KR20130044877A - 배터리의 과충전 방지장치 - Google Patents

배터리의 과충전 방지장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 배터리모듈이 수용되며, 배터리모듈의 팽창시 팽창압력이 가해지는 부분에 스웰링홀이 형성되어 스웰링홀을 통해 배터리모듈이 돌출되도록 하는 배터리모듈하우징; 상기 스웰링홀을 가로질러 마련되며, 배터리모듈의 팽창에 따른 팽창압력이 가해져 단선되는 와이어; 및 상기 배터리모듈과 와이어가 연결되며, 와이어의 단선 여부에 따라 배터리모듈에 전원을 연결 또는 차단하도록 하는 제어부;를 포함하여 구성되는 배터리의 과충전 방지장치가 소개된다.

Description

배터리의 과충전 방지장치{APPARATUS FOR PREVENTING OVERCHARGE BATTERY}
본 발명은 배터리의 과충전시 배터리의 전원을 차단하도록 한 배터리의 과충전 방지장치에 관한 것이다.
일반적으로, 하이브리드 자동차를 비롯하여 전기자동차나 연료전지 자동차에는 차량 구동을 위한 전기에너지를 공급할 수 있도록 고전압 배터리가 사용된다.
이러한, 고전압 배터리는 다수의 단위전지 또는 모듈을 연결하여 고전압을 만들 수 있는 배터리팩이 구성되며, 이를 이용하여 높은 전력을 발생시킨다.
배터리팩으로는 높은 집적도로 적층될 수 있고, 용량 대비 중량이 작은 각형 또는 파우치형 전지 등이 주로 사용되며, 배터리팩의 단위전지(배터리셀)로는 용량 대비 고출력을 제공하는 리튬 이온전지가 많이 사용되고 있다.
그러나, 리튬 이온전지는 근본적으로 안전성이 낮다는 문제점이 있는데, 파우치형 전지의 경우 전지케이스의 기계적 강성이 낮고 밀봉부가 분리되었을 때 전해액 등 발화성 물질이 누설되어 화재의 위험이 높은 문제가 있다.
특히, 셀 내부에 전해액이 주입되어 있기 때문에, 배터리가 과충전되면 전압이 상승하게 되고, 과열로 인해 셀 내부의 전해액이 분해되어 가연성 가스가 셀 내부적으로 발생됨으로써, 파우치 자체가 팽창되는 스웰링 현상이 일어나게 되어 배터리의 발화 및 폭발 위험이 커지는 문제가 있다.
이에, 배터리의 과충전에 따른 스웰링 현상 발생시 배터리의 전원을 강제적으로 차단하기 위한 기술이 제안되고 있다.
도 1은 배터리의 전원을 차단하기 위한 종래 기술로써, 전지셀(1)의 스웰링에 의한 팽창시 팽창 응력이 전지셀(1) 또는 단위모듈의 전극단자(2) 연결부위로 집중되어, 스웰링이 소정값 이상일 때, 전극단자(2) 연결부위가 파열되면서 단전이 이루어지도록, 전극단자(2) 연결부위의 일부가 부피 팽창에 취약한 구조로 이루어진다.
그러나, 상기한 종래 기술은 전극단자의 연결부위가 취약한 구조로 이루어진 특성상, 내구성이 약하여 전지셀의 팽창작용은 물론, 예상치 못한 물리적인 힘이나 약한 진동 등에 의해서도 전극단자의 연결부위가 쉽게 파열될 수 있는 문제가 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 배터리의 과충전시 배터리모듈의 팽창력을 이용한 기구적인 단선구조를 통해 배터리의 전원을 차단하여 배터리의 안전성을 향상시키는 배터리의 과충전 방지장치를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 배터리모듈이 수용되며, 배터리모듈의 팽창시 팽창압력이 가해지는 부분에 스웰링홀이 형성되어 스웰링홀을 통해 배터리모듈이 돌출되도록 하는 배터리모듈하우징; 상기 스웰링홀을 가로질러 마련되며, 배터리모듈의 팽창에 따른 팽창압력이 가해져 단선되는 와이어; 및 상기 배터리모듈과 와이어가 연결되며, 와이어의 단선 여부에 따라 배터리모듈에 전원을 연결 또는 차단하도록 하는 제어부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 와이어는 양 단부가 스웰링홀의 양측에 각각 고정될 수 있다.
상기 와이어에는 암부재와 수부재로 구성된 커넥터가 설치되며, 배터리모듈의 팽창시 암부재 및 수부재가 분리되어 와이어가 단선될 수 있다.
상기 암부재 또는 수부재가 스웰링홀의 일측에 고정될 수 있다.
상기 제어부와 배터리모듈의 사이에 릴레이가 연결되며; 제어부에는 와이어의 단선에 따른 전압 센싱값이 설정되어, 와이어가 단선되어 있지 않은 경우, 이에 해당하도록 설정된 전압인 제1센싱값을 센싱하여 릴레이에 전원연결신호를 송부하고; 와이어가 단선되는 경우, 이에 해당하도록 설정된 전압인 제2센싱값을 센싱하여 릴레이에 전원차단신호를 송부할 수 있다.
상기 제1센싱값은 제2센싱값보다 상대적으로 낮은 전압수치로 설정될 수 있다.
상기 제어부는 BMS(Battery Management System)일 수 있다.
상기 릴레이에 전원차단신호 송부시 경고등을 점등할 수 있다.
상기한 과제 해결수단을 통해 본 발명은, 배터리의 과충전시 배터리모듈의 팽창압력에 의해 와이어가 단선되고, 이를 감지하여 배터터리의 전원을 차단하게 됨으로써, 배터리의 과충전에 따른 배터리의 폭발 및 화재 위험을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 배터리의 과충전에 의한 배터리셀의 파단 위험을 방지하여 고가의 배터리팩 시스템 또는 배터리부품의 수리 비용을 절감할 수 있어, 고객 만족도를 향상시키고, 차량의 상품성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
아울러, 배터리셀의 충전을 한계치 내에서 제한할 수 있으므로, 배터리셀 및 배터리모듈의 수명과 내구성을 한층 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 배터리셀을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 의한 배터리 과충전 방지장치의 일실시예 구성을 나타낸 도면.
도 3은 도 2에서의 와이어 단선 작용을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 의한 배터리 과충전 방지장치의 다른 일실시예 구성을 나타낸 도면.
도 5는 도 4에서의 와이어 단선 작용을 나타낸 도면.
도 6의 (a)(b)는 도 4에 도시된 커넥터의 예시 형상을 나타낸 도면.
도 7과 도 8은 본 발명에 의한 와이어의 단선에 따른 작동 상태를 개략적인 회로 구성으로 나타낸 도면.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2 내지 도 8을 통해 도시된 본 발명의 배터리의 과충전 방지장치는, 배터리의 과충전시 배터리모듈(11)의 팽창에 따른 와이어(20)의 단선작용을 통해 배터리의 전원을 차단하는 구조로써, 배터리모듈(11)이 수용되며, 배터리모듈(11)의 팽창시 팽창압력이 가해지는 부분에 스웰링홀(12)이 형성되어 스웰링홀(12)을 통해 배터리모듈(11)이 돌출되도록 하는 배터리모듈하우징(10)과, 상기 스웰링홀(12)을 가로질러 마련되며, 배터리모듈(11)의 팽창에 따른 팽창압력이 가해져 단선되는 와이어(20)와, 상기 배터리모듈(11)과 와이어(20)가 연결되며, 와이어(20)의 단선 여부에 따라 배터리모듈(11)에 전원을 연결 또는 차단하도록 하는 제어부(30)를 포함하여 구성될 수 있다.
즉, 배터리모듈하우징(10) 내부에 다수의 배터리셀 또는 단위전지가 연결되어 구성된 배터리모듈(11)이 탑재되고, 상기 배터리모듈하우징(10) 일면에는 스웰링홀(12)이 마련되어 배터리의 과충전에 의한 배터리모듈(11)의 팽창시 스웰링홀(12)을 통해 배터리모듈(11)이 돌출되도록 구성된다.
이때, 스웰링홀(12)은 홀 형태로 형성되는 것이 바람직하나, 팽창압력에 취약한 폐쇄 구조로 마련될 수 있다.
그리고, 상기 배터리모듈하우징(10) 일측에는 제어부(30)가 설치될 수 있고, 상기 제어부(30)에는 배터리모듈(11)과 와이어(20)가 전기적으로 연결된다.
즉, 배터리모듈(11)이 팽창되면, 이 팽창압력에 의해 와이어(20)가 단선됨과 동시에 제어부(30)에서는 와이어(20)의 단선 여부를 감지하여 배터리의 전원을 차단할 수 있게 된다.
도 2 및 도 3과 같이 본 발명의 상기 와이어(20)는 양 단부가 스웰링홀(12)의 양측에 각각 근접되어 고정될 수 있다. 즉, 상기 와이어(20)는 스웰링홀(12)을 가로질러 설치되고, 와이어(20)의 양 단부가 상기 스웰링홀(12)의 양측에 근접되어 배터리모듈하우징(10)에 각각 고정 설치됨으로써, 배터리모듈(11)의 팽창에 따른 팽창압력이 가해지는 경우 와이어(20)의 처짐이 없이 와이어(20)가 단선될 수 있게 된다.
도 4 내지 도 6과 같이 본 발명의 상기 와이어(20)에는 암부재(26)와 수부재(27)로 구성된 커넥터(25)가 설치되며, 배터리모듈(11)의 팽창시 암부재(26) 및 수부재(27)가 분리되어 와이어(20)가 단선될 수 있다.
여기서, 상기 암부재(26) 또는 수부재(27)가 스웰링홀(12) 일측에 고정될 수 있다.
즉, 와이어(20)의 일단부가 스웰링홀(12) 일측에 고정되는데, 이때 상기 와이어(20)의 타단부에는 커넥터(25)가 설치될 수 있고, 상기 커넥터(25)는 암부재(26) 또는 수부재(27)로 이루어지게 되는 바, 암부재(26) 또는 수부재(27) 중의 하나가 스웰링홀(12) 타측에 고정될 수 있다.
이에, 배터리모듈(11)의 팽창시 와이어(20)에 팽창압력이 가해지게 되면, 서로 결합 상태에 있는 암부재(26)와 수부재(27)가 분리되면서, 와이어(20)가 단선될 수 있게 된다. 따라서, 배터리 과충전에 따른 배터리모듈(11)의 팽창시 와이어(20)를 단선시키는 것은 물론, 단선된 와이어(20)를 암부재(26) 및 수부재(27)의 체결에 의한 커넥터(25)의 연결을 통해 간편하게 복구시킬 수 있게 된다.
한편, 도 7 및 도 8과 같이 본 발명은 상기 제어부(30)와 배터리모듈(11)의 사이에 릴레이(40)가 연결되며, 제어부(30)에는 와이어(20)의 단선에 따른 전압 센싱값이 설정되어, 와이어(20)가 단선되어 있지 않은 경우, 이에 해당하도록 설정된 전압인 제1센싱값을 센싱하여 릴레이(40)에 전원연결신호를 송부하고, 와이어(20)가 단선되는 경우, 이에 해당하도록 설정된 전압인 제2센싱값을 센싱하여 릴레이(40)에 전원차단신호를 송부할 수 있다.
여기서, 상기 제1센싱값은 제2센싱값보다 상대적으로 낮은 전압수치로 설정될 수 있는 것으로, 상기 제1센싱값과 제2센싱값은 전압의 수치로써 나타낼 수 있고, 제1센싱값과 제2센싱값이 미리 설정되어 제어부(30)에 입력될 수 있다.
제1센싱값으로 적절하게는 0V로 설정될 수 있고, 제2센싱값으로 적절하게는 5V로 설정될 수 있으나, 상기한 제1센싱값 및 제2센싱값이 상기한 전압수치에 한정되는 것은 아님을 밝혀둔다.
상기 제어부(30)의 바람직한 실시예로써, BMS(Battery Management System)가 적용될 수 있으며, BMS에서 제1센싱값 또는 제2센싱값을 센싱하여 상기 제1센싱값 또는 제2센싱값에 대응하는 전원연결신호 또는 전원차단신호를 릴레이(40)에 직접 송부할 수 있다.
즉, 와이어(20)의 단선 여부에 따라 BMS에서 제1센싱값 또는 제2센싱값을 센싱한 후, 상기 제1센싱값 및 제2센싱값에 맞추어 설정된 전원연결신호 또는 전원차단신호를 BMS에서 릴레이(40)에 직접 송부하게 되는 것이다.
상기 제어부(30)의 다른 실시예로써, BMS(Battery Management System)와 차량제어기(HCU:Hybrid Control Unit)가 함께 적용될 수 있으며, BMS에서 제1센싱값 또는 제2센싱값을 센싱하여 차량제어기에 송부하고, 상기 차량제어기에서는 제1센싱값 또는 제2센싱값에 대응하는 전원연결신호 또는 전원차단신호를 릴레이(40)에 송부할 수 있다.
즉, 와이어(20)의 단선 여부에 따라 BMS에서 제1센싱값 또는 제2센싱값을 센싱하여 차량제어기에 송부하게 되면, 상기 차량제어기에서는 상기 제1센싱값 및 제2센싱값에 맞추어 설정된 전원연결신호 또는 전원차단신호를 릴레이(40)에 송부하게 되는 것이다.
그리고, 상기 릴레이(40)에 전원차단신호 송부시 경고등을 점등하도록 구성되는데, 이는 차량제어기에서 경고등 점등의 명령을 송부하며, 경고등은 바람직하게는 차량 실내의 계기판에 점등될 수 있다.
여기서, 상기 차량제어기(HCU:Hybrid Control Unit)는 BMS(Battery Management System), ECU(Engine Control Unit), TCU(Torque Control Unit), MCU(Motor Control Unit) 등의 제어 시스템들과 상호 유기적인 통신을 수행하는 상위 제어기를 일컫는다.
도 7 및 도 8을 통해 본 발명의 작용 및 효과를 상세하게 설명한다.
배터리의 과충전시 배터리모듈(11)이 팽창되면, 팽창된 배터리모듈(11)이 스웰링홀(12)을 통해 배터리모듈하우징(10) 외부로 돌출되면서 와이어(20)에 팽창압력을 가하게 된다.
이어서, 상기한 팽창압력에 의해 와이어(20)가 단선되면, 제어부(30)에서 이를 감지하여 와이어(20) 단선시에 해당하는 5V의 전압 센싱값이 센싱되고, 상기한 전압 센싱값에 대응하는 전원차단신호를 릴레이(40)에 송부함으로써, 릴레이(40)의 연결을 끊어 배터리의 전원을 차단할 수 있게 된다.
이와 같이, 본 발명은 배터리의 과충전에 의해 배터리모듈(11)이 팽창되면, 배터리모듈(11)의 팽창압력에 의해 와이어(20)가 단선됨으로써, 제어부(30)에서 이를 감지하여 배터리의 전원을 강제적으로 차단하게 된다. 따라서, 배터리의 과충전에 따른 배터리의 폭발 및 화재 위험이 방지되어 배터리의 안전성능이 강화되며, 고전류에 대한 안전성을 향상시킬 수 있게 된다.
더욱이, 본 발명은 배터리의 과충전에 따라 배터리셀이 파단되는 것을 방지하여 고가의 배터리팩 시스템 또는 배터리부품의 수리 비용을 절감할 수 있어, 고객 만족도를 향상시키고, 차량의 상품성을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 본 발명은 배터리셀의 과충전을 한계치 내에서 제한할 수 있으므로, 배터리셀 및 배터리모듈(11)의 수명과 내구성을 향상시킬 수 있게 된다.
한편, 본 발명은 상기한 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
10 : 배터리모듈하우징 11 : 배터리모듈
12 : 스웰링홀 20 : 와이어
25 : 커넥터 26 : 암부재
27 : 수부재 30 : 제어부
40 : 릴레이

Claims (8)

  1. 배터리모듈(11)이 수용되며, 배터리모듈(11)의 팽창시 팽창압력이 가해지는 부분에 스웰링홀(12)이 형성되어 스웰링홀(12)을 통해 배터리모듈(11)이 돌출되도록 하는 배터리모듈하우징(10);
    상기 스웰링홀(12)을 가로질러 마련되며, 배터리모듈(11)의 팽창에 따른 팽창압력이 가해져 단선되는 와이어(20); 및
    상기 배터리모듈(11)과 와이어(20)가 연결되며, 와이어(20)의 단선 여부에 따라 배터리모듈(11)에 전원을 연결 또는 차단하도록 하는 제어부(30);를 포함하는 배터리의 과충전 방지장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 와이어(20)는 양 단부가 스웰링홀(12)의 양측에 각각 고정되는 것을 특징으로 하는 배터리의 과충전 방지장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 와이어(20)에는 암부재(26)와 수부재(27)로 구성된 커넥터(25)가 설치되며, 배터리모듈(11)의 팽창시 암부재(26) 및 수부재(27)가 분리되어 와이어(20)가 단선되는 것을 특징으로 하는 배터리의 과충전 방지장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 암부재(26) 또는 수부재(27)가 스웰링홀(12)의 일측에 고정되는 것을 특징으로 하는 배터리의 과충전 방지장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부(30)와 배터리모듈(11)의 사이에 릴레이(40)가 연결되며;
    제어부(30)에는 와이어(20)의 단선에 따른 전압 센싱값이 설정되어, 와이어(20)가 단선되어 있지 않은 경우, 이에 해당하도록 설정된 전압인 제1센싱값을 센싱하여 릴레이(40)에 전원연결신호를 송부하고;
    와이어(20)가 단선되는 경우, 이에 해당하도록 설정된 전압인 제2센싱값을 센싱하여 릴레이(40)에 전원차단신호를 송부하는 것;을 특징으로 하는 배터리의 과충전 방지장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1센싱값은 제2센싱값보다 상대적으로 낮은 전압수치로 설정된 것을 특징으로 하는 배터리의 과충전 방지장치.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 제어부(30)는 BMS(Battery Management System)인 것을 특징으로 하는 배터리의 과충전 방지장치.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 릴레이(40)에 전원차단신호 송부시 경고등을 점등하는 것을 특징으로 하는 배터리의 과충전 방지장치.
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