KR101965447B1 - 배터리팩과 이를 적용한 배터리 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명의 배터리 모듈은 반복적인 충전 또는 방전에 따른 내부 온도 상승이 가져오는 스웰링(Swelling)에 의한 셀커버(11,21,31,파우치)의 팽창을 찢김 전 미리 감지하고, 특히 스웰링심화에 영향을 끼치는 셀(1a,...,1n)내부 온도의 정확성을 크게 높여줌으로써, 스웰링 가중화로 인한 셀커버(11,21,31)의 찢김을 미리 차단하여 충진된 전해액 누출의 근본적인 방지는 물론 배터리팩의 폭발현상을 원천적으로 차단해 CMA(1)의 안정성이 크게 강화된 특징을 갖는다.

Description

배터리팩과 이를 적용한 배터리 모듈{Battery Pack and Battery Pack type Battery Module}

본 발명은 배터리에 관한 것으로, 특히 배터리 셀의 스웰링(Swelling)을 조기에 신속히 감지함으로써 스웰링에 따른 배터리 팩의 열화를 차단할 수 있는 배터리 모듈에 관한 것이다.

일반적으로 엔진과 모터를 동력으로 이용하는 하이브리드차량과 모터만으로 구동하는 전기자동차는 높은 전압과 전류를 필요로 하고, 이를 이해 다수의 셀이 인접되게 적층된 배터리 모듈을 사용한다.

상기와 같은 배터리 모듈은 셀적층구조에 따라 다양한 타입이 있으며, 이중 셀적층구조를 이루는 셀사이에 파우치(Pouch)를 삽입한 배터리팩(Pack)방식이 있다.

통상, 배터리는 충전시 상대적으로 높은 전류가 입력되고 방전시 상대적으로 높은 전류가 출력될 수밖에 없고, 이로 인해 각각의 배터리 셀에서는 다량의 열을 발생시키게 된다.

그러므로, 셀사이에 파우치를 삽입한 배터리팩에서도 충전 또는 방전시 입력되거나 출력되는 상대적으로 높은 전류로 인해 다량의 열을 발생하게 되고, 이러한 열은 배터리 셀의 내부 부피를 팽창시킴으로써 필연적으로 스웰링(Swelling)을 가져올 수밖에 없게 된다.

상기와 같은 스웰링심화는 배터리셀의 전극 조립체를 이루는 양극판과 음극판의 이격 거리를 초기 상태보다 더 벌려 줌으로써 저항증가를 가져오고, 이로 인해 배터리 팩의 열화를 가져와 전기적 성능을 저하시키게 된다.

그러므로, 상기와 같은 파우치를 적용한 배터리 팩으로 이루어진 배터리 모듈에는 스웰링(Swelling)의 감지를 위한 단서를 제공하는 셀감지기가 더 적용되고, 배터리모듈도 셀감지기와 연계되어 구성하게 된다.

도 4는 종래에 따른 스웰링(Swelling) 감지를 가능케 하는 배터리팩 타입 배터리모듈의 구성을 나타낸다.

도시된 바와 같이, 배터리모듈은 다수가 직렬로 연결되도록 적층된 셀(1a,...,1n)들로 배터리팩을 구성한 CMA(1,Cell Module Assembly)와, 상기 셀(1a,...,1n)의 사이로 위치되어 스웰링을 가져오는 온도상승을 감지하는 셀감지기(100)와, 셀감지기(100)의 신호를 받도록 상기 CMA(1)와 전기적으로 연결된 BMS(2,Battery Management System)와, 상기 BMS(2)에 전기적으로 연결된 HCU(3,Hybrid Control Unit)와, 상기 HCU(3)에 전기적으로 연결된 MCU(4,Motor Control Unit)로 구성된다.

여기서, 상기 CMA(1)는 셀 모듈 어셈블리로서 충전 또는 방전을 통해 필요한 전류를 입력받아 출력하고, 배터리팩은 전극에 이어진 배선 라인으로 외부 모듈과 전기적으로 연결된다.

그리고, 상기 BMS(2)는 배터리 제어기로서 배터리 상태를 감시하고 관리하며, 상기 HCU(3)는 차량 제어기로서 차량의 전반적인 구동을 제어하고, 상기 MCU(4)는 모터 제어기로서 구동모터의 작동 전반을 제어한다.

상기 셀감지기(100)는 셀(1a)과 인접된 다른 셀(1b)사이로 위치되어 조립응력을 형성해주는 셀커버(110)와, 셀(1a,...,1n)의 중심부위 위치에서 셀과 이에 인접된 또 다른 셀사이의 공간으로 위치되어 측정된 셀(1a,...,1n)의 내부온도를 BMS(2)로 전송하는 서모커플(120)로 구성된다.

상기 셀커버(110)는 파우치를 의미하며, 셀(1a,...,1n)에 충진된 전해액을 담아 외부로 누출되는 현상을 방지하게 된다.

상기와 같이 셀감지기(100)가 셀(1a,...,1n)로 이루어진 배터리팩의 내부로 설치되어 BMS(2)와 회로를 구성함으로써, BMS(2)는 셀(1a,...,1n)의 내부온도를 감지하는 서모커플(120)을 통해 CMA(1)의 온도를 제어할 수 있게 된다.

국내특허공개 10-2010-0037965(2010.04.12)은 셀 모듈 어셈블리의 전압 센싱을 위한 접촉 패드 및 셀 모듈 조립체에 관한 것이며, 이는 도 3내지 도 5및 4쪽 식별번호24내지 5쪽 식별번호36 참조.

하지만, 상기와 같은 셀감지기(100)는 반복적인 충전과 방전에 따른 열로 인한 스웰링(Swelling)현상에 대해 취약한 측면을 가질 수밖에 없다.

가장 근본적인 취약점은 셀(1a,...,1n)에 대한 셀커버(110)의 강한 조립응력에 따른 것인데, 이는 셀(1a,...,1n)의 내부온도상승에 따른 스웰링으로 셀커버(110)가 인접된 셀(1b)부위로 접촉(W)될 정도로 팽창됨에도 이를 전혀 감지할 수 없고, 특히 셀커버(110)의 팽창력이 더욱 증대하더라도 셀커버(110)의 강한 조립응력이 이를 견디게 함으로써 결국 셀커버(110)의 찢김으로 나타날 수밖에 없음에 기인된다.

또 다른 취약점은 온도 측정의 정확성 결여에 따른 것으로, 이는 서모커플(120)이 셀(1a,...,1n)의 중심부위 위치되어 중심부에 대한 온도만을 측정함으로써 실제적인 내부 온도에 비해 측정되는 온도가 낮은 경향을 가짐에 기인된다.

특히, 서모커플(120)이 셀(1a,...,1n)사이에서 셀과 셀의 공간으로 위치됨으로써 실제적인 내부 온도에 비해 측정되는 온도가 더욱 낮을 수밖에 없게 된다.

이로 인해, 배터리팩 내부에선 측정 온도에 비해 스웰링이 더욱 가중됨으로써 셀커버(110)의 찢김을 더욱 촉진하는 한 원인으로 작용된다.

상기와 같은 취약점으로 인해 셀커버(110)의 찢김이 가속되고 특히 찢김 발생후 이를 감지함으로써, 셀(1a,...,1n)사이에 충진된 전해액의 누출발생을 사전에 차단할 수 없는 한계가 있게 된다.

이러한 현상은 극단적인 경우 배터리팩의 폭발로 이어질 수 있는 위험성을 내포할 수밖에 없다.

이에 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 본 발명은 반복적인 충전 또는 방전에 따른 배터리팩의 내부 온도 상승이 가져오는 스웰링(Swelling)에 의한 셀커버(파우치)의 팽창을 찢김 전 미리 감지하고, 특히 스웰링심화에 영향을 끼치는 셀내부 온도의 정확성을 크게 높여줌으로써, 스웰링 가중화로 인한 셀커버(파우치)의 찢김을 미리 차단하여 충진된 전해액 누출의 근본적인 방지는 물론 배터리팩의 폭발현상을 원천적으로 차단할 수 있는 배터리 모듈을 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 배터리팩은 서로 이격되어 직렬로 적층된 다수의 셀들을 전해액과 함께 감싸고, 상기 셀의 반복적인 충전과 방전에 따른 열로 인한 스웰링(Swelling)으로 팽창되는 셀커버와;

팽창되는 상기 셀커버가 상기 셀들중 하나의 셀에 접촉되기전 먼저 접촉되고, 접촉상태에서 상기 셀커버에 의해 가해지는 압력으로 BMS(Battery Management System)으로 전송되는 전기신호가 발생되는 센싱단자와;

상기 셀들사이로 위치되어 상기 BMS로 상기 셀들 내부의 온도를 검출해 전송하는 적어도 1개 이상의 서모커플;

을 포함해 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 셀커버는 상기 셀들중 1개의 셀과 이에 인접된 다른 셀사이에 위치하고 스웰링으로 벌어지면서 팽창되는 한쌍의 제1,2셀커버로 구성되고; 상기 센싱단자는 상기 제1셀커버와 이에 인접된 셀사이에 위치된 제1센상단자와, 상기 제2셀커버와 이에 인접된 다른 셀사이에 위치된 제2센상단자로 구성되며; 상기 서모커플은 상기 셀들중 상기 셀커버가 위치되지 않은 셀에 밀착되도록 부착된다.

상기 서모커플은 상기 셀들중 상기 셀커버가 위치되지 않은 셀과 이에 인접된 다른 셀사이의 공간으로 위치된다.

상기 제1센싱단자는 한쪽부위를 상기 제1셀커버에 부착하고 다른쪽 부위를 팽창시 상기 제1셀커버가 접촉되는 셀에 부착하여 구성되고, 상기 제2센싱단자는 한쪽부위를 상기 제2셀커버에 부착하고 다른쪽 부위를 팽창시 상기 제2셀커버가 접촉되는 셀에 부착하여 구성된다.

상기 제1센싱단자와 상기 제2센싱단자는 압전소자가 적용된다.

상기 셀커버는 상기 셀들중 1개의 셀과 이에 인접된 다른 셀사이에 위치하고 스웰링에 의한 팽창시 한쪽 셀부위로 만 접촉되도록 구성되며; 상기 서모커플은 상기 셀들중 상기 셀커버가 위치되지 않은 셀에 밀착되도록 부착된다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 배터리 모듈은 서로 이격되어 직렬로 적층된 다수의 셀들을 전해액과 함께 감싸 상기 셀에서 발생된 열에 의한 스웰링(Swelling)으로 팽창되는 제1커버와 제2커버로 이루어진 셀커버와, 팽창되는 상기 제1커버와 제2커버가 각각에 인접된 셀에 접촉되기전 먼저 접촉되어 압력을 받음으로써 전기신호가 발생되는 제1센싱단자와 제2센싱단자로 이루어진 센싱단자와, 상기 셀들사이로 위치되어 그 내부의 온도를 검출하는 적어도 1개 이상의 서모커플로 이루어진 배터리팩이 다수로 구비된 CMA(Cell Module Assembly)와;

상기 센싱단자와 상기 서모커플의 신호를 입력받아 시각이나 청각으로 상기 배터리팩의 스웰링 상태를 알려주도록 상기 CMA에 전기적으로 연결된 BMS(Battery Management System)와;

차량의 전반적인 구동을 제어하며, 상기 BMS에서 부하제어를 위해 충방전 전류를 끊어주기 위한 신호를 중계하도록 전기적으로 연결된 HCU(Hybrid Control Unit)와;

구동모터의 작동 전반을 제어하고, 전기적으로 연결된 상기 HCU에서 전송된 충방전 전류를 끊어주기 위한 신호를 입력받아 상기 CMA와 연결을 차단하는 MCU(Motor Control Unit);

를 포함해 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 제1센싱단자와 상기 제2센싱단자는 상기 제1커버와 상기 제2커버로부터 가해지는 압력으로 전기신호를 발생하는 압전소자이고, 상기 서모커플은 상기 셀들중 상기 셀커버가 위치되지 않은 셀에 밀착되도록 부착된다.

상기 서모커플은 상기 셀들중 상기 셀커버가 위치되지 않은 셀과 이에 인접된 다른 셀사이의 공간으로 위치된다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 배터리 모듈은 서로 이격되어 직렬로 적층된 다수의 셀들을 전해액과 함께 감싸 상기 셀에서 발생된 열에 의한 스웰링(Swelling)으로 팽창되어져 인접된 셀부위로 만 접촉되는 셀커버와, 상기 셀들중 상기 셀커버가 위치되지 않은 셀에 밀착되도록 부착되어 그 내부의 온도를 검출하는 적어도 1개 이상의 서모커플로 이루어진 배터리팩이 다수로 구비된 CMA(Cell Module Assembly)와;

상기 센싱단자와 상기 서모커플의 신호를 입력받아 시각이나 청각으로 상기 배터리팩의 스웰링 상태를 알려주도록 상기 CMA에 전기적으로 연결된 BMS(Battery Management System)와;

차량의 전반적인 구동을 제어하며, 상기 BMS에서 부하제어를 위해 충방전 전류를 끊어주기 위한 신호를 중계하도록 전기적으로 연결된 HCU(Hybrid Control Unit)와;

구동모터의 작동 전반을 제어하고, 전기적으로 연결된 상기 HCU에서 전송된 충방전 전류를 끊어주기 위한 신호를 입력받아 상기 CMA와 연결을 차단하는 MCU(Motor Control Unit);

를 포함해 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 서모커플은 상기 셀들중 상기 셀커버가 위치되지 않은 셀에 밀착되도록 부착된다.

이러한 본 발명은 배터리팩의 반복적인 충전 또는 방전에 따른 내부 온도 상승을 정확하게 검출하여 셀내부의 온도에 대한 신뢰성을 크게 높여주고, 특히 스웰링(Swelling)에 의한 셀커버(파우치)의 팽창을 찢김 전 미리 감지하여 셀커버(파우치)의 찢김에 의한 충진된 전해액 누출을 근본적으로 차단할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 배터리팩의 충진된 전해액 누출을 일으키는 온도상승을 미리 정확하게 검출함으로써 배터리팩의 폭발로 이어지는 내부 열 상승도 근본적으로 방지하여 안정성을 크게 강화할 수 있는 효과도 있다.

또한, 본 발명은 배터리팩의 셀커버(파우치)의 팽창상태를 찢김 전 미리 감지하여 교체여부를 결정함으로써 배터리모듈의 성능을 최적으로 구현할 수 있는 효과도 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 스웰링 조기 감지를 가능케 하는 배터리팩 타입 배터리 모듈의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 스웰링 조기 감지를 가능케 하는 배터리팩 타입 배터리 모듈의 구성도이며, 도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 스웰링 조기 감지를 가능케 하는 배터리팩 타입 배터리 모듈의 구성도이고, 도 4는 종래에 따른 배터리팩 타입 배터리모듈의 구성도이다.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 스웰링 조기 감지를 가능케 하는 배터리팩 타입 배터리 모듈의 구성을 나타낸다.

도시된 바와 같이, 배터리모듈은 다수가 직렬로 연결되도록 적층된 셀(1a,...,1n)들로 배터리팩을 구성한 CMA(1,Cell Module Assembly)와, 상기 셀(1a,...,1n)의 사이로 위치되어 스웰링을 가져오는 온도상승을 검출하고 동시에 스웰링의 진행정도를 알려주는 셀감지기(10)와, 셀감지기(10)의 신호를 받도록 상기 CMA(1)와 전기적으로 연결된 BMS(2,Battery Management System)와, 상기 BMS(2)에 전기적으로 연결된 HCU(3,Hybrid Control Unit)와, 상기 HCU(3)에 전기적으로 연결된 MCU(4,Motor Control Unit)로 구성된다.

여기서, 상기 CMA(1)는 셀 모듈 어셈블리로서 충전 또는 방전을 통해 필요한 전류를 입력받아 출력하고, 배터리팩은 전극에 이어진 배선 라인으로 외부 모듈과 전기적으로 연결되며, 특히 셀감지기(10)는 BMS(2)와 전기적으로 연결된다.

그리고, 상기 BMS(2)는 배터리 제어기로서 배터리 상태를 감시하고 관리하며, 특히 셀감지기(10)에서 전송되는 CMA(1)의 배터리팩의 온도와 더불어 배터리팩 내부의 스웰링 상태를 운전자가 인식할 수 있도록 청각이나 시각적으로 표시하기 위한 신호를 발생하여 준다.

이를 위해, 본 실시예에선 경고음을 위한 부저나 육안식별을 위한 점멸기등이 더 부가되며, 이는 통상적인 구성에 따른다.

또한, 상기 HCU(3)는 차량 제어기로서 차량의 전반적인 구동을 제어하며, 특히 BMS(2)에서 부하제어를 위해 충방전 전류를 끊어주기 위한 신호를 중계하여 준다.

상기 MCU(4)는 모터 제어기로서 구동모터의 작동 전반을 제어하고 HCU(3)에 연계되어 회생제동을 중지시키며, 특히 HCU(3)에서 전송된 충방전 전류를 끊어주기 위한 신호를 입력받아 CMA(1)와 연결을 차단함으로써 더 이상 배터리 방전을 방지하여 준다.

한편, 상기 셀감지기(10)는 셀(1a)과 인접된 다른 셀(1b)사이로 위치되어 조립응력을 형성해주는 셀커버(11)와, 스웰링에 의한 상기 셀커버(11)의 팽창시 접촉신호를 발생하도록 셀(1a)과 인접된 다른 셀(1b)사이로 위치된 한쌍의 제1,2센싱단자(12,13)와, 상기 셀(1a,...,1n)의 사이로 위치되어 상승된 내부의 온도를 검출해 BMS(2)로 전송하는 서모커플(15)로 구성된다.

상기 셀커버(11)는 셀(1a,...,1n)에 충진된 전해액을 담아 외부로 누출되는 현상을 방지하는 파우치를 의미하며, 본 실시예에서는 좌우양쪽으로 부풀려져 팽창되도록 서로 포개진 한쌍의 제1,2셀커버(11a,11b)로 구성된다.

상기 셀커버(11)는 파우치를 의미하며, 셀(1a,...,1n)에 충진된 전해액을 담아 외부로 누출되는 현상을 방지하게 된다.

또한, 상기 한쌍의 제1,2센싱단자(12,13)는 한쪽부위는 각각의 셀(1a,1b)에 부착되고 다른쪽 부위는 각각의 제1,2셀커버(11a,11b)에 부착되어진다.

이로써 스웰링의 진행으로 제1,2셀커버(11a,11b)가 부풀려져 팽창되는 경우, 셀(1b)에 부착된 제1센싱단자(12)의 한쪽부위가 제2셀커버(11b)에 부착된 다른쪽 부위에 접촉되어 전기신호를 발생해 BMS(2)로 송출하고, 또 다른 셀(1a)에 부착된 제2센싱단자(13)의 한쪽부위가 제1셀커버(11a)에 부착된 다른쪽 부위에 접촉되어 전기신호를 발생해 BMS(20로 송출하게 된다.

상기 제1센싱단자(12)와 제2센싱단자(13)는 다양한 방식으로 전기신호를 발생할 수 있지만, 제1실시예에선 서로 접촉된 상태에서 가해지는 소정의 압력으로 전기신호를 발생시켜주는 압전효과소자가 적용된다.

상기 서모커플(15)은 셀(1a,...,1n)의 사이로 위치되되, 셀과 이에 인접된 다른 셀사이의 공간으로 위치되지 않고 한쪽 셀에 접촉되도록 부착된 상태로 설치되며, 셀(1a,...,1n)에 적어도 1개 이상으로 설치되어진다.

그러므로, 제1실시예에 따른 셀감지기(10)는 정확한 온도와 더불어 배터리팩내부의 스웰링진행에 맞는 조기 대응으로 CMA(1)의 안전성을 크게 강화할 수 있는데, 이는 셀커버(11)와 연계되어 작동되는 한쌍의 제1,2센싱단자(12,13)의 작용에 기인된다.

일례로 배터리팩내부에서 스웰링이 진행되면, 이에 대한 반응으로서 제일 먼저 셀커버(110)가 팽창됨으로써 셀커버(110)를 구성하는 한쌍의 제1,2셀커버(11a,11b)의 부풀림이 일어나게 된다.

이에 따라 팽창의 균일화를 가정할 때, 상기 제1,2셀커버(11a,11b)중 제1셀커버(11a)는 인접된 셀(1b)쪽으로 다가가고 제2셀커버(11b)는 인접된 다른 셀(1a)쪽으로 다가가는 움직임을 형성하게 된다.

상기와 같은 제1,2셀커버(11a,11b)의 팽창움직임은 셀(1a,1b)에 접촉된 후에도 계속 진행되어 최종적으로 셀커버(11)의 강한 조립응력을 초과함으로써, 결국 스웰링의 진행이 셀커버(11)의 찢김으로 발전될 수밖에 없게 된다.

하지만, 제1실시예에 따른 셀감지기(10)는 제1,2셀커버(11a,11b)와 셀(1a,1b)사이에 접촉이 발생되기 전 한쌍의 센싱단자(12,13)와 먼저 접촉(A)될 수밖에 없고, 이는 한쌍의 센싱단자(12,13)의 작동이 일어남을 의미한다.

즉, 상기 한쌍의 센싱단자(12,13)중 제1셀커버(11a)와 이에 인접한 셀(1b)사이로 위치된 제1센싱단자(12)는 제1셀커버(11a)에 부착된 부위와 셀(1b)에 부착된 부위를 통해 제1셀커버(11a)와 셀(1b)의 접촉 전 먼저 접촉(A)되고, 이러한 접촉(A)상태에서 상기 제1센싱단자(12)는 지속적으로 부풀려지는 제1셀커버(11a)가 가하는 압력을 받게됨으로써 압전효과로 인한 전기신호를 BMS(2)으로 송출하여 준다.

이때, 상기 제1센싱단자(12)에서 발생되는 전기신호크기는 제1셀커버(11a)가 가하는 압력크기에 따라 변화되고, 이러한 특성은 셀커버(11)의 팽창정도에 대한 척도로 작용하므로 결국 배터리팩 내부의 스웰링상태에 대한 위험정도를 판단하는 인자(Factor)로 작용할 수 있게 된다.

상기와 같이 제1센싱단자(12)로부터 송출된 전기신호를 받은 BMS(2)은 전기신호크기로 배터리팩 내부의 스웰링정도를 파악하고, 이를 운전자에게 시각이나 청각으로 알려줌으로써 운전자는 CMA(1)의 현재 상태를 정확히 파악할 수 있게 된다.

이때, BMS(2)은 전기신호크기에 따라 경고와 위험 및 중단과 같은 등급으로 분류하여 배터리팩 내부의 스웰링정도를 알려줄 수 있고, 이를 표시하거나 알려주기 위한 통상적인 전기회로를 더 구성할 수 있다.

한편, 상기와 같은 기능은 상기 한쌍의 센싱단자(12,13)중 제2셀커버(11b)와 이에 인접한 셀(1a)사이로 위치된 제2센싱단자(13)를 통해서도 동일하게 구현될 수 있는데, 이는 전술된 제1센싱단자(12)의 경우와 동일하므로 상세설명은 생략한다.

상기와 같이 제1실시예에 따른 셀감지기(10)는 한쌍의 제1,2센싱단자(12,13)를 이용해 스웰링으로 부풀려지는 셀커버(11)의 과도한 팽창을 조기에 감지함으로써 셀커버(11)의 찢김을 예방하고, 또한 셀(1a,...,1n)사이에 적어도 1개 이상으로 설치된 서모커플(15)을 이용해 셀에 직접 접촉된 상태로 온도가 측정됨으로써 셀(1a,...,1n)의 내부온도가 실제적인 온도에 일치되는 온도값을 얻을 수 있게 된다.

이에 따라, 제1실시예에 따른 셀감지기(10)를 적용한 CMA(1)에서는 스웰링으로 인한 배터리팩의 폭발과 같은 위험상황을 전혀 발생하지 않음으로써, CMA(1)는 물론 이를 적용한 배터리모듈에 대한 안정성과 신뢰성을 크게 강화시킬 수 있게 된다.

한편, 도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 스웰링 조기 감지를 가능케 하는 배터리팩 타입 배터리 모듈의 구성을 나타낸다.

도시된 바와 같이, 배터리모듈은 제1실시예와 동일한 구성요소로 이루어지지만, CMA(1)의 배터리팩에 대한 스웰링을 가져오는 온도상승을 검출하고 동시에 스웰링의 진행정도를 알려주는 셀감지기(20)의 구성에서 다소 차이가 있음을 알 수 있다.

이는, 제2실시예에 따른 셀감지기(20)에서는 셀(1a,...,1n)의 내부온도의 정확성에 비해 스웰링에 의한 셀커버(21)의 손상차단을 위해 셀커버(21)에 더 중점을 둠을 의미한다.

구체적으로, 제2실시예에 따른 셀감지기(20)도 제1실시예에 따른 셀감지기(10)와 동일하게 좌우양쪽으로 부풀려져 팽창되도록 서로 포개진 한쌍의 제1ㅇ2셀커버(21a,21b)로 이루어진 셀커버(21)와 함께 셀커버(21)의 팽창에 따른 전기신호를 발생하는 한쌍의 센싱단자(22,23)를 갖추고, 또한 셀(1a,...,1n)의 사이로 위치되어 상승된 내부의 온도를 검출해 BMS(2)로 전송하는 서모커플(25)도 함께 갖춘다.

상기 셀커버(21)는 파우치를 의미하며, 셀(1a,...,1n)에 충진된 전해액을 담아 외부로 누출되는 현상을 방지하게 된다.

다만, 상기 서모커플(25)의 경우 제1실시예에선 셀(1a,...,1n)중 위치된 셀에 접촉되도록 부착된 상태였던 것과 달리, 셀과 이에 인접된 다른 셀사이의 공간으로 위치되도록 설치된 점에서 만 차이가 있게 된다.

이로 인해, 제2실시예에 따른 서모커플(25)에서 측정되는 셀(1a,...,1n)의 내부온도가 제1실시예에 따른 서모커플(15)의 정확성에 비해 다소 떨어지게 된다.

하지만, 제1실시예와 제2실시예를 통해 구현되는 CMA(1)의 강화된 안정성에는 서모커플로 인한 측정온도차가 거의 영향을 끼치지 못하게 된다.

이는, 제2실시예에 따른 셀감지기(20)도 제1실시예에 따른 셀감지기(10)와 마찬가지로 한쌍의 센싱단자(22,23)를 통하여 셀커버(21)의 팽창에 따른 위험이 조기에 감지함으로써 CMA(1)의 안정성을 강화할 수 있음에 기인되어진다.

그러므로, 제1실시예에 따른 셀감지기(10)를 적용한 CMA(1)와 마찬가지로 제2실시예에 따른 셀감지기(20)를 적용한 CMA(1)에서도 스웰링으로 인한 배터리팩의 폭발과 같은 위험상황을 전혀 발생하지 않음으로써, CMA(1)는 물론 이를 적용한 배터리모듈에 대한 안정성과 신뢰성을 크게 강화시킬 수 있게 된다.

한편, 도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 스웰링 조기 감지를 가능케 하는 배터리팩 타입 배터리 모듈의 구성을 나타낸다.

도시된 바와 같이, 배터리모듈은 제1실시예 및 제2실시예와 동일한 구성요소로 이루어지지만, CMA(1)의 배터리팩에 대한 스웰링을 가져오는 온도상승을 검출하고 동시에 스웰링의 진행정도를 알려주는 셀감지기(30)의 구성에서 다소 차이가 있음을 알 수 있다.

이는, 제3실시예에 따른 셀감지기(30)에서는 셀커버(31)의 손상차단을 위해 셀커버(31)에 더 중점을 두기 보단 셀(1a,...,1n)의 내부온도를 실제온도에 맞는 정확성을 이용함으로써 스웰링현상을 조기에 예방하는데 더 중점을 둠을 의미한다.

구체적으로, 제3실시예에 따른 셀감지기(30)는 제1실시예 및 제2실시예에 따른 셀감지기(10,20)와 달리 셀(1a)과 이에 인접된 다른 셀(1b)사이로 위치되어 조립응력을 형성해주는 셀커버(31)를 갖추고, 하나의 셀과 이에 인접된 다른 셀사이의 공간으로 위치되지 않고 한쪽 셀에 접촉되도록 부착된 상태로 설치되어진 적어도 1개 이상의 서모커플(35)로 구성된다.

상기 셀커버(31)는 파우치를 의미하며, 셀(1a,...,1n)에 충진된 전해액을 담아 외부로 누출되는 현상을 방지하게 된다.

상기와 같이 제3실시예에 따른 셀감지기(30)에서는 셀(1a,...,1n)의 내부온도상승에 따른 스웰링으로 셀커버(31)가 인접된 셀(1b)부위로 접촉(W)될 정도로 팽창됨에도 이를 전혀 감지할 수 없고, 이로 인해 셀커버(31)의 팽창력이 더욱 증대하더라도 셀커버(31)의 강한 조립응력이 이를 견디게 함으로써 결국 셀커버(31)의 찢김을 가져올 수 있는 위험성이 있을 수밖에 없다.

하지만, 제3실시예에 따른 셀감지기(30)는 서모커플(35)을 통해 실제적인 셀(1a,...,1n)의 내부온도를 거의 정확하게 검출하고, 검출된 온도의 정확성을 이용해 배터리팩의 내부에서 발생된 스웰링의 진행상태를 정확히 예측 및 판단함으로써 셀커버(31)의 찢김을 가져오는 위험상황이 방지될 수 있게 된다.

그러므로, 제1실시예와 제2실시예에 따른 셀감지기(10,20)를 적용한 CMA(1)와 마찬가지로 제3실시예에 따른 셀감지기(30)를 적용한 CMA(1)에서도 스웰링으로 인한 배터리팩의 폭발과 같은 위험상황을 전혀 발생하지 않음으로써, CMA(1)는 물론 이를 적용한 배터리모듈에 대한 안정성과 신뢰성을 크게 강화시킬 수 있게 된다.

1 : CMA(Cell Module Assembly) 1a,...,1n : 셀
2 : BMS(Battery Management System))
3 : HCU(Hybrid Control Unit) 4 : MCU(Motor Control Unit)
10,20,30 : 셀감지기 11,21,31 : 셀커버
11a,11b,21a,21b,31a,31b : 제1,2셀커버
12,13,22,23,32,33 : 제1,2센싱단자
15,25,35 : 서모커플
A,B : 접촉신호 W : 접촉

Claims (11)

1. 서로 이격되어 직렬로 적층된 다수의 셀들을 전해액과 함께 감싸고, 상기 셀의 반복적인 충전과 방전에 따른 열로 인한 스웰링(Swelling)으로 팽창되는 셀커버와;
   팽창되는 상기 셀커버가 상기 셀들중 하나의 셀에 접촉되기전 먼저 접촉되고, 접촉상태에서 상기 셀커버에 의해 가해지는 압력으로 BMS(Battery Management System)으로 전송되는 전기신호가 발생되는 센싱단자와;
   상기 셀들사이에 위치하며 상기 BMS으로 상기 셀들 내부의 온도를 검출해 전송하는 적어도 1개 이상의 서모커플;을 포함해 구성되고,
   상기 셀커버는 상기 셀들중 1개의 셀과 인접 셀사이에 위치하여 스웰링으로 벌어지면서 팽창되는 한 쌍의 제1,2셀커버로 구성되고, 상기 센싱단자는 상기 제1셀커버에 인접된 셀사이에 위치된 제1 센싱단자 및 상기 제2셀커버에 인접된 다른 셀사이에 위치된 제2 센싱단자로 구성되며, 상기 서모커플은 상기 셀들 중 상기 셀커버가 위치되지 않은 셀에 위치되며;
   상기 제1센싱단자와 상기 제2센싱단자는 한쪽부위를 상기 셀과 상기 인접 셀의 각각에 부착시키면서 다른쪽 부위를 상기 제1셀커버와 상기 제2셀커버의 각각에 부착시키고, 상기 서모커플은 상기 셀커버가 위치되지 않은 셀에 접촉되도록 직접적으로 부착된 것을 특징으로 하는 배터리팩.
   
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3. 청구항 1에 있어서, 상기 서모커플은 상기 셀들중 상기 셀커버가 위치되지 않은 셀에 인접된 다른 셀사이의 공간으로 위치된 것을 특징으로 하는 배터리팩.
   
4. 청구항 1에 있어서, 상기 제1센싱단자는 한쪽부위를 상기 제1셀커버에 부착하고 다른쪽 부위를 팽창시 상기 제1셀커버가 접촉되는 셀에 부착하여 구성되고,
   상기 제2센싱단자는 한쪽부위를 상기 제2셀커버에 부착하고 다른쪽 부위를 팽창시 상기 제2셀커버가 접촉되는 셀에 부착하여 구성된 것을 특징으로 하는 배터리팩.
   
5. 청구항 4에 있어서, 상기 제1센싱단자와 상기 제2센싱단자는 압전소자인 것을 특징으로 하는 배터리팩.
   
6. 청구항 1에 있어서, 상기 셀커버는 상기 셀들중 1개의 셀에 인접된 다른 셀사이에 위치되어 스웰링에 의한 팽창시 한쪽 셀부위로 만 접촉되도록 구성되며;
   상기 서모커플의 부착은 상기 셀들중 상기 셀커버가 위치되지 않은 셀에 밀착되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리팩.
   
7. 청구항 1 및 청구항 3 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 의한 배터리팩과;
   상기 배터리팩이 다수로 구비된 CMA(Cell Module Assembly)와;
   상기 배터리팩에 구비된 센싱단자와 상기 서모커플의 신호를 입력받아 시각이나 청각으로 상기 배터리팩의 스웰링 상태를 알려주도록 상기 CMA에 전기적으로 연결된 BMS(Battery Management System)와;
   차량의 전반적인 구동을 제어하며, 상기 BMS에서 부하제어를 위해 충방전 전류를 끊어주기 위한 신호를 중계하도록 전기적으로 연결된 HCU(Hybrid Control Unit)와;
   구동모터의 작동 전반을 제어하고, 전기적으로 연결된 상기 HCU에서 전송된 충방전 전류를 끊어주기 위한 신호를 입력받아 상기 CMA와 연결을 차단하는 MCU(Motor Control Unit);
   를 포함해 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
   
8. 청구항 7에 있어서, 상기 센싱단자는 상기 배터리팩의 셀커버로부터 가해지는 압력으로 전기신호를 발생하는 압전소자이고,
   상기 서모커플은 상기 배터리팩의 셀들중 상기 셀커버가 위치되지 않은 셀에 밀착되도록 부착된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
   
9. 청구항 8에 있어서, 상기 서모커플은 상기 셀들중 상기 셀커버가 위치되지 않은 셀에 인접된 다른 셀사이의 공간으로 위치된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
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