KR102230915B1

KR102230915B1 - 리세트될 수 있는 안전장치를 갖는 배터리 및 이 같은 배터리를 위한 극 스터드

Info

Publication number: KR102230915B1
Application number: KR1020157034795A
Authority: KR
Inventors: 안드레아스 가우글러; 콘라트 홀; 스테판 스톡; 베르너 쉬라이버
Original assignee: 바르타 미크로바테리 게엠베하; 바우베 크라프트버크 게엠베하
Priority date: 2013-05-08
Filing date: 2014-04-24
Publication date: 2021-03-23
Also published as: WO2014180665A1; EP2994949A1; HUE053037T2; DE102013208555A1; CN105190947A; PL2994949T3; US20160064723A1; US10615400B2; KR20160006205A; EP2994949B1; CN105190947B; JP6285540B2; JP2016521445A

Abstract

본 발명은, 하우징을 갖는 배터리에 대한 것으로서, 상기 하우징 내에 하나 이상의 개별 셀이 배치되고 이 같은 개별 셀이 하나 이상의 양 전극과 음 전극을 가지며, 하나 이상의 양극 스터드 및/또는 음극 스터드가 상기 하우징을 통하여 경로가 정해진다. 상기 배터리는 공압으로 동작할 수 있으며, 임계값 이상으로 하우징 내 압력 증가 경우에 스위칭 상태를 변경하고, 그와 같은 과정에서, 하나 이상의 극 스터드와 이 같은 극 스터드에 연결된 하나 이상의 전극 사이의 기존 전기적 연결을 차단시키는 하나 이상의 전기적 스위치를 포함한다. 본 발명 배터리는 스위칭 상태의 변경 결과로 차단되는 전기적 연결이 하우징을 개방할 필요없이 다시 만들어 질 수 있는 리세팅 장치를 포함한다는 점에서 종래기술과 구분된다. 본 발명은 또한 이 같은 배터리를 위해 적합한 극 스터드를 포함함을 설명한다. 상기 극 스터드는 두 개의 마주하는 평평한 면을 갖는 헤드를 포함하며, 평평한 면 중 하나로부터 연장되고 자유 축단을 갖는 한 축을 포함하고, 상기 헤드 내 빈공간, 이 같은 빈공간과 경계가 되는 가스-불투과 박막, 그리고 상기 축을 통하는 한 통로 구멍을 가지며, 상기 통로 구멍은 상기 빈공간 내로 이어짐을 특징으로 한다.

Description

리세트될 수 있는 안전장치를 갖는 배터리 및 이 같은 배터리를 위한 극 스터드{BATTERY WITH A SAFETY DEVICE WHICH CAN BE RESET, AND ALSO SUITABLE POLE STUD FOR SAID BATTERY}

본 발명은 하나 이상의 양 전극 그리고 하나 이상의 음 전극을 갖는 하나 이상의 개별 셀이 배치되는 하우징을 갖는 배터리에 대한 것이다. 하나 이상의 양 전극 그리고 하나 이상의 음 전극에 전기적으로 연결되는 극 스터드는 하우징을 통해 통과된다. 배터리는 공기압으로 동작될 수 있는 전기 스위치를 가지며 하우징 내 압력이 임계 값 이상으로 증가하는 때 스위칭 상태를 변경시키고, 그리고 이와 같은 과정에서, 적어도 하나의 극 스터드와 이와 연결된 적어도 하나의 전극 사이의 전기 연결을 차단시킨다. 본 발명의 두 번째 특징에 따라, 본원 발명은 이 같은 종류의 배터리에 적합한 극 스터드에 대한 것이다.

여기서 용어 "배터리"는 본래 직렬로 연결된 다수의 전기 화학적 셀을 의미하는 것이다. 그러나 오늘날, 개별 전기 화학적 셀(개별 셀들)은 자주 배터리라 불린다. 전기 화학적 셀이 방전되는 때, 에너지를 제공하는 화학적 반응이 발생되며, 상기 반응은 서로 전기적으로는 결합되지만 물리적으로는 서로 분리된 두 부분적인 반응으로 구성된다. 전자가 산화 과정에서 음 전극에서 자유로워지며, 이는 결국 외부 부하를 가로질러서 해당하는 양의 전자를 받아들이는 양 전극으로 흐름을 만들도록 한다. 따라서, 양 전극에서 환원 과정이 발생된다. 동시에 상기 전극 반응에 해당하는 이온 전류가 셀 내에서 발생된다. 이 같은 이온 전류는 이온을 전도시키는 전해액에 의해 보장된다. 이 같은 방전 반응은 이차 전지(셀) 그리고 배터리에서 그 반대가 되는 데, 즉 방전 중 발생한 화학적 에너지에서 전기적 에너지로의 변환을 거꾸로 하는 것이 가능하다.

공지된 이차 전지(셀) 가운데, 상대적으로 높은 에너지 밀도가 특히 리튬-이온 셀에 의해, 즉 리튬 이온이 충전 및 방전 과정 동안 한 전극에서 다른 한 전극으로 이동하는 셀에 의해 달성된다. 이같은 종류의 셀들은 특히 자동차 전화기 및 노트북과 같은 포터블 장치에서 사용하는 데 적합하다. 그러나 이들은 자동차 차량에 에너지 자원으로서 특별한 관심이 되고 있다.

리튬-이온 배터리의 셀들은 일반적으로 연소가능 컴포넌트를 갖는다. 예를 들면, 리튬-이온 셀의 전해액은 자주 주요 컴포넌트로서 예를 들면 에틸렌 카도나이트와 같은 유기 용제를 포함한다. 이 같은 종류의 셀의 높은 에너지 밀도와 관련하여, 과소평가되어서는 안되는 잠정적인 위험이 뒤따른다. 따라서 사용자의 위험을 배제하기 위해 또는 적어도 가능한 한 상기 위험을 최소로 하기 위해 특별한 안전 주의를 기울여야 할 필요가 있다.

리튬-이온 셀은 한 임계 상태로 들어갈 수 있으며, 여기서 일정한 환경하에서, 특히 이들이 기계적으로 손상되거나 과도하게 충전되는 결과로 화재의 위함이 있다. 리튬-이온 셀의 과도한 충전은 음 전극 표면에서 금속 리튬의 증착에 이르도록 할 수 있으며 또한 셀 내에 담긴 전해액의 파손에 이르도록 할 수 있다. 극단적인 경우, 이는 셀을 둘러싸는 하우징에 손상을 준다. 결과적으로, 수분과 산소가 셀내로 들어갈 수 있으며, 그리고 이는 결국 폭팔 연소를 일으킬 수 있다.

이를 피하기 위해, 안전장치를 갖는 리튬-이온 셀을 제공하는 것이 일반적이다. 재충전 가능 리튬-이온 셀의 동작 안전을 전자적으로 모니터하기 위한 적합한 회로 배치를 제공하는 것이 예를 들면 DE 10 2008 020 912 A1으로부터 공지되어 있다. DE 10 2007 020 905 A1은 얇은 플라스틱 필름 상에 배치된 방전 전도체를 가지며 사전에 정해진 한계점을 갖는 방전 전도체를 갖는 셀을 개시하고 있다. 필름이 변형되면, 예를 들어 셀 개싱(gassing)의 결과로, 방전 전도체가 사전에 정해진 한계점에서 파괴되며, 그 결과로 셀이 가역 불가하게 영구히 파손된다.

전기적 접촉이 파괴되거나 차단되는 퓨즈 및 안전 수단이 매우 신뢰할 수 있는 것으로 알려져있다. 그러나 한 가지 문제는 배터리가 초기에는 임계 상태로 유지되지만, 이 같은 종류의 안전장치가 이동된(tripped) 뒤에는 위험한 상태로 있게 된다는 것이다. 더욱이, 상기 안전장치는 가역 불가하게 이동되기 때문에, 이 같은 상태에서 무언가를 적극적으로 변경시키는 것은 가능하지가 않다는 것이다.

따라서 본 발명은 배터리, 특히 리튬-이온 배터리를 제공하는 것을 목적으로 하며, 종래기술의 문제를 해결하여 신뢰할 수 있으며 간단한 안전 솔루션이 실현되는 배터리를 제공하는 것이다.

이 같은 목적은 청구항 1항의 특징을 갖는 배터리에 의해 달성된다. 본 발명 배터리의 바람직한 실시 예는 종속 청구항 2항 내지 청구항 9항에서 청구된다. 또한, 청구항 10항에서 청구된 극 스터드는 종래기술의 문제를 해결하는 데 기여한다. 본 발명에 따른 극 스터드의 바람직한 실시 예는 종속 청구항 11항 및 12항에서 청구된다. 청구항의 모든 기재는 본 상세한 설명에서 참고로 포함된다.

종래기술 소개 부분에서 기재한 종래기술의 배터리와 같이, 본 발명에 따른 배터리는 한 하우징을 가지며, 이 같은 하우징 내에 하나 이상의 양 전극과 하나 이상의 음 전극을 갖는 개별 셀이 배치된다. 따라서, 본 발명에 따른 배터리는 리튬-이온-기반 셀인 것이 좋다. 본 발명에 따른 배터리 적용 분야는 특히 모터 자동차 분야에서 발견될 수 있다. 본 발명에 따른 배터리는 모터 자동차 배터리인 것이 바람직하다.

상기 개별 셀은 양 전극/분리기/음 전극의 순서로 전극과 분리기 포일 혼합의 형태로 존재하는 것이 바람직하다. 이 같은 경우, 전극은 2차원 또는 3차원 시트(sheet)-형상 구조 형태로 보통 존재하는 금속 전류 콜렉터를 포함하는 것이 바람직하다. 리튬-이온 배터리에서, 돌출 알루미늄 또는 구멍난 알루미늄 포일의 알루미늄으로 구성된 네트워크 또는 포일이 양 전극 측에 근접하여 위치하는 것이 바람직하다. 구리로 구성된 네트워크 또는 포일은 보통 전류 콜렉터로서 음 전극 측에서 사용된다. 원칙적으로, 배터리는 다수의 평평한 개별 셀, 그리고 또한 감진 개별 셀(코일)을 포함하는 셀 스택 모두를 포함할 수 있다.

하우징은 이를 둘러싸는 영역으로부터 하나 이상의 개별 셀을 차폐하며 가스- 및 유체-기밀인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 배터리의 고정된 구성 부분은 본 발명에 따라 배터리의 하우징을 통하여 각각 하우징 내부로 돌출하는 음극 스터드 및 양극 스터드이다. 이 같은 경우, 본 발명에 따른 배터리는 양극 스터드 및 음극 스터드 모두를 갖는다. 그러나, 하우징 자체가 양극 또는 음극으로 작용하는 것이 가능하기도 하다. 그러나, 상기 하우징은 금속, 특히 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 만들어지는 것이 바람직하다. 이 같은 경우, 본 발명에 따른 배터리는 양극 스터드 또는 음극 스터드 만을 가질 수 있기도 하다.

양극 스터드, 특히 하우징 내에 배치되는 양극 스터드 부분은 적어도 한 양 전극에 전기적으로 연결된다. 음극 스터드, 특히 하우징 내에 배치되는 음극 스터드 부분은 적어도 한 음 전극에 전기적으로 연결된다. 상기 극 스터드는 예를 들면 DE 100 47 206 A1에서 설명된 바 있는, 절연 화합물에 의해 하우징으로부터 전기적으로 그리고 기계적으로 분리된다. 두 극은 이와 같이 하여 분리되며, 하우징 자체가 전위로부터 자유로워진다.

극 스터드의 바람직한 실시 예가 다음에 더욱 상세히 설명된다. 그러나, 극 스터드 또는 극 스터드 중 적어도 하나는 외측에서 나사선을 갖는 것이 바람직하다. 이와 같이 형성된 극 스터드는 본 발명에 따라 배터리의 하우징 한 벽을 관통하는 보어 또는 선택적인 통로를 통해 통과될 수 있으며, 예를 들면 상기 나사선에 나사결합되는 너트에 의해 보어 또는 통로 내에 고정된다.

본 발명에 따른 배터리는 공기압에 의해 동작되며 하우징 내 압력이 증가하는 경우 스위치 상태를 변경시키는 하나 이상의 전기적 스위치를 포함하며, 초기 값에서 시작하고, 임계값 이상에서, 그리고 그 같은 과정에서, 하나 이상의 극 스터드와 하나 이상의 관련된 전극 사이에서 전기적 연결을 차단시킨다. 따라서 개싱(gassing)을 사용하며, 이 같은 개싱은 예를 들면 본 발명에서 과다한 충전이 있는 때 발생된다. 발생된 가스는 "작용 매체(working medium)"으로 사용되며 스위칭 상태의 변경이 발생할 때까지 공압식 동작 전기 스위치(pneumatically operable electrical switch)에 압력을 가할 수 있다. 이 같은 공압식 동작 전기 스위치를 디자인하기 위한 설명이 다음에 제공된다.

본 발명 배터리는 스위칭 상태의 변경 결과로 차단된 전기적 연결이 하우징을 개방할 필요없이 다시 만들어 질 수 있는 리세팅 장치를 포함한다는 점에서 종래기술과 구분된다.

다시 말해서, 상기 공압식 동작 전기 스위치는 하나의 극 스터드와 이 같은 극 스터드에 연결된 하나 이상의 전극 사이에 전기적 연결이 존재하는 제1 스위칭 상태 그리고 상기 전기적 연결이 차단되는 제2 스위칭 상태를 갖는다. 이 같은 리세팅 장치는 제2 스위칭 상태에서 제1 스위칭 상태로 스위치를 되돌릴 수 있도록 디자인되어야 하며, 차단된 전기적 연결이 하우징을 개방할 필요없이 다시 만들어 질 수 있다. 이 같은 방법에 따라, 조절된 방식에 따라 공압식 동작 전기 스위치가 이동된 뒤에 임계 상태인 배터리를 방전하는 것이 가능하다.

하나 이상의 공압식 동작 전기 스위치는 물리적으로 서로 분리되는 두 전기적 접촉 엘리먼트를 포함한다. 이 같은 접촉 엘리먼트 중 하나는 하나 이상의 양 전극 또는 하나 이상의 음 전극에 연결되며, 다른 접촉 엘리먼트는 제각기 극성이 해당하는 극 스터드에 연결된다. 특히 바람직한 실시 예에서, 접촉 엘리먼트 중 하나 이상은 또한 극 스터드의 일부 이거나 극 스터드 자체일 수 있다. 또한, 스위치는 전기 전도성 연결 엘리먼트를 포함하며, 이 같은 엘리먼트가 제1 상태(상기 제1 스위칭 상태에 해당하는 상태)에서 두 접촉 엘리먼트를 연결시키며, 압력의 증가로 인해, 제2 상태(상기 제2 스위칭 상태에 해당하는)로 이동될 수 있고 이와 같은 상태에서 하나 이상의 접촉 엘리먼트로의 접촉이 차단된다.

연결 엘리먼트는 쌍 안정 연결 엘리먼트인 것이 바람직하다. 한 안정된 연결 엘리먼트는 가능한 두 안정된 상태(이 경우 제1 상태 및 제2 상태)를 취할 수 있는 연결 엘리먼트를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 제1 상태에서 제2 상태로 스위칭하는 것은 제1 외부 펄스, 예를 들면 하우징 내 압력의 증가에 의해서만 가능하다. 스위치 전환 이후, 연결 엘리먼트는 제1 펄스가 더이상 연결 엘리먼트에 작용하지 않는 때도 제2 상태로 유지된다. 제1 상태로의 복귀는 상기 연결 엘리먼트가 제1 외부 펄스와는 다른 제2 외부 펄스, 예를 들면 초기 값 이하로 압력 강하가 있는 때 비로서 발생된다.

상기 연결 엘리먼트는 가스-불투과 박막, 특히 쌍 안정 가스-불투과 박막인 것이 좋다. 압력이 이 같은 종류의 박막 한 면에 가해지면, 박막은 압력이 가해지지 않은 면 방향으로 구부려진다. 상기 전기적 접촉 엘리먼트의 상응하는 배치가 있게되면, 그와 같은 과정에서 발생되는 형상은 상기 전기적 접촉 엘리먼트 사이의 전기적 연결 차단에 이르도록 할 수 있다.

쌍 안정 박막의 경우, 상기 박막은 압력으로 인해, 제1 상태, 예를 들면 볼록(또는 오목)한 상태로부터 제2 안정된 상태, 예를 들면 오목(또는 볼록)한 상태로 이동되며, 압력의 적용이 중단되는 때에도 그와 같이 이동된 상태를 유지하고 초기 압력이 재-설정된다.

하나 이상의 극 스터드는 상기 연결 엘리먼트에 의해 경게되는 빈공간을 갖는 것이 바람직하다. 따라서 이 같은 연결 엘리먼트는 극 스터드의 한 구성 부분이다. 특히, 공압식 동작 전기 스위치는, 상기에서 설명한 바와 같이, 접촉 엘리먼트 중 하나가 극 스터드 일부 또는 극 스터드 자체인 때 적어도 부분적으로 극 스터드와 일체로 된다고 말할 수 있다. 다시 말해서, 극 스터드는 공압식 동작 전기 스위치의 적어도 일부(제2 접촉 엘리먼트와는 별도로)를 포함한다.

빈 공간은 하우징 내에 배치된 극 스터드 일부 내에 배치되어서, 연결 엘리먼트가 본 발명에 따라 빈 공간을 배터리 하우징의 내부와 경계를 만들도록 하는 것이 바람직하다.

상기 연결 엘리먼트가 박막, 특히 쌍 안정 박막이라면, 상기 박막이 상기 정의된 제1 상태(또는 상기 제1 스위칭 상태)에서 내부로 볼록하게 구부려지고 상기 정의된 제2 상태(또는 제2 스위칭 상태)로의 전환 동안에 오목한 구성으로 변경되는 것이 바람직하며, 이때의 전환은 하우징 내 압력의 증가 결과이다. 하나 이상의 극 스터드와 이에 연결된 하나 이상의 전극 사이의 전기적 연결 차단은 이 같은 경우 발생 되며, 상기 접촉 엘리먼트 중 하나는 상기 박막이 제1 상태(볼록한 상태)인 때 박막과 접촉하도록 배치되는 것이 바람직하다.

상기 극 스터드는 리세팅 장치의 부분으로서 보어를 갖는 것이 바람직하며, 상기 보어는 빈 공간과 상기 박막을 하우징의 외부에 연결한다. 상기 보어는 연결 엘리먼트, 특히 박막을 상기 제2 상태로부터 제 1 상태로 이동시키도록 한다.

상기 리세팅 장치는 유체-동작(즉, 공압식 또는 수압식) 리세팅 장치 또는 기계적 리세팅 장치인 것이 바람직하다. 첫 번째 경우, 보어 및/또는 빈 공간은 작용 매체로서 유체 또는 가스로 채워진다. 제1 상태로의 복귀는 상기 작용 매체로 압력을 가함에 의해 가능해지며, 이는 하우징 외부로부터 용이하게 가능하게 된다. 두 번째 경우, 리세팅 장치가 보어 내에 장착되는 핀을 포함하며 이에 의해서 연결 엘리먼트가 제2 상태로부터 제1 상태로 이동될 수 있다. 이와 같이 하여, 예를 들면 바람직한 쌍 안정 박막이 압력의 증가 결과로, 오목한 구성으로부터 본래의 볼록한 구성으로 이 같은 종류의 핀에 의해 푸시될 수 있다.

핀의 일측 단은 연결 엘리먼트, 특히 박막에 고정되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 배터리는 스위칭 상태 변경 결과로 차단되는 전기적 연결을 표시하는 표시기 수단을 포함하는 것이 바람직하다. 바람직한 실시 예에서, 상기 핀이 이 같은 표시기 수단으로서 작용한다. 상기 핀은, 예를 들면, 배터리 내부 압력 증가 결과로 보어로부터 밖으로 푸시되는 도면에서 채색된 팁을 가질 수 있다.

본 발명에 따른 극 스터드는 상기 설명된 배터리의 한 구성 부분이며, 그러나 분리하여 거래될 수 있기도 하다. 상기 극 스터드는 다음과 같은 섹션으로 나눠진다.

- 두 마주하는 평평한 면을 갖는 헤드로서, 상기 헤드는 디스크 형상 또는 플레이트 형이며 평평한 면은 서로 평행한 것이 바람직한 헤드, 그리고

- 평평한 편 중 한 면으로부터 바깥으로 연장되는 축으로서, 원통형 및/또는 상기 평평한 면으로부터 수직으로 연장되는 축.

따라서, 헤드와 축은 함께 극 스터드의 메인 바디를 형성한다. 상기 헤드와 축은 금속, 특히 강철로부터 만들어지는 것이 좋으며, 다른 전도성 금속이 물론 베이스 재료로 사용될 수 있기도 하다.

상기 헤드와 축은 단일 편, 즉 동일 부분의 구성 부분으로 만들어지는 것이 좋다. 다시말해서, 메인 바디가 일체로 형성되고 헤드와 축이 메인 바디의 일부분을 형성한다.

극 스터드는 헤드 내 빈공간, 이 같은 빈공간과 경계가 되는 가스-불투과 박막, 그리고 상기 축을 통하는 한 통로 보어(bore)를 가지며, 상기 통로 보어는 자유 축 단부에서 시작하여 상기 빈공간 내로 이어짐을 특징으로한다. 이 같은 경우, 박막은 축으로부터 벗어난 평평한 면에서 빈공간과 경계가 되는 것이 바람직하다. 상기 통로 보어는 축 방향으로 축을 통과하는 것이 더욱 바람직하다.

상기 빈공간은 상기 통로 보어를 통하여 접근 가능한 것이 바람직하며 이를 제외하고는 가스-기밀 방식으로 밀봉된다.

상기 박막은 쌍 안정 가스-불투과 박막인 것이 바람직하다. 그 의미에 대하여는 이미 앞서 설명한 바와 같다. 상기 박막은 두 안정된 상태(볼록한 상태 및 오목한 상태)를 취할 수 있으며, 압력의 적용에 의해, 한 상태에서 압력을 가함이 중단되는 때에도 유지되고 그리고 초기 압력이 재-설정되는 되는 다른 상태로 이동될 수 있다.

상기 설명된 바와 같이, 쌍 안정 박막은 공압식 동작 전기 스위치의 연결 엘리먼트로서 작용할 수 있으며, 이때 안정된 상태 중 하나가 제1 스위칭 위치에 해당하고 다른 안정된 상태는 제2 스위칭 위치에 해당한다. 따라서 상기 쌍 안정 가스-불투과 박막을 갖는 극 스터드는 이 같은 종류의 스위치 일부가 될 수 있다. 상기 헤드와 축을 포함하는 메인 바디는 이 같은 경우 스위치의 앞서 언급한 두 전기 접촉 엘리먼트 중 하나로서 작용한다.

바람직한 실시 예에서, 본 발명에 따른 극 스터드는 또한 스위치의 상기 전기적 접촉 엘리먼트 두 번째 엘리먼트를 또한 포함한다. 이와 같은 실시 예에서, 극 스터드는 그 자신이 공압적 동작 전기 스위치로서 작용할 수 있다. 다시 말해서, 본 발명의 주요 사상은 극 스터드 형태의 공압적 동작 전기 스위치이기도 하다. 이 같은 목적으로, 극 스터드는 예를 들면 상기 극 스터드의 헤드위에 위치하는 그리고 상기 제2 전기적 접촉 엘리먼트를 형성하는 또는 제2 접촉 엘리먼트가 일체로 되는 캡을 가질 수 있다. 이 같은 캡은 특히 컵 또는 사발 형상인 것이 특히 바람직하며 전기적 비-전도성 재료로 만들어지고, 제2 접촉 엘리먼트가 일체로 되는 베이스를 가진다.

상기 극 스터드는 보어 내에 장착되며 박막에 직접 안착하는 핀을 포함한다. 상기 설명에 따라, 상기 핀은 압력 증가 결과로 받아들여지는 볼록한 구성으로부터 본래의 오목한 구성으로 박막을 푸시하기 위한 리세팅 수단으로서 작용할 수 있다.

또 다른 바람직한 실시 예어서, 상기 극 스터드는 축 바깥으로 나사선을 포함한다.

상기 극 스터드가 상기 설명된 배터리의 한 구성 부분인 때, 특히 앞서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리의 하우징 벽을 통해 보어(bore) 또는 양자택일의 통로를 통하여 통과하는 때, 헤드가 하우징 내에 배치되는 것이 바람직하며, 축의 적어도 일부분, 특히 나사선이 제공된 축의 부분이 하우징의 외부에 배치된다. 역시 앞서 설명한 바와 같이, 상기 극 스터드를 고정시키기 위해 너트가 상기 나사선으로 끼워질 수 있다.

본 발명의 또 다른 특징 및 이 같은 특징으로부터의 장점이 도면을 참고로 다음에서 설명된다. 본원 명세서에서 설명된 본 발명에 따른 방법의 모든 선택적인 특징은 우선 스스로 실현될 수 있으며, 또한 본 발명의 하나 또는 둘 이상의 다른 특징과 조합하여 실현될 수 있기도 하다. 하기에 설명된 바람직한 실시 예는 본 발명에 대한 설명 및 이해를 목적으로 하는 것이지 어떠한 경우에도 본 발명을 제한하는 것으로 해석되서는 안된다.

도 1a는 압력이 증가하기 전 상태를 도시한 도면.
도 1b는 하우징(102) 내 압력 증가 후 상태를 도시한 도면.
도 1c는 다음 단계로서, 압력이 외부로부터 동작 매체로 적용되면, 박막(106)이 빈공간(105)으로부터 다시 푸시되어 다시 접촉부(108)에 닿게 됨을 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 강철 극 스터드(200)의 한 실시 예를 도시한 도면.

도 1은 본 발명에 따른 배터리(100)의 바람직한 실시 예의 공압에 의해 동작하는 전기 스위치의 트리핑 그리고 리세팅 장치에 의해 상기 배터리의 리세팅을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1a는 압력이 증가하기 전 상태를 도시한다. 양극 스터드(positive pole stud)(101)는 하우징(102)을 통해 통과되며 전위차계(103)를 통해 음극 스터드(104)에 전기적으로 연결된다. 전류는 두 극 스터드 사이를 흐른다. 상기 도면은 양극 스터드(101) 내에 배치된 빈공간(105)을 명백히 도시하며 금속, 가스-불투과 박막(106)에 의해 하우징(102) 내부와 구분된다. 빈공간(105)은 보어(107)에 의해 하우징(102)의 외부에 연결된다. 박막(106)은 하우징(102) 내에 배치된 리튬-이온 셀의 양전극(positive electode)에 연결된 전기적 접촉부(108)에 닿아 있다.

도 1b는 하우징(102)내 압력 증가 후 상태를 도시한다. 박막(106)이 압력 증가로 인해 빈공간 내로 구부려진다. 하우징 내 양 전극으로의 전기적 접촉이 차단된다. 따라서, 전위차계에 의해 표시된 전압은 제로(0)이다.

다음 단계(도 1c)에서, 압력이 외부로부터 동작 매체로 적용되면, 가령 빈공간(105)내에 그리고 보어(107)내에 위치하는 공기로 적용되면, 박막(106)이 빈공간(105)으로부터 다시 푸시되어 다시 접촉부(108)에 닿게 된다. 따라서 결과적으로 컨트롤 방식으로 도시된 배터리(100)를 방전하는 것이 가능하다.

도 2는 본 발명에 따른 강철 극 스터드(pole stud)(200)의 한 실시 예를 도시한 도면이다. 상기 극 스터드는 디스크 형상 헤드(201)와 자유 축단(203)을 갖는 축(202)으로 나눠진다. 상기 헤드(201)는 두 마주하는 평평한 면, 상부 면(204)과 저부 면(205)을 갖는다. 상기 축(202)은 상기 평평한 면(204)의 중앙으로부터 수직으로 연장되며 원통형인 것이 좋다. 상기 축은 또한 필요에 따라 자유단(203) 방향으로 원추형으로 테이퍼 되기도 한다. 필요에 따라 나사선(206)이 축의 일부 섹션에서 만들어지기도 한다. 의도된 대로 사용되는 때, 축(202)은 배터리 하우징 내 구멍을 통해 내부에서 외부로 통과되며, 상기 구멍은 이 같은 목적을 갖는 것이며, 적절한 너트로 배터리 외부에 고정된다.

디스크 형상이며 축(202)으로부터 벗어난 평평한 면에서 외부로부터 금속, 가스-불투과 박막(208)에 의해 경계가 되는 빈공간(207)은 헤드 내에 위치한다. 상기 박막의 한 면은 금속 접촉 엘리먼트(209)와 직접 접촉하며, 금속 접촉 엘리먼트는 평평한 면(204)과는 별도로, 헤드(201)에 위치하며 헤드를 완전히 커버하는 컵 또는 사발 형상의 비-전도성 캡(210)의 베이스와 일체로 된다. 반면에, 박막(204)은 극 스터드(200)에 메인 바디에 전기적으로 연결된다. 빈공간(207)으로부터 벗어난 박막(204)의 면에서 압력이 증가하는 때, 박막(204)은 빈공간으로 구부려 질 수 있다. 이는 결국 차단되었던 박막(204)과 접촉 엘리먼트(208) 사이의 접촉을 만들게 된다.

축(202)의 자유단(203)에서, 상기 축으로 들어가며 빈공간(207)내로 이어지는 축 방향 보어(211)는 축(202) 내에 위치한다. 핀(212)은 축 보어(210) 내에 장착되며, 상기 핀의 한 단부가 빈공간(207) 내로 돌출하고 여기서 박막(204)에 직접 안착한다. 상기 핀의 다른 한 단부는 채색 부분(213)으로 표시된다. 박막(204)이 빈공간으로 구부려지면, 핀(212)의 상기 채색 부분(213)이 보어(211)로부터 푸시되며 극 스터드(200)에 일체로 된 공기압 동작 스위치가 이동하였음을 표시한다. 만약 핀(212)이 보어(211) 내로 다시 푸시되면, 박막(204)은 빈공간(207)으로부터 다시 푸시될 것이며, 접촉 엘리먼트(208)와의 직접 접촉이 다시 만들어지도록 한다.

Claims

하우징,
하나 이상의 양 전극과 음 전극을 가지며 상기 하우징 내에 배치되는 하나 이상의 개별 셀,
하우징을 통과하며 하나 이상의 양 전극에 전기적으로 연결되는 양극 스터드 및/또는 하우징을 통과하며 하나 이상의 음 전극에 전기적으로 연결되는 음극 스터드, 그리고
공압으로 동작할 수 있으며, 임계값 이상으로 하우징 내 압력 증가 경우에 스위칭 상태를 변경하고, 그와 같은 과정에서, 하나 이상의 극 스터드와 이 같은 극 스터드에 연결된 하나 이상의 전극 사이의 전기적 연결을 차단시키는 하나 이상의 전기적 스위치를 포함하는 배터리에 있어서,
스위칭 상태의 변경 결과로 차단되는 전기적 연결이 하우징을 개방할 필요없이 다시 만들어 질 수 있는 리세팅 장치를 포함하며,
상기 양극 스터드와 음극 스터드 중 적어도 하나는,
두 개의 마주하는 평평한 면을 갖는 헤드,
평평한 면 중 하나로부터 연장되고 자유 축단을 갖는 한 축,
헤드 내 빈공간,
이 같은 빈공간과 경계가 되는 가스-불투과 박막, 그리고
상기 축을 통하는 한 통로 보어(bore)를 가지며,
상기 통로 보어는 상기 빈공간 내로 이어짐을 특징으로 하는 배터리.
제1항에 있어서, 하나 이상의 스위치는, 서로 물리적으로 분리되어 있는 2개의 전기적 접촉 엘리먼트와, 전기 전도성이며 쌍안정인 하나의 연결 엘리먼트를 포함하며, 상기 연결 엘리먼트는 제 1 상태에서 2개의 접촉 엘리먼트를 연결하고, 압력 증가로 인해, 상기 접촉 엘리먼트 중 적어도 하나와의 접촉이 차단되는 제 2 상태로 이동하는 것을 특징으로 하는 배터리.
제2항에 있어서, 상기 연결 엘리먼트가 가스-불투과 박막임을 특징으로 하는 배터리.
제3항에 있어서, 상기 극 스터드가 박막에 의해 부분적으로 경계가 되는 빈공간을 가짐을 특징으로 하는 배터리.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 극 스터드가 리세팅 장치의 일부로서 한 보어를 가지며, 상기 보어가 빈공간과 박막을 하우징의 외부에 연결시킴을 특징으로 하는 배터리.
제1항에 있어서, 상기 리세팅 장치가 유체-동작 리세팅 장치 또는 기계적 리세팅 장치임을 특징으로 하는 배터리.
제5항에 있어서, 상기 리세팅 장치는 보어 내에 장착되는 핀을 포함하고, 상기 핀에 의해 연결 엘리먼트가 제2 상태에서 제1 상태로 이동될 수 있음을 특징으로 하는 배터리.
제1항에 있어서, 스위칭 상태 변경 결과로 차단되는 전기적 연결을 표시하는 표시 수단을 포함함을 특징으로 하는 배터리.
제7항에 있어서, 보어를 통해 연결 엘리먼트를 제 2 상태로부터 제 1 상태로 이동시킬 수 있는 핀이 표시 수단으로 기능하거나 표시 수단을 제어함을 특징으로 하는 배터리.
두 개의 마주하는 평평한 면을 갖는 헤드, 그리고
평평한 면 중 하나로부터 연장되고 자유 축단을 갖는 한 축을 포함하는,
제1항에 따른 배터리를 위한 극 스터드에 있어서,
헤드 내 빈공간, 이 같은 빈공간과 경계가 되는 가스-불투과 박막, 그리고 상기 축을 통하는 한 통로 보어(bore)를 가지며, 상기 통로 보어는 상기 빈공간 내로 이어짐을 특징으로 하는 배터리용 극 스터드.
제10항에 있어서,
핀이 보어 내에 장착되고 박막상에서 직접 안착함을 특징으로 하는 배터리용 극 스터드.
제10항 또는 11항에 있어서, 축의 외부에서 나사선을 가짐을 특징으로 하는 배터리용 극 스터드.