KR101293206B1 - Swelling detection/protection system of battery cartridge module and Methods thereof and Battery cartridge module protected thereby - Google Patents

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Abstract

본 발명은 2 이상의 2차전지로 구성된 카트리지 모듈의 부풀림 검출/보호 시스템에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 2차전지 카트리지 모듈의 부풀림 검출/보호 시스템은, 2 이상의 2차전지 카트리지가 조립된 2차전지 카트리지 모듈의 부풀림을 검출하고 보호하는 시스템에 있어서, 상기 2차전지 카트리지 모듈을 감싸도록 구비되고 상면에 적어도 하나 이상의 응력센서가 부착된 결속부재; 상기 응력센서에 연결되어 상기 2차전지 카트리지 모듈의 부풀림 유무를 전기적 신호로 나타내는 검출수단; 상기 2차전지 카트리지 모듈의 외부출력 경로상에 설치된 스위칭 소자; 및 상기 검출수단으로부터 출력된 전기적 신호를 모니터링하여 그 결과에 따라 상기 스위칭 소자를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to an inflation detection / protection system for a cartridge module composed of two or more secondary batteries. The inflation detection / protection system for a secondary battery cartridge module according to the present invention includes a secondary battery in which two or more secondary battery cartridges are assembled. A system for detecting and protecting swelling of a cartridge module, comprising: a binding member provided to surround the secondary battery cartridge module and having at least one stress sensor attached to an upper surface thereof; Detection means connected to the stress sensor to indicate whether the secondary battery cartridge module is inflated as an electrical signal; A switching element installed on an external output path of the secondary battery cartridge module; And a control unit for monitoring the electrical signal output from the detecting unit and controlling the switching element according to the result.

본 발명에 따르면, 2차전지 카트리지 모듈에 장착된 단위전지에 발생되는 부풀림을 모듈 또는 카트리지 단위로 감시할 수 있는 시스템을 제공함으로써, 복잡하지 않고 경제적인 방법으로 2차전지 카트리지 모듈의 부풀림 상태를 감시할 수 있다. 또한, 부풀림 감지 시 2차전지와 부하 (또는 충전장치)의 연결을 신속하게 차단하여 2차전지의 폭발 등과 같은 사고를 미연에 방지할 수 있다.According to the present invention, by providing a system that can monitor the bulging generated in the unit cell mounted on the secondary battery cartridge module in the module or cartridge unit, it is possible to monitor the bulging state of the secondary battery cartridge module in a complex and economical way Can be monitored. In addition, when the bulge is detected, the secondary battery and the load (or charging device) can be quickly disconnected to prevent an accident such as an explosion of the secondary battery.

2차전지, 카트리지, 카트리지 모듈, 스트레인 게이지, 휘스톤 브릿지 Rechargeable Battery, Cartridge, Cartridge Module, Strain Gage, Wheatstone Bridge

Description

2차전지 카트리지 모듈의 부풀림 검출/보호 시스템 및 그 방법, 이에 보호받는 2차전지 카트리지 모듈{Swelling detection/protection system of battery cartridge module and Methods thereof and Battery cartridge module protected thereby}Swelling detection / protection system of battery cartridge module and methods thereof and battery cartridge module protected thereby

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되지 않아야 한다.The following drawings attached to this specification are illustrative of preferred embodiments of the present invention, and together with the detailed description of the invention to serve to further understand the technical spirit of the present invention, the present invention is a matter described in such drawings It should not be construed as limited to.

도 1은 본 발명에 사용될 수 있는 2차전지 카트리지를 개략적으로 도시한 사시도이다.1 is a perspective view schematically showing a secondary battery cartridge that can be used in the present invention.

도 2는 도 1의 카트리지 프레임에 형성된 결속부재 결착 홈을 도시한 부분 확대도이다.FIG. 2 is a partially enlarged view illustrating a binding member binding groove formed in the cartridge frame of FIG. 1.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 2차전지 카트리지 모듈의 부풀림 검출/보호 시스템이 적용된 2차전지 카트리지 모듈을 개략적으로 도시한 사시도이다.3 is a perspective view schematically illustrating a secondary battery cartridge module to which an inflation detection / protection system of a secondary battery cartridge module according to an exemplary embodiment of the present invention is applied.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 2차전지 카트리지 모듈의 부풀림 검출/보호 시스템에 적용되는 응력센서를 도시한 도면들이다.4A and 4B are diagrams illustrating a stress sensor applied to an swelling detection / protection system of a secondary battery cartridge module according to a preferred embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 2차전지 카트리지 모듈의 부풀림 검출/보호 시스템에 적용되는 검출수단의 회로도이다.5 is a circuit diagram of the detection means applied to the swelling detection / protection system of the secondary battery cartridge module according to a preferred embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 2차전지 카트리지 모듈의 부풀림 검출/보호 시스템을 이용해 부풀림을 검출하고 보호하는 방법을 설명하기 위해 도시한 시스템 블록도이다.FIG. 6 is a system block diagram illustrating a method of detecting and protecting an inflation by using an inflation detection / protection system of a secondary battery cartridge module according to a preferred embodiment of the present invention.

<도면의 주요 참조부호에 대한 설명>DESCRIPTION OF THE REFERENCE NUMERALS OF THE DRAWINGS

100 : 2차전지 카트리지100: rechargeable battery cartridge

200 : 2차전지 카트리지 모듈200: rechargeable battery cartridge module

10 : 카트리지 프레임 부재 11 : 홈10: cartridge frame member 11: groove

12 : 결착 홈 20 : 단위전지12: binding groove 20: unit cell

30 : 결속부재 40 : 응력센서30: binding member 40: stress sensor

50 : 검출수단 60 : 제어부50: detection means 60: control unit

70 : 스위칭 소자 80 : 2차전지 전원부70: switching element 80: secondary battery power supply

90 : 외부 출력단 95 : 충전장치90: external output terminal 95: charging device

본 발명은 2차전지 카트리지 모듈의 부풀림 검출/보호 시스템에 관한것으로서, 더욱 상세하게는, 2차전지의 부풀림(Swelling)현상을 카트리지 또는 모듈 단위로 부풀림을 검출하고 보호하는 2차전지 카트리지 모듈의 부풀림 검출/보호 시스템 및 그 방법, 이에 보호받는 2차전지 카트리지 모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a swelling detection / protection system of a secondary battery cartridge module, and more particularly, to a swelling phenomenon of a secondary battery cartridge or module of the secondary battery cartridge module for detecting and protecting the swelling in the module unit An bulging detection / protection system and method thereof, and a secondary battery cartridge module protected therefrom.

최근 충방전이 가능한 2차전지는 휴대 전화나 노트북, 디지털 카메라 등의 휴대형 전자기기의 전원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 2차전지는, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기 오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 자동차 등의 동력원으로도 주목받고 있다. Recently, rechargeable batteries capable of charging and discharging have been widely used as a power source for portable electronic devices such as mobile phones, laptops, and digital cameras. In addition, the secondary battery is attracting attention as a power source of electric vehicles, hybrid vehicles, etc., which are proposed as a solution for solving air pollution of conventional gasoline vehicles and diesel vehicles using fossil fuel.

휴대형 전자기기들의 경우 디바이스 1 대당 하나 또는 서너 개의 단위전지 들이 사용되지만, 자동차 등과 같이 중대형 디바이스들은 고출력의 필요성으로 인해, 다수의 단위전지를 전기적으로 연결한 중대형 전지 시스템이 사용된다.In the case of portable electronic devices, one or three or four unit cells are used for each device. However, due to the need for high power, medium and large devices such as automobiles are used for medium and large cell systems electrically connecting a plurality of unit cells.

중대형 전지 시스템에 단위전지로서 많이 사용되는 파우치형 2차전지는 일반적으로 알루미늄과 폴리머 수지의 라미네이트 시트의 전지 케이스로 포장되어 있으므로 기계적 강성이 크지 않다. 때문에, 다수의 단위전지 들을 직렬 또는 병렬로 연결하는 카트리지에 내장하고 이러한 카트리지 다수 개를 전기적으로 연결한 2차전지 카트리지 모듈이 사용되고 있다.Pouch type secondary batteries, which are frequently used as unit cells in medium and large battery systems, are generally packaged in battery cases of laminate sheets of aluminum and polymer resins, and thus have low mechanical rigidity. For this reason, a secondary battery cartridge module in which a plurality of unit cells are embedded in a cartridge that is connected in series or in parallel and electrically connected to a plurality of such cartridges is used.

그러나, 이러한 2차전지 카트리지 모듈을 사용할 때 발생하는 문제 가운데 하나로 2차전지 카트리지 모듈의 과충전으로 인한 단위전지의 부풀림 현상을 들 수 있다. 부풀림 현상은 단위전지 내부에서 가스가 발생되어 나타나는 현상으로 부풀림 현상이 과도하게 일어나면 폭발의 위험까지 놓이게 된다.However, one of the problems that occur when using the secondary battery cartridge module is the swelling of the unit battery due to the overcharge of the secondary battery cartridge module. The inflation phenomenon is a phenomenon in which gas is generated inside the unit cell. If the inflation phenomenon is excessive, the risk of explosion is placed.

따라서, 본 발명이 속한 기술분야에서는 과충전으로 인한 2차전지의 부풀림 현상을 효과적으로 감지할 수 있는 방안이 절실히 요구되고 있다.Therefore, in the technical field to which the present invention belongs, there is an urgent need for a method for effectively detecting an inflation phenomenon of a secondary battery due to overcharging.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 전원시스템에서 사용되는 2차전지 카트리지 모듈에 장착된 단위전지의 부풀림 현상을 모듈 또는 카트리지 단위로 검출하고 부풀림 현상이 검출된 2차전지 카트리지 모듈을 보호할 수 있는 2차전지 카트리지 모듈의 부풀림 검출/보호 시스템 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, and detects the swelling phenomenon of the unit cell mounted on the secondary battery cartridge module used in the power supply system in the module or cartridge unit 2 It is an object of the present invention to provide a swelling detection / protection system and method of the secondary battery cartridge module that can protect the battery cartridge module.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 2차전지 카트리지 모듈의 부풀림 검출/보호 시스템은, 2 이상의 2차전지 카트리지가 조립된 2차전지 카트리지 모듈의 부풀림을 검출하고 보호하는 시스템에 있어서, 상기 2차전지 카트리지 모듈을 감싸도록 구비되고 상면에 적어도 하나 이상의 응력센서가 부착된 결속부재; 상기 응력센서에 연결되어 상기 2차전지 카트리지 모듈의 부풀림 유무를 전기적 신호로 나타내는 검출수단; 상기 2차전지 카트리지 모듈의 외부출력 경로상에 설치된 스위칭 소자; 및 상기 검출수단으로부터 출력된 전기적 신호를 모니터링하여 그 결과에 따라 상기 스위칭 소자를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In the swelling detection / protection system of the secondary battery cartridge module according to the present invention for achieving the above object, in the system for detecting and protecting the swelling of the secondary battery cartridge module assembled with two or more secondary battery cartridges, A binding member provided to surround the secondary battery cartridge module and having at least one stress sensor attached to an upper surface thereof; Detection means connected to the stress sensor to indicate whether the secondary battery cartridge module is inflated as an electrical signal; A switching element installed on an external output path of the secondary battery cartridge module; And a control unit for monitoring the electrical signal output from the detecting unit and controlling the switching element according to the result.

본 발명에 있어서, 상기 2차전지 카트리지는 하나 이상의 단위전지가 내장되도록 구성된다.In the present invention, the secondary battery cartridge is configured such that one or more unit cells are embedded.

본 발명에 있어서, 상기 결속부재는 다수의 상기 2차전지 카트리지에 각각 개별적으로 구비될 수 있다.In the present invention, the binding member may be provided on each of the plurality of secondary battery cartridges individually.

바람직하게, 상기 결속부재는 2차전지 카트리지 모듈의 상면과 하면에 십자형 교차 형태가 마련되도록 2차전지 카트리지 모듈에 결속된다.Preferably, the binding member is bound to the secondary battery cartridge module so that cross-shaped cross forms are provided on the upper and lower surfaces of the secondary battery cartridge module.

또한, 상기 결속부재에는 응력 변화를 감지하는 응력센서가 결속부재의 십자형태 중심부를 기준으로 방사상으로 위치하거나, 십자형태 중심점에 위치하거나, 가로 또는 세로 방향을 따라 일렬로 위치하거나, 랜덤하게 선택된 지점에 위치할 수 있다.In the binding member, a stress sensor for detecting a change in stress is radially positioned with respect to the cross-shaped center of the binding member, positioned at a cross-shaped center point, in a line along the horizontal or vertical direction, or a randomly selected point. It can be located at

본 발명에 있어서, 상기 결속부재의 재질은 알루미늄, 탄소섬유, 유리섬유 중 선택된 어느 하나이다.In the present invention, the material of the binding member is any one selected from aluminum, carbon fiber, glass fiber.

바람직하게, 상기 응력센서는 스트레인 게이지이다. 이러한 경우, 상기 검출수단은 상기 응력센서를 적어도 하나의 저항 성분으로 포함하는 휘스톤 브릿지 회로로 구성되는 것이 바람직하다.Preferably, the stress sensor is a strain gauge. In this case, the detecting means is preferably composed of a Wheatstone bridge circuit including the stress sensor as at least one resistance component.

바람직하게, 상기 스위칭 소자는 전계효과 트렌지스터이다.Preferably, the switching element is a field effect transistor.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 2차전지 카트리지 모듈의 부풀림 검출하고 보호하는 방법은, 2차전지 카트리지 모듈의 부풀림 검출/보호 시스템을 이용하여 2차전지 카트리지 모듈의 부풀림을 검출하고 보호하는 방법에 있어서, (a) 상기 제어부에서 상기 응력센서를 적어도 하나의 저항 성분으로 포함하는 휘스톤 브릿지 회로로 구성된 검출수단으로부터 출력된 전기적 신호를 모니터링하는 단계; 및 (b) 상기 (a) 단계의 결과에 따라 2차전지 카트리지 모듈에 부풀림이 검출되면 상기 스위칭 소자를 제어하여 2차전지 카트리지 모듈과 부하 (또는 충전장치) 와의 연결을 차단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.The method for detecting and protecting the swelling of the secondary battery cartridge module according to the present invention for achieving the above technical problem, using the swelling detection / protection system of the secondary battery cartridge module detects and protects the swelling of the secondary battery cartridge module A method comprising the steps of: (a) monitoring, at the control unit, an electrical signal output from a detection means comprising a Wheatstone bridge circuit comprising the stress sensor as at least one resistance component; And (b) blocking the connection between the secondary battery cartridge module and the load (or the charging device) by controlling the switching element when the secondary battery cartridge module is detected as bulging according to the result of step (a). Characterized in that.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 2차전지 카트리지 모듈의 부풀림 검출/보호 시스템과 결합된 2차전지 카트리지 모듈이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a secondary battery cartridge module combined with an inflation detection / protection system of the secondary battery cartridge module.

바람직하게, 상기 2차전지 카트리지 모듈에는 상기 결속부재가 결속되는 지점에 결속부재 결착 홈이 형성된다.Preferably, the secondary battery cartridge module is provided with a binding member binding groove at a point where the binding member is bound.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms or words used in the specification and claims should not be construed as having a conventional or dictionary meaning, and the inventors should properly explain the concept of terms in order to best explain their own invention. Based on the principle that can be defined, it should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention. Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.

도 1은 본 발명에 사용될 수 있는 2차전지 카트리지를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 카트리지 프레임에 형성된 결속부재 결착 홈을 도시한 부분 확대도이다.1 is a perspective view schematically illustrating a rechargeable battery cartridge that may be used in the present invention, and FIG. 2 is a partially enlarged view illustrating a binding member binding groove formed in the cartridge frame of FIG. 1.

도면을 참조하면, 2차전지 카트리지(100)는 카트리지 프레임 부재(10)와, 카트리지 프레임 부재(10) 내에 장착되는 단위전지(20)와, 카트리지 프레임 부재(10)의 외면에 다수 형성된 홈(11)과, 카트리지 프레임 부재(10)의 가로세로 중심부에 형성된 결속부재(30) 결착 홈(11)으로 구성되어 있다.Referring to the drawings, the rechargeable battery cartridge 100 includes a cartridge frame member 10, a unit cell 20 mounted in the cartridge frame member 10, and a plurality of grooves formed on an outer surface of the cartridge frame member 10. 11), and the binding member 30, the binding groove 11 formed in the longitudinal center of the cartridge frame member 10 is comprised.

상기 2차전지 카트리지(100)는 기계적 강성이 떨어지는 단위전지(20)를 안정적으로 장착할 수 있도록 하는 구조물이다.The secondary battery cartridge 100 is a structure for stably mounting the unit cell 20 having low mechanical rigidity.

상기 카트리지 프레임 부재(10)는 도면에는 상세히 도시하지 않았지만 상부 외장 프레임, 하부 외장 프레임 및 내장 프레임으로 구성될 수 있다. 또한, 2차전지 카트리지(100)는 전체적으로 단위전지(20)의 형상에 상응하는 장방형으로 중앙에 중공부가 형성되는 격자 구조물일 수 있다. 하지만, 본 발명이 2차전지 카트리지(100)의 구조 및 형태에 의해 한정되는 것은 아니다.Although not shown in detail in the drawings, the cartridge frame member 10 may be composed of an upper outer frame, a lower outer frame, and an inner frame. In addition, the secondary battery cartridge 100 may be a lattice structure in which a hollow part is formed at the center in a rectangular shape corresponding to the shape of the unit cell 20 as a whole. However, the present invention is not limited by the structure and form of the secondary battery cartridge 100.

상기 2차전지 카트리지(100)는 단위전지(20)가 내장된 상태에서 2차전지 카트리지(100)를 다수 개 연속적으로 중첩시켜 2차전지 카트리지 모듈(200)로 구성할 수 있다. 이경우 2차전지 카트리지(100) 사이에 폐쇄 공간이 만들어진다. 이러한 폐쇄 공간은 상호 접해있는 카트리지 프레임 부재(10)들과 단위전지(20)들로 인해 만들어진다. 따라서, 단위전지(20)들의 효과적인 방열을 위하여, 바람직하게는, 카트리지 프레임 부재(10)에는 인접한 2차전지 카트리지(100)의 중첩 시 공기통로가 형성할 수 있도록 다수의 홈이 형성되어 있다. 또한, 이중 가로세로 중심부에 형성된 홈은 이후 설명될 결속부재(30)가 결착되는 결착 홈(11)으로써의 기능을 한다.The secondary battery cartridge 100 may be configured as a secondary battery cartridge module 200 by successively overlapping a plurality of secondary battery cartridges 100 in a state in which the unit battery 20 is embedded. In this case, a closed space is created between the secondary battery cartridges 100. This closed space is created by the cartridge frame members 10 and the unit cell 20 which are in contact with each other. Therefore, for effective heat dissipation of the unit cells 20, a plurality of grooves are formed in the cartridge frame member 10 so that an air passage may be formed when the adjacent secondary battery cartridges 100 overlap each other. In addition, the groove formed in the central portion of the double horizontal and vertical functions as a binding groove 11 to which the binding member 30 to be described later is bound.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 2차전지 카트리지 모듈의 부풀림 검출/보호 시스템이 적용된 2차전지 카트리지 모듈을 개략적으로 도시한 사시도이다.3 is a perspective view schematically illustrating a secondary battery cartridge module to which an inflation detection / protection system of a secondary battery cartridge module according to an exemplary embodiment of the present invention is applied.

도 3을 참조하면, 상기 2차전지 카트리지 모듈(200)은 도 1의 2차전지 카트리지(100)를 다수 개 연속적으로 중첩시켜 구성된 것이다.Referring to FIG. 3, the secondary battery cartridge module 200 is configured by successively overlapping a plurality of secondary battery cartridges 100 of FIG. 1.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 2차전지 카트리지 모듈(200)의 가로세로 중심부에는 2차전지 카트리지 모듈(200)을 감싸도록 결속부재(30)가 십자형태의 띠로 구비된다.As shown in FIG. 3, the binding member 30 is provided in a cross-shaped band at the horizontal and vertical centers of the secondary battery cartridge module 200 to surround the secondary battery cartridge module 200.

상기 결속부재(30)에는 상면에 적어도 하나 이상의 응력센서(40)가 부착된다. 응력센서(40)는 결속부재(30)의 십자형태 중심부를 기준으로 방사상으로 위치하거나, 십자형태 중심점에 위치하거나, 가로 또는 세로 방향을 따라 일렬로 위치하거나, 랜덤하게 선택된 지점에 위치할 수 있다. 결속부재(30)는 알루미늄과 같은 금속 또는 탄성이 강한 탄소섬유나 유리섬유로 이루어진다. 하지만 본 발명이 결속부재(30)의 재질에 의해 한정되는 것은 아니다.At least one stress sensor 40 is attached to the binding member 30 on an upper surface thereof. The stress sensor 40 may be positioned radially with respect to the cross-shaped center of the binding member 30, at the cross-shaped center point, in a line along the horizontal or vertical direction, or at a randomly selected point. . The binding member 30 is made of a metal such as aluminum, or carbon fiber or glass fiber having strong elasticity. However, the present invention is not limited by the material of the binding member 30.

한편, 상기 상술된 실시예에서는 결속부재(30)가 2차전지 카트리지 모듈(200) 전체를 감싸는 것으로 설명되었지만, 이에 한하지 않고 각각의 2차전지 카트리지(100)에 응력센서(40)가 부착된 결속부재(30)가 결착될 수도 있다.Meanwhile, in the above-described embodiment, the binding member 30 covers the entire secondary battery cartridge module 200, but the stress sensor 40 is attached to each secondary battery cartridge 100 without being limited thereto. The binding member 30 may be bound.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 2차전지 카트리지 모듈의 부풀림 검출/보호 시스템에 적용되는 응력센서를 도시한 도면들이다.4A and 4B are diagrams illustrating a stress sensor applied to an swelling detection / protection system of a secondary battery cartridge module according to a preferred embodiment of the present invention.

도면을 참조하면, 응력센서(40)로는 기계적인 미세한 응력 변화를 전기적 신호로 해서 검출할 수 있는 스트레인 게이지(Strain Gauge)가 채용되는 것이 바람직하다. 응력센서(40)는 여러 가닥의 가는 선을 한 방향으로 배열하여 직렬연결함으로써 응력을 감지하는 응력감지 저항체(41)와, 응력감지 저항체(41)와 피측정물 사이를 절연 시키는 절연시트(42)와, 측정된 전기적 신호를 전달하는 도선(43)으로 구성되어 있고, 응력감지 저항체(41)를 외부의 손상으로 보호하기 위한 코팅층(미 도시)이 형성되어 있다.Referring to the drawings, it is preferable that the strain sensor 40 employs a strain gauge that can detect mechanical minute stress changes as an electrical signal. The stress sensor 40 includes a stress sensing resistor 41 for sensing stress by arranging multiple strands of thin wires in one direction and insulated between the stress sensors 40, and an insulating sheet 42 that insulates the stress sensing resistor 41 from an object to be measured. ) And a conductive wire 43 for transmitting the measured electrical signal, and a coating layer (not shown) for protecting the stress sensing resistor 41 from external damage is formed.

상기 응력센서(40)는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 결속부재(30)의 상면의 a, b, c 지점에 위치할 수 있다. 여기서, a 및 b 지점에 위치하게 될 응력센서(40)는 도 4a에 도시된 응력센서(40)가 사용되어 한 축 방향으로 발생되는 응력을 감지할 수 있다. 한편, 결속부재(30)의 십자형의 중심 지점인 c 지점에 위치하게 될 응력센서(40)는 도 4b에 도시된 응력센서(40)가 사용되는데 이는 십자방향으로 발생되는 응력을 모두 감지할 수 있는 2축 스트레인 게이지가 사용되는 것이 바람직하다. 만약 십자형의 중심 지점인 c 지점에 2축 스트레인 게이지가 사용될 경우 가로 및 세로 방향의 응력을 모두 감지할 수 있으므로 a 및 b 지점에는 응력센서(40)를 설치하지 않아도 무방할 것이다. 한편, 본 발명은 응력센서(40)의 부착 지점과 종류에 의해 한정되지 않는다. 따라서 본 발명에서 제시되는 실시예 이외에도 여러 가지 변형이 가능함은 당연하다.As shown in FIG. 3, the stress sensor 40 may be located at points a, b, and c of the upper surface of the binding member 30. Here, the stress sensor 40 to be located at points a and b may use the stress sensor 40 illustrated in FIG. 4A to sense stress generated in one axial direction. On the other hand, the stress sensor 40 to be located at the c point of the cross-shaped center of the binding member 30, the stress sensor 40 shown in Figure 4b is used, which can detect all the stress generated in the cross direction. It is preferred that a two-axis strain gauge is used. If a two-axis strain gauge is used at point c, which is the center point of the cross, it is possible to detect both the horizontal and vertical stresses, so it is not necessary to install the stress sensor 40 at points a and b. On the other hand, the present invention is not limited by the attachment point and type of the stress sensor 40. Therefore, it is obvious that various modifications can be made in addition to the embodiments presented in the present invention.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 2차전지 카트리지 모듈의 부풀림 검출/보호 시스템에 적용되는 검출수단의 회로도이다.5 is a circuit diagram of the detection means applied to the swelling detection / protection system of the secondary battery cartridge module according to a preferred embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 검출수단(50)은 상술된 응력센서(40)로부터 출력되는 전기적 신호의 감도가 아주 미약하게 발생되기 때문에 이 응력센서(40)에서 출력되는 전기적 신호의 감도를 높이기 위한 수단이다.Referring to FIG. 5, the detection means 50 is a means for increasing the sensitivity of the electrical signal output from the stress sensor 40 because the sensitivity of the electrical signal output from the stress sensor 40 is very low. to be.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 검출수단(50)은 상기 응력센서(40)에서 전기저항 변화로써 출력되는 전기적 신호를 효율적으로 전환할 수 있는 휘스톤 브릿지(Wheatstone Bridge) 회로로 구성된다. 휘스톤 브릿지 회로는 R1=R2=R3=Rs 이거 나 R1*R3=R2*Rs 인 조건이 성립되면, 입력 측에서 소정의 입력전압(E)을 입력하더라도 출력전압(e)은 0이 된다. 이러한 상태를 발란스(Balance) 되어 있다고 한다. 만약 회로에 포함된 저항들 간에 발란스가 맞지 않으면 저항 변화에 따라 출력전압(e)이 발생한다. As shown in FIG. 5, the detecting means 50 is constituted by a Wheatstone Bridge circuit capable of efficiently converting an electrical signal output as a change in electrical resistance from the stress sensor 40. In the Wheatstone bridge circuit, if the condition that R1 = R2 = R3 = Rs or R1 * R3 = R2 * Rs is satisfied, the output voltage e becomes 0 even if a predetermined input voltage E is input from the input side. This state is said to be balanced. If there is a balance between the resistors included in the circuit, the output voltage (e) is generated according to the resistance change.

즉 응력센서(40)가 부착된 2차전지 카트리지 모듈(200) 내에 장착된 단위전지(20)가 부풀어 오르게 되면 2차전지 카트리지 모듈(200)을 감싸고 있는 결속부재(30)에 응력 변화가 가해지고 이 결속부재(30) 상에 부착된 응력센서(40)는 이를 감지하여 응력 변화에 따른 전기적 신호(저항 변화)를 발생한다. 이 전기적 신호는 응력센서(40)를 저항성분으로 포함하는 휘스톤 브릿지 회로로 구성된 검출수단(50)으로 전달되어 전기적 신호 즉, 전기 저항의 변화에 따라 출력전압(e)이 발생되고 추가적으로 구비될 수 있는 증폭기(51)에 의해서 출력전압(e)를 증폭하여 증폭된 전압(e ')으로 출력한다.That is, when the unit cell 20 mounted in the secondary battery cartridge module 200 to which the stress sensor 40 is attached swells, a stress change is applied to the binding member 30 surrounding the secondary battery cartridge module 200. The stress sensor 40 attached to the binding member 30 detects this and generates an electrical signal (resistance change) according to the stress change. The electrical signal is transmitted to the detection means 50 composed of a Wheatstone bridge circuit including the stress sensor 40 as a resistance component, so that the output voltage e is generated and additionally provided according to the change of the electrical signal, that is, the electrical resistance. The amplifier 51 amplifies the output voltage e and outputs the amplified voltage e '.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 2차전지 카트리지 모듈의 부풀림 검출/보호 시스템을 이용해 부풀림을 검출하고 보호하는 방법을 설명하기 위해 도시한 시스템 블록도이다.FIG. 6 is a system block diagram illustrating a method of detecting and protecting an inflation by using an inflation detection / protection system of a secondary battery cartridge module according to a preferred embodiment of the present invention.

도면을 참조하면, 상기 2차전지 카트리지 모듈의 부풀림 검출/보호 시스템은 2차전지 카트리지 모듈(200)을 감싸고 있는 결속부재(30) 상에 부착된 응력센서(40)와, 응력센서(40)로부터 출력되는 전기적 신호를 변환하여 출력전압으로 출력하는 검출수단(50)과, 검출수단(50)으로부터 출력되는 출력전압을 지속적으로 모니터링하는 제어부(60)와, 제어부(60)의 제어를 받아 2차전지 전원부(80)와 외부 출력단(90) 또는 충전 장치(95) 간의 연결을 차단하는 스위칭 소자(70)로 구성된다.Referring to the drawings, the inflation detection / protection system of the secondary battery cartridge module includes a stress sensor 40 attached to the binding member 30 surrounding the secondary battery cartridge module 200 and the stress sensor 40. Detection means 50 for converting the electrical signal output from the output voltage to the output voltage, the control unit 60 for continuously monitoring the output voltage output from the detection means 50, and under the control of the control unit 60 The switching element 70 is configured to block the connection between the battery power supply unit 80 and the external output terminal 90 or the charging device 95.

상기 응력센서(40)는 2차전지 카트리지 모듈(200)을 감싸고 있는 결속부재(30) 상에 부착되어 2차전지 카트리지 모듈(200) 내에 장착된 단위전지(20)의 부풀림의 유무를 감지한다. 만약, 단위전지(20)가 과충전이나 단위전지(20) 내부의 이상으로 부풀림이 발생하게 되면 2차전지 카트리지 모듈(200)을 감싸고 있는 결속부재(30)에 응력 변화가 발생하게 된다. 발생된 응력 변화는 응력센서(40)에 의해 감지되고 응력센서(40)는 전기적 신호를 발생한다. 본 발명의 실시예에서 응력센서(40)로 사용된 스트레인 게이지는 이 전기적 신호를 전기 저항의 변화로서 출력한다.The stress sensor 40 is attached on the binding member 30 surrounding the secondary battery cartridge module 200 to detect the swelling of the unit cell 20 mounted in the secondary battery cartridge module 200. . If the unit cell 20 is inflated due to overcharge or abnormality in the unit cell 20, a stress change occurs in the binding member 30 surrounding the secondary battery cartridge module 200. The generated stress change is sensed by the stress sensor 40 and the stress sensor 40 generates an electrical signal. The strain gauge used as the stress sensor 40 in the embodiment of the present invention outputs this electrical signal as a change in electrical resistance.

이어서, 상기 검출수단(50)은 응력센서(40)를 저항성분으로 포함하는 휘스톤 브릿지 회로로 구성되어 응력센서(40)로부터 발생된 전기적 신호 즉, 전기 저항 변화에 따라 출력전압을 출력한다. 그런 다음, 상기 제어부(60)는 검출수단(50)으로부터 출력된 출력전압을 지속적으로 모니터링 한다. 제어부(60)는 미리 테스트 및 계산작업을 통해 설정된 기준전압과 검출수단(50)에서 출력된 출력전압을 비교한다. 만약, 단위전지(20)가 부풀어 올라 출력전압이 기준전압을 초과하게 되면 제어부(60)는 스위칭 소자(70), 예컨대 전계효과 트렌지스터(metal-oxide semiconductor field effect transistor; MOSFET)를 제어하여 2차전지 전원부(80)와 외부 출력단(90) 또는 충전 장치(95) 간의 전기적 연결을 차단시켜 2차전지 카트리지 모듈(200)의 안전성을 확보하게 된다.Subsequently, the detection means 50 is composed of a Wheatstone bridge circuit including the stress sensor 40 as a resistance component, and outputs an output voltage according to an electrical signal generated from the stress sensor 40, that is, a change in electrical resistance. Then, the controller 60 continuously monitors the output voltage output from the detection means 50. The controller 60 compares the reference voltage set through a test and calculation operation with the output voltage output from the detection means 50. If the unit cell 20 swells and the output voltage exceeds the reference voltage, the controller 60 controls the switching element 70, for example, a metal-oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET) to control the secondary voltage. The electrical connection between the battery power supply unit 80 and the external output terminal 90 or the charging device 95 is blocked to secure the safety of the secondary battery cartridge module 200.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.Although the present invention has been described above by means of limited embodiments and drawings, the present invention is not limited thereto and will be described below by the person skilled in the art to which the present invention pertains. Of course, various modifications and variations are possible within the scope of the claims.

본 발명에 따르면, 2차전지 카트리지 모듈에 장착된 단위전지에 발생되는 부풀림을 모듈 또는 카트리지 단위로 감시할 수 있는 시스템을 제공함으로써, 복잡하지 않고 경제적인 방법으로 2차전지 카트리지 모듈의 부풀림 상태를 감시할 수 있다. 또한, 부풀림 감지 시 2차전지와 부하 (또는 충전장치)의 연결을 신속하게 차단하여 2차전지의 폭발 등과 같은 사고를 미연에 방지할 수 있다.According to the present invention, by providing a system that can monitor the bulging generated in the unit cell mounted on the secondary battery cartridge module in the module or cartridge unit, it is possible to monitor the bulging state of the secondary battery cartridge module in a complex and economical way Can be monitored. In addition, when the bulge is detected, the secondary battery and the load (or charging device) can be quickly disconnected to prevent an accident such as an explosion of the secondary battery.

Claims (12)

2 이상의 2차전지 카트리지가 조립된 2차전지 카트리지 모듈의 부풀림을 검출하고 보호하는 시스템에 있어서,A system for detecting and protecting swelling of a secondary battery cartridge module in which two or more secondary battery cartridges are assembled, 상기 2차전지 카트리지 모듈의 둘레를 감싸도록 구비되고 적어도 하나 이상의 응력센서가 부착된 결속부재;A binding member provided to surround a circumference of the secondary battery cartridge module and having at least one stress sensor attached thereto; 상기 응력센서에 연결되어 상기 2차전지 카트리지 모듈의 부풀림 유무를 전기적 신호로 나타내는 검출수단;Detection means connected to the stress sensor to indicate whether the secondary battery cartridge module is inflated as an electrical signal; 상기 2차전지 카트리지 모듈의 외부출력 경로상에 설치된 스위칭 소자; 및A switching element installed on an external output path of the secondary battery cartridge module; And 상기 검출수단으로부터 출력된 전기적 신호를 모니터링하여 그 결과에 따라 상기 스위칭 소자를 제어하는 제어부;를 포함하고,And a control unit for monitoring the electrical signal output from the detecting unit and controlling the switching element according to the result. 상기 결속부재는 2차전지 카트리지 모듈의 상면과 하면에 십자형 교차 형태가 마련되도록 2차전지 카트리지 모듈에 결속되고,The binding member is bound to the secondary battery cartridge module so that a cross-shaped cross shape is provided on the upper and lower surfaces of the secondary battery cartridge module. 상기 결속부재에는 응력 변화를 감지하는 응력센서가 결속부재의 십자형태 중심부를 기준으로 방사상으로 위치하거나, 십자형태 중심점에 위치하거나, 가로 또는 세로 방향을 따라 일렬로 위치하거나, 랜덤하게 선택된 지점에 위치할 수 있는 것을 특징으로 하는 2차전지 카트리지 모듈의 부풀림 검출/보호 시스템.In the binding member, a stress sensor for detecting a stress change is located radially with respect to the cross-shaped center of the binding member, at a cross-shaped center point, in a line along the horizontal or vertical direction, or at a randomly selected point. Inflation detection / protection system of a secondary battery cartridge module, characterized in that possible. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 2차전지 카트리지는 하나 이상의 단위전지가 내장되도록 구성된 것을 특징으로 하는 2차전지 카트리지 모듈의 부풀림 검출/보호 시스템.The secondary battery cartridge is inflated detection / protection system of the secondary battery cartridge module, characterized in that configured to be built in one or more unit cells. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 결속부재는 다수의 상기 2차전지 카트리지에 각각 개별적으로 구비될 수 있는 것을 특징으로 하는 2차전지 카트리지 모듈의 부풀림 검출/보호 시스템.The binding member is a swelling detection / protection system of a secondary battery cartridge module, characterized in that each of the plurality of secondary battery cartridge can be provided separately. 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 결속부재의 재질은 알루미늄, 탄소섬유 및 유리섬유 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 2차전지 카트리지 모듈의 부풀림 검출/보호 시스템.The binding member is a material of the secondary battery cartridge module, the swelling detection / protection system, characterized in that any one selected from aluminum, carbon fiber and glass fiber. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 응력센서는 스트레인 게이지인 것을 특징으로 하는 2차전지 카트리지 모듈의 부풀림 검출/보호 시스템.Inflation detection / protection system of the secondary battery cartridge module, characterized in that the stress sensor is a strain gauge. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 검출수단은 상기 응력센서를 적어도 하나의 저항 성분으로 포함하는 휘스톤 브릿지 회로로 구성되는 것을 특징으로 하는 2차전지 카트리지 모듈의 부풀림 검출/보호 시스템.And said detecting means comprises a Wheatstone bridge circuit comprising said stress sensor as at least one resistive component. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 스위칭 소자는 전계효과 트렌지스터인 것을 특징으로 하는 2차전지 카트리지 모듈의 부풀림 검출/보호 시스템.The switching device is a swelling detection / protection system of a secondary battery cartridge module, characterized in that the field effect transistor. 제1항에 따른 2차전지 카트리지 모듈의 부풀림 검출/보호 시스템을 이용하여 2차전지 카트리지 모듈의 부풀림을 검출하고 보호하는 방법에 있어서,In the method of detecting and protecting the bulge of the secondary battery cartridge module using the bulge detection / protection system of the secondary battery cartridge module according to claim 1, (a) 상기 제어부에서 상기 2차전지 카트리지 모듈의 둘레를 감싸도록 구비된 결속부재에 부착된 적어도 하나 이상의 응력센서를 적어도 하나의 저항 성분으로 포함하는 휘스톤 브릿지 회로로 구성된 검출수단으로부터 출력된 전기적 신호를 모니터링하는 단계; 및(A) the electrical output from the detecting means consisting of a Wheatstone bridge circuit comprising at least one stress sensor attached to the binding member provided to surround the circumference of the secondary battery cartridge module in the control unit at least one resistance component Monitoring the signal; And (b) 상기 (a) 단계의 결과에 따라 2차전지 카트리지 모듈에 부풀림이 검출되면 상기 스위칭 소자를 제어하여 2차전지 카트리지 모듈과 부하 (또는 충전장치) 와의 연결을 차단하는 단계;를 포함하고,and (b) controlling the switching element to cut off the connection between the secondary battery cartridge module and the load (or charging device) when the secondary battery cartridge module is detected as bulging according to the result of step (a). , 상기 결속부재는 2차전지 카트리지 모듈의 상면과 하면에 십자형 교차 형태가 마련되도록 2차전지 카트리지 모듈에 결속되고,The binding member is bound to the secondary battery cartridge module so that a cross-shaped cross shape is provided on the upper and lower surfaces of the secondary battery cartridge module. 상기 결속부재에는 응력 변화를 감지하는 응력센서가 결속부재의 십자형태 중심부를 기준으로 방사상으로 위치하거나, 십자형태 중심점에 위치하거나, 가로 또는 세로 방향을 따라 일렬로 위치하거나, 랜덤하게 선택된 지점에 위치할 수 있는 것을 특징으로 하는 2차전지 카트리지 모듈의 부풀림 검출하고 보호하는 방법.In the binding member, a stress sensor for detecting a stress change is located radially with respect to the cross-shaped center of the binding member, at a cross-shaped center point, in a line along the horizontal or vertical direction, or at a randomly selected point. Inflation detection and protection method of a secondary battery cartridge module, characterized in that possible. 제1항에 따른 2차전지 카트리지 모듈의 부풀림 검출/보호 시스템이 결합된 2 차전지 카트리지 모듈.A secondary battery cartridge module incorporating an inflation detection / protection system of a secondary battery cartridge module according to claim 1. 제11항에 있어서,12. The method of claim 11, 상기 2차전지 카트리지 모듈에는 상기 결속부재가 결속되는 지점에 결속부재 결착 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 2차전지 카트리지 모듈.The secondary battery cartridge module, the secondary battery cartridge module, characterized in that the binding member binding groove is formed at the point where the binding member is bound.
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