KR102059608B1 - Electrical Element Having Coupling Part Available for Disconnection by Heat - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기적 연결 부재로부터의 신호에 의해 작동하는 본체; 및 상기 신호를 본체에 전달하도록 상기 전기적 연결 부재와 본체 사이에 연결되어 있는 접속부;를 포함하고 있고, 상기 접속부는 소정의 온도에서 절단되어, 상기 전기적 연결 부재로부터 본체를 전기적으로 단선시키는 것을 특징으로 하는 전기 소자를 제공한다.The present invention includes a main body that is operated by a signal from the electrical connection member; And a connecting portion connected between the electrical connecting member and the main body to transmit the signal to the main body, wherein the connecting portion is cut at a predetermined temperature to electrically disconnect the main body from the electrical connecting member. It provides an electrical device.

Description

열에 의한 단선이 가능한 접속부를 포함하고 있는 전기 소자 {Electrical Element Having Coupling Part Available for Disconnection by Heat}Electrical Element Having Coupling Part Available for Disconnection by Heat}

본 발명은 열에 의한 단선이 가능한 접속부를 포함하고 있는 전기 소자에 관한 것이다.The present invention relates to an electrical element including a connection portion capable of disconnection by heat.

최근, 화석연료의 고갈에 의한 에너지원의 가격 상승, 환경 오염의 관심이 증폭되며, 친환경 대체 에너지원에 대한 요구가 미래생활을 위한 필수 불가결한 요인이 되고 있다. 이에 원자력, 태양광, 풍력, 조력 등 다양한 전력 생산기술들에 대한 연구가 지속되고 있으며, 이렇게 생산된 에너지를 더욱 효율적으로 사용하기 위한 전력저장장치 또한 지대한 관심이 이어지고 있다.Recently, the increase in the price of energy sources due to the depletion of fossil fuels, interest in environmental pollution is amplified, and the demand for environmentally friendly alternative energy sources has become an indispensable factor for future life. Accordingly, researches on various power production technologies such as nuclear power, solar energy, wind power, tidal power, etc. continue, and power storage devices for more efficient use of the generated energy are also drawing attention.

특히, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 최근에는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력원으로서 이차전지의 사용이 실현화되고 있으며, 그리드(Grid)화를 통한 전력 보조전원 등의 용도로도 사용영역이 확대되고 있어, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.In particular, as technology development and demand for mobile devices increase, the demand for batteries as energy sources is rapidly increasing, and in recent years, the use of secondary batteries as power sources for electric vehicles (EVs) and hybrid electric vehicles (HEVs) has been realized. In addition, the field of use has also been extended to applications such as a power auxiliary power supply through gridization, and thus, many studies on batteries capable of meeting various needs have been conducted.

대표적으로 전지의 형상 면에서는 얇은 두께로 휴대폰 등과 같은 제품들에 적용될 수 있는 각형 이차전지와 파우치형 이차전지에 대한 수요가 높고, 재료 면에서는 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지에 대한 수요가 높다.Representatively, there is a high demand for square and pouch type secondary batteries that can be applied to products such as mobile phones with a thin thickness in terms of shape of batteries, and high energy density, discharge voltage, and output stability in terms of materials. Demand for lithium secondary batteries such as lithium ion batteries and lithium ion polymer batteries is high.

이러한 이차전지는 각종 가연성 물질들이 내장되어 있어서, 과충전, 과전류, 기타 물리적 외부 충격 등에 의해 발열, 폭발 등의 위험성이 있으므로, 안전성에 큰 단점을 가지고 있다. 또한, 전지가 과충전되는 경우에는 전극에서의 전해액 분해반응이 촉진되어 가연성 가스가 발생하고, 내부 단락 등과 같은 다양한 요인에 의해 야기된 과전류는 전지의 온도를 상승시켜 전지 구성요소의 분해반응을 유발한다. 이러한 과충전, 과전류 등으로 인해 전지는 발화하기 쉽고 경우에 따라서는 폭발할 가능성도 있다. 또한, 과전류가 아니더라도 기타의 원인에 의한 온도 상승은 상기와 같은 문제점을 유발한다.The secondary battery has a variety of flammable materials, there is a risk of heat generation, explosion, etc. due to overcharge, overcurrent, other physical external shocks, etc., has a major disadvantage in safety. In addition, when the battery is overcharged, the electrolyte decomposition reaction at the electrode is accelerated to generate a flammable gas, and the overcurrent caused by various factors such as an internal short circuit raises the temperature of the battery, causing decomposition of battery components. . Due to such overcharge and overcurrent, the battery is easy to ignite, and in some cases, may explode. In addition, even if it is not an overcurrent, the temperature rise due to other causes causes the above problems.

따라서, 이차전지에는 과충전, 과전류 등의 비정상인 상태를 효과적으로 제어할 수 있는 안전소자로서 PTC, 퓨즈(Fuse), 바이메탈 등의 다양한 전기 소자들이 전기적 연결 부재에 의해 전지셀에 접속된 상태로 탑재되어 있다. 그 중, PTC는 과전류 등에 의한 온도 상승시 저항이 크게 증가하여 전류를 차단하는 안전소자이고, 퓨즈는 역시 과전류 등에 의한 온도 상승시 절단되어 전류를 차단하는 안전소자이다. 또한, 바이메탈은 온도 상승시 열팽창률의 차이에 의해 전기적 연결을 차단하는 안전소자이다.Therefore, the secondary battery is a safety device that can effectively control abnormal conditions such as overcharge and overcurrent, and various electrical elements such as PTC, fuse, and bimetal are mounted in a state connected to the battery cell by an electrical connection member. have. Among them, PTC is a safety device that cuts off the current due to a large increase in resistance due to an overcurrent or the like, and a fuse is a safety device that cuts off when the temperature rises due to an overcurrent or the like and cuts off the current. In addition, bimetal is a safety device that blocks an electrical connection due to a difference in thermal expansion rate when a temperature rises.

이러한 안전소자들은 모두 과전류에 의한 문제점을 해결하는 효과는 있지만, 과충전, 과방전 등과 같은 과전압에 의한 문제점을 해결하지는 못한다. 이차전지의 과방전은 안전성 문제를 초래하지는 않지만, 음극 재료의 붕괴를 유발하여 전지의 성능을 크게 저하시키는 원인으로 작용한다. 따라서, 이차전지의 과전압을 해소하기 위하여 일반적으로는 보호 집적회로(Protection IC), 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor; FET)와 같은 능동 소자들로 이루어진 보호회로 모듈(PCM)이 이차전지에 추가로 장착된다.All of these safety devices are effective in solving problems caused by overcurrent, but do not solve problems caused by overvoltage such as overcharge and overdischarge. The overdischarge of the secondary battery does not cause a safety problem, but causes a breakdown of the negative electrode material, thereby causing a significant decrease in the performance of the battery. Therefore, in order to eliminate the overvoltage of the secondary battery, a protection circuit module (PCM) including active elements such as a protection IC and a field effect transistor (FET) is generally added to the secondary battery. Is mounted.

도 1에는 종래의 전지팩을 이루는 구성 요소들의 전기적 연결 구조를 개략적으로 나타낸 회로도가 도시되어 있다.1 is a circuit diagram schematically showing the electrical connection structure of the components constituting the conventional battery pack.

도 1을 참조하면, 전지팩(100)은 비정상 상태를 감지하고 제어하기 위한 전기 소자들로서, 보호 집적회로(110), 충전 제어용 FET 소자(120), 방전 제어용 FET소자(130) 및 메인 집적회로(140)를 포함하고 있고, 상기 비정상 상태에서 온도 상승시 용융 절단되어 전류를 차단하는 퓨즈(160)를 포함하고 있다.Referring to FIG. 1, the battery pack 100 is an electrical device for detecting and controlling an abnormal state, and includes a protection integrated circuit 110, a charge control FET device 120, a discharge control FET device 130, and a main integrated circuit. And a fuse 160 for melting and cutting current when the temperature rises in the abnormal state.

이들의 작동을 설명하면, 전지셀(150)의 전압이 과충전 방지 전압에 도달하면, 보호 집적회로(110)는 충전 제어용 FET 소자(120)를 오프 상태로 전환시켜 전류를 차단한다. 반대로, 전지셀(150)의 전압이 과방전 방지 전압에 도달하면, 보호 집적회로(110)는 방전 제어용 FET 소자(130)를 오프 상태로 전환시켜 전류를 차단한다. 상기 검출전압이 과충전 방지 전압 이하로 떨어지거나 과방전 방지 전압 이상으로 올라가면, 보호 집적회로(110)는 충전 제어용 FET 소자(120) 또는 방전 제어용 FET 소자(130)를 온 상태로의 재전환에 의해 통전시킨다. 과전류의 경우에, 보호 집적회로(110)는 방전 제어용 FET 소자(130)를 오프 상태로 전환시켜 전류를 차단한다. 또한, 전류가 소정값 이상으로 증가하여 온도가 상승하는 경우에는 퓨즈(160)가 열에 의해 용융 절단되어 차단됨으로써 안전성을 보장하게 된다.Referring to these operations, when the voltage of the battery cell 150 reaches the overcharge protection voltage, the protection integrated circuit 110 turns off the charge control FET device 120 to cut off the current. On the contrary, when the voltage of the battery cell 150 reaches the over-discharge prevention voltage, the protection integrated circuit 110 turns off the discharge control FET device 130 to cut off the current. When the detection voltage falls below the overcharge prevention voltage or rises above the overdischarge prevention voltage, the protection integrated circuit 110 may switch the charge control FET device 120 or the discharge control FET device 130 to the on state. Energize. In the case of overcurrent, the protection integrated circuit 110 turns off the discharge control FET device 130 to cut off the current. In addition, when the current increases by more than a predetermined value and the temperature rises, the fuse 160 is cut and melted by heat to ensure safety.

보호 집적회로(110)의 작동 상태는 메인 집적회로(140)에 의해 감시 및 제어된다.The operating state of the protection integrated circuit 110 is monitored and controlled by the main integrated circuit 140.

그러나, 이러한 소자들은 이차전지의 비정상 상태를 제어하는 동시에, 상기 이차전지 내에서 전기 회로의 저항을 시키므로, 이차전지의 발열 및 열화를 유발할 수 있고, 전압의 갑작스러운 저하에 따른 시스템 셧다운(shutdown)을 발생시키는 요인으로 작용하기도 한다.However, these devices control the abnormal state of the secondary battery and at the same time, cause resistance of the electric circuit in the secondary battery, which may cause heat generation and deterioration of the secondary battery, and system shutdown due to a sudden drop in voltage. It also acts as a factor in generating.

따라서, 이러한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.Therefore, there is a high need for a technology that can fundamentally solve these problems.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.The present invention aims to solve the problems of the prior art as described above and the technical problems that have been requested from the past.

본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 전기적 연결 부재와 연결되는 일부 전기 소자의 접속부가 소정의 온도에서 절단되어, 상기 전기 소자를 전기적으로 단선시키도록 구성함으로써, 이차전지의 과전압, 과전류 등의 비정상 상태를 효과적으로 제어하는 동시에, 별도의 퓨즈를 설치할 필요 없으므로, 전지 회로 내부의 저항을 최소화할 수 있으며, 이에 따라, 상기 회로에서의 발열 및 전력 손실을 최소화해, 전체적인 이차전지의 안전성을 향상시킬 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.After extensive research and various experiments, the inventors of the present application, as will be described later, the connection part of some electrical elements connected to the electrical connection member is cut at a predetermined temperature to electrically disconnect the electrical elements. In this way, it is possible to effectively control abnormal conditions such as overvoltage and overcurrent of the secondary battery, and to eliminate the need for a separate fuse, thereby minimizing resistance in the battery circuit, thereby reducing heat generation and power loss in the circuit. By minimizing, it was confirmed that the safety of the entire secondary battery could be improved, and the present invention was completed.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기 소자는,An electric element according to the present invention for achieving this object,

전기적 연결 부재로부터의 신호에 의해 작동하는 본체; 및A main body operative by a signal from the electrical connection member; And

상기 신호를 본체에 전달하도록 상기 전기적 연결 부재와 본체 사이에 연결되어 있는 접속부;A connecting portion connected between the electrical connecting member and the main body to transmit the signal to the main body;

를 포함하고 있고, It contains,

상기 접속부는 소정의 온도에서 절단되어, 상기 전기적 연결 부재로부터 본체를 전기적으로 단선시키는 구조로 이루어질 수 있다.The connection part may be cut at a predetermined temperature to electrically disconnect the main body from the electrical connection member.

일반적으로, 이차전지의 비정상 상태를 제어하기 위한 소자는 전지셀을 비롯하여, 서로간 또는 다양한 부재들 사이에서 전기적 연결 부재에 의해 전기적으로 접속되어 있다.In general, elements for controlling an abnormal state of a secondary battery are electrically connected to each other or between various members, including battery cells, by electrical connection members.

이 때, 상기 전기 소자는 전기적 연결 부재를 통해 출입하는 신호에 의해 작동하는 본체 및 상기 신호를 본체에 전달하도록 전기적 연결 부재와 본체 사이에 연결되어 있는 접속부를 포함하고 있으며, 상기 접속부는 전기적 연결 부재와 본체 사이에서 전기적 신호를 효과적으로 전달할 수 있도록, 금 또는 구리와 같은 도전성이 있는 금속 소재로 이루어져 있으며, 와이어 본딩(wire bonding) 또는 클립 본딩(clip bonding)에 의해 전기적 연결 부재와 전기 소자의 본체를 연결한다.In this case, the electrical element includes a main body which is operated by a signal entering and exiting through the electrical connection member and a connection portion connected between the electrical connection member and the main body to transmit the signal to the main body, wherein the connection portion is an electrical connection member. It is made of a conductive metal material such as gold or copper so that the electrical signal can be effectively transmitted between the main body and the main body. The main body of the electrical connection member and the electric element are connected by wire bonding or clip bonding. Connect.

이에 대해, 본 발명에 따른 전기 소자는 상기 접속부가 소정의 온도에서 절단되어, 상기 전기 소자를 전기적으로 단선시키도록, 금 또는 구리가 아닌, 퓨즈와 동일한 소재로 구성됨으로써, 이차전지의 과전압, 과전류 등의 비정상 상태를 효과적으로 제어하는 동시에, 별도의 퓨즈를 설치할 필요 없으므로, 전지 회로 내부의 저항을 최소화할 수 있으며, 이에 따라, 상기 회로에서의 발열 및 전력 손실을 최소화해, 전체적인 이차전지의 안전성을 향상시킬 수 있다.On the other hand, the electrical element according to the present invention is composed of the same material as the fuse, not gold or copper, so that the connection portion is cut at a predetermined temperature to electrically disconnect the electrical element, thereby overvoltage and overcurrent of the secondary battery In addition to effectively controlling abnormal conditions, such as the need for a separate fuse, it is possible to minimize the resistance inside the battery circuit, thereby minimizing heat generation and power loss in the circuit, thereby improving the safety of the entire secondary battery. Can be improved.

다시 말해, 본 발명에 따른 전기 소자를 포함하는 이차전지의 경우, 과전류로 인한 내부 단락을 유발시키기 위해, 별도의 퓨즈를 포함할 필요가 없으며, 상기 전기 소자의 접속부가 본체와 전기적 연결 부재를 연결하는 동시에, 소정의 온도에서 절단되어, 상기 전기적 연결 부재로부터 본체를 전기적으로 단선시키기 위한 퓨즈의 역할을 수행할 수 있다.In other words, in the case of a secondary battery including an electric device according to the present invention, in order to cause an internal short circuit due to overcurrent, it is not necessary to include a separate fuse, and the connection part of the electric device connects the main body and the electrical connection member. At the same time, it may be cut at a predetermined temperature to serve as a fuse for electrically disconnecting the main body from the electrical connection member.

하나의 구체적인 예에서, 와이어 본딩(wire bonding) 또는 클립 본딩(clip bonding)에 의해 연결되어 있는 구조일 수 있다.In one specific example, the structure may be connected by wire bonding or clip bonding.

즉, 본 발명에 따른 전기 소자의 접속부는 종래의 전기 소자의 접속부와 동일한 와이어 본딩 또는 클립 본딩에 의해 연결될 수 있는 반면, 종래의 금 또는 구리가 아닌, 퓨즈와 동일한 소재로 구성됨으로써, 소망하는 효과를 발휘할 수 있으며, 이에 따라, 상기 전기 소자를 제작하기 위한 종래의 공정 및 장치를 활용할 수 있으므로, 추가적인 비용 없이, 소망하는 효과를 발휘할 수 있다.That is, while the connecting portion of the electric element according to the present invention can be connected by the same wire bonding or clip bonding as the connecting portion of the conventional electric element, it is composed of the same material as the fuse, not conventional gold or copper, the desired effect In this way, the conventional process and apparatus for manufacturing the electric element can be utilized, and thus, the desired effect can be achieved without additional cost.

또한, 상기 접속부는 섭씨 50도 내지 250도의 범위에서 적어도 일 부위가 용융 절단되는 구조일 수 있다.In addition, the connection portion may have a structure in which at least one portion is melt-cut in the range of 50 degrees to 250 degrees Celsius.

앞서 설명한 바와 마찬가지로, 상기 접속부는 이차전지의 전기 회로 내에서 종래의 퓨즈와 동일한 역할을 수행하므로, 상기 회로 내에 흐르는 과전류로 인한 발열로 인해, 적어도 일 부위가 용융 절단됨으로써, 상기 회로를 단락시킬 수 있다.As described above, since the connection part plays the same role as a conventional fuse in the electric circuit of the secondary battery, at least one part is melt-cut due to the heat generated by the overcurrent flowing in the circuit, thereby shorting the circuit. have.

따라서, 상기 접속부가 섭씨 50도 미만의 온도에서 용융 절단되는 경우, 이차전지의 비정상 상태가 아닌, 정상 상태에서 내부 단락을 일으킬 수 있고, 섭씨 250도를 초과하는 온도에서 용융 절단되는 경우, 섭씨 250도 이내에서 발생하는 이차전지의 비정상 상태에서, 확실하게 회로를 단락시킬 수 없으므로, 소망하는 퓨즈의 효과를 발휘할 수 없다.Therefore, when the connection portion is melt cut at a temperature of less than 50 degrees Celsius, it may cause an internal short circuit in a normal state, not the abnormal state of the secondary battery, and when melt cut at a temperature exceeding 250 degrees Celsius, 250 degrees Celsius In an abnormal state of the secondary battery occurring within a degree, a short circuit cannot be reliably shortened, and therefore, a desired fuse cannot be exerted.

또한, 상기 접속부는 퓨즈와 동일한 소재, 또는 이들 소재와 유사하거나 동일한 특성을 나타내는 소재로서, 소정의 온도에서 용융 절단될 수 있는 소재라면, 그 종류가 크게 제한되는 것은 아니며, 상세하게는, 납, 주석, 아연, 또는 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상으로 이루어질 수 있다.In addition, the connection part is the same material as the fuse, or a material exhibiting similar or the same characteristics as those materials, if the material that can be melt-cut at a predetermined temperature, the kind is not particularly limited, in detail, lead, It may be made of any one or more selected from the group consisting of tin, zinc, or alloys thereof.

한편, 이차전지의 비정상 상태는 과전압 내지 과전류에 의한 발열 이외에 전압의 갑작스러운 하락과 같이, 이차전지의 온도 변화를 유발하지 않는 경우도 있다.On the other hand, the abnormal state of the secondary battery may not cause a temperature change of the secondary battery, such as a sudden drop in voltage in addition to heat generated by overvoltage or overcurrent.

따라서, 상기 이차전지의 발열 이외에 온도 변화를 유발하지 않는 비정상 상태에서도 내부 회로를 단선시킴으로써, 상기 비정상 상태에 따라 발생하는 문제를 해결할 수 있는 수단에 필요하다.Therefore, by disconnecting the internal circuit even in an abnormal state that does not cause a temperature change other than the heat generation of the secondary battery, there is a need for means that can solve the problem caused by the abnormal state.

이에 따라, 본 발명에 따른 전기 소자의 본체는 전기적 연결 부재로부터의 전기적 신호에 의해 소정의 온도로 가열되어, 상기 본체에 연결되어 있는 접속부를 절단시키는 가열부를 포함하고 있는 구조일 수 있다.Accordingly, the main body of the electric element according to the present invention may be a structure including a heating portion that is heated to a predetermined temperature by an electrical signal from the electrical connection member, and cuts the connection portion connected to the main body.

따라서, 상기 가열부는 전기적 연결 부재로부터의 특정한 전기적 신호에 의해 작동함으로써, 상기 전기 소자의 본체의 외관 또는 성능에 영향을 미치지 않으면서, 상기 접속부를 용융 절단시킬 수 있는 온도로 가열되고, 이에 따라, 상기 가열부를 포함하는 본체 역시 가열되며, 상기 본체에 접속되어 있는 접속부가 가열부로부터의 열에 의해 적어도 일 부위가 용융 절단됨으로써, 전기적 연결 부재로부터 본체를 전기적으로 단선시킬 수 있다.Thus, the heating portion is operated by a specific electrical signal from the electrical connection member, thereby heating to a temperature at which the connection portion can be melt-cut, without affecting the appearance or performance of the main body of the electrical element. The main body including the heating part is also heated, and at least one portion of the connection part connected to the main body is melt-cut by the heat from the heating part, thereby electrically disconnecting the main body from the electrical connection member.

이 때, 상기 접속부가 용융 절단되는 부위는 전기적 연결 부재로부터 본체를 전기적으로 단선시킬 수 있는 부위라면, 그 부위가 크게 제한되는 것은 아니며, 상세하게는, 본체와 연결되어 있는 와이어 본딩 또는 클립 본딩의 단부이거나, 상기 가열부를 포함하는 본체와 물리적으로 접촉하고 있는 일 부위일 수 있다.In this case, the site where the connection part is melt-cut is a site capable of electrically disconnecting the main body from the electrical connection member, and the site is not particularly limited, and in detail, the wire bonding or the clip bonding connected to the main body. It may be an end portion or a portion in physical contact with the main body including the heating part.

또한, 상기 가열부는 조작자의 조작에 의해 작동되는 구조일 수 있다.In addition, the heating unit may be a structure that is operated by the operation of the operator.

앞서 설명한 바와 마찬가지로, 상기 가열부는 온도 변화를 유발하지 않는 이차전지의 비정상 상태에서 임의의 전기적 신호에 의해 소정의 온도로 가열되어 용융 절단되며, 이에 따라, 전기적 연결 부재로부터 본체를 단선시킨다.As described above, the heating part is heated and melt-cut to a predetermined temperature by an arbitrary electrical signal in an abnormal state of the secondary battery which does not cause a temperature change, thereby disconnecting the main body from the electrical connection member.

따라서, 상기 가열부의 동작은 온도 이외에 이차전지의 비정상 상태를 판단할 수 있는 다양한 요소에 의해 종합적으로 고려되어야 하며, 이러한 다양한 요소들을 종합적으로 판단하여, 자동적으로 가열부가 작동하도록 구성하기 위해, 보다 복잡한 시스템 내지 구조가 추가되어야 한다.Therefore, the operation of the heating unit should be comprehensively considered by various factors that can determine the abnormal state of the secondary battery in addition to the temperature, and in order to configure the heating unit to operate automatically by judging these various factors comprehensively, more complicated A system or structure must be added.

그러나, 본 발명에 따른 전기 소자의 가열부는 상기 온도 이외에 이차전지의 비정상 상태를 판단할 수 있는 다양한 요소를 조작자가 직접 고려하여, 상기 이차전지의 비정상 상태를 감지하였을 경우, 상기 조작자가 가열부를 직접 조작하여 작동되도록 구성되므로, 자동적으로 가열부가 작동하도록 구성하기 위한 복잡한 시스템 내지 구조가 필요 없으므로, 전체적인 시스템 내지 구조를 단순화할 수 있다.However, when the operator detects the abnormal state of the secondary battery, the operator directly considers various factors that may determine the abnormal state of the secondary battery, in addition to the temperature. Since it is configured to operate by operation, a complicated system or structure for automatically configuring the heating unit to operate is not necessary, so that the overall system or structure can be simplified.

이러한 경우에, 본 발명에 따른 전기 소자가 상기 가열부를 포함하더라도, 상기 가열부의 별도 작동 없이, 이차전지의 비정상 상태에서 온도 상승에 따른 열에 의해, 상기 접속부가 스스로 용융 절단될 수도 있음은 물론이다.In this case, even if the electric element according to the present invention includes the heating part, the connection part may be melt-cut by itself by heat caused by temperature rise in an abnormal state of the secondary battery, without additional operation of the heating part.

한편, 상기 전기 소자는 상기 소자를 통과하는 전류의 흐름을 제어하는 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor; FET)일 수 있다.The electrical device may be a field effect transistor (FET) that controls the flow of current through the device.

또한, 본 발명은 상기 전기 소자를 포함하는 전지팩을 제공하는 바, 상기 전지팩은,In addition, the present invention provides a battery pack including the electric element, the battery pack,

적어도 하나 이상의 전지셀;At least one battery cell;

상기 전지셀로부터의 전기적 신호를 감지하여 작동 이상 상태를 검사하는 보호 집적회로(Protection IC);A protection IC configured to detect an electrical signal from the battery cell and inspect an abnormal operation state;

상기 보호 집적회로 및 전기 소자의 작동을 제어하는 메인 집적회로(Main IC); 및A main IC for controlling the operation of the protection integrated circuit and the electric element; And

상기 전기 소자, 전지셀, 보호 집적회로, 및 메인 집적회로를 전기적으로 연결하는 전기적 연결 부재;An electrical connection member for electrically connecting the electric element, the battery cell, the protection integrated circuit, and the main integrated circuit;

를 포함하고 있고, It contains,

상기 전기 소자는 전기적 연결 부재와 전기적으로 연결되어, 소정의 온도에서 절단됨으로써, 상기 전기적 연결 부재로부터 전기 소자를 전기적으로 단선시키는 접속부를 포함하는 구조일 수 있다.The electrical element may be electrically connected to the electrical connection member, and cut at a predetermined temperature, so that the electrical element may have a structure including a connection part for electrically disconnecting the electrical element from the electrical connection member.

따라서, 상기 전지팩은 과전압 또는 과전류에 의한 비정상 상태에서 열화가 발생하는 경우, 상기 접속부의 일 부위가 용융 절단됨으로써, 상기 전기적 연결 부재로부터 전기 소자를 전기적으로 단선시켜, 전지팩 내부의 전기 회로에 단락을 일으킬 수 있으며, 이에 따라, 부품의 손상 내지 화재를 예방함으로써, 전체적인 안전성을 향상시킬 수 있다.Therefore, when the battery pack is deteriorated in an abnormal state due to overvoltage or overcurrent, a portion of the connection part is melted and cut, thereby electrically disconnecting the electric element from the electrical connection member, thereby causing an electrical circuit inside the battery pack. It may cause a short circuit, thereby improving the overall safety by preventing damage to the part or fire.

이러한 경우에, 상기 보호 집적회로는 전지셀로부터의 전기적 신호를 감지하여 작동 이상 상태를 검사하는 다수의 회로들을 집적하여 구성될 수 있으며, 상세하게는, 과충전 검출 회로, 과방전 검출 회로, 충전 과전류 검출 회로, 방전 과전류 검출 회로를 집적하고 있는 구조일 수 있다.In this case, the protection integrated circuit may be configured by integrating a plurality of circuits for detecting an operation abnormal state by detecting an electrical signal from the battery cell, in detail, an overcharge detection circuit, an overdischarge detection circuit, a charge overcurrent It may have a structure in which a detection circuit and a discharge overcurrent detection circuit are integrated.

또한, 상기 전기 소자는 상기 소자를 통과하는 전류의 흐름을 제어하는 전계 효과 트랜지스터일 수 있다.In addition, the electrical device may be a field effect transistor that controls the flow of current through the device.

따라서, 상기 전계 효과 트랜지스터는 상기 보호 직접회로의 과충전 검출 회로에 의해 과충전이 검출되는 경우 또는 상기 충전 과전류 검출 회로에 의해 충전 과전류가 검출되는 경우에 오프(OFF)됨으로써 전지셀의 충전을 제어하거나, 상기 과방전 검출 회로에 의해 과방전이 검출되는 경우 또는 상기 방전 과전류 검출 회로에 의해 방전 과전류가 검출되는 경우에 오프됨으로써, 전지셀의 방전을 제어할 수 있다.Therefore, the field effect transistor is turned off when overcharge is detected by the overcharge detection circuit of the protection integrated circuit or when charge overcurrent is detected by the charge overcurrent detection circuit, thereby controlling charging of the battery cell, The discharge of the battery cell can be controlled by turning off when overdischarge is detected by the overdischarge detection circuit or when overdischarge is detected by the discharge overcurrent detection circuit.

한편, 상기 전기 소자는 전기절연성의 프레임 상에 형성되어 있는 구조일 수 있다.On the other hand, the electrical element may be a structure formed on an electrically insulating frame.

구체적으로, 상기 전기 소자를 포함하여 보호 집적회로, 및 메인 집적회로는 전기적 연결 부재에 의해 전지셀과 서로 전기적으로 접속되어 있는 상태로, 전지팩의 내부에 장착되어 있다.Specifically, the protection integrated circuit and the main integrated circuit including the electric element are mounted inside the battery pack while being electrically connected to the battery cells by the electrical connection members.

따라서, 상기 전기 소자, 보호 집적회로, 및 메인 집적회로는 전기적 연결 부재에 의한 연결 이외에, 전지셀의 전극단자와 전기적으로 절연된 상태를 유지해야 하며, 이에 따라, 전기절연성의 프레임 상에 형성되어 있는 구조일 수 있으며, 상기 프레임에 의해, 전지셀의 전극단자와의 직접적인 접촉이 예방될 수 있다.Therefore, the electric element, the protection integrated circuit, and the main integrated circuit must be electrically insulated from the electrode terminal of the battery cell in addition to the connection by the electrical connection member, and thus are formed on the electrically insulating frame. It may be a structure, and by the frame, direct contact with the electrode terminal of the battery cell can be prevented.

하나의 구체적인 예에서, 상기 전기 소자는 전기적 연결 부재로부터의 전기적 신호에 의해 소정의 온도로 가열되어, 상기 본체에 연결되어 있는 접속부를 절단시키는 가열부를 포함하고 있는 구조일 수 있으며, 이 때, 상기 가열부는 조작자의 조작에 의해 작동되는 구조일 수 있다.In one specific example, the electrical element may be a structure that includes a heating unit is heated to a predetermined temperature by an electrical signal from the electrical connection member, cutting the connection portion connected to the main body, wherein, The heating portion may be a structure that is operated by the operator's operation.

본 발명은 또한, 상기 전지팩을 포함하는 디바이스를 제공하는 바, 상기 디바이스는 휴대폰, 태블릿 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 파워 툴, 웨어러블 전자기기, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장 장치로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.The present invention also provides a device comprising the battery pack, the device is a mobile phone, tablet computer, notebook computer, power tools, wearable electronics, electric vehicle, hybrid electric vehicle, plug-in hybrid electric vehicle, and It may be any one selected from the group consisting of a power storage device.

상기 디바이스들은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 구체적인 설명을 생략한다.Since the devices are known in the art, detailed description thereof is omitted herein.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전기 소자는, 전기적 연결 부재와 연결되는 접속부가 소정의 온도에서 절단되어, 상기 전기 소자를 전기적으로 단선시키도록 구성함으로써, 이차전지의 과전압, 과전류 등의 비정상 상태를 효과적으로 제어하는 동시에, 별도의 퓨즈를 설치할 필요 없으므로, 전지 회로 내부의 저항을 최소화할 수 있으며, 이에 따라, 상기 회로에서의 발열 및 전력 손실을 최소화해, 전체적인 이차전지의 안전성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.As described above, the electrical element according to the present invention is configured such that the connecting portion connected to the electrical connection member is cut at a predetermined temperature to electrically disconnect the electrical element, thereby causing abnormalities such as overvoltage and overcurrent of the secondary battery. While controlling the state effectively, no need to install a separate fuse, it is possible to minimize the resistance inside the battery circuit, thereby minimizing heat generation and power loss in the circuit, thereby improving the safety of the overall secondary battery. It has an effect.

도 1은 종래의 전지팩을 이루는 구성 요소들의 전기적 연결 구조를 개략적으로 나타낸 회로도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전기 소자의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기 소자의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지팩을 이루는 구성 요소들의 전기적 연결 구조를 개략적으로 나타낸 회로도이다.1 is a circuit diagram schematically showing the electrical connection structure of the components constituting the conventional battery pack;
2 is a schematic diagram schematically showing the structure of an electric element according to an embodiment of the present invention;
3 is a schematic diagram schematically showing the structure of an electric element according to another embodiment of the present invention;
4 is a circuit diagram schematically showing an electrical connection structure of the components constituting the battery pack according to another embodiment of the present invention.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings according to embodiments of the present invention, but the scope of the present invention is not limited thereto.

도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전기 소자의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.2 is a schematic diagram schematically showing the structure of an electric element according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 전기 소자(200)의 본체(210)는 전기절연성의 프레임(220) 상에 형성되어 있다.Referring to FIG. 2, the main body 210 of the electric element 200 is formed on the electrically insulating frame 220.

전기 소자(200)는 전기적 연결 부재들(231, 232)로부터의 신호에 의해 작동하는 본체(210) 및 상기 신호를 본체(210)에 전달하도록 상기 전기적 연결 부재들(231, 232)과 본체(210) 사이에 연결되어 있는 접속부들(241, 242)을 포함하고 있다.The electrical element 200 includes a main body 210 which is operated by a signal from the electrical connecting members 231 and 232 and the electrical connecting members 231 and 232 and the main body to transmit the signal to the main body 210. It includes the connection parts 241, 242 connected between the 210.

접속부들(241, 242)은 와이어 본딩(243) 또는 클립 본딩(244)에 의해 본체(210)와 전기적 연결 부재들(231, 232) 사이에 각각 연결되어 있다. The connections 241 and 242 are connected between the body 210 and the electrical connection members 231 and 232 by wire bonding 243 or clip bonding 244, respectively.

접속부들(241, 242)은 종래의 퓨즈와 동일한 소재로서, 납, 주석, 아연, 또는 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상으로 이루어져 있다.The connection parts 241 and 242 are made of the same material as a conventional fuse, and are made of any one or more selected from the group consisting of lead, tin, zinc, or alloys thereof.

따라서, 접속부들(241, 242)은 이차전지의 비정상 상태에서 온도 상승시 열에 의해 용융 절단되어, 전기적 연결 부재들(231, 232)로부터 본체(210)를 전기적으로 단선시킬 수 있다.Therefore, the connection parts 241 and 242 may be melt-cut by heat when the temperature rises in an abnormal state of the secondary battery, thereby electrically disconnecting the main body 210 from the electrical connection members 231 and 232.

도 3에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전기 소자의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.3 is a schematic diagram schematically showing the structure of an electrical device according to another embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 전기 소자(300)는 본체(310)에 별도의 가열부(350)를 포함하고 있다.Referring to FIG. 3, the electric element 300 includes a separate heating part 350 in the main body 310.

가열부(350)는 조작자의 조작에 따른 전기적 연결 부재들(331, 332)로부터의 전기적 신호에 의해 소정의 온도로 가열되어, 본체(310)에 연결되어 있는 접속부들(341, 342)의 일 부위를 열에 의해 용융 절단시킴으로써, 전기적 연결 부재들(331, 332)로부터 본체(310)를 전기적으로 단선시킨다.The heating unit 350 is heated to a predetermined temperature by an electrical signal from the electrical connection members 331 and 332 according to the operator's operation, so that one of the connection units 341 and 342 connected to the main body 310 is heated. By melt cutting the site by heat, the main body 310 is electrically disconnected from the electrical connection members 331 and 332.

가열부(350)를 포함하더라도, 상기 가열부(350)의 별도 작동 없이, 이차전지의 비정상 상태에서 온도 상승에 따른 열에 의해, 접속부들(341, 342)의 일 부위가 스스로 용융 절단될 수도 있음은 물론이다.Even if the heating unit 350 is included, a part of the connection parts 341 and 342 may be melt-cut by themselves by heat caused by a temperature rise in an abnormal state of the secondary battery without additional operation of the heating unit 350. Of course.

전기 소자(300)의 나머지 구조는 도 2의 전기 소자와 동일하므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.Since the rest of the structure of the electrical device 300 is the same as the electrical device of Figure 2, a detailed description thereof will be omitted.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지팩을 이루는 구성 요소들의 전기적 연결 구조를 개략적으로 나타낸 회로도이다.4 is a circuit diagram schematically showing an electrical connection structure of the components constituting the battery pack according to another embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 전지팩(400)은 비정상 상태를 감지하고 제어하기 위한 전기 소자들로서, 보호 집적회로(410), 충전 제어용 FET 소자(420), 방전 제어용 FET소자(430) 및 메인 집적회로(440)를 포함하고 있다.Referring to FIG. 4, the battery pack 400 is an electrical device for detecting and controlling an abnormal state, and includes a protection integrated circuit 410, a charge control FET device 420, a discharge control FET device 430, and a main integrated circuit. 440 is included.

충전 제어용 FET 소자(420) 및 방전 제어용 FET소자(430) 중 적어도 하나의 FET 소자에는 종래의 퓨즈와 동일한 소재로 이루어진 접속부를 포함하고 있다.At least one of the charge control FET device 420 and the discharge control FET device 430 includes a connection portion made of the same material as a conventional fuse.

따라서, 본 발명에 따른 전지팩(100)은, 종래의 전지팩과 달리, 충전 제어용 FET 소자(420) 및 방전 제어용 FET소자(430) 중 적어도 하나의 FET 소자에 포함되어 있는 접속부가 전지팩의 비정상 상태에서, 온도 상승에 따른 열에 의해 일 부위가 절단됨으로써, 상기 FET 소자를 전기적으로 단선시킬 수 있으며, 별도의 퓨즈를 설치할 필요 없으므로, 회로 내부의 저항을 최소화할 수 있으며, 이에 따라, 상기 회로에서의 발열 및 전력 손실을 최소화해, 전체적인 안전성을 향상시킬 수 있다.
Therefore, in the battery pack 100 according to the present invention, unlike the conventional battery pack, the connection part included in at least one of the FET device of the charge control FET device 420 and the discharge control FET device 430 of the battery pack In an abnormal state, a portion is cut by heat due to a temperature rise, thereby electrically disconnecting the FET device, and there is no need to install a separate fuse, thereby minimizing resistance in the circuit, and thus, the circuit Minimize heat generation and power dissipation in the system, improving overall safety.

본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.Those skilled in the art to which the present invention pertains will be able to perform various applications and modifications within the scope of the present invention based on the above contents.

Claims (14)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 적어도 하나 이상의 전지셀;
상기 전지셀의 비정상 상태를 감지하는 보호 집적회로(Protection IC);
상기 전지셀의 충/방전 전류의 흐름을 제어하는 전계효과 트랜지스터(FET);
상기 전계효과 트랜지스터(FET) 및 보호 집적회로의 작동을 제어하는 메인 집적회로(Main IC);
를 포함하여 구성되며,

상기 전계효과 트랜지스터(FET)는,
상기 전지셀, 보호 집적회로 및 메인 집적회로와 전기적으로 연결하여 전지셀의 전류가 흐르는 전기적 연결부재;
상기 전기적 연결 부재를 통하여 전달되는 신호에 의해 가열되는 가열부를 포함하는 본체; 및
상기 전기적 연결부재와 본체 사이에 연결되고, 전기적 신호를 전달하는 접속부;
를 포함하여 구성되고,
상기 접속부는,
전지셀의 비정상 상태에서 흐르는 과전류에 의해 온도가 상승하는 경우 및 조작자의 조작에 따른 전기적 신호에 의해 본체가 소정의 온도로 가열되는 경우 스스로 용융 절단되는 것을 특징으로 하며,
상기 본체는,
상기 전기적 연결부재를 통하여 전달되는 조작자의 조작에 따른 전기적 신호에 의해 소정의 온도로 가열되는 가열부; 를 포함하여 구성되어, 상기 조작자의 조작에 따른 전기적 신호에 의해 가열되는 가열부에 의해 상기 본체에 연결되어 있는 접속부의 일 부위를 열에 의해 용융 절단시킴으로서 상기 전기적 연결부재로부터 상기 본체를 전기적으로 단선시키는 것을 특징으로 하는 전지팩.At least one battery cell;
A protection IC detecting an abnormal state of the battery cell;
A field effect transistor (FET) for controlling the flow of the charge / discharge current of the battery cell;
A main IC for controlling the operation of the field effect transistor (FET) and the protection integrated circuit;
It is configured to include,

The field effect transistor (FET),
An electrical connection member electrically connected to the battery cell, the protection integrated circuit, and the main integrated circuit, through which current of the battery cell flows;
A main body including a heating unit heated by a signal transmitted through the electrical connection member; And
A connection part connected between the electrical connection member and the main body and transmitting an electrical signal;
It is configured to include,
The connecting portion,
When the temperature rises due to the over-current flowing in the abnormal state of the battery cell and when the main body is heated to a predetermined temperature by an electrical signal according to the operator's operation, it is characterized in that the melt is cut by itself
The main body,
A heating unit heated to a predetermined temperature by an electrical signal according to an operator's manipulation transmitted through the electrical connection member; And electrically disconnecting the main body from the electrical connection member by melting and cutting a portion of the connection part connected to the main body by heat by a heating part heated by an electric signal according to the operation of the operator. A battery pack, characterized in that. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 8 항에 따른 전지팩을 포함하는 디바이스.A device comprising a battery pack according to claim 8. 제 13 항에 있어서, 상기 디바이스는 휴대폰, 태블릿 컴퓨터, 노트북 컴퓨터, 파워 툴, 웨어러블 전자기기, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장 장치로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 디바이스.The device of claim 13, wherein the device is one selected from the group consisting of a mobile phone, a tablet computer, a notebook computer, a power tool, a wearable electronic device, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a plug-in hybrid electric vehicle, and a power storage device. Device characterized in that.
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