이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 전기자동차용 2차 전지의 안전 스위치 및 이를 이용한 전기자동차용 2차 전지의 충방전 시스템을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.

도 2는 2차 전지의 팽창현상의 개념도이며, 도 3은 본 발명의 전기자동차용 2차 전지의 안전 스위치의 절단부재를 나타낸 측면도이며, 도 4의 (a)는 본 발명의 전기자동차용 2차 전지의 안전 스위치의 피절단부재를 나타낸 측면도이며, 도 4의 (b)는 본 발명의 전기자동차용 2차 전지의 안전 스위치의 피절단부재의 정면도이며, 도 5는 본 발명의 전기자동차용 2차 전지의 안전 스위치의 측면도이며, 도 6의 (a)는 본 발명의 전기자동차용 2차 전지의 안전 스위치의 정상상태를 나타내는 상태도이며, 도 6의 (b)는 본 발명의 전기자동차용 2차 전지의 안전 스위치의 동작 상태를 나타내는 상태도이며, 도 7은 본 발명의 전기자동차용 2차 전지의 안전 스위치의 피절단부재가 2차 전지에 안착된 상태를 나타내는 개념도이며, 도 8은 본 발명의 전기자동차용 2차 전지의 안전 스위치가 전기자동차용 모터와 충전제어 회로에 연결된 상태를 나타내는 개념도이다.

먼저, 도 2를 참조하여 2차 전지(10)의 팽창현상에 대하여 설명하면 다음과 같다.

다음, 도 2의 (a)는 2차 전지(10)의 정면도를 도시한 것이며, 도 2의 (b)는 상기 2차 전지(10)의 측면을 도시한 것이며, 도2의 (c)는 상기 2차 전지(10)가 과 충전, 단락, 역 접속 등 오작동으로 스웰링 현상이 발생하여 상기 2차 전지(10)가 팽창한 상태를 도시한 것이다.

다음, 상기 2차 전지(10)는 밀폐구조로 이루어진다. 상기 밀폐구조의 특성상 상기 2차 전지(10)가 과 충전, 단락, 역 접속, 열노출 등의 과도한 상태에 놓이게 되면 상기 2차 전지(10)의 내부에 가스가 발생하여 상기 2차 전지(10)가 팽창하며 팽창이 지속되면 상기 2차 전지(10)는 내부의 전해액 등 화학물질이 유출 되거나 그 정도가 심한 경우 발화 및 폭발이 발생할 수 있다.

다음, 전술한 2차 전지(10)의 팽창현상을 방지하기 위한 본 발명에 따른 전기자동차용 2차 전지의 안전 스위치(100)에 대하여 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 전기자동차용 2차 전지의 안전 스위치(100)는 절단체(112)를 구비하는 절단부재(110) 및 상기 절단부재(110)의 절단체(111)에 의해 절단되는 피절단체(123)가 구비되는 피절단부재(120); 를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 절단부재(110)는 절단체 지지부(111) 및 상기 절단체 지지부(111)로부터 외측방향으로 돌출되며 단부가 날(113)로 이루어지는 절단체(112)를 포함하여 구성된다.

또한, 상기 피절단부재(120)는 상기 다른 2차 전지(20)에 부착되며 상기 절단체(112)가 삽입되는 절단체 삽입홈(122)이 구비되는 피절단체 지지부(121) 및 상기 피절단체 지지부(121)에 전면에 적층되며 판상의 중앙에 상기 절단체(112)에 의해 절단부(124)가 절단되는 피절단체(123)를 포함하여 구성된다.

이때, 상기 피절단체(123)는 상기 절단체(112)와 폭이 동일하게 구비되며 절단 또는 융단이 용이하도록 복수개의 홀(125) 또는 노치가 형성되며 상기 홀(125)은 마름모 형태인 것이 바람직하다.

또한, 상기 피절단체(123)는 융단이 용이하도록 융점이 낮은 물질로 이루어지는 것이 바람직하다.

다음, 전술한 구성을 가지는 전기자동차용 2차 전지의 안전 스위치(100)는 적어도 둘 이상의 2차 전지(201)가 전기적으로 연결되어 구성되는 전기자동차용 2차 전지(200) 사이에 설치되어 전기자동차용 2차전지의 안전장치로 이용된다.

*도 6 내지 도 7을 참조하여 상기 전기자동차용 2차 전지의 안전 스위치(100) 가 2차 전지들 사이에 삽입된 상태 및 작동에 대하여 설명한다.

도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 전기자동차용 2차 전지의 안전 스위치(100)의 절단부재(110)는 어느 하나의 2차 전지(10)의 일면에 부착되며 상기 피절단부재(120)는 상기 절단부재(110)와 마주보는 다른 2차 전지(20)의 일면에 부착되어진다.

이때, 상기 어느 하나의 2차 전지(10) 및 다른 2차 전지(20)는 적어도 둘 이상의 2차 전지가 적층되는 전기자동차용 2차 전지(200) 중 2개의 2차 전지에 적용된 예에 대한 것이다.

다음, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 피절단부재(120)는 상기 피절단체(123)의 상부가 상기 어느 하나의 2차 전지(20)의 양극(21)과 제 1 연결선(30)에 의해 연결되고 상기 피절단체(123)의 하부가 상기 다른 2차 전지(20)의 음극(22)과 제 2 연결선(40)에 의해 연결된다.

다음, 상기 어느 하나의 2차 전지(10) 및 다른 2차 전지(20)의 과 충전, 열 노출, 단락 및 역 접속 상황으로 인한 스웰링 현상에 의해 팽창이 발생하면 상기 전기자동차용 2차 전지의 안전 스위치(100)는 작동된다.

도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 스웰링 현상에 의해 팽창되는 어느 하나의 2차 전지(10) 및 다른 2차 전지(20)에 의해 상기 절단부재(110) 및 피절단부재(120)는 근접하게 된다.

다음, 상기 절단부재(110) 및 피절단부재(120)의 근접으로 인해서 상기 절단부재(110)에 구비되어 있는 날(113)이 구비된 절단체(112)는 상기 피절단부재(120)의 피절단체(123)의 절단부(124)를 절단하고 상기 절단체 삽입홈(122)에 삽입된다.

다음, 상기 절단부(124)가 절단되어 상기 어느 하나의 2차 전지(10)와 다른 2차 전지(20)는 전기적인 연결이 차단되어 상기 전기자동차용 2차 전지(200)는 전력 공급을 멈추게 되고 상기 어느 하나의 2차 전지(10) 및 다른 2차 전지(20)의 스웰링 현상을 차단하여 2차 전지의 폭발 및 발화를 방지한다.

한편, 상기 피절단체(123)는 상기 전기자동차용 2차 전지(200)의 충방전 시스템 회로의 연결부에 단락전류가 발생하면 이를 감지하여 융단된다.

다음, 상기 융단에 대하여 설명하면 다음과 같다. 상기 단락전류의 발생으로 인하여 상기 다른 2차전지(20)에 이상이 발생하지 않도록 상기 피절단체(123)의 절단부(124)는 융단되어 상기 제 1 연결선(30) 및 제 2 연결선(40)에 의해 연결된 상기 다른 2차 전지(20)의 양극(21) 및 음극(22)의 연결을 차단하여 상기 다른 2차 전지(20)의 작동을 중단시킨다.

또한, 상기 절단부재(110) 및 피절단부재(120)의 전면은 상기 피절단체(123)의 절단 시 발생되는 전기적인 불꽃 확산현상을 방지하기 위하여 난연성 절연물 혹은 열과 불꽃을 흡수하는 재질로 도포되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 피절단체(123)는 절단 및 융단 시 발생되는 과열 및 융단시 발생되는 열과 불꽃을 흡수하는 물질로 보호되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 열과 불꽃을 흡수하는 물질은 상기 피절단체(123)의 융단으로 발생하는 순간적인 아크열을 흡수하며 액화 및 전류소호 역할을 하는 규사(SiO ₂ )가 되는 것이 바람직하다.

다음, 전술한 전기자동차용 2차 전지의 안전 스위치(100)를 이용한 전기자동차용 2차전지의 충방전 시스템에 대해서 도 8을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 8에 도시된 바와 같이, 전기자동차에 전원을 공급하는 적어도 둘 이상의 2차 전지(201)가 적층되어 구성되는 전기자동차용 2차 전지(200); 상기 전기자동차용 2차 전지(200)에 의해 발생되는 전력이 충전되는 충전부(220); 상기 전기자동차용 2차 전지(200)로부터 전력을 전달받아 동력을 발생하는 구동모터(240); 상기 구동모터(240)의 속도 및 방향을 제어하는 인버터부(230); 상기 전기자동차용 2차 전지(200)와 구동모터(240)의 연결을 제어하는 배터리 릴레이부(210); 상기 전기자동차용 2차 전지(200)를 구성하는 2차 전지들 사이에 적어도 하나 이상 구비되며, 상기 전기자동차용 2차 전지(200)의 스웰링 현상에 의한 변위에 따라 상기 2차 전지들의 전기적 연결 차단 작동을 제어하는 전기자동차용 2차 전지의 안전 스위치(100);를 포함하여 구성된다.

다음, 상기 전기자동차용 2차 전지(200)는 상기 구동모터(240)에 구동 전력을 공급하며 상기 전기자동차용 2차 전지(200)와 상기 구동모터(240)는 회로로 연결되어 있으며 이 회로 사이의 연결은 상기 배터리 릴레이부(210)에 의해 제어된다.

다음, 상기 배터리 릴레이부(210)는 제 1 배터리 릴레이(211) 및 제 2 배터리 릴레이(212)의 쌍으로 이루어진다.

다음, 상기 배터리 릴레이부(210)는 상기 구동모터(240)에 전력을 공급하도록 제어하며 상기 전기자동차용 2차 전지(200)에서 발생되는 전력을 상기 충전부(220)에 충전하도록 한다.

다음, 상기 구동모터(240)는 상기 충전부(220)에 충전되어 있는 상기 전기자동차용 2차 전지(200)에서 발생한 전력을 전달받아 구동된다.

다음, 상기 인버터부(230)는 상기 구동모터의 속도 및 방향을 제어하도록 4개의 인버터로 구성된다.

여기서, 상기 인버터부(230)는 설명의 이해를 돕기위해 4개의 인버터를 이용했지만 상기 구동모터(240)의 작동 상태 및 크기에 따라 변형될 수 있는 것이 바람직하다.

다음, 상기 배터리 릴레이부(210)에 의해 제어되며 상기 구동모터(240)에 전력을 공급하고 상기 인버터부(230)에 의해 상기 구동모터(240)가 제어되고 상기 전력이 상기 충전부(220)에 충전되는 과정에서 과충전, 역접속, 열노출, 단락의 오작동으로 인해서 상기 전기자동차용 2차전지(200)를 구성하는 하나 이상의 2차 전지(201)에 설정값 이상의 변위가 발생하거나 과도한 단락전류가 흐르면 상기 전기자동차용 2차 전지의 안전 스위치(100)가 작동된다.

다음, 상기 전기자동차용 2차 전지의 안전 스위치(100)는 스웰링 현상에 의해 상기 전기자동차용 2차 전지(200)에 설정값 이상의 변위가 가해지면 상기 피절단체(123)가 절단되고 상기 전기자동차용 2차 전지(200)에 과도한 단락전류가 흐르면 융단되어 상기 전기자동차용 2차 전지(200)와 상기 구동모터(240)의 회로 연결을 직접 차단한다.