JP6502382B2 - 電池パック - Google Patents

Description

関連出願との相互引用
本出願は、２０１５年０１月３０日付韓国特許出願第２０１５−００１５０２６号に基づいた優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は本明細書の一部として含まれる。

技術分野
本発明は、電池パックに関し、特にショート発生を防止するためのスイッチ装置を有する電池パックに関する。

一般に、二次電池（ｒｅｃｈａｒｇｅａｂｌｅ ｂａｔｔｅｒｙ）は、充電が不可能な一次電池とは異なり、充電及び放電が可能な電池である。このような二次電池は、携帯電話やノートパソコン及びカムコーダのように携帯が可能な小型電子機器に用いられる低容量電池パックと、ハイブリッド自動車などのモータ駆動用電源として用いられる大容量電池パックがある。

従来の技術に係る電池パックは、複数個の電池セルが直列または並列に連結される電池モジュールと、前記電池モジュールが内蔵される電池ケースとを含む。

しかし、従来の技術に係る電池パックは、重い物体に押されたり、強い衝撃を受けたりする場合に安全性の問題が生じる。すなわち、釘の貫通、圧着、衝撃の場合、電池セルの正極と負極が短絡しながらショートが発生し、このショートによる発熱反応で電池セルが発火及び爆発する問題があった。

本発明は、前述した問題を解決するために案出されたものであって、本発明の目的は衝撃が伝達される場合、直列または並列に連結された電池セルの連結を遮断してショートによる発熱反応を防止し、よって電池セルの発火及び爆発を防止した電池パックを提供することにある。

前述した課題を解決するための手段として、本発明に係る電池パックは、互いに隣り合うように配置され、第１及び第２電極端子が形成された第１及び第２電池セルが備えられる電池モジュール；前記第１電池セルの第２電極端子と前記第２電池セルの第１電極端子とを連結する第１ヒューズが備えられるヒューズ部；及び前記第１電池セルの上面の電池モジュールの外側に配置され、前記第１ヒューズと連結される第１スイッチ、前記第１スイッチの上部に配置され、前記第２電池セルの第２電極端子と連結される第２スイッチが備えられるスイッチ装置を含むことができる。

前記電池モジュールは、第１及び第２電極端子が形成された第３電池セルをさらに含み、前記ヒューズ部は、前記第２電池セルの第２電極端子と前記第３電池セルの第１電極端子とを連結する第２ヒューズをさらに含み、前記スイッチ装置は、前記第２スイッチの下部に配置され、前記第３電池セルの第２電極端子と連結される第３スイッチをさらに含むことができる。

前記第１スイッチと前記第２スイッチが接触される場合、前記第１電池セルの第２電極端子と前記第２電池セルの第２電極端子とが連結されながら発生する過電流または熱により、前記第１ヒューズが溶けて切れながら前記第１電池セルと前記第２電池セルとの間の連結を遮断することができる。

前記第２スイッチと前記第３スイッチが接触される場合、前記第２電池セルの第２電極端子と前記第３電池セルの第１電極端子が連結されながら発生する過電流または熱により、前記第２ヒューズが溶けて切れながら前記第２電池セルと前記第３電池セルとの間の連結を遮断することができる。

前記スイッチは、導電性を有する金属プレートで備えることができる。

前記スイッチは、離隔された状態を維持することができる。

前記スイッチは、前記電池モジュールの外周面全体に備えられ得る。

前記電池セルは、前記第３電池セルの下部に配置される第４電池セルをさらに含み、前記ヒューズ部は、前記第３電池セルと前記第４電池セルを直列に連結する第４ヒューズをさらに含むことができる。

前記第１電極端子は正極端子であり、第２電極端子は負極端子であり得る。

前記スイッチ装置と前記電池モジュールとの間には、緩衝空間が備えられ得る。

前記緩衝空間には、緩衝部材が備えられ得る。

本発明は、下記のような効果がある。

第一、電池パックの外側にスイッチ装置を備えることにより、電池パックに伝達される衝撃を予め感知し、電池セルの連結を遮断してショートによる火事及び爆発事故を未然に防止することができる。

第二、電池パックの内側にスイッチ装置をさらに備えることにより、電池パックの内部まで衝撃力が伝達されたか感知することができ、これを介して電池セルの点検可否を判断することができる。

第三、スイッチ装置を複数個のスイッチで構成することにより、衝撃強度によって電池セルの連結を遮断する数を調節することができる。

本発明の第１実施形態による電池パックを示した図である。 第１実施形態による電池パックの作動状態を示した図であって、電池パックに衝撃が伝達される状態を示した図である。 第１実施形態による電池パックの作動状態を示した図であって、電池パックの電池セルの連結遮断状態を示した図である。 本発明の第２実施形態による電池パックを示した図である。 第２実施形態による電池パックの作動状態を示した図であって、電池パックに内蔵された２つの電池セルの連結を遮断する状態を示した図である。 第２実施形態による電池パックの作動状態を示した図であって、電池パックに内蔵された２つの電池セルの連結を遮断する状態を示した図である。 第２実施形態による電池パックの作動状態を示した図であって、電池パックに内蔵された３つの電池セルの連結を遮断する状態を示した図である。 第２実施形態による電池パックの作動状態を示した図であって、電池パックに内蔵された３つの電池セルの連結を遮断する状態を示した図である。

以下、図面を参照して本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施できるように、本発明の実施形態を詳しく説明する。しかし、本発明はいくつか異なる形態に具現されてよく、ここで説明する実施形態に限定されない。そして、図面で本発明を明確に説明するため、説明と関係のない部分は省略し、明細書全体を通して類似の部分に対しては類似の図面符号を付けた。

本発明に係る電池パックは、外側に衝撃感知用スイッチ装置を含み、このスイッチ装置を介して電池パックに伝達される衝撃を感知し、前記電池パックに備えられた電池セルの連結を遮断することによりショートによる発熱反応を防止し、よって電池セルの発火及び爆発する安全性問題を解決することができる。
以下、本発明に係る電池パックの実施形態を、図面を参照して詳しく説明する。

本発明の第１実施形態による電池パック１００は、図１に示すように、第１及び第２電池セル１１１、１１２が備えられる電池モジュール１１０、第１及び第２電池セル１１１、１１２を直列に連結するヒューズ部１２０、及び電池モジュール１１０に衝撃が加えられると、ヒューズ部１２０を高温の熱で溶かして切れるようにするスイッチ装置１３０を含む。

電池モジュール１１０は、互いに隣り合うように配置され、第１及び第２電極端子が形成された第１及び第２電池セル１１１、１１２を含み、第１及び第２電池セル１１１、１１２は、正極、分離膜及び負極が順次に積層される電極組立体と、前記電極組立体とともに電解液を収容するパウチケースを含む。そして、前記正極及び負極には、第１及び第２電極タブがそれぞれ備えられ、前記第１及び第２電極タブには、前記第１及び第２電極端子がそれぞれ連結される。

すなわち、第１電池セル１１１には第１及び第２電極端子１１１ａ、１１１ｂが連結され、第２電池セル１１２には第１及び第２電極端子１１２ａ、１１２ｂが連結される。

ここで、第１電極は正極であり、第２電極は負極である。もちろん、逆であってもよい。

ヒューズ部１２０は、第１及び第２電池セル１１１、１１２を連結するか、または遮断するためのものであって、第１電池セル１１１の第２電極端子１１１ｂと第２電池セル１１２の第１電極端子１１２ａとを連結する第１ヒューズ１２１を含む。

すなわち、ヒューズ部１２０は、第１ヒューズ１２１によって第１電池セル１１１と第２電池セル１１２を直列に連結し、熱により第１ヒューズ１２１が溶けて切れる場合、第１電池セル１１１と第２電池セル１１２の直列連結を遮断する。

一方、ヒューズ（ｆｕｓｅ）部１２０は、連結された回路に予想電流よりさらに大きい電流が流れると、溶けるようになる金属で備えられる。

スイッチ装置１３０は、電池モジュール１１０に衝撃が加えられると、第１ヒューズ１２１を切り、第１電池セル１１１と第２電池セル１１２との連結を遮断してショート発生を防止するものであって、第１電池セル１１１の上面の電池モジュール１１０の外側に配置され、第１ヒューズ１２１と連結される第１スイッチ１３１、第１スイッチ１３１の下部に配置され、第２電池セル１１２の第２電極端子１１２ｂと連結される第２スイッチ１３２を含む。

ここで、第１及び第２スイッチ１３１、１３２は、導電性を有する金属プレートで備えられ得る。すなわち、第１及び第２スイッチ１３１、１３２は、銅プレートまたはアルミニウムプレートなどの導電性を有する金属プレートで備えられ、よって接触力増大及び電流の安定した流れを誘導することができる。

一方、第１及び第２スイッチ１３１、１３２は、所定間隔離隔された状態を維持することができる。すなわち、第１及び第２スイッチ１３１、１３２の間は２〜１０ｍｍの空間を形成し、よって、衝撃ではない振動により第１及び第２スイッチ１３１、１３２が接触される誤謬を防止することができる。ここで、第１及び第２スイッチ１３１、１３２の相互対応する対応面の両側端には、第１及び第２スイッチ１３１、１３２を離隔されるように支持する支持台（図示省略）が備えられ得る。

一方、第１及び第２スイッチ１３１、１３２は、電池モジュール１１０の外面全体に備えられ得る。すなわち、電池モジュール１１０の外周面のうちいずれか１ヶ所に衝撃が加えられるとしても、第１及び第２スイッチ１３１、１３２が接触されながら第１ヒューズ１２１を溶かして切れるようになり、よって安全性を高めることができる。

一方、スイッチ装置１３０と電池モジュール１１０との間には、電池モジュール１１０で加えられる衝撃を緩衝する緩衝空間１４０が形成され、よって衝撃が電池モジュール１１０を貫通することを顕著に防止することができる。

特に、緩衝空間１４０には、緩衝部材１５０が備えられ得、この緩衝部材１５０を介した緩衝力で電池モジュール１１０に加えられる衝撃力を吸収し、電池モジュール１１０内の電池セルが棄損されることを防止する。

以下、本発明の第１実施形態による電池パックの作動状態を説明する。

先ず、図２に示すように、スイッチ装置１３０が位置した電池モジュール１１０の外側に釘貫通のような衝撃が加えられると、スイッチ装置１３０の第１スイッチ１３１が第２スイッチ１３２に密着される。

すなわち、図３に示すように、第１スイッチ１３１と第２スイッチ１３２が接触される場合、第１電池セル１１１の第２電極端子１１１ｂと第２電池セル１１２の第２電極端子１１２ｂとが連結されながら発生する過電流または熱が発生し、この熱によりヒューズ部１２０の第１ヒューズ１２１が溶けて切れながら第１電池セル１１１と第２電池セル１１２との間の連結を遮断し、よってショート発生による火事及び爆発事故を未然に防止することができる。

以下、本発明に係る他の実施形態の説明において、前述した実施形態と同一の構成と機能を有する構成符号に対しては同一の構成符号を用い、重複される説明は省略する。

本発明の第２実施形態による電池パック１００’は、図４に示すように、互いに隣り合うように配置される第１、第２及び第３電池セル１１１、１１２、１１３を備えた電池モジュール１１０と、第１、第２及び第３電池セル１１１、１１２、１１３を直列または並列に連結するヒューズ部１２０と、電池モジュール１１０に衝撃が加えられると、第１、第２及び第３電池セル１１１、１１２、１１３を連結したヒューズ部１２０を高温の熱で溶かして切れるようにするスイッチ装置１３０を含む。

電池モジュール１１０は、互いに隣り合うように配置され、第１及び第２電極端子が形成された第１、第２及び第３電池セル１１１、１１２、１１３を含み、第１、第２及び第３電池セル１１１、１１２、１１３は正極、分離膜及び負極が順次に積層される電極組立体と、前記電極組立体とともに電解液を収容するパウチケースを含む。そして、前記電極組立体の第１及び第２電極タブには、前記第１及び第２電極端子がそれぞれ連結される。

ヒューズ部１２０は、第１電池セル１１１の第２電極端子１１１ｂと前記第２電池セル１１２の第１電極端子１１２ａとを連結する第１ヒューズ１２１、及び第２電池セル１１２の第２電極端子１１２ｂと前記第３電池セル１１３の第１電極端子１１３ａとを連結する第２ヒューズ１２２を含む。

すなわち、ヒューズ部１２０は、第１ヒューズ１２１が溶けて切れると、第１及び第２電池セル１１１、１１２の連結を遮断することができ、第２ヒューズ１２２が溶けて切れると、第２及び第３電池セル１１２、１１３の連結を遮断することができる。

スイッチ装置１３０は、第１電池セルの上面の電池モジュール１１０外側に配置され、前記第１ヒューズ１２１と連結される第１スイッチ１３１、第１スイッチ１３１の下部に配置され、前記第２電池セル１１２の第２電極端子１１２ｂと連結される第２スイッチ１３２、及び前記第２スイッチ１３２の下部に配置され、第３電池セル１１３の第２電極端子１１３ｂと連結される第３スイッチ１３３を含む。

ここで、第１、第２及び第３スイッチ１３１、１３２、１３３は、同一の大きさ及び厚さを有する。

一方、電池セル１１０は、第３電池セル１１３の下部に配置される第４電池セル１１４及び第ｎ電池セル１１５をさらに含み、前記ヒューズ部１２０は、第３電池セル１１３及び第４電池セル１１４を直列に連結する第４ヒューズ１２３と、第４電池セル１１４及び第ｎ電池セル１１５を直列に連結する第ｎヒューズ１２４とをさらに含むことができる。

すなわち、本発明の第２実施形態による電池パック１００’は、第４電池セル１１４及び第ｎ電池セル１１５によって電圧を増大させる一方、第１、第２及び第３スイッチ１３１、１３２、１３３が接触される場合、第１から第３ヒューズ１２１、１２２、１２３の連結が切れながら第１から第４電池セル１１１、１１２、１１３、１１４の連結が遮断され、よって電池セルのショートによる火事及び爆発を防止することができる。

以下、このような構成を有する本発明の第２実施形態による電池パック１００’の作動状態を説明する。

先ず、図５に示すように、スイッチ装置１３０が位置した電池モジュール１１１の外側に釘貫通のような衝撃が加えられると、スイッチ装置１３０の第１スイッチ１３１が第２スイッチ１３２に密着される。

すなわち、図６に示すように、第１スイッチ１３１と第２スイッチ１３２が接触される場合、第１電池セル１１１の第２電極端子１１１ｂと第２電池セル１１２の第２電極端子１１２ｂとが連結されながら発生する過電流または熱が発生し、この熱によりヒューズ部１２０の第１ヒューズ１２１が溶けて切れながら第１電池セル１１１と第２電池セル１１２との間の連結を遮断し、よってショート発生による火事及び爆発事故を未然に防止することができる。

ここで、図７に示すように、スイッチ装置１３０が位置した電池モジュール１１１の外側に加えられる衝撃が大きい場合、スイッチ装置１３０の第１及び第２スイッチ１３１、１３２が第３スイッチ１３３に密着される。

すなわち、図８に示すように、第１スイッチ１３１と第２スイッチ１３２が接触されながら第１ヒューズが溶けて切れ、よって第１及び第２電池セル１１１、１１２の連結を遮断する。連続して第２及び第３スイッチ１３２、１３３が接触され、第２電池セル１１２の第２電極端子１１２ｂと第３電池セル１１３の第１電極端子１１３ａとが連結されながら発生する過電流または熱により第２ヒューズ１２２が溶けて切れ、よって第２電池セル１１２と第３電池セル１１３との間の連結を遮断する。

したがって、本発明の第２実施形態による電池パック１００’は、第１及び第２ヒューズを介して第１、第２及び第３電池セルの連結を遮断することにより、ショートによる火事及び爆発を未然に防止することができる。

本発明の範囲は、前記詳細な説明よりは特許請求の範囲によって表され、特許請求の範囲の意味及び範囲、そしてその均等概念から導出される全ての変更または変形された形態が、本発明の範囲に含まれるものとして解釈されなければならない。

Claims (11)

1. 互いに隣り合うように配置され、第１及び第２電極端子が形成された第１及び第２電池セルが備えられる電池モジュール；
   前記第１電池セルの第２電極端子と前記第２電池セルの第１電極端子とを連結する第１ヒューズが備えられるヒューズ部；及び
   前記第１電池セルの上面の電池モジュールの外側に配置され、前記第１ヒューズの前記第１電池セルの第２電極端子側と連結される第１スイッチ、前記第１スイッチの下部に配置され、前記第２電池セルの第２電極端子と連結される第２スイッチが備えられる衝撃スイッチ装置を含むことを特徴とする電池パック。
2. 前記電池モジュールは、第１及び第２電極端子が形成された第３電池セルをさらに含み、
   前記ヒューズ部は、前記第２電池セルの第２電極端子と前記第３電池セルの第１電極端子とを連結する第２ヒューズをさらに含み、
   前記衝撃スイッチ装置は、前記第２スイッチの下部に配置され、前記第３電池セルの第２電極端子と連結される第３スイッチをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
3. 前記第１スイッチと前記第２スイッチが接触される場合、前記第１電池セルの第２電極端子と前記第２電池セルの第２電極端子とが連結されながら発生する過電流または熱により、前記第１ヒューズが溶けて切れながら前記第１電池セルと前記第２電池セルとの間の連結を遮断することを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
4. 前記第２スイッチと前記第３スイッチが接触される場合、前記第２電池セルの第２電極端子と前記第３電池セルの第１電極端子とが連結されながら発生する過電流または熱により、前記第２ヒューズが溶けて切れながら前記第２電池セルと前記第３電池セルとの間の連結を遮断することを特徴とする請求項２に記載の電池パック。
5. 前記第１，第２及び第３スイッチは、導電性を有する金属プレートを備えることを特徴とする請求項２に記載の電池パック。
6. 前記第１，第２及び第３スイッチは、互いに離隔された状態を維持することを特徴とする請求項２に記載の電池パック。
7. 前記第１及び第２スイッチは、前記電池モジュールの外周面全体に備えられることを特徴とする請求項1に記載の電池パック。
8. 前記電池モジュールは、前記第３電池セルの下部に配置される第４電池セルをさらに含み、
   前記ヒューズ部は、前記第３電池セルと前記第４電池セルを直列に連結する第４ヒューズをさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の電池パック。
9. 前記第１電極端子は正極端子であり、第２電極端子は負極端子であることを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
10. 前記衝撃スイッチ装置と前記電池モジュールとの間には、緩衝空間が備えられることを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
11. 前記緩衝空間には、緩衝部材が備えられることを特徴とする請求項１０に記載の電池パック。

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