KR20120136826A - 배터리 과충전 방지 장치 - Google Patents

배터리 과충전 방지 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배터리 과충전 방지 장치에 관한 것이다. 상기 장치는 다수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈, 상기 배터리 모듈의 일 측에 연결되고, 전압 센서를 포함하는 배터리 제어부, 상기 배터리 모듈과 유격을 두고 배치되고, 전도체로 구성된 마운팅 프레임, 및 상기 마운팅 프레임의 일 측에 연결되어, 상기 마운팅 프레임을 접지시키는 접지부를 포함하고, 상기 배터리 제어부는 상기 전압 센서가 로우(low)로 센싱한 경우, 과충전이 발생한 것으로 판단한다.

Description

배터리 과충전 방지 장치{APPARATUS FOR PREVENTING FROM OVER-CHARGING BATTERY}
본 발명은 배터리 과충전 방지 장치에 관한 것이며, 보다 상세하게는 배터리 모듈에서 과충전으로 인한 스웰링(swelling)이 일어나더라도 배터리가 파손되거나 더 큰 피해가 발생되기 전에 과충전을 방지시키는 장치에 관한 것이다.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다.
또한, 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력원으로서도 주목받고 있다.
소형 모바일 기기에서는 디바이스 1 대당 하나 또는 두서너 개의 배터리 셀들이 사용됨에 반하여, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에서는 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 단위전지로서 다수의 배터리 셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지팩이 사용된다.
중대형 전지팩은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 적층될수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 전지팩의 배터리 셀로서 주로 사용되고 있다. 그 중에서도, 중량이 작고 전해액의 누액 가능성이 적으며 제조비가 저렴한 파우치형 전지가 특히 많은 관심을 모으고 있다.
중대형 전지팩의 단위전지(배터리 셀)로는 니켈-수소 이차전지가 많이 사용되어 왔으나, 최근에는 소형 전지팩에서와 마찬가지로 용량 대비 고출력을 제공하는 리튬 이차전지가 많이 연구되고 있으며, 일부는 상용화 단계에 있다.
그러나, 리튬 이차전지는 근본적으로 안전성이 낮다는 문제점을 가지고 있다. 특히, 파우치형 전지는 앞서 설명한 바와 같은 다양한 장점으로 인해 중대형 전지팩의 단위전지로서 유력한 후보이지만, 전지케이스의 기계적 강성이 낮고 밀봉부가 분리되었을 때 전해액 등 발화성 물질이 누설되어 화재의 위험성이 높은 문제점을 가지고 있다. 고출력 대용량을 목적으로 다수의 단위전지들이 전기적으로 연결되어 있는 중대형 전지팩에서 상기와 같은 발화는 안전성을 저해하는 매우 심각한 위험 요소이다.
더욱이, 파우치를 이용한 리튬 폴리머 전지는 전해액이 모두 일체화된 셀 내부에 주입되어 있기 때문에 각 셀이 과충전되면 전압이 상승하게 되고 과열로 인해 셀 내부의 전해액이 분해되어 가연성 가스가 셀 내부적으로 발생하게 되며 파우치 자체가 부풀어 오르는 스웰링(swelling)현상이 발생하게 된다. 또한 양극과 음극 사이의 분리막이 용융하여 양극과 음극이 단락되어 발화되므로 차량의 안전성을 확보할 수 없다는 문제점을 가지고 있다.
이러한 문제점에서 착안하여 도 1에 도시한 바와 같이, 배터리의 과충전으로 인한 배터리 셀의 스웰링(swelling) 현상이 발생하는 경우, 배터리 셀의 커버가 변형되게 하여 배터리의 전원을 차단하여 과충전을 방지하는 기술이 최근에 등장하였다. 그러나, 이러한 방식은 과충전을 방지하는 역할을 할 수 있을지 몰라도, 이로 인해 단자 부분이 파단이 되어 고가인 배터리팩은 더이상 사용이 불가능한 상태가 되거나, 2차적인 부품 파손을 가져올 수 있으며, 더욱이 스웰링 현상 중 발생하는 유해가스는 소비자에게 안전상의 문제를 가져올 수 있는 문제점이 존재한다.
본 발명은 상기 언급된 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 배터리의 과충전으로 인한 스웰링 현상이 발생하더라도 배터리 셀의 스웰링을 최소화함과 동시에 배터리팩의 손상을 방지하고, 더 나아가 스웰링 현상을 최소화함으로써 유해가스의 배출을 방지하는 것을 그 과제로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 배터리 과충전 방지 장치는,
다수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈;
상기 배터리 모듈의 일 측에 연결되고, 전압 센서를 포함하는 배터리 제어부;
상기 배터리 모듈과 유격을 두고 배치되고, 전도체로 구성된 마운팅 프레임; 및
상기 마운팅 프레임의 일 측에 연결되어, 상기 마운팅 프레임을 접지시키는 접지부를 포함하고,
상기 배터리 제어부는,
상기 전압 센서가 로우(low)로 센싱한 경우, 과충전이 발생한 것으로 판단한다.
바람직하게는,
상기 전압 센서는,
상기 배터리 모듈이 정상 동작 중인 경우 하이(high)로 센싱하고,
상기 배터리 모듈이 과충전으로 인해 스웰링(swelling)됨으로써 상기 배터리 모듈과 상기 마운팅 프레임이 접촉되는 경우 로우로 센싱한다.
바람직하게는,
상기 배터리 모듈은 상기 마운팅 프레임에 대향하는 측에 전도체 패널을 포함한다.
바람직하게는,
상기 배터리 제어부는,
상기 전압 센서가 과충전이 발생한 것으로 판단한 경우, 경고등을 점등시킨다.
바람직하게는,
상기 배터리 제어부는,
상기 전압 센서가 과충전이 발생한 것으로 판단한 경우, 상기 배터리 모듈의 충전을 중단시킨다.
본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 과충전 방지 장치는,
다수의 배터리 셀을 포함하는 제 1 배터리 모듈;
다수의 배터리 셀을 포함하고, 상기 제 1 배터리 모듈과 유격을 두고 배치되는 제 2 배터리 모듈;
상기 제 1 배터리 모듈의 일 측에 연결되고, 전압 센서를 포함하는 배터리 제어부; 및
상기 제 2 배터리 모듈의 일 측에 연결되고, 상기 제 2 배터리 모듈을 접지시키는 접지부를 포함하고,
상기 배터리 제어부는,
상기 전압 센서가 로우(low)로 센싱한 경우, 과충전이 발생한 것으로 판단한다.
바람직하게는,
상기 전압 센서는,
상기 제 1 배터리 모듈 및 제 2 배터리 모듈이 정상 동작 중인 경우 하이(high)로 센싱하고,
상기 제 1 배터리 모듈과 제 2 배터리 모듈 중 적어도 어느 하나가 과충전으로 인해 스웰링(swelling)됨으로써 상기 제 1 배터리 모듈과 상기 제 2 배터리 모듈이 접촉되는 경우 로우로 센싱한다.
바람직하게는,
상기 제 1 배터리 모듈과 제 2 배터리 모듈은 각각 서로 대향하는 측에 전도체 패널을 포함한다.
바람직하게는,
상기 배터리 제어부는,
상기 전압 센서가 과충전이 발생한 것으로 판단한 경우, 경고등을 점등시킨다.
바람직하게는,
상기 배터리 제어부는,
상기 전압 센서가 과충전이 발생한 것으로 판단한 경우, 상기 제 1 배터리 모듈과 제 2 배터리 모듈의 충전을 중단시킨다.
본 발명에 따르면, 배터리의 과충전으로 인한 스웰링 현상이 발생하더라도 배터리 셀의 스웰링을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 배터리의 과충전이 일어나더라도 배터리팩의 손상을 최소화하면서도 과충전을 중단시킬 수 있다.
아울러, 본 발명에 따르면 과충전으로 인한 스웰링 현상을 최소화함으로써 유해가스의 배출을 방지할 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 배터리 과충전 방지 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 과충전 방지 장치의 구조도이다.
도 3은 도 3은 도 2의 실시예에 따른 배터리 과충전 방지 장치의 회로도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 과충전 방지 장치의 구조도이다.
도 5는 도 4의 실시예에 따른 배터리 과충전 방지 장치의 회로도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 과충전 방지 장치의 구조도이고, 도 3은 도 2의 실시예에 따른 배터리 과충전 방지 장치의 회로도이다.
도 2에 도시된 실시예는 1개의 배터리 모듈(10)로 구성된 배터리 과충전 방지 장치로서, 배터리 모듈(10)은 다수의 배터리 셀을 포함한다.
마운팅 프레임(20)은 도시된 바와 같이 배터리 모듈(10)과 유격을 두고 배치된다. 마운팅 프레임(20)은 전도체로 구성되며, 배터리 모듈(10)을 전기적으로 접촉시키지 않은 채로 배터리 모듈(10)을 고정시키는 일 요소로서 동작한다.
배터리 제어부(30)는 배터리 모듈(10)의 일 측에 연결되며, 배터리의 충전, 방전 등을 포함하는 배터리를 제어하는 역할을 한다. 한편, 본 발명에서 배터리 제어부(30)는 내부에 전압 센서(도시되지 않음)를 포함함으로써, 전압을 센싱하는 역할을 한다.
접지부(40)는 마운팅 프레임(20)의 일 측에 연결되어, 마운팅 프레임(20)을 0V로 접지시키는 역할을 한다.
바람직하게는, 배터리 모듈(10)은 마운팅 프레임(20)에 대향하는 측에 전기적으로 도체인 전도체 패널을 포함함으로써, 스웰링(swelling)으로 인한 마운팅 프레임(20)과의 접촉시 전기적 접촉이 이루어지도록 한다. 여기서 전기적 접촉(electrical contact)이란, 두 물체가 만나 서로 간에 전류가 흐를 수 있는 접촉을 의미한다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 배터리 모듈(10)이 정상적으로 동작하는 경우, 배터리 제어부(30)의 전압 센서는 "하이(high)"로 센싱하게 된다. 그런데 배터리(10)에서 과충전으로 인해 스웰링이 발생하는 경우 외부로 부풀어오르게 되고, 이 경우 마운팅 프레임(20)에 접촉하게 되며, 이 경우 접지부(40)로 인해 배터리 제어부(30)의 전압 센서는 "로우(low)"로 센싱하게 된다.
배터리 제어부(30)는 "로우"로 센싱이 된 경우, 과충전이 발생한 것으로 판단하게 되며, 이에 따라 경고등을 점등시키거나 배터리 모듈(10)의 충전을 중단시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 과충전 방지 장치의 구조도이고, 도 5는 도 4의 실시예에 따른 배터리 과충전 방지 장치의 회로도이다.
도 4에 도시된 실시예는 2개의 배터리 모듈(제 1 배터리 모듈(10a), 제 2 배터리 모듈(10b))로 구성된 배터리 과충전 방지 장치로서, 배터리 모듈(10a, 10b)은 각각 다수의 배터리 셀을 포함한다.
제 2 배터리 모듈(10b)은 제 1 배터리 모듈(10a)과 유격을 두고 배치된다.
배터리 제어부(30)는 제 1 배터리 모듈(10a)의 일 측에 연결되며, 배터리의 충전, 방전 등을 포함하는 배터리를 제어하는 역할을 한다. 한편, 본 발명에서 배터리 제어부(30)는 내부에 전압 센서(도시되지 않음)를 포함함으로써, 전압을 센싱하는 역할을 한다.
접지부(40)는 제 2 배터리 모듈(10b)의 일 측에 연결되어, 제 2 배터리 모듈(10b)을 0V로 접지시키는 역할을 한다.
바람직하게는, 제 1 배터리 모듈(10a)과 제 2 배터리 모듈(10b)은 각각 서로 대향하는 측에 전기적으로 도체인 전도체 패널을 포함함으로써, 스웰링(swelling)이 발생하는 경우 서로 전기적 접촉이 이루어지도록 한다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 배터리 모듈(10a, 10b)이 정상적으로 동작하는 경우, 배터리 제어부(30)의 전압 센서는 "하이(high)"로 센싱하게 된다. 그런데 제 1 배터리(10a)과 제 2 배터리 모듈(10b) 중 적어도 어느 하나에서 과충전으로 인해 스웰링이 발생하는 경우 외부로 부풀어오르게 되고, 이 경우 2개의 배터리 모듈(10a, 10b)은 서로 접촉하게 되며 접촉하게 되며, 이 경우 접지부(40)로 인해 배터리 제어부(30)의 전압 센서는 "로우(low)"로 센싱하게 된다.
배터리 제어부(30)는 "로우"로 센싱이 된 경우, 과충전이 발생한 것으로 판단하게 되며, 이에 따라 경고등을 점등시키거나 배터리 모듈(10a, 10b)의 충전을 중단시킬 수 있다.

Claims (10)

  1. 다수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈;
    상기 배터리 모듈의 일 측에 연결되고, 전압 센서를 포함하는 배터리 제어부;
    상기 배터리 모듈과 유격을 두고 배치되고, 전도체로 구성된 마운팅 프레임; 및
    상기 마운팅 프레임의 일 측에 연결되어, 상기 마운팅 프레임을 접지시키는 접지부를 포함하고,
    상기 배터리 제어부는,
    상기 전압 센서가 로우(low)로 센싱한 경우, 과충전이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 배터리 과충전 방지 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전압 센서는,
    상기 배터리 모듈이 정상 동작 중인 경우 하이(high)로 센싱하고,
    상기 배터리 모듈이 과충전으로 인해 스웰링(swelling)됨으로써 상기 배터리 모듈과 상기 마운팅 프레임이 접촉되는 경우 로우로 센싱하는 것을 특징으로 하는 배터리 과충전 방지 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리 모듈은 상기 마운팅 프레임에 대향하는 측에 전도체 패널을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 과충전 방지 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리 제어부는,
    상기 전압 센서가 과충전이 발생한 것으로 판단한 경우, 경고등을 점등시키는 것을 특징으로 하는 배터리 과충전 방지 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리 제어부는,
    상기 전압 센서가 과충전이 발생한 것으로 판단한 경우, 상기 배터리 모듈의 충전을 중단시키는 것을 특징으로 하는 배터리 과충전 방지 장치.
  6. 다수의 배터리 셀을 포함하는 제 1 배터리 모듈;
    다수의 배터리 셀을 포함하고, 상기 제 1 배터리 모듈과 유격을 두고 배치되는 제 2 배터리 모듈;
    상기 제 1 배터리 모듈의 일 측에 연결되고, 전압 센서를 포함하는 배터리 제어부; 및
    상기 제 2 배터리 모듈의 일 측에 연결되고, 상기 제 2 배터리 모듈을 접지시키는 접지부를 포함하고,
    상기 배터리 제어부는,
    상기 전압 센서가 로우(low)로 센싱한 경우, 과충전이 발생한 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 배터리 과충전 방지 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 전압 센서는,
    상기 제 1 배터리 모듈 및 제 2 배터리 모듈이 정상 동작 중인 경우 하이(high)로 센싱하고,
    상기 제 1 배터리 모듈과 제 2 배터리 모듈 중 적어도 어느 하나가 과충전으로 인해 스웰링(swelling)됨으로써 상기 제 1 배터리 모듈과 상기 제 2 배터리 모듈이 접촉되는 경우 로우로 센싱하는 것을 특징으로 하는 배터리 과충전 방지 장치.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 제 1 배터리 모듈과 제 2 배터리 모듈은 각각 서로 대향하는 측에 전도체 패널을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 과충전 방지 장치.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 배터리 제어부는,
    상기 전압 센서가 과충전이 발생한 것으로 판단한 경우, 경고등을 점등시키는 것을 특징으로 하는 배터리 과충전 방지 장치.
  10. 청구항 6에 있어서,
    상기 배터리 제어부는,
    상기 전압 센서가 과충전이 발생한 것으로 판단한 경우, 상기 제 1 배터리 모듈과 제 2 배터리 모듈의 충전을 중단시키는 것을 특징으로 하는 배터리 과충전 방지 장치.
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