KR20180045457A - 침상 도체로 인한 단락을 방지하는 보호 회로를 포함하고 있는 전지팩 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 제 1 전극 단자 및 제 2 전극 단자를 포함하는 팩 어셈블리; 및 상기 팩 어셈블리를 감싸는 구조로 형성되어 있고, 침상 도체에 의한 관통 시, 팩 어셈블리의 내부 단락을 유도하는 보호 회로(protection circuit);
를 포함하고 있고, 상기 보호 회로는, 팩 어셈블리에 상대적으로 인접하여 위치하는 내부 도전층; 팩 어셈블리로부터 상대적으로 이격되어 위치하는 외부 도전층; 및 상기 내부 도전층 및 외부 도전층 사이에 개재되어 있는 절연층;을 포함하고 있으며, 상기 내부 도전층은 제 1 도선에 의해 팩 어셈블리의 제 1 전극 단자에 전기적으로 연결되어 있고, 상기 외부 도전층은 제 2 도선에 의해 팩 어셈블리의 제 2 전극 단자에 전기적으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩을 제공한다.
를 포함하고 있고, 상기 보호 회로는, 팩 어셈블리에 상대적으로 인접하여 위치하는 내부 도전층; 팩 어셈블리로부터 상대적으로 이격되어 위치하는 외부 도전층; 및 상기 내부 도전층 및 외부 도전층 사이에 개재되어 있는 절연층;을 포함하고 있으며, 상기 내부 도전층은 제 1 도선에 의해 팩 어셈블리의 제 1 전극 단자에 전기적으로 연결되어 있고, 상기 외부 도전층은 제 2 도선에 의해 팩 어셈블리의 제 2 전극 단자에 전기적으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩을 제공한다.
Description
본 발명은 침상 도체로 인한 단락을 방지하는 보호 회로를 포함하고 있는 전지팩에 관한 것이다.
최근, 화석연료의 고갈에 의한 에너지원의 가격 상승, 환경 오염의 관심이 증폭되며, 친환경 대체 에너지원에 대한 요구가 미래생활을 위한 필수 불가결한 요인이 되고 있다. 이에 원자력, 태양광, 풍력, 조력 등 다양한 전력 생산기술들에 대한 연구가 지속되고 있으며, 이렇게 생산된 에너지를 더욱 효율적으로 사용하기 위한 전력저장장치 또한 지대한 관심이 이어지고 있다.
특히, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.
또한, 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-In HEV) 등의 동력원으로서도 주목받고 있다.
따라서, 배터리 만으로 운행될 수 있는 전기자동차(EV), 배터리와 기존 엔진을 병용하는 하이브리드 전기자동차(HEV) 등이 개발되었고, 일부는 상용화되어 있다. EV, HEV 등의 동력원으로서의 이차전지는 주로 니켈 수소 금속(Ni-MH) 이차전지가 주로 사용되고 있지만, 최근에는 높은 에너지 밀도, 높은 방전 전압 및 출력 안정성의 리튬 이차전지를 사용하는 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 일부 상용화 단계에 있다.
이러한 이차전지에서 주요 연구 과제 중의 하나는 안전성을 향상시키는 것이다. 예를 들어, 이차전지는 내부 단락, 허용된 전류 및 전압을 초과한 과충전 상태, 고온에의 노출, 낙하 또는 외부 충격에 의한 변형 등 전지의 비정상적인 작동 상태로 인해 유발될 수 있는 전지 내부의 고온 및 고압에 의해 전지의 폭발이 초래될 수 있다.
구체적으로, 이차전지의 외부에서 금속성의 침상 도체에 의한 이차전지의 파손시, 상기 이차전지의 파손 부위로 침투한 금속성 침상 도체가 전극조립체의 전극과 직접적으로 접촉함으로써, 이차전지의 내부단락을 일으키며, 나아가 상기 이차전지의 발화 및 폭발을 일으키는 등 안전성에 큰 문제를 초래할 수 있다.
특히, 이러한 문제점은 최근 이차전지가 보다 콤팩트한 구조로 구성됨에 따라, 에너지 밀도가 점차 증가하고 있는 상황에서 보다 심각해질 수 있다.
이에 따라, 최근에는 상기 이차전지 내부로 침투한 금속성 침상 도체에 의한 문제점을 예방할 수 있도록, 상기 금속성 침상 도체와 전극의 직접적인 접촉을 방지하도록, 별도의 구성을 추가하는 기술이 개발되고 있다.
그러나, 상기 추가 구성 역시, 금속성 침상 도체로부터 인가되는 압력, 상기 침상 도체의 단부 형태 등의 요인에 의해 파손될 수 있는 가능성이 있으며, 이로 인해, 상기 구성을 추가하더라도, 침상 도체와 전극의 직접적인 접촉을 완전히 예방할 수는 없다.
따라서, 이러한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있는 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 전지팩이 침상 도체에 의한 관통 시, 팩 어셈블리의 내부 단락을 유도하는 보호 회로(protection circuit)를 포함하도록 구성됨으로써, 상기 침상 도체의 관통에 의한 전지팩의 내부 단락으로 발생할 수 있는 전지팩의 발화 내지 폭발을 방지할 수 있고, 이에 따라 상기 전지팩의 안전성을 향상시킬 수 있으며, 보다 간소화된 구조만으로 상기 보호 회로를 구성할 수 있으므로, 상기 전지팩의 제조에 소요되는 비용 및 시간에 비해 보다 우수한 효과를 발휘할 수 있으며, 상기 침상 도체를 경유하는 전기적 연결을 통해 내부 단락이 발생하는 경우, 별도로 포함된 저항부로 인해, 상기 침상 도체가 관통한 부위에서 일어날 수 있는 급격한 전류의 증가 및 이에 따른 화재의 위험성을 없애거나 최소화할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지팩은,
제 1 전극 단자 및 제 2 전극 단자를 포함하는 팩 어셈블리; 및
상기 팩 어셈블리를 감싸는 구조로 형성되어 있고, 침상 도체에 의한 관통 시, 팩 어셈블리의 내부 단락을 유도하는 보호 회로(protection circuit);
를 포함하고 있고,
상기 보호 회로는,
팩 어셈블리에 상대적으로 인접하여 위치하는 내부 도전층;
팩 어셈블리로부터 상대적으로 이격되어 위치하는 외부 도전층; 및
상기 내부 도전층 및 외부 도전층 사이에 개재되어 있는 절연층;
을 포함하고 있으며,
상기 내부 도전층은 제 1 도선에 의해 팩 어셈블리의 제 1 전극 단자에 전기적으로 연결되어 있고,
상기 외부 도전층은 제 2 도선에 의해 팩 어셈블리의 제 2 전극 단자에 전기적으로 연결되어 있는 구조일 수 있다.
따라서, 상기 침상 도체의 관통에 의한 전지팩의 내부 단락으로 발생할 수 있는 전지팩의 발화 내지 폭발을 방지할 수 있고, 이에 따라 상기 전지팩의 안전성을 향상시킬 수 있으며, 보다 간소화된 구조만으로 상기 보호 회로를 구성할 수 있으므로, 상기 전지팩의 제조에 소요되는 비용 및 시간에 비해 보다 우수한 효과를 발휘할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 보호 회로의 내부 도전층 및 외부 도전층은 침상 도체에 의한 관통 시, 전지팩의 내부 단락을 유도하도록, 침상 도체를 경유하여 상호 간에 전기적으로 연결되는 구조일 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 보호 회로의 내부 도전층과 외부 도전층은 각각 제 1 전극 단자 및 제 2 전극 단자에 전기적으로 연결되어 있으나, 상기 내부 도전층과 외부 도전층 사이에 개재되어 있는 절연층에 의해 상호 간에 절연된 구조로 이루어질 수 있다.
이때, 침상 도체가 상기 보호 회로를 구성하는 외부 도전층과 내부 도전층을 동시에 관통하는 경우, 상기 내부 도전층과 외부 도전층은 침상 도체를 경유하여 상호 간에 전기적으로 연결됨으로써, 상기 전지팩의 전압을 감소시켜 내부 단락을 발생시킬 수 있다.
따라서, 상기 보호 회로는, 침상 도체와 전극의 직접적인 접촉을 예방하는 종래의 기술에 비해, 상기 침상 도체에 의한 관통을 방지하기 위한 구조로서, 보다 두꺼운 두께로 구성될 필요가 없으며, 상기 침상 도체에 의해 관통되더라도, 상기 보호 회로를 통해 내부 단락을 발생시킴으로써, 전지팩의 전압을 감소시킬 수 있으므로, 이에 따른 발화 내지 폭발의 문제점을 보다 효과적으로 예방할 수 있다.
또한, 상기 제 1 전극 단자 및 제 2 전극 단자는 각각 상이한 극성의 양극 단자 또는 음극 단자일 수 있다.
즉, 상기 내부 도전층과 외부 도전층은 서로 상이한 극성을 갖는 전극 단자에 각각 전기적으로 연결되며, 상기 전기적으로 연결되는 전극 단자의 극성을 구분할 필요가 없으므로, 보다 간소화된 구조로 이루어질 수 있으며, 전지팩의 제조시 작업자에 의한 취급이 용이하며, 이에 따라, 제품의 불량률을 효과적으로 감소시킬 수 있다.
한편, 상기 제 1 도선 및 제 2 도선의 적어도 하나에는 저항부가 포함되어 있는 구조일 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 보호 회로가 침상 도체에 의해 관통되는 경우에는, 상호 간에 절연 구조를 유지하고 있던 상기 보호 회로의 내부 도전층과 외부 도전층이 모두 상기 침상 도체에 접속됨으로써, 상호 간에 전기적으로 연결되며, 이에 따라, 팩 어셈블리에만 흐르던 전류는 전극 단자들에 전기적으로 연결되어 있는 도선을 통해 내부 도전층과 외부 도전층을 따라 흐르게 된다.
이때, 상기 팩 어셈블리에 흐르던 전류는 갑작스럽게 전기적으로 연결된 내부 도전층과 외부 도전층을 통해 빠르게 흘러, 팩 어셈블리의 전압을 급격하게 감소시키는 동시에, 상기 내부 도전층과 외부 도전층으로 인가되는 전류량의 증가로 인해, 상기 내부 도전층과 외부 도전층의 온도를 증가시킬 수 있으며, 나아가 이러한 온도 증가는 상기 내부 도전층과 외부 도전층의 발화 내지 폭발을 초래할 수 있다.
이에 따라, 상기 제 1 도선 및 제 2 도선의 적어도 하나에는 저항부가 포함됨으로써, 상기 팩 어셈블리의 전류는 제 1 도선 및 제 2 도선을 통해 내부 도전층 및 외부 도전층으로 흐르는 과정에서, 상기 저항부로 인해, 급격한 전류의 흐름을 예방할 수 있고, 이에 따라, 상기 내부 도전층 및 외부 도전층의 발화 내지 폭발의 위험을 효과적으로 방지할 수 있다.
여기서, 상기 저항부의 저항 값은 전지팩의 용량 또는 에너지 밀도에 따라 조절될 수 있다.
따라서, 상기 전지팩의 용량 또는 에너지 밀도가 높은 경우에는 상기 도선을 통해 보호 회로의 내부 도전층 및 외부 도전층으로 흐르는 전류의 증가량이 상대적으로 커질 수 있으므로, 저항부의 저항 값 역시 상대적으로 큰 값을 갖도록 구성될 수 있고, 이와 반대로, 상기 전지팩의 용량 또는 에너지 밀도가 높은 경우에는 상기 도선을 통해 보호 회로의 내부 도전층 및 외부 도전층으로 흐르는 전류의 증가량이 상대적으로 적으므로, 저항부의 저항 값 역시 상대적으로 작은 값을 갖도록 구성될 수 있다.
즉, 상기 저항부의 저항 값은 전지팩의 용량 또는 에너지 밀도와 비례 관계를 가질 수 있다.
이러한 경우에, 상기 저항부의 저항 값은 내부 도전층 및 외부 도전층의 저항 값에 비해 상대적으로 큰 구조일 수 있다.
만일, 상기 저항부의 저항 값이 내부 도전층 및 외부 도전층의 저항 값에 비해 상대적으로 작을 경우에는, 상기 저항부에서, 상기 제 1 도선 및 제 2 도선을 통해 내부 도전층 및 외부 도전층으로 흐르는 전류량을 감소시킬 수 없어, 상기 소망하는 효과를 발휘하지 못할 수 있다.
또한, 상기 저항부는 보호 회로를 기준으로 팩 어셈블리에 인접한 내측에 형성되어 있는 구조일 수 있다.
앞서 설명한 바와 마찬가지로, 상기 저항부는 침상 부재에 의한 관통 시, 팩 어셈블리로부터 보호 회로의 내부 도전층 및 외부 도전층으로 흐르는 전류량의 급격한 증가를 방지할 수 있다.
이에 따라, 상기 저항부에서는 상대적으로 많은 열이 발생할 수 있으며, 이로 인해 발화 내지 폭발이 발생할 수도 있는 문제점이 있다.
특히, 상기 저항부가 보호 회로를 기준으로 전지팩의 외측에 형성되어 있는 경우에는, 상기 전지팩에 인접해 있는 사람의 신체에 손상을 줄 수 있으므로, 이러한 문제점은 더욱 심각해질 수 있다.
그러나, 본 발명에 따른 전지팩은 상기 저항부가 보호 회로를 기준으로 팩 어셈블리에 인접한 내측에 형성되어 있어, 이러한 문제점을 보다 용이하게 예방할 수 있다.
다만, 이에 따라 상기 저항부에서 급격하게 열이 발생하는 경우, 또는 발화가 일어나는 경우, 상기 저항부는 보호 회로를 기준으로 전지팩의 내측에 위치해 있으므로, 이에 대한 육안 식별이 어려울 수 있으며, 이를 보완할 수 있도록, 상기 저항부가 위치하는 전지팩의 내측에는 저항부에서 발생하는 열 내지 화재를 감지할 수 있도록 별도의 센서를 더 포함할 수도 있음은 물론이다.
한편, 상기 제 2 도선은 보호 회로의 내부 도전층 및 절연층을 관통해 인출된 상태에서, 외부 도전층에 전기적으로 연결되어 있으며;
적어도 상기 내부 도전층 및 절연층을 관통하는 제 2 도선의 부위에는 절연성 피복층이 형성되어 있는 구조일 수 있다.
더욱 구체적으로, 상기 외부 도전층은 절연층을 기준으로, 내부 도전층에 대해 외측에 위치해 있으며, 이에 따라, 상기 제 2 도선은 내측에 위치한 팩 어셈블리의 제 2 전극 단자를 외부 도전층과 전기적으로 연결하도록, 상기 내부 도전층 및 절연층을 관통해 외부로 인출되는 구조로 이루어질 수 있다.
이때, 상기 제 2 도선은 상기 전기적 연결을 달성할 수 있도록, 도전성 소재로 이루어지는 반면에, 상기 내부 도전층 및 절연층을 관통하는 제 2 도선의 부위는 상기 내부 도전층에 접촉하게 되므로, 본 발명에 따른 전지팩은 상기 내부 도전층 및 절연층을 관통하는 제 2 도선의 부위에 절연성 피복층이 형성됨으로써, 상기 제 2 도선을 통한 내부 도전층과 외부 도전층의 전기적 연결 및 이로 인한 정상 작동 상태에서의 내부 단락을 방지할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 전지팩은 팩 어셈블리를 감싸는 팩 케이스를 더 포함하고 있고;
상기 보호 회로는 팩 케이스의 내면에 밀착된 구조로 위치할 수 있다.
즉, 상기 보호 회로는 팩 어셈블리를 감싸는 팩 케이스의 내면에 밀착됨으로써, 상기 팩 어셈블리와 팩 케이스의 내면 사이에 위치하는 구조일 수 있다.
따라서, 상기 전지팩이 운용되는 다양한 환경에서, 상기 전지팩의 외면에 인가되는 오물 등으로부터 상기 보호 회로의 오염을 방지하는 동시에, 상기 전지팩에 인가되는 진동 및 물리적 충격에 의한 보호 회로의 유동 및 손상을 방지할 수 있다.
또 다른 구체적인 예에서, 상기 보호 회로의 절연층은 전기 절연성 소재의 팩 케이스로 구성되어 있으며;
상기 내부 도전층은 팩 케이스의 내면에 밀착된 구조로 위치하고,
상기 외부 도전층은 팩 케이스의 외면에 밀착된 구조로 위치하는 구조일 수 있다.
즉, 상기 보호 회로는 전기절연성의 팩 케이스의 내면과 외면에 각각 내부 도전층과 외부 도전층이 밀착된 구조로 위치함으로써, 상기 전기절연성의 팩 케이스가 절연층을 이루는 동시에, 상기 팩 케이스가 내부 도전층 및 외부 도전층과 함께 보호 회로 자체를 구성할 수도 있다.
이에 따라, 상기 보호 회로를 구성하는데 소요되는 별도의 절연층이 필요 없으므로, 상기 보호 회로를 구성하는데 소요되는 비용을 보다 절약할 수 있다.
이러한 경우에, 상기 외부 도전층을 보호할 수 있도록, 상기 외부 도전층의 외면에는 별도의 보호용 코팅층을 형성함으로써, 상기 외부 도전층을 보호할 수도 있음은 물론이며, 상기 보호용 코팅층은 안료를 이용한 도장 작업으로 형성되거나, 별도의 시트를 부착함으로써 형성될 수 있으나, 상기 외부 도전층의 오염 및 물리적 손상을 효과적으로 방지할 수 있는 것이라면, 그 형성 방법 내지 구성이 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 보호 회로는 팩 어셈블리의 전체 외면에 대해, 적어도 80% 이상의 면적을 감싸는 구조로 형성되어 있는 구조일 수 있다.
따라서, 상기 보호 회로는 팩 어셈블리의 대부분의 외면에 위치하도록 형성될 수 있으며, 이에 따라, 침상 도체가 어느 방향 또는 어느 부위로 관통되더라도, 상기 보호 회로 역시 관통됨으로써, 소망하는 효과를 발휘할 수 있다.
한편, 상기 내부 도전층 및 외부 도전층은 서로 동일하거나 또는 상이한 전기 전도성의 판상형 금속 부재 또는 시트로 이루어질 수 있다.
따라서, 상기 보호 회로는 전지팩에 인가되는 진동 내지 충격에 대해 소정의 강성을 발휘할 수 있어, 구조적 안정성을 보다 향상시킬 수 있다.
그러나, 상기 내부 도전층 및 외부 도전층의 소재 내지 형태가 이에 제한되는 것은 아니며, 상세하게는, 상기 내부 도전층 및 외부 도전층은 서로 동일하거나 또는 상이한 전기 전도성의 금속 코팅층으로 이루어질 수도 있음은 물론이다.
이러한 경우에, 상기 내부 도전층 및 외부 도전층은 절연층 또는 팩 케이스의 내면과 외면에 상기 전기 전도성의 금속 코팅층을 형성함으로써, 상기 절연층 또는 팩 케이스의 형상에 제한 없이 보다 용이하게 보호 회로를 형성할 수 있으며, 다양한 구조의 전지팩에 보다 용이하게 적용될 수 있다.
또한, 상기 절연층의 소재는 내부 도전층과 외부 도전층 사이에 개재됨으로써, 상기 내부 도전층과 외부 도전층의 안정적인 절연 상태를 유지할 수 있는 것이라면, 그 종류가 크게 제한되는 것은 아니며, 상세하게는, 비용적 측면 및 취급과 성형의 용이성 등을 고려하였을 때, 상기 절연층은 전기 절연성의 고무 또는 플라스틱 수지로 이루어진 구조일 수 있다.
상기 구성 내지 구조를 제외한 전지팩의 나머지 구조는 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지팩은, 침상 도체에 의한 관통 시, 팩 어셈블리의 내부 단락을 유도하는 보호 회로(protection circuit)를 포함하도록 구성됨으로써, 상기 침상 도체의 관통에 의한 전지팩의 내부 단락으로 발생할 수 있는 전지팩의 발화 내지 폭발을 방지할 수 있고, 이에 따라 상기 전지팩의 안전성을 향상시킬 수 있으며, 보다 간소화된 구조만으로 상기 보호 회로를 구성할 수 있으므로, 상기 전지팩의 제조에 소요되는 비용 및 시간에 비해 보다 우수한 효과를 발휘할 수 있으며, 상기 침상 도체를 경유하는 전기적 연결을 통해 내부 단락이 발생하는 경우, 별도로 포함된 저항부로 인해, 상기 침상 도체가 관통한 부위에서 일어날 수 있는 급격한 전류의 증가 및 이에 따른 화재의 위험성을 없애거나 최소화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 2는 도 1의 제 2 도선의 인출 구조를 확대하여 나타낸 단면도이다;
도 3은 도 1의 전지팩에 침상 부재가 관통하는 과정을 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 4는 도 3의 침상 부재의 관통 과정에 따른 전지팩의 전압을 개략적으로 나타낸 그래프이다;
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지팩의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 2는 도 1의 제 2 도선의 인출 구조를 확대하여 나타낸 단면도이다;
도 3은 도 1의 전지팩에 침상 부재가 관통하는 과정을 개략적으로 나타낸 모식도이다;
도 4는 도 3의 침상 부재의 관통 과정에 따른 전지팩의 전압을 개략적으로 나타낸 그래프이다;
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지팩의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 전지팩(100)은 팩 어셈블리(110), 보호 회로(120) 및 팩 케이스(130)를 포함하고 있다.
팩 어셈블리(110)는 팩 케이스(130)의 내측에 위치하고 있으며, 팩 케이스(130)에 의해 외면이 감싸져 있다.
보호 회로(120)는 팩 케이스(130)의 내면에 밀착된 구조로 위치함으로써, 팩 어셈블리(110)를 감싸는 구조로 이루어져 있다.
보호 회로(120)는 외측으로부터 외부 도전층(121), 절연층(122) 및 내부 도전층(123)을 포함하고 있다.
내부 도전층(123)은 제 1 도선(141)에 의해 팩 어셈블리(110)의 양극 단자(111)에 전기적으로 연결되어 있다.
외부 도전층(121)은 제 2 도선(142)에 의해 팩 어셈블리(110)의 음극 단자(112)에 전기적으로 연결되어 있으며, 제 2 도선(142)은 내부 도전층(123) 및 절연층(122)을 관통해 인출된 상태에서, 외부 도전층(121)에 전기적으로 연결되어 있다.
보호 회로(120)의 내측에 위치하는 제 2 도선(142)에는 내부 도전층(123) 및 외부 도전층(121)의 저항 값에 비해 상대적으로 큰 저항 값을 갖는 저항부(150)가 형성되어 있다.
절연층(122)은 외부 도전층(121)과 내부 도전층(123) 사이에 개재되어, 외부 도전층(121)과 내부 도전층(123)의 절연 상태를 유지하고 있다.
도 2에는 도 1의 제 2 도선의 인출 구조를 확대하여 나타낸 단면도가 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 제 2 도선(142)은 외부 도전층(121)과 전기적으로 연결되도록, 내부 도전층(123), 절연층(122) 및 외부 도전층(121)의 동일한 부위를 관통해, 외부로 인출된다.
내부 도전층(123), 절연층(122) 및 외부 도전층(121)을 관통하는 제 2 도선(142) 부위의 외면에는 절연성 피복층이 형성되어 있다.
따라서, 제 2 도선(142)은 내부 도전층(123), 절연층(122) 및 외부 도전층(121)을 관통함으로써, 내부 도전층(123) 및 외부 도전층(121) 모두에 접촉하더라도, 전지팩의 정상적인 작동 상태에서, 내부 도전층(123)과 외부 도전층(121) 사이의 전기적 절연성을 유지할 수 있다.
도 3에는 도 1의 전지팩에 침상 부재가 관통하는 과정을 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있으며, 도 4에는 도 3의 침상 부재의 관통 과정에 따른 전지팩의 전압을 개략적으로 나타낸 그래프가 도시되어 있다.
도 3 및 4를 도 1과 함께 참조하면, 우선 정상적인 작동 상태(A)에서 전지팩(100)의 전압은 일정하게 유지된다.
침상 도체(310)가 팩 케이스(130) 및 보호 회로(120)를 관통하는 단계(B)에서는, 침상 도체(310)가 내부 도전층(123) 및 외부 도전층과 동시에 접촉하게 되며, 이에 따라 침상 도체(310)를 통해 내부 도전층(123)과 외부 도전층(121)은 상호간에 전기적으로 접속된다.
따라서, 팩 어셈블리(110)의 전류는 양극 단자(111) 및 음극 단자(112)에 각각 연결된 제 1 도선(141)과 제 2 도선(142)을 통해, 내부 도전층(123) 및 외부 도전층(121)으로 흐르게 되며, 이에 따라 내부 단락이 발생함으로써, 전지팩(100)의 전압이 낮아진다.
이때, 제 2 도선(142)에 형성된 저항부(150)는 팩 어셈블리(110)의 전류가 갑작스럽게 보호 회로(120)의 외부 도전층(121)으로 흐르는 현상을 방지함으로써, 전지팩(100) 전압의 급격한 감소를 예방하고, 외부 도전층(121)으로 흐르는 전류량의 갑작스러운 증가로 인한 발화 내지 폭발의 위험을 방지할 수 있다.
이후에, 침상 도체(310)가 전지팩(100) 내의 팩 어셈블리(110)를 관통하는 단계(C)에서는, 팩 어셈블리(110)의 전류는 침상 도체(310)를 통해 급격하게 흐르게 되며, 이로 인해 전지팩(100)의 전압은 급격히 감소한다.
그러나, 팩 어셈블리(110)는 침상 도체(310) 이외에, 내부 도전층(123) 및 외부 도전층(121)과도 전기적으로 연결되므로, 팩 어셈블리(110)의 전류는 고르게 분배되어 흐르게 되며, 이에 따라, 전류의 집중으로 인한 발화 내지 폭발의 위험을 방지함으로써, 전지팩(100)의 안전성을 향상시킬 수 있다.
도 5에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지팩의 구조를 개략적으로 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 5를 참조하면, 전지팩(500)의 보호 회로(520)는 팩 케이스(530), 팩 케이스(530)의 내면에 밀착된 구조로 위치한 내부 도전층(523) 및 팩 케이스(530)의 외면에 밀착된 구조로 위치한 외부 도전층(521)으로 이루어져 있다.
즉, 전지팩(500)의 팩 케이스(530)는 보호 회로(520)의 절연층의 역할을 수행하며, 이에 따라, 보호 회로(520)를 구성하기 위해 절연층에 소요되는 비용을 절약할 수 있다.
외부 도전층(521)의 외면에는 외부 도전층(521)의 손상 내지 오염을 방지할 수 있도록, 보호용 코팅층(560)이 형성되어 있다.
상기 구조를 제외한 나머지 구조는 도 1의 전지팩과 동일하므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 상기 내용을 바탕을 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
Claims (14)
- 제 1 전극 단자 및 제 2 전극 단자를 포함하는 팩 어셈블리; 및
상기 팩 어셈블리를 감싸는 구조로 형성되어 있고, 침상 도체에 의한 관통 시, 팩 어셈블리의 내부 단락을 유도하는 보호 회로(protection circuit);
를 포함하고 있고,
상기 보호 회로는,
팩 어셈블리에 상대적으로 인접하여 위치하는 내부 도전층;
팩 어셈블리로부터 상대적으로 이격되어 위치하는 외부 도전층; 및
상기 내부 도전층 및 외부 도전층 사이에 개재되어 있는 절연층;
을 포함하고 있으며,
상기 내부 도전층은 제 1 도선에 의해 팩 어셈블리의 제 1 전극 단자에 전기적으로 연결되어 있고,
상기 외부 도전층은 제 2 도선에 의해 팩 어셈블리의 제 2 전극 단자에 전기적으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩. - 제 1 항에 있어서, 상기 보호 회로의 내부 도전층 및 외부 도전층은 침상 도체에 의한 관통 시, 팩 어셈블리의 내부 단락을 유도하도록, 침상 도체를 경유하여 상호 간에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 전극 단자 및 제 2 전극 단자는 각각 상이한 극성의 양극 단자 또는 음극 단자인 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 도선 및 제 2 도선의 적어도 하나에는 저항부가 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 4 항에 있어서, 상기 저항부의 저항 값은 전지팩의 용량 또는 에너지 밀도에 따라 조절되는 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 5 항에 있어서, 상기 저항부의 저항 값은 내부 도전층 및 외부 도전층의 저항 값에 비해 상대적으로 큰 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 4 항에 있어서, 상기 저항부는 보호 회로를 기준으로 팩 어셈블리에 인접한 내측에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 2 도선은 보호 회로의 내부 도전층 및 절연층을 관통해 인출된 상태에서, 외부 도전층에 전기적으로 연결되어 있으며;
적어도 상기 내부 도전층 및 절연층을 관통하는 제 2 도선의 부위에는 절연성 피복층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩. - 제 1 항에 있어서,
상기 전지팩은 팩 어셈블리를 감싸는 팩 케이스를 더 포함하고 있고;
상기 보호 회로는 팩 케이스의 내면에 밀착된 구조로 위치하는 것을 특징으로 하는 전지팩. - 제 1 항에 있어서,
상기 보호 회로의 절연층은 전기 절연성 소재의 팩 케이스로 구성되어 있으며;
상기 내부 도전층은 팩 케이스의 내면에 밀착된 구조로 위치하고,
상기 외부 도전층은 팩 케이스의 외면에 밀착된 구조로 위치하는 것을 특징으로 하는 전지팩. - 제 1 항에 있어서, 상기 보호 회로는 팩 어셈블리의 전체 외면에 대해, 적어도 80% 이상의 면적을 감싸는 구조로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 1 항에 있어서, 상기 내부 도전층 및 외부 도전층은 서로 동일하거나 또는 상이한 전기 전도성의 판상형 금속 부재 또는 시트로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 1 항에 있어서, 상기 내부 도전층 및 외부 도전층은 서로 동일하거나 또는 상이한 전기 전도성의 금속 코팅층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
- 제 1 항에 있어서, 상기 절연층은 전기 절연성의 고무 또는 플라스틱 수지로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
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| KR20130065575A (ko) * | 2011-12-09 | 2013-06-19 | 삼성에스디아이 주식회사 | 이차 전지 |
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