KR101395278B1 - 전해질 혼합 장치를 구비한 배터리 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 바람직하게 가동 자동차, 예컨대 승용차, 선박 또는 비행기에 사용되는 액체 전해질 배터리에 관한 것이다. 배터리는 전해질 순환 장치를 포함한다. 이러한 순환은 배터리의 이동시 펌핑 작용, 따라서 유동을 일으키는 내장 부품에 의해 야기된다. 상기 내장 부품은 유입 슬롯 및 특별한 배출구를 갖는다.
배터리, 액체 전해질, 순환 장치, 내장 부품, 유입 슬롯, 배출구.

Description

전해질 혼합 장치를 구비한 배터리{BATTERY WITH ELECTROLYTE MIXING APPARATUS}
본 발명은 바람직하게는 가동 자동차, 예컨대 승용차, 선박 또는 비행기에 사용되며 전해질 혼합 장치를 구비한, 액체 전해질 포함 배터리(이하, 액체 전해질 배터리라 함)에 관한 것이다.
자동차 산업에서 자동차를 경량화하려는 노력에는 배터리의 중량 감소도 포함된다. 그러나, 동시에 더 큰 배터리 용량에 대한 요구도 커지는데, 그 이유는 예컨대 승용차를 시동하기 위한 종래의 에너지와 더불어, 파워 윈도우 리프터, 시트를 조절하기 위한 또는 시트를 전기로 가열하기 위한 서보 모터와 같은 추가 설비용 에너지도 필요하기 때문이다. 또한, 배터리 용량은 배터리 수명에 걸쳐 가능한 일정하게 높은 레벨로 유지되는 것이 바람직한데, 그 이유는 스티어링 및 제동과 같은 안전 관련 기능 유닛도 점점 더 전기로 제어되고 작동되기 때문이다. 배터리 용량은 이하에서 배터리의 용량 및 배터리의 전류 공급력 또는 전류 소비력을 의미한다. 배터리 용량은 당업자에게 공지된 여러 가지 팩터에 의해 영향을 받는다.
선행 기술에는 액체 전해질 배터리, 예컨대 납-산-배터리의 용량을 높이기 위한 여러 가지 조치가 공지되어 있다. 납-산-배터리의 특별한 문제점은 산의 소위 성층화(stratification)이다. 즉, 산 농도가 전극 면에 대해 균일하지 않다는 것이다. 이는, 산 농도가 너무 높은 부분에서 전극이 부식함으로써 배터리의 수명이 단축되게 하고, 산 농도가 너무 낮은 전극 부분에서는 배터리의 총 용량이 얻어지지 않게 한다.
따라서, 배터리의 모든 체적 부분에서 산 농도가 동일해지도록 전해질을 순환하기 위한 여러 가지 장치 및 방법이 개발되었다. 고정 배터리에서는, 예컨대 공기가 전해질 내로 유입된다. 자동차 배터리용 전해질 혼합 장치가 공지되어 있으며, 이 전해질 혼합 장치는 유체 정압 펌프(hydrostatic pump)라고도 한다. 이 전해질 혼합 장치는 가동 자동차에서만 효과적인데, 그 이유는 그것이 액체 전해질의 관성력과 관련한 제동 및 가속 과정을 이용하기 때문이다. 이 기술은 당업자에게 공지되어 있기 때문에, 단지 예시적으로만 US 4,963,444; US 5,096,787 및 US 5,032,476 및 DE 297 18 004.5를 참고할 수 있다.
그러나, 본 발명의 발명자는 상기 선행 기술에 공지된 장치에 의해서는 최적의 전해질 혼합이 이루어질 수 없다는 것을 확인했다.
본 발명의 목적은 배터리의 가속된 운동에 의해 선행 기술에 비해 개선된 전해질 혼합이 이루어지는 액체 전해질 배터리를 형성하는 것이다.
상기 목적은
배터리가 측벽, 하우징 베이스 및 커버를 가진 하우징을 포함하고, 상기 하우징은 배터리 셀을 형성하며, 다수의 이러한 배터리 셀이 통합되어 다중 하우징을 가진 하나의 배터리를 형성하고, 바람직하게는 직사각형 하우징 내에 판형 전극들이 배치되고, 상기 전극들은 액체 전해질에 의해 커버되는, 청구항 1에 따른 배터리에 의해 달성된다.
우선 방향으로 배터리의 포지티브 또는 네거티브 가속시 전해질의 순환을 위해, 액체 전해질 순환 장치가 제공되며, 상기 액체 전해질 순환 장치는 하기 특징을 갖는다:
전극의 수직 에지에 대해 평행하게 각각 하나의 유동 채널 판이 이격되어 배치됨으로써, 각각의 배터리 하우징 벽과 유동 채널 판 사이에 각각 하나의 유동 채널이 형성된다. 실시예에서 상세히 설명되는 바와 같이, 예정된 방향으로 배터리의 가속시 전해질은 유동 채널을 통해 상부로 가압된다. 유동 채널의 단부는 유출 슬롯이고, 상기 유출 슬롯에 전해질 레벨 상부에서 거의 수평의 또는 배터리의 횡단면 중심에 대해 약간 기울어진 배출 판이 접속되고, 상기 배출 판을 통해 유출 전해질이 배출됨으로써, 전해질 순환이 이루어진다.
본 발명에 따라 배출 판은 특별하게 형성되며 하기 특징을 갖는다:
수직 분리벽은 좌측의 유출 슬롯의 측면으로부터 우측의 유출 슬롯의 대각선으로 반대로 놓인 측면으로 연장함으로써, 각각의 유출 슬롯으로부터 각각 하나의 가늘어지는 배출 채널이 형성된다. 각각의 배출 채널에는 배출구가 관련 유출 슬롯과 간격(X)을 두고 형성된다. 상기 간격(X)은 하우징 길이의 절반보다 크다. 즉, 좌측 유출 슬롯으로부터 나온 전해질은 우측 배터리 절반 내로 유입되고, 우측 유출 슬롯으로부터 나온 전해질은 좌측 배터리 절반 내로 유입된다. 이는 양호한 혼합을 야기한다. 배출구는 각각의 유출 슬롯으로부터 나온 전해질 체적이 신속하게 배출될 수 있어서, 배터리 가속이 제로인 경우 전해질의 귀환이 방지되는 크기로 설계되어야 한다.
청구항 2에 따라, 배출구는 다수의 개별 개구로 형성된다. 이러한 실시예는 개별 개구의 크기 및 개수에 의해 전해질이 넓은 영역에 걸쳐 균일하게 분배됨으로써 혼합이 더욱 개선되기 때문에 특히 바람직하다. 상이한 크기일 수도 있는 개별 개구의 바람직한 크기 및 분배는 당업자의 간단한 실험에 의해 결정되기 때문에, 전해질은 배출구의 면적과 관련해서 가급적 균일하게 배출된다.
청구항 3에 따라 상부에서 볼 때 하우징 횡단면의 거의 중심에, 상승된 에지를 가진 전해질 충전구가 제공된다. 이러한 특히 바람직한 실시예는 배터리의 효율적인 조립 및 전자동 충전을 가능하게 한다.
본 발명의 다른 실시예 및 장점들은 첨부한 도면과 관련한 하기 실시예 설명에 제시된다.
도 1은 전해질 흐름을 개략적으로 도시한 본 발명에 따른 개방된 액체 전해질 배터리의 평면도.
도 2는 배출 판의 측면 사시도.
도 3은 도 2의 평면도.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예를 개략적으로 도시한 개방된 액체 전해질 배 터리의 평면도.
도 5는 선행 기술에 따른 빈 배터리 박스의 사시도.
도 6 및 도 7은 선행 기술에 따른 혼합 장치를 구비한 액체 전해질 배터리의 단면도.
이하에서, 본 발명의 보다 나은 이해를 위해, 본 발명의 설명에 앞서, 도 5, 도 6 및 도 7의 선행 기술을 설명한다.
도 5는 6개의 셀을 가진 배터리 박스를 도시한다. 이하의 모든 설명은 단 하나의 셀과 관련된다. 도 6 및 도 7의 셀은 도 5에 도면 부호 1c 로 표시된 방향으로부터 도시된다.
도 6 및 도 7은 전해질 혼합의 효과를 설명하기 위해 사용된다.
선행 기술에 따른 액체 전해질 배터리는 하우징(1), 측벽들(1a, 1b) 및 전후방 벽을 포함한다. 하우징(1) 내에는 전극들(2)이 수직으로 세워져 배치된다. 하우징(1) 내에는, 전극(2)의 상부 에지(2a)의 약 1 ㎝ 위에 놓인 액체 전해질(3)이 배치된다.
도 6은 액체 전해질 배터리가 가속되어 전해질의 레벨이 경사 위치인 경우를 도시한다. 이러한 경우는 이 실시예에서 도면 평면에서 좌측으로부터 우측으로 연장하는 주행 방향으로 전극 판이 연장되도록 배터리가 예컨대 승용차 내에 조립될 때 나타난다. 유동 채널 판(4) 및 배출 판(6)을 포함하는 각진 형태의 혼합 장치는 관계의 용이한 이해를 위해 하우징의 우측에만 제공된다. 달리는 자동차가 제 동되면, 전해질의 관성은 전해질이 주행 방향으로 엎질러지게 하는데, 이는 경사지게 놓인 레벨로 개략적으로 도시되어 있다. 작은 화살표는 전해질의 유동 방향을 나타내고, 상기 전해질은 유동 채널(5)에서 상부로 가압됨으로써, 후속해서 도 7에 도시된 바와 같이 배출 판(6)에 작은 전해질 파형(3b)이 형성되고, 상기 전해질 파형은 배출 판(6)을 통해 다시 배터리 내로 귀환한다. 당업자는 전해질이 이러한 방식으로 혼합된다는 것을 알 수 있다. 그러나, 도시된 전해질 순환(3c)은 전체 배터리 체적에 미치지 않는다.
본 발명에서는 전해질 순환이 현저히 개선되기 때문에, 배터리가 우선 방향으로가 아니라 이 방향에 대해 횡으로 조립되는 경우에도 양호한 혼합이 이루어짐으로써, 전해질의 엎질러짐이 바람직하게 커브 주행 시에 나타난다.
도 1은 개방된 배터리의 평면도를 도시하므로, 배출 판이 나타난다. 상기 배출 판의 구성이 이하에서 설명된다.
배출 판은 배출구(9a, 9b)를 제외하고 배터리를 커버한다. 도면 부호 5a-우측은 좌측 유동 채널의 유출 슬롯(5a)의 우측 단부를 나타내고, 도면 부호 5b-좌측은 우측 유동 채널의 유출 슬롯(5b)의 좌측 단부를 나타낸다. 상기 2개의 점들 사이에 분리 벽(7)이 연장하고, 상기 분리 벽은 2번 꺽여진다. 배터리 하우징과 동일한 폭의 유출 슬롯(5a, 5b)으로부터 좌측 및 우측으로 각각 하나의 배출 채널(8a. 8b)이 연장한다. 상기 유출 채널들은 처음에는 유출 슬롯과 동일한 폭을 갖고 흐름 방향으로 가늘어진다. 이 실시예에서는 분리 벽(7)의 2중 꺽여짐에 의해, 배출 채널들이 배터리 하우징의 약 1/2 폭으로 가늘어지고, 서로 나란히 연장 한다. 배출 채널의 가늘어진 단부에는 배출구(9a, 9b)가 빗금으로 표시되어 있다. 전해질이 역류하는 배출구의 에지는 각각의 유출 슬롯과 간격(X)을 두고 제공되며, 상기 간격(X)은 배터리 하우징의 1/2 길이 보다 크다. 달리 표현하면, 배출 채널의 배출구들(9a)이 중첩되므로, 배터리의 좌측에서 상승한 전해질이 좌측 배출 채널을 통해 배터리의 우측 체적 절반 내로 흐르거나 또는 배터리의 우측에서 상승한 전해질이 우측 배출 채널을 통해 배터리의 좌측 체적 절반 내로 흐른다. 따라서, 거의 완전한 전해질 순환이 이루어지고, 농도 차가 거의 나타나지 않는다.
도 2에는 배출 판이 사시도로 도시되며, 여기서는 구성 및 전해질의 흐름이 더 잘 나타난다. 도면 부호 10은 전해질용 충전구를 나타내고, 도면 부호 11a, 11b는 전기 배터리 극을 수용하기 위한 2개의 리세스를 나타낸다. 작은 화살표는 전해질의 배출을 나타내고 긴 화살표는 흐름 방향을 나타낸다.
도 3에는 도 2의 배출 판이 평면도로 도시된다.
도 4는 배출 판의 변형예를 도시한다. 단일 배출구 대신에, 다수의 배출구들(9an, 9bn)이 하나의 영역 내에 제공된다. 배출구의 크기, 형상 및 공간적 배치는 전해질이 가능한 큰 유입면을 통해 각각 대향하는 배터리 절반에 분배되도록 선택된다. 이는 채널 단부에 있는 배출구들이 그 앞에 놓인 배출구들보다 더 크고 더 많이 배치됨으로써 이루어진다. 배출구의 최적 배치 및 크기는 약간의 실험에 의해 결정되어야 하고, 기본적으로 최적 배치는 컴퓨터에 의해서도 이루어질 수 있다.
전술한 실시예들에 의해 당업자는 본 발명의 기술적 사상을 완전히 파악할 수 있다. 상기 실시예들이 당업자에 의해 본 발명에 따른 사상을 이용해서 더욱 개발되고 변형되거나 조합될 수 있는 것은 분명하다. 따라서, 이러한, 명시되지 않거나 도시되지 않은 다른 실시예들도 청구범위의 보호 범위 안에 포함된다.

Claims (3)

  1. - 측벽(1a, 1b, 1c, 1d), 하우징 베이스(1e) 및 커버를 가진 하우징(1),
    - 평면도로 볼 때 길이(a) 및 폭(b)의 직사각형 횡단면을 가진 상기 하우징(1) 내에 배치된 전극(2),
    - 상기 하우징(1) 내에서 상기 전극(2)의 상부 에지(2a)까지 이르는 레벨(3a)를 가진 액체 전해질(3), 및
    - 액체 전해질 순환 장치를 포함하고, 상기 액체 전해질 순환 장치에는
    - 상기 전극(2)의 수직 에지에 대해 평행하게 각각 하나의 유동 채널 판(4)이 배치되고, 상기 유동 채널 판(4)은 자신과 배터리 벽들(1a, 1b) 사이에 좌측 및 우측의 유동 채널(5)을 형성하고, 상기 유동 채널(5)은 각각 하나의 유출 슬롯(5a, 5b)을 가지며,
    - 상기 레벨(3a) 상부에 배출 판(6)이 배치되고, 상기 유출 슬롯으로부터 상부로 나온 전해질은 상기 배출 판을 통해 하우징 중심으로 배출되는
    액체 전해질 배터리에 있어서,
    상기 배출 판(6)은
    수직 분리 벽(7)이 좌측 유출 슬롯(5a)의 한 측면(5a-우측)을부터 우측의 유출 슬롯(5b)의 대각선으로 반대로 놓인 측면(5b-좌측)으로 연장함으로써, 각각의 유출 슬롯(5a, 5b)으로부터 각각 하나의 가늘어지는 배출 채널(8a, 8b)이 형성되고,
    - 각각의 배출 채널(8a, 8b) 내에 관련 유출 슬롯(5a, 5b)과 간격(X)을 두고 배출구(9a, 9b)가 형성되고,
    - 상기 간격(X)은 a/2 보다 크고,
    - 상기 배출구의 크기는 각각의 유출 슬롯으로부터 나온 전해질 체적이 지연 없이 배출될 수 있는 치수로 설계되는 것을 특징으로 하는 액체 전해질 배터리.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 배출구(9a, 9b)는 다수의 개별 개구(9an, 9bn)로 형성되는 것을 특징으로 하는 액체 전해질 배터리.
  3. 제 1항에 있어서, 상부로부터 볼 때 하우징 횡단면의 중심에, 상승된 에지를 가진 전해질 충전구(10)가 제공되는 것을 특징으로 하는 액체 전해질 배터리.
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