KR20100097338A - 보호회로가 설치된 리튬전지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 국제 표준규격에 외형이 적합할 수 있도록 하면서도 내부에 보호회로를 설치할 수 있도록 하기 위한 보호회로가 설치된 리튬전지에 관한 것이다. 본 발명에서 보호회로는 FET와 수동소자들만으로 구성되어 보호회로의 크기를 소형화하였으며, 이들이 설치된 전기기판을 스페이서로 겸용사용할 수 있도록 함으로써 국제 표준규격에 외형이 적합하도록 하고 있다.

FET, 리튬티오닐 전지, 스페이서, 보호회로

Description

보호회로가 설치된 리튬전지{lithium battery with protecting circuit}

본 발명은 집합전지를 구성하는 단위전지인 Li/SOCl₂ 전지의 보호회로와 보호회로가 탑재된 단위전지 구조에 관한 것이다.

현재 Li/SOCl₂ 전지는 성능측면에서 고출력, 고용량, 우수한 저온특성, 낮은 자가방전율 등의 장점이 있어 통신장비의 비충전식 전원으로 널리 사용하고 있는 전지이다. 특히 고출력을 요구하는 군용 무전기의 전원으로 사용된 이후 민수용으로 상용화된 전지이다.

또한, Li/SOCl₂ 전지는 안전성측면에서 그 화학적 성질의 특성상 충전 및 외부단락에 의해 화재 및 폭발의 우려와 특히 강제 과방전시 내부단락으로 인한 폭발의 위험성이 있다.

이러한 외부 단락에 의한 폭발의 위험성을 방지하기 위하여 퓨즈를 사용한 Li/SOCl₂ 전지의 보호수단이 설치하는 통상적인 구조를 채택하고 있다.

도 1은 종래의 통상적인 구조를 이루고 있는 Li/SOCl₂ 단위전지의 구성을 나 타내는 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 Li/SOCl₂ 단위전지는 원통형 케이스(-극) 내에 단위전지를 형성하는 음극판, 양극판, 세퍼레이터가 권취되어 있으며, 전해액이 충진되어 있으며, 원통형 케이스의 상부면에는 헤더가 설치되고, 헤더의 상면에는 스페이서가 설치되고, 스페이서에는 외부단락시에 과전류에 의하여 용융되는 휴즈가 설치되며, 휴즈 상부에는 가스 배출구가 형성된 캡 터미널이 설치된다.

또한, 원통형 케이스의 외면과 스페이서 외주면에는 수축튜브가 피복되어 있어 스페이서를 고정시키면서 케이스 외면이 손상되는 것을 방지한다.

그러나, 이러한 통상적인 Li/SOCl₂ 단위전지의 경우에 충전이나 외부단락과 같이 과열현상을 유발하는 과도상태에서는 수동형 소자인 다이오드나 휴즈와 같은 것으로 각각 제어가 가능하나 과방전 상태나 강제 과방전 상태에서 집합전지를 구성하는 개개의 단위전지를 보호할 수 없는 문제점이 있다.

이러한 과방전 상태의 단위전지를 보호하기 위하여 각 단위전지의 단자 전압을 인식하기 위하여 IC와 같은 능동형 소자를 탑재시킨 보호회로가 필요하다.

도 2은 종래의 상용화된 리튬 2차 전지의 보호회로의 개략도를 도시한 것이다.

집합전지를 구성하는 단위전지의 입력단자(+), (-)의 전압은 IC 부품에 입력되고, 정상작동전압 이상인 경우에만 IC에 의하여 구동되는 FET를 동작시킴으로써 단위전지가 과방전 또는 강제 과방전되는 현상을 방지한다.

그러나, 이러한 보호회로에 사용되는 IC 부품은 저항이나 FET 등보다 수∼수십 배 크다. 이런 이유로 IC가 탑재된 상용 보호회로를 단위전지의 체적변화 없이 단위전지 내 삽입이 곤란하다. 즉, 단위전지에 IC 탑재 보호회로를 설치하기 위해서는 단위전지 내 추가적인 별도의 공간이 필요하다. 하지만 Li/SOCl₂ 단위전지의 체적은 국제적으로 표준화된 규격에 따르기 때문에 보호회로를 장착하여 이 규격을 이탈하면 상품으로써 가치가 없다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 해결과제는 Li/SOCl₂ 전지를 외부단락과 과방전 또는 강제 과방전으로부터 보호하기 위한 보호회로를 구성하되 FET만을 사용한 보호회로를 구성하도록 하여 보호회로의 크기를 축소시키기 위한 것이다.

본 발명의 다른 해결과제는 이러한 축소된 보호회로를 단위전지 내에 수납할 수 있도록 단위전지의 구조를 개선하도록 함으로써 단위전지가 국제적 표준규격의 체적 변화없이 단위전지를 구성하기 위함이다.

상기 과제를 해결하기 위한 수단은 원통형 케이스에 Li/SOCl₂ 전지의 구성물이 수납되는 보호회로가 설치된 리튬전지에 있어서: 상기 원통형 케이스의 상부면에 설치되되 중심에 양극핀이 돌출되도록 설치되는 헤더; 상기 보호회로가 형성되어 상기 헤더의 상면에 설치되는 스페이스 겸용 전기기판; 상기 전기기판의 상부에 설치되는 캡 터미널을 포함하는 것이다.

또한, 본 발명에서 상기 보호회로는 상기 리튬전지의 양극단의 입력단자(+), (-) 사이에 설치되는 분압 저항(R1), (R2); 상기 분압 저항(R1), (R2)의 접속점에 게이트가 연결되는 n 채널형 FET 1; 상기 입력단자(+)와 출력단자(+) 사이에 드레인과 소스가 각각 연결되고, 게이트가 FET1의 드레인에 연결되도록 설치되는 p 채 널형 FET2; 상기 입력단자(+)와 FET1의 드레인 사이에 설치되는 저항(R3)으로 구성되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서 상기 전기기판에는 휴즈가 더 설치되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서 상기 전기기판은 상기 캡 터미널과 상기 헤더를 절연시키는 것이 바람직하다.

상기 과제와 해결수단을 갖는 본 발명에 따르면, 보호회로를 FET들과 수동소자로 단순하게 구성하여 소형화함으로써 전기기판을 스페이서로 겸용으로 사용할 수 있도록 하여 단위전지의 크기를 국제규격에 적합하도록 할 수 있다.

이하, 첨부된 내용에 따라 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 단위전지 보호회로의 회로도이다.

도 3에서 전지 입력단자(+), (-)에는 Li/SOCl₂ 전지의 양극, 음극이 연결되어 있으며, 출력단자(+), (-)는 다른 단위전지의 출력단자(+), (-)에 연결되어 집합전지를 형성하게 된다.

입력단자(+), (-) 사이에는 분압 저항(R1), (R2)이 연결되고, 분압 저항(R1), (R2)의 접속점은 n 채널형 FET 1의 게이트에 연결되어 분압저항(R1), (R2)의 접속점의 전위가 설정된 전위 이상일 경우에 FET1이 작동되도록 한다. 이때 설정된 전위는 입력단자(+), (-)의 전압이 과방전 이하로 개시되는 전압일 때의 분압 저항이다.

또한, 입력단자(+)와 출력단자(+) 사이에는 p 채널형 FET2의 드레인과 소오스가 연결되며, 입력단자(+)와 FET1의 드레인 사이에는 저항(R3)가 연결되며 FET2의 게이트는 FET1의 드레인과 연결된다.

따라서, 전지가 정상방전시에는 FET1이 작동하게 되고, FET2가 작동하게 되어 출력단자(+), (-)에 정상전압을 인가하게 되지만, 과방전 상태에서는 FET1은 부동작하게 됨으로써 FET2 또한 동작을 멈추게 되어 출력단자(+), (-)에 전압이 인가되지 않게 된다.

이와 같이 단위전지에 IC 보다 크기가 매우 작은 FET1, 2와 저항만으로 전체 크기가 기존의 것에 비하여 매우 축소된 보호회로를 설치할 수 있다.

도 4은 도 3에 도시된 보호회로를 설치하고 외부 단락시킬 때에 보호회로 출력단자의 전압을 측정한 도표이고, 도 5는 도 3에 도시된 보호회로를 설치하고 과방전 시킬 때에 보호회로 츨력단자의 전압을 측정한 도표이다.

도 4에 도시된 바와 같이 개회로 상태의 Li/SOCl₂ 단위전지의 전압은 3.6V로 정상 개회로 전압을 나타내고 있으나 도 3의 도시된 보호회로가 설치된 경우에 출력단자(+), (-)를 단락시키게 되면 보호회로에 의하여 출력단자(+), (-)의 전압이 0V로 떨어짐을 알 수 있다. 또한, 외부 단락시에 단위전지의 (+), (-)극의 전압은 점선으로 표시된 바와 같이 대략 3V를 유지하고 있는 정상상태를 유지하고 있음을 알 수 있다.

또한, 도 5에 도시된 바와 같이 개회로 상태에서 3.6V의 개회로 전압을 나타내고 있는 단위전지에 도 3의 보호회로를 설치하도록 한 후 정상방전을 시키기게 되면 출력단자 (+), (-)에는 대략 2.2V의 정상방전 상태가 되지만, 강제 과방전 상태가 되게 되면 보호회로가 방전전류의 흐름을 차단하게 됨으로써 출력단자(+), (-)의 전압은 0V를 유지하게 된다.

이와 같이 도 3의 보호회로는 소형의 FET 두 개를 이용하여 구성된 회로로서 과방전, 외부단락시에 단위전지를 충분히 보호함을 알 수 있다.

도 6은 본 발명의 일실시예의 보호회로가 단위전지에 설치된 것을 도시하기 위한 조립 단면도이고, 도 7은 도 6의 조립된 상태의 단면도이고, 도 8은 도 6의 회로기판의 평면도이다.

도 6, 7, 8에 도시된 바와 같이 단위전지의 원통형 케이스(1)에는 음극판, 양극판, 세퍼레이터가 권취되고, 전해액이 충진되며, 원통형 케이스(1)의 상부면에는 헤더(3)가 용접된다. 또한, 헤더의 중앙에는 양극핀(5)이 헤더(3)에 절연되도록 돌출 설치되며, 헤더(3)의 상면에는 양극핀(5)이 삽입되는 관통공이 형성되며, FET들과 퓨즈 및 전기저항들이 설치된 전기기판(7)이 설치된다. 이때 전기기판(7)은 캡 터미널(9)과 헤더(3)를 절연시키는 스페이서 역할을 수행하기 때문에 별도의 스페이서를 설치할 필요가 없다. 원통형 케이스(1)의 외주면과 전기기판(7)의 외연부는 수축튜브에 의하여 감싸지도록 하여 단위전지를 보호한다.

이와 같이 단위전지에 설치되는 보호회로는 FET와 수동소자로만 구성되게 되어 스페이서 겸용 전기기판(7)에 설치될 수 있기 때문에 국제 규격의 크기를 충족 시킬 수 있다.

도 1은 종래의 통상적인 구조를 이루고 있는 Li/SOCl₂ 단위전지의 구성을 나타내는 단면도이다.

도 2은 종래의 상용화된 리튬 2차 전지의 보호회로의 개략도를 도시한 것이다.

도 3은 본 발명의 단위전지 보호회로의 회로도이다.

도 4은 도 3에 도시된 보호회로를 설치하고 외부 단락시킬 때에 보호회로 출력단자의 전압을 측정한 도표이다.

도 5는 도 3에 도시된 보호회로를 설치하고 과방전 시킬 때에 보호회로 츨력단자의 전압을 측정한 도표이다.

도 6은 본 발명의 일실시예의 보호회로가 단위전지에 설치된 것을 도시하기 위한 조립 단면도이다.

도 7은 도 6의 조립된 상태의 단면도이다.

도 8은 도 6의 회로기판의 평면도이다.

Claims (4)

1. 원통형 케이스에 Li/SOCl₂ 전지의 구성물이 수납되는 보호회로가 설치된 리튬전지에 있어서:

   상기 원통형 케이스의 상부면에 설치되되 중심에 양극핀이 돌출되도록 설치되는 헤더;

   상기 보호회로가 형성되어 상기 헤더의 상면에 설치되는 스페이스 겸용 전기기판;

   상기 전기기판의 상부에 설치되는 캡 터미널을 포함하는 것을 특징으로 하는 보호회로가 설치된 리튬전지.
2. 청구항 제1항에 있어서, 상기 보호회로는 상기 리튬전지의 양극단의 입력단자(+), (-) 사이에 설치되는 분압 저항(R1), (R2);

   상기 분압 저항(R1), (R2)의 접속점에 게이트가 연결되는 n 채널형 FET 1;

   상기 입력단자(+)와 출력단자(+) 사이에 드레인과 소스가 각각 연결되고, 게이트가 FET1의 드레인에 연결되도록 설치되는 p 채널형 FET2;

   상기 입력단자(+)와 FET1의 드레인 사이에 설치되는 저항(R3)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 보호회로가 설치된 리튬전지.
3. 청구항 제1항 또는 제2항에 있에서, 상기 전기기판에는 휴즈가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 보호회로가 설치된 리튬전지.
4. 청구항 제3항에 있어서, 상기 전기기판은 상기 캡 터미널과 상기 헤더를 절연시키는 것을 특징으로 하는 보호회로가 설치된 리튬전지.

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