KR20180025702A - 배터리 보호 장치 - Google Patents

배터리 보호 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20180025702A
KR20180025702A KR1020160112718A KR20160112718A KR20180025702A KR 20180025702 A KR20180025702 A KR 20180025702A KR 1020160112718 A KR1020160112718 A KR 1020160112718A KR 20160112718 A KR20160112718 A KR 20160112718A KR 20180025702 A KR20180025702 A KR 20180025702A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
bypass
module
unit cells
electrode terminal
unit cell
Prior art date
Application number
KR1020160112718A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102259215B1 (ko
Inventor
김덕중
Original Assignee
삼성에스디아이 주식회사
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 삼성에스디아이 주식회사 filed Critical 삼성에스디아이 주식회사
Priority to KR1020160112718A priority Critical patent/KR102259215B1/ko
Priority to US15/623,245 priority patent/US10461307B2/en
Publication of KR20180025702A publication Critical patent/KR20180025702A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102259215B1 publication Critical patent/KR102259215B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/572—Means for preventing undesired use or discharge
    • H01M50/574—Devices or arrangements for the interruption of current
    • H01M50/579—Devices or arrangements for the interruption of current in response to shock
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/0031—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits using battery or load disconnect circuits
    • H01M2/34—
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/572—Means for preventing undesired use or discharge
    • H01M50/574—Devices or arrangements for the interruption of current
    • H01M50/578—Devices or arrangements for the interruption of current in response to pressure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/572—Means for preventing undesired use or discharge
    • H01M50/574—Devices or arrangements for the interruption of current
    • H01M50/581—Devices or arrangements for the interruption of current in response to temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/572—Means for preventing undesired use or discharge
    • H01M50/574—Devices or arrangements for the interruption of current
    • H01M50/583—Devices or arrangements for the interruption of current in response to current, e.g. fuses
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/00302—Overcharge protection
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2200/00—Safety devices for primary or secondary batteries
    • H01M2200/10—Temperature sensitive devices
    • H01M2200/103—Fuse
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2200/00—Safety devices for primary or secondary batteries
    • H01M2200/20—Pressure-sensitive devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • H02J2007/0037—
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Protection Of Static Devices (AREA)

Abstract

본 발명은 배터리 보호 장치에 관한 것이다. 본 발명은 모듈 케이스 내부에 수용되고, 제1 모듈 전극 단자 및 제2 모듈 전극 단자 사이에 직렬 연결된 복수의 단위 셀, 복수의 단위 셀 각각과 일정간격 이격되어 배치되고, 서로 전기적으로 연결된 복수의 바이패스 저항부, 및 복수의 단위 셀 간을 연결하는 버스 바 및 복수의 단위 셀 중 마지막 단위 셀과 상기 제2 모듈 전극 단자 사이에 각각 배치된 복수의 바이패스 퓨즈를 포함한다.

Description

배터리 보호 장치{PROTECTION APPARATUS FOR RECHARGEABLE BATTERY}
본 발명은 배터리 보호 장치에 관한 기술이다.
이차 전지(rechargeable battery)는 일차 전지와 달리 충전 및 방전을 반복적으로 수행하는 전지로, 니켈-수소(Ni-MH) 전지, 리튬(Li) 이온 전지 등이 사용된다. 저용량 이차 전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량 이차 전지는 하이브리드 자동차, 전기 자동차 등의 모터 구동용 전원으로 사용될 수 있다.
여기서, 전기 차량은 외부로부터 전기 에너지를 공급받아 이차 전지를 충전한 후, 이차 전지에 충전된 전압으로 차륜과 결합된 모터를 통해 기계적 에너지인 동력을 얻는다. 이러한 전기 차량은 사용자 및 차량의 안전을 확보하기 위한 다양한 보호 장치를 포함한다. 예컨대, 외부의 이차 전지와의 연결 상태에서 발생되는 고전압 단락 등으로부터 안전성을 확보하기 위한 퓨즈 등의 물리적 수단이나, 이차 전지 내부의 과충전 등으로 인한 발열을 방지하기 위한 제어 수단 등이 사용된다.
일반적으로 이차 전지는 과도한 열이 발생하거나 전해액이 분해되면 내부 압력이 상승하여 발화되거나 폭발할 수 있다. 특히, 물리적 수단이나 제어 수단 자체에 결함이 발생하여 이차 전지가 지속적으로 과충전되는 경우 이차 전지가 발화될 위험성이 높아진다.
본 발명의 실시 예는 배터리의 지속적인 과충전으로 인한 발화를 방지하여 안전성을 향상시킬 수 있는 배터리 보호 장치를 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 보호 장치는 모듈 케이스 내부에 수용되고, 제1 모듈 전극 단자 및 제2 모듈 전극 단자 사이에 직렬 연결된 복수의 단위 셀; 상기 복수의 단위 셀 각각과 일정간격 이격되어 배치되고, 서로 전기적으로 연결된 복수의 바이패스 저항부; 및 상기 복수의 단위 셀 간을 연결하는 버스 바 및 상기 복수의 단위 셀 중 마지막 단위 셀과 상기 제2 모듈 전극 단자 사이에 각각 배치된 복수의 바이패스 퓨즈를 포함하고, 상기 복수의 바이패스 저항부 각각은 상기 복수의 단위 셀 각각의 내부 압력에 따라 대응하는 단위 셀의 제1 전극 단자에 물리적으로 접촉된다.
그리고, 상기 복수의 단위 셀 각각은 전지 조립체; 상기 전지 조립체의 제1 전극에 연결된 상기 제1 전극 단자; 상기 전지 조립체의 제2 전극에 연결된 제2 전극 단자; 및 상기 전지 조립체를 수용하는 케이스를 포함한다.
여기서, 상기 복수의 바이패스 저항부 각각은 상기 케이스 상에 형성되고, 상기 제1 전극 단자와 동일한 극성을 가지고, 상기 케이스의 내부 압력에 따라 물리적으로 변형되는 제1 연결부; 상기 제1 연결부와 전기적인 접점을 형성하고, 상기 케이스의 내부 온도에 따라 변하는 저항 값을 갖는 제2 연결부; 및 상기 제2 연결부를 인접한 바이패스 저항부에 연결하는 제3 연결부를 포함한다.
여기서, 상기 제2 연결부는 상기 내부 온도가 상승하면 상기 저항 값이 감소되고, 상기 내부 온도가 하강하면 상기 저항 값이 증가하는 소자를 포함한다. 그리고, 상기 복수의 바이패스 저항부 중 상기 마지막 단위 셀에 대응하는 바이패스 저항부의 상기 제3 연결부는 상기 제2 모듈 전극 단자에 연결된다.
또한, 상기 복수의 바이패스 저항부 각각은 상기 복수의 단위 셀 중 적어도 2개의 단위 셀의 내부 압력에 따라 상기 2개의 단위 셀 간의 상기 제1 전극 단자를 전기적으로 연결하고, 전기적인 저항을 갖는 배선을 형성한다. 그리고, 상기 복수의 바이패스 퓨즈 각각은 상기 적어도 2개의 단위 셀 간에 상기 배선이 형성되면 상기 배선을 통해 흐르는 전류에 의해 개방된다. 그리고, 상기 모듈 케이스의 내부 압력에 따라 변형되어 상기 제1 모듈 전극 단자와 전기적인 접점을 형성하고, 상기 제1 및 제2 모듈 전극 단자 사이를 연결하는 바이패스 모듈 저항부를 더 포함한다.
본 발명은 배터리를 구성하는 단위 셀 또는 전지 모듈의 비정상적인 과충전에 의해 내부 압력이 상승하면 기계적으로 변형되어 단위 셀 또는 전지 모듈과 전기적인 접점을 형성하고, 접점을 통해 단위 셀 또는 전지 모듈 모듈을 바이패스 시키는 물리적인 배선을 형성함으로써 지속적인 과충전으로 인한 발화를 방지하여 안전성을 향상시킬 수 있다.
또한, 단위 셀의 내부 온도에 따라 저항 값이 변하는 저항 소자를 포함하는바이패스 배선을 형성함으로써 바이패스 되지 않은 나머지 단위 셀들의 충전 전류를 감소시켜 과충전을 지연시키고, 단위 셀 또는 전지 모듈과 바이패스 배선 간의 접점에 저항 소자를 배치함으로써 아크에 의한 발열을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 배터리 보호 장치를 도시한 회로도.
도 2는 도 1에 도시된 제1 단위 셀(C1), 제2 단위 셀(C2), 제1 바이패스 저항부(BR1), 제2 바이패스 저항부(BR2) 및 제1 바이패스 퓨즈(BF1)를 개략적으로 도시한 구성도.
도 3은 도 1에 도시된 전지 모듈(10)을 도시한 회로도.
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 배터리 보호 장치를 도시한 회로도.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 실시 예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 배터리 보호 장치를 도시한 회로도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 배터리 보호 장치(1)는 전지 모듈(10), 메인 릴레이(20), 메인 퓨즈(30) 및 배터리 관리부(40)를 포함한다. 전지 모듈(10)은 외부 양극 단자(O1) 및 외부 음극 단자(O2)를 통해 충전기(미도시)가 연결되면 충전되고, 외부 양극 단자(O1) 및 외부 음극 단자(O2)를 통해 외부 부하(미도시)가 연결되면 방전된다.
전지 모듈(10)은 모듈 케이스(101) 내부에 수용되는 제1 내지 제4 단위 셀(C1~C4) 및 보호 수단을 포함한다. 제1 단위 셀(C1)의 양극 단자는 모듈 양극 단자(MO1)에 연결되어 있고, 제4 단위 셀(C4)의 음극 단자는 모듈 음극 단자(MO2)에 연결되어 있다.
제1 내지 제4 단위 셀(C1~C4) 중 어느 하나의 단위 셀의 양극 단자는 셀 버스 바(CBL)를 통해 인접한 단위 셀의 음극 단자에 연결될 수 있다. 본 발명의 실시 예는 전지 모듈(10)을 구성하는 단위 셀의 개수를 4개로 설명하나, 본 발명의 실시 예는 이에 한정되지 않는다.
메인 릴레이(20)는 배터리 관리부(40)에 의해 제어되어 충전기와 전지 모듈(10) 간의 전류 경로를 선택적으로 연결한다. 메인 퓨즈(30)는 충전기와 전지 모듈(10) 간의 전류 경로에 과전류가 흐르면 용단된다.
배터리 관리부(40)는 전지 모듈(10)의 충전 및 방전을 제어하여 전지 모듈(10)의 과충전이나 과방전을 방지한다. 예컨대, 배터리 관리부(40)는 충전 모드 시 전지 모듈(10)이 과충전되면 메인 릴레이(20)를 턴 오프시켜 충전기로부터 전지 모듈(10) 간에 흐르는 전류를 차단시킬 수 있다.
그런데, 충전 모드 시 배터리 관리부(40)의 제어 실패, 메인 퓨즈(30)의 불량, 제1 내지 제4 단위 셀(C1~C4) 중 적어도 어느 하나의 단위 셀의 열화 또는 단락 등의 요인으로 전지 모듈(10)의 과충전 상태가 지속될 수 있다.
본 발명의 실시 예는 전지 모듈(10)이 지속적으로 과충전되어 내부의 제1 내지 제4 단위 셀(C1~C4) 중 적어도 2개의 단위 셀의 내부 압력이 상승하는 상황을 가정하고, 내부 압력에 의해 적어도 2개의 단위 셀이 기계적 변형이 발생하면 전지 모듈(10)의 과충전 상태를 지연 및 중단시키는 보호 수단을 제공한다.
여기서, 보호 수단은 제1 내지 제4 바이패스 저항부(BR1~BR4) 및 제1 내지 제4 바이패스 퓨즈(BF1~BF4)를 포함한다. 제1 내지 제4 바이패스 저항부(BR1~BR4)는 제1 내지 제4 단위 셀(C1~C4) 중 적어도 2개의 단위 셀이 비정상적으로 과충전되어 내부 압력이 상승하면, 2개의 단위 셀 각각의 양극 단자 사이에 전기적인 저항을 갖는 바이패스 배선을 형성한다.
여기서, 제1 내지 제4 바이패스 저항부(BR1~BR4) 각각은 제1 내지 제4 단위 셀(C1~C4) 각각에 대응하여 배치되고, 서로 전기적으로 연결되어 있다. 제1 내지 제4 바이패스 저항부(BR1~BR4) 각각은 과충전에 의해 대응하는 단위 셀의 양극 단자와 전기적인 접점을 형성한다.
구체적으로, 제1 바이패스 저항부(BR1)는 제1 단위 셀(C1)의 과충전에 의해 내부 압력이 상승하면 제1 단위 셀(C1)의 양극 단자와 제2 바이패스 저항부(BR2) 간의 전기적인 배선을 형성한다. 제2 바이패스 저항부(BR2)는 제2 단위 셀(C2)의 과충전에 의해 내부 압력이 상승하면 제2 단위 셀(C2)의 양극 단자와 제1 및 제3 바이패스 저항부(BR1, BR3) 간의 전기적인 배선을 각각 형성한다.
그리고, 제3 바이패스 저항부(BR3)는 제3 단위 셀(C3)의 과충전에 의해 내부 압력이 상승하면 제3 단위 셀(C3)의 양극 단자와 제2 및 제4 바이패스 저항부(BR2, BR4) 간의 전기적인 배선을 각각 형성한다. 제4 바이패스 저항부(BR4)는 제4 단위 셀(C4)의 과충전에 의해 내부 압력이 상승하면 제4 단위 셀(C4)의 양극 단자와 제3 바이패스 저항부(BR2) 및 모듈 음극 단자(MO2) 간의 전기적인 배선을 형성한다.
제1 내지 제4 바이패스 퓨즈(BF1~BF4) 각각은 제1 내지 제4 바이패스 저항부(BR1~BR4)에 의해 바이패스 배선이 형성되면, 바이패스 배선을 통해 흐르는 단락 전류에 의해 개방된다. 여기서, 제1 바이패스 퓨즈(BF1)는 제1 단위 셀(C1)의 음극 단자와 제2 단위 셀(C2)의 양극 단자 사이에 형성되어 있다. 제2 바이패스 퓨즈(BF2)는 제2 단위 셀(C2)의 음극 단자와 제3 단위 셀(C3)의 양극 단자 사이에 형성되어 있다.
제3 바이패스 퓨즈(BF3)는 제3 단위 셀(C3)의 음극 단자와 제4 단위 셀(C4)의 양극 단자 사이에 형성되어 있다. 제4 바이패스 퓨즈(BF4)는 제4 단위 셀(C4)의 음극 단자와 모듈 음극 단자(MO2) 사이에 형성되어 있다.
이하, 도 2 및 도 3을 참조하여 제1 내지 제4 바이패스 저항부(BR1~BR4)와 제1 내지 제4 바이패스 퓨즈(BF1~BF4) 간의 연결 관계 및 보호 동작을 자세하게 설명한다.
도 2는 도 1에 도시된 제1 단위 셀(C1), 제2 단위 셀(C2), 제1 바이패스 저항부(BR1), 제2 바이패스 저항부(BR2) 및 제1 바이패스 퓨즈(BF1)를 개략적으로 도시한 구성도이고, 도 3은 도 1에 도시된 전지 모듈(10)을 도시한 회로도이다. 도 2및 도 3은 제1 및 제2 단위 셀(C1, C2)의 비정상적인 과충전에 의해 내부 압력이 상승한 상황을 예를 들어 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 제1 및 제2 단위 셀(C1, C2) 각각은 일정 간격을 두고 일 방향으로 배치된다. 제1 단위 셀(C1)은 전극 조립체(11), 케이스(13), 양극 단자(15) 및 음극 단자(17)를 포함한다. 전극 조립체(11)는 세퍼레이터(separator)를 사이에 두고, 세퍼레이터의 양측에 양극 판과 음극 판이 배치되는 구조를 포함할 수 있다.
케이스(13)는 전극 조립체(11)를 수용한다. 케이스(13)는 알루미늄, 스테인리스 스틸 등의 금속으로 형성될 수 있고, 각형으로 형성될 수 있다. 본 발명의 실시 예는 이에 한정되지 않고, 케이스(43)의 재질 및 형태는 변경될 수 있다. 제2 내지 제4 단위 셀(C2~C4) 각각의 구성도 제1 단위 셀(C1)의 구성과 동일하며, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
제1 바이패스 저항부(BR1)는 제1 연결부(21), 제2 연결부(23) 및 제3 연결부(25)를 포함한다. 제1 연결부(21)는 제1 단위 셀(C1)의 비정상적인 과충전에 의해 내부 압력이 상승하면 기계적으로 변형되어 제2 연결부(23)에 물리적으로 접촉한다.
여기서, 제1 연결부(21)는 제1 단위 셀(C1)의 양극 단자(15)와 동일한 극성을 가질 수 있다. 예컨대, 케이스(13)가 양극 단자(15)와 동일한 극성을 가지는 경우 제1 연결부(21)를 케이스(13)와 일체로 형성할 수 있다. 이 경우 제1 연결부(21)를 케이스(13)의 나머지 영역에 비해 팽창이 용이한 형태로 형성할 수 있다. 즉, 제1 단위 셀(C1)의 내부 압력으로 인해 제1 연결부(21)가 케이스(13)의 외부 방향으로 볼록하게 변형되면 제1 단위 셀(C1)의 양극 단자(15)와 제2 연결부(23) 간의 전기적인 접점이 형성된다.
본 발명의 실시 예는 이에 한정되지 않고, 케이스(13)가 극성을 갖지 않는 경우 케이스(13) 상에 양극 단자(15)로부터 연장된 형태로 제1 연결부(21)를 별도로 형성할 수 있다. 이 경우 제1 연결부(21)를 케이스(13)의 내부 방향으로 볼록하게 형성하고, 케이스(13)의 내부 압력에 의해 그 형태가 반전되도록 형성할 수 있다.
제2 연결부(23)는 제1 연결부(21)와 일정 간격 이격되어 형성되고, 제1 단위 셀(C1)의 온도에 대응하여 저항 값이 변하는 전기적인 저항을 형성한다. 여기서, 제2 연결부(23)는 온도가 낮아짐에 따라 저항 값이 증가되고, 온도가 상승함에 따라 저항 값이 감소되는 NTC(Negative thermal coefficient) 소자를 포함할 수 있다.
제3 연결부(25)는 대응하는 바이패스 저항부(BR1)의 제2 연결부(23)와 인접한 바이패스 저항부(BR2)의 제3 연결부(25)를 전기적으로 연결한다.
제2 내지 제4 바이패스 저항부(BR2~BR4)의 구성도 제1 바이패스 저항부(BR1)과 동일하나, 제4 바이패스 저항부(BR4)는 제3 연결부(25)가 인접한 바이패스 저항부의 제3 연결부 대신 모듈 음극 단자(MO2)에 연결되는 점만 상이하며, 이는 도 3에 도시되어 있으므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략한다.
이하에서는 도 2 및 도 3을 참조하여, 제1 및 제2 단위 셀(C1, C2)의 과충전 상태를 보호하는 보호 동작에 대해 자세하게 설명한다.
먼저, 제1 단위 셀(C1)이 과충전에 의해 내부 압력이 상승하면 제1 연결부(21)가 도 2의 화살표로 도시한 바와 같이, 케이스(13)의 외부 방향으로 볼록하게 변형되어 제2 연결부(23)와 물리적으로 접촉된다. 이 상태에서 제2 단위 셀(C2)이 과충전에 의해 내부 압력이 상승하면 제1 단위 셀(C1)과 마찬가지로 제1 연결부(21)와 제2 연결부(23)가 물리적으로 접촉된다.
그러면, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 단위 셀(C1)의 양극 단자(15)로부터 제1 바이패스 저항부(BR1), 제2 바이패스 저항부(BR2), 제1 바이패스 퓨즈(BF1) 및 제1 단위 셀(C1)의 음극 단자(17)로 단락 전류(①)가 흐르는 폐회로가 형성된다. 즉, 제1 단위 셀(C1)의 양극 단자(15)와 제2 단위 셀(C1)의 양극 단자(15) 사이에 직렬 연결된 2개의 전기적인 저항을 포함하는 바이패스 경로가 형성된다.
이때, 제1 및 제2 바이패스 저항부(BR1, BR2) 각각은 제1 및 제2 단위 셀(C1, C2)의 내부 온도에 의해 저항 값이 결정된다. 제1 및 제2 단위 셀(C1, C2)이 과충전되면 내부 온도도 정상 충전 대비 높은 상태이므로, 제1 및 제2 바이패스 저항부(BR1, BR2) 각각은 낮은 저항 값을 갖는다. 그러면, 폐회로에 큰 단락 전류(①)가 흐르고, 제1 바이패스 퓨즈(BF1)가 개방된다.
그러면, 제1 단위 셀(C1)의 양극 단자(13)로부터 제2 단위 셀(C2)의 양극 단자(13)로 충전 전류(②)가 흐르는 충전 경로가 형성된다. 이때, 제1 단위 셀(C1)이 바이패스 됨에 따라 제1 단위 셀(C1)의 내부 온도가 낮아지고, 제1 바이패스 저항부(BR1)는 높은 저항 값을 갖는다. 이로 인해, 충전 전류(②)가 감소되어 나머지 단위 셀(C2~C4)의 충전이 지연된다.
이 상태에서 제3 단위 셀(C3)이 과충전되면 제2 및 제3 바이패스 저항부(BR2, BR3)에 의해 제2 바이패스 퓨즈(BF2)가 개방되고, 제4 단위 셀(C4)도 과충전되면 제3 및 제4 바이패스 저항부(BR3, BR4)에 의해 제3 및 제4 바이패스 퓨즈(BF3, BF4)가 개방된다.
이와 같이, 제1 내지 제4 바이패스 퓨즈(BF1~BF4)가 모두 개방되어 충전 경로 상에 단위 셀이 포함되지 않으면 전지 모듈(10)의 충전은 충단된다. 이로 인해, 메인 퓨즈(30)의 불량이나, 배터리 관리부(40)의 제어 실패가 발생하더라도 전지 모듈(10)의 지속적인 과충전에 의해 화재가 유발되는 현상을 방지할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 배터리 보호 장치를 도시한 회로도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 배터리 보호 장치(2)는 제1 및 제2 전지 모듈(BM1, BM2), 메인 릴레이(20), 메인 퓨즈(30) 및 배터리 관리부(40)를 포함한다. 메인 릴레이(20), 메인 퓨즈(30), 배터리 관리부(40), 외부 양극 단자(O1), 외부 음극 단자(O2), 모듈 양극 단자(MO1) 및 모듈 음극 단자(MO2)는 도 1의 구성과 연결관계가 동일하여 동일한 도면 부호로 도시하였으며, 자세한 설명은 생략한다.
제1 전지 모듈(BM1)의 양극 단자(MO1)는 제2 전지 모듈(BM2)의 음극 단자(MO2)에 연결되어 있고, 제2 전지 모듈(BM2)의 양극 단자(MO3)는 메인 릴레이(20)를 통해 외부 양극 단자(O1)에 연결되어 있다. 제1 전지 모듈(BM1)의 음극 단자(MO2)는 메인 퓨즈(30)를 통해 외부 음극 단자(O2)에 연결되어 있다.
제1 전지 모듈(BM1)은 모듈 케이스(102) 내부에 수용되는 제1 내지 제4 단위 셀(C21~C24) 및 보호 수단을 포함한다. 제1 내지 제4 단위 셀(C21~C24)은 도 1의 제1 내지 제4 단위 셀(C1~C4)과 동일하여 자세한 설명은 생략한다. 또한, 제2 전지 모듈(BM2)도 제1 전지 모듈(BM1)의 구성과 동일하여 자세한 도시 및 설명을 생략한다. 이하에서는 제1 실시 예와 다른 보호 수단에 대해 자세히 설명한다.
본 발명의 제2 실시 예에 따른 보호 수단은 제1 내지 제5 바이패스 저항부(BR21~BR25) 및 제1 내지 제4 바이패스 퓨즈(BF21~BF24)를 포함한다. 제1 바이패스 저항부(BR21)는 제1 단위 셀(C21) 상에 배치되고, 제1 단위 셀(C21)의 과충전에 의해 내부 압력이 상승하면 제1 단위 셀(C21)의 양극 단자와 제2 바이패스 저항부(BR22) 간의 전기적인 배선을 형성한다.
제2 바이패스 저항부(BR22)는 제2 단위 셀(C22) 상에 배치되고, 제2 단위 셀(C22)의 과충전에 의해 내부 압력이 상승하면 제2 단위 셀(C22)의 양극 단자와 제3 바이패스 저항부(BR23) 간의 전기적인 배선을 형성한다. 제3 바이패스 저항부(BR23)는 제3 단위 셀(C23) 상에 배치되고, 제3 단위 셀(C23)의 과충전에 의해 내부 압력이 상승하면 제3 단위 셀(C23)의 양극 단자와 제4 바이패스 저항부(BR24) 간의 전기적인 배선을 형성한다.
제4 바이패스 저항부(BR24)는 제4 단위 셀(C24) 상에 배치되고, 제4 단위 셀(C24)의 과충전에 의해 내부 압력이 상승하면 제3 바이패스 저항부(BR23)와 제4 단위 셀(C24)의 양극 단자 간의 전기적인 배선을 형성한다. 제5 바이패스 저항부(BR25)는 제1 전지 모듈(BM1) 상에 배치되고, 제1 내지 제4 단위 셀(C21~C24)의 과충전에 의해 제1 전지 모듈(BM1)의 내부 압력이 상승하면 모듈 양극 단자(MO1)와 모듈 음극 단자(MO2) 간의 전기적인 배선을 형성한다.
여기서, 제5 바이패스 저항부(BR25)는 제1 전지 모듈(BM1)의 내부 압력이 상승하여 (A)와 같이, 모듈 케이스(102)가 팽창하면 모듈 양극 단자(MO1)와 전기적인 접점을 형성한다. 즉, 제5 바이패스 저항부(BR25)는 제1 내지 제4 바이패스 저항부(BR21~BR24)와 동일한 구성이나, 단위 셀의 케이스가 아닌 모듈 케이스의 팽창으로 전기적인 접점을 형성하는 점이 다르다.
이와 같이, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 제5 바이패스 저항부(BR25)는 제1 전지 모듈(BM1)의 내부 압력이 상승하면 제1 내지 제4 단위 셀(C1~C4) 간의 바이패스 경로와 모듈 양극 단자(MO1) 및 모듈 음극 단자(MO2)를 전기적으로 연결함으로써, 제1 전지 모듈(BM1) 자체를 바이패스 시키는 바이패스 모듈 저항부로 동작할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시 예는 바이패스 저항부를 단위 셀의 양극 단자와 전기적인 접점을 형성하는 경우를 예를 들어 설명하였으나, 본 발명의 실시 예는 이에 한정되지 않고, 바이패스 저항부를 단위 셀의 음극 단자와 전기적인 접점을 형성할 수도 있다. 이 경우 마지막 단위 셀의 음극 단자와 모듈 음극 단자 사이에 바이패스 퓨즈를 배치하는 대신, 첫번째 단위 셀의 양극 단자와 모듈 양극 단자 사이에 바이패스 퓨즈를 배치할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10, BM1, BM2: 전지 모듈
20: 메인 릴레이
30: 메인 퓨즈
40: 배터리 관리부

Claims (8)

  1. 모듈 케이스 내부에 수용되고, 제1 모듈 전극 단자 및 제2 모듈 전극 단자 사이에 직렬 연결된 복수의 단위 셀;
    상기 복수의 단위 셀 각각과 일정간격 이격되어 배치되고, 서로 전기적으로 연결된 복수의 바이패스 저항부; 및
    상기 복수의 단위 셀 간을 연결하는 버스 바 및 상기 복수의 단위 셀 중 마지막 단위 셀과 상기 제2 모듈 전극 단자 사이에 각각 배치된 복수의 바이패스 퓨즈를 포함하고,
    상기 복수의 바이패스 저항부 각각은 상기 복수의 단위 셀 각각의 내부 압력에 따라 대응하는 단위 셀의 제1 전극 단자에 물리적으로 접촉되는 배터리 보호 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 단위 셀 각각은
    전지 조립체;
    상기 전지 조립체의 제1 전극에 연결된 상기 제1 전극 단자;
    상기 전지 조립체의 제2 전극에 연결된 제2 전극 단자; 및
    상기 전지 조립체를 수용하는 케이스
    를 포함하는 배터리 보호 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 복수의 바이패스 저항부 각각은
    상기 케이스 상에 형성되고, 상기 제1 전극 단자와 동일한 극성을 가지고, 상기 케이스의 내부 압력에 따라 물리적으로 변형되는 제1 연결부;
    상기 제1 연결부와 전기적인 접점을 형성하고, 상기 케이스의 내부 온도에 따라 변하는 저항 값을 갖는 제2 연결부; 및
    상기 제2 연결부를 인접한 바이패스 저항부에 연결하는 제3 연결부
    를 포함하는 배터리 보호 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제2 연결부는
    상기 내부 온도가 상승하면 상기 저항 값이 감소되고, 상기 내부 온도가 하강하면 상기 저항 값이 증가하는 소자를 포함하는 배터리 보호 장치.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 복수의 바이패스 저항부 중 상기 마지막 단위 셀에 대응하는 바이패스 저항부의 상기 제3 연결부는 상기 제2 모듈 전극 단자에 연결된 배터리 보호 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 바이패스 저항부 각각은
    상기 복수의 단위 셀 중 적어도 2개의 단위 셀의 내부 압력에 따라 상기 2개의 단위 셀 간의 상기 제1 전극 단자를 전기적으로 연결하고, 전기적인 저항을 갖는 배선을 형성하는 배터리 보호 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 복수의 바이패스 퓨즈 각각은
    상기 적어도 2개의 단위 셀 간에 상기 배선이 형성되면 상기 배선을 통해 흐르는 전류에 의해 개방되는 배터리 보호 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 모듈 케이스의 내부 압력에 따라 변형되어 상기 제1 모듈 전극 단자와 전기적인 접점을 형성하고, 상기 제1 및 제2 모듈 전극 단자 사이를 연결하는 바이패스 모듈 저항부를 더 포함하는 배터리 보호 장치.
KR1020160112718A 2016-09-01 2016-09-01 배터리 보호 장치 KR102259215B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160112718A KR102259215B1 (ko) 2016-09-01 2016-09-01 배터리 보호 장치
US15/623,245 US10461307B2 (en) 2016-09-01 2017-06-14 Device for protecting rechargeable battery

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160112718A KR102259215B1 (ko) 2016-09-01 2016-09-01 배터리 보호 장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180025702A true KR20180025702A (ko) 2018-03-09
KR102259215B1 KR102259215B1 (ko) 2021-05-31

Family

ID=61243569

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160112718A KR102259215B1 (ko) 2016-09-01 2016-09-01 배터리 보호 장치

Country Status (2)

Country Link
US (1) US10461307B2 (ko)
KR (1) KR102259215B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020067777A1 (ko) * 2018-09-27 2020-04-02 주식회사 엘지화학 이차 전지의 과충전 방지 장치 및 방법

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017114802A1 (en) * 2015-12-29 2017-07-06 Vito Nv Device and method for the reconfiguration of a rechargeable energy storage device into separate battery connection strings
CN113922459A (zh) * 2021-10-22 2022-01-11 北京小米移动软件有限公司 充电保护方法、装置、电子设备及存储介质

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004266882A (ja) * 2003-02-06 2004-09-24 Sony Chem Corp バイパス抵抗付き二次電池と二次電池の保護方法
JP2011101517A (ja) * 2009-11-06 2011-05-19 Sanyo Electric Co Ltd パック電池
KR20150053597A (ko) * 2013-11-08 2015-05-18 삼성에스디아이 주식회사 배터리 모듈
KR20150057732A (ko) * 2013-11-20 2015-05-28 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지용 보호 장치
KR20150116269A (ko) * 2014-04-07 2015-10-15 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지용 보호 장치
JP2015202046A (ja) * 2009-10-01 2015-11-12 ソニー株式会社 電池パック

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07212980A (ja) * 1994-01-13 1995-08-11 Fujitsu Ltd バッテリの充・放電装置
US6239579B1 (en) * 1996-07-05 2001-05-29 Estco Battery Management Inc. Device for managing battery packs by selectively monitoring and assessing the operative capacity of the battery modules in the pack
US6642692B2 (en) * 2000-06-23 2003-11-04 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Charge equalizing device for power storage unit
JP3625789B2 (ja) * 2001-08-10 2005-03-02 本田技研工業株式会社 車両の電源装置
JP5670212B2 (ja) * 2011-01-28 2015-02-18 日立マクセル株式会社 電池ユニット
JP2014035807A (ja) 2012-08-07 2014-02-24 Toshiba Corp 電池パック
KR101500229B1 (ko) 2013-12-18 2015-03-06 현대자동차주식회사 차량 배터리 과충전 방지장치
JP6305192B2 (ja) * 2014-04-25 2018-04-04 日本協能電子株式会社 空気マグネシウム電池

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004266882A (ja) * 2003-02-06 2004-09-24 Sony Chem Corp バイパス抵抗付き二次電池と二次電池の保護方法
JP2015202046A (ja) * 2009-10-01 2015-11-12 ソニー株式会社 電池パック
JP2011101517A (ja) * 2009-11-06 2011-05-19 Sanyo Electric Co Ltd パック電池
KR20150053597A (ko) * 2013-11-08 2015-05-18 삼성에스디아이 주식회사 배터리 모듈
KR20150057732A (ko) * 2013-11-20 2015-05-28 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지용 보호 장치
KR20150116269A (ko) * 2014-04-07 2015-10-15 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지용 보호 장치

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020067777A1 (ko) * 2018-09-27 2020-04-02 주식회사 엘지화학 이차 전지의 과충전 방지 장치 및 방법
KR20200035643A (ko) * 2018-09-27 2020-04-06 주식회사 엘지화학 이차 전지의 과충전 방지 장치 및 방법
US11594898B2 (en) 2018-09-27 2023-02-28 Lg Energy Solution, Ltd. Apparatus and method for preventing overcharge of secondary battery

Also Published As

Publication number Publication date
US20180062149A1 (en) 2018-03-01
KR102259215B1 (ko) 2021-05-31
US10461307B2 (en) 2019-10-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5804540B2 (ja) 安全性の向上した電池パック
JP5319224B2 (ja) 組電池システム
JP5952418B2 (ja) 安全性の向上した電池パック
KR101383167B1 (ko) 안전성이 향상된 전지팩
US7943252B2 (en) Battery module of improved safety and middle or large-sized battery pack containing the same
JP5575761B2 (ja) 安全性を改良した中型又は大型バッテリーパック
KR102249889B1 (ko) 이차 전지용 보호 장치
CN103493330A (zh) 充放电控制装置、电池组、电气设备及充放电控制方法
KR20180091446A (ko) 배터리팩 및 이에 적용되는 버스바
KR20150057732A (ko) 이차 전지용 보호 장치
KR102259215B1 (ko) 배터리 보호 장치
JPH11339766A (ja) 電池パック
KR20150121518A (ko) 단락시 안전성 확보가 가능한 배터리모듈 및 배터리팩
KR20150121519A (ko) 단락시 안전성 확보가 가능한 용접구조를 갖는 배터리모듈 및 배터리팩
KR20120056812A (ko) 안전성이 향상된 중대형 전지팩
US20220223988A1 (en) Battery Pack
KR102656481B1 (ko) 셀의 발화 억제 방법, 장치 및 컴퓨터 프로그램
KR102059608B1 (ko) 열에 의한 단선이 가능한 접속부를 포함하고 있는 전기 소자

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant