KR20130034282A - 배터리 셀 및 배터리 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전극체의 일측으로 양극탭 및 음극탭이 돌출 형성되는 전지 셀, 상기 전지 셀의 양극탭 및 음극탭이 외부로 인출되도록 상기 전극체를 감싸 밀봉하는 파우치 및 상기 파우치의 내부에 구비되며 연결되는 센싱라인이 상기 파우치의 외부로 인출되도록 형성되는 온도센서를 포함하여 이루어져, 상기 파우치 내부에 구성되는 상기 전극체의 온도를 정확하게 측정할 수 있도록 하는 온도센서가 내장된 배터리 셀에 관한 것이다.

Description

온도센서가 내장된 배터리 셀 {Battery cell having temperature sensor}
본 발명은 전극체의 일측으로 양극탭 및 음극탭이 돌출 형성되는 전지 셀, 상기 전지 셀의 양극탭 및 음극탭이 외부로 인출되도록 상기 전극체를 감싸 밀봉하는 파우치 및 상기 파우치의 내부에 구비되며 연결되는 센싱라인이 상기 파우치의 외부로 인출되도록 형성되는 온도센서를 포함하여 이루어져, 상기 파우치 내부에 구성되는 상기 전극체의 온도를 정확하게 측정할 수 있도록 하는 온도센서가 내장된 배터리 셀에 관한 것이다.
일반적으로, 이차전지는 일차전지와는 달리 충전 및 방전이 가능하여 디지털 카메라, 휴대폰, 노트북, 하이브리드카와 같은 다양한 분야에 적용되며 활발한 연구가 진행중이다. 이차전지로는 니켈-카드뮴 전지, 니켈-메탈 하이드라이드 전지, 니켈-수소 전지, 리튬 이차전지를 들 수 있다.
이러한 이차전지 중에서도 높은 에너지 밀도와 방전 전압을 가진 리튬 이차전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있고 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.
리튬 이차전지는 다양한 형태로 제조가능한데, 대표적인 형상으로는 리튬 이온 전지에 주로 사용되는 원통형(cylinder type) 및 각형(prismatic type)을 들 수 있으며, 최근 들어 각광받는 리튬 폴리머 전지는 유연성을 지닌 파우치형(pouched type)으로 제조되어서, 그 형상이 비교적 자유롭다.
그런데 이러한 이차 전지는 충,방전이 반복되면서 전지 셀 내부의 온도가 상승되어 배터리 셀의 열화가 발생하여 수명이 단축되거나, 또는 파우치 내부에서 가스가 발생하여 부풀어 오르는 스웰링 현상 등으로 인해 폭발 및 발화의 위험성이 존재한다.
그러므로 이러한 문제점들을 해결하기 위해 전지 셀의 온도를 측정하고 이에 따라 충전 및 방전 전류를 제어하는 다양한 기술들이 개발되어 있다.
이러한 종래의 기술의 일례로 도 1과 같이 배터리에 의해 구동되는 기기에 장착될 배터리 모듈(10)상에 최적의 조건설정을 위하여 가변하면서 충ㅇ방전을 할 수 있도록 제어수단(40)은 충ㅇ방전 제어수단(30)에 제어신호를 인가하여 배터리 모듈(10)에 충전 조건을 전류 또는 전압을 이용하여 충전되게 하되, 발란싱수단(50)을 통해 배터리 모듈(10)의 최적충전조건 설정으로 발란싱 동작을 수행한 후, 센싱수단(40)과 온도 측정수단(20)을 통해 제어수단(40)에 충ㅇ방전 신호값을 전송하여 최적의 상태로 배터리 모듈(10)의 각각의 배터리 셀(11)에 충ㅇ방전이 이루어질 수 있도록 한 배터리 셀 발란싱 기능을 가진 충ㅇ방전 제어장치가 개시되어 있다.
이는 상기 온도 측정수단(20)이 배터리 모듈(10)의 각 배터리 셀(11)의 표면에 부착된 온도센서(미도시)에 연결되어, 배터리 모듈(10)이 충,방전될 때 각 배터리 셀(11)의 상승하는 온도를 감지하여 기 설정된 온도를 초과시, 상기 정보를 제어수단으로 전송하여 충전 또는 방전을 제어하도록 구성되어 있다.
그런데 이때 상기 온도센서가 배터리 셀의 표면에 부착되므로 실제로 열이 발생하는 전극체를 감싸고 있는 케이스 또는 파우치의 외부에서는 상기 배터리 셀의 전극체의 정확한 온도를 측정하기 어려워 배터리 셀의 열화가 발생하고 수명이 단축되는 문제점이 있다.
KR 10-0680854 B1 (2007.02.02.) 도2
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 전극체의 일측으로 양극탭 및 음극탭이 돌출 형성되는 전지 셀; 상기 전지 셀의 양극탭 및 음극탭이 외부로 인출되도록 상기 전극체를 감싸 밀봉하는 파우치; 및 상기 파우치의 내부에 구비되며, 연결되는 센싱라인이 상기 파우치의 외부로 인출되도록 형성되는 온도센서; 를 포함하여 이루어져, 상기 파우치 내부에 구성되는 상기 전극체의 온도를 정확하게 측정할 수 있도록 하는 온도센서가 내장된 배터리 셀을 제공하는 것이다.
또한, 상기 온도센서의 센싱라인은 배터리 관리 시스템(BMS)에 연결되어, 상기 온도센서에서 측정되는 온도에 따라 상기 전지 셀의 충전 전류가 제어되도록 하여 전지 셀의 과충전 및 과방전을 방지할 수 있는 온도센서가 내장된 배터리 셀을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 온도센서가 내장된 배터리 셀은, 전극체의 일측으로 양극탭 및 음극탭이 돌출 형성되는 전지 셀; 상기 전지 셀의 양극탭 및 음극탭이 외부로 인출되도록 상기 전극체를 감싸 밀봉하는 파우치; 및 상기 파우치의 내부에 구비되며, 연결되는 센싱라인이 상기 파우치의 외부로 인출되도록 형성되는 온도센서; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 온도센서의 센싱라인은 배터리 관리 시스템(BMS)에 연결되어, 상기 온도센서에서 측정되는 온도에 따라 상기 전지 셀의 충전 전류가 제어되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 온도센서가 내장된 배터리 셀은, 파우치의 내부에 온도센서가 구비되므로 전지 셀의 충방전에 의해 발생하는 전지 셀의 온도 변화를 정확하게 측정할 수 있으며, 상기 온도센서의 센싱라인이 배터리 관리 시스템(BMS)에 연결되어, 상기 온도센서에서 측정되는 온도에 따라 상기 전지 셀의 충전 전류가 제어되도록 함으로써, 전지 셀의 과충전 및 과방전을 방지할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 배터리 셀의 충,방전 제어장치를 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명의 온도센서가 내장된 배터리 셀을 나타낸 사시도.
도 3은 도 2의 단면도.
도 4 및 도 5는 본 발명의 배터리 셀이 적층 구성되는 배터리 모듈을 나타낸 분해 사시도 및 조립 사시도.
이하, 상기한 바와 같은 본 발명의 온도센서가 내장된 배터리 셀을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 온도센서가 내장된 배터리 셀을 나타낸 사시도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 온도센서가 내장된 배터리 셀은(1000), 전극체(110)의 일측으로 양극탭(121) 및 음극탭(122)이 돌출 형성되는 전지 셀(100); 상기 전지 셀(100)의 양극탭(121) 및 음극탭(122)이 외부로 인출되도록 상기 전극체(110)를 감싸 밀봉하는 파우치(200); 및 상기 파우치(200)의 내부에 구비되며, 연결되는 센싱라인(310)이 상기 파우치의 외부로 인출되도록 형성되는 온도센서(300); 를 포함하여 이루어진다.
우선, 상기 전지 셀(100)은 전기를 충전 또는 방전할 수 있는 부분으로 양극판, 음극판, 분리막 및 전해질 등으로 이루어지는 전극체(110)의 양극판과 음극판에 연결되도록 일측으로 양극탭(121) 및 음극탭(122)이 돌출 형성된다.
그리고 상기 전지 셀(100)은 상기 파우치(200)에 의해 밀봉되도록, 상기 파우치(200)가 상기 전지 셀(100)의 외면을 둘러싸는 형태로 형성된다.
이때, 상기 파우치(200)는 상기 전극체(110)의 일측으로 연장 형성되는 전극탭(120)이 상기 파우치(200)의 외부로 인출되도록 형성된다.
즉, 상기 전지 셀(100)은 상기 전극체(110)에 그 일측으로 양극탭(121) 및 음극탭(122)이 연장 형성되어 이루어지며, 상기 파우치(200)가 상기 양극탭(121)과 음극탭(122)을 제외한 상기 전극체(110)만을 밀봉하도록 감싸는 형태로 이루어진다.
또한, 상기 파우치(200)는 상기 전극체(110)를 밀봉하도록 형성되는데, 상기 파우치(200) 내부에 상기 전지 셀(100)을 넣은 상태에서 상기 파우치(200)의 가장자리를 열 융착하여 밀봉되도록 형성될 수 있다.
이때, 상기 파우치(200)는 알루미늄 라미네이트 포장재로 이루어질 수 있으며, 상기 알루미늄 라미네이트 포장재는 얇은 알루미늄(Al) 판에 폴리에틸렌(PE)과 같은 플라스틱 박막을 증착하여 얇고 유연한 형태로 만든 포장재로서, 상기 전지 셀(100)과의 절연을 확보할 수 있고, 열융착을 통해 상기 전극탭(120)이 외부로 인출되도록 하여 밀봉이 용이하다.
또한, 상기 파우치(200)는 상기 전지 셀(100)의 전극체(110)를 감싸 밀봉하는 형태의 케이스가 될 수도 있다. 즉, 상기 전지 셀(100)의 형태에 따라 상기 전극탭(120)이 외부로 인출되도록 전극체(110)를 감싸는 형태의 각형 또는 원형 등의 케이스로 형성될 수도 있다.
그리고 상기 온도센서(300)는 상기 파우치(200) 내부에 구비되며, 상기 온도센서(300)에 연결된 센싱라인(310)이 상기 파우치(200)의 외부로 인출되도록 구성된다.
이때, 상기 센싱라인(310) 역시 상기 파우치(200)의 테두리 부분이 밀봉될 때 상기 센싱라인(310)이 통과되는 부분도 밀폐되도록 형성되어, 상기 파우치(200) 내부에 상기 전지 셀(100)의 전극체(110) 및 온도센서(300)가 수용되고 상기 전극탭(120) 및 센싱라인(310)이 상기 파우치(200)의 외부로 인출되도록 형성된다.
또한, 상기 온도센서(300)는 상기 파우치(200)의 내부에 구비되는데, 도 2 및 도 3과 같이 상기 전극체(110)의 상측에 상기 파우치(200) 내부의 빈 공간에 위치되어 전체적인 두께가 얇게 형성될 수 있으며, 상기 전극체(110)에 상기 온도센서(300)가 접촉되도록 구성될 수도 있다.
이때, 도시된 바와 같이 상기 온도센서(300)가 상기 파우치(200) 내부의 상기 전지 셀(100)의 양극탭(121)과 음극탭(122) 사이에 구비될 수 있으며, 상기 전극체(110)의 상측 또는 상기 전극체(110) 둘레의 다양한 위치에 구비될 수도 있다.
그리고 상기 온도센서(300)는 서모커플이 사용될 수 있으며, 이외 다른 종류의 온도센서가 사용될 수도 있다.
이와 같이 본 발명의 온도센서가 내장된 배터리 셀(1000)은 상기 파우치(200)의 내부에 온도센서(300)가 구비됨으로써, 전지 셀의 충,방전에 의해 발생하는 전지 셀의 온도 변화를 정확하게 측정할 수 있다.
또한, 상기 온도센서(300)의 센싱라인(310)은 배터리 관리 시스템(BMS)에 연결되어, 상기 온도센서(300)에서 측정되는 온도에 따라 상기 전지 셀(100)의 충전 전류가 제어되도록 할 수 있다.
즉, 전지 셀(100)의 온도를 정확하게 측정하여 적정한 온도 범위를 유지하도록 충전 또는 방전 전류를 조절하여 전지 셀(100)의 열화를 방지함으로써, 배터리 셀의 수명이 단축되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 과충전 및 과방전을 방지할 수 있어 폭발 및 발화의 위험을 줄일 수 있다.
그리고 본 발명의 배터리 셀(1000)은 도 4 및 도 5와 같이 케이스(1100) 및 커버(1200)등을 이용하여 적층되도록 구성하고, 전극탭(120)을 직렬 또는 병렬 연결하여 배터리 팩 또는 배터리 모듈로 구성될 수 있다.
이때, 각각의 배터리 셀(1000)에는 온도센서(300)가 내장되고 센싱라인(310)이 BMS와 연결되어, 배터리 셀(1000)의 각각의 온도에 따라 충전 전류를 제어하여 다수개의 배터리 셀(1000)이 고르게 충전되도록 할 수 있다.
본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
1000 : (본 발명의) 온도센서가 내장된 배터리 셀
100 : 전지 셀 110 : 전극체
120 : 전극탭
121 : 양극탭 122 : 음극탭
200 : 파우치
300 : 온도센서 310 : 센싱라인
1100 : 케이스
1200 : 커버

Claims (2)

  1. 전극체의 일측으로 양극탭 및 음극탭이 돌출 형성되는 전지 셀;
    상기 전지 셀의 양극탭 및 음극탭이 외부로 인출되도록 상기 전극체를 감싸 밀봉하는 파우치; 및
    상기 파우치의 내부에 구비되며, 연결되는 센싱라인이 상기 파우치의 외부로 인출되도록 형성되는 온도센서; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 온도센서가 내장된 배터리 셀.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 온도센서의 센싱라인은 배터리 관리 시스템(BMS)에 연결되어, 상기 온도센서에서 측정되는 온도에 따라 상기 전지 셀의 충전 전류가 제어되는 것을 특징으로 하는 온도센서가 내장된 배터리 셀.
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