스위치를 이용한 전기자동차용 2차 전지의 안전장치및 보호방법 document_id A220623035988

통상적으로 2차 전지는 재충전이 가능하고 대용량화가 가능한 것으로 대표적인 것으로 니켈카드뮴, 니켈수소 및 리튬이온전지 등이 있다. 이중에서 상기 리튬이온전지는 장 수명, 고용량 등 우수한 특성으로 인하여 차세대 동력원으로 주목받고 있다. 그런데 리튬이온전지는 과충전, 단락, 역접속, 열노출 등 비 정상적인 사용 환경에 노출될 경우 전지 내부에 전기화학적인 작용으로 인한 가스가 발생하여 전지 내압이 상승된다. 전지의 내압 상승으로 인해 전지가 팽창하게 되고 특히 과 충전 등 비정상적인 사용시간이 지속되는 경우 전해액이나 활물질이 일부 분해되어 전지 내부 압력 및 온도가 급상승되어 폭발이나 화재를 야기할 위험이 있다. 위와 같은 이유로 상기 2차 전지의 안전성을 검증하기 위하여 과 충전, 과 방전, 단락, 역접속 등의 시험뿐만 아니라, 고온보관시험, 열 충격시험, 열 노출시험 등 다양한 열적 안정성 시험을 실시하게 된다. 이러한 열적 안전성 시험조건에서 전지의 폭발, 발화가 없어야 한다. 상기 2차 전지의 안전성을 개선하려는 시도가 이제까지 매우 다양하게 진행되어 오고 있으며, 전지케이스의 파열부를 통해 상기 2차 전지 내부에서 발생된 가스를 배출하거나 전지내부에 파열 디스크를 이용하여 전지 회로를 직접 차단하는 방법이 개발되어 오고 있다. 이 경우 과 충전 등의 상황에서 가스가 발생하여 내압이 설계치를 상회할 경우 밀봉부가 파열되거나 전지의 전원이 차단되는 형태로 내압해소 및 안전성을 확보하게 되나 파열시 발생된 스파크가 점화원으로 작용하여 폭발 및 발화의 원인이 되는 문제점이 있다. 도 1의 (a)는 종래의 2차 전지 안전장치의 단면도이다. 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이, 2차 전지(4)는 케이스(2)와 전극조립체(3)로 구성되어 2차 전지용 팩(1)에 의해 수납된다. 상기 2차 전지용 팩(1)의 내부에 침상형 돌출부(5)가 구비되고 상기 2차 전지(4)의 과 충전, 단락, 역 전압 등의 상황이 발생할 경우 상기 2차 전지(4) 내부 온도가 상승하여 상기 2차 전지(4) 내부의 전해액 및 활물질 등이 가스 상태로 변화되어 상기 2차 전지(4)의 팽창현상이 발생하고 상기 2차 전지(4)가 부풀어 오르게 된다. 상기 2차 전지(4)가 설정된 값 이상으로 팽창되면 침상형 돌출부(5)에 의해 상기 2차 전지(4)의 밀봉이 파열되는 구조로 상기 2차 전지의 폭발 및 발화를 방지한다. 상기 돌출부(5)로서 상기 2차 전지(4)를 보호하는 종래기술은 추가적인 생산 공정이 요구되어 생산성이 떨어지고, 파열의 신뢰도를 보증하기가 어려운 문제점이 있다. 또한, 적층부가 밀봉성과 파열성을 동시에 가져야 하는 상반된 모순을 가지게되는 문제점이 있다. 또한, 전지의 내압에 의한 밀봉부의 파열은 유해가스를 배출시켜 부근에 설치된 전자회로의 손상 및 인체에도 유해한 영향을 주게 되는 문제점이 있다. 특히 파우치형 2차 전지의 경우 케이스가 알루미늄 등의 금속재와 폴리머수지 등의 수지재가 혼합된 유연성 박판으로 이루어지므로 종래 기술에 의한 안전장치 구성이 어려운 문제점이 있다. 도 1의 (b)는 종래의 럽처 디스크형 2차 전지 안전장치의 단면도이다. 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, 원통형 2차 전지의 상부에 가스배출공(7)이 구비되고 럽처 디스크(9)에 의해 캡 커버(6)와 캡(8)이 격리된다. 상기 원통형 2차 전지의 내부 압력이 상승하면 상기 가스배출공(7)을 통해 상기 럽처 디스크(9)에 내부 압력이 전달되고 설정된 값 이상의 내부 압력이 전달되면 상기 럽처 디스크(9)가 파열되면서 가스가 방출되어 상기 원통형 2차 전지의 전원을 차단하는 구조로 상기 2차 전지의 폭발 및 발화를 방지한다. 상기 럽처 디스크(9)를 이용한 종래기술은 디스크 파열 및 작동시 유해가스를 배출하고 상기 럽처 디스크(9)의 파열시 발생되는 스파크가 배출가스의 점화원으로 작용하여 화재 및 폭발을 야기하는 문제점이 있다. 또한 고전압, 대전류가 흐르는 자동차용 2차전지의 경우 직접적인 전지회로의 차단에 기술적인 한계가 있다.