KR20050113987A

KR20050113987A - 리튬이온전지의 휴즈장치

Info

Publication number: KR20050113987A
Application number: KR1020040039168A
Authority: KR
Inventors: 김윤구
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2004-05-31
Filing date: 2004-05-31
Publication date: 2005-12-05
Also published as: JP2005347251A; KR100571231B1; CN100466338C; CN1722494A; US20050275370A1

Abstract

이 발명은, 과전압 방지소자로서 전류휴즈대신에 회로기판의 패턴을 이용함으로써 원가상승을 방지할 수 있으며, 상대적으로 패턴의 내부저항이 적어서 전지 용량을 최대한 사용할 수 있으며, 패턴에는 납성분이 포함되어 있지 않아서 환경규제를 만족시킬 수 있는, 리튬이온전지의 휴즈장치에 관한 것으로서,

입출력단과 전지의 사이를 연결하는 회로기판상에 설치되며, 진행경로가 굴곡되어진 형태를 갖는 패턴을 포함하여 이루어진다.

Description

리튬이온전지의 휴즈장치{Fuse for lithium-ion cell}

이 발명은 과전압 방지 분야에 관한 것으로서, 좀더 세부적으로 말하자면 과전압 방지소자로서 전류휴즈대신에 회로기판의 패턴을 이용함으로써 원가상승을 방지할 수 있으며, 상대적으로 패턴의 내부저항이 적어서 전지 용량을 최대한 사용할 수 있으며, 패턴에는 납성분이 포함되어 있지 않아서 환경규제를 만족시킬 수 있는, 리튬이온전지의 휴즈장치에 관한 것이다.

종래에는 2차 전지로서 납축전지, 니카드전지, 니켈수소전지 등이 많이 사용되어져 왔다.

휴대용, 무선전자 제품들의 개발이 증가하고 있는 현재의 추세로 볼 때, 이들 제품들의 소형화 및 경량화를 위해서는 에너지 밀도가 높은 2차 전지의 필요성이 크게 대두되고 있다. 또한, 환경 보전에 대한 관심이 높아짐에 따라 환경 친화적인 2차 전지 제품에 대한 관심도 높아지고 있다.

리튬산화물질로 양극을 만들고 탄소로 음극을 만드는 리튬이온(Li-Ion) 전지는 이와 같은 요구를 충족시킬 수 있는 강력한 후보로서, 에너지 저장 밀도가 높고, 중량이 낮으며, 작동 전압이 높을 뿐 아니라, 양극의 리튬이온이 중간의 물질을 지나서 음극의 탄소격자속으로 들어가는 경우에 극판의 손실이 거의 없기 때문에 우수한 보존 및 장수명 특성을 보이는 등의 많은 장점을 지니고 있다.

1990년대에 등장하여 높은 에너지 저장 밀도와 저 중량 특성에 힘입어 급속히 기존의 2차전지를 대체하고 있는 리튬이온 전지는, 3C로 불리우는 개인용 컴퓨터(Personal Computer), 캠코더(Camcorder), 휴대용 전화기(Cellular phone) 외에도 휴대용 시디 플레이어(CD player)나 피디에이(PDA)와 같은 개인용 무선 전자제품에도 폭넓게 적용되고 있으나, 아직은 고가의 휴대형 전자 제품으로 그 용도가 크게 제한되어 있으며, 안전성 면에서는 특별한 보호회로에 의존해야 하는 등 불완전한 형태이기 때문에 성능과 안전성면에서 개선을 위한 노력이 폭넓게 전개되고 있다.

도 1은 종래의 리튬이온전지의 충방전 제어장치의 일예를 보여주는 블럭 구성도이다. 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 종래의 리튬이온전지의 충방전 제어장치는, 입출력단(1)에 한쪽 전극이 연결되어 있는 전지(6)의 다른쪽 전극과 입출력단(2)의 사이에 방전제어스위치(5) 및 충전제어스위치(4)가 연결되어 있고, 보호회로 제어부(3)가 상기한 방전제어스위치(5) 및 충전제어스위치(4)를 제어하는 구조로 이루어진다.

상기한 구성에 의한 종래의 리튬이온전지의 충방전 제어장치는, 전지(6)를 충전시키고자 하는 경우에 보호회로 제어부(3)가 충전제어스위치(4)를 제어하여 전지(6)가 충전되도록 하며, 전지(6)를 방전시키고자 하는 경우에 보호회로 제어부(3)가 방전제어스위치(5)를 제어하여 전지(6)가 방전되도록 한다.

한편, 리튬이온전지는 화학적 조성이 불안정하여 과충전, 과방전이 되거나, 과전류가 흐를 경우에 성능저하, 누액, 발열, 연기, 발화, 파열 등의 위험이 있어 이로부터 전지(6)를 보호하기 위한 보호회로가 보호회로 제어부(3)내에 설치된다. 이에따라, 보호회로 제어부(3)는 전지(6)의 충방전시 과충전, 과방전, 과전류로부터 전지(6)를 보호한다.

그러나, 대부분의 보호회로는 과전압으로부터는 전지(6)를 보호하지 못하기 때문에, 소비자의 사용조건 부주의 사용, 비규격 충전기 사용 등으로 인하여 과전압이 발생되는 경우에, 회로소자의 발화 및 파열, 보호회로 IC 소손, 동작불량 등을 일으켜 전지의 안정성에 심각한 영향을 끼치게 되는 문제점이 있다.

이러한 과전압에 의한 문제점을 해소하기 위하여, 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 입출력단에 전류휴즈(7)를 설치하기도 한다.

도 2는 종래의 리튬이온전지의 충방전 제어장치의 다른 예를 보여주는 블럭 구성도이다. 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 종래의 리튬이온전지의 충방전 제어장치는, 입출력단(1)에 전류휴즈(7)의 한쪽 단자가 연결되어 있고, 상기한 전류휴즈(7)의 다른쪽 단자에 전지(6)의 한쪽 전극이 연결되어 있고, 상기한 전지(6)의 다른쪽 전극과 입출력단(2)의 사이에 방전제어스위치(5) 및 충전제어스위치(4)가 연결되어 있고, 보호회로 제어부(3)가 상기한 방전제어스위치(5) 및 충전제어스위치(4)를 제어하는 구조로 이루어진다.

이 과정에서 과전압이 발생되면 보호회로 제어부(3)가 충전제어스위치(4)를 이용하여 IC 특성에 따라서 일정전압 이하에서는 과충전을 금지시키고, 그 이상의 전압에서는 전류휴즈(7)가 이를 차단함으로써 보호가 되도록 한다.

그러나, 이와 같은 종래의 리튬이온전지의 충방전 제어장치는, 과전압 방지소자로서 전류휴즈를 필요로 하기 때문에 전류휴즈의 가격(약 110원/개)이 원가에 더해짐으로써 제조원가가 상승되는 문제점이 있다.

또한 종래의 리튬이온전지의 충방전 제어장치는, 전류휴즈의 내부저항이 13메가옴이상으로 상대적으로 높기 때문에 전류휴즈의 전력소모로 인하여 전지사용시 최대한 효율을 만족시킬 수 없는 문제점이 있다.

또한 종래의 리튬이온전지의 충방전 제어장치는, 전류휴즈에 납성분이 포함되어 있어서 환경규제에 취약한 문제점 등이 있었다.

이 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 과전압 방지소자로서 전류휴즈대신에 회로기판의 패턴을 이용함으로써 원가상승을 방지할 수 있으며, 상대적으로 패턴의 내부저항이 적어서 전지 용량을 최대한 사용할 수 있으며, 패턴에는 납성분이 포함되어 있지 않아서 환경규제를 만족시킬 수 있는, 리튬이온전지의 휴즈장치를 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 이 발명의 구성은, 입출력단과 전지의 사이를 연결하는 회로기판상에 설치되며, 진행경로가 굴곡되어진 형태를 갖는 패턴을 포함하여 이루어진다.

상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 이 발명의 다른 구성은, 입출력단과 전지의 사이를 연결하는 회로기판상에 설치되며, 진행경로가 굴곡되어진 형태가 반복되는 형태를 갖는 패턴을 포함하여 이루어진다.

상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 이 발명의 또다른 구성은, 입출력단과 전지의 사이를 연결하는 회로기판상에 설치되며, 진행경로상 폭이 서로 다른 부분이 형성되어 있는 형태를 갖는 패턴을 포함하여 이루어진다.

이하, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 이 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다. 이 발명의 목적, 작용, 효과를 포함하여 기타 다른 목적들, 특징점들, 그리고 동작상의 이점들이 바람직한 실시예의 설명에 의해 보다 명확해질 것이다.

참고로, 여기에서 개시되는 실시예는 여러가지 실시가능한 예중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 실시예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 이 실시예에만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화와 부가 및 변경이 가능함은 물론, 균등한 타의 실시예가 가능함을 밝혀 둔다.

도 4는 이 발명의 제1 실시예에 따른 리튬이온전지의 휴즈장치의 구성도이다. 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 이 발명의 제1 실시예에 따른 리튬이온전지의 휴즈장치의 구성은, 입출력단(1)과 전지(6)의 사이를 연결하는 회로기판(8)상에 설치되며, 진행경로가 굴곡되어진 형태를 갖는 패턴(10)을 포함하여 이루어진다.

상기한 구성에 의한, 이 발명의 제1 실시예에 따른 리튬이온전지의 휴즈장치의 작용은 다음과 같다.

소비자의 사용조건 부주의 사용, 비규격 충전기 사용 등으로 인하여 일정전압 이상의 과전압이 발생되어 입출력단(1)을 통하여 인가되는 경우에, 입출력단(1)과 전지(6)의 사이를 연결하는 회로기판(8)상의 패턴(10)을 거치게 된다.

상기한 회로기판상(8)의 패턴(10)은 진행경로가 굴곡되어진 형태를 가짐으로써 과전압에 약하므로, 과전압이 인가되는 경우에 전류휴즈의 역할과 마찬가지로 전기적으로 오픈되면서 전류의 흐름을 차단하여 과전압이 전지(6)에 인가되는 것을 방지한다.

도 5는 이 발명의 제2 실시예에 따른 리튬이온전지의 휴즈장치의 구성도이다. 도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 이 발명의 제2 실시예에 따른 리튬이온전지의 휴즈장치의 구성은, 입출력단(1)과 전지(6)의 사이를 연결하는 회로기판(8)상에 설치되며, 진행경로가 굴곡되어진 형태가 반복되는 형태를 갖는 패턴(11)을 포함하여 이루어진다.

상기한 구성에 의한, 이 발명의 제2 실시예에 따른 리튬이온전지의 휴즈장치의 작용은 다음과 같다.

소비자의 사용조건 부주의 사용, 비규격 충전기 사용 등으로 인하여 일정전압 이상의 과전압이 발생되어 입출력단(1)을 통하여 인가되는 경우에, 입출력단(1)과 전지(6)의 사이를 연결하는 회로기판(8)상의 패턴(11)을 거치게 된다.

상기한 회로기판상(8)의 패턴(10)은 진행경로가 굴곡되어진 형태가 반복되는 형태를 가짐으로써 과전압에 약하므로, 과전압이 인가되는 경우에 전류휴즈의 역할과 마찬가지로 전기적으로 오픈되면서 전류의 흐름을 차단하여 과전압이 전지(6)에 인가되는 것을 방지한다.

도 6은 이 발명의 제3 실시예에 따른 리튬이온전지의 휴즈장치의 구성도이다. 도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 이 발명의 제3 실시예에 따른 리튬이온전지의 휴즈장치의 구성은, 입출력단(1)과 전지(6)의 사이를 연결하는 회로기판(8)상에 설치되며, 진행경로상에 폭이 서로 다른 부분이 형성되어 있는 형태를 갖는 패턴(12)을 포함하여 이루어진다.

상기한 구성에 의한, 이 발명의 제3 실시예에 따른 리튬이온전지의 휴즈장치의 작용은 다음과 같다.

소비자의 사용조건 부주의 사용, 비규격 충전기 사용 등으로 인하여 일정전압 이상의 과전압이 발생되어 입출력단(1)을 통하여 인가되는 경우에, 입출력단(1)과 전지(6)의 사이를 연결하는 회로기판(8)상의 패턴(12)을 거치게 된다.

상기한 회로기판상(8)의 패턴(12)은 진행경로상 폭이 서로 다른 부분이 형성되어 있는 형태를 가짐으로써 과전압에 약하므로, 과전압이 인가되는 경우에 전류휴즈의 역할과 마찬가지로 전기적으로 오픈되면서 전류의 흐름을 차단하여 과전압이 전지(6)에 인가되는 것을 방지한다.

상기한 이 발명의 제1 내지 제3 실시예에서 볼 수 있듯이, 회로기판(8)상의 패턴(10, 11, 12)이 전류휴즈와 같은 역할을 하기 위해서는 진행경로가 굴곡되거나 진행경로상 폭이 서로 다른 부분이 형성되어 있어야 한다.

만약, 도 3에 비교예로서 도시되어 있는 바와 같이, 입출력단(1)과 전지(6)의 사이를 연결하는 회로기판(8)상의 패턴(9)이 굴곡되어 있지도 않고 폭도 일정하게 형성되어 일자형태로 이루어진다면, 과전압에 약한 구조가 되지 못함으로써 전류휴즈의 역할을 할 수 없게 된다.

실험에 의하면, 도 3에 도시되어 있는 바와 같은 형태의 패턴(9)은 폭이 1.4mm인 경우에 인가전원 50V(최대전류 2A) 이상에서 휴즈 동작되었으며, 폭이 1.2mm인 경우에 인가전원 40V(최대전류 2A)에서 휴즈 동작되었다. 인가전원이 32V(최대전류 2A) 이상이 되면 회로소자의 파손을 방지하기 위하여 휴즈작동되어야만 정상적인 휴즈로서 이용될 수가 있는데, 도 3에 도시되어 있는 바와 같은 형태의 패턴(9)은 휴즈로서 사용하는 것이 부적합하다.

한편, 도 4에 도시되어 있는 바와 같은 형태의 패턴(10)은 폭이 가늘어진 부분이 약 0.6mm 이하인 경우에 인가전원 28V(최대전류 2A)에서 휴즈 동작됨에 따라 휴즈로서 충분히 이용될 수가 있으며, 도 5에 도시되어 있는 바와 같은 형태의 패턴(11)은 폭이 가늘어진 부분이 약 0.6mm 이하인 경우에 인가전원 27V(최대전류 2A)에서 휴즈 동작됨에 따라 휴즈로서 충분히 이용될 수가 있으며, 도 6에 도시되어 있는 바와 같은 형태의 패턴(12)은 폭이 가늘어진 부분이 약 0.6mm 이하인 경우에 인가전원 30V(최대전류 2A)에서 휴즈 동작됨에 따라 휴즈로서 충분히 이용될 수가 있다.

이상의 실시예에서 살펴 본 바와 같이 이 발명은, 과전압 방지소자로서 전류휴즈대신에 회로기판의 패턴을 이용함으로써 원가상승을 방지할 수 있으며, 상대적으로 패턴의 내부저항이 적어서 전지 용량을 최대한 사용할 수 있으며, 패턴에는 납성분이 포함되어 있지 않아서 환경규제를 만족시킬 수 있는, 효과를 갖는다.

도 1은 종래의 리튬이온전지의 충방전 제어장치의 일예를 보여주는 블럭 구성도이다.

도 2는 종래의 리튬이온전지의 충방전 제어장치의 다른 예를 보여주는 블럭 구성도이다.

도 3은 비교예로서의 리튬이온전지의 휴즈장치의 구성도이다.

도 4는 이 발명의 제1 실시예에 따른 리튬이온전지의 휴즈장치의 구성도이다.

도 5는 이 발명의 제2 실시예에 따른 리튬이온전지의 휴즈장치의 구성도이다.

도 6은 이 발명의 제3 실시예에 따른 리튬이온전지의 휴즈장치의 구성도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

3 : 보호회로 제어부 4 : 충전제어 스위치

5 : 방전제어 스위치 6 : 전지

7 : 전류휴즈 8 : 회로기판

Claims

입출력단과 전지의 사이를 연결하는 회로기판상에 설치되며, 진행경로가 굴곡되어진 형태를 갖는 패턴을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬이온전지의 휴즈장치.
제1 항에서 있어서, 상기한 패턴은 폭이 0.6mm 이하인 부분을 구비하는 것을 특징으로 하는 리튬이온전지의 휴즈장치.
입출력단과 전지의 사이를 연결하는 회로기판상에 설치되며, 진행경로가 굴곡되어진 형태가 반복되는 형태를 갖는 패턴을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬이온전지의 휴즈장치.
제3 항에서 있어서, 상기한 패턴은 폭이 0.6mm 이하인 부분을 구비하는 것을 특징으로 하는 리튬이온전지의 휴즈장치.
입출력단과 전지의 사이를 연결하는 회로기판상에 설치되며, 진행경로상 폭이 서로 다른 부분이 형성되어 있는 형태를 갖는 패턴을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 리튬이온전지의 휴즈장치.
제5 항에서 있어서, 상기한 패턴은 폭이 0.6mm 이하인 부분을 구비하는 것을 특징으로 하는 리튬이온전지의 휴즈장치.