KR20180034138A - A fusible switch, a battery control device comprising the same and the control method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
용융 스위치 조립체, 이를 포함하는 배터리 제어장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 배터리 셀의 일부가 고장난 경우 고장난 셀(faulty Cell)을 자동적으로 교체용 배터리 셀(replacement cell)로 교체해주는 배터리 제어장치의 용융 스위치 조립체에 관한 것이다.More particularly, to a battery control device for automatically replacing a faulty cell with a replacement battery cell when a part of the battery cell is broken down. To a melt switch assembly.
최근 전기자동차와 에너지저장장치(ESS) 등이 기술개발이 활발해지면서, 다수의 배터리 셀을 연결한 고전압 대용량의 배터리 팩에 대한 연구도 활발해지고 있다.Recently, with the development of electric vehicles and energy storage devices (ESS), researches on high voltage and large capacity battery packs connecting a plurality of battery cells have become active.
현재 배터리의 안전성 확보를 위해 배터리 관리 시스템(BMS)을 이용하는 등 다양한 방법을 시도하고 있지만, 배터리의 전기화학적 비선형성 및 불안정한 특성으로 인하여 배터리의 셀 손상 및 고장에 대한 근본적인 안전성 확보기술은 현재까지 개발되지 않고 있다.Currently, various methods such as battery management system (BMS) are used to secure the safety of the battery. However, due to the electrochemical non-linearity and unstable characteristics of the battery, .
특히, 다수의 배터리 셀을 연결한 배터리 팩은 단위 셀이 하나라도 고장 나면, 고가의 전체 배터리 팩을 교체해야 하는 치명적인 한계점을 가지고 있다.Particularly, a battery pack having a plurality of battery cells connected thereto has a critical limitation in that if one unit cell fails, the entire expensive battery pack needs to be replaced.
만일 전체 배터리 팩 전체를 교체하지 않으려면, 고장난 셀을 발견한 후 그 연결을 배제하는 기술이 개발되어 있었다.If you do not want to replace the entire battery pack in its entirety, a technique has been developed to eliminate the connection after detecting a broken cell.
특허문헌 1(한국 공개특허 KR 10-2013-0040435 A, 공개일: 2013.04.24.)과 특허문헌 2(한국 공개특허 KR 10-2014-0091109 A, 공개일: 2014.07.21.)는 그러한 기술이 기재된 문헌의 예로서, 특허문헌 1과 특허문헌 2에는 ‘다수의 배터리 셀이 직렬로 연결된 배터리 팩에 있어서, 배터리 셀이 고장 나면, 그 고장된 배터리 셀을 직렬연결된 배터리에서 우회연결(bypassing)함으로써, 배터리 팩 전체의 고장을 자동적으로 복원하는 기술’이 기재되어 있다.Patent Document 1 (Korean Patent Publication KR 10-2013-0040435 A, Publication Date: Apr. 24, 2014) and Patent Document 2 (Korean Patent Publication KR 10-2014-0091109 A, Publication Date:
그러나 상기 기술은 ‘고장난 셀을 배터리에서 우회연결(bypassing)한 후 발생되는 배터리 팩의 전압강하 손실을 보상해주지 못하는 문제점’을 갖고 있다.However, the above-described technique has a problem in that it can not compensate for the voltage drop loss of the battery pack caused by bypassing the failed cell in the battery.
또한, 상기 우회연결 방법을 직병렬 연결의 배터리 팩에 적용시에는 병렬로 연결된 모듈 간에 발생되는 전압차이가 발생하는 문제점이 있다.In addition, when the detour connection method is applied to a battery pack of serial-parallel connection, a voltage difference generated between modules connected in parallel occurs.
또한, 상기 특허에서 고장난 셀을 릴레이로 우회연결시에 발생되는 불연속 구간으로 인하여 배터리 부하의 충방전 전류가 끊어지는 구조적인 문제점도 안고 있다. In addition, the patent also has a structural problem in that charge / discharge current of the battery load is cut off due to a discontinuity section generated when the failed cell is connected to the relay.
따라서, 상기에서 언급한 배터리 셀의 우회연결 방법으로 발생되는 배터리팩의 전압강하 문제점과 충방전 전류의 불연속 문제점을 해결하기 위한 기술이 필요하다.Accordingly, there is a need for a technique for solving the voltage drop problem of the battery pack and the discontinuity of charge / discharge current generated by the bypass connection method of the battery cell.
또한 특허문헌 1과 특허문헌 2에는 다이오드를 포함하는 다수의 스위치가 사용되고 있는데, 이 다수의 스위치는 대용량의 전류가 통과하므로, 도통저항(on resistance)이 문제가 된다.In
스위치에 대용량의 전류가 흐를 때, 스위치의 도통저항(on resistance)으로 인해 높은 전력소모와 발열이 존재하게 되는데, 이것은 스위치의 고출력, 고밀도화의 구현에 치명적인 걸림돌이 되고 있다When a large current flows through the switch, there is a high power consumption and heat due to the on resistance of the switch, which is a serious obstacle to the implementation of high output and high density of the switch
통상 스위치는 크게 반도체 기반의 스위치와 기계적 접점 기반의 스위치로 구분되며, 트랜지스터와 같은 반도체 기반의 스위치는 릴레이(relay), 접촉기(contactor)와 같은 기계식 스위치에 비해 매우 우수한 내충격성과 높은 동작 주파수로 작동할 수 있는 것을 특징으로 한다. Typically, switches are largely divided into semiconductor-based switches and mechanical contact-based switches. Semiconductor-based switches such as transistors operate with excellent shock resistance and high operating frequency compared to mechanical switches such as relays and contactors. .
반면에 릴레이, 접촉기와 같은 기계식 스위치는 반도체 스위치 대비 내충격성은 취약하나 매우 낮은 접촉저항(contact resistance)을 가지는 것을 특징으로 한다. On the other hand, mechanical switches such as relays and contactors are characterized by their low impact resistance but very low contact resistance compared to semiconductor switches.
그러나 기계적 접촉 방식의 스위치도 기계적인 접촉을 통하여 두 도체 사이에 전류가 흐르므로 항상 기계적인 접촉의 접촉저항이 존재하고, 이로 인하여 대용량의 전류가 흐를 때 접촉저항으로 인하여 과다한 전력소모와 스위치 발열이 발생된다.However, mechanical contact switches also have mechanical contact contact resistance due to the current flowing between the two conductors through mechanical contact. As a result, contact resistance causes excessive power consumption and switch heat generation .
따라서 통상적으로 접촉저항을 줄이기 위해서는 도체 사이의 접촉면적을 크게 하고, 접점부위를 낮은 비저항값과 높은 전도율을 가진 재료를 사용하여야 한다. 그리고 접촉저항은 두 도체간의 접점 압력에 따라 달라지는데, 접촉압력이 높을수록 접촉저항이 낮아진다. Therefore, in order to reduce the contact resistance, it is usually necessary to increase the contact area between the conductors and to use a material having a low resistivity and a high conductivity. The contact resistance depends on the contact pressure between the two conductors. The higher the contact pressure, the lower the contact resistance.
그러나 요구되는 수준의 접촉저항을 만족하도록 접촉면적(contact surface)을 늘리면 접점 도체의 부피가 이에 비례하여 커지고, 은, 백금과 같은 높은 전도율의 도체를 사용하면 비용이 증가하게 된다. 또한 외부의 충격/진동으로부터도 기계적인 접점상태 유지하고 접촉압력을 높여 접촉저항을 줄이기를 위해서는 물리적으로 강한 힘이 요구되어져 스위치의 부피와 무게가 증가하게 된다.However, when the contact surface is increased to satisfy the required level of contact resistance, the volume of the contact conductor increases proportionally, and the use of a conductor with a high conductivity such as silver or platinum increases the cost. In addition, since the mechanical contact is maintained from the external shock / vibration and the contact resistance is reduced by increasing the contact pressure, a strong physical force is required to increase the volume and weight of the switch.
따라서 종래의 스위치 기술로는, 대용량의 전류가 흐를 때 높은 내충격성을 지니는 동시에 접촉저항이 작은 소형/경량화 스위치 구현에 한계가 있다. Therefore, with the conventional switch technology, there is a limitation in realizing a small / lightweight switch having a high impact resistance when a large amount of current flows and a small contact resistance.
이를 극복하기 위하여, 전도성 접합물질(conductive bonding materials)의 용융에 의하여 두 접점을 접합시키는 솔더링(용융)기반의 용융 스위치(fusible switch)(용융 스위치는 fusion switch 라고 부를 수도 있으나, 본 명세서에서는 fusible switch 로 부르기로 함)에 관련된 발명들이 이루어졌고, 그 발명들은 다음의 2가지 기술방식으로 대별될 수 있다.To overcome this, a soldering-based fusible switch for joining two contacts by melting of conductive bonding materials (a melting switch may be referred to as a fusion switch, but in this specification, a fusible switch ), And the inventions can be categorized into the following two techniques.
첫 번째 방식은 이격된 전극(electrode)이 상호 접촉되게 직접 이동되어 전극 사이의 솔더링 물질(soldering material)을 압착하면서 밀착하는 방식이다. 즉 직접 밀착방식(press-contact method)이라 할 수 있다. 특허문헌 3(미국 등록특허 US 5025119 A, 등록일: 1991.06.18.)의 스위치는 이러한 직접 밀착방식의 예라 할 수 있다. 특허문헌 3의 스위치는, 2개의 전극의 접촉과정에서 발생되는 접촉저항과 도통전류에 의해 주울열(Joul heat)(전류가 흐름으로써 도체에 발생하는 열)이 발생되고, 상기 주울열에 의해 전도성 접합물질이 용융되는 구조를 갖는다.The first method is a method in which spaced electrodes are directly moved in contact with each other to closely contact the soldering material between the electrodes. That is, it can be called a press-contact method. The switch of Patent Document 3 (US registered patent US 5025119 A, filed on Jun. 18, 1991) is an example of this direct contact type. In the switch of
그러나, 직접 밀착방식( Press-contact method)은 두 전극(electrode)의 밀착에 의해 도통저항(on resistance)을 감소시킬수 있는 장점은 있으나, 전극단자(electrode terminal)의 움직임이 초래되는 구조로 인하여 대전류 용량의 스위치의 용도로는 부적합하다. However, the press-contact method has an advantage in that the on resistance can be reduced by the close contact of the two electrodes. However, due to the structure in which the electrode terminal moves, Capacity switches.
즉 밀착되는 전극은 이동성을 갖기 위해 소정의 길이에서 굽힘성을 갖도록 얇은 두께의 도체로만 제한되고 이로 인하여 매우 낮은 저항값을 갖는 두꺼운 도체는 사용할 수가 없어 도통저항을 최소화 하는데 구조적으로 한계성을 가진다.That is, the contacted electrode is limited to only a thin-walled conductor so as to have a bendability at a predetermined length so as to have mobility, and therefore, a thick conductor having a very low resistance value can not be used, which is structurally limited in minimizing conduction resistance.
또한, 특허문헌 3에서는 스위치를 온(on, 단락)시킬 때 발생되는 접촉저항과 도통전류에 의해 주울열(Joul heat)이 발생되고, 상기 주울열에 의해 전도성 접합물질이 용융되어 용융결합되는 구조를 갖는다.Also, in
따라서, 또한 특허문헌 3에서는 상기 두 전극간의 용융결합 정도는 상기 도통전류와 접촉저항에 의해 발생되는 주울열 크기에 따라 결정된다. 그러므로 도통전류 또는 접촉저항이 충분한 주울열을 발생할 정도로 크지 못하면 접점부위에서 국부적인 용융결합으로 인하여 도통저항이 커지는 문제점이 있다.Therefore, in
두 번째 방식은, 솔더링 물질(soldering material)을 열에 의해 용융시킨 후, 두개의 이격된 고정전극(stationary terminals) 사이에 용융된 솔더링 물질(soldering material)을 채워 넣은 후 응고(solidification)시키는 방식이다. 이 방식에 의한 용융 스위치는, 매립방식(Gap-filling method)의 용융스위치(fusible switch)라고 부를 수 있고, 특허문헌 4(미국 등록특허 US 5898356 A, 공개일: 1999.04.27.), 특허문헌 5(영국 공개특허 GB2355340 A, 공개일: 2001.04.18.)의 스위치는 그 예이다.The second method is a method in which a soldering material is melted by heat, and a molten soldering material is filled between two spaced stationary terminals, followed by solidification. The melting switch according to this method can be called a fusible switch in a filling method (Gap-filling method), and is disclosed in Patent Document 4 (United States Patent No. 5898356 A, published on Apr. 28, 1999) 5 (GB2355340 A, publication date: Apr. 18, 2001) is an example.
그러나, 일반적으로 솔더링 물질의 비저항(resistivity)은 전극의 비저항(resistivity)보다 크므로, 상기 매립방식에서 전극간의 내전압(또는 절연저항)은 전극간의 이격거리에 비례하여 커짐에 따라 상기 이격공간(air gap)에 매립되는 전도성 접합물질의 양도 이격거리 방향으로 증가되어 스위치의 도통저항(on resistance)이 커지는 단점을 가진다.However, since the resistivity of the soldering material is generally larger than the resistivity of the electrode, the withstand voltage (or insulation resistance) between the electrodes in the above-mentioned embedding method increases in proportion to the distance between the electrodes, the amount of the conductive bonding material buried in the gap is increased in the direction of the distance to increase the on resistance of the switch.
따라서, 상기 매립방식의 용융스위치는 고전압의 대전류가 요구되는 환경에서 사용하기에는 적합하지 않다. Therefore, the above-mentioned buried type melting switch is not suitable for use in an environment requiring a high current of high voltage.
또한 특허문헌 4, 특허문헌 5의 스위치는 구조가 복잡하고, 스위치 동작시 많은 양의 솔더링 물질이 요구된다.Also, the switches of
또한 종래의 용융 스위치의 경우, 스위치에 흐르는 도통전류를 이용하는 경우가 대분분인데, 이러한 경우, 스위치의 도통전류와 관계없는 독립적인 스위치 동작이 어렵다.Further, in the case of the conventional melting switch, the case where the conduction current flowing through the switch is used is largely divided. In such a case, independent switch operation irrespective of the conduction current of the switch is difficult.
또한 다수의 배터리 셀에 다수의 용융 스위치가 연결되는 배터리 제어장치는 대전류가 흐를 때 배선저항을 최소화시키는 구조의 용융스위치 조립체가 요구된다.Also, a battery control apparatus in which a plurality of fusion switches are connected to a plurality of battery cells requires a melt switch assembly having a structure that minimizes wiring resistance when a large current flows.
또한 상기 용융스위치 조립체의 용융 스위치가 배터리 셀에 연결되어 동작하는 경우, 용융 스위치에서 발생되는 높은 열이 배터리 셀 전극의 온도를 상승시켜 배터리 셀을 파손시킬 수 있다.In addition, when the melting switch of the melting switch assembly is connected to the battery cell and operated, high temperature generated in the melting switch can increase the temperature of the battery cell electrode and damage the battery cell.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, ‘다수의 배터리 셀을 연결한 배터리’의 제어장치에 있어서, 일부 배터리 셀이 고장난 경우 그 고장난 셀(faulty cell)을 자동으로 교체해주는 배터리 제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is conceived to solve the problems described above, and an object of the present invention is to provide a control apparatus for a battery having a plurality of battery cells connected thereto, in which a faulty cell And to provide a battery control device for automatically replacing the battery.
또한 상기 장치에는 대용량의 전류가 흐르는 스위치가 필요한데, 대용량의 전류가 흐를 때 스위치의 도통저항을 극소화 시킬 수 있는 소형/경량의 용융 스위치 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention also aims at providing a small / lightweight melting switch structure capable of minimizing the conduction resistance of the switch when a large amount of current flows.
또한, 가역적인 동작(스위치 작동 후 복귀 동작)을 할 수 있고, 스위치의 도통전류로부터 독립적인 온/오프 제어가 가능한 용융 스위치를 제공하는 것을 목적으로 한다.It is another object of the present invention to provide a melting switch capable of reversible operation (return operation after a switch operation) and capable of on / off control independent of the conduction current of the switch.
또한, 종래의 용융 스위치는 단락형 스위치만 가능하였는데, 개방형 스위치로도 사용 가능한 용융 스위치를 제공하는 것을 목적으로 한다.Further, the conventional melting switch is capable of only a short-circuit type switch, but it is also intended to provide a melting switch that can be used as an open type switch.
또한 상기 배터리 제어장치에는 대전류 스위치가 필요한데, 대전류가 흐를 때 배터리 제어장치의 배선저항을 최소화시킬 수 있는 구조의 용융 스위치 조립체를 제공하는 것을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a melt switch assembly having a structure that minimizes the wiring resistance of the battery control device when a large current flows when the battery control device requires a large current switch.
또한 상기 용융 스위치의 동작시에 배터리 셀 전극의 온도상승을 효과적으로 억제하기 위한 용융스위치 조립체의 냉각수단을 제공하는 것을 목적으로 한다. It is another object of the present invention to provide a cooling means for a melting switch assembly for effectively suppressing an increase in the temperature of a battery cell electrode during operation of the melting switch.
본 발명의 일실시예에 의한 배터리의 제어장치는, 다수의 기본 배터리 셀과 교체용 배터리 셀을 직렬로 연결한 배터리의 제어장치에 있어서, 상기 기본 배터리 셀을 짝수개로 구성되는 기본 배터리 셀의 단위그룹 각각에 직렬로 연결되는 제1형 스위치; 상기 제1형 스위치가 직렬 연결된 상기 기본 배터리 셀의 단위그룹 각각에 병렬로 연결되는 제2형 스위치; 상기 교체용 배터리 셀을 짝수개로 구성하는 교체용 배터리 셀의 단위그룹 각각에 직렬로 연결되는 제2형 스위치; 상기 제2형 스위치가 직렬 연결된 상기 교체용 배터리 셀의 단위그룹 각각에 병렬로 연결되는 제1형 스위치; 각각의 배터리 셀의 상태를 측정하는 센싱부; 상기 스위치들의 동작을 제어하는 제어부;를 포함하고, 상기 제1형 스위치는 최초 단락 상태에서 개방 상태로 전이되는 동작을 할 수 있는 스위치이고, 상기 제2형 스위치는 최초 개방 상태에서 단락 상태로 전이되는 동작을 할 수 있는 스위치이고, 상기 제어부는, 센싱부의 입력으로부터 기본 배터리 셀 중 고장난 배터리 셀을 감지하면, 고장난 배터리 셀을 포함하는 기본 배터리 셀의 단위그룹에 연결된 제1형 스위치와 제2형 스위치를 작동시켜 상기 고장난 배터리 셀을 포함하는 기본 배터리 셀의 단위그룹의 연결을 전기 흐름 선로에서 배제하고, 교체용 배터리 셀의 단위그룹에 연결된 제1형 스위치와 제2형 스위치를 작동시켜 전기 흐름 선로에 포함되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.The apparatus for controlling a battery according to an embodiment of the present invention is a control apparatus for a battery in which a plurality of basic battery cells and a replacement battery cell are connected in series, wherein the basic battery cells are divided into units of a basic battery cell A first type switch connected in series to each of the groups; A second type switch in which the first type switches are connected in parallel to unit groups of the basic battery cells connected in series; A second type switch connected in series to each unit group of replacement battery cells constituting the even number of replacement battery cells; A first type switch in which the second type switches are connected in parallel to unit groups of the replacement battery cells connected in series; A sensing unit for measuring a state of each battery cell; Wherein the first type switch is a switch capable of transitioning from an initial short-circuit state to an open state, and the second-type switch is a switch that switches from a first open state to a short- And the control unit detects a failed battery cell among the basic battery cells from the input of the sensing unit, the first type switch connected to the unit group of the basic battery cell including the failed battery cell and the second type switch connected to the unit group of the basic battery cell including the failed battery cell, The switch is operated to exclude a unit group connection of the basic battery cell including the failed battery cell from the electric current line, and the first type switch and the second type switch connected to the unit group of the replacement battery cell are operated to operate the electric flow So as to be included in the line.
상기 제1형 스위치와 제2형 스위치는‘c 접점 용융스위치’로 구성하여, 상기 배터리 제어장치의 제1 기본 배터리 셀 단위그룹에서, 양극은 상기 제1 기본 배터리 셀 단위그룹의 제2 고정전극(T2)에; 음극은 상기 제1 기본 배터리 셀 단위그룹의 제4 고정전극(T4)에; 제1 고정전극(T1)은 상기 제1 기본 배터리 셀 단위그룹의 제3 고정전극(T3)에 배선되고; 상기 배터리 제어장치의 제2 기본 배터리 셀 단위그룹에서, 양극은 상기 제1 기본 배터리 셀 단위그룹의 음극과 상기 제2 기본 배터리 셀 단위그룹의 제4 고정전극(T4)에; 음극은 상기 제2 기본 배터리 셀 단위그룹의 제2 고정전극(T2)에; 제1 고정전극(T1)은 상기 제2의 상기 기본 배터리 셀 단위그룹의 제3 고정전극(T3)에; 배선되는 것을 단위 패턴으로 하여, 상기 다수의 기본 배터리 셀은 상기 단위 패턴이 복수의 직렬연결 구조로 배선이 되고; 상기 배터리 제어장치의 제1 교체 배터리 셀 단위그룹에서, 양극은 상기 제1 교체 배터리 셀 단위그룹의 제4 고정전극(T4)에; 음극은 상기 제1 교체 배터리 셀 단위 룹의 제2 고정전극(T2)에; 제1 고정전극(T1)은 상기 제1 교체 배터리 셀 단위그룹의 제3 고정전극(T3)에 배선되고; 상기 배터리 제어장치의 제2 교체 기본 배터리 셀 단위그룹에서, 양극은 상기 제1 교체 배터리 셀 단위그룹의 음극과, 상기 제2 교체 배터리 셀 단위그룹의 제2 고정전극(T2)에; 음극은 상기 제2 교체 배터리 셀 단위그룹의 제4 고정전극(T4)에; 제3 고정전극(T3)은 상기 제2 교체 배터리 셀 단위그룹의 제1 고정전극(T1)에; 배선되는 것을 단위 패턴으로 하여, 상기 다수의 교체 배터리 셀은 상기 단위 패턴이 복수의 직렬연결 구조로 배선이 되는 용융 스위치 조립체를 구성하는 것을 특징으로 한다. The first type switch and the second type switch are constituted by a 'c-contact melting switch', and in the first basic battery cell unit group of the battery control device, the positive electrode is connected to the second fixed electrode (T2); The cathode is connected to the fourth fixed electrode T4 of the first basic battery cell unit group; The first fixed electrode T1 is wired to the third fixed electrode T3 of the first basic battery cell unit group; In the second basic battery cell unit group of the battery control device, the positive electrode is connected to the negative electrode of the first basic battery cell unit group and the fourth fixed electrode T4 of the second basic battery cell unit group; The negative electrode is connected to the second fixed electrode T2 of the second basic battery cell unit group; The first fixed electrode T1 is connected to the third fixed electrode T3 of the second basic battery cell unit group; Wherein the plurality of basic battery cells have the unit patterns formed as a plurality of series connection structures; In the first battery cell unit group of the battery control device, the positive electrode is connected to the fourth fixed electrode T4 of the first battery cell unit group; The negative electrode is connected to the second fixed electrode T2 of the first replacement battery cell unit group; The first fixed electrode T1 is wired to the third fixed electrode T3 of the first replacement battery cell unit group; In the second replacement basic battery cell unit group of the battery control device, the positive electrode is connected to the negative electrode of the first replacement battery cell unit group and the second fixed electrode T2 of the second replacement battery cell unit group; The cathode is connected to the fourth fixed electrode T4 of the second unit battery cell unit group; The third fixed electrode T3 is connected to the first fixed electrode T1 of the second unit battery cell group; And the plurality of replacement battery cells constitute a melting switch assembly in which the unit patterns are wired in a plurality of series connection structures.
상기 배터리 셀(기본, 교체용)의 일측면에는 소정의 이격거리로 배터리 셀의 양극과 음극이 위치하고; 상기 배터리 셀은 상기 전극(양극, 음극)의 위치가 교번되게 직렬형태의 구조로 적층되어, 상기 적층된 배터리 셀의 전극은 2열 형상으로 배치되고; 상기 2열 전극 사이에 상기‘c 접점 용융 스위치’가 배치되고; 상기‘c 접점 용융 스위치’의 제1 고정전극(T1)과 제3 고정전극(T3)은 전기적으로 단락되어 있고; 상기 제1‘c 접점 용융 스위치’의 제2 고정전극(T2)은 일측 열에 위치하는‘첫번째 셀(제1 배터리 셀 단위그룹의)’의 양극과 배선되고; 상기 제1‘c 접점 용융 스위치’의 제4 고정전극(T4)은 상기 일측 열에 위치하는‘마지막 셀(제1 배터리 셀 단위그룹의)’의 음극과 배선되고; 상기 제2‘c 접점 용융 스위치’의 제4 고정전극(T4)은 상기 일측 열에 위치하는‘첫번째 셀(제2 배터리 셀 단위그룹의)’의 양극과 배선되고; 상기 제2‘c 접점 용융 스위치’의 제2 고정전극(T2)은 상기 일측 열에 위치하는‘마지막 셀(제2 배터리 셀 단위그룹의)’의 음극과 배선되고; 상기 제2‘c 접점 용융 스위치’의 제1 고정전극(T1)은 제3‘c 접점 용융 스위치’의 제1 고정전극(T1)과 배선;되는 것을 단위 패턴으로 하여, 상기 다수의 배터리 셀은 상기 단위 패턴이 복수의 직렬연결 배선구조로 용융 스위치 조립체를 구성하는 것을 특징으로 한다.A positive electrode and a negative electrode of the battery cell are positioned at a predetermined distance from one side of the battery cell (basic, replacement); Wherein the battery cells are stacked in a structure in which the positions of the electrodes (anode, cathode) are alternately arranged, and the electrodes of the stacked battery cells are arranged in a two-column shape; The 'c-contact melt switch' is disposed between the two column electrodes; The first fixed electrode T1 and the third fixed electrode T3 of the 'c-contact melting switch' are electrically short-circuited; The second fixed electrode T2 of the first 'c-contact meltdown switch' is wired with the anode of the first cell (of the first battery cell unit group) located in one row; The fourth fixed electrode T4 of the first 'ccontact melting switch' is wired with the cathode of the last cell (of the first battery cell unit group) located in the first row; The fourth fixed electrode T4 of the second 'c-contact meltdown switch' is wired with the positive electrode of the first cell (of the second battery cell unit group) located in the first row; The second fixed electrode T2 of the second 'ccontact melting switch' is wired with the cathode of the last cell (of the second battery cell unit group) located in the one side column; The first fixed electrode T1 of the second ccontact melting switch is connected to the first fixed electrode T1 of the third ccontact melting switch as a unit pattern, And the unit pattern constitutes a molten switch assembly by a plurality of series-connected wiring structures.
상기 다수의 교체 배터리 셀은 상기 단위 패턴이 복수의 직렬연결되는 구조로 배선이 되는 용융 스위치 조립체를 구성하는 것을 특징으로 한다.Wherein the plurality of replacement battery cells constitute a melting switch assembly in which the unit patterns are connected in a plurality of series-connected structures.
상기 배터리 제어장치는 물리적으로 상기 다수의 배터리 셀의 동일 측면상의 일측 전극에만 배선되는 용융 스위치 조립체로 구성할 수 있다.The battery control device may be physically constructed of a melting switch assembly that is wired only on one side electrode on the same side of the plurality of battery cells.
상기‘c 접점 용융스위치’의 이동전극과 고정전극 중 전도성 접합물질을 통해 용용결합하는 아래쪽(중력방향) 전극의 접촉면 가장자리를 용융된 전도성 접합 물질이 옆으로 흘러내리지 못하도록 내열성 부재가 소정의 높이로 에워싸는 구조의 차단벽을 형성하여 오목부를 구성하는 용융 스위치 조립체로 구성할 수 있다.The edge of the contact surface of the lower (gravity direction) electrode for melting and bonding through the conductive bonding material among the moving electrode and the fixed electrode of the 'c-contact melting switch' is heated to a predetermined height so that the molten conductive bonding material does not flow down to the side And can form a recessed portion by forming a blocking wall of a surrounding structure.
상기‘c 접점 용융스위치’의 이동전극은 접촉면의 수직방향으로 가이드 로드가 지나갈 수 있는 관통 구멍을 제공하고, 상기 가이드 로드의 경로를 따라 이동전극이 이동되는 용융 스위치 조립체로 구성할 수 있다. The moving electrode of the 'c-contact fusing switch' may include a through-hole through which the guide rod can pass in a direction perpendicular to the contact surface, and a movable electrode assembly moving along the path of the guide rod.
상기‘c 접점 용융스위치’의 이동전극은 접촉면의 수직방향으로 이송나사의 구멍을 제공하고, 회전모터를 구비하여 상기 회전모터의 회전축에 연결되는 이송나사을 회전시켜 이동전극을 양방향으로 이동되는 용융 스위치 조립체로 구성할 수 있다. The moving electrode of the 'c-contact fusing switch' is provided with a hole of a feed screw in the vertical direction of the contact surface, and a rotary motor is provided to rotate the feed screw connected to the rotary shaft of the rotary motor, Assembly.
상기 회전모터는 스텝 모터로 하는 것이 바람직하다.The rotating motor is preferably a step motor.
상기 배터리 셀의 전극 부위에 냉각수단이 부착되어 상기 용융 스위치의 용융결합 및 용융분리시에 발생되는 열로 인하여 상기 배터리 셀의 전극 온도 상승을 억제할 수 있다. The temperature of the electrode of the battery cell can be prevented from rising due to the heat generated when the melting unit is melted and melted and the cooling unit is attached to the electrode of the battery cell.
상기 냉각수단은 열전소자(열전 냉각장치)로 구성하는 것이 바람직하다. It is preferable that the cooling means is constituted by a thermoelectric element (thermoelectric cooling device).
상기 냉각수단은 상기 용융스위치의 용융결합 및 용융분리를 수행하기 전에 상기 배터리 셀의 전극을 예냉(pre-cooling)시킬 수 있다. The cooling means may pre-cool the electrode of the battery cell before performing the melt-bonding and melting-separation of the melt switch.
본 발명의 일실시예에 의한 배터리의 제어방법은, 다수의 기본 배터리 셀과 교체용 배터리 셀을 직렬로 연결한 배터리 모듈의 배터리 제어장치의 제어방법에 있어서, 배터리 제어장치의 제어부가 센싱부의 입력으로부터 기본 배터리 중 고장난 배터리 셀을 감지하는 단계;배터리 제어장치의 제어부가 고장난 배터리 셀의 단위그룹에 연결된 제1형 스위치와 제2형 스위치를 작동시켜 고장난 기본 배터리 셀의 연결을 전기 흐름 선로에서 배제하는 단계;배터리 제어장치의 제어부가 교체용 배터리 셀의 단위그룹에 연결된 제1형 스위치와 제2형 스위치를 작동시켜 교체용 배터리 셀을 전기 흐름 선로에 포함시키는 단계;를 포함하고, 상기 배터리 제어장치는, 상기 기본 배터리 셀을 짝수개로 구성되는 기본 배터리 셀의 단위그룹 각각에 직렬로 연결되는 제1형 스위치;상기 제1형 스위치가 직렬 연결된 상기 기본 배터리 셀의 단위그룹 각각에 병렬로 연결되는 제2형 스위치;상기 교체용 배터리 셀을 짝수개로 구성하는 교체용 배터리 셀의 단위그룹 각각에 직렬로 연결되는 제2형 스위치;상기 제2형 스위치가 직렬 연결된 상기 교체용 배터리 셀의 단위그룹 각각에 병렬로 연결되는 제1형 스위치;각각의 배터리 셀의 상태를 측정하는 센싱부;상기 스위치들의 동작을 제어하는 제어부;를 포함하고, 상기 제1형 스위치는 최초 단락 상태에서 개방 상태로 전이되는 동작을 할 수 있는 스위치이고, 상기 제2형 스위치는 최초 개방 상태에서 단락 상태로 전이되는 동작을 할 수 있는 스위치인 것을 특징으로 한다.A method of controlling a battery according to an embodiment of the present invention is a method of controlling a battery control apparatus of a battery module in which a plurality of basic battery cells and a replacement battery cell are connected in series, The control unit of the battery control apparatus activates the first type switch and the second type switch connected to the unit group of the failed battery cell to exclude the connection of the failed basic battery cell from the electric current flow path The control unit of the battery control apparatus activating the first type switch and the second type switch connected to the unit group of the replacement battery cell to include the replacement battery cell in the electric current line, The apparatus comprises a plurality of unit battery cells connected in series to each of the unit cell groups of the basic battery cells constituted by an even number of the basic battery cells A first type switch connected in parallel to each of the unit groups of the basic battery cells connected in series with the first type switches, and a second type switch connected in parallel to each unit group of the replacement battery cells constituting the even number of replacement battery cells A first type switch connected in parallel to each unit group of the replacement battery cells connected in series with the second type switch, a sensing unit measuring the state of each battery cell, Wherein the first type switch is a switch capable of transitioning from a first shorted state to an open state, and the second type switch is an operation for transitioning from a first open state to a shorted state And the switch is a switch that can be operated.
상기 배터리 셀 교체시 배터리 제어장치의 전류가 불연속이 되는 것을 방지하기 위해 상기 제1형 스위치와 제2형 스위치를 제5형 스위치(d 접점 용융스위치)로 구성할 수 있다. The first type switch and the second type switch may be configured as a fifth type switch (d-contact type melting switch) to prevent the current of the battery control device from becoming discontinuous when the battery cell is replaced.
본 발명의 배터리 제어장치는,‘다수의 배터리 셀을 연결한 배터리’의 배터리 제어장치에 있어서, 일부 배터리 셀이 고장난 경우 그 고장난 셀을 연결에서 자동적으로 제외하면서도 교체용 배터리로 교체한다.The battery control apparatus of the present invention is a battery control apparatus for a battery having a plurality of battery cells connected thereto. When a battery cell fails, the failed battery cell is automatically disconnected from the connection and replaced with a replacement battery.
본 발명의 용융 스위치는 전극단자(electrode terminal)의 움직임을 초래하지 않는 간접 밀착방식(Indirect Press-contact method)의 용융 스위치(fusible switch)여서 전극간의 이격거리를 최소화하면서도 스위치의 도통전류 조건에 관계없이 전극간의 용융결합이 완전하게 이루어진다. 따라서 대용량 전류가 흐를 수 있고, 도통저항이 작은 스위치이면서도 소형/경량화가 가능하다.The melting switch of the present invention is a fusible switch of an indirect contact-type method which does not cause the movement of the electrode terminal, thereby minimizing the distance between the electrodes, So that the melt-bonding between the electrodes is completely performed. Therefore, a large-capacity current can flow and a switch having a small conduction resistance can be made compact and lightweight.
본 발명의 배터리 제어장치는 대전류가 흐를 때 배터리 제어장치의 배선저항을 최소화시킬 수 있는 구조의 용융 스위치 조립체를 제공한다.The battery control device of the present invention provides a melting switch assembly having a structure capable of minimizing wiring resistance of the battery control device when a large current flows.
본 발명의 배터리 제어장치는 용융 스위치의 동작시에 배터리 셀 전극의 온도상승을 효과적으로 억제하기 위한 용융스위치 조립체의 냉각수단을 제공한다. The battery control apparatus of the present invention provides a cooling means for the melting switch assembly for effectively suppressing the temperature rise of the battery cell electrode in operation of the melting switch.
도 1은 본 발명의 배터리 블록의 도면
도 2는 본 발명의 배터리 블록의 변형된 실시예의 도면
도 3은 다수의 배터리 블록이 연결된 도면
도 4는 제1형 스위치와 제2형 스위치의 변형 도면
도 5는 본 발명에 의한 1접점 용융 스위치(One-way fusible switch)의 개념도
도 6은 a 접점 용융 스위치의 제1 실시예의 동작 전후의 모습
도 7은 발열체를 이동전극에 설치하기 위한 이동전극 형상의 예
도 8은 a 접점 용융 스위치의 제2 실시예의 동작 전후의 모습
도 9는 a 접점 용융 스위치의 제3 실시예의 동작 전후의 모습
도 10은 a 접점 용융 스위치의 제4 실시예의 동작 전후의 모습
도 11은 a 접점 용융 스위치의 변형실시예의 동작 전후의 모습
도 12는 b 접점 용융 스위치의 제1 실시예의 동작 전후의 모습
도 13은 b 접점 용융 스위치의 제2 실시예의 동작 전후의 모습
도 14는 b 접점 용융 스위치의 제3 실시예의 동작 전후의 모습
도 15는 본 발명에 의한 c 접점 용융스위치의 개념도
도 16은 c 접점 용융 스위치의 제1실시예의 동작전후의 모습
도 17은 c 접점 용융 스위치의 제1실시예에서 이동전극과 고정전극 모두에 발열체가 매립된 경우의 사시도
도 18은 c 접점 용융 스위치에 이동 가이드가 설치된 모습
도 19는 c 접점 용융 스위치가 용용 스위치 하우징에 의해 밀폐된 모습
도 20은 d 접점 용융 스위치의 실시예
도 21은 전도성 접합물질이 흘러내리는 모습
도 22는 아래쪽 전극에 홈을 형성한 실시예
도 23은 홈이 형성된 아래쪽 전극의 사시도의 예
도 24는 오목부가 형성된 실시예 1의 모습
도 25는 오목부 형성된 실시예 2의 모습
도 26은 오목부가 형성된 실시예 3의 모습
도 27 오목부가 형성된 용융 스위치의 실시예
도 28 오목부가 형성된 용융 스위치의 다른 실시예
도 29는 반복형 용융 스위치의 제1 실시예
도 30은 도 29의 반복형 용융 스위치의 사시도
도 31는 도 29의 반복형 용융 스위치의 이동전극의 사시도
도 32는 반복형 용융 스위치의 제2 실시예
도 33은 반복형 용융 스위치의 제3 실시예
도 34는 용융스위치 조립체의 일측배선 도면
도 35는‘c 접점 용융스위치’의 심볼 표기도
도 36은 배터리 제어장치의 용융스위치 조립체 개략도
도 37은 도 36의 사시도
도 38은 도 36에 방열부가 부착된 모습 1 is a view of a battery block of the present invention
2 is a view of a modified embodiment of a battery block of the present invention
3 is a view showing a state where a plurality of battery blocks are connected
Fig. 4 is a view showing a modification of the first type switch and the second type switch
5 is a conceptual diagram of a one-way fusible switch according to the present invention.
Fig. 6 shows a state before and after the operation of the a-contact melting switch of the first embodiment
7 shows an example of a shape of a moving electrode for mounting a heating element on a moving electrode
Fig. 8 shows a state before and after the operation of the a-contact melting switch of the second embodiment
Fig. 9 shows a state before and after the operation of the a-contact melting switch of the third embodiment
10 shows a state before and after the operation of the a-contact melting switch of the fourth embodiment
Fig. 11 shows a state before and after the operation of the modified embodiment of the a-contact fusion switch
Fig. 12 shows a state before and after the operation of the b contact-type melting switch of the first embodiment
Fig. 13 shows a state before and after the operation of the b contact-type melting switch of the second embodiment
Fig. 14 shows a state before and after the operation of the b contact-type melting switch of the third embodiment
15 is a conceptual diagram of a c-contact fusing switch according to the present invention
16 shows a state before and after the operation of the c-contact fusing switch according to the first embodiment
17 is a perspective view showing a case where a heating element is embedded in both the moving electrode and the fixed electrode in the first embodiment of the c-
18 shows a state in which a movement guide is installed in a c-contact fusing switch
19 shows a state in which the c-contact melting switch is sealed by the use switch housing
20 is a view showing an embodiment of the d-
21 shows a state in which a conductive bonding material flows down
22 is a cross-sectional view
23 shows an example of a perspective view of a lower electrode having a groove formed therein
Fig. 24 is a view showing the shape of the
25 shows the shape of the concave portion according to the second embodiment
26 shows a state of the third embodiment in which the concave portion is formed
Fig. 27 Example of the melting switch in which the concave portion is formed
Fig. 28 Another embodiment of the melting switch in which the concave portion is formed
29 is a cross-sectional view of a first embodiment
Fig. 30 is a perspective view of the repeated melting switch of Fig. 29
Fig. 31 is a perspective view of the moving electrode of the repeated melting switch of Fig.
32 is a cross-sectional view of a second embodiment
33 is a cross-sectional view of a third embodiment
34 is a view showing one side of the melting switch assembly
35 is a symbol notation diagram of " c-contact melting switch &
36 is a schematic view of a melting switch assembly of a battery control device
37 is a perspective view of Fig. 36,
Fig. 38 is a view showing a state in which the heat-
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 의미하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular forms "a", "an" and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise.
이하의 설명에서, ‘제1형 스위치’는 최초 단락 상태에서 개방 상태로 전이되는 동작을 할 수 있는 스위치를 의미하고, ‘제2형 스위치’는 최초 개방 상태에서 단락 상태로 전이되는 동작을 할 수 있는 스위치를 의미한다.In the following description, the 'first type switch' means a switch capable of transitioning from the first short-circuit state to the open state, and the 'second-type switch' means a transition from the first open state to the short- Which means the switch can be.
또한 다수의 배터리 셀이 직렬로 연결된 배터리 셀 그룹의 단위를 ‘배터리 모듈’이라 한다.Also, a unit of a battery cell group in which a plurality of battery cells are connected in series is referred to as a 'battery module'.
또한 배터리 모듈에 스위칭 장치가 결합된 것을 ‘배터리 블록’이라고 하고 다수의 배터리 블록이 하나의 배터리 팩을 구성할 수 있다.In addition, a battery module coupled to a switching device is referred to as a 'battery block', and a plurality of battery blocks can constitute one battery pack.
도 1은 본 발명의 배터리 블록의 도면이다.1 is a view of a battery block of the present invention.
도 1의 배터리 모듈은 ‘다수의 기본 배터리 셀(111)이 직렬로 연결된 기본 배터리 (셀)그룹(110)’과 ‘다수의 교체용 배터리 셀(131, replacement cells)이 직렬로 연결된 교체용 배터리 (셀)그룹(130)’이 직렬로 연결되어 있다. The battery module of FIG. 1 includes a plurality of
각각의 기본 배터리 셀에 제1형 스위치(S1)가 직렬로 연결되고, 제2형 스위치(S2)가 병렬로 연결되어 있다. 이때 제2형 스위치(S2)의 위치와 관련하여, 상기 제1형 스위치가 직렬 연결된 경로에 제2형 스위치가 병렬로 연결되어 있다고 표현할 수도 있다. The first type switch S1 is connected in series to each basic battery cell, and the second type switch S2 is connected in parallel. At this time, regarding the position of the second type switch S2, it may be said that the second type switches are connected in parallel to the path of the first type switches connected in series.
각각의 교체용 배터리 셀에는 제1형 스위치(S1)가 병렬로 연결되고, 제2형 스위치(S2)가 직렬로 연결되어 있다. 이때 제1형 스위치(S1)의 위치와 관련하여, 상기 제2형 스위치가 직렬 연결된 경로에 제1형 스위치가 병렬로 연결되어 있다고 표현할 수도 있다. In each replaceable battery cell, a first type switch S1 is connected in parallel and a second type switch S2 is connected in series. At this time, regarding the position of the first type switch S1, it may be said that the first type switches are connected in parallel to the path of the second type switches connected in series.
상기 배터리 셀은 여러 개의 하부 배터리 셀이 집합된 배터리 셀일 수도 있다.The battery cell may be a battery cell having a plurality of lower battery cells.
최초 상태에서는. 제1형 스위치(S1)가 단락되어 있고 제2형 스위치(S2)는 개방되어 있으므로, 기본 배터리 셀들은 모두 작동 상태이고, 교체용 배터리 셀은 모두 작동하지 않는 상태이다. 즉 기본 배터리 셀들은 전기 흐름 선로(전기가 흐르는 선로)에 포함된 상태이고, 교체용 배터리 셀은 전기 흐름 선로에 포함되지 않는 상태이다. 이때 모듈 양극 단자(101)과 모듈 음극 단자(102) 사이의 전압은 기본 배터리 셀들의 출력 전압을 합친 것과 같다.In the initial state. Since the first type switch S1 is short-circuited and the second type switch S2 is open, all of the basic battery cells are in the operating state, and the replacement battery cells are not in operation. That is, the basic battery cells are included in the electric current line (electric line), and the replacement battery cell is not included in the electric current line. At this time, the voltage between the module
만일 배터리 제어장치의 제어부가 작동중인 배터리 셀 중에서 고장난 배터리 셀{불량셀(defective battery cell), 열화셀 의미도 포함}을 발견하면 그 고장난 배터리 셀의 전기적 연결을 배제하고 교체용 배터리 셀로 교체하도록 제어하게 된다.If the control unit of the battery control device finds a failed battery cell (including a defective battery cell and a deteriorated cell meaning) among the battery cells in operation, it is controlled to replace the failed battery cell with the replacement battery cell .
제어부가 고장난 배터리 셀을 발견하기 위해서는 각각의 배터리 셀의 상태를 측정하는 센싱부(예를 들면, 배터리 셀의 전압, 전류, 온도를 측정하는 장치)가 설치되어 있고 그 측정결과가 제어부로 전송되어야 하는 것은 당연한 사실이다. 이러한 기술은 이미 공지되어 있고 이 부분은 본 발명의 특징부와는 관련이 없으므로 자세한 설명은 생략한다.In order for the control unit to detect the failed battery cells, a sensing unit (for example, a device for measuring the voltage, current, and temperature of the battery cell) for measuring the state of each battery cell is provided and the measurement result is transmitted to the control unit It is a matter of course. Such a technique is already known and this part is not related to the characteristic part of the present invention, so a detailed description will be omitted.
‘고장난 배터리 셀의 전기적 연결을 배제하고 교체용 배터리로 교체하도록 제어하는 과정’에 대해 자세히 설명하면 다음과 같다.The process of controlling the replacement of a failed battery cell by replacing the battery with a replacement battery will be described in detail as follows.
제어부는, 고장난 배터리 셀에 연결된 제1형 스위치에는 개방상태로 전이하라는 신호를 보내고, 고장난 배터리 셀에 연결된 제2형 스위치에는 단락상태로 전이하라는 신호를 보낸다. 그렇게 되면 그 고장난 배터리 셀은 전기 흐름 선로에서 제외되게 되어, 그 고장난 배터리 셀로는 전기가 흐르지 않게 된다.The control unit sends a signal to the first type switch connected to the failed battery cell to the open state and a signal to the second type switch connected to the failed battery cell to switch to the shorted state. Then, the failed battery cell is excluded from the electric current line, so that no electricity flows to the failed battery cell.
그리고 제어부는, 교체용 배터리 셀그룹(130) 중 하나의 교체용 배터리 셀을 선택하여, 선택된 교체용 배터리 셀에 연결된 제1형 스위치에는 개방상태로 전이하라는 신호를 보내고, 선택된 교체용 배터리 셀에 연결된 제2형 스위치에는 단락상태로 전이하라는 신호를 보낸다. 그렇게 되면, 선택된 교체용 배터리 셀이 전기 흐름 선로에 포함되게 되어, 선택된 교체용 배터리 셀로 전기가 흐를 수 있게 된다. Then, the control unit selects one of the replacement battery cells of the replacement
위와 같은 과정을 거치고 나면, 고장난 기본 배터리 셀를 교체용 배터리 셀로 교체하는 과정이 완료된다.After the above process is completed, the process of replacing the failed basic battery cell with the replacement battery cell is completed.
이때 기본 배터리 셀에 연결된 스위치들은 셀 분리에 사용되므로, ‘셀 분리 스위칭부(120)’라 할 수 있다. 그리고 교체용 배터리 셀에 연결된 스위치들은 셀 교체에 사용되므로, ‘셀 교체 스위칭부(140)’라 할 수 있다.Here, the switches connected to the basic battery cell are used for cell separation, and thus may be referred to as 'cell separation switching unit 120'. Since the switches connected to the replacement battery cell are used for cell replacement, they can be referred to as 'cell replacement switching unit 140'.
고장난 배터리 셀을 배제한 후 교체용 배터리를 연결하여 전기 흐름 선로에 포함시키게 되면, 고장난 배터리 셀의 배제 후에도 배터리 모듈의 출력 전압이 강하되지 않는 장점이 있다.The output voltage of the battery module is not lowered even after the failure of the failed battery cell if the replacement battery is connected to the electric current line after eliminating the failed battery cell.
도 1의 배터리 블록(100)은 ‘기본 배터리 그룹(110)’, ‘셀 분리 스위칭부(120)’, ‘교체용 배터리 그룹(130)’, ‘셀 교체 스위칭부(140)’을 포함한다.The
도 1의 구성은 변형될 수 있다.The configuration of Fig. 1 can be modified.
도 2는 본 발명의 배터리 블록의 변형된 실시예의 도면이다.2 is a diagram of a modified embodiment of the battery block of the present invention.
도 2가 도 1과 달라진 점은 셀 교체 스위칭부(140a)의 구성이다.FIG. 2 is different from FIG. 1 in the configuration of the cell
만일 교체용 배터리 그룹(130)에 N개의 교체용 배터리 셀이 직렬로 연결되어 있고, 각각의 교체용 배터리 셀의 극점(+극 또는 -극)과 모듈 양극 단자(101) 사이에 스위치를 설치한다면, 도 2에서 보는 바와 같이 (N + 1)개의 스위치를 설치할 수 있다.If N replacement battery cells are connected in series in the
이때 기본 배터리 셀그룹(110)과 연결되는 극점(termimal)에는 제1형 스위치가 설치되고, 기본 배터리 그룹(110)과 가장 먼 쪽에 연결되는 극점에는 제2형 스위치가 설치된다.At this time, a first type switch is installed at a termimal connected to the basic
그리고 (N - 1)개의나머지 극점에는 제3형 스위치가 설치된다.And a third type switch is provided at the remaining (N - 1) pole points.
‘제3형 스위치’는 최초 개방 상태에서 단락 상태로 전이되는 동작을 할 수 있고, 단락 상태에서 다시 개방 상태로 전이하는 동작을 할 수 있는 스위치이다.The 'third type switch' is a switch capable of performing an operation of transitioning from a first open state to a short-circuit state and an operation of transitioning from a short-circuit state to a re-open state.
제3형 스위치도 최초 개방 상태에서 단락 상태로 전이되는 동작을 할 수 있으므로, 제2형 스위치의 일종이라고 볼 수 있다.The third type switch can also be regarded as a kind of the second type switch since it can perform the operation of transitioning from the first open state to the short-circuit state.
도 2의 배터리 제어장치의 동작을 설명하면 다음과 같다. The operation of the battery control device of FIG. 2 will now be described.
배터리 제어장치의 제어부가 작동중인 배터리 셀 중에서 고장난 배터리 셀을 발견하면 그 고장난 배터리 셀의 전기적 연결을 배제하는 과정은 도 1의 배터리 제어장치와 동일하다.If the control unit of the battery control device finds a failed battery cell among the operated battery cells, the process of excluding the failed connection of the battery cell is the same as that of the battery control device of FIG.
차이점은 교체용 배터리를 연결하는 셀 교체 스위칭부(140a)의 동작이다.The difference is the operation of the cell
만일 최초로 고장 배터리 셀이 발생한 경우에는 스위치인 스위치 141 을 개방하고 그 다음 스위치인 스위치 142를 단락시킨다. 만일 다른 배터리 셀의 고장이 발생한 경우에는 스위치 142를 개방하고 그 다음 스위치인 스위치 143을 단락시킨다. 이런 과정을 반복하면 고장난 배터리의 수만큼 교체용 배터리를 전기 흐름 선로에 포함시켜 배터리 모듈의 전압을 일정하게 유지할 수 있다.If a faulty battery cell occurs for the first time, the
도 2의 배터리 제어장치는 도 1의 배터리 제어장치와 비교할 때, 셀 교체 스위칭부(140a)의 스위치 수를 줄일 수 있고 전기 흐름 선로 상의 스위치 수가 적어지므로 스위치에 의한 저항이 작아지는 장점은 있으나, 교체용 배터리 중 첫 번째 것이 고장나는 경우 나머지 교체용 배터리를 모두 사용할 수 없게 되는 문제점이 있다.The battery control apparatus of FIG. 2 is advantageous in that the number of switches of the
그런데 도 1과 도 2의 배터리 모듈의 배터리 제어장치는 고장난 배터리 셀이 교체된 이후에는 이전과 동일한 전압을 출력할 수 있으나, 교체하는 과정에서는 배터리 충방전 전류가 불연속이 될 수 있다. 따라서 다수의 배터리 모듈을 병렬로 연결하면 배터리 셀을 교체하는 배터리 모듈(또는 배터리 블록)이 개방 되더라도 병렬 연결된 다른 모듈에서 충방전 전류 경로가 형성되어 불연속 구간이 발생되지 않는다. However, the battery control device of the battery module of FIGS. 1 and 2 can output the same voltage as before after the failed battery cell is replaced, but the battery charge / discharge current may become discontinuous during the replacement process. Therefore, if a plurality of battery modules are connected in parallel, a charge / discharge current path is formed in another module connected in parallel even if a battery module (or a battery block) for replacing the battery cell is opened, so that a discontinuous section is not generated.
도 3은 다수의 배터리 블록이 연결된 도면이다.3 is a view showing a plurality of battery blocks connected to each other.
도 3의 배터리 제어장치(200)에는 n개의 배터리 블록(100a ~100n)이 병렬로 연결되어 있고, 각각의 배터리 블록에는 모듈 스위치(210a ~210n)가 각각 직렬로 연결되어 있다.In the
또한 각각의 배터리 블록은 도 1 또는 도 2의 스위칭부(셀 분리 스위칭부와 셀 교체 스위칭부)와 기본 배터리 그룹, 교체용 배터리 그룹을 포함한다.Each battery block also includes a switching unit (a cell separation switching unit and a cell replacement switching unit) of FIG. 1 or 2, a basic battery group, and a replacement battery group.
자동 배터리 셀 교체기의 제어부가 고장난 기본 배터리 셀을 감지하면, 고장난 배터리 셀에 연결된 제1형 스위치와 제2형 스위치를 작동시켜 고장난 기본 배터리 셀의 연결을 전기 흐름 선로에서 배제하고, 고장난 배터리 셀이 있는 배터리 모듈 중에서 선택된 교체용 배터리 셀에 연결된 제1형 스위치와 제2형 스위치를 작동시켜 전기 흐름 선로에 포함되도록 제어한다. 또한 해당 배터리 모듈에서의 교체되는 동안 모듈간의 전압 불균형을 방지하기 위해 해당 배터리 모듈의 모듈 스위치는 교체 동작 동안 개방되는 것이 바람직하다.When the control unit of the automatic battery cell changer detects the defective basic battery cell, the first type switch and the second type switch connected to the failed battery cell are operated to exclude the connection of the defective basic battery cell from the electric current line, The first type switch and the second type switch connected to the selected battery cell selected from among the battery modules are operated to be included in the electric current line. It is also preferable that the module switch of the corresponding battery module is opened during the replacement operation in order to prevent a voltage unbalance between the modules during replacement in the battery module.
따라서 도 3의 배터리 제어장치의 동작은 다음의 단계를 포함한다.Therefore, the operation of the battery control apparatus of Fig. 3 includes the following steps.
(1) 배터리 제어장치의 제어부가 센싱부의 입력으로부터 기본 배터리 셀중 고장난 배터리 셀을 감지하는 단계(1) the control unit of the battery control device detects a failed battery cell among the basic battery cells from the input of the sensing unit
(2) 배터리 제어장치의 제어부가 고장난 배터리 셀이 포함된 배터리 모듈의 모듈 스위치를 개방시키는 단계(2) opening the module switch of the battery module including the failed battery cell in the control unit of the battery control unit
(3) 배터리 제어장치의 제어부가 고장난 배터리에 연결된 제1형 스위치와 제2형 스위치를 작동시켜 고장난 기본 배터리 셀의 연결을 전기 흐름 선로에서 배제하는 단계(3) The control unit of the battery control device operates the first type switch and the second type switch connected to the failed battery to exclude the connection of the failed basic battery cell from the electric current line
(4) 배터리 제어장치의 제어부가 교체용 배터리 셀에 연결된 제1형 스위치와 제2형 스위치를 작동시켜 교체용 배터리 셀를 전기 흐름 선로에 포함시키는 단계(4) The control unit of the battery control device activates the first type switch and the second type switch connected to the replacement battery cell to include the replacement battery cell in the electric current line
(5) 배터리 제어장치의 제어부가 고장난 배터리 셀이 포함된 배터리 모듈의 모듈 스위치를 단락시키는 단계(5) a step of short-circuiting the module switch of the battery module including the failed battery cell by the control unit of the battery control device
도 3의 배터리 제어장치는 고장난 배터리 셀의 교체 동작 동안 배터리의 출력 전압이 일정하게 유지되는 장점이 있다.The battery control apparatus of FIG. 3 has an advantage that the output voltage of the battery is kept constant during the replacement operation of the failed battery cell.
상기 배터리 제어장치의 제어부는, 배터리 셀의 상태를 측정하는 측정부로부터 배터리 셀의 상태를 전달받으면 배터리 셀의 고장 여부를 판단할 수 있고, 배터리 제어장치에 연결된 스위치에 제어 신호(스위치를 개방 또는 단락하라는 신호)를 보낼 수 있다.The control unit of the battery control device can determine whether the battery cell is faulty or not by receiving a state of the battery cell from the measuring unit that measures the state of the battery cell, A signal to short-circuit).
위에서 설명한 배터리 제어장치의 제어부는 배터리 제어장치의 구성 중에서 그 배터리 제어장치를 제어하는 부분을 의미한다. 이때 배터리 제어장치는 배터리 제어부와 스위칭부(셀 분리 스위칭부, 셀 교체 스위칭부 등)를 포함하는 장치이다.The control unit of the battery control device described above refers to a portion of the battery control device that controls the battery control device. At this time, the battery control device is a device including a battery control unit and a switching unit (a cell separation switching unit, a cell replacement switching unit, and the like).
배터리 제어장치의 제어부는 기존의 배터리 관리 시스템(BMS) 기술을 이용하여 구현할 수 있다.The controller of the battery controller may be implemented using existing battery management system (BMS) technology.
제어부는 배터리 모듈 단위의 제어부와 배터리 모듈을 연결한 전체 배터리 팩의 제어부로 구분될 수도 있으나, 본 출원에서는 편의상 제어부로 통칭한다.The control unit may be divided into a control unit of the entire battery pack that connects the control unit of the battery module unit and the battery module, but is collectively referred to as a control unit for the sake of convenience in the present application.
또한 도 1과 도 2의 제1형 스위치와 제2형 스위치는 하나의 스위치로 변형될 수 있다.Also, the first type switch and the second type switch in Figs. 1 and 2 can be transformed into a single switch.
도 4는 제1형 스위치와 제2형 스위치의 변형 도면이다.4 is a modified view of the first type switch and the second type switch.
도 4 (a)는 제1형 스위치와 제2형 스위치의 도면이고, 도 4 (b)는 도 4 (a)에 대응하는 하나의 스위치(제4형 스위치)의 도면이다.Fig. 4 (a) is a diagram of a first type switch and a second type switch, and Fig. 4 (b) is a diagram of one switch (fourth type switch) corresponding to Fig. 4 (a).
도 4 (c)는 도 4(b)의 접점을 끓김이 없이 접점 전환을 할 수 있도록 하는 제5형의 스위치 도면이다. Fig. 4 (c) is a fifth-type switch diagram for enabling the contact switching of the contact of Fig. 4 (b) without boiling.
도 4 (b)의 제4형 스위치는 최초에는 a단자가 b단자와 단락되고 c단자와 개방된 상태에서 b단자와 개방되고 c단자와 단락된 상태로 전이할 수 있다.The fourth type switch of Fig. 4 (b) can be firstly switched to the state where the terminal a is shorted to the terminal b, opened to the terminal b with the terminal c opened, and shorted to the terminal c.
도 4 (b)의 제4형 스위치는‘제1형 스위치와 제2형 스위치’로 구성되는 도 4 (a)와 기능이 동일하다. The fourth type switch of FIG. 4 (b) has the same function as that of FIG. 4 (a) composed of the "first type switch and the second type switch".
따라서 상기 제1형 스위치와 제2형 스위치를 상기 제4형 스위치로 대체할 수 있다. Therefore, the first type switch and the second type switch can be replaced with the fourth type switch.
상기 4형의 스위치는 접점 전환시 끓김(break before make)이 발생되는 구조로 인하여 고장난 배터리 셀을 교체하는 동안 배터리(또는 셀)의 전류가 불연속이 된다.The 4-type switch has a structure in which a break before make occurs during switching of a contact, so that the current of the battery (or cell) becomes discontinuous while the failed battery cell is replaced.
이를 방지하기 위해 상기 제1형 스위치와 제2형 스위치를 제5형 스위치로 교체할 수 있다. In order to prevent this, the first type switch and the second type switch can be replaced with a fifth type switch.
‘제5형 스위치’는 도 4(c)에서 보듯이 제4형 스위치가 끓김이 없이 접점 전환을 할 수 있는 스위치이다.As shown in FIG. 4 (c), the '
따라서 스위치가 개방되기 전에 단락 상태의 경로가 형성되어 전류의 불연속 구간이 발생되지 않는다. Therefore, a short-circuit path is formed before the switch is opened, so that a discontinuous section of the current is not generated.
또한 상기 배터리 셀의 단락전류 지속시간을 최소화 하도록 제5형 스위치의 단락 구간(시간)을 짧게 하는 것이 바람직하다. It is also desirable to shorten the short-circuit period (time) of the fifth type switch so as to minimize the short-circuit current duration of the battery cell.
‘제2형 스위치’는 ‘a 접점 (make contact) 스위치’ 또는 ‘1접점 단락형 스위치’라 불리기도 하고, ‘제1형 스위치’는 ‘b 접점 (break contact) 스위치’ 또는 ‘1접점 개방형 스위치’라 불리기도 한다.The '
1접점 스위치(One-way switch)는 상기 제1형 스위치나 제2형 스위치처럼 전류가 흐르는 선로가 1개인 스위치를 의미한다.A one-way switch means a switch having one current-carrying line, such as the first type switch or the second type switch.
‘제1형 스위치’와 ‘제2형 스위치’가 합쳐진 스위치, 즉 도 4 (a)와 같은 스위치는 전류가 흐르는 선로가 2개가 형성되므로 ‘2접점 스위치’(Two-way switch)로 부를 수도 있고, ‘c 접점 (change-over contact) 스위치’로 불리기도 하는데, 본 발명에서는 c 접점 스위치로 부르기로 한다.A switch in which a 'first type switch' and a 'second type switch' are combined, that is, a switch as shown in FIG. 4 (a), may be referred to as a 'two-way switch' because two current- And may be referred to as a 'change-over contact switch', which will be referred to as a c-contact switch in the present invention.
또한 상기 제5형 스위치는 ‘이으며 끓는 접점’(make before break)으로 ‘d 접점 스위치’로 부르기로 한다.In addition, the fifth type switch is referred to as a 'd contact switch' in 'make before break'.
그런데 도 1 내지 도 3의 배터리 제어장치에는 제1형 스위치와 제2형 스위치를 다수 포함하는데, 이 스위치들에는 대용량의 전류가 흐르게 되고, 종래의 기계적 접점 방식의 스위치 기술로는 ‘대용량의 전류가 흐를 때 높은 내충격성을 지니는 동시에 접촉저항이 작은 소형/경량화 스위치’를 만들 수 없다.However, the battery control device of FIGS. 1 to 3 includes a plurality of first type switches and second type switches, and a large amount of current flows through these switches. As a conventional mechanical contact type switch technology, A small / lightweight switch having high impact resistance at the same time and having a small contact resistance can not be made.
따라서 본 발명의 스위치는, 도통 저항이 작은 소형/경향화된 스위치를 만들기 위해 용융 스위치(fusible switch)로 만든다. 용융 스위치(fusible switch)는 스위치의 동작시 2개의 전극 사이의 전도성 접합 물질(conductive bonding material)이 용융되는 스위치를 의미한다. 전도성 접합 물질(conductive bonding material)은 솔더링 물질(soldering material)로 부를 수도 있다.Therefore, the switch of the present invention is made of a fusible switch in order to make a small / trended switch having a small conduction resistance. A fusible switch refers to a switch in which the conductive bonding material between two electrodes is melted during operation of the switch. The conductive bonding material may also be referred to as a soldering material.
즉 2개의 전극을 이루는 2개의 도체 사이에 전도성 접합 물질(예를 들면, 납, 은, 주석, 구리, 인듐 등의 합금)을 위치시킨 후, 2개의 전극를 전기적으로 연결할 때는 전도성 접합 물질을 녹인 후 2개의 전극에 각각 접촉시켜 응고(solidification)시키고, 2개의 전극를 전기적으로 분리할 때는 전도성 접합 물질을 녹여서 떼어낸다.That is, after a conductive bonding material (for example, an alloy of lead, silver, tin, copper, indium or the like) is placed between two conductors constituting two electrodes, when the two electrodes are electrically connected, the conductive bonding material is melted The two electrodes are brought into contact with each other to solidify them, and when the two electrodes are electrically separated, the conductive bonding material is melted and removed.
이 때 전도성 접합 물질이 녹을 때 2개의 도체는 녹지 않아야 하므로, 전도성 접합 물질의 녹는점은 2개의 전극의 녹는점보다 낮은 것이 바람직하다.In this case, when the conductive bonding material melts, the two conductors should not dissolve, so that the melting point of the conductive bonding material is preferably lower than the melting point of the two electrodes.
따라서 본 발명의 용융스위치는 전극은 용융되지 않고 전도성 접합물질만 용융되므로 녹는점 온도에 따라 구분되는 솔더링(연납땜)과 브레이징(경납땜) 모두를 포함하므로 본 발명에서 언급하는 솔더링(soldering) 의미는 브레이징(brazing) 의미도 포함한다. Therefore, the melting switch of the present invention includes both soldering (brazing soldering) and brazing (brazing soldering), which are classified according to the melting point temperature since the electrodes are not melted but only the conductive bonding material is melted, Also includes the meaning of brazing.
도 5 는 본 발명에 의한 1접점 용융 스위치(One-way fusible switch)의 개념도이다. 1접점 용융 스위치(One-way fusible switch)는 a 접점 용융스위치(make contact-fusible switch)와 b 접점 용융스위치(break contact-fusible switch)를 포함한다.5 is a conceptual diagram of a one-way fusible switch according to the present invention. One-way fusible switches include a make contact-fusible switch and a b-contact fusible switch.
a 접점 용융스위치(make contact-fusible switch)는 a 접점 스위치(make contact switch)의 기능을 구현하는 용융스위치(fusible switch)를 의미하고, b 접점 용융스위치(break contact-fusible switch)는 b 접점 스위치(break contact switch)의 기능을 구현하는 용융스위치(fusible switch)를 의미한다. a make contact-fusible switch means a fusible switch that implements the function of a contact switch, and a break contact-fusible switch means a b contact switch a fusible switch that implements the function of a break contact switch.
a 접점 용융스위치(make contact-fusible switch)와 b 접점 용융스위치(break contact-fusible switch)를 포함하는 개념으로 1접점 용융 스위치(One-way fusible switch)라는 용어를 사용할 수도 있다. One-way fusible switch may be used with the concept of a make contact-fusible switch and a b-contact fusible switch.
도 5에서 보는 바와 같이 1접점 용융 스위치(One-way fusible switch)는, 분리되어 있는 2개의 고정전극(stationary electrode)과, 상기 고정전극에 밀착(또는 접촉) 또는 분리되는 방향으로 이동할 수 있는 이동전극(moving electrode), 상기 이동전극이 단방향 또는 양방향으로 이동할 수 있도록 이동전극에 이송력을 제공하는 이송부, 상기 고정전극과 이동전극간에 솔더링(soldering) 상태의 용융결합(fusion bonding) 또는 디솔더링(desoldering) 상태의 용융분리(fusible disconnect) 수행을 위한 전도성 접합물질(솔더링 물질)과, 발열부를 포함한다.As shown in FIG. 5, the one-way fusible switch includes two separated stationary electrodes and a movable electrode that moves in contact with (or in contact with) the fixed electrode, A transferring part for providing a transferring force to the moving electrode so that the moving electrode can move in a unidirectional or bi-directional manner, a fusion bonding or a soldering process in a soldering state between the fixed electrode and the moving electrode, (soldering material) for performing a fusible disconnect in a desoldering state, and a heat generating portion.
상기 이송부는 이송력을 발생하는 수단(예를 들면, 스프링, 모터, 전자석 등)을 포함할 수 있다. 상기 이송부는 이동전극을 이동시키는 힘, 즉 이송력 F를 이동전극으로 전달한다.The conveying unit may include means for generating a conveying force (for example, a spring, a motor, an electromagnet, etc.). The transfer unit transfers the force for moving the moving electrode, that is, the transfer force F, to the moving electrode.
상기 발열부는 상기 고정전극과 이동전극의 접점부위에 위치하는 전도성 접합물질을 용융시키기 위해 열을 공급하는 부분으로서, 열을 발생하는 발열체를 포함한다. 발열부는 이동전극과 2개의 고정전극 모두에 열을 공급할 수도 있고, 그 중 일부에만 열을 공급할 수도 있다. 도 5에서 발열체가 공급하는 열은 T로 표시된다.The heating unit includes a heating element that generates heat to supply heat to melt the conductive bonding material located at the contact point between the fixed electrode and the moving electrode. The heat generating portion may supply heat to both the moving electrode and the two fixed electrodes, or may supply heat to only a part of the movable electrode and the two fixed electrodes. In Fig. 5, the heat supplied by the heating element is denoted by T.
발열체가 전기에 의해 열을 발생하는 장치일 경우, 발열체는 전기공급을 위한 전력 공급부가 필요하다. 전력 공급부는 발열체에 전력을 공급하거나 차단할 수 있다.In the case where the heating element is a device that generates heat by electricity, the heating element requires a power supply portion for supplying electricity. The power supply unit can supply or cut off power to the heating element.
a 접점 용융 스위치의 구체적인 실시예는 다음과 같다.A specific embodiment of the a-contact melting switch is as follows.
도 6은 a 접점 용융 스위치의 제1 실시예의 동작 전후의 모습이다.Fig. 6 shows a state before and after the operation of the a-contact melting switch of the first embodiment.
도 6 (a)는 a 접점 용융 스위치의 동작 전 모습이다.6 (a) shows a state prior to the operation of the a-contact melting switch.
도 6의 용융 스위치는, 최초에 이동전극(320)이 홀드부(330)에 용융결합 상태로 고정되어 있고, 고정전극(311)과 고정전극(312)는 전기가 통하지 않는 개방상태이다.6, the
도 6 (a)의 2개의 고정전극은 이격되어 있어서 전기적으로 분리되어 있다. 따라서 2개의 고정전극은 절연 분리되어 있다고 할 수 있다. 즉 공기 또는 진공에 의해 절연되거나 절연체에 의해 절연된 경우도 절연된 것이라 할 수 있으므로, 도 6 (a)의 2개의 고정전극은 절연 분리된 것이라 할 수 있다.The two fixed electrodes in Fig. 6 (a) are spaced apart and electrically separated. Therefore, it can be said that the two fixed electrodes are insulated and separated. That is, even when insulation by air or vacuum or insulation by an insulator is also insulated, the two fixed electrodes in Fig. 6 (a) can be said to be insulated and separated.
상기 홀드부(330)는, 외부로부터 충격에 대한 내구성을 갖게 하기 위하여 이동전극(320)을 고정시켜 주는 것을 목적으로 한다. 상기 이동전극(320)과 상기 홀드부(330) 사이에는 저온 용융 물질(331)이 존재하여 이동전극(320)과 상기 홀드부(330)를 용융 결합시킨다. 저온 용융 물질(331)은 녹는점이 상기 이동전극(320)과 상기 홀드부(330)보다 낮기 때문에 붙여진 이름이며, 전도성 물질일 수도 있고 비전도성 물질일 수도 있다.The holding
이동전극(320)의 하부와 2개의 고정전극(311, 312)의 상부에는 전도성 접합 물질(320a)이 도금(plating) 또는 코팅(coating)되어 있다. 전도성 접합 물질(320a)의 녹는점은 상기 고정전극(311, 312)의 녹는점과 상기 이동전극(320)의 녹는점보다 낮다. 전도성 접합 물질(320a)의 대표적 예로는 땜납(solder)이 있다.A
이동전극(320)의 내부에는 절연된 열선으로 구성되는 발열체(321)가 존재하고, 발열체 전력공급선(322)은 발열체의 전력 공급부에 연결된다. The moving
스프링(338)과 스프링 하우징(339)은 이송력 발생수단을 구성한다. The
도 6의 이송력 발생수단은 스프링(338)의 탄성력에 의해 이송력을 발생시킨다.The feed force generating means of Fig. 6 generates a feed force by the elastic force of the
전달링크(335)는 스프링에 의한 이송력을 이동전극(320)에 전달하는 역할을 한다. 전달링크(335)는 이동전극(320)에 부착되어 있는 것이 바람직하다.The
도 6의 이송력 발생수단은 이송력을 발생시키지만, 이동전극(320)이 저온 용융 물질(331)에 의해 홀드부(330)에 고정되어 있으므로, 이동전극(320)은 움직일 수 없다. The transfer force generating means of FIG. 6 generates a transfer force, but the
도 6 (b)는 a 접점 용융 스위치의 동작 후 모습이다.Fig. 6 (b) shows the state after the operation of the a-contact melting switch.
도 6 (a)에서 발열체(321)에 전력이 공급되어 열이 발생하면, 저온 용융 물질(331)이 녹게 되므로 이송력 발생수단의 이송력에 의해 이동전극(320)에 의해 아래로 이동한다. 또한 전도성 접합 물질(320a)도 발열체의 열에 의해 녹게 된다.In FIG. 6 (a), when electric power is supplied to the
그 후 발열체(321)에 전력 공급이 중단되면, 전도성 접합 물질(320a)은 이동전극(320)과 2개의 고정전극(311, 312)와 접촉한 상태에서 응고되게 되는데, 이것을 용용결합된 상태라고 할 수 있다. 그 결과, 2개의 고정전극(311, 312)은 전기적으로 연결된 상태가 된다. Thereafter, when the power supply to the
2개의 고정전극(311, 312)간에는 충분한 이격거리가 존재하므로 우수한 내전압 특성을 갖는다. 만일 2개의 고정전극(311, 312) 사이에 절연체가 존재한다면, 더욱 우수한 내전압 특성을 갖는다.Since there is a sufficient distance between the two fixed
우수한 내전압 특성을 가지면서도, 도 6 (b)에서 2개의 고정전극(311, 312)은 이동전극(320)에 최대한 밀착되는 구조를 가지므로, 2개의 고정전극(311, 312) 사이의 도통저항은 매우 작다.The two fixed
또한 도 6의 스위치에서는 2개의 고정전극(311, 312)이 굽힘성이 없는 두꺼운 도체인 경우에도 동작할 수 있는 구조를 제공하므로, 스위치의 도통저항을 최소화할 수 있어 대전류 용량 대비 스위치의 크기를 줄일 수 있는 장점이 있다. 6, since the two fixed
이송력 발생수단이 없더라도 중력에 의해 이동전극(320)은 아래로(중력방향으로) 이동할 수 있다. 하지만 이송력 발생수단이 없다면, 용융결합을 위한 접촉압력이 약하고, 이동전극을 이동시키기 위한 설치방향이 제한되는 문제점이 있다.The moving
이러한 문제점을 극복하기 위해 이동전극의 이동을 이동전극의 하중에만 의존하지 않고 이동전극의 이동을 위한 이송력 발생수단을 별도로 더 구비하는 것이 바람직하다.In order to overcome such a problem, it is preferable to separately provide a moving force generating means for moving the moving electrode independently of the load of the moving electrode.
상기 이송력 발생수단은 모터(리니어 모터 포함), 전자석 등에 의해 힘을 발생하는 것일 수도 있고, 영구자석 사이의 반발력이나 탄성력에 의한 것(예를 들면, 판스프링, 압축 스프링 등을 이용한 것)일 수도 있다. 적용분야의 요구조건에 따라 그 외 다양한 방법으로 단방향 또는 양방향의 이송력을 발생시킬 수 있다.The feed force generating means may be one which generates a force by a motor (including a linear motor), an electromagnet, or the like, or may be one caused by a repulsive force or an elastic force between permanent magnets (e.g., using a leaf spring or a compression spring) It is possible. Depending on the requirements of the application, it is possible to generate unidirectional or bi-directional feed forces in various other ways.
이때 모터, 전자석 등에 의해 힘을 발생하는 양방향 이송력 발생수단의 경우, 양방향으로 스위치 동작이 가능하나, 장치가 다소 복잡해지는 단점이 있다. 또 영구자석 사이의 반발력이나 탄성력에 의한 이송력 발생수단의 경우, 한 방향으로만 이송력을 발생시키는 장치는 간단하게 구현할 수 있으나 양방향으로 이송력을 발생시키는 장치는 구현하기 어려운 문제점이 있다.In this case, in the case of the bi-directional feed force generating means generating a force by a motor, an electromagnet or the like, the bi-directional switch operation is possible, but the apparatus is somewhat complicated. Further, in the case of the transfer force generating means by the repulsive force or the elastic force between the permanent magnets, the device for generating the transfer force only in one direction can be implemented simply, but it is difficult to implement the device for generating the transfer force in both directions.
도 6에서 보는 바와 같이 본 발명의 실시예에서는 이해를 돕기 위하여 대표적인 이송력 발생수단으로 간단하게 구현이 용이한 압축 스프링을 적용하였다.As shown in FIG. 6, in order to facilitate understanding of the embodiment of the present invention, a compression spring which is easily implemented as a typical feed force generating means is applied.
물론 양방향의 이송력 발생 수단인 모터, 전자석을 상기 압축 스프링을 대체하여 사용할 수 있음은 물론이다. 양방향의 이송력 발생수단을 갖출 경우, 용용 스위치의 작동 후 복귀 동작까지 할 수 있는 장점이 있다. 예를 들어, a 접점 용융 스위치의 경우, 개방 상태에서 단락 상태로 변경되는 동작을 하였다가 다시 개방 상태로 되는 복귀 동작까지 할 수 있다.Needless to say, a motor and an electromagnet which are two-way feed force generating means can be used instead of the compression spring. There is an advantage that it is possible to perform the operation after the operation of the utilization switch and the return operation when the feed force generation means is provided in both directions. For example, in the case of the a-contact fusing switch, it is possible to perform the operation of changing from the open state to the short-circuit state to the returning operation of returning to the open state again.
즉 온-오프 접점간의 상태 전이가 양방향으로 동작되는 가역적 구조를 가질 수 있다.That is, the state transition between the on-off contacts can have a reversible structure that operates in both directions.
상기 발열체(321)는 상기 전도성 접합 물질(320a)를 용융시키는 기능을 제공한다. 상기 발열체(321)는 전도성 접합 물질(320a)을 녹일 수 있다면 어디에 설치되어도 되지만, 발열체의 부품을 줄이고 열 전달 효율을 극대화하기 위해 상기 이동전극(320) 내부에 탑재되는 것이 바람직하다. 발열체는 가스, 액체연료, 화약 등에 의해 열을 발생하는 것일 수도 있지만, 안전성과 제어의 용이성을 위해 전기열선(전기를 통과시킬 때 열을 발생시키는 저항선)을 이용하는 것이 바람직하다. The
고정전극과 이동전극은 전류가 도통할 수 있는 전도체로 도전율이 양호한 소재로 하는 것이 바람직하다.It is preferable that the fixed electrode and the moving electrode are conductors capable of conducting electric current and made of a material having a good conductivity.
이동전극은 도전율이 높은 것이 바람직하고, 내부에 발열체가 있는 경우 열전도가 잘 되어야 하므로 열전도율이 양호한 전도체(예: 구리)로 하는 것이 바람직하다. It is preferable that the moving electrode has a high conductivity, and when a heating element is present in the inside, a conductor having good thermal conductivity (for example, copper) is preferable because heat conduction should be good.
본 발명의 용융 스위치에서, 전도성 접합 물질은 용융결합이 이루어질 고정전극, 이동전극 도체의 접합부위에 솔더링 물성특성이 손상되지 않는 다양한 형태로 위치하는 것이 가능하다.(예: 도금, 코팅, 접착, 물리적 고정 등) In the melting switch of the present invention, it is possible that the conductive bonding material is placed on the bonding portion of the fixed electrode and the moving electrode conductor to be melt-bonded in various forms such that the soldering physical property is not impaired (e.g., plating, coating, Fixed, etc.)
특히, 고정전극, 이동전극 도체는 외부환경으로부터 보호(부식방지, 산화방지 등)와 용융결합을 용이하기 위해 전도성 접합 물질은 도금(예: 납, 주석, 은, 구리, 인듐 등의 합금) 또는 코팅(coating) 형태로 접합부위(접촉면)에 부착되어 있는 것이 더 바람직하다.Particularly, in order to facilitate the fusion bonding with the protection of the fixed electrode and the movable electrode conductor from the external environment (corrosion prevention, oxidation prevention, etc.), the conductive bonding material is plated (for example, an alloy of lead, tin, silver, It is more preferable to be attached to the joint portion (contact surface) in a coating form.
또한 전도성 접합 물질은 전극과 용융결합을 용이하기 위해 솔더링 촉매제(예: 납땜용 플럭스)를 함유하는 것이 바람직하다.It is also preferred that the conductive bonding material contains a soldering catalyst (e.g., flux for brazing) to facilitate melt bonding with the electrode.
사용목적과 용도에 따라 상기 전도성 접합 물질의 구성 성분의 물성치를 달리하여 고정전극과 이동전극간의 접촉저항, 융점온도, 접촉부위의 기계적/물리적 강도를 조절할 수 있다.The contact resistance between the fixed electrode and the moving electrode, the melting point temperature, and the mechanical / physical strength of the contact portion can be controlled by varying the physical properties of the constituent components of the conductive bonding material according to the intended use and application.
이때 이동전극의 용융결합 및 용융분리 시간을 단축하기 위해 이동전극뿐만 아니라 고정전극에 발열체를 더 설치할 수도 있다.In this case, in order to shorten the time for melt bonding and melting separation of the moving electrode, a heating element may be further provided in the fixed electrode as well as the moving electrode.
종래의 용융 스위치에서는 전도성 접합 물질을 녹이는 발열체가 전극의 외부에 있어서 전도성 접합 물질에 전달되는 열전달 효율이 낮다. 만일 도 6에서와 같이 발열체를 전극의 내부에 설치하면 전극과 발열체의 접촉면적이 증가되어 전극으로 전달되는 열이 많아지고, 전극의 발열량이 높아진다. 따라서 전도성 접합 물질에 전달되는 열전달 효율이 높아 용융시간을 단축시킬 수 있다.In the conventional melting switch, the heat transfer efficiency at which the heat generating material for melting the conductive bonding material is transmitted to the conductive bonding material outside the electrode is low. If the heating element is installed inside the electrode as shown in FIG. 6, the contact area between the electrode and the heating element is increased to increase the heat transferred to the electrode, and the heating value of the electrode is increased. Therefore, the heat transfer efficiency to the conductive bonding material is high and the melting time can be shortened.
또한 도 6 (a)의 실시예에서 발열체의 열이 2개의 고정전극(311, 312)를 통해 빠져나가지 않는 장점도 있다.In the embodiment of FIG. 6 (a), there is also an advantage that the heat of the heating element does not escape through the two fixed
도 7 은 발열체를 이동전극에 설치하기 위한 이동전극 형상의 예이다.7 is an example of a shape of a moving electrode for mounting a heating element on a moving electrode.
도 7 (a)와 같이, 이동전극의 내부에 사각형 단면의 관통 구멍이 천공 형성되어 사각통 형상을 가지며, 상기 관통 구멍에 면상 발열체가 삽입될 수도 있다.As shown in FIG. 7 (a), a through hole having a rectangular cross section is formed in the moving electrode so as to have a rectangular tube shape, and a plane heating element may be inserted into the through hole.
도 7 (a)와 같은 구조는, 종래의 외부 발열체 구조보다 발열체의 열전달 효율이 높다. The structure shown in Fig. 7 (a) has a higher heat transfer efficiency than that of the conventional external heating element structure.
도 7 (b)와 같은 구조는, 다수의 사각형 단면의 관통 구멍이 천공 형성되어 사각통 형상을 가지며, 상기 관통 구멍에 절연된 열선의 발열체가 삽입될 수도 있다.In the structure as shown in FIG. 7 (b), a plurality of through holes having a rectangular cross section are perforated to have a rectangular tube shape, and a heating element of an insulated hot wire may be inserted into the through hole.
도 7 (c), (d)에서 보는바와 같이, 이동전극의 내부에 다수의 구멍으로 형성되고, 상기 관통 구멍에 절연된 열선으로 구성되는 발열체가 삽입될 수 있다.As shown in FIGS. 7 (c) and 7 (d), a heating element formed of a plurality of holes in the moving electrode and composed of heat lines insulated from the through holes may be inserted.
다수의 구멍에 다수의 열선을 삽입하면 이동전극과의 접촉면적이 더욱 증가하므로, 열전달 효율이 더 높아 진다.When a plurality of hot wires are inserted into a plurality of holes, the contact area with the moving electrode is further increased, and the heat transfer efficiency is further increased.
다수의 구멍에 다수의 열선을 삽입할 수도 있지만, 하나의 구멍에 하나의 열선만 삽입하더라도 발열체로서의 기능을 할 수 있다.Although a plurality of hot wires can be inserted into a plurality of holes, even if only one hot wire is inserted into one hole, it can function as a heating element.
또한 발열체가 설치되는 이동전극의 내부 형상은 고 7 (a), (b), (c), (d)의 예시 도면에 국한하지 않고 요구조건에 따라 다양한 형상으로 할 수 있음은 물론이다. It is needless to say that the inner shape of the moving electrode on which the heating element is mounted is not limited to the example shown in (a), (b), (c) and (d) of FIG.
도 7 (e), (f) 에서 보는바와 같이 다층구조(multilayer) 형상을 갖는 이동전극의 외부 표면에 절연된 열선으로 구성되는 발열체가 부착될 수 있다.As shown in FIGS. 7 (e) and 7 (f), a heating element composed of an insulated hot wire may be attached to the outer surface of the moving electrode having a multilayer structure.
상기 다층구조 형상을 갖는 이동전극은, 균일한 두께를 가지는 구리막대(copper bar)로 쉽게 가공할 수 있다는 장점을 가진다. The moving electrode having the multilayer structure shape has an advantage that it can be easily processed with a copper bar having a uniform thickness.
도 7의 예에서와 같이 발열체를 이동전극의 내부에 삽입하거나 다층구조의 표면에 부착하는 경우에는, 발열체와 이동전극의 접촉면적을 극대화할 수 있어 열전달 효율이 향상되고, 발열체의 부착밀도를 높게할 수 있어 짧은 시간에 이동전극을 높은 온도로 가열할 수 있는 장점을 가진다.7, when the heating element is inserted into the moving electrode or attached to the surface of the multilayer structure, the contact area between the heating element and the moving electrode can be maximized, heat transfer efficiency is improved, the mounting density of the heating element So that the moving electrode can be heated to a high temperature in a short time.
도 8은 a 접점 용융 스위치의 제2 실시예의 동작 전후의 모습이다.Fig. 8 shows a state before and after the operation of the a-contact melting switch of the second embodiment.
도 8 (a)는 a 접점 용융 스위치의 동작 전 모습이다.Fig. 8 (a) shows a state prior to the operation of the a-contact melting switch.
이동전극(320)의 하부와 2개의 고정전극(311, 312)의 상부에는 절연 지지 부재(340)이 형성되어 있고, 이동전극(320)의 하부와 2개의 고정전극(311, 312)의 상부에는 전도성 접합 물질(320a)이 도금(plating) 또는 코팅(coating)되어 있다.An insulating
절연 지지 부재(340)(예: 스티로폼, 납땜용 플럭스 등)는 열에 약하면서도 지속적인 지지력을 갖는 재질로 이루어져야 한다. 즉 절연 지지 부재는 절연 지지 부재에 접하는 전극보다 녹는점이 낮아야 한다.Insulation support member 340 (e.g., styrofoam, flux for brazing, etc.) should be made of a material that is weak to heat but has a sustained bearing capacity. That is, the insulating supporting member must have a lower melting point than the electrode contacting the insulating supporting member.
도 8 (a)는 a 접점 용융 스위치의 동작 전 모습이고, 도 8 (b)는 a 접점 용융 스위치의 동작 후 모습이다.Fig. 8 (a) shows a state prior to the operation of the a-contact fusion switch, and Fig. 8 (b) shows a state after the operation of the a-contact fusion switch.
만일 이동전극(320)의 발열체(321)가 열을 발생시키면, 발열체(321)의 열이 이동전극(320)의 온도를 상승시키고 그 열에 의해 절연 지지 부재(340)는 녹게 되어서 지지력을 상실하게 된다. 그렇게 되면, 이송력 발생수단의 이송력에 의해 이동전극(320)은 아래로 이동한 후 전도성 접합 물질(320a)에 닿게 되고 전도성 접합 물질(320a)을 녹이게 된다. 그 후 발열체(321)의 발열이 중단되면 전도성 접합 물질(320a)이 응고되어 이동전극(320)과 고정전극(311, 312)은 용융결합되게 된다.If the
절연 지지 부재(340)는 용융 스위치가 동작하기 전에는 이동전극의 이동을 제한하다가 용융 스위치의 동작시에는 열에 의해 녹아서 이동전극의 이동을 제한하지 않도록 한다.The insulating
도 8에서는 고정전극(311, 312)의 상부에 전도성 접합 물질(320a)을 도금(plating) 또는 코팅(coating)했지만, 이동전극(320)의 하부에 전도성 접합 물질을 도금(plating) 또는 코팅(coating)할 수도 있고, 고정전극(311, 312)의 상부와 이동전극(320)의 하부 모두에 전도성 접합 물질을 도금(plating) 또는 코팅(coating)할 수도 있다.8, the
또한 도 8에서와 같이 절연 지지 부재(340)의 면적을 이동전극(320)의 하부면의 면적과 동일하게 할 수도 있지만, 절연 지지 부재(340)의 면적을 이동전극(320)의 하부면보다 매우 작은 면적이 되도록 할 수도 있다.8, the area of the
도 9는 a 접점 용융 스위치의 제3 실시예의 동작 전후의 모습이다.Fig. 9 shows a state before and after the operation of the a-contact fusion switch of the third embodiment.
도 9 (a)는 a 접점 용융 스위치의 동작 전의 모습이고, 도 9 (b)는 a 접점 용융 스위치의 동작 후의 모습이다.Fig. 9 (a) shows the state before the operation of the a-contact fusion switch, and Fig. 9 (b) shows the state after the operation of the a-contact fusion switch.
도 9 (a)의 2개의 고정전극(311, 312)은 이격되어 있어서 전기적으로 분리되어 있다.The two fixed
스프링(338)과 스프링 하우징(339)은 이송력 발생수단을 구성하지만, 전달링크(335)의 내부에는 전달링크 구멍(홀)(335a)이 형성되어 있고 그 전달링크 구멍(335a)의 내부로 퓨즈와이어(fuse wire)(350)가 통과하면서 전달링크(335)의 위치를 고정시켜준다.The
스위치 동작시에는 발열체(321)와 퓨즈와이어(350)에 전류가 공급되고, 퓨즈와이어(fuse wire)는 녹아 끓어지게 되어 상기 구속된 압축된 스프링(338)의 탄성력이 전달링크(335)을 통해 상기 이동전극(320)에 전달된다.A current is supplied to the
여기서 a 접점 용융 스위치를 구현하는 상기 실시예와 용융결합을 포함하는 본 발명의 모든 용융스위치는 동작시간을 단축시키고 고정전극 단자 연결부의 온도상승을 최소화하기 위해 도 9의 압축 스프링(338)과 퓨즈와이어(350)를 이용하여 용융결합이 일어나기 전에 이동전극을 미리 충분히 예열(preheating)시킬 수 있다. Here, the above-described embodiment implementing the a-contact melting switch and all of the melting switches of the present invention including melt-bonding shorten the operation time and minimize the temperature rise of the fixed electrode terminal connection, The
즉 상기 퓨즈와이어(350)를 끓기전에 이동전극(320)의 발열체(321)에 먼저 소정의 시간동안 전력을 공급하면 이동전극은 고정전극에 접촉하기 전에 높은 온도로 가열되고, 이로 인하여 용융결합 동작시간의 단축과 고정전극 단자 연결부의 온도상승을 최소화할 수 있다. That is, if power is first applied to the
상기 실시예들에서 이동전극과 고정전극간의 밀착효과를 최대로 하기 위해 이동전극 접점면의 이동방향과 고정전극 접점면의 방향은 같다.In order to maximize the adhesion effect between the moving electrode and the fixed electrode in the above embodiments, the moving direction of the moving electrode contact surface is the same as that of the fixed electrode contact surface.
즉 밀착효과를 최대로 하기 위해 접촉각을 0도로 하는 것이 매우 바람직하다. That is, it is highly desirable to set the contact angle to 0 degree in order to maximize the adhesion effect.
여기서 접촉각은 이동전극 접점면의 이동방향과 고정전극 접점면 방향이 이루는 각이다. The contact angle is an angle formed by the moving direction of the moving electrode contact surface and the fixed electrode contact surface.
본 발명의 용융스위치는 상기 접촉각을 0도로 한정하지 않고 최대 90도까지 허용하는 것을 특징으로 한다. The melting switch of the present invention is characterized in that the contact angle is not limited to 0 degrees but is allowed up to 90 degrees.
도 10은 접촉각이 90도 일때의 a 접점 용융 스위치의 제4 실시예이다. 10 is a fourth embodiment of an a-contact melting switch when the angle of contact is 90 degrees.
도 10 (a)는 a 접점 용융 스위치의 동작 전의 모습이고, 도 10 (b)는 a 접점 용융 스위치의 동작 후의 모습이다.10 (a) shows the state before the operation of the a-contact fusion switch, and Fig. 10 (b) shows the state after the operation of the a-contact fusion switch.
도 10은 도 8의 용융스위치의 기능과 구성은 기본적으로 동일하며 차이점은 접촉각이다. Fig. 10 is basically the same in function and configuration of the melting switch of Fig. 8, and the difference is a contact angle.
즉 도 10은 접촉각이 90도 이고 도 8은 접촉각이 0도 이다. 10, the contact angle is 90 degrees and the contact angle is 0 degrees.
도 10에서 용융결합시 압축 스프링의 압력에 전도성 접합물질(320a)의 유실을 최소화 하기 위해 전달링크는 상부 덮개 형상으로 이루어지고, 절연체의 하부덮개(370)를 더 두어 밀폐된 구조로 하는 것이 바람직하다. In FIG. 10, in order to minimize leakage of the
도 11은 a 접점 용융 스위치의 변형실시예의 동작 전후의 모습이다.Fig. 11 shows a state before and after the operation of the modified embodiment of the a-contact melting switch.
도 11 (a)는 a 접점 용융 스위치의 동작 전의 모습이고, 도 11 (b)는 a 접점 용융 스위치의 동작 후의 모습이다. Fig. 11 (a) shows the state before the operation of the a-contact fusion switch, and Fig. 11 (b) shows the state after the operation of the a-contact fusion switch.
도 11 (a)에서는, 제3전극(420)의 내부에 발열체(421)가 삽입되어 있고, 발열체(421)에는 발열체 전력공급선(322)를 통해 전력을 공급할 수 있다.11 (a), a
제3전극(420)의 양쪽에는 전도성 접합 물질(420a)이 도금(plating) 또는 코팅(coating)되어 있다. 제1전극(411)과 제3전극(420)의 사이와 제2전극(412)과 제3전극(420)의 사이에는 절연 지지 부재(440)가 위치한다. 절연 지지 부재(440)는 열에 약하면서도 절연성이 있는 물질로서, 전극{제1전극(411), 제2전극(412), 제3전극(420)}보다 녹는점이 낮다.The
꺾쇠 스프링(450)은 제1전극(411)과 제2전극(412)을 둘러싸는 ‘꺾쇠 형태의 탄성 스프링’으로서, 압축력을 제공한다. 제1전극(411)과 제2전극(412) 바깥쪽의 절연체(450)는 ‘꺾쇠 형태의 탄성 스프링’이 전도성이 있는 금속일 경우 그것에 의해 제1전극(411)과 제2전극(412)가 전기적으로 연결되는 것을 방지하기 위한 것이므로, 꺾쇠 스프링(450)이 전도성이 없는 재질(예를 들면, 전도성이 없는 플라스틱)로 이루어진 경우, 절연체(450)는 필요가 없다.The
만일 도 11 (a)의 상태에서 제3전극(420)의 발열체(421)가 발열을 하면 그 열에 의해 전도성 접합 물질(420a)과 절연 지지 부재(440)가 녹게 된다. 즉 절연 지지 부재(440)는 녹아서 없어지고 전도성 접합 물질은 용융상태(420a)가 된다. 이때 꺾쇠 스프링(450)에 의해 누르는 힘이 존재하는 상태에서 발열체의 발열이 중단되면 전도성 접합 물질(420a)이 응고되면서 제3전극(420)은 제1전극(411) 및 제2전극(412)과 용융결합(용융 후 응고되어 결합)하게 되고, 도 11 (b)처럼 제1전극(411)과 제2전극(412)이 전기적으로 연결된 상태가 된다.If the
도 11의 실시예에서는 제3전극(420)에만 전도성 접합 물질(420a)이 도금(plating) 또는 코팅(coating)되어 있으나, 제1전극(411) 및 제2전극(412)에 전도성 접합 물질(420a)을 도금(plating) 또는 코팅(coating)할 수도 있고, 제3전극(420), 제1전극(411) 및 제2전극(412) 모두에 전도성 접합 물질(420a)을 도금(plating) 또는 코팅(coating)할 수도 있다.11, the
도 11의 실시예와 반대로 제3전극(420)은 용융스위치 하우징에 고정되고, 제1전극(411)과 제2전극(412)이 제3전극(420)에서 분리되도록 이송력 발생수단을 구성하면 b 접점의 용융 스위치가 될 수 있음은 물론이다. 11, the
b 접점 용융 스위치의 구체적인 실시예는 다음과 같다.A specific embodiment of the b-contact fusing switch is as follows.
b 접점 스위치는 제1형 스위치처럼 ‘2개의 전극이 최초 단락 상태에서 개방 상태로 전이되는 동작을 할 수 있는 스위치’를 의미하고, b 접점 용융 스위치는 b 접점 스위치인 용융 스위치를 의미한다.b contact switch means a switch capable of performing an operation in which the two electrodes are switched from the first short-circuited state to the open state like the first-type switch, and the b-contact meltdown switch means a melted switch which is a b-
도 12는 b 접점 용융 스위치의 제1 실시예의 동작 전후의 모습이다.Fig. 12 is a front and rear view of the b contact-type fusing switch of the first embodiment.
도 12 (a)는 b 접점 용융 스위치의 동작 전 모습이고, 도 6 (b)는 b 접점 용융 스위치의 동작 후 모습이다.Fig. 12 (a) shows a state prior to the operation of the b-contact fusing switch, and Fig. 6 (b) shows a state after the operation of the b-
도 12 (a)에서, 이동전극(520)과 2개의 고정전극(511, 512) 사이에 전도성 접합 물질(520a)이 솔더링 상태로 용융결합되어 있어서 2개의 고정전극(511, 512)은 전기적으로 연결되어 있다. 12A, the
스프링(538)과 스프링 하우징(539)은 이송력 발생수단을 구성한다.The
도 12의 이송력 발생수단은 스프링(538)의 탄성력에 의해 이송력을 발생시킨다.The feed force generating means of FIG. 12 generates a feed force by the elastic force of the
전달링크(535)는 스프링에 의한 이송력을 이동전극(520)에 전달하는 역할을 한다. 전달링크(535)는 이동전극(520)에 부착되어 있는 것이 바람직하다.The
도 12의 이송력 발생수단은 이송력을 발생시키지만, 이동전극(520)이 전도성 접합 물질(520a)에 의해 2개의 고정전극(511, 512)에 고정되어 있으므로, 이동전극(520)은 움직일 수 없다. The transfer force generating means of Figure 12 generates a transfer force but the
이동전극(520)의 내부에는 발열체(351)가 존재한다. 도 12의 발열체(521)는 절연된 열선이다. 발열체 전력공급선(522)은 발열체로 전력을 공급하는 역할을 한다.A heating element 351 is present inside the moving
도 12 (a)에서 이동전극(520)에 설치되어 있는 발열체(521)에 전력이 공급되면 발열체(521)의 발열로 인하여 이동전극(520)의 온도가 상승하게 되고, 이로 인하여 이동전극(520)과 고정전극(511, 512)의 접합부위에 있는 전도성 접합 물질(520a)이 융점(녹는점)에 이르게 되어 전도성 접합 물질이 용융되고, 동시에 이동전극(520)은 이송력 발생수단의 이송력에 의해 고정전극에서 분리되어(511, 512) 이동하게 된다. 12A, when power is supplied to the
따라서 최초 단락상태에서 개방상태로 전이되는 스위칭 기능을 제공한다.Thus providing a switching function that transitions from the first shorted state to the open state.
도 12 (b)에서, 홀드부(530)는, 외부로부터 충격에 대한 내구성을 갖게 하기 위하여 이동전극(520)을 고정시켜 주는 것을 목적으로 한다. 상기 이동전극(520)과 상기 홀드부(530) 사이에는 저온 용융 물질(531)이 존재하여 이동전극(520)과 상기 홀드부(530)를 용융 결합시킨다. 저온 용융 물질(531)은 녹는점이 상기 이동전극(520)과 상기 홀드부(530)보다 낮기 때문에 붙여진 이름이며, 전도성 물질일 수도 있고 비전도성 물질일 수도 있다.12 (b), the
스위치 동작시에 상기 저온 용융 물질(531)도 발열체의 열에 의해 녹았다가 스위치 동작 완료 후에 응고되어서 이동전극(520)을 상기 홀드부(530)에 고정하게 된다.The low
이송력 발생수단이 없더라도 중력에 의해 이동전극(520)에 의해 아래로 이동할 수 있다. 상기 홀드부(530)의 역할은 이송력 발생수단이 없는 경우에 중요하며, 도 12과 같이 이송력 발생수단이 있는 경우 상기 홀드부(530)는 생략될 수 있다.Even if there is no feed force generating means, it can be moved downward by the moving
도 13은 b 접점 용융 스위치의 제2 실시예의 동작 전후의 모습이다.Fig. 13 shows a state before and after the operation of the b contact-type fusing switch according to the second embodiment.
도 13에서 퓨즈와이어(550)는 압축 스프링(538)의 탄성력을 구속시켜 용융스위치가 동작전에 이동전극(520)에 가해지는 힘을 차단시키는 역할을 한다. In FIG. 13, the
도 13 (a)는 b 접점 용융 스위치의 동작 전 모습이고, 도 13 (b)는 b 접점 용융 스위치의 동작 후 모습이다.Fig. 13 (a) shows a state prior to the operation of the b-contact fusing switch, and Fig. 13 (b) shows a state after the operation of the b-
도 13 (a)에서, 전도성 접합 물질(520a)이 2개의 고정전극(511, 512)과 이동전극(520) 사이에 용융결합되어 있어서, 2개의 고정전극(511, 512)은 전기적으로 연결되어 있다. 13A, the
스프링(538)과 스프링 하우징(539)은 이송력 발생수단을 구성하지만, 전달링크(535)의 내부에는 전달링크 구멍(홀)(535a)이 형성되어 있고 그 전달링크 구멍(535a)의 내부로 퓨즈와이어(fuse wire)(550)가 통과하면서 전달링크(535)의 위치를 고정시켜준다.The
스위치 동작시에는 발열체(521)와 퓨즈와이어(550)에 전류가 공급되고, 퓨즈와이어(fuse wire)는 녹아 끓어지게 되어 상기 구속된 압축된 스프링(538)의 탄성력이 전달링크(535)을 통해 상기 이동전극(520)에 전달된다.Current is supplied to the
또한 발열체(521)의 열에 의해 전도성 접합 물질(520a)도 녹게 되므로, 이동전극(520)은 고정전극(511, 512)으로부터 이격되게 되고, 2개의 고정전극(511, 512)간의 전기적 연결은 끊어지게 된다.The
여기서 압축 스프링(538)의 탄성력을 구속하는 상기 퓨즈와이어(550)를 사용하지 않아도 상기 b 접점 용융 스위치의 동작에는 아무런 상관이 없다.Here, the operation of the b-contact fusing switch is irrelevant without using the
도 8의 절연 지지 부재(320), 도 9의 퓨즈와이어(fuse wire)(350), 도 13의 퓨즈와이어(fuse wire)(550) 등은 이동전극의 이송력을 억제하는 이송 억제 수단의 일종이며, 이송 억제 수단은 그 외에 다양한 방법은 구현될 수 있다. 예를 들어 이동전극 이동방향의 수직방향으로만 이동가능한 어떤 돌출부가 이동전극의 측면에 끼워져 있어서 이동을 금지하고 있다가 그 돌출부를 이동전극의 측면에서 빼내는 방향으로 이동하면 이동전극의 이동이 허용되는 것이다. 이러한 이송 억제 수단은 a 접점 스위치, b 접점 스위치, c 접점 스위치 모두에 사용될 수 있다.The
도 14는 접촉각이 90도 일때의 b 접점 용융 스위치의 실시예이다. Fig. 14 shows an embodiment of the b-contact fusing switch when the contact angle is 90 degrees.
도 14는 도12과 기능과 구성은 동일하며 단지 구조적으로 접촉각만 다르다.Fig. 14 is the same in function and configuration as Fig. 12 and only structurally different in contact angle.
도 14 (a)는 b 접점 용융 스위치의 동작 전의 모습이고, 도 14 (b)는 b 접점 용융 스위치의 동작 후의 모습이다.Fig. 14 (a) shows the state before the operation of the b-contact fusing switch, and Fig. 14 (b) shows the state after the operation of the b-
접촉각이 90도로 용융결합된 이동전극이 고정전극에서 분리될때 고정전극 접점면의 길이만큼 이동전극이 이동해야 하므로 시간지연이 발생하는 특징을 가진다. When the movable electrode, which is melt-bonded at a contact angle of 90 degrees, is separated from the fixed electrode, a time delay occurs because the movable electrode must move by the length of the fixed electrode contact surface.
반면에 접촉각이 0도로 용융결합된 이동전극은 고정전극에서 분리시에는 이동전극의 이동과 동시에 이동전극이 분리된다.On the other hand, when the movable electrode is melt-bonded at a contact angle of 0 degrees, the movable electrode is separated from the fixed electrode when the movable electrode moves.
도 15는 본 발명에 의한 c 접점 용융스위치(change over contact-fusible switch)의 개념도이다.15 is a conceptual diagram of a change over contact-fusible switch according to the present invention.
c 접점 용융 스위치는 c 접점 스위치인 용융 스위치를 의미한다. ‘c 접점 용융 스위치’는 b 접점 용융 스위치와 a 접점 용융 스위치를 (기능적으로) 하나로 결합한 형태의 용융 스위치라 할 수 있다. The c-contact meltdown switch means a melted switch that is a c-contact switch. The 'c-contact meltdown switch' can be a meltdown switch in which the b-contact meltdown switch and the a-contact meltdown switch are functionally combined.
도 15에서 보는 바와 같이 c 접점 용융 스위치는 상부에 존재하는 2개의 고정전극(제1 고정전극 또는 T1, 제2 고정전극 또는 T2)과, 하부에 존재하는 2개의 고정전극(제3 고정전극 또는 T3, 제4 고정전극 또는 T4), 상하 방향으로 이동하는 이동전극(T5), 상기 이동전극이 단방향 또는 양방향으로 이동할 수 있도록 이동전극에 이송력을 제공하는 이송부, 상기 고정전극과 이동전극간에 솔더링(soldering) 상태의 용융결합(fusion bonding) 또는 디솔더링(desoldering) 상태의 용융분리(fusible disconnect) 수행을 위한 전도성 접합물질(솔더링 물질)과, 발열부를 포함한다.15, the c-contact fusing switch includes two fixed electrodes (first fixed electrode or T1, second fixed electrode or T2) existing on the upper side and two fixed electrodes (third fixed electrode or T2, T3, a fourth fixed electrode or T4, a moving electrode T5 that moves in the vertical direction, a transfer unit that provides a transfer force to the moving electrode so that the moving electrode can move in a unidirectional or bidirectional direction, (soldering material) for performing fusible bonding in the soldering state or performing fusible disconnect in the desoldering state, and a heat generating portion.
상기 이송부는 이송력을 발생하는 수단(예를 들면, 스프링, 모터 등)을 포함할 수 있다.The transfer unit may include means for generating a transfer force (for example, a spring, a motor, etc.).
상기 발열부는 상기 고정전극과 이동전극의 접점부위에 위치하는 전도성 접합 물질을 용융시키기 위해 열을 공급하는 부분으로서, 열을 발생하는 발열체를 포함한다. 발열부는 이동전극(T5)과 4개의 고정전극(T1,T2,T3,T4) 모두에 열을 공급할 수도 있고, 그 중 일부에만 열을 공급할 수도 있다.The heating unit includes a heating element that generates heat to supply heat to melt the conductive bonding material located at the contact point between the fixed electrode and the moving electrode. The heat generating unit may supply heat to both the moving electrode T5 and the four fixed electrodes T1, T2, T3, and T4, or may supply heat only to some of them.
발열체가 전기에 의해 열을 발생하는 장치일 경우, 발열체는 전기공급을 위한 전력 공급부가 필요하다. 전력 공급부는 발열체에 전력을 공급하거나 차단할 수 있다.In the case where the heating element is a device that generates heat by electricity, the heating element requires a power supply portion for supplying electricity. The power supply unit can supply or cut off power to the heating element.
이동전극이 위로 이동하여 상부의 2개의 고정전극(T1,T2)을 연결하면, 상부의 2개의 고정전극이 전기적으로 연결된다. 이동전극이 아래로 이동하여 하부의 2개의 고정전극(T3,T4)을 연결하면, 하부의 2개의 고정전극이 전기적으로 연결된다. 이동전극(T5)이 고정전극을 연결할 때 전도성 접합물질에 의해 용융결합되므로 연결되는 고정전극간의 저항은 매우 작아진다.When the movable electrode moves up and the two upper fixed electrodes T1 and T2 are connected, the upper two fixed electrodes are electrically connected. When the movable electrode moves downward and connects the two lower fixed electrodes T3 and T4, the lower two fixed electrodes are electrically connected. Since the movable electrode T5 is fusion-bonded by the conductive bonding material when the fixed electrodes are connected, the resistance between the fixed electrodes is very small.
c 접점 용융 스위치의 구체적인 실시예는 다음과 같다.A specific embodiment of the c-contact melting switch is as follows.
도 16은 c 접점 용융 스위치의 제1실시예의 동작전후의 모습이다.Fig. 16 shows a state before and after the operation of the c-contact fusing switch according to the first embodiment.
도 16 (a)는 c 접점 용융 스위치의 동작 전 모습이고, 도 16 (b)는 c 접점 용융 스위치의 동작 후 모습이다. Fig. 16 (a) shows a state prior to the operation of the c-contact fusing switch, and Fig. 16 (b) shows a state after the operation of the c-
도 16은 도 6의 홀드부(330) 또는 도 12의 홀드부(530)를 한 쌍의 독립된 고정전극으로 대체한 것이다. 이때 대체된 고정전극과 이동전극 사이에도 전도성 접합 물질이 필요하다.FIG. 16 is a view in which the
도 16의 용융 스위치는, 이동전극(620)의 이동에 따라 위쪽에 있는 제1 고정전극(611) 및 제2 고정전극(612)을 개방시키는 동시에 아래쪽에 있는 제3 고정전극(613) 및 제4 고정전극(614)을 단락시키므로, 도 4 (a)의 스위치와 같은 기능을 할 수 있다16, the first
도 16의 이동전극(620)은 도 6, 도 9와 마찬가지로 이동전극에 가해지는 중력 또는 이송력(이송력 발생 수단이 구비된 경우) 방향과 수직으로 위치하는 고정전극 접촉부위에 이동되어 접촉하게 된다.The
이동전극(620)의 내부에는 발열체(621)가 존재한다. 도 16의 발열체(621)는 절연된 열선이다. 발열체 전력공급선(622)은 발열체로 전력을 공급하는 역할을 한다.A
스프링(638)과 스프링 하우징(639)는 이송력 발생수단을 구성한다.The
도 16의 이송력 발생수단은 스프링(638)의 탄성력에 의해 이송력을 발생시킨다.The feed force generating means of Fig. 16 generates a feed force by the elastic force of the
전달링크(635)는 스프링에 의한 이송력을 이동전극(620)에 전달하는 역할을 한다. 전달링크(635)는 이동전극(620)에 부착되어 있는 것이 바람직하다.The
도 16의 이송력 발생수단은 이송력을 발생시키지만, 이동전극(620)이 전도성 접합물질(620a)에 의해 제1 고정전극(611) 및 제2 고정전극(612)에 고정되어 있으므로, 이동전극(620)은 움직일 수 없다.The transfer force generating means of Figure 16 generates a transfer force but since the moving
도 16의 스위치의 동작시에는, 발열체 전력공급선(622)을 통하여 발열체(621)로 전력을 공급하면 이동전극(620)에 접촉하고 있는 전도성 접합 물질(620a)을 녹이게 된다. 그 결과, 이송력 발생수단의 이송력에 의해 이동전극(620)은 아래로 이동하게 되고, 이동전극(620)은 제3 고정전극(611) 및 제4 고정전극(612)과 전도성 접합 물질(620a)을 통해 용용결합하게 된다.16, when power is supplied to the
만약 고정전극과 이동전극간의 용융결합이 단지 이동전극의 하중에 의한 압력에 의해서만 이루어지면, 용융결합을 위한 접촉압력이 약해지고, 중력에 의한 방향성으로 인하여 설치방향이 제한되는 문제점이 있다.If the melt-bonding between the fixed electrode and the moving electrode is performed only by the pressure due to the load of the moving electrode, the contact pressure for melt-bonding weakens and the mounting direction is limited due to the directionality due to gravity.
이러한 문제점을 극복하기 위해 이동전극의 이동을 이동전극의 하중에만 의존하지 않고 이송을 위한 이송력 발생수단을 별도로 구비할 수 있다.In order to overcome such a problem, a moving force generating means for moving the moving electrode independently of the load of the moving electrode may be additionally provided.
도 16은 c 접점 용융 스위치의 이송력 발생수단을 압축 스프링으로 한 모습이다. Fig. 16 shows a state in which the feed force generating means of the c-contact fusing switch is a compression spring.
물론 양방향의 이송력 발생 수단인 모터, 전자석을 상기 압축 스프링을 대체하여 사용할 수 있음은 물론이다.Needless to say, a motor and an electromagnet which are two-way feed force generating means can be used instead of the compression spring.
상기 실시예들의 도면에서 발열체는 이동전극에만 매립하였지만, 전도성 접합 물질을 보다 빨리 용융시키고, 용융스위치의 동작시간을 단축시키기 위해, 이동전극과 고정전극 모두에 발열체를 매립할 수도 있다.In the drawings of the above embodiments, the heating element is embedded only in the moving electrode, but a heating element may be embedded in both the moving electrode and the fixed electrode in order to melt the conductive bonding material more quickly and shorten the operation time of the melting switch.
도 17은 c 접점 용융 스위치의 제1실시예에서 이동전극과 고정전극 모두에 발열체가 매립된 경우의 사시도이다. 도 17 (a)는 c 접점 용융 스위치의 동작 전 모습이고, 도 17 (b)는 c 접점 용융 스위치의 동작 후 모습이다. 17 is a perspective view of a case where a heating element is embedded in both the moving electrode and the fixed electrode in the first embodiment of the c-contact melting switch. Fig. 17 (a) shows a state prior to the operation of the c-contact fusing switch, and Fig. 17 (b) shows a state after the operation of the c-
도 17의 이동전극(620)에도 발열체 삽입을 위한 다수의 구멍이 형성되어 있고, 4개의 고정전극(611, 612, 613, 614)에도 발열체 삽입을 위한 다수의 구멍이 형성되어 있다.A plurality of holes for inserting a heating element are also formed in the moving
상기 이동전극이 용융분리 및 용융결합시 가해지는 분리력과 접촉력(접촉 압력)은 상기 이송력 발생부에서 발생한 힘에 의해 결정된다. 여기서, 접촉력(접촉 압력)이 높은 상태에서 이동전극이 고정전극에 용융결합되면 상대적으로 도통저항을 줄일 수 있는 효과가 있다.The separation force and the contact force (contact pressure) applied to the movable electrode during the melt separation and fusion bonding are determined by the force generated in the feed force generation unit. Here, when the movable electrode is fusion-bonded to the fixed electrode in a state where the contact force (contact pressure) is high, the conduction resistance can be relatively reduced.
상기 이송력 발생수단은 전달링크를 더 포함하여 이송력 발생수단에서 발생한 힘을 전달링크를 통해 이동전극에 전달할 수 있다. The transfer force generating means may further include a transfer link to transfer the force generated by the transfer force generating means to the transfer electrode via the transfer link.
상기 전달링크는 이동전극의 이동방향으로 두 고정전극 사이를 가로질려 이동하는 구조로 구성되어, 유동성이 있는 용융된 전도성 접합 물질로 인하여 두 고정전극이 단락되는 것을 막아주는 칸막이(partition) 기능을 제공할 수 있다. 여기서 칸막이는 평판 형상으로 된 것이 바람직하다.The transfer link is configured to move across the two fixed electrodes in the moving direction of the moving electrode to provide a partition function to prevent shorting of the two fixed electrodes due to the fluidity of the molten conductive bonding material can do. Here, it is preferable that the partition has a flat plate shape.
본 발명의 전달링크는 상기 실시예에 한정하지 않고 이송력 발생수단, 고정전극, 이동전극 및 용융스위치의 형상과 구조에 따라 다양한 형상으로 이루어지는 것은 물론이다.Needless to say, the transfer link of the present invention is not limited to the above-described embodiment but may have various shapes depending on the shape and structure of the transfer force generating means, the fixed electrode, the movable electrode, and the melt switch.
또한, 이동전극이 이동할 때 정확하게 이동할 수 있도록 이동 가이드(가이드 홈, 가이드 로드(rod) 등)를 설치할 수도 있다.In addition, a movement guide (a guide groove, a guide rod, or the like) may be provided so as to move accurately when the movable electrode moves.
도 18은 c 접점 용융 스위치에 이동 가이드가 설치된 모습이다.Fig. 18 shows a state in which a movement guide is installed in the c-contact melting switch.
도 18 (a)는 c 접점 용융 스위치에 가이드 홈이 설치된 모습이다.18 (a) shows a state where guide grooves are formed in the c-contact fusing switch.
도 18 (a)에서 용융 스위치 하우징(670)에 가이드 홈(671)이 형성되어 있고, 그 가이드 홈(671)을 따라 칸막이(636) 형상의 전달링크가 위 아래로 이동할 수 있다. 칸막이(636)에 결합된 이동전극(620)은 칸막이(636)와 함께 위 아래로 이동하면서, 위쪽의 제1 고정전극(611) 및 제2 고정전극(612)에 결합하거나 아래쪽의 제3 고정전극(613) 및 제4 고정전극(614)에 결합한다.18 (a), a
도 18 (b)는 c 접점 용융 스위치에 가이드 로드(rod)가 설치된 모습이다. Fig. 18 (b) shows a state in which a guide rod is installed in the c-contact melting switch.
도 18 (b)에서 가이드 로드(672)는 이동전극(620)의 이동방향으로 관통 구멍(620h)에 끼워져 있고, 그 가이드 로드는 이동전극이 가이드 로드(672)를 따라 위 아래로 이동할 수 있도록 하는 이동 경로를 제공한다. 18 (b), the
또한 전달링크(635)가 칸막이(636) 형상으로 구성되어 용융된 전도성 접합물질에 의한 용융분리되는 고정전극(611,612)간의 단락을 방지하고, 스프링(638)의 이송력 발생수단에 의해 이동전극(620)을 이동시키는 구조이다. The
도 18 (b)에서 발열체(그림에서 표시생략)는 이동전극(620)의 내부에 설치되는 것이 바람직하다.In Fig. 18 (b), a heating element (not shown in the figure) is preferably provided inside the moving
용융 스위치가 실제 제품으로 만들어진 경우에, 반드시 외부로 노출되는 고정전극, 전력공급선 외에는 용융된 전도성 접합물질의 차단과 안전성을 위하여 용융 스위치 하우징 또는 용융 스위치 조립체의 하우징 에 의해 밀폐되는 것이 바람직하다.In the case where the melting switch is made of an actual product, it is preferable that the fixing electrode and the power supply line, which are necessarily exposed to the outside, are sealed by the housing of the melting switch housing or the melting switch assembly for blocking and safety of the melted conductive bonding material.
도 19는 c 접점 용융 스위치가 용용 스위치 하우징에 의해 밀폐된 모습이다.Fig. 19 is a view in which the c-contact melting switch is sealed by the use switch housing.
도 19에서, c 접점 용융 스위치가 용용 스위치 하우징(670)에 의해 밀폐되고, 4개의 고정전극(611, 612, 613, 614), 전력공급선(표시 생략)만이 외부로 노출된다.In Fig. 19, the c-contact melting switch is sealed by the
도 6, 도 8, 도 9, 도 10, 도 12 내지 14, 도 16의 사각형(점선으로 표시된 사각형)은 하우징(680)을 개념적으로 표시한 것이다. 즉 도 6, 도 8, 도 9, 도 10, 도12 내지 14, 도 16의 사각형은 하우징(680)에 해당하는 것으로서, 2개의 고정전극의 일부만 하우징(680)의 외부로 노출된다.6, 8, 9, 10, 12 to 14, and 16, the
도 20은 'd 접점 용융 스위치'의 실시예이다. 20 is an embodiment of a 'd-contact melting switch'.
도 16의 상기 c 접점 용융 스위치는 상부 고정전극(611,612)이 개방된 후에 하부 고정전극(613,614)이 단락되는 구조를 가져 접점 전환시에 불연속 구간이 존재한다.(break before make contact) 16 has a structure in which the lower fixed
반면에 도 20의 d 접점 용융 스위치는 불연속 구간이 존재하지 않는 것을 특징으로 한다. On the other hand, the d-contact melting switch in Fig. 20 is characterized in that there is no discontinuous section.
즉 상부 고정전극(711,712)이 개방되기 전에 하부 고정전극(713,714)이 단락되는 구조의 용융 스위치이다. (make before break contact)That is, the lower fixed
도 20 (a)는 d 접점 용융 스위치의 동작 전의 모습이고, 도 20 (b)는 d 접점 용융 스위치의 동작 중의 모습이다. 그리고 도 20 (c)는 d 접점 용융 스위치의 동작 후의 모습이고, 도 20 (d)는 'd 접점 용융 스위치 사시도'의 내부 모습이다. Fig. 20 (a) shows a state before the operation of the d-contact fusing switch, and Fig. 20 (b) shows a state during operation of the d- Fig. 20 (c) shows the state after the operation of the d-contact fusing switch, and Fig. 20 (d) shows the inside of the d-contact melting switch.
상부 고정전극(711,712)은 접촉각이 90도가 되어 이동전극(720)이 분리되기까지 소정의 시간지연(또는 이동거리)을 제공한다. The upper
상기 이동전극(720)이 이송력 발생수단의 압축 스프링(738)에 의해 보조 이동전극(720aa)과 고정전극(713,714)간의 이격거리만큼 이동하면 도 20 (b)에서 보듯이 보조 이동전극(720aa)도 한몸체로 이동되어 고정전극(713,714)에 접촉(단락)하게 된다. When the
그 후에 도 20 (c)에서 보듯이 이송력 발생수단의 누르는 힘에 의해 이동전극(720)은 보조 이동전극(720aa)에 완전히 밀착될때 까지 이동하여 상부 고정전극(711,712)은 개방되고 보조 이동전극(720aa)은 고정전극(713,714)에 밀착된 상태에서 용융결합하게 된다.Thereafter, as shown in FIG. 20 (c), the
상기 이동전극의 발열체(721)에서 보조 이동전극에 열전달 효과를 높이기 위해 보조 이동전극과 이동전극은 용융결합되는 것이 바람직하다. The auxiliary moving electrode and the moving electrode are preferably melt-coupled to increase the heat transfer effect to the auxiliary moving electrode in the
또한 발열체(721)는 필요에 따라 보조 이동전극(720aa)에도 설치할 수 있다.Further, the
상기 이동전극과 보조 이동전극간의 물리적 연결은 소정의 힘이 가해지면 형상이 변형되는 변형체(hhh)(예:연성 와이어)로 하는 것이 바람직하다.It is preferable that the physical connection between the moving electrode and the auxiliary moving electrode is made of a deformable body hhh (e.g., flexible wire) whose shape is deformed when a predetermined force is applied.
여기서 형상 변형은 굽힘, 끓어짐, 부서짐 등의 다양한 원인에 의해 발생되는 모든 형상 변형을 포함한다. Here, the shape deformation includes all shape deformations caused by various causes such as bending, boiling, breaking, and the like.
즉 상기 변형체는 도 20 (b)에서 보듯이 이동시에는 변형되지(구부러지지) 않고 보조 이동전극에 압축 스프링(738)의 이송력을 전달하고, 도 20 (c)에서 보듯이 밀착 압력이 가해지면 쉽게 변형되는(구부러지는) 것을 특징으로 한다. 20 (b), the deformable body is not deformed (bent) when it is moved, and the transfer force of the
또한 상부 고정전극간(711.712)과 하부 고정전극(713,714)간이 동시에 단락되는 시간은 이송력 발생수단에 의해 이동전극에 가해지는 힘의 세기와 상부 고정전극(711,712)에 접촉되어 이동하는 이동전극(720)의 이동거리에 의해 조절될 수 있다.The time during which the upper fixed electrode gap 711.712 and the lower fixed
도 8의 절연 지지 부재(320), 도 9의 퓨즈와이어(fuse wire)(350), 도 13의 퓨즈와이어(fuse wire)(550) 등은 이동전극의 이송력을 억제하는 이송 억제 수단의 일종이며, 이송 억제 수단은 그 외에 다양한 방법은 구현될 수 있다. 예를 들어 이동전극 이동방향의 수직방향으로만 이동가능한 어떤 돌출부가 이동전극의 측면에 끼워져 있어서 이동을 금지하고 있다가 그 돌출부를 이동전극의 측면에서 빼내는 방향으로 이동하면 이동전극의 이동이 허용되는 것이다. 이러한 이송 억제 수단은 a 접점 스위치, b 접점 스위치, c 접점 스위치 모두에 사용될 수 있다.The
2개의 전극이 전도성 접합 물질을 통해 용융결합될 때 전도성 접합 물질이 흘러내릴 수 있다.When the two electrodes are melt-bonded through the conductive bonding material, the conductive bonding material can flow down.
도 21은 전도성 접합물질이 흘러내리는 모습이다.21 shows a state in which the conductive bonding material flows down.
도 21 (a)는 위쪽 전극(10)과 아래쪽 전극(20)이 용융결합하기 전 모습이고, 도 21 (b)는 위쪽 전극(10)과 아래쪽 전극(20)이 용융결합한 후의 모습이다.21 (a) shows a state before the
여기서 위쪽과 아래쪽은 중력의 방향에 의해 결정된다. 즉 중력이 작용하는 방향이 아래쪽이다.Where the top and bottom are determined by the direction of gravity. That is, the direction in which gravity acts is downward.
위쪽 전극(10)과 아래쪽 전극(20) 사이의 간격이 좁아지면 용융된 전도성 접합 물질(20a)은 압력에 의해 옆으로 밀려나오게 되고 밀려 나온 전도성 접합 물질(20a)은 중력에 의해 아래로 흘러내리게 된다.When the gap between the
또한 도 21 (a)의 위쪽 전극(10)과 아래쪽 전극(20)이 기울어진 상태에서 전도성 접합 물질(20a)이 녹게 되면, 전도성 접합 물질(20a)이 옆으로 흘러내릴 수도 있다. 이것은 전도성 접합 물질(20a)이 전극에 도금(plating) 또는 코팅(coating)되어 있는 경우에도 마찬가지이다. In addition, when the
만일 아래쪽(중력이 작용하는 방향)에 위치하는 전극에 홈을 설치하면 용융된 전도성 접합 물질이 옆으로 흘러내리는 것을 최소화할 수 있다If grooves are provided in the lower electrode (in the direction in which gravity acts), it is possible to minimize the flow of molten conductive bonding material sideways
홈의 위치는 아래쪽 전극의 용융결합 부분의 테두리를 따라 형성되는 것이 바람직하다.The position of the groove is preferably formed along the rim of the molten bond portion of the lower electrode.
도 22는 아래쪽 전극에 홈을 형성한 실시예이다.22 shows an embodiment in which a groove is formed in the lower electrode.
도 22 (a)는 위쪽 전극(10)과 아래쪽 전극(20)이 용융결합하기 전 모습이고, 도 22 (b)는 위쪽 전극(10)과 아래쪽 전극(20)이 용융결합한 후의 모습이다.22 (a) shows a state before the
도 22의 아래쪽 전극(20)에는 용융결합 부분의 테두리를 따라 홈(21)이 형성되어 있다.A
도 22 (b)에서 전도성 접합 물질(20a)은 홈(21)에 모이게 되므로, 외부로 흘러 넘치지 않거나 흘러넘치는 양을 최소화할 수 있다. In FIG. 22 (b), since the
도 23은 홈이 형성된 아래쪽 전극의 사시도의 예이다.23 is an example of a perspective view of the lower electrode with grooves formed thereon.
용융된 전도성 접합 물질이 옆으로 흘러내리는 것을 막기 위해 아래쪽(중력이 작용하는 방향)에 위치하는 전극에 오목부를 설치할 수도 있다.In order to prevent the molten conductive bonding material from flowing sideways, it is also possible to provide a concave portion at the lower portion (in the direction in which gravity acts).
도 24는 오목부가 형성된 실시예 1의 모습이다.Fig. 24 is a view of
도 24 (a)는 2개의 전극이 접촉하기 전의 모습이고, 도 24 (b)는 2개의 전극이 접촉한 후의 모습이다.Fig. 24 (a) shows a state before two electrodes are in contact with each other, and Fig. 24 (b) shows a state after two electrodes are in contact with each other.
아래쪽 전극(20)에는 오목부(25)가 형성되어 있어서 전도성 접합 물질(20a)를 수용한다.The
위쪽 전극(10)에는 볼록부(15)가 형성되어 있고 그 형상은 아래쪽 전극(20)의 오목부(25)와 대응하는 형상으로 이루어져 있어서, 위쪽 전극(10)의 볼록부(15)는 아래쪽 전극(20)의 오목부(25)와 밀착할 수 있다.The
도 25는 오목부 형성된 실시예 2의 모습이다.Fig. 25 is a view of the second embodiment in which the recess is formed.
도 25 (a)는 2개의 전극이 접촉하기 전의 모습이고, 도 25 (b)는 2개의 전극이 접촉한 후의 모습이다.Fig. 25 (a) shows a state before two electrodes are in contact with each other, and Fig. 25 (b) shows a state after two electrodes are in contact with each other.
도 25 (a)는 2개의 전극이 접촉하기 전의 모습이고, 도 25 (b)는 2개의 전극이 접촉한 후의 모습이다.Fig. 25 (a) shows a state before two electrodes are in contact with each other, and Fig. 25 (b) shows a state after two electrodes are in contact with each other.
아래쪽 전극(20)에는 오목부(25)가 형성되어 있어서 전도성 접합 물질(20a)를 수용한다.The
위쪽 전극(10)에는 볼록부(15)가 형성되어 있고 그 형상은 아래쪽 전극(20)의 오목부(25)와 대응하는 형상으로 이루어져 있어서, 위쪽 전극(10)의 볼록부(15)는 아래쪽 전극(20)의 오목부(25)와 밀착할 수 있다.The
도 24에서는 아래쪽 전극의 오목부와 위쪽 전극의 볼록부가 다면체 형태로 되어 있으나, 도 25에서는 아래쪽 전극의 오목부와 위쪽 전극의 볼록부가 곡면으로 된 점에서 차이가 있다.In Fig. 24, the concave portion of the lower electrode and the convex portion of the upper electrode are in the form of a polyhedron, but in Fig. 25, there is a difference in that the concave portion of the lower electrode and the convex portion of the upper electrode are curved surfaces.
도 24와 도 25의 실시에서는 오목부와 볼록부의 형상 및 크기가 거의 일치하도록 하였으나, 만일 볼록부의 크기를 오목부보다 조금 작게하거나 볼록부의 형상을 일부 깎아낸 형상으로 만들어서, 내부에 빈 공간이 생기도록 하면, 용융된 전도성 접합 물질이 그 빈 공간에 위치할 수 있게 되므로, 옆으로 밀려 나오는 것을 막는데 더 유리하다.In the embodiment shown in Figs. 24 and 25, the shape and size of the concave portion and the convex portion are substantially the same, but if the convex portion is made slightly smaller than the concave portion or the shape of the convex portion is partially cut out, , It is more advantageous to prevent the molten conductive bonding material from being sideways as it can be located in the empty space.
또한 오목부의 깊이를 깊게 하면 용융 스위치가 기울어져 있어도 용융된 전도성 접합 물질(20a)이 옆으로 흘러내리지 않는 장점이 있다. Also, if the depth of the concave portion is increased, the melted
도 26은 오목부가 형성된 실시예 3의 모습이다.26 is a view of the third embodiment in which the concave portion is formed.
도 26 (a)는 2개의 전극이 접촉하기 전의 모습이고, 도 26 (b)는 2개의 전극이 접촉한 후의 모습이고, 도 26 (c)는 2개의 전극이 접촉하기 전 기울어져 있는 모습이다.Fig. 26A shows a state before two electrodes are in contact, Fig. 26B shows a state after two electrodes are in contact, and Fig. 26C shows a state in which two electrodes are tilted before coming into contact .
아래쪽 전극에 오목부가 형성되어 있으면, 용융 스위치가 여러번 반복해서 작동하더라도 전도성 접합 물질이 외부로 유출되지 않으므로 전도성 접합 물질의 손실이 최소화 되어, 반복적인 용융 스위치를 만드는데 유리하다.If the lower electrode is provided with a concave portion, the loss of the conductive bonding material is minimized since the conductive bonding material does not flow out to the outside even if the melting switch is repeatedly operated several times, which is advantageous for producing a repeated melting switch.
오목부의 모양, 크기 깊이는 필요에 따라 다양하게 변형할 수 있다.The shape, size and depth of the concave portion can be variously modified as needed.
본 발명의 용융스위치는 용융된 전도성 접합 물질이 옆으로 흘러내리는 것을 막기 위해 도 24, 도 25, 도 26에서와 같이 아래쪽(중력이 작용하는 방향)에 위치하는 전극을 직접 오목부 형상으로 할 수 있지만, 내열성 부재(예: 플라스틱 수지류, 금속 박막 등)를 사용하여 오목부를 구성할 수 있다. In order to prevent the molten conductive bonding material from flowing sideways, the melting switch of the present invention can be formed into a direct recessed shape in the downward direction (direction in which gravity acts) as shown in Figs. 24, 25 and 26 However, a recess can be formed by using a heat resistant member (for example, a plastic resin stream, a metal thin film, or the like).
즉, 용융스위치의 이동전극과 고정전극 중에 용융결합시 아래쪽(중력방향) 전극의 접촉면 가장자리를 따라 용융된 전도성 접합 물질이 옆으로 흘러내리지 못하도록 소정의 높이로 에워싸는 상기 내열성 부재의 차단벽에 의해 오목부를 구성할 수 있다.That is, when the molten conductive adhesive material is melted along the edge of the contact surface of the downward (gravitational direction) electrode during the melt bonding of the moving electrode and the fixed electrode of the melting switch, the concave portion is recessed by the blocking wall of the heat resistant member, Can be constructed.
상기 차단벽에 의한 오목부는 일반 구리판재(copper sheet/plate)의 부스바 전극에 적용할 수 있다는 장점을 가진다.The concave portion formed by the blocking wall has an advantage that it can be applied to a bus bar electrode of a general copper sheet / plate.
도 27은 오목부가 형성된 용융 스위치의 실시예이다.Fig. 27 is an embodiment of a melting switch in which a concave portion is formed.
도 27은 차단벽 형상의 오목부를 가지는‘c 접점 용융 스위치’을 보여준다.27 shows a " c-contact fusing switch " having a recess in the shape of a barrier wall.
도 27에서 상기 이동전극(620)은 스프링(638)의 압축력에 의해 상부 고정전극(611,612)에서 용융분리시에 이동가이드(672)의 경로를 따라 하부 고정전극(613,614)으로 이동되어 용융결합이 수행되고, 이동전극(620의) 발열체 설치구멍에 발열체가 설치되는 구조를 보여준다. The
그리고 도 27에서 보듯이 c 접점 용융 스위치 하부의 고정전극(613,614)은 내열성 부재의 차단벽(GGG)이 접촉면을 에워싸는 구조로 오목부를 형성하고, 이동전극(620)은 상기 오목부에 대응되는 볼록부 형상을 가질수 있다. 27, the fixed
또한 상기 오목부에는 전도성 접합물질이 다양한 형태로 위치할 수 있다.Also, the conductive bonding material may be positioned in various forms in the recesses.
도 28은 오목부가 형성된 용융 스위치의 다른 실시예이다.28 is another embodiment of the melting switch in which the recess is formed.
도 28은 차단벽 형상의 오목부를 가지는‘c 접점 용융 스위치’를 보여준다.28 shows a " c-contact fusing switch " having a recess in the shape of a blocking wall.
도 27은 이동전극(620)이 하부 방향으로 이동하는 구조로 하부 고정전극(613,614)에 차단벽(GGG) 형상의 오목부가 있는 반면에 도 28은 이동전극(620)이 상부 방향으로 이동하는 구조로 이동전극(613,614) 상부에 차단벽(GGG) 형상의 오목부가 있는 구조이다.FIG. 27 shows a structure in which the moving
따라서 본 발명의 용융스위치는 이동전극과 고정전극 중 전도성 접합물질을 통해 용용결합하는 아래쪽(중력방향) 전극의 접촉면 가장자리를 용융된 전도성 접합 물질이 옆으로 흘러내리지 못하도록 내열성 부재가 소정의 높이로 에워싸는 구조의 차단벽을 형성하여 오목부를 구성하는 것을 특징으로 한다.Accordingly, the melting switch of the present invention is characterized in that the edge of the contact surface of the lower (gravity direction) electrode for melting and bonding through the conductive bonding material among the moving electrode and the fixing electrode is formed so as to prevent the molten conductive bonding material from flowing down to the side And a concave portion is formed by forming a blocking wall of the structure.
그런데, 단 1회의 스위치 동작이 아니라 용융 스위치가 반복적으로 스위치 동작을 할 수 있으려면, 반복적으로 용융결합과 용융분리 수행에 요구되는 전도성 접합물질이 지속적으로 제공되어야 하고, 또한 이송력 발생수단은 당연히 한 쪽 방향이 아니라 양쪽 방향으로 이송력을 발생시킬 수 있는 것이어야 한다. 양쪽방향으로 이송력을 발송시킬 수 있는 대표적인 수단의 예로는 모터가 있다. 이동전극은모터 회전운동을 직선운동으로 변환시키는 이송나사(feed screw)에 결합되어 양쪽방향으로 이송력을 전달 받는다.However, in order for the melting switch to repeatedly perform the switching operation instead of the single-time switch operation, it is necessary to continuously provide the conductive bonding material required for performing the melt bonding and the melting separation repeatedly, and the feeding- It should be able to generate a feed force in both directions, not in one direction. An example of a typical means by which a transfer force can be transmitted in both directions is a motor. The moving electrode is coupled to a feed screw that converts the rotational motion of the motor into linear motion and receives the transfer force in both directions.
도 29는 반복형 용융 스위치의 제1 실시예이다.29 is a first embodiment of an iterative melting switch.
도 29에서 고정전극(811,812)과 모터(850)는 용융스위치의 하우징에 고정된다.29, the fixed
도 29 (a)는 반복형 용융 스위치의 개방시의 모습이고, 도 29 (b)는 반복형 용융 스위치의 단락시의 모습이다.Fig. 29 (a) shows a state in which the repeated melting switch is opened, and Fig. 29 (b) shows a state in which a repeated melting switch is short-circuited.
이격된 2개의 고정전극(811, 812)의 아래쪽에는 이동전극(820)이 존재한다. 이동전극(820)은 모터(850)의 회전토크에 의해 위아래로 이동할 수 있다. 모터에는 이송나사(851)가 연결되어 있고, 전달링크(852)에는 이송나사(851)에 대응하는 형상의 나사산이 형성되어 있어서, 모터가 회전함에 따라 전달링크(852)를 위 아래로 이동시킨다.A moving
전달링크(852)는 이동전극(820)과 결합되어 있다.The
여기서 상기 이동전극(820)의 이송위치는 모터(850)에 의해 제어를 할 수 있으므로 이동전극을 충분히 예열한 후 고정전극에 접촉하여 용융결합을 할 수 있다.Here, since the transporting position of the moving
도 29 (a)와 같이, 이동전극(820)이 2개의 고정전극(811, 812)과 이격되어 있으면 2개의 고정전극(811, 812)은 전기적으로 분리된다. 도 2 (b)와 같이, 이동전극(820)이 2개의 고정전극(811, 812)과 결합되어 있으면 2개의 고정전극(811, 812)은 전기적으로 연결된다.29A, when the
도 30은 도 29의 반복형 용융 스위치의 사시도이다.Fig. 30 is a perspective view of the repeated melting switch of Fig. 29;
도 31은 도 29의 반복형 용융 스위치의 이동전극의 사시도이다.Fig. 31 is a perspective view of the moving electrode of the repeated melting switch of Fig. 29;
이동전극(820)의 상부에는 2개의 오목부(825)가 형성되어 있어서, 전도성 접합 물질이 위치할 수 있다. 이동전극(820)의 하부에는 발열체를 삽입하기 위한 다수의 구멍이 형성되어 있다.Two
도 32는 반복형 용융 스위치 제2 실시예이다. 32 is a second embodiment of an iterative melting switch.
도 32에서 고정전극(811,812)과 모터(850)는 하우징(표시 생략)에 고정된다. 32, the fixed
도 29와 달리 도 32는 이동전극(820)의 표면에 발열체가 부착되어 있고, 전달링크 없이 모터의 이송나사가 이동전극에 직접 결합되는 구조를 갖는다. 32, a heating element is attached to the surface of the moving
여기서 이동전극을 양방향으로 이송하고, 이동전극의 이송위치 검출을 위해 상기 모터는 스텝 모터로 대체될 수 있다Here, the motor can be replaced by a stepping motor to transfer the moving electrode in both directions and to detect the feeding position of the moving electrode
즉 스텝 모터는 1 펄스당 1 스텝각으로 회전하므로 이송위치 검출 수단을 부가적으로 구비하지 않고 스텝 모터의 구동 펄스 수로 이동전극의 위치를 검출할 수 있다. That is, since the step motor rotates at one step per pulse, it is possible to detect the position of the moving electrode by the number of drive pulses of the step motor without additionally providing the feed position detecting means.
상기 도 29와 도 32의 용융스위치는 구조적으로‘a 접점 용융스위치’와 ‘b 접점 용융스위치’기능을 동시에 제공하는 반복형 스위치라고 할 수 있다. The melting switch of FIGS. 29 and 32 can be structurally an iterative switch that simultaneously provides the functions of an "a-contact melting switch" and a "b-contact melting switch".
도 33은 반복형 용융 스위치의 제3 실시예이다. 33 is a third embodiment of an iterative melting switch.
구체적으로 말하면 도 33은‘c 접점 용융스위치’의 반복형 용융스위치로 이동전극(620)이 중력방향의 위 아래로 이동하는 구조로 인하여 하부 고정전극(613,614)과 이동전극(620)의 상부에 오목부를 가지는 것을 특징으로 한다.Specifically, FIG. 33 shows a structure in which the moving
상기 오목부는 직접 전극(고정전극, 이동전극)을 오목부 형상으로도 할 수 도 있고, 내열 부재의 차단벽으로 오목부를 형성할 수 있다.The concave portion may be a concave portion or a concave portion formed by a blocking wall of the heat resistant member.
도 33은 차단벽(GGG)에 의한 오목부 형상을 보여준다.33 shows the shape of the recess formed by the blocking wall GGG.
또한 도 33에서 보는 바와 같이 이동전극(620)을 위 아래로 이동하기 위해 이동전극(620)은 접촉면의 수직방향으로 이송나사의 구멍을 제공하여 모터의 이송나사가 이동전극(620)에 직접 결합되는 구조를 가질 수 있다.33, in order to move the moving
상기 모터의 회전에 의해 회전축에 연결되는 이송나사가 회전하여 이동전극은 양방향으로 이동시킬 수 있다. By the rotation of the motor, the feed screw connected to the rotating shaft rotates and the moving electrode can move in both directions.
상기 모터는 이동전극의 이송위치 검출을 위해 상기 모터는 스텝 모터로 하는 것이 바람직하다.It is preferable that the motor is a step motor for detecting the feeding position of the moving electrode.
위에서 설명한 용융 스위치들은 ‘스위치에 필연적으로 존재하는 2개의 고정전극과 이동전극 사이를 전도성 접합 물질로 용융결합하여 도통저항을 줄여주는 것’을 특징으로 갖고 있으며, 그 용융 스위치는 다양하게 변형되어 실시될 수 있다.The melting switches described above are characterized in that they 'melt connection of two fixed electrodes and a moving electrode, which are inevitably present in a switch, with a conductive bonding material to reduce conduction resistance, and the melting switch is variously modified .
앞에서의 실시예들에서는, 전도성 접합 물질은 고정전극과 이동전극에 미리 도금(plating) 또는 코팅(coating)하는 방식으로 제공하였다. 그러나 충분한 양의 전도성 접합 물질을 제공하기 위해, 비용융 상태의 전도성 접합 물질을 고정전극과 이동전극 사이에 추가로 더 둘 수도 있다. 예를 들어, 열에 약한 절연 지지 부재와 결합한 형태로 고정전극 또는 이동전극에 부착하거나 솔더링 촉매체(예: 플럭스-금속 산화피막 방지제)에 절연 코팅되어 고정전극 또는 이동전극에 부착하는 것이다. In the previous embodiments, the conductive bonding material was provided in a plating or coating manner in advance on the fixed electrode and the movable electrode. However, in order to provide a sufficient amount of the conductive bonding material, an additional non-freezing conductive bonding material may be interposed between the fixed electrode and the moving electrode. For example, it is attached to a fixed electrode or a moving electrode in a form coupled with an insulator supporting member weak in heat, or is coated on a soldering catalyst body (for example, a flux-metal oxidation coating inhibitor) and attached to a fixed electrode or a moving electrode.
상기 배터리 제어장치의 다수의 배터리 셀에 상기 용융스위치를 연결하여 용융스위치 조립체를 구현하는 경우, 이를 위해 연결되는 전극간의 전기저항과 배선공간이 최소화되는 구조의 전극 배선(electrode routing)이 요구된다.When the melting switch is connected to a plurality of battery cells of the battery control device to realize a melting switch assembly, electrode routing is required to minimize electrical resistance and wiring space between the electrodes.
즉, 용융스위치 조립체의 배선저항과 배선공간을 최소화 시키는 용융 스위치조립체의 배선구조(routing topology)가 요구된다.That is, there is a need for a routing topology of a melting switch assembly that minimizes the wiring resistance and wiring space of the melting switch assembly.
또한, 상기 배터리 제어장치의 용융스위치 조립체는 용융스위치의 용융결합과 용융분리시에 발생되는 열에 의해 용융스위치와 연결되는 배터리 셀 전극의 온도상승을 억제하기 위한 냉각장치가 요구된다.In addition, the melting switch assembly of the battery control device is required to have a cooling device for suppressing a rise in the temperature of the battery cell electrode connected to the melting switch by the heat generated during the melting and melting of the melting switch.
도 1에서 배터리 제어장치의 용융스위치 조립체 배선저항과 배선공간을 최소화하기 위하여 본 발명의 용융스위치 조립체는 일측전극 배선구조(다수의 배터리 셀의 일측 전극에만 배선되는 구조)로 구성한다.In order to minimize the wiring resistance and the wiring space of the melting switch assembly of the battery control device in FIG. 1, the melting switch assembly of the present invention is constructed with one electrode wiring structure (a structure wired only on one electrode of a plurality of battery cells).
이를 위하여 첫째로 도 1에서 기본 배터리 셀(111)과 교체 배터리 셀(131)은 직렬로 연결되는 다수의 하부 배터리 셀을 포함하는 구조로 변경하여 상기 기본 배터리 셀(111)과 교체 배터리 셀(131)은‘배터리 셀 단위그룹’으로 구성할 수 있다.To this end,
둘째로 상기‘배터리 셀 단위그룹’의 셀 개수를 2배수(짝수)로 할 수 있다. Second, the number of cells of the 'battery cell unit group' may be doubled (even number).
셋째로 제1형 스위치(S1)와 제2형 스위치(S2)는 단순한 배선구조가 되도록 배선회로를 구성할 수 있다.Third, the wiring circuit can be configured so that the first-type switch S1 and the second-type switch S2 have a simple wiring structure.
상기와 같은 방법에 의해 본 발명의 용융스위치 조립체는 배선저항과 배선공간이 최소화되는 일측전극 배선구조를 제공할 수 있다.According to the above-described method, the melt switch assembly of the present invention can provide one side electrode wiring structure in which the wiring resistance and the wiring space are minimized.
특히 일측전극에만 배선되는 구조를 제공하기 위하여 상기‘배터리 셀 단위그룹’이 포함하는 배터리 셀의 개수는 2배수(짝수)로 하는 것을 특징으로 한다.The number of battery cells included in the 'battery cell unit group' is doubled (even number) in order to provide a structure in which only one electrode is wired.
또한 짧은 배선 경로를 갖도록 하는 제1형 스위치(S1)와 제2형 스위치(S2)의 배선회로를 구성하는 것을 특징으로 한다. And a wiring circuit for the first type switch S1 and the second type switch S2 that has a short wiring path is constituted.
도 34는 용융스위치 조립체의 일측전극 배선도 실시예이다.Fig. 34 shows an embodiment of an electrode wiring on one side of a melting switch assembly.
도 34에서 예시를 위하여 배터리 셀 단위그룹의 배터리 셀 개수는 2(짝수)이다. In FIG. 34, the number of battery cells in the battery cell unit group is 2 (even number) for illustrative purposes.
도 34와 도 36에 표기된 심볼은 도 35에 표시된 ‘c 접점 용융스위치(CS)’의 표기 심볼을 따른다. The symbols shown in FIGS. 34 and 36 follow the notation symbol of the 'c-contact melting switch CS' shown in FIG.
도 35(a)에서 T1은 제1 고정전극, T2는 제2 고정전극, T3은 제3 고정전극, T4는 제4 고정전극을 표시하고, T5는 이동전극을 표시한다.35 (a), T1 denotes a first fixed electrode, T2 denotes a second fixed electrode, T3 denotes a third fixed electrode, T4 denotes a fourth fixed electrode, and T5 denotes a moving electrode.
그리고 S1은 제1형 스위치, S2는 제 2형스위치를 표시한다. S1 denotes a first type switch, and S2 denotes a second type switch.
도 35(b)는 도 35(a)를 심볼로 표시한 것으로 화살표 방향은 이동전극이 용융결합되는 이동 방향을 표시한다. FIG. 35 (b) is a symbol in FIG. 35 (a), and the arrow direction indicates the moving direction in which the moving electrode is fused.
도 34의 용융 스위치 조립체의 구체적인 일측전극 배선도는 다음과 같다.A detailed electrode wiring diagram of one side of the melting switch assembly of Fig. 34 is as follows.
도 34에서 제1형 스위치와 제2형 스위치는‘c 접점 용융스위치’로 구성되어, In Fig. 34, the first type switch and the second type switch are constituted by a 'c-contact melting switch'
제1 기본 배터리 셀 단위그룹에서, In the first basic battery cell unit group,
양극은 상기 제1 기본 배터리 셀 단위그룹의 제2 고정전극(T2)에; The positive electrode is connected to the second fixed electrode T2 of the first basic battery cell unit group;
음극은 상기 제1 기본 배터리 셀 단위그룹의 제4 고정전극(T4)에; The cathode is connected to the fourth fixed electrode T4 of the first basic battery cell unit group;
제1 고정전극(T1)은 상기 제1 기본 배터리 셀 단위그룹의 제3 고정전극(T3)에 배선되고; The first fixed electrode T1 is wired to the third fixed electrode T3 of the first basic battery cell unit group;
제2 기본 배터리 셀 단위그룹에서, In the second basic battery cell unit group,
양극은 상기 제1 기본 배터리 셀 단위그룹의 음극과 상기 제2 기본 배터리 셀 단위그룹의 제4 고정전극(T4)에; The positive electrode is connected to the negative electrode of the first basic battery cell unit group and the fourth fixed electrode T4 of the second basic battery cell unit group;
음극은 상기 제2 기본 배터리 셀 단위그룹의 제2 고정전극(T2)에; The negative electrode is connected to the second fixed electrode T2 of the second basic battery cell unit group;
제1 고정전극(T1)은 상기 제2 상기 기본 배터리 셀 단위그룹의 제3 고정전극(T3)에; The first fixed electrode T1 is connected to the third fixed electrode T3 of the second basic battery cell unit group;
배선되는 것을 단위 패턴으로 하여, 상기 다수의 기본 배터리 셀은 상기 단위 패턴이 복수의 직렬연결 구조로 배선이 되고; Wherein the plurality of basic battery cells have the unit patterns formed as a plurality of series connection structures;
제1 교체 배터리 셀 단위그룹에서, In the first replacement battery cell unit group,
양극은 상기 제1 교체 배터리 셀 단위그룹의 제4 고정전극(T4)에; The positive electrode is connected to the fourth fixed electrode T4 of the first replacement battery cell unit group;
음극은 상기 제1 교체 배터리 셀 단위 룹의 제2 고정전극(T2)에; The negative electrode is connected to the second fixed electrode T2 of the first replacement battery cell unit group;
제1 고정전극(T1)은 상기 제1 교체 배터리 셀 단위그룹의 제3 고정전극(T3)에 배선되고; The first fixed electrode T1 is wired to the third fixed electrode T3 of the first replacement battery cell unit group;
제2 교체 기본 배터리 셀 단위그룹에서, In the second replacement primary battery cell unit group,
양극은 상기 제1 교체 배터리 셀 단위그룹의 음극과, 상기 제2 교체 배터리 셀 단위그룹의 제2 고정전극(T2)에; The positive electrode is connected to the negative electrode of the first unit battery cell unit group and the second fixed electrode T2 of the second unit battery cell unit group;
음극은 상기 제2 교체 배터리 셀 단위그룹의 제4 고정전극(T4)에; The cathode is connected to the fourth fixed electrode T4 of the second unit battery cell unit group;
제3 고정전극(T3)은 상기 제2 교체 배터리 셀 단위그룹의 제1 고정전극(T1)에; 배선되는 것을 단위 패턴으로 하여, 상기 다수의 교체 배터리 셀은 상기 단위 패턴이 복수의 직렬연결 배선 구조로 구성된다. The third fixed electrode T3 is connected to the first fixed electrode T1 of the second unit battery cell group; And the plurality of replacement battery cells have the unit pattern formed of a plurality of series connection wiring structures.
도 36은 도 34의 배선도에 대한 용융스위치 조립체의 개략도이다.36 is a schematic view of a melting switch assembly for the wiring diagram of FIG. 34;
여기서, 도 34의 기본 배터리 셀과 교체용 배터리 셀에 대한 배선 조립체의구조는 동일하므로 기본용 배터리 셀 표시는 도면에서 생략하였다.The structure of the wiring assembly for the basic battery cell and the replacement battery cell in FIG. 34 is the same, so that the basic battery cell display is omitted from the drawing.
도36에서 보듯이 교체용 배터리 셀(131)의 일측면에는 소정의 이격거리로 교체용 배터리 셀(131)의 양극(PPPP)과 음극(NNN)이 위치하고;As shown in FIG. 36, the positive electrode PPPP and the negative electrode NNN of the
상기 교체용 배터리 셀(131)은 상기 전극(양극, 음극)의 위치가 교번되게 직렬형태의 구조로 적층되어, 상기 적층된 교체용 배터리 셀(131)의 전극은 2열 형상으로 배치되고;In the
상기 2열 전극 사이에 상기‘c 접점 용융 스위치(CS)’가 배치되고;The 'c-contact melting switch (CS)' is disposed between the two column electrodes;
상기‘c 접점 용융 스위치(CS)’의 제1 고정전극(T1)과 제3 고정전극(T3)은 전기적으로 단락되어 있고;The first fixed electrode T1 and the third fixed electrode T3 of the 'c-contact fusion switch CS' are electrically short-circuited;
상기 제1‘c 접점 용융 스위치(CS1)’의 제2 고정전극(T2)은 일측 열에 위치하는 교체용 배터리 셀(131_1)의 양극과 배선되고; The second fixed electrode T2 of the first 'c-contact' melting switch CS1 'is wired with the positive electrode of the replacement battery cell 131_1 located in one row;
상기 제1‘c 접점 용융 스위치(CS1)’의 제4 고정전극(T4)은 상기 일측 열에 위치하는 교체용 배터리 셀(131_2)의 음극과 배선되고;The fourth fixed electrode T4 of the first 'c' contact fusion switch CS1 'is wired with the cathode of the replacement battery cell 131_2 located in the one side row;
상기 제2‘c 접점 용융 스위치(CS2)’의 제4 고정전극(T4)은 상기 일측 열에 위치하는 교체용 배터리 셀(131_3)의 양극과 배선되고;The fourth fixed electrode T4 of the second 'c-contact' melting switch CS2 'is wired with the positive electrode of the replacement battery cell 131_3 located in the one side row;
상기 제2‘c 접점 용융 스위치(CS2)’의 제2 고정전극(T2)은 상기 일측 열에 위치하는 교체용 배터리 셀(131_4)의 음극과 배선되고; The second fixed electrode T2 of the second 'c-contact' melting switch CS2 'is wired with the negative electrode of the replacement battery cell 131_4 located in the first row;
상기 제2‘c 접점 용융 스위치(CS2)’의 제1 고정전극(T1)은 제3‘c 접점 용융 스위치(CS3)’의 제1 고정전극(T1)과 배선;되는 것을 단위 패턴으로 하여,The first fixed electrode T1 of the second c'contact melting switch CS2 is wired with the first fixed electrode T1 of the third c'contact meltdown switch CS3 '
상기 다수 배터리 셀은 상기 단위 패턴이 복수의 직렬연결 구조로 배선된다.In the plurality of battery cells, the unit patterns are wired in a plurality of serial connection structures.
따라서 도 36에서 보는 바와 같이, 용융 스위치(CS) 조립체는 2열로 나란히 위치하는 배터리 셀의 일측 전극에만 용융 스위치의 고정전극이 연결도체(BBB)로 연결되는 전극 배선구조를 갖는다.Therefore, as shown in FIG. 36, the melting switch (CS) assembly has an electrode wiring structure in which a fixed electrode of the melting switch is connected to a connecting conductor (BBB) only on one side electrode of a battery cell arranged in two rows.
여기서 상기 연결도체(BBB)는 대용량 전류가 흐르는 경우에는 부스바(busbar)가 바람직하다. The connection conductor BBB is preferably a busbar when a large amount of current flows.
또한 상기와 같은 구조의 배선은 물리적으로 상기 다수의 배터리 셀(기본 배터리 셀, 교체용 배터리 셀)의 동일 측면상의 일측 전극에만 중첩되지 않는 단층 구조의 배선을 제공하여, 배터리 제어장치의 용융스위치 조립체는 짧은 배선경로로 배선저항을 최소화시키면서 낮은 높이의 형상으로 소형화를 할 수 있는 장점을 제공한다.Also, the wiring having the above-described structure physically provides a wiring of a single-layer structure that does not overlap only one electrode on the same side of the plurality of battery cells (basic battery cell, replacement battery cell) Provides an advantage of miniaturization in a shape of a low height while minimizing wiring resistance by a short wiring path.
또한 도 36에서 용융결합 및 용융분리시에 발생되는 열로 인하여 배터리 셀 전극의 온도상승을 억제하기 위한 냉각수단은 용융 스위치 조립체에 포함할 수 있다. In FIG. 36, cooling means for suppressing a temperature rise of the battery cell electrode due to heat generated during fusion bonding and melting separation may be included in the melting switch assembly.
여기서, 상기 냉각수단의 부착 위치는 용융 스위치와 연결되는 배터리 셀의 전극 부위이다.Here, the attachment position of the cooling means is an electrode portion of the battery cell connected to the melting switch.
도 36에서 보듯이 일측전극 배선구조로 인하여 배터리 셀 전극에 부착되는 냉각수단은 일측 전극에만 부착되어 냉각부위가 줄어드는 장점을 가진다. As shown in FIG. 36, the cooling means attached to the battery cell electrode due to the one-side electrode wiring structure is advantageous in that it is attached only to one electrode, thereby reducing the cooling area.
상기 냉각수단은 국부냉각 능력이 우수하고 소형화에 유리한 열전소자(펠티어 소자) 냉각장치로 하는 것이 바람직하다.It is preferable that the cooling means is a thermoelectric element (Peltier element) cooling apparatus which is excellent in local cooling ability and advantageous in downsizing.
상기 열전소자는 전류를 흘려주면 양면에 온도차이를 발생시킨다.The thermoelectric element generates a temperature difference on both sides when an electric current is supplied.
상기 온도차이를 지속적으로 유지하기 위하여 상기 열전소자의 흡열면에는 도체를 접촉시키고, 열전소자의 발열면에는 방열부를 접촉시켜 도체의 열을 방열부로 전달시킨다.In order to keep the temperature difference constantly, a conductor is brought into contact with the heat absorbing surface of the thermoelectric element, and the heat radiating portion is brought into contact with the heat generating surface of the thermoelectric element to transfer the heat of the conductor to the heat radiating portion.
도 37은 도 36의 사시도이다. Fig. 37 is a perspective view of Fig. 36. Fig.
도 37에서 보는 바와 같이 배터리 셀의 일측에만 배선되는 단순한 일측전극 배선구조를 보여준다. 전극간의 배선은 부스바(busbar)의 연결도체(BBB)로 이루어지고, 배터리 셀의 일측 전극부위에는 열전소자가 부착되어 있다. 37, there is shown a simple one-side electrode wiring structure that is wired to only one side of the battery cell. The wiring between the electrodes is made up of a connecting conductor (BBB) of a bus bar, and a thermoelectric element is attached to one electrode part of the battery cell.
도 38은 도 36에 방열부가 부착된 모습이다. FIG. 38 is a view showing the heat dissipating unit shown in FIG. 36;
상기 방열부는 요구되는 냉각용량, 도체의 형상 및 가용공간에 따라 다양한 형상과 크기로 공랭식과 수냉식으로 구현될 수 있음은 물론이다. It is needless to say that the heat dissipation unit can be realized in various forms and sizes according to the required cooling capacity, the shape of the conductor, and the available space, and can be realized by the air cooling type and the water cooling type.
또한 상기 방열부에 용융 스위치와 열전소자를 제어하기 위한 전력스위치를 더 부착하여 방열하는 것이 바람직하다.Preferably, the heat dissipation unit further includes a power switch for controlling the melting switch and the thermoelectric element to radiate heat.
또한 상기 냉각수단은 용융 스위치의 동작과 관계없이 배터리의 이상 발열로 발생하는 국부적인 급격한 온도상승을 배터리 셀 전극 냉각방식에 의해 억제시킬 수 있다.Further, the cooling means can suppress the local sudden temperature rise caused by the abnormal heat generation of the battery by the battery cell electrode cooling method irrespective of the operation of the melting switch.
종래의 배터리 냉각장치는 배터리 셀의 표면을 냉각시키는 구조로 인하여 배터리의 충방전시에 이상 발열로 발생되는 국부적인 급격한 온도상승을 효율적으로 억제하지 못한다. 이로 인하여 배터리의 발화나 폭발을 일으킬 수도 있다. The conventional battery cooling apparatus can not efficiently suppress the local sudden temperature rise caused by abnormal heat generation during charging / discharging of the battery due to the structure for cooling the surface of the battery cell. This may cause ignition or explosion of the battery.
즉 배터리 셀 표면(몸체)을 통한 냉각방식은 배터리 셀 구조상 내부의 열이 양극/분리막/음극의 여러층을 거쳐 열전달이 이루어지므로, 열전도율이 우수한 배터리 셀 전극보다는 열전달 속도가 느려 냉각속도가 저하된다. That is, the cooling method through the surface of the battery cell (body) is such that the heat inside the battery cell structure is transferred through several layers of the anode / separator / cathode, so that the heat transfer rate is lower than that of the battery cell electrode having an excellent thermal conductivity, .
따라서 본 발명의 냉각수단은 열전소자를 배터리 셀 전극 표면에 부착하여 셀 전극을 직접 냉각하므로써, 배터리 셀 내부의 발생 열을 신속하게 제거할 수 있다. Therefore, the cooling means of the present invention can quickly remove the generated heat inside the battery cell by directly attaching the thermoelectric element to the surface of the battery cell electrode to directly cool the cell electrode.
또한, 배터리 관리 시스템(BMS)은 상기 냉각수단과 연동하여 배터리의 국부적인 이상 온도상승을 감지하면, 해당 부위에 대응되는 상기 냉각수단의 열전소자에 전류를 공급하여 상기 열전소자가 부착되어 있는 상기 배터리 셀 전극을 신속히 냉각시키므로써, 배터리의 국부적인 이상 온도상승을 효과적으로 억제시킬 수 있다.In addition, when the battery management system (BMS) senses a local abnormal temperature rise of the battery in cooperation with the cooling water level, the battery management system (BMS) supplies current to the thermoelectric element of the cooling means corresponding to the part, By rapidly cooling the cell electrode, it is possible to effectively suppress the local abnormal temperature rise of the battery.
이와 같이, 열전소자로 구성되는 배터리 셀 전극 냉각방식은 용융 스위치의 동작시 발생되는 배터리 셀 전극의 온도상승을 신속히 억제할 뿐만 아니라, 배터리의 국부적인 이상 온도상승을 효과적으로 억제시켜 주는 기능을 제공한다.As described above, the battery cell electrode cooling system composed of the thermoelectric elements provides a function of not only rapidly suppressing the temperature rise of the battery cell electrode generated during the operation of the melting switch but also effectively suppressing the abnormal temperature rise of the battery locally .
또한, 배터리 또는 배터리 셀 전극의 온도상승 억제능력을 더 높이기 위해 필요시 상기 용융 스위치와 연결되지 않는 배터리 셀의 타측 전극(도 36의 배터리 셀의 왼쪽 전극)에도 냉각수단(열전소자)를 더 부착할 수 있다. Further, in order to further enhance the temperature rise suppressing ability of the battery or the battery cell electrode, a cooling means (thermoelectric element) is further attached to the other electrode (the left electrode of the battery cell in FIG. 36) of the battery cell not connected to the above- can do.
그리고 상기 냉각수단은 냉각용량에 따라 배터리 냉각시스템으로도 적용할 수 있다. The cooling means can also be applied as a battery cooling system depending on the cooling capacity.
또한 본 발명의 배터리 제어장치에서 배터리를 수냉식으로 쿨링하는 경우에는 높은 방열효과와 소형화을 위해 배터리 제어장치를 구성하는 용융 스위치 조립체에(방열판 내부를 냉각수로 순환시키는) 수냉식 방열판을 적용하는 것이 더 바람직하다.Further, when the battery is cooled in a water-cooled manner in the battery control apparatus of the present invention, it is preferable to apply a water-cooled heat sink (circulating the inside of the heat sink to the cooling water) to the melt switch assembly constituting the battery control device for high heat radiation effect and miniaturization .
따라서, 본 발명의 용융 스위치 조립체는 고정전극 단자에 공랭식, 수냉식의 방열수단을 다양한 방법으로 부착하여 고정전극 단자 연결부의 온도상승을 최소화 시킬수 있다. Therefore, the melting switch assembly of the present invention can minimize the temperature rise of the fixed electrode terminal connection portion by attaching the air-cooling type and the water-cooling type heat dissipation means to the fixed electrode terminal by various methods.
본 발명의 용융 스위치 및 용융스위치 조립체는 전기자동차의 배터리 제어장치나 에너지저장장치(ESS) 등에도 사용될 수 있지만, 그 외에도 대전력 스위치를 포함한 다양한 분야에 응용될 수 있다. 즉 대용량의 전류를 제어하는 스위치를 포함하는 장치가 필요하다면 어떠한 분야에도 응용될 수 있다.The melting switch and the melt switch assembly of the present invention can be used in battery control devices and energy storage devices (ESS) of electric vehicles, but they can also be applied to various fields including large power switches. That is, if a device including a switch for controlling a large current is needed, it can be applied to any field.
Claims (13)
상기 기본 배터리 셀을 짝수개로 구성되는 기본 배터리 셀의 단위그룹 각각에 직렬로 연결되는 제1형 스위치;
상기 제1형 스위치가 직렬 연결된 상기 기본 배터리 셀의 단위그룹 각각에 병렬로 연결되는 제2형 스위치;
상기 교체용 배터리 셀을 짝수개로 구성하는 교체용 배터리 셀의 단위그룹 각각에 직렬로 연결되는 제2형 스위치;
상기 제2형 스위치가 직렬 연결된 상기 교체용 배터리 셀의 단위그룹 각각에 병렬로 연결되는 제1형 스위치;
각각의 배터리 셀의 상태를 측정하는 센싱부;
상기 스위치들의 동작을 제어하는 제어부;를 포함하고,
상기 제1형 스위치는 최초 단락 상태에서 개방 상태로 전이되는 동작을 할 수 있는 스위치이고,
상기 제2형 스위치는 최초 개방 상태에서 단락 상태로 전이되는 동작을 할 수 있는 스위치이고,
상기 제어부는, 센싱부의 입력으로부터 기본 배터리 셀 중 고장난 배터리 셀을 감지하면, 고장난 배터리 셀을 포함하는 기본 배터리 셀의 단위그룹에 연결된 제1형 스위치와 제2형 스위치를 작동시켜 상기 고장난 배터리 셀을 포함하는 기본 배터리 셀의 단위그룹의 연결을 전기 흐름 선로에서 배제하고, 교체용 배터리 셀의 단위그룹에 연결된 제1형 스위치와 제2형 스위치를 작동시켜 전기 흐름 선로에 포함되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 제어장치.
1. A controller for a battery in which a plurality of basic battery cells and a replacement battery cell are connected in series,
A first type switch connected in series to each unit group of basic battery cells constituted by an even number of basic battery cells;
A second type switch in which the first type switches are connected in parallel to unit groups of the basic battery cells connected in series;
A second type switch connected in series to each unit group of replacement battery cells constituting the even number of replacement battery cells;
A first type switch in which the second type switches are connected in parallel to unit groups of the replacement battery cells connected in series;
A sensing unit for measuring a state of each battery cell;
And a control unit for controlling operations of the switches,
The first type switch is a switch capable of transitioning from an initial short-circuit state to an open state,
The second type switch is a switch capable of transitioning from a first open state to a short-circuit state,
The control unit operates the first type switch and the second type switch connected to the unit group of the basic battery cells including the failed battery cell to detect the failed battery cell among the basic battery cells from the input of the sensing unit, And the first type switch and the second type switch connected to the unit group of the replacement battery cell are operated so as to be included in the electric current flow line, Gt;
상기 제1형 스위치와 제2형 스위치는 ‘c 접점 용융스위치’로 구성하여
상기 배터리 제어장치의 제1 기본 배터리 셀 단위그룹에서,
양극은 상기 제1 기본 배터리 셀 단위그룹의 제2 고정전극(T2)에;
음극은 상기 제1 기본 배터리 셀 단위그룹의 제4 고정전극(T4)에;
제1 고정전극(T1)은 상기 제1 기본 배터리 셀 단위그룹의 제3 고정전극(T3)에 배선되고;
상기 배터리 제어장치의 제2 기본 배터리 셀 단위그룹에서,
양극은 상기 제1 기본 배터리 셀 단위그룹의 음극과 상기 제2 기본 배터리 셀 단위그룹의 제4 고정전극(T4)에;
음극은 상기 제2 기본 배터리 셀 단위그룹의 제2 고정전극(T2)에;
제1 고정전극(T1)은 상기 제2 상기 기본 배터리 셀 단위그룹의 제3 고정전극(T3)에;배선되는 것을 단위 패턴으로 하여, 상기 다수의 기본 배터리 셀은 상기 단위 패턴이 복수의 직렬연결 구조로 배선이 되고;
상기 배터리 제어장치의 제1 교체 배터리 셀 단위그룹에서,
양극은 상기 제1 교체 배터리 셀 단위그룹의 제4 고정전극(T4)에;
음극은 상기 제1 교체 배터리 셀 단위 룹의 제2 고정전극(T2)에;
제1 고정전극(T1)은 상기 제1 교체 배터리 셀 단위그룹의 제3 고정전극(T3)에 배선되고;
상기 배터리 제어장치의 제2 교체 기본 배터리 셀 단위그룹에서,
양극은 상기 제1 교체 배터리 셀 단위그룹의 음극과, 상기 제2 교체 배터리 셀 단위그룹의 제2 고정전극(T2)에;
음극은 상기 제2 교체 배터리 셀 단위그룹의 제4 고정전극(T4)에;
제3 고정전극(T3)은 상기 제2 교체 배터리 셀 단위그룹의 제1 고정전극(T1)에;배선되는 것을 단위 패턴으로 하여, 상기 다수의 교체 배터리 셀은 상기 단위 패턴이 복수의 직렬연결 구조로 배선이 되는 용융 스위치 조립체를 구성하는것을 특징으로 하는 배터리 제어장치.
The method according to claim 1,
The first type switch and the second type switch are constituted by a "c-contact melting switch"
In the first basic battery cell unit group of the battery control device,
The positive electrode is connected to the second fixed electrode T2 of the first basic battery cell unit group;
The cathode is connected to the fourth fixed electrode T4 of the first basic battery cell unit group;
The first fixed electrode T1 is wired to the third fixed electrode T3 of the first basic battery cell unit group;
In the second basic battery cell unit group of the battery control device,
The positive electrode is connected to the negative electrode of the first basic battery cell unit group and the fourth fixed electrode T4 of the second basic battery cell unit group;
The negative electrode is connected to the second fixed electrode T2 of the second basic battery cell unit group;
Wherein the first fixed electrode T1 is wired to the third fixed electrode T3 of the second basic battery cell unit group, and the plurality of basic battery cells have a plurality of unit cells, Structure;
In the first replacement battery cell unit group of the battery control device,
The positive electrode is connected to the fourth fixed electrode T4 of the first replacement battery cell unit group;
The negative electrode is connected to the second fixed electrode T2 of the first replacement battery cell unit group;
The first fixed electrode T1 is wired to the third fixed electrode T3 of the first replacement battery cell unit group;
In the second replacement primary battery cell unit group of the battery control device,
The positive electrode is connected to the negative electrode of the first unit battery cell unit group and the second fixed electrode T2 of the second unit battery cell unit group;
The cathode is connected to the fourth fixed electrode T4 of the second unit battery cell unit group;
And the third fixed electrode T3 is wired to the first fixed electrode T1 of the second unit battery cell unit group, and the plurality of replacement battery cells have a plurality of unit connection patterns, Wherein said first and second battery cells are connected to each other via said second switch.
상기 배터리 셀(기본, 교체용)의 일측면에는 소정의 이격거리로 배터리 셀의 양극과 음극이 위치하고;
상기 배터리 셀은 상기 전극(양극, 음극)의 위치가 교번되게 직렬형태의 구조로 적층되어, 상기 적층된 배터리 셀의 전극은 2열 형상으로 배치되고;
상기 2열 전극 사이에 상기‘c 접점 용융 스위치’가 배치되고;
상기‘c 접점 용융 스위치’의 제1 고정전극(T1)과 제3 고정전극(T3)은 전기적으로 단락되어 있고;
상기 제1‘c 접점 용융 스위치’의 제2 고정전극(T2)은 일측 열에 위치하는‘첫번째 셀(제1 배터리 셀 단위그룹의)’의 양극과 배선되고;
상기 제1‘c 접점 용융 스위치’의 제4 고정전극(T4)은 상기 일측 열에 위치하는‘마지막 셀(제1 배터리 셀 단위그룹의)’의 음극과 배선되고;
상기 제2‘c 접점 용융 스위치’의 제4 고정전극(T4)은 상기 일측 열에 위치하는 ‘첫번째 셀(제2 배터리 셀 단위그룹의)’의 양극과 배선되고;
상기 제2‘c 접점 용융 스위치’의 제2 고정전극(T2)은 상기 일측 열에 위치하는 ‘마지막 셀(제2 배터리 셀 단위그룹의)’의 음극과 배선되고;
상기 제2‘c 접점 용융 스위치’의 제1 고정전극(T1)은 제3‘c 접점 용융 스위치’의 제1 고정전극(T1)과 배선; 되는 것을 단위 패턴으로 하여,
상기 다수의 배터리 셀은 상기 단위 패턴이 복수의 직렬연결 배선구조로 용융 스위치 조립체를 구성하는 것을 특징으로 하는 배터리 제어장치.
The method of claim 2,
A positive electrode and a negative electrode of the battery cell are positioned at a predetermined distance from one side of the battery cell (basic, replacement);
Wherein the battery cells are stacked in a structure in which the positions of the electrodes (anode, cathode) are alternately arranged, and the electrodes of the stacked battery cells are arranged in a two-column shape;
The 'c-contact melt switch' is disposed between the two column electrodes;
The first fixed electrode T1 and the third fixed electrode T3 of the 'c-contact melting switch' are electrically short-circuited;
The second fixed electrode T2 of the first 'c-contact meltdown switch' is wired with the anode of the first cell (of the first battery cell unit group) located in one row;
The fourth fixed electrode T4 of the first 'ccontact melting switch' is wired with the cathode of the last cell (of the first battery cell unit group) located in the first row;
The fourth fixed electrode T4 of the second 'c-contact meltdown switch' is wired with the positive electrode of the first cell (of the second battery cell unit group) located in the first row;
The second fixed electrode T2 of the second 'ccontact melting switch' is wired with the cathode of the last cell (of the second battery cell unit group) located in the one side column;
The first fixed electrode T1 of the second 'ccontact melting switch' is connected to the first fixed electrode T1 of the third ccontact melting switch ' As a unit pattern,
Wherein the plurality of battery cells have a plurality of unit connection patterns and the unit patterns form a plurality of series connection wiring structures.
상기 배터리 제어장치는 물리적으로 상기 다수의 배터리 셀의 동일 측면상의 일측 전극에만 배선되는 구조의 용융 스위치 조립체로 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 제어장치.
The method of claim 3,
Wherein the battery control device is physically constructed of a melting switch assembly having a structure that is wired only on one side electrode on the same side of the plurality of battery cells.
상기‘c 접점 용융스위치’의 이동전극과 고정전극 중 전도성 접합물질을 통해 용용결합하는 아래쪽(중력방향) 전극의 접촉면 가장자리를 용융된 전도성 접합 물질이 옆으로 흘러내리지 못하도록 내열성 부재가 소정의 높이로 에워싸는 구조의 차단벽을 형성하여 오목부를 구성하는 용융 스위치 조립체로 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 제어장치.
The method according to any one of claims 2 to 3,
The edge of the contact surface of the lower (gravity direction) electrode for melting and bonding through the conductive bonding material among the moving electrode and the fixed electrode of the 'c-contact melting switch' is heated to a predetermined height so that the molten conductive bonding material does not flow down to the side And a melted switch assembly that forms a recessed portion by forming a blocking wall of a surrounding structure.
상기‘c 접점 용융스위치’의 이동전극은 접촉면의 수직방향으로 가이드 로드가 지나갈 수 있는 관통 구멍을 제공하고, 상기 가이드 로드의 경로를 따라 이동전극이 이동되는 용융 스위치 조립체로 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 제어장치.
The method according to any one of claims 2 to 3,
Wherein the moving electrode of the 'c-contact fusing switch' comprises a through-hole through which the guide rod can pass in a direction perpendicular to the contact surface, and a moving electrode is moved along the path of the guide rod. Battery control device.
상기‘c 접점 용융스위치’의 이동전극은 접촉면의 수직방향으로 이송나사의 구멍을 제공하고, 회전모터를 구비하여 상기 회전모터의 회전축에 연결되는 이송나사을 회전시켜 이동전극을 양방향으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 배터리 제어장치.
The method according to any one of claims 2 to 3,
The moving electrode of the 'c-contact fusing switch' provides a hole of the feed screw in the vertical direction of the contact surface and rotates the feed screw connected to the rotary shaft of the rotary motor with a rotating motor to move the moving electrode in both directions And a battery control unit.
상기 회전모터는 스텝 모터로 하는 것을 특징으로 하는 배터리 제어장치.
The method of claim 7,
Wherein the rotating motor is a stepping motor.
상기 배터리 셀의 전극 부위에 냉각수단이 부착되어 상기 용융 스위치의 용융결합 및 용융분리시에 발생되는 열로 인하여 상기 배터리 셀의 전극 온도 상승을 억제하는 용융 스위치 조립체로 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 제어장치.
The method of claim 3,
And a cooling unit attached to an electrode of the battery cell to suppress a temperature rise of an electrode of the battery cell due to heat generated during fusion bonding and melting and separation of the melting switch. .
상기 냉각수단은 열전소자(열전 냉각장치)로 구성되는 것을 특징으로 하는 배터리 제어장치.
The method of claim 9,
Wherein the cooling means comprises a thermoelectric element (thermoelectric cooling device).
상기 냉각수단은 상기 용융스위치의 용융결합 및 용융분리를 수행하기 전에 상기 배터리 셀의 전극을 예냉(pre-cooling)시키는 것을 특징으로 하는 배터리 제어장치.
The method of claim 10,
Wherein the cooling means pre-cools the electrode of the battery cell before performing the fusion bonding and the melting separation of the melting switch.
배터리 제어장치의 제어부가 센싱부의 입력으로부터 기본 배터리 중 고장난 배터리 셀을 감지하는 단계;
배터리 제어장치의 제어부가 고장난 배터리 셀의 단위그룹에 연결된 제1형 스위치와 제2형 스위치를 작동시켜 고장난 기본 배터리 셀의 연결을 전기 흐름 선로에서 배제하는 단계;
배터리 제어장치의 제어부가 교체용 배터리 셀의 단위그룹에 연결된 제1형 스위치와 제2형 스위치를 작동시켜 교체용 배터리 셀을 전기 흐름 선로에 포함시키는 단계;
를 포함하고,
상기 배터리 제어장치는,
상기 기본 배터리 셀을 짝수개로 구성되는 기본 배터리 셀의 단위그룹 각각에 직렬로 연결되는 제1형 스위치;
상기 제1형 스위치가 직렬 연결된 상기 기본 배터리 셀의 단위그룹 각각에 병렬로 연결되는 제2형 스위치;
상기 교체용 배터리 셀을 짝수개로 구성하는 교체용 배터리 셀의 단위그룹 각각에 직렬로 연결되는 제2형 스위치;
상기 제2형 스위치가 직렬 연결된 상기 교체용 배터리 셀의 단위그룹 각각에 병렬로 연결되는 제1형 스위치;
각각의 배터리 셀의 상태를 측정하는 센싱부;
상기 스위치들의 동작을 제어하는 제어부;를 포함하고,
상기 제1형 스위치는 최초 단락 상태에서 개방 상태로 전이되는 동작을 할 수 있는 스위치이고,
상기 제2형 스위치는 최초 개방 상태에서 단락 상태로 전이되는 동작을 할 수 있는 스위치인 것을 특징으로 하는 제어방법.
A method for controlling a battery control apparatus of a battery module in which a plurality of basic battery cells and replacement battery cells are connected in series,
The control part of the battery control device detects a faulty battery cell of the basic battery from the input of the sensing part;
The controller of the battery control device activating the first type switch and the second type switch connected to the unit group of the failed battery cell to exclude the connection of the failed basic battery cell from the electric current line;
The control unit of the battery control apparatus activates the first type switch and the second type switch connected to the unit group of the replacement battery cell to include the replacement battery cell in the electric current line;
Lt; / RTI >
The battery control device includes:
A first type switch connected in series to each unit group of basic battery cells constituted by an even number of basic battery cells;
A second type switch in which the first type switches are connected in parallel to unit groups of the basic battery cells connected in series;
A second type switch connected in series to each unit group of replacement battery cells constituting the even number of replacement battery cells;
A first type switch in which the second type switches are connected in parallel to unit groups of the replacement battery cells connected in series;
A sensing unit for measuring a state of each battery cell;
And a control unit for controlling operations of the switches,
The first type switch is a switch capable of transitioning from an initial short-circuit state to an open state,
Wherein the second type switch is a switch capable of transitioning from a first open state to a short-circuit state.
상기 배터리 셀 교체시 배터리 제어장치의 전류가 불연속이 되는 것을 방지하기 위해 상기 제1형 스위치와 제2형 스위치를 제5형 스위치로 구성하는 것을 특징으로 하는 배터리 제어장치.The method according to any one of claims 1 to 12,
Wherein the first type switch and the second type switch are constituted by a fifth type switch to prevent the current of the battery control device from becoming discontinuous when the battery cell is replaced.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020160124283A KR20180034138A (en) | 2016-09-27 | 2016-09-27 | A fusible switch, a battery control device comprising the same and the control method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020160124283A KR20180034138A (en) | 2016-09-27 | 2016-09-27 | A fusible switch, a battery control device comprising the same and the control method thereof |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20180034138A true KR20180034138A (en) | 2018-04-04 |
Family
ID=61975819
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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KR1020160124283A KR20180034138A (en) | 2016-09-27 | 2016-09-27 | A fusible switch, a battery control device comprising the same and the control method thereof |
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Country | Link |
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KR (1) | KR20180034138A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021132913A1 (en) | 2019-12-24 | 2021-07-01 | 주식회사 엘지화학 | Battery pack including cell switching device of parallel connection cells and cell switching method |
KR20220016050A (en) | 2019-05-31 | 2022-02-08 | 에이지씨 가부시키가이샤 | Transparent substrate with antifouling layer |
-
2016
- 2016-09-27 KR KR1020160124283A patent/KR20180034138A/en unknown
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KR20220016050A (en) | 2019-05-31 | 2022-02-08 | 에이지씨 가부시키가이샤 | Transparent substrate with antifouling layer |
WO2021132913A1 (en) | 2019-12-24 | 2021-07-01 | 주식회사 엘지화학 | Battery pack including cell switching device of parallel connection cells and cell switching method |
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