(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子機器と連結される電池パックであって、
互いに隣り合わせて配置され、直列に連結される第１および第２の電極端子が形成された複数の電池セルからなり、最上端の電池セルの第１の電極端子は、前記電子機器の第２の電極端子と連結され、最下端の電池セルの第２の電極端子は、前記電子機器の第１の電極端子と連結される電池モジュールと、
前記最上端の電池セルの第１の電極端子と前記電子機器の第２の電極端子との間に設けられるヒューズと、
前記最上端の電池セルの上面に設けられ、最上端の電池セルの第１の電極端子と連結される第１のプレート、前記第１のプレートの上部に設けられ、前記最下端の電池セルの第２の電極端子と連結される第２のプレート、および前記第１のプレートと第２のプレートとの間に設けられ、脆性を有する支持フレームからなるスイッチ装置と、
を含み、
前記電池セルの膨張時に前記電池セルとともに変形される前記第１のプレートが、前記脆性を有する支持フレームを破損することで前記第２のプレートに接触し、前記最上端の電池セルの第１の電極端子と前記最下端の電池セルの第２の電極端子が連結されることで生じる高熱によってヒューズが切れ、前記電子機器と前記最上端の電池セルが遮断されることを特徴とする、電池パック。
【請求項２】
前記支持フレームは、前記第１のプレートと前記第２のプレートとの間に設けられる支持枠と、前記支持枠の内部に水平方向に結合する複数の水平支持バーと、前記水平支持バーの上面に垂直方向に結合する複数の垂直支持バーとを含み、
前記水平支持バーと前記垂直支持バーは、前記電池セルの膨張時に変形される前記第１のプレートの加圧によって破損されることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
【請求項３】
前記支持フレームは、脆性を有する合成樹脂からなることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
【請求項４】
前記支持フレームは、前記垂直支持バーと前記水平支持バーが交差した表面に連結孔を形成することを特徴とする、請求項２に記載の電池パック。
【請求項５】
前記第１のプレートと前記第２のプレートは、銅（Ｃｕ）からなることを特徴とする、請求項１に記載の電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１５年９月１０日付けの韓国特許出願第２０１５‐０１２８５４５号に基づく優先権の利益を主張し、該当韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は、本明細書の一部として組み込まれる。
【０００２】
本発明は、電池パックに関し、特に、電池モジュールの過充電および外部短絡時に前記電池モジュールに供給される電源を遮断することで、電池モジュールの爆発または発火を防止した電池パックに関する。
【背景技術】
【０００３】
一般的に、二次電池（ｒｅｃｈａｒｇｅａｂｌｅ  ｂａｔｔｅｒｙ）は、充電が不可能な一次電池とは異なり、充電および放電が可能な電池を意味する。
【０００４】
かかる二次電池は、携帯電話やノートパソコンおよびカムコーダのように携帯が可能な小型電子機器に使用される低容量電池パックと、ハイブリッド自動車などのモータ駆動用電源に使用される大容量電池パックがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来技術による電池パックは、複数個の電池セルが直列に連結される電池モジュールと、前記電池モジュールが内蔵される電池ケースとを含む。
【０００６】
しかし、従来技術による電池パックは、過充電または外部衝撃による短絡時に非正常に電池モジュールが膨張（ｓｗｅｌｌｉｎｇ）したりまたは高熱が発生する問題があり、特に、電池モジュールの膨張および高熱によって爆発または発火が生じ得るという問題があった。
【０００７】
本発明は、前記のような問題を解決するために導き出されたものであり、本発明の目的は、電池モジュールの過充電または外部衝撃による短絡時に電池モジュールに供給される電源を遮断することで、電池モジュールの爆発または発火を防止した電池パックを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記のような目的を達成するための本発明に係る電子機器と連結される電池パックは、 互いに隣り合わせて配置され、直列に連結される第１および第２の電極端子が形成された複数の電池セルからなり、最上端の電池セルの第１の電極端子は、前記電子機器の第２の電極端子と連結され、最下端の電池セルの第２の電極端子は、前記電子機器の第１の電極端子と連結される電池モジュールと、前記最上端の電池セルの上面に設けられ、最上端の電池セルの第１の電極端子と連結される第１のプレート、前記第１のプレートの上部に設けられ、前記最下端の電池セルの第２の電極端子と連結される第２のプレート、および前記第１のプレートと第２のプレートとの間に設けられ、脆性を有する支持フレームからなるスイッチ装置と、前記最上端の電池セルの第１の電極端子と前記電子機器の第２の電極端子との間に設けられるヒューズとを含み、前記電池セルの膨張時に前記電池セルとともに変形される前記第１のプレートが、前記脆性を有する支持フレームを破損することで前記第２のプレートに接触し、前記最上端の電池セルの第１の電極端子と前記最下端の電池セルの第２の電極端子が連結されることで生じる高熱によってヒューズが切れ、電子機器と前記最上端の電池セルの連結が遮断され得る。
【０００９】
前記支持フレームは、前記第１のプレートと前記第２のプレートとの間に設けられる支持枠と、前記支持枠の内部に水平方向に結合する複数の水平支持バーと、前記水平支持バーの上面に垂直方向に結合する複数の垂直支持バーとを含み、前記水平支持バーと前記垂直支持バーは、前記電池セルの膨張時に変形される前記第１のプレートの加圧によって破損され得る。
【００１０】
前記支持フレームは、脆性を有する合成樹脂からなり得る。
【００１１】
前記支持フレームは、前記垂直支持バーと前記水平支持バーが交差した表面に連結孔を形成し得る。
【００１２】
前記第１のプレートと前記第２のプレートは、銅（Ｃｕ）からなり得る。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、下記のような効果を有する。
【００１４】
第一に、ヒューズとスイッチ装置を含む電池パックを設けることで、過充電または外部衝撃による短絡時に電流供給が遮断されて、さらなる電流および熱蓄積を防止し、これにより爆発または発火を防止することができる。
【００１５】
第二に、スイッチ装置は、第１および第２のプレートと、前記第１および第２のプレートの間に設けられた支持フレームからなり、前記支持フレームは、脆性を有する素材からなることで正常な充電時に第１および第２のプレートを離隔させ、且つ非正常な過充電時に膨張する電池セルとともに変形される第１のプレートによって簡単に破損されることで、第１および第２のプレートを連結することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係る電池モジュールを示した図である。
【図２】本発明に係る電池モジュールのスイッチ装置を示した斜視図である。
【図３】本発明に係る電池モジュールのスイッチ装置を示した断面図である。
【図４】本発明に係るスイッチ装置の過充電時の接触状態を示した図である。
【図５】本発明に係る電池モジュールの使用状態を示した図であり、電池モジュールの充電状態を示した図である。
【図６】本発明に係る電池モジュールの使用状態を示した図であり、電池モジュールの過充電時にスイッチ装置が接地された状態を示した図である。
【図７】本発明に係る電池モジュールの使用状態を示した図であり、電池モジュールのヒューズが切れた状態を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付の図面を参照して、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者が容易に実施できるように、本発明の実施例について詳細に説明する。しかし、本発明は、各種の相違する形態に実現されてもよく、ここで説明する実施例に限定されない。また、図面において、本発明を明確に説明するために、説明と関係のない部分は省略しており、明細書全体にわたり類似した部分については類似の図面符号を使用する。
【００１８】
本発明に係る電池パック１００は、図１に示されているように、電子機器に連結して使用する一方、過充電または外部衝撃による短絡時に非正常に膨張する電池セルの爆発または発火を防止する構造を有する。
【００１９】
すなわち、本発明に係る電池パック１００は、第１の電極端子と第２の電極端子が形成された複数の電池セル１１１からなり、電子機器（図示せず）と連結される電池モジュール１１０と、電池セル１１１と前記電子機器の連結ライン上に設けられるヒューズ１２０と、前記電池セル１１１の非正常な膨張時にヒューズ１２０が溶けて切れるように高熱を発生するスイッチ装置１３０とを含む。
【００２０】
電池モジュール１１０は、複数の電池セル１１１からなり、電池セル１１１は、第１の電極、セパレータおよび第２の電極が順に積層される電極組立体と、前記電極組立体とともに電解液を収容するケースとを含む。また、前記第１の電極には第１の電極タブが、第２の電極には第２の電極タブがそれぞれ設けられ、前記第１の電極タブには第１の電極端子１１１ａが、第２の電極タブには第２の電極端子１１１ｂが結合する。一方、第１の電極は正極であり、第２の電極は負極である。反対であってもよいことは言うまでもない。
【００２１】
すなわち、電池モジュール１１０は、複数の電池セル１１１を互いに隣り合わせて配置し、互いに対応する電池セル１１１の第１の電極端子１１１ａと第２の電極端子１１１ｂを互いに連結して直列構造を構成する。また、最上端に位置した電池セル（以下、最上端の電池セルとする）１１１の第１の電極端子１１１ａは、電子機器（例えば、充電装置または機械装置）の第２の電極端子（図示せず）と連結ライン１０を介して連結し、最下端に位置した電池セル（以下、最下端の電池セルとする）１１１の第２の電極端子１１１ｂは、電子機器の第１の電極端子と連結ライン２０を介して連結する。
【００２２】
ここで、電子機器は、充放電装置または機械装置などの電源によって作動する装置であってもよい。
【００２３】
一方、電池モジュール１１０は、複数の電池セル１１１を安定して収容するために電池ケースを含んでもよい。
【００２４】
ここで、直列連結構造を有する電池モジュール１１０は、電池の性能は向上させることができるが、過充電または外部衝撃による短絡時に電池セル１１１に過電流と高熱が生じやすく、特に、電池セル１１１に過電流および高熱が蓄積される場合、爆発または発火する問題がある。
【００２５】
かかる問題を防止するために、本発明の電池パック１００は、電池セル１１１に過電流または高熱が大幅に蓄積される場合、電池セル１１１と電子機器の連結を遮断して電池セル１１１の爆発または発火を防止するヒューズ１２０およびスイッチ装置１３０を含む。
【００２６】
ヒューズ１２０は、電池パックの過充電または外部短絡時に電子機器と電池モジュール１１０の連結を遮断するためのものであり、電子機器の第２の電極端子と最上端の電池セル１１１の第１の電極端子１１１ａを連結した連結ライン１０に設置される。一方、ヒューズ（ｆｕｓｅ）１２０は、過剰な電流が流れ続けないように、自動に遮断する装置であり、熱によって溶けて切れる。
【００２７】
すなわち、ヒューズ１２０は、電子機器と最上端の電池セル１１１の第１の電極端子１１１ａを連結する連結ライン１０に生じる高熱によって溶けて切れ、これにより電子機器と電池モジュール１１０を遮断することで、電池モジュール１１０にさらなる電流および熱が蓄積されることを防止する。
【００２８】
スイッチ装置１３０は、図２および図３に示されているように、第１の電極端子と第２の電極端子を連結させることで生じる過電流で高熱を発生させ、この高熱でヒューズ１３０を溶かして切れるようにする。
【００２９】
すなわち、スイッチ装置１３０は、最上端の電池セル１１１の外側に設けられ、最上端の電池セル１１１の第１の電極端子１１１ａまたは最上端の電池セル１１１の第１の電極端子１１１ａに連結された連結ライン１０に連結される第１のプレート１３１と、第１のプレート１３１の上部に設けられ、最下端の電池セル１１１の第２の電極端子１１１ｂまたは最下端の電池セル１１１の第２の電極端子１１１ｂに連結された連結ライン２０に連結される第２のプレート１３２と、第１のプレート１３１と第２のプレート１３２との間に設けられ、第１のプレート１３１と第２のプレート１３２を接触しないように離隔させる支持フレーム１３３とを含む。
【００３０】
第１のプレート１３１と第２のプレート１３２は、同じ大きさと厚さを有する板材からなり、特に、伝導性を高めるために銅（Ｃｕ）からなる。
【００３１】
支持フレーム１３３は、脆性を有し、伝導性がない合成樹脂からなる。すなわち、支持フレーム１３３は、第１のプレート１３１の加圧力によって簡単に破損されるように脆性を有する素材からなり、これにより、第１のプレート１３１が支持フレーム１３３を介して第２のプレート１３２に安定して接触する。
【００３２】
すなわち、支持フレーム１３３は、図２および図３に示されているように、第１のプレート１３１と第２のプレート１３２との間に設けられる支持枠１３３ａと、支持枠１３３ａの内部に一側方向（図２において水平方向）に結合する複数の水平支持バー１３３ｂと、支持枠１３３ａの内部に他側方向（図２において垂直方向）に結合する複数の垂直支持バー１３３ｃとを含む。
【００３３】
換言すれば、支持枠１３３ａは、第１のプレート１３１と第２のプレート１３２の枠を支持し、水平および垂直支持バー１３３ｂ、１３３ｃは、常に第１のプレート１３１と第２のプレート１３２の接触を遮断する。ここで、第１のプレート１３１の変形時に第１のプレート１３１によって水平および垂直支持バー１３３ｂ、１３３ｃが簡単に破損され、これにより第１のプレート１３１が支持フレーム１３３を通過して第２のプレート１３２に接触する。
【００３４】
ここで、水平および垂直支持バー１３３ｂ、１３３ｃが交差する表面には連結孔１３０ａが形成され、連結孔１３０ａは、水平および垂直支持バー１３３ｂ、１３３ｃが破損されなくても、第１のプレート１３１と第２のプレート１３２が接触する通路の役割をする。
【００３５】
かかるスイッチ装置１３０は、図４に示されているように、過充電時に第１のプレート１３１または第２のプレート１３２が変形されて支持フレーム１３０の水平および垂直支持バー１３３ｂ、１３３ｃを破損し、水平および垂直支持バー１３３ｂ、１３３ｃの破損によって形成された空間に第１のプレート１３１と第２のプレート１３２が接触することによる過電流によって高熱を発生させる。
【００３６】
すなわち、図４に示されているように、電池モジュール１１０の過充電時に膨張する電池セル１１１によって第１のプレート１３１が変形され、変形される第１のプレート１３１が水平および垂直支持バー１３３ｂ、１３３ｃを破損して第２のプレート１３２に接触し、第１および第２のプレートが接触して最上端の電池セル１１１の第１の電極端子１１１ａと最下端の電池セル１１１の第２の電極端子１１１ｂが連結されることで発生する過電流によって高熱が発生し、この高熱は、連結ライン１０に伝達されてヒューズ１２０が切れるようにする。
【００３７】
かかる構成を有する本発明に係る電池パックの使用状態について説明すると以下のとおりである。
【００３８】
先ず、図５に示されているように、準備された電池パック１００と電子機器を連結する。すなわち、複数の電池セル１１１を直列に連結して電池モジュール１１０を準備する。次に、電池モジュール１１０で最上端の電池セル１１１の第１の電極端子１１１ａと電子機器の第２の電極端子（図示せず）を連結ライン１０を介して連結し、最下端の電池セル１１１の第２の電極端子１１１ｂと電子機器の第１の電極端子を連結ライン２０を介して連結する。このように連結が完了すると、電子機器を作動させる。
【００３９】
この際、図６に示されているように、電池モジュール１１０の過充電時に電池セル１１１の体積が膨張し、膨張する電池セル１１１によってスイッチ装置１３０の第１のプレート１３１が変形され、変形された第１のプレート１３１が支持フレーム１３３の水平および垂直支持バー１３３ｂ、１３３ｃを破損することで第２のプレート１３２に接触する。
【００４０】
また、図７に示されているように、最上端の電池セル１１１の第１の電極端子１１１ａと最下端の電池セル１１１の第２の電極端子１１１ｂが連結されると、過電流が流れることで高熱が発生し、この高熱が最上端の電池セル１１１の第１の電極端子１１１ａに連結された連結ライン１０に伝達されてヒューズ１２０が切れ、ヒューズ１２０が切れることで電池セル１１１にさらなる電流または熱の蓄積を防止し、電池セル１１１の爆発または発火を防止する。
【００４１】
したがって、本発明に係る電池パック１００は、スイッチ装置１３０およびヒューズ１２０を含むことで、複数の電池セル１１１からなる電池モジュール１１０の爆発および発火を防止することができる。
【００４２】
本発明の範囲は、前記詳細な説明でなく、後述する特許請求の範囲によって定められ、特許請求の範囲の意味および範囲、またその均等概念から導き出される様々な実施形態が可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１００  電池パック
１１０  電池モジュール
１１１  電池セル
１２０  ヒューズ
１３０  スイッチ装置
１３１  第１のプレート
１３２  第２のプレート
１３３  支持フレーム
【図１】
0006616495.tif 000002
【図２】
0006616495.tif 000003
【図３】
0006616495.tif 000004
【図４】
0006616495.tif 000005
【図５】
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【図６】
0006616495.tif 000007
【図７】
0006616495.tif 000008