KR20160112417A - Battery Pack Having Overcharge Protection Structure - Google Patents

Battery Pack Having Overcharge Protection Structure Download PDF

Info

Publication number
KR20160112417A
KR20160112417A KR1020150038122A KR20150038122A KR20160112417A KR 20160112417 A KR20160112417 A KR 20160112417A KR 1020150038122 A KR1020150038122 A KR 1020150038122A KR 20150038122 A KR20150038122 A KR 20150038122A KR 20160112417 A KR20160112417 A KR 20160112417A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
battery
battery pack
power
protection circuit
safety
Prior art date
Application number
KR1020150038122A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
임상욱
김영길
문정오
양재훈
이재민
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to KR1020150038122A priority Critical patent/KR20160112417A/en
Publication of KR20160112417A publication Critical patent/KR20160112417A/en

Links

Images

Classifications

    • H01M2/1016
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M2/34
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/572Means for preventing undesired use or discharge
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2200/00Safety devices for primary or secondary batteries
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00Batteries for particular applications
    • H01M2220/10Batteries in stationary systems, e.g. emergency power source in plant
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00Batteries for particular applications
    • H01M2220/20Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)

Abstract

The present invention relates to a battery pack including a safety structure, capable of blocking applied power to guarantee the safety of the battery pack in an overcharging state of the battery pack. The battery pack includes: at least two battery cells installed in the battery pack, or a battery module including the battery cells as unit batteries; a protecting circuit part electrically connected with the battery cells or battery module and a safety device, and transmitting a power blocking signal to the safety device in the overcharging state of the battery pack; and the safety device connected in series between the battery cells or battery module and an external charging and discharging device, and blocking power applied from the external charging and discharging device by the power blocking signal of the protecting circuit part.

Description

과충전 방지용 안전구조를 포함하는 전지팩 {Battery Pack Having Overcharge Protection Structure}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a battery pack having an overcharge protection structure,

본 발명은 과충전 방지용 안전구조를 포함하는 전지팩에 관한 것이다.The present invention relates to a battery pack including a safety structure for preventing overcharge.

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, 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로서도 주목받고 있다. 따라서, 이차전지를 사용하는 에플리케이션의 종류는 이차전지의 장점으로 인해 매우 다양화되고 있으며, 향후에는 지금보다는 많은 분야와 제품들에 이차전지가 적용될 것으로 예상된다.BACKGROUND ART [0002] In recent years, rechargeable secondary batteries have been widely used as energy sources for wireless mobile devices. The secondary battery is also attracting attention as an energy source for electric vehicles and hybrid electric vehicles, which are proposed to solve air pollution of existing gasoline vehicles and diesel vehicles using fossil fuels. Therefore, the application of the secondary battery is diversified due to the advantages of the secondary battery, and it is expected that the secondary battery will be applied to many fields and products in the future.

이와 같이 이차전지의 적용 분야와 제품들이 다양화됨에 따라, 전지의 종류 또한 그에 알맞은 출력과 용량을 제공할 수 있도록 다양화되고 있다. 더불어, 당해 분야 및 제품들에 적용되는 전지들은 소형 경량화가 강력히 요구되고 있다.As the application fields and products of the secondary battery are diversified, the type of the battery is also diversified to provide an appropriate output and capacity. In addition, there is a strong demand for miniaturization and weight reduction of cells applied to the field and products.

예를 들어, 휴대폰, PDA, 디지털 카메라, 스마트 패드, 노트북 컴퓨터 등과 같은 소형 모바일 기기들은 해당 제품들의 소형 경박화 경향에 따라 그에 상응하도록 디바이스 1 대당 하나 또는 서너 개의 소형 경량의 전지 셀들이 사용되고 있다. 반면에, 전기자전거, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등과 같은 중대형 디바이스들은 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 전지모듈(또는 "전지 팩"으로 칭하기도 함)이 사용되고 있는데, 전지모듈의 크기와 중량은 당해 중대형 디바이스 등의 수용 공간 및 출력 등에 직접적인 관련성이 있으므로, 제조업체들은 가능한 한 소형이면서 경량의전지모듈을 제조하려고 노력하고 있다.For example, a small mobile device such as a mobile phone, a PDA, a digital camera, a smart pad, a notebook computer, and the like is one or three small and lightweight battery cells per device corresponding to the tendency to miniaturize the products. On the other hand, a middle- or large-sized device such as an electric bicycle, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, etc., uses a battery module (also referred to as a "battery pack") in which a large number of battery cells are electrically connected, Since the size and weight of the battery module are directly related to the accommodating space and output of the middle- or large-sized device, manufacturers try to manufacture a battery module as small and light as possible.

종래의 중대형 이차전지모듈은 일정한 크기의 케이스(하우징) 내부에 다수의 단위전지들을 장착하여 이를 전기적으로 연결하고, 그러한 케이스의 외면에 상기 단위전지들의 전압, 전류, 온도 등을 감지하고 전지의 작동을 제어하는 회로부를 포함하는 것으로 구성되어 있다.In the conventional middle- or large-sized secondary battery module, a plurality of unit cells are mounted in a case (housing) of a predetermined size and are electrically connected to each other, and the voltage, current, And a circuit section for controlling the display section.

앞서 설명한 바와 같이, 중대형 디바이스 분야에서 이차전지가 사용되는 제품들이 다양해짐에 따라 그에 부합하는 전기 용량과 출력을 제공할 수 있는 다양한 종류의 전기모듈들이 요청되고 있으며, 더욱이 동일한 제품군이라 하더라도 제품의크기가 다른 경우에는 그에 따라 요구되는 전기 용량과 출력 또한 달라지므로 전지모듈의 설계도 변경되어야 한다.As described above, various types of secondary modules are being used in the field of medium to large-sized devices. Accordingly, various types of electric modules capable of providing electric capacity and output corresponding thereto have been demanded. Furthermore, The required capacity and output are also changed accordingly, so the design of the battery module must be changed.

한편, 이차전지와 그것을 다수 개 포함하고 있는 전지모듈에서 가장 문제되고 있는 사항들 중의 하나는 안전성이다. 특히, 고출력 대용량의 전지모듈은 전기자전거, 전기자동차 등과 같은 대형 디바이스에 사용되므로, 외부로부터 충격, 갖은 진동 등 다양하고 큰 외력을 받게 된다. 더욱이, 전지모듈을 구성하는 단위전지로서의 사용 가능성에 대해 최근 많은 관심과 연구의 대상이 되고 있는 리튬 이차전지는 안전성이 낮다는 문제점을 가지고 있다. 따라서, 다수의 단위전지들이 밀집되어 있는 전지모듈의 안전성 문제는 더욱 심각할 수 있다.On the other hand, safety is one of the most important issues in a secondary battery and a battery module including a plurality of the secondary battery. Particularly, since the battery modules of high power and large capacity are used in large-sized devices such as electric bicycles and electric vehicles, they are subjected to a variety of large external forces such as shocks and vibrations from the outside. Furthermore, a lithium secondary battery, which has been recently subjected to a great deal of interest and research as to the possibility of its use as a unit cell constituting a battery module, has a problem of low safety. Therefore, the safety problem of the battery module in which a large number of unit cells are concentrated may be more serious.

전지모듈의 안전성 문제는 크게 과충전 등에 의한 발열, 외부 충격 등에 의한 모듈 구성요소들의 내부 단락 등으로 유발된다. 과충전, 과방전 등에 의한 단위전지의 손상 및 발열 등의 문제점을 해결하기 위하여, 일반적으로 전지모듈에는 단위전지의 전류와 전압 및 전지 시스템의 온도를 센싱하여 제어할 수 있는 BMS (Battery Management System)의 회로부를 포함하고 있다. 따라서, 과전류, 과전압, 과열 등의 발생시 전류를 차단하여 단위전지를 보호하고 안전성을 확보할 수 있다.The safety problem of the battery module is largely caused by heat due to overcharging, internal short-circuiting of the module components due to external impact, and the like. In order to solve the problems of damage and heat generation of a unit cell due to overcharging, over-discharge, etc., a battery module generally includes a BMS (Battery Management System) capable of sensing current and voltage of a unit cell and a temperature of the battery system, And a circuit part. Therefore, when the overcurrent, overvoltage, overheat, or the like occurs, the current is cut off, thereby protecting the unit cell and securing the safety.

또한, 일부 선행기술들에서는 전지모듈에 포함되는 각 단위 셀들의 전극 단자부를 파단하여 접속을 차단하거나, 전지모듈의 스웰링(swelling) 시의 부피 변화에 따라, 모듈 케이스에 파단부를 포함하여 물리적으로 전기적 접속을 차단하는 구조들이 적용되고 있다.In some prior arts, the electrode terminal portions of the unit cells included in the battery module are broken to cut off the connection, or the battery module may be physically deformed due to the volume change at the time of swelling of the battery module, Structures for blocking electrical connection are applied.

그런, 상기 BMS의 오작동 또는 미작동시에는 BMS로부터 어떠한 제어도 이루어지지 않으므로, 전원 개폐부는 계속적으로 온(on) 상태로 유지되어, 비정상적인 작동 상태에서도 전지모듈 어셈블리은 계속적으로 충방전 작동이 이루어지므로, 안전성을 담보할 수 없고, 물리적 차단의 경우에도, 전지모듈의 발화가 이루어지는 정확한 시점 이전에 차단이 이루어지지 않을 시 발화가 발생할 수 있으므로, 정확도를 낮은 문제점이 있다.Since the BMS does not perform any control from the BMS at the same time as the malfunction or malfunction of the BMS, the power switch is continuously kept on, so that the battery module assembly is constantly charged and discharged even in an abnormal operating state. And even in the case of physical shutdown, ignition may occur when the battery module is not shut off before the exact point in time when the battery module is ignited, resulting in low accuracy.

따라서, 이러한 문제점들을 근본적으로 해소하기 위한 기술에 대한 필요성이 높은 실정이다.Therefore, there is a high need for techniques to fundamentally solve these problems.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems of the prior art and the technical problems required from the past.

본 발명의 목적은 전지팩의 과 충전 상태에서 전지팩의 안전성을 담보하기 위하여 전지셀들 또는 전지모듈들의 전압을 실시간으로 감시하는 보호회로부 및 상기 보호회로에서 특정한 전압에 도달 시 차단 신호를 송신하고, 상기 차단 신호에 의해 인가되는 전원을 차단하는 안전장치를 포함함으로써, 전지가 발화, 폭발하는 등의 안전성 문제를 해결할 수 있는 구조의 전지팩을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a protection circuit for monitoring the voltage of battery cells or battery modules in real time in order to secure the safety of the battery pack in an overcharged state of the battery pack, And a safety device that cuts off the power applied by the blocking signal, thereby solving a safety problem such as ignition and explosion of the battery.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지팩은, 전지팩의 과충전 상태에서 전지팩의 안전성을 담보하기 위하여 인가되는 전원을 차단하는 안전구조를 포함하는 전지팩으로서,In order to achieve the above object, a battery pack according to the present invention includes a safety structure for shutting off a power applied to a battery pack in order to secure the safety of the battery pack in an overcharged state of the battery pack,

전지팩 내부에 장착되는 둘 이상의 전지셀들 또는 전지셀들을 단위전지로 포함하는 전지모듈;A battery module including at least two battery cells or battery cells mounted in the battery pack as unit cells;

상기 전지셀들 또는 전지모듈과 하기 안전장치에 각각 전기적으로 연결되어 있고, 전지팩의 과충전 상태에서 하기 안전장치에 전원 차단 신호를 송신하는 보호회로부; 및A protection circuit part electrically connected to the battery cells or the battery module and a safety device for transmitting a power cutoff signal to the safety device in an overcharged state of the battery pack; And

상기 전지셀들 또는 전지모듈과 외부 충방전기 사이의 직렬 연결되어 있고, 상기 보호회로부의 전원 차단 신호에 의해 외부 충방전기에서 인가되는 전원을 차단하는 안전장치;A safety device which is connected in series between the battery cells or the battery module and the external charge / discharge device and which cuts off power supplied from the external charge / discharge device by a power cutoff signal of the protection circuit;

를 포함하는 구조로 구성되어 있다.As shown in FIG.

따라서, 본 발명에 따른 전지팩은, 전지팩의 과 충전 상태에서 전지팩의 안전성을 담보하기 위하여 전지셀들 또는 전지모듈들의 전압을 실시간으로 감시하는 보호회로부 및 상기 보호회로에서 특정한 전압에 도달 시 차단 신호를 송신하고, 상기 차단 신호에 의해 인가되는 전원을 차단하는 안전장치를 포함함으로써, 전지가 발화, 폭발하는 등의 안전성 문제를 해결할 수 있는 효과를 제공한다.Therefore, the battery pack according to the present invention includes: a protection circuit part for monitoring the voltage of the battery cells or the battery modules in real time in order to secure the safety of the battery pack in an overcharged state of the battery pack; And a safety device that transmits a shutoff signal and cuts off the power supplied by the shutoff signal, thereby providing an effect of solving safety problems such as ignition and explosion of the battery.

하나의 구체적인 예에서, 상기 보호회로부는, 전지셀들 또는 전지모듈의 전압을 실시간으로 감시하는 트리거 회로(trigger circuit), 및 전지팩의 과충전 시 트리거 회로의 지시에 의해 전원 차단 신호를 안전장치로 송신하는 전력 스위칭 소자를 포함하고 있는 구조일 수 있다. In one specific example, the protection circuit section includes a trigger circuit for monitoring the voltage of the battery cells or the battery module in real time, and a protection circuit And a power switching element for transmitting the power.

이때, 상기 보호회로부의 트리거 회로는, 전지팩의 전압을 실시간으로 감시하고, 특정한 설정 전압에 도달하였을 때, 전지팩의 과충전 상태로 판단하는 구조로 구성될 수 있다.At this time, the trigger circuit of the protection circuit part may be configured to monitor the voltage of the battery pack in real time, and to determine that the battery pack is in an overcharge state when the predetermined set voltage is reached.

일반적으로, 중대형 디바이스에 포함되는 전지팩의 경우, 충전 전압의 SOC(State of Charg) 값에 따른 전지팩의 발화 여부를 테스트 하게 되며, 예를 들어, 상기 설정 전압을 전지팩의 발화 시점 이전의 범위에서 SOC 120% 내지 SOC 125% 사이의 범위에서 설정할 수 있고, 바람직하게는 SOC 125%로 설정할 수 있다.Generally, in the case of a battery pack included in a middle- or large-sized device, it is tested whether the battery pack is ignited according to the SOC (State of Charge) value of the charging voltage. For example, The SOC can be set in a range between 120% and 125%, and the SOC can be set to 125%.

따라서, 안전성 테스트를 통해 얻어진 정보를 바탕으로, 적용되는 디바이스의 종류 및 형태 등에 따라 설정 전압을 변경하는 것이 가능하다.Therefore, based on the information obtained through the safety test, it is possible to change the set voltage according to the type and the type of the applied device.

한편, 상기 안전장치는 보호회로부의 전원 차단 신호에 의해 외부 충방전기에서 인가되는 전원을 차단하는 구조로서, 예를 들어 전원 차단 장치(Power Disconnection Device)가 바람직하게 적용될 수 있다.On the other hand, the safety device has a structure for shutting off the power applied from the external charge / discharge device by a power cut-off signal of the protection circuit part, for example, a power disconnection device can be preferably applied.

하나의 구체적인 예에서, 상기 전원 차단 장치는, 전지셀들 또는 전지모듈과 외부 충방전기를 전기적으로 연결하기 위한 버스 바를 포함하고 있고, 상기 버스 바를 파열하기 위한 기폭제 및 작약을 내부에 포함하고 있는 구조로 구성될 수 있다.In one specific example, the power-off device includes a bus bar for electrically connecting the battery cells or the battery module to the external charge / discharge device, and a structure including an initiator and a peony for rupturing the bus bar ≪ / RTI >

이러한 구조의 버스 바는, 전지셀들 또는 전지모듈에 접속하기 위하여 전원 차단 장치 외부로 돌출된 제 1 접속부와, 외부 충방전기에 접속하기 위하여 전원 차단 장치의 외부로 돌출된 제 2 접속부를 포함하고 있고, 상기 제 1 접속부와 제 2 접속부를 상호 연결하는 연결부를 포함하는 구조로 구성되어, 충방전기와 전지셀들 또는 전지모듈과 직렬 접속하고, 버스 바 내부의 연결구조가 물리적으로 파단 되어 전원을 차단하는 구조로 구성될 수 있다.The bus bar having such a structure includes a first connection portion protruding to the outside of the power cutoff device for connection to the battery cells or the battery module and a second connection portion protruding to the outside of the power cutoff device for connection to the external charge / discharge device And a connecting portion connecting the first connecting portion and the second connecting portion to each other. The connecting portion is connected in series with the charging / discharging device, the battery cells or the battery module, and the connection structure inside the bus bar is physically broken, Blocking structure.

구체적으로, 상기 기폭제는, 보호회로부의 전원 차단 신호에 반응하여 작약을 폭발시키고, 상기 작약의 폭발에 의해 버스 바의 연결부가 파단 되어 전류 흐름이 차단되는 구조로 구성될 수 있다.Specifically, the initiator may have a structure in which the initiator is detonated in response to a power shutoff signal of the protection circuit portion, and the connection portion of the bus bar is broken by the explosion of the pecker to interrupt current flow.

이러한 구조의 전지팩은, 전지셀들 또는 전지모듈이 상면에 탑재되는 베이스 플레이트(base plate) 및 상기 베이스 플레이트 상에 고정되어 전지셀들 또는 전지모듈의 상면을 형성하는 상부 커버 플레이트(upper cover plate)를 포함하고, 상기 보호회로부 및 안전장치는 상부 커버 플레이트의 일측 외면에 장착되는 구조로 구성될 수 있다. The battery pack having such a structure includes a base plate on which the battery cells or the battery module are mounted, and an upper cover plate which is fixed on the base plate and forms the upper surfaces of the battery cells or the battery module. The protection circuit unit and the safety device may be configured to be mounted on one outer surface of the upper cover plate.

본 발명에 따른 전지셀은 한정된 공간에서 높은 적층률을 제공할 수 있도록 바람직하게는 판상형 전지셀 일 수 있으며, 예를 들어, 라미네이트 시트의 전지케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 구조로 이루어질 수 있다.The battery cell according to the present invention may be a plate-shaped battery cell so as to provide a high lamination ratio in a limited space. For example, the battery cell of the laminate sheet may have an electrode assembly embedded therein.

구체적으로, 상기 라미네이트 시트는 전극조립체의 장착을 위한 수납부가 형성되어 있고, 상기 수납부에 전극조립체를 장착한 상태에서 상기 시트와 분리되어 있는 별도의 시트 또는 그로부터 연장되어 있는 시트를 열융착하여 밀봉하는 구조일 수 있으나, 이것만으로 한정되는 것은 아니다.Specifically, the laminate sheet is provided with a receiving portion for mounting the electrode assembly, and a separate sheet separated from the sheet or a sheet extending therefrom is thermally fused with the electrode assembly mounted on the receiving portion, However, the present invention is not limited thereto.

일반적으로, 상기 전지셀은 리튬이온 전지 또는 리튬 이차전지일 수 있지만, 이들만으로 한정되지 않음은 물론이다.Generally, the battery cell may be a lithium ion battery or a lithium secondary battery, but is not limited thereto.

참고로, 리튬 이차전지는 양극, 음극, 분리막, 및 리튬염 함유 비수 전해액으로 구성되어 있다. For reference, a lithium secondary battery is composed of a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a nonaqueous electrolyte solution containing a lithium salt.

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.The positive electrode is prepared, for example, by coating a mixture of a positive electrode active material, a conductive material and a binder on a positive electrode current collector, and then drying the mixture. Optionally, a filler may be further added to the mixture.

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.The cathode active material may be a layered compound such as lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), or a compound substituted with one or more transition metals; Lithium manganese oxides such as Li 1 + x Mn 2 -x O 4 (where x is 0 to 0.33), LiMnO 3 , LiMn 2 O 3 , LiMnO 2 and the like; Lithium copper oxide (Li 2 CuO 2 ); Vanadium oxides such as LiV 3 O 8 , LiFe 3 O 4 , V 2 O 5 and Cu 2 V 2 O 7 ; A Ni-site type lithium nickel oxide expressed by the formula LiNi 1-x M x O 2 (where M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B or Ga and x = 0.01 to 0.3); Formula LiMn 2-x M x O 2 ( where, M = Co, Ni, Fe , Cr, and Zn, or Ta, x = 0.01 ~ 0.1 Im) or Li 2 Mn 3 MO 8 (where, M = Fe, Co, Ni, Cu, or Zn); LiMn 2 O 4 in which a part of Li in the formula is substituted with an alkaline earth metal ion; Disulfide compounds; Fe 2 (MoO 4 ) 3 , and the like. However, the present invention is not limited to these.

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.The conductive material is usually added in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of the mixture including the cathode active material. Such a conductive material is not particularly limited as long as it has electrical conductivity without causing chemical changes in the battery, for example, graphite such as natural graphite or artificial graphite; Carbon black such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; Conductive fibers such as carbon fiber and metal fiber; Metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; Conductive whiskey such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives and the like can be used.

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.The binder is a component which assists in bonding of the active material and the conductive material and bonding to the current collector, and is usually added in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of the mixture containing the cathode active material. Examples of such binders include polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene , Polypropylene, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butylene rubber, fluorine rubber, various copolymers and the like.

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.The filler is optionally used as a component for suppressing the expansion of the anode, and is not particularly limited as long as it is a fibrous material without causing a chemical change in the battery. Examples of the filler include olefin polymers such as polyethylene and polypropylene; Fibrous materials such as glass fibers and carbon fibers are used.

상기 음극은 음극 집전체 상에 음극 활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 선택적으로 더 포함될 수도 있다.The negative electrode is manufactured by applying and drying a negative electrode active material on a negative electrode collector, and if necessary, the above-described components may be selectively included.

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.Examples of the negative electrode active material include carbon such as non-graphitized carbon and graphite carbon; Li x Fe 2 O 3 (0≤x≤1 ), Li x WO 2 (0≤x≤1), Sn x Me 1-x Me 'y O z (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me' : Metal complex oxides such as Al, B, P, Si, Group 1, Group 2, Group 3 elements of the periodic table, Halogen, 0 &lt; x &lt; Lithium metal; Lithium alloy; Silicon-based alloys; Tin alloy; SnO, SnO 2, PbO, PbO 2, Pb 2 O 3, Pb 3 O 4, Sb 2 O 3, Sb 2 O 4, Sb 2 O 5, GeO, GeO 2, Bi 2 O 3, Bi 2 O 4, and Bi 2 O 5 ; Conductive polymers such as polyacetylene; Li-Co-Ni-based materials and the like can be used.

상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 ㎛이다. 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.The separation membrane is interposed between the anode and the cathode, and an insulating thin film having high ion permeability and mechanical strength is used. The pore diameter of the separator is generally 0.01 to 10 mu m, and the thickness is generally 5 to 300 mu m. Such separation membranes include, for example, olefinic polymers such as polypropylene, which are chemically resistant and hydrophobic; A sheet or nonwoven fabric made of glass fiber, polyethylene or the like is used. When a solid electrolyte such as a polymer is used as an electrolyte, the solid electrolyte may also serve as a separation membrane.

리튬염 함유 비수계 전해액은, 극성 유기 전해액과 리튬염으로 이루어져 있다. 전해액으로는 비수계 액상 전해액, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다. The non-aqueous electrolyte solution containing a lithium salt is composed of a polar organic electrolyte and a lithium salt. As the electrolytic solution, a non-aqueous liquid electrolytic solution, an organic solid electrolyte, an inorganic solid electrolyte and the like are used.

상기 비수계 액상 전해액으로는, 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.Examples of the nonaqueous liquid electrolytic solution include N-methyl-2-pyrrolidinone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, gamma -Butyrolactone, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydroxyfuran, 2-methyltetrahydrofuran, dimethylsulfoxide, 1,3-dioxolane, formamide, dimethylformamide, dioxolane , Acetonitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, triester phosphate, trimethoxymethane, dioxolane derivatives, sulfolane, methylsulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbonate Nonionic organic solvents such as tetrahydrofuran derivatives, ethers, methyl pyrophosphate, ethyl propionate and the like can be used.

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.Examples of the organic solid electrolyte include a polymer electrolyte such as a polyethylene derivative, a polyethylene oxide derivative, a polypropylene oxide derivative, a phosphate ester polymer, an agitation lysine, a polyester sulfide, a polyvinyl alcohol, a polyvinylidene fluoride, Polymers containing ionic dissociation groups, and the like can be used.

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.Examples of the inorganic solid electrolyte include Li 3 N, LiI, Li 5 NI 2 , Li 3 N-LiI-LiOH, LiSiO 4 , LiSiO 4 -LiI-LiOH, Li 2 SiS 3 , Li 4 SiO 4 , Nitrides, halides and sulfates of Li such as Li 4 SiO 4 -LiI-LiOH and Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2 can be used.

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.The lithium salt is a material that is readily soluble in the non-aqueous electrolyte, for example, LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4, LiBF 4, LiB 10 Cl 10, LiPF 6, LiCF 3 SO 3, LiCF 3 CO 2, LiAsF 6, LiSbF 6, LiAlCl 4, CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, (CF 3 SO 2) 2 NLi, chloroborane lithium, lower aliphatic carboxylic acid lithium, lithium tetraphenyl borate and imide have.

또한, 비수계 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 있다.For the purpose of improving the charge-discharge characteristics and the flame retardancy, the non-aqueous liquid electrolyte may contain, for example, pyridine, triethylphosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylenediamine, glyme, N, N-substituted imidazolidine, ethylene glycol dialkyl ether, ammonium salt, pyrrole, 2-methoxyethanol, aluminum trichloride and the like are added It is possible. In some cases, a halogen-containing solvent such as carbon tetrachloride or ethylene trifluoride may be further added to impart nonflammability, or a carbon dioxide gas may be further added to improve high-temperature storage characteristics.

본 발명은 또한 상기 전지팩에 포함되는 안전구조의 작동 방법으로서, The present invention also relates to a method of operating a safety structure included in the battery pack,

(a) 외부 충방전기에 연결된 전지팩의 전지셀들 또는 전지모듈이 충전되는 과정;(a) charging the battery cells or the battery module of the battery pack connected to the external charge / discharge unit;

(b) 보호회로부에서 전지셀 또는 전지모듈들의 전압을 실시간으로 감시하는 과정; (b) monitoring the voltages of the battery cells or the battery modules in the protection circuit part in real time;

(c) 상기 과정(b)에서 감시된 전압이 설정 전압에 도달했을 시, 안전장치에 전원 차단 신호를 송신하는 과정;(c) transmitting a power-off signal to the safety device when the voltage monitored in the step (b) reaches the set voltage;

(d) 보호회로부의 전원 차단 신호에 반응하여 안전장치 내부에 작약을 폭발시키고, 상기 작약의 폭발에 의해 버스 바의 연결부가 파단 되어 전류 흐름이 차단하는 과정; (d) explosion of peonies in the safety device in response to the power-off signal of the protection circuit part, and breaking of the connection of the bus bar due to explosion of the peony, thereby blocking current flow;

을 포함하는 안전구조 작동 방법을 제공할 수 있다.To provide a safety structure operating method.

상기 과정(c)의 설정 전압은 SOC 125% 로 설정될 수 있으며, 상기 과정(d)에서 버스 바의 연결부 파단 시간은 2 ms 이하일 수 있고, 상기 기폭제의 활성화 에너지는 1.75A/0.5ms 또는 1.2A/2ms인 범위에서 설정되며, 상기 기폭제의 저항은 1×10-1 mΩ 이하의 범위일 수 있다.The set voltage of the process (c) may be set to 125% of SOC. In the process (d), the break time of the connection part of the bus bar may be 2 ms or less and the activation energy of the initiator may be 1.75 A / 0.5 ms or 1.2 A / 2 ms, and the resistance of the initiator may be in a range of 1 x 10 -1 m? Or less.

본 발명은 또한, 상기 전지팩을 전원으로 포함하는 디바이스를 제공할 수 있는 바, 상기 디바이스는 LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다.The present invention can also provide a device including the battery pack as a power source, wherein the device is a LEV (Light Electronic Vehicle), an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a plug-in hybrid electric vehicle, May be selected from the group consisting of

이들 디바이스의 구조 및 그것의 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명은 생략한다.The structure of these devices and their fabrication methods are well known in the art, and a detailed description thereof will be omitted herein.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지팩은, 전지팩의 과 충전 상태에서 전지팩의 안전성을 담보하기 위하여 전지셀들 또는 전지모듈들의 전압을 실시간으로 감시하는 보호회로부 및 상기 보호회로에서 특정한 전압에 도달 시 차단 신호를 송신하고, 상기 차단 신호에 의해 인가되는 전원을 차단하는 안전장치를 포함함으로써, 전지가 발화, 폭발하는 등의 안전성 문제를 해결할 수 있는 효과가 있다.As described above, the battery pack according to the present invention includes a protection circuit part for monitoring the voltage of the battery cells or the battery modules in real time in order to secure the safety of the battery pack in an overcharged state of the battery pack, And a safety device that transmits a shut-off signal when the voltage reaches the predetermined voltage and cuts off the power applied by the cut-off signal, thereby solving the safety problem such as ignition and explosion of the battery.

도 1 은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩에 대한 모식도이다;
도 2 는 상기 도 1의 전지팩에 대한 회로도이다
도 3 은 상기 도 1의 안전 장치의 작동 방식에 대한 모식도이다.
1 is a schematic view of a battery pack according to one embodiment of the present invention;
2 is a circuit diagram of the battery pack of FIG. 1
3 is a schematic diagram of the operation of the safety device of FIG.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited by the scope of the present invention.

도 1 에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩에 대한 모식도가 도시되어 있고, 도 2에는 상기 도 1의 전지팩에 대한 회로도가 모식적으로 도시되어 있다.FIG. 1 is a schematic view of a battery pack according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic view illustrating a circuit diagram of the battery pack of FIG.

먼저, 도 1을 참조하면, 전지팩(100)은 전지팩(100) 내부에 전지모듈(110)을 포함하고 있는 구조로서, 전지모듈(110)이 상면에 탑재되는 베이스 플레이트(121) 및 상기 베이스 플레이트(121) 상에 고정되어 전지모듈(110)의 상면을 형성하는 상부 커버 플레이트(122)를 포함하는 구조로 구성되어 있다.Referring to FIG. 1, a battery pack 100 includes a battery module 110 in a battery pack 100, and includes a base plate 121 on which the battery module 110 is mounted, And an upper cover plate 122 fixed on the base plate 121 to form an upper surface of the battery module 110.

보호회로부(130) 및 안전장치(140)는 상부 커버 플레이트(122)의 일측 외면에 장착되어 있고, 상기 보호회로부(130)는 전지모듈(110)과 안전장치(140)에 각각 전기적으로 연결되어 있는 구조로 구성되어 있다.The protection circuit unit 130 and the safety device 140 are mounted on one outer surface of the upper cover plate 122. The protection circuit unit 130 is electrically connected to the battery module 110 and the safety device 140 .

보호회로부(130)는 전지모듈(110)의 전압을 실시간으로 감시하고, 전지팩(100)의 전압이 설정된 전압에 도달 했을 시, 전원 차단 신호를 안전장치(140)로 송신하며, 안전장치(140)는 보호회로부(130)의 전원 차단 신호에 의해 외부로부터 인가되는 전원을 차단하는 구조로 구성된다.The protection circuit unit 130 monitors the voltage of the battery module 110 in real time and transmits a power cutoff signal to the safety device 140 when the voltage of the battery pack 100 reaches the set voltage, 140 are configured to cut off the power applied from the outside by the power supply cut-off signal of the protection circuit part 130.

이러한 구조에서 보호회로부(130)는 전지모듈(110)의 전압을 실시간으로 감시하는 트리거 회로(131), 및 전지팩의 과충전 시 트리거 회로(131)의 지시에 의해 전원 차단 신호를 안전장치(140)로 송신하는 전력 스위칭 소자(132)를 포함하는 구조로 구성된다.In this structure, the protection circuit 130 includes a trigger circuit 131 for monitoring the voltage of the battery module 110 in real time, and a power supply shutdown signal to the safety device 140 And a power switching element 132 for transmitting the power switching element 132 to the power switching element 132.

이때, 보호회로부(130)의 트리거 회로(131)는, 전지팩(100)의 전압이 설정 전압에 도달하였을 때, 전지팩(100)의 과충전 상태로 판단하고, 전력 스위칭 소자(132)를 통해 안전장치(140)에 전원 차단 신호를 송신한다.When the voltage of the battery pack 100 reaches the set voltage, the trigger circuit 131 of the protection circuit unit 130 determines that the battery pack 100 is in an overcharged state, And transmits a power-off signal to the safety device 140. [

다음으로, 도 2를 도 1과 함께 참조하여 본 발명의 안전구조의 작동 방법을 설명하면, 외부 충방전기(200)에 연결된 전지팩(100)의 전지모듈(110)을 충전되는 과정, 보호회로부(130)에서 전지모듈(110)의 전압을 실시간으로 감시하는 과정, 보호회로부(130)로부터 감시된 전압이 SOC 125%에 도달하였을 때, 안전장치(140)에 전원 차단 신호를 송신하는 과정 및 보호회로부(130)의 전원 차단 신호에 반응하여 안전장치(140) 내부에 작약(하기 도면 3 참조)을 폭발시키고, 상기 작약의 폭발에 의해 버스 바(하기 도면 3 참조)의 연결부(하기 도면 3 참조)가 파단 되어 전류 흐름이 차단하는 과정을 포함한다.Next, a method of operating the safety structure according to the present invention will be described with reference to FIG. 2. Referring to FIG. 2, a process of charging the battery module 110 of the battery pack 100 connected to the external charge / discharge device 200, A process of monitoring the voltage of the battery module 110 in real time in the control unit 130, a process of transmitting a power shutdown signal to the safety device 140 when the voltage monitored by the protection circuit unit 130 reaches SOC 125% (See FIG. 3) in the safety device 140 in response to the power-off signal of the protection circuit part 130 and the connection part of the bus bar (see FIG. 3) And breaking the current flow.

도 3에는 도 1의 안전장치의 작동 방식에 대한 모식도가 도시되어 있다.Fig. 3 shows a schematic diagram of the operation of the safety device of Fig.

도 3을 참조하면, 안전장치(140)는 전원 차단 장치(Power disconnection Device) 로서, 전지모듈(110)과 외부 충방전기(200)를 전기적으로 연결하기 위한 버스 바(150)를 포함하고 있고, 상기 버스 바(150)를 파열하기 위한 기폭제(161) 및 작약(162)을 내부에 포함하고 있는 구조로 구성되어 있다.3, the safety device 140 is a power disconnection device and includes a bus bar 150 for electrically connecting the battery module 110 and the external charge / discharge device 200, And an initiator 161 and a peony solution 162 for rupturing the bus bar 150 are included therein.

구체적으로, 버스 바(150)는, 전지모듈(110)에 접속하기 위하여 전원 차단 장치(141) 외부로 돌출된 제 1 접속부(151)와, 외부 충방전기(200)에 접속하기 위하여 전원 차단 장치(141)의 외부로 돌출된 제 2 접속부(152)를 포함하고 있고, 상기 제 1 접속부(151)와 제 2 접속부(152)를 상호 연결하는 연결부(153)를 포함하는 구조로 구성된다.Specifically, the bus bar 150 includes a first connection part 151 protruded to the outside of the power cutoff device 141 for connection to the battery module 110, And a second connection part 152 protruding outward from the first connection part 141 and a connection part 153 connecting the first connection part 151 and the second connection part 152 to each other.

전지팩(100)의 과충전 상태로 판단되는 SOC 120% 에서 보호회로부(130)로부터의 전원 차단 신호를 송신하며, 기폭제(161)는 보호회로부(130)의 전원 차단 신호에 반응하여 작약(162)을 폭발시키고, 상기 작약(162)의 폭발에 의해 버스 바(150)의 연결부(153)가 파단 되어 전류 흐름이 차단된다.The initiator 161 transmits a power shutoff signal from the protection circuit unit 130 at an SOC of 120% which is determined to be an overcharge state of the battery pack 100. The initiator 161 responds to the shutoff signal of the protection circuit unit 130, And the connection portion 153 of the bus bar 150 is broken by the explosion of the peony 162, thereby blocking the current flow.

따라서, 도 1 내지 3에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 전지팩(100)은, 전지팩(100)의 과 충전 상태에서 전지팩(100)의 안전성을 담보하기 위하여 전지모듈(110)의 전압을 실시간으로 감시하는 보호회로부(130) 및 상기 보호회로부(130)에서 설정 전압에 도달 시 차단 신호를 송신하고, 상기 차단 신호에 의해 인가되는 전원을 차단하는 안전장치(140)를 포함함으로써, 전지가 발화, 폭발하는 등의 안전성 문제를 해결할 수 있는 효과를 제공한다.
1 to 3, the battery pack 100 according to the present invention is configured such that the voltage of the battery module 110 is lowered in order to secure the safety of the battery pack 100 in an overcharged state of the battery pack 100, And a safety device (140) for transmitting a blocking signal when the set voltage is reached by the protection circuit part (130) and cutting off the power applied by the blocking signal, It is possible to solve the problem of safety such as ignition and explosion.

본 발명이 속한 분양에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

Claims (19)

전지팩의 과충전 상태에서 전지팩의 안전성을 담보하기 위하여 인가되는 전원을 차단하는 안전구조를 포함하는 전지팩으로서,
전지팩 내부에 장착되는 둘 이상의 전지셀들 또는 전지셀들을 단위전지로 포함하는 전지모듈;
상기 전지셀들 또는 전지모듈과 하기 안전장치에 각각 전기적으로 연결되어 있고, 전지팩의 과충전 상태에서 하기 안전장치에 전원 차단 신호를 송신하는 보호회로부; 및
상기 전지셀들 또는 전지모듈과 외부 충방전기 사이의 직렬 연결되어 있고, 상기 보호회로부의 전원 차단 신호에 의해 외부 충방전기에서 인가되는 전원을 차단하는 안전장치;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
A battery pack comprising a safety structure that cuts off an applied power supply in order to secure the safety of the battery pack in an overcharged state of the battery pack,
A battery module including at least two battery cells or battery cells mounted in the battery pack as unit cells;
A protection circuit part electrically connected to the battery cells or the battery module and a safety device for transmitting a power cutoff signal to the safety device in an overcharged state of the battery pack; And
A safety device which is connected in series between the battery cells or the battery module and the external charge / discharge device and which cuts off power supplied from the external charge / discharge device by a power cutoff signal of the protection circuit;
And the battery pack (10).
제 1 항에 있어서, 상기 보호회로부는, 전지셀들 또는 전지모듈의 전압을 실시간으로 감시하는 트리거 회로(trigger circuit), 및 전지팩의 과충전 시 트리거 회로의 지시에 의해 전원 차단 신호를 안전장치로 송신하는 전력 스위칭 소자를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩. 2. The battery pack according to claim 1, wherein the protection circuit part comprises: a trigger circuit for monitoring the voltage of the battery cells or the battery module in real time; and a protection circuit And a power switching element for transmitting power. 제 2 항에 있어서, 상기 보호회로부의 트리거 회로는, 전지팩의 전압이 설정 전압에 도달하였을 때, 전지팩의 과충전 상태로 판단하는 것을 특징으로 하는 전지팩.The battery pack according to claim 2, wherein the trigger circuit of the protection circuit part determines that the battery pack is overcharged when the voltage of the battery pack reaches the set voltage. 제 3 항에 있어서, 상기 설정 전압은 SOC(State of Charg) 120% 내지 SOC 125% 사이의 범위에서 설정되는 것을 특징으로 하는 전지팩.The battery pack according to claim 3, wherein the set voltage is set in a range between 120% of SOC (State of Charg) and 125% of SOC. 제 4 항에 있어서, 상기 설정 전압은 SOC(State of Charg) 125%인 것을 특징으로 하는 전지팩.The battery pack according to claim 4, wherein the set voltage is SOC (State of Charge) of 125%. 제 1 항에 있어서, 상기 안전장치는 전원 차단 장치(Power Disconnection Device)인 것을 특징으로 하는 전지팩.The battery pack according to claim 1, wherein the safety device is a power disconnection device. 제 6 항에 있어서, 상기 전원 차단 장치는, 전지셀들 또는 전지모듈과 외부 충방전기를 전기적으로 연결하기 위한 버스 바를 포함하고 있고, 상기 버스 바를 파열하기 위한 기폭제 및 작약을 내부에 포함하고 있는 구조를 가진 것을 특징으로 하는 전지팩.[7] The apparatus of claim 6, wherein the power cutoff device includes a bus bar for electrically connecting the battery cells or the battery module to the external charge / discharge device, and a structure including an initiator and a peony for rupturing the bus bar The battery pack comprising: 제 7 항에 있어서, 상기 버스 바는, 전지셀들 또는 전지모듈에 접속하기 위하여 전원 차단 장치 외부로 돌출된 제 1 접속부와, 외부 충방전기에 접속하기 위하여 전원 차단 장치의 외부로 돌출된 제 2 접속부를 포함하고 있고, 상기 제 1 접속부와 제 2 접속부를 상호 연결하는 연결부를 포함하는 구조인 것을 특징으로 하는 전지팩.The battery charger of claim 7, wherein the bus bar comprises: a first connection part protruding outside the power cut-off device for connection to the battery cells or the battery module; and a second connection part protruding outside the power cut- And a connection part connecting the first connection part and the second connection part to each other. 제 8 항에 있어서, 상기 기폭제는 보호회로부의 전원 차단 신호에 반응하여 작약을 폭발시키고, 상기 작약의 폭발에 의해 버스 바의 연결부가 파단 되어 전류 흐름이 차단되는 것을 특징으로 하는 전지팩.9. The battery pack according to claim 8, wherein the initiator detonates the peanut in response to a power shut-off signal of the protection circuit portion, and the connection portion of the bus bar is broken by the explosion of the peanut, thereby blocking current flow. 제 1 항에 있어서, 상기 전지팩은 전지셀들 또는 전지모듈이 상면에 탑재되는 베이스 플레이트(base plate) 및 상기 베이스 플레이트 상에 고정되어 전지셀들 또는 전지모듈의 상면을 형성하는 상부 커버 플레이트(upper cover plate)를 포함하고, 상기 보호회로부 및 안전장치는 상부 커버 플레이트의 일측 외면에 장착되는 구조인 것을 특징으로 하는 전지팩. The battery pack according to claim 1, wherein the battery pack comprises a base plate on which the battery cells or the battery module are mounted, and an upper cover plate fixed on the base plate to form upper surfaces of the battery cells or the battery module. wherein the protection circuit part and the safety device are mounted on an outer surface of one side of the upper cover plate. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 라미네이트 전지케이스에 전극조립체가 내장되어 있는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.The battery pack according to claim 1, wherein the battery cell has a structure in which an electrode assembly is embedded in a laminate battery case. 제 10 항에 있어서, 상기 전지셀은 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 전지팩.The battery pack according to claim 10, wherein the battery cell is a lithium secondary battery. 제 1 항에 따른 전지팩에 포함되는 안전구조의 작동 방법으로서,
(a) 외부 충방전기에 연결된 전지팩의 전지셀들 또는 전지모듈을 충전되는 과정;
(b) 보호회로부에서 전지셀들 또는 전지모듈의 전압을 실시간으로 감시하는 과정;
(c) 상기 과정(b)에서 감시된 전압이 설정 전압에 도달했을 시, 안전장치에 전원 차단 신호를 송신하는 과정;
(d) 보호회로부의 전원 차단 신호에 반응하여 안전장치 내부에 작약을 폭발시키고, 상기 작약의 폭발에 의해 버스 바의 연결부가 파단 되어 전류 흐름이 차단하는 과정;
을 포함하는 안전구조 작동 방법.
A method of operating a safety structure included in a battery pack according to claim 1,
(a) charging the battery cells or the battery module of the battery pack connected to the external charge / discharge unit;
(b) monitoring the voltage of the battery cells or the battery module in the protection circuit part in real time;
(c) transmitting a power-off signal to the safety device when the voltage monitored in the step (b) reaches the set voltage;
(d) explosion of peonies in the safety device in response to the power-off signal of the protection circuit part, and breaking of the connection of the bus bar due to explosion of the peony, thereby blocking current flow;
/ RTI &gt;
제 13 항에 있어서, 상기 과정(c)의 설정 전압은 SOC 125% 인 것을 특징으로 하는 안전구조 작동 방법.14. The method of claim 13, wherein the set voltage of step (c) is SOC 125%. 제 13 항에 있어서, 상기 과정(d)에서 버스 바의 연결부 파단 시간은 2 ms 이하인 것을 특징으로 하는 안전구조 작동 방법.14. The method as claimed in claim 13, wherein, in the step (d), the breakage time of the connection part of the bus bar is 2 ms or less. 제 13 항에 있어서 상기 기폭제의 활성화 에너지는 1.75A/0.5ms 또는 1.2A/2ms인 것을 특징으로 하는 안전구조 작동 방법.14. The method of claim 13, wherein the activation energy of the initiator is 1.75 A / 0.5 ms or 1.2 A / 2 ms. 제 16 항에 있어서, 상기 기폭제의 저항은 1×10-1 mΩ 이하의 범위인 것을 특징으로 하는 안전구조 작동 방법.17. The method of claim 16, wherein the resistance of the initiator is in the range of 1 x 10 &lt; -1 &gt; 제 1 항에 따른 전지팩을 전원을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스. 11. A device comprising a battery pack according to claim 1. 제 18 항에 있어서, 상기 디바이스는 LEV(Light Electronic Vehicle), 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 및 전력저장장치로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 디바이스.19. The device of claim 18, wherein the device is selected from a LEV (Light Electronic Vehicle), an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a plug-in hybrid electric vehicle, and a power storage device.
KR1020150038122A 2015-03-19 2015-03-19 Battery Pack Having Overcharge Protection Structure KR20160112417A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150038122A KR20160112417A (en) 2015-03-19 2015-03-19 Battery Pack Having Overcharge Protection Structure

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150038122A KR20160112417A (en) 2015-03-19 2015-03-19 Battery Pack Having Overcharge Protection Structure

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20160112417A true KR20160112417A (en) 2016-09-28

Family

ID=57101400

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150038122A KR20160112417A (en) 2015-03-19 2015-03-19 Battery Pack Having Overcharge Protection Structure

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20160112417A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019177308A1 (en) * 2018-03-16 2019-09-19 주식회사 엘지화학 Integrated switching device, and battery monitoring and protecting system including integrated switching device

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019177308A1 (en) * 2018-03-16 2019-09-19 주식회사 엘지화학 Integrated switching device, and battery monitoring and protecting system including integrated switching device
KR20190108999A (en) * 2018-03-16 2019-09-25 주식회사 엘지화학 Integrated switching apparatus
CN111033937A (en) * 2018-03-16 2020-04-17 株式会社Lg化学 Integrated switching device and system for monitoring and protecting a battery including an integrated switching device
US11682796B2 (en) 2018-03-16 2023-06-20 Lg Energy Solution, Ltd. Integrated switching device, and battery monitoring and protecting system including integrated switching device
CN111033937B (en) * 2018-03-16 2023-09-08 株式会社Lg新能源 Integrated switching device and system for monitoring and protecting a battery comprising an integrated switching device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101833540B1 (en) Battery Cell Having Means For Venting The Gas
KR20170084789A (en) Safety Member for Battery Cell and Battery Pack Comprising the Same
KR101608631B1 (en) Lithium Secondary Battery having Electrode Terminal Comprising Wood&#39;s Metal
KR20170135490A (en) Battery Cell Including Phase Change Material
KR20170023466A (en) Battery Pack with Improved Temperature Sensing Ability
KR101810655B1 (en) Power System for Over-Charge of Battery Pack And Device Having the Same
KR20170048804A (en) Battery Pack Including Static Guide Member
KR20150059465A (en) Uninterruptible Power Supply Comprising Control Unit
KR101794939B1 (en) Battery Cell Comprising Electrode Assemblies of Different Size and Method for Preparing the Same
KR101671386B1 (en) Method of Secondary Battery Using Protective Case
KR101617420B1 (en) Battery Pack Having Member for Measurement of Cell Voltage
KR20180050842A (en) Pouch-typed Battery Cell Comprising Electrode Tab and Lead Having Current Breaking Function
KR101882286B1 (en) Battery Pack Having Voltage Valancing Syetem
KR101750089B1 (en) Top Cap For Plasmatic Battery And Battery Pack Comprising the Same
US11600885B2 (en) Battery cell storage case and storage device including same
KR101839405B1 (en) Protection Circuit Including Detection Device for Detecting Damages of Memory Chip therein and Battery Pack Having the Same
KR20150055736A (en) A jig for connecting wires and a secondary battery pack manufactured using the same
KR20120070851A (en) Secondary battery having electrode lead comprising conducting polymer
KR20160112417A (en) Battery Pack Having Overcharge Protection Structure
KR20160091568A (en) Battery Pack Comprising Control Unit Determining Abnormal State of Battery Units
KR20150122601A (en) A secondary battery with improving capacity
KR101798929B1 (en) Battery Case Having Label for Reinforcement and Secondary Battery Comprising the Same
KR101863701B1 (en) Battery Pack Comprising Safety Element of Surface Mount Device Type
KR20150070724A (en) Battery Pack Having Unification Type Pack Case
KR102236055B1 (en) Battery Module Comprising Circuit for Preventing Over-Charge

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application