KR20210061938A - 배터리 모듈의 스웰링 감지 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리 모듈의 스웰링 감지 장치 및 방법을 개시한다. 본 발명에 따른 배터리 모듈의 스웰링 감지 장치는, 상기 배터리 모듈의 일측면에 부착되며 상기 배터리 모듈 하우징의 내측면과 테두리가 접촉하는 스웰링 감지 패널; 상기 배터리 모듈 하우징의 내측면으로부터 돌출되며, 상기 스웰링 감지 패널의 테두리에 인접한 제1위치로부터 상기 내측면과 소정 각도를 이루면서 제2위치까지 연장된 경사면을 가진 슬랜트부; 상기 제2위치에 대응되는 경사면의 단부에 바로 인접한 배터리 모듈 하우징의 내측면에 설치된 접촉 감지 센서부; 시각적 또는 청각적으로 경고 메시지를 출력하는 알람부; 및 상기 접촉 감지 센서부 및 상기 알람부와 동작 가능하게 결합된 제어부를 포함한다. 상기 접촉 감지 센서부는 상기 스웰링 감지 패널이 상기 경사면을 따라 이동하여 상기 제2위치를 이탈하여 상기 스웰링 감지 패널의 테두리가 상기 접촉 감지 센서부에 접촉되었을 때 스웰링 감지 신호를 출력하도록 구성되고, 상기 제어부는 상기 스웰링 감지 신호가 수신되면 상기 알람부를 통해 경고 메시지를 출력하도록 구성된다.

Description

배터리 모듈의 스웰링 감지 장치 및 방법{Apparatus for Detecting Swelling of Battery Module and Method thereof}
본 발명은 배터리 모듈의 스웰링 감지 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 배터리 모듈을 구성하는 배터리 셀들이 스웰링 되어 있는 것을 용이하게 감지할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것이다.
리튬 이온 배터리 셀은 사용 조건 및 환경에 따라 내부에 가스가 발생하여 부풀어 오르는 스웰링 현상이 생긴다. 가스는 주로 배터리 셀에 주입된 전해액의 부반응을 통해서 생기는 것으로 알려져 있다.
스웰링 현상이 생긴 배터리 셀은 충방전 성능이 저하된다. 또한, 배터리 셀 내부의 압력이 임계치를 넘으면 배터리 셀을 구성하는 케이스가 파열되면서 유독성이 있는 가스가 외부로 벤팅(venting)된다.
리튬 이온 배터리 셀의 케이스는 일 예로 유연성이 있는 파우치 필름으로 이루어진다. 파우치 필름은 강성이 약하므로 스웰링 현상에 의해 배터리 셀 내부의 압력이 한계 이상으로 올라가면 접합력이 약한 실링부위가 파열되면서 가스가 외부로 배출된다.
리튬 이온 배터리 셀은 휴대폰, 랩탑 컴퓨터, 스마트 폰, 스마트 패드 등의 모바일 디바이스뿐만 아니라 전기로 구동되는 전기 구동 자동차(EV, HEV, PHEV)나 대용량 전력 저장 장치(ESS) 등의 분야로까지 그 용도가 급속도로 확산되고 있다.
특히, 전기 구동 자동차에 탑재되는 배터리 모듈은 높은 에너지 용량을 확보하기 위해 직렬 및/또는 병렬 연결된 복수의 배터리 셀들을 포함한다.
배터리 모듈을 구성하는 일부 배터리 셀들이 스웰링 현상을 일으키면 전체 배터리 모듈의 성능이 저하된다. 또한, 전기 구동 자동차가 운행되는 동안 스웰링된 배터리 셀들이 벤팅을 일으키면 유독 가스가 외부로 분출될 뿐만 아니라 최악의 경우 벤팅을 일으킨 배터리 셀들의 충방전이 중단되어 전기 구동 자동차의 운행이 갑자기 중단될 수 있다. 또한, 복수의 배터리 셀들이 벤팅될 경우 유독 가스가 발화를 일으키면서 배터리 모듈이 폭발하는 사고로 이어질 수 있다.
따라서, 배터리 모듈이 탑재된 장치에서는 배터리 모듈에 포함된 배터리 셀들이 스웰링된 것을 용이하게 감지할 수 있는 기술이 요구된다.
본 발명은 위와 같은 종래 기술의 배경하에 창안된 것으로서, 배터리 모듈에 포함된 배터리 셀들이 한계 이상으로 스웰링된 것을 용이하게 감지할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 모듈의 스웰링 감지 장치는, 배터리 모듈이 안착되는 공간을 정의하는 배터리 모듈 하우징; 상기 배터리 모듈의 일측면에 부착되며 상기 배터리 모듈 하우징의 내측면과 테두리가 접촉하는 스웰링 감지 패널; 상기 배터리 모듈 하우징의 내측면으로부터 돌출되며, 상기 스웰링 감지 패널의 테두리에 인접한 제1위치로부터 상기 내측면과 소정 각도를 이루면서 제2위치까지 연장된 경사면을 가진 슬랜트부; 상기 제2위치에 대응되는 경사면의 단부에 바로 인접한 배터리 모듈 하우징의 내측면에 설치된 접촉 감지 센서부; 시각적 또는 청각적으로 경고 메시지를 출력하는 알람부; 및 상기 접촉 감지 센서부 및 상기 알람부와 동작 가능하게 결합된 제어부를 포함하고, 상기 접촉 감지 센서부는 상기 스웰링 감지 패널이 상기 경사면을 따라 이동하여 상기 제2위치를 이탈하여 상기 스웰링 감지 패널의 테두리가 상기 접촉 감지 센서부에 접촉되었을 때 스웰링 감지 신호를 출력하도록 구성되고, 상기 제어부는 상기 스웰링 감지 신호가 수신되면 상기 알람부를 통해 경고 메시지를 출력하도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 상기 슬랜트부는 상기 스웰링 감지 패널의 테두리를 따라 복수의 지점에서 돌출될 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 슬랜트부의 단면은 직각 삼각형일 수 있다.
바람직하게, 스웰링 감지 패널은 탄성이 있는 플라스틱으로 이루어질 수 있다.
일 측면에 따르면, 상기 접촉 감지 센서부는 압전 센서일 수 있다.
다른 측면에 따르면, 상기 접촉 감지 센서부는 버튼 스위치일 수 있다. 이 경우, 상기 버튼 스위치의 일단은 DC 전원에 연결되고, 타단은 상기 제어부에 연결될 수 있다.
본 발명에 따른 기술적 과제는, 상기 배터리 모듈의 스웰링 감지 장치를 포함하는 배터리 관리 시스템 또는 전기 구동 장치에 의해서도 달성될 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 모듈의 스웰링 감지 방법은, (a) 배터리 모듈이 안착되는 공간을 정의하는 배터리 모듈 하우징; 상기 배터리 모듈의 일측면에 부착되며 상기 배터리 모듈 하우징의 내측면과 테두리가 접촉되는 스웰링 감지 패널; 상기 배터리 모듈 하우징의 내측면으로부터 돌출되며 상기 스웰링 감지 패널의 테두리에 인접한 제1위치로부터 상기 내측면과 소정 각도를 이루면서 제2위치까지 연장된 경사면을 가진 슬랜트부; 상기 제2위치에 대응되는 경사면의 단부에 바로 인접한 배터리 모듈 하우징의 내측면에 설치된 접촉 감지 센서부; 시각적 또는 청각적으로 경고 메시지를 출력하는 알람부; 및 상기 접촉 감지 센서부와 상기 알람부와 동작 가능하게 결합된 제어부를 제공하는 단계; (b) 상기 스웰링 감지 패널이 상기 경사면을 따라 이동한 후 상기 제2위치를 이탈하여 상기 접촉 감지 센서부에 접촉됨에 따라 상기 접촉 감지 센서부가 스웰링 감지 신호를 출력하는 단계; 및 (c) 상기 제어부가 상기 스웰링 감지 신호를 수신한 후 상기 알람부를 통해 경고 메시지를 출력하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 배터리 모듈에 포함된 배터리 셀들에서 스웰링 현상이 발생된 것을 용이하게 검출할 수 있다. 특히, 배터리 모듈의 내부 구조를 변경하지 않고도 배터리 셀들의 과도한 스웰링 현상을 검출할 수 있으므로 배터리 모듈의 안정성을 향상시킬 수 있다. 특히, 본 발명은 배터리 모듈이 전기 구동 자동차에 탑재될 경우 유용하게 활용이 가능하다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 스웰링 감지 장치의 구성을 나타낸 블록 다이어그램이다.
도 2는 도 1의 A 및 B 부분의 구조를 설명하기 위해 도 1의 I-I'선에 따른 부분 단면을 나타낸 도면이다.
도 3은 스웰링 현상이 발생된 배터리 셀이 없는 배터리 모듈의 단면도이고, 도 4는 스웰링 현상이 발생된 배터리 셀이 포함된 배터리 모듈의 단면도이다.
도 5는 스웰링 감지 패널이 슬랜트부의 경사면을 따라 이동되는 모습을 나타낸 도면이다.
도 6은 스웰링 감지 패널이 슬랜트부의 경사면을 완전히 이탈한 모습을 나타낸 도면이다.
도 7은 스웰링 감지 패널이 배터리 모듈의 일부를 구성하는 경우 배터리 모듈의 단면을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈의 스웰링 감지 장치를 포함하는 배터리 관리 시스템의 블록 다이어그램이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈의 스웰링 감지 장치를 포함하는 전기 구동 장치의 블록 다이어그램이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈의 스웰링 감지 방법에 관한 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 출원을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 발명시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하에서 설명되는 실시 예에 있어서, 배터리 셀은 리튬 이온 배터리 셀을 일컫는다. 여기서, 리튬 이온 배터리 셀이라 함은 충전과 방전이 이루어지는 동안 리튬 이온이 작동 이온으로 작용하여 양극과 음극에서 전기화학적 반응을 유발하는 전지를 총칭한다.
한편, 리튬 이온 배터리 셀에 사용된 전해질이나 분리막의 종류, 전지를 포장하는데 사용된 포장재의 종류, 리튬 이온 배터리 셀의 내부 또는 외부의 구조 등에 따라 전지의 명칭이 변경되더라도 리튬 이온이 작동 이온으로 사용되는 전지라면 모두 리튬 이온 배터리 셀의 범주에 포함되는 것으로 해석하여야 한다.
본 발명은 리튬 이온 배터리 셀 이외의 다른 이차 전지에도 적용이 가능하다. 따라서 작동 이온이 리튬 이온이 아니더라도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있는 이차 전지라면 그 종류에 상관 없이 모두 본 발명의 범주에 포함되는 것으로 해석하여야 한다.
또한, 배터리 셀은 하나의 단위 셀 또는 병렬 연결된 복수의 단위 셀을 지칭할 수 있음을 미리 밝혀둔다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 스웰링 감지 장치의 구성을 나타낸 블록 다이어그램이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 스웰링 감지 장치(10)는, 배터리 모듈(11)이 안착되는 공간을 정의하는 배터리 모듈 하우징(12)을 포함한다.
배터리 모듈(11)은 내부에 복수의 배터리 셀(13)을 구비한다. 복수의 배터리 셀(13)은 일정한 방향으로 적층될 수 있다. 도면에 도시되지 않았으나, 각 배터리 셀(13) 사이에는 카트리지 프레임, 냉각 핀 등을 개재시킬 수 있다.
복수의 배터리 셀(13)은 상호 간에 직렬 및/또는 병렬로 연결될 수 있다. 복수의 배터리 셀(13)을 전기적으로 연결할 때 사용하는 커넥터 부품, 예컨대 버스바 등의 연결관계는 본 발명의 기술적 사상과 관련성이 없으므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
각 배터리 셀(13)은 파우치 포장재에 의해 전극 조립체와 전해질이 포장된 구조를 가지는데, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 각 배터리 셀(13)은 외부로 노출된 한 쌍의 전극을 포함하며, 인접하는 배터리 셀(13)들의 전극은 직렬 및/또는 병렬로 연결될 수 있다.
배터리 모듈 하우징(12)은 대략적으로 박스 형상을 가지며, 그 내부에 정방형의 공간을 정의한다. 배터리 모듈(11)은 정방형의 공간 내부에 수납될 수 있다. 배터리 모듈 하우징(12)의 단면 면적은 배터리 모듈(11)의 단면 면적과 같거나 크다.
배터리 모듈 하우징(12)은 전후좌우 벽체와 상하부 벽체를 포함할 수 있다. 전후좌우 벽체와 하부 벽체는 일체로 이루어져 하부 케이스(12a)를 구성하고, 상부 벽체는 상부 케이스(12b)를 구성할 수 있다. 이 때, 상부 케이스(12b)는 커버의 역할을 할 수 있다.
하부 케이스(12a)와 상부 케이스(12b)의 재질은 금속이나 플라스틱으로 이루어질 수 있고, 볼트, 접착제, 용접 등의 공지의 방법으로 서로 접합될 수 있다.
하부 케이스(12a)는 상부가 개방되어 있으므로, 배터리 모듈(11)은 하부 케이스(12a)의 개구를 통해 하부 케이스(12a)의 바닥면에 안착된다. 또한, 상부 케이스(12b)를 하부 케이스(12a)에 결합시키면 배터리 모듈(11)이 배터리 모듈 하우징(12)에 수납된다.
본 발명에 따른 스웰링 감지 장치(10)는 배터리 모듈(11)의 일측면에 부착되며 배터리 모듈 하우징(12)의 내측면과 테두리가 접촉하는 스웰링 감지 패널(14)을 포함한다.
바람직하게, 스웰링 감지 패널(14)은 탄성력이 있는 플라스틱으로 이루어질 수 있다. 스웰링 감지 패널(14)의 두께는 3mm-5mm인 것이 바람직하다.
바람직하게, 스웰링 감지 패널(14)의 면적은 배터리 모듈 하우징(12) 내의 내부 공간 단면과 실질적으로 동일하다. 여기서, 단면은 지면과 수직인 방향에서의 단면을 의미한다.
도 2는 도 1의 A 및 B 부분의 구조를 설명하기 위해 도 1의 I-I'선에 따른 부분 단면을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 스웰링 감지 장치(10)는 배터리 모듈 하우징(12)의 내측면으로부터 돌출되며, 스웰링 감지 패널(14)의 테두리에 인접한 제1위치(C1)로부터 상기 내측면과 소정 각도를 이루면서 제2위치(C2)까지 연장된 경사면(S)을 가진 슬랜트부(15)를 포함한다.
바람직하게, 슬랜트부(15)는 스웰링 감지 패널(14)의 테두리를 따라 복수의 지점(도 1의 A 및 B 참조)에서 돌출될 수 있다.
도면에는, 슬랜트부(15)가 배터리 모듈 하우징(12)의 상부 케이스(12b) 하부 내측면의 2개 지점(도 1의 A)에서 돌출되어 있고, 하부 케이스(12a) 바닥 내측면의 2개 지점(도 1의 B)에서 돌출되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
바람직하게, 슬랜트부(15)의 단면은 직각 삼각형의 모양을 가지며, 슬랜트부(15)의 경사면(S)은 직각 삼각형의 직각 모서리와 대향한다.
바람직하게, 슬랜트부(15)의 길이는 감지해야 하는 스웰링 정도에 따라 미리 조절될 수 있다. 슬랜트부(15)의 길이와 스웰링 감지의 민감도는 서로 반비례한다. 즉 스웰링 감지의 민감도가 높을수록 슬랜트부(15)의 길이는 짧아진다.
본 발명의 실시예에 따른 스웰링 감지 장치(10)는 슬랜트부(15)의 제2위치(C2)에 대응되는 경사면(S)의 단부에 바로 인접한 배터리 모듈 하우징(12)의 내측면에 설치된 접촉 감지 센서부(16)를 포함한다.
바람직하게, 접촉 감지 센서부(16)는 압전 센서일 수 있다. 압전 센서는 특정한 물체가 접촉하여 압력을 인가할 경우 압력의 크기에 상응하는 전압 신호를 출력하는 센서이다. 압전 센서는 당업계에 널리 알려져 있으므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
대안적으로, 접촉 감지 센서부(16)는 버튼 스위치일 수 있다. 버튼 스위치는 버튼의 푸쉬/풀 동작에 의해 스위치의 접점이 기계적으로 접촉하거나 접촉이 해지되는 스위치를 의미한다.
버튼 스위치는 버튼을 탄성 바이어스 시키는 스프링과 탄성 바이어스된 버튼의 푸쉬/풀 동작에 의해 전기적 연결이 선택적으로 제어되는 2개의 접점을 포함한다.
버튼 스위치는 본 발명이 속한 기술분야에 널리 알려진 공지의 전기 부품이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
바람직하게, 버튼 스위치의 한쪽 접점은 DC 전원에 연결되고 다른 쪽 접점은 도선을 통해 제어부(18)와 연결된다. 따라서, 버튼 스위치가 푸쉬되면 2개의 접점이 서로 연결되면서 DC 전원의 전압이 제어부(18) 측으로 인가될 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 스웰링 감지 장치(10)는 시각적 또는 청각적으로 경고 메시지를 출력하는 알람부(17)를 포함할 수 있다.
알람부(17)는 디스플레이나 스피커일 수 있다. 디스플레이는 경고 메시지를 텍스트나 그래픽의 형태로 출력하고, 스피커는 경고 메시지를 음성 또는 경고음의 형태로 출력한다. 디스플레이는 액정 디스플레이, 유기발광다이오드 디스플레이 등일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 스웰링 감지 장치(10)는 접촉 감지 센서부(16) 및 알람부(17)와 동작 가능하게 결합된 제어부(18)를 포함한다.
접촉 감지 센서부(160)는 스웰링 감지 패널(14)이 슬랜트부(15)의 경사면(S)을 따라 이동한 후 제2위치(C2)를 이탈하여 스웰링 감지 패널(14)의 테두리가 접촉 감지 센서부(16)에 접촉되었을 때 스웰링 감지 신호를 출력할 수 있다.
스웰링 감지 패널(14)은 배터리 모듈(11)에 포함된 복수의 배터리 셀(13)들 중 일부 또는 전부에서 스웰링 현상이 발생하여 배터리 모듈(11)의 외부 벽(특히, 좌우측 벽)이 부풀어 오른 경우 배터리 모듈(11)이 가하는 압력에 의해 슬랜트부(15)의 경사면(S)을 따라 이동할 수 있다.
도 3은 스웰링 현상이 발생된 배터리 셀이 없는 배터리 모듈의 단면도이고, 도 4는 스웰링 현상이 발생된 배터리 셀이 포함된 배터리 모듈의 단면도이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 배터리 모듈(11)을 구성하는 일부 배터리 셀에서 스웰링 현상이 생기면 부풀어 오른 배터리 셀이 나머지 셀들을 좌측 및 우측으로 가압한다. 또한 가압력은 배터리 모듈(11)의 케이스를 구성하는 최외측의 엔드 플레이트(EP)까지 도달된다. 엔드 플레이트(EP)는 두께가 얇은 금속 또는 플라스틱 플레이트로 이루어지므로 압력이 인가되면 곡면 형태로 변형된다. 그 결과, 배터리 모듈(11)이 스웰링 감지 패널(14)을 슬랜트부(15)를 향해 가압하게 되고, 가압된 스웰링 감지 패널(14)은 경사면(S)를 따라 이동하게 되는 것이다.
도 5는 스웰링 감지 패널(14)이 슬랜트부(15)의 경사면(S)을 따라 이동되는 모습을 나타낸 도면이다. 또한, 도 6은 스웰링 감지 패널(14)이 슬랜트부(15)의 경사면(S)을 완전히 이탈한 모습을 나타낸 도면이다.
도면에 도시된 바와 같이, 스웰링 감지 패널(14)은 자체적으로 탄성력이 있으므로 슬랜트부(15)의 경사면(S)을 따라 이동될 때 그 형상이 완만한 곡면을 이루도록 변형된다.
또한, 배터리 모듈(11)이 가하는 압력이 임계치를 초과하면 스웰링 감지 패널(14)은 경사면(S)의 제2지점(C2)까지 이동한 후 갑자기 슬랜트부(15)의 경사면을 이탈하면서 접촉 감지 센서부(16)를 강하게 접촉하게 된다. 또한, 스웰링 감지 패널(14)이 경사면(S)을 이탈하면 탄성 바이어스 상태가 해제되므로 스웰링 감지 패널(14)의 테두리 부분이 접촉 감지 센서부(16)에 짧은 시간 동안 강한 압력을 인가한다.
따라서, 접촉 감지 센서부(16)가 압전 센서일 경우, 스웰링 감지 패널(14)의 테두리가 슬랜트부(15)의 경사면(S)을 이탈하면서 압전 센서에 압력을 인가하면 압전 센서는 압력에 상응하는 전압 신호를 제어부(18) 측으로 출력한다.
또한, 접촉 감지 센서부(16)가 버튼 스위치일 경우, 스웰링 감지 패널(14)의 테두리가 슬랜트부(15)의 경사면(S)을 이탈하면서 버튼 스위치에 압력을 인가하여 버튼을 누르게 되면 버튼 스위치의 접점들이 서로 연결되면서 버튼 스위치에 연결된 DC 전원의 전압이 제어부(18) 측으로 인가된다.
이로써, 제어부(18)는 배터리 모듈(11)에 포함된 배터리 셀(들)의 스웰링에 의해 배터리 모듈(11)의 형상이 변형되어 스웰링 감지 패널(14)이 슬랜트부(15)의 경사면(S)을 따라서 이동하다가 스웰링 현상이 임계치를 초과하여 경사면(S)을 이탈한 것을 감지할 수 있다.
바람직하게, 제어부(18)는 복수의 접촉 감지 센서부(16)로부터 적어도 하나의 스웰링 감지 신호가 수신되면 스웰링 감지 패널(14)이 슬랜트부(15)의 경사면(S)을 이탈한 것으로 판단할 수 있다.
바람직하게, 제어부(18)는 접촉 감지 센서부(16)로부터 스웰링 감지 신호가 수신되면 알람부(17)를 통해 경고 메시지를 출력할 수 있다.
일 예로, 제어부(18)는 디스플레이를 통해 경고 메시지를 시각적으로 출력한다. 다른 예로, 제어부(18)는 스피커를 통해 경고 메시지 또는 경고음을 청각적으로 출력한다.
경고 메시지는, 배터리 모듈(11) 내의 배터리 셀(들)이 과도하게 스웰링된 상태에 있음을 배터리 모듈(11)이 탑재된 장치의 사용자 또는 운전자에게 알린다.
사용자 또는 운전자는 알람부(17)를 통해서 경고 메시지가 시각적 또는 청각적으로 출력될 경우 배터리 모듈(11)의 동작을 중단시킨 후 배터리 모듈(11)의 상태를 점검하고 필요한 경우 배터리 모듈(11)을 교체하는 것이 바람직하다.
다른 측면에 따르면, 알람부(17)는 배터리 모듈(10)이 탑재된 부하 장치에 구비된 것일 수 있다. 일 예로, 배터리 모듈(10)이 전기 구동 자동차에 탑재되는 경우, 알람부(17)는 전기 구동 자동차의 대쉬 보드에 구비된 통합차량 정보 표시기일 수 있다.
이 경우, 제어부(18)는 통신 인터페이스를 통해서 전기 구동 자동차의 제어 시스템으로 경고 메시지를 전송할 수 있다. 또한, 제어 시스템은 통합차량 정보 표시기를 통해 경고 메시지를 시각적 또는 청각적으로 출력함으로써 운전자에게 배터리 모듈(10)의 점검을 요구할 수 있다.
통신 인터페이스로는 서로 다른 2개의 통신 매체가 통신을 할 수 있도록 지원하는 공지된 통신 인터페이스라면 어떠한 것이라도 사용될 수 있다. 통신 인터페이스는 유선 또는 무선 통신을 지원할 수 있다. 바람직하게, 통신 인터페이스는　캔(CAN) 통신이나 데이지 체인(Daisy Chain) 통신을 지원하는 것일 수 있다.
위와 같이, 알람부(17)는 부하 장치에 구비된 것일 수도 있으므로, 본 발명은 제어부(18)가 부하 장치에 구비된 제어 시스템을 통해서 알람부(17)에 경고 메시지를 출력하는 실시예도 포함한다는 것을 이해하여야 한다.
한편, 본 발명에 있어서, 스웰링 감지 패널(14)은 배터리 모듈(11)의 엔드 플레이트를 대체하여 배터리 모듈(11)의 부품으로 사용될 수 있다.
도 7은 스웰링 감지 패널(14')이 배터리 모듈(11')의 일부분을 구성하는 예를 나타낸 배터리 모듈(11')의 단면도이다.
도 7을 참조하면, 배터리 모듈(11')은 복수의 카트리지(20)를 포함할 수 있다. 각 카트리지(20)는 그 내부에 포함된 적어도 하나의 배터리 셀(13)을 감싼다. 카트리지(20)는 열전도성이 있는 플라스틱 재질 또는 금속 재질로 이루어질 수 있다. 카트리지(20)들의 일측에는 배터리 셀(13)의 전극(미도시)이 노출되며, 노출된 전극들이 용접을 통해 전기적으로 연결될 수 있다.
스웰링 감지 패널(14')은 최외측의 배터리 셀을 감싸는 최외측 카트리지(20)에 결합될 수 있다. 일 예에서, 최외측 카트리지(20)는 도면에서 가장 오른쪽에 위치한다.
바람직하게,스웰링 감지 패널(14')은 최외측 카트리지(20)와 대향하는 표면에 스냅 핏 돌기(31)를 구비하고, 최외측 카트리지(20)의 표면에는 스냅 핏 홈(32)이 구비될 수 있다. 이 경우, 스웰링 감지 패널(14')은 배터리 모듈(11')의 엔드 플레이트로서 최외측 카트리지(20)에 스냅 핏 결합될 수 있다. 스냅 핏 결합은 엔드 플레이트로서 배터리 모듈(11')에 결합된 스웰링 감지 패널(14')이 슬랜트부(15)의 경사면(S)을 따라 이동하다가 경사면(S)의 제2지점(C2)으로부터 이탈될 때 최외측 카트리지(20)로부터 쉽게 분리되는 것을 가능하게 한다.
배터리 모듈(11')이 도 7에 도시된 구조를 가질 경우, 배터리 모듈(11')의 높이는 배터리 모듈 하우징(12)의 내부 공간 높이와 대응하는 것이 바람직하다. 즉, 스웰링 감지 패널(14')의 상단과 하단의 높이는 배터리 모듈 하우징(12)의 상부벽 내면과 하부벽 내면 사이의 거리와 실질적으로 동일할 수 있다.
도 7에 도시된 것과 달리, 스냅 핏 홈(32)은 배터리 모듈(11')의 벽체 단부에 구비될 수 있다. 이 경우, 스웰링 감지 패널(14')은 배터리 모듈(11')의 벽체와 스냅 핏 결합될 수 있다. 이를 위해, 스냅 핏 돌기(31)의 위치는 배터리 모듈(11')의 벽체 단부에 형성된 스냅 핏 홈(32)의 위치에 대응하도록 조정될 수 있다.
본 발명에 있어서, 제어부(18)은 제어 로직들을 실행하기 위해 당업계에 알려진 프로세서, ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로, 레지스터, 통신 모뎀, 데이터 처리 장치 등을 선택적으로 포함할 수 있다. 또한, 상기 제어 로직이 소프트웨어로 구현될 때, 제어부(18)은 프로그램 모듈의 집합으로 구현될 수 있다. 이 때, 프로그램 모듈은 메모리에 저장되고, 프로세서에 의해 실행될 수 있다. 상기 메모리는 프로세서 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 컴퓨터 부품으로 프로세서와 연결될 수 있다.
또한, 제어부(18)의 다양한 제어 로직들은 적어도 하나 이상이 조합되고, 조합된 제어 로직들은 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드 체계로 작성되어 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체에 수록될 수 있다. 상기 기록매체는 컴퓨터에 포함된 프로세서에 의해 접근이 가능한 것이라면 그 종류에 특별한 제한이 없다. 일 예시로서, 상기 기록매체는 ROM, RAM, 레지스터, CD-ROM, 자기 테이프, 하드 디스크, 플로피디스크 및 광 데이터 기록장치를 포함하는 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함한다. 또한, 상기 코드 체계는 네트워크로 연결된 컴퓨터에 분산되어 저장되고 실행될 수 있다. 또한, 상기 조합된 제어 로직들을 구현하기 위한 기능적인 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
본 발명에 따른 스웰링 감지 장치(10)는 도 8에 도시된 바와 같이 배터리 관리 시스템(100)에 포함될 수 있다. 배터리 관리 시스템(100)은, 배터리의 충방전과 관련된 전반적인 동작을 제어하는 것으로서, 당업계에서 Battery Management System으로 불리는 컴퓨팅 시스템이다.
또한, 본 발명에 따른 스웰링 감지 장치(10)는 도 9에 도시된 바와 같이 전기 구동 장치(200)에 탑재될 수 있다.
전기 구동 장치(200)는, 전기 구동 자동차, 전기 자전거, 전기 오토바이, 전기 열차, 전기 배, 전기 비행기 등과 같이 전기에 의해 이동이 가능한 전기 동력 장치, 또는 전기 드릴, 전기 그라인더 등과 같이 모터가 포함된 파워 툴일 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈의 스웰링 감지 방법의 순서도이다.
도 10을 참조하면, 먼저 단계 S10에서, 배터리 모듈(11)이 안착되는 공간을 정의하는 배터리 모듈 하우징(12); 상기 배터리 모듈(11)의 일측면에 부착되며 상기 배터리 모듈 하우징(12)의 내측면과 테두리가 접촉되는 스웰링 감지 패널(14); 상기 배터리 모듈 하우징(12)의 내측면으로부터 돌출되며 상기 스웰링 감지 패널(14)의 테두리에 인접한 제1위치(C1)로부터 상기 내측면과 소정 각도를 이루면서 제2위치(C2)까지 연장된 경사면(S)을 가진 슬랜트부(15); 상기 제2위치(C2)에 대응되는 경사면(S)의 단부에 바로 인접한 배터리 모듈 하우징(12)의 내측면에 설치된 접촉 감지 센서부(16); 시각적 또는 청각적으로 경고 메시지를 출력하는 알람부(17); 및 상기 접촉 감지 센서부(16) 및 상기 알람부(17)와 동작 가능하게 결합된 제어부(18)를 제공한다.
단계 S20에서, 접촉 감지 센서부(16)는, 스웰링 감지 패널(14)이 슬랜트부(15)의 경사면을 따라 이동한 후 경사면(S)의 제2위치(C2)를 이탈하여 접촉 감지 센서부(16)에 접촉됨에 따라 스웰링 감지 신호를 출력한다.
단계 S20에서, 복수의 접촉 감지 센서부(16)는 각각 스웰링 감지 신호를 출력할 수 있다.
단계 S30에서, 제어부(18)는 복수의 접촉 감시 센서부(16)로부터 적어도 하나 이상의 스웰링 감지 신호를 수신하면, 알람부(17)를 통해 경고 메시지를 출력한다.
바람직하게, 알람부(17)는 디스플레이 또는 스피커이다. 따라서, 제어부(18)는 단계 S30에서 디스플레이를 통해 시각적으로 경고 메시지를 출력하거나 스피커를 통해 청각적으로 경고 메시지를 출력할 수 있다.
본 발명에 따르면, 배터리 모듈에 포함된 배터리 셀들에서 스웰링 현상이 발생된 것을 용이하게 검출할 수 있다. 특히, 배터리 모듈의 내부 구조를 변경하지 않고도 배터리 셀들의 과도한 스웰링 현상을 검출할 수 있으므로 배터리 모듈의 안정성을 향상시킬 수 있다. 특히, 본 발명은 배터리 모듈이 전기 구동 자동차에 탑재될 경우 유용하게 활용이 가능하다.
본 발명의 다양한 실시 양태를 설명함에 있어서, '~부'라고 명명된 구성 요소들은 물리적으로 구분되는 요소들이라고 하기 보다 기능적으로 구분되는 요소들로 이해되어야 한다. 따라서 각각의 구성요소는 다른 구성요소와 선택적으로 통합되거나 각각의 구성요소가 제어 로직(들)의 효율적인 실행을 위해 서브 구성요소들로 분할될 수 있다. 하지만 구성요소들이 통합 또는 분할되더라도 기능의 동일성이 인정될 수 있다면 통합 또는 분할된 구성요소들도 본 발명의 범위 내에 있다고 해석되어야 함은 당업자에게 자명하다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (15)

  1. 배터리 모듈이 안착되는 공간을 정의하는 배터리 모듈 하우징;
    상기 배터리 모듈의 일측면에 부착되며 상기 배터리 모듈 하우징의 내측면과 테두리가 접촉하는 스웰링 감지 패널;
    상기 배터리 모듈 하우징의 내측면으로부터 돌출되며, 상기 스웰링 감지 패널의 테두리에 인접한 제1위치로부터 상기 내측면과 소정 각도를 이루면서 제2위치까지 연장된 경사면을 가진 슬랜트부;
    상기 제2위치에 대응되는 경사면의 단부에 바로 인접한 배터리 모듈 하우징의 내측면에 설치된 접촉 감지 센서부;
    시각적 또는 청각적으로 경고 메시지를 출력하는 알람부; 및
    상기 접촉 감지 센서부 및 상기 알람부와 동작 가능하게 결합된 제어부를 포함하고,
    상기 접촉 감지 센서부는 상기 스웰링 감지 패널이 상기 경사면을 따라 이동하여 상기 제2위치를 이탈하여 상기 스웰링 감지 패널의 테두리가 상기 접촉 감지 센서부에 접촉되었을 때 스웰링 감지 신호를 출력하도록 구성되고,
    상기 제어부는 상기 스웰링 감지 신호가 수신되면 상기 알람부를 통해 경고 메시지를 출력하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈의 스웰링 감지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 슬랜트부는 상기 스웰링 감지 패널의 테두리를 따라 복수의 지점에서 돌출된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈의 스웰링 감지 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 슬랜트부의 단면은 직각 삼각형임을 특징으로 하는 배터리 모듈의 스웰링 감지 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    스웰링 감지 패널은 탄성이 있는 플라스틱으로 이루어진 것을 특징으로 하는 배터리 모듈의 스웰링 감지 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 접촉 감지 센서부는 압전 센서인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈의 스웰링 감지 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 접촉 감지 센서부는 버튼 스위치인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈의 스웰링 감지 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 버튼 스위치의 일단은 DC 전원에 연결되고, 타단은 상기 제어부에 연결된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈의 스웰링 감지 장치.
  8. 제1항에 따른 배터리 모듈의 스웰링 감지 장치를 포함하는 배터리 관리 시스템.
  9. 제1항에 따른 배터리 모듈의 스웰링 감지 장치를 포함하는 전기 구동 장치.
  10. (a) 배터리 모듈이 안착되는 공간을 정의하는 배터리 모듈 하우징; 상기 배터리 모듈의 일측면에 부착되며 상기 배터리 모듈 하우징의 내측면과 테두리가 접촉되는 스웰링 감지 패널; 상기 배터리 모듈 하우징의 내측면으로부터 돌출되며 상기 스웰링 감지 패널의 테두리에 인접한 제1위치로부터 상기 내측면과 소정 각도를 이루면서 제2위치까지 연장된 경사면을 가진 슬랜트부; 상기 제2위치에 대응되는 경사면의 단부에 바로 인접한 배터리 모듈 하우징의 내측면에 설치된 접촉 감지 센서부; 시각적 또는 청각적으로 경고 메시지를 출력하는 알람부; 및 상기 접촉 감지 센서부와 상기 알람부와 동작 가능하게 결합된 제어부를 제공하는 단계;
    (b) 상기 스웰링 감지 패널이 상기 경사면을 따라 이동한 후 상기 제2위치를 이탈하여 상기 접촉 감지 센서부에 접촉됨에 따라 상기 접촉 감지 센서부가 스웰링 감지 신호를 출력하는 단계; 및
    (c) 상기 제어부가 상기 스웰링 감지 신호를 수신한 후 상기 알람부를 통해 경고 메시지를 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈의 스웰링 감지 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 스웰링 감지 패널은 탄성이 있는 플라스틱으로 이루어진 것을 특징으로 하는 배터리 모듈의 스웰링 감지 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 접촉 감지 센서부는 압전 센서임을 특징으로 하는 배터리 모듈의 스웰링 감지 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 접촉 감지 센서부는 버튼 스위치임을 특징으로 하는 배터리 모듈의 스웰링 감지 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 버튼 스위치의 일단은 DC 전원에 연결되어 있고 타단은 제어부에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈의 스웰링 감지 방법.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 슬랜트부는 상기 스웰링 감지 패널의 테두리를 따라 복수의 위치에 제공되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈의 스웰링 감지 방법.
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