(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気自動車に電源を供給する一つ以上の２次電池が積層されて構成される電気自動車用２次電池（１１０）と、
前記電気自動車の動力を発生する駆動モーター（１４０）と、
前記電気自動車用２次電池（１１０）と前記駆動モーター（１４０）の連結及び前記駆動モーター（１４０）の電力を制御するバッテリー制御器（８０）と、
前記バッテリー制御器（８０）に連結され、前記電気自動車用２次電池（１１０）に設定値以上の変位が発生すると破裂される前記電気自動車用２次電池（１１０）のラプチャースイッチ（９０−１）とを備え、
前記ラプチャースイッチ（９０−１）は、前記電気自動車用２次電池（１１０）と前記駆動モーター（１４０）を連結するリレーを制御し、前記電気自動車用２次電池（１１０）に設定値以上の変位が発生すると破裂される破裂部（６０）を含むことを特徴とする、スイッチを利用した電気自動車用２次電池の安全装置。
【請求項２】
前記電気自動車用２次電池（１１０）と前記駆動モーター（１４０）を連結するリレーは、前記ラプチャースイッチ（９０−１）に連結され、前記バッテリー制御器（８０）により制御されるバッテリーリレーコイル部（１００）と、
前記バッテリーリレーコイル部（１００）により、前記電気自動車用２次電池（１１０）と前記駆動モーター（１４０）の連結を制御するバッテリーリレー接点部（１０５）と、
を含んで構成されることを特徴とする、請求項１に記載のスイッチを利用した電気自動車用２次電池の安全装置。
【請求項３】
前記バッテリーリレー接点部（１０５）は、第１のバッテリーリレー接点部（１０６）及び第２バッテリーリレー接点部（１０７）が対をなして構成されて、前記バッテリーリレー接点部（１０５）は、第１のバッテリーリレー接点部（１０６）及び第２のバッテリーリレー接点部（１０７）が、前記バッテリー制御器（８０）の出力部（８１）から出力される制御出力数によって、複数のバッテリーリレーコイル部（１００）により独立的に作動されることを特徴とする、請求項２に記載のスイッチを利用した電気自動車用２次電池の安全装置。
【請求項４】
前記駆動モーター（１４０）側には、前記電気自動車用２次電池（１１０）により発生する電力が充電される充電部（１２０）と、前記駆動モーター（１４０）の速度及び方向を制御するインバーター部（１３０）とを含んで構成されることを特徴とする、請求項１に記載のスイッチを利用した電気自動車用２次電池の安全装置。
【請求項５】
前記バッテリー制御器（８０）は、前記電気自動車用２次電池（１１０）に設定値以上の変位が加えられた時に発生する前記ラプチャースイッチ（９０−１）の破裂を感知して、電気自動車に警告信号を送ることを特徴とする、請求項１に記載のスイッチを利用した電気自動車用２次電池の安全装置。
【請求項６】
前記ラプチャースイッチ（９０−１）は、前記電気自動車用２次電池（１１０）を構成する２次電池の数によって、一つ以上の前記ラプチャースイッチ（７０−１、７０−２〜７０−ｎ）を前記２次電池の外部に付着、前記２次電池の間に設置、または別に備えられた２次電池固定構造物に固定し、さらに備えることができることを特徴とする、請求項１に記載のスイッチを利用した電気自動車用２次電池の安全装置。
【請求項７】
電気自動車用２次電池のラプチャースイッチを利用した電気自動車用２次電池の保護方法において、
電気自動車のバッテリー制御器（８０）から制御信号を伝送し、電気自動車用２次電池（１１０）と駆動モーター（１４０）の連結及び前記駆動モーター（１４０）の電力を制御する段階（Ｓ１０）と、
前記電気自動車用２次電池（１１０）に設定値以上の変位が発生すると前記ラプチャースイッチ（９０−１）が破裂される段階（Ｓ２０）と、
前記ラプチャースイッチ（９０−１）のスイッチ引き出し線を介して、前記ラプチャースイッチ（９０−１）に含まれる破裂部の破裂をバッテリーリレーコイル部（１００）が感知して遮断制御信号を出力する段階（Ｓ３０）と、
前記バッテリーリレーコイル部（１００）から磁気的な信号系統を通じて、前記遮断制御信号がバッテリーリレー接点部（１０５）に伝達され、前記バッテリーリレー接点部（１０５）が制御される段階（Ｓ４０）と、
前記バッテリーリレー接点部（１０５）により、前記電気自動車用２次電池（１１０）と、前記電気自動車に動力を伝達する駆動モーター（１４０）とを連結するリレーを制御する段階（Ｓ５０）と、
を含んで構成されることを特徴とする、スイッチを利用した電気自動車用２次電池の保護方法。
【請求項８】
前記電気自動車用２次電池（１１０）と前記駆動モーター（１４０）を連結するリレーは、前記ラプチャースイッチ（９０−１）に連結され、前記バッテリー制御器（８０）により制御されるバッテリーリレーコイル部（１００）と、
前記バッテリーリレーコイル部（１００）により、前記電気自動車用２次電池（１１０）と前記駆動モーター（１４０）の連結を制御するバッテリーリレー接点部（１０５）と、を含んで構成されることを特徴とする、請求項７に記載のスイッチを利用した電気自動車用２次電池の保護方法。
【請求項９】
前記バッテリーリレー接点部（１０５）は、第１のバッテリーリレー接点部（１０６）及び第２のバッテリーリレー接点部（１０７）が対をなして構成されて、前記バッテリーリレー接点部（１０５）は、第１のバッテリーリレー接点部（１０６）及び第２のバッテリーリレー接点部（１０７）が、前記バッテリー制御器（８０）の出力部（８１）から出力される制御出力数によって、複数のバッテリーリレーコイル部（１００）により独立的に作動されることを特徴とする、請求項８に記載のスイッチを利用した電気自動車用２次電池の保護方法。
【請求項１０】
前記駆動モーター（１４０）側には、前記電気自動車用２次電池（１１０）により発生する電力が充電される充電部（１２０）と、前記駆動モーター（１４０）の速度及び方向を制御するインバーター部（１３０）と、を含んで構成されることを特徴とする、請求項７に記載のスイッチを利用した電気自動車用２次電池の保護方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２次電池の防爆安全装置に関し、より詳細には、電気自動車用大容量リチウムポリマー電池の使用において、過充電、短絡、逆接続及び熱露出などの非正常的な使用状態により２次電池の膨張(swelling)が発生し、前記２次電池の膨張程度が設定値に到達した場合、前記２次電池の外部に付着されたスイッチまたはラプチャースイッチが作動し、前記２次電池とモーターを連結するパワーリレー回路を動作させることによって、非正常的な使用条件により発生する前記２次電池の爆発及び発火を防止することができる２次電池の防爆安全装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、２次電池は、再充電が可能で、大容量化が可能であって、代表的なものとして、ニッケルカドミウム、ニッケル水素及びリチウムイオン電池などがある。この中で、前記リチウムイオン電池は、長寿命、高容量などの優れた特性により、次世代動力源として注目を浴びている。ところが、リチウムイオン電池は、過充電、短絡、逆接続、熱露出など、非正常的な使用環境に露出される場合、電池内部に電気化学的な作用によるガスが発生し、電池内圧が上昇する。電池の内圧上昇により電池が膨張するようになって、特に過充電など、非正常的な使用時間が持続される場合、電解液や活物質が一部分解されて、電池内部及び温度が急上昇し、爆発や火災を引き起こす恐れがある。
【０００３】
上記のような理由で、前記２次電池の安全性を検証するために、過充電、過放電、短絡、逆接続などの試験だけではなく、高温保管試験、熱衝撃試験、熱露出試験など、多様な熱的安定性試験を行うことになる。このような熱的安全性試験条件で電池の爆発、発火があってはいけない。
【０００４】
前記２次電池の安全性を改善しようとする試みが今まで非常に多様に進行されており、電池ケースの破裂部を通じて、前記２次電池内部で発生したガスを排出するか、電池内部に破裂ディスクを利用して電池回路を直接遮断する方法が開発されている。この場合、過充電などの状況でガスが発生し、内圧が設計値を上回る場合、密封部が破裂されるか電池の電源が遮断される形態で内圧解消及び安全性を確保するようになるが、破裂時に発生したスパークが点火源として作用し、爆発及び発火の原因になる問題点がある。
【０００５】
図１(ａ)は、従来の２次電池安全装置の断面図である。図１(ａ)に示されたように、２次電池４は、ケース２と電極組立体３から構成され、２次電池用パック１により収納される。前記２次電池用パック１の内部に針状の突出部５が備えられて、前記２次電池４の過充電、短絡、逆電圧などの状況が発生する場合、前記２次電池４の内部温度が上昇し、前記２次電池４内部の電解液及び活物質などがガス状態に変化して、前記２次電池４の膨張現象が発生し、前記２次電池４が膨らむようになる。
【０００６】
前記２次電池４が、設定された値以上に膨張すると、針状突出部５により前記２次電池４の密封が破裂される構造によって前記２次電池の爆発及び発火を防止する。
【０００７】
前記突出部５をもって前記２次電池４を保護する従来技術は、追加的な生産工程が要求されて生産性が劣り、破裂の信頼度を保証し難い問題点がある。
【０００８】
また、積層部が密封性と破裂性とを同時に持たなければならないという矛盾が存在する。
【０００９】
また、電池の内圧による密封部の破裂は、有害ガスを排出させて、付近に設けられた電子回路の損傷及び人体にも有害な影響を与えてしまう問題点がある。
【００１０】
特に、パウチ型２次電池の場合、ケースがアルミニウムなどの金属材とポリマー樹脂などの樹脂材とが混合された柔軟性薄板からなっているため、従来技術による安全装置の構成が難しい問題点がある。
【００１１】
図１(ｂ)は、従来のラプチャーディスク型２次電池安全装置の断面図である。図１(ｂ)に示されたように、円筒形２次電池の上部にガス排出孔７が備えられて、ラプチャーディスク９によりキャップカバー６とキャップ８が隔離される。前記円筒形２次電池の内部圧力が上昇すると、前記ガス排出孔７を通じて前記ラプチャーディスク９に内部圧力が伝達されて、設定された値以上の内部圧力が伝達されると、前記ラプチャーディスク９が破裂されつつ、ガスが放出され、前記円筒形２次電池の電源を遮断する構造により、前記２次電池の爆発及び発火を防止する。
【００１２】
前記ラプチャーディスク９を利用した従来技術は、ディスク破裂及び作動時、有害ガスを排出して、前記ラプチャーディスク９の破裂時に発生するスパークが排出ガスの点火源として作用し、火災及び爆発を引き起こす問題点がある。また、高電圧、大電流が流れる自動車用２次電池の場合、直接的な電池回路の遮断に技術的な限界がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、上記のような問題点を解決するために案出されたもので、本発明は、電気自動車用２次電池の使用時、過充電、短絡及び熱露出状況で、前記電気自動車用２次電池の内圧が上昇して膨張する現象による破裂及び有害ガス排出による爆発、火災を防止することができる、スイッチを利用した電気自動車用２次電池の安全装置及び保護方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の電気自動車用２次電池の防爆安全装置は、電気自動車に電源を供給する一つ以上の２次電池が積層されて構成される電気自動車用２次電池１１０と、前記電気自動車の動力を発生する駆動モーター１４０と、前記電気自動車用２次電池１１０と前記駆動モーター１４０の連結及び前記駆動モーター１４０の電力を制御するバッテリー制御器８０と、前記バッテリー制御器８０に連結され、前記電気自動車用２次電池１１０に設定値以上の変位が発生すると破裂される前記電気自動車用２次電池１１０のラプチャースイッチ９０−１とを備え、前記ラプチャースイッチ９０−１は、前記電気自動車用２次電池１１０と前記駆動モーター１４０を連結するリレーを制御し、前記電気自動車用２次電池（１１０）に設定値以上の変位が発生すると破裂される破裂部（６０）を含むことを特徴とする。
【００１５】
また、前記電気自動車用２次電池１１０と前記駆動モーター１４０を連結するリレーは、前記ラプチャースイッチ９０−１に連結され、前記バッテリー制御器８０により制御されるバッテリーリレーコイル部１００と、前記バッテリーリレーコイル部１００により、前記電気自動車用２次電池１１０と前記駆動モーター１４０の連結を制御するバッテリーリレー接点部１０５と、を含んで構成されることを特徴とする。
【００１６】
また、前記バッテリーリレー接点部１０５は、第１のバッテリーリレー接点部１０６及び第２バッテリーリレー接点部１０７が対をなして構成されて、前記バッテリーリレー接点部１０５は、第１のバッテリーリレー接点部１０６及び第２のバッテリーリレー接点部１０７が、前記バッテリー制御器８０の出力部８１から出力される制御出力数によって、複数のバッテリーリレーコイル部１００により独立的に作動されることを特徴とする。
【００１７】
また、前記駆動モーター１４０側には、前記電気自動車用２次電池１１０により発生する電力が充電される充電部１２０と、前記駆動モーター１４０の速度及び方向を制御するインバーター部１３０とを含んで構成されることを特徴とする。
【００１８】
また、前記バッテリー制御器８０は、前記電気自動車用２次電池１１０に設定値以上の変位が加えられた時に発生する前記ラプチャースイッチ９０−１の破裂を感知して、電気自動車に警告信号を送ることを特徴とする。
【００１９】
前記ラプチャースイッチ９０−１は、前記電気自動車用２次電池１１０を構成する２次電池の数によって、一つ以上の前記ラプチャースイッチ７０−１、７０−２〜７０−ｎを前記２次電池の外部に付着、前記２次電池の間に設置、または別に備えられた２次電池固定構造物に固定し、さらに備えることができることを特徴とする。
【００２０】
また、電気自動車用２次電池のラプチャースイッチを利用した電気自動車用２次電池の保護方法において、電気自動車のバッテリー制御器８０から制御信号を伝送し、電気自動車用２次電池１１０と駆動モーター１４０の連結及び前記駆動モーター１４０の電力を制御する段階Ｓ１０と、前記電気自動車用２次電池１１０に設定値以上の変位が発生すると前記ラプチャースイッチ９０−１が破裂される段階Ｓ２０と、前記ラプチャースイッチ９０−１のスイッチ引き出し線を介して、前記ラプチャースイッチ９０−１に含まれる破裂部の破裂をバッテリーリレーコイル部１００が感知して遮断制御信号を出力する段階Ｓ３０と、前記バッテリーリレーコイル部１００から磁気的な信号系統を通じて、前記遮断制御信号が前記バッテリーリレー接点部１０５に伝達され、前記バッテリーリレー接点部１０５が制御される段階Ｓ４０と、前記バッテリーリレー接点部１０５により、前記電気自動車用２次電池１１０と、前記電気自動車に動力を伝達する駆動モーター１４０とを連結するリレーを制御する段階Ｓ５０と、を含んで構成されることを特徴とする。
【００２１】
なお、本発明のスイッチを利用した電気自動車用２次電池の防爆を防止するための安全装置及び保護方法のラプチャースイッチは、一つ以上の２次電池が積層されて構成される電気自動車用２次電池において、第１の２次電池２１の一面に備えられるスイッチ部２３と、前記スイッチ部２３と向かい合う第２の２次電池２２の一面に備えられ、前記スイッチ部２３が作動するようにする作動誘導部２４と、を含んで構成されることを特徴とする。
【００２２】
また、前記スイッチ部２３には近接スイッチ１５０−１が備えられて、前記作動誘導部２４には磁石３６が備えられ、前記第１の２次電池２１及び前記第２の２次電池２２の膨張時、前記近接スイッチ１５０−１と前記磁石３６が近づくとと、前記磁石３６の磁界により、前記近接スイッチ１５０−１がｏｆｆ状態になることを特徴とする。
【００２３】
また、前記近接スイッチ１５０−１は、密封された構造からなり、密封ケース３５の一面には接着部が備えられて、前記密封ケース３５の内部には、第１のスイッチ引き出し線３４が連結された、弾性を有する第１連結部３１と、第２のスイッチ引き出し線３３が連結された、弾性を有する第２連結部３２とを備えて構成されることを特徴とする。
【００２４】
また、前記近接スイッチ１５０−１は、前記第１の連結部３１と前記第２の連結部３２とが接続されているとｏｎ状態になり、前記磁石３６が近接すると、前記磁石３６の磁界により、前記第１の連結部３１と前記第２の連結部３２が離隔されてｏｆｆ状態になって、離隔された前記第１の連結部３１と前記第２の連結部３２は、前記磁石３６が離れると、元の状態に戻ることを特徴とする。
【００２５】
また、前記スイッチ部２３にはマイクロスイッチ１６０−１が備えられて、前記作動誘導部２４には前記第２の２次電池２２が利用され、前記第１の２次電池２１及び前記第２の２次電池２２の膨張時、前記マイクロスイッチ１６０−１はｏｆｆされることを特徴とする。
【００２６】
また、前記マイクロスイッチ１６０−１は、接着部を有する密封されたハウジング４８内に、第３のスイッチ引き出し線４４が連結された第１の固定接点４１、第２の固定接点４２、及び第４のスイッチ引き出し線４５が連結された可動接点(movable contact)４３からなり、前記可動接点４３の一側に押しボタン４７が備えられ、前記ハウジング４８の外部に押しボタン４７が突出されて、前記押しボタン４７と同一な位置の前記可動接点４３の他側にスプリング４６が備えられることを特徴とする。
【００２７】
また、前記マイクロスイッチ１６０−１は、前記第１の固定接点４１と前記可動接点４３とが接続されていると、ｏｎ状態になり、前記第２の２次電池２２が前記押しボタン４７を押圧し、前記可動接点４３が前記第２の固定接点４２と接続されていると、ｏｆｆの状態になって、前記第１の２次電池２１及び前記第２の２次電池２２が元の状態になると、前記スプリング４６により元の状態に戻ることを特徴とする。
【００２８】
また、本発明のラプチャースイッチは、電気自動車用２次電池の外部に付着されて、‘Ｕ’字状金属片の一側に備えられ、前記電気自動車用２次電池１１０に付着及び固定されるようにする固定ホール５０−１、５０−２を有する第１の固定部５０と、前記‘Ｕ’字状金属片の他側の一端に備えられ、前記電気自動車用２次電池１１０に付着及び固定されるようにする固定ホール５１−１を有する第２の固定部５１と、前記‘Ｕ’字状金属片の他側の他端に備えられ、前記電気自動車用２次電池１１０に付着及び固定されるようにする固定ホール５２−１を有する第３の固定部５２と、前記‘Ｕ’字状金属片の中央に備えられる破裂部６０と、前記第２の固定部５１及び前記第３の固定部５２に付着された第５のスイッチ引き出し線７０及び第６のスイッチ引き出し線７５と、を含んで構成されることを特徴とする。
【００２９】
また、前記破裂部６０は、第１の破裂部６１及び第２の破裂部６２から構成されて、前記電気自動車用２次電池１１０に設定値以上の変位が発生すると破断されることを特徴とする。
【００３０】
また、前記ラプチャースイッチ９０−１は、前記破裂部６０の破断時に発生する電気的な火花拡散現象を防止するために、前記ラプチャースイッチ９０−１の全面を、可塑性を有した難燃性絶縁物で塗布されたものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によるスイッチを利用した電気自動車用２次電池の安全装置及び保護方法は、２次電池の過充電、短絡、逆接続及び熱露出により発生する前記２次電池の防爆を安全に保護する効果がある。
【００３２】
また、前記２次電池の内部圧力が上昇する場合、前記２次電池を破裂させるか、前記２次電池を直接遮断させる方法に比べ、スイッチを利用した間接的な方法により、前記２次電池に加えられる充電電源を根本的に遮断する回路を通じて前記２次電池を保護する効果がある。
【００３３】
また、前記２次電池の破裂により発生するガスによって起こる爆発及び火災を防止する効果がある。
【００３４】
また、前記２次電池の破裂時に発生する有害ガスによる人体危険を予防する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】(ａ)は、従来の２次電池安全装置の断面図であり、(ｂ)は、従来のラプチャーディスク型２次電池安全装置の断面図である。
【図２】パウチ型リチウムポリマー２次電池の概念図である。
【図３】本発明のラプチャースイッチの概念図である。
【図４】(ａ)は、近接スイッチの概念図であり、(ｂ)は、本発明の近接スイッチのｏｎ状態を示す状態図であって、(ｃ)は、本発明の近接スイッチのｏｆｆ状態を示す状態図である。
【図５】(ａ)は、マイクロスイッチの概念図であり、(ｂ)は、本発明のマイクロスイッチのｏｎ状態を示す状態図であって、(ｃ)は、本発明のマイクロスイッチのｏｆｆ状態を示す状態図である。
【図６】(ａ)は、本発明のラプチャースイッチの概念図であり、(ｂ)は、本発明のパウチ型リチウムポリマー２次電池に付着されたラプチャースイッチの概念図である。
【図７】(ａ)は、本発明のラプチャースイッチが適用された保護回路及びバッテリー制御系統図であり、(ｂ)は、本発明の電気自動車用大容量２次電池と電気自動車駆動モーターの電力系統図である。
【図８】(ａ)は、本発明の近接スイッチが適用された保護回路及びバッテリー制御系統図であり、(ｂ)は、本発明の電気自動車用大容量２次電池と電気自動車駆動モーターの電力系統図である。
【図９】(ａ)は、本発明のマイクロスイッチが適用された保護回路及びバッテリー制御系統図であり、(ｂ)は、本発明の電気自動車用大容量２次電池と電気自動車駆動モーターの電力系統図である。
【図１０】本発明の電気自動車用２次電池の防爆保護方法を示した順番図である。
【符号の説明】
【００３６】
１    ２次電池用パック
２    ケース
３    電極組立体
４    ２次電池
５    突出部
６    キャップカバー
７    ガス排出孔
８    キャップ
９    ラプチャーディスク
１０    絶縁ガスケット
２０    パウチ型リチウムポリマー２次電池
２１    第１の２次電池
２２    第２の２次電池
２３    スイッチ部
２４    作動誘導部
３１    第１の連結体
３２    第２の連結体
３３    第１のスイッチ引き出し線
３４    第２のスイッチ引き出し線
３５    密封ケース
３６    磁石
４１    第１の固定接点
４２    第２の固定接点
４３    可動接点
４４    第３のスイッチ引き出し線
４５    第４のスイッチ引き出し線
４６    スプリング
４７    押しボタン
４８    ハウジング
５０    第１の固定部
５０−１    第１の固定ホール
５０−２    第２の固定ホール
５１−１    第３の固定ホール
５２−１    第４の固定ホール
５１    第２の固定部
５２    第３の固定部
６０    破裂部
６１    第１の破裂部
６２    第２の破裂部
７０    第５のスイッチ引き出し線
７５    第６のスイッチ引き出し線
８０    バッテリー制御器
８１    出力部
９０−１、９０−２〜９０−ｎ    ラプチャースイッチ
１００    バッテリーリレーコイル部
１０５    バッテリーリレー接点部
１０６    第１のバッテリーリレー接点部
１０７    第２のバッテリーリレー接点部
１１０    電気自動車用２次電池
１２０    充電部
１３０    インバーター部
１４０    駆動モーター
１５０−１、１５０−２〜１５０−ｎ    近接スイッチ
１６０−１、１６０−２〜１６０−ｎ    マイクロスイッチ
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、添付の図面を参照し、本発明のスイッチを利用した電気自動車用２次電池の安全装置及び保護方法を詳細に説明する。以下紹介される図面は、当業者に本発明の思想が十分伝えられるようにするために例として提供されるものである。したがって、本発明は、以下提示される図面に限定されず、他の形態で具体化されることもできる。また、本明細書において、同一な参照符号は、同一な構成要素を示す。
【００３８】
ここで使用される技術用語及び科学用語に当たって、他に定義がなければ、この発明の属する技術分野で通常の知識を有する者が通常的に理解している意味を有し、下記の説明及び添付図面において、本発明の要旨を曖昧にするような公知機能及び構成に対する説明は省く
【００３９】
図２は、大容量２次電池に適用されるパウチ型２次電池を示した概念図である。
【００４０】
図２(ａ)は、パウチ型２次電池の正面図を示し、図２(ｂ)は、前記パウチ型電池の側面を示して、図２(ｃ)は、前記パウチ型２次電池が過充電、短絡、逆接続などの誤作動により膨張現象が発生し、前記パウチ型２次電池が膨張した状態を示したものである。
【００４１】
前記パウチ型リチウムポリマー２次電池２０は、密閉構造からなる。前記密閉構造の特性上、前記パウチ型リチウムポリマー２次電池２０が過充電、短絡、逆接続、熱露出などの過度な状態に置かれると、前記パウチ型リチウムポリマー２次電池２０の内部にガスが発生し、前記パウチ型リチウムポリマー２次電池２０が膨張して、膨張が持続されると、前記パウチ型リチウムポリマー２次電池２０は、内部の電解液などの化学物質が流出されるか、その程度が激しい場合、発火及び爆発が発生しえる。
【００４２】
図３は、本発明の電気自動車用２次電池のラプチャースイッチの概念図である。
【００４３】
一つ以上の２次電池が積層された構造で構成された電気自動車用２次電池１１０において、前記２次電池の膨張現象による発火及び爆発を防止するために、前記２次電池間にラプチャースイッチを備える。
【００４４】
図３に示されたように、第１の２次電池２１と第２の２次電池２２にラプチャースイッチが備えられる。前記第１の２次電池２１の一面にスイッチ部２３が備えられて、前記スイッチ部２３と向かい合う前記第２の２次電池２２の一面に、前記スイッチ部２３を作動させるための作動誘導部２４が備えられる。
【００４５】
前記第１の２次電池２１及び前記第２の２次電池２２が膨張すると、前記スイッチ部２３と前記作動誘導部２４とが近接して、前記第１の２次電池２１及び前記第２の２次電池２２の膨張がそれ以上進行されないようにする。
【００４６】
前記スイッチ部２３には、近接スイッチ１５０−１、マイクロスイッチ１６０−１及びラプチャースイッチ９０−１が備えられる。前記各スイッチの作動を、実施例を通じて説明する。
【００４７】
(第１の実施例)
図４(ａ)は、近接スイッチの概念図であり、図４(ｂ)は、本発明の近接スイッチのｏｎ状態を示す状態図であり、図４(ｃ)は、本発明の近接スイッチのｏｆｆ状態を示す状態図であって、図８は、本発明の近接スイッチが適用された保護回路及びバッテリー制御系統図と、電気自動車用２次電池及び電気自動車駆動モーターの電力系統図である。
【００４８】
図４(ａ)に示されたように、近接スイッチ１５０−１は、密封ケース３５の内部に第１連結体３１及び第２連結体３２が備えられて、前記第１の連結体３１には、第１のスイッチ引き出し線３３が連結されて、前記第２の連結体３２には、第２のスイッチ引き出し線３４が連結される。
【００４９】
前記第１の連結体３１と前記第２の連結体３２を制御する磁石３６が、前記近接スイッチ１５０−１と共に備えられる。
【００５０】
前記近接スイッチ１５０−１の作動は、前記磁石３６が前記近接スイッチ１５０−１に近づくと、前記近接スイッチ１５０−１はｏｆｆ状態になり、前記磁石３６が前記近接スイッチ１５０−１から離れると、再びｏｎ状態になるような作動上の特徴を有する。
【００５１】
図４(ｂ)に示されたように、第１の２次電池２１の一面に近接スイッチ１５０−１がｏｎ状態として備えられて、第２の２次電池２２の一面に磁石３６が備えられる。
【００５２】
図４(ｃ)に示されたように、前記第１の２次電池２１及び前記第２の２次電池２２が膨張されると、前記近接スイッチ１５０−１と前記磁石３６は近接する。前記磁石３６が有する磁界の影響により、接続状態の前記第１の連結体３１及び前記第２の連結体３２は一定距離離隔されて、前記近接スイッチ１５０−１は、ｏｎ状態からｏｆｆ状態に切り換えられる。
【００５３】
上述の特徴を有する前記近接スイッチ１５０−１は、電気自動車用２次電池１１０に備えられて、前記電気自動車用２次電池１１０の防爆を保護する。
【００５４】
図８に示されたように、バッテリー制御器８０の出力部８１に一つ以上の近接スイッチ１５０−１が備えられて、前記近接スイッチ１５０−１にバッテリーリレーコイル部１００が連結される。
【００５５】
電気自動車用２次電池１１０と電気自動車の駆動モーター１４０とが備えられて、前記電気自動車用２次電池１１０と前記電気自動車の駆動モーター１４０とを連結するバッテリーリレー接点部１０５が備えられて、前記駆動モーター１４０側には、前記電気自動車用２次電池１１０から発生する電力を充電する充電部１２０及び前記駆動モーター１４０の速度、方向を制御するインバーター部１３０が備えられる。
【００５６】
前記電気自動車用２次電池１１０と前記電気自動車駆動モーター１４０の連結を制御するリレーは、前記バッテリーリレーコイル部１００及び前記バッテリーリレー接点部１０５から構成される。
【００５７】
前記バッテリーリレーコイル部１００は、前記バッテリー制御器８０の制御によって、前記バッテリーリレー接点部１０５の第１のバッテリーリレー接点部１０６及び第２のバッテリーリレー接点部１０７を制御して、前記バッテリー制御器８０の出力形式によって、バッテリーリレーコイル部１００から出力される複数の独立的な制御信号を第１のバッテリーリレー接点部１０６及び第２のバッテリーリレー接点部１０７に送り、前記電気自動車用２次電池１１０と前記電気自動車駆動モーター１４０の連結を制御する。
【００５８】
(第２の実施例)
図５(ａ)は、マイクロスイッチの概念図であり、図５(ｂ)は、本発明のマイクロスイッチのｏｎ状態を示す状態図であり、図５(ｃ)は、本発明のマイクロスイッチのｏｆｆ状態を示す状態図であって、図９は、本発明の近接スイッチが適用された保護回路及びバッテリー制御系統図と、電気自動車用２次電池及び電気自動車駆動モーターの電力系統図である。
【００５９】
図５(ａ)に示されたように、マイクロスイッチ１６０−１は、ハウジング４８内部に第１の固定接点４１、第２の固定接点４２及び可動接点４３が備えられ、前記可動接点４３には、第３のスイッチ引き出し線４４が連結されて、前記第１の固定接点４１には、第４のスイッチ引き出し線４５が連結される。
【００６０】
前記可動接点４３の一側に備えられる押しボタン４７は、ハウジング４８の外部に突出される。前記可動接点４３の他側には、スプリング４６が備えられる。
【００６１】
前記マイクロスイッチ１６０−１の作動は、前記押しボタン４７が押圧されると、ｏｆｆ状態になり、前記押しボタン４７が元の状態になると、前記スプリング４６によりｏｎ状態になる特徴がある。
【００６２】
図５(ｂ)に示されたように、第１の２次電池２１の一面にマイクロスイッチ１６０−１が、前記第１の固定接点４１と前記可動接点４３とが接続されているｏｎ状態として備えられる。
【００６３】
図５(ｃ)に示されたように、前記第１の２次電池２１及び前記第２の２次電池２２が膨張されると、前記押しボタン４７を前記第２の２次電池２２が押圧するようになり、前記可動接点４３は、前記第１の固定接点４１と離隔されて前記第２の固定接点４２と接続され、ｏｎ状態からｏｆｆ状態に切り換えられる。
【００６４】
上述の特徴を有する前記マイクロスイッチ１６０−１は、電気自動車用２次電池１１０に備えられて、前記電気自動車用２次電池１１０の防爆を保護する。
【００６５】
図９に示されたように、バッテリー制御器８０の出力部８１に一つ以上のマイクロスイッチ１６０−１が備えられて、前記マイクロスイッチ１６０−１にバッテリーリレーコイル部１００が連結される。
【００６６】
電気自動車用２次電池１１０と電気自動車の駆動モーター１４０とが備えられ、前記電気自動車用２次電池１１０と前記電気自動車の駆動モーター１４０とを連結するバッテリーリレー接点部１０５が備えられて、前記駆動モーター１４０側には、前記電気自動車用２次電池１１０から発生する電力を充電する充電部１２０及び前記駆動モーター１４０の速度、方向を制御するインバーター部１３０が備えられる。
【００６７】
前記電気自動車用２次電池１１０と前記電気自動車駆動モーター１４０の連結を制御するリレーは、前記バッテリーリレーコイル部１００及び前記バッテリーリレー接点部１０５から構成される。
【００６８】
前記バッテリーリレーコイル部１００は、前記バッテリー制御器８０の制御によって、前記バッテリーリレー接点部１０５の第１のバッテリーリレー接点部１０６及び第２のバッテリーリレー接点部１０７を制御して、前記バッテリー制御器８０の出力形式によって、バッテリーリレーコイル部１００から出力される複数の独立的な制御信号を第１バッテリーリレー接点部１０６及び第２のバッテリーリレー接点部１０７に送り、前記電気自動車用２次電池１１０と前記電気自動車駆動モーター１４０の連結を制御する。
【００６９】
(第３の実施例)
図６(ａ)は、本発明のラプチャースイッチの概念図であり、図６(ｂ)は、本発明のラプチャースイッチを２次電池に付着した斜視図である。
【００７０】
ラプチャースイッチ９０−１は、‘Ｕ’字状金属片からなり、前記‘Ｕ’字状金属片の一側に備えられる第１の固定部５０、及び前記‘Ｕ’字状金属片の他側の両端に備えられる第２の固定部５１及び第３の固定部５２を利用して、パウチ型リチウムポリマー２次電池２０の一面に付着する。付着された前記ラプチャースイッチ９０−１は、前記第１の固定部５０、第２の固定部５１及び第３の固定部５２にそれぞれ備えられている第１の固定ホール５０−１、第２の固定ホール５０−２、第３の固定ホール５１−１及び第４の固定ホール５２−１を利用して、前記パウチ型リチウムポリマー２次電池２０に固定する。
【００７１】
前記パウチ型リチウムポリマー２次電池２０の一面に付着及び固定された前記ラプチャースイッチ９０−１の中央部には、第１の破裂部６１及び第２の破裂部６２から構成された破裂部６０が備えられて、前記パウチ型リチウムポリマー２次電池２０が過充電、短絡、逆接続、または高温に露出され、設定値以上の変位が発生すると、前記破裂部６０は、これを感知して破断される。前記破裂部６０の破断は、前記ラプチャースイッチ９０−１の第２の固定部５１に連結された第５のスイッチ引き出し線７０及び第３の固定部５２に連結された第６のスイッチ引き出し線７５を介して前記パウチ型リチウムポリマー２次電池２０の作動を中止させ、前記パウチ型リチウムポリマー２次電池２０を安全に保護する。
【００７２】
前記ラプチャースイッチ９０−１の破裂部６０の破断時に発生する電気的な火花拡散を防止するために、前記ラプチャースイッチ９０−１の全面を、可塑性を有した難燃性絶縁物で塗布することが好ましい。
【００７３】
発明の理解を助けるために、前記パウチ型リチウムポリマー２次電池２０を一例として挙げたが、前記ラプチャースイッチ９０−１は、通常の２次電池に多様な形態で付着して使用できる。
【００７４】
図７は、 本発明のラプチャースイッチが適用された保護回路及びバッテリー制御系統図と、電気自動車用大容量２次電池と電気自動車駆動モーターの電力系統図である。
【００７５】
図７に示されたように、バッテリー制御器６０の出力部８１に一つ以上のラプチャースイッチ９０−１が備えられて、前記ラプチャースイッチ９０−１にバッテリーリレーコイル部１００が連結される。
【００７６】
電気自動車用２次電池１１０と電気自動車の駆動モーター１４０が備えられて、前記電気自動車用２次電池１１０と前記電気自動車の駆動モーター１４０を連結するバッテリーリレー接点部１０５が備えられ、前記駆動モーター１４０側には、前記電気自動車用２次電池１１０から発生する電力を充電する充電部１２０及び前記駆動モーター１４０の速度、方向を制御するインバーター部１３０が備えられる。
【００７７】
前記電気自動車用２次電池１１０と前記電気自動車駆動モーター１４０の連結を制御するリレーは、前記バッテリーリレーコイル部１００及び前記バッテリーリレー接点部１０５から構成される。
【００７８】
前記バッテリーリレーコイル部１００は、前記バッテリー制御器８０の制御によって、前記バッテリーリレー接点部１０５の第１のバッテリーリレー接点部１０６及び第２のバッテリーリレー接点部１０７を制御して、前記バッテリー制御器８０の出力形式によって、バッテリーリレーコイル部１００から出力される複数の独立的な制御信号を第１のバッテリーリレー接点部１０６及び第２のバッテリーリレー接点部１０７に送り、前記電気自動車用２次電池１１０と前記電気自動車駆動モーター１４０の連結を制御する。
【００７９】
以下、上述の第１の実施例、第２の実施例及び第３の実施例の近接スイッチ１５０−１、マイクロスイッチ１６０−１及びラプチャースイッチ９０−１を利用した電気自動車用２次電池１１０の保護方法を説明する。
【００８０】
図１０は、本発明の電気自動車用２次電池の防爆保護方法を示す順番図である。
【００８１】
発明の理解を助けるために、一つの近接スイッチ１５０−１、マイクロスイッチ１６０−１及びラプチャースイッチ９０−１を使用した場合を例として、前記電気自動車用２次電池１１０の防爆保護方法を説明する。
【００８２】
電気自動車のバッテリー制御器８０は、制御信号を出力し、電気自動車用２次電池１１０を作動させて、前記電気自動車の状態を監視する(Ｓ１０)。
【００８３】
前記電気自動車用２次電池１１０に設定値以上の変位が発生し、前記電気自動車用２次電池１１０に高温及び内圧上昇などの物理的な変位が発生すると、前記電気自動車用２次電池１１０の一面に付着された近接スイッチ１５０−１及びマイクロスイッチ１６０−１は、前記電気自動車用２次電池１１０の物理的な変位を感知してｏｎ状態からｏｆｆ状態に切り換えられて、前記電気自動車用２次電池１１０の一面に付着された前記ラプチャースイッチ９０−１の破裂部６０は、前記電気自動車用２次電池１１０の物理的な変位を感知して、前記破裂部６０は破断されて、前記ラプチャースイッチ９０−１は破裂される(Ｓ２０)。
【００８４】
前記近接スイッチ１５０−１及び前記マイクロスイッチ１６０−１の作動中止及び前記ラプチャースイッチ９０−１、９０−１の破裂は、前記近接スイッチ１５０−１、前記マイクロスイッチ１６０−１及び前記ラプチャースイッチ９０−１、９０−１のスイッチ引き出し線を通じてバッテリー制御器８０に伝達される。前記バッテリー制御器８０は、前記スイッチ引き出し線を通じて前記近接スイッチ１５０−１及び前記マイクロスイッチ１６０−１の作動中止または前記ラプチャースイッチ９０−１の破裂を感知して、前記電気自動車用２次電池１１０と前記電気自動車の駆動モーター１４０を遮断するために、バッテリーリレーコイル部１００を制御し、前記バッテリーリレーコイル部１００では、遮断制御信号を生成する(Ｓ３０)。
【００８５】
前記バッテリーリレーコイル部１００から生成された前記遮断制御信号は、前記バッテリーリレーコイル部１００の磁気的な信号系統を通じて、バッテリーリレー接点部１０５に伝達され、前記バッテリーリレー接点部を制御する(Ｓ４０)。
【００８６】
前記遮断制御信号によって、前記バッテリーリレー接点部１０５は、第１のバッテリーリレー接点部１０６及び第２のバッテリーリレー接点部１０７を制御して、前記電気自動車用２次電池１１０と前記電気自動車駆動モーター１４０の連結を遮断し、前記電気自動車用２次電池１１０を安全に保護する(Ｓ５０)。
【００８７】
発明の理解を助けるために、一つのバッテリーリレーコイル部１００を表示したが、前記バッテリーリレーは、バッテリー制御器８０の出力形態によって、一つ以上のリレーコイルを通じて第１のバッテリーリレー接点部１０６と第２のバッテリーリレー接点部１０７を独立的に制御することができる。
【００８８】
また、本発明の理解を助けるために、一つの前記近接スイッチ１５０−１、前記マイクロスイッチ１６０−１及び前記ラプチャースイッチ９０−１を利用した電気自動車用２次電池１１０の防爆保護方法について説明したが、前記近接スイッチ１５０−１、前記マイクロスイッチ１６０−１及び前記ラプチャースイッチ９０−１は、電気自動車に利用される２次電池の数によってさらに備えることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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