KR20150051496A - 작업자의 안전을 위한 식별부재를 포함하는 전지팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전지모듈을 포함하는 전지팩으로서, 복수의 전지셀들 또는 단위모듈들이 전기적으로 연결되어 있는 전지모듈; 상기 전지모듈의 양극 단자와 음극 단자인 모듈 단자를 외부기기 또는 충전 수단에 전기적으로 연결하는, 전지팩의 외부 입출력 단자로서 팩 단자; 상기 모듈 단자와 팩 단자 사이에 위치하고, 전지모듈의 작동 유무에 따라, 모듈 단자와 팩 단자의 전기적 연결을 통전 또는 차단하는 하나 이상의 릴레이(relay); 및 상기 릴레이와 팩 단자 사이에 연결되어 있고, 전지모듈에 대해 병렬 연결을 이루고 있으며, 릴레이의 ON/OFF에 따라 전지모듈의 작동 유무를 표시하는 작동 식별부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩을 제공한다.

Description

작업자의 안전을 위한 식별부재를 포함하는 전지팩 {Battery Pack Including Distinguishing Member for Safety of Worker}
본 발명은 작업자의 안전을 위한 식별부재를 포함하는 전지팩에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 전지모듈을 포함하는 전지팩으로서, 복수의 전지셀들 또는 단위모듈들이 전기적으로 연결되어 있는 전지모듈; 상기 전지모듈의 양극 단자와 음극 단자인 모듈 단자를 외부기기 또는 충전 수단에 전기적으로 연결하는, 전지팩의 외부 입출력 단자로서 팩 단자; 상기 모듈 단자와 팩 단자 사이에 위치하고, 전지모듈의 작동 유무에 따라, 모듈 단자와 팩 단자의 전기적 연결을 통전 또는 차단하는 하나 이상의 릴레이(relay); 및 상기 릴레이와 팩 단자 사이에 연결되어 있고, 전지모듈에 대해 병렬 연결을 이루고 있으며, 릴레이의 ON/OFF에 따라 전지모듈의 작동 유무를 표시하는 작동 식별부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩에 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), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-In HEV) 등의 동력원으로서도 주목받고 있다.
소형 모바일 기기들에는 디바이스 1 대당 하나 또는 두서너 개의 전지셀들이 사용됨에 반하여, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에는 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 전지셀 또는 단위모듈을 전기적으로 연결한 전지모듈 또는 전지모듈들 다수 개를 전기적으로 연결한 전지팩이 사용된다.
이 때, 전지모듈 또는 전지팩을 중대형 디바이스용 전지로 사용하기 위해서는 전지의 상태 및 작동 여부를 확인할 수 있는 변수들을 측정하는 것이 중요하다. 특히, 자동차용으로 사용하는 전지팩은 대용량 및 고전압으로 사용되므로, 작업자가 전지팩의 성능 검사 또는 정비 시, 감전으로 인한 사고를 방지하기 위해 전지팩의 작동 유무를 확인하는 것이 매우 중요하다.
만약, 작업자가 전지모듈의 작동을 확인하지 못하고, 전지모듈의 외부 단자에 접근 할 경우, 전지모듈로부터 통전되는 전류에 의해 감전될 수 있고, 나아가, 회로 시스템이 단전되어 자동차의 화재 또는 폭발과 같은 사고의 원인이 될 수 있다.
따라서, 전지모듈의 작동 유무를 쉽게 파악함으로써, 작업자에 대한 안전성을 확보할 수 있는 기술에 대한 필요성이 매우 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 전지모듈의 작동 유무를 표시할 수 있는 식별부재를 이용하는 경우, 작업자가 전지모듈 또는 전지팩의 정비 또는 검사 시, 손쉽게 전지팩의 작동 유무를 확인할 수 있으므로, 감전과 같은 사고가 예방될 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지팩은, 전지모듈을 포함하는 전지팩으로서, 복수의 전지셀들 또는 단위모듈들이 전기적으로 연결되어 있는 전지모듈; 상기 전지모듈의 양극 단자와 음극 단자인 모듈 단자를 외부기기 또는 충전 수단에 전기적으로 연결하는, 전지팩의 외부 입출력 단자로서 팩 단자; 상기 모듈 단자와 팩 단자 사이에 위치하고, 전지모듈의 작동 유무에 따라, 모듈 단자와 팩 단자의 전기적 연결을 통전 또는 차단하는 하나 이상의 릴레이(relay); 및 상기 릴레이와 팩 단자 사이에 연결되어 있고, 전지모듈에 대해 병렬 연결을 이루고 있으며, 릴레이의 ON/OFF에 따라 전지모듈의 작동 유무를 표시하는 작동 식별부재;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이와 관련하여, 종래의 전지팩은 작업자가 전지모듈의 작동을 확인할 수 없도록 구성되어 있어 전지모듈의 외부 단자에 접근할 때, 전지팩으로부터 통전되는 전류에 의해 감전되는 치명적인 문제가 있었으나, 본 발명에 따른 전지팩은 전지모듈의 작동을 표시하는 식별부재를 포함하고 있어, 작업자는 전지모듈의 작동 유무를 쉽게 인지할 수 있고, 이에 따라 작업자의 실수 또는 오판으로 감전과 같은 치명적인 사고에 노출되는 빈도를 현저히 낮출 수 있어 종래의 문제점을 효과적으로 해결할 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 외부기기는 차량일 수 있으며, 상기 작동 식별부재는 이를 다루는, 전지 시스템에 미숙한 작업자의 안전에 상당한 도움을 줄 수 있다.
즉, 상기 차량은 주기적인 정비와 검사가 필수적임을 고려할 때, 전지모듈을 사용하는 차량에 미숙한 작업자인 경우라도, 작동 식별부재를 통해 전지모듈의 작동 유무를 쉽게 인지하도록 유도함으로써, 전기적 안전성을 작업자에게 상기시킬 수 있으며 결과적으로 작업자는 안전성을 담보 받을 수 있다.
따라서, 작동 식별부재는 작업자가 쉽게 인지할 수 있는 곳에 배치되는 것이 바람직한 바, 하나의 구체적인 예에서, 상기 전지팩의 외부에서 인지할 수 있도록 장착되어 있을 수 있다.
한편, 상기 작동 식별부재는 전지모듈의 전력을 제공받아 작동하는 바, 제공되는 전압을 차량과 같은 외부기기에 적용되는 전압 이하로 강하시키는 것이 필요하며, 따라서, 상기 작동 식별부재에는 전압 강하를 위한 하나 이상의 레지스터가 직렬로 연결되어 있을 수 있다.
이러한 작동 식별부재는 작업자의 다양한 감각을 이용하여 전지모듈의 작동 유무를 인지할 수 있도록 구성될 수 있으므로, 하나의 구체적인 예에서, 시각뿐만 아니라, 청각 및 촉각으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 표현을 제공하는 부재일 수 있고, 상세하게는 시각적인 표현을 제공하는 디스플레이 모니터, 발광 다이오드(Light-Emitting Diode), 또는, 청각적인 표현을 나타내는 음성기기 및 음향기기, 또는 촉각적인 표현을 나타내는 바이브레이터로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.
그 중, 차량의 소음 또는 발열성을 고려할 때, 작업자가 가장 손쉽게 인지할 수 있는 시각적인 표현을 나타내는 작동 식별부재가 바람직하며, 따라서, 상세하게는 상기 작동 식별부재는 둘 이상의 발광다이오드들로 이루어진 발광다이오드 모듈일 수 있다.
상기 발광다이오드 모듈을 작동시키는 전력은 전지팩으로부터 발생하는 바, 전지팩의 전력이용률을 최소화 하는 크기로 이루어지는 것이 바람직하고, 구체적으로 상기 발광다이오드 모듈은 전지팩 일면의 면적 대비 0.1% 내지 5%의 크기로 이루어질 수 있다.
상기 발광다이오드 모듈의 면적이 너무 작은 경우에는 작업자의 식별이 용이하지 않을 수 있고, 너무 큰 경우에는 앞서 설명한 바와 같이 전지팩의 전력이용률이 높아지므로 바람직하지 않다.
이하, 작동 식별부재의 작동 원리를 구체적으로 살펴본다.
일반적으로 릴레이는, 전지모듈의 작동으로 전지팩에 전압이 걸리는 경우, 전류의 전자기력에 의해, 릴레이 내부의 도전성 바가 움직이면서 전지모듈의 단자와 팩 단자 사이를 통전 시켜 ON 상태를 만드는 구조일 수도 있고, 별도의 시스템 제어부, 즉 컴퓨터 프로그래밍을 통한 작동 함수를 이용하여 ON/OFF 상태로 제어하는 구조일 수 있다.
상기와 같이, 릴레이가 ON 상태가 되는 경우, 즉, 전지모듈 단자와 팩 단자가 통전되는 경우, 작동 식별부재는 릴레이와 팩 단자 사이에 연결되어 있음으로써 전지모듈로부터 전력을 제공받아 작동할 수 있고, 따라서, 상기 작동 식별부재는 릴레이가 ON인 상태에서 작동 정보를 제공하게 된다
반면에, 전지모듈의 작동을 종료하면, 릴레이는 OFF가 되고, 이 때 상기 작동 식별부재는 전지팩으로부터 전력을 제공받을 수 없으므로 작동 정보를 제공하지 않는다.
이와 같은 원리에 의해, 작업자는 전지모듈의 작동 유무를 쉽게 인지할 수 있고, 이에 따라 감전과 같은 사고에 노출되는 빈도를 현저히 낮출 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 릴레이는 전지모듈의 양극 단자와 전지팩의 양극 입출력 단자 사이에 위치하는 제 1 릴레이, 및 전지모듈의 음극 단자와 전지팩의 음극 입출력 단자 사이에 위치하는 제 2 릴레이를 포함하는 것으로 구성될 수 있는데, 이 경우에는 제 1 릴레이와 제 2 릴레이가 각각 ON인 상태에서만 작동 식별부재가 전지모듈의 전력을 제공 받아 전지모듈의 작동 정보를 제공하게 된다.
본 발명에 따른 전지팩은, 또한, 전지모듈과 외부기기를 전기적으로 연결하는 회로구성에 있어서, 전기적 안전성을 향상시키기 위한 보호회로를 회로구성에 더 포함한 구조일 수 있으며, 상기 보호회로는, 상세하게는 전지모듈로부터 발생되는 전력이 과부하 되는 경우, 차단기나 개폐기와 같은 기계적인 수단으로 전류를 차단시키는 것으로서, 전지모듈의 모듈 단자와 릴레이 사이에 배치되는 트립 보호회로(trip protection circuit)일 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 전지팩을 구성하는 구성요소로서, 상기 전지셀 또는 단위모듈은, 상세하게는 용량 특성이 우수한 리튬 이차전지일 수 있으나, 이것으로 한정되는 것은 아니다.
상기 리튬 이차전지는 양극, 음극, 및 상기 양극과 음극에 개재되는 분리막을 포함하는 전극조립체에 전해액이 함침되어 있는 구조로 이루어져 있다.
상기 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.
상기 양극 집전체는 일반적으로 3 내지 500 마이크로미터의 두께로 만든다. 이러한 양극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.
상기 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.
상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.
상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.
상기 음극은 음극 집전체 상에 음극 활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 선택적으로 더 포함될 수도 있다.
상기 음극 집전체는 일반적으로 3 내지 500 마이크로미터의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인리스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인리스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.
상기 음극 활물질로는, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe’yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me’: Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, and Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.
상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 마이크로미터이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 마이크로미터다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.
상기 전해액은 리튬염 함유 비수계 전해액일 수 있고, 상세하게는 비수 전해액과 리튬염으로 이루어져 있다. 비수 전해액으로는 비수계 유기용매, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용되지만 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
상기 비수계 유기용매로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.
상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등이 사용될 수 있다.
상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.
상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.
또한, 전해액에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있으며, FEC(Fluoro-Ethylene Carbonate), PRS(Propene sultone) 등을 더 포함시킬 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, LiPF6, LiClO4, LiBF4, LiN(SO2CF3)2 등의 리튬염을, 고유전성 용매인 EC 또는 PC의 환형 카보네이트와 저점도 용매인 DEC, DMC 또는 EMC의 선형 카보네이트의 혼합 용매에 첨가하여 리튬염 함유 비수계 전해액을 제조할 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전지팩을 포함하는 디바이스를 제공한다.
본 발명에 따른 디바이스의 구체적인 예로는, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력 저장장치일 수 있지만, 이것만으로 한정되는 것은 아니다.
이러한 디바이스의 구조 및 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지팩은, 전지모듈의 작동을 표시하는 식별부재를 포함하고 있어, 작업자는 식별 부재를 통해 전지모듈의 작동 유무를 용이하게 인지할 수 있고, 이에 따라 작업자가 전지모듈의 충방전 테스트, 다수의 전지셀들 또는 단위모듈들의 전압 검사, 저항 테스트 또는 단락검사와 같은 전기적 안전성이 요구되는 검사를 수행함에 있어 감전과 같은 치명적인 사고를 예방할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 전지모듈을 구성하는 판상형 전지셀의 사시도이다;
도 2는 본 발명의 전지팩을 구성하는 단위모듈의 사시도이다;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩의 회로 구성도이다; 도 4는 도 3의 전지모듈의 작동시 전지팩의 회로 구성도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 1에는 본 발명의 전지모듈을 구성하는 판상형 전지셀의 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 2에는 본 발명의 전지팩을 구성하는 단위모듈의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 판상형 전지셀(10)은 두 개의 전극리드(11, 12)가 서로 대향하여 전지 본체(13)의 상단부와 하단부에 각각 돌출되어 있는 구조로 이루어져 있다. 외장부재(14)는 상하 2 단위로 이루어져 있고, 그것의 내면에 형성되어 있는 수납부에 전극조립체(도시하지 않음)를 장착한 상태로 상호 접촉 부위인 양측면(14b)과 상단부(14a) 및 하단부(14c)를 부착시킴으로써 전지셀(10)이 만들어진다. 외장부재(14)는 수지층/금속박층/수지층의 라미네이트 구조로 이루어져 있어서, 서로 접하는 양측면(14b)과 상단부 및 하단부(14a, 14c)에 열과 압력을 가하여 수지층을 상호 융착시킴으로써 부착시킬 수 있으며, 경우에 따라서는 접착제를 사용하여 부착할 수도 있다. 양측면(14b)은 상하 외장부재(14)의 동일한 수지층이 직접 접하므로 용융에 의해 균일한 밀봉이 가능하다. 반면에, 상단부(14a)와 하단부(14c)에는 전극리드(11, 12)가 돌출되어 있으므로 전극리드(11, 12)의 두께 및 외장부재(14) 소재와의 이질성을 고려하여 밀봉성을 높일 수 있도록 전극리드(11, 12)와의 사이에 필름상의 실링부재(16)를 개재한 상태에서 열융착시킨 구조로 구성되어 있다.
단위모듈들(22, 23, 24, 25)은 판상형 전지셀(10)을 외장부재(21)로 감싼 상태에서 서로 직렬로 연결되며, 차례로 적층되어 전지모듈(20)을 구성한다. 전지모듈(20)의 단부에는 외부와 전기적으로 연결되는 모듈 단자(26)가 형성되어 있다.
하지만, 본 발명에 따른 전지모듈은 도면과 같이 단위모듈 4개만으로 이루어지는 것은 아니며, 소망하는 전지용량에 따라 단위모듈의 개수를 늘릴 수 있음은 물론이다.
도 3에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩의 회로 구성도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 4에는 도 3의 전지모듈의 작동시 전지팩의 회로 구성도가 모식적으로 도시되어 있다.
구체적으로, 도 3은 전지모듈의 작동이 멈춘 OFF 상태에서 본 발명에 따른 전지팩의 회로 구성을 나타내며, 도 4는 도 3의 전지팩에 있어서, 전지모듈이 작동하는 ON 상태의 회로 구성을 나타내고 있다.
이들 도면을 참조하면, 전지팩(100)은 다수의 단위모듈들이 전기적으로 연결되어 있는 전지모듈(20), 전지모듈(20)로부터 외부로 연장되어 있는 모듈단자(104, 106), 모듈단자(104, 106)를 외부기기(150) 또는 충전 수단에 전기적으로 연결하는 팩 단자(142, 146), 모듈 단자(104, 106)와 팩 단자(142, 146) 사이에 위치하는 제 1 릴레이(112) 및 제 2 릴레이(114), 제 1 릴레이(112) 및 제 2 릴레이(114)와 팩 단자(142, 146) 사이에 연결되어 있고, 전지모듈(20)에 대해 병렬 연결되어 있는 발광다이오드(120)로 구성되어 있다.
또한, 발광다이오드(120)에는 전압을 강하시키는 레지스터(122)가 직렬로 연결되어 있다.
전지모듈(20)의 작동이 멈춘 상태에서, 제 1 릴레이(112) 및 제 2 릴레이(114)는 OFF 상태가 되어 통전기능을 상실하게 되고, 발광다이오드(120)로 흐르는 전류가 차단되어 자동적으로 OFF가 된다.
반면에, 도 4와 같이 전지모듈(20)이 작동하면, 제 1 릴레이(112) 및 제 2 릴레이(114)는 동시에 ON 상태가 되고, 전류는 모듈단자들(104, 106)로부터 제 1 릴레이(112) 및 제 2 릴레이(114)와 팩 단자(142, 146)를 통해 외부기기로 흐르게 된다. 이 때, 발광다이오드(120)는 제 1 릴레이(112) 및 제 2 릴레이(114)를 통하는 전류를 수용하여 작업자가 전지모듈(20)의 작동 유무를 확인할 수 있도록 발광하게 되고, 작업자는 이를 육안으로 확인할 수 있다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (15)

  1. 전지모듈을 포함하는 전지팩으로서,
    복수의 전지셀들 또는 단위모듈들이 전기적으로 연결되어 있는 전지모듈;
    상기 전지모듈의 양극 단자와 음극 단자인 모듈 단자를 외부기기 또는 충전 수단에 전기적으로 연결하는, 전지팩의 외부 입출력 단자로서 팩 단자;
    상기 모듈 단자와 팩 단자 사이에 위치하고, 전지모듈의 작동 유무에 따라, 모듈 단자와 팩 단자의 전기적 연결을 통전 또는 차단하는 하나 이상의 릴레이(relay); 및
    상기 릴레이와 팩 단자 사이에 연결되어 있고, 전지모듈에 대해 병렬 연결을 이루고 있으며, 릴레이의 ON/OFF에 따라 전지모듈의 작동 유무를 표시하는 작동 식별부재;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 외부기기는 차량인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 작동 식별부재는 전지팩의 외부에서 인지할 수 있도록 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 작동 식별부재는 릴레이가 ON인 상태에서 작동 정보를 제공하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 전지모듈의 양극 단자와 전지팩의 양극 입출력 단자 사이에 위치하는 제 1 릴레이, 및 전지모듈의 음극 단자와 전지팩의 음극 입출력 단자 사이에 위치하는 제 2 릴레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 제 1 릴레이와 제 2 릴레이가 각각 ON인 상태에서 작동 식별부재는 작동 정보를 제공하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 작동 식별부재는 시각, 청각 및 촉각으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 표현을 제공하는 부재인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 작동 식별부재는 디스플레이 모니터, 발광 다이오드(Light-Emitting Diode), 음성기기, 음향기기, 및 바이브레이터로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 작동 식별부재는 둘 이상의 발광다이오드들로 이루어진 발광다이오드 모듈인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 발광다이오드 모듈은 전지팩의 전력이용률을 최소화 하도록, 전지팩 일면의 면적 대비 0.1% 내지 5%의 크기로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 작동 식별부재에는 전압 강하를 위한 하나 이상의 레지스터가 직렬로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 모듈 단자와 릴레이 사이에 트립 보호회로를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  14. 제 1 항에 따른 전지팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 디바이스는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 또는 전력 저장장치인 것을 특징으로 하는 디바이스.
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