KR101230868B1 - 개폐시 안전성이 향상된 중대형 전지팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 개폐시 안전성이 향상된 중대형 전지팩에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다수개의 전지를 수용하는 수용부, 상기 수용부를 덮는 덮개부, 및 상기 수용부와 상기 덮개부를 체결하는 체결부를 포함하는 전지팩에 있어서, 상기 수용부와 상기 덮개부는 각각 전지 내부 보호 회로에 연결되어 있으며, 상기 체결부의 체결 상태에 따라 전지 내부 보호 회로의 연결 상태가 결정되는 것을 특징으로 하는 개폐시 안전성이 향상된 중대형 전지용 전지팩에 관한 것이다.

Description

개폐시 안전성이 향상된 중대형 전지팩{LARGE OR MIDDLE SIZED BATTERY PACK OF IMPROVED SAFETY AT OPENING}
본 발명은 개폐시 안전성이 향상된 중대형 전지팩에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다수개의 전지를 수용하는 수용부, 상기 수용부를 덮는 덮개부, 및 상기 수용부와 상기 덮개부를 체결하는 체결부를 포함하는 전지팩에 있어서, 상기 수용부와 상기 덮개부는 각각 전지 내부 보호 회로에 연결되어 있으며, 상기 체결부의 체결 상태에 따라 전지 내부 보호 회로의 연결 상태가 결정되는 것을 특징으로 하는 개폐시 안전성이 향상된 중대형 전지용 전지팩에 관한 것이다.
모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이차전지의 수요가 급격히 증가하고 있다.
그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 방전 전압의 리튬 이차전지에 대해 많은 연구가 행해졌고, 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다. 이차전지는 휴대폰, 디지털 카메라, PDA, PMP, 노트북 등의 모바일, 와이어리스 전자기기뿐만 아니라 전기자전거(E-bike), 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력장치에 대한 에너지원으로도 많은 관심을 모으고 있다.
이러한 리튬 이차전지는 우수한 전기적 특성을 가지고 있음에 반해 안전성이 낮다는 문제점을 가지고 있다. 예를 들어, 리튬 이차전지는 과충전, 과방전, 고온에의 노출, 전기적 단락 등 비정상적인 작동 상태에서 전지 구성요소들인 활물질, 전해질 등의 분해반응이 유발되어 열과 가스가 발생하고 이로 인해 초래된 고온 고압의 조건은 상기 분해반응을 더욱 촉진하여 급기야 발화 또는 폭발을 초래하기도 한다.
따라서, 리튬 이차전지에는 과충전, 과방전, 과전류시 전류를 차단하는 보호회로, 온도 상승시 저항이 크게 증가하여 전류를 차단하는 PTC 소자(Positive Temperature Coefficient Element), 가스 발생에 따른 압력 상승시 전류를 차단하거나 가스를 배기하는 안전벤트 등의 안전 시스템이 구비되어 있다. 예를 들어, 원통형의 소형 이차전지에서는 원통형 캔에 내장되어 있는 양극/분리막/음극의 전극조립체(발전소자) 상부에 PTC 소자 및 안전벤트가 통상 설치되어 있고, 각형 또는 파우치형의 소형 이차전지에서는 발전소자가 밀봉된 상태로 내장되어 있는 각형 캔 또는 파우치형 케이스의 상단에 보호회로 모듈, PTC 소자 등이 일반적으로 탑재되어 있다.
리튬 이차전지의 안전성 문제는 멀티-셀 구조의 중대형 전지팩에서 더욱 심각하다. 휴대폰, 카메라 등의 소형 디바이스에는 하나의 전지셀이 팩킹되어 있는 소형 전지팩이 사용됨에 반하여, 노트북, 전기자동차 등의 중대형 디바이스에는 둘 또는 그 이상의 전지셀들(이하에서는, 때때로 "멀티-셀"로 칭하기도 함)을 병렬 및/또는 직렬로 연결한 전지팩이 팩킹되어 있는 중형 또는 대형 전지팩이 사용되고 있다.
도 1에는 종래의 중대형 전지팩의 회로 모식도가 도시되어 있다. 종래의 중대형 전지팩(900)은, 도 1을 참조하면 다수의 전지셀 또는 단위모듈들이 직렬로 연결되어 모듈 케이스에 내장되어 있는 구조의 전지모듈 다수 개가 전기적으로 연결된 상태로 배열되어 있는 전지모듈 어셈블리(500), 상기 전지모듈 어셈블리(500)의 작동 상태에 대한 정보를 검출하여 이를 제어하는 BMS(600), 상기 BMS(600)의 작동 명령에 의해 상기 전지모듈 어셈블리(500)와 상기 외부 입출력 회로(인버터: 800)의 연결을 개폐하는 전원 개폐부(릴레이: 700) 등으로 구성되어 있다.
이러한 멀티-셀 구조의 전지팩에서는 다수의 전지셀들이 사용됨으로 인해 일부 전지셀에서의 작동 이상은 다른 전지셀들로 연쇄반응을 유발할 수 있고 그로 인한 발화 및 폭발은 자칫 대형 사고를 초래할 수 있다. 따라서, 중대형 전지팩에는 과방전, 과충전, 과전류 등으로부터 전지 셀을 보호하기 위한 퓨즈, 바이메탈, BMS (Battery Management System) 등의 안전 시스템이 구비되어 있다.
그러나, 리튬 이차전지는 계속적인 사용, 즉, 계속적인 충방전 과정에서 발전소자, 전기적 연결부재 등이 서서히 열화되는 바, 예를 들어, 발전 소자의 열화는 전극재료, 전해질 등의 분해에 의해 가스 발생을 유발하며, 그로 인해 전지셀(캔, 파우치형 케이스)은 서서히 팽창하게 된다.
또한, 정상적인 상태에서는 안전 시스템인 BMS가 과방전, 과충전, 과전류 등을 탐지하고 전지팩을 제어/보호하고 있으나, 비정상적인 상황에서 BMS가 작동되지 않으면 위험성이 커지고 안전을 위한 전지팩 제어가 어려워진다.
또한, 중대형 전지팩은 이런 회로 모식도와는 별개로 개별 전지의 상태를 확인하기 위하여 전지팩을 열고 개별 전지의 상태를 확인할 수 있도록 하는 개폐 장치를 두게 된다. 그러나, 일반 수요자들이 이러한 개폐 장치를 사용하여 전지팩을 함부로 개방할 경우 전지의 오작동을 일으키고 이에 따라 전지의 과방전, 과충전, 과전류 등이 발생하여 전지셀들간 연쇄 반응을 유발하고, 그로 인해 발화 및 폭발과 같은 대형 사고를 초래할 염려가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 중대형 전지팩에 있어서 개폐시 안전성이 향상된 전지팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 다수개의 전지를 수용하는 수용부, 상기 수용부를 덮는 덮개부, 및 상기 수용부와 상기 덮개부를 체결하는 체결부를 포함하고, 상기 수용부와 상기 덮개부는 각각 전지 내부 보호 회로에 연결되어 있으며, 상기 체결부의 체결 상태에 따라 전지 내부 보호 회로의 연결 상태가 결정되는 것을 특징으로 하는 개폐시 안전성이 향상된 중대형 전지용 전지팩을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 체결부는 상기 덮개부의 관통공, 상기 수용부의 수용홈 및 상기 덮개부의 관통공을 관통하여 상기 수용부의 수용홈으로 수용되는 체결체를 포함하고, 상기 덮개부의 관통공의 외주면과 상기 수용부의 수용홈의 바닥부에 각각 내부 보호 회로에 연결되는 접촉자를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 체결체가 상기 관통공을 관통하여 상기 수용부의 수용홈으로 수용되어 상기 덮개부와 상기 수용부를 체결시키는 경우 상기 덮개부 관통공의 외주면의 접촉자와 상기 수용부의 수용홈 바닥부 접촉자가 연결되어 내부 보호 회로를 연결시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 체결체는 볼트(Bolt) 형태, 후크(Hook) 형태 또는 나사못 형태 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 전지팩을 사용할 경우 전지팩의 사용자가 임의로 전지팩을 분리, 해체하거나, 또는 내부 전지의 팽창으로 인한 전지팩의 수용부와 덮개부가 분리될 때 이와 연결된 전지 내부 회로가 저절로 단락됨으로써 전지의 안전성을 향상시키는 효과가 나타난다.
도 1은 종래의 중대형 전지팩의 회로모식도이다.
도 2는 본 발명에 따른 중대형 전지팩의 회로모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 중대형 전지팩의 개폐부를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 중대형 전지팩의 개폐부의 체결체가 체결되지 않은 상태를 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 중대형 전지팩의 개폐부의 체결체가 체결된 상태를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 중대형 전지팩의 개폐부의 체결체가 체결된 상태를 나타내는 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 자세히 설명하지만, 본 발명의 범주가 그것으로 한정되는 것은 아니다.
도 2는 본 발명에 따른 중대형 전지팩의 회로모식도를 나타낸다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 중대형 전지팩(90)은 다수의 전지셀 또는 단위모듈들이 전기적으로 연결된 상태로 배열되어 있는 전지모듈 어셈블리(50), 상기 전지모듈 어셈블리(50)의 작동 상태에 대한 정보를 검출하여 이를 제어하는 BMS(60), 상기 BMS(60)의 작동 명령에 의해 전지모듈 어셈블리(50)와 외부 입출력 회로(인버터: 80)의 연결을 개폐하는 전원 개폐부(릴레이: 70) 및 상기 다수의 전지셀 또는 단위모듈들을 수용하는 수용부(미도시)와 상기 수용부를 덮는 덮개부(미도시) 및 이들에 각각 연결된 체결부(100)를 포함한다.
본 발명은 이와 같은 회로도에 의해 상기 체결부에서 상기 수용부와 상기 덮개부가 체결될 경우 상기 내부 보호 회로가 연결되고, 상기 체결부에서 상기 수용부와 상기 덮개부가 분리 또는 해리될 경우, 내부 보호 회로 전체가 단락되어 전지 내부의 전류의 흐름을 차단함으로써 전체 전지의 안전성을 보장하게 되는 것이다.
도 3에 본 발명의 일 실시예에 따른 체결부의 사시도를 나타내었다. 본 실시예에 있어서 상기 체결부는 덮개부(120)의 관통공(130), 수용부(110)의 수용홈(미도시) 및 상기 덮개부의 관통공을 관통하여 상기 수용부의 수용홈으로 수용되는 체결체(150)를 포함하고, 상기 덮개부의 관통공은 외주면에 전지 내부 회로와 연결된 접촉자(132a, 132b)를 포함한다.
도 4는 상기 체결체가 수용홈에 체결되지 않은 상태에서의 상기 도 3의 체결부(150)의 A-A 단면도 및 도 5에는 체결체가 수용홈에 체결된 상태의 체결부의 단면도를 나타내었다.
도 4 및 도 5에서 보는 바와 같이 상기 체결부는 덮개부(120)의 관통공(130), 수용부(110)의 수용홈(160) 및 상기 덮개부의 관통공을 관통하여 상기 수용부의 수용홈에 수용되는 체결체(150)를 포함하고, 상기 덮개부의 관통공의 외주면과 상기 수용부의 수용홈의 바닥부에는 각각 전지 내부 회로와 연결된 접촉자(132a, 132b),(140)를 포함한다. 본 발명의 상기 체결부에서는 도 5에서 보는 바와 같이 체결체가 체결된 상태에서는 상기 덮개부의 관통공의 외주면의 접촉자(132a, 132b)와 상기 수용부의 수용홈의 바닥부의 접촉자(140)가 연결되어 전류가 흐르지만, 도 4와 같이 체결체가 체결되지 않은 상태에서는 내부 회로와 연결된 접촉자들(132a, 132b),(140)이 서로 연력되지 않아 내부 회로가 단락되게 된다.
본 발명에 따른 체결체는 관통공의 외주면의 접촉자(132a, 132b)와 상기 수용부의 수용홈의 바닥부의 접촉자을 연결시킬 수 있는 형태라면 특별히 제한되지 않으며, 볼트(Bolt) 형태, 후크(Hook) 형태 또는 나사못 형태가 가능하다.
도 6에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 또 다른 체결부의 단면을 나타내었다. 본 실시예에서 체결체는 체결홈에 억지끼움 방식으로 체결되는 볼트 형상으로 구성된다. 본 실시예의 경우에도 도 6에서 보는 바와 같이 체결체가 체결된 상태에서는 상기 덮개부의 관통공의 외주면의 접촉자(132a', 132b')와 상기 수용부의 수용홈의 바닥부의 접촉자(140')가 체결체에 의하여 연결되어 전류가 흐르지만, 앞서 설명한 실시예와 같은 체결체가 체결되지 않은 상태(미도시)에서는 내부 회로와 연결된 접촉자들(132a', 132b'),(140')이 서로 연결되지 않아 내부 회로가 단락되게 된다. 즉, 상기 덮개부의 관통공의 외주면의 접촉자(132a', 132b')와 상기 수용부의 수용홈의 바닥부의 접촉자(140')가 전지팩의 고의적 또는 자연적인 이유에 의한 분리, 기타 이유로 인하여 해리될 경우 접속이 끊어지게 되며 결과적으로 이와 연결된 내부 회로를 단락시키게 된다.

Claims (4)

  1. 다수개의 전지를 수용하는 수용부, 상기 수용부를 덮는 덮개부, 및 상기 수용부와 상기 덮개부를 체결하는 체결부를 포함하고,
    상기 수용부와 상기 덮개부는 각각 전지 내부 보호 회로에 연결되어 있으며, 상기 체결부의 체결 상태에 따라 전지 내부 보호 회로의 연결 상태가 결정되는 것을 특징으로 하는 개폐시 안전성이 향상된 중대형 전지용 전지팩.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 체결부는 상기 덮개부의 관통공, 상기 수용부의 수용홈 및 상기 덮개부의 관통공을 관통하여 상기 수용부의 수용홈으로 수용되는 체결체를 포함하고,
    상기 덮개부의 관통공의 외주면과 상기 수용부의 수용홈의 바닥부에 각각 내부 보호 회로에 연결되는 접촉자를 포함하는 것을 특징으로 하는 개폐시 안전성이 향상된 중대형 전지용 전지팩.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 체결체가 상기 관통공을 관통하여 상기 수용부의 수용홈으로 수용되어 상기 덮개부와 상기 수용부를 체결시키는 경우 상기 덮개부 관통공의 외주면의 접촉자와 상기 수용부의 수용홈 바닥부 접촉자가 연결되어 내부 보호 회로를 연결시키는 것을 특징으로 하는 개폐시 안전성이 향상된 중대형 전지용 전지팩.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 체결체는 볼트(Bolt) 형태, 후크(Hook) 형태 또는 나사못 형태 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 개폐시 안전성이 향상된 중대형 전지용 전지팩.


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