KR101501944B1 - 배터리 이상온도 감지차단 모듈 - Google Patents

배터리 이상온도 감지차단 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배터리 이상온도 감지차단 모듈을 개시한다.
본 발명에 따르는 배터리 이상온도 감지차단 모듈은 온도 서미스터(이하, PTC), 상기 PTC에 배터리모듈과 전기적으로 연결된 주단자, 상기 주단자에 병렬로 연장되어 구비된 보조단자 및 상기 PTC와 주단자와 보조단자를 내장한 수지케이스를 포함하는 배터리 이상온도 감지차단 모듈에 있어서, 상기 보조단자의 일면에 배치되되 부피나 형상이 변하는 변형부재에 결합되어 상기 보조단자와 밀착되거나 탈착되는 금속플레이트를 구비하는 것을 특징으로 하는데, 이에 의할 때, 구조가 간단하고 접촉저항이 낮아서 과열발생을 방지하여, 배터리 모듈 및 그 케이스의 내구성을 담보할 수 있다.

Description

배터리 이상온도 감지차단 모듈{Module of circuit-breaker sensing abnormal temperature of the battery}
본 발명은 배터리 이상온도 감지차단 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 그 구조가 간단하고 접촉저항이 낮아서 과열발생을 방지하여, 배터리 모듈 및 그 케이스의 내구성을 담보할 수 있는 배터리 이상온도 감지차단 모듈에 관한 것이다.
종래 바이메탈을 이용한 안전장치는 자동차, 가전 등의 모터에 과전류가 흘렀을 경우나 온도가 과도하게 상승한 경우 등의 이상이 일어났을 때, 안전을 확보하기 위해 전류를 차단하는 보호장치로서 사용되고 있다. 최근 전기제품의 소형화, 고성능화에 따라 확실하게 안전이 확보되고 소형화된 안전장치가 요구되고 있다.
예를 들면 휴대전화나 노트북형 PC 등에 사용되는 2차 전지용 안전장치, 자동차용 모터나 충전기 등의 직류 회로용 안전장치, 에어콘의 팬, 세탁기 등의 직류 회로용 안전장치 등에 안전성이 높고 소형화된 안전장치가 요구되고 있다.
바이메탈을 전기제품의 안전부품으로서 사용한 경우 전기제품의 온도가 과도하게 상승하면 바이메탈이 형상을 변화시켜 오프(OFF)상태가 되어서 전류가 차단되나, 전류 차단에 의하여 온도가 저하되면 바이메탈은 작동전의 형상으로 되돌아가 온(ON)상태가 되고 전류가 흘러 나와서 안전이 확보되기 전에 통전이 개시되는 일이 있어서 안전면에서 개량이 요구되고 있다.
이러한 개량 방법으로서 바이메탈과 가열 저항체를 병용하는 안전장치가 개발되고 있는데, 전기제품과 바이메탈을 직렬로 접속하고 가열 저항체인 PTC를 병렬로 접속하고 있다. 정상시, 거의 대부분의 전류는 바이메탈을 통하여 흐르고, PTC에 흐르는 전류는 미량으로 PTC의 온도상승은 거의 보이지 않는다. 그러나 온도 상승 등의 이상시는 바이메탈이 작동하여서 오프상태가 되고 바이메탈에 흐르는 전류가 차단되어 모든 전류는 PTC로 흐른다. PTC는 흐르는 전류량이 증가하면 다량의 줄(joule)열을 발생하여서 PTC의 온도가 대폭으로 상승하고 바이메탈을 계속적으로 가열하여서 바이메탈의 오프상태를 지속시킨다.
이와 같은 동작을 수행하므로 바이메탈과 PTC가 조합된 안전장치는 안전성이 높은 유효한 장치이나, 그 구조가 복잡하고, 아크에 의한 융착불량이 발생될 수 있는 문제가 있으며, 접촉저항이 커서 통전열이 발생할 수 있고, 이러한 발열로 절연케이스의 변형이 우려되고, 더 나아가 별도의 과열방지용 금속판이나 그 대체재가 요구되어 제조에 부담을 초래하고 있다.
이러한 예로 일본국 특허공개공보 제2011-233314호를 볼 수 있는데, 첨부된 도1을 참조하여 보면, 온도보호소자10는 한쌍의 터미널11을 절연케이스12에 일체화하고, 상기 절연케이스의 개구를 덮는 절연커버19를 구비하며, 상기 절연케이스12 내부에 수용되는 PTC소자22, 바이메탈 25를 볼 수 있다.
상기 절연케이스12는 PTC소자22, 바이메탈 25가 내입되도록 절연성의 플라스틱 수지로 사출되어 준비된다.
상기 바이메탈25는 첨단부에 도체26을 구비하고, 후단부를 제2터미널11-2과 접속되게 전극부13으로 접속고정되어 있는 PTC22는 그 하부면이 제 1터미널과 접속 되도록 제 1터미널11-1에 전극부(제3접점)14를 마련하고 있으로, 주회로를 형성하기 위해서, 제 1터미널11-1에 전극부15로 접점17 및 제2터미널11-2에 전극부16으로 접점18이 설치되며, 이러한 접점17,18은, 바이메탈 25의 도체 26으로 접촉배치되어 주회로를 스위칭(온-오프)하고 있으나, 이러한 구성 역시 그 구조가 복잡하고, 아크에 의한 융착불량이 발생될 수 있는 문제가 여전히 있다.
따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 구조가 간단하고 접촉저항이 낮아서 과열발생을 방지하여, 배터리 모듈 및 그 케이스의 내구성을 담보할 수 있는 배터리 이상온도 감지차단 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명은 상술한 기술적 과제를 해결하기 위하여, 온도 서미스터(이하, PTC), 상기 PTC에 배터리모듈과 전기적으로 연결된 주단자, 상기 주단자에 병렬로 연장되어 구비된 보조단자 및 상기 PTC와 주단자와 보조단자를 내장한 수지케이스를 포함하는 배터리 이상온도 감지차단 모듈에 있어서, 상기 보조단자의 일면에 배치되되 부피나 형상이 변하는 변형부재에 결합되어 상기 보조단자와 밀착되거나 탈착되는 금속플레이트를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 이상온도 감지차단 모듈을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 의하면, 상기 변형부재는 코일 형상의 스프링으로 구비되어 그 일단이 금속플레이트에 고정되고 그 타단이 수지케이스에 고정되는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 금속플레이트의 일단이 상기 주단자 또는 보조단자에 부착되고, 그 타단은 변형부재에 의하여 상기 보조단자 또는 주단자와 부착되거나 탈착되는 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 변형부재는 열처리를 선행하여 작동온도에서 수축하거나 팽창하는 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 수지케이스에는 상기 금속플레이트와 대면하는 영역에 탄성부를 구비하는 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 변형부재는 온도에 따라 그 부피나 형상의 변화하는 것으로, 니켈-티타늄합금(Ni-Ti), 구리아연합금(Cu-Zn), 구리아연알루미늄합금(Cu-Zn-Al), 구리카드늄합금(Cu-Cd), 니켈알루미늄합금(Ni-Al), 구리아연알루미늄합금(Cu-Zn-Al) 및 구리알루미늄니켈합금(Cu-Al-Ni)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나로 이루어지는 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 변형부재에는 코발트(Co), 몰리브텐(Mo), 텅스텐(W) 및 크롬(Cr)으로 이루어진 군에서 적어도 하나가 더 함유되는 것일 수 있다.
본 발명에 따르는 배터리 이상온도 감지차단 모듈에 의하면, 구조가 간단하고 접촉저항이 낮아서 과열발생을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 배터리이상온도 감지차단모듈의 분해사시도이며,
도 2는 본 발명에 따르는 배터리 이상온도 감지차단 모듈의 일실시예를 보여주는 그림이고,
도 3은 본 발명에 따르는 배터리 이상온도 감지차단 모듈의 다른 실시예를 보여주는 그림이며,
도 4는 본 발명에 따르는 배터리 이상온도 감지차단 모듈의 또 다른 실시예를 나타내는 그림이고,
도 5는 본 발명에 따르는 배터리 이상온도 감지차단 모듈의 또 다른 실시예를 나타내는 그림이며,
도 6은 본 발명에 따르는 배터리 이상온도 감지차단 모듈의 또 다른 실시예를 나타내는 그림이다.
본 발명의 상기와 같은 목적, 특징 및 다른 장점들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따르는 배터리 이상온도 감지차단 모듈을 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명에 따르는 배터리 이상온도 감지차단 모듈은 온도 서미스터(이하, PTC), 상기 PTC에 배터리모듈과 전기적으로 연결된 주단자, 상기 주단자에 병렬로 연장되어 구비된 보조단자 및 상기 PTC와 주단자와 보조단자를 내장한 수지케이스를 포함하는 배터리 이상온도 감지차단 모듈에 있어서, 상기 보조단자의 일면에 배치되되 부피나 형상이 변하는 변형부재에 결합되어 상기 보조단자와 밀착되거나 탈착되는 금속플레이트를 구비하는 것을 특징으로 한다.
먼저, 도 2를 보면, 본 발명에 따르는 배터리 이상온도 감지차단 모듈(100)의 일실시예를 나타내고 있는데, 온도서미스터(Thermistor, PTC)(110)과 이에 물리적으로 접촉되어 통전되는 주단자(111, 112)와 이에 병렬로 연장되어 구비된 보조단자(111', 112')가 있음을 알 수 있다.
여기서 상기 PCT(110), 주단자(111, 112) 및 보조단자(111', 112')를 내입하도록 사출되어 성형된 수지케이스(140)는 통상의 사출법으로 성형되어 구비될 수 있으며, 특징되는 부분에 대한 상세한 설명은 후술한다.
또한, 상기 보조단자(111', 112')의 일면에 배치되되 부피나 형상이 변하는 변형부재(120)에 결합되어 상기 보조단자(111', 112')와 밀착되거나 탈착되는 금속플레이트(130)가 구비되는데, 상기 변형부재(120)의 일단과 금속플레이트(130)와의 결합은, 솔더링과 같은 결합외에도 전기적으로 통전여부와 무관하게 물리적으로 고정되면 충분한 관계상 접착제나 상기 변형부재(120)가 금속플레이트(130)의 일 홈부(142)에 삽입되어 고정되는 결합관계 등 다양한 고정방법이 사용될 수 있음은 물론이다.
아울러, 상기 변형부재(120)의 타단과 수지케이스(140)와의 결합은, 상기 변형부재가 수지케이스와 물리적으로 고정되면 충분한 관계상 접착제에 의하여 고정되거나 또는 상기 변형부재(120)의 타단이 상기 수지케이스에 삽입홈(144')를 구비한 삽입부(144)에 삽입되어 고정될 수 있다.
이러한 구조에서의 금속플레이트(130)는 상온에서 통전이 되도록 보조단자(111', 112')와 밀착된 상태를 유지하며, 온도가 상승하여 변형부재(120)가 수축하는 상황에서는 금속플레이트(130)가 탈착되어 전류의 흐름은 상기 PCT(110)로 형성된다.
이러한 작동을 하는 변형부재(120)의 예로는 상기 변형부재는 온도에 따라 그 부피나 형상의 변화하는 것으로, 니켈-티타늄합금(Ni-Ti), 구리아연합금(Cu-Zn), 구리아연알루미늄합금(Cu-Zn-Al), 구리카드늄합금(Cu-Cd), 니켈알루미늄합금(Ni-Al), 구리아연알루미늄합금(Cu-Zn-Al) 및 구리알루미늄니켈합금(Cu-Al-Ni)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나로 이루어지는 것일 수 있다.
이러한 합금은 변형부재(120)를 스프링과 같은 형상으로 성형한 후에 작동온도를 기억시키기 위하여 열처리하게 되는데, 예컨대 상기 열처리를 선행함으로써, 작동온도 70 내지 80℃에서 상기 변형부재(120)가 초기의 스프링의 전체 길이에서 약 5% 정도가 팽창하도록 할 수 있는데, 여기서 작동온도는 상기 변형부재(120)가 팽창하거나 수축하게 되는 온도를 의미하는 것으로 배터리 종류마다 상이하게 설정될 수 있다.
즉, 상기 열처리가 변형부재(120)를 팽창한 상태에서 수행된 경우에는 작동온도에서 팽창하게 되며, 반대로 수축한 상태에서 수행된 경우에는 작동온도에서 수축하는 메커니즘으로 이해되는데, 상기 변형부재(120)를 작동온도 예컨대, 70 내지 80℃에서 초기 전체길이 L0에서 열처리하는 경우, 상기 변형부재(120)가 팽창하는 경우를 L1으로 하면, L1-L0는 양의 값을 가질 수 있고, 상기 변형부재(120)가 수축하는 경우를 L2로 하면, L2-L0는 음의 값을 가지게 된다.
또한, 이러한 작동온도에서 팽창하거나 수축하는 특성을 조절하기 위하여, 상기 변형부재(120)에는 코발트(Co), 몰리브텐(Mo), 텅스텐(W) 및 크롬(Cr)으로 이루어진 군에서 적어도 하나가 더 함유되도록 한다.
아울러, 도 3를 통하여, 본 발명에 따르는 배터리 이상온도 감지차단 모듈(100)의 다른 실시예를 볼 수 있는데, 온도서미스터(Thermistor, PTC)(110)과 이에 물리적으로 접촉되어 통전되는 주단자(111, 112)와 이에 병렬로 연장되어 구비된 보조단자(111', 112'), 상기 보조단자(111', 112')의 일면에 배치되되 부피나 형상이 변하는 변형부재(120)에 결합되어 상기 보조단자(111', 112')와 밀착되거나 탈착되는 금속플레이트(130)가 구비되어 있어 상술한 도 1의 구성과 유사하여, 수지케이스(140)의 내부 빈 공간(V)의 활용에 의한 차이를 고찰한 예라 할 수 있다.
즉, 본 실시예는 변형부재(120)의 위치가 상기 온도서미스터(Thermistor, PTC)(110)를 기준으로 그 상부에 위치할 수 있는 수지케이스의 설계를 반영한 예이다.
한편, 도 4를 보면, 본 발명에 따르는 배터리 이상온도 감지차단 모듈(100)의 또 다른 실시예를 나타내고 있는데, 온도서미스터(Thermistor, PTC)(110)과 이에 물리적으로 접촉되어 통전되는 주단자(111, 112)와 이에 병렬로 연장되어 구비된 보조단자(111', 112')가 있으며, 여기서 상기 PCT(110), 주단자(111, 112) 및 보조단자(111', 112')를 내입하도록 사출되어 성형된 수지케이스(140)가 마련되어 있고, 상기 보조단자()의 일면에 배치되되 부피나 형상이 변하는 변형부재(120)에 결합되어 상기 보조단자()와 밀착되거나 탈착되는 금속플레이트(130)가 구비되는데, 상기 변형부재()의 일단과 금속플레이트(130)와의 결합은, 솔더링과 같은 결합외에도 전기적으로 통전될 필요가 없이 물리적으로 고정되면 충분한 관계상 접착제나 상기 변형부재()가 금속플레이트(130)의 일 홈부(미도시)에 삽입되어 고정되는 결합관계 등 다양한 고정방법이 사용될 수 있음음 물론이다.
이러한 구조에서의 금속플레이트(130)는 상온에서 통전이 되도록 보조단자(111', 112')와 밀착된 상태를 유지하며, 온도가 상승하여 변형부재(120)가 팽창하는 상황에서는 보조단자(111', 112')와 금속플레이트(130)가 상호 탈착되어 전류의 흐름은 상기 PCT(110)로 형성된다.
도 5를 보면, 본 발명에 따르는 배터리 이상온도 감지차단 모듈(100)의 또 다른 실시예를 나타내고 있는데, 온도서미스터(Thermistor, PTC)(110), 주단자(111, 112), 보조단자(111', 112'), 변형부재(120) 및 금속플레이트(130)가 구비되어 있어 전술한 기술구성과 유사한데, 상기 금속플레이트(130)와 대향되는 수지케이스(140)의 내부영역에 상기 금속플레이트와 대면하는 영역에 탄성부(142)가 구비되어 있어 온도변화에 의하여 변형부재(120)가 형상이나 부피가 변화하기 전에는 금속플레이트(130)가 보조단자(111', 112')와 부착되도록 힘을 가하고, 변화에 의한 탈착시에 힘의 균형을 이루도록 하여 안정적인 탈부착이 가능하도록 하고 있음을 알 수 있다.
상기 탄성부(142)는 수지케이스(140)를 사출성형시에 돌출된 형상으로 도면에서와 같은 반아치형태 뿐만 아니라 다각형으로 형상으로 구비되어도 금속플레이트(130)와 맞닿아 탄성력을 부여할 수 있는 한 무방하다 하겠다.
또한, 상기 변형부재(120)의 하부는 주단자(112)와 통전되는 것을 방지하기 위하여 절연층(125)를 적층할 필요가 있으며, 이 절연층(125)의 상부에는 상기 변형부재가 고정될 수 있도록 앞서 설명한 삽입홈(144')를 구비한 삽입부(144)와 유사한 제2삽입부(미도시)를 구비할 수 있다.
한편, 도 6을 보면, 본 발명에 따르는 배터리 이상온도 감지차단 모듈(100)의 또 다른 실시예를 나타내고 있음을 알 수 있는데, 온도서미스터(Thermistor, PTC)(110), 주단자(111, 112), 보조단자(111', 112') 및 수지케이스(140)는 상술한 바와 유사하나, 상기 금속플레이트(130)의 일단이 보조단자(111')에 부착되어 고정되어 있으며, 그 타단은 변형부재(120)에 의하여 보조단자(112')에 부착되거나 탈착되는 구조임을 알 수 있다.
여기서, 상기 금속플레이트(130)의 일단이 보조단자(111')에 부착되어 고정되는 것으로 도시되고 있으나, 보조단자(111')를 제거된 채로 주단자(111)에 직접적으로 고정되어도, 통전될 수 있는 범위에 있으면 족하다 하겠다.
마찬가지로, 타측 보조단자(112') 역시 제거되어 타측 주단자(112)에 직접 결합되어도 무방함을 알 수 있다.
또한, 상기 변형부재(120)의 하부에는 주단자(112)와 통전되는 것을 방지하기 위하여 절연층(125)를 적층할 필요가 있으며, 이 절연층(125)의 상부에는 상기 변형부재가 고정될 수 있도록 앞서 설명한 삽입홈(144')를 구비한 삽입부(144)와 유사한 제3삽입부(미도시)를 구비할 수 있다.
온도서미스터(Thermistor, PTC) 110, 주단자 111, 112,
보조단자 111', 112', 수지케이스 140,
금속플레이트 130, 변형부재 120

Claims (7)

  1. 온도 서미스터(이하, PTC), 상기 PTC에 배터리모듈과 전기적으로 연결된 주단자, 상기 주단자에 병렬로 연장되어 구비된 보조단자 및 상기 PTC와 주단자와 보조단자를 내장한 수지케이스를 포함하는 배터리 이상온도 감지차단 모듈에 있어서, 상기 보조단자의 일면에 배치되되 부피나 형상이 변하는 변형부재에 결합되어 상기 보조단자와 밀착되거나 탈착되는 금속플레이트를 구비하되,
    상기 변형부재는 열처리를 선행하여 작동온도에서 수축하거나 팽창하는 것을 특징으로 하는 배터리 이상온도 감지차단 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 변형부재는 코일 형상의 스프링으로 구비되어 그 일단이 금속플레이트에 고정되고 그 타단이 수지케이스에 고정되는 것을 특징으로 하는 배터리 이상온도 감지차단 모듈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속플레이트의 일단이 상기 주단자 또는 보조단자에 부착되고, 그 타단은 변형부재에 의하여 상기 보조단자 또는 주단자와 부착되거나 탈착되는 것을 특징으로 하는 배터리 이상온도 감지차단 모듈.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 수지케이스에는 상기 금속플레이트와 대면하는 영역에 탄성부를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 이상온도 감지차단 모듈.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 변형부재는 온도에 따라 그 부피나 형상의 변화하는 것으로, 니켈-티타늄합금(Ni-Ti), 구리아연합금(Cu-Zn), 구리아연알루미늄합금(Cu-Zn-Al), 구리카드늄합금(Cu-Cd), 니켈알루미늄합금(Ni-Al), 구리아연알루미늄합금(Cu-Zn-Al) 및 구리알루미늄니켈합금(Cu-Al-Ni)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리 이상온도 감지차단 모듈.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 변형부재에는 코발트(Co), 몰리브텐(Mo), 텅스텐(W) 및 크롬(Cr)으로 이루어진 군에서 적어도 하나가 더 함유되는 것을 특징으로 하는 배터리 이상온도 감지차단 모듈.
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