KR101626726B1 - 능동동작형 이차전지 퓨즈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 능동동작형 이차전지 퓨즈는 전자기기의 충전.방전에 사용되는 이차전지에 연결되어 화재나 폭발과 같은 안전사고를 보호하기 위하여 저항을 감지하여 이상 전류시 전원을 단락시키는 이차전지 퓨즈에 있어서, 이차전지의 일측에 안착되는 장방형의 세라믹 기판과; 상기 세라믹 기판의 상면 내측에 이차전지의 이상전류를 능동 동작형으로 감지하도록 페이스트(Paste) 형태로 도포되는 페이스트 회로와; 상기 페이스트 회로의 상면에서 발열량과 저항을 조절하도록 접착되는 필름형상의 발열 페이스트필름과; 상기 페이스트 회로를 연결하며 이상 저항을 감지하여 과전류시 용단되는 장방형의 저융점 금속판으로 구성된 것을 특징으로 하여,
세라믹 기판에 페이스트로 형성된 페이스트 회로와 페이스트필름을 구비하여 과전압, 과충전, 과방전과 같은 이상 전류를 능동 동작형으로 감지하게 되며, 종래에 사용되던 납땜이 불필요하여 현장에서 편리하게 회로를 형성할 수 있고, 종래에 사용되던 큰부피의 절연층이 불필요하여 퓨즈의 크기를 최소화할 수 있으며, 절연층을 형성하기 위한 난해한 공정의 불필요하여 현장에서 편리하게 제조할 수 있으며, 과전압으로 이차전지가 손상되는 것을 보호할 수 있는 효과가 있다.

Description

능동동작형 이차전지 퓨즈{A Secondary Battery Fuse of activeness motion type}

본 발명은 능동동작형 이차전지 퓨즈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 세라믹 기판에 페이스트로 형성된 페이스트 회로와 페이스트필름을 구비하여 과전압, 과충전, 과방전과 같은 이상 전류를 능동 동작형으로 감지하게 되며, 종래에 사용되던 발열저항의 납땜이 불필요하여 현장에서 편리하게 회로를 형성할 수 있고, 종래에 사용되던 일정 두께의 절연층이 불필요하여 퓨즈의 크기를 최소화할 수 있으며, 절연층을 형성하기 위한 난해한 공정의 불필요하여 현장에서 편리하게 제조할 수 있으며, 과전류로 이차전지가 손상되는 것을 보호할 수 있는 능동동작형 이차전지 퓨즈에 관한 것이다.

일반적으로 이차전지는 외부의 전기 에너지를 화학 에너지의 형태로 바꾸어 저장해 두었다가 필요할 때에 전기를 만들어 내는 장치를 말한다. 여러 번 충전할 수 있다는 뜻으로 "충전식 전지"(rechargeable battery)라는 명칭도 쓰인다. 흔히 쓰이는 이차전지로는 납 축전지, 니켈-카드뮴 전지, 니켈 수소 축전지, 리튬 이온 전지, 리튬 이온 폴리머 전지가 있다.

이러한 이차 전지는 한 번 쓰고 버리는 일차 전지에 비해 경제적인 이점과 환경적인 이점을 모두 제공한다. 이차 전지는 규격을 따라 생산되는 것이 시중에서 판매되고 있으며, 이러한 종류의 전지를 구매하는 소비자들 또한 이에 친숙해 있다. 여러 번 충전할 수 있다는 것이 장점이지만 일차 전지에 비해 더 비싸고 이러한 전지에 쓰이는 화학부나 금속의 독성이 더 강한 편이다.

상기 이차 전지는 충전 후에 자가방전(Self Discharge)에 의해서 에너지를 잃는 속도가 일차 전지에 비해서 매우 높기 때문에 사용하기 전에 충전해야 한다. 충전시 전지 폭발의 가능성이 있으니 주의해야 하며, 완전히 충전되었을 경우 역충전이라는 위험에 노출되고, 용량을 유지하기 위해 주기적으로 충분히 방전해 주어야 한다. 이러한 전지를 사용하여 전자기기의 가격과 무게를 줄이고 수명을 늘리는 기술을 채용하고 있다.

이와 같은 이차전지는 퓨즈를 통하여 물리적인 충격이나 과전류, 과충전, 과방전 등으로부터 폭발이나 단전되는 것을 미연에 방지하게 된다.

상기 이차전지용 퓨즈는 사용자가 지속적으로 이차전지가 사용되는 노트북이나 테블릿 PC 등에서 화재나 폭발을 미연에 방지하기 필수적으로 사용되고 있다.

종래의 이차전지용 퓨즈는 일반적인 퓨즈 동작인 수동 동작형이 적용되어 사용되고 있으나 전자기기의 고도화(이차전지의 안정성 문제)로 수동형이 아닌 능동 동작형 퓨즈가 개발되어 사용되고 있다.

도 3은 일본 소니 캐미칼이 개발하여 보급된 이차전지 퓨즈로서, 도시된 바와 같이, 기판(1)에 회로(2)를 구성하고, 상기 회로(2)를 상호 통전시키는 발열체(3)를 연결시키고, 상기 발열체(3)의 상부에 절연층(4)을 개재시키며, 그 상부를 덮는 저융점 금속(5)으로 구성되어 소정의 조건을 감지하여 발열시 용단되는 것을 특징으로 하고 있다.

그러나, 상기 종래의 이차전지 퓨즈는 과전압, 과충전, 과방전과 같은 이상 전류를 저융점금속(5)이 능동 동작형으로 감지하게 되나, 기판(1)에 형성되는 회로(2)를 납땜으로 실장하여야 하므로 좁은 공간에 실장하는 퓨즈의 특성상 현장에서 매우 작업이 곤란하여 생산성이 저하되고, 퓨즈의 많은 요소 사이의 절연거리 확보가 어려워 슬림화된 최첨단 전자기기에 적용하기 곤란한 문제점이 있었다.

또한, 상기 종래의 이차전지 퓨즈는 회로(2)와 저융점금속(5)의 사이에 형성되는 일정 두께의 절연층(4)으로 인하여 퓨즈의 높이가 증가되고, 절연층을 형성하기 위한 난해한 공정으로 현장에서 제조시간 장시간 소요되는 문제점이 있으며, 물리적인 충격으로 절연층(4)의 유동되어 장시간 사용시 이차전지가 손상되어 안전사고가 발생될 수 있는 문제점도 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 세라믹 기판에 페이스트로 형성된 페이스트 회로를 도포하여 과전압, 과충전, 과방전과 같은 이상 전류를 능동 동작형으로 감지하게 되며, 종래에 사용되던 발열 저항의 납땜이 불필요하여 현장에서 편리하게 회로를 형성할 수 있고, 발열량과 저항을 능동적으로 조절하는 필름형상의 발열 페이스트필름이 구비하여 종래에 사용되던 큰부피의 절연층이 불필요하여 퓨즈의 크기를 최소화할 수 있으며, 절연층을 형성하기 위한 난해한 공정의 불필요하여 현장에서 편리하게 제조할 수 있으며, 절연층의 유동으로 발생되는 안전사고를 미연에 방지할 수 있고, 상기 페이스트 회로를 연결시키는 저융점 금속판이 실장되어 고열로부터 퓨즈가 손상되는 것을 능동적으로 동작할 수 있을 뿐만 아니라 과전압으로 이차전지가 손상되는 것을 보호할 수 있고, 기판에 완벽하게 안착되어 물리적인 충격에도 안전하게 사용할 수 있는 능동동작형 이차전지 퓨즈를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 능동동작형 이차전지 퓨즈는 전자기기의 충전.방전에 사용되는 이차전지에 연결되어 화재나 폭발과 같은 안전사고를 보호하기 위하여 이상전류를 저항으로 감지하여 이상 전류시 전원을 단락시키는 이차전지 퓨즈에 있어서, 이차전지의 일측에 안착되는 장방형의 세라믹 기판과; 상기 세라믹 기판의 상면 내측에 이차전지의 이상전류를 능동 동작형으로 감지하도록 페이스트(Paste) 형태로 도포되는 페이스트 회로와; 상기 페이스트 회로의 상면에서 발열량과 저항을 조절하도록 접착되는 필름형상의 발열 페이스트필름과; 상기 페이스트 회로를 연결하며 이상 저항을 감지하여 과전류시 용단되는 장방형의 저융점 금속판으로 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 페이스트 회로는 Ag 또는 Ag-Pd(팔라듐) 페이스트로 형성되며, 상기 발열 페이스트필름은 RuO 또는 Ru-Pd 합금의 Paste 필름으로 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 저융점 금속판은 Sn-Pd-Ag 합금으로 형성되고 SMT(Surface Mount Technology) 공법으로 실장된 것을 특징으로 한다.

이상에서와 같이, 본 발명의 능동동작형 이차전지 퓨즈의 효과는 다음과 같다.

첫째, 세라믹 기판에 Ag 또는 Ag-Pd 페이스트로 형성된 페이스트 회로가 도포됨으로써 과전압, 과충전, 과방전과 같은 이상 전류를 능동 동작형으로 감지하게 되며 감지하였을 경우 전류의 방향을 바꾸어 주게 되어 종래에 사용되던 납땜이 불필요하여 현장에서 편리하게 회로를 형성할 수 있을 뿐만 아니라 생산성을 대폭 향상시킬 수 있고, 두께가 매우 얇으므로 퓨즈의 크기를 소형화함으로써 퓨즈의 많은 요소들을 절연거리를 확보하여 슬림화된 최첨단 전자기기에 매우 용이하게 적용할 수 있으며,

둘째, 상기 페이스트 회로의 상면에서 발열량과 저항을 능동적으로 조절하도록 필름형상의 발열 페이스트필름이 접착됨으로써 종래에 사용되던 큰부피의 절연층이 불필요하여 퓨즈의 크기를 최소화할 수 있으며, 절연층을 형성하기 위한 난해한 공정의 불필요하여 현장에서 편리하게 제조할 수 있으며, 절연층의 유동으로 발생되는 안전사고를 미연에 방지할 수 있고,

셋째, 상기 페이스트 회로를 연결시키는 저융점 금속판이 실장됨으로써 과전압, 과충전, 과방전과 같은 이상 전류 발생시 이를 감지하여 고열로부터 퓨즈가 손상되는 것을 능동적으로 동작할 수 있을 뿐만 아니라 과전압으로 이차전지가 손상되는 것을 보호할 수 있고, 기판에 완벽하게 안착되어 물리적인 충격에도 안전하게 사용할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 능동동작형 이차전지 퓨즈를 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 능동동작형 이차전지 퓨즈의 회로를 나타낸 회로도.
도 3은 종래의 이차전지 퓨즈의 개요도.

이하에서는, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 능동동작형 이차전지 퓨즈는, 도 1에 도시된 바와 같이, 전자기기의 충전.방전에 사용되는 이차전지에 연결되어 화재나 폭발과 같은 안전사고를 보호하기 위하여 이상전류를 저항으로 감지하여 전원을 단락시키는 이차전지 퓨즈로서, 이차전지의 일측에 안착되는 장방형의 세라믹 기판(10)과, 상기 세라믹 기판(10)의 상면 내측에 도포되는 페이스트(Paste) 회로(20)와, 상기 페이스트 회로(20)의 상면에 접착되는 필름형상의 발열 페이스트필름(30)과, 상기 페이스트 회로(20)를 연결하여 이상 저항을 감지하는 장방형의 저융점 금속판(40);로 구성된다.

즉, 상기 세라믹 기판(10)은 이차전지의 일측에 안착되어 충격이나 진동으로부터 보호되도록 세라믹재질로 형성된다.

그리고, 상기 페이스트 회로(20)는 세라믹 기판(10)의 상면 내측에서 이차전지의 전원과 연결되도록 다수개의 전원단자와 이상전류를 능동 동작형으로 감지하도록 다수개의 회로 형성된다.

또한, 상기 페이스트 회로(20)는 Ag 또는 Ag-Pd(팔라듐) 페이스트로 형성되어 세라믹 기판(10)에 도포된다.

상기 발열 페이스트필름(30)은 페이스트 회로(20)의 상면에서 발열량과 저항을 조절하도록 필름형상으로 접착된다.

즉, 상기 발열 페이스트필름(30)은 상기 저융점 금속판(40)과 분리되어 안착되며, RuO 또는 Ru-Pd 합금의 Paste 필름으로 형성되어 페이스트 회로(20)가 연결되도록 접착된다.

상기 저융점 금속판(40)은 상기 발열 페이스트필름(30)과 분리되어 안착되며, 페이스트 회로(20)를 연결하며 이상 저항을 감지하여 과전류시 용단되거나 전원을 단락시킨다.

또한, 상기 저융점 금속판(40)은 Sn-Pd-Ag 합금으로 형성되고 SMT(Surface Mount Technology) 공법으로 페이스트 회로(20)를 연결되도록 실장된다.

한편, 도 2에서, 본발명에 따른 능동동작형 이차전지 퓨즈는 이차전지셀의 이상전류 감지시 전류의 방향을 이차전지 셀이 아닌 방향으로 역으로 밖는 회로이며, 퓨즈의 부품은 페이스트 회로(20)를 중심 기준으로 양단의 단자를 연결시키는 발열 페이스트필름(30)과, 저융점 금속판(40)으로 구성된다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 능동동작형 이차전지 퓨즈의 작용을 살펴보면 다음과 같다.

본 발명에 따른 능동동작형 이차전지 퓨즈는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 이차전지의 일측에 장방형의 세라믹 기판(10)이 안착되고, 상기 세라믹 기판(10)의 상면 내측에 페이스트(Paste) 회로(20)가 도포되며, 상기 페이스트 회로(20)의 상면에 필름형상의 발열 페이스트필름(30)이 잡착되고, 상기 페이스트 회로(20)의 내측에 이상 저항을 감지하는 장방형의 저융점 금속판(40)이 연결된다.

즉, 상기 세라믹 기판(10)은 장방형의 세라믹재질로 형성되어 이차전지의 일측에 안착되어 충격이나 진동으로부터 보호하게 된다.

그리고, 상기 페이스트 회로(20)는 세라믹 기판(10)의 상면 내측에서 이차전지의 전원과 연결되도록 다수개의 전원단자와 회로로 형성되어 과전압, 과충전, 과방전과 같은 이상 전류를 능동 동작형으로 감지하게 된다.

이때, 상기 페이스트 회로(20)는 Ag 또는 Ag-Pd 이스트로 형성되어 세라믹 기판(10)에 도포됨으로써 발생되는 종래에 사용되던 납땜이 불필요하여 현장에서 편리하게 회로를 형성할 수 있을 뿐만 아니라 공정이 단순하여 생산성을 대폭 향상시킬 수 있고, 회로의 뚜께가 매우 얇으므로 퓨즈의 크기를 소형화하여 퓨즈의 많은 요소 간의 절연거리를 확보하여 슬림화된 최첨단 전자기기에 매우 용이하게 적용할 수 있게 된다.

그리고, 상기 발열 페이스트필름(30)은 페이스트 회로(20)의 상면에서 발열량과 저항을 능동적으로 조절하도록 필름형상으로 접착되며, RuO 또는 Ru-Pd 합금의 Paste 필름으로 형성되어 페이스트 회로(20)가 연결되도록 접착됨으로써 종래에 사용되던 큰부피의 절연층이 불필요하여 퓨즈의 크기를 최소화할 수 있고, 절연층을 형성하기 위한 난해한 공정의 불필요하여 현장에서 편리하게 제조할 수 있으며, 절연층의 유동으로 발생되는 안전사고를 미연에 방지할 수 있게 된다.

상기 저융점 금속판(40)은 페이스트 회로(20)를 연결시키며, Sn-Pd-Ag 합금으로 형성되고 SMT(Surface Mount Technology) 공법으로 페이스트 회로(20)를 연결되도록 실장됨으로써 과전압, 과충전, 과방전과 같은 이상 전류 발생시 이를 감지함으로써 고열로부터 퓨즈가 손상되는 것을 능동적으로 동작할 수 있을 뿐만 아니라 과전압으로 이차전지가 손상되는 것을 보호할 수 있고, 기판에 완벽하게 안착되어 물리적인 충격에도 안전하게 사용할 수 있다.

상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나, 이러한 실시예는 종래의 공지 기술과 단순히 조합 적용한 변형예는 물론 본 발명의 특허청구범위와 상세한 설명에서 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 용이하게 변경하여 이용할 수 있는 모든 기술들은 본 발명의 기술범위에 당연히 포함된다고 보아야 할 것이다.

10 : 세라믹 기판
20 : 페이스트 회로
30 : 페이스트 필름
40 : 저융점 금속

Claims (4)

1. 전자기기의 충전.방전에 사용되는 이차전지에 연결되어 화재나 폭발과 같은 안전사고를 보호하기 위하여 저항을 감지하여 이상 전류시 전원을 단락시키는 이차전지 퓨즈에 있어서,
   이차전지의 일측에 안착되는 장방형의 세라믹 기판(10)과;
   상기 세라믹 기판(10)의 상면 내측에 이차전지의 이상전류를 능동 동작형으로 감지하도록 페이스트(Paste) 형태로 도포되는 페이스트 회로(20)와;
   상기 페이스트 회로(20)의 상면에서 발열량과 저항을 조절하도록 접착되는 필름형상의 발열 페이스트필름(30)과;
   상기 페이스트 회로(20)를 연결하며 이상 저항을 감지하여 과전류시 용단되는 장방형의 저융점 금속판(40);로 구성되고,
   상기 페이스트 회로(20)는 Ag 또는 Ag-Pd(팔라듐) 페이스트로 형성되며,
   상기 발열 페이스트필름(30)은 상기 저융점 금속판(40)과 분리되어 안착되며, RuO 또는 Ru-Pd 합금의 Paste 필름으로 형성되고,
   상기 저융점 금속판(40)은 상기 발열 페이스트필름(30)과 분리되어 안착되며, Sn-Pd-Ag 합금으로 형성되고 SMT(Surface Mount Technology) 공법으로 실장된 것을 특징으로 하는 능동동작형 이차전지 퓨즈.
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