KR20220170175A - Battery pack and battery system using thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 배터리 팩 및 이를 포함하는 배터리 시스템으로, 배터리 팩 내 셀의 이상 발생 여부를 신속하게 판단할 수 있는 배터리 팩 및 이를 포함하는 배터리 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a battery pack and a battery system including the same, and to a battery pack and a battery system including the battery pack capable of quickly determining whether or not an abnormality has occurred in a cell in the battery pack.
차량용 이차전지 배터리의 대중화와 더불어, 높은 에너지 밀도를 갖는 파우치 셀 개발이 중요해지고 있다. 허나, 차량에 적용되는 만큼, 차량의 공차중량이나, 전폭과 전장 또는 축거에 제한이 있기 때문에, 배터리 셀의 부피 및 무게를 늘리는 데 한계가 있다. 이에 따라, 높은 반응성(고용량 소재)을 가진 이차전지 소재들을 적용하는 연구들이 주를 이루고 있다.Along with the popularization of secondary batteries for vehicles, the development of pouch cells having high energy density is becoming important. However, as it is applied to a vehicle, there are limitations on increasing the volume and weight of the battery cell because there are limitations on the vehicle's empty vehicle weight, overall width, overall length, or wheelbase. Accordingly, studies that apply secondary battery materials with high reactivity (high-capacity materials) are the main focus.
그렇지만, 이러한 높은 반응성을 갖는 소재들의 경우, 외부 충격 등 이상 상황 발생시, 큰 화재로 이어질 수 있어 재산 및 인명 피해의 원인이 될 수 있어, 안정성에 문제가 있다.However, in the case of materials having such high reactivity, when an abnormal situation such as an external shock occurs, it may lead to a large fire, which may cause damage to property and human life, and there is a problem in stability.
이에 대한 반증으로, 최근 다양한 EV 차종에서 화재 사건이 발생하고 있으며, 주행 중에만 발생하는 것이 아니라, 주차 중에도 화재가 발생하는 치명적인 문제점이 있다.As a counter-evidence to this, fire incidents have recently occurred in various EV models, and there is a fatal problem that fires occur not only while driving, but also while parking.
이를 해소하기 위하여, 종래에는 셀 열화에 의해 발생한 가스를 별도의 영역으로 벤팅하거나, 스웰링에 의해 배터리 셀의 파우치 케이스가 부풀어오르는 것을 감지하기 위하여 센싱 수단을 구비하고 있다.In order to solve this problem, conventionally, a sensing means is provided to vent gas generated by cell deterioration to a separate area or to sense swelling of a pouch case of a battery cell due to swelling.
그렇지만, 이러한 센싱 수단 자체가 배터리 팩 내부의 공간을 차지하기 때문에, 높은 에너지 밀도를 갖는 파우치 셀 개발이 어려운 문제점이 있다.However, since the sensing unit itself occupies space inside the battery pack, it is difficult to develop a pouch cell having high energy density.
이와 관련해서, 국내공개특허 제10-2020-0106378호(“스웰링 흡수 및 열 차단 기능을 갖는 패드 복합체를 구비하는 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차”)에서는 배터리 셀의 스웰링에 따른 부피 팽창을 흡수할 수 있고, 일부 배터리 셀에서 발생된 이상 발열 현상으로 인해 배터리 모듈 내의 온도가 임계치를 초과하여 상승하더라도 인접한 배터리 셀 간의 간격을 일정하게 유지시켜 줄 수 있으며, 또한 인접한 배터리 셀 간의 열 폭주 현 상의 전파를 지연시켜 줄 수 있는 구조를 갖는 배터리 모듈을 개시하고 있다.In this regard, Korean Patent Publication No. 10-2020-0106378 ("A battery module having a pad composite having a swelling absorption and heat blocking function, a battery pack including the same, and a vehicle") It can absorb volume expansion, maintain a constant distance between adjacent battery cells even if the temperature within the battery module rises beyond a critical value due to abnormal heat generated in some battery cells, and also keep the distance between adjacent battery cells constant. Disclosed is a battery module having a structure capable of delaying the propagation of congestion.
본 발명은 배터리 팩 및 이를 포함하는 배터리 시스템으로, 배터리 팩 내 셀의 이상 발생 여부를 신속하게 판단할 수 있는 배터리 팩 및 이를 포함하는 배터리 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a battery pack and a battery system including the same, and to a battery pack and a battery system including the battery pack capable of quickly determining whether or not an abnormality has occurred in a cell in the battery pack.
특히, 배터리 팩에 구비된 센서를 통한 센싱 정보를 이용하여, 스웰링 발생 여부 뿐만 아니라, 벤팅 발생 여부까지 비교적 정확하게 판단할 수 있는 배터리 팩 및 이를 포함하는 배터리 시스템에 관한 것이다.In particular, the present invention relates to a battery pack capable of relatively accurately determining whether swelling occurs as well as whether venting occurs using sensing information through a sensor provided in the battery pack, and a battery system including the same.
본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 팩은, 길이 방향(X축 방향)을 따라 구비된 제1 실링부를 갖는 파우치 케이스를 구비한 적어도 하나의 배터리 셀, 내부 공간에 상기 배터리 셀을 포함하는 하부 케이스, 상기 하부 케이스와 결합되며, 상기 제1 실링부를 마주보는 상부 케이스 및 상기 제1 실링부와 상기 상부 케이스 사이에 구비되고, 압력을 측정하는 적어도 하나의 센서를 포함하는 센서부를 포함하는 것이 바람직하다.A battery pack according to a first embodiment of the present invention includes at least one battery cell having a pouch case having a first sealing portion provided along a longitudinal direction (X-axis direction), and a lower portion including the battery cell in an inner space. It is preferable to include a case, an upper case coupled to the lower case and facing the first sealing unit, and a sensor unit provided between the first sealing unit and the upper case and including at least one sensor for measuring pressure. Do.
이 때, 상기 센서는 전도성 다공성 시트를 포함하는 것이 바람직하다.At this time, the sensor preferably includes a conductive porous sheet.
또한, 상기 제1 실링부는 적어도 한번 절곡된 형상을 갖는 것이 바람직하다.In addition, the first sealing portion preferably has a shape bent at least once.
더불어, 상기 센서는 상기 배터리 셀의 길이 방향을 따라 상기 제1 실링부와 면접합이 이루어지거나, 상기 배터리 셀의 길이 방향과 수직인 배터리 셀의 폭 방향으로 구비되고, 상기 제1 실링부와 교차되어 접합이 이루어지는 것이 바람직하다.In addition, the sensor is face-matched with the first sealing part along the length direction of the battery cell, or provided in the width direction of the battery cell perpendicular to the length direction of the battery cell, and intersects the first sealing part. It is preferable that bonding is made.
본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 팩은, 전극 리드가 인출되는 제2 실링부를 포함하는 파우치 케이스를 구비한 적어도 하나의 배터리 셀 및 상기 제2 실링부의 외면에 구비되어 상기 제2 실링부와 면접합이 이루어져, 압력을 측정하는 적어도 하나의 센서를 포함하는 센서부를 포함하는 것이 바람직하다.In the battery pack according to the second embodiment of the present invention, at least one battery cell having a pouch case including a second sealing part from which an electrode lead is drawn out and provided on an outer surface of the second sealing part, so that the second sealing part and It is preferable to include a sensor unit including at least one sensor that is made face-matched and measures the pressure.
이 때, 상기 센서는 전도성 다공성 시트를 포함하는 것이 바람직하다.At this time, the sensor preferably includes a conductive porous sheet.
본 발명의 또다른 일 실시예에 따른 배터리 시스템은, 실링부를 갖는 파우치 케이스를 구비한 적어도 하나의 배터리 셀 및 상기 실링부와 접합되어, 압력을 측정하는 적어도 하나의 센서를 포함하는 센서부를 포함하는 배터리 팩 및 상기 센서부가 제공하는 센싱 정보에 기초하여, 상기 배터리 셀의 상태를 추정하는 신호 처리부를 포함하고, 상기 신호 처리부는 상기 센싱 정보를 저장하고, 소정 기간 동안 저장된 상기 센싱 정보에 기초하여, 상기 배터리 셀의 스웰링 상태 또는 벤팅 여부를 판단하는 것이 바람직하다.A battery system according to another embodiment of the present invention includes at least one battery cell having a pouch case having a sealing portion and a sensor portion including at least one sensor bonded to the sealing portion and measuring pressure. A signal processing unit for estimating a state of the battery cell based on sensing information provided by a battery pack and the sensor unit, wherein the signal processing unit stores the sensing information and based on the sensing information stored for a predetermined period, It is preferable to determine whether the battery cell is in a swelling state or vented.
이 때, 상기 신호 처리부는 상기 센싱 정보의 변화량에 기초하여, 상기 배터리 셀의 스웰링 상태 또는 벤팅 여부를 판단하는 것이 바람직하다.In this case, it is preferable that the signal processing unit determines whether the battery cell is in a swelling state or vented based on the amount of change in the sensing information.
더 나아가, 상기 신호 처리부는 상기 센서에서 측정된 압력이 시간에 따라 높아지면 상기 배터리 셀의 스웰링이 발생하는 것으로 판단하되, 상기 센서에서 측정된 압력이 시간에 따라 높아지다가 지속적으로 낮아지면 상기 배터리 셀이 벤팅된 것으로 판단하는 것이 바람직하다.Furthermore, the signal processing unit determines that swelling of the battery cell occurs when the pressure measured by the sensor increases over time, but when the pressure measured by the sensor increases over time and then continuously decreases, the battery cell It is desirable to determine that the cell is vented.
본 발명의 배터리 팩 및 이를 포함하는 배터리 시스템은, 전도성 다공성 시트를 통해서 배터리 셀로 인한 발생 압력을 측정할 수 있어, 배터리 셀의 부피 및 무게 증량 없이, 고에너지 밀도를 가지는 파우치 셀을 포함할 수 있는 배터리 팩을 구성할 수 있는 장점이 있다.The battery pack and battery system including the same of the present invention can measure the pressure generated by the battery cell through the conductive porous sheet, and can include a pouch cell having a high energy density without increasing the volume and weight of the battery cell. It has the advantage of being able to configure a battery pack.
또한, 시계열 순에 따라 센싱 정보를 수집 및 분석하여, 배터리 팩 내 베터리 셀의 스웰링이나 벤트 발생 여부를 신속하게 판단할 수 있어, 자동차용 배터리에서 발생하는 위험 이슈를 미연에 방지할 수 있다.In addition, by collecting and analyzing sensing information in time series order, it is possible to quickly determine whether swelling or venting of battery cells in a battery pack has occurred, thereby preventing dangerous issues occurring in automotive batteries.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 팩을 나타낸 단면 예시도이다.
도 2은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 팩에 적용된 실링부의 절곡 형상을 나타낸 예시도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 팩에 적용된 실링부와 배터리 셀의 면접합 방향을 나타낸 예시도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 팩을 나타낸 단면 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 포함하는 배터리 시스템을 나타낸 구성 예시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 포함하는 배터리 시스템에서, 배터리 상태 변화를 추정하기 위해 센싱 정보의 분석에 따른 저항 커브를 나타낸 그래프 예시도이다.1 is a cross-sectional view illustrating a battery pack according to a first embodiment of the present invention.
2 is an exemplary diagram illustrating a bent shape of a sealing unit applied to a battery pack according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an exemplary diagram illustrating a surface junction direction of a sealing portion applied to a battery pack according to the first embodiment of the present invention and a battery cell.
4 is a cross-sectional view illustrating a battery pack according to a second embodiment of the present invention.
5 is an exemplary configuration diagram illustrating a battery system including a battery pack according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph illustrating a resistance curve according to analysis of sensing information to estimate a battery state change in a battery system including a battery pack according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명하기에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Prior to explaining the technical spirit of the present invention in more detail using the accompanying drawings, the terms or words used in this specification and claims should not be construed as being limited to a common or dictionary meaning, and the inventor himself In order to explain the invention in the best way, it should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that the concept of terms can be properly defined.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, since the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are only one of the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all of the technical ideas of the present invention, various alternatives may be used at the time of this application. It should be understood that variations may exist.
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the technical idea of the present invention will be described in more detail using the accompanying drawings. Since the accompanying drawings are only examples shown to explain the technical idea of the present invention in more detail, the technical idea of the present invention is not limited to the form of the accompanying drawings.
또한, "일면", "타면", “일측”, “타측”, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.In addition, terms such as "one side", "the other side", "one side", "the other side", "first", and "second" are used to distinguish one component from other components, It is not limited by the above terms.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(1000)은 자동차용 파우치 셀로서, 셀 조립의 특성상 전극 탭 방향이나, 옆면의 접착 방향으로 실링이 이루어지며, 통상적으로 스웰링 발생시, 실링을 통해서 과 스웰링(over swelling) 및 벤팅(venting) 현상이 발생하게 된다.The
본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 팩(1000)은 옆면의 접착 방향으로 실링이 이루어지는 경우의 실시예이며, 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 팩(1000)은 전극 탭 방향으로 실링이 이루어지는 경우의 실시예이다.The
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 팩을 나타낸 단면 예시도이며, 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 팩에 적용된 실링부의 절곡 형상을 나타낸 예시도이며, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 팩에 적용된 실링부와 배터리 셀의 면접합 방향을 나타낸 예시도이다.1 is an exemplary cross-sectional view showing a battery pack according to a first embodiment of the present invention, and is an exemplary view showing a bent shape of a sealing unit applied to the battery pack according to the first embodiment of the present invention, and FIG. It is an exemplary view showing the direction of surface bonding between the sealing part applied to the battery pack according to the first embodiment and the battery cell.
본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 팩(1000)은, 길이 방향(X축 방향)에 따라 실링부인 제1 실링부(11)를 갖는 파우치 케이스를 각각 구비한 적어도 하나의 배터리 셀(10), 내부 공간에 상기 배터리 셀(10)을 포함하는 하우징인 하부 케이스(20), 상기 하부 케이스(20)와 일체 또는 별체이고, 상기 배터리 셀(10)의 높이 방향(Z축 방향)을 커버하는 케이스로서, 상기 제1 실링부(11)를 마주보는 상부 케이스(30) 및 상기 제1 실링부(11)와 상기 상부 케이스(30) 사이에 구비되고, 압력을 측정하는 적어도 하나의 센서(41)를 포함하는 센서부(40)를 포함한다.The
도 1 내지 도 3을 참고하여, 각 구성에 대해서 상세히 알아보자면, 상기 배터리 셀(10)은 내부 공간에 전극 조립체를 내장하는 파우치 케이스를 포함하고 있으며, 파우치의 실링 형태에 의해, 길이 방향(X축 방향)에 따라 형성된 실링부로 상기 제1 실링부(11)를 형성하는 것이 바람직하다.Referring to FIGS. 1 to 3 , each configuration will be described in detail. The
상기 제1 실링부(11)는 도 2에 도시된 바와 같이, 다양한 절곡 형상을 가질 수 있으며, 이는 셀 조립의 특성에 따라 상이할 수 있다.As shown in FIG. 2 , the first sealing
상기 하부 케이스(20)는 '배터리 팩의 외부 하우징'으로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 내부 공간에 적어도 하나의 상기 배터리 셀(10)을 포함하는 것이 바람직하며, 상기 배터리 셀(10)은 도 1과 같이 밀착하여 배치되거나, 각각의 배터리 셀(10) 간에 일정한 소정 간격을 두고 배치되어도 무방하다.The
상기 상부 케이스(30)는 '배터리 팩의 상부 냉각 플레이트'로서, 도 1과 같이, 상기 하부 케이스(20)와 일체 형태로 구비되거나, 별체 형태로 구비되는 것이 바람직하고, 상기 배터리 셀의 높이 방향(Z축 방향)을 커버하는 케이스인 것이 바람직하다. 또한, 상술한 바와 같이, 상기 제1 실링부(11)를 마주보도록 위치하는 것이 바람직하다.The
상기 센서부(40)는 상술한 바와 같이, 상기 제1 실링부(11)와 상기 상부 케이스(30) 사이에 구비되고, 압력을 측정하는 적어도 하나의 센서(41)를 포함하는 것이 바람직하며, 상기 센서(41)는 전도성 다공성 시트를 포함하는 것이 바람직하다.As described above, the
이 때, 상기 센서(41)는 도 2에 도시된 바와 같이, 다양한 절곡 형상을 가질 수 있는 상기 제1 실링부(11)의 특성을 고려하여, 상기 제1 실링부(11)의 최상면과 상기 상부 케이스(30) 사이에 구비되는 것이 바람직하다.At this time, as shown in FIG. 2, the sensor 41 considers the characteristics of the
상세하게는, 상기 센서(41)는 전도성 다공성 시트로서, 다수 개의 동공(hole)이 형성된 전도성 레이어로 구성될 수 있다. 상기 전도성 다공성 시트는 두께방향 압축율이 90% 이하인 것이 바람직하며, 폴리머 기재, 폴리머 기재 내부에 금속 및 전도성 탄소로 이루어지는 그룹에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것이 바람직하다. 이 때, 상기 폴리머 기재는 soft domain 또는 hard domain으로 구성되는 고무 계열의 폴리머인 것이 바람직하다. 상기 soft domain은 폴리에틸렌글리콜, 폴리테트라메틸렌에테르글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리카보네이트디올, 폴리카프로락톤디올 및 에틸렌-프로필렌글리콜 공중합체로 이루어지는 그룹에서 선택되는 1종 이상의 지방족 폴리올을 포함하고, 상기 폴리머의 중량 평균 분자량은 50,000 내지 1,000,000인 것이 바람직하고, 상기 금속으로는 알루미늄, 니켈, 구리, 은, 금, 아연, 주석 및 철로 이루어지는 그룹에서 1종 이상 선택되는 것이 바람직하고, 상기 전도성 탄소로는, 구형 나노탄소, 탄소나노튜브 및 그래핀으로 이루어지는 그룹에서 1종 이상 선택되는 것이 바람직하다. 뿐만 아니라, 상기 전도성 다공성 시트의 두께는 10um 내지 20mm인 것이 바람직하다.In detail, the sensor 41 is a conductive porous sheet and may be composed of a conductive layer in which a plurality of holes are formed. The conductive porous sheet preferably has a compression ratio in the thickness direction of 90% or less, and preferably includes at least one selected from the group consisting of a polymer substrate and a metal and conductive carbon inside the polymer substrate. At this time, the polymer substrate is preferably a rubber-based polymer composed of a soft domain or a hard domain. The soft domain includes at least one aliphatic polyol selected from the group consisting of polyethylene glycol, polytetramethylene ether glycol, polypropylene glycol, polycarbonate diol, polycaprolactone diol, and ethylene-propylene glycol copolymer, and The weight average molecular weight is preferably 50,000 to 1,000,000, the metal is preferably at least one selected from the group consisting of aluminum, nickel, copper, silver, gold, zinc, tin and iron, and the conductive carbon is spherical At least one selected from the group consisting of nanocarbon, carbon nanotube, and graphene is preferred. In addition, the thickness of the conductive porous sheet is preferably 10um to 20mm.
이를 통해서, 종래의 센싱 수단에 비해 보다 얇은 형태로 상기 배터리 셀에 접착 구비될 수 있는 상기 센서, 다시 말하자면, 전도성 다공성 시트를 적용함으로써, 배터리 팩 자체의 부피를 감소시키거나, 보다 높은 에너지 밀도를 가지는 배터리 팩을 구성할 수 있다.Through this, by applying the sensor, that is, a conductive porous sheet, which can be attached to the battery cell in a thinner form than conventional sensing means, the volume of the battery pack itself can be reduced or higher energy density can be achieved. The branches may constitute a battery pack.
즉, 상세하게는, 상기 배터리 팩(1000)은 상기 하부 케이스(20)와 상기 상부 케이스(30)의 결합으로 인해 형성되는 공간 내에 상기 배터리 셀(10)이 배치되는 형태로서, 종래의 배터리 팩은 배터리 셀의 스웰링 발생에 따른 부피가 팽창하는 것을 고려하여, 배터리 팩 내에 일정한 보이드(void) 공간을 포함하고 있었으나, 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 팩(1000)의 경우, 오히려 보이드 공간 발생시, 센서부(40)의 밀착을 방해하여 정확한 센싱값 측정에 방해가 될 수 있어 보이드 공간 없이 보다 작은 부피의 배터리 팩을 구성할 수 있는 장점이 있다.That is, in detail, the
더불어, 상기 센서(41)는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 배터리 셀(10)의 길이 방향으로 형성된 상기 제1 실링부(11)를 기준으로, 도 3의 a)와 같이, 상기 센서(41)가 상기 배터리 셀(10)의 길이 방향(X축 방향)과 같은 방향으로 배치되어 상기 제1 실링부(11)의 최상면과 면접합이 이루어지는 것이 바람직하다. 이를 통해서, 각각의 배터리 셀(10)의 상기 제1 실링부(11)를 통해서 발생하는 압력을 측정할 수 있으며, 배터리 셀 중에 발생 압력이 높은 배터리 셀을 구별하여 인식할 수 있다. In addition, as shown in FIG. 3, the sensor 41 is based on the
이 때, 상기 배터리 팩(1000) 내부에 구비된 모든 상기 배터리 셀(10)이 아닌, 스웰링/벤팅 등의 이벤트 가능성이 높은 특정 위치에 배치되는 상기 배터리 셀(10)의 제1 실링부(11)에만 구비할 수도 있다.At this time, the first sealing portion of the
또한, 상기 도 3의 b)와 같이, 적어도 하나의 센서(41)가 상기 배터리 셀(10)의 길이 방향과 수직하는 방향인 상기 배터리 셀(10)의 폭 방향(Y축 방향)으로 배치되어, 상기 제1 실링부(11)의 최상면과 교차되어 접합이 이루어지는 것이 바람직하다. 즉, 상기 배터리 팩(1000)의 내부에 배치된 모든 배터리 셀(10)에 구비된 각각의 상기 제1 실링부(11)를 수직으로 가로질러서 접합이 이루어짐으로써, 하나의 상기 센서(41)를 이용하여 모든 상기 배터리 셀(10)과의 접합이 가능할 수 있다.In addition, as shown in b) of FIG. 3, at least one sensor 41 is disposed in the width direction (Y-axis direction) of the
상기 센서(41)가 상기 배터리 셀(10)의 길이 방향으로 구비되는 상기 제1 실링부(11)와 같은 방향으로 배치되어 상기 제1 실링부(11)와 면접합이 이루어질 경우에는, 상기 센서(41)가 면접합이 이루어진 상기 제1 실링부(11)의 이벤트 발생 여부를 정확하게 특정할 수 있는 장점이 있으며, 상기 센서(41)가 상기 배터리 셀(10)의 길이 방향으로 구비되는 상기 제1 실링부(11)와 직각 방향으로 배치되어 상기 제1 실링부(11)와 접합이 이루어질 경우, 적은 개수의 상기 센서(41)를 이용하여 신속하게 모든 상기 배터리 셀(10)을 감시할 수 있는 장점이 있다. When the sensor 41 is disposed in the same direction as the first sealing
또한, 상기 배터리 팩(1000)은 플라스틱 재질의 절연부를 더 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 절연부는 상기 상부 케이스(30)와 상기 센서부(40) 사이에 배치되거나, 상기 센서부(40)와 상기 배터리 셀(10) 사이에 배치될 수 있으며, 이루어지는 상기 상부 케이스(30)와 상기 센서부(40) 사이에 배치되는 것이 가장 바람직하나, 후자와 같이 상기 절연부가 배치되더라도 무방하다.In addition, the
단, 상기 절연부가 상기 센서부(40)와 상기 배터리 셀(10)에 배치될 경우, 상술한 상기 센서(41)와 상기 제1 실링부(11) 간의 면접합이 이루어지지 않고, 상기 절연부를 통해서 간접적으로 상기 제1 실링부(11)에 의해 발생하는 압력을 측정하게 된다.However, when the insulating part is disposed on the
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 팩을 나타낸 단면 예시도이다.4 is a cross-sectional view illustrating a battery pack according to a second embodiment of the present invention.
본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 팩(1000)은, 길이 방향(X축 방향) 양단 중 전극 리드가 인출되는 일단에 구비된 실링부인 제2 실링부(110)를 통해 전극 리드가 관통된 파우치 케이스를 각각 구비한 적어도 하나의 배터리 셀(100) 및 상기 제2 실링부(110)의 외면에 구비되어, 상기 제2 실링부(110)와 면접합이 이루어져, 압력을 측정하는 적어도 하나의 센서(210)를 포함하는 센서부(200)를 포함한다.In the
본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 팩(1000) 역시도, 본 발명의 제1 실시예에 따른 상기 배터리 팩(1000)과 마찬가지로, 상부 케이스, 하부 케이스를 포함하는 것이 바람직하며, 각 구성이 동일한 역할을 수행하므로, 설명은 생략한다.Like the
도 4를 참고하여, 각 구성에 대해서 상세히 알아보자면, 상기 배터리 셀(100)은 내부 공간에 전극 조립체를 내장하는 파우치 케이스를 포함하고 있으며, 파우치의 실링 형태에 의해, 길이 방향(X축 방향)의 양단 중 적어도 일단에 상기 제2 실링부(110)를 형성하는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 4, each configuration will be described in detail. The
상기 센서부(200)는 상기 제2 실링부(110)의 외면에 구비되어, 상기 제2 실링부(110)와 면접합이 이루어지며, 압력을 측정하는 적어도 하나의 센서(210)를 포함할 수 있으며, 상기 센서(210)는 상기 제1 실시예에서 상술한 전도성 다공성 시트로 구성될 수 있다.The sensor unit 200 may include at least one sensor 210 provided on an outer surface of the
또한, 상기 센서(210)는 상기 제2 실링부(110)와 면접합이 이루어지면서, 상기 배터리 팩(1000)의 내부에 배치된 모든 배터리 셀(100)에 구비된 각각의 상기 제2 실링부(110)와 면접합이 이루어지거나, 스웰링/벤팅 등의 이벤트 가능성이 높은 특정 위치에 배치되는 상기 배터리 셀(100)의 제2 실링부(110)에만 구비되어 면접합이 이루어질 수도 있다.In addition, each of the second sealing parts provided in all the
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(1000)을 포함하는 배터리 시스템은, 상술한 제1 실시예 또는 제2 실시예에 따른 배터리 팩(1000)을 포함하는 배터리 시스템으로서, 배터리 셀의 이상(과스웰링 또는 벤팅) 유무를 신속하게 파악할 수 있다.A battery system including the
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 포함하는 배터리 시스템을 나타낸 구성 예시도이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 포함하는 배터리 시스템에서, 배터리 상태 변화를 추정하기 위해 센싱 정보의 분석에 따른 저항 커브를 나타낸 그래프 예시도이다.5 is a diagram illustrating a configuration of a battery system including a battery pack according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a battery system including a battery pack according to an embodiment of the present invention, estimating a battery state change. It is an exemplary graph showing a resistance curve according to the analysis of sensing information in order to do so.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템은, 도 5에 도시된 바와 같이, 실링부(제1 실링부(11), 제2 실링부(110))를 갖는 파우치 케이스를 각각 구비한 적어도 하나의 배터리 셀(10, 100)과, 상기 실링부와 면접합이 이루어지도록 형성되어, 압력을 측정하는 적어도 하나의 센서(41, 210)를 포함하는 센서부(40, 200)로 이루어지는 배터리 팩(1000) 및 상기 센서부가 제공하는 센싱 정보에 기초하여, 상기 배터리 셀의 상태를 추정하는 신호 처리부(2000)를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다. 이 때, 상기 배터리 팩(1000)은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 팩 또는 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 팩을 적용하는 것이 바람직하다.As shown in FIG. 5, the battery system according to an embodiment of the present invention includes at least one pouch case each having a sealing portion (a
상기 신호 처리부(2000)는 상기 센서부에서 측정한 압력값을 전송받아 수집하는 센싱 정보 수집부와, 상기 센싱 정보 수집부에서 시계열 순서에 따라, 다시 말하자면, 시간 순서에 따라 소정 기간 동안 수집한 상기 센싱 정보를 전달받아 압력값의 변화량을 분석하는 압력 변화량 분석부와, 상기 압력 변화량 분석부의 분석 결과에 따라, 상기 배터리 셀의 스웰링 상태 또는 벤팅 여부를 판단하는 배터리 상태 판단부를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.The
이 때, 상기 신호 처리부(2000)는 상기 센서부와 연결되어 있는 조건에 따라, 각각의 배터리 셀에 대한 상태를 판단하거나, 배터리 팩 전체에 대한 상태를 판단할 수도 있다.At this time, the
상기 신호 처리부(2000)의 동작에 대해서 상세히 알아보자면, 상기 센싱 정보의 변화량에 기초하여, 다시 말하자면, 시간 순서에 따라 소정 기간 동안 수집한 상기 센싱 정보인 상기 실링부에서의 압력값의 변화량을 분석하여, 상기 배터리 셀의 스웰링 상태 또는 벤팅 여부를 판단하는 것이 바람직하다.Looking at the operation of the
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 센서는 전도성 다공성 시트로서, 다수 개의 동공(hole)이 형성된 전도성 레이어로 구성될 수 있으며, 센서는 상기 신호 처리부(2000)와 전기적으로 연결될 수 있다. 배터리 셀이 스웰링(swelling) 현상에 의해 실링부에 부착된 센서에 압력을 가하면 동공의 크기가 작아지고 이에 따라 상기 전도성 다공성 시트의 저항값이 낮아지게 된다.As described above, the sensor according to the present invention is a conductive porous sheet and may be composed of a conductive layer in which a plurality of holes are formed, and the sensor may be electrically connected to the
즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 시간에 따라 센싱 저항값이 낮아지면 상기 배터리 셀에서의 스웰링이 발생하는 것으로 판단하고, 특정 시점에서 센싱 저항값이 다시 급격하게 증가하면 상기 배터리 셀이 벤팅(venting)된 것으로 판단할 수 있다.That is, as shown in FIG. 6, when the sensing resistance value decreases over time, it is determined that swelling occurs in the battery cell, and when the sensing resistance value rapidly increases again at a specific point in time, the battery cell vents. (venting) can be judged.
상세하게는, 상기 배터리 셀에서 스웰링이 발생함에 따라 상기 배터리 셀의 파우치 케이스가 부풀어 오르게 되면서 상기 센서부의 전도성 다공성 시트에 압력이 가해짐으로써, 특정 시점(상기 배터리 셀의 파우치 케이스가 무한대로 부풀어 오르는 것이 아니기 때문에, 벤팅 직전의 시점)까지 저항 감소가 발생하게 된다. 이 후, 파우치 케이스에서 벤팅이 발생할 경우, 다시 말하자면, 스웰링 발생으로 인해 부풀어 오르던 파우치 케이스의 소정 위치에 벤트(vent)가 발생하여 가스가 빠져나갈 경우, 부풀어 올랐던 파우치 케이스의 부피가 다시 감소하면서 상기 센서부의 전도성 다공성 시트에 가해지던 압력 역시 감소하기 때문에, 저항 증가가 발생하게 된다.Specifically, as swelling occurs in the battery cell, the pouch case of the battery cell swells and pressure is applied to the conductive porous sheet of the sensor unit, so that at a specific point in time (the pouch case of the battery cell swells infinitely) Since it does not rise, a decrease in resistance occurs until the point immediately before venting). Then, when venting occurs in the pouch case, that is, when a vent is generated at a predetermined location of the pouch case that has been inflated due to swelling and gas escapes, the volume of the puffed pouch case decreases again Since the pressure applied to the conductive porous sheet of the sensor unit also decreases, resistance increases.
상기 신호 처리부(2000)는 이러한 상기 센서부를 통한 압력값의 변화량을 분석하여, 상기 배터리 셀의 스웰링 상태 또는 벤팅 여부를 판단하게 된다.The
뿐만 아니라, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템은, 상기 배터리 셀의 스웰링 상태 또는 벤팅 여부를 판단, 다시 말하자면, 상기 배터리 셀의 상태 모니터링에서 그치는 것이 아니라, 상기 신호 처리부(2000)에서 상기 배터리 셀의 스웰링 상태 또는 벤팅 여부를 판단할 경우, BMS 등의 배터리 관리 수단에서 이를 전송받아 스웰링에 의해 발생하는 상기 전도성 다공성 시트의 압력값의 증가에 따른 저항 감소값이 배터리 셀 자체의 스펙(spec.)을 감안하여, 화재, 폭발 등의 사고로 이어지지 않을 정도인지 지속적으로 모니터링할 수 있다.In addition, the battery system according to an embodiment of the present invention determines the swelling state or venting of the battery cell, in other words, does not stop at monitoring the state of the battery cell, but the
또한, 경우에 따라, 상기 배터리 팩(1000)에 제1 실링부와 면접합을 이루는 센서와 제2 실링부와 면접합을 이루는 센서 모두를 구비함으로써, 각각의 영역에 대한 모니터링을 통해서 보다 신속하고 정확하게 상기 배터리 셀의 스웰링 상태 또는 벤팅 여부를 판단하고, 이에 따른 후속 조치를 지시하거나 수행할 수 있다.In addition, in some cases, the
이상과 같이, 본 발명의 배터리 팩 및 이를 이용하는 배터리 시스템은, 배터리 셀의 부피 및 무게 증량 없이, 고에너지 밀도를 가지는 파우치 셀을 포함할 수 있는 배터리 팩을 구성할 수 있으며, 전도성 다공성 시트를 포함하는 압력 측정 센서부를 통해서, 배터리 팩 내 베터리 셀의 스웰링이나 벤트 발생 여부를 신속하게 판단할 수 있어, 자동차용 배터리에서 발생하는 위험 이슈를 미연에 방지할 수 있다.As described above, the battery pack and battery system using the battery pack of the present invention can configure a battery pack that can include a pouch cell having a high energy density without increasing the volume and weight of the battery cell, and includes a conductive porous sheet. Through the pressure measuring sensor unit, it is possible to quickly determine whether a battery cell in a battery pack has swelling or a vent, so that dangerous issues occurring in automobile batteries can be prevented in advance.
본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것이 아니라 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명의 기술적 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Although the present invention has been described with limited embodiments and drawings, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications and variations from these descriptions can be made by those skilled in the art in the field to which the present invention belongs. Therefore, the technical spirit of the present invention should be grasped only by the claims, and all equivalent or equivalent modifications thereof will be said to belong to the scope of the technical spirit of the present invention.
제1 실시예
10 : 배터리 셀
11 : 제1 실링부
20 : 하부 케이스
30 : 상부 케이스
40 : 센서부
41 : 센서
제2 실시예
100 : 배터리 셀
110 : 제2 실링부
200 : 센서부
210 : 센서
1000 : 배터리 팩
2000 : 신호 처리부 Example 1
10: battery cell 11: first sealing part
20: lower case
30: upper case
40: sensor unit 41: sensor
Second embodiment
100: battery cell 110: second sealing part
200: sensor unit 210: sensor
1000: battery pack
2000 : Signal processing unit
Claims (10)
내부 공간에 상기 배터리 셀을 포함하는 하부 케이스;
상기 하부 케이스와 결합되며, 상기 제1 실링부를 마주보는 상부 케이스; 및
상기 제1 실링부와 상기 상부 케이스 사이에 구비되고, 압력을 측정하는 적어도 하나의 센서를 포함하는 센서부;
를 포함하는, 배터리 팩.
At least one battery cell having a pouch case having a first sealing portion provided along the length direction;
a lower case including the battery cells in an inner space;
an upper case coupled to the lower case and facing the first sealing part; and
a sensor unit provided between the first sealing unit and the upper case and including at least one sensor for measuring pressure;
Including, battery pack.
상기 센서는
전도성 다공성 시트를 포함하는, 배터리 팩.
According to claim 1,
The sensor
A battery pack comprising a conductive porous sheet.
상기 제1 실링부는
적어도 한번 절곡된 형상을 갖는, 배터리 팩.
According to claim 1,
The first sealing part
A battery pack having a shape bent at least once.
상기 센서는
상기 배터리 셀의 길이 방향을 따라 상기 제1 실링부와 접합이 이루어지는, 배터리 팩.
According to claim 1,
The sensor
The battery pack is bonded to the first sealing portion along the longitudinal direction of the battery cell.
상기 센서는, 상기 배터리 셀의 길이 방향과 수직인 배터리 셀의 폭 방향으로 구비되고, 상기 제1 실링부와 교차되어 접합이 이루어지는, 배터리 팩.
According to claim 1,
The battery pack, wherein the sensor is provided in a width direction of the battery cell perpendicular to the length direction of the battery cell, and is bonded by crossing the first sealing part.
상기 제2 실링부의 외면에 구비되고, 상기 제2 실링부와 면접합되며, 압력을 측정하는 적어도 하나의 센서를 포함하는 센서부;
를 포함하는, 배터리 팩.
at least one battery cell having a pouch case including a second sealing part from which an electrode lead is drawn out; and
a sensor unit provided on an outer surface of the second sealing unit, face-matched with the second sealing unit, and including at least one sensor for measuring a pressure;
Including, battery pack.
상기 센서는
전도성 다공성 시트를 포함하는, 배터리 팩.
According to claim 6,
The sensor
A battery pack comprising a conductive porous sheet.
상기 센서부가 제공하는 센싱 정보에 기초하여, 상기 배터리 셀의 상태를 추정하는 신호 처리부; 를 포함하고,
상기 신호 처리부는
상기 센싱 정보를 저장하고,
소정 기간 동안 저장된 상기 센싱 정보에 기초하여, 상기 배터리 셀의 스웰링 상태 또는 벤팅 여부를 판단하는, 배터리 시스템.
A battery pack including at least one battery cell having a pouch case having a sealing part and a sensor part including at least one sensor attached to the sealing part and measuring pressure; and
a signal processing unit estimating a state of the battery cell based on sensing information provided by the sensor unit; including,
The signal processing unit
store the sensing information;
Based on the sensing information stored for a predetermined period of time, determining whether the battery cell is in a swelling state or venting.
상기 신호 처리부는
상기 센싱 정보의 변화량에 기초하여, 상기 배터리 셀의 스웰링 상태 또는 벤팅 여부를 판단하는, 배터리 시스템.
According to claim 8,
The signal processing unit
Based on the amount of change in the sensing information, determining whether the battery cell is in a swelling state or venting.
상기 신호 처리부는
상기 센서에서 측정된 압력이 시간에 따라 높아지면 상기 배터리 셀의 스웰링이 발생하는 것으로 판단하되, 상기 센서에서 측정된 압력이 시간에 따라 높아지다가 지속적으로 낮아지면 상기 배터리 셀이 벤팅된 것으로 판단하는, 배터리 시스템.
According to claim 8,
The signal processing unit
When the pressure measured by the sensor increases over time, it is determined that swelling of the battery cell occurs, and when the pressure measured by the sensor increases over time and then continuously decreases, it is determined that the battery cell is vented , battery system.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020210080894A KR20220170175A (en) | 2021-06-22 | 2021-06-22 | Battery pack and battery system using thereof |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20200106378A (en) | 2019-03-04 | 2020-09-14 | 주식회사 엘지화학 | A battery module comprising a pad composite having swelling absorption and heat shielding function, a battery pack and a vehicle comprising the same |
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