KR20190071407A - 과충전 방지 기능을 구비한 배터리 팩 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 과충전 방지 기능을 구비한 배터리 팩 모듈에 관한 것으로, 배터리 단위 셀이 직렬로 적층되고, 종단 플레이트를 통해 고정되는 구조의 고전압 배터리 팩 모듈에 있어서, 종단의 배터리 단위 셀을 지지하면서 배터리 셀에 스웰링의 압력이 발생하면, 배터리 단위 셀과 같이 파단되는 지지 패드; 지지 패드 후단에 위치하고, 배터리 단위 셀의 팽창과 지지 패드의 파단에 의해 단선되는 과충전 감지 신호선; 및 과충전 감지 신호선이 단선되면, 배터리 단위 셀에 입력되는 전류를 차단하는 스위칭 제어부;를 포함한다.

Description

과충전 방지 기능을 구비한 배터리 팩 모듈{Battery pack module with overcharge protection function}
본 발명은 과충전 방지 기능을 구비한 배터리 팩 모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고전압 배터리팩의 과충전 시 전해액이 기화되어 발생되는 스웰링 현상이 발생하고, 그 스웰링 현상에 의해 배터리 단위 셀의 중앙부가 물리적으로 팽창함으로써 발생하는 압축 응력을 이용하여 배터리 발화 및 폭발 이전에 전류를 차단하여 고전압 배터리 과충전을 사전에 보호할 수 있는 고전압 배터리팩의 과충전 안전장치에 관한 것이다.
일반적으로 전기 차량용 고전압 배터리는 과충전 시 배터리에서 열이 발생하고, 그 열에 의해 배터리 내부에서 가스가 발생됨으로서, 배터리가 팽창하게 되는 문제가 있다.
이러한, 문제를 해결하고자, 팽창하는 압력을 이용하여 충전 전류가 흐르도록 된 도체판을 파단시켜 충전전류를 자동으로 차단함으로써, 배터리의 과충전을 차단시키는 전기 차량용 고전압 배터리(출원번호: 10-2007-0077963호), 배터리 과충전시 셀 발열에 의한 가스 발생으로 팽창되는 압력을 이용하여 셀간 전원연결부를 파단하여 과충전을 방지하는 배터리 과충전시 전원차단 장치(출원번호 : 10-2008-0053515호), 과충전 시 셀의 팽창력 감지를 위한 스위치가 배터리 셀 사이에 설치되어 셀 팽창 시 압력으로인해 스위치가 작동하여 전원을 차단시키는 2차 전지 배터리 셀의 과충전 방지 장치(출원번호 : 10-2011-0053803호) 및 배터리 모듈에서 배터리 개별 셀이 적층되며 적층된 셀 사이에 시소 회전이 가능한 가압판이 설치되어 과충전 시 셀의 부피 팽창에 의해 가압판이 시소 회전되어 셀 전극 텝 부분을 절단하여 전원을 차단시키는 배터리의 과충전 방지장치(출원번호 : 10-2013-0032958호)가 출원된 바 있다.
그러나 종래 출원되었던 배터리의 과충전 방지장치들은 물리적으로 전극을 파단시켜 전류를 차단시키는 경우, 인체에 유해한 전해액 유기물 가스가 외부로 배출되어 2차적인 문제가 있고, 배터리 셀과 셀 사이에 스위치 형식으로 설치된 장치를 이용하는 종래 배터리의 과충전 방지 장치들은 공기 냉각을 위한 유로에 위치함으로써 냉각 유로에 영향을 줄 수 있어 냉각 효율이 떨어지는 문제가 있다.
본 발명은 종래 문제점을 해결하기 위한 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 배터리의 단위셀에 면압을 유지시켜 주기 위한 종단 플레이트에 과충전 감지선을 구비하여 과충전 시, 배터리 단위 셀의 중앙부가 물리적으로 변화됨으로써 발생되는 압축 응력을 이용하여 과충전 감지선을 파단함으로써, 배터리 단위 셀의 과충전을 방지할 수 있는 과충전 방지 기능을 구비한 배터리 팩 모듈을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 배터리 단위 셀의 과충전을 방지하면서도 배터리 팩의 스펠링 현상에 의해 배터리 단위 셀이 발화되거나 폭발하는 것을 방지할 수 있는 과충전 방지 기능을 구비한 배터리 팩 모듈을 제공하는데 있다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 과충전 방지 기능을 구비한 배터리 팩 모듈은 배터리 단위 셀이 직렬로 적층되고, 종단 플레이트를 통해 고정되는 구조의 고전압 배터리 팩 모듈에 있어서, 종단의 배터리 단위 셀을 지지하면서 상기 배터리 셀에 스웰링의 압력이 발생하면, 상기 배터리 단위 셀과 같이 파단되는 지지 패드; 상기 지지 패드 후단에 위치하고, 상기 배터리 단위 셀의 팽창과 상기 지지 패드의 파단에 의해 단선되는 과충전 감지 신호선; 및 상기 과충전 감지 신호선이 단선되면, 상기 배터리 단위 셀에 입력되는 전류를 차단하는 스위칭 제어부;를 포함한다.
여기서, 상기 지지 패드는, 상기 배터리 단위 셀로부터 발생된 열을 차단할 수 있도록, EPP 재질의 패드인 것이 바람직하다.
그리고, 상기 종단 플레이트에는, 배터리 단위 셀에 스웰링의 압력이 발생하여 배터리 단위 셀의 중앙부의 팽창에 의해 상기 과충전 감지 신호선이 단선될 수 있도록, 배터리 단위 셀의 중심부를 중심으로 기 설정된 거리만큼 이격되어 구비된 복수개의 지지대를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 지지 패드는, 상기 과충전 감지 신호선이 상기 지지대를 따라 설치될 수 있도록, 상기 지지대가 수용될 수 있는 수용홈을 구비한 것이 바람직하다.
한편, 상기 지지 패드와 상기 종단 플레이트는, 상기 지지대의 외곽부분에 접착제를 통해 결합된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 과충전에 의해 스웰링이 발생한 배터리 단위 셀을 통해 단선되는 과충전 감지 신호선을 최종단의 배터리 단위 셀(20)과 종단 플레이트 사이에 구비함으로써, 종래에서와 같이 과충전으로 인해 배터리 단위 셀이 팽창되는 특징을 통해 배터리 단위 셀과 연결된 전극을 파단시켜 발생되는 종래 문제를 해결하고, 배터리 팩의 과충전을 방지할 수 있는 효과가 있다.
그리고 본 발명의 일 실시예에 채용된 지지 패드에 따르면, 배터리 팩 모듈의 배터리 단위 셀을 EPP 재질의 지지 패드로 지지함으로써, 배터리 팩 모듈이 정상 상태일 경우 배터리 팩의 배터리 단위 셀에 일정한 면압을 유지하고, 배터리 단위 셀의 온도를 일정하게 유지시켜 줄 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 과충전 방지 기능을 구비한 배터리 팩 모듈의 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 과충전 방지 기능을 구비한 배터리 팩 모듈의 분리 사시도.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 과충전 방지 기능을 구비한 배터리 팩 모듈의 사용 상태도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 과충전 방지 기능을 구비한 배터리 팩 모듈의 단면도.
도 6 및 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 과충전 방지 기능을 구비한 배터리 팩 모듈의 사용 상태도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 과충전 방지 기능을 구비한 배터리 팩 모듈을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 과충전 방지 기능을 구비한 배터리 팩 모듈은 도 1에 도시된 바와 같이, 모듈 몸체(10) 내부에 배터리 단위 셀(20)이 직렬로 적층되고, 종단 플레이트(30)를 통해 배터리 단위 셀(20)들이 고정되는 구조로 이루어진다. 이러한 고전압 배터리 팩 모듈은 도 2에 도시된 바와 같이, 지지 패드(110), 과충전 감지 신호선(120) 및 스위칭 제어부(130)를 포함하여 이루어진다.
지지 패드(110)는 종단의 배터리 단위 셀(20)을 지지하고, 상기 배터리 셀에 스웰링의 압력이 발생하면 상기 배터리 단위 셀(20)과 같이 파단된다.
그리고 과충전 감지 신호선(120)은 상기 지지 패드(110) 후단에 위치하고, 상기 배터리 단위 셀(20)의 팽창과 상기 지지 패드(110)의 파단에 의해 단선된다.
스위칭 제어부(130)는 상기 과충전 감지 신호선(120)이 단선되면, 상기 배터리 단위 셀(20)에 입력되는 전류를 차단하는 역할을 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 과충전에 의해 스웰링이 발생한 배터리 단위 셀(20)을 통해 단선되는 과충전 감지 신호선(120)을 최종단의 배터리 단위 셀(20)과 종단 플레이트(30) 사이에 구비함으로써, 종래에서와 같이 과충전으로 인해 배터리 단위 셀(20)이 팽창되는 특징을 통해 배터리 단위 셀(20)과 연결된 전극을 파단시켜 발생되는 종래 문제를 해결하는 동시에 배터리 팩의 과충전을 방지할 수 있는 효과가 있다.
한편, 도 2는 배터리 팩 모듈이 조립된 상태에서 배터리 단위 셀(20)에 과충전이 이루어지지 않은 상태이다. 이러한, 도 3은 배터리 단위 셀(20)이 과충전 되지 않은 정상 상태로, 도 4와 같이 배터리 단위 셀(20)이 과충전 상태가 되면, 배터리 단위 셀(20)은 팽창하게 된다. 이렇게 배터리 단위 셀(20)이 팽창되면, 지지 패드(110)는 파단되고, 배터리 단위 셀(20)은 스웰링되어 과충전 감지 신호선(120)을 누르게 된다.
따라서, 배터리 단위 셀(200이 과충전 감지 신호선(120)을 누르고, 일정 거리 이격된 한 쌍의 지지대가 지지대(150)가 과충전 감지 신호선(120)을 지지하는 구조에 의해, 과충전 감지 신호선(120)은 단선된다.
이와 같이, 과충전 감지 신호선(120)이 단선되면, 스위칭 제어부(130)는 배터리 단위 셀(20)이 충전되지 않도록 제어한다.
본 발명의 일 실시예에 채용된 지지 패드(110)는, 상기 배터리 단위 셀(20)로부터 발생된 열을 차단할 수 있도록, EPP 재질의 패드인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 채용된 지지 패드(110)에 따르면, 배터리 팩 모듈의 배터리 단위 셀(20)을 EPP 재질의 지지 패드(110)로 지지함으로써, 배터리 팩 모듈이 정상 상태일 경우, 배터리 팩의 배터리 단위 셀(20)에 일정한 면압을 유지하고, 배터리 단위 셀(20)의 온도를 일정하게 유지시켜 줄 수 있는 장점이 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 채용된 종단 플레이트(30)에는 배터리 단위 셀(20)에 스웰링의 압력이 발생하여 배터리 단위 셀(20)의 중앙부의 팽창에 의해 과충전 감지 신호선(120)이 단선될 수 있도록, 배터리 단위 셀(20)의 중심부를 중심으로 기 설정된 거리만큼 이격되어 구비된 복수개의 지지대(150)를 포함한다. 본 실시예에서는 배터리 딘위 셀(10)의 중심부를 중심으로 한 쌍의 지지대(150)가 구비되고, 상기 한 쌍의 지지대(150) 보다 작은 크기의 제 2 지지대(151)가 일정 거리 이격된 상태로 구비될 수 있다. 이와 같이, 복수개의 지지대(150)가 구비됨으로써, 과충전 감지 신호선(120)이 급격하게 꺾이지 않은 상태로 상기 지지대(150) 상에 설치가 가능 하다.
이와 같이, 종단 플레이트(30)에 복수개의 지지대(150)가 구비됨으로써, 과충전에 의해 스웰링 현상이 발생한 배터리 단위 셀(20)을 통해 과충전 감지 신호선(120)의 파단이 용이해지는 장점이 있다.
그뿐만 아니라, 과충전에 의해 스웰링이 현상이 발생한 배터리 단위 셀(20)이 과충전되면서 팽창되더라도, 지지대(150)에 의해 더 이상 팽창되지 않게 되는 장점이 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 채용된 지지 패드를 설명하기 위한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 채용된 지지 패드(110)는 과충전 감지 신호선(120)이 지지대(150)를 따라 설치될 수 있도록, 지지대(150)가 수용될 수 있는 수용홈(111)을 구비한 것이 바람직하다.
이와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 채용된 지지 패드(110)에 따르면, 지지대(150)를 수용하기 위한 수용홈(111)이 구비됨으로써, 도 6에 도시된 바와 같이, 배터리 팩 모듈의 조립을 용이하게 하면서도, 배터리 팩의 과충전에 따른 제어를 가능하게 하는 장점이 있다.
이러한, 본 발명의 다른 실시예에 채용된 지지 패드(110)에 따르면, 도 6에 도시된 바와 같이, 배터리 단위 셀(20)이 과충전되어 팽창되면, 지지 패드(110)는 파단되고, 팽창되는 배터리 단위 셀(20)에 의해 한 쌍의 지지대(150)에 의해 지지되고 있던 과충전 감지 신호선(120)이 단선된다.
이러한 스위칭 제어부(130)는 과충전 감지 신호선(120)의 단선을 감지하면, 과충전 중인 배터리 단위 셀(20)이 충전되지 않도록 전류를 차단한다.
한편, 상기 지지 패드(110)와 상기 종단 플레이트(30)는, 상기 지지대(150)의 외곽부분에 접착제를 통해 결합되는 것이 바람직하다. 이와 같이, 지지 패드(110)와 종단 플레이트(30)가 접착제를 통해 결합됨으로써, 배터리 팩 모듈의 조립 편의성을 향상시켜줄 수 있는 장점이 있다.
이상, 본 발명의 구성에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 보호 범위는 전술한 실시예에 국한되어서는 아니되며 이하의 특허청구범위의 기재에 의하여 정해져야 할 것이다.
110 : 지지 패드 120 : 과충전 감지 신호선
130 : 스위칭 제어부 150 : 지지대

Claims (5)

  1. 배터리 단위 셀이 직렬로 적층되고, 종단 플레이트를 통해 고정되는 구조의 고전압 배터리 팩 모듈에 있어서,
    종단의 배터리 단위 셀을 지지하면서 상기 배터리 셀에 스웰링의 압력이 발생하면, 상기 배터리 단위 셀과 같이 파단되는 지지 패드;
    상기 지지 패드 후단에 위치하고, 상기 배터리 단위 셀의 팽창과 상기 지지 패드의 파단에 의해 단선되는 과충전 감지 신호선; 및
    상기 과충전 감지 신호선이 단선되면, 상기 배터리 단위 셀에 입력되는 전류를 차단하는 스위칭 제어부;를 포함하는 과충전 방지 기능을 구비한 배터리 팩 모듈.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 지지 패드는,
    상기 배터리 단위 셀로부터 발생된 열을 차단할 수 있도록, EPP 재질의 패드인 과충전 방지 기능을 구비한 배터리 팩 모듈.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 종단 플레이트에는, 배터리 단위 셀에 스웰링의 압력이 발생하여 배터리 단위 셀의 중앙부의 팽창에 의해 상기 과충전 감지 신호선이 단선될 수 있도록, 배터리 단위 셀의 중심부를 중심으로 기 설정된 거리만큼 이격되어 구비된 복수개의 지지대를 포함하는 것인 과충전 방지 기능을 구비한 배터리 팩 모듈.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 지지 패드는,
    상기 과충전 감지 신호선이 상기 지지대를 따라 설치될 수 있도록, 상기 지지대가 수용될 수 있는 수용홈을 구비한 것인 과충전 방지 기능을 구비한 배터리 팩 모듈.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 지지 패드와 상기 종단 플레이트는,
    상기 지지대의 외곽부분에 접착제를 통해 결합되는 것인 과충전 방지 기능을 구비한 배터리 팩 모듈.



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