JP2014529856A - 二次電池の安全性向上装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、二次電池の安全性を向上させる装置及び方法を提供することを目的とする。本発明による二次電池の安全性向上装置は、二次電池セルの表面に取り付けられて二次電池セルの動きを感知する第１センサと、二次電池パックハウジングの内壁に取り付けられて二次電池パックハウジングの動きを感知する第２センサとを含むセンサ部；前記第１センサで測定された第１測定値と前記第２センサで測定された第２測定値との差に対する閾値を保存するメモリ部；及び前記第１測定値と前記第２測定値との差値を算出して前記メモリ部に保存された閾値と比較し、差値が閾値より大きい場合、二次電池セルの電源を遮断する制御部；を含むことを特徴とする。本発明によれば、二次電池パックに加えられる衝撃を正確に感知でき、衝撃が加えられた場合、二次電池の使用を中止して安全性を向上させると共に、それをユーザに通知してユーザを保護することができる。
Description
本発明は、二次電池の安全性向上のための装置及び方法に関し、より詳しくは、二次電池パックに加えられた外部衝撃を感知して内部短絡のような危険を防止する装置及び方法に関する。
本出願は、２０１１年０８月２３日出願の韓国特許出願第１０−２０１１−００８４０８５号及び２０１２年０８月０３日出願の韓国特許出願第１０−２０１２−００８５４１１号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に援用される。
モバイル機器、電気自動車、ハイブリッド自動車、電力貯蔵装置、無停電電源装置などに関する技術開発と需要の増加とともに、エネルギー源としての二次電池の需要が急激に伸びており、それに伴う多様な要求に応えられる電池に対する多くの研究が行われている。
代表的に、電池の形状面では角形やパウチ型二次電池に対する需要が多く、材料の面ではエネルギー密度と単位時間当り放電容量の高いリチウム系列の二次電池に対する需要が多い。
このような二次電池において、主要研究課題の一つは二次電池の安全性を向上させることである。リチウム二次電池は、内部短絡、過充電、過放電などによる発熱によって電解質分解反応と熱暴走現象が発生する場合、電池内部の圧力が急激に上昇して電池の爆発が引き起こされる恐れがある。
二次電池の爆発を引き起こす内部短絡は様々な原因によるが、二次電池の落下または二次電池に加えられる外部衝撃も一つの原因になる。一般に二次電池は、一つ以上の単位セル、ＢＭＵ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ）及びそれを包むパックハウジングからなる。各単位セルとＢＭＵとは電極リードで連結され、電極リードには各単位セルに連結された複数の電極タブが溶接されている。前記電極タブは、単位セルを成すアルミニウムまたは銅の薄板から延びるか又は取り付けられた形態を有し、その特性上、機械的強度が非常に低い。
一方、二次電池が落下するか、二次電池に外部衝撃が加えられた場合、パックハウジング内に装着された単位セルが動くことがある。この過程で、単位セルとＢＭＵとの連結部品に衝撃エネルギーが集中され得る。衝撃エネルギーは、二次電池の各種連結部品のうち機械的強度の弱い連結部品にストレスを累積させるだけでなく、電極タブの破裂を誘発し得る。電極タブの破裂は内部短絡につながり、二次電池の爆発のような安全事故を起こす恐れがある。したがって、二次電池に外部衝撃が加えられた場合、それを感知して保護する技術が求められる。
このような問題を解決するための従来技術としては、韓国特許登録第１０−０７３９０８０号に開示された発明が挙げられる。該登録特許では、自動車に加速度センサを取り付け、自動車に加えられた衝撃を加速度センサによって感知する。また、加速度センサが感知した衝撃量が閾値以上の場合、二次電池に大きい衝撃が加えられたと見なして二次電池の使用を中止することを特徴とする。
しかし、上記の登録特許は、自動車の加速度変化のみを考慮するため、より実質的な二次電池の使用中断制御に限界がある。例えば、閾値以上の衝撃が加速度センサによって感知されたが、二次電池には短絡を誘発するほどの衝撃が与えられていない場合、逆に閾値以下の衝撃が加速度センサによって感知されたが、二次電池には短絡を誘発するほどの衝撃が与えられた場合、二次電池の保護が十分行われないという短所がある。したがって、加速度変化のみを考慮して二次電池に加えられた衝撃を感知するシステムは、その正確度が低くて外部衝撃から二次電池を十分保護することができない。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、二次電池に加えられる衝撃をより正確に感知し、衝撃から二次電池の安全性を向上させることができる装置及び方法を提供することを目的とする。
上記の課題を達成するため、本発明による二次電池の安全性向上装置は、二次電池セルの表面に取り付けられて二次電池セルの動きを感知する第１センサと、二次電池パックハウジングの内壁に取り付けられて二次電池パックハウジングの動きを感知する第２センサとを含むセンサ部；前記第１センサで測定された第１測定値と前記第２センサで測定された第２測定値との差に対する閾値を保存するメモリ部；及び前記第１測定値と前記第２測定値との差値を算出して前記メモリ部に保存された閾値と比較し、差値が閾値より大きい場合、二次電池の動作を遮断する制御部；を含む。
上記の課題を達成するため、本発明による二次電池の安全性向上方法は、（ａ）二次電池セルの表面に取り付けられて二次電池セルの動きを感知する第１センサで測定された第１測定値と、二次電池パックハウジングの内壁に取り付けられて二次電池パックハウジングの動きを感知する第２センサで測定された第２測定値との差に対する閾値をメモリ部に保存する段階；（ｂ）前記第１センサで測定された第１測定値を保存する段階；（ｃ）前記第２センサで測定された第２測定値を保存する段階；（ｄ）前記第１測定値と第２測定値との差値を算出する段階；及び（ｅ）前記算出された差値が前記メモリ部に保存された閾値以上の場合、二次電池の動作を遮断する段階；を含む。
本発明の一態様によれば、二次電池に加えられる衝撃を正確に感知することができる。
本発明の他の態様によれば、二次電池に衝撃が加えられた場合、二次電池の使用を中止して安全性を向上させることができる。
本発明のさらに他の態様によれば、二次電池に衝撃が加えられた場合、それをユーザに通知し、ユーザの保護はもちろん、適時二次電池の整備ができるようにする。
本明細書に添付される次の図面は、本発明の望ましい実施例を例示するものであり、発明の詳細な説明とともに本発明の技術的な思想をさらに理解させる役割をするため、本発明は図面に記載された事項だけに限定されて解釈されてはならない。
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び請求範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解釈されねばならない。したがって、本明細書に記載された実施例及び図面に示された構成は、本発明のもっとも望ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを代弁するものではないため、本出願の時点においてこれらに代替できる多様な均等物及び変形例があり得ることを理解せねばならない。
図１は、本発明の一実施例による二次電池の安全性向上装置の構成を概略的に示したブロック図である。
図１を参照すれば、本発明による二次電池の安全性向上装置は、センサ部１３０、制御部１４０、及びメモリ部１５０を含む。図１に示された二次電池セル１１０は、１つ以上の単位セルを含み、セルの種類は特に限定されない。二次電池セル１１０は、リチウムイオン電池、リチウム金属電池、リチウムポリマー電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池、鉛蓄電池などで構成され得る。他にも、二次電池セル１１０は、本発明が属する技術分野で通常の知識を持つ者であれば容易に使用できる二次電池セルを意味する。
前記二次電池セル１１０は、負荷または充電器と選択的に連結されて放電または充電を行う。ここで、負荷の種類は特に限定されず、ビデオカメラ、携帯電話、ノートパソコン、ＰＭＰ、ＭＰ３プレーヤーなどのような携帯用電子機器、電気自動車やハイブリッド自動車のモーター、ＤＣ ｔｏ ＤＣコンバータなどで構成され得る。
前記センサ部１３０は、第１センサ１３２と第２センサ１３４を含む。第１センサ１３２は、二次電池セル１１０の表面に取り付けられて二次電池セル１１０の動きを感知する。第２センサ１３４は、二次電池パックハウジング１２０の内壁に取り付けられて二次電池パックハウジング１２０の動きを感知する。前記第１センサ１３２と第２センサ１３４は、それぞれ二次電池セル１１０の表面と二次電池パックハウジング１２０の内壁に取り付けられているため、二次電池セル１１０及び二次電池パックハウジング１２０の動きを個別的に感知することができる。以下、説明の便宜上、第１センサ１３２で測定した測定値を第１測定値と称し、前記第２センサ１３４で測定した測定値を第２測定値と称する。第１及び第２測定値の測定及び保存は、二次電池が充電または放電されている間に周期的に行われるが、本発明がこれに限定されることはない。
前記メモリ部１５０は、前記第１センサ１３２で測定された第１測定値と前記第２センサ１３４で測定された第２測定値との差に対する閾値を保存する。閾値とは、センサ部１３０で測定された動き、すなわち、二次電池１００に加えられた衝撃が安全性問題を生じさせる程度の衝撃であるか否かを判断するための基準値である。閾値は、二次電池セル１１０に使用されるタブの材質、二次電池セル１１０の大きさ及び構造、二次電池パックハウジング１２０の材質及び構造など多様な二次電池１００の仕様、及び二次電池１００の使用環境に合わせて設定され得る。換言すれば、閾値は二次電池メーカーによって設定される値であって、同じ二次電池１００であっても任意に閾値を低くまたは高く設定することができる。
前記メモリ部１５０は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリなどデータの記録／削除可能な公知の半導体素子やハードディスクのような大容量保存媒体からなり得るが、本発明がこれらに限定されることはない。
前記制御部１４０は、前記第１測定値と前記第２測定値との差に対する差値を算出する。差値とは、第１測定値と第２測定値との差を意味するものであって、次のような数式で表される。
差値＝｜第１測定値−第２測定値｜ ・・・（数式１）
本発明は、二次電池１００に衝撃が加えられた場合、二次電池セル１１０の動きと二次電池パックハウジング１２０の動きとの相対的差を基準に安全問題の発生如何を判断する。したがって、差値は測定値の差に対する絶対値として計算する。換言すれば、差値は、第１センサ１３２と第２センサ１３４に伝達された衝撃の相対的な程度を表す。
また、前記制御部１４０は、前記差値と閾値とを比較し、二次電池１００に加えられた衝撃量が予め設定された閾値以上であるか否かを判断する。差値が閾値以下の場合、二次電池１００に加えられた衝撃が小さいか、大きい衝撃が加えられたが、二次電池セル１１０の構造変形や破損を起こす程度の衝撃が伝達されていないと判断する。一方、差値が閾値以上の場合、二次電池１００に加えられた衝撃によって二次電池セル１１０が二次電池パックハウジング１２０の内部で動き、二次電池セル１１０の構造変形や破損が生じる可能性が高いと判断する。
また、前記制御部１４０は、差値が閾値以上の場合、二次電池セル１１０の電源スイッチ１６０を遮断して二次電池の充電または放電を中止する。すなわち、前記制御部１４０は安全問題が発生したと判断した場合、二次電池の使用を中断して爆発のような安全事故を防止する。
本発明の一態様によれば、前記センサ部１３０の前記第１センサ１３２と前記第２センサ１３４は地磁気センサであり得る。地磁気センサは地球の磁場を感知して物体の方向を探知するセンサである。以下、地磁気センサを用いて二次電池１００に加えられた衝撃を感知する原理を説明する。
図２は、一般的な地磁気センサの構成を示した構成図である。
図２を参照すれば、地磁気センサは環状のパーマロイ磁性体であるコア２００、前記コア２００の外周面に沿って巻き取られた励磁コイル２１０、検出コイルであるＸコイル２２０及びＹコイル２３０を含む。前記Ｘコイル２２０とＹコイル２３０とは、コア２００の直径方向に直交して巻き取られている。
図３は、励磁コイル２１０に電流が流れるとき、コア２００に発生する磁力線を示した図である。
図３を参照すれば、励磁コイル２１０に交流電流を流して励磁させたとき、コア２００の内部には矢印方向の磁力線が発生し、コア２００が環状であるため磁極は持たない。
図４は、コア２００に発生した磁力線によってＸコイル２２０及びＹコイル２３０に発生する起電力を示した図である。
図４を参照すれば、Ｘコイル２２０及びＹコイル２３０には磁束の変化に従って起電力が発生するが、(○1)と(○2)、(○3)と(○4)ではそれぞれ磁力線が逆方向であるため、Ｘコイル２２０及びＹコイル２３０の出力はない。このとき、地磁気センサに外部から磁界が印加されれば、Ｘコイル２２０及びＹコイル２３０に出力が発生する。例えば、Ｙコイル２３０と平行な方向に外部から磁界が印加されれば、Ｘコイル２２０には最大電圧が発生し、Ｙコイル２３０と４５゜方向に外部磁界が印加されれば、Ｘコイル２２０とＹコイル２３０にはそれぞれ１／２ピーク電圧が発生する。すなわち、外部磁界は地磁気になり、Ｘコイル２２０とＹコイル２３０に発生する電圧の差により、地磁気を基準にした地磁気センサの方向を検出することができる。
図５及び図６は、２つの地磁気センサを用いて二次電池１００に加えられた衝撃を感知する方法を示した概念図である。
図５は、二次電池セル１１０の表面と二次電池パックハウジング１２０の内壁にそれぞれ取り付けられた地磁気センサに衝撃が加えられる前の状態を示した状態図である。
図５を参照すれば、第１センサ１３２及び第２センサ１３４は地磁気センサであって、地磁気に対する方向をそれぞれ感知する。前記第１センサ１３２で感知した地磁気との方向θ１は第１測定値になり、前記第２センサ１３４で感知した地磁気との方向θ２は第２測定値になる。したがって、二次電池１００に衝撃が加えられる前には２つのセンサで測定した測定値の差値は閾値より小さい。
図６は、二次電池セル１１０の表面と二次電池パックハウジング１２０の内壁にそれぞれ取り付けられた地磁気センサに、二次電池セル１１０の構造変形や破損を生じさせる程度の大きい衝撃が加えられた後の状態を示した状態図である。
図６を参照すれば、第１センサ１３２及び第２センサ１３４は大きい衝撃によって変化した二次電池セル１１０の位置及び二次電池パックハウジング１２０の位置をそれぞれ感知する。このとき、前記第１センサ１３２で感知した地磁気との方向θ１’は第１測定値になり、前記第２センサ１３４で感知した地磁気との方向θ２’は第２測定値になる。もし、衝撃量が大きくないか、又は、衝撃が大きくても二次電池セル１１０と二次電池パックハウジング１２０の動きが少なければ、第１測定値と第２測定値との差値は閾値より小さい。しかし、衝撃量が大きく、衝撃によって二次電池セル１１０が二次電池パックハウジング１２０内で二次電池セル１１０の構造変形や破損を生じさせる程動く場合、第１測定値と第２測定値との差値は閾値より大きい。したがって、前記第１測定値と第２測定値との差値が閾値より大きい場合、制御部１４０は二次電池１００の電源スイッチ１６０を遮断して二次電池１００の充電または放電を中断する。
一方、図５及び図６では、２つの地磁気センサが１つのみの方向軸に対して衝撃を感知する実施例を説明した。しかし、二次電池１００には、平面上の横方向のみではなく、縦及び垂直方向でも衝撃が加えられ得る。したがって、前記第１センサ１３２と前記第２センサ１３４は、ロール角、ピッチ角、ヨー角からなる方向軸のうち２以上の方向を感知する地磁気センサであり得る。
前記第１センサ１３２の内部軸と前記第２センサ１３４の内部軸とは、一致することが望ましい。図２を参照すれば、地磁気センサはＸコイル２２０及びＹコイル２３０が地磁気と成す角度を測定する。前記第１センサ１３２のＸコイル２２０と第２センサ１３４のＸコイル２２０、または、第１センサ１３２のＹコイル２３０と第２センサ１３４のＹコイル２３０が、相互同じ方向を有するようにセンサを取り付ける場合、より正確に差値を計算することができる。
本発明の他の態様によれば、前記第１センサ１３２と前記第２センサ１３４は加速度センサであり得る。加速度センサは、物体に加えられる加速度の有無及び大きさを感知するセンサである。
加速度センサは、物体の運動状態を感知する方式によって慣性型、振子型、振動型など多様に分けられる。
図７は、振子型加速度センサの構成を概略的に示した概念図である。
図７を参照すれば、摩擦の少ないピボット軸受で振子を支持する。前記振子にある方向に加速度ａが加えられれば、振子は逆方向に変位するが、該変位を自動変圧器を通じて測定する。自動変圧器は、加速度の大きさに比例して電圧を出力するが、出力された電圧を用いて加速度の方向及び大きさを求める。
図８は、振動型加速度センサの構成を概略的に示した概念図である。
図８を参照すれば、任意の質量ｍを両側から弦で支持する。前記質量ｍにある方向に加速度ａが加えられれば、弦の張力によって弦に振動が発生する。このとき、加速度の大きさによって弦に発生する振動数が異なるが、弦の振動数ｆ１、ｆ２をそれぞれ測定し、弦の振動数ｆ１、ｆ２の差を用いて加速度を求める。
慣性型の場合、静止系を基準にした、いわゆる慣性加速度を測定する形式であり、それには質量に作用する加速度による反力、すなわち慣性力を用いる。慣性型加速度センサの場合、慣性を測定する方式によって多様であるが、一例として、圧電素子を用いた慣性型加速度センサの基本的な原理、及び加速度センサを用いて二次電池１００に加えられた衝撃を感知する方法を説明する。
図９は、慣性型加速度センサの一例であるバイモルフ圧電素子の斜視図である。
図９を参照すれば、圧電振動子３００は圧電素子として圧電セラミック板３２０などの圧電材料からなる板を相互付着して形成したバイモルフ圧電素子３１０を含む。圧電素子とは、圧電体に力を加える場合、電荷を発生させる「圧電効果」を有する物質を言う。圧電体の材質として、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸バリウム、水晶板、酒石酸、リン酸二水素アンモニウム、酒石酸エチレンジアミンなどが挙げられる。それぞれの圧電セラミック板３２０に対向する主面には電極３４０が連結されている。バイモルフ圧電素子３１０の中央部には、電極３４０上に突起３３０が線状で形成される。
可撓性振動（曲げ振動）を有効に発生させるため、圧電振動子の長さＬは幅Ｗに対して３.５倍以上であることが望ましく、５倍以上であることがより望ましい。突起３３０は、バイモルフ圧電素子３１０の長さ方向の中央付近に形成されることが望ましく、幅方向の中心線に対して対称に配置されることが望ましい。圧電振動子３００の幅方向の中央付近に形成されるとき、線状突起３３０の数及び配置がバイモルフ圧電素子３１０の２つの対向主面で異なることもあり得るが、同じであることが望ましい。
図１０は、図９のバイモルフ圧電素子３１０を使用する縦方向加速度センサの断面図である。
図１０を参照すれば、バイモルフ圧電素子３１０は、パッケージ上部の内面上に形成された凸部３５０と弾性支持部材３６０との間に、バイモルフ圧電素子３１０上に形成された突起３３０で挿入されてパッケージ（支持体）内に支持される。弾性支持部材３６０は、一定圧力をバイモルフ圧電素子３１０に加えることでバイモルフ圧電素子３１０を支持するために設けられる。バイモルフ圧電素子３１０は中心部で支持される。バイモルフ圧電素子３１０に加えられた圧力は、外部からの衝撃、バイモルフ圧電素子３１０の強度、加速度に対する圧電素子３１０の感度などを考慮して決められる。
鉛直成分を有する加速度が図１０に示された加速度センサに与えられれば、支持部材３６０によって支持されたバイモルフ圧電素子３１０の中央部に荷重がかかり、歪みがバイモルフ圧電素子３１０で発生する。バイモルフ圧電素子３１０の圧電効果は歪んだバイモルフ圧電素子３１０内に電荷を発生させる。
発生した電荷は電極３４０を通じて出力される。発生する電荷の量は、歪みの程度、すなわち、外部からの加速度の程度に比例するため、加速度の大きさは電荷量として検出され得る。
図１１及び図１２は、２つの加速度センサを用いて二次電池１００に衝撃が加えられた場合、それを感知する方法を示した概念図である。
図１１は、二次電池セル１１０の表面と二次電池パックハウジング１２０の内壁にそれぞれ取り付けられた加速度センサに衝撃が加えられる前の状態を示した状態図である。
図１１を参照すれば、第１センサ１３２及び第２センサ１３４は加速度に対する変化をそれぞれ感知する。前記第１センサ１３２で感知した加速度の大きさによる電圧Ｖ１は第１測定値になり、前記第２センサ１３４で感知した加速度の大きさによる電圧Ｖ２は第２測定値になる。したがって、二次電池１００に衝撃が加えられる前は、２つのセンサで測定した測定値の差値は閾値より小さい。
図１２は、二次電池セル１１０の表面と二次電池パックハウジング１２０の内壁にそれぞれ取り付けられた加速度センサに二次電池セル１１０の構造変形や破損を誘発する程度の大きい衝撃が加えられた後の状態を示した状態図である。
図１２を参照すれば、二次電池１００に衝撃が加えられた場合、第１センサ１３２及び第２センサ１３４は衝撃によって変化した二次電池セル１１０の位置及び二次電池パックハウジング１２０の位置をそれぞれ感知する。このとき、前記第１センサ１３２で感知した加速度の大きさＶ１’は第１測定値になり、前記第２センサ１３４で感知した加速度の大きさＶ２’は第２測定値になる。もし、衝撃量が大きくなく、衝撃が大きくても二次電池セル１１０と二次電池パックハウジング１２０の動きが少なければ、第１測定値と第２測定値との差値は閾値より小さい。しかし、衝撃量が大きく、衝撃によって二次電池セル１１０が二次電池パックハウジング１２０内で二次電池セル１１０の構造変形や破損を誘発する程度に動いた場合、第１測定値と第２測定値との差値は閾値より大きい。したがって、前記第１測定値と第２測定値との差値が閾値より大きい場合、制御部１４０は二次電池１００の電源スイッチ１６０を遮断して二次電池の充電または放電を中断する。
本発明のさらに他の態様によれば、前記第１センサ１３２と前記第２センサ１３４はジャイロセンサ（ｇｙｒｏｓｅｎｓｏｒ）であり得る。ジャイロセンサは、回転力を用いて航空機、船舶、自動車及びカムコーダなどで変化した運動量を検出する装置である。本実施例では、振動型ジャイロセンサを用いて二次電池１００に加えられた衝撃を感知する方法を説明する。
図１３は、ジャイロセンサの動作を説明するための振動型ジャイロセンサの正面図及び側面図である。
図１３の（ａ）と（ｂ）は、それぞれ振動型ジャイロセンサの正面図及び側面図である。図１３を参照すれば、振動型ジャイロセンサは振動子４３０を含む。振動子４３０は、基板４６０上に形成された凹状の半円型支持部材４１０上に載置される。振動子４３０は圧電効果を有する圧電体である円筒型振動子４３０である。支持部材４１０は共振モードノードをシリコーン４２０で固定して振動運動する振動子４３０を支持するように構成される。また、電線４５０によって前記振動子４３０の側面に設けられた電極４４０と支持部材４１０とが電気的に連結される。
上記のように構成された振動型ジャイロセンサは、前記支持部材４１０に連結された電極４４０に電圧を加え、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸で形成される３次元上でｘ軸またはｙ軸上に振動を発生させる。このとき、ｚ軸を中心にする円周方向の回転角速度が加えられれば、コリオリの力（Ｃｏｒｉｏｌｉｓ Ｆｏｒｃｅ）が発生するようになる。
コリオリの力は、回転する運動系で運動する物体を観測するときに現れる仮想的な力であり、遠心力と同様に見掛けの力である。その大きさは運動体の速度に比例し、運動方向に垂直で作用する。
上記のように回転角速度が加えられるとき、コリオリの力の方向は振動子４３０の振動方向がｘ軸であればｙ軸に、振動子４３０の振動方向がｙ軸であればｘ軸に発生する。このように発生した力は円筒型振動子４３０に設けられた電極４４０で検出され、前記コリオリの力に比例する電圧を発生させるようになる。すなわち、振動子４３０に印加される運動方向による電圧が変わることを感知し、変更された位置を検出する。
図１４及び図１５は、２つのジャイロセンサを用いて二次電池１００に加えられた衝撃を感知する方法を示した概念図である。
図１４は、二次電池セル１１０の表面と二次電池パックハウジング１２０の内壁にそれぞれ取り付けられたジャイロセンサに衝撃が加えられる前の状態を示した状態図である。
図１４を参照すれば、第１センサ１３２及び第２センサ１３４は振動子４３０に印加される運動方向をそれぞれ感知する。前記第１センサ１３２で感知した運動方向による電圧Ｖ１は第１測定値になり、前記第２センサ１３４で感知した運動方向による電圧Ｖ２は第２測定値になる。したがって、二次電池１００に衝撃が加えられる前には２つのセンサで測定した測定値の差値は閾値より小さい。
図１５は、二次電池セル１１０の表面と二次電池パックハウジング１２０の内壁にそれぞれ取り付けられたジャイロセンサに二次電池セル１１０の構造変形や破損を誘発する程度の大きい衝撃が加えられた後の状態を示した状態図である。
図１５を参照すれば、二次電池１００に衝撃が加えられた場合、第１センサ１３２及び第２センサ１３４は衝撃によって変化した二次電池セル１１０の位置及び二次電池パックハウジング１２０の位置をそれぞれ感知する。このとき、前記第１センサ１３２で感知した運動方向による電圧Ｖ１’は第１測定値になり、前記第２センサ１３４で感知した運動方向による電圧Ｖ２’は第２測定値になる。もし、衝撃量が大きくなく、衝撃が大きくても二次電池セル１１０と二次電池パックハウジング１２０の動きが少なければ、第１測定値と第２測定値との差値は閾値より小さい。しかし、衝撃量が大きく、衝撃によって二次電池セル１１０が二次電池パックハウジング１２０内で二次電池セル１１０の構造変形や破損を起こす程動いた場合、第１測定値と第２測定値との差値は閾値より大きい。前記第１測定値と第２測定値との差値が閾値より大きい場合、制御部１４０は二次電池１００の電源スイッチ１６０を遮断して二次電池１００の充電または放電を中断する。
上述した各種センサは一例に過ぎない。したがって、本発明が属する技術分野で通常の知識を持つ者であればセンサの種類を容易に変更できることは自明である。
望ましくは、本発明による二次電池の安全性向上装置は、前記差値が閾値より大きい場合、ユーザに二次電池の異常を警告する警告部をさらに含む。
前記警告部は、二次電池１００に臨界水準以上の衝撃が加えられたことをユーザに通知することで、ユーザに二次電池１００の使用中断や点検を促す。
前記警告部は、ランプ、ＬＥＤ、ブザー、またはスピーカーなどであり得る。一例として、自動車の場合、運転者に自動車の状態及び走行情報を知らせる表示パターンを通じて警告することができる。このとき、聴覚的な警告部材であるブザーまたはスピーカーを共に使用して警告部を構成することができる。しかし、本発明がこれに限定されることはない。
本発明の一態様によれば、上述した制御部１４０はマイクロプロセッサで構成することができる。この場合、前記制御部１４０の構成要素はプログラムモジュールで具現することができる。プログラムモジュールはコンピューターを通じて実行できるプログラム命令形式で具現され、コンピューター可読媒体に記録され得る。
前記コンピューター可読媒体は、プログラム命令、データファイル、データ構造などを単独でまたは組合せで含むことができる。前記媒体に記録されるプログラム命令は本発明のために特別に設計され構成されたものであっても、コンピュータープログラム分野の当業者に公知になって使用可能なものであっても良い。
前記コンピューター可読媒体は、メモリ部１５０を含む。また、コンピューター可読媒体には、ハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク、及び磁気テープのような磁気媒体（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｍｅｄｉａ）、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤのような光記録媒体（ｏｐｔｉｃａｌ ｍｅｄｉａ）、フロプティカルディスク（ｆｌｏｐｔｉｃａｌ ｄｉｓｋ）のような磁気−光媒体（ｍａｇｎｅｔｏ−ｏｐｔｉｃａｌ ｍｅｄｉａ）、及びＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリなどのようなプログラム命令を保存して実行するように特別に構成されたハードウェア装置が含まれる。
プログラム命令の例には、コンパイラによって変換される機械語コードだけでなく、インタープリターなどを使用してコンピューターによって実行できる高級言語コードが含まれる。
本発明の他の態様によれば、上述した制御部１４０の構成要素は論理回路を含む電子回路モジュールに具体化され得る。電子回路モジュールの一例としては、注文型半導体（ＡＳＩＣ）が挙げられる。しかし、本発明がこれに限定されることはない。
上述した制御部１４０及びメモリ部１５０は、図１に示されたように、二次電池パック内に位置する。しかし、本発明がこれに限定されることはない。前記制御部１４０及びメモリ部１５０は、二次電池パック内だけでなく、外部に位置しても良く、必要によって制御部１４０またはメモリ部１５０の一部のみが二次電池パック内に位置しても良い。すなわち、前記制御部１４０及びメモリ部１５０は、本発明の実施形態によって二次電池パックの内部または外部に位置し得る。
本発明による二次電池の安全性向上装置は、二次電池から電源が供給されるバッテリーパック駆動装置に組み合わせて使用することができる。
一例として、本発明は、化石燃料自動車、電気自動車、ハイブリッド自動車、電気自転車のようにバッテリーが搭載された各種動力装置に組み合わせて使用することができる。
しかし、本発明が、ノートパソコン、携帯電話、個人携帯用マルチメディア再生機のようにバッテリーから駆動電圧が供給される各種電子製品に組み合わされて使用されることを制限することではない。
さらに、本発明による二次電池の安全性向上装置は、ＰＣＢ回路または注文型半導体回路（ＡＳＩＣ）でモジュール化してバッテリーまたはバッテリー管理装置内に搭載することができる。
以下、上述した二次電池の安全性向上装置によって行われる二次電池の安全性向上方法を詳しく説明する。ただし、上述した構成要素や用語の定義などについては繰り返す説明を省略する。
図１６は、本発明の実施例による二次電池の安全性向上方法を示したフロー図である。
まず、Ｓ５１０段階において、制御部１４０は二次電池セル１１０の表面に取り付けられて二次電池セル１１０の動きを感知する第１センサ１３２で測定された第１測定値と、二次電池パックハウジング１２０の内壁に取り付けられて二次電池パックハウジング１２０の動きを感知する第２センサ１３４で測定された第２測定値との差に対する閾値をメモリ部１５０に保存する。次いで、Ｓ５２０段階において、制御部１４０は前記第１センサ１３２で測定された第１測定値をメモリ部１５０に保存する。その後、Ｓ５３０段階において、前記第２センサ１３４で測定された第２測定値をメモリ部１５０に保存する。第１及び第２測定値の測定及び保存は、二次電池が充電または放電されている間に周期的に行われるが、本発明がこれに限定されることはない。前記第１センサ１３２及び第２センサ１３４は、地磁気センサ、加速度センサ（慣性型、振子型、振動型など）、及びジャイロセンサのうちいずれか１つであり得る。Ｓ５４０段階において、制御部１４０は前記第１測定値と第２測定値との差値を算出し、Ｓ５５０段階において、前記算出された差値が前記メモリ部１５０に保存された閾値より大きいか否かを判断する。もし、差値が閾値より小さい場合、二次電池１００に加えられた衝撃がないか又は衝撃が小さいと判断し、段階Ｓ５２０に戻って次の衝撃感知サイクルのプロセスを行う。一方、差値が閾値より大きい場合、二次電池１００に加えられた衝撃によって安全問題が発生したと判断し、Ｓ５６０段階に進む。
Ｓ５６０段階において、制御部１４０は二次電池に加えられた衝撃によって二次電池セルの構造変形や破損が生じた可能性が高いと判断し、二次電池の電源スイッチ１６０を遮断して二次電池１００の充電または放電を中断する。
望ましくは、段階Ｓ５５０で前記差値が閾値より大きい場合、制御部１４０はＳ５７０段階に進んで警告プロセスをさらに行うことができる。すなわち、Ｓ５７０段階において、制御部１４０はユーザに二次電池に安全問題が発生したことを視覚的及び／または聴覚的に通知する。
本発明によれば、二次電池に加えられる衝撃を正確に感知することができる。また、二次電池１００に衝撃が加えられた場合、二次電池の使用を中止して安全性を向上させることができる。さらに、二次電池１００に衝撃が加えられた場合、それをユーザに通知してユーザの保護はもちろん、適時二次電池の整備ができるようにする。
一方、本発明の説明において、図１などに示された本発明の二次電池の安全性向上装置の各構成は、物理的に区分される構成要素より、論理的に区分される構成要素として理解されねばならない。
すなわち、それぞれの構成は、本発明の技術思想を実現するための論理的な構成要素に該当するため、それぞれの構成要素が統合または分離されても本発明の論理構成が果たす機能が実現できれば、本発明の範囲内であると解釈すべきであり、同一または類似の機能を果たす構成要素であればその名称の一致如何とは関係なく、本発明の範囲内であると解釈されねばならない。
以上、本発明を限定された実施例と図面によって説明したが、本発明はこれによって限定されず、本発明が属する技術分野で通常の知識を持つ者によって本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。
１００ 二次電池
１１０ 二次電池セル
１２０ 二次電池パックハウジング
１３０ センサ部
１３２ 第１センサ
１３４ 第２センサ
１４０ 制御部
１５０ メモリ部
１６０ 電源スイッチ
２００ コア
２１０ 励磁コイル
２２０ Ｘコイル
２３０ Ｙコイル
３１０ バイモルフ圧電素子
３２０ 圧電セラミック板
３３０ 突起
３３０ 線状突起
３４０ 電極
３５０ 凸部
３６０ 弾性支持部材
４１０ 半円型支持部材
４２０ シリコーン
４３０ 円筒型振動子
４４０ 電極
４５０ 電線
１１０ 二次電池セル
１２０ 二次電池パックハウジング
１３０ センサ部
１３２ 第１センサ
１３４ 第２センサ
１４０ 制御部
１５０ メモリ部
１６０ 電源スイッチ
２００ コア
２１０ 励磁コイル
２２０ Ｘコイル
２３０ Ｙコイル
３１０ バイモルフ圧電素子
３２０ 圧電セラミック板
３３０ 突起
３３０ 線状突起
３４０ 電極
３５０ 凸部
３６０ 弾性支持部材
４１０ 半円型支持部材
４２０ シリコーン
４３０ 円筒型振動子
４４０ 電極
４５０ 電線
Claims (18)
- 二次電池セルの表面に取り付けられて二次電池セルの動きを感知する第１センサと、二次電池パックハウジングの内壁に取り付けられて二次電池パックハウジングの動きを感知する第２センサと、を含むセンサ部；
前記第１センサで測定された第１測定値と前記第２センサで測定された第２測定値との差に対する閾値を保存するメモリ部；及び
前記第１測定値と前記第２測定値との差値を算出して前記メモリ部に保存された閾値と比較し、差値が閾値より大きい場合、二次電池セルの動作を遮断する制御部；を含むことを特徴とする二次電池の安全性向上装置。 - 前記第１センサと前記第２センサが、地磁気センサであることを特徴とする請求項１に記載の二次電池の安全性向上装置。
- 前記第１センサと前記第２センサが、地磁気との角度を測定するセンサの方向軸が１つ以上であることを特徴とする請求項２に記載の二次電池の安全性向上装置。
- 前記第１センサの内部軸と前記第２センサの内部軸とが一致することを特徴とする請求項２に記載の二次電池の安全性向上装置。
- 前記第１センサと前記第２センサが、加速度センサであることを特徴とする請求項１に記載の二次電池の安全性向上装置。
- 前記加速度センサが、慣性型、振子型、または振動型であることを特徴とする請求項５に記載の二次電池の安全性向上装置。
- 前記慣性型加速度センサが、圧電素子を用いた加速度センサであることを特徴とする請求項６に記載の二次電池の安全性向上装置。
- 前記センサ部の第１センサと前記第２センサが、ジャイロセンサであることを特徴とする請求項１に記載の二次電池の安全性向上装置。
- 前記差値が前記閾値より大きい場合、ユーザに二次電池の異常を警告する警告部をさらに含むことを特徴とする請求項１ないし請求項８のうちいずれか１項に記載の二次電池の安全性向上装置。
- （ａ）二次電池セルの表面に取り付けられて二次電池セルの動きを感知する第１センサで測定された第１測定値と、二次電池パックハウジングの内壁に取り付けられて二次電池パックハウジングの動きを感知する第２センサで測定された第２測定値との差に対する閾値をメモリ部に保存する段階；
（ｂ）前記第１センサで測定された第１測定値を保存する段階；
（ｃ）前記第２センサで測定された第２測定値を保存する段階；
（ｄ）前記第１測定値と第２測定値との差値を算出する段階；及び
（ｅ）前記算出された差値が前記メモリ部に保存された閾値より大きい場合、二次電池セルの動作を遮断する段階；を含むことを特徴とする二次電池の安全性向上方法。 - 前記第１センサと前記第２センサが、地磁気センサであることを特徴とする請求項１０に記載の二次電池の安全性向上方法。
- 前記第１センサと前記第２センサが、地磁気との角度を測定するセンサの方向軸が１つ以上であることを特徴とする請求項１１に記載の二次電池の安全性向上方法。
- 前記第１センサの内部軸と前記第２センサの内部軸とが一致することを特徴とする請求項１１に記載の二次電池の安全性向上方法。
- 前記第１センサと前記第２センサが、加速度センサであることを特徴とする請求項１０に記載の二次電池の安全性向上方法。
- 前記加速度センサが、慣性型、振子型、または振動型であることを特徴とする請求項１４に記載の二次電池の安全性向上方法。
- 前記慣性型加速度センサが、圧電素子を用いた加速度センサであることを特徴とする請求項１５に記載の二次電池の安全性向上方法。
- 前記第１センサと前記第２センサが、ジャイロセンサであることを特徴とする請求項１０に記載の二次電池の安全性向上方法。
- 前記差値が前記閾値より大きい場合、ユーザに二次電池の異常を警告する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１０ないし請求項１７のうちいずれか１項に記載の二次電池の安全性向上方法。
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