KR102123672B1 - Safety Unit Comprising Bypass Configured to Allow Electric Current to Flow Only When Discharging Battery Cell - Google Patents

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Abstract

본 발명은 충방전 과정에서 전지셀이 임계 온도 이상으로 상승 시 전류를 차단하는 전지팩용 안전 유닛으로서, 전지셀과 전기적으로 연결되는 제 1 노드; 외부 장치와 전기적으로 연결되는 제 2 노드; 스위칭 소자에 의해, 임계 온도 미만에서 제 1 노드 및 제 2 노드가 전기적으로 연결되고 임계 온도 이상에서 단전되는 주경로; 및 제 1 노드 및 제 2 노드를 전기적으로 연결하며, 방전 시에만 전류가 흐를 수 있도록 구성된 우회 경로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 안전 유닛에 관한 것이다.The present invention is a safety unit for a battery pack that cuts off the current when the battery cell rises above a critical temperature during a charge/discharge process, the first node being electrically connected to the battery cell; A second node electrically connected to an external device; A main path in which the first node and the second node are electrically connected below the threshold temperature and cut off above the threshold temperature by the switching element; And a bypass path configured to electrically connect the first node and the second node and to allow current to flow only when discharged.

Description

전지셀의 방전 시에만 전류가 흐를 수 있도록 구성된 우회 경로를 포함하는 안전 유닛 {Safety Unit Comprising Bypass Configured to Allow Electric Current to Flow Only When Discharging Battery Cell}Safety Unit Comprising Bypass Configured to Allow Electric Current to Flow Only When Discharging Battery Cell}

본 발명은 전지셀의 방전 시에만 전류가 흐를 수 있도록 구성된 우회 경로를 포함하는 안전 유닛에 관한 것이다.The present invention relates to a safety unit including a bypass path configured to allow current to flow only when a battery cell is discharged.

화석연료 사용의 급격한 증가로 인하여 대체 에너지나 청정에너지의 사용에 대한 요구가 증가하고 있으며, 그 일환으로 가장 활발하게 연구되고 있는 분야가 전기화학을 이용한 발전, 축전 분야이다.Due to the rapid increase in the use of fossil fuels, the demand for the use of alternative or clean energy is increasing, and as a part, the most actively researched field is the field of electricity generation and electricity storage using electrochemistry.

현재 이러한 전기화학적 에너지를 이용하는 전기화학 소자의 대표적인 예로 이차전지를 들 수 있으며, 점점 더 그 사용 영역이 확대되고 있는 추세이다.At present, a representative example of an electrochemical device using such electrochemical energy is a secondary battery, and its use area is gradually expanding.

최근에는 휴대용 컴퓨터, 휴대용 전화기, 카메라 등의 휴대용 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있다. 이러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 작동 전위를 나타내고 사이클 수명이 길며 자기방전율이 낮은 리튬 이차전지에 대해 많은 연구가 행해져 왔으며, 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.Recently, as technology development and demand for portable devices such as portable computers, portable telephones, and cameras have increased, demand for secondary batteries as an energy source has rapidly increased. Among these secondary batteries, many studies have been conducted on lithium secondary batteries exhibiting high energy density and operating potential, long cycle life, and low self-discharge rate, and are also commercially used and widely used.

그러나, 리튬 이차전지는 상기와 같은 장점에도 불구하고, 안전성이 낮다는 근본적인 문제점을 가지고 있다. 예를 들어, 전지가 과충전되는 경우, 전극에서의 전해액 분해반응이 촉진되어 가연성 가스가 발생하고, 내부 단락 등과 같은 다양한 원인에 의해 야기된 과전류는 전지의 온도를 상승시켜 전지 구성요소의 분해반응을 유발한다. 이러한 과충전, 과전류 등으로 인한 가스의 발생은 전지 발화의 원인이 되고, 경우에 따라서는 전지가 폭발할 가능성도 있다. 또한, 과전류가 아니더라도 기타의 원인에 의한 온도 상승은 상기와 유사한 문제점을 유발한다. 따라서, 리튬 이차전지를 발전소자로 포함하는 전지팩에는 이러한 문제점을 해결하기 위한 다양한 안전 유닛들이 내장되어 있다.However, despite the above advantages, lithium secondary batteries have a fundamental problem of low safety. For example, when the battery is overcharged, the decomposition reaction of the electrolyte at the electrode is promoted to generate combustible gas, and the overcurrent caused by various causes such as internal short circuit increases the temperature of the battery to decompose the battery components. cause. The generation of gas due to such overcharge, overcurrent, etc., causes the battery to ignite, and in some cases, the battery may explode. In addition, even if it is not overcurrent, the temperature rise due to other causes causes a similar problem to the above. Accordingly, various safety units are built in a battery pack including a lithium secondary battery as a power plant as a solution to this problem.

이러한 안전 유닛의 대표적인 예로는, PTC(Positive Temperature Coefficient), 퓨즈, 서멀 컷 오프(TCO) 등을 들 수 있다. PTC는 과전류 등에 의한 온도 상승 시 저항이 크게 증가하여 전류를 차단하는 안전 유닛이고, 퓨즈 역시 과전류 등에 의한 온도 상승 시 절단되어 전류를 차단하는 안전 유닛이다. TCO는 기타의 원인으로 온도 상승 시 전기적 연결을 가역적으로 차단하는 안전 유닛이다.Typical examples of such safety units include PTC (Positive Temperature Coefficient), fuses, and thermal cut-off (TCO). PTC is a safety unit that cuts off current when the temperature rises due to overcurrent, etc., and the fuse is also a safety unit that cuts off current when temperature rises due to overcurrent, etc. TCO is a safety unit that reversibly cuts off electrical connections when temperature rises due to other causes.

이러한 안전 유닛들은 전지팩의 충전 및 방전 시에 온도 이상을 감지하여 전류를 차단하는 점에서는 동일하다. 다만, 충전 시와 방전 시에 전지팩의 안전성에 대한 기준이 다름에도 불구하고, 이러한 안전 유닛들은 동일한 기준에 따라 전류를 차단하므로, 방전 시 전지팩의 성능을 충분히 발휘하기 어려운 문제가 있다.These safety units are the same in that they detect an abnormal temperature during charging and discharging of the battery pack and cut off the current. However, despite the different standards for the safety of the battery pack during charging and discharging, since these safety units block current according to the same standard, it is difficult to sufficiently exhibit the performance of the battery pack during discharge.

따라서, 전지팩의 충전 및 방전 시 안전성을 확보하면서도, 방전 시 전지팩의 성능을 충분히 발휘할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.Accordingly, there is a high need for a technology capable of sufficiently exerting the performance of the battery pack while discharging while ensuring safety during charging and discharging of the battery pack.

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 requested from the past.

본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 제 1 노드 및 제 2 노드를 전기적으로 연결하며, 방전 시에만 전류가 흐를 수 있도록 구성된 우회 경로를 포함하는 안전 유닛을 이용하는 경우, 전지팩의 충전 및 방전 시 안전성을 확보하면서도, 전지팩의 방전 성능을 향상시킬 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.The inventors of the present application have undergone in-depth research and various experiments, and as described later, the first node and the second node are electrically connected, and the safety includes a bypass path configured to allow current to flow only during discharge. When using the unit, while ensuring safety during charging and discharging of the battery pack, it was confirmed that the discharge performance of the battery pack can be improved, and the present invention has been completed.

따라서, 본 발명에 따른 전지팩용 안전 유닛은, 충방전 과정에서 전지셀이 임계 온도 이상으로 상승 시 전류를 차단하며, 전지셀과 전기적으로 연결되는 제 1 노드; 외부 장치와 전기적으로 연결되는 제 2 노드; 스위칭 소자에 의해, 임계 온도 미만에서 제 1 노드 및 제 2 노드가 전기적으로 연결되고 임계 온도 이상에서 단전되는 주경로(main path); 및 제 1 노드 및 제 2 노드를 전기적으로 연결하며, 방전 시에만 전류가 흐를 수 있도록 구성된 우회 경로;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Accordingly, the safety unit for a battery pack according to the present invention includes a first node that blocks a current when a battery cell rises above a threshold temperature during a charge/discharge process and is electrically connected to the battery cell; A second node electrically connected to an external device; A main path in which the first node and the second node are electrically connected below the threshold temperature and cut off above the threshold temperature by the switching element; And a bypass path configured to electrically connect the first node and the second node, and to allow current to flow only during discharge.

전지팩은 충전 및 방전 과정에서 온도가 상승하는 것이 일반적이지만, 임계 온도 이상으로 온도가 상승하는 경우 전지팩의 이상 작동으로 인한 발화 및 폭발의 위험성이 높으므로 전류를 차단해야 한다.The battery pack generally increases in temperature during charging and discharging, but if the temperature rises above the critical temperature, the risk of ignition and explosion due to abnormal operation of the battery pack is high, so the current must be cut off.

다만, 충전 시와 방전 시에는 전지팩의 작동 기작(mechanism)이 상이하므로, 이상 작동 여부를 판단하는 기준도 상이하게 적용되는 것이 바람직하다.However, since the operation mechanism (mechanism) of the battery pack is different at the time of charging and discharging, it is preferable to apply different criteria for determining whether the operation is abnormal.

구체적으로, 충전 시에는 충전기로부터 일정한 전류가 인가되므로 정상적인 충전이 진행되는 경우 임계 온도 이상으로 온도가 상승하는 경우가 거의 없다. 따라서, 충전 시, 온도가 급격히 상승하는 경우 전지팩에 이상이 있는 것으로 판단하여 전류를 곧 바로 차단할 필요가 있다.Specifically, since a constant current is applied from the charger during charging, the temperature rarely rises above a critical temperature when normal charging is performed. Therefore, it is necessary to immediately cut off the current by determining that there is an abnormality in the battery pack when the temperature rises rapidly during charging.

반면에, 방전 시에는 외부 장치가 필요로 하는 전력이 가변적이다. 외부 장치에서 필요로 하는 전력이 큰 경우 전지팩이 정상 작동 하더라도 급격한 전류 상승으로 인해 순간적으로 전지팩의 온도가 상승할 수 있다. 특히, 안전 유닛 내에 위치하는 소자들의 전기 저항에 의해 열이 발생할 수 있으며, 이러한 경우에는, 온도 상승이 전지팩의 안전성을 위협하지 않으므로 전류를 차단할 필요성이 낮다. 또한, 외부 장치에서 필요로 하는 전력이 다시 낮아지는 경우 큰 문제가 발생하지 않는다.On the other hand, the electric power required by the external device is variable during discharge. When the power required by the external device is large, even if the battery pack operates normally, the temperature of the battery pack may rise instantaneously due to a sudden increase in current. In particular, heat may be generated by electrical resistance of elements located in the safety unit, and in this case, since the temperature rise does not threaten the safety of the battery pack, the need to cut the current is low. In addition, when the power required by the external device is lowered again, there is no big problem.

더욱이, 전지팩의 충전 시에는 전지팩 내에 에너지가 축적되므로 이상 작동하는 경우 안전성에 심각한 문제가 될 수 있다. 반면에, 전지팩의 방전 시에는 전지팩 내에서 에너지가 방출되므로 이상 작동 하더라도, 전지팩 내에 축적된 에너지가 크지 않아서 상대적으로 안전성에 대한 우려가 적다.Moreover, since energy is accumulated in the battery pack when charging the battery pack, it may be a serious problem in safety when the battery pack is operated abnormally. On the other hand, when the battery pack is discharged, energy is released in the battery pack, so even if the battery operates abnormally, the energy accumulated in the battery pack is not large, and thus there is relatively little concern about safety.

따라서, 방전 시와 충전 시에 동일한 안정성 기준을 적용하는 경우, 전지팩이 정상 작동하고 있음에도 이상 작동하거나 안전성에 문제가 있는 것으로 판단되어, 전지팩의 성능을 완전히 발휘할 수 없게 되는 문제가 있다.Therefore, when the same stability criteria are applied at the time of discharging and charging, it is determined that there is a problem in safety or abnormal operation even when the battery pack is operating normally, and thus there is a problem that the performance of the battery pack cannot be fully exhibited.

결국, 전지팩의 방전 성능을 향상시키기 위해서는, 충전 시와는 상이한 안전성 기준으로 평가 할 필요가 있다.As a result, in order to improve the discharge performance of the battery pack, it is necessary to evaluate the safety standards different from when charging.

종래의 기술과 같이, 충전 및 방전 시에 동일한 경로로 전류가 흐르고, 동일한 스위칭 소자에 의해서 전류를 차단하는 경우, 안정성에 대한 기준도 완전히 동일하므로, 전지팩의 성능을 충분히 발휘할 수 없는 문제가 있다.As in the prior art, when charging and discharging, current flows through the same path, and when the current is cut off by the same switching element, the standard for stability is also completely the same, so there is a problem that the performance of the battery pack cannot be sufficiently exhibited. .

또한, 충전 시와 방전 시에 다른 안정성 기준을 적용하기 위해서는, 충전 시 전류가 흐르는 경로와 방전 시 전류가 흐르는 경로를 따로 구성하고, 각각의 경로에 별개의 스위칭 소자를 포함시키는 구성을 고려해 볼 수 있으나, 이 경우, 안전 유닛의 회로 구성이 복잡해지고, 필요한 부품이 증가하여 원가가 상승하며, 방전 시 소자들의 전기 저항에 따른 열 발생은 동일하므로 방전 성능을 크게 향상시킬 수 없다.In addition, in order to apply different stability criteria during charging and discharging, it is possible to consider a configuration in which a path through which a current flows during charging and a path through which a current flows during discharging are separately included, and a separate switching element is included in each path. However, in this case, since the circuit configuration of the safety unit is complicated, the required components increase, the cost increases, and the heat generation according to the electrical resistance of the elements during discharge cannot be significantly improved.

본 발명에 따르면, 충방전 과정 모두에서 전류가 흐르며, 일정한 온도 기준에서 단전되는 주경로를 포함하여, 회로 구성이 간소하고, 스위칭 소자를 하나만 필요로 하므로 원가를 절감할 수 있다. 또한, 방전 시에만 전류가 흐를 수 있도록 구성된 우회 경로를 통해, 방전 시 주경로를 통해 흐르는 전류량을 감소시켜, 방전 시 주경로에 흐르는 전류에 의한 열 발생을 감소시킬 수 있다. 이로 인해, 방전 시 안정성을 확보하면서도 전지팩의 방전 성능을 현저하게 향상시킬 수 있다.According to the present invention, current flows in both charging and discharging processes, including a main path that is cut off at a constant temperature reference, the circuit configuration is simple, and only one switching element is required, thereby reducing cost. In addition, through a bypass path configured to allow current to flow only during discharge, the amount of current flowing through the main path during discharge can be reduced, and heat generation due to the current flowing through the main path during discharge can be reduced. For this reason, it is possible to significantly improve the discharge performance of the battery pack while securing stability during discharge.

상기 제 2 노드에 전기적으로 연결되는 외부 장치는 전지팩으로부터 전원을 공급받는 디바이스 외에 충전기를 포함하는 개념으로 이해할 수 있다.The external device electrically connected to the second node may be understood as a concept including a charger in addition to a device supplied with power from a battery pack.

하나의 구체적인 예에서, 상기 우회 경로는, 방전 시에만 전류가 흐르도록 하기 위해서, 제 1 노드에서 제 2 노드 방향으로만 전류가 흐르게 하는 반도체 소자를 포함할 수 있다.In one specific example, the bypass path may include a semiconductor device that allows current to flow only in the direction of the first node to the second node, so that current flows only during discharge.

상기 반도체 소자는, 전류의 방향을 제어할 수만 있으면 특별히 제한되는 것은 아니나, 예를 들어, 정류용 다이오드일 수 있다.The semiconductor device is not particularly limited as long as it can control the direction of the current, but may be, for example, a rectifying diode.

하나의 구체적인 예에서, 상기 스위칭 소자는 열팽창계수가 상이한 금속판들이 접합된 바이메탈로 구성될 수 있다.In one specific example, the switching element may be composed of bimetals in which metal plates having different thermal expansion coefficients are joined.

상세하게는, 상기 스위칭 소자는 일면이 오목한 원반 형상일 수 있고, 더욱 상세하게는, 상기 스위칭 소자는 온도 변화에 따라 오목한 원반 형상이 반전되어 주경로의 통전을 차단하는 구조일 수 있다. In detail, the switching element may have a disc shape having a concave surface on one side, and more specifically, the switching element may have a structure in which a concave disc shape is inverted according to a temperature change to block energization of the main path.

또한, 상기 주경로는 스위칭 소자의 오목한 원반 형상의 변화에 따라 가역적으로 제 1 노드 및 제 2 노드를 통전 또는 단전시키는 구조로 이루어질 수 있다.In addition, the main path may be configured to reversibly energize or cut the first node and the second node according to changes in the concave disk shape of the switching element.

이와 같이, 스위칭 소자가 원반 형상을 이루는 경우, 반복적으로 반전되더라도 오목한 원반 형상을 유지하기 쉬워 내구성이 뛰어나며, 일반적인 판상 형상에 비해 통전을 차단하는 작동 신뢰성이 우수하다.As described above, when the switching element forms a disc shape, it is easy to maintain a concave disc shape even if it is repeatedly inverted, and has excellent durability, and has excellent operational reliability in blocking energization compared to a general plate shape.

한편, 상기 스위칭 소자의 유효 작동 온도는 섭씨 80도 내지 150도, 상세하게는 섭씨 100도 내지 140도일 수 있다. 상기 유효 작동 온도 범위가 섭씨 80도 미만인 경우에는 전류가 차단되는 시점이 너무 빨라서 전지팩이 충분한 성능을 발휘하기 어렵고, 섭씨 150도 초과인 경우에는 전지팩의 이상 작동으로 발화 및 폭발의 위험이 증가할 수 있다.On the other hand, the effective operating temperature of the switching element may be 80 degrees to 150 degrees Celsius, specifically, 100 degrees to 140 degrees Celsius. When the effective operating temperature range is less than 80 degrees Celsius, the time at which the current is cut off is too fast, so it is difficult for the battery pack to exhibit sufficient performance, and when it exceeds 150 degrees Celsius, the risk of ignition and explosion increases due to abnormal operation of the battery pack. can do.

하나의 구체적인 예에서, 상기 안전 유닛은, 임계 온도 미만 조건의 방전 시에, 주경로에 흐르는 전류와 우회 경로에 흐르는 전류의 상대적인 양을 조절하기 위한 전류 제한용 저항이 우회 경로에 더 포함되도록 구성될 수 있다.In one specific example, the safety unit is configured to further include, in the bypass path, a current limiting resistor for controlling a relative amount of current flowing in the main path and current flowing in the bypass path upon discharge under a threshold temperature. Can be.

상기 전류 제한용 저항은 방전 시 주경로에 흐르는 전류와 우회 경로에 흐르는 전류의 비가 4:1 내지 1:2가 되는 전기 저항 값을 가질 수 있다. 이러한 전류의 상대적인 범위를 벗어나 주경로에 흐르는 전류가 너무 큰 경우에는 우회 경로에 흐르는 전류가 상대적으로 적어 전지팩의 방전 성능 증가가 크지 않고, 주경로에 흐르는 전류가 너무 작은 경우에는 전지의 이상 작동 시에도 전류를 차단하지 못해 전지팩의 안정성이 저하될 수 있다.The current limiting resistor may have an electrical resistance value in which the ratio of the current flowing in the main path and the current flowing in the bypass path during discharge is 4:1 to 1:2. If the current flowing in the main path outside the relative range of these currents is too large, the current flowing in the bypass path is relatively small, so the increase in the discharge performance of the battery pack is not large, and if the current flowing in the main path is too small, the battery malfunctions. Even when the current is not blocked, the stability of the battery pack may deteriorate.

한편, 상기 우회 경로는 온도 상승 시 전류를 차단하는 안전 소자를 통해 전류가 흐르도록 구성될 수 있다. 상기 안전 소자를 포함하는 경우, 방전 시 임계 온도 이상에서 주경로에 흐르는 전류가 차단될 때, 우회 경로를 통해 흐르는 전류도 함께 차단할 수 있어, 전지팩의 안전성을 더욱 향상시킬 수 있다.Meanwhile, the bypass path may be configured such that current flows through a safety element that blocks current when the temperature rises. When the safety element is included, when the current flowing in the main path is cut off at a threshold temperature or higher during discharge, the current flowing through the bypass path can also be blocked together, further improving the safety of the battery pack.

하나의 구체적인 예에서, 상기 안전 소자는 온도 상승 시 전기 저항이 상승하여 전류를 차단하는 PTC 소자일 수 있다In one specific example, the safety element may be a PTC element that cuts the current by increasing the electrical resistance when the temperature rises.

상기 안전 소자의 유효 작동 온도는 섭씨 80도 내지 150도, 상세하게는 섭씨 100도 내지 140도일 수 있다. 상기 유효 작동 온도 범위가 섭씨 80도 미만인 경우에는 전류가 차단되는 시점이 너무 빨라서 전지팩이 충분한 성능을 발휘하기 어렵고, 섭씨 150도 초과인 경우에는 전지팩의 이상 작동으로 발화 및 폭발의 위험이 증가할 수 있다.The effective operating temperature of the safety element may be 80 degrees to 150 degrees Celsius, specifically 100 degrees to 140 degrees Celsius. When the effective operating temperature range is less than 80 degrees Celsius, the time at which the current is cut off is too fast, so it is difficult for the battery pack to exhibit sufficient performance, and when it exceeds 150 degrees Celsius, the risk of ignition and explosion increases due to abnormal operation of the battery pack. can do.

상기 PTC 소자는 고분자 물질 및 도전성 재료를 포함할 수 있다.The PTC device may include a polymer material and a conductive material.

상세하게는, 상기 고분자 물질은 전기 전도도가 낮고 온도 상승 시 부피가 팽창하여 전기 통로를 단절시킬 수 있는 것이면 특별히 제한되지는 않지만, 예를 들어, 열가소성 폴리머일 수 있다.In detail, the polymer material is not particularly limited as long as the electrical conductivity is low and the volume expands when the temperature rises to cut off the electrical passage, but may be, for example, a thermoplastic polymer.

상기 열가소성 폴리머는 반-결정(semi-crystalline) 물질일 수 있고, 이는 비정질 열가소성 물질과 비교하였을 때 반-결정 물질에서 PTC 특성을 획득하는 것이 더 용이할 수 있기 때문이다. 상기 반-결정 열가소성 물질은 5% 이상의 결정도, 상세하게는 10% 이상의 결정도, 더욱 상세하게는 15% 이상의 결정도를 가질 수 있다.The thermoplastic polymer can be a semi-crystalline material because it can be easier to obtain PTC properties in a semi-crystalline material when compared to an amorphous thermoplastic material. The semi-crystalline thermoplastic material may have a crystallinity of 5% or more, specifically 10% or more, and more specifically 15% or more.

상기 열가소성 폴리머는 상기한 특성에 부합하는 것이라면, 특별히 제한되지는 않지만, 예를 들어, 고밀도 폴리에틸렌, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 중밀도 폴리에틸렌, 말레산무수물 기능기화된 폴리에틸렌, 말레산 무수물 기능기화된 엘라스토머, 에틸렌 공중합체(예컨대, 엑손모빌(ExxonMobil)의 EXXELOR VA1801 및 VA1803), 에틸렌 부텐 공중합체, 에틸렌 옥텐 공중합체, 에틸렌 메틸 아크릴레이트, 에틸렌 에틸 아크릴레이트 및 에틸렌 부틸 아크릴레이트 공중합체와 같은 에틸렌 아크릴레이트 공중합체, 글리시딜 메타크릴레이트 변형 폴리에틸렌을 포함하는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 말레산무수물 기능기화된 폴리프로필렌(maleic anhydride functionalized polypropylene), 글리시딜 메타크릴레이트 변형된 폴리프로필렌(glycidyl methacrylate modified polypropylene), 폴리비닐 클로라이드(PVC), 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐 아세틸, 아크릴 수지, 교대배열 폴리스티렌(syndiotactic polystyrene: sPS), PA6, PA66, PA11, PA12, PA6T, PA9T을 포함하나, 이에 제한되지 않는 폴리아미드, 폴리 테트라 플루오로에틸렌(poly-tetra-fluoroethylene: PTFE), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 폴리아미드이미드, 폴리이미드, 폴리에틸렌 비닐 아세테이트(EVA), 글리시딜 메타크릴레이트 변형 폴리에틸렌 비닐 아세테이트, 폴리비닐 알코올, 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리이소부틸렌, 폴리비닐리덴 클로라이드, 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리메틸 아크릴레이트, 폴리 아크릴로니트릴, 폴리부타디엔, 폴리에틸렌-테레프탈레이트(PET), 폴리8-아미노카프릴산, 폴리비닐 알코올(PVA), 및 폴리카프로락톤으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.The thermoplastic polymer is not particularly limited as long as it satisfies the above properties, for example, high density polyethylene, linear low density polyethylene, low density polyethylene, medium density polyethylene, maleic anhydride functionalized polyethylene, maleic anhydride functionalized Ethylene acrylics such as elastomers, ethylene copolymers (e.g. EXXELOR VA1801 and VA1803 from ExxonMobil), ethylene butene copolymers, ethylene octene copolymers, ethylene methyl acrylate, ethylene ethyl acrylate and ethylene butyl acrylate copolymers Late copolymers, polyethylene (PE) including glycidyl methacrylate modified polyethylene, polypropylene (PP), maleic anhydride functionalized polypropylene, glycidyl methacrylate modified poly Contains propylene (glycidyl methacrylate modified polypropylene), polyvinyl chloride (PVC), polyvinyl acetate, polyvinyl acetyl, acrylic resin, alternating polystyrene (sPS), PA6, PA66, PA11, PA12, PA6T, PA9T , But not limited to, polyamide, poly-tetra-fluoroethylene (PTFE), polybutylene terephthalate (PBT), polyphenylene sulfide (PPS), polyamideimide, polyimide, polyethylene vinyl acetate (EVA), glycidyl methacrylate modified polyethylene vinyl acetate, polyvinyl alcohol, polymethyl methacrylate (PMMA), polyisobutylene, polyvinylidene chloride, polyvinylidene fluoride (PVDF), polymethyl acrylic Rate, polyacrylonitrile, polybutadiene, polyethylene-terephthalate (PET), poly8-aminocaprylic acid, polyvinyl alcohol (PVA), and polycaprolactone.

상기 기재는 하나의 예시에 불과하며, 상기 열가소성 폴리머 외에 열경화성 폴리머를 사용하여 PTC 소자를 제조할 수 있음은 물론이다.The substrate is only an example, and it is needless to say that a PTC device may be manufactured using a thermosetting polymer in addition to the thermoplastic polymer.

상기 고분자 물질의 함량은 PTC 소자의 전체 중량을 기준으로 1 내지 60 중량%, 상세하게는 5 내지 50 중량%일 수 있다.The content of the polymer material may be 1 to 60% by weight, specifically 5 to 50% by weight based on the total weight of the PTC device.

상기 고분자 물질의 함량이 1 중량% 미만이면, 온도 상승 시 PTC 물질의 부피 팽창이 크지 않아 전류를 효과적으로 차단하기 어렵다. 반면에, 고분자 물질의 함량이 60 중량% 초과이면, 고분자 물질가 입자 형태로 분산되어 존재하지 않고, 서로 응집하여 큰 덩어리 형태로 존재하게 되므로, PTC 특성이 저하되는 문제가 있다.If the content of the polymer material is less than 1% by weight, the volume expansion of the PTC material is not large when the temperature rises, so it is difficult to effectively block the current. On the other hand, if the content of the polymer material is more than 60% by weight, the polymer material does not exist dispersed in the form of particles, but aggregates with each other to exist in a large lump form, and thus there is a problem that PTC characteristics are deteriorated.

상기 도전성 재료의 함량은 PTC 소자의 전체 중량을 기준으로 1 내지 60 중량%, 상세하게는 5 내지 50 중량%일 수 있다.The content of the conductive material may be 1 to 60% by weight, specifically 5 to 50% by weight based on the total weight of the PTC device.

상기 도전성 재료의 함량이 1 중량% 미만인 경우에는 온도가 낮은 상태에서도 전극의 저항이 높을 수 있고, 60 중량% 초과인 경우에는 온도 상승 시 저항의 증가가 크지 않을 수 있어, PTC 특성이 저하되는 문제가 있다.When the content of the conductive material is less than 1% by weight, the resistance of the electrode may be high even when the temperature is low, and when it is more than 60% by weight, the increase in resistance may not be large when the temperature is increased, resulting in a decrease in PTC characteristics. There is.

상기 도전성 재료는 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.The conductive material is not particularly limited as long as it has conductivity without inducing a chemical change, for example, graphite such as natural graphite or artificial graphite; Carbon black such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; Conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers; Metal powders such as carbon fluoride powder, aluminum powder, and nickel powder; Conductive whiskey such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives may be used.

상기 PTC 소자는 바인더 등의 기타 물질을 더 포함할 수 있다. The PTC device may further include other materials such as a binder.

상기 바인더는 화학적 변화를 유발하지 않으면서 충분한 접착력을 제공할 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌-부타디엔 고무, 불소 고무, 및 다양한 공중합체로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다.The binder is not particularly limited as long as it can provide sufficient adhesion without causing chemical changes, for example, polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose (CMC), starch, hydroxypropyl Cellulose, recycled cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, ethylene-propylene-diene polymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene-butadiene rubber, fluorine rubber, and various other It may be one or more selected from the group consisting of copolymers.

본 발명은 상기 안전 유닛 및 적어도 하나의 전지셀을 포함하는 전지팩을 제공한다.The present invention provides a battery pack including the safety unit and at least one battery cell.

또한, 상기 전지팩은 과전류 및 과전압 상태에서 전류를 차단하는 배터리 관리 유닛(BMU)을 더 포함할 수 있다.In addition, the battery pack may further include a battery management unit (BMU) that blocks current in an overcurrent and overvoltage condition.

본 발명에 따른 전지팩은 상기 안전 유닛 및 배터리 관리 유닛을 모두 포함하여, 고온, 과전류, 및 과전압에 따른 이상 상태에서 전류를 차단하여, 전지팩의 안전성을 현저하게 향상시킬 수 있다.The battery pack according to the present invention includes both the safety unit and the battery management unit, and cuts the current in an abnormal state according to high temperature, overcurrent, and overvoltage to significantly improve the safety of the battery pack.

상기 전지셀은 충방전이 가능한 이차전지일 수 있고, 상세하게는 리튬 이차전지일 수 있다.The battery cell may be a secondary battery capable of charging and discharging, and in particular, a lithium secondary battery.

이하, 상기 이차전지의 기타 성분에 대해서 설명한다.Hereinafter, other components of the secondary battery will be described.

상기 이차전지는 양극, 음극, 및 분리막을 포함하며, 상기 양극은, 예를 들어, 양극 집전체에 양극 활물질, 도전재 및 바인더가 혼합된 양극 합제를 도포하여 제조될 수 있고, 필요에 따라서는 상기 양극 합제에 충진제를 더 첨가할 수 있다.The secondary battery includes a positive electrode, a negative electrode, and a separator, and the positive electrode may be manufactured by coating, for example, a positive electrode mixture in which a positive electrode active material, a conductive material, and a binder are mixed in a positive electrode current collector, if necessary A filler may be further added to the positive electrode mixture.

상기 양극 집전체는 일반적으로 3 ~ 201 ㎛의 두께로 제조되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티타늄, 및 알루미늄이나 스테인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티타늄 또는 은으로 표면처리 한 것 중에서 선택되는 하나를 사용할 수 있고, 상세하게는 알루미늄이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 점착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.The positive electrode current collector is generally manufactured to a thickness of 3 to 201 μm, and is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical changes in the battery. For example, stainless steel, aluminum, nickel, titanium , And one of the surface treatment with carbon, nickel, titanium or silver on the surface of aluminum or stainless steel may be used, and specifically aluminum may be used. The current collector may also increase the adhesion of the positive electrode active material by forming fine irregularities on its surface, and various forms such as film, sheet, foil, net, porous body, foam, and nonwoven fabric are possible.

상기 양극 활물질은, 예를 들어, 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiV3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.The positive electrode active material may include, for example, a layered compound such as lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) or lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), or a compound substituted with one or more transition metals; Lithium manganese oxides such as the formula Li 1+x Mn 2-x O 4 (where x is 0 to 0.33), LiMnO 3 , LiMn 2 O 3 , LiMnO 2 ; Lithium copper oxide (Li 2 CuO 2 ); Vanadium oxides such as LiV 3 O 8 , LiV 3 O 4 , V 2 O 5 and Cu 2 V 2 O 7 ; Ni-site type lithium nickel oxide represented by the formula LiNi 1-x M x O 2 (where M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B or Ga, and x = 0.01 to 0.3); Formula LiMn 2-x M x O 2 (where M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn or Ta, x = 0.01 to 0.1) or Li 2 Mn 3 MO 8 (where M = Fe, Co, Lithium manganese composite oxide represented by Ni, Cu or Zn); LiMn 2 O 4 in which part of Li in the formula is substituted with alkaline earth metal ions; Disulfide compounds; Fe 2 (MoO 4 ) 3 and the like, but are not limited to these.

상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 양극 합제 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.The conductive material is usually added in 1 to 30% by weight based on the total weight of the positive electrode mixture containing the positive electrode active material. The conductive material is not particularly limited as long as it does not cause a chemical change in the battery and has conductivity. For example, carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, summer black, etc. Carbon black; Conductive fibers such as carbon fibers and metal fibers; Metal powders such as carbon fluoride powder, aluminum powder, and nickel powder; Conductive whiskey such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives may be used.

상기 양극에 포함되는 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌-부타디엔 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.The binder included in the positive electrode is a component that assists in bonding the active material and the conductive material and the like to the current collector, and is usually added in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of the mixture containing the positive electrode active material. Examples of such binders include polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose (CMC), starch, hydroxypropyl cellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene , Polypropylene, ethylene-propylene-diene polymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene-butadiene rubber, fluorine rubber, and various copolymers.

상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.The filler is selectively used as a component that suppresses the expansion of the positive electrode, and is not particularly limited as long as it is a fibrous material without causing a chemical change in the battery. For example, olefinic polymers such as polyethylene and polypropylene; Fibrous materials such as glass fibers and carbon fibers are used.

반면에, 음극은, 음극 집전체에 음극 활물질, 바인더를 포함하는 음극 합제를 도포하여 제조될 수 있으며, 이에 분산제 및 충진제 등이 선택적으로 더 포함될 수 있다.On the other hand, the negative electrode may be prepared by applying a negative electrode mixture containing a negative electrode active material and a binder to the negative electrode current collector, and thus, a dispersant and a filler may be optionally further included.

상기 음극 집전체는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.The negative electrode current collector is not particularly limited as long as it has conductivity without causing a chemical change in the battery, for example, on the surface of copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, copper or stainless steel. Carbon, nickel, titanium, silver or the like, aluminum-cadmium alloy, or the like may be used. In addition, like the positive electrode current collector, it is also possible to form fine irregularities on the surface to enhance the bonding force of the negative electrode active material, and may be used in various forms such as films, sheets, foils, nets, porous bodies, foams, and nonwoven fabrics.

본 발명에서 음극 집전체의 두께는 3 내지 201 ㎛의 범위 내에서 모두 동일할 수 있으나, 경우에 따라서는 각각 서로 다른 값을 가질 수 있다.In the present invention, the thickness of the negative electrode current collector may be all the same within the range of 3 to 201 μm, but may have different values depending on the case.

상기 음극 활물질은, 예를 들어, 상기 천연 흑연, 인조 흑연, LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, and Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수도 있다.The negative active material is, for example, the natural graphite, artificial graphite, Li x Fe 2 O 3 (0≤x≤1), Li x WO 2 (0≤x≤1), Sn x Me 1-x Me' y O z (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, Group 1, 2, 3 elements of the periodic table, halogen; 0<x≤1; 1≤y≤3 Metal composite oxides such as 1≤z≤8); Lithium metal; Lithium alloys; Silicon-based alloys; Tin-based alloys; SnO, SnO 2 , PbO, PbO 2 , Pb 2 O 3 , Pb 3 O 4 , Sb 2 O 3 , Sb 2 O 4 , Sb 2 O 5 , GeO, GeO 2 , Bi 2 O 3 , Bi 2 O 4 , and Bi 2 O 5 ; Conductive polymers such as polyacetylene; Li-Co-Ni-based materials or the like can also be used.

하나의 구체적인 예에서, 상기 분리막은, 당업계에서 통상적으로 사용되는 폴리올레핀 계열의 필름일 수 있고, 예를 들어, 고밀도 폴리에틸렌, 저밀도 폴리에틸렌, 선형저밀도 폴리에틸렌, 초고분자량 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트 (polyethyleneterephthalate), 폴리부틸렌테레프탈레이트(polybutyleneterephthalate), 폴리에스테르(polyester), 폴리아세탈(polyacetal), 폴리아미드(polyamide), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리이미드(polyimide), 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone), 폴리에테르설폰(polyethersulfone), 폴리페닐렌옥사이드(polyphenyleneoxide), 폴리페닐렌설파이드로(polyphenylenesulfidro), 폴리에틸렌나프탈렌(polyethylenenaphthalene) 및 이들의 혼합체로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상으로 이루어진 시트일 수 있다.In one specific example, the separator may be a polyolefin-based film commonly used in the art, for example, high density polyethylene, low density polyethylene, linear low density polyethylene, ultra high molecular weight polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate ( polyethyleneterephthalate, polybutyleneterephthalate, polyester, polyacetal, polyamide, polycarbonate, polyimide, polyetheretherketone, It may be a sheet of one or more selected from the group consisting of polyethersulfone, polyphenyleneoxide, polyphenylenesulfidro, polyethylenenaphthalene, and mixtures thereof.

상기 분리막은, 서로 동일한 물질로 이루어진 것일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 전지셀의 안전성, 에너지 밀도, 및 전반적인 성능에 따라서, 서로 상이한 물질로 이루어질 수 있음은 물론이다.The separator may be made of the same material as each other, but is not limited thereto, and may be made of different materials according to safety, energy density, and overall performance of the battery cell.

상기 분리막의 기공 크기 및 기공도는 특별한 제한이 없으나, 기공도는 10 내지 95% 범위, 기공 크기(직경)는 0.1 내지 50 ㎛일 수 있다. 기공 크기 및 기공도가 각각 0.1 ㎛ 및 10% 미만인 경우에는 저항층으로 작용하게 되며, 기공 크기 및 기공도가 50 ㎛ 및 95%를 초과할 경우에는 기계적 물성을 유지하기가 어렵게 된다.The pore size and porosity of the separator are not particularly limited, but the porosity may range from 10 to 95%, and the pore size (diameter) may be 0.1 to 50 μm. When the pore size and porosity are less than 0.1 μm and 10%, respectively, it acts as a resistive layer, and when the pore size and porosity exceeds 50 μm and 95%, it becomes difficult to maintain mechanical properties.

상기 전해액은 리튬염 함유 비수 전해질일 수 있고, 상기 리튬염 함유 비수 전해질은 비수 전해질과 리튬염으로 이루어져 있으며, 상기 비수 전해질로는 비수계 유기용매, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용되지만 이들만으로 한정되는 것은 아니다.The electrolyte solution may be a lithium salt-containing non-aqueous electrolyte, and the lithium salt-containing non-aqueous electrolyte is composed of a non-aqueous electrolyte and a lithium salt, and the non-aqueous electrolyte includes a non-aqueous organic solvent, an organic solid electrolyte, and an inorganic solid electrolyte. It is not limited to.

상기 비수계 유기용매로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시푸란, 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.Examples of the non-aqueous organic solvent include N-methyl-2-pyrrolidinone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and gamma. -Butyl lactone, 1,2-dimethoxy ethane, tetrahydroxyfuran, 2-methyl tetrahydrofuran, dimethylsulfoxide, 1,3-dioxorun, formamide, dimethylformamide, dioxorun, acetonitrile , Nitromethane, methyl formate, methyl acetate, phosphoric acid triester, trimethoxy methane, dioxoren derivative, sulfolane, methyl sulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbonate derivative, Aprotic organic solvents such as tetrahydrofuran derivatives, ethers, methyl pyropionate, and ethyl propionate can be used.

상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 설파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합제 등이 사용될 수 있다.The organic solid electrolyte includes, for example, polyethylene derivatives, polyethylene oxide derivatives, polypropylene oxide derivatives, phosphate ester polymers, poly agitation lysine, polyester sulfide, polyvinyl alcohol, polyvinylidene fluoride, and ions. A polymerization agent containing a sex dissociating group and the like can be used.

상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.The inorganic solid electrolyte is, for example, Li 3 N, LiI, Li 5 NI 2 , Li 3 N-LiI-LiOH, LiSiO 4 , LiSiO 4 -LiI-LiOH, Li 2 SiS 3 , Li 4 SiO 4 , Li 4 nitrides such as Li 4 SiO 4 -LiI-LiOH, Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2 , halides, sulfates, and the like can be used.

상기 리튬염은 상기 비수 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.The lithium salt is a material that is soluble in the non-aqueous electrolyte, for example, LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4 , LiBF 4 , LiB 10 Cl 10 , LiPF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , LiAsF 6 , LiSbF 6 , LiAlCl 4 , CH 3 SO 3 Li, (CF 3 SO 2 ) 2 NLi, chloroborane lithium, lower aliphatic lithium carboxylate, lithium 4-phenyl borate, imide, and the like.

또한, 비수 전해질에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있으며, FEC(Fluoro-Ethylene Carbonate), PRS(Propene sultone) 등을 더 포함시킬 수 있다.In addition, non-aqueous electrolytes are used for the purpose of improving charge/discharge characteristics, flame retardancy, etc., for example, pyridine, triethylphosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylene diamine, n-glyme (glyme), hexaphosphate triamide, Nitrobenzene derivatives, sulfur, quinone imine dye, N-substituted oxazolidinone, N,N-substituted imidazolidine, ethylene glycol dialkyl ether, ammonium salt, pyrrole, 2-methoxy ethanol, aluminum trichloride, etc. may be added. have. In some cases, in order to impart non-flammability, a halogen-containing solvent such as carbon tetrachloride or ethylene trifluoride may be further included, or carbon dioxide gas may be further included to improve high temperature storage characteristics, and FEC (Fluoro-Ethylene) Carbonate), PRS (Propene sultone), and the like may be further included.

하나의 구체적인 예에서, LiPF6, LiClO4, LiBF4, LiN(SO2CF3)2 등의 리튬염을, 고유전성 용매인 EC 또는 PC의 환형 카보네이트와 저점도 용매인 DEC, DMC 또는 EMC의 선형 카보네이트의 혼합 용매에 첨가하여 리튬염 함유 비수 전해질을 제조할 수 있다.In one specific example, lithium salts such as LiPF 6 , LiClO 4 , LiBF 4 , and LiN(SO 2 CF 3 ) 2 are formed of a cyclic carbonate of EC or PC as a highly dielectric solvent and DEC, DMC or EMC of a low viscosity solvent. A lithium salt-containing non-aqueous electrolyte may be prepared by adding it to a mixed solvent of linear carbonate.

본 발명은 또한, 이러한 전지팩을 전원으로서 포함하는 디바이스를 제공한다.The present invention also provides a device including such a battery pack as a power source.

상기 디바이스는, 예를 들어, 노트북 컴퓨터, 넷북, 태블릿 PC, 휴대폰, MP3, 웨어러블 전자기기, 파워 툴(power tool), 전기자동차(Electric Vehicle, EV), 하이브리드 전기자동차(Hybrid Electric Vehicle, HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-in Hybrid Electric Vehicle, PHEV), 전기 자전거(E-bike), 전기 스쿠터(E-scooter), 전기 골프 카트(electric golf cart), 또는 전력저장용 시스템일 수 있지만, 이들만으로 한정되지 않음은 물론이다.The device includes, for example, a notebook computer, a netbook, a tablet PC, a mobile phone, an MP3, wearable electronic devices, a power tool, an electric vehicle (EV), and a hybrid electric vehicle (HEV). It can be a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV), electric bike (E-bike), electric scooter (E-scooter), electric golf cart, or power storage system. However, it goes without saying that they are not limited to these.

이러한 디바이스의 구조 및 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.Since the structure and manufacturing method of such a device are known in the art, detailed description thereof is omitted in this specification.

상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지팩용 안전 유닛은, 제 1 노드 및 제 2 노드를 전기적으로 연결하며, 방전 시에만 전류가 흐를 수 있도록 구성된 우회 경로를 포함하여, 전지팩의 충전 및 방전 시 안전성을 확보하면서도, 전지팩의 방전 성능을 향상시킬 수 있다.As described above, the safety unit for a battery pack according to the present invention electrically connects the first node and the second node, and includes a bypass path configured to allow current to flow only during discharge, charging and discharging the battery pack It is possible to improve the discharging performance of the battery pack while securing safety at the time.

충방전 과정 모두에서 전류가 흐르며, 일정한 온도 기준에서 단전되는 주경로를 포함하여, 회로 구성이 간소하고, 스위칭 소자를 하나만 필요로 하므로 원가를 절감할 수 있다.The current flows in both charging and discharging processes, including a main path that is cut off at a constant temperature reference, and the circuit configuration is simple, and only one switching element is required, thereby reducing cost.

방전 시에만 전류가 흐를 수 있도록 구성된 우회 경로를 통해, 방전 시 주경로를 통해 흐르는 전류량을 감소시켜, 방전 시 주경로에 흐르는 전류에 의한 열 발생을 감소시킬 수 있고, 이로 인해, 방전 시 안정성을 확보하면서도 전지팩의 방전 성능을 현저하게 향상시킬 수 있다.Through a bypass path configured to allow current to flow only during discharge, the amount of current flowing through the main path during discharge can be reduced, thereby reducing heat generation due to the current flowing in the main path during discharge, thereby improving stability during discharge. While securing, it is possible to significantly improve the discharge performance of the battery pack.

또한, 오목한 원반 형상의 스위칭 소자를 사용하여, 내구성이 뛰어나며, 통전을 차단하는 작동 신뢰성이 우수하다.In addition, the use of a concave disk-shaped switching element is excellent in durability and excellent in operational reliability to cut off the energization.

도 1은 충방전 과정에서 전지셀이 임계 온도 이상으로 상승 시 전류를 차단하는 일반적인 전지팩용 안전 유닛의 회로도이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩용 안전 유닛의 회로도이다;
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전류 제한용 저항을 포함하는 전지팩용 안전 유닛의 회로도이다;
도 4 및 도 5는 도 3의 회로도로 표현되는 안전 유닛의 작동 원리를 설명하기 위한 모식도이다;
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 PTC 소자를 포함하는 전지팩용 안전 유닛의 회로도이다.
1 is a circuit diagram of a typical battery pack safety unit that cuts off the current when the battery cell rises above a critical temperature during the charging and discharging process;
2 is a circuit diagram of a safety unit for a battery pack according to an embodiment of the present invention;
3 is a circuit diagram of a safety unit for a battery pack including a current limiting resistor according to another embodiment of the present invention;
4 and 5 are schematic diagrams for explaining the operating principle of the safety unit represented by the circuit diagram of FIG. 3;
6 is a circuit diagram of a battery pack safety unit including a PTC device according to another embodiment of the present invention.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, with reference to the drawings according to an embodiment of the present invention, it is for easier understanding of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.

도 1에는 충방전 과정에서 전지셀이 임계 온도 이상으로 상승 시 전류를 차단하는 일반적인 전지팩용 안전 유닛의 회로도가 도시되어 있다.FIG. 1 is a circuit diagram of a general battery pack safety unit that blocks current when a battery cell rises above a critical temperature during a charge/discharge process.

도 1을 참조하면, 안전 유닛(100)은 전지셀과 전기적으로 연결되는 제 1 노드(111), 외부 장치와 전기적으로 연결되는 제 2 노드(112) 및 임계 온도 이상에서 전류를 차단하는 스위칭 소자(120)를 포함하고 있다.Referring to FIG. 1, the safety unit 100 includes a first node 111 that is electrically connected to a battery cell, a second node 112 that is electrically connected to an external device, and a switching element that blocks current at a threshold temperature or higher. Contains 120.

방전 시에는 제 1 노드(111)에서 제 2 노드(112) 방향으로 전류가 흐르고, 충전 시에는 제 2 노드(112)에서 제 1 노드(111) 방향으로 전류가 흐른다.During discharge, a current flows from the first node 111 to the second node 112, and when charging, a current flows from the second node 112 to the first node 111.

상기에서 설명했듯이, 안전 유닛(100)은 충전 시와 방전 시 모두 동일한 경로로 전류가 흐르기 때문에, 충전 시와 방전 시 모두 동일한 기준으로 전지팩의 이상 작동 여부를 판단하므로, 방전 시에 전지팩이 충분한 성능을 발휘하기 어렵다.As described above, since the safety unit 100 flows in the same path during charging and discharging, it is determined whether the battery pack is abnormally operated based on the same criteria during charging and discharging. It is difficult to exhibit sufficient performance.

도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩용 안전 유닛의 회로도가 도시되어 있다.2 is a circuit diagram of a safety unit for a battery pack according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 안전 유닛(200)은 전지셀과 전기적으로 연결되는 제 1 노드(211), 외부 장치와 전기적으로 연결되는 제 2 노드(212), 임계 온도 이상에서 전류를 차단하는 스위칭 소자(220), 및 한쪽 방향으로만 전류가 흐르게 하는 정류용 다이오드(230)를 포함하고 있다.Referring to FIG. 2, the safety unit 200 includes a first node 211 electrically connected to a battery cell, a second node 212 electrically connected to an external device, and a switching element blocking current at a threshold temperature or higher. 220, and a diode 230 for rectifying the current to flow in only one direction.

충전 시에는, 제 2 노드(212)에서 제 1 노드(211) 방향으로 전류가 흐르며, 구체적으로 제 2 노드(212), 도전부(221), 및 제 1 노드(211)의 순서로 구성되는 주경로를 따라 전류가 흐른다.At the time of charging, current flows from the second node 212 toward the first node 211, and is specifically configured in the order of the second node 212, the conductive portion 221, and the first node 211. Current flows along the main path.

방전 시에는, 제 1 노드(211)에서 제 2 노드(212) 방향으로 전류가 흐르며, 주경로 및 우회 경로의 두 가지 경로를 따라 전류가 흐른다.During discharge, current flows from the first node 211 toward the second node 212, and current flows along two paths, a main path and a bypass path.

주경로는 제 1 노드(211), 도전부(221), 및 제 2 노드(212)의 순서로 구성되며, 우회 경로는 제 1 노드(211), 다이오드(230), 및 제 2 노드(212)의 순서로 구성된다.The main path is configured in the order of the first node 211, the conductive portion 221, and the second node 212, and the bypass path is the first node 211, the diode 230, and the second node 212 ).

스위칭 소자(220)는 일정한 온도 기준에서 주경로를 단전시켜 안전성을 확보한다. 또한, 방전 시에만 전류가 흐를 수 있도록 구성된 우회 경로를 통해, 방전 시 주경로를 통해 흐르는 전류량을 감소시켜, 방전 시 주경로에 흐르는 전류에 의한 열 발생을 감소시킬 수 있다. 이로 인해, 방전 시 안정성을 확보하면서도 전지팩의 출력 성능을 현저하게 향상시킨다.The switching element 220 ensures safety by cutting the main path at a constant temperature standard. In addition, through a bypass path configured to allow current to flow only during discharge, the amount of current flowing through the main path during discharge can be reduced, and heat generation due to the current flowing through the main path during discharge can be reduced. For this reason, the output performance of the battery pack is significantly improved while securing stability during discharge.

도 3에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전류 제한용 저항을 포함하는 전지팩용 안전 유닛의 회로도가 도시되어 있다.3 is a circuit diagram of a battery pack safety unit including a current limiting resistor according to another embodiment of the present invention.

도 2와 비교하여 도 3을 참조하면, 안전 유닛(200a)은 전지셀과 전기적으로 연결되는 제 1 노드(211), 외부 장치와 전기적으로 연결되는 제 2 노드(212), 임계 온도 이상에서 전류를 차단하는 스위칭 소자(220), 한쪽 방향으로만 전류가 흐르게 하는 정류용 다이오드(230), 및 전류 제한용 저항(250)을 포함하고 있다. 즉, 도 2의 안전 유닛(200)과 비교할 때, 안전 유닛(200a)은 전류 제한용 저항(250)을 더 포함하는 점에서 차이가 있다.Referring to FIG. 3 in comparison with FIG. 2, the safety unit 200a includes a first node 211 electrically connected to a battery cell, a second node 212 electrically connected to an external device, and a current above a critical temperature It includes a switching element 220 for blocking, a diode 230 for rectifying current flowing in only one direction, and a resistor 250 for limiting current. That is, compared with the safety unit 200 of FIG. 2, the safety unit 200a is different in that it further includes a current limiting resistor 250.

전류 제한용 저항(250)은 방전 시 주경로에 흐르는 전류와 우회 경로에 흐르는 전류의 상대적인 양을 조절한다. 주경로에 흐르는 전류가 너무 큰 경우에는 우회 경로에 흐르는 전류가 상대적으로 적어 전지팩의 방전 성능 증가가 크지 않고, 주경로에 흐르는 전류가 너무 작은 경우에는 전지의 이상 작동 시에도 전류를 차단하지 못해 전지팩의 안정성이 저하되는 문제를 방지할 수 있다.The current limiting resistor 250 adjusts the relative amount of current flowing in the main path and current flowing in the bypass path during discharge. If the current flowing in the main path is too large, the current flowing in the bypass path is relatively small, so the discharge performance of the battery pack is not large, and if the current flowing in the main path is too small, the current cannot be blocked even when the battery is abnormally operated. The problem that the stability of the battery pack is lowered can be prevented.

도 4 및 도 5에는 도 3의 회로도로 표현되는 안전 유닛의 작동 원리를 설명하기 위한 모식도가 도시되어 있다.4 and 5 are schematic diagrams for explaining the operating principle of the safety unit represented by the circuit diagram of FIG. 3.

도 4 및 도 5를 참조하면, 안전 유닛(200a1)과 안전 유닛(200a2)은 모두 도 3의 회로도에 부합하며, 안전 유닛(200a1)은 임계 온도 미만에서 작동하는 모습을, 안전 유닛(200a2)는 임계 온도 이상에서 작동하는 모습을 모식적으로 나타내고 있다.4 and 5, both the safety unit 200a1 and the safety unit 200a2 conform to the circuit diagram of FIG. 3, and the safety unit 200a1 operates under a critical temperature, and the safety unit 200a2 Shows a typical operation above the critical temperature.

우선, 안전 유닛(200a1)에서 스위칭 소자(220)는 열팽창계수가 상이한 금속판들이 접합된 바이메탈로 구성되어 있으며, 하면이 오목한 원반 형상이다. 스위칭 소자(220)의 하면의 일부가 안전 소자(240)와 접속하고 있다. 안전 소자(240)는 스위칭 소자(220)를 통해 전류가 흐르는 것을 방지하며, PTC 물질 또는 절연성 물질로 구성될 수 있다.First, in the safety unit 200a1, the switching element 220 is composed of bimetals in which metal plates having different thermal expansion coefficients are joined, and the lower surface has a concave disc shape. A part of the lower surface of the switching element 220 is connected to the safety element 240. The safety element 240 prevents current from flowing through the switching element 220 and may be made of a PTC material or an insulating material.

다음으로, 안전 유닛(200a2)에서 스위칭 소자(220)는 온도 상승으로 인해 오목한 형상이 반전되어 상면이 오목한 원반 형상이다.Next, in the safety unit 200a2, the switching element 220 is a disc shape having a concave shape inverted due to an increase in temperature and a concave upper surface.

스위칭 소자(220)의 형상이 반점 됨에 따라, 제 1 노드(211), 도전부(221), 및 제 2 노드(212)로 구성되는 주경로의 통전이 차단된다.As the shape of the switching element 220 is spotted, energization of the main path composed of the first node 211, the conductive portion 221, and the second node 212 is blocked.

이와 같이, 스위칭 소자(220)가 원반 형상을 이루는 경우, 반복적으로 반전되더라도 오목한 원반 형상을 유지하기 쉬워 내구성이 뛰어나며, 일반적인 판상 형상에 비해 통전을 차단하는 작동 신뢰성이 우수하다.As described above, when the switching element 220 forms a disc shape, it is easy to maintain a concave disc shape even if it is inverted repeatedly, and has excellent durability, and has excellent operational reliability in blocking energization compared to a general plate shape.

도 6에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 PTC 소자를 포함하는 전지팩용 안전 유닛의 회로도가 도시되어 있다.6 is a circuit diagram of a safety unit for a battery pack including a PTC device according to another embodiment of the present invention.

도 3과 비교하여 도 6을 참조하면, 안전 유닛(200b)은 전지셀과 전기적으로 연결되는 제 1 노드(211), 외부 장치와 전기적으로 연결되는 제 2 노드(212), 임계 온도 이상에서 전류를 차단하는 스위칭 소자(220), 한쪽 방향으로만 전류가 흐르게 하는 정류용 다이오드(230), PTC 소자(241), 및 전류 제한용 저항(250)을 포함하고 있다. 즉, 도 3의 안전 유닛(200a)과 비교할 때, 안전 유닛(200b)는 우회 경로에 PTC 소자(241)를 더 포함하는 점에서 차이가 있다.Referring to FIG. 6 in comparison with FIG. 3, the safety unit 200b includes a first node 211 electrically connected to a battery cell, a second node 212 electrically connected to an external device, and a current above a critical temperature It includes a switching element 220 for blocking, a diode 230 for rectifying current flowing in only one direction, a PTC element 241, and a resistor 250 for limiting current. That is, compared with the safety unit 200a of FIG. 3, the safety unit 200b is different in that it further includes a PTC element 241 in the bypass path.

충전 시에는, 제 2 노드(212)에서 제 1 노드(211) 방향으로 전류가 흐르며, 구체적으로 제 2 노드(212), 도전부(221), 및 제 1 노드(211)의 순서로 구성된 주경로를 따라서 전류가 흐른다.At the time of charging, a current flows from the second node 212 toward the first node 211, and specifically, a note composed in the order of the second node 212, the conductive portion 221, and the first node 211 A current flows along the path.

스위칭 소자(220)는 임계 온도 이상일 때 주경로를 단전 시킨다.When the switching element 220 is above a critical temperature, the main path is cut off.

방전 시에는, 제 1 노드(211)에서 제 2 노드(212) 방향으로 전류가 흐르며, 주경로 및 우회 경로의 두 가지 경로를 따라 전류가 흐른다.During discharge, current flows from the first node 211 toward the second node 212, and current flows along two paths, a main path and a bypass path.

주경로는 제 1 노드(211), 도전부(221), 및 제 2 노드(212)의 순서로 구성되며, 우회 경로는 제 1 노드(211), PTC 소자(241), 전류 제한용 저항(250), 다이오드(230), 및 제 2 노드(212)의 순서로 구성된다.The main path is composed of the first node 211, the conductive part 221, and the second node 212 in order, and the bypass path includes the first node 211, the PTC element 241, and the current limiting resistor ( 250), a diode 230, and a second node 212 in this order.

PTC 소자(241)을 포함하는 경우, 방전 시 임계 온도 이상에서 주경로에 흐르는 전류가 차단될 때, 우회 경로를 통해 흐르는 전류도 함께 차단할 수 있어, 전지팩의 안전성을 더욱 향상시킬 수 있다.When the PTC element 241 is included, when a current flowing in the main path is cut off at a threshold temperature or higher during discharge, the current flowing through the bypass path can also be blocked together, thereby further improving the safety of the battery pack.

이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.Although described above with reference to the drawings according to embodiments of the present invention, 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.

Claims (17)

충방전 과정에서 전지셀이 임계 온도 이상으로 상승 시 전류를 차단하는 전지팩용 안전 유닛으로서,
전지셀과 전기적으로 연결되는 제 1 노드;
외부 장치와 전기적으로 연결되는 제 2 노드;
충전 및 방전 시 모두 전류가 흐르도록, 충전 시에는 제2 노드에서 제1 노드 방향으로 전류가 흐르며, 방전 시에는 제1 노드에서 제2 노드 방향으로 전류가 흐르도록 구성되고, 스위칭 소자에 의해, 임계 온도 미만에서 제 1 노드 및 제 2 노드가 전기적으로 연결되고 임계 온도 이상에서 단전되는 주경로(main path); 및
제 1 노드 및 제 2 노드를 전기적으로 연결하며, 상기 제1 노드에서 제2 노드 방향으로만 전류를 흐르게 하는 반도체 소자를 포함하여 방전 시에만 전류가 흐를 수 있도록 구성되고, 방전 시 상기 주경로를 통해 흐르는 전류가 배분되어 흐르도록 구성된 우회 경로;
를 포함하여 구성되며,
상기 우회 경로는,
상기 반도체 소자에 직렬로 연결되어, 상기 임계 온도 미만 조건 시의 방전 시, 주경로에 흐르는 전류와 우회 경로에 흐르는 전류가 소정의 비를 가지도록 상대적인 양을 조절하는 전류 제한용 저항; 및
상기 제1 노드와 스위칭 소자 사이에 연결되어, 방전 시 임계 온도 이상에서 주경로에 흐르는 전류가 상기 스위칭 소자에 의해 차단될 때, 우회 경로를 통해 흐르는 전류도 함께 차단하는 PTC 소자;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 안전 유닛.
As a safety unit for a battery pack that cuts off the current when the battery cell rises above a critical temperature during the charging and discharging process
A first node electrically connected to the battery cell;
A second node electrically connected to an external device;
It is configured such that current flows during charging and discharging, current flows from the second node to the first node during charging, and current flows from the first node to the second node when discharging, and by a switching element, A main path in which the first node and the second node are electrically connected below the critical temperature and are cut off above the critical temperature; And
It is configured to electrically connect the first node and the second node, and include a semiconductor element that flows current only in the direction from the first node to the second node. A bypass path configured to distribute and flow the current flowing through it;
It comprises,
The bypass route,
A current limiting resistor connected in series with the semiconductor element to adjust a relative amount such that a current flowing in a main path and a current flowing in a bypass path have a predetermined ratio when discharging under the threshold temperature; And
A PTC element connected between the first node and the switching element to block current flowing through the bypass path when the current flowing in the main path at a threshold temperature or higher during discharge is blocked by the switching element;
Safety unit comprising a.
삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 반도체 소자는 정류용 다이오드인 것을 특징으로 하는 하는 안전 유닛.The safety unit according to claim 1, wherein the semiconductor element is a rectifying diode. 제 1 항에 있어서, 상기 스위칭 소자는 열팽창계수가 상이한 금속판들이 접합된 바이메탈로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 안전 유닛.The safety unit according to claim 1, wherein the switching element is composed of bimetals in which metal plates having different thermal expansion coefficients are joined. 제 4 항에 있어서, 상기 스위칭 소자는 일면이 오목한 원반 형상인 것을 특징으로 하는 안전 유닛.The safety unit according to claim 4, wherein the switching element has a concave disc shape on one side. 제 5 항에 있어서, 상기 스위칭 소자는 온도 변화에 따라 오목한 원반 형상이 반전되어 주경로의 통전을 차단하는 것을 특징으로 하는 안전 유닛.The safety unit according to claim 5, wherein the switching element blocks the energization of the main path by reversing the shape of the concave disc according to the temperature change. 제 6 항에 있어서, 상기 주경로는 스위칭 소자의 오목한 원반 형상의 변화에 따라 가역적으로 제 1 노드 및 제 2 노드를 통전 또는 단전시키는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 안전 유닛.7. The safety unit according to claim 6, wherein the main path is configured to reversibly energize or cut off the first node and the second node according to a change in the concave disk shape of the switching element. 제 1 항에 있어서, 상기 스위칭 소자의 유효 작동 온도는 섭씨 80도 내지 150도의 범위인 것을 특징으로 하는 안전 유닛.The safety unit according to claim 1, wherein the effective operating temperature of the switching element is in the range of 80 degrees to 150 degrees Celsius. 삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 전류 제한용 저항은 방전 시 주경로에 흐르는 전류와 우회 경로에 흐르는 전류의 비가 4:1 내지 1:2가 되는 전기 저항 값을 가지는 것을 특징으로 하는 안전 유닛.The safety unit according to claim 1, wherein the current limiting resistor has an electrical resistance value in which the ratio of the current flowing in the main path to the bypass path during discharge is 4:1 to 1:2. 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 PTC 소자의 유효 작동 온도는 섭씨 80도 내지 150도의 범위인 것을 특징으로 하는 안전 유닛.The safety unit according to claim 1, wherein the effective operating temperature of the PTC element is in the range of 80 degrees to 150 degrees Celsius. 제 1 항에 있어서, 상기 PTC 소자는 고분자 물질 및 도전성 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 안전 유닛.The safety unit according to claim 1, wherein the PTC element comprises a polymer material and a conductive material. 제 1 항에 따른 안전 유닛 및 적어도 하나의 전지셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.A battery pack comprising the safety unit according to claim 1 and at least one battery cell. 제 15 항에 있어서, 상기 전지팩은 과전류 및 과전압 상태에서 전류를 차단하는 배터리 관리 유닛(BMU)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.16. The battery pack of claim 15, wherein the battery pack further comprises a battery management unit (BMU) that cuts off current in an overcurrent and overvoltage condition. 제 15 항에 따른 전지팩을 전원으로서 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.A device comprising the battery pack according to claim 15 as a power source.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4329326B2 (en) * 2002-10-30 2009-09-09 パナソニック株式会社 Secondary battery and secondary battery pack with temperature protection element unit
JP2011138647A (en) * 2009-12-28 2011-07-14 Hitachi Ltd Protection circuit for secondary battery
KR101213480B1 (en) 2010-12-01 2012-12-20 삼성에스디아이 주식회사 Battery protecting circuit and controlling method of the same

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130090159A (en) * 2012-02-03 2013-08-13 주식회사 엘지화학 Protective circuit for preventing overcharge

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4329326B2 (en) * 2002-10-30 2009-09-09 パナソニック株式会社 Secondary battery and secondary battery pack with temperature protection element unit
JP2011138647A (en) * 2009-12-28 2011-07-14 Hitachi Ltd Protection circuit for secondary battery
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