KR20150012793A - 배터리 스웰링 감지 장치 및 방법 - Google Patents

배터리 스웰링 감지 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

배터리 스웰링 감지 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 배터리 스웰링 감지 장치는, 배터리의 하우징 일측에 결합된 감지 회로; 상기 감지 회로와 상기 배터리의 하우징 타측 간에 전류의 도통 여부를 감지하는 전류 감지부; 및 상기 감지에 의해 상기 배터리의 스웰링 여부를 판단하는 판단부를 포함한다.

Description

배터리 스웰링 감지 장치 및 방법{apparatus and method for detecting swelling of battery}
본 발명은 배터리 스웰링 감지 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 배터리의 하우징 일측에 결합된 감지 회로와 상기 감지 회로와 접촉이 가능하도록 형성된 배터리의 하우징 타측을 이용하여 상호간에 전류의 도통 여부를 감지하고 배터리의 스웰링을 판단함으로써, 복잡한 구조로 형성된 각종 센서를 배제하고 비교적 간단한 구조만으로 배터리 스웰링을 감지하여 부가 장비로 인한 비용적 부담을 절감할 뿐만 아니라 설치 공간을 최소화 시켜서 편리성과 효율성을 갖춘 배터리 스웰링 감지 장치 및 방법에 관한 것이다.
제품군에 따른 적용 용이성이 높고, 높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전기적 구동원에 의하여 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle), 하이브리드 차량(HV, Hybrid Vehicle) 또는 가정용 또는 산업용으로 이용되는 중대형 배터리를 이용하는 에너지 저장 시스템(Energy Storage System; ESS)이나 무정전 전원 공급 장치(Uninterruptible Power Supply; UPS) 시스템 등에 보편적으로 응용되고 있다.
이러한 이차 전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물이 전혀 발생되지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.
이차전지는 휴대 단말 등의 배터리로 구현되는 경우는 반드시 그러하지 않을 수 있으나, 상기와 같이 전기 차량 또는 에너지 저장원 등에 적용되는 배터리는 통상적으로 단위 이차전지 셀(cell)이 복수 개 집합되는 형태로 사용되어 고용량 환경에 적합성을 높이게 된다.
이와 같은 배터리, 특히 다수의 2차 전지가 충전과 방전을 번갈아 가면서 수행하는 경우에는 이들의 충방전을 효율적으로 제어하여 배터리가 적정한 동작 상태 및 성능을 유지하도록 관리할 필요성이 있다.
이를 위해, 배터리의 상태 및 성능을 관리하는 배터리 관리 시스템(Battery Management System; BMS)이 구비된다. BMS은 배터리의 전류, 전압 및 온도 등을 검출하여 이를 바탕으로 SOC(State of Charge)산출, 셀 전압 균등화, 배터리의 스웰링 여부를 감지 및 판단하고, 배터리의 이상 여부를 감지 시에는 배터리 팩을 보호하기 위해 선로를 비가역적으로 단선시켜 충방전 전류를 차단하는 역할을 수행한다.
일반적으로 배터리 팩은 배터리 자체가 안전성이 취약하고 각종 전자부품을 사용한 안전장치를 포함하여 구성하더라도 자체의 문제로 인해 발화, 발연, 폭발 등에 안전사고가 발생되고 있는 실정이다.
또한, 배터리를 사용하는 기기들은 사용환경 및 사용자의 행동에 의하여 충격, 과열, 과충전, 단락 등의 문제에 노출될 수 있으며 이러한 환경에서는 배터리의 안정성에 문제가 발생하고 발화나 폭발을 일으킬 수도 있다.
이러한 안전사고가 발생하기 전 단계에는 배터리가 부풀려지는 스웰링(swelling) 현상이 동반되는데 이런 징후를 통해 사전에 배터리의 폭발이나 발화를 감지할 수 있다.
따라서, 이러한 배터리의 스웰링 현상을 감지할 필요성이 부각되었고 다양한 감지 또는 검출 장치가 고안되었다.
종래의 배터리 스웰링 감지 장치는 이러한 배터리의 스웰링을 감지하기 위해 배터리의 하우징 내에 경제적인 측면에서도 비효율적이고 비교적 복잡한 구조를 가진 압력 센서나 온도 센서 등이 부착되어 장치의 가격을 상승시키고 설치를 위한 공간이 추가로 요구되어 부피가 커지는 문제점이 있었다. 또한 상기 센서들은 고온, 고압하에서 고장이 발생하는 문제점도 있었다.
따라서, 본 발명자는 상술한 문제점을 해결하기 위해 본 발명을 안출하기에 이르렀다.
대한민국 등록특허공보 제10-0756745호
본 발명의 목적은, 배터리의 하우징 일측에 결합된 감지 회로와 상기 감지 회로와 접촉이 가능하도록 형성된 배터리의 하우징 타측을 이용하여 상호간에 전류의 도통 여부를 감지하고 배터리의 스웰링을 판단함으로써, 복잡한 구조로 형성된 각종 센서를 배제하고 비교적 간단한 구조만으로 배터리 스웰링을 감지하여 부가 장비로 인한 비용적 부담을 절감할 뿐만 아니라 설치 공간을 최소화 시켜서 편리성과 효율성을 갖춘 배터리 스웰링 감지 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 스웰링 감지 장치는, 배터리의 하우징 일측에 결합된 감지 회로; 상기 감지 회로와 상기 배터리의 하우징 타측 간에 전류의 도통 여부를 감지하는 전류 감지부; 및 상기 감지에 의해 상기 배터리의 스웰링 여부를 판단하는 판단부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 배터리의 하우징 일측에 형성되어 상기 감지 회로와 결합이 가능하도록 구성된 돌출부를 더 포함할 수 있다.
상기 돌출부는, 상기 배터리의 하우징 일측에 "ㅁ"자 형상의 홀 내부에 돌출되게 형성될 수 있다.
상기 배터리의 하우징은, 전도체로 형성될 수 있다.
상기 감지 회로는, 상기 돌출부 상측 또는 상기 돌출부 하측이 절연물질로 및 전도물질 중 하나 이상의 서로 상이한 물질로 형성될 수 있다.
상기 감지 회로는, 상기 감지 회로 상측 또는 상기 감지 회로 하측이 절연물질 및 전도물질 중 하나 이상의 서로 상이한 물질로 형성될 수 있다.
상기 배터리 일측은, 전류가 통하지 않는 절연체로 형성될 수 있다.
상기 감지 회로 상측은, 상기 배터리의 하우징의 타측의 하측과 상호 접촉된 상태이고,
상기 감지 회로 상측은, 절연물질로 상기 감지 회로 하측은 전도물질로 구성될 수 있다.
상기 판단부는, 상기 배터리의 스웰링 압력에 의해 상기 감지 회로 하측이 상기 배터리의 하우징 타측의 상측과 접촉되어 상기 전류 감지부에서 상기 전류의 흐름을 감지하면, 상기 배터리의 스웰링임을 판단할 수 있다.
상기 감지 회로 상측은, 상기 배터리의 하우징 타측의 하측과 상호 접촉된 상태이고,
상기 감지 회로 상측은, 전도물질로 상기 감지 회로 하측은 절연물질로 구성될 수 있다.
상기 판단부는, 상기 배터리의 스웰링 압력에 의해 상기 감지 회로 하측이 상기 배터리의 하우징 타측의 상측과 접촉되어 상기 전류 감지부에서 상기 전류의 흐름이 감지되지 않으면, 상기 배터리의 스웰링임을 판단할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 스웰링 감지 방법은, 배터리의 하우징 일측에 감지 회로를 결합하는 단계; 상기 감지 회로와 상기 배터리의 하우징 타측 간에 전류의 도통 여부를 감지하는 단계; 및 상기 감지에 의해 상기 배터리의 스웰링 여부를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 스웰링 감지 방법을 포함할 수 있다.
상기 결합하는 단계는, 상기 배터리의 하우징 일측에 형성된 돌출부에 상기 감지 회로와 결합을 할 수 있다.
상기 배터리 스웰링 방법은, 상기 배터리의 하우징 일측에 "ㅁ"자 형상의 홀 내부에 돌출되게 상기 돌출부를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 배터리의 하우징은, 전도체로 형성될 수 있다.
상기 감지 회로는, 상기 감지 회로 상측 또는 상기 감지 회로 하측이 절연물질 및 전도물질 중 하나 이상의 서로 상이한 물질로 형성될 수 있다.
상기 배터리 일측은, 전류가 통하지 않는 절연체로 형성될 수 있다.
상기 감지 회로 상측은, 상기 배터리의 하우징 타측의 하측과 상호 접촉된 상태이고,
상기 감지 회로 상측은, 전도물질로 상기 감지 회로 하측은 절연물질로 구성될 수 있다.
상기 판단하는 단계는, 상기 배터리의 스웰링 압력에 의해 상기 감지 회로 하측이 상기 배터리의 하우징 타측의 상측과 접촉되어 상기 전류 감지부에서 상기 전류의 흐름을 감지하면, 상기 배터리의 스웰링임을 판단할 수 있다.
상기 감지 회로 상측은, 상기 하우징 타측의 하측과 상호 접촉된 상태이고,
상기 감지 회로 상측은, 절연물질로 상기 감지 회로 하측은 전도물질로 구성될 수 있다.
상기 판단하는 단계는, 상기 배터리의 스웰링 압력에 의해 상기 감지 회로 하측이 상기 배터리의 하우징 타측의 상측과 접촉되어 상기 전류 감지부에서 상기 전류의 흐름이 감지되지 않으면, 상기 배터리의 스웰링임을 판단할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리의 하우징 일측에 결합된 감지 회로와 상기 감지 회로와 접촉이 가능하도록 형성된 배터리의 하우징 타측을 이용하여 상호간에 전류의 도통 여부를 감지하고 배터리의 스웰링을 판단함으로써, 복잡한 구조로 형성된 각종 센서를 배제하고 비교적 간단한 구조만으로 배터리 스웰링을 감지하여 부가 장비로 인한 비용적 부담을 절감할 뿐만 아니라 설치 공간을 최소화 시켜서 편리성과 효율성을 갖춘 배터리 스웰링 감지 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 스웰링 감지 장치가 적용될 수 있는 전기 자동차를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 스웰링 감지 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 스웰링 감지 장치의 구조를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 4 및 도 5은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 스웰링 감지 장치의 감지 회로와 배터리의 하우징 타측이 상호 접촉하여 전류가 감지되는 과정을 설명하기 위해 삽입된 일례를 나타낸 도면이다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 스웰링 감지 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서에 기재된 "...부"의 용어는 하나 이상의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 스웰링 감지 장치가 적용될 수 있는 전기 자동차를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1에서 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 스웰링 감지 장치가 전기 자동차에 적용된 예를 도시하고 있으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 스웰링 감지 장치는 전기 자동차 이외에도 가정용 또는 산업용 에너지 저장 시스템(Energy Storage System; ESS)이나 무정전 전원 공급 장치(Uninterruptible Power Supply; UPS) 시스템 등 이차 전지가 적용될 수 있는 분야라면 어떠한 기술 분야라도 적용될 수 있다.
전기 자동차(1)는 배터리(10), BMS(Battery Management System, 20), ECU(Electronic Control Unit, 30), 인버터(40) 및 모터(50)를 포함하여 구성될 수 있다.
배터리(10)는 모터(50)에 구동력을 제공하여 전기 자동차(1)를 구동시키는 전기 에너지원이다. 배터리(10)는 모터(50) 및/또는 내연 기관(미도시)의 구동에 따라 인버터(40)에 의해 충전되거나 방전될 수 있다.
여기서, 배터리(10)의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등으로 구성할 수 있다.
또한, 배터리(10)는 복수의 전지 셀이 직렬 및/또는 병렬로 연결되어 있는 전지 팩으로 형성된다. 그리고, 이러한 전지 팩이 하나 이상 구비되어 배터리(10)를 형성할 수도 있다.
BMS(20)는 배터리(10)의 상태를 추정하고, 추정한 상태 정보를 이용하여 배터리(10)를 관리한다. 예컨대, 배터리(10)의 잔존 용량(State Of Charging; SOC), 잔존 수명(State Of Health; SOH), 최대 입출력 전력 허용량, 출력 전압 등 배터리(10) 상태 정보를 추정하고 관리한다. 그리고, 이러한 상태 정보를 이용하여 배터리(10)의 충전 또는 방전을 제어하며, 나아가 배터리(10)의 교체 시기 추정도 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 BMS(20)는 후술하는 배터리 스웰링 감지 장치(도 2의 100)의 전류 감지부(130), 판단부(140)를 포함할 수 있다. 이러한 배터리 스웰링 감지 장치(도 2의 100)에 의해 보다 배터리(10)의 상태를 정확하고 면밀하게 감지하여 발화, 발연, 폭발과 같은 안전사고를 예방할 수 있다.
ECU(30)는 전기 자동차(1)의 상태를 제어하는 전자적 제어 장치이다. 예컨대, 액셀러레이터(accelerator), 브레이크(break), 속도 등의 정보에 기초하여 토크 정도를 결정하고, 모터(50)의 출력이 토크 정보에 맞도록 제어한다.
또한, ECU(30)는 BMS(20)에 의해 전달받은 배터리(10)의 SOC, SOH 등의 상태 정보에 기초하여 배터리(10)가 충전 또는 방전될 수 있도록 인버터(40)에 제어 신호를 보낸다.
인버터(40)는 ECU(30)의 제어 신호에 기초하여 배터리(10)가 충전 또는 방전되도록 한다.
모터(50)는 배터리(10)의 전기 에너지를 이용하여 ECU(30)로부터 전달되는 제어 정보(예컨대, 토크 정보)에 기초하여 전기 자동차(1)를 구동한다.
상술한 전기 자동차(1)는 배터리(10)의 전기 에너지를 이용하여 구동되므로, 배터리(10)의 상태(예를 들어, 배터리의 스웰링 여부)를 정확하게 추정하는 것이 중요하다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 스웰링 감지 장치를 개략적으로 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 스웰링 감지 장치의 구조를 개략적으로 도시한 사시도이다.
이하, 도 2 및 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 스웰링 감지 장치(100)를 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 스웰링 감지 장치(100)는 감지 회로(110), 돌출부(120), 전류 감지부(130), 판단부(140) 및 표시부(150)를 포함한다.
도 2 및 도 3에 도시된 배터리 스웰링 장치(100)은 일 실시예에 따른 것이고, 그 구성요소들이 도 2 및 도 3에 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 일부 구성요소가 부가, 변경 또는 삭제될 수 있다.
감지 회로(110)는 배터리(10)의 하우징(123) 일측에 결합된다.
여기서, 감지 회로(110)는 하우징(123) 일부인 일측에 결합되며, 하우징(123) 일부인 타측과 접촉 가능한 곳에 위치하며, 배터리(10)의 스웰링 여부에 따라, 감지 회로(110)와 하우징(123)의 타측의 상하 관계가 변동될 수 있다. 예를 들어, 배터리(10)의 스웰링이 발생하지 않은 정상 상태일 때는, 감지 회로(110)의 상측과 하우징(123) 타측의 하측이 접촉될 수 있다. 또는, 배터리의 스웰링이 발생한 상태일 때는, 배터리(10)의 스웰링 압력에 의해 상기 감지 회로 하측이 상기 배터리의 하우징 타측의 상측과 접촉될 수 있다.
구체적으로, 감지 회로(110)는 배터리의 과열, 과충전 및 기타 원인으로 인해 부피가 팽창하는 배터리(10)의 스웰링이 발생할 경우, 배터리(10)의 팽창 압력을 받아 점진적으로 스웰링 방향으로 물리적으로 이동하여 하우징(123) 타측과 상호 교착된 상태에서 배터리(10)의 팽창 압력에 의해 하우징(123) 타측의 상측에 리프팅(lifting)되어 하우징(123) 타측의 상측에 거치될 수 있다.
한편, 감지 회로(110)는 배터리(10)의 스웰링이 발생하지 않는 정상인 상태일 경우, 접촉 대상이 되는 하우징(123) 타측의 하측과 교착된 상태를 유지할 수 있다.
또한, 감지 회로(110)는 감지 회로(110) 상측 또는 감지 회로(110) 하측이 전도물질(111) 및 절연물질(112) 중 하나 이상의 서로 상이한 물질로 형성될 수 있다.
이와 같이, 감지 회로(110)의 이방성을 이용하여 배터리(10)의 스웰링이 진행될 시에 다양한 구성에 의해 감지 회로(110)와 하우징(123) 타측의 상호 전류의 흐름을 전류 감지부(130)를 통해 감지함으로써, 감지 회로(110)와 하우징(123) 타측과 상호 접촉을 했는지 또는 상호 위치 변화가 발생했는지를 판단할 수 있다.
여기서, 감지 회로(110)의 이방성을 이용한 감지 회로(110)의 구성에 따라 감지 회로(110)와 하우징(123) 타측 상호간의 전류의 도통이 다양하게 해석되고, 배터리(10)의 스웰링 판단에 상이한 결과를 도출하게 될 수 있다.
이에 따라, 다양한 실시예를 통해 배터리(10)의 스웰링을 판단해봄으로써, 보다 정확한 배터리의 상태를 파악할 수 있다.
돌출부(120)는 배터리(10)의 하우징(123) 일측에 형성되어 감지 회로(110)와 결합이 가능하도록 구성된다.
구체적으로, 돌출부(120)는 하우징(123)의 일부이며 일측에 "ㅁ"자 형상의 홀 내부에 돌출되게 형성되어 배터리(10) 일측과 용이하게 접촉이 가능하도록 배터리(10)의 하우징(123) 방향으로부터 배터리(10)의 스웰링 방향으로 벤딩(bending)될 수 있다.
여기서, 돌출부(120)는 감지 회로(110)와 끼움 결합이 가능할 수 있다. 이러한 돌출부(120)에 감지 회로(110)가 장착되거나 탑재가 가능하도록 감지 회로(110)를 고정 및 결합이 용이하게 구성될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 배터리(10) 하우징(123)의 일부로 구성함으로써, 별도의 부착물을 이용하여 감지 회로(120)를 구비하는 것에 비해 간단하고 편리하여 효율성을 향상 시킬 수 있게 된다.
배터리(10)의 하우징(123) 타측은 감지 회로(110)와 접촉이 가능하도록 구비된다.
여기서, 하우징(123) 타측은 하우징(123)의 일부로서 감지 회로(110)에 의해 접촉 가능하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 팽창 압력에 가해졌을 때 상대적으로 응력이 집중되는 홀 근처에서 감지 회로(110)와 용이하게 접촉을 할 수 있게 된다.
또한, 배터리(10)의 하우징(123) 타측은 배터리(10)의 일측이 스웰링하여 이동 시에 감지 회로(110)와 적절하게 접촉만 가능할 수 있으면 충분하며, 따라서 홀의 형상 또는 하우징(123) 타측의 형상이나 개수는 특별히 제한되지 않음을 유의한다.
다만, 일 실시예에서 추후에 감지 회로(110)와 하우징(123) 타측의 물리적인 접촉 또는 위치변화를 감지하기 위해서 전류 도통 여부를 이용하여 하우징(123) 타측은 전도체로 형성된다. 또한, 배터리(10)의 하우징(123)에 별도의 장치를 부가하지 않고, 배터리(10)의 하우징(123)을 이용한 간단하면서 효과적인 감지 회로(110)의 접촉 대상인 하우징(123)의 타측의 구성이라는 측면에서 배터리의 하우징(123) 역시 전도체로 형성될 수 있다.
전류 감지부(130)는 감지 회로(110)와 배터리(10)의 하우징(123) 타측의 상호간에 전류의 도통 여부를 감지하는 역할을 수행한다.
이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 스웰링 감지 장치(100)의 전류 감지부(130)의 작동 원리를 살펴보면 다음과 같다.
도 4 및 도 5은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 스웰링 감지 장치의 감지 회로와 돌출부가 상호 접촉하여 감지되는 과정을 설명하기 위해 삽입된 일례를 나타낸 도면이다.
도 4 및 도 5을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 스웰링 장치(100)는 일측에는 감지 회로(110)가 구비되고, 타측에는 하우징(123)의 타측이 구성된다.
도 4 및 도 5에 도시된 배터리 스웰링 장치(100)은 일 실시예에 따른 것이고, 그 구성요소들이 도 4 및 도 5에 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 일부 구성요소가 부가, 변경 또는 삭제될 수 있다.
구체적으로, 배터리(10)는 하우징(123)에 수용될 때, 배터리(10) 하우징(123)과 배터리(10) 사이 공간이 협소하여 감지 회로(110)와 배터리(10)의 하우징(123)은 밀착되어 있는 것이 일반적이다.
이때, 배터리(10)의 스웰링의 진행으로 감지 회로(110)가 팽창 압력을 받는 경우, 감지 회로(110)와 배터리(10) 하우징(123)의 하측이 접촉된다거나 상호 위치 변화하여 감지 회로(110)와 배터리(10) 하우징의 상측이 접촉함에 따라서 전기 신호를 발생시켜 전류 감지부(130)의 감지에 의해 판단부(140)로 송출하게 된다.
감지 회로(110)와 하우징(123)의 다양한 구성과 방식으로 전기 신호를 발생시킬 수 있으며, 도 4 및 도 5에 배터리 스웰링 장치(100)의 실시예를 들어 설명하도록 한다.
도 4는 배터리 스웰링 감지 장치(100)의 제1 실시예를 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 제1 실시예에서는 감지 회로(110) 상측은 하우징(123)의 타측의 하측과 상호 접촉된 상태이고, 감지 회로(110) 상측은 절연물질(112)로 감지 회로(110) 하측은 전도물질(111)로 구성될 수 있다.
이때, 감지 회로(110)의 이방성을 이용해서 감지 회로(110)와 배터리 하우징(123) 간의 전류의 도통을 감지하는 구성을 하여 초기 배터리(10)가 수용될 때 공간이 협소한 경우에 좀 더 효율적인 배터리(10)의 스웰링 감지 장치(100)가 구성될 수 있다.
제1 실시예에서는 배터리(10)의 스웰링 발생 전에는 감지 회로(110)의 절연물질(112)로 구성된 하측과 전도체인 하우징(123) 타측이 상호 교착되어 있지만 절연물질(112)과 전도체 사이에는 전류의 흐름이 발생하지 않는다.
이 때, 수용된 배터리(10)가 과열, 과충전, 기타 원인으로 인해 스웰링이 발생하면 스웰링 방향으로 설치된 배터리(10) 일측이 이동하게 된다.
여기서, 스웰링이 발생하여 스웰링에 따른 배터리(10)의 팽창이 균일하다고 할 때, 배터리(10)의 일측의 이동에 의해 감지 회로(110)에 팽창 압력이 가해지면 감지 회로(110)는 스웰링 방향으로 이동하여 배터리(10) 하우징(123)의 상측에 리프팅되어 거치됨으로써, 감지 회로(110) 하측의 전도물질(111)에서 전도체로 구성된 감지 회로(110)로 전류의 흐름이 전이되어 결국 전류 감지부(130)에서 전류의 흐름을 감지 할 수 있게 된다.
이때, 감지 회로(110)의 상측 또는 하측이 전도물질(111) 또는 절연물질(112)로 구성된다고 하였으나, 배터리(10) 타측과 접촉 가능한 부분이 전도물질(111) 또는 절연물질(112)로 구성되면 충분하며 다양한 형태로 구성될 수 있음을 유의한다.
도 5은 배터리 스웰링 감지 장치(100)의 제2 실시예를 도시한 도면이다.
도 5을 참조하면, 제2 실시예에서는, 감지 회로(110)의 상측은 절연물질(112)로 하측은 전도물질(111)로 구성될 수 있다.
제2 실시예에는 제1 실시예와 마찬가지로 감지 회로(110)의 이방성을 이용한다는 점에서 유사한 구조로 이루어지지만, 감지 회로(110)의 상측과 하측의 구성이 바뀜으로 인해 감지에 다소 차이점이 있음을 알 수 있다.
제2 실시예에서는 배터리(10)의 스웰링 발생 전에는 감지 회로(110)의 전도물질(111)로 구성된 상측과 전도체인 하우징(123)이 상호 교착되어 있어 전도물질(111)과 전도체 사이에 전류의 흐름이 발생하게 된다.
이때, 스웰링이 발생하여 감지 회로(110)에 팽창 압력이 가해지면 감지 회로(110)는 스웰링 방향으로 이동하여 응력 집중에 의해 홀 근처에 위치한 하우징(123) 타측의 상측에 리프팅되어 거치됨으로써, 감지 회로(110) 하측의 절연물질(112)과 전도체로 구성된 하우징(123)의 상측 사이에는 전류의 흐름이 발생하지 않아 전류 감지부(130)는 전류의 흐름을 감지 할 수 없게 된다.
제1 실시예와 마찬가지로, 감지 회로(110)의 상측 또는 하측이 전도물질(111) 또는 절연물질(112)로 구성된다고 하였으나, 배터리(10) 타측과 접촉 가능한 부분이 전도물질(111) 또는 절연물질(112)로 구성되면 충분하며 다양한 형태로 구성될 수 있음을 유의한다.
이러한 작동 원리 및 구성으로 인하여, 전류 감지부(130)의 전류 감지 여부는 배터리(10) 일측의 이동 유무에 따른 감지 회로(110)와 배터리(10) 하우징(123) 타측과의 접촉 유무 또는 접촉 방향에 의해 결정된다. 결국 감지 회로(110)는 온(on)/오프(off) 전환을 하는 스위칭(switching)역할을 수행하며 전류 감지부(130)가 용이하게 전류 흐름을 감지할 수 있도록 구성될 수 있다. 그로 인해, 단순한 구성으로 배터리(10)의 스웰링을 감지하는 효과가 발생하게 된다.
다만, 배터리(10) 하우징 타측에 물리적 접촉을 하는 감지 회로(110)가 스위칭 역할을 수행하기 위해서는 감지 회로(110)에 흐르는 전류의 흐름이 하우징(123) 타측으로 상기 전류가 도통되는지 여부를 통해 판단되는 것이 일반적이므로, 감지 회로(110)의 일부 또는 하우징(123) 타측의 일부는 전도체로 형성될 수 있다.
또한, 전류 감지부(130)가 감지 회로(110)와 돌출부(120)의 물리적인 접촉을 전류의 도통을 통해 가늠하므로, 배터리(10) 일측은 전류가 통하지 않는 절연체로 형성될 수 있다. 그렇게 함으로써, 좀 더 정확한 접촉 여부를 감지할 수 있다.
이 때, 전류 감지부(130)는 전기 차량에 적용되는 BMS(Battery management system)에 포함될 수 있다. 여기서, 여기서, BMS는 하이브리드 차량 또는 연료 전지 차량 등 전기차량에 장착되는 고전압 배터리를 제어 및 관리하는 역할을 수행한다.
다시 도 2 및 도 3으로 돌아와서, 판단부(140)는 감지 회로(110)와 연결되어 전류 감지부(130)의 감지에 의해 배터리(10)의 스웰링 여부를 판단하는 역할을 수행한다.
제1 실시예 및 제2 실시예에서, 감지 회로(110)와 하우징(123) 타측이 배터리(10) 하우징에 수용될 때부터 상호 공간이 협소하여 상호 교착된 경우, 감지 회로(110)의 상측 또는 하측의 구성에 의한 전류 전도 여부에 따라 별도로 판단할 수 있다.
제1 실시예에서는 도 4에 도시된 바와 같이, 감지 회로(110)와 하우징(123) 타측이 상호 교착된 경우, 감지 회로(110)와 하우징(123) 타측 상호 간에 전류 감지부(130)에서 전류의 흐름이 없음을 감지하고 감지 회로(110)가 하우징(123) 타측의 상측과 접촉되어, 전류 감지부(130)에서 전류의 흐름를 감지하면, 그 감지 결과에 의해 배터리(10)의 스웰링임을 판단할 수 있다.
제2 실시예에서는 도 5에 도시된 바와 같이, 감지 회로(110)와 하우징(123) 타측이 상호 교착된 경우, 감지 회로(110)와 하우징(123) 타측 상호 간에 전류 감지부(130)에서 전류의 흐름을 감지하고 감지 회로(110)가 하우징(123) 타측 상측과 접촉되어, 전류 감지부(130)에서 전류의 흐름이 없음을 감지하면, 그 감지 결과에 의해 배터리(10)의 스웰링임을 판단할 수 있다.
이 때, 판단부(140)는 전류 감지부(130)와 마찬가지로 전기 차량에 적용되는 BMS(Battery management system)에 포함될 수 있다.
표시부(150)는 판단부(140)의 판단에 의해 배터리(10)의 스웰링 여부를 표시하는 역할을 수행한다.
일 실시예에서, 표시부(140)는 LCD(Liquid Crystal Display)장치, LED(Light Emitting Diode)장치, CRT(Cathode-Ray Tube)장치, PDP(Plasma Display Panel)장치 및 OLED(Organic Light Emitting Diode)장치 중의 하나 이상을 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 표시부(150)가 상술한 역할을 수행하는 한 표시부(140)는 상기 기술된 표시장치에 종류에 제한되지 않음을 유의한다.
추가적으로, 배터리(10)의 하우징(123)은 배터리(10)를 수용하고 고정시켜주는 역할을 수행한다.
여기서, 배터리(10)의 하우징(123)은 일측에 돌출부(120)가 형성되어 감지 회로(110)와 결합이 가능하며, 타측은 감지 회로(110)와 접촉의 대상이 될 수 있다.
또한, 배터리(10)의 하우징(123)은 배터리(10)의 스웰링 시 적층된 배터리(10)의 상부가 이동하여 배터리(10)의 하우징(123)에 접촉이 가능하도록 하우징(123)을 고정부(124)가 고정시킬 수 있다.
한편, 도 2에서 배터리(10)의 하우징(123)은 카트리지 타입 형태로 도시되고 설명되었으나, 배터리(10)의 적용 형태나 구조 등에 따라 파우치형, 캔형, 소형, 중대형 등으로 다양하게 구현될 수 있음을 유의한다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 스웰링 감지 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 스웰링 감지 방법이 시작되면, 먼저 배터리의 하우징 일측에 감지 회로를 결합하고, 상기 감지 회로와 접촉이 가능한 배터리의 하우징 타측을 형성한다.(S10). 단계(S10)의 과정은 도 2 내지 도 3에서 설명한 배터리 스웰링 감지 장치(100)의 감지 회로(110), 돌출부(120) 및 배터리 하우징(123)에서 수행될 수 있는 단계들이며, 여기서는 설명이 준용되므로 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
그 다음, 감지 회로와 배터리 하우징 타측의 상호간에 전류의 도통 여부를 감지한다(S20). 단계(S20)의 과정은 도 2 내지 도 5에서 설명한 배터리 스웰링 감지 장치(100)의 전류 감지부(130)에서 수행될 수 있는 단계들이며, 여기서는 설명이 준용되므로 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
이 때, 전류 감지부(130)의 감지에 의해 배터리의 스웰링 여부를 판단한다(S30). 단계(S30)의 과정은 도 2 및 도 3에서 설명한 배터리 판단부(140)에서 수행될 수 있는 단계들이며, 여기서는 설명이 준용되므로 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
전술한 배터리 스웰링 감지 방법은 도면에 제시된 순서도를 참조로 하여 설명되었다. 간단히 설명하기 위하여 상기 방법은 일련의 블록들로 도시되고 설명되었으나, 본 발명은 상기 블록들의 순서에 한정되지 않고, 몇몇 블록들은 다른 블록들과 본 명세서에서 도시되고 기술된 것과 상이한 순서로 또는 동시에 일어날 수도 있으며, 동일한 또는 유사한 결과를 달성하는 다양한 다른 분기, 흐름 경로, 및 블록의 순서들이 구현될 수 있다. 또한, 본 명세서에서 기술되는 방법의 구현을 위하여 도시된 모든 블록들이 요구되지 않을 수도 있다.
이상 본 발명의 특정 실시예를 도시하고 설명하였으나, 본 발명의 기술사상은 첨부된 도면과 상기한 설명내용에 한정하지 않으며 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 변형이 가능함은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 사실이며, 이러한 형태에 위배되지 않는 범위 내에서 본 발명의 특허청구범위에 속한다고 볼 것이다.
10 배터리
100 배터리 스웰링 감지 장치
110 감지 회로
120 돌출부
123 배터리의 하우징
130 전류 감지부
140 판단부
150 표시부

Claims (20)

  1. 배터리의 하우징 일측에 결합된 감지 회로;
    상기 감지 회로와 상기 배터리의 하우징 타측 간에 전류의 도통 여부를 감지하는 전류 감지부; 및
    상기 감지에 의해 상기 배터리의 스웰링 여부를 판단하는 판단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 스웰링 감지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배터리의 하우징 일측에 형성되어 상기 감지 회로와 결합이 가능하도록 구성된 돌출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 스웰링 감지 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 돌출부는,
    상기 배터리의 하우징 일측에 "ㅁ"자 형상의 홀 내부에 돌출되게 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 스웰링 감지 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 배터리의 하우징은 전도체로 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 스웰링 감지 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 감지 회로는,
    상기 감지 회로 상측 또는 상기 감지 회로 하측이 절연물질 및 전도물질 중 하나 이상의 서로 상이한 물질로 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 스웰링 감지 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 일측은 전류가 통하지 않는 절연체로 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 스웰링 감지 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 감지 회로 상측은 상기 배터리의 하우징 타측의 하측과 상호 접촉된 상태이고,
    상기 감지 회로 상측은 절연물질로 상기 감지 회로 하측은 전도물질로 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 스웰링 감지 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 판단부는,
    상기 배터리의 스웰링 압력에 의해 상기 감지 회로 하측이 상기 배터리의 하우징 타측의 상측과 접촉되어 상기 전류 감지부에서 상기 전류의 흐름을 감지하면, 상기 배터리의 스웰링임을 판단하는 것을 특징으로 하는 배터리 스웰링 감지 장치.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 감지 회로 상측은 상기 배터리의 하우징 타측의 하측과 상호 접촉된 상태이고,
    상기 감지 회로 상측은 전도물질로 상기 감지 회로 하측은 절연물질로 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 스웰링 감지 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 판단부는,
    상기 배터리의 스웰링 압력에 의해 상기 감지 회로 하측이 상기 배터리의 하우징 타측의 상측과 접촉되어 상기 전류 감지부에서 상기 전류의 흐름이 감지되지 않으면, 상기 배터리의 스웰링임을 판단하는 것을 특징으로 하는 배터리 스웰링 감지 장치.
  11. 배터리의 하우징 일측에 감지 회로를 결합하는 단계;
    상기 감지 회로와 상기 배터리의 하우징 타측 간에 전류의 도통 여부를 감지하는 단계; 및
    상기 감지에 의해 상기 배터리의 스웰링 여부를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 스웰링 감지 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 결합하는 단계는,
    상기 배터리의 하우징 일측에 형성된 돌출부에 상기 감지 회로를 결합하는 것을 특징으로 하는 배터리 스웰링 감지 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 배터리의 하우징 일측에 "ㅁ"자 형상의 홀 내부에 돌출되게 상기 돌출부를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 스웰링 감지 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 배터리의 하우징은 전도체로 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 스웰링 감지 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 감지 회로는,
    상기 감지 회로 상측 또는 상기 감지 회로 하측이 절연물질 및 전도물질 중 하나 이상의 서로 상이한 물질로 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 스웰링 감지 방법.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 배터리 일측은 전류가 통하지 않는 절연체로 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 스웰링 감지 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 감지 회로 상측은 상기 배터리의 하우징 타측의 하측과 상호 접촉된 상태이고,
    상기 감지 회로 상측은 전도물질로 상기 감지 회로 하측은 절연물질로 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 스웰링 감지 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 판단하는 단계는,
    상기 배터리의 스웰링 압력에 의해 상기 감지 회로 하측이 상기 배터리의 하우징 타측의 상측과 접촉되어 상기 전류 감지부에서 상기 전류의 흐름을 감지하면, 상기 배터리의 스웰링임을 판단하는 것을 특징으로 하는 배터리 스웰링 감지 방법.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 감지 회로 상측은 상기 배터리의 하우징 타측의 하측과 상호 접촉된 상태이고,
    상기 감지 회로 상측은 절연물질로 상기 감지 회로 하측은 전도물질로 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 스웰링 감지 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 판단하는 단계는,
    상기 배터리의 스웰링 압력에 의해 상기 감지 회로 하측이 상기 배터리의 하우징 타측의 상측과 접촉되어 상기 전류 감지부에서 상기 전류의 흐름이 감지되지 않으면, 상기 배터리의 스웰링임을 판단하는 것을 특징으로 하는 배터리 스웰링 감지 방법.

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