KR101846677B1 - 배터리 과충전 방지 장치 및 이를 포함하는 배터리 모듈 - Google Patents

배터리 과충전 방지 장치 및 이를 포함하는 배터리 모듈 Download PDF

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Abstract

과도한 전압이 인가되는 경우 팽창하는 특성을 갖는 더미셀을 이용하여 과충전시 배터리로 공급되는 전류를 차단할 수 있는 배터리 과충전 방지 장치 및 이를 포함하는 배터리 모듈이 개시된다. 사기 배터리 과충전 방지 장치는, 서로 다른 극성을 갖는 배터리의 제1 단자 및 제2 단자에 양단이 각각 전기적으로 연결된 더미셀; 상기 제1 단자 및 상기 제2 단자에 양단이 각각 전기적으로 연결된 스위치; 및 상기 제1 단자 및 상기 제2 단자 중 하나와 그에 전기적으로 연결된 상기 스위치의 일단 사이에 마련된 퓨즈를 포함하며, 상기 더미셀은 상기 배터리의 전압이 사전 설정된 임계전압 이상인 경우 팽창하여 상기 스위치를 턴온시킨다.

Description

배터리 과충전 방지 장치 및 이를 포함하는 배터리 모듈{APPARATUS OF PREVENTING BATTERY FROM BEING OVERCHARGED AND BATTERY MODULE COMPRISING THE SAME}
본 발명은 배터리 과충전 방지 장치 및 이를 포함하는 배터리 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 과도한 전압이 인가되는 경우 팽창하는 특성을 갖는 더미셀을 이용하여 과충전시 배터리로 공급되는 전류를 차단할 수 있는 배터리 과충전 방지 장치 및 이를 포함하는 배터리 모듈에 관한 것이다.
자동차용 리튬 이온 이차전지는 제조사별로 다양한 형태를 갖고 있는데, 크게 분류하여 캔 형태와 파우치 형태로 나뉘어 진다. 이러한 리튬 이온 이차전지의 형태는 OEM 제조사 중심으로 선정되고, 이후에 결정된 셀 형태에 맞추어 모듈과 팩을 구성하는 구조로 적용되었다.
특히, 자동차용 리튬 이온 이차전지의 경우 차량 내구 수명이상의 내구성 확보가 필요하며, 내구성과 함께 안전성 확보가 필수적인데 각 차량 제조사들은 안전성 확보를 위해 여러 가지 기술을 적용하고 있다.
배터리 안전소자로서 일반적으로 사용되는 부품은 PTC, Thermal Fuse, Bi-metal with PTC, 배터리셀 내압에 의해 작동하는 기계적 스위치 등이다.
PTC는 온도가 상승하면 저항이 증가하는 소자로 작동온도 이하에서도 저항이 증가하여 배터리의 충방전 효율을 저하시키며, 대전류가 순간적으로 통전할 경우에도 전압이 하강하여 배터리 사용 영역이 감소하는 문제가 있다. 또한 수분, 고열 등에 장기간 방치 시 신뢰성이 저하되는 문제가 발생하여 10년 이상 사용하는 차량용으로는 부적합하다.
Thermal Fuse의 경우 온도가 상승할 경우 내부 회로가 열에 의해 용단되는 소자로, PTC에 비해 저항이 낮은 편이며 단락 등에 의한 대전류 발생 시 양호한 동작특성을 보인다. 그러나 낮은 전류로 과충전이 될 경우 셀에 발생하는 열만으로 용단이 되어야 하나, 설치 위치 등 제약에 의해 용단 온도까지 온도가 올라가지 않는 경우가 대부분이며, 낮은 온도에 동작하는 소자를 사용할 경우 차량 순간가속시 발생하는 대전류에 의해 소자가 작동하는 문제가 발생하여 차량용으로 부적합하다.
Bi-metal with PTC의 경우 일반적인 PTC에 비해 저항을 획기적으로 개선하였으나, 진동/충격에 의해 바이메탈이 오작동하는 문제로 차량용으로는 부적합하다.
또한 배터리 내부에 설치되어 셀에서 발생하는 가스압력에 의해 기계적으로 동작하는 스위치의 경우, 고전압화 된 팩에서 적용할 경우 스위치 작동 시 고전압 아크 발생으로 인해 셀 내부가스가 발화될 위험성이 있다. 또한 셀 외부에 설치할 경우에도 셀의 가스 발생속도나 발생 시점에 의해 스위치가 정확하게 동작하지 않을 가능성이 있다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2014-0042269 A KR 10-2013-0044877 A
이에 본 발명은, 과도한 전압이 인가되는 경우 팽창하는 특성을 갖는 더미셀을 이용하여 과충전시 배터리로 공급되는 전류를 차단할 수 있는 배터리 과충전 방지 장치 및 이를 포함하는 배터리 모듈을 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은,
서로 다른 극성을 갖는 배터리의 제1 단자 및 제2 단자에 양단이 각각 전기적으로 연결된 더미셀;
상기 제1 단자 및 상기 제2 단자에 양단이 각각 전기적으로 연결된 스위치; 및
상기 제1 단자 및 상기 제2 단자 중 하나와 그에 전기적으로 연결된 상기 스위치의 일단 사이에 마련된 퓨즈;를 포함하며,
상기 더미셀은 상기 배터리의 전압이 사전 설정된 임계전압 이상인 경우 팽창하여 상기 스위치를 턴온시키는 것을 특징으로 하는 배터리 과충전 방지 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 더미셀은, 상기 더미셀 양단 전압이 상기 임계전압 이상인 경우 내부에서 가스가 발생하여 그 외연이 팽창할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 더미셀은, 상기 제1 단자 및 상기 제2 단자에 각각 연결되는 두 개의 전극; 상기 두 개의 전극의 일부를 둘러싸는 밀폐 케이스; 상기 밀폐 케이스 내부에 충진된 전해액; 및 상기 밀폐 케이스 내부에서 상기 두 개의 전극 사이에 마련된 분리막을 포함하며, 상기 두 개의 전극 사이의 전압이 상기 임계전압 이상인 경우, 상기 전해액의 산화에 의해 발생하는 가스에 의해 상기 밀폐 케이스가 팽창할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 스위치는, 상기 제1 전극과 전기적으로 연결된 제1 금속판과 상기 제1 금속판과 대면하도록 일정 간격 이격되어 배치되며 제2 전극과 전기적으로 연결된 제2 금속판을 포함하며, 상기 더미셀은 상기 제1 금속판 및 상기 제2 금속판 중 하나에 인접하여 배치되고, 상기 더미셀의 양단에 상기 임계전압 이상의 전압이 인가되는 경우 상기 더미셀이 팽창하여 인접한 금속판을 나머지 하나의 금속판 방향으로 밀어서 상기 제1 금속판 및 상기 제2 금속판을 상호 접촉시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는, 상기 더미셀의 양단전압을 모니터링하는 더미셀 감시부를 더 포함하며, 상기 더미셀 감시부는 상기 더미셀의 양단전압이 상기 배터리 전압과 차이가 나는 경우 상기 더미셀에 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는, 상기 더미셀에 인접하여 배치되며, 상기 더미셀이 팽창하는 경우 상기 스위치 보다 먼저 단락되는 보조 스위치를 더 포함하며, 상기 더미셀 감시부는, 상기 보조 스위치의 양단 사이의 저항을 모니터링하고, 상기 배터리의 미충전 중에 상기 보조 스위치의 양단 저항이 실질적으로 0이 되는 경우 더미셀이 오동작한 것으로 판단할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로서 본 발명은,
상호 직렬 연결된 복수의 배터리 셀; 및
상기 배터리 셀 중 적어도 하나의 서로 다른 극성을 갖는 제1 단자 및 제2 단자에 양단이 각각 전기적으로 연결된 더미셀과, 상기 제1 단자 및 상기 제2 단자에 양단이 각각 전기적으로 연결된 스위치 및 상기 제1 단자 및 상기 제2 단자 중 하나와 그에 전기적으로 연결된 상기 스위치의 일단 사이에 마련된 퓨즈를 포함하는 배터리 과충전 방지 장치;
를 포함하며, 상기 더미셀은 상기 배터리 셀의 전압이 사전 설정된 임계전압 이상인 경우 팽창하여 상기 스위치를 턴온시키는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈을 제공한다.
상술한 바와 같은 과제 해결 수단을 갖는 배터리 과충전 방지 장치 및 이를 포함하는 배터리 모듈에 따르면, 충전되는 배터리의 양단 전압을 직접 인가 받는 더미셀의 팽창을 이용하여 능동적으로 작용하므로, 별도의 제어기의 제어가 요구되지 않는다. 이에 따라 제어기가 동작불능 상태인 경우에도 이와 상관 없이 배터리 과충전을 방지할 수 있으며, 사용자가 배터리를 직결 충전하는 등의 오사용 시에도 배터리 과충전을 위한 작동이 가능하다.
또한, 상기 터리 과충전 방지 장치 및 이를 포함하는 배터리 모듈에 따르면, 더미셀의 팽창을 통해 과충전을 제한할 수 있으므로, 더미셀을 구성하는 양극/음극/전해액 등을 적절하게 선정함으로써 배터리의 성능 저하 없이 과충전을 제한하는 설정 전압을 조정할 수 있다. 더하여, 배터리의 사용 가능 범위에 따라 더미셀을 구성하는 재료 적절하게 선택하여 과충전을 제한하기 위한 설정 전압의 정확성을 확보 할 수 있다.
또한, 상기 배터리 과충전 방지 장치 및 이를 포함하는 배터리 모듈에 따르면, 배터리 모듈 내에 구비된 복수의 배터리 셀 중 하나의 배터리 셀에만 과충전 방지 장치를 설치하여 전체 배터리 모듈의 과충전을 방지할 수 있다.
또한, 상기 배터리 과충전 방지 장치 및 이를 포함하는 배터리 모듈에 따르면, 복수의 더미셀을 직렬연결할 경우 가격이 저렴하며 친환경적인 수계 전해액을 사용할 수 있으며, 더미셀 마다 전압을 분할하여 작은 전압 단위로 전압 설정이 가능하다.
또한, 상기 배터리 과충전 방지 장치 및 이를 포함하는 배터리 모듈에 따르면, 과충전 방지 장치를 구현하는 더미셀의 양단 전압을 검출하여 더미셀의 정상 유무를 판단할 수 있으며, 별도의 보조 스위치를 더미셀에 부가하여 과충전 시 배터리 양 단자를 단락시키는 스위치보다 먼저 더미셀의 팽창을 인식하게 함으로써 더비셀 오동작을 사전에 인지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 과충전 방지 장치 및 이를 포함하는 배터리 모듈을 도시한 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 과충전 방지 장치 및 이를 포함하는 배터리 모듈에 적용되는 더미셀의 구조를 도시한 단면도이다.
도 3a 및 3b는 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 과충전 방지 장치 및 이를 포함하는 배터리 모듈에서 과충전시 더미셀과 스위치의 동작예를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 과충전 방지 장치 및 이를 포함하는 배터리 모듈에 적용되는 더미셀에 추가되는 구조를 도시한 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 배터리 과충전 방지 장치 및 이를 포함하는 배터리 모듈에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 과충전 방지 장치 및 이를 포함하는 배터리 모듈을 도시한 블록 구성도이다. 특히, 도 1은 복수의 배터리 셀(100)을 갖는 배터리 모듈(10) 내에서 하나의 배터리 셀(100)에 배터리 과충전 방지 장치가 설치된 예를 도시한 것이다. 본 발명의 다양한 실시형태에서, 배터리 과충전 방지 장치는 배터리 또는 배터리 모듈 전체에 적용될 수도 있으며, 배터리 모듈의 외부에 설치될 수도 있다. 따라서, 본 출원의 발명의 상세한 설명 및 특허청구범위에 기재된 "배터리"라는 용어는 별도의 "배터리 셀" 또는 "배터리 모듈"이라고 특정되지 않는 이상 이들을 모두 포함하는 개념으로 이해되어야 할 것이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 과충전 방지 장치는, 서로 다른 극성을 갖는 배터리(100)의 제1 단자(101) 및 제2 단자(102)에 양단이 각각 전기적으로 연결된 더미셀(110)과, 제1 단자(101) 및 제2 단자(102)에 양단이 각각 전기적으로 연결된 스위치(120) 및 제1 단자(101) 및 제2 단자(102) 중 하나와 그에 전기적으로 연결된 스위치(120)의 일단 사이에 마련된 퓨즈(130)를 포함하여 구성될 수 있다.
더미셀(110)은 일정 수준 이상의 전압이 양단에 인가되는 경우 팽창되는 특성을 가진 요소이다. 즉, 더미셀(110)은 그의 양단 전압이 일정 수준 이상이 되는 경우 내부에서 가스가 발생하여 그 외연이 팽창할 수 있다. 더미셀(110)은 실질적으로 통상의 배터리 셀과 유사한 구조를 가질 수 있으나, 더미셀(110)은 전력을 출력하지 않아야 하므로 통상의 배터리 셀과는 달리 활물질을 포함하지 않는다.
더미셀(110)의 양단은 배터리의 양 단자(101, 102)에 각각 연결되므로 배터리(100)의 전압이 더미셀(110)에 인가될 수 있다. 따라서, 더미셀(110)은 배터리(100)의 양단 전압이 일정 수준 이상이 되는 경우 팽창될 수 있다.
더미셀(110)을 구성하는 물질이나 구조 등을 적절하게 튜닝하는 경우, 더미셀(110)이 팽창되는 전압이나 원하는 수준의 팽창이 이루어지는 전압의 크기를 원하는데로 설정할 수 있다. 예를 들어, 배터리(100)의 충전에 의해 배터리(100)의 전압이 상승하던 중, 과충전으로 인해 배터리(100)에 손상을 줄 수 있는 전압에 이르기 직전에 더미셀(110)이 팽창될 수 있도록, 더미셀(110)이 튜닝될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 과충전 방지 장치 및 이를 포함하는 배터리 모듈에 적용되는 더미셀의 구조를 도시한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 더미셀(110)은 양극전극(113), 음극전극(112) 분리막(114), 전해액(115) 및 밀폐 케이스(111)을 포함하여 구성될 수 있다.
양극전극(113)은, 배터리(100)의 제1 전극(여기서는, 배터리의 양극전극)(101)과 전기적으로 연결되는 요소로서, 더미셀(110)의 양단 전압이 일정 수준 이상 도달 시(즉, 배터리(100)의 전압이 일정 수준 이상 도달 시 전해액(115)을 산화시켜 가스를 발생시키는 역할을 한다. 예를 들어, 양극전극(113)은 순철/합금강이나, 구리, 아연, 주석, 안티몬, 니겔, 코발트, 크롬, 망간, 몰리브덴, 텅스텐, 바나듐, 비스무스, 알루미늄, 마그네슘, 나트륨, 금, 은, 백금, 팔라듐, 이리튬, 지르코늄, 티탄, 란탄, 베릴륨, 니오브 등의 비철금속 및 그 합금으로도 구성될 수 있다.
음극전극(112)은 배터리(100)의 제2 전극(여기서는 배터리의 음극전극)과 연결되는 전극으로, 니켈, 주석, 납, 구리, 금, 은 등의 비철금속 및 그 합금으로 구성될 수 있다.
분리막(114)은 이온의 이동이 가능한 다공성 막 또는 다공성 판으로 구현될 수 있다.
전해액(115)은 산화되어 가스를 방출하는 유기용매(또는 수계)와 염을 포함하여 구성될 수 있다.
밀폐 케이스(111)는 두 전극(112, 113) 각각의 일부를 둘러싸는 내부공간을 형성하며, 내부 공간에 분리막(114)과 전해액(115)을 포함하도록 구현된다. 분리막(114)은 두 전극(112, 113) 사이에 마련될 수 있으며, 전해액(115)은 밀폐 케이스(111) 내부공간에 충진된다.
밀폐 케이스(111)는, 정상상태(일정 수준 미만의 전압이 더미셀의 양단에 인가되는 상태)에서는 전해액을 외부의 환경과 차단시키는 역할을 하며, 일정 수준 이상의 전압이 더미셀(110)의 양단에 인가되는 경우에는 전해액의 분해에 의해 발생하는 가스에 의해 팽창되는 역할을 한다.
배터리셀의 사용 가능 범위에 따라 적절한 재료 선택을 통하여 동작전압의 정확성을 확보 할 수 있다
스위치(120)는 배터리(100)의 두 전극(101, 102) 사이에 양단이 연결되는 스위치로서, 동작이 이루어지지 않는 상태에서는 개방 상태(오프 상태)를 유지하는 노멀 오픈(normal open) 스위치이다.
스위치(120)의 작동은 전술한 더미셀(110)에 의해 이루어진다. 스위치(120)는 더미셀(110)에 인접하여 배치되고, 더미셀(110)의 양단에 일정 수준 이상의 전압이 인가되는 경우에, 더비셀(110)이 팽창함으로써 스위치(120)를 가동시킬 수 있다.
가장 단순한 예로, 스위치(120)는 서로 대면하도록 일정 간격 이격되어 배치되는 두 개의 금속판의 형태로 구현될 수 있으며, 두 금속판 중 하나는 배터리(100)의 제1 전극(101)과 전기적으로 연결되고, 나머지 하나는 배터리(100)의 제2 전극(102)와 전기적으로 연결될 수 있다. 더미셀(110)은 두 금속판 중 하나에 인접하여 배치되고, 더미셀(110)의 양단에 일정 수준 이상의 전압이 인가되는 경우 더비셀(110)이 팽창하여 하나의 금속판은 나머지 하나의 금속판 방향으로 밀어서 두 금속판이 상호 접촉하게 할 수 있다. 이에 따라, 스위치(120)는 턴온되어 도통상태가 된다.
이러한 스위치의 동작은 도 3a 및 도 3b를 통해 더욱 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 3a 및 3b는 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 과충전 방지 장치 및 이를 포함하는 배터리 모듈에서 과충전시 더미셀과 스위치의 동작예를 도시한 도면이다.
도 3a에 도시한 것과 정상적인 상태(배터리(100) 전압이 일정 수준 미만인 경우)에서는 스위치(120)가 오프 상태(개방 상태)를 유지하고, 그에 인접한 더미셀(110)도 팽창되지 않는 상태이다. 이 경우, 배터리(100)에는 정상적으로 충전전류가 제공되면서 동작이 이루어질 수 있다.
그러나, 배터리(100)의 충전이 진행되면서 배터리(100) 전압이 일정 수준 이상이 되는 경우에는, 도 3b에 도시한 것과 같이, 더미셀(110')의 양단에 배터리(100)의 전압이 인가되어 내부에 가스가 발생되면서 팽창하게 된다. 이러한 더미셀(110')의 팽창으로 인해 스위치(120)가 가압되어 단락 상태가 된다.
스위치(120)가 단락 상태가 되면, 배터리(100)의 제1 단자(101)와 제2 단자(102)가 직접 전기적으로 연결된 상태가 되어 과전류가 제1 단자(101)(양극)에서 제2 단자(102)(음극)로 흐르게 되고 이 과전류에 의해 퓨즈(130)가 단절됨으로써 배터리(100)로 충전전류의 공급도 중단된다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시형태는, 충전되는 배터리(100)의 양단 전압을 직접 인가 받는 더미셀의 팽창을 이용하여 능동적으로 작용하므로, 별도의 제어기(예를 들어, 배터리 관리 시스템(BMS: Battery Management System))의 제어가 요구되지 않는다. 이에 따라 제어기가 동작불능 상태인 경우에도 이와 상관 없이 배터리 과충전을 방지할 수 있으며, 사용자가 배터리를 직결 충전하는 등의 오사용 시에도 배터리 과충전을 위한 작동이 가능하다.
또한, 본 발명의 일 실시형태는, 더미셀(110)의 팽창을 통해 과충전을 제한할 수 있으므로, 더미셀(110)을 구성하는 양극/음극/전해액 등을 적절하게 선정함으로써 배터리의 성능 저하 없이 과충전을 제한하는 설정 전압을 조정할 수 있다. 더하여, 배터리의 사용 가능 범위에 따라 더미셀(110)을 구성하는 재료 적절하게 선택하여 과충전을 제한하기 위한 설정 전압의 정확성을 확보 할 수 있다.
또한, 도 1에 도시된 것과 같이, 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 과충전 방지 장치는 배터리 모듈(10) 내에 구비된 복수의 배터리 셀(100) 중 하나의 배터리 셀(100)에만 설치되어 전체 배터리 모듈(10)의 과충전을 방지할 수 있다.
더불어, 복수의 더미셀(110)을 직렬연결할 경우 가격이 저렴하며 친환경적인 수계 전해액을 사용할 수 있으며, 더미셀 마다 전압을 분할하여 작은 전압 단위로 전압 설정이 가능하다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 과충전 방지 장치 및 이를 포함하는 배터리 모듈에 적용되는 더미셀에 추가되는 구조를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 과충전 방지 장치는 전술한 것과 같은 더미셀(110)과 스위치(120)에 더하여, 보조 스위치(210) 및/또는 더미셀 감시부(220)를 더 포함할 수 있다. 더미셀(110), 스위치(120), 보조 스위치(210)은 하나의 모듈(200) 형태로 구현될 수도 있다.
보조 스위치(210)는 더미셀(110)에 인접하여 배치되되, 스위치(120)가 배치된 위치의 반대 방향으로 더미셀(110)에 인접하여 배치될 수 있다. 상기 보조 스위치(210)는 더미셀(110)의 오동작을 감지하기 위한 것으로, 보조 스위치(210)의 양단 사이의 저항이 더미셀 감시부(220)에 모니터링 된다. 특히, 보조 스위치(210)는 더미셀(110)이 팽창하는 경우 스위치(120) 보다 먼저 단락되도록 구현되는 것이 바람직하다. 이에 의해, 배터리의 미충전 중에 더미셀(110)이 오동작하여 팽창하는 경우 스위치(120)가 단락되기 이전에 보조 스위치(210)가 단락되며, 보조 스위치(210)가 단락되면 보조 스위치(210)의 양단 저항이 실질적으로 0(zero)가 됨을 더미셀 감시부(220)가 확인함으로써 더미셀(110)이 오동작함을 판단할 수 있게 된다. 더미셀 감시부(220)는 더미셀(110)이 오동작하는 것으로 판단한 경우, 이를 경보하고 다양한 부가장치들을 동작시켜 스위치(120)의 단락에 의해 퓨즈(130)가 단절되는 것을 미연에 차단되게 할 수 있다.
또한, 더미셀 감시부(220)는 더미셀(110)의 양단 전압을 모니터링할 수 있다. 더미셀(110)이 정상적인 상태인 경우에는 그 양단에 배터리(100)의 전압이 그대로 인가되지만, 더미셀(110)이 비정상적인 상태인 경우에는 저항과 같이 작용하여 배터리(100) 전압에 비해 작은 값의 전압이 검출될 수 있다. 이와 같이, 더미셀 감시부(220)는 더미셀(110)의 양단 전압을 감시함으로써 더미셀(110)의 이상유무를 판단할 수 있고, 그에 따라 적절한 조치를 취할 수 있도록 경보할 수 있다.
여기서 더미셀 감시부(220)는 배터리 관리 시스템(BMS)의 일부 기능으로 구현될 수도 있다.
이상에서 본 발명의 특정한 실시형태에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
10: 배터리 모듈 100: 배터리(배터리 셀)
101, 102: 배터리 단자 110: 더미셀
111: 밀폐 케이스 112, 113: 더미셀 전극
114: 분리막 115: 전해액
120: 스위치 130: 퓨즈
210: 보조 스위치 220: 더미셀 감시부

Claims (12)

  1. 서로 다른 극성을 갖는 배터리의 제1 단자 및 제2 단자에 양단이 각각 전기적으로 연결된 더미셀;
    상기 제1 단자 및 상기 제2 단자에 양단이 각각 전기적으로 연결된 스위치;
    상기 제1 단자 및 상기 제2 단자 중 하나와 그에 전기적으로 연결된 상기 스위치의 일단 사이에 마련된 퓨즈;
    상기 더미셀의 양단전압을 모니터링하는 더미셀 감시부; 및
    상기 더미셀에 인접하여 배치되며, 상기 더미셀이 팽창하는 경우 상기 스위치 보다 먼저 단락되는 보조 스위치를 포함하며,
    상기 더미셀은 상기 배터리의 전압이 사전 설정된 임계전압 이상인 경우 팽창하여 상기 스위치를 턴온시키고,
    상기 더미셀 감시부는 상기 더미셀의 양단전압이 상기 배터리 전압과 차이가 나는 경우 상기 더미셀에 이상이 발생한 것으로 판단하며,
    상기 더미셀 감시부는, 상기 보조 스위치의 양단 사이의 저항을 모니터링하고, 상기 배터리의 미충전 중에 상기 보조 스위치의 양단 저항이 실질적으로 0이 되는 경우 더미셀이 오동작한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 배터리 과충전 방지 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 더미셀은,
    상기 더미셀 양단 전압이 상기 임계전압 이상인 경우 내부에서 가스가 발생하여 그 외연이 팽창하는 것을 특징으로 하는 배터리 과충전 방지 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 더미셀은,
    상기 제1 단자 및 상기 제2 단자에 각각 연결되는 두 개의 전극;
    상기 두 개의 전극의 일부를 둘러싸는 밀폐 케이스;
    상기 밀폐 케이스 내부에 충진된 전해액; 및
    상기 밀폐 케이스 내부에서 상기 두 개의 전극 사이에 마련된 분리막을 포함하며, 상기 두 개의 전극 사이의 전압이 상기 임계전압 이상인 경우, 상기 전해액의 산화에 의해 발생하는 가스에 의해 상기 밀폐 케이스가 팽창하는 것을 특징으로 하는 배터리 과충전 방지 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 스위치는, 상기 제1 단자와 전기적으로 연결된 제1 금속판과 상기 제1 금속판과 대면하도록 일정 간격 이격되어 배치되며 제2 단자와 전기적으로 연결된 제2 금속판을 포함하며,
    상기 더미셀은 상기 제1 금속판 및 상기 제2 금속판 중 하나에 인접하여 배치되고, 상기 더미셀의 양단에 상기 임계전압 이상의 전압이 인가되는 경우 상기 더미셀이 팽창하여 인접한 금속판을 나머지 하나의 금속판 방향으로 밀어서 상기 제1 금속판 및 상기 제2 금속판을 상호 접촉시키는 것을 특징으로 하는 배터리 과충전 방지 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 상호 직렬 연결된 복수의 배터리 셀; 및
    상기 배터리 셀 중 적어도 하나의 서로 다른 극성을 갖는 제1 단자 및 제2 단자에 양단이 각각 전기적으로 연결된 더미셀과, 상기 제1 단자 및 상기 제2 단자에 양단이 각각 전기적으로 연결된 스위치 및 상기 제1 단자 및 상기 제2 단자 중 하나와 그에 전기적으로 연결된 상기 스위치의 일단 사이에 마련된 퓨즈와, 상기 더미셀의 양단전압을 모니터링하는 더미셀 감시부와, 상기 더미셀에 인접하여 배치되며 상기 더미셀이 팽창하는 경우 상기 스위치 보다 먼저 단락되는 보조 스위치를 포함하는 배터리 과충전 방지 장치;를 포함하며,
    상기 더미셀은 상기 배터리 셀의 전압이 사전 설정된 임계전압 이상인 경우 팽창하여 상기 스위치를 턴온시키며,
    상기 더미셀 감시부는 상기 더미셀의 양단전압이 상기 배터리 셀 전압과 차이가 나는 경우 상기 더미셀에 이상이 발생한 것으로 판단하며,
    상기 더미셀 감시부는, 상기 보조 스위치의 양단 사이의 저항을 모니터링하고, 상기 배터리 셀의 미충전 중에 상기 보조 스위치의 양단 저항이 실질적으로 0이 되는 경우 더미셀이 오동작한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 더미셀은,
    상기 더미셀 양단 전압이 상기 임계전압 이상인 경우 내부에서 가스가 발생하여 그 외연이 팽창하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 청구항 7 또는 청구항 8에 있어서, 상기 더미셀은,
    상기 제1 단자 및 상기 제2 단자에 각각 연결되는 두 개의 전극;
    상기 두 개의 전극의 일부를 둘러싸는 밀폐 케이스;
    상기 밀폐 케이스 내부에 충진된 전해액; 및
    상기 밀폐 케이스 내부에서 상기 두 개의 전극 사이에 마련된 분리막을 포함하며, 상기 두 개의 전극 사이의 전압이 상기 임계전압 이상인 경우, 상기 전해액의 산화에 의해 발생하는 가스에 의해 상기 밀폐 케이스가 팽창하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 청구항 7에 있어서,
    상기 스위치는, 상기 제1 단자와 전기적으로 연결된 제1 금속판과 상기 제1 금속판과 대면하도록 일정 간격 이격되어 배치되며 제2 단자와 전기적으로 연결된 제2 금속판을 포함하며,
    상기 더미셀은 상기 제1 금속판 및 상기 제2 금속판 중 하나에 인접하여 배치되고, 상기 더미셀의 양단에 상기 임계전압 이상의 전압이 인가되는 경우 상기 더미셀이 팽창하여 인접한 금속판을 나머지 하나의 금속판 방향으로 밀어서 상기 제1 금속판 및 상기 제2 금속판을 상호 접촉시키는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  11. 삭제
  12. 삭제
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KR101255353B1 (ko) * 2011-04-27 2013-04-16 에스케이이노베이션 주식회사 배터리 제조 방법

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