KR102419323B1 - Device for protecting battery and battery pack with thereof - Google Patents

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KR102419323B1
KR102419323B1 KR1020210107018A KR20210107018A KR102419323B1 KR 102419323 B1 KR102419323 B1 KR 102419323B1 KR 1020210107018 A KR1020210107018 A KR 1020210107018A KR 20210107018 A KR20210107018 A KR 20210107018A KR 102419323 B1 KR102419323 B1 KR 102419323B1
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Abstract

Disclosed are a battery protector and a battery pack including the same. The battery protector of the present invention comprises: a first conductive layer in which a first fastening hole for coupling with a positive pole bracket of a unit battery is formed to protrude; a current blocking layer which is stacked on the first conductive layer and of which resistance value changes according to the temperature to block a current passage; a second conductive layer which is stacked on the current blocking layer and in which a second fastening hole for connecting with another unit battery is formed to protrude; a current passage layer which is stacked on the second conductive layer and of which resistance value changes to form a current passage; and a third conductive layer which is stacked on the current passage layer and in which a third fastening hole for coupling with a negative pole bracket of the unit battery is formed to protrude.

Description

배터리 보호기 및 이를 포함하는 배터리 팩{DEVICE FOR PROTECTING BATTERY AND BATTERY PACK WITH THEREOF}DEVICE FOR PROTECTING BATTERY AND BATTERY PACK WITH THEREOF

본 발명은 배터리 보호기 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다수의 단위 배터리를 직렬 연결하여 배터리 팩을 구성할 때 단위 배터리에 배터리 보호기를 설치하여 온도에 따라 전류패스가 변경되도록 함으로써, 과열이 발생한 단위 배터리가 배제되도록 하여 과열이 발생된 단위 배터리의 과열로 인한 배터리 팩의 오작동 또는 불량을 방지할 수 있도록 하는 배터리 보호기 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다. The present invention relates to a battery protector and a battery pack including the same, and more particularly, when a plurality of unit batteries are connected in series to form a battery pack, the battery protector is installed in the unit battery to change the current path according to the temperature. , to a battery protector capable of preventing a malfunction or failure of a battery pack due to overheating of the overheated unit battery by excluding the overheated unit battery, and a battery pack including the same.

일반적으로, 배터리는 양과 음의 전극판과 전해액으로 구성되어 있어, 화학작용에 의해 직류기전력을 발생시켜 전원으로 사용할 수 있는 장치를 지칭하는 것으로, 내부에 들어 있는 화학물질의 화학에너지를 전기 화학적 산화-환원반응에 의해 전기 에너지로 변환하는 장치이다. In general, a battery is composed of positive and negative electrode plates and an electrolyte, and refers to a device that can be used as a power source by generating DC electromotive force by chemical action. - It is a device that converts into electrical energy by a reduction reaction.

이러한 전지는 사용한 후 재충전이 불가능한 1차 전지와 전압이 사용구간 이하로 떨어질 경우 재충전하여 다시 사용이 가능한 2차 전지로 나누어진다. Such a battery is divided into a primary battery that cannot be recharged after use and a secondary battery that can be recharged and used again when the voltage falls below the use range.

이와 같은 전지의 동작을 살펴보면, 전지의 음극은 보통 전자를 내어주고 자신은 산화되는 물질이 사용되고 양극은 전자를 받아 자신은 환원되는 물질이 사용된다. 전지가 외부 기기, 예를 들면, 전등, 전자기구와 연결되어 작동할 때, 즉 전지의 방전 반응이 진행될 때, 두 전극은 각각 전기 화학적으로 다른 상태로의 변화를 일으킨다. Looking at the operation of such a battery, the negative electrode of the battery usually uses a material that gives up electrons and oxidizes itself, and the positive electrode uses a material that receives electrons and reduces itself. When the battery is operated in connection with an external device, for example, a lamp or an electronic device, that is, when the battery discharge reaction proceeds, the two electrodes cause a change to a different electrochemical state, respectively.

이때 전기적 회로는 음극과 양극 방향으로의 네커티브 이온과 포지티브 이온의 물질 이동에 의해 전해질 내부에서 완성된다. At this time, the electrical circuit is completed in the electrolyte by the mass movement of negative and positive ions in the negative and positive directions.

1차 전지는 이와 반대 반응이 일어날 수 없어 충전이 불가능한 전지이며 2차 전지는 충전이 진행되어 전지 본래의 화학적 상태로 돌아 갈 수 있는 전지이다. A primary battery is a battery that cannot be charged because the opposite reaction cannot occur, and a secondary battery is a battery that can return to its original chemical state through charging.

따라서, 2차 전지는 재사용이 가능하며 소형의 사이즈로 제작이 용이하며 무게 또한 경량으로 매우 많은 장점을 갖는 반면, 과충전될 경우 양극에서 산소 가스가 발생하고 음극에서는 리튬 금속이 석출되며 전해액이 가스로 분해될 수 있으며, 이 같은 반응이 지속될 경우 폭발 또는 화재의 위험이 크다. Therefore, the secondary battery can be reused, can be easily manufactured in a small size, and has many advantages due to its light weight. On the other hand, when overcharged, oxygen gas is generated at the positive electrode, lithium metal is precipitated at the negative electrode, and the electrolyte is converted into gas. It may decompose, and if this reaction continues, there is a high risk of explosion or fire.

특히 이러한 2차 전지로 사용되는 리튬전지(리튬 이온 전지와 리튬 폴리머 전지)를 이루는 불안정한 재료로 인해 외부의 기계적 충격, 열적 환경 변화, 전기적인 접속 등에 의해 전지 내부의 온도가 급속히 상승하여 전지의 팽창 및 폭발 등이 발생한다. In particular, due to the unstable materials constituting the lithium batteries (lithium ion batteries and lithium polymer batteries) used as secondary batteries, the temperature inside the battery rapidly rises due to external mechanical shock, changes in the thermal environment, and electrical connection, so that the battery expands. and explosions.

이에 이러한 위험을 방지하기 위해 대부분의 2차 전지에서는 PCM(Protection Circuit Module)과 같은 보호회로가 사용된다. PCM은 배터리에서 충방전시 과전류 보호, 과충전 보호, 과방전 보호, 단락 보호의 기능을 수행한다. In order to prevent this risk, most secondary batteries use a protection circuit such as a PCM (Protection Circuit Module). PCM performs the functions of overcurrent protection, overcharge protection, overdischarge protection, and short circuit protection during charging and discharging of the battery.

이를 위해 PCM은 IC 또는 FET 등의 능동소자와 저항, 커패시터와 같은 수동소자로 이루어져있다.For this purpose, PCM consists of active elements such as ICs or FETs and passive elements such as resistors and capacitors.

본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제10-0473908호(2005.03.10. 공고, 밧데리 보호 시스템)에 개시되어 있다. Background art of the present invention is disclosed in Korean Patent Application Laid-Open No. 10-0473908 (2005.03.10. Announcement, Battery Protection System).

이와 같이 다수의 감지 센서와 방전부를 이용한 PCM에서는 전압센서 또는 온도센서로부터 입력된 값을 제어부에서 판단하여 보호회로부 및 충전/방전부를 제어하여 2차 전지를 보호하고 있다. 하지만 전압센서, 온도센서들에 의해 그 단가가 비싸고, 센서로부터 입력된 값을 판단하여 방전부를 통해 과도 전류를 방전시키기 때문에 그 회로가 매우 복잡해진다. As described above, in the PCM using a plurality of detection sensors and discharging units, the control unit determines the values input from the voltage sensor or the temperature sensor, and controls the protection circuit unit and the charging/discharging unit to protect the secondary battery. However, the unit price is high by the voltage sensor and the temperature sensor, and the circuit becomes very complicated because the excessive current is discharged through the discharge unit by judging the value input from the sensor.

또한 이러한 보호회로는 배터리 팩에 과열이 발생할 경우 배터리 팩의 충방전을 차단한 후 안정된 온도로 내려간 후 다시 작동되기 때문에 충방전이 차단된 시간 동안은 부하에 전력이 공급되지 않거나 충전이 이루어지지 않게 되어 사용에 불편함이 발생할 뿐만 아니라 전력 공급이 차단됨으로 인한 2차 사고의 위험이 발생할 수 있는 문제점이 있다. In addition, if the battery pack overheats, this protection circuit cuts off charging and discharging of the battery pack and then operates again after lowering to a stable temperature. As a result, there is a problem that not only causes inconvenience to use, but also the risk of secondary accidents due to the power supply being cut off.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위하여 안출된 것으로, 일 측면에 따른 본 발명의 목적은 다수의 단위 배터리를 직렬 연결하여 배터리 팩을 구성할 때 단위 배터리에 배터리 보호기를 설치하여 온도에 따라 전류패스가 변경되도록 함으로써, 과열이 발생한 단위 배터리가 배제되도록 하여 과열이 발생된 단위 배터리의 과열로 인한 배터리 팩의 오작동 또는 불량을 방지할 수 있도록 하는 배터리 보호기 및 이를 포함하는 배터리 팩을 제공하는 것이다. The present invention has been devised to improve the above problems, and an object of the present invention according to one aspect is to install a battery protector in the unit battery when a plurality of unit batteries are connected in series to form a battery pack, and current according to temperature To provide a battery protector and a battery pack including the same, in which the overheated unit battery is excluded by changing the path, thereby preventing malfunction or failure of the battery pack due to overheating of the overheated unit battery.

본 발명의 일 측면에 따른 배터리 보호기는, 단위 배터리의 양극 브라켓과 체결하기 위한 제1 체결구가 돌출 형성된 제1 도체층; 제1 도체층 위에 적층되며 온도에 따라 저항값이 변하여 전류패스를 차단하는 전류차단층; 전류차단층 위에 적층되며 다른 단위 배터리와 연결하기 위한 제2 체결구가 돌출 형성된 제2 도체층; 제2 도체층 위에 적층되며 온도에 따라 저항값이 변하여 전류패스를 형성하는 전류패스층; 및 전류패스층 위로 적층되며 단위 배터리의 음극 브라켓과 체결하기 위한 제3 체결구가 돌출 형성된 제3 도체층;을 포함하는 것을 특징으로 한다. A battery protector according to an aspect of the present invention includes: a first conductor layer in which a first fastener for fastening with a positive bracket of a unit battery is formed to protrude; a current blocking layer stacked on the first conductor layer and blocking a current path by changing a resistance value according to temperature; a second conductor layer laminated on the current blocking layer and formed with a second fastener protruding for connection to another unit battery; a current path layer stacked on the second conductor layer and having a resistance value changed according to temperature to form a current path; and a third conductor layer stacked on the current pass layer and formed with a third fastener protruding for fastening to the anode bracket of the unit battery.

본 발명에서 전류차단층은, 온도가 상승함에 따라 저항값이 증가하는 PTC 소자를 포함하는 것을 특징으로 한다. In the present invention, the current blocking layer is characterized in that it includes a PTC element whose resistance value increases as the temperature rises.

본 발명에서 전류패스층은, 온도가 상승함에 따라 저항값이 감소하는 NTC 소자를 포함하는 것을 특징으로 한다. In the present invention, the current pass layer is characterized in that it includes an NTC element whose resistance value decreases as the temperature rises.

본 발명에서 전류패스층은, 온도가 상승함에 따라 저항값이 감소하는 NTC 소자층과, 온도가 상승함에 따라 저항값이 증가하는 PTC 소자층으로 이루어지되, NTC 소자층이 PTC 소자층보다 두꺼운 것을 특징으로 한다. In the present invention, the current pass layer is composed of an NTC element layer whose resistance value decreases as the temperature rises, and a PTC element layer whose resistance value increases as the temperature rises, and the NTC element layer is thicker than the PTC element layer. characterized.

본 발명은 제1 도체층, 전류차단층, 제2 도체층, 전류패스층 및 제3 도체층의 적층상태를 고정하기 위한 한쌍의 고정부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. The present invention is characterized in that it further includes a pair of fixing members for fixing the stacked state of the first conductor layer, the current blocking layer, the second conductor layer, the current pass layer, and the third conductor layer.

본 발명의 일 측면에 따른 배터리 보호기를 포함하는 배터리 팩은, 다수의 단위 배터리; 및 다수의 단위 배터리에 각각 배치되어 다수의 단위 배터리를 직렬 연결시키고 온도에 따라 단위 배터리로 흐르는 전류패스를 변경하는 다수의 배터리 보호기;를 포함하되, n번째 배터리 보호기는, n번째 단위 배터리의 양극 브라켓과 체결하기 위한 제1 체결구가 돌출 형성된 제1 도체층과, 제1 도체층 위에 적층되며 온도에 따라 저항값이 변하여 전류패스를 차단하는 전류차단층과, 전류차단층 위에 적층되며 n+1번째 단위 배터리의 음극 브라켓과 연결하기 위한 제2 체결구가 돌출 형성된 제2 도체층과, 제2 도체층 위에 적층되며 온도에 따라 저항값이 변하여 전류패스를 형성하는 전류패스층 및 전류패스층 위로 적층되며 단위 배터리의 음극 브라켓과 체결하기 위한 제3 체결구가 돌출 형성된 제3 도체층을 포함하는 것을 특징으로 한다. A battery pack including a battery protector according to an aspect of the present invention includes: a plurality of unit batteries; and a plurality of battery protectors respectively disposed in a plurality of unit batteries to connect the plurality of unit batteries in series and change a current path flowing to the unit batteries according to temperature; A first conductor layer in which a first fastener for fastening to the bracket is formed protruding, a current blocking layer stacked on the first conductor layer and blocking a current path by changing a resistance value according to temperature, and n+ stacked on the current blocking layer A second conductor layer in which a second fastener is formed to protrude for connection to the negative bracket of the first unit battery, and a current pass layer and a current pass layer stacked on the second conductor layer to form a current path by changing a resistance value according to temperature It is characterized in that it includes a third conductor layer stacked upward and a third fastener for fastening with the anode bracket of the unit battery is formed to protrude.

본 발명의 일 측면에 따른 배터리 보호기 및 이를 포함하는 배터리 팩은 다수의 단위 배터리를 직렬 연결하여 배터리 팩을 구성할 때 단위 배터리에 배터리 보호기를 설치하여 온도에 따라 전류패스가 변경되도록 함으로써, 과열이 발생한 단위 배터리가 배제되도록 하여 과열로 인한 화재 및 폭발을 방지할 수 있어 과열이 발생된 단위 배터리의 과열로 인한 배터리 팩의 오작동 또는 불량을 방지할 수 있다. The battery protector and the battery pack including the same according to an aspect of the present invention prevent overheating by installing a battery protector in the unit battery to change the current path according to the temperature when a plurality of unit batteries are connected in series to form a battery pack. By excluding the generated unit battery, fire and explosion due to overheating can be prevented, thereby preventing malfunction or failure of the battery pack due to overheating of the overheated unit battery.

또한, 본 발명은 과열이 발생된 단위 배터리만 배제시키고 정상적인 단위 배터리를 통해 지속적으로 충방전이 이루어질 수 있도록 함으로써, 전력이 공급되지 않거나 충전이 이루어지지 않게 되는 불편함을 해소할 수 있고 전력 공급의 차단으로 인한 2차 사고의 위험을 줄일 수 있다. In addition, the present invention excludes only the unit battery in which overheating has occurred and allows continuous charging and discharging through the normal unit battery, thereby solving the inconvenience that power is not supplied or charging is not performed, and The risk of secondary accidents due to blocking can be reduced.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호기를 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호기에서 전류패스층의 다른 예이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호기의 작동상태를 설명하기 위한 회로 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호기를 포함하는 배터리 팩을 나타낸 회로 구성도이다. 1 is a block diagram showing a battery protector according to an embodiment of the present invention.
2 is another example of a current pass layer in the battery protector according to an embodiment of the present invention.
3 is a circuit configuration diagram for explaining an operating state of a battery protector according to an embodiment of the present invention.
4 is a circuit configuration diagram illustrating a battery pack including a battery protector according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 배터리 보호기 및 이를 포함하는 배터리 팩을 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Hereinafter, a battery protector and a battery pack including the same according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In this process, the thickness of the lines or the size of the components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of explanation. In addition, the terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to intentions or customs of users and operators. Therefore, definitions of these terms should be made based on the content throughout this specification.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호기를 나타낸 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호기에서 전류패스층의 다른 예이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호기의 작동상태를 설명하기 위한 회로 구성도이다. 1 is a block diagram showing a battery protector according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is another example of a current pass layer in the battery protector according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is an embodiment of the present invention It is a circuit configuration diagram for explaining the operating state of the battery protector according to

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호기(10)는 제1 도체층(110), 전류차단층(120), 제2 도체층(130), 전류패스층(140) 및 제3 도전층(150)으로 구성될 수 있다. As shown in FIG. 1 , the battery protector 10 according to an embodiment of the present invention includes a first conductor layer 110 , a current blocking layer 120 , a second conductor layer 130 , and a current pass layer 140 . and a third conductive layer 150 .

제1 도전층(110)은 도전체로써 단위 배터리(20)의 양극 브라켓(22)과 체결하기 위한 제1 체결구(P)가 돌출 형성된다. The first conductive layer 110 is a conductor, and a first fastener P for fastening with the anode bracket 22 of the unit battery 20 is formed to protrude.

전류차단층(120)은 제1 도체층(110) 위에 적층되며 온도에 따라 저항값이 변하여 전류패스를 차단할 수 있다. The current blocking layer 120 is stacked on the first conductor layer 110 and the resistance value changes according to the temperature to block the current path.

여기서, 전류차단층(120)은 온도가 상승함에 따라 저항값이 증가하는 PTC 소자를 포함하여 단위 배터리(20)가 과열될 경우 저항값이 증가하면서 전류패스를 차단함으로써, 단위 배터리(20)를 통해 전류가 흐르지 않도록 하여 단위 배터리(20)를 보호할 수 있다. Here, the current blocking layer 120 includes a PTC element whose resistance value increases as the temperature rises, and when the unit battery 20 is overheated, the resistance value increases and blocks the current path, thereby blocking the unit battery 20 . It is possible to protect the unit battery 20 by preventing current from flowing through it.

제2 도체층(130)은 도전체로써 전류차단층(120) 위에 적층되며 다른 단위 배터리와 연결하기 위한 제2 체결구(C)가 돌출 형성된다. The second conductor layer 130 is laminated on the current blocking layer 120 as a conductor, and a second fastener C for connecting to another unit battery is formed to protrude.

즉, 제2 도체층(130)의 제2 체결구(C)를 통해 다른 단위 배터리의 음극 브라켓과 체결하여 단위 배터리(20)를 직렬 연결시킬 수 있다. That is, the unit battery 20 may be connected in series by being fastened to the negative bracket of another unit battery through the second fastener C of the second conductor layer 130 .

전류패스층(140)은 제2 도체층(130) 위에 적층되며 온도에 따라 저항값이 변하여 전류패스를 형성할 수 있다. The current pass layer 140 is stacked on the second conductor layer 130 and the resistance value changes according to the temperature to form a current path.

여기서, 전류패스층(140)은 온도가 상승함에 따라 저항값이 감소하는 NTC 소자를 포함하여 단위 배터리(20)를 우회하는 전류패스를 형성함으로써 직렬 연결된 다른 단위 배터리를 연결시켜 폐회로를 유지시킬 수 있다. Here, the current pass layer 140 includes an NTC element whose resistance value decreases as the temperature rises to form a current path that bypasses the unit battery 20, thereby connecting other unit batteries connected in series to maintain a closed circuit. have.

이때 전류패스층(140)을 도 2에 도시된 바와 같이 온도가 상승함에 따라 저항값이 감소하는 NTC 소자층(142)과, 온도가 상승함에 따라 저항값이 증가하는 PTC 소자층(144)의 복합층으로 구성하되, NTC 소자층(142)이 PTC 소자층(144)보다 두껍게 형성할 수 있다. At this time, as shown in FIG. 2 , the current pass layer 140 is formed of an NTC device layer 142 whose resistance value decreases as the temperature rises, and a PTC device layer 144 whose resistance value increases as the temperature rises. Although composed of a composite layer, the NTC device layer 142 may be formed to be thicker than the PTC device layer 144 .

이와 같이 복합층으로 형성함으로써 NTC 소자층(142) 내부에서의 부분 과열로 인한 전류증가와 열증가의 과정을 반복하면서 소손될 수 있는 가능성을 억제하여 PTC 소자층(144)을 통해 부분적 전류증가를 억제하여 NTC 소자층(142) 내의 전류분포를 고르게 할 수 있다. By forming the composite layer in this way, the possibility of being burned while repeating the process of increasing current and increasing heat due to partial overheating inside the NTC device layer 142 is suppressed, and a partial current increase through the PTC device layer 144 is suppressed. By suppressing it, the current distribution in the NTC device layer 142 can be even.

제3 도체층(150)은 전류패스층(140) 위로 적층되며 단위 배터리(20)의 음극 브라켓(24)과 체결하기 위한 제3 체결구(N)가 돌출 형성된다. The third conductor layer 150 is stacked on the current pass layer 140 , and a third fastener N for fastening with the anode bracket 24 of the unit battery 20 is formed to protrude.

한편, 배터리 보호기(10)는 한쌍의 고정부재(160)를 통해 제1 도체층(110), 전류차단층(120), 제2 도체층(130), 전류패스층(140) 및 제3 도체층(150)의 적층상태를 고정시킬 수 있다. Meanwhile, the battery protector 10 includes a first conductor layer 110 , a current blocking layer 120 , a second conductor layer 130 , a current pass layer 140 and a third conductor through a pair of fixing members 160 . The lamination state of the layer 150 may be fixed.

따라서 본 발명에 의한 배터리 보호기(10)는, 도 3에 도시된 바와 같이 충전상황에서 단위 배터리(20)의 온도가 정상범위에 있는 정상상태에서 NTC 소자를 포함하는 전류패스층(140)은 저항값이 높아 전류패스가 형성되지 않고, PTC 소자를 포함하는 전류차단층(120)은 저항값이 낮아 전류패스를 차단하지 않은 상태이기 때문에 전류패스는 전류차단층(120)인 PTC 소자를 통해 형성된다. Therefore, in the battery protector 10 according to the present invention, as shown in FIG. 3 , in the normal state where the temperature of the unit battery 20 is in the normal range in the charging state, the current pass layer 140 including the NTC element has a resistance Since the current path is not formed because the value is high, and the current blocking layer 120 including the PTC element has a low resistance value and does not block the current path, the current path is formed through the PTC element which is the current blocking layer 120 . do.

그러나, 단위 배터리(20)의 온도가 정상범위를 벗어난 과열상태에서 NTC 소자를 포함하는 전류패스층(140)은 저항값이 낮아지면서 전류패스를 형성하게 되고, PTC 소자를 포함하는 전류차단층(120)은 저항값이 높아지면서 전류패스를 차단하기 때문에 전류패스층(140)을 통해 전류패스가 형성되어 단위 배터리(20)를 우회할 수 있게 된다. However, in an overheating state in which the temperature of the unit battery 20 is out of the normal range, the current pass layer 140 including the NTC element lowers the resistance value to form a current path, and the current blocking layer including the PTC element ( As the resistance of 120 blocks the current path, a current path is formed through the current path layer 140 to bypass the unit battery 20 .

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 배터리 보호기에 따르면, 다수의 단위 배터리를 직렬 연결하여 배터리 팩을 구성할 때 단위 배터리에 배터리 보호기를 설치하여 온도에 따라 전류패스가 변경되도록 함으로써, 과열이 발생한 단위 배터리가 배제되도록 하여 과열로 인한 화재 및 폭발을 방지할 수 있어 과열이 발생된 단위 배터리의 과열로 인한 배터리 팩의 오작동 또는 불량을 방지할 수 있다. As described above, according to the battery protector according to the embodiment of the present invention, when a plurality of unit batteries are connected in series to form a battery pack, the battery protector is installed in the unit battery so that the current path is changed according to the temperature, so that overheating By excluding the generated unit battery, fire and explosion due to overheating can be prevented, thereby preventing malfunction or failure of the battery pack due to overheating of the overheated unit battery.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호기를 포함하는 배터리 팩을 나타낸 회로 구성도이다. 4 is a circuit configuration diagram illustrating a battery pack including a battery protector according to an embodiment of the present invention.

도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 보호기를 포함하는 배터리 팩은, 다수의 단위 배터리(20)와, 다수의 단위 배터리(20)에 각각 배치되어 다수의 단위 배터리(20)를 직렬 연결시키고 온도에 따라 단위 배터리(20)로 흐르는 전류패스를 변경하는 다수의 배터리 보호기(10)를 포함할 수 있다. As shown in FIG. 4 , a battery pack including a battery protector according to an embodiment of the present invention includes a plurality of unit batteries 20 and a plurality of unit batteries 20 respectively disposed in the plurality of unit batteries 20 . ) may be connected in series and include a plurality of battery protectors 10 that change the current path flowing to the unit battery 20 according to the temperature.

이때 n번째 배터리 보호기(10n)는, n번째 단위 배터리(20n)의 양극 브라켓과 체결하기 위한 제1 체결구(P)가 돌출 형성된 제1 도체층(110)과, 제1 도체층(110) 위에 적층되며 온도에 따라 저항값이 변하여 전류패스를 차단하는 전류차단층(120)과, 전류차단층(120) 위에 적층되며 n+1번째 단위 배터리(10n+1) 음극 브라켓과 연결하기 위한 제2 체결구(C)가 돌출 형성된 제2 도체층(130)과, 제2 도체층(130) 위에 적층되며 온도에 따라 저항값이 변하여 전류패스를 형성하는 전류패스층(140) 및 전류패스층(140) 위로 적층되며 단위 배터리(10n)의 음극 브라켓과 체결하기 위한 제3 체결구(N)가 돌출 형성된 제3 도체층(150)을 포함할 수 있다. At this time, the n-th battery protector 10n includes a first conductor layer 110 in which a first fastener P for fastening with the positive bracket of the n-th unit battery 20n is formed to protrude, and the first conductor layer 110 . A current blocking layer 120 that is stacked on top and the resistance value changes according to the temperature to block the current path, and the n+1th unit battery (10n+1) for connecting to the negative bracket and stacked on the current blocking layer 120 2 The second conductor layer 130 in which the fastener C is formed to protrude, and the current pass layer 140 and the current pass layer stacked on the second conductor layer 130 and form a current path by changing the resistance value according to the temperature. The third conductor layer 150 is stacked on the 140 and has a third fastener N for fastening with the negative bracket of the unit battery 10n to protrude.

여기서, 전류차단층(120)은 온도가 상승함에 따라 저항값이 증가하는 PTC 소자(PTC #n)를 포함하여 n 번째 단위 배터리(20n)가 과열될 경우 저항값이 증가하면서 전류패스를 차단함으로써, n 번째 단위 배터리(20n)를 통해 전류가 흐르지 않도록 하여 n 번째 단위 배터리(20n)를 보호할 수 있다. Here, the current blocking layer 120 includes the PTC element (PTC #n) whose resistance value increases as the temperature rises, and blocks the current path while the resistance value increases when the n-th unit battery 20n overheats. , it is possible to protect the n-th unit battery 20n by preventing current from flowing through the n-th unit battery 20n.

또한 전류패스층(140)은 온도가 상승함에 따라 저항값이 감소하는 NTC 소자(NTC #n)를 포함하여 n 번째 단위 배터리(20n)를 우회하는 전류패스를 형성함으로써 직렬 연결된 다른 단위 배터리(20n-1, 20n+1)를 연결시켜 폐회로를 유지시킬 수 있다. In addition, the current pass layer 140 includes the NTC element (NTC #n) whose resistance value decreases as the temperature rises to form a current path that bypasses the n-th unit battery 20n, thereby forming another unit battery 20n connected in series. -1, 20n+1) can be connected to maintain a closed circuit.

여기서 n 번째 배터리 보호기(10n)는, 단위 배터리(20n)의 온도가 정상범위에 있는 정상상태에서 NTC 소자(NTC #n)를 포함하는 전류패스층(140)은 저항값이 높아 전류패스가 형성되지 않고, PTC 소자(PTC #n)를 포함하는 전류차단층(120)은 저항값이 낮아 전류패스를 차단하지 않은 상태이기 때문에 전류패스는 전류차단층(120)인 PTC 소자(PTC #n)를 통해 형성된다. Here, in the n-th battery protector 10n, the current path layer 140 including the NTC element (NTC #n) has a high resistance value in a steady state in which the temperature of the unit battery 20n is in the normal range, so that a current path is formed. Since the current blocking layer 120 including the PTC element (PTC #n) has a low resistance value and thus does not block the current path, the current path is the PTC element (PTC #n), which is the current blocking layer 120 . is formed through

따라서, 정상상태에서 배터리 팩의 전류패스는 n+1 번째 배터리 보호기(10n+1)의 PTC 소자(PTC #n+1), n+1 번째 단위 배터리(20n+1), n 번째 배터리 보호기(10n)의 PTC 소자(PTC #n), n 번째 단위 배터리(20n), n-1 번째 배터리 보호기(10n-1)의 PTC 소자(PTC #n-1) 및 n-1 번째 단위 배터리(20n-1)로 형성된다. Therefore, in the normal state, the current path of the battery pack is the PTC element (PTC #n+1) of the n+1-th battery protector (10n+1), the n+1-th unit battery (20n+1), and the n-th battery protector ( PTC element (PTC #n) of 10n), nth unit battery (20n), PTC element (PTC #n-1) of n-1th battery protector (10n-1), and n-1th unit battery (20n-) 1) is formed.

그러나, n 번째 단위 배터리(20n)의 온도가 정상범위를 벗어난 과열상태에서 NTC 소자(NTC #n)를 포함하는 전류패스층(140)은 저항값이 낮아지면서 전류패스를 형성하게 되고, PTC 소자(PTC #n)를 포함하는 전류차단층(120)은 저항값이 높아지면서 전류패스를 차단하기 때문에 전류패스층(140)을 통해 전류패스가 형성되어 단위 배터리(20n)를 우회할 수 있게 된다. However, in an overheating state where the temperature of the n-th unit battery 20n is out of the normal range, the current path layer 140 including the NTC element (NTC #n) forms a current path as the resistance value decreases, and the PTC element Since the current blocking layer 120 including (PTC #n) blocks the current path as the resistance value increases, a current path is formed through the current path layer 140 to bypass the unit battery 20n. .

따라서, 과열상태에서 배터리 팩의 전류패스는 n+1 번째 배터리 보호기(10n+1)의 PTC 소자(PTC #n+1), n+1 번째 단위 배터리(20n+1), n 번째 배터리 보호기(10n)의 NTC 소자(NTC #n), n-1 번째 배터리 보호기(10n-1)의 PTC 소자(PTC #n-1) 및 n-1 번째 단위 배터리(20n-1)로 형성됨으로써, 과열된 n 번째 단위 배터리(20n)만 배제시키고 정상적인 n+1 번째 단위 배터리(20n+1)와 n-1 번째 단위 배터리(20n-1)를 통해 전류패스를 형성하여 폐회로를 유지시킬 수 있다. Therefore, in the overheating state, the current path of the battery pack is the PTC element (PTC #n+1) of the n+1-th battery protector (10n+1), the n+1-th unit battery (20n+1), and the n-th battery protector ( By forming the NTC element (NTC #n) of 10n, the PTC element (PTC #n-1) of the n-1 th battery protector 10n-1, and the n-1 th unit battery 20n-1, the overheated A closed circuit may be maintained by excluding only the n-th unit battery 20n and forming a current path through the normal n+1-th unit battery 20n+1 and the n-1 th unit battery 20n-1.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 배터리 보호기를 포함하는 배터리 팩에 따르면, 다수의 단위 배터리를 직렬 연결하여 배터리 팩을 구성할 때 단위 배터리에 배터리 보호기를 설치하여 온도에 따라 전류패스가 변경되도록 함으로써, 과열이 발생한 단위 배터리가 배제되도록 하여 과열로 인한 화재 및 폭발을 방지할 수 있어 과열이 발생된 단위 배터리의 과열로 인한 배터리 팩의 오작동 또는 불량을 방지할 수 있고, 과열이 발생된 단위 배터리만 배제시키고 정상적인 단위 배터리를 통해 지속적으로 충방전이 이루어질 수 있도록 함으로써, 전력이 공급되지 않거나 충전이 이루어지지 않게 되는 불편함을 해소할 수 있고 전력 공급의 차단으로 인한 2차 사고의 위험을 줄일 수 있다. As described above, according to the battery pack including the battery protector according to the embodiment of the present invention, when a plurality of unit batteries are connected in series to configure the battery pack, the battery protector is installed in the unit battery so that the current path is changed according to the temperature. By making the change, it is possible to prevent a fire and explosion due to overheating by eliminating the overheated unit battery, thereby preventing malfunction or failure of the battery pack due to overheating of the overheated unit battery. By excluding only the unit battery and allowing continuous charging and discharging through the normal unit battery, it is possible to solve the inconvenience of not supplying power or not charging, and to reduce the risk of secondary accidents due to the interruption of power supply. can be reduced

본 명세서에서 설명된 구현은, 예컨대, 방법 또는 프로세스, 장치, 소프트웨어 프로그램, 데이터 스트림 또는 신호로 구현될 수 있다. 단일 형태의 구현의 맥락에서만 논의(예컨대, 방법으로서만 논의)되었더라도, 논의된 특징의 구현은 또한 다른 형태(예컨대, 장치 또는 프로그램)로도 구현될 수 있다. 장치는 적절한 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어 등으로 구현될 수 있다. 방법은, 예컨대, 컴퓨터, 마이크로프로세서, 집적 회로 또는 프로그래밍 가능한 로직 디바이스 등을 포함하는 프로세싱 디바이스를 일반적으로 지칭하는 프로세서 등과 같은 장치에서 구현될 수 있다. 프로세서는 또한 최종-사용자 사이에 정보의 통신을 용이하게 하는 컴퓨터, 셀 폰, 휴대용/개인용 정보 단말기(personal digital assistant: "PDA") 및 다른 디바이스 등과 같은 통신 디바이스를 포함한다.Implementations described herein may be implemented in, for example, a method or process, an apparatus, a software program, a data stream, or a signal. Although discussed only in the context of a single form of implementation (eg, discussed only as a method), implementations of the discussed features may also be implemented in other forms (eg, as an apparatus or program). The apparatus may be implemented in suitable hardware, software and firmware, and the like. A method may be implemented in an apparatus such as, for example, a processor, which generally refers to a computer, a microprocessor, a processing device, including an integrated circuit or programmable logic device, or the like. Processors also include communication devices such as computers, cell phones, portable/personal digital assistants ("PDA") and other devices that facilitate communication of information between end-users.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. Although the present invention has been described with reference to the embodiment shown in the drawings, this is merely exemplary, and it is understood that various modifications and equivalent other embodiments are possible by those of ordinary skill in the art. will understand

따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be defined by the following claims.

10 : 배터리 보호기 20 : 단위 배터리
110 : 제1 도체층 120 : 전류차단층
130 : 제2 도체층 140 : 전류패스층
150 : 제3 도체층 160 : 고정부재 10: battery saver 20: unit battery
110: first conductor layer 120: current blocking layer
130: second conductor layer 140: current pass layer
150: third conductor layer 160: fixing member

Claims (6)

단위 배터리의 양극 브라켓과 체결하기 위한 제1 체결구가 돌출 형성된 제1 도체층;
상기 제1 도체층 위에 적층되며 온도에 따라 저항값이 변하여 전류패스를 차단하는 전류차단층;
상기 전류차단층 위에 적층되며 다른 단위 배터리와 연결하기 위한 제2 체결구가 돌출 형성된 제2 도체층;
상기 제2 도체층 위에 적층되며 온도에 따라 저항값이 변하여 전류패스를 형성하는 전류패스층; 및
상기 전류패스층 위로 적층되며 상기 단위 배터리의 음극 브라켓과 체결하기 위한 제3 체결구가 돌출 형성된 제3 도체층;을 포함하되,
상기 전류차단층은, 온도가 상승함에 따라 저항값이 증가하는 PTC 소자를 포함하고,
상기 전류패스층은, 온도가 상승함에 따라 저항값이 감소하는 NTC 소자를 포함하되, 온도가 상승함에 따라 저항값이 감소하는 NTC 소자층과, 온도가 상승함에 따라 저항값이 증가하는 PTC 소자층의 복합층으로 이루어지되, NTC 소자층이 PTC 소자층보다 두껍게 이루어지며,
상기 제1 도체층, 상기 전류차단층, 상기 제2 도체층, 상기 전류패스층 및 상기 제3 도체층의 적층상태를 고정하기 위한 한쌍의 고정부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 보호기.
a first conductor layer in which a first fastener for fastening with the positive bracket of the unit battery is formed to protrude;
a current blocking layer stacked on the first conductor layer and blocking a current path by changing a resistance value according to temperature;
a second conductor layer laminated on the current blocking layer and formed with a second fastener for connecting to another unit battery;
a current path layer stacked on the second conductor layer and having a resistance value changed according to temperature to form a current path; and
A third conductor layer stacked on the current pass layer and having a third fastener protruding for fastening with the negative bracket of the unit battery;
The current blocking layer includes a PTC element whose resistance value increases as the temperature rises,
The current pass layer includes an NTC element whose resistance value decreases as the temperature rises, an NTC element layer whose resistance value decreases as the temperature rises, and a PTC element layer whose resistance value increases as the temperature rises. made of a composite layer of, but the NTC device layer is made thicker than the PTC device layer,
and a pair of fixing members for fixing the stacked state of the first conductor layer, the current blocking layer, the second conductor layer, the current pass layer, and the third conductor layer.
 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 다수의 단위 배터리; 및
다수의 상기 단위 배터리에 각각 배치되어 다수의 상기 단위 배터리를 직렬 연결시키고 온도에 따라 상기 단위 배터리로 흐르는 전류패스를 변경하는 다수의 배터리 보호기;를 포함하되,
n번째 배터리 보호기는,
n번째 단위 배터리의 양극 브라켓과 체결하기 위한 제1 체결구가 돌출 형성된 제1 도체층과, 상기 제1 도체층 위에 적층되며 온도에 따라 저항값이 변하여 전류패스를 차단하는 전류차단층과, 상기 전류차단층 위에 적층되며 n+1번째 단위 배터리의 음극 브라켓과 연결하기 위한 제2 체결구가 돌출 형성된 제2 도체층과, 상기 제2 도체층 위에 적층되며 온도에 따라 저항값이 변하여 전류패스를 형성하는 전류패스층 및 상기 전류패스층 위로 적층되며 상기 단위 배터리의 음극 브라켓과 체결하기 위한 제3 체결구가 돌출 형성된 제3 도체층을 포함하며,
상기 전류차단층은, 온도가 상승함에 따라 저항값이 증가하는 PTC 소자를 포함하고,
상기 전류패스층은, 온도가 상승함에 따라 저항값이 감소하는 NTC 소자를 포함하되, 온도가 상승함에 따라 저항값이 감소하는 NTC 소자층과, 온도가 상승함에 따라 저항값이 증가하는 PTC 소자층의 복합층으로 이루어지되, NTC 소자층이 PTC 소자층보다 두껍게 이루어지며,
상기 제1 도체층, 상기 전류차단층, 상기 제2 도체층, 상기 전류패스층 및 상기 제3 도체층의 적층상태를 고정하기 위한 한쌍의 고정부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 보호기를 포함하는 배터리 팩.
multiple unit batteries; and
A plurality of battery protectors respectively disposed in the plurality of unit batteries to connect the plurality of unit batteries in series and change a current path flowing to the unit batteries according to temperature;
The nth battery protector is
a first conductor layer in which a first fastener for fastening with the positive bracket of the n-th unit battery is formed to protrude; a current blocking layer stacked on the first conductor layer and blocking a current path by changing a resistance value according to temperature; A second conductor layer laminated on the current blocking layer and formed with a second fastener protruding for connection to the negative bracket of the n+1-th unit battery, and the second conductor layer laminated on the second conductor layer, the resistance value changes according to the temperature to prevent the current path and a third conductor layer laminated on the current pass layer and the current pass layer and formed with a third fastener protruding for fastening with the negative bracket of the unit battery,
The current blocking layer includes a PTC element whose resistance value increases as the temperature rises,
The current pass layer includes an NTC element whose resistance value decreases as the temperature rises, an NTC element layer whose resistance value decreases as the temperature rises, and a PTC element layer whose resistance value increases as the temperature rises. made of a composite layer of, but the NTC device layer is made thicker than the PTC device layer,
A battery protector further comprising a; a pair of fixing members for fixing the stacked state of the first conductor layer, the current blocking layer, the second conductor layer, the current pass layer, and the third conductor layer. Included battery pack.
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