KR101352840B1 - 배터리 과열 방지 어셈블리 및 이를 갖는 배터리 팩 - Google Patents

배터리 과열 방지 어셈블리 및 이를 갖는 배터리 팩 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배터리의 과열을 방지하는 배터리 과열 방지 어셈블리 및 이를 갖는 배터리 팩을 위하여, 상호 이격된 제1도전부 및 제2도전부와, 상기 제1도전부 및 상기 제2도전부를 통전시키며 배터리의 온도가 상승할 때 제1온도에서 상기 제1도전부 및 상기 제2도전부를 단전시키는 제1전원차단부와, 상기 제1온도에서 상기 배터리의 온도가 하강할 때 제2온도에서 상기 제1전원차단부와 걸려 상기 제1도전부 및 상기 제2도전부를 통전시키는 것을 방지하는 제2전원차단부를 포함하는 배터리 과열 방지 어셈블리 및 이를 갖는 배터리 팩을 제공한다.

Description

배터리 과열 방지 어셈블리 및 이를 갖는 배터리 팩{Assembly for against overheating battery and battery pack having the same}
본 발명은 배터리 팩에 관한 것으로서, 더 상세하게는 배터리의 과열을 방지하는 배터리 과열 방지 어셈블리 및 이를 갖는 배터리 팩에 관한 것이다.
일반적으로 배터리 팩은 핸드폰과 같은 휴대용 기기에서부터 전기 자동차까지 다양한 기기에 탑재되어 각 기기에 전류를 공급하여 각 기기가 작동되게 한다.
이러한 배터리 팩은 보통 리튬이온 등으로 이루어질 수 있다. 충전식 리튬 배터리는 에너지 밀도가 상당히 높고, 환경과 안전에 대한 위해(危害) 가능성이 낮으며, 관련 물질 및 제조비용이 비교적 적게 든다. 이러한 리튬 배터리는 배터리의 전극들 사이에 전압을 인가하여, 배터리의 캐소드에 있는 리튬 호스트로부터 리튬 이온 또는 전자를 방출시킴으로써 충전된다. 그리고 리튬 배터리는 충전된 전자를 방출시킴으로써 각 전자기기에 전류를 공급한다.
그러나 이러한 종래의 배터리 팩에는 전자기기에 전류를 공급할 때 내부 온도가 올라가 폭발의 위험이 높아지는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 배터리의 과열을 방지하는 배터리 과열 방지 어셈블리 및 이를 갖는 배터리 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 따르면, 상호 이격된 제1도전부 및 제2도전부와, 상기 제1도전부 및 상기 제2도전부를 통전시키며 배터리의 온도가 상승할 때 제1온도에서 상기 제1도전부 및 상기 제2도전부를 단전시키는 제1전원차단부와, 상기 제1온도에서 상기 배터리의 온도가 하강할 때 제2온도에서 상기 제1전원차단부와 걸려 상기 제1도전부 및 상기 제2도전부를 통전시키는 것을 방지하는 제2전원차단부를 포함하는 배터리 과열 방지 어셈블리가 제공된다.
상기 제1전원차단부는 상기 제1온도에서 상기 제1도전부와 상기 제2도전부를 단전시키는 제1바이메탈을 포함할 수 있다.
상기 제1바이메탈의 저팽창부는 30wt%의 Ni과 70wt%의 Fe로 이루어지고, 상기 제1바이메탈의 고팽창부는 60wt%의 Cu와 40wt%의 Zn으로 이루어질 수 있다. 제2전원차단부는 제2바이메탈을 포함하고, 상기 제2바이메탈은 상기 제2온도에서 상기 제1바이메탈과 걸릴 수 있다.
상기 제1바이메탈은 상기 제2바이메탈에 걸리도록 끝단부가 구부러질 수 있다. 또한, 상기 제2바이메탈은 상기 제1바이메탈이 걸리도록 끝단부가 구부러질 수 있다.
한편, 상기 제1바이메탈은 끝단부의 이동 폭이 크도록 구부러질 수 있다.
상기 제1온도는 상기 제2온도보다 높을 수 있고, 상기 제1온도는 85°이고, 상기 제2온도는 40°일 수 있다.
상기 제1전원차단부와 상기 제2전원차단부가 등전위를 갖도록 상기 제1전원차단부 및 상기 제2전원차단부를 연결하는 등전위부를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 일 관점에 따르면, 배터리와, 상기 배터리와 전기적으로 연결되는 본 발명의 실시예들에 따른 배터리 과열 방지 어셈블리를 포함하는 배터리 팩이 제공된다.
한편, 본 발명의 또 다른 일 관점에 따르면, 배터리와 열 교환하도록 되어 있는 배터리 과열 방지 어셈블리로서, 제1도전부와, 상기 제1도전부와 이격되어 있는 제2도전부와, 상기 제1도전부와 전기적으로 연결되어 있고, 제1바이메탈을 포함하며, 온도에 따라 상기 제2도전부와 전기적으로 접촉 또는 이격되도록 되어 있는 제1전원차단부와, 제2바이메탈을 포함하는 제2전원차단부를 포함하며, 상기 제1전원차단부는 온도가 상승하여 제1온도에 도달하면 상기 제2도전부와 이격되도록 되어 있고, 상기 제2전원차단부는 온도가 상기 제1온도에서 제2온도(단, 제2온도 < 제1온도)로 하강하는 동안, 상기 제1전원차단부가 상기 제2도전부와 이격된 상태를 유지하도록 상기 제1전원차단부의 형상의 변형을 방해하도록 되어 있는 배터리 과열 방지 어셈블리가 제공된다.
상기 제1도전부 및 상기 제2도전부 중 어느 하나는, 상기 배터리에 전기적으로 연결되도록 되어 있고, 상기 제1도전부 및 상기 제2도전부 중 다른 하나는, 상기 배터리로부터 전력을 공급받는 부하에 연결되도록 되어 있을 수 있다.
온도가 상기 제1온도에서 상기 제2온도로 하강하는 동안 상기 제1전원차단부와 상기 제1전원차단부가 서로 걸림으로써 상기 제1전원차단부의 형상의 변화를 방해하도록, 상기 제1전원차단부의 끝단부와 상기 제2전원차단부의 끝단부는 서로 다른 방향으로 굽은 형상을 하고 있을 수 있다.
온도가 상기 제2온도보다 낮은 온도에서 상기 제2온도보다 높은 온도로 상승하는 순간에, 상기 제2전원차단부가 상기 제1전원차단부의 형상의 변화를 방해하지 않도록 되어 있을 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 배터리의 과열을 방지하는 배터리 과열 방지 어셈블리 및 이를 갖는 배터리 팩을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 과열 방지 어셈블리를 개략적으로 도시하는 측단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 과열 방지 어셈블리 중 제1전원차단부를 개략적으로 도시하는 측면도이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 배터리 과열 방지 어셈블리 중 제2전원차단부를 개략적으로 도시하는 측면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 배터리 과열 방지 어셈블리를 개략적으로 도시하는 평단면도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.
이하의 실시예에서, x축, y축 및 z축은 직교 좌표계 상의 세 축으로 한정되지 않고, 이를 포함하는 넓은 의미로 해석될 수 있다. 예를 들어, x축, y축 및 z축은 서로 직교할 수도 있지만, 서로 직교하지 않는 서로 다른 방향을 지칭할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 과열 방지 어셈블리를 개략적으로 도시하는 측단면도이다. 도 2는 제2온도에서 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 과열 방지 어셈블리를 개략적으로 도시하는 측단면도이다. 그리고 도 3은 제1온도에서 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 과열 방지 어셈블리를 개략적으로 도시하는 측단면도이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 의한 배터리 과열 방지 어셈블리는 제1도전부(10), 제2도전부(20), 제1전원차단부(100) 및 제2전원차단부(200)를 포함할 수 있다. 또한 배터리 과열 방지 어셈블리는 구성요소가 구비되는 하우징(30)을 더 포함할 수 있다. 여기서 제1전원차단부(100)는 제1도전부(10)와 제2도전부(20)의 전기적 연결을 온/오프(on/off)할 수 있도록 되어있다.
하우징(30)은 배터리 과열 방지 어셈블리의 외관을 이루며 그 내/외부에 걸쳐 배터리 과열 방지 어셈블리의 구성요소가 구비될 수 있다. 예를 들어, 하우징(30)은 제1전원차단부(100)와 제2전원차단부(200)를 내부에 구비할 수 있고, 제1도전부(10)와 제2도전부(20)를 내/외부에 걸쳐 구비할 수 있다. 이러한 하우징(30)은 배터리와 인접하게 배치되거나, 배터리 팩 내부에 구비될 수도 있는데, 이러한 배치에 의해 배터리에서 발생한 열이 배터리 과열 방지 어셈블리로 전달될 수 있다. 이렇게 하우징(30)이 구비되는 것은 배터리 과열 방지 어셈블리가 배터리의 온도에 따라 전원을 선택적으로 차단하기 위함이다. 하우징(30)은 상술한 예와 다르게 배터리 팩의 외관을 이루고, 그 내부에 배터리 과열방지 어셈블리가 구비될 수도 있다. 이처럼 하우징(30)은 상술한 예들에 한정되지 않고 다양할 수 있다.
제1도전부(10) 및 제2도전부(20)를 통해 배터리를 자동차의 엔진 또는 휴대용 기기 등의 전자기기에 전기적으로 연결할 수 있다. 여기서, 제1도전부(10) 및 제2도전부(20) 중 어느 하나는 배터리에 전기적으로 연결될 수 있고, 다른 하나는 배터리로부터 전력을 공급받는 부하에 연결될 수 있다.
예를 들면, 제1도전부(10)는 일단이 배터리에 연결되고, 제2도전부(20)는 일단이 전자기기에 연결될 수 있다. 그리고 제1도전부(10)의 타단과 제2도전부(20)의 타단은 배터리 과열 방지 어셈블리 내에서 전기적으로 연결되어, 배터리로부터 전자기기로 전류가 흐를 수 있다. 또는 상술한 바와 반대로 제1도전부(10) 및 제2도전부(20)가 배터리 및 전자기기에 연결될 수 있다. 이러한 제1도전부(10) 및 제2도전부(20)는 전선 또는 배선층으로 이루어질 수 있다.
한편, 제1도전부(10)와 제2도전부(20)는 상호 이격될 수 있다. 제2도전부(20)는 제1도전부(10)와 이격될 수 있다. 이처럼, 제1도전부(10) 및 제2도전부(20)가 이격되어 있기 때문에 이들을 전기적으로 연결하기 위하여 제1전원차단부(100)가 구비될 수 있다.
제1전원차단부(100)는 제1도전부(10) 및 제2도전부(20)를 통전시키며, 이를 위하여 도전체를 포함할 수 있다. 또한, 제1전원차단부(100)는 배터리가 과열 상태로 지속되는 것을 방지하기 위하여 제1도전부(10) 및 제2도전부(20)를 선택적으로 통전시킬 수 있다. 보다 상세히 설명하면, 배터리의 과열 상태가 지속되면 발화 등의 위험이 발생할 가능성이 높기 때문에, 이를 방지하기 위하여 제1전원차단부(100)는 배터리의 온도가 상승함에 따라 제1온도에서 제1도전부(10)와 제2도전부(20)를 단전시킬 수 있다.
이를 위하여, 제1전원차단부(100)는 온도에 따라 그 형상이 변하는 제1바이메탈(110)을 포함할 수 있다. 제1바이메탈(110)은 온도가 상승함에 따라 그 형상이 변해 제1온도에서 제1도전부(10)와 제2도전부(20)를 단전시킬 수 있다. 예컨대 도 1 내지 도 3을 참조하면, 제1바이메탈(110)은 끝단부(120)가 온도에 따라 이동 가능하도록 타단이 하우징(30)에 고정될 수 있다. 그리고 제1바이메탈(110)의 일단에 제1도전부(10)가 고정 연결되고, 제1바이메탈(110)의 타단 또는 타단 근처는 제2도전부(20)와 접촉할 수 있다. 제2도전부(20)와의 접촉을 위하여 제1바이메탈(110)의 끝단부(120)와 인접한 부분에 제2도전부(20)와 접촉되는 돌출부(130)가 구비될 수 있다. 예컨대, 제1전원차단부(100)는 제1도전부(10)과 전기적으로 연결된 제1바이메탈(110)을 포함하고, 온도에 따라 제2도전부(20)와 전기적으로 접촉 또는 이격될 수 있다. 여기서 온도는 제1온도 일 수 있다.
도 1을 참조하여 보다 상세히 설명하면, 제1바이메탈(110)은 상온에서부터 제1온도까지 제2도전부(20)와 접촉하여 제1도전부(10) 및 제2도전부(20)를 전기적으로 연결할 수 있다. 일반적으로 바이메탈은 온도에 따라 그 형상이 연속적으로 변하기 때문에, 제1바이메탈(110)은 상온에서부터 제1온도까지는 그 형상이 변해도 제1도전부(10) 및 제2도전부(20)를 전기적으로 연결할 수 있는 형상을 가질 수 있다.
여기서 도 1과 도 4를 참조하여 제1바이메탈(110)의 형상을 설명하면, 제1바이메탈(110)은 도 1에 도시된 바와 같이 몸체가 구부러지지 않고 곧은 형태일 수 있다. 그러나 제1바이메탈(110)은 온도 변화에 민감하게 형상이 변화되기 위하여 구부러진 형태를 가질 수 있다. 즉, 제1바이메탈(110)은 끝단부(120)의 이동 폭이 크도록 구부러진 형태를 가질 수 있다. 예컨대 도 4에 도시된 바와 같이 물결모양으로 구부러진 형상을 가짐으로써 끝단부(120)의 이동 폭을 향상시킬 수 있다. 이러한 것은 배터리 과열 방지 어셈블리가 소형화 되는 경우, 제1바이메탈(110)의 크기가 작아도 끝단부(120)의 이동 폭이 크게 하기 위함이다.
다시 도 3을 참조하면, 제1바이메탈(110)의 온도가 제1온도에 도달한 경우, 제1전원차단부(100)는 제2도전부(20)로부터 분리되어 제1도전부(10)와 제2도전부(20)가 서로 단전될 수 있다. 여기서 제1온도는 예컨대 85°일 수 있다. 즉, 제1바이메탈(110)은 85°에서 제2도전부(20)로부터 분리되어 제1도전부(10) 및 제2도전부(20)를 단전시킬 수 있다.
여기서, 제1온도는 배터리의 온도, 하우징(30) 내부의 온도 또는 제1바이메탈(110)의 온도일 수 있다. 보다 상세히 설명하면, 배터리, 하우징(30) 내부 및 제1바이메탈(110)은 매우 인접하게 배치되므로 온도가 대략 동일할 수 있다. 따라서 제1온도는 어느 것의 온도를 지칭하여도 대략 동일할 것이다. 이러한 것은 제2온도에서도 마찬가지이다. 본 명세서에서 사용하는 구체적인 제1온도 및 제2온도는 예시적인 것으로서 본 발명의 적용대상 기기에 따라 그 값을 변화시켜 구현할 수 있다.
또한, 제1바이메탈(110)의 온도는 배터리의 온도와 밀접한 연관이 있으므로, 배터리의 온도의 상승 하강은 제1바이메탈(110)의 온도의 상승 하강과 실질적으로 일치할 수 있다. 이하에서는 설명을 쉽게 하기 위하여 '제1바이메탈(110)의 온도', '제2바이메탈(210)의 온도', '제1전원차단부(100)의 온도', 또는 '배터리 과열방지 어셈블리의 온도'를 '배터리의 온도 변화'라고 표현할 수 있다.
한편, 제1도전부(10)와 제2도전부(20)가 제1전원차단부(100)에 의해 전기적으로 단락된 상태에 있는 경우, 제1전원차단부(100)는 배터리의 온도가 낮아짐에 따라 다시 제1도전부(10) 및 제2도전부(20)를 통전시킬 수 있다. 이때, 배터리의 온도가 충분히 낮아지지 않으면 배터리가 다시 과열될 수 있다. 이러한 것을 방지하기 위하여 제2전원차단부(200)는, 배터리의 온도가 제1온도에서 제2온도로 온도가 하강하는 동안(제2온도 < 제1온도) 상기 제1전원차단부(100)가 제2도전부(20)에 접촉하지 못하도록 제1전원차단부(100)와 걸려 제1전원차단부(100)의 변형을 방해함으로써, 제2온도 이하로 온도가 감소할 때까지 제1도전부(10)와 제2도전부(20)가 서로 통전하는 것을 방지할 수 있다.
도 3을 참조하여 보다 상세히 설명하면, 제2전원차단부(200)는 제2바이메탈(210)을 포함하고, 제2바이메탈(210)은 제1온도에서 제2온도로 온도가 하강하는 동안에 제1바이메탈(110)과 걸릴 수 있다. 여기서 제2전원차단부(200)는 제2바이메탈(210) 및 온도에 따라 형상이 변하지 않는 다른 부재를 더 포함할 수 있다. 온도가 제2온도보다 높은 상태에서 제2온도보다 낮은 상태로 감소할 때에 제2전원차단부(200)에 포함된 제2바이메탈(210)의 형상이 변함으로써, 제1전원차단부(100)가 제2전원차단부(200)에 걸려있는 상태가 해제될 수 있으며, 이로써 제1전원차단부(100)는 다시 제2도전부(20)와 전기적으로 접촉할 수 있다.
위에서 설명한 제1온도는 온도가 상승할 때에 제1전원차단부(100)가 제2도전부(20)로부터 분리되는 실질적인 제1임계온도를 의미할 수 있다. 그리고 제2온도는 온도가 하강할 때에 제1전원차단부(100)가 제2전원차단부(200)에 걸린 상태가 해제되는 실질적인 제2임계온도를 의미할 수 있다. 제1전원차단부(100)와 제2전원차단부(200)는 각각, 제2온도보다 낮은 온도상태에서 제2온도보다 높은 온도상태로 온도가 상승하는 순간에는 제1전원차단부(100)가 제2전원차단부(200)에 걸리지 않고 변형될 수 있으나, 온도가 하강할 때에 제2온도 이하로 내려가기 전까지는 제1전원차단부(100)가 제2전원차단부(200)에 걸리도록 하는 형상구조를 가질 수 있다.
한편, 도 5 내지 도 7은 제2바이메탈(210)의 측면도가 도시되어 있고, 이 도면들을 참조하여 제2바이메탈(210)의 예시적 형상을 설명한다. 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 제2바이메탈(210)의 몸체는 구부러지지 않고 곧은 형태일 수 있다. 그러나 실시예에 따라 제2바이메탈(210)의 몸체는 도 5에 도시된 바와 같이 구부러진 형상을 가질 수 있고, 도 6에 도시된 바와 같이 나선형태 일 수 있다. 또는 제2바이메탈(210)은 도 7에 도시된 바와 같이 원형일 수 있다. 이러한 제2바이메탈(210)은 끝단부(220)의 이동 폭을 크게 하기 위하여 다양한 형태로 이루어질 수 있다. 이러한 것은 배터리 과열 방지 어셈블리가 소형화 되는 경우, 제2바이메탈(210)의 크기가 작아도 끝단부(220)의 이동 폭이 크게 하기 위함이다.
예컨대, 제2바이메탈(210)은 도 1에 도시된 바와 같이 일단이 하우징(30)에 고정될 수 있고 도시된 바와 다르게 별도의 도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이 고정부재(230)에 의해 고정될 수 있다. 이러한 고정부재(230)은 하우징(30)의 일부일 수도 있고, 하우징(30)에 연결 결합되는 별도의 구성일 수도 있다. 그리고 제2바이메탈(210)의 끝단부(220)는 온도 변화에 의해 이동가능하며 상술한 바와 같이 제1바이메탈(110)에 걸릴 수 있다. 또한, 제2바이메탈(210)은 도 1 내지 도 3을 참조하면 ±y방향으로 그 끝단부(220)가 이동 가능한 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않고 다른 방향으로도 이동할 수 있다.
제2전원차단부(200)는 온도가 하강하는 동안 제2온도보다 높은 온도에서 제1전원차단부(100)와 걸리는 등 적어도 제2온도까지는 제1전원차단부(100)와 걸려있는 상태를 유지할 수 있다. 즉, 배터리의 온도가 충분히 하강할 때까지 제1바이메탈(110)과 제2바이메탈(210)은 상호 걸려있는 상태를 유지하여, 전류의 흐름을 끊음으로써 배터리가 다시 과열되는 것을 방지할 수 있다. 여기서, 제2온도는 제1온도보다 낮아야 배터리가 다시 과열되는 것을 방지할 수 있고, 예컨대, 제2온도는 40°일 수 있다.
한편, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 제1바이메탈(110)과 제2바이메탈(210)이 서로 걸리게 하기 위하여, 제1바이메탈(110)의 끝단부(120)는 구부러진 형상을 할 수 있다. 예컨대, 제1전원차단부(100)의 끝단부(120)와 상기 제2전원차단부(200)의 끝단부(220)는 서로 다른 방향으로 굽은 형상을 하고 있을 수 있다. 여기서 서로 다른 방향이란 서로에 대향되는 방향일 수 있다.
예를 들면, 제1바이메탈(110)은 끝단부(120)가 -y방향으로 도 1에 도시된 바와 같이 절곡되어 구부러진 형상을 할 수 있고, 도 4에 도시된 바와 같이 라운드(round, 만곡(彎曲))되어 구부러진 형상을 할 수 있다.
또한, 제1바이메탈(110)과 제2바이메탈(210)이 서로 걸리게 하기 위하여, 제2바이메탈(210)의 끝단부(220)는 구부러진 형상을 할 수 있다. 예컨대, 제2바이메탈(210)은 그 끝단부(220)가 +y방향으로 구부러진 형상을 가짐으로써, -y방향으로 구부러진 형상의 끝단부를 갖는 제1바이메탈(110)과 상호 걸릴 수 있다. 이러한 제1바이메탈(110) 및 제2바이메탈(210)의 형상으로 인해 제1바이메탈(110) 및 제2바이메탈(210)은 상호 풀리는 것을 방지할 수 있고, 제2온도보다 높은 온도에서 제2온도로 온도가 하강하는 동안 제1바이메탈(110)이 제2도전부(20)와 접촉되는 것을 방지할 수 있다.
이하에서는 배터리의 온도가 상온에서부터 상승하고, 다시 하강하는 순서로 설명한다.
도 1을 참조하면, 제1바이메탈(110)은 상온에서 제2도전부(20)와 접촉하여, 제1도전부(10)와 제2도전부(20)를 전기적으로 연결할 수 있다. 이러한 상태에서 배터리는 전자를 발생하므로 온도가 상승하지만 과열된 상태는 아닐 것이다. 이때, 배터리의 온도가 상온 또는 상온보다 높고 제2온도보다 낮은 상태이므로, 제2바이메탈(210)은 제1바이메탈(110)과 걸리기 위한 형상으로 변하지 않을 수 있다.
도 2를 참조하면, 시간이 지남에 따라 배터리는 온도가 상승하여 제2온도에 도달할 수 있다. 제2바이메탈(210)은 제2온도에서 제1바이메탈(110)과 걸릴 수 있도록 그 형상이 변할 수 있다. 여기서 제2온도는 제1온도보다 낮으며, 배터리가 과열된 온도는 아닐 수 있다. 따라서 제1바이메탈(110)은 제1도전부(10) 및 제2도전부(20)를 통전시킬 수 있다.
배터리가 과열되어 제1바이메탈(110)이 제1온도에 도달하거나 그보다 높아지면, 제1바이메탈(110)은 그 형상이 변하여 제2도전부(20)에서 접촉되지 않고 예컨대 +y방향으로 그 끝단부(120)가 이동할 수 있다. 이때, 온도가 제2온도보다 낮은 온도에서 제2온도보다 높은 온도로 상승하는 순간에, 제2전원차단부(200)는 제1전원차단부(100)의 형상의 변화를 방해하지 않도록 되어 있을 수 있다. 예컨대, 제1바이메탈(110)은 +y방향으로 끝단부(120)가 이동하는 과정 중에 제2바이메탈(210)의 끝단부(220)와 접촉할 수도 있지만, 제2바이메탈(210)의 끝단부(220)도 온도에 따라 예컨대 +y방향으로 이동하므로 접촉하지 않을 수 있다. 또는, 제2바이메탈(210)의 끝단부(220)는 +y방향으로 굽어있고 제1바이메탈(110)의 끝단부(120)는 -y방향으로 굽어있기 때문에, 온도가 상승할 때에는 제1바이메탈(110)이 제2바이메탈(210)에 걸리지 않을 수 있다. 즉, 제1바이메탈(110)과 제2바이메탈(210)은 배터리의 온도가 상승하는 동안 상호 간섭받지 않을 수 있다.
도 3을 참조하면, 제1바이메탈(110)에 의해 제1도전부(10) 및 제2도전부(20)에 전류가 흐르지 않으면, 배터리는 온도가 하강할 것이다. 이때, 배터리가 다시 과열되는 것을 방지하고 배터리의 온도를 충분히 하강시키기 위하여, 제1바이메탈(110) 및 제2바이메탈(210)은 제1온도에서 제2온도로 도달할 때까지 상호 걸릴 수 있다. 즉, 제1바이메탈(110) 및 제2바이메탈(210)은 배터리의 온도가 하강할 때 제2온도까지 상호 걸린 상태가 됨으로써, 제1도전부(10)와 제2도전부(20)가 서로 단전된 상태를 유지할 수 있다.
그리고 배터리의 온도가 제2온도보다 낮아지면 제2바이메탈(210)이 제1바이메탈(110)의 이동을 방해하는 형상에서 그렇지 않은 형상으로 변하게 되므로, 제1바이메탈(110) 및 제2바이메탈(210)은 걸린 것이 상호 풀려서, 제1바이메탈(110)은 도 1에 도시된 바와 같이 다시 제1도전부(10) 및 제2도전부(20)를 통전시킬 수 있다.
이처럼 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 과열 방지 어셈블리는 배터리가 과열될 때 전류를 단전시켜 배터리의 과열되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 과열 방지 어셈블리는 배터리가 소정의 온도보다 낮아질 때까지 단전시켜 보다 안정적으로 배터리 및 사용자를 보호할 수 있다.
한편, 도 8에는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 배터리 과열 방지 어셈블리가 도시되어 있다. 다른 일 실시예에 따른 배터리 과열 방지 어셈블리는 전술한 실시예에서 등전위부(300)가 추가된 것이므로 중복된 설명은 생략한다.
예컨대, 제1전원차단부(100)는 배터리에 연결되어 있어 높은 전위 상태일 수 있다. 이때, 제2전원차단부(200)가 제1전원차단부(100)에 걸릴 때, 상호 다른 전위 상태 때문에 스파크가 발생하여 화재의 위험 또는 고장의 위험이 발생할 수 있다. 이것을 방지하기 위하여 배터리 과열 방지 어셈블리는 제1전원차단부(100)와 제2전원차단부(200)가 동일한 전위를 갖도록 하는 등전위부(300)를 더 포함할 수 있다. 이러한 등전위부(300)는 제1전원차단부(100) 및 제2전원차단부(200)를 연결할 수 있으며, 보다 상세히 제1전원차단부(100) 및 제2전원차단부(200)를 전기적으로 연결할 수 있다. 즉, 등전위부(300)는 제1바이메탈(110)과 제2바이메탈(210)을 전기적으로 연결하여 동일한 전위를 갖도록 할 수 있다. 이러한 등전위부(300)는 도시된 바와 같이 하우징(30) 내부에 구비될 수 있다.
한편 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩은 배터리와 전술한 실시예들에 의한 배터리 과열 방지 어셈블리를 포함할 수 있다. 이러한 배터리 팩이 자동차나 전자기기에 구비될 경우, 배터리가 과열되는 것을 방지할 수 있으며 배터리가 안정적인 상황으로 돌아올 때까지 전류를 차단시켜, 배터리의 신뢰성을 높일 수 있으며 과열로 인한 부상 등으로부터 사용자를 보호할 수 있다.
공지된 바와 같이 바이메탈은 저팽창부와 고팽창부가 겹쳐진 형태를 가질 수 있다. 일반적으로 바이메탈은, 팽창이 적은 쪽에는 니켈과 철의 합금으로 이루어지고, 팽창이 큰 쪽에는 구리와 아연의 합금, 니켈·망간·철의 합금, 니켈·몰리브덴·철의 합금, 망간·니켈·구리의 합금으로 이루어질 수 있다. 바이메탈 실린더의 제조방법 공지된 예로는 한국특허공개번호 10-1986-0009141가 있다.
상술한 본 발명의 실시예들에서 제1바이메탈의 저팽창부는 30wt%의 Ni과 70wt%의 Fe로 이루어지고, 고팽창부는 60wt%의 Cu와 40wt%의 Zn으로 이루어질 수 있다. 그리고 제2바이메탈의 저팽창부는 15wt%의 Ni과 85wt%의 Fe로 이루어지고, 고팽창부는 Fe, Ni, C, Cr, Mo 및 Si의 합금으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 배터리 과열 방지 어셈블리에는 배터리의 동작 상태를 식별하도록 하기 위하여 LED, 벨 등이 더 포함될 수 있으며, 배터리로부터 또는 배터리에게 전류가 흐르는지 여부에 따라 상기 LED 또는 벨이 동작할 수 있도록 구성될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10: 제1도전부 20: 제2도전부
30: 하우징 100: 제1전원차단부
110: 제1바이메탈 200: 제2전원차단부
210: 제2바이메탈 300: 등전위부

Claims (16)

  1. 상호 이격된 제1도전부 및 제2도전부;
    상기 제1도전부 및 상기 제2도전부를 통전시키며, 배터리의 온도가 상승할 때 제1온도에서 상기 제1도전부 및 상기 제2도전부를 단전시키는 제1전원차단부; 및
    상기 제1온도에서 상기 배터리의 온도가 하강할 때 제2온도에서 상기 제1전원차단부와 걸려, 상기 제1도전부 및 상기 제2도전부를 통전시키는 것을 방지하는 제2전원차단부;
    를 포함하며,
    상기 제1전원차단부는 상기 제1온도에서 상기 제1도전부와 상기 제2도전부를 단전시키는 제1바이메탈을 포함하고,
    상기 제2전원차단부는 제2바이메탈을 포함하고,
    상기 제2전원차단부는 상기 제2온도에서 상기 제1전원차단부와 서로 걸리는,
    배터리 과열 방지 어셈블리.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1바이메탈의 저팽창부는 30wt%의 Ni과 70wt%의 Fe로 이루어지고, 상기 제1바이메탈의 고팽창부는 60wt%의 Cu와 40wt%의 Zn으로 이루어지는, 배터리 과열 방지 어셈블리.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1바이메탈은 상기 제2바이메탈에 걸리도록 끝단부가 구부러진, 배터리 과열 방지 어셈블리.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2바이메탈은 상기 제1바이메탈이 걸리도록 끝단부가 구부러진, 배터리 과열 방지 어셈블리.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1바이메탈은 끝단부의 이동 폭이 크도록 구부러진, 배터리 과열 방지 어셈블리.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1온도는 상기 제2온도보다 높은, 배터리 과열 방지 어셈블리.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1온도는 85°이고, 상기 제2온도는 40°인, 배터리 과열 방지 어셈블리.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1전원차단부와 상기 제2전원차단부가 등전위를 갖도록 상기 제1전원차단부 및 상기 제2전원차단부를 연결하는 등전위부를 더 포함하는, 배터리 과열 방지 어셈블리.
  11. 배터리; 및
    상기 배터리와 전기적으로 연결되는 제1항, 제3항, 제5항, 제6항, 제7항, 제8항, 제9항, 및 제10항 중 어느 한 항의 배터리 과열 방지 어셈블리;
    를 포함하는, 배터리 팩.
  12. 배터리와 열 교환하도록 되어 있는 배터리 과열 방지 어셈블리로서,
    제1도전부;
    상기 제1도전부와 이격되어 있는 제2도전부;
    상기 제1도전부와 전기적으로 연결되어 있고, 제1바이메탈을 포함하며, 온도에 따라 상기 제2도전부와 전기적으로 접촉 또는 이격되도록 되어 있는 제1전원차단부; 및
    제2바이메탈을 포함하는 제2전원차단부;
    를 포함하며,
    상기 제1전원차단부는, 온도가 상승하여 제1온도에 도달하면 상기 제2도전부와 이격되도록 되어 있고,
    상기 제2전원차단부는, 온도가 상기 제1온도에서 제2온도(단, 제2온도 < 제1온도)로 하강하는 동안, 상기 제1전원차단부가 상기 제2도전부와 이격된 상태를 유지하도록 상기 제1전원차단부의 형상의 변형을 방해하도록 되어 있는,
    배터리 과열 방지 어셈블리.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1도전부 및 상기 제2도전부 중 어느 하나는, 상기 배터리에 전기적으로 연결되도록 되어 있고,
    상기 제1도전부 및 상기 제2도전부 중 다른 하나는, 상기 배터리로부터 전력을 공급받는 부하에 연결되도록 되어 있는,
    배터리 과열 방지 어셈블리.
  14. 제12항에 있어서,
    온도가 상기 제1온도에서 상기 제2온도로 하강하는 동안 상기 제1전원차단부와 상기 제1전원차단부가 서로 걸림으로써 상기 제1전원차단부의 형상의 변화를 방해하도록, 상기 제1전원차단부의 끝단부와 상기 제2전원차단부의 끝단부는 서로 다른 방향으로 굽은 형상을 하고 있는 것을 특징으로 하는, 배터리 과열 방지 어셈블리.
  15. 제14항에 있어서,
    온도가 상기 제2온도보다 낮은 온도에서 상기 제2온도보다 높은 온도로 상승하는 순간에, 상기 제2전원차단부가 상기 제1전원차단부의 형상의 변화를 방해하지 않도록 되어 있는, 배터리 과열방지 어셈블리.
  16. 배터리; 및
    상기 배터리와 전기적으로 연결되는 제12항 내지 제15항 중 어느 한 항의 배터리 과열 방지 어셈블리;
    를 포함하는, 배터리 팩.
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