KR101441207B1 - Current Interrupt Device using a thermal expansion pad - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전류 차단 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 열팽창 패드를 이용하여 전기자동차 및 하이브리드 자동차에서 가장 비중을 많이 차지하는 배터리의 과충전을 안전하게 방지함으로써 자동차 배터리 안전성(FAIL SAFETY)을 크게 향상시키는 전류 차단 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 셀 특성별 다른 압력을 보완하기 위하여 과충전 時 발생되는 온도를 적용하여 일정온도 도달 時 압력과 관계없이 전류 차단 장치가 작동하여 전류를 차단한다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a current interruption device, and more particularly, to a current interruption device that uses a thermal expansion pad to safely prevent an overcharging of a battery that occupies the most weight in an electric vehicle and a hybrid vehicle, thereby greatly improving a FAIL SAFETY ≪ / RTI >
According to the present invention, in order to compensate for different pressures depending on the cell characteristics, a temperature generated during overcharging is applied to cut off the current by operating the current cutoff device irrespective of the pressure at a predetermined temperature.

Description

열팽창 패드를 이용한 전류 차단 장치{Current Interrupt Device using a thermal expansion pad} [0001] The present invention relates to a current interruption device using a thermal expansion pad,

본 발명은 전류 차단 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 열팽창 패드를 이용하여 전기자동차 및 하이브리드 자동차에서 가장 비중을 많이 차지하는 배터리의 과충전을 안전하게 방지함으로써 자동차 배터리 안전성(FAIL SAFETY)을 크게 향상시키는 전류 차단 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a current interruption device, and more particularly, to a current interruption device that uses a thermal expansion pad to safely prevent an overcharging of a battery that occupies the most weight in an electric vehicle and a hybrid vehicle, thereby greatly improving a FAIL SAFETY ≪ / RTI >

일반적으로 전기자동차, 하이브리드 자동차 등에서 가장 비중을 많이 차지하는 주요 구성요소인 자동차 배터리는 충방전을 하면서 에너지를 저장하고 또한 방출한다.In general, automobile batteries, which are the most important components in electric vehicles and hybrid vehicles, store and discharge energy while charging and discharging.

통상, 자동차 배터리의 과방전은 에너지가 소모되는 특성으로 인해 배터리 수명내구성을 감소시키는데 그치지만, 과충전은 에너지가 축적되는 특성으로 인해 안전상 위험을 야기할 수 있다.Typically, overdischarge of automotive batteries reduces battery life durability due to energy consumption characteristics, but overcharging can cause safety hazards due to the accumulation of energy.

자동차 배터리 셀내 과충전 현상이 발생할 경우 셀 내부에는 온도 상승과 함께 양극과 음극 소재 사이에 위치한 분리막(separator)의 기공을 폐쇄하여 자동차 배터리 셀이 부풀어 오르는 현상(swelling)이 발생하여 폭발 현상이 일어날 수 있다.When overcharging occurs in an automobile battery cell, the temperature of the cell is increased and the pores of a separator disposed between the anode and the cathode are closed to swell the automobile battery cell, thereby causing an explosion phenomenon .

그러므로, 자동차 배터리 장치에는 과충전에 대한 안전회로가 반드시 구비됨으로써 충전시 배터리가 발화 및 폭발의 상태까지 가기 전에 더 이상의 충전을 막아 주고, 이로부터 고객의 안전을 위한 배터리 안전성(FAIL SAFETY)을 이끌어 낸다.Therefore, the automobile battery device is provided with a safety circuit for overcharging, thereby preventing further charging before the battery reaches the state of ignition and explosion during charging, thereby leading to the safety of the battery for safety of the customer (FAIL SAFETY) .

이러한 배터리 안전성을 구현하는 방식으로는 2가 방식이 이용되고 있다.In such a manner that battery safety is realized, a binary system is used.

첫 번째로, 친환경 전기 자동차용 셀 모듈 조립체의 경우 과충전 상황시 셀 모듈 조립체의 안전성을 위해 전자부품의 제어를 통해 과전류를 차단하여 과충전 상황을 억제한다.First, in the case of the cell module assembly for an environmentally friendly electric vehicle, the overcurrent is cut off by controlling the electronic components for the safety of the cell module assembly in the overcharging situation, thereby suppressing the overcharging situation.

이러한 방식이 셀 모듈 조립체에 적용된 방식으로서 PCM(Protection Circuit Module)과 같은 보호회로 등을 예로 들 수 있다. As a method in which such a method is applied to a cell module assembly, a protection circuit such as a PCM (Protection Circuit Module) is exemplified.

하지만, PCM과 같은 과충전 보호회로가 적용되었다 하더라도 안전성이 충분히 담보되기 힘들고, 특히 파우치 타입 배터리에서는 파우치 셀의 스웰링을 보다 정확하게 파악하기 위해 보다 강화된 보호회로구조가 적용될 필요가 있다는 단점이 있었다.However, even if an overcharge protection circuit such as a PCM is applied, safety is not ensured sufficiently, and in particular, in a pouch type battery, a stronger protection circuit structure needs to be applied in order to more accurately grasp the swelling of the pouch cell.

또한, 두 번째 방식으로는, 전자부품의 오작동 상황을 고려하여 과충전시 자동차 배터리가 열팽창하며 발생하는 압력을 이용해 자동차 배터리의 직렬연결을 물리적으로 차단하는 전류 차단 장치를 적용하고 있다. In the second method, a current interrupting device that physically blocks the serial connection of the automobile battery is applied by using the pressure generated when the automobile battery thermally expands when overcharging, considering the malfunction state of the electronic parts.

일반적으로 셀 모듈 조립체의 전류 차단 장치는 과충전 상황에서 발생하는 전지의 팽창 압력만을 이용하여 셀 모듈 조립체 기구물을 통해 셀 모듈 조립체의 직렬 연결을 물리적으로 끊어 전류를 차단하는 방법이 폭넓게 사용되고 있다.Generally, a current interrupting device of a cell module assembly is widely used to physically cut off a series connection of a cell module assembly through a cell module assembly mechanism using only the expansion pressure of the battery generated in an overcharging situation.

그러나, 점차 전기 자동차 산업에서 요구되는 자동차 배터리는 고용량 고출력의 다양한 배터리를 요구하고 있다. However, automotive batteries, which are increasingly demanded by the electric vehicle industry, require various batteries with high capacity and high output.

따라서, 각각의 자동차 배터리는 내부 화학 조성물에 따라 반응성이 다르기 때문에 전류 차단 장치가 작동되는 시점이 다르게 발생한다. Accordingly, since the reactivity of each automobile battery differs depending on the internal chemical composition, the time at which the current cutoff device operates is different.

따라서, 자동차 배터리의 내부 화학 조성이 변경되게 되면 전류 차단 장치의 작동을 위해 팩의 구조물의 변경은 필수적이다.Therefore, when the internal chemical composition of an automobile battery is changed, it is necessary to change the structure of the pack for operation of the current interruption device.

그러므로, 자동차 배터리의 팽창 압력에 따라 전류 차단 장치의 작동 가능, 불가능이 결정되는데 셀의 팽창압력 부족으로 일정조건 내에서 전류 차단 장치가 작동하지 않으면 안전성에 심각한 위험이 발생한다는 문제점이 있다. Therefore, it is determined whether or not the current cutoff device can operate according to the inflation pressure of the automotive battery. However, if the current cutoff device fails to operate within a certain condition due to insufficient expansion pressure of the cell, there is a serious risk to safety.

부연하면, 과충전 상황에서 자동차 배터리가 열팽창되며 발생하는 압력이 충분히 발생하지 못할 경우 셀 모듈 조립체의 직렬연결을 원하는 시점에서 차단할 수 없어 안전성 확보에 큰 문제가 발생하게 된다는 점이다.In addition, if the automobile battery is thermally expanded in the overcharged state and the generated pressure can not be sufficiently generated, the serial connection of the cell module assembly can not be blocked at a desired point, resulting in a serious problem in ensuring safety.

1.한국특허공개번호 제10-2009-0052802호1. Korean Patent Publication No. 10-2009-0052802 2.한국특허공개번호 제10-2006-0114549호2. Korean Patent Publication No. 10-2006-0114549 3.한국특허공개번호 제10-2004-0045937호3. Korean Patent Publication No. 10-2004-0045937 4.한국특허공개번호 제10-2003-0044510호4. Korean Patent Publication No. 10-2003-0044510

본 발명은 배경기술에 따른 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, 셀 모듈 조립체의 과충전시 안전성 확보에 관한 것으로 과충전 상황시 셀 모듈 조립체의 전자부품의 오작동이 발생하는 경우 위험상황을 방지하는 열팽창 패드를 이용한 전류 차단 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention relates to a safety device for overcharging a cell module assembly and a thermal expansion pad for preventing a hazardous situation when a malfunction of an electronic component of the cell module assembly occurs in an overcharging situation, And to provide a current interrupting device using the same.

또한, 본 발명은, 배터리의 열팽창 압력 미달이 발생하는 경우 위험상황을 방지하는 열팽창 패드를 이용한 전류 차단 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.It is another object of the present invention to provide a current interrupting device using a thermal expansion pad that prevents a dangerous situation when a thermal expansion pressure of the battery is lowered.

본 발명은 위에서 제기된 과제를 달성하기 위해, 과충전 상황시 셀 모듈 조립체의 전자부품의 오작동이 발생하는 경우 위험상황을 방지하는 열팽창 패드를 이용한 전류 차단 장치를 제공한다. The present invention, in order to achieve the above-mentioned object, Provided is a current interrupting device using a thermal expansion pad that prevents a dangerous situation when a malfunction of an electronic part of a cell module assembly occurs in an overcharged state.

상기 전류 차단 장치는, 서로 간 리드로 연결되는 다수의 셀 모듈 조립체; Wherein the current interrupting device comprises: a plurality of cell module assemblies connected to each other by a lead;

상기 다수의 셀 모듈 조립체 중 최외각에 있는 2개의 셀 모듈 조립체 사이에 일정 온도 이상이면 팽창되어 상기 2개의 셀 모듈 조립체 사이에 연결되는 리드를 파단시키는 열팽창 패드;A thermal expansion pad that inflates between two cell module assemblies at an outermost one of the plurality of cell module assemblies to break the leads connected between the two cell module assemblies when the temperature exceeds a predetermined temperature;

를 포함하는 것을 특징을 할 수 있다.And " a "

이때, 상기 열팽창 패드는, 상기 일정 온도 이상에서 기화되는 열팽창 용액을 밀봉하는 금속성 외부 케이스인 것을 특징으로 할 수 있다.In this case, the thermal expansion pad may be a metallic outer case for sealing the thermal expansion solution vaporized above the predetermined temperature.

또한, 상기 열팽창 용액은 유기 용매인 것을 특징으로 할 수 있다.The thermal expansion solution may be an organic solvent.

또한, 상기 금속성 외부 케이스는 알루미늄인 것을 특징으로 할 수 있다.The metallic outer case may be aluminum.

또한, 상기 열팽창 패드는, 형상 기억 합금인 것을 특징으로 할 수 있다.The thermal expansion pad may be a shape memory alloy.

또한, 상기 일정 온도는 70℃ 내지 120℃인 것을 특징으로 할 수 있다.Also, the predetermined temperature may be 70 ° C to 120 ° C.

또한, 상기 셀 모듈 조립체는 파우치 타입 셀 모듈 조립체인 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the cell module assembly may be a pouch type cell module assembly .

본 발명에 따르면, 일반적으로 전류 차단 작동은 앞서 설명된 것과 같이 압력에 의하여 셀이 부푼 후 셀 리드 부분이 분리되어 전류의 흐름을 차단하는데 비해, 셀 특성별 다른 압력을 보완하기 위하여 과충전 時 발생되는 온도를 적용하여 일정온도 도달 時 압력과 관계없이 전류 차단 장치가 작동하여 전류를 차단한다.According to the present invention, as described above, the current interruption operation generally occurs when the cell lead portion is separated after the cell is inflated by the pressure to block the flow of current, Applying the temperature, the current interrupting device operates to interrupt the current regardless of the pressure when reaching a certain temperature.

본 발명의 다른 효과로서는 셀 특성별 다른 압력을 보완하여 일정 온도로 CID가 작동하므로, 자동차 배터리를 보조동력 및 원동력으로 사용되는 모든 차종에 적용이 가능하며 전자 부품 제어가 아닌 물리적인 제어를 통한 안전한 자동차 배터리 설계가 가능하다는 점을 들 수 있다.As another effect of the present invention, since CID operates at a constant temperature by supplementing other pressures depending on cell characteristics, it is possible to apply the automobile battery to all types of vehicles used as auxiliary power and motive power, Automotive battery design is possible.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 열팽창 패드를 이용한 전류 차단 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 열팽창 패드를 이용한 전류 차단 장치로서, 열팽창 패드가 일정 온도에서 팽창한 상태를 보여주는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 과충전과, 이러한 과충전에 따른 온도 및 팽창 압력의 관계를 보여주는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 온도에 의한 팽창 압력 및 패드 압력을 보여주는 도표이다.
1 is a perspective view of a current blocking device using a thermal expansion pad according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view illustrating a current expansion device using a thermal expansion pad according to an embodiment of the present invention, in which a thermal expansion pad is expanded at a predetermined temperature. FIG.
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the overcharge according to an embodiment of the present invention and the temperature and the expansion pressure according to the overcharge.
4 is a graph showing expansion pressure and pad pressure due to temperature according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. The terms first, second, A, B, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component. And / or < / RTI > includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In the present application, the terms "comprises" or "having" and the like are used to specify that there is a feature, a number, a step, an operation, an element, a component or a combination thereof described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the relevant art and are to be construed as ideal or overly formal in meaning unless explicitly defined in the present application Do not.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 열팽창 패드를 이용한 전류 차단 장치를 상세하게 설명하기로 한다.
Hereinafter, a current interruption device using a thermal expansion pad according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

먼저, 이해를 위해, 전류 차단 전류 차단 장치(CID: Current Interrupt Device) 원리를 설명하면, 과충전 상황에서 발생하는 자동차 배터리 내부의 화학 반응시 가스 발생에 의한 압력 및/또는 구조물을 통해 자동차 배터리 내부에서 발생하는 팽창압력이 특정 부분으로 집중되어 발생하게 유도하여 그 힘으로 배터리 셀과 배터리 셀을 연결하는 배터리 리드의 용접 부위를 분리시켜 전류의 흐름을 차단한다.First, for the sake of understanding, the principle of the current interrupt device (CID) will be described. In the case of a chemical reaction occurring in an overcharging condition, a pressure due to gas generation and / The generated pressure is concentrated to a specific portion, and the welding portion of the battery lead connecting the battery cell and the battery cell is separated by the force, thereby blocking the flow of current.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 열팽창 패드를 이용한 전류 차단 장치의 사시도이다. 도 1을 참조하면, 상기 전류 차단 장치(100)는, 서로 간 리드로 연결되는 다수의 셀 모듈 조립체(110-1,110-2,110-3); 상기 다수의 셀 모듈 조립체 중 최외각에 있는 2개의 셀 모듈 조립체(110-1,110-2) 사이에 일정 온도 이상이면 팽창되어 상기 2개의 셀 모듈 조립체 사이에 연결되는 리드를 파단시키는 열팽창 패드(120);를 포함하는 것을 특징을 할 수 있다.1 is a perspective view of a current blocking device using a thermal expansion pad according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the current cut-off device 100 includes a plurality of cell module assemblies 110-1, 110-2, and 110-3 connected to each other by a lead; A thermal expansion pad 120 is disposed between the two cell module assemblies 110-1 and 110-2 at the outermost one of the plurality of cell module assemblies to expand the cells to a predetermined temperature or higher to break the leads connected between the two cell module assemblies, ; And [0031] FIG.

셀 모듈 조립체(110-1,110-2,110-3)는 배터리 셀 들이 직렬 및/또는 병렬의 조합으로 구성된다. 또한, 상기 셀 모듈 조립체(110-1,110-2,110-3)는 파우치 타입 셀 모듈 조립체일 수 이 있으나 이에 한정되지는 않는다.The cell module assemblies 110-1, 110-2, 110-3 comprise battery cells in series and / or combination. Also, the cell module assemblies 110-1, 110-2, and 110-3 may be pouch type cell module assemblies, but are not limited thereto.

배터리는 니켈 메탈 배터리, 리튬 이온 배터리 등의 하이브리드 배터리가 될 수 있다. 물론, 본 발명의 일실시예에서는 이해의 편의를 위해 셀 모듈 조립체(110-1,110-2,110-3))이 하나의 팩으로만 구성된 것을 도시하였으나, 여러 개의 서브 팩으로 구성하는 것도 가능하다.The battery can be a hybrid battery such as a nickel metal battery or a lithium ion battery. Of course, in an embodiment of the present invention, the cell module assemblies 110-1, 110-2, and 110-3 are configured as one pack only for convenience of understanding, but they may be composed of several subpacks.

또한, 이들 셀 모듈 조립체(110-1,110-2,110-3)들은 리드를 통해 서로 직접 연결된다. Also, these cell module assemblies 110-1, 110-2, 110-3 are directly connected to each other via leads.

본 발명의 일실시예에서는 이들 셀 모듈 조립체(110-1,110-2,110-3) 중 최외각에 위치한 2개의 셀 모듈 조립체(110-1,110-2)의 중간에 열팽창 패드(120)를 삽입하여 설치한다.In one embodiment of the present invention, the thermal expansion pads 120 are installed in the middle of two cell module assemblies 110-1 and 110-2 located at the outermost one of the cell module assemblies 110-1, 110-2 and 110-3 .

부연하면, 제 1 셀 모듈 조립체(110-1)와 제 2 셀 모듈 조립체(110-2) 사이에 열팽창 패드(120)를 설치한다.In addition, a thermal expansion pad 120 is installed between the first cell module assembly 110-1 and the second cell module assembly 110-2.

열팽창 패드(120)는 열팽창을 이용하는 현상으로서, 일정 온도 이상이 되면 형상 자체가 팽창하는 특징이 있다. 따라서, 배터리가 과충전되면 열이 발생하고, 온도가 상승하게 되므로 상승한 온도로 인해, 열팽창 패드(120)도 일정 온도 이상이 되면 팽창하게 된다.The thermal expansion pad 120 is a phenomenon that utilizes thermal expansion and has a feature that the shape itself expands when the temperature exceeds a certain temperature. Therefore, when the battery is overcharged, heat is generated and the temperature rises. As a result, the thermal expansion pad 120 also expands when the temperature rises to a certain temperature or more.

따라서, 도 1에 도시된 바와 같이, 열팽창 패드(120)가 주변의 온도 상승으로 인해, 팽창하면서, 제 1 셀 모듈 조립체(110-1)와 제 2 셀 모듈 조립체(110-2) 사이의 간격을 증가시켜게 되므로 제 1 셀 모듈 조립체(110-1)와 제 2 셀 모듈 조립체(110-2) 사이에 연결되는 리드를 파단시키게 된다.Thus, as shown in FIG. 1, as the thermal expansion pad 120 expands due to ambient temperature rise, the gap between the first cell module assembly 110-1 and the second cell module assembly 110-2 So that the leads connected between the first cell module assembly 110-1 and the second cell module assembly 110-2 are broken.

이를 위해, 열팽창 패드(120)는 열팽창이라는 물리적 현상을 이용하도록 확대된 절단 단면도와 같은 구성을 갖게 된다.To this end, the thermal expansion pad 120 has the same configuration as the enlarged cross-sectional view to exploit the physical phenomenon of thermal expansion.

즉, 이러한 부분 절단 확대도를 참조하면, 열팽창 패드(120)는, 열팽창 물질(123)과, 이러한 열팽창 물질(123)을 밀봉하는 금속성 외부 케이스(121-1,121-2)로 구성된다. 물론, 금속성 외부 케이스(121-1,121-2)는 도면상에는 상단과 하단으로 구성되어 용접하는 것도 가능하나, 이는 이해를 위한 것으로 주물과 같은 방식에 의해 하나의 형상이 될 수 있다.That is, referring to this partially cut-away enlarged view, the thermal expansion pad 120 is composed of a thermal expansion material 123 and metallic outer cases 121-1 and 121-2 for sealing the thermal expansion material 123. [ Of course, the metallic outer casings 121-1 and 121-2 can be welded with upper and lower ends in the figure, but this can be a single shape by way of casting for the sake of understanding.

열팽창 물질(123)은 상온에서는 용액 상태에 있다가 일정한 온도가 되면 기화되어 금속성 외부 케이스(121)의 외형을 팽창시키는 기능을 한다. 따라서, 열팽창 물질은 Hexane, Chloroform, Dioxane, Ether, Dichloromethane 등과 같은 유기 용매가 될 수 있다. The thermal expansion material 123 is in a solution state at room temperature and is vaporized when a certain temperature is reached, thereby expanding the outer shape of the metallic outer case 121. Therefore, the thermal expansion material may be organic solvents such as hexane, chloroform, dioxane, ether, and dichloromethane.

또한, 열팽창 물질로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌옥시드, 폴리프로필렌 옥시드, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐플루오라이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리메틸 아크릴레이트, 폴리비닐알코올, 폴리메타크릴로니트릴, 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐 피롤리돈, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리카프로락탐, 폴리우레탄, 폴리에틸렌이민, 폴리부타디엔, 폴리스티렌, 폴리이소프렌 등을 들 수 있다.Examples of the thermal expansion material include polyethylene, polypropylene, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, polyvinyl fluoride, polyacrylonitrile, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride , Polymethyl methacrylate, polymethyl acrylate, polyvinyl alcohol, polymethacrylonitrile, polyvinyl acetate, polyvinyl pyrrolidone, polycarbonate, polyethylene terephthalate, polycaprolactam, polyurethane, polyethyleneimine, poly Butadiene, polystyrene, polyisoprene, and the like.

또한, 이들의 혼합물 등을 들 수 있다.And mixtures thereof.

또한, 상기 금속성 외부 케이스(121)는 열전도율과 연성이 좋은 알루미늄 등과 같은 금속 재질이 사용될 수 있다.Also, the metallic outer case 121 may be made of a metal material such as aluminum having good thermal conductivity and ductility.

또한, 다른 일실시예로서는, 형상 기억 합금이 사용될 수 있다. As another embodiment, a shape memory alloy may be used.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 열팽창 패드를 이용한 전류 차단 장치로서, 열팽창 패드가 일정 온도에서 팽창한 상태를 보여주는 사시도이다. 도 2를 참조하면, 도 1에 도시된 상태에서, 일정 온도 이상이 되면, 팽창된 열팽창 패드(120')가 된다. FIG. 2 is a perspective view illustrating a current expansion device using a thermal expansion pad according to an embodiment of the present invention, in which a thermal expansion pad is expanded at a predetermined temperature. FIG. Referring to FIG. 2, in the state shown in FIG. 1, when the temperature exceeds a predetermined temperature, the expanded thermal expansion pad 120 'is formed.

즉, 도 1에 도시된 팽창전 열팽창 패드(120)가 팽창된후 열팽창 패드(120')가 된 상태를 보여준다. 따라서, 제 1 셀 모듈 조립체(110-1)와 제 2 셀 모듈 조립체(110-2) 사이의 간격이 벌어지게 된다.That is, the thermal expansion pad 120 'shown in FIG. 1 is expanded to form the thermal expansion pad 120'. Thus, the gap between the first cell module assembly 110-1 and the second cell module assembly 110-2 is opened.

본 발명의 일실시예에서는 상기 일정 온도는 70℃ 내지 120℃이고, 70℃에서 팽창압력은 2bar가 된다.In one embodiment of the present invention, the constant temperature is 70 ° C to 120 ° C and the expansion pressure is 2 bar at 70 ° C.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 과충전과, 이러한 과충전에 따른 온도 및 팽창 압력의 관계를 보여주는 그래프이다. 도 3을 참조하면, 배터리는 일반적으로 충전중 3가지 구간을 거치게 된다.FIG. 3 is a graph showing the relationship between the overcharge according to an embodiment of the present invention and the temperature and the expansion pressure according to the overcharge. Referring to FIG. 3, the battery generally goes through three periods during charging.

즉, 이 3가지 구간은 안정 상태 구간(300), 정상 충전 구간(301) 및 과충전 구간(303)이 된다. That is, the three sections are the stable state section 300, the normal charge section 301, and the overcharge section 303.

안정상태구간(300)은 충전이 초기이거나 충전이 되지 않는 상태로서, 온도 및 팽창 압력이 낮다.The steady state section 300 is in a state where the charging is initial or not charging, and the temperature and the expansion pressure are low.

정상 충전 구간(301)은 충전이 됨에 따라 온도가 상승하고 압력 변화가 없이 정상적으로 충전이 되는 구간을 나타낸다.The normal charging section 301 indicates a period in which the temperature rises as the charging is performed and the charging is normally performed without any pressure change.

과충전 구간(303)은 충전이 일정한 상태를 넘어섬에 따라 온도가 상승하고, 이에 따라 압력이 발생하며, 발생된 압력에 따라 셀 모듈 조립체가 팽창하는 것을 보여주는 구간이다.The overcharge section 303 is a section showing that the cell module assembly expands in accordance with the pressure generated as the temperature rises as the charge exceeds the constant state, and accordingly, the pressure is generated.

따라서, 온도 곡선(310)과 팽창압력 곡선(320)을 보면, 과충전 구간(303)에서 일반적으로 일정 온도 약 80℃(340) 및 일정 압력이 도달시 배터리 팽창으로 전류 차단이 이루어진다. Accordingly, when the temperature curve 310 and the expansion pressure curve 320 are observed, a current interruption occurs due to the battery expansion when the constant pressure reaches a predetermined temperature of about 80 ° C. (340) in the overcharge section 303.

즉, 일정온도가 되더라도 이와 함께 일정 압력이 되어야만 전류 차단이 이루어지게 된다.That is, even if the temperature is constant, the current interruption is performed only when a predetermined pressure is applied.

이와 달리, 본 발명의 일실시예에 따른 열팽창 패드를 이용한 전류 차단 장치의 경우, 일정 온도 약 70℃(330) 도달시라도 배터리 팽창으로 전류 차단이 이루어진다.In contrast, in the case of the current interrupting device using the thermal expansion pad according to an embodiment of the present invention, current interruption occurs due to battery expansion even when the temperature reaches about 70 ° C. (330).

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 온도에 의한 팽창 압력 및 패드 압력을 보여주는 도표이다. 도 4를 참조하면, 배터리 셀 팽창 압력은 배터리 셀의 특성에 따라 다양하지만, 일정 온도 약 70℃(330)에 도달하면 열팽창 패드(도 1의 120)의 압력은 50초내 2bar 이상이 되어 팽창되므로 전류 차단이 배터리의 종류에 상관없이 발생하게 된다.4 is a graph showing expansion pressure and pad pressure due to temperature according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, the battery cell expansion pressure varies according to the characteristics of the battery cell. However, when the temperature reaches about 70 ° C. (330), the pressure of the thermal expansion pad (120 in FIG. 1) The current interruption occurs regardless of the type of the battery.

100: 전류 차단 장치
110-1,110-2,110-3: 셀 모듈 조립체
120,120': 열팽창 패드
121: 외부 케이스
300: 안정 상태 구간
301: 정상 충전 구간
302: 과충전 구간
310: 온도 곡선
320: 팽창 압력 곡선
100: Current interruption device
110-1, 110-2, 110-3: cell module assembly
120,120 ': thermal expansion pad
121: outer case
300: steady state section
301: Normal charge interval
302: Overcharge section
310: temperature curve
320: Inflation pressure curve

Claims (6)

서로 간 리드로 연결되는 다수의 셀 모듈 조립체; 및
상기 다수의 셀 모듈 조립체 중 최외각에 있는 2개의 셀 모듈 조립체 사이에 일정 온도 이상이면 팽창되어 상기 2개의 셀 모듈 조립체 사이에 연결되는 리드를 파단시키는 열팽창 패드;를 포함하되,
상기 열팽창 패드는, 상기 일정 온도 이상에서 기화되는 열팽창 용액을 밀봉하는 금속성 외부 케이스인 것을 특징을 하는 열팽창 패드를 이용한 전류 차단 장치.
A plurality of cell module assemblies connected to each other with leads; And
And a thermal expansion pad between the two cell module assemblies at the outermost one of the plurality of cell module assemblies for expanding the cell module at a predetermined temperature or higher to break the leads connected between the two cell module assemblies,
Wherein the thermal expansion pad is a metallic outer case that seals a thermal expansion solution vaporized above the predetermined temperature.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 열팽창 용액은 유기 용매이고, 상기 금속성 외부 케이스는 알루미늄인 것을 특징으로 하는 열팽창 패드를 이용한 전류 차단 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the thermal expansion solution is an organic solvent, and the metallic outer case is aluminum.
제 1 항에 있어서,
상기 열팽창 패드는, 형상 기억 합금인 것을 특징으로 하는 열팽창 패드를 이용한 전류 차단 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the thermal expansion pad is a shape memory alloy.
제 1 항에 있어서,
상기 일정 온도는 70℃ 내지 120℃인 것을 특징으로 하는 열팽창 패드를 이용한 전류 차단 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the predetermined temperature is 70 [deg.] C to 120 [deg.] C.
제 1 항에 있어서,
상기 셀 모듈 조립체는 파우치 타입 셀 모듈 조립체인 것을 특징으로 하는 열팽창 패드를 이용한 전류 차단 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the cell module assembly is a pouch type cell module assembly.
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