KR20000065813A - Safety device of a battery - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전지 내부에서 발생되는 안전문제에 대처할 수 있도록 그 구조가 개선된 전지의 안전장치에 관한 것이다.The present invention relates to a battery, and more particularly, to a safety device of a battery whose structure is improved to cope with safety problems occurring inside the battery.
비디오 카메라, 휴대용 전화, 휴대용 PC 등의 휴대용 무선 기기의 경량화 및 고기능화가 진행됨에 따라, 그 구동용 전원으로서 쓰이는 전지에 대해서 많은 연구가 이루어지고 있다. 특히, 충전 및 방전 가능한 리튬 2차 전지는 기존의 납 축전지, 니켈-카드뮴 전지, 니켈- 수소 전지, 니켈-아연 전지 등과 비교하여 단위 중량당 에너지 밀도가 3배정도 높고 급속 충전이 가능하다. 이와 같은 2차전지는 보통 원통형과 각형이 있으며 그 구성은 유사하고, 모양만이 다르며, 특히 각형 2차전지는 제품의 경량화 및 소형화를 하는데 있어서 매우 중요하다.BACKGROUND ART As light weights and high functionalities of portable wireless devices such as video cameras, portable telephones, and portable PCs are advanced, many studies have been conducted on batteries used as driving power sources. In particular, lithium rechargeable batteries that can be charged and discharged have three times higher energy density per unit weight and can be rapidly charged compared to conventional lead storage batteries, nickel-cadmium batteries, nickel-hydrogen batteries, and nickel-zinc batteries. Such secondary batteries usually have a cylindrical shape and a square shape, and their configuration is similar, and only the shapes thereof are different. In particular, the secondary battery is very important in lightening and miniaturizing the product.
도 1에는 이러한 각형 2차전지의 캡 조립체 부분을 개략적으로 나타내 보인 사시도이다.1 is a perspective view schematically showing a cap assembly portion of such a rectangular secondary battery.
도면을 참조하면, 각형 2차전지 특히, 각형 리튬이온 2차전지(10)의 상측에 와셔의 형태로 설치된 양극부재(11)와, 상기 양극부재(11)의 하측으로 각형 리튬이온 2차전지의10)의 상측 커버수단이 되는 캡 플레이트(12)와, 상기 양극부재(11)와 캡 플레이트(12) 사이에 삽입되는 제1, 2 절연부재(13, 14)와, 상기 양극부재(11), 캡 플레이트(12), 및 제1, 2 절연부재(13, 14)를 하나로 체결하는 리벳부재(15)가 각각 설치된다.Referring to the drawings, the rectangular secondary battery, in particular, the positive electrode member 11 provided in the form of a washer on the upper side of the rectangular lithium ion secondary battery 10, and the rectangular lithium ion secondary battery to the lower side of the positive electrode member 11 A cap plate 12 serving as an upper cover means of the upper part 10, first and second insulating members 13 and 14 inserted between the positive electrode member 11 and the cap plate 12, and the positive electrode member 11. ), The cap plate 12, and the rivet members 15 for fastening the first and second insulating members 13 and 14 to each other are provided.
상기 리벳부재(15)의 하측으로는 도면에는 전부 도시되지는 않았지만, 양면에 세퍼레이터가 배치되어 있는 양극판과 상기 양극판과 교호되게 적층하고, 이렇게 적층된 전극군을 전지 케이스(17)에 삽입하여 전지가 완성된다. 한편, 양극판 및 음극판 각각에 양극탭(16) 및 음극탭을 용접하여 각 극판간을 통전되게 한다. 상기 리벳부재(15)의 하면에는 상기 양극탭(16)이 용접된다.Although not shown in the drawing below the rivet member 15, the positive electrode plate and the positive electrode plate on which the separators are disposed are alternately stacked on both surfaces thereof, and the electrode groups thus stacked are inserted into the battery case 17 to store the battery. Is completed. On the other hand, the positive electrode tab 16 and the negative electrode tab are welded to each of the positive electrode plate and the negative electrode plate so as to conduct electricity between the respective electrode plates. The positive electrode tab 16 is welded to the lower surface of the rivet member 15.
상기 양극탭(16)은 리벳부재(15)와 접지되어 상기 양극부재(11)와 통전된다. 또, 통상적으로 음극탭은 상기 전지 케이스(17)에 용접되고 상기 전지 케이스(17)는 캡 플레이트(12)와 접지되어 상기 캡 플레이트(12)는 음극탭과 통전된다. 따라서 상기 양극부재(11)와 캡 플레이트(12) 사이에 상기 제1, 2 절연부재(13, 14)가 삽입 설치되는 것이다. 그리고 상기 캡 플레이트(12)의 일 측에는 전해액을 넣을 수 있는 전해액 주입구(12a)와, 또 다른 일 측으로는 전지의 내압상승에 대한 기계적인 안전 대책으로 파열변(12b)이 각각 구비된다.The positive electrode tab 16 is grounded with the rivet member 15 and is energized with the positive electrode member 11. In general, the negative electrode tab is welded to the battery case 17, the battery case 17 is grounded with the cap plate 12, and the cap plate 12 is energized with the negative electrode tab. Therefore, the first and second insulating members 13 and 14 are inserted and installed between the anode member 11 and the cap plate 12. In addition, one side of the cap plate 12 is provided with an electrolyte injection hole 12a into which an electrolyte can be put, and another side of the cap plate 12 is provided with a rupture edge 12b as a mechanical safety measure against the internal pressure rise of the battery.
그런데, 이와 같이 구성된 각형 리튬이온 2차전지(10)가 비정상적으로 동작되어 내압이 상승되고, 특히 전지의 온도가 올라가면 이 전지가 파열, 발화 등의 위험상황이 발생할 경우, 상기 캡 플레이트(12)에 설치된 파열변(12b)에 의하여 캡 플레이트(12)가 파열되고 상기 각형 리튬이온 2차전지(10)의 내압 상승은 억제될 수 있으나, 상기 각형 리튬이온 2차전지(10) 내부와 외부를 전기적으로 차단할 수 없어서 부가적인 안전문제가 발생할 수 있으며 예컨대, 전기가 계속 통전되면 각형 리튬이온 2차전지(10)가 사용되어지는 제품에 전기적 충격을 유발시키며, 제품 망실의 원인이 되는 문제점이 있다.By the way, the rectangular lithium ion secondary battery 10 configured as described above is abnormally operated to increase the internal pressure, and in particular, when the temperature of the battery rises, when the battery breaks, a risk such as ignition occurs, the cap plate 12 The cap plate 12 is ruptured by the rupture edge 12b installed in the cap plate 12, and the increase in the internal pressure of the prismatic lithium ion secondary battery 10 can be suppressed, but the inner and outer surfaces of the prismatic lithium ion secondary battery 10 are prevented. Additional safety problems may occur because they cannot be cut off electrically. For example, if electricity continues to be energized, the square lithium ion secondary battery 10 causes an electric shock to the product to be used and causes a loss of the product. .
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 전지 내부의 이상 발생으로 온도가 상승하여 안전문제가 발생하면 전지 내부의 전류를 차단하여 전지의 안정성에 기여할 수 있는 전지의 안전장치를 제공함에 그 목적이 있다.The present invention was created in order to solve the above problems, and if a safety problem occurs due to an increase in temperature caused by an abnormality inside the battery to provide a safety device of the battery that can contribute to the stability of the battery by blocking the current inside the battery. The purpose is.
도 1은 통상적인 각형 리튬이온 2차전지의 일부분을 개략적으로 도시한 부분 사시도.1 is a partial perspective view schematically showing a part of a conventional rectangular lithium ion secondary battery.
도 2는 본 발명에 따른 전지의 안전장치를 나타내 보인 개략적인 단면도.Figure 2 is a schematic cross-sectional view showing a safety device of a battery according to the present invention.
도 3은 도 2의 동작 상태를 나타낸 단면도.3 is a cross-sectional view showing an operating state of FIG.
＜도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명＞<Brief Description of Major Codes in Drawings>
31.캡 플레이트 31a. 주입구31.Cap plate 31a. Inlet
32.절연부재 33.양극부재32. Insulation member 33. Anode member
34.가스켓 35.리벳부재34.Gasket 35.Rivet Member
35a. 개구부 36.양극탭35a. Opening 36.Anode Tab
37...절연체 38. 제1금속부재37 Insulator 38. First metal member
39. 제2금속부재 39a. 중앙부39. Second metal member 39a. Center
40. 절연재40. Insulation Material
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 전지의 안전장치는, 전지의 케이스에 결합되는 지지체; 상기 지지체에 관통 결합되는 것으로 그 중앙부분에 배기공이 형성된 단자부재; 상기 배기공 하부에 설치되어 상기 배기공이 밀폐되도록 결합되는 제1금속부재; 상기 제1금속부재보다 열팽창계수가 작은 금속 소재로 이루어지며, 상기 제1금속부재와 소정 간격을 두고 상기 제1금속부재의 하부에 양극탭과 통전 가능하게 설치되고, 일측부가 변형되어 상기 제1금속부재와 전기적으로 접지되는 접지부가 구비된 제2금속부재;를 포함하는 것을 그 특징으로 한다.Safety device of the battery of the present invention to achieve the above object, the support is coupled to the case of the battery; A terminal member penetratingly coupled to the support, the terminal member having an exhaust hole formed at a central portion thereof; A first metal member installed below the exhaust hole and coupled to seal the exhaust hole; It is made of a metal material having a coefficient of thermal expansion smaller than that of the first metal member, and is provided to be energized with a positive electrode tab at a lower portion of the first metal member at a predetermined distance from the first metal member, and deforms one side thereof so that the first And a second metal member having a ground portion electrically grounded with the metal member.
본 발명에 있어서, 상기 단자부재는 상기 지지체에 리벳팅 결합되는 리벳부재를 포함하고, 상기 접지부는 상기 제2금속부재의 중앙부에 형성되는 것이 바람직하다.In the present invention, the terminal member may include a rivet member that is riveted to the support, and the ground portion is preferably formed at the center of the second metal member.
본 발명에 있어서, 상기 제1, 2금속부재는 반구의 형상으로 이루어지고, 상기 제1, 2금속부재 사이에는 상기 제1, 2금속부재가 서로 절연되도록 하는 절연재가 구비되는 것이 바람직하다.In the present invention, it is preferable that the first and second metal members have a hemispherical shape, and an insulating material is provided between the first and second metal members to insulate the first and second metal members from each other.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전지의 안전장치에 대한 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of a battery safety device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2에는 본 발명에 따른 전지의 안전장치의 단면도가 개략적으로 도시되어 있다.2 is a schematic cross-sectional view of a safety device for a battery according to the invention.
도면을 각각 참조하면, 본 발명에 따른 전지의 안전장치가 구비된 전지는 캡 조립체와, 이 캡 조립체의 하측으로 구비된 적층코아와, 이 적층코아를 넣는 전지 케이스로 크게 분류된다.Referring to each of the drawings, a battery equipped with a battery safety device according to the present invention is largely classified into a cap assembly, a laminated core provided below the cap assembly, and a battery case in which the laminated core is placed.
상기 캡 조립체에는 전지 케이스의 상측 커버가 되고 전지 케이스에 결합되어 일종의 지지체가 되는 캡 플레이트(31)와, 상기 캡 플레이트(31)의 전면으로 절연부재(32)가 삽입되어 그 상면으로 설치되는 양극부재(33)와, 상기 캡 플레이트(31)의 하측으로 설치되어 절연막 역할을 하는 가스켓(34)과, 상기 캡 플레이트(31), 절연부재(32), 양극부재(33), 및 가스켓(34)을 일체형으로 리벳팅하여 결합하는 리벳부재(35)와, 상기 리벳부재(35)를 감싸며 상기 리벳부재(35)와 결합되거나 그 하부에 설치되는 절연체(37)와, 상기 리벳부재(35)의 하부 및 상기 절연체(37) 하부에 설치되는 안전수단이 각각 설치된다.The cap assembly includes a cap plate 31 which is an upper cover of the battery case and is coupled to the battery case to form a support, and an insulating member 32 is inserted into the front surface of the cap plate 31 and installed on the upper surface thereof. A member 33, a gasket 34 provided below the cap plate 31 to serve as an insulating film, the cap plate 31, an insulating member 32, an anode member 33, and a gasket 34 ) And a rivet member 35 for riveting and integrally coupling the unit, an insulator 37 surrounding the rivet member 35 and coupled to or installed under the rivet member 35, and the rivet member 35. Safety means are installed at the bottom of the and the insulator 37, respectively.
상기 캡 플레이트(31)는, 그 일 측으로 전지 예컨대, 리튬이온 2차전지의 내부의 전기화학에 있어서, 이온을 전도시키는 모체가 되는 전해액을 넣을 수 있는 전해액 주입구(31a)가 설치되며, 상기 전해액은 통상적으로 리튬(Li)염이 함유된다. 상기 리벳부재(35)는, 그 중심부에 배기공인 개구부(35a)가 형성된다.The cap plate 31 is provided with an electrolyte inlet 31a through which one side of the battery, for example, an electrochemical of a lithium ion secondary battery, may contain an electrolyte serving as a matrix for conducting ions. Silver usually contains a lithium (Li) salt. The rivet member 35 has an opening 35a which is an exhaust hole at the center thereof.
상기 안전수단은 리벳부재(35)의 개구부(35a) 하단부에 그 양단부가 용접되어 상기 리벳부재(35)의 개구부(35a)를 밀폐되도록 하는 제1금속부재(38)와, 상기 제1금속부재(38)의 하부에서 그 양단부 또는 일측이 다른 부재(미도시)에 연결 또는 용접되어 지지되는 제2금속부재(39)를 포함한다. 그리고 상기 제1, 2금속부재(38, 39) 가장자리에는 갭 사이에는 절연재(40)가 채워져 구비되고, 상기 제2금속부재(39)의 중앙부(39a)가 제1금속부재(38)쪽으로 돌출 형성됨으로서 스프링 작용으로 인해 제1금속부재(38)와 통전 가능하게 접지된다. 따라서 상기 제2금속부재(39)의 중앙부(39a)는 제1금속부재(38)와 통전이 되도록 하는 접지부가 된다.The safety means includes a first metal member 38 for welding both ends of the rivet member 35 to a lower end of the opening 35a to seal the opening 35a of the rivet member 35, and the first metal member. At the bottom of 38, both ends or one side thereof includes a second metal member 39 which is connected or welded to and supported by another member (not shown). Insulation material 40 is provided between the gaps at edges of the first and second metal members 38 and 39, and a central portion 39a of the second metal member 39 protrudes toward the first metal member 38. By being formed, the spring is applied to the first metal member 38 so as to be electrically connected to the ground. Therefore, the central portion 39a of the second metal member 39 becomes a ground portion for conducting electricity to the first metal member 38.
특히, 상기 제1금속부재(38)의 하부에 구비된 제2금속부재(39)는 열팽창율이 제1금속부재(38)에 비해 상대적으로 낮은 금속으로 이루어지고, 상기 제1, 2금속부재(38, 39) 및 중앙부(39a)는 온도 상승에 따라 변형이 용이하게 이루어질 수 있도록 반구의 형상을 갖는 것이 바람직하다. 여기서, 상기의 용접은 보통 레이저 용접이 실시되고, 도 2에서 참조부호 W는 용접부위를 나타낸 것이다. 한편 상기 제2금속부재(39)의 하부면에는 전극조립체의 양극탭(36)과 용접되어 있다.In particular, the second metal member 39 provided below the first metal member 38 is formed of a metal whose thermal expansion rate is relatively lower than that of the first metal member 38. 38 and 39 and the center portion 39a preferably have a hemispherical shape so that deformation can be easily made with increasing temperature. In the above welding, laser welding is usually performed. In FIG. 2, reference numeral W denotes a welding position. On the other hand, the lower surface of the second metal member 39 is welded to the positive electrode tab 36 of the electrode assembly.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 전지의 안전장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the safety device of the battery according to the present invention configured as described as follows.
본 발명에 따른 전지의 안전장치는, 전지 내부에서 이상이 발생되면 특히, 온도가 상승되면 제2전극부재(39)의 하측에 구성된 요소들과 전기적으로 차단되도록 하는 전기적 안전장치가 된다. 일반적으로 전지 내부에서 압력이 상승하는 이유의 대부분은 전지 내부의 충격이나 전기회로의 이상으로 쇼트에 의한 문제로 발생된다. 전지 내부에서 쇼트가 발생하면 전류가 과대하게 흐르게되고 전지 내부에는 발열현상에 의해 전지 내부의 온도가 적정 이상으로 상승하게 된다.The safety device of the battery according to the present invention is an electrical safety device that is electrically disconnected from the elements configured under the second electrode member 39 when the temperature rises, in particular, when the temperature rises. In general, most of the reason why the pressure rises inside the battery is caused by a short circuit due to an internal shock or an abnormality in the electric circuit. When a short occurs inside the battery, an excessive current flows inside the battery, and a temperature inside the battery rises above an appropriate level due to heat generation.
이와 같이 전지 내부에서 온도가 상승하면 상기 제1, 2금속부재(38, 39)는 서로 열팽창률이 달라 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제2금속부재(39)의 중앙부(39a)가 아랫방향으로 휘어져 상기 제1금속부재(38)와 같은 반원형태로 된다. 이는 상기 제1, 2금속부재(38, 39)는 바이메탈(bimetal)의 원리를 응용한 것이라 할 수 있다. 따라서 상기 제2금속부재(39)의 중앙부(39a)는 제1금속부재(38)로부터 접지가 탈락되고, 제1, 2금속부재(38, 39) 사이에는 이들을 절연하는 절연재(40)가 채워져 있으므로 제1, 2금속부재(38, 39)는 서로 소정 틈새를 두고 이격되므로 통전이 차단된다. 즉, 전류가 차단된다.As such, when the temperature rises inside the battery, the thermal expansion coefficients of the first and second metal members 38 and 39 are different from each other, and as shown in FIG. 3, the central portion 39a of the second metal member 39 is lower. Is bent in a semicircular shape like the first metal member 38. This may be said that the first and second metal members 38 and 39 apply the principle of bimetal. Therefore, the ground portion of the central portion 39a of the second metal member 39 is removed from the first metal member 38, and an insulating material 40 for insulating them is filled between the first and second metal members 38 and 39. Therefore, since the first and second metal members 38 and 39 are spaced apart from each other with a predetermined gap, the energization is blocked. That is, the current is cut off.
이렇게 되면, 상기 제1, 2금속부재(38, 39)는 탈락되어 상기 제2금속부재(39)와 용접되어 있는 양극탭(36)과도 차단되므로 결국, 전지의 전기적인 차단이 이루어지게 된다. 그리고 상기 제1, 2금속부재(38, 39)의 가장자리에는 절연재(40)가 채워져 있으므로 더 이상 제1, 2금속부재(38, 39)는 접지되지 않아 전기적으로 절연되어 전기적으로 차단되고, 전지의 내부 및 외부에 더 이상의 영향을 주지 않는다.In this case, since the first and second metal members 38 and 39 are dropped and blocked with the positive electrode tab 36 welded to the second metal member 39, the battery is electrically blocked. Since the edges of the first and second metal members 38 and 39 are filled with the insulating material 40, the first and second metal members 38 and 39 are no longer grounded and are electrically insulated and electrically blocked. It doesn't affect the inside and outside of it anymore.
따라서 계속해서 전지 내부에 온도가 상승되어도 상기 전기적으로 차단되므로 전지는 원래의 상태로 안전성을 찾게 된다.Therefore, even if the temperature is continuously raised inside the battery, the battery is electrically disconnected, thereby finding safety in the original state.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 전지의 안전장치는 다음과 같은 효과가 있다.As described above, the battery safety device according to the present invention has the following effects.
전지 내부의 온도가 상승하면, 전기적으로 통전 상태를 차단하므로 즉, 전류를 차단하므로 전지의 안전성을 확보하게 되고, 그 이상의 이상 발생을 차단할 수 있게 된다.When the temperature inside the battery rises, the electrically energized state is cut off, that is, the current is cut off, thereby ensuring safety of the battery and preventing further occurrence of abnormality.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.Although the present invention has been described with reference to one embodiment shown in the drawings, this is merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent embodiments are possible.
따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.Therefore, the true scope of protection of the present invention should be defined only by the appended claims.
※ 발명 신고서 및 보내주신 fax에 그 실시예가 구체적으로 기재되어 있지 않아 제가 임의로 도면(도 1, 2, 및 3)을 임의로 작성했습니다. 검토하시고 그 문제점을 기재해 주시면 명세서에 반영토록 하겠습니다.※ Since the embodiment was not specifically described in the invention declaration and the fax you sent, I arbitrarily created the drawings (FIGS. 1, 2, and 3). Please review and describe the problem.
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| KR1019990012508A KR100563030B1 (en) | 1999-04-09 | 1999-04-09 | Safety device of a battery |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101294179B1 (en) * | 2011-11-09 | 2013-08-08 | 기아자동차주식회사 | Apparatus for preventing overcharge battery |
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|---|---|---|---|---|
| JPH08236102A (en) * | 1995-02-27 | 1996-09-13 | Fuji Elelctrochem Co Ltd | Electrochemical element |
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| JPH10162805A (en) * | 1996-11-29 | 1998-06-19 | Shin Kobe Electric Mach Co Ltd | Battery |
| JPH10334883A (en) * | 1997-06-04 | 1998-12-18 | Mitsubishi Cable Ind Ltd | Safety structure for sealed battery |
| JPH1140203A (en) * | 1997-07-14 | 1999-02-12 | Hitachi Ltd | Secondary battery |
-
1999
- 1999-04-09 KR KR1019990012508A patent/KR100563030B1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101294179B1 (en) * | 2011-11-09 | 2013-08-08 | 기아자동차주식회사 | Apparatus for preventing overcharge battery |
Also Published As
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