조(26)의 반대측 연부로 인접하는 수직 구획부재(20)내에 연재하고는 있으나 관통하고 있지 않다. 프레임 부재의 외부에 있는 격자상 구조(26)의 예시부호(26a)부분은 프레임 부재의 조립체에 의하여 구성된 전지를 전기적으로 접속하기 위해 단자와 접속된다.

상기 격자상 구조(27)는 인접하는 상기 구획부재로부터 연재하여 다음 구획부재(20a)내에 매설되어서 당해 구획부재(20a)를 관통하고 있어, 구획부재의 대향 측부상의 활성배터리재의 영역사이에서 전지간 접속체를 형성한다. 따라서 격자상 구조(26)(27)는 활성배터리재에 대한 지지체를 제공하여 각개의 영역에 대한 집진체로서 작용하며 프레임 부재의 조립체에 의하여 형성된 전지에 관하여 요구되는 전지간 접속체와 단자접속부의 쌍방 또는 일방을 형성한다. 격자상 구조의 배열의 결과 얻어지는 전지간 접속체와 단자 접속부에 대하여는 영국 특허 제1,515,688호 및 동 제1,430,205호에 상세하게 설명되어 있다.

프레임 부재의 고착 작업중 각 프레임 부재내의 상방 지지부재(30)의 상방의 영역은 프레임 부재를 함께 조립할 때 전해조(31)가 활성재료의 영역의 상방에 형성되도록 고착되지 않는다.

편의상 "구획 프레임"이라 불리우는 프레임 부재(12a)에는 각 지지영역내에 구획부재(35)가 지지되어 있으며 이 프레임 부재는 활성 배터리재를 지지하고 있는 전술의 프레임 부재(12)의 사이에 위치해 있다. 구획부재(35)를 지지하고 있는 프레임 부재(12a)는 활성배터리재를 지지하고 있는 프레임 부재와 전체적인 구성이 같으며, 지지부재(30)는 배터리의 화학반응에 의하여 발생한 가스가 자유로히 전해조(31)에 상승할 수 있도록 형성되어 있다. 다행스럽게도 시트상 재료에 의하여 형성된 구획부재(35)는 주변부재(15)의 주변부분 및 프레임 부재에 대한 수직 구획부재(20)의 주변부의 둘레에서 밀봉되어 있다. 단일 프레임내의 구획부재는 모두 적당한 재료의 단판으로 제작할 수가 있으며 이 프레임은 시트에 대하여 소정 위치에서 성형된다. 프레임 구획부재의 재료를 적당히 선택함으로써 구획재료는 공통의 구획판을 거쳐서 완성배터리의 인접하는 전지사이의 전해 질의 누출을 방지할 목적으로 프레임 부재의 수직구획 부재(20)의 내부에 매설되는 개소(個所)가 무공상(無孔狀)으로 되어 있다. 구획부재는 성형 가공중에 고온 프레임 재료와 접촉하고 있는 시트상체의 부분이 용융하여 당해 시트상체를 무공 상태로 할 목적으로 가열상태 하에서 용융하는 재료에 의하여 구성할 수가 있다.

상술한 영국 특허를 참조하여 전술한 바와 같이 배터리(12)를 제작함에는 활성 재료제의 복수개의 프레임 재료(12)에 각각 별개로 관용적인 활성배터리재를 페이스트(paste)하여 각 프레임 내의 인접하는 영역끼리 반대의 극성을 나타내도록 한다. 따라서 각 활성재료제의 프레임은 정극성과 부극성이 교호히 배치된 다수의 병치판(竝置板)을 형성하고 있다. 이들 활성 재료제의 다수의 프레임 부재는 다음에 각 쌍의 사이의 구획용의 프레임 부재(12a) 및 인접하는 활성 재료제 프레임내의 반대의 극성을 갖는 판재에 인접하는 형으로 각 활성 재료제 프레임내의 각 판재와 측치 관계로써 같이 조립된다. 인접하는 각각 2개의 프레임에 의하여 이와 같이하여 구성된 일련의 전지는 프레임내에 조입된 격자상 구조물에 의하여 전기적으로 직렬로 접속되며 제1도에 예시된 바와 같이 스트립(47)과 같은 정 및 부의 단자 스트립을 갖고 있다.

프레임 부재의 조립체는 상벽, 저벽의 2개의 대향 측벽을 형성하는데, 나머지 2개의 단벽은 노출되는 활성재료를 나타내며, 단부판(38)은 배터리 케이스를 완성시키는 조립체의 단부 프레임에 밀봉하여 고정된다. 각 단부판(38)은 프레임 부재(12)(12a)와 같은 형상으로 제작되어 있으며 주변 프레임과 구획부재를 포함한다.

주변 프레임과 구획부재 사이의 단부판의 영역은 전해질 불투석 재료의 시트재가 채워지며 간편하게도 프레임 부재 및 구획부재와 일체 구조적으로 형성할 수가 있다. 이들 단부판은 각 구획부재의 주변과 길이 전체에 따라서 완전한 밀폐를 형성하기 위하여 조립체의 최외측의 프레임 부재에 고착되든지 아니면 용접된다.

상술한 단부판(38)과 같은 구조로 되어 있는 경계 프레임(40)은 각 구획부재의 주변과 길이 전체에 따라서 완전한 밀폐를 형성하기 위하여 프레임 부재(12)의 어느 일방에 고착 또는 용접된다. 경계 프레임(40)은 프레임 부재를 그 어느 일방의 측에서 완전히 상호 분리시키므로 내부에 전기적 도는 화학적 상호 작용이 없는 2개의 배터리(45)(46)로 형성된다.

본 도면에 예시된 실시예는 경계 프레임(40)이 한개만 갖춰 있는데 프레임의 하나의 조립체내에 공칭전압의 다수의 배터리가 형성되도록 경계 프레임을 한개이상 포함시킬 수 있음을 알 수 있다.

각 배터리에는 독립된 정 단자편(47)(48)과 공통의 부 단자편(49)이 갖춰져 있으나 많은 응용예에 있어서는 각 배터리에 대하여 독립된 부 단자 스트립을 제공함도 바람직하다. 각 단자 스트립에는 적당한 회로내에 간편하게 접속하기 위한 나사달린 축과 너트 조립체(50)가 갖춰져 있다.

각 프레임 부재(12)(12a)의 측부(18)(19)에는 각각 노치(notch)(18a)(19a)가 갖춰져 있으며 이 노치들은 프레임 부재를 같이 조립할 때 길고 얕은 홈을 형성한다. 각개의 단자 스트립에는 각 홈속에 착좌하여 프레임 부재(12)로부터 연재하는 격자상 구조의 해당 부분에 납땜되든지 아니면 기타의 방법에 의하여 전기적으로 접속된다. 단자 스트립은 또한 단자 스트립에 형성된 구멍을 관통하고 있다. 프레임 부재의 측부에 고착된 열가소성 재료의 플러그(51)에 의하여 소정 위치에 유지된다.

상술한 구성의 배터리를 결합시킨 자동차의 전기적 시스템의 전형적인 간단한 회로도가 제4도에 예시되여 있다.

제4도에서 배터리(60)는 상기 배터리를 두개의 독립된 유니트(60a)(60b)로 분리시키는 하나의 경계 프레임(61)을 갖는 상술한 바와 같은 구조로 되어 있으며 상기 두개의 독립된 배터리에는 각각 같은 공칭전압을 가진다. 또한 배터리는 공통 음극단자(62)와 양극단자(63) 사이에는 엔진 시동 모우터(65)와 엔진점화시스템(67)이 병렬로 연결되어 있다. 물론 적당한 제어스위치와 릴레이(relay)는 상술한 시동 모우터의 회로와 점화 시스템에 합체되지만 설명의 편의상 본 도면에서는 생략하였다.

또한 적당한 제어 동작을 행하는 제너레이터(68)는 공통 음극단자(62)와 양극단자(64)사이에 연결되어 엔진이 시동될 때 충전전압은 이러한 단자들의 양단에 인가된다.

라이트(light)(70), 라디오(71), 히터(heater)(72), 에어-컨디셔너(air-conditioner)(74)와 같은 자동차의 보조장치들은 공통 부단자(62)와 양극단자(64) 사이에 병렬로 연결된다. 따라서 자동차의 점화 및 시동 모우터는 그들의 전기적 에너지를 배터리 유니트(60a)로부터 공급받지만 그외의 모든 보조장치들의 전기적인 에너지는 배터리 유니트(60b)로부터 인가받기 때문에 엔진이 시동되지 않는 동안 보조 장치중의 어떤한 부속품이 "스위치 온(switch on)"되어 있을 경우라도 배터리 유니트(60b)로부터 에너지는 차단된다.

다이오드(75)는 양극단자(63)(64) 사이에 연결되어 있어 충전전압이 제이레이터기(68)로부터 단자(63)에 인가될 때 똑같은 충전 전압이 또한 단자(64)에 인가된다. 그러나 상기 제너레이터(68)가 충전 전압을 인가하고 있지 않으면 단자(64)로부터 단자(63)에 전류가 흐르지 않는다.

Claims (1)

1. 다수의 프레임들(12)(12a)이 서로 측치관계적으로 고정되고, 각 조립체(45)(46)의 각각의 프레임은 이 프레임의 폭을 가로질러 측치관계적으로 배열된 다수의 지지수단(30)들을 프레임의 주변부재(15)와 한정하는 수직 구획부재(20)(20a)를 가지며, 상기 각 조립체(45)(46)의 프레임들의 주변부재(15) 및 수직구획부재(20)(20a)는 밀봉된 관계로 함께 고정되어 주변부재(15)는 상기 배터리의 단부판(38)을 형성하고 수직 구획부재(20)(20a)는 배터리의 인접 전기사이(14)에 격벽을 형성하며, 각 지지수단(30)의 배터리판을 형성하도록 활성 배터리재의 각각의 양이 각 조립체(45)(46) 프레임의 각각의 지지영역(30)에 수용되며, 상기 동일 프레임의 인접 영역들은 반대극성판을 형성하고 상기 동일 조립체의 인접 프레임들에 대응하는 영역들은 반대극성판을 형성하도록 상기 지지수단(30)의 각 영역들이 활성 배터리재를 선택하며, 전해질 유공 구획부재(20)가 상기 대응하는 영역들의 반대극성의 활성 배터리재사이에 격리판 부재를 절연시켜 구성한 제1조립체(45)와 제2조립체(46)로 구성된 멀티-셀배터리에있어서, 상기 제1조립체(45)와 제2조립체(46)를 서로 전기적 및 화학적으로 절연시키기 위하여 상기 조립체들(45)(46) 사이에 경계수단(40)을 삽설시키고, 상기 제1, 제2조립체(45)(46)가 상기 경계프레임(40)의 양측면에 안착되어 상기 경계프레임(40)의 양측면상에 독립된 다수의 전지 배터리를 형성함을 특징으로하는 멀티-셀 배터리.