KR101419746B1 - 배터리 셀의 ｓｗｅｌｌｉｎｇ 감지장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 배터리 셀의 SWELLING 감지장치는 배터리를 구성하는 셀에 구비되며 전도성 물질로 이루어지는 접촉부; 및 상기 접촉부와 전기적으로 연결되어 인접한 접촉부가 상호 접촉되는 경우 이를 전기적으로 감지하는 감지회로부를 포함하는 구성된다.
본 발명에 의하면 셀에서 발생하는 swelling 현상을 외부 케이스 등을 분해 또는 제거하지 않고도 효과적으로 검출 또는 감지할 수 있음은 물론, 이를 기초로 배터리 셀의 유지 및 관리 등을 효과적으로 수행할 수 있다.

Description

배터리 셀의 ＳＷＥＬＬＩＮＧ 감지장치{APPARATUS FOR DETECTING A SWELLING OF BATTERY CELL}
본 발명은 배터리 셀의 스웰링(swelling)을 감지 또는 검출하는 장치에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 배터리 셀의 스웰링 현상이 발생되는 경우, 스웰링 현상에 따른 물리적 변화를 효과적으로 이용하여 상기 스웰링 현상을 감지하는 장치에 관한 것이다.
근자에는 경량화와 고기능화에 대한 사용자의 요구가 증대됨에 따라 비디오 카메라, 휴대폰, 디지털 카메라 등의 휴대용 장비에 대한 하드웨어 및 소프트웨어가 비약적인 발전하고 있으며, 이와 더불어 상기 장비를 구동하는 전원으로서 이차전지에 대한 많은 연구가 이루어지고 있으며, 이차전지는 상기 휴대용 장비에 대한 적용례뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량 또는 하이브리드 차량에도 응용되고 있다.
이러한 이차전지는 다양한 성분 또는 재질로 구성될 수 있는데 특히, 리튬 이차전지는 재충전이 용이하고 소형화 또는 대형화가 유리하다는 측면에서 전기차량 또는 첨단 전가기기 등에 널리 이용되고 있다.
일반적으로 상기 리튬 이차전지는 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트 등의 용매를 사용하게 되는데, 이러한 용매는 고온에서 가스 등이 차오르는 일종의 부품(swelling)현상이 발생할 가능성이 내재되어 있으며, 이러한 스웰링 현상은 전기적 쇼트현상을 야기시킬 수 있음은 물론, 부푼 상태에서 외부 충격이 가해지면 스파크 등이 발생하여 발화될 수 있어 더욱 위험할 수 있다.
또한, 전기 차량 등 고온에서 오랜 시간 동안 구동을 유지하여야 하는 환경에서는 이러한 위험성은 더욱 높다고 할 수 있으며, 이차전지로 구성되는 배터리의 오동작은 이를 사용하는 사용자에게도 치명적인 위험요소가 될 수 있다.
본 발명의 상기와 같은 배경에서 이러한 문제점을 해소하기 위하여 창안된 것으로서, 배터리를 구성하는 이차전지 셀 등에서 발생하는 스웰링 현상을 효과적으로 감지하고 이를 기초로 배터리의 안전한 구동에 응용할 수 있는 장치를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명에 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타난 구성과 구성의 조합에 의해 실현될 수 있다.
상기 목적을 실현하기 위한 본 발명의 배터리 셀의 SWELLING 감지장치는 배터리를 구성하는 셀에 구비되며 전도성 물질로 이루어지는 접촉부; 및 상기 접촉부와 전기적으로 연결되어 인접한 접촉부가 상호 접촉되는 경우 이를 전기적으로 감지하는 감지회로부를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 감지회로부는 상기 접촉부의 상호 접촉에 의하여 도통되는 전류를 감지하는 전류감지부를 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 접촉부는 상기 셀의 표면에 대응되는 판형상으로 구성될 수 있다.
더욱 바람직한 실시형태를 구현하기 위하여, 본 발명의 감지장치는 상기 감지회로부로부터 전기적 감지신호가 입력되는 경우 상기 셀의 충전 또는 방전이 중단되도록 제어하는 충방전제어부를 더 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 감지회로 부로부터 전기적 감지신호가 입력되는 경우 소정의 알람 수단을 구동하는 알람제어부를 더 포함하여 구성될 수 있다.
이와 함께, 본 발명의 상기 접촉부는 상기 셀에 탈부착이 가능한 형태로 구성되는 것이 바람직하다.
상기 본 발명에 의한 배터리 셀의 스웰링 감지 장치는 간단한 구조의 회로 구성만으로도 효과적으로 배터리 셀의 스웰링을 감지할 수 있으며, 이러한 구조적 특성을 기초로 다양한 실시형태에 효과적으로 적용가능한 스웰링 감지 장치를 제공할 수 있다.
즉, 배터리 셀에 스웰링 현상이 발생하는 경우 외부 케이스를 분해하거나 제거하지 않고도 효과적으로 이러한 스웰링 현상을 감지할 수 있으며, 이와 더불어 스웰링 현상의 효과적인 감지를 이용하여 배터리 관리 및 구동을 더욱 안전하고 효율적으로 제어할 수 있도록 구성할 수 있다.
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.
본 발명에 따른 감지장치(100)의 각 구성을 도시하고 있는 도 1를 참조할 때, 본 발명의 감지장치(100)는 접촉부(110), 감지회로부(120), 충방전제어부(130) 및 알람제어부(140)를 포함하여 구성된다.
상기 접촉부(110)는 배터리를 구성하는 셀(10)에 구비되며 인접한 다른 접촉부(110)과 접촉되는 경우 전기적 흐름이 가능한 전도성 물질이라면 재질이나 성분 등에 국한되지 않고 상기 접촉부(100)의 구성으로 이용될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이 통상적으로 배터리 또는 배터리 팩은 복수 개의 셀이 수평 또는 수직으로 적층된 형태로 이루어진다. 상기 접촉부(110)는 이러한 각 셀의 외면에 구비되는 물리적 접촉수단의 하나로서 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 셀의 일면 또는 양면에 구비될 수 있다.
상기 접촉부(110)는 배터리에 적층된 형태로 구성되는 셀의 크기 또는 셀 간의 이격된 간격을 고려하여 그 두께 또는 면적이 결정되는 것이 바람직하다. 도 3에 도시된 바와 같이 스웰링 현상 등이 없는 정상상태에 인접한 접촉부(110)가 물리적으로 맞닿지 않지 않도록 적당한 거리를 두고 형성되어야 하며, 스웰링 현상이 발생되는 경우 상기 인접한 접촉부(100)가 물리적으로 맞닿을 수 있도록 구성되어야 한다. 상기 접촉부 간의 간격은 스웰링 현상 감지에 대한 민감도 등에 따라 다 양하게 구성할 수 있다.
한편, 상기 접촉부(110)는 적용예에 따라 다양한 형태 또는 형상으로 구성될 수 있으며, 셀의 일부분 또는 일측에서 발생되는 부분적인 스웰링 현상을 포함한 전반적으로 발생되는 스웰링 현상을 감지할 수 있도록 상기 접촉부(110)는 상기 셀의 표면에 대응되는 판형상으로 구성하는 것이 더욱 바람직하다.
또한, 상기 접촉부(110)는 배터리를 구성하는 모든 셀 또는 특정 셀의 일면 또는 양면에 구비될 수 있음은 물론, 상기 셀이 합쳐진 일종의 셀 모듈마다 구비될 수도 있으며, 이러한 상기 접촉부(110)가 구비되는 형태는 실시예에 따라 다양한 형태가 가능함은 물론이다.
이와 함께 상기 접촉부(110)는 상기 셀에 탈부착이 가능한 형태로 구성하여 재활용이 가능하도록 구성할 수 있으며, 실시형태에 따라 다양한 응용이 가능하도록 구성하는 것이 바람직하다.
도 4에 도시된 바와 같이 만약 셀(10)에 스웰링(swelling) 현상이 발생하게 되는 경우 셀의 부풀게 되고, 상기 셀에 구비되어 있는 접촉부(110)는 이와 함께 물리적으로 셀이 부푸는 방향으로 이동하게 된다.
즉, 이러한 접촉부(110)의 물리적 이동과 이에 따른 인접 접촉부(110)와의 맞닿음은 일종의 스위치 역할을 수행하게 되므로, 상기 접촉부(110)와 전기적으로 연결되어 있는 본 발명의 감지회로부(120)는 상기 인접한 접촉부(110)가 물리적으로 맞닿아 접촉하게 되는 경우 전기적 도통에 의하여 전기적 신호를 감지할 수 있게 된다.
상기 감지회로부(120)는 스웰링 현상 등이 발생하지 않는 정상상태에서는 도 3에 도시된 전기적 등가 회로와 같이 일종의 개회로(open circuit)를 형성하게 되므로 아무런 전기적 신호를 감지할 수 없으나, 스웰링 현상이 발생하는 경우 도 4에 도시된 전기적 등가 회로와 같이 일종의 폐회로(close circuit)를 형성하게 되므로 전기적 신호를 감지할 수 있게 된다.
상기 감지회로부(120)는 전기적 특성, 즉, 저항, 전류 및 전압을 센싱하는 회로로 구성할 수 있음은 자명하다.
만약 상기 감지회로부(120)가 저항 성분의 전기적 신호를 감지하는 회로인 경우, 상기 감지회로부(120)는 상기 정상상태에서의 저항은 개 회로의 특성상 무한대의 저항값이 되므로 스웰링 현상이 발생하여 상기 접촉부가 상호 접촉되는 경우 상기 정상상태의 무한대의 저항값과는 다른 값을 갖도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 감지회로부(120)가 전류 성분의 전기적 신호를 감지하는 회로인 경우, 소정의 전력원에 의해 흐르는 전류의 크기가 상기 정상상태의 개 회로에서는 0이며 상기 접촉부(110)의 접촉에 의한 폐회로가 구성되는 경우 상기 폐회로를 흐르는 전류의 크기는 내부 저항 등에 의하여 결정된 특정 값이 되므로 상기 감지회로부(120)는 이러한 전류 값의 차이를 감지하는 회로 등으로 구성될 수 있다. 전압 성분의 전기적 신호를 감지하는 회로 또한 상기와 유사한 관점에서 구성할 수 있다.
상기 감지회로부(120)에 대한 구성은 사용되는 전력원이나 내부 저항의 크기 또는 필요에 따라 구비될 수 있는 앰프 등에 따라 당업자 간에 다양한 실시예가 가 능하며, 상기 감지회로부(120)는 하나의 실시예들로 언급된 상기 구성에 국한되지 않음은 자명하다.
상기와 같이 스웰링 현상이 발생하여 상기 감지회로부(120)로부터 전지적 감지신호가 입력되면, 본 발명의 충방전 제어부(130)는 상기 셀의 충전 또는 방전이 중단되도록 제어하며, 실시형태에 따라 상기 셀이 속한 배터리 자체의 구동이 중단되도록 구성할 수도 있다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이 접촉부(110)가 구비된 셀과 셀 사이에 도전판(115)을 추가로 구성하여, 상기 접촉부와 상기 도전판(115)이 맞닿게 되는 경우 전기적 신호를 감지하도록 구성할 수도 있다.
이와 함께, 사용자 등에게 인터페이싱하기 위하여 상기 감지회로부(120)로부터 전기적 감지신호가 입력되는 경우 본 발명의 알람제어부(140)는 시각적 알람수단(LCD 등의 화면표시수단) 또는 청각적 알람 수단(스피커 등의 오디오수단) 등의 알람 수단(141)을 구동하도록 구성하는 것이 더욱 바람직하다.
본 발명을 설명함에 있어, 상기 본 발명에 의한 배터리 셀의 스웰링 감지 장치의 각 구성요소는 물리적으로 구분되는 구성요소라기보다는 논리적으로 구분되는 구성요소로 이해되어야 한다.
즉, 각각의 구성은 본 발명의 기술사상을 실현하기 위하여 논리적인 구성요소에 해당하므로 각각의 구성요소가 통합 또는 분리되어 수행되더라도 본 발명의 논리 구성이 수행하는 기능이 실현될 수 있다면 본 발명의 범위 내에 있다고 해석되어야 하며, 동일 또는 유사한 기능을 수행하는 구성요소라면 그 명칭 상의 일치 성 여부와는 무관히 본 발명의 범위 내에 있다고 해석되어야 함은 물론이다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술된 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명에 따른 감지 장치의 구성을 도시한 블록도,
도 2는 배터리를 구성하는 일반적인 셀의 적층 구조를 도시한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 감지 장치가 구비된 배터리 셀의 정상 상태에 대한 모습과 이에 대응되는 전기적 등가회로를 도시한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 감지 장치가 구비된 배터리 셀의 SWELLING 상태에 따른 모습과 이에 대응되는 전기적 등가회로를 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따른 감지 장치를 도시한 도면이다.

Claims (7)

  1. 배터리를 구성하는 복수의 셀 중 서로 인접한 셀의 대향면 상에 구비되며 전도성 물질로 이루어지는 접촉부; 및
    상기 접촉부와 전기적으로 연결되어 인접한 접촉부가 상호 접촉되는 경우 이를 전기적으로 감지하는 감지회로부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀의 SWELLING 감지장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 감지회로부는,
    상기 접촉부의 상호 접촉에 의하여 도통되는 전류를 감지하는 전류감지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀의 SWELLING 감지장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 접촉부는,
    상기 셀의 표면에 대응되는 판형상인 것을 특징으로 하는 배터리 셀의 SWELLING 감지장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 감지회로부로부터 전기적 감지신호가 입력되는 경우 상기 셀의 충전 또는 방전이 중단되도록 제어하는 충방전제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀의 SWELLING 감지장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 감지회로부로부터 전기적 감지신호가 입력되는 경우 소정의 알람 수단을 구동하는 알람제어부를 더 포함하는 것을 배터리 셀의 SWELLING 감지장치.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 접촉부는,
    상기 셀에 탈부착이 가능한 형태인 것을 특징으로 하는 배터리 셀의 SWELLING 감지장치.
  7. 배터리를 구성하는 복수의 셀 중 서로 인접한 셀 각각의 대향면 상에 구비되며 전도성 물질로 이루어지는 접촉부;
    셀과 셀 사이에 구비되는 도전판; 및
    상기 접촉부 및 도전판과 전기적으로 연결되어 상기 접촉부와 도전판이 접촉되는 경우 이를 전기적으로 감지하는 감지회로부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 셀의 SWELLING 감지장치.
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