KR20140017043A - 전류차단장치와 이를 구비하는 배터리 팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 과전압 및 과전류 방지소자로서 퓨즈 대신에 회로 기판의 패턴을 이용함으로써 원가상승을 방지할 수 있는 배터리 팩을 제공한다.
이를 위해 본 발명은 충방전이 가능한 배터리 및 상기 배터리의 전압이 미리 설정된 제 1 전압보다 작거나, 미리 설정된 제 2 전압보다 크거나, 또는 미리 설정된 전류보다 큰 값을 검출 시 동작하는 보호회로를 포함하고, 상기 보호회로는 배선 패턴이 형성된 회로 기판, 상기 배선 패턴에 전기적으로 연결되며, 상기 회로 기판상에 패턴으로 형성되는 전류차단장치 및 상기 전류차단장치를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩을 개시한다.

Description

전류차단장치와 이를 구비하는 배터리 팩{Current breaking device and battery pack having the same}
본 발명은 전류차단장치와 이를 구비하는 배터리 팩에 관한 것이다.
일반적으로 배터리 팩에는 배터리 셀의 과충전이나 과방전 또는 외부 쇼트 등으로부터 그 배터리 셀을 안전하게 보호할 수 있도록 충방전 회로와 함께 보호회로가 형성되어 있다.
상기 보호회로는 과전압이나 과전류가 발생하면 충전 스위치 또는 방전 스위치를 이용하여, 일시적으로 충전 또는 방전을 정지시키거나, 또는 퓨즈를 끊음으로써 영구적으로 충전 또는 방전을 불가능하게 한다. 그러나 이와 같은 종래의 보호회로는, 전류차단장치로 별도의 독립된 부품인 퓨즈를 필요로 하기 때문에 퓨즈의 가격이 원가에 더해짐으로써 제조원가가 상승하는 문제점이 있다.
본 발명은 종래의 별도로 구비된 독립된 퓨즈를 사용하는 대신 회로 기판상에 패턴으로 형성되는 전류차단장치와 이를 구비하는 배터리 팩을 제공한다.
본 발명에 따른 전류차단장치는 서로 이격되어 대전류 경로에 각각 연결된 제 1랜드 및 제 2랜드, 상기 제 1랜드와 상기 제 2랜드의 상부에 형성되며, 상기 제 1랜드와 상기 제 2랜드를 전기적으로 연결한 퓨즈 패턴, 상기 제 1랜드와 상기 제 2랜드에서 연장되어 형성되며, 상기 제 1랜드와 상기 제 2랜드를 전기적으로 연결하는 전류 전달 패턴, 상기 퓨즈 패턴 하부에 형성되며, 상기 전류 전달 패턴에 연결된 열집중부, 상기 열집중부와 상기 퓨즈 패턴 사이에 형성된 절연막 및 상기 열집중부에 연결된 스위치를 포함한다.
상기 배터리의 전압이 미리 설정된 제 1 전압보다 작거나, 미리 설정된 제 2 전압보다 크거나, 또는 상기 대전류 경로의 전류가 미리 설정된 전류보다 큰 경우, 상기 스위치가 턴온될 수 있다. 상기 열집중부는 저항열을 발생하고, 상기 저항열은 상기 퓨즈 패턴을 녹여, 상기 대전류 경로를 차단할 수 있다. 상기 제 1랜드 및 상기 제 2랜드는 상기 퓨즈 패턴과는 이종의 금속일 수 있다. 상기 제 1랜드, 상기 제 2랜드, 및 상기 전류 전달 패턴의 용융 온도는 상기 퓨즈 패턴의 용융 온도보다 높을 수 있다. 상기 퓨즈 패턴은 상기 전류 전달 패턴보다 폭이 넓을 수 있다. 상기 열집중부는 평면의 형태가 지그재그(zigzag)형일 수 있다. 상기 절연막은 열전도성을 가지는 수지 또는 플라스틱으로 형성될 수 있다. 상기 절연막은 상기 열집중부를 감싸며, 상기 제 1랜드 및 상기 제 2랜드의 사이에 개재될 수 있다. 상기 스위치의 일측은 상기 열집중부에 연결되고, 상기 스위치의 타측은 접지단에 연결될 수 있다.
또한, 회로 기판상의 대전류 경로에 패턴으로 형성되며, 저항체로 형성되는 열발생부 및 상기 열발생부에 인접하여 상기 회로 기판상의 대전류 경로에 패턴으로 형성되는 퓨즈 패턴을 포함할 수 있다.
상기 열발생부는 전류에 의한 저항열을 이용해서 발열 될 수 있다. 상기 저항열은 상기 퓨즈 패턴을 녹일 수 있다. 상기 열발생부와 상기 퓨즈 패턴은 이종의 금속일 수 있다. 상기 열발생부가 배터리 측이면, 상기 퓨즈 패턴은 단자 측에 형성되고, 또는, 상기 열발생부가 단자 측이면, 상기 퓨즈 패턴은 배터리 측에 형성될 수 있다. 상기 열발생부는 제 1열발생부와 제 2열발생부로 분리되며, 상기 퓨즈 패턴은 상기 제 1열발생부와 상기 제 2열발생부 사이에 개재될 수 있다.
본 발명의 따른 배터리 팩은 충방전이 가능한 배터리 및 상기 배터리의 전압이 미리 설정된 제 1 전압보다 작거나, 미리 설정된 제 2 전압보다 크거나, 또는 상기 대전류 경로의 전류가 미리 설정된 전류보다 큰 값을 검출 시 동작하는 보호회로를 포함하고, 상기 보호회로는 배선 패턴이 형성된 회로 기판 상기 배선 패턴에 전기적으로 연결되며, 상기 회로 기판상에 패턴으로 형성되는 전류차단장치 및 상기 전류차단장치를 제어하는 제어부를 포함한다.
상기 전류차단장치는 서로 이격되어 상기 배선 패턴에 각각 연결된 제 1랜드 및 제 2랜드 상기 제 1랜드와 상기 제 2랜드의 상부에 형성되며, 상기 제 1랜드와 상기 제 2랜드를 전기적으로 연결하는 퓨즈 패턴, 상기 제 1랜드와 상기 제 2랜드에서 연장되어 형성되며, 상기 제 1랜드와 상기 제 2랜드를 전기적으로 연결하는 전류 전달 패턴, 상기 퓨즈 패턴 하부에 형성되며, 상기 전류 전달 패턴에 연결된 열집중부, 상기 열집중부와 상기 퓨즈 패턴 사이에 형성되는 절연막 및 일측은 상기 열집중부에 연결되고, 타측은 접지단에 연결되어 있으며, 상기 제어부의 제어를 받아 턴온되는 스위치를 포함할 수 있다. 상기 전류차단장치는, 상기 스위치를 턴온시킴으로써, 상기 열집중부가 접지단에 연결되어 전류에 의한 저항열이 발생될 수 있다. 상기 저항열은 상기 퓨즈 패턴을 녹여, 상기 배선 패턴의 대전류 경로를 차단할 수 있다.
본 발명은, 과전압 및 과전류 방지소자로 별도의 독립된 부품인 퓨즈 대신에 회로 기판의 패턴을 전류차단장치를 이용함으로써 원가상승을 방지할 수 있다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 전류차단장치와 이를 구비하는 배터리 팩을 개략적으로 도시한 개념 모식도이고, 도 1b는 도 1a의 1b를 확대한 모식도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전류차단장치의 동작 전, 후 상태를 도시한 단면도이다.
도 3a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전류차단장치와 이를 구비하는 배터리 팩을 개략적으로 도시한 개념 모식도이고, 도 3b는 도 3a의 3b를 확대한 모식도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전류차단장치와 이를 구비하는 배터리 팩을 개략적으로 도시한 개념 모식도 및 단면도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전류차단장치와 이를 구비하는 배터리 팩을 개략적으로 도시한 개념 모식도 및 단면도이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전류차단장치와 이를 구비하는 배터리 팩을 개략적으로 도시한 개념 모식도 및 단면도이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
여기서, 명세서 전체를 통하여 유사한 구성 및 동작을 갖는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 또한, 어떤 부분이 다른 부분과 전기적으로 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 연결되어 있는 경우도 포함한다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 전류차단장치와 이를 포함하는 배터리 팩에 대해서 설명한다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 전류차단장치와 이를 포함하는 배터리 팩을 개략적으로 도시한 개념 모식도이고, 도 1b는 도 1a의 1b를 확대한 모식도이며, 도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전류차단장치의 동작 전, 후 상태를 도시한 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(100)은 도 1a 내지 도 2b를 참조하면, 전류차단장치(110) 및 제어부(120)를 포함한다.
상기 전류차단장치(110)는 회로 기판(10) 즉, 절연층 위에 직접 형성되며, 외부환경으로부터 보호하기 위해 보호층(11)으로 덮여있다. 상기 전류차단장치(110)는 배터리(30)에서 이상전압이 발생하거나, 대전류 경로에서 이상전류가 발생하면, 대전류 경로를 차단한다.
상기 이상전압은 하나의 배터리(30)에서 측정되는 전압이 대략 3.0V(제 1 전압)보다 낮은 과방전 상태이거나, 대략 4.2V(제 2 전압)보다 높은 과충전 상태인 것을 의미하며, 상기 이상전류는 상기 대전류 경로에서 측정되는 전류가 기존에 설정된 전류보다 과전류인 상태를 의미한다. 그러나 이러한 수치는 예시적일 뿐이며, 이러한 수치로 본 발명이 한정되지 않는다. 즉, 배터리의 종류 및 고객 요구에 따라 상기 수치는 다양하게 변경될 수 있다.
상기 전류차단장치(110)는 제 1랜드(111a) 및 제 2랜드(111b), 퓨즈 패턴(112), 전류 전달 패턴(113), 열집중부(114), 절연막(115) 및 스위치(116)를 포함한다. 여기서, 상기 제 1랜드(111a) 및 제 2랜드(111b), 퓨즈 패턴(112), 전류 전달 패턴(113), 열집중부(114)가 회로 기판(10)의 절연층 위에 직접 형성된다.
상기 제 1랜드(111a) 및 제 2랜드(111b)는 전류를 전달하는 금속성 물질로 회로 기판(10)상에 패턴으로 형성된다. 여기서 상기 제 1랜드(111a) 및 제 2랜드(111b)는 회로 기판(10)에 패턴으로 형성되는 배선 패턴(20)과 동일한 동박 패턴으로 형성되는 것이 바람직하다. 이는 상기 배선 패턴(20)을 통해 공급되는 전력이 제 1랜드(111a) 및 제 2랜드(111b)를 통과하는 동안 손실되는 양을 최소화하기 위함이다.
상기 제 1랜드(111a) 및 제 2랜드(111b)는 서로 이격되어 대전류 경로에 각각 연결되어 형성된다.
상기 퓨즈 패턴(112)은 회로 기판(10)상에 패턴으로 형성된다.
상기 퓨즈 패턴(112)은 전류를 전달하는 저 융점 금속으로 형성된다.
여기서, 상기 퓨즈 패턴(112)에 관한 융점 온도는 특별히 제한되지는 않지만, 바람직하게는 대략, 100 내지 160℃, 더욱 바람직하게는 대략, 130 내지 150℃이다. 예를 들면 100 내지 160℃의 융점 온도를 가지는 SnPb, SnAg, SnCu, SnAu, SnZn, SnZnBi, SnAgCu, SnAgBi 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나로 형성될 수 있으나 본 발명에서 이를 한정하는 것은 아니다.
이는 대략, 후술할 열집중부(114)로부터 제공되는 저항열에 대응되는 온도로, 상기 저항열에 의해 상기 퓨즈 패턴(112)은 용융될 수 있다.
상기 퓨즈 패턴(112)은 제 1랜드(111a) 및 제 2랜드(111b)와 이종의 금속으로 형성된다. 여기서, 상기 제 1랜드(111a) 및 제 2랜드(111b)의 용융 온도는 상기 퓨즈 패턴(112)의 용융 온도 보다 높다. 이는 상기 퓨즈 패턴(112)이 용융되는 온도에서는 상기 제 1랜드(111a) 및 제 2랜드(111b)는 용융되지 않아야 하기 때문이다. 더불어, 상기 제 1랜드(111a) 및 제 2랜드(111b)는 구리(Cu), 니켈(Ni) 도금된 구리, 팔라듐(Pd) 도금된 구리 및 그의 등가물 중에서 선택된 어느 하나로 형성될 수 있으나, 본 발명에서 이를 한정하는 것은 아니다.
상기 퓨즈 패턴(112)은 제 1랜드(111a)와 제 2랜드(111b)의 상부에 형성되며, 상기 제 1랜드(111a)와 제 2랜드(111b)를 전기적으로 연결하여 대전류 경로를 제공한다.
상기 전류 전달 패턴(113)은 전류를 전달하는 금속성 물질로 형성되며, 제 1랜드(111a)와 제 2랜드(111b)에서 연장되어 기판상에 패턴으로 형성된다. 여기서 상기 전류 전달 패턴(113)은 제 1랜드(111a)와 제 2랜드(111b)와 동일한 금속인 것이 바람직하다. 이는 상기 전류 전달 패턴(113)과 제 1랜드(111a) 및 제 2랜드(111b) 사이의 접촉 저항을 줄여, 상기 제 1랜드(111a) 및 제 2랜드(111b)에 공급되는 전력이 전류 전달 패턴(113)을 통과하는 동안 손실되는 양을 최소화하기 위함이다.
상기 전류 전달 패턴(113)은 제 1랜드(111a)와 제 2랜드(111b)를 전기적으로 연결한다. 여기서, 상기 전류 전달 패턴(113)의 폭(d1) 및/또는 두께는 퓨즈 패턴(112)의 폭(d2) 및/또는 두께보다 작게 형성되는 것이 바람직하다. 이는 전류의 대부분이 퓨즈 패턴(112)을 통해 흐르게 하기 위함이다. 또한, 상기 전류 전달 패턴(113)은 퓨즈 패턴(112)과 물리적으로 연결되지 않는 것이 바람직하다. 더욱이, 상기 전류 전달 패턴(113)은 배선 패턴(20)의 폭 및/또는 두께보다 작게 형성된다.
상기 열집중부(114)는 전류를 전달하며, 동시에 전류에 의한 저항열을 이용해서 발열 되는 폭이 얇은 저항체로 형성된다.
상기 열집중부(114)는 퓨즈 패턴(112) 하부에 형성된다. 바람직하게는 제 1랜드(111a)와 제 2랜드(111b)의 사이, 및 퓨즈 패턴(112) 하부에 형성되어 전류 전달 패턴(113)에 연결된다.
도 2b를 참조하면, 상기 열집중부(114)는 배터리(30)에서 이상전압이 발생하거나, 대전류 경로에서 이상전류가 발생하면 저항열을 이용해 발열하며 퓨즈 패턴(112)을 녹인다. 상기 퓨즈 패턴(112)이 녹으면 대전류 경로는 차단된다. 여기서 녹은 퓨즈 패턴(112)은 제 1 퓨즈 패턴(112a)과 제 2 퓨즈 패턴(112b)으로 분리되어, 제 1랜드(111a)와 제 2랜드(111b)상에 각각 형성된다.
상기 열집중부(114)에서 발생하는 저항열은 퓨즈 패턴(112)을 녹이는 온도 수준이다. 여기서, 열집중부(114)는 제 1랜드(111a), 제 2랜드(111b), 및 전류 전달 패턴(113)을 녹이지 않도록 형성된다. 바람직하게는 열집중부(114)에서 발생하는 저항열은 절연막(115)을 녹이지 않아야 한다.
상기 절연막(115)은 퓨즈 패턴(112)과 열집중부(114)의 전기적 연결을 차단하는 절연체로 퓨즈 패턴(112)과 열집중부(114) 사이에 형성된다. 여기서 상기 절연막(115)은 열집중부(114)를 감싸 제 1랜드(111a), 제 2랜드(111b), 및 퓨즈 패턴(112)과 열집중부(114)의 전기적으로 연결되지 않는 것이 바람직하다.
상기 절연막(115)은 우수한 열전도성을 가지는 수지 또는 플라스틱으로 형성되어, 상기 열집중부(114)에서 발생하는 저항열을 퓨즈 패턴(112)에 전달하는 데 있어, 열 손실을 최소화하여야 한다. 일례로, 상기 절연막(115)은 열전도성 폴리머, 열도전성 세라믹 입자 및 첨가물 등으로 이루어질 수 있으나, 이로써 본 발명이 한정되지 않는다.
상기 스위치(116)는 전계효과 트랜지스터(FET) 또는 바이폴라 트랜지스터(BJT) 등으로 형성될 수 있다. 물론, 트랜지스터 대신에 통상의 릴레이 등도 가능하다.
상기 스위치(116)의 제 1 전극은 상기 열집중부(114), 제 2 전극은 접지단(117), 제어 전극은 제어부(120)에 각각 연결되어 있다. 상기 스위치(116)는 상기 제어부(120)의 제어를 받으며, 배터리(30)에서 이상전압이 발생하거나, 대전류 경로에서 이상전류가 발생하면, 상기 열집중부(114)를 접지단(117)에 연결하여 열집중부(114)로 전류가 흐르도록 한다.
상기 제어부(120)는 배터리(30)에 연결된 전압센서(미도시)에 연결되어, 배터리(30)의 전압을 센싱하고, 대전류 경로 상에 연결된 전류센서(R)로부터 전류를 센싱한다. 또한, 제어부(120)는 스위치(116)의 제어 전극에 연결되어 있어 배터리(30)에서 이상전압이 발생하거나, 대전류 경로에서 이상전류가 발생하면, 상기 전류차단장치(110)를 동작시켜 대전류 경로를 차단한다.
이하에서, 전류차단장치(110)가 동작하여 대전류 경로를 차단하는 방법을 간략하게 설명하면 다음과 같다.
상기 배터리(30)의 전압이 정상범위를 벗어나거나, 대전류 경로의 전류가 미리 설정된 전류보다 높은 경우, 제어부(120)는 스위치(116)를 제어하여, 열집중부(114)를 접지단(117)에 연결한다.
상기 열집중부(114)는 일정 온도로 발열하게 되고, 그 열은 절연막(114)을 통해 제 1랜드(111a), 제 2랜드(111b) 및 퓨즈 패턴(112)에 전달된다.
상기 열집중부(114)에서 발생한 열은 퓨즈 패턴(112)만 녹이게 되고, 퓨즈 패턴(112)은 제 1랜드(111a) 및 제 2랜드(111b)상에 제 1 퓨즈 패턴(112a)과 제 2 퓨즈 패턴(112b)으로 각각 분리된다.
이로써, 퓨즈 패턴(112)을 통한 대전류 경로는 차단되며, 전류 전달 패턴(113)을 통한 미세한 전류만 통하게 된다. 그러나 전류 전달 패턴(113)을 통한 전류는 전기 장치를 구동하기에는 부족한 전력이므로 무시될 수 있다.
이로써 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(100)은 대전류 경로의 과전압 및 과전류 방지소자로서 퓨즈 대신에 회로 기판(10)에 형성된 패턴을 이용함으로써 원가절약을 할 수 있다.
다음은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전류차단장치와 이를 포함하는 배터리 팩에 대하여 설명한다.
도 3a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전류차단장치와 이를 구비하는 배터리 팩을 개략적으로 도시한 개념 모식도이고, 도 3b는 도 3a의 3b를 확대한 모식도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩(200)은 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 전류차단장치(210) 및 제어부(120)를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전류차단장치와 이를 포함하는 배터리 팩(200)은 도 1a에 따른 배터리 팩(100)과 전류차단장치(210)의 구조가 다르게 형성된다. 따라서, 이하에서 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩(200)은 전류차단장치(210)를 중심으로 설명한다. 또한, 상기 배터리 팩(200)은 도 1a에 따른 배터리 팩(100)과 동일 또는 유사한 부분에 대하여 동일한 도면부호를 사용하며, 여기서 상세한 설명은 생략한다.
상기 전류차단장치(210)는 열집중부(214)를 포함한다.
상기 열집중부(214)는 제 1랜드(111a) 와 제 2랜드(111b)의 사이, 및 퓨즈 패턴(112) 하부에 형성되며, 전류 전달 패턴(113)에 연결된다. 여기서 상기 열집중부(214)는 발열 면적을 넓히기 위해 평면에서 보았을 때 대략, 지그재그(zigzag) 형상을 가진다. 물론, 이러한 지그재그 형상 이외에도 발열 면적을 넓히기 위해서는 다양한 형상이 가능하다.
상기 열집중부(214)는 발열 면적을 넓혀 일직선의 열집중부(114)에 비해 큰 온도를 퓨즈 패턴(112)에 빠르게 전달한다. 그리하여 이상전압 및 이상전류에 대응하는 대전류 경로의 차단 속도가 빨라진다.
다음은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전류차단장치와 이를 포함하는 배터리 팩에 대하여 설명한다.도 4a 및 도 4b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전류차단장치와 이를 구비하는 배터리 팩을 개략적으로 도시한 개념 모식도 및 단면도이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩(300)은 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 회로 기판(10)의 절연층 위에 직접 형성된 열발생부(311) 및 퓨즈 패턴(312)을 구비하는 전류차단장치(310)를 포함한다.
상기 전류차단장치(310)는 외부환경으로부터 보호하기 위해 보호층(11)으로 덮여있다.
상기 열발생부(311)는 회로 기판(10)상에 패턴으로 형성되는 저항체이다. 열발생부(311)의 일측은 배터리(30) 측의 배선 패턴(20)에 전기적으로 연결되어 대전류 경로에 과전류가 발생하면, 과전류에 의한 저항열로 인해 발열한다. 상기 열발생부(311)는 배선 패턴(20)의 저항보다 높은 저항을 갖는 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 배선 패턴(20)이 구리(Cu)로 형성된 경우, 상기 열발생부(311)는 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 텅스텐(W) 또는 스틸 등으로 형성될 수 있다. 그러나 이러한 재질로 본 발명이 한정되지 않는다. 상기 퓨즈 패턴(312)은 회로 기판(10)상에 패턴으로 형성되며, 전류를 전달하는 금속성 물질로 일측은 열발생부(311)에 인접하게 연결되며, 타측은 팩 단자(40a) 측의 배선 패턴(20)에 전기적으로 연결된다. 여기서 상기 퓨즈 패턴(312)은 상기 열발생부(311)와는 상이한 이종의 금속이다. 예를 들어 상기 퓨즈 패턴(312)은 SnPb, SnAg, SnCu, SnAu, SnZn, SnZnBi, SnAgCu, SnAgBi 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나로 형성될 수 있으나 본 발명에서 이를 한정하는 것은 아니다.
상기 퓨즈 패턴(312)은 배터리(30)에 과전류가 흐를 경우, 인접하게 연결된 열발생부(311)에서 발생한 저항열로 녹아 대전류 경로를 차단한다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전류차단장치와 이를 구비하는 배터리 팩을 개략적으로 도시한 개념 모식도 및 단면도이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩(400)은 도 5a 내지 도 5b를 참조하면, 회로 기판(10)의 절연층 위에 직접 형성된 열발생부(411) 및 퓨즈 패턴(412)을 구비하는 전류차단장치(410)를 포함한다.
상기 전류차단장치(410)는 외부환경으로부터 보호하기 위해 보호층(11)으로 덮여있다.
상기 열발생부(411)는 회로 기판(10)상에 패턴으로 형성되는 저항체이다. 열발생부(411)의 일측은 팩 단자(40a) 측의 배선 패턴(20)에 전기적으로 연결되어 대전류 경로에 과전류가 발생하면, 과전류에 의한 저항열로 인해 발열한다. 상기 열발생부(411)는 배선 패턴(20)의 저항보다 높은 저항을 갖는 물질로 형성될 수 있으며, 상기 열발생부(311)와 동일한 재질로 형성된다. 상기 퓨즈 패턴(412)은 회로 기판(10)상에 패턴으로 형성되며, 전류를 전달하는 금속성 물질로 일측은 배터리(30) 측의 배선 패턴(20)에 전기적으로 연결되며, 타측은 열발생부(411)에 인접하게 연결된다. 여기서 상기 퓨즈 패턴(412)은 상기 열발생부(411)와는 상이한 이종의 금속이며, 상기 퓨즈 패턴(312)과 동일한 재질로 형성된다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전류차단장치와 이를 구비하는 배터리 팩을 개략적으로 도시한 개념 모식도 및 단면도이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩(500)은 도 6a 내지 도 6b를 참조하면, 회로 기판(10)의 절연층 위에 직접 형성된 열발생부(511) 및 퓨즈 패턴(512)을 구비하는 전류차단장치(510)를 포함한다.
상기 전류차단장치(510)는 외부환경으로부터 보호하기 위해 보호층(11)으로 덮여있다.
상기 열발생부(511)는 제 1열발생부(511a) 및 제 2열발생부(511b)로 분리되어 형성된다.
상기 제 1열발생부(511a)는 회로 기판(10)상에 패턴으로 형성되는 저항체이다. 제 1열발생부(511a)의 일측은 배터리(30) 측의 배선 패턴(20)에 전기적으로 연결되어 대전류 경로에 과전류가 발생하면, 과전류에 의한 저항열로 인해 발열한다. 상기 제 1열발생부(511a)는 배선 패턴(20)의 저항보다 높은 저항을 갖는 물질로 형성될 수 있으며, 상기 열발생부(311)와 동일한 재질로 형성된다.
상기 제 2열발생부(511b)는 회로 기판(10)상에 패턴으로 형성되는 저항체이다. 제 2열발생부(511b)의 일측은 팩 단자(40a) 측의 배선 패턴(20)에 전기적으로 연결되어 대전류 경로에 과전류가 발생하면, 과전류에 의한 저항열로 인해 발열한다. 제 2열발생부(511b)는 배선 패턴(20)의 저항보다 높은 저항을 갖는 물질로 형성될 수 있으며, 상기 열발생부(311)와 동일한 재질로 형성된다.
상기 퓨즈 패턴(512)은 회로 기판(10)상에 패턴으로 형성되며, 전류를 전달하는 금속성 물질로 상기 제 1열발생부(511a)와 제 2열발생부(511b) 사이에 개재되어 형성된다. 여기서 상기 퓨즈 패턴(512)은 상기 열발생부(511)와는 상이한 이종의 금속이며, 상기 퓨즈 패턴(312)과 동일한 재질로 형성된다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정, 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
10: 회로 기판 20: 배선 패턴
30: 배터리 40a, 40b: 팩 단자
100: 배터리 팩

Claims (20)

  1. 회로 기판상에 형성되고, 배터리에 연결된 전류차단장치에 있어서,
    상기 전류차단장치는,
    서로 이격되어 대전류 경로에 각각 연결된 제 1랜드 및 제 2랜드;
    상기 제 1랜드와 상기 제 2랜드의 상부에 형성되며, 상기 제 1랜드와 상기 제 2랜드를 전기적으로 연결한 퓨즈 패턴;
    상기 제 1랜드와 상기 제 2랜드에서 연장되어 형성되며, 상기 제 1랜드와 상기 제 2랜드를 전기적으로 연결하는 전류 전달 패턴;
    상기 퓨즈 패턴 하부에 형성되며, 상기 전류 전달 패턴에 연결된 열집중부;
    상기 열집중부와 상기 퓨즈 패턴 사이에 형성된 절연막; 및
    상기 열집중부에 연결된 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전류차단장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 배터리의 전압이 미리 설정된 제 1 전압보다 작거나, 미리 설정된 제 2 전압보다 크거나, 또는 상기 대전류 경로의 전류가 미리 설정된 전류보다 큰 경우, 상기 스위치가 턴온됨을 특징으로 하는 전류차단장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 열집중부는 저항열을 발생하고,
    상기 저항열은 상기 퓨즈 패턴을 녹여, 상기 대전류 경로를 차단하는 것을 특징으로 하는 전류차단장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1랜드 및 상기 제 2랜드는 상기 퓨즈 패턴과는 이종의 금속인 것을 특징으로 하는 전류차단장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1랜드, 상기 제 2랜드, 및 상기 전류 전달 패턴의 용융 온도는 상기 퓨즈 패턴의 용융 온도보다 높은 것을 특징으로 하는 전류차단장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 퓨즈 패턴은 상기 전류 전달 패턴보다 폭이 넓은 것을 특징으로 하는 전류차단장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 열집중부는 평면의 형태가 지그재그(zigzag)형인 것을 특징으로 하는 전류차단장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 절연막은 열전도성을 가지는 수지 또는 플라스틱으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전류차단장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 절연막은 상기 열집중부를 감싸며, 상기 제 1랜드 및 상기 제 2랜드의 사이에 개재된 것을 특징으로 하는 전류차단장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 스위치의 일측은 상기 열집중부에 연결되고, 상기 스위치의 타측은 접지단에 연결되는 것을 특징으로 하는 전류차단장치.
  11. 회로 기판상의 대전류 경로에 패턴으로 형성되며, 저항체로 형성되는 열발생부; 및
    상기 열발생부에 인접하여 상기 회로 기판상의 대전류 경로에 패턴으로 형성되는 퓨즈 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 전류차단장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 열발생부는 전류에 의한 저항열을 이용해서 발열 되는 것을 특징으로 하는 전류차단장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 저항열은 상기 퓨즈 패턴을 녹이는 것을 특징으로 하는 전류차단장치.
  14. 제 11항에 있어서,
    상기 열발생부와 상기 퓨즈 패턴은 이종의 금속인 것을 특징으로 하는 전류차단장치.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 열발생부가 배터리 측이면, 상기 퓨즈 패턴은 단자 측에 형성되고, 또는, 상기 열발생부가 단자 측이면, 상기 퓨즈 패턴은 배터리 측에 형성되는 것을 특징으로 하는 전류차단장치.
  16. 제 13항에 있어서,
    상기 열발생부는 제 1열발생부와 제 2열발생부로 분리되며, 상기 퓨즈 패턴은 상기 제 1열발생부와 상기 제 2열발생부 사이에 개재되는 것을 특징으로 하는 전류차단장치.
  17. 충방전이 가능한 배터리; 및
    상기 배터리의 전압이 미리 설정된 제 1 전압보다 작거나, 미리 설정된 제 2 전압보다 크거나, 또는 미리 설정된 전류보다 큰 값을 검출 시 동작하는 보호회로를 포함하고,
    상기 보호회로는
    배선 패턴이 형성된 회로 기판;
    상기 배선 패턴에 전기적으로 연결되며, 상기 회로 기판상에 패턴으로 형성되는 전류차단장치; 및
    상기 전류차단장치를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 전류차단장치는 서로 이격되어 상기 배선 패턴에 각각 연결된 제 1랜드 및 제 2랜드;
    상기 제 1랜드와 상기 제 2랜드의 상부에 형성되며, 상기 제 1랜드와 상기 제 2랜드를 전기적으로 연결하는 퓨즈 패턴;
    상기 제 1랜드와 상기 제 2랜드에서 연장되어 형성되며, 상기 제 1랜드와 상기 제 2랜드를 전기적으로 연결하는 전류 전달 패턴;
    상기 퓨즈 패턴 하부에 형성되며, 상기 전류 전달 패턴에 연결된 열집중부;
    상기 열집중부와 상기 퓨즈 패턴 사이에 형성되는 절연막; 및
    일측은 상기 열집중부에 연결되고, 타측은 접지단에 연결되어 있으며, 상기 제어부의 제어를 받아 턴온되는 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 전류차단장치는,
    상기 스위치를 턴온시킴으로써,
    상기 열집중부가 접지단에 연결되어 전류에 의한 저항열이 발생되도록 함을 특징으로 하는 배터리 팩.
  20. 제 17항에 있어서,
    상기 저항열은 상기 퓨즈 패턴을 녹여, 상기 배선 패턴의 대전류 경로를 차단하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
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