KR20010107690A - 이차 전지 팩의 온도 감지 장치 및 이차 전지 팩 - Google Patents

이차 전지 팩의 온도 감지 장치 및 이차 전지 팩 Download PDF

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Abstract

본 발명의 이차 전지 팩에 사용하는 온도 감지 장치는 NTC 소자 및 과전류 차단 소자를 포함한다. 상기 NTC 소자는 이차 전지 팩에 형성된 이차 전지의 온도를 감지하기 위해 소정 위치에 배치되고, 한 단이 온도 감지 단자에 전기적으로 접속된다. 상기 과전류 차단 소자는 NTC 소자의 다른 단과 기준 전위 단자 사이에 접속된다.

Description

이차 전지 팩의 온도 감지 장치 및 이차 전지 팩{Temperature sensing device for use in secondary battery pack, and secondary battery pack incorporating the same}
본 발명은 리튬 이온 전지와 같은 이차 전지를 포함하는 이차 전지 팩의 온도 감지 장치 및 상기 온도 감지 장치를 형성하는 이차 전지에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 NTC 소자(음특성 서미스터 소자)를 사용한 온도 감지 장치 및 상기 온도 감지 장치를 사용한 이차 전지에 관한 것이다.
종래에 이차 전지 팩은 이동 통신 장치 등에 전원 공급원으로 사용된다.
도 6은 종래의 이차 전지 팩의 회로도를 나타낸다. 도 6을 참조하여, 종래의 이차 전지 팩은 이차 전지(24)와, 상기 이차 전지(24)를 충전하기 위한 핫측 단자(21) 및 기준 전위 단자(22)를 포함하며, 상기 이차 전지(24)의 온도를 감지하기 위한 온도 감지 단자(23)를 포함한다. 이차 전지(24)의 양극은 핫측 단자(21)에 전기적으로 접속되고, 이차 전지(24)의 음극은 기준 전위 단자(22)에 전기적으로 접속된다. 이차 전지 팩은 상기 이차 전지(24)의 동작을 제어하기 위하여 FETS(25,26) 및 조절기(IC 27)를 포함한다.
이차 전지 팩은 또한, 온도 감지 단자(23) 및 기준 전위 단자(22)사이에 접속된 이차 전지(24)의 온도를 감지하기 위한 NTC 소자(28)를 포함한다. 상기 NTC 소자(28)는 이차 전지(24)의 온도를 감지하기 위해 이차 전지(24)의 근방에 배치된다. 이차 전지(24)는 온도 감지 단자(23)로부터 얻어진 출력에 따라 즉, 이차 전지(24)의 온도에 따라 충전기에 의해 충전된다.
휴대 전화와 같이 이차 전지 팩이 장착된 전자 기기는 소형화가 진행되고 있기 때문에, 이차 전지 팩도 또한 소형화되고 있다. 따라서, 상술한 이차 전지 팩에 있어서, 핫측 단자(21), 기준 전위 단자(22), 및 온도 감지 단자(23)는 서로 근접하게 배치된다. 그 결과, 예를 들어 의복의 포켓에 헤어핀 등의 금속 조각이 들어 있어 상기 포켓에 이차 전지 팩을 넣는 경우, 금속 조각에 의해 핫측 단자(21)와 온도 감지 단자(23)가 단락하는 경우가 있다. 이러한 단락이 발생하면 이차 전지(24)의 단자 전압이 NTC 소자(28)에 인가된다. 따라서, NTC 소자(28)에 단락 전류가 흘러들어 NTC 소자(28)가 소실될 우려가 있다.
본 발명의 목적은 상술한 종래기술의 문제점을 해소하고, NTC 소자를 사용하여 상기 NTC 소자가 소실되기 어렵고 신뢰성이 우수한 이차 전지 팩의 온도 감지 장치 및 상기 온도 감지 장치를 포함한 이차 전지 팩을 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 이차 전지 팩의 회로 구성을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 이차 전지 팩의 회로 구성을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시형태에서 사용되는 NTC 소자의 한 예를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시형태에서 사용되는 PTC 소자의 한 예를 나타내는 사시도이다.
도 5는 도 4에 나타낸 PTC 소자에 있어서의 온도와 저항과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은 종래의 이차 전지 팩의 회로 구성을 나타낸다.
<도면의 주요부분에 대한 간단한 설명>
1 핫측 단자 2 기준 전위 단자
3 온도 감지 단자 4 이차 전지
8 NTC 소자 9 과전류 차단 소자
10 PTC 소자
본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 이차 전지 팩에 있어서 이차 전지의 온도를 감지하기 위한 온도 감지 장치는, 이차 전지의 온도를 감지하기 위해 소정 위치에 배치되고 한 단이 온도 감지 단자에 전기적으로 접속된 NTC 소자와, 상기 NTC 소자의 다른 단과 기준 전위 사이에 접속된 과전류 차단 소자를 포함한다.
온도 감지 장치에 있어서, 과전류 차단 소자로서 PTC 소자(정특성 서미스터소자)를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 바람직한 실시형태에 따르면, 이차 전지 팩은 이차 전지, 상기 이차 전지를 충전하기 위한 핫측 단자 및 기준 전위 단자, 상기 이차 전지의 온도를 감지하기 위한 온도 감지 단자, 상기 이차 전지의 온도를 감지하기 위해 배치되고 한 단이 온도 감지 단자에 전기적으로 접속된 NTC 소자, 상기 NTC 소자의 다른 단과 상기 기준 전위 단자 사이에 접속된 과전류 차단 소자를 포함한다.
이차 전지 팩에 있어서 과전류 차단 소자로서 PTC 소자를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따른 온도 감지 장치 및 이차 전지 팩에 있어서, 과전류 차단 소자는 NTC 소자와 기준 전위 사이에 접속되기 때문에 이차 전지 팩의 온도 감지 단자와 핫측 단자가 단락되더라도, 과전류 차단 소자는 전류가 NTC 소자에 계속하여 흘러드는 것을 방지하여, NTC 소자가 소실되는 것을 방지한다.
또한, PTC 소자가 과전류 차단 소자로 사용되면, 전압의 인가는 전류가 PTC 소자에 의해 차단된 후 정지할 때, NTC 소자의 저항값이 초기치로 돌아가 단락 회로의 발생을 보호하는 동작을 반복한다.
본 발명의 다른 특징, 구성 요소, 이점은 첨부한 도면을 참조로 하여 바람직한 실시형태의 설명에 의해 명확해진다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 이차 전지 팩에 사용하기 위한 온도 감지 장치 및 온도 감지 장치에 형성된 이차 전지 팩은 첨부된 도면을 참조로 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 제 1 실시형태에 따른 이차 전지 팩의 회로도이다. 상기 제 1 실시형태에 따른 이차 전지 팩은 핫측 단자(1), 기준 전위 단자(2), 온도 감지 단자(3), 및 핫측 단자(1)와 기준 전위 단자(2) 사이에 접속된 이차 전지(4)를 포함한다. 이차 전지 팩은 이차 전지(4)를 조절하기 위한 FETs(5,6) 및 조절기 IC(7)를 포함한다.
이차 전지 팩은 이차 전지(4)의 온도를 감지하기 위해 배치된 NTC 소자(8)를 포함하고, 상기 NTC 소자(8)는 물리적으로 이차 전지(4)의 근방에 형성된다. NTC 소자(8)의 한 단은 온도 감지 단자(3)에 전기적으로 접속된다.
상기 NTC 소자(8)의 구성은 한정되지는 않지만, 예를 들어 도 3에 나타낸다. 도 3에 나타낸 NTC 소자(8)는 음의 저항 온도계수를 갖는 박판의 반도체 세라믹 부재(8a)와, 상기 반도체 세라믹 부재(8a)의 양 표면에 접속된 리드 단자(8b,8c)를 포함한다. 그리고, 반도체 세라믹 부재(8a)와 리드 단자(8b,8c)의 인출된 부분을 제외하고 남은 부분이 폴리이미드 또는 다른 적합한 재료로 구성된 절연막(8d)으로 피복된다. 반도체 세라믹 부재(8a)가 박판 구조이기 때문에, NTC 소자(8)는 전체적으로 박형화된 구조를 갖는다.
따라서, NTC 소자(8)는 이차 전지(4)의 근방에 용이하게 배치될 수 있어, 이차 전지 팩은 소형화가 가능하다.
이차 전지 팩은 또한 과전류 차단 소자(9)를 포함하고, NTC 소자(8)의 다른 단에는 과전류 차단 소자(9)의 한 단이 접속되고, 과전류 차단 소자(9)의 다른 단에는 기준 전위 단자(2)가 접속된다. 과전류 차단 소자(9)는 예를 들어, 전류 퓨즈(current fuse) 및 퓨즈 저항을 포함한다.
본 바람직한 실시형태의 이차 전지 팩에 있어서, 온도 감지 장치는 직렬로 접속된 NTC 소자(8) 및 과전류 차단 소자(9)에 의해 구성된다. 따라서, 핫측 단자(1)와 온도 감지 단자(3)가 단락된 경우에, 과전류 차단 소자(9)는 NTC 소자(8)에 전류가 흘러드는 것을 방지하여 NTC 소자(8)가 소실되는 것을 방지한다.
보다 상세하게는, 이차 전지 팩이 헤어핀 등의 금속 조각에 접촉하고, 핫측 단자(1)와 온도 감지 단자(3)가 단락한 경우, 이차 전지(4)의 단자 전압이 NTC 소자(8) 및 과전류 차단 소자(9)에 인가되게 된다. 이 경우, 과전류 차단 소자(9)는 NTC 소자(8)에 전류가 흘러드는 것을 방지할 수 있다.
전류 퓨즈 또는 퓨즈 저항이 과전류 차단 소자(9)로 사용되면, 전류 퓨즈 또는 퓨즈 저항은 이차 전지(4)의 단자 전압에 따라 용접한다. 따라서, 전류가 NTC 소자(8)에 흘러드는 것을 방지하여 NTC 소자(8)가 소실되는 것을 방지한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 제 2 실시형태에 따른 이차 전지 팩의 회로도로, 제 1 실시형태보다 바람직하다.
바람직한 제 2 실시형태에 따른 이차 전지 팩은 바람직한 제 1 실시형태에 포함된 과전류 차단 소자(9) 대신에, 과전류 차단 소자(9)의 다른 타입인 PTC 소자(10)가 사용된다. 바람직한 제 2 실시형태에 따른 이차 전지 팩은 본 발명의 바람직한 제 1 실시형태에 따른 이차 전지 팩과 동일하다.
칩 형인 PTC 소자(10)의 구성을 도 4에 나타내었는데, 이것에 한정되지 않는다. 도 4에 나타낸 PTC 소자(10)는 실질적으로 직사각형 형상의 기판인 양의 저항 온도계수를 갖는 반도체 세라믹 부재(10a)를 포함하고, 상기 반도체 세라믹 부재(10a)의 단면을 피복하는 외부 전극(10b,10c)를 포함한다. PTC 소자(10)는 칩 형 부품으로 구성되기 때문에, 상기 PTC 소자(10)는 소형의 이차 전지 팩의 제어회로를 구성하기 위해 기판상에 표면 실장될 수 있다.
바람직한 제 2 실시형태는 바람직한 제 1 실시형태와 마찬가지로, 핫측 단자(1)와 온도 감지 단자(3) 사이가 예를 들어, 금속 조각의 접촉에 의해 단락되면 이차 전지(4)의 단자 전압이 NTC 소자(8) 및 PTC 소자(10)에 인가된다. 이 경우, PTC 소자(10)의 저항값이 급격히 상승하여 NTC 소자(8)에 과전류가 흘러드는 것을 차단하여 NTC 소자(8)의 소실을 방지한다.
바람직한 제 2 실시형태에 있어서, 과전류 차단 소자(9)로 PTC 소자(10)가 사용되기 때문에 온도 감지 장치는 보호 동작을 반복할 수 있어 바람직한 제 1 실시형태보다 더욱 바람직하다.
상온에서의 PTC 소자(10)의 저항값은 NTC 소자(8)의 저항 온도 특성을 최소화하기 위해서 NTC 소자(8)의 저항값의 10% 이하인 것이 바람직하다. 상온에서의 PTC 소자(10)의 저항값이 너무 낮으면 전류가 매우 커질 때까지 보호 동작을 행하지 않는다.
이차 전지 팩에 사용되는 상기 NTC 소자(8)에 의해 감지할 수 있는 온도의 상한은 대체적으로 85℃ 정도이다. 따라서, 도 5를 참조하면 PTC 소자(10)의 퀴리(curie) 포인트는 약 85℃ 정도가 바람직하고, 보다 바람직하게는 90℃∼140℃의 범위로 설정하는 것이 바람직하다.
다음에 본 발명의 바람직한 실시형태를 참조하여 실험예의 결과를 설명한다.
단자 전압이 12V인 리튬 이온 전지로 이루어진 이차 전지(4)를 사용한 이차 전지 팩에 있어서, NTC 소자(8) 및 PTC 소자(10)를 사용하여 온도 감지 장치를 구성한다.
NTC 소자(8)는 약 25℃의 온도에서 10㏀의 저항값을 갖고, PTC 소자(10)는 약 1.6mm×0.8mm×0.8mm의 크기를 갖고 약 25℃의 온도에서 30∼500Ω의 저항값과, 100℃의 퀴리 포인트를 갖는다.
12V의 DC 전압을 직접 NTC 소자(8)에 인가하면 NTC 소자(8)는 수초동안 소실된다.
이에 대해, NTC 소자(8)와 PTC 소자(10)를 직렬로 접속한 회로의 양단에 12V의 DC 전압을 인가하는 경우, NTC 소자(8)가 열 폭주하기 전에 PTC 소자(10)가 과전류를 감지하여 전류값을 낮게 억제한다. 따라서, NTC 소자(8)의 소실은 발생하지 않는다. 또한, 전압 인가를 정지하면 25℃에서의 NTC 소자(8)의 저항값은 10㏀으로 되돌아간다는 것을 확인할 수 있다.
상기 실험예의 결과로부터 명확한 바와 같이, 과전류 차단 소자로 PTC 소자(10)를 사용함으로써 이차 전지 팩에 있어서의 NTC 소자(8)의 보호 동작을 반복할 수 있어 NTC 소자(8)의 소실을 방지할 수 있다는 것을 알 수 있다.
본 발명에 따른 이차 전지 팩의 온도 감지 장치 및 이차 전지 팩에서는 이차전지 팩의 온도 감지 단자와 핫측 단자가 단락한 경우라도, NTC 소자와 기준 전위와의 사이에 과전류 차단 소자가 접속되기 때문에 과전류 차단 소자에 의해 과전류가 차단되어 NTC 소자에 과전류가 흘러들어 발생하는 소실 등을 확실하게 방지할 수 있다.
상기 과전류 차단 소자로서 PTC 소자를 사용한 경우에는 과전류가 PTC 소자로 차단된 후, 전압의 인가가 정지되면 NTC 소자의 저항값이 초기 상태로 되돌아가기 때문에 단락시의 보호 동작을 반복할 수 있다.

Claims (20)

  1. 이차 전지 팩에 있어서 이차 전지의 온도를 감지하기 위한 온도 감지 장치는,
    이차 전지의 온도를 감지하기 위해 소정의 부분에 배치되고, 한 단이 온도 감지 단자에 전기적으로 접속된 NTC 소자, 및
    상기 NTC 소자의 다른 단과 기준 전위 사이에 접속된 과전류 차단 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지 팩의 온도 감지 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 과전류 차단 소자가 PTC 소자인 것을 특징으로 하는 이차 전지 팩의 온도 감지 장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 PTC 소자가 칩 형 부품인 것을 특징으로 하는 이차 전지 팩의 온도 감지 장치.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 PTC 소자는 양의 저항 온도계수를 갖는 실질적으로 직사각형 형상의 기판의 반도체 세라믹 부재와, 상기 반도체 세라믹 부재의 단면을 덮는 외부 전극를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지 팩의 온도 감지 장치.
  5. 제 2항에 있어서, 상온에서의 상기 PTC 소자의 저항값은 NTC 소자의 저항값의 10% 이하인 것을 특징으로 하는 이차 전지 팩의 온도 감지 장치.
  6. 제 2항에 있어서, 상기 PTC 소자의 퀴리 포인트는 약 85℃인 것을 특징으로 하는 이차 전지 팩의 온도 감지 장치.
  7. 제 2항에 있어서, 상기 PTC 소자의 퀴리 포인트는 약 90℃∼140℃의 범위인 것을 특징으로 하는 이차 전지 팩의 온도 감지 장치.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 NTC 소자는 음의 저항 온도계수를 갖는 박판의 반도체 세라믹 부재, 상기 반도체 세라믹 부재의 양 표면에 접속된 리드 단자, 및 반도체 세라믹 부재와 리드 단자의 인출된 부분을 제외하고 남은 부분을 피복하는 절연막을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지 팩의 온도 감지 장치.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 과전류 차단 소자가 전류 퓨즈 및 퓨즈 저항 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지 팩의 온도 감지 장치.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 NTC 소자 및 상기 과전류 차단 소자가 직렬로 접속되는 것을 특징으로 하는 이차 전지 팩의 온도 감지 장치.
  11. 이차 전지 팩은
    이차 전지;
    상기 이차 전지를 충전하기 위해 배치된 핫측 단자 및 기준 전위 단자;
    상기 이차 전지의 온도를 감지하기 위해 배치된 온도 감지 단자;
    상기 이차 전지의 온도를 감지하기 위해 배치되고, 한 단이 상기 온도 감지 단자에 전기적으로 접속된 NTC 소자;
    상기 NTC 소자의 다른 단과 상기 기준 전위 사이에 접속된 과전류 차단 소자; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지 팩.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 과전류 차단 소자가 PTC 소자인 것을 특징으로 하는 이차 전지 팩.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 PTC 소자가 칩 형 부품인 것을 특징으로 하는 이차 전지 팩.
  14. 제 12항에 있어서, 상기 PTC 소자는 양의 저항 온도계수를 갖는 실질적으로 직사각형 형상의 기판의 반도체 세라믹 부재와, 상기 반도체 세라믹 부재의 단면을 덮는 외부 전극를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지 팩.
  15. 제 12항에 있어서, 상온에서의 상기 PTC 소자의 저항값은 NTC 소자의 저항값의 10% 이하인 것을 특징으로 하는 이차 전지 팩.
  16. 제 12항에 있어서, 상기 PTC 소자의 퀴리 포인트는 약 85℃인 것을 특징으로 하는 이차 전지 팩.
  17. 제 12항에 있어서, 상기 PTC 소자의 퀴리 포인트는 약 90℃∼140℃의 범위인 것을 특징으로 하는 이차 전지 팩.
  18. 제 11항에 있어서, 상기 NTC 소자는 음의 저항 온도계수를 갖는 박판의 반도체 세라믹 부재, 상기 반도체 세라믹 부재의 양 표면에 접속된 리드 단자, 및 반도체 세라믹 부재와 리드 단자의 인출된 부분을 제외하고 남은 부분을 피복하는 절연막을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지 팩.
  19. 제 11항에 있어서, 상기 과전류 차단 소자가 전류 퓨즈 및 퓨즈 저항 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지 팩.
  20. 제 11항에 있어서, 상기 NTC 소자 및 상기 과전류 차단 소자가 직렬로 접속되는 것을 특징으로 하는 이차 전지 팩.
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