KR101249347B1 - Secondary battery having temperature measuring pad and Protection apparatus for the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 온도 측정 패드가 구비된 이차 전지 및 그 보호 장치를 개시한다. 본 발명에 따른 이차 전지는, 반대 극성의 전극 리드가 전기적으로 접속된 셀 어셈블리; 상기 전극 리드의 일부가 외부에 노출되도록 상기 셀 어셈블리를 포장하는 전지 외장재; 및 적어도 어느 한 쪽 극성의 전극 리드에 부착되고 전도성을 가지고 있어 상기 전극 리드에 흐르는 전류를 바이패스할 수 있는 온도 측정 패드를 포함하고, 상기 전극 리드의 저항 보다 상기 온도 측정 패드의 저항이 큰 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 이차 전지의 과열 상황을 미리 예측하여 선제적인 보호 조치를 취하는 것이 가능하다. The present invention discloses a secondary battery equipped with a temperature measuring pad and a protective device thereof. A secondary battery according to the present invention includes a cell assembly in which electrode leads of opposite polarities are electrically connected; A battery packaging material for wrapping the cell assembly such that a part of the electrode lead is exposed to the outside; And a temperature measuring pad attached to an electrode lead of at least one polarity and having conductivity, and capable of bypassing a current flowing through the electrode lead, wherein the temperature measuring pad has a greater resistance than the resistance of the electrode lead. It features. According to the present invention, it is possible to predict the overheating condition of the secondary battery in advance and take preemptive protection measures.

Description

온도 측정 패드가 부착된 이차 전지 및 그 보호 장치{Secondary battery having temperature measuring pad and Protection apparatus for the same}Secondary battery with temperature measuring pad and its protection device {Secondary battery having temperature measuring pad and Protection apparatus for the same}

본 발명은 이차 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 과열 상황의 사전 감지가 가능한 이차 전지와 이를 이용한 이차 전지 보호 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a secondary battery, and more particularly, to a secondary battery capable of pre-sensing an overheating condition and a secondary battery protection device using the same.

오늘날 지구 온난화, 자원 고갈 등의 문제로 인하여, 대체 에너지에 대한 연구가 활발해지고 있는 추세이다. 특히, 대기오염의 주범으로 지적되는 자동차 에너지원에 대한 연구가 활발하다.Today, due to global warming and resource depletion, research on alternative energy is becoming more active. Particularly, there is active research on automobile energy source which is pointed out as the main cause of air pollution.

이러한 연구 중에서, 대표적인 것은 자동차 에너지원인 화석원료를 전기 에너지로 대체하는 전기 자동차 연구 분야이다. 전기 자동차는 화석원료 대신에 이차 전지의 전원을 동력으로 공급받아 주행하는 차량으로서, 주행거리가 점점 늘어가고 속력도 향상되고 있는 추세이다. 이러한 전기 자동차는 화석연료 고갈의 문제점을 해결할 수 있는 수단으로서 부각되고 있으며, 차세대 이동수단으로 자리매김하고 있다.Among these studies, a typical example is electric vehicle research that replaces fossil raw materials, which are car energy sources, with electric energy. Electric vehicles are driven by power of secondary batteries instead of fossil raw materials, and the driving distance is gradually increasing and the speed is also improved. These electric vehicles are emerging as a means of solving the problem of depletion of fossil fuels and are becoming the next generation transportation means.

더불어, 화석원료와 이차 전지 중 어느 하나를 선택하여 동력원으로 사용하는 하이브리드 자동차(hybrid car)가 상용화되어 출시되고 있다. 상기 하이브리드 자동차는 화석원료가 부족하면 이차 전지의 전원을 동력원으로 이용하여 주행하고, 또는 이차 전지가 방전된 경우 화석원료를 동력원으로 이용하여 주행한다.In addition, a hybrid car that selects one of fossil raw materials and a secondary battery and uses it as a power source has been commercially released. When the fossil raw material is insufficient, the hybrid vehicle runs by using the power of the secondary battery as the power source, or when the secondary battery is discharged, the fossil raw material is used as the power source.

전기 자동차와 하이브리드 자동차와 같은 전기 구동 자동차(이하, 용어 통일함)에 사용될 수 있는 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있다. 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.Secondary batteries that can be used in electric powered vehicles (hereinafter, the term uniform) such as electric vehicles and hybrid vehicles include nickel cadmium batteries, nickel hydrogen batteries, nickel zinc batteries, lithium secondary batteries, and the like. Among them, lithium secondary batteries have been in the spotlight for their advantages such as free charge and discharge, very low self-discharge rate, and high energy density compared to nickel-based secondary batteries.

일반적으로 이차 전지는 외장이나 적용 형태에 따라 캔형 이차 전지와 파우치형 이차 전지로 분류될 수 있다. In general, the secondary battery may be classified into a can type secondary battery and a pouch type secondary battery according to an exterior or an application form.

도 1은 종래의 파우치형 이차 전지의 구성을 도시한 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 파우치형 이차 전지를 조립한 상태의 정면 투시도이다.1 is an exploded perspective view showing the configuration of a conventional pouch type secondary battery, and FIG. 2 is a front perspective view of a state in which the pouch type secondary battery of FIG. 1 is assembled.

도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 파우치형 이차 전지(10)는 셀 어셈블리(30)와, 셀 어셈블리(30)로부터 연장되어 있는 복수의 전극 탭들(40, 50)과, 전극 탭들(40, 50)에 용접되어 결합된 전극 리드(60, 70)와, 셀 어셈블리(30)를 수용하는 파우치 외장재(20)를 포함하여 구성된다.1 and 2, the conventional pouch type secondary battery 10 includes a cell assembly 30, a plurality of electrode tabs 40 and 50 extending from the cell assembly 30, and electrode tabs 40. The electrode leads 60 and 70 are welded and coupled to each other, and a pouch sheath 20 for accommodating the cell assembly 30 is configured.

상기 셀 어셈블리(30)는 풀 셀 또는 바이 셀 구조를 가진 단위 셀의 적층 구조물이다. 각 단위 셀은 분리막이 개재된 상태에서 반대 극성을 가지는 양극판과 음극판이 순차적으로 적층된 구조를 가진다. 상기 셀 어셈블리(30)는 단위 셀들을 적층하는 방식에 따라 스택형, 젤리-롤형 또는 스택/폴딩형 구조 등으로 구분된다. 상기 탭들(40, 50)은 셀 어셈블리(30)의 각 극판으로부터 연장되고, 전극 리드(60, 70)는 각 극판으로부터 연장된 복수 개의 전극 탭들(40, 50)과 용접에 의해 각각 전기적으로 연결되며, 파우치 외장재(20)의 외부로 일부 노출된 형태로 결합된다. 또한, 전극 리드(60, 70)의 일부에는 파우치 외장재(20)와의 밀봉도를 높이고 동시에 전기적 절연상태를 확보하기 위하여 절연필름(80)이 부착될 수 있다.The cell assembly 30 is a stack structure of unit cells having a full cell or bicell structure. Each unit cell has a structure in which a positive electrode plate and a negative electrode plate having opposite polarities are sequentially stacked with a separator interposed therebetween. The cell assembly 30 may be classified into a stacked, jelly-rolled, or stacked / folded structure according to a method of stacking unit cells. The tabs 40, 50 extend from each pole plate of the cell assembly 30, and the electrode leads 60, 70 are electrically connected to each other by welding with a plurality of electrode tabs 40, 50 extending from each pole plate. And, the pouch is coupled to the form exposed to the outside of the exterior material 20. In addition, the insulating film 80 may be attached to a part of the electrode leads 60 and 70 to increase the sealing degree with the pouch packaging material 20 and to secure the electrical insulating state.

상기 파우치 외장재(20)는 알루미늄 라미네이트 시트와 같은 연포장재로 이루어지며, 전극 조립체(30)를 수용할 수 있는 공간이 형성되어 있으며, 전체적으로 파우치 형상을 갖는다. 이러한 파우치 외장재(20)는 상부 시트(20a)와 하부 시트(20b)로 구성되어 있으며, 각각의 상부 및 하부 시트(20a, 20b)는 열접착성을 가져 실링재 역할을 하는 열융착층(21)과, 기계적 강도를 유지하는 기재 및 수분과 산소의 배리어층으로서 역할을 하는 알루미늄 금속층(22)과, 기재 및 보호재로 작용하는 보호층(23)이 적층된 다층 구조로 이루어진다. 도면에는, 상부 및 하부 시트(20a, 20b)가 연결된 것으로 도시되어 있으나, 상부 및 하부 시트(20a, 20b)는 분리되어 있을 수도 있다.The pouch case 20 is made of a soft packaging material such as an aluminum laminate sheet and has a space for accommodating the electrode assembly 30 and has a pouch shape as a whole. The pouch sheath 20 is composed of an upper sheet 20a and a lower sheet 20b, and each of the upper and lower sheets 20a and 20b has a heat adhesive property and serves as a sealing material 21 serving as a sealing material. And a multilayer structure in which a base material maintaining mechanical strength, an aluminum metal layer 22 serving as a barrier layer of moisture and oxygen, and a protective layer 23 serving as a base material and a protective material are laminated. In the figure, although the upper and lower sheets 20a and 20b are shown connected, the upper and lower sheets 20a and 20b may be separated.

이러한 다층의 라미네이트 시트로 이루어진 파우치 외장재(20)는 도 2에 도시된 바와 같이, 내부에 셀 어셈블리(30)를 수납하고 상부 및 하부 시트(20a, 20b)의 열융착층(21)을 서로 대면시킨 후, 실링부(25)를 열융착시켜 셀 어셈블리(30)를 긴밀하게 밀봉시킨다.As shown in FIG. 2, the pouch sheath 20 made of such a multilayer laminate sheet accommodates the cell assembly 30 therein and faces the heat-sealed layers 21 of the upper and lower sheets 20a and 20b to each other. After the sealing, the sealing portion 25 is heat-sealed to tightly seal the cell assembly 30.

열융착시에는 이차 전지의 작동을 위해 필요한 전해액을 주입할 수 있는 부위를 제외한 나머지 부분을 1차 융착한 후 전해액 주액을 마치고 나서 전해액 주입 부위를 2차 융착한다. 다른 대안으로, 셀 어셈블리(30)가 이미 전해액을 함침하고 있는 경우는 곧 바로 실링부(25) 전체를 융착시킨다.In the case of thermal fusion, after fusion of the remaining portions except for the region where the electrolyte can be injected for the operation of the secondary battery, the electrolyte injection is completed, and then the electrolyte injection portion is secondary fusion. Alternatively, when the cell assembly 30 is already impregnated with the electrolyte, the entire sealing portion 25 is immediately fused.

이러한 파우치형 이차 전지(10)는 캔형 이차 전지보다 전지의 제조비가 저렴하고, 무게를 현저히 줄일 수 있고, 용이한 형태 변형 등의 장점이 있다. The pouch type secondary battery 10 has advantages such as a lower manufacturing cost of the battery than the can type secondary battery, a significant reduction in weight, and easy shape deformation.

한편, 파우치형 이차 전지(10)는 높은 온도에 매우 취약하다. 즉, 파우치형 이차 전지(10)가 과열되면, 내부에서 가스가 발생하여 외장재(20)가 부풀어 오른다. 또한, 부풀어 오름이 극에 달하면 이차 전지(10)가 폭발할 가능성도 있다. 그리고 이차 전지(10)의 온도가 단락 전류로 인해 급격하게 상승하면 외장재(20) 내부에서 생긴 가스가 발화하여 폭발과 함께 화재 사고를 일으키기도 한다. On the other hand, the pouch type secondary battery 10 is very vulnerable to high temperatures. That is, when the pouch type secondary battery 10 is overheated, gas is generated inside, and the packaging material 20 swells. In addition, when the swelling reaches the pole, the secondary battery 10 may explode. In addition, when the temperature of the secondary battery 10 rises rapidly due to a short circuit current, gas generated in the exterior material 20 ignites to cause a fire accident together with an explosion.

따라서 종래에는 이차 전지(10)가 과열되는 것을 방지하기 위해 이차 전지(10)의 온도를 측정하고 만약 온도가 과도하게 상승하면 이차 전지(10)의 충/방전을 곧 바로 중단시키는 보호 장치가 널리 사용되고 있다.Therefore, conventionally, a protection device for measuring the temperature of the secondary battery 10 in order to prevent the secondary battery 10 from overheating and if the temperature rises excessively, a protection device for immediately stopping the charge / discharge of the secondary battery 10 is widely used. It is used.

통상적인 이차 전지 보호 장치는 이차 전지(10)의 표면, 즉 파우치 외장재(20)의 표면 온도를 측정하여 그 값을 모니터한다. 그런데 이러한 방식으로 이차 전지(10)의 온도를 모니터하면 사후적 조치만 가능하고 사전적 조치가 사실 상 어려운 단점이 있다. A typical secondary battery protection device measures the surface temperature of the secondary battery 10, that is, the surface temperature of the pouch sheath 20, and monitors its value. However, if the temperature of the secondary battery 10 is monitored in this manner, only after-effects are possible, and pre-measures are difficult in fact.

즉, 이차 전지(10)의 온도가 급격하게 상승하는 대표적인 원인은 단락 전류가 흐르는 경우이다. 단락 전류는 침상 물체의 관통 등으로 이차 전지(10) 내부에서 단락이 발생되거나 이차 전지(10)가 접속된 장치에서 단락이 발생한 경우 주로 생긴다. That is, a representative cause of the rapid rise of the temperature of the secondary battery 10 is when a short circuit current flows. The short-circuit current mainly occurs when a short circuit occurs in the secondary battery 10 due to penetration of a needle object or the like, or a short circuit occurs in a device to which the secondary battery 10 is connected.

이차 전지에 단락 전류가 흐르면 전류 흐름 경로 상에 위치한 금속, 주로 전극 리드(60, 70)와 셀 어셈블리(30)에 포함된 단위 셀의 극판에서 열이 발생된다. 이렇게 발생된 열은 주변 물질로 전도되며 이러한 열의 전도에 의해 파우치 외장재(20)의 표면 온도가 상승하게 된다. When the short-circuit current flows in the secondary battery, heat is generated in the metal located on the current flow path, mainly the electrode leads 60 and 70 and the electrode plate of the unit cell included in the cell assembly 30. The generated heat is conducted to the surrounding material, and the surface temperature of the pouch sheath 20 is increased by the conduction of this heat.

이러한 열의 발생 및 전도 메커니즘을 감안할 때, 일단 과전류가 발생된 시점을 기준으로 파우치 외장재(20) 표면의 온도가 급상승하기 까지는 어느 정도의 시간 차이가 생길 수 밖에 없다. 이차 전지(10)를 구성하는 금속에서 발생된 열이 파우치 외장재(20) 표면까지 전도되기 까지는 어느 정도의 시간이 소요되기 때문이다. 따라서 이차 전지 보호 장치가 파우치 외장재(20)의 과열을 감지한 시점은 단락전류가 이미 상당히 흘러 이차 전지의 안전성에 문제가 야기된 이후가 되는 것이다.In consideration of such heat generation and conduction mechanisms, there is inevitably some time difference until the temperature of the surface of the pouch case 20 suddenly rises based on the time point at which the overcurrent occurs. This is because it takes some time before the heat generated from the metal constituting the secondary battery 10 is conducted to the surface of the pouch packaging material 20. Therefore, when the secondary battery protection device detects overheating of the pouch packaging material 20, the short-circuit current has already flowed considerably, resulting in a problem in the safety of the secondary battery.

위와 같은 문제를 해결하기 위해서는, 이차 전지가 과전류의 흐름에 의해 과열되는 상황에 놓일 수 있는 가능성을 보다 빠르게 예측하고 이를 토대로 선제적인 보호 조치를 취할 수 있는 방안이 무엇보다 절실히 요구된다.In order to solve the above problems, there is an urgent need for a method of predicting the possibility that the secondary battery may be overheated by the flow of overcurrent and taking preemptive protection measures based on this.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 배경 하에서 안출된 것으로서, 과전류와 같은 이상 발생 시 이를 조속히 감지할 수 있도록 새로운 온도 측정 구조가 도입된 이차 전지와 이를 이용한 이차 전지의 보호 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made under the background of the prior art as described above, to provide a secondary battery and a protection device for a secondary battery having a new temperature measuring structure introduced so that it can be quickly detected when an abnormality such as overcurrent occurs. have.

본 발명의 다른 목적은, 이상 징후를 미리 감지하여 선제적 조치를 취함으로써 화재나 폭발과 같은 안전 사고의 발생을 미연에 예방할 수 있는 새로운 온도 측정 구조가 도입된 이차 전지와 이를 이용한 이차 전지의 보호 장치를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to protect a secondary battery and a secondary battery using a new temperature measuring structure which can prevent the occurrence of a safety accident such as a fire or an explosion by detecting an anomaly in advance and taking preemptive measures. To provide a device.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 구성과 구성의 조합에 의해 실현될 수 있다.Other objects and advantages of the invention will be described below and will be appreciated by the embodiments of the invention. In addition, the objects and advantages of the present invention can be realized by the configuration and combination of configurations shown in the claims.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 온도 측정 패드가 구비된 이차 전지는, 반대 극성의 전극 리드가 전기적으로 접속된 셀 어셈블리; 상기 전극 리드의 일부가 외부에 노출되도록 상기 셀 어셈블리를 포장하는 전지 외장재; 및 적어도 어느 한 쪽 극성의 전극 리드에 부착되고 전도성을 가지고 있어 상기 전극 리드에 흐르는 전류를 바이패스할 수 있는 온도 측정 패드를 포함하고, 상기 전극 리드의 저항 보다 상기 온도 측정 패드의 저항이 큰 것을 특징으로 한다.A secondary battery provided with a temperature measuring pad for achieving the above technical problem, the cell assembly electrically connected to the electrode lead of the opposite polarity; A battery packaging material for wrapping the cell assembly such that a part of the electrode lead is exposed to the outside; And a temperature measuring pad attached to an electrode lead of at least one polarity and having conductivity, and capable of bypassing a current flowing through the electrode lead, wherein the temperature measuring pad has a greater resistance than the resistance of the electrode lead. It features.

바람직하게, 상기 온도 측정 패드의 저항이 상기 전극 리드의 저항 보다 5 내지 20 배 크다. Preferably, the resistance of the temperature measuring pad is 5 to 20 times larger than the resistance of the electrode lead.

본 발명에 있어서, 상기 전극 리드와 상기 온도 측정 패드 사이에 단열층이 개재되고, 상기 전극 리드와 상기 온도 측정 패드를 전기적으로 연결하는 전기 도선이 더 포함될 수 있다.In the present invention, an insulating layer is interposed between the electrode lead and the temperature measuring pad, and an electrical lead may be further included to electrically connect the electrode lead and the temperature measuring pad.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 이차 전지의 보호 장치는, 이차 전지의 전극 리드와 연결되어 충전 또는 방전 전류가 흐르는 메인 배선; 상기 메인 배선 상에 설치되어 전류의 흐름을 온 오프시키는 스위치; 이차 전지의 전극 리드에 부착되고 상기 전극 리드보다 저항은 크면서 전도성을 가지고 있어 상기 전극 리드에 흐르는 전류를 바이패스할 수 있는 온도 측정 패드; 상기 온도 측정 패드 상에 부착된 온도 센서; 및 상기 온도 센서로부터 온도 측정 값을 입력 받은 후, 온도 측정 값이 과전류 기준 온도보다 높으면 상기 스위치를 제어하여 전류의 흐름을 차단하는 제어부를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a protection apparatus of a secondary battery, including: a main wiring connected to an electrode lead of a secondary battery and configured to flow a charge or discharge current; A switch installed on the main wiring to turn on and off a current flow; A temperature measuring pad attached to an electrode lead of the secondary battery and having a resistance greater than that of the electrode lead and having a conductivity to bypass current flowing through the electrode lead; A temperature sensor attached on the temperature measuring pad; And a control unit which blocks the flow of current by controlling the switch if the temperature measurement value is higher than the overcurrent reference temperature after receiving the temperature measurement value from the temperature sensor.

본 발명에 따르면, 상기 제어부는, 상기 온도 측정 값이 과전류 기준 온도 보다 높고, 이전 시점과 현재 시점을 기준으로 한 온도 측정 값의 변화율이 임계 치 이상인 경우 상기 스위치를 제어하여 전류의 흐름을 차단한다.According to the present invention, the control unit blocks the flow of current by controlling the switch when the temperature measurement value is higher than the overcurrent reference temperature and the rate of change of the temperature measurement value based on the previous time point and the current time point is greater than or equal to a threshold value. .

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 제어부는, 상기 온도 측정 값이 과전류 기준 온도 보다 높고 온도 측정 값의 온도 변화 프로파일의 기울기가 증가 추세에 있는 경우 상기 스위치를 제어하여 전류의 흐름을 차단한다.According to another aspect of the present invention, the control unit blocks the flow of current by controlling the switch when the temperature measurement value is higher than the overcurrent reference temperature and the slope of the temperature change profile of the temperature measurement value is increasing.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 제어부는, 상기 온도 변화 프로파일의 기울기 증가 폭이 현재 온도 측정 시점에 가까울수록 증가하는 경우 상기 스위치를 제어하여 전류의 흐름을 차단한다.According to another aspect of the present invention, the control unit blocks the flow of current by controlling the switch when the slope increase width of the temperature change profile increases as the current temperature measurement time increases.

본 발명의 일 측면에 따르면, 전류의 변화에 대해 민감하게 온도가 변화되는 고저항 물질로 이루어진 온도 측정 패드를 이차 전지의 전극 리드에 부착하고 온도 측정 패드를 통해 이차 전지의 온도를 모니터함으로써 과전류 발생을 미리 예측하여 보호 동작을 선제적으로 취할 수 있다. According to an aspect of the present invention, the overcurrent is generated by attaching a temperature measuring pad made of a high resistance material sensitive to a change in current to an electrode lead of the secondary battery and monitoring the temperature of the secondary battery through the temperature measuring pad. Can be predicted in advance to take protective action.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 온도 변화 프로파일의 선형 변화도 함께 고려하여 이차 전지의 온도를 모니터함으로써 과전류 발생의 예측 정확도를 보다 향상시켜 선제적 보호 조치의 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있다. According to another aspect of the present invention, by monitoring the temperature of the secondary battery in consideration of the linear change of the temperature change profile, it is possible to further improve the prediction accuracy of the overcurrent generation to further improve the reliability of the preemptive protection measures.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 일반적인 파우치형 이차 전지의 구조를 보인 분해 사시도이다.
도 2는 일반적인 파우치형 이차 전지의 투영 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 구조를 전극 리드 부위를 중심으로 도시한 부분 사시도이다.
도 4는 도 3의 A-A' 선에 따른 부분 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지의 구조를 도 3의 A-A' 선을 기준으로 도시한 부분 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지 보호 장치의 구성을 도시한 장치 구성도이다.
도 7은 온도 측정 패드의 온도 변화 프로파일 일부를 발췌 도시한 그래프이다.
도 8은 이차 전지에 단락전류가 흘렀을 경우 파우치 외장재, 전극 리드 및 온도 측정 패드에서 측정한 온도를 시간에 따라 도시한 그래프이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of the specification, illustrate preferred embodiments of the invention and, together with the description of the invention given below, serve to further the understanding of the technical idea of the invention. And should not be construed as limiting.
1 is an exploded perspective view illustrating a structure of a general pouch type secondary battery.
2 is a plan view of a general pouch type secondary battery.
3 is a partial perspective view illustrating a structure of a rechargeable battery according to an embodiment of the present invention, centering on an electrode lead portion.
4 is a partial cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 3.
FIG. 5 is a partial cross-sectional view illustrating a structure of a rechargeable battery according to another exemplary embodiment of the present invention based on line AA ′ of FIG. 3.
6 is a device configuration diagram showing the configuration of a secondary battery protection device according to an embodiment of the present invention.
7 is a graph showing a part of the temperature change profile of the temperature measuring pad.
FIG. 8 is a graph illustrating temperature measured by a pouch case, an electrode lead, and a temperature measuring pad when a short circuit current flows in a secondary battery.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor should appropriately interpret the concepts of the terms appropriately It should be interpreted in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be defined.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이차 전지의 구조를 전극 리드 부위를 중심으로 도시한 부분 사시도이다.3 is a partial perspective view illustrating a structure of a rechargeable battery according to an embodiment of the present invention, centering on an electrode lead portion.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 이차 전지(100)는, 반대 극성의 전극 리드(110, 120)가 전기적으로 접속된 셀 어셈블리(130)와, 상기 전극 리드(110, 120)의 일부가 외부에 노출되도록 상기 셀 어셈블리(130)를 포장하는 외장재(140)와, 적어도 어느 한 쪽 극성의 전극 리드(110, 120)에 부착된 온도 측정 패드(150)를 포함한다.Referring to the drawings, the secondary battery 100 according to the present invention includes a cell assembly 130 in which electrode leads 110 and 120 having opposite polarities are electrically connected, and a part of the electrode leads 110 and 120 is external. It includes a packaging material 140 for wrapping the cell assembly 130 to be exposed to, and a temperature measuring pad 150 attached to the electrode leads (110, 120) of at least one polarity.

상기 셀 어셈블리(130)는 충방전이 가능한 단위 셀이 적층된 구조를 가진다. 단위 셀은 풀 셀 또는 바이 셀 구조를 가진다. 여기서, 풀 셀 구조는 최외곽에 위치하는 극판의 극성이 다른 구조(예: 음극/분리막/양극)를, 바이 셀 구조는 최외곽에 위치하는 극판의 극성이 동일한 구조(예: 음극/분리막/양극/분리막/음극)를 의미한다. 상기 셀 어셈블리(130)는 복수의 단위 셀들을 적층하는 방식에 따라 단순 적층형, 젤리-롤형, 스택-폴딩형 구조 등을 가질 수 있다. The cell assembly 130 has a structure in which unit cells capable of charging and discharging are stacked. The unit cell has a full cell or bicell structure. Here, the full cell structure has a structure having different polarities of the outermost electrode plate (for example, cathode / membrane / anode), and the bi-cell structure has structure having the same polarity of the outermost electrode plate (eg, cathode / membrane / Anode / membrane / cathode). The cell assembly 130 may have a simple stacked type, jelly-rolled type, stack-folded type structure, or the like, according to a method of stacking a plurality of unit cells.

상기 전극 리드(110, 120)는 셀 어셈블리(130)에 포함된 극판으로부터 연장된 동일한 극성의 탭들과 용접을 통해 전기적으로 접속된다. 이러한 구조는 도 2에 도시된 전극 리드의 접속 방식과 실질적으로 동일하다. 또한, 상기 단위 셀이나 상기 셀 어셈블리(130)에 대한 구성은 이차 전지 기술분야에서 공지된 구성이라면 어떠한 것이라도 채용 가능하다.The electrode leads 110 and 120 are electrically connected by welding with tabs having the same polarity extending from the electrode plate included in the cell assembly 130. This structure is substantially the same as the connection method of the electrode lead shown in FIG. In addition, any configuration of the unit cell or the cell assembly 130 may be employed as long as it is a known configuration in the secondary battery art.

상기 외장재(140)는 파우치 외장재이다. 파우치 외장재에 대한 구성은 도 1을 참조하여 이미 설명한 바 있으므로 반복적인 설명은 생략한다. 상기 셀 어셈블리(130)는 실링 공정을 통해 상기 외장재(140) 내에 밀봉된다. 실링 공정의 진행 시에는, 이차 전지의 동작을 위해 필요한 전해 물질이 외장재(140) 내에 주입될 수 있으며, 셀 어셈블리(130)가 전해 물질을 함침하고 있는 경우는 전해물질의 함침 공정은 생략 가능하다. The exterior material 140 is a pouch exterior material. Since the configuration of the pouch sheathing material has already been described with reference to FIG. 1, repeated description thereof will be omitted. The cell assembly 130 is sealed in the exterior material 140 through a sealing process. During the sealing process, an electrolyte material necessary for the operation of the secondary battery may be injected into the exterior material 140, and the impregnation process of the electrolyte material may be omitted when the cell assembly 130 is impregnated with the electrolyte material. .

상기 전극 리드(110, 120)는 금속 플레이트로 이루어진다. 금속 플레이트의 재질로는 여러 가지가 채용될 수 있다. 예를 들어, 금속 플레이트의 재질로는, 알루미늄, 구리, 니켈, 스테인리스 스틸, 티타늄, 금 및 은으로 이루어진 군에서 선택된 하나 또는 이들의 합금일 수 있다. 또한 필수적인 것은 아니지만 상기 금속판의 표면에는 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면 처리한 표면 처리층이 구비될 수 있다. 하지만 본 발명은 금속판의 재질에 의해 한정되지 않으므로 도전성이 우수하고 부식 내성이 있다고 알려진 물질이라면 어떠한 것이라도 금속판의 재질로 채용이 가능하다.The electrode leads 110 and 120 are made of a metal plate. Various materials may be employed as the material of the metal plate. For example, the material of the metal plate may be one or an alloy thereof selected from the group consisting of aluminum, copper, nickel, stainless steel, titanium, gold, and silver. In addition, although not essential, the surface of the metal plate may be provided with a surface treatment layer surface-treated with carbon, nickel, titanium, silver, or the like. However, the present invention is not limited by the material of the metal plate, so any material known to have excellent conductivity and corrosion resistance may be employed as the material of the metal plate.

상기 온도 측정 패드(150)는 이차 전지(100)의 온도 측정 지점을 정의한다. 바람직하게, 상기 온도 측정 패드(150)는 전극 리드(120)보다 저항이 큰 물질로 이루어진다. 저항의 크기는 전극 리드(120)의 저항보다 5 내지 20배 수준인 것이 바람직하다. 이러한 조건을 만족하는 물질로는, 철, 주석 납 등이 있다. 하지만 본 발명이 온도 측정 패드(150)의 물질 종류에 의해 한정되는 것은 아니다.The temperature measuring pad 150 defines a temperature measuring point of the secondary battery 100. Preferably, the temperature measuring pad 150 is made of a material having a larger resistance than the electrode lead 120. The magnitude of the resistance is preferably 5 to 20 times higher than the resistance of the electrode lead 120. Examples of the material satisfying these conditions include iron and tin lead. However, the present invention is not limited by the type of material of the temperature measuring pad 150.

이차 전지(100)가 동작할 때에는 충전 또는 방전 전류(이하, 전류라고 통칭함)가 전극 리드(120)를 통해 흐른다. 따라서 전극 리드(120)를 통해 흐르는 전류 중 일부는 온도 측정 패드(150)로 바이패스되어 동시에 흐르게 된다. When the secondary battery 100 operates, a charge or discharge current (hereinafter, referred to as current) flows through the electrode lead 120. Therefore, some of the current flowing through the electrode lead 120 is bypassed to the temperature measuring pad 150 to flow simultaneously.

저항을 가진 물질에 전류가 흐르면 I2R에 비례하는 주울열이 발생하면서 물질의 온도가 상승한다. 여기서, I는 전류의 크기를, R은 물질의 저항이다. 그런데 온도 측정 패드(150)는 전극 리드(120)보다 저항이 상대적으로 크므로, 전극 리드(120)보다 항상 높은 온도를 유지한다. 또한, 전류의 크기가 변화되었을 때 그에 따른 온도 변화량 또한 온도 측정 패드(150) 쪽이 더 크다. 즉 전극 리드(120)에 흐르는 전류의 크기가 증가하면 온도 측정 패드(150)의 온도가 더 민감하게 반응하면서 빠르게 증가한다. 따라서 온도 측정 패드(150)의 온도를 모니터하면 과전류로 인한 이차 전지(100)의 과열을 사전에 미리 예측하는 것이 가능하다. When current flows through a resistive material, Joule heat is proportional to I 2 R and the temperature of the material rises. Where I is the magnitude of the current and R is the resistance of the material. However, since the temperature measuring pad 150 has a larger resistance than the electrode lead 120, the temperature measuring pad 150 always maintains a higher temperature than the electrode lead 120. In addition, when the magnitude of the current is changed, the temperature change amount accordingly is larger on the temperature measuring pad 150 side. That is, when the magnitude of the current flowing in the electrode lead 120 increases, the temperature of the temperature measuring pad 150 reacts more sensitively and increases rapidly. Therefore, by monitoring the temperature of the temperature measuring pad 150, it is possible to predict in advance the overheat of the secondary battery 100 due to overcurrent.

도 4는 도 3의 A-A' 선에 따른 부분 단면도로서, 온도 측정 패드(150)가 부착된 부위의 구조를 보다 구체적으로 보여준다.4 is a partial cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 3, and more specifically illustrates a structure of a portion to which the temperature measuring pad 150 is attached.

도면을 참조하면, 상기 온도 측정 패드(150)는 그 하부 면이 전극 리드(120)의 표면과 접한다. 그리고 상기 온도 측정 패드(150)의 상부 표면에는 이차 전지(100)의 온도를 모니터하기 위해 온도 센서(160)가 부착되는 영역이 구비된다. 상기 온도 센서(160)는 열전대(thermostat)와 같은 통상의 온도 센서일 수 있는데, 본 발명이 온도 센서(160)의 종류에 의해 한정되는 것은 아니다. 상기 온도 측정 패드(150)는 도전성 접착제를 사용하여 전극 리드(120)의 표면에 부착하거나 통상적으로 사용되는 용접법, 예컨대 초음파 용접법에 의해 전극 리그(120)에 부착될 수 있다.Referring to the drawings, the temperature measuring pad 150 has a lower surface contacting the surface of the electrode lead 120. The upper surface of the temperature measuring pad 150 is provided with an area to which the temperature sensor 160 is attached to monitor the temperature of the secondary battery 100. The temperature sensor 160 may be a conventional temperature sensor such as a thermostat, but the present invention is not limited by the type of the temperature sensor 160. The temperature measuring pad 150 may be attached to the surface of the electrode lead 120 using a conductive adhesive or attached to the electrode rig 120 by a commonly used welding method such as an ultrasonic welding method.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이차 전지의 구조를 도 3의 A-A' 선을 기준으로 도시한 부분 단면도이다.FIG. 5 is a partial cross-sectional view illustrating a structure of a rechargeable battery according to another exemplary embodiment of the present invention based on line AA ′ of FIG. 3.

도 5에 도시된 다른 실시예에 따르면, 상기 온도 측정 패드(150)와 전극 리드(120) 사이의 계면에 단열층(180)이 개재되고, 온도 측정 패드(150)와 전극 리드(120)를 전기적으로 연결하는 전기 배선(170)이 온도 측정 패드(150)의 양 단에 구비될 수 있다. According to another embodiment shown in FIG. 5, a heat insulation layer 180 is interposed at an interface between the temperature measuring pad 150 and the electrode lead 120, and the temperature measuring pad 150 and the electrode lead 120 are electrically connected. Electrical wires 170 connected to each other may be provided at both ends of the temperature measuring pad 150.

상기 단열층(180)은 온도 측정 패드(150)에서 발생된 열이 전극 리드(120)로 전도되는 것을 방지하는 작용을 한다. 상기 단열층(180)이 개재되면, 온도 측정 패드(150)에서 발생된 열이 전극 리드(120)를 통해 셀 어셈블리(130)로 전도되는 것을 방지할 수 있고, 상기 온도 측정 패드(150)의 온도 변화가 열 전도에 의해 약화되는 것을 최대한 방지할 수 있다. 즉, 동일한 전류가 전극 리드(120)에 흐른다고 가정할 때 단열층(180)이 있는 편이 온도 측정 패드(150)의 온도 상승 정도를 더 크게 할 수 있다. 상기 단열층(180)은 세라믹 코팅층으로 이루어질 수 있는데, 본 발명이 단열층(180)의 재질에 의해 한정되는 것은 아니다. 상기 전기 배선(170)은 전극 리드(120)에 흐르는 전류가 온도 측정 패드(150)를 통해서도 동시에 흐를 수 있도록 전류의 입 출입 경로를 제공한다.The heat insulation layer 180 serves to prevent heat generated from the temperature measuring pad 150 from being conducted to the electrode lead 120. When the insulating layer 180 is interposed, heat generated from the temperature measuring pad 150 may be prevented from being conducted to the cell assembly 130 through the electrode lead 120, and the temperature of the temperature measuring pad 150 may be prevented. It is possible to prevent the change from weakening by heat conduction as much as possible. That is, assuming that the same current flows in the electrode lead 120, the insulation layer 180 may have a larger temperature rise degree of the temperature measuring pad 150. The heat insulation layer 180 may be formed of a ceramic coating layer, but the present invention is not limited by the material of the heat insulation layer 180. The electrical wire 170 provides an input / output path for the current so that the current flowing in the electrode lead 120 can flow simultaneously through the temperature measuring pad 150.

그러면, 이하에서는 상술한 온도 측정 패드(150)를 사용하여 이차 전지(100)의 온도를 모니터하고 과전류에 의한 이차 전지(100)의 과열에 대한 보호 조치를 선제적으로 취할 수 있는 이차 전지 보호 장치의 구성을 설명하기로 한다.Then, hereinafter, the secondary battery protection device capable of monitoring the temperature of the secondary battery 100 using the above-described temperature measuring pad 150 and taking precautions against overheating of the secondary battery 100 due to overcurrent. The configuration of the will be described.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지 보호 장치의 구성을 도시한 장치 구성도이다.6 is a device configuration diagram showing the configuration of a secondary battery protection device according to an embodiment of the present invention.

도면을 참조하면, 본 발명에 따른 이차 전지 보호 장치(200)는, 이차 전지(100)의 전극 리드에 연결되어 충전 또는 방전 전류가 흐르는 경로를 제공하는 메인 배선(210)과, 상기 메인 배선(210) 상에 설치되어 전류의 흐름을 선택적으로 온 오프시키는 스위치(220)와, 상기 이차 전지(100)의 전극 리드에 부착되어 있는 온도 측정 패드(150)와, 상기 온도 측정 패드(150) 상에 부착된 온도 센서(160)와, 상기 온도 센서(160)로부터 온도 측정 값을 입력 받아 온도 측정 값이 과전류 기준 온도보다 높으면 상기 스위치(220)를 제어하여 전류의 흐름을 차단하는 제어부(230)를 포함한다. 도면에서는, 복수의 이차 전지(100)가 직렬로 연결되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명은 이차 전지(100)의 수나 전기적 연결 방식에 의해 한정되는 것은 아니다.Referring to the drawings, the secondary battery protection device 200 according to the present invention, the main wiring 210 is connected to the electrode lead of the secondary battery 100 to provide a path through which a charge or discharge current flows, and the main wiring ( A switch 220 mounted on the 210 to selectively turn on and off a current flow, a temperature measuring pad 150 attached to an electrode lead of the secondary battery 100, and on the temperature measuring pad 150. A control unit 230 for blocking the flow of current by controlling the switch 220 when the temperature sensor 160 is attached to the temperature sensor 160 and the temperature measurement value is input from the temperature sensor 160 and the temperature measurement value is higher than the overcurrent reference temperature. It includes. In the drawings, a plurality of secondary batteries 100 are illustrated as being connected in series, but the present invention is not limited by the number of secondary batteries 100 or an electrical connection method.

바람직하게, 상기 제어부(230)는 온도 센서(160)로부터 주기적으로 온도 측정 값을 입력 받고, 온도 측정 값(Tn)을 온도 측정 시점(tn)과 함께 메모리(240)에 저장한다. 여기서, n은 온도 측정 회차를 의미한다. 온도 측정 주기는 제어부(230)의 성능을 고려하여 임의로 설정이 가능한데, 예를 들어 수십 ms 수준으로 설정할 수 있다. 상기 메모리(240)는 온도 측정 값 및 온도 측정 시간뿐만 아니라 과전류 기준 온도(Tmax)에 대한 데이터와 본 발명에 따른 이차 전지(100)의 보호 동작을 수행하는데 필요한 프로그램을 저장하고 있다. Preferably, the controller 230 receives a temperature measurement value periodically from the temperature sensor 160 and stores the temperature measurement value T n in the memory 240 together with the temperature measurement time point t n . Here, n means temperature measurement cycle. The temperature measurement period may be arbitrarily set in consideration of the performance of the control unit 230, for example, may be set to several tens of ms. The memory 240 stores not only a temperature measurement value and a temperature measurement time but also data on an overcurrent reference temperature T max and a program necessary to perform a protection operation of the secondary battery 100 according to the present invention.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 제어부(230)는 현재 시점(tn)에서 온도 센서(160)로부터 입력 받은 온도 측정 값(Tn)이 과전류 기준 온도(Tmax)보다 높고 이전 시점(tn-1)과 현재 시점(tn)을 기준으로 한 온도 측정 값의 변화율(Tn/Tn-1)이 임계치 이상(예: 1.2)인 경우 스위치(220)를 제어하여 메인 배선(210)에 흐르는 전류를 차단할 수 있다. According to an aspect of the present invention, the control unit 230 has a temperature measurement value (T n ) received from the temperature sensor 160 at the current time point t n is higher than the overcurrent reference temperature T max and the previous time point t n-1 ) and the change rate (T n / T n-1 ) of the temperature measurement value based on the present time point t n is greater than or equal to the threshold (eg, 1.2) to control the switch 220 to control the main wiring 210. Can cut off the current flowing to

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 제어부(230)는 현재 시점(tn)에서 온도 센서(160)로부터 입력 받은 온도 측정 값(Tn)이 과전류 기준 온도(Tmax)보다 높고 온도 측정 값의 온도 변화 프로파일(f(tn, Tn))의 기울기가 증가 추세에 있는 경우 스위치(220)를 제어하여 메인 배선(210)에 흐르는 전류를 차단할 수 있다.According to another aspect of the present invention, the controller 230 is a temperature measurement value (T n ) received from the temperature sensor 160 at the current time point t n is higher than the overcurrent reference temperature (T max ) and the temperature measurement value is When the slope of the temperature change profile f (t n , T n ) is increasing, the switch 220 may be controlled to cut off the current flowing through the main wiring 210.

도 7은 온도 변화 프로파일의 기울기 추세를 감안하여 전류 차단 여부를 결정하는 실시예를 설명하기 위한 온도 변화 프로파일의 예시도이다.7 is an exemplary view illustrating a temperature change profile for explaining an embodiment of determining whether to cut off a current in consideration of a trend of a slope of a temperature change profile.

도 7에 도시된 바와 같이, 상기 제어부(230)는 온도 변화 프로파일 f(tn, Tn)에서, (tn, Tn) 및 (tn-1, Tn-1) 좌표를 연결하는 직선의 기울기(Ln)가 (tn-1, Tn-1) 및 (tn-2, Tn-2) 좌표를 연결한 직선의 기울기(Ln-1)보다 일정 비율 큰 경우, 상기 스위치(220)를 제어하여 메인 배선(210)에 흐르는 전류를 차단할 수 있다. 다른 예로, 상기 제어부(230)는 상기와 유사한 방식으로 기울기 Ln-2 를 추가로 계산하고 Ln > Ln-1> Ln-2의 조건이 만족될 때 스위치를 제어하여 전류를 차단할 수 있다. 이 경우, 기울기의 증가 폭이 현재 시점에 가까울수록 증가하는 경우 과전류가 발생될 가능성이 있다고 보는 것이 바람직하다. 하지만 본 발명은 이에 한하는 것은 아니므로 기울기의 증가 추세를 판단하기 위해 고려하는 좌표 간 기울기의 수는 4개 이상으로 얼마든지 확장할 수 있음은 자명하다.As shown in FIG. 7, the controller 230 connects (t n , T n ) and (t n-1 , T n-1 ) coordinates in a temperature change profile f (t n , T n ). If the slope (L n ) of the straight line is larger than the slope (L n-1 ) of the straight line connecting the (t n-1 , T n-1 ) and (t n-2 , T n-2 ) coordinates, The switch 220 may be controlled to cut off a current flowing through the main wiring 210. As another example, the controller 230 may further calculate the slope L n-2 in a similar manner to the above, and control the switch to cut off the current when the condition of L n > L n-1 > L n-2 is satisfied. have. In this case, it is preferable to see that there is a possibility that overcurrent occurs when the increase in the slope increases as the current point increases. However, since the present invention is not limited thereto, it is apparent that the number of inclinations between coordinates considered to determine an increase in the inclination can be extended to four or more.

도 8은 이차 전지에 단락전류가 흘렀을 경우 파우치 외장재, 전극 리드 및 온도 측정 패드에서 측정한 온도의 변화를 시간에 따라 도시한 그래프이다.FIG. 8 is a graph illustrating a change in temperature measured by a pouch case, an electrode lead, and a temperature measuring pad when a short circuit current flows in the secondary battery.

도 8은, 이차 전지에 흐르는 전류가 t0 시점을 기준으로 갑자기 증가하여 전극 리드에 과전류가 흘렀을 때 이차 전지의 외장재, 전극 리드 및 온도 측정 패드의 온도 변화 프로파일을 보여주고 있다.FIG. 8 illustrates a temperature change profile of the exterior material, the electrode lead, and the temperature measuring pad of the secondary battery when the current flowing through the secondary battery suddenly increases at the time point t 0 and an overcurrent flows through the electrode lead.

그래프를 참조하면, 전극 리드에 흐르는 전류의 크기가 변화되었을 때 이차 전지 외장재의 온도 변화(①)보다는 전극 리드의 온도 변화(②)가 더 크고, 전극 리드의 온도 변화(②)보다는 온도 측정 패드(③)의 온도 변화가 더 크다는 것을 알 수 있다.Referring to the graph, when the magnitude of the current flowing through the electrode lead is changed, the temperature change of the electrode lead (②) is greater than the temperature change (①) of the secondary battery packaging material, and the temperature measuring pad is larger than the temperature change (②) of the electrode lead. It can be seen that the temperature change of (③) is larger.

또한, 온도 측정 패드의 경우는 그 온도가 이차 전지의 과열 기준 온도(Tmax)에 이르는 시간이 t1으로서 가장 빠르다. 그리고 시점 t1은 과전류가 본격적으로 흐르기 시작하는 tc 시점보다도 앞선다. 따라서 제어부(230)가 시점 t1에서 과전류에 대한 보호 동작을 개시하면 과전류가 본격적으로 흐르기도 전에 과전류 발생을 미리 예상하여 선제적 조치를 취하는 것이 가능하다. 또한, 상술한 바와 같이, 온도 측정 패드를 통해 측정된 온도가 Tmax 이상이 되는 조건과 함께 온도 변화율과 온도 변화 프로파일 상에서의 기울기 증가 추세 등을 함께 고려하여 과전류 보호 동작을 개시하면 보호동작의 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있음은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.In the case of the temperature measuring pad, the time at which the temperature reaches the overheat reference temperature T max of the secondary battery is the fastest as t 1 . The time point t 1 is earlier than the time point t c at which the overcurrent starts to flow in earnest. Therefore, when the controller 230 starts the protection against overcurrent at time t 1 , it is possible to take preemptive measures by anticipating the occurrence of overcurrent in advance before the overcurrent flows in earnest. In addition, as described above, when the overcurrent protection operation is started in consideration of the temperature change rate and the trend of increasing the slope on the temperature change profile together with the condition that the temperature measured by the temperature measuring pad becomes T max or more, reliability of the protection operation is achieved. It is apparent to those skilled in the art that the present invention can be further improved.

반면, 전극 리드와 이차 전지 외장재의 경우는 과전류가 본격적으로 흐르기 시작하는 시점 tc 이후인 t2 및 t3 이후에 그 온도가 과열 기준 온도(Tmax)에 도달하는 것을 알 수 있다. 따라서 전극 리드와 이차 전지 외장재의 온도를 모니터하여 과전류 보호 동작을 시작하면 사후적 조치만이 가능하다는 것을 알 수 있다.On the other hand, in the case of the electrode lead and the secondary battery packaging material, it can be seen that the temperature reaches the overheat reference temperature T max after t 2 and t 3 after the time t c at which the overcurrent starts to flow in earnest. Therefore, it can be seen that only after-care is possible by monitoring the temperature of the electrode lead and the secondary battery exterior material and starting the overcurrent protection operation.

한편, 과전류에 대한 선제적 보호 조치가 취해지는 t1 시점은 온도 측정 패드를 구성하는 물질의 저항 값에 따라 변화된다. 즉, 저항 값과 t1 시점은 서로 반비례 관계에 있다. 따라서 시점 t1을 앞당기기 위해서는 온도 측정 패드의 저항 값이 큰 것이 바람직하다. 하지만 온도 측정 패드의 저항 값이 커지면 온도 변화의 민감도가 너무 커서 보호 동작의 신뢰성이 저하될 가능성이 있다. 또한, 온도 측정 패드에서 발생된 고열이 전극 리드를 통해 셀 어셈블리에 전도되어 셀 어셈블리의 성능을 저하시킬 수 있다. 따라서 온도 측정 패드의 저항은 이러한 점들을 적절하게 고려하여 선택하는 것이 바람직하다. On the other hand, the time t 1 at which preemptive protection against overcurrent is taken varies depending on the resistance value of the material constituting the temperature measuring pad. That is, the resistance value and the time point t 1 are inversely related to each other. Therefore, in order to accelerate the time t 1 is preferably the resistance value of the temperature measurement pad larger. However, if the resistance value of the temperature measurement pad is large, the sensitivity of the temperature change is too high, which may reduce the reliability of the protection operation. In addition, high heat generated in the temperature measuring pad may be conducted to the cell assembly through the electrode lead, thereby degrading the performance of the cell assembly. Therefore, the resistance of the temperature measuring pad is preferably selected in consideration of these points.

온도 측정 패드의 저항 값은 이차 전지의 규격, 전극 리드의 물질 종류 등에 따라 달라진다. 따라서 과전류 인가 시험을 반복적으로 시행하여 신뢰성 있는 과전류 보호 동작이 가능하면서도 과전류가 본격적으로 인가되는 시점보다 먼저 과전류 기준 온도에 도달하는 조건을 충족하는 저항 값을 시행 착오법을 통해 결정하는 것이 바람직하다.The resistance value of the temperature measuring pad depends on the specification of the secondary battery, the material type of the electrode lead, and the like. Therefore, it is desirable to determine the resistance value through trial and error method that the reliable overcurrent protection operation is possible by repeatedly conducting the overcurrent application test and the condition that reaches the overcurrent reference temperature before the overcurrent is applied in earnest.

상기 제어부(230)는 전술한 여러 가지 기능을 수행하기 위해 마이크로프로세서를 포함하는 PCB 보드로 구현될 수도 있고, ASIC 칩과 같은 원 칩 형태로 구현되어도 무방하다. 또한, 상기 제어부(230)가 수행하는 기능은 컴퓨터가 판독 가능한 프로그램으로 코팅되어 상기 제어부(230)의 기능을 구현하는 하드웨어 장치의 기억수단에 기록되어 실행될 수 있다. 또한 상기 제어부(230)가 수행하는 기능은 아날로그 또는 디지털 로직 회로로 구현되는 것도 가능하다. 상기 제어부(230)가 수행하는 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 부품을 작동 가능하게 결합하고 마이크로프로세서의 동작을 위해 필요한 각종 프로그램을 설치하는 것은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.The controller 230 may be implemented as a PCB board including a microprocessor to perform the aforementioned various functions, or may be implemented in the form of an original chip such as an ASIC chip. In addition, a function performed by the control unit 230 may be recorded and executed in a storage unit of a hardware device coated with a computer-readable program to implement the function of the control unit 230. In addition, the function performed by the controller 230 may be implemented by an analog or digital logic circuit. It is apparent to those skilled in the art to operably couple computer components and to install various programs necessary for the operation of the microprocessor to implement the functions performed by the controller 230. .

본 발명에 따르면, 전류의 변화에 대해 민감하게 온도가 변화되는 고저항 물질로 이루어진 온도 측정 패드를 이차 전지의 전극 리드에 부착하고 온도 측정 패드를 통해 이차 전지의 온도를 모니터함으로써 과전류 발생을 미리 예측하여 보호 동작을 선제적으로 취할 수 있다. 또한, 온도 변화 프로파일의 선형 변화도 함께 고려하여 이차 전지의 온도를 모니터함으로써 과전류 발생의 예측 정확도를 보다 향상시켜 선제적 보호 조치의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
According to the present invention, the occurrence of overcurrent is predicted in advance by attaching a temperature measuring pad made of a high resistance material sensitive to changes in current to an electrode lead of a secondary battery and monitoring the temperature of the secondary battery through the temperature measuring pad. The protective action can be taken preemptively. In addition, by monitoring the temperature of the secondary battery in consideration of the linear change of the temperature change profile, it is possible to further improve the prediction accuracy of the overcurrent generation, thereby improving the reliability of the proactive protection measures.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not to be limited to the details thereof and that various changes and modifications will be apparent to those skilled in the art. And various modifications and variations are possible within the scope of the appended claims.

100: 이차 전지 110, 120: 전극 리드
130: 셀 어셈블리 140: 외장재
150: 온도 측정 패드 160: 온도 센서
170: 전기 도선 180: 단열층
200: 이차 전지 보호 장치
210: 메인 배선 220: 스위치
230: 제어부 240: 메모리
Tmax: 과전류 기준 온도100: secondary battery 110, 120: electrode lead
130: cell assembly 140: outer material
150: temperature measurement pad 160: temperature sensor
170: electrical conductor 180: heat insulation layer
200: secondary battery protection device
210: main wiring 220: switch
230: control unit 240: memory
T max : Overcurrent reference temperature

Claims (9)

반대 극성의 전극 리드가 전기적으로 접속된 셀 어셈블리;
상기 전극 리드의 일부가 외부에 노출되도록 상기 셀 어셈블리를 포장하는 전지 외장재; 및
적어도 어느 한 쪽 극성의 전극 리드에 부착되고 전도성을 가지고 있어 상기 전극 리드에 흐르는 전류를 바이패스할 수 있는 온도 측정 패드를 포함하고,
상기 전극 리드의 저항 보다 상기 온도 측정 패드의 저항이 큰 것을 특징으로 하는 이차 전지.A cell assembly in which electrode leads of opposite polarity are electrically connected;
A battery packaging material for wrapping the cell assembly such that a part of the electrode lead is exposed to the outside; And
A temperature measuring pad attached to an electrode lead of at least one polarity and having a conductivity to bypass current flowing through the electrode lead;
The secondary battery, characterized in that the resistance of the temperature measuring pad is larger than the resistance of the electrode lead. 제1항에 있어서,
상기 온도 측정 패드의 저항이 상기 전극 리드의 저항 보다 5 내지 20 배 큰 것을 특징으로 하는 이차 전지.The method of claim 1,
The secondary battery, characterized in that the resistance of the temperature measuring pad is 5 to 20 times larger than the resistance of the electrode lead. 제1항에 있어서,
상기 전극 리드와 상기 온도 측정 패드 사이에 단열층이 개재되고,
상기 전극 리드와 상기 온도 측정 패드를 전기적으로 연결하는 전기 도선을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.The method of claim 1,
An insulating layer is interposed between the electrode lead and the temperature measuring pad,
The secondary battery further comprises an electrical lead for electrically connecting the electrode lead and the temperature measuring pad. 이차 전지의 전극 리드와 연결되어 충전 또는 방전 전류가 흐르는 메인 배선;
상기 메인 배선 상에 설치되어 전류의 흐름을 온 오프시키는 스위치;
이차 전지의 전극 리드에 부착되고 상기 전극 리드보다 저항은 크면서 전도성을 가지고 있어 상기 전극 리드에 흐르는 전류를 바이패스할 수 있는 온도 측정 패드;
상기 온도 측정 패드 상에 부착된 온도 센서; 및
상기 온도 센서로부터 온도 측정 값을 입력 받은 후, 온도 측정 값이 과전류 기준 온도보다 높으면 상기 스위치를 제어하여 전류의 흐름을 차단하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 보호 장치.A main wiring connected to the electrode lead of the secondary battery, through which a charge or discharge current flows;
A switch installed on the main wiring to turn on and off a current flow;
A temperature measuring pad attached to an electrode lead of the secondary battery and having a resistance greater than that of the electrode lead and having a conductivity to bypass current flowing through the electrode lead;
A temperature sensor attached on the temperature measuring pad; And
And a controller configured to block the flow of current by controlling the switch when the temperature measurement value is higher than the overcurrent reference temperature after receiving the temperature measurement value from the temperature sensor. 제4항에 있어서,
상기 온도 측정 패드의 저항이 상기 전극 리드의 저항 보다 5 내지 20배 큰 것을 특징으로 하는 이차 전지의 보호 장치.5. The method of claim 4,
The resistance of the temperature measuring pad is 5 to 20 times larger than the resistance of the electrode lead, the protective device of the secondary battery. 제4항에 있어서,
상기 전극 리드와 상기 온도 측정 패드 사이에 단열층이 개재되고,
상기 전극 리드와 상기 온도 측정 패드를 전기적으로 연결하는 전기 도선을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 보호 장치.5. The method of claim 4,
An insulating layer is interposed between the electrode lead and the temperature measuring pad,
And a conductive wire electrically connecting the electrode lead and the temperature measuring pad to each other. 제4항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 온도 측정 값이 과전류 기준 온도 보다 높고, 이전 시점과 현재 시점을 기준으로 한 온도 측정 값의 변화율이 임계 치 이상인 경우 상기 스위치를 제어하여 전류의 흐름을 차단하는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 보호 장치.5. The apparatus of claim 4,
When the temperature measurement value is higher than the overcurrent reference temperature, and the rate of change of the temperature measurement value based on the previous time point and the current time point is more than the threshold value, by controlling the switch to block the flow of current . 제4항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 온도 측정 값이 과전류 기준 온도 보다 높고 온도 측정 값의 온도 변화 프로파일의 기울기가 증가 추세에 있는 경우 상기 스위치를 제어하여 전류의 흐름을 차단하는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 보호 장치.5. The apparatus of claim 4,
And controlling the switch to block the flow of current when the temperature measurement value is higher than the overcurrent reference temperature and the slope of the temperature change profile of the temperature measurement value is increasing. 제8항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 온도 변화 프로파일의 기울기 증가 폭이 현재 온도 측정 시점에 가까울수록 증가하는 경우 상기 스위치를 제어하여 전류의 흐름을 차단하는 것을 특징으로 하는 이차 전지의 보호 장치.The method of claim 8, wherein the control unit,
And controlling the switch to block the flow of current when the slope increase width of the temperature change profile increases as the current temperature measurement time increases.
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