KR20180048010A - 과충전 방지를 위한 회로를 포함하는 전지모듈 - Google Patents

과충전 방지를 위한 회로를 포함하는 전지모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 외부 전원의 연결 시, 전류 흐름이 분할되도록 독립적으로 회로를 구성하는 제 1 회로와 제 2 회로를 포함하며, 외부 전원의 연결 시, 상기 제 1 회로가 외부 전원의 전류로 전지모듈을 충전시키되, 전지모듈이 과충전 되는 전압 이상에서는 제 2 회로에서 외부 전원으로부터 공급되는 전류의 일부가 소모되면서 전지모듈의 과충전이 방지되는 것을 특징으로 하는 전지모듈을 제공한다.

Description

과충전 방지를 위한 회로를 포함하는 전지모듈 {Battery Module Comprising Circuit for Preventing Over-Charge}
본 발명은 과충전 방지를 위한 회로를 포함하는 전지모듈에 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, 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로서도 주목받고 있다. 따라서, 이차전지를 사용하는 애플리케이션의 종류는 이차전지의 장점으로 인해 매우 다양화되고 있으며, 향후에는 지금보다 많은 분야와 제품들에 이차전지가 적용될 것으로 예상된다.
이러한 이차전지는 전극과 전해액의 구성에 따라 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지, 리튬 폴리머 전지 등으로 분류되기도 하며, 그 중 전해액의 누액 가능성이 적으며, 제조가 용이한 리튬이온 폴리머 전지의 사용량이 늘어나고 있다. 일반적으로, 이차전지는 전지케이스의 형상에 따라, 전극조립체가 원통형 또는 각형의 금속 캔 에 내장되어 있는 원통형 전지 및 각형 전지와, 전극조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치형 케이스에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류된다.
일반적으로, 원통형 전지는 각형 및 파우치형 전지보다 큰 전기용량을 가지고, 사용되는 외부기기의 종류에 따 라 단일 전지의 형태로 사용되기도 하고, 출력 및 용량의 문제로 다수의 단위전지들을 전기적으로 연결한 전지모듈의 형태로 사용되기도 한다.
이러한 전지모듈의 과충전은 BMS(Battery Management System)에서 제어가 되고 있으나, BMS의 고장 시 과충전을 일으켜 이차전지의 연소 및 폭발 가능성이 있다.
즉, BMS의 고장으로 과충전 제어가 이루어지지 못하면, 전해액 분해 발열반응이 일어나게 되고, 이후 '전압 상승 곡선 평탄, 온도 증가, 가연성 가스 발생, 전지 내압 증가, 지속적 전류 공급, 전해액 고갈(분해), 전지 실링 해제, 가연성 가스 방출, 온도 상승, 음극 피막 분해, 저항 증가, 격리막 수축 및 용융, 내부 쇼트 또는 전지 변형에 의한 외부 단락 발생, 가연성 가스 발화'의 순으로 위험이 진행된다.
이와 같이 BMS의 고장 시에 전지모듈이 과충전되면, 이차전지의 전압이 증가하게 되면서 전해질이 분해되어 가연성 가스가 발생하고, 가연성 가스가 발생함에 따라 이차전지가 팽창하는바, 이때 회로 단락 등에 의해 가연성 가스가 점화될 경우에는 매우 위험한 상황에 직면하게 된다.
따라서, 상술한 문제점을 해소할 수 있는 기술의 필요성이 매우 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 목적은, 위험 전압에서 충전 전류의 일부를 소모시킴으로써, 독립적으로 과충전을 방지할 수 있는 수단을 구비하고 있는 전지모듈을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지모듈은,
충방전이 가능한 복수의 전지셀들이 전기적으로 연결되어 있는 전지모듈로서,
외부 전원의 연결 시, 전류 흐름이 분할되도록 독립적으로 회로를 구성하는 제 1 회로와 제 2 회로를 포함하며,
외부 전원의 연결 시, 상기 제 1 회로가 외부 전원의 전류로 전지모듈을 충전시키되, 전지모듈이 과충전 되는 전압 이상에서는 제 2 회로에서 외부 전원으로부터 공급되는 전류의 일부가 소모되면서 전지모듈의 과충전이 방지되는 것을 특징으로 한다.
즉, 본 발명에 따른 전지모듈은, 서로 독립적으로 분할되어 있는 제 1 회로와 제 2 회로로 외부 전원의 전류가 흐르되, 전지모듈이 과충전되는 전압 이상에서는 독립적 수단인 제 2 회로에서 전류가 소모되면서, 과충전이 효과적으로 방지될 수 있는 구조로 이루어져 있다.
상기 제 2 회로는 전지모듈을 과충전 이하의 전압으로 외부 전원의 전류를 소모시키는 회로로서, 제 2 회로에서 소모된 전류 만큼, 제 1 회로에서는 충전 전압이 감소될 수 있다.
하나의 구체적인 예에서 전지모듈은,
전류 흐름이 제 1 전압 이하인 제 1 상태; 및
전류 흐름이 제 2 전압 이상의 제 2 상태;
를 포함하고,
상기 제 1 상태에서는 제 1 회로가 전지모듈을 충전시키고, 제 2 회로가 전류를 소모시키기 않으며;
상기 제 2 상태에서는 제 1 회로가 전지모듈을 충전시키고, 제 2 회로가 전류를 소모시킬 수 있다.
상기 제 1 전압은 전지모듈의 실질적인 사용 전압일 수 있으며, 상세하게는 적어도 4.2V이며, 상기 제 2 전압은 전지모듈의 안전성이 위험한 수준으로 판단될 수 있는 과전압으로, 제 1 전압 대비 110% 내지 200%의 범위에서 설정될 수 있다.
즉, 본 발명에서는 전지모듈의 과충전 상황인 제 2 상태에서, 외부 전원과 전지모듈의 전기적 연결을 원천적으로 차단하는 기술과는 달리, 실질적으로 차단회로인 제 2 회로와 분할된 제 1 회로를 통해 전류는 연속적으로 통전이 되되, 제 2 회로에서는 외부 전원의 전류 일부를 소모시키면서, 전압 강하를 유도하는 것을 특징으로 하며, 이는 전지모듈이 적정 전압으로 계속해서 충전될 수 있는 점에서, 충전이 원천 차단되는 일반적인 시스템과 비교하여 충전 편의성을 제공한다.
이를 위해 상기 제 2 회로는, 상기 제 2 전압 이상에서 회로를 닫아 전류를 통전시키는 릴레이 부; 및 상기 릴레이 부로부터 통전되는 전류를 소모시키는 저항부;를 포함할 수 있다.
이러한 구조는 상기 제 2 상태에서, 릴레이 부가 닫히면서 외부 전원의 전류 일부를 저항부에서 소모시키고, 제 1 회로는 소모 되지 않은 나머지 전류로 전지모듈을 충전시킬 수 있으며, 상기 저항부가 소정의 전류를 소모하여 제 2 전압 미만으로 강하하면, 상기 릴레이 부가 열리면서 제 1 상태로 전환될 수 있다.
이처럼, 상기 제 2 회로는, 제 2 상태에 대해 능동적으로 작동하는 회로이고, 제 2 상태로부터 제 1 상태로 자동 전환되도록 구성되어 있다.
상기 제 1 회로는 충전회로일 수 있으며, 전지모듈의 BMS(Battery Management System)에 형성되어 있을 수 있다.
상기 릴레이 부는, 전류코일, 상기 전류코일에 인접한 곳에 위치한 마그네틱 부, 및 릴레이를 포함하고 있고;
상기 전류 코일에 소정의 전압이 형성되는 경우, 마그네틱 부로 릴레이가 이동하면서 회로를 닫는 구조일 수 있다.
반대로, 전류 코일에 소정의 전압 미만의 전압이 형성되는 경우, 릴레이가 마그네틱 부로 이동될만한 자기력이 형성되지 않아, 릴레이는 열린 상태로 제 2 회로의 작동을 중단시킬 수 있다.
본 발명에서 전지모듈의 구조는 예를 들어, 복수의 전지셀들을 포함하는 둘 이상의 단위모듈들을 포함할 수 있고, 측면들이 상호 밀착된 상태로, 단위모듈들이 배열되어 있는 모듈 배열체가 복수의 결합형 모듈 하우징에 장착된 구조로 이루어질 수 있다.
상기 전지셀은 그것의 종류가 특별히 한정되는 것은 아니지만, 구체적인 예로서, 높은 에너지 밀도, 방전 전압, 출력 안정성 등의 장점을 가진 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지 등과 같은 리튬 이차전지일 수 있다.
일반적으로, 리튬 이차전지는 양극, 음극, 분리막, 및 리튬염 함유 비수 전해액으로 구성되어 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 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 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 분리막 및 분리필름은 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.
또한, 하나의 구체적인 예에서, 고에너지 밀도의 전지의 안전성의 향상을 위하여, 상기 분리막 및/또는 분리필름은 유/무기 복합 다공성의 SRS(Safety-Reinforcing Separators) 분리막일 수 있다.
상기 SRS 분리막은 폴리올레핀 계열 분리막 기재상에 무기물 입자와 바인더 고분자를 활성층 성분으로 사용하여 제조되며, 이때 분리막 기재 자체에 포함된 기공 구조와 더불어 활성층 성분인 무기물 입자들간의 빈 공간(interstitial volume)에 의해 형성된 균일한 기공 구조를 갖는다.
이러한 유/무기 복합 다공성 분리막을 사용하는 경우 통상적인 분리막을 사용한 경우에 비하여 화성 공정(Formation)시의 스웰링(swelling)에 따른 전지 두께의 증가를 억제할 수 있다는 장점이 있고, 바인더 고분자 성분으로 액체 전해액 함침시 겔화 가능한 고분자를 사용하는 경우 전해질로도 동시에 사용될 수 있다.
또한, 상기 유/무기 복합 다공성 분리막은 분리막 내 활성층 성분인 무기물 입자와 바인더 고분자의 함량 조절에 의해 우수한 접착력 특성을 나타낼 수 있으므로, 전지 조립 공정이 용이하게 이루어질 수 있다는 특징이 있다.
상기 무기물 입자는 전기화학적으로 안정하기만 하면 특별히 제한되지 않는다. 즉, 본 발명에서 사용할 수 있는 무기물 입자는 적용되는 전지의 작동 전압 범위(예컨대, Li/Li+ 기준으로 0~5V)에서 산화 및/또는 환원 반응이 일어나지 않는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 특히, 이온 전달 능력이 있는 무기물 입자를 사용하는경우, 전기 화학 소자 내의 이온 전도도를 높여 성능 향상을 도모할 수 있으므로, 가능한 이온 전도도가 높은 것이 바람직하다. 또한, 상기 무기물 입자가 높은 밀도를 갖는 경우, 코팅시 분산시키는데 어려움이 있을 뿐만 아니라 전지 제조시 무게 증가의 문제점도 있으므로, 가능한 밀도가 작은 것이 바람직하다. 또한, 유전율이 높은 무기물인 경우, 액체 전해질 내 전해질 염, 예컨대 리튬염의 해리도 증가에 기여하여 전해액의 이온 전도도를 향상시킬 수 있다.
리튬염 함유 비수 전해액은, 극성 유기 전해액과 리튬염으로 이루어져 있다. 전해액으로는 비수계 액상 전해액, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다.
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.
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, 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.
본 발명은 또한, 상기 전지팩을 동력원으로 사용하는 디바이스를 제공한다.
상기 디바이스는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 또는 플러그인 하이브리드 전기자동차로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기와 같은 디바이스 내지 장치들은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 구체적인 설명을 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지모듈은, 서로 독립적으로 분할되어 있는 제 1 회로와 제 2 회로로 외부 전원의 전류가 흐르되, 전지모듈이 과충전되는 전압 이상에서는 독립적 수단인 제 2 회로에서 전류가 소모되면서, 과충전이 효과적으로 방지될 수 있다.
특히, 본 발명에서는 전지모듈의 과충전 상황인 제 2 상태에서, 외부 전원과 전지모듈의 전기적 연결을 원천적으로 차단하는 기술과는 달리, 실질적으로 차단회로인 제 2 회로와 분할된 제 1 회로를 통해 전류는 연속적으로 통전이 되되, 제 2 회로에서는 외부 전원의 전류 일부를 소모시키면서, 전압 강하를 유도하는 것을 특징으로 하며, 이는 전지모듈이 적정 전압으로 계속해서 충전될 수 있는 점에서, 충전이 원천 차단되는 일반적인 시스템과 비교하여 충전 편의성을 제공한다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 모식도이다;
도 2는 제 1 상태에 대한 전지모듈의 회로도이다;
도 3은 제 2 상태에 대한 전지모듈의 회로도가 도시되어 있다.
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 하나의 실시예에 따른 전지모듈의 모식도가 도시되어 있다. 또한, 도 2에는 제 1 상태(10)에 대한 전지모듈의 회로도가 도시되어 있고, 도 3에는 제 2 상태(20)에 대한 전지모듈의 회로도가 도시되어 있다.
먼저, 도 1을 참조하면, 전지모듈(100)은, 유체 수용이 가능한 내부 중공 구조의 냉각 플레이트(도시하지 않음) 상에 복수의 단위모듈들(10)이 장착된 구조의 모듈 어셈블리(100a, 100b), 모듈 어셈블리(100a, 100b)가 장착될 수 있도록, 내측으로 만입된 형상의 안착부(121, 122)가 형성되어 있고, 상단이 개방되어 있는 팩 하우징(110), 및 냉각 플레이트 상에 장착된 모듈 어셈블리의 열을 흡열 하도록, 상기 냉각 플레이트의 내부 중공에 액상 냉매를 공급하는 냉매 순환 시스템(도시하지 않음)을 포함하고, 전지모듈의 충전과 방전 등 전지모듈의 작동 전반에 대한 제어 및 관리가 가능한 BMS(도시하지 않음)을 더 포함한다.
이러한 구조에서 BMS는 충전 회로인 제 1 회로(201)를 포함하고, 상기 제 1 회로(201) 및 BMS와는 독립적인 제 2 회로(202)가 전지모듈에 더 포함되어 있다.
이들 제 1 회로(201)와 제 2 회로(202)는 외부 전원(1)에 대해 병렬로서 전기적으로 연결된 회로들이다.
제 2 회로(202)는 소정의 전압 이상에서 회로를 닫아 전류를 통전시키는 릴레이 부(210) 및 릴레이 부(210)로부터 통전되는 전류를 소모시키는 저항부(220)를 포함하고 있다.
릴레이 부(210)는, 전류 코일(214)과 전류 코일(214)에 인접한 곳에 위치한 마그네틱 부(216) 및 릴레이(212)를 포함하고 있다.
이러한 구조의 릴레이 부(210)는, 전류 코일(214)에 소정의 전압이 형성되면, 마그네틱 부(216)로 릴레이(212)가 이동하면서 회로를 닫을 수 있으며, 반대로, 소정의 전압 미만에서는 릴레이(212)가 마그네틱 부(216)로부터 떨어지면서 회로를 열 수 있다.
한편, 외부 전원(1)의 연결 시, 전지모듈(100)은 전류 흐름이 제 1 전압 이하인 제 1 상태(10)로 구성된다. 제 1 전압은 전지모듈(100)의 사용 전압이다.
제 1 상태(10)에서는, 외부 전원(1)으로부터 제 1 회로(201)와 제 2 회로(202)로 전류가 통전되지만, 제 2 회로(202)를 구성하는 릴레이 부(210)가 열린 상태를 유지하여, 제 2 회로(202)는 작동하지 않는다.
따라서, 전류는 제 1 회로(201)를 통해 전지모듈(100)로 흐르면서 전류를 충전시킨다.
반면에, 전류 흐름이 제 1 전압 대비 대략 110 내지 200%인 제 2 전압 이상이 형성되면, 전지모듈(100)은 제 2 상태(20)로 전환된다.
이 상태에서는, 전류 코일(214)에 제 2 전압이 형성되면서, 마그네틱 부(216)로 릴레이(212)가 이동하여 회로를 닫는다.
따라서, 전류는 릴레이 부(210)를 따라 제 2 회로(202)의 저항부(220)로 통전되며, 저항부(220)는 외부 전원(1)의 전류 일부를 저항부(220)에서 소모시킨다.
이때, 제 1 회로(201)는 소모 되지 않은 나머지 전류로 전지모듈(100)을 충전시키게 된다.
즉, 제 2 상태(20)는 제 1 회로(201)가 전지모듈(100)을 충전시키고, 제 2 회로(202)가 전류를 소모시키는 상태이다.
만약, 저항부(220)가 소정의 전류를 소모하여 제 2 전압 미만으로 강하하면, 전지모듈(100)은 릴레이 부(210)가 열리면서 제 1 상태(10)로 전환될 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에서는 전지모듈(100)의 과충전 상황인 제 2 상태(20)에서, 외부 전원(1)과 전지모듈(100)의 전기적 연결을 원천적으로 차단하는 기술과는 달리, 실질적으로 차단회로인 제 2 회로(202)와 분할된 제 1 회로(201)를 통해 전류는 연속적으로 통전이 되되, 제 2 회로(202)에서는 외부 전원(1)의 전류 일부를 소모시키면서, 전압 강하를 유도하는 것을 특징으로 하며, 이는 전지모듈(100)이 적정 전압으로 계속해서 충전될 수 있는 점에서, 충전이 원천 차단되는 일반적인 시스템과 비교하여 충전 편의성을 제공할 수 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (9)

  1. 충방전이 가능한 복수의 전지셀들이 전기적으로 연결되어 있는 전지모듈로서,
    외부 전원의 연결 시, 전류 흐름이 분할되도록 독립적으로 회로를 구성하는 제 1 회로와 제 2 회로를 포함하며,
    외부 전원의 연결 시, 상기 제 1 회로가 외부 전원의 전류로 전지모듈을 충전시키되, 전지모듈이 과충전 되는 전압 이상에서는 제 2 회로에서 외부 전원으로부터 공급되는 전류의 일부가 소모되면서 전지모듈의 과충전이 방지되는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 회로는 전지모듈을 과충전 이하의 전압으로 외부 전원의 전류를 소모시키는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 전지모듈은,
    전류 흐름이 제 1 전압 이하인 제 1 상태; 및
    전류 흐름이 제 2 전압 이상의 제 2 상태;
    를 포함하고,
    상기 제 1 상태에서는 제 1 회로가 전지모듈을 충전시키고, 제 2 회로가 전류를 소모시키기 않으며;
    상기 제 2 상태에서는 제 1 회로가 전지모듈을 충전시키고, 제 2 회로가 전류를 소모시키는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 제 2 회로는,
    상기 제 2 전압 이상에서 회로를 닫아 전류를 통전시키는 릴레이 부; 및
    상기 릴레이 부로부터 통전되는 전류를 소모시키는 저항부;
    를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 제 2 상태에서, 릴레이 부가 닫히면서 외부 전원의 전류 일부를 저항부에서 소모시키고, 제 1 회로는 소모 되지 않은 나머지 전류로 전지모듈을 충전시키는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  6. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 저항부가 소정의 전류를 소모하여 제 2 전압 미만으로 강하하면, 상기 릴레이 부가 열리면서 제 1 상태로 전환되는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  7. 제 3 항에 있어서, 상기 제 1 전압은 적어도 4.2V이고, 상기 제 2 전압은 제 1 전압 대비 110% 내지 200%의 범위에서 설정되는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 릴레이 부는, 전류코일, 상기 전류코일에 인접한 곳에 위치한 마그네틱 부, 및 릴레이를 포함하고 있고;
    상기 전류 코일에 소정의 전압이 형성되는 경우, 마그네틱 부로 릴레이가 이동하면서 회로를 닫는 것을 특징으로 하는 전지모듈.
  9. 제 1 항에 따른 전지모듈을 포함하는 디바이스.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100872693B1 (ko) * 2008-03-28 2008-12-10 전라남도 목포시 무인경보시스템을 이용한 전원제어시스템 및 그 제어방법
KR20130090255A (ko) * 2012-02-03 2013-08-13 주식회사 엘지화학 과충전 방지 회로
KR20160007899A (ko) * 2014-07-09 2016-01-21 주식회사 엘지화학 전지팩의 과충전 방지를 위한 전원 시스템 및 이를 포함하는 디바이스

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