KR20220126470A - 배터리 모듈 및 배터리 모듈 상태 모니터링 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리 모듈 및 배터리 모듈의 배터리 모듈 상태 모니터링 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 배터리 모듈은, 플렉서블한 케이싱 유닛을 가지며, 상기 케이싱 유닛의 내부에 전해물질 및 전극이 배치되어 전기 에너지가 저장되는 배터리 셀과 상기 배터리 셀의 상기 케이싱 유닛의 표면에 배치되는 적어도 하나의 센싱 모듈 및 상기 센싱 모듈과 연결되는 와이어 유닛을 포함하는 센싱 어셈블리를 포함하고, 상기 센싱 어셈블리의 상기 센싱 모듈은, 상기 와이어의 제1 극성에 연결되는 제1 전극부와, 상기 제1 전극부와 이격되며 상기 와이어의 제2 극성에 연결되는 제2 전극부와, 상기 제1 전극부 및 상기 제2 전극부 사이에 배치되며 상기 제1 전극부와 상기 제2 전극부를 전기적으로 연결시키는 전도성 수지유닛을 포함하고, 상기 전도성 수지 유닛은, 상기 케이싱 유닛으로부터 열을 전달받으며, 상기 케이싱 유닛의 온도가 섭씨 70도 내지 섭씨 150도로 형성되는 경우, 융해되도록 형성된다.

Description

배터리 모듈 및 배터리 모듈 상태 모니터링 방법 {BATTERY MODULE AND STATUS MONITORING METHOD THEREOF}
본 발명은 배터리 모듈 및 배터리 모듈 상태 모니터링 방법에 관한 것으로, 보다 상세히 케이싱 유닛의 내부에 전해물질 및 전극이 배치되어 전기 에너지가 저장되는 배터리 셀의 저항값을 감지하여 특정 전압 이상에서 열방출을 개선한 배터리 모듈 및 배터리 모듈 상태 모니터링 방법에 관한 것이다.
현재 상용화된 이차전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차전지 등이 있다. 이 중에서 리튬 이차전지는 니켈 계열의 이차전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 인해 각광을 받고 있다.
이러한 리튬 이차전지는 주로 리튬계 산화물과 탄소재를 각각 양극 활물질과 음극 활물질로 사용한다. 리튬 이차전지는, 양극 활물질이 양극 집전체에 코팅된 양극판과, 음극 활물질이 음극 집전체에 코팅된 음극판이, 분리막을 사이에 두고 배치된 구조를 가진 단위 셀을 집합시킨 전극 조립체와, 이 전극 조립체를 전해액과 함께 밀봉 수납하는 외장재, 즉 전지 케이스를 구비한다. 리튬 이차전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 이차전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 이차전지로 분류된다.
최근에는 휴대형 전자기기와 같은 소형 장치뿐 아니라, 자동차나 전력저장장치(ESS)와 같은 중대형 장치에도 이차전지가 널리 이용되고 있다. 이러한 중대형 장치에 이용되는 경우, 용량 및 출력을 높이기 위해 많은 수의 이차전지가 전기적으로 접속되어 배터리 모듈이나 배터리 팩을 구성한다. 특히, 이러한 중대형 장치에는 적층이 용이하고 무게가 가볍다는 등의 장점으로 인해 파우치형 배터리 셀이 많이 이용된다. 파우치형 배터리 셀은 전극 리드가 접속된 전극 조립체가 파우치 케이스에 전해액과 함께 수납되어 밀봉된 구조를 가진다. 전극 리드의 일부는 파우치 케이스 외부로 노출되며, 노출된 전극 리드는 파우치형 배터리 셀이 장착되는 장치에 전기적으로 접속되거나, 파우치형 배터리 셀 상호간을 전기적으로 접속하는 데 사용된다.
한편, 리튬 이차전지는 리튬이온을 기반으로 하고 전해질을 사용하는 현재의 2차 전지는 화재나 폭발 이라는 안전에 대한 문제가 근본적으로 잠재되어 있다.
또한, 기타의 전지류와 다르게 리튬이온을 사용하는 2차 전지류는 전원으로서의 특성 자체가 변하지 많이 바뀌지 않기 때문에 실제 오랜 기간 동안 사용될 수 있으나, 안전 문제라는 치명적인 약점을 갖게 된다.
즉, 2차 전지가 여러가지 문제에 의해서 과발화가 되면 내부의 분리막과 같은 고분자 구성이 녹기 시작하고 이것이 시작되면 2차적으로 발화를 만들게 되고 이러한 발화는 바로 폭발을 유도하게 된다.
또한, 고분자가 녹기 시작하는 온도(대부분 150~170도 섭씨 기준) 이전에 이를 빨리 경고해 줄 수 있는 시스템이 필요하지만 2차 전지 중 자동차나 ESS와 같이 적층되어 있는 구조의 경우는 실제 어떠한 모듈에서 과발화가 일어나고 있는지를 파악하는 것은 현실적으로는 매우 어려운 과제이다.
또한, ESS나 자동차용 2차 전지는 젤리롤-셀-모듈 단위로 되어 있고 셀단위 부터는 외부에 금속 구조물로 내부의 2차 전지를 보호하는 구조로 되어 있는데 이 구조물로 인하여 내부의 과열을 감지하는 것은 하나씩 분해 하면서 열감지 카메라 등으로 분석 하는 것은 가능하나 현실적으로 가동중인 장비를 모두 분해해서 분석 할 수는 없다는 문제점이 있다.
또한, 열감지를 위해서 열전쌍 센서등을 달아서 분석을 할 수는 있겠지만 발화 온도가 급격히 올라가서 불이 나는 순간에 즉시 피해야 하는 상황에서 열전쌍 센서 등은 온도에 변화에 상대적으로 매우 느리게 반응하기 때문에 분석용으로는 적합 할지 몰라도 경보용으로는 적합 하지 못하다는 단점이 있다.
또한, 열전쌍 센서가 가지는 또 하나의 문제는 열전쌍 센서로 사용되는 재료가 현재 생산되는 2차 전지에 1회용 센서로 사용하기에는 너무 고가인 문제점이 있다.
배터리 모듈 혹은 배터리 팩의 폭발은 그것이 채용된 전자기기 혹은 자동차 등의 파손을 가져올 뿐만 아니라 사용자의 안전 위협 및 화재로 연결될 수 있다는 점에서 안전성 확보는 매우 중요하다. 이차전지가 과열되면 폭발 및/또는 발화의 위험이 커지게 되고, 과열로 인한 급격한 연소나 폭발은 인명 및 재산상의 피해를 줄 수 있다.
그러므로, 이차전지 사용상의 안전성을 충분히 확보하기 위한 수단 도입에 대한 요구가 있다.
본 발명에 따른 실시예는 종래의 2차전지의 발화 혹은 폭파의 문제점을 해결하기 위한 배터리 모듈 및 배터리 모듈 상태 모니터링 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예의 일측면에 따른 배터리 모듈은, 배터리 모듈에 있어서, 플렉서블한 케이싱 유닛을 가지며, 상기 케이싱 유닛 의 내부에 전해물질 및 전극이 배치되어 전기 에너지가 저장되는 배터리 셀; 및 상기 배터리 셀의 상기 케이싱 유닛의 표면에 배치되는 적어도 하나의 센싱 모듈 및 상기 센싱 모듈과 연결되는 와이어 유닛을 포함하는 센싱 어셈블리;를 포함하고, 상기 센싱 어셈블리의 상기 센싱 모듈은, 상기 와이어의 제1 극성에 연결되는 제1 전극부와, 상기 제1 전극부와 이격되며 상기 와이어의 제2 극성에 연결되는 제2 전극부와, 상기 제1 전극부 및 상기 제2 전극부 사이에 배치되며 상기 제1 전극부와 상기 제2 전극부 를 전기적으로 연결시키는 전도성 수지유닛을 포함하고, 상기 전도성 수지 유닛은, 상기 케이싱 유닛으로부터 열을 전달받으며, 상기 케이싱 유닛의 온도가 섭씨 70도 내지 섭씨 150도일 경우, 융해되도록 형성된다.
또한, 상기 센싱 모듈은, 상기 수지 유닛의 하측에 마련되며 상기 전도성 수지 유닛을 향하여 개구되며 내부에 수용 공간이 형성되는 하우징 유닛과, 상기 제1 전극부, 상기 제2 전극부, 상기 전도성 수지 유닛 및 상기 하우징 유닛을 완전하게 감싸며 열전도성 재질로 형성되는 커버 유닛을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 전도성 수지 유닛의 상측은 상기 커버 유닛의 상측 내면과 밀착되며, 상기 하우징 유닛의 하측은 상기 커버 유닛의 하측 내면과 밀착되어 형성될 수 있다.
또한, 상기 하우징 유닛은, 상기 수용 공간 내부에 마련되며, 열전도성 물질로 형성되고 일측은 상기 전도성 수지 유닛과 접촉되며 타측은 상기 하우징 유닛의 하측에 연결되는 복수의 열전달 유닛을 포함하여 형성될 수 있다.
또한, 상기 하우징 유닛의 상기 수용공간의 부피는, 고체 상태의 상기 전도성 수지유닛의 부피와 동일하거나 작으며, 액체 상태의 상기 전도성 수지 유닛의 부피보다 크게 형성될 수 있다.
또한, 상기 센싱 어셈블리의 상기 센싱 모듈은, 상기 배터리 셀의 상기 케이싱 유닛의 상면 및 하면에 각각 배치되며, 상기 케이싱 유닛의 상면에 배치되는 상기 센싱 모듈의 상기 커버 유닛의 하면은 상기 케이싱 유닛의 상면과 접촉되며, 상기 케이싱 유닛의 하면에 배치되는 상기 센싱 모듈의 상기 커버 유닛의 상면은 상기 케이싱 유닛의 하면과 접촉되어 형성될 수 있다.
또한, 상기 전도성 수지유닛은, 상기 제1 전극부 및 상기 제2 전극부를 완전하게 감싸며, 상기 와이어는 금속재질로 형성되는 피복에 의하여 커버되도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 베터리 셀의 상기 케이싱 유닛의 일면에는, 상기 케이싱 유닛의 일측 테두리에 인접되는 제1 영역과, 상기 케이싱 유닛의 타측 체두리에 인접되는 제2 영역과, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역 사이에 형성되는 제3 영역이 형성되며, 상기 제1 영역, 제2 영역 및 제3 영역에는 각각 적어도 하나의 상기 센싱 모듈이 배치되며, 상기 센싱 모듈들은 상호 간에 직렬로 연결되어 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 영역 또는 상기 제2 영역에 배치되는 상기 센싱 모듈의 단위면적 당 갯수는, 상기 제3 영역에 배치되는 상기 센싱 모듈의 단위면적 당 갯수보다 크도록 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예의 다른 측면에 따른 배터리 모듈의 배터리 모듈 상태 모니터링 방법은, 센싱 어셈블리의 와이어 유닛에 기설정된 모니터링 전압을 인가하여, 센싱 모듈의 저항값 변화를 모니터링 하는 센싱 모듈 모니터링 단계; 및 상기 센싱 모듈 모니터링 단계에서, 상기 센싱 모듈의 저항값이 기설정된 설정 저항값을 기준으로 시간에 따라 변화되는 경우, 사용자에게 배터리 이상 상태를 알리는 제1 알람 단계를 포함한다.
또한, 상기 제3 레이어 그룹 배치 단계에서 상기 적어도 하나의 레이어가 배치된 상태에서, 배치된 상기 레이어 상에 상기 포켓 유닛들의 제1 포켓 유닛 및 상기 제2 포켓 유닛의 입구 크기가 다르게 형성되도록 적어도 하나의 레이어를 배치시키는 제4 레이어 그룹 배치 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 알람 단계에서, 상기 센싱 모듈의 저항값은, 상기 설정 저항값을 기준으로 시간에 따라 복수회 증가 및 감소되는 것을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 알람 단계가 수행된 상태에서, 상기 센싱 모듈의 저항값이 상기 설정 저항값보다 큰 기설정된 위험 저항값과 같거나 초과하며, 상기 시간당 저항값의 변화가 상기 제1 알람 단계의 상기 시간당 저항값 변화보다 작아지는 경우, 사용자에게 배터리 위험 상태를 알리는 제2 알람 단계; 및 상기 제2 알람 단계가 수행된 다음, 상기 배터리 모듈의 전원을 차단하는 배터리 모듈 전원 차단 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 이차전지의 화재나 폭발을 감지할 수 있는 배터리 모듈 및 배터리 모듈 상태 모니터링 방법이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 센싱 모듈의 저항값 변화를 감지하고 사용자에게 배터리 위험 상태를 알리는 배터리 모듈 및 배터리 모듈 상태 모니터링 방법이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 하우징 유닛의 내부 수용 공간에 마련된 열전도성 물질을 이용하여 저항값을 실시간으로 감지하는 배터리 모듈 및 배터리 모듈 상태 모니터링 방법이 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 배터리 모듈의 내부 단면도이다.
도 3은 도 2의 배터리 모듈이 이상 상태인 경우, 전도성 수지유닛이 융해되는 상태를 보여주는 도면이다.
도 4는 도 1의 배터리 모듈의 상태별 저항값 변화를 보여주는 그래프이다.
도 5는 도 1의 서버 디바이스 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 6은 도 1의 배터리 모듈의 배터리 모듈 상태 모니터링 방법의 순서도이다.
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석 되어야만 한다.
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. 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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈을 보여주는 도면이며, 도 2는 도 1의 배터리 모듈의 내부 단면도이다. 또한, 도 3은 도 2의 배터리 모듈이 이상 상태인 경우, 전도성 수지유닛이 융해되는 상태를 보여주는 도면이다.
먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈(1)은 배터리 셀(100)과, 센싱 어셈블리(200)를 포함한다. 또한, 배터리 모듈(1)은 플렉서블한 배터리 셀(100)과 배터리 셀(100)의 표면에 배치되는 센싱 어셈블리(200)를 수용하기 위한 금속 구조물을 포함할 수 있다.
배터리 셀(100)은, 전기 에너지가 내부에 저장되며, 금속 재질, 예시적으로 알루미늄 등,로 형성되는 배터리 셀(100)의 케이싱 유닛(110)의 내부에는 전해물질 및 전극이 배치되어 전기 에너지가 저장되어, 상기 전기 에너지가 충전 및 방전되도록 할 수 있다. 한편, 배터리 셀(100)의 케이싱 유닛(110)은 박막 알루미늄 재질로 형성되어, 플렉서블하게 형성될 수 있다.
센싱 어셈블리(200)는, 배터리 셀(100)의 케이싱 유닛(110) 표면에 배치되는 센싱 모듈(210)과 연결되는 와이어 유닛(220)을 포함한다. 센싱 어셈블리(200)의 센싱 모듈(210)은 복수 개로 마련될 수 있으며, 배터리 셀(100)의 케이싱 유닛(110)의 일면 및/또는 이면의 표면에 복수개로 배치될 수 있다.
센싱 어셈블리(200)의 센싱 모듈(210) 들에는 각 센싱 모듈(210)들을 연결시키는 와이어 유닛(220)에 의하여 기설정된 모니터링 전압이 인가된다. 그리고, 배터리 셀(100)의 충방전 동작 과정 중, 배터리 셀(100)에 이상 상태가 발생하게 되어, 배터리 셀(100)의 온도가 상승하게 되어, 케이싱 유닛(110)의 표면 온도가 이상 온도(예시적으로 섭씨 70도 내지 150도)로 상승하게 되는 경우, 해당 부분의 센싱 모듈(210)의 단락이 발생하게 되며, 상기 단락의 발생 여부에 기초하여 배터리 셀(100)의 이상 상태 발생 여부를 판단할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 센싱 어셈블리(200)의 구성을 보다 상세하게 설명한다.
도 2 내지 도 3을 참조하면, 센싱 어셈블리(200)의 센싱 모듈(210)은 와이어 유닛(220)의 제1 극성(221A)에 연결되는 제1 전극부(216)와, 제1 전극부(216)와 일정 간격 이격되어 와이어 유닛(220)의 제2 극성(221B)에 연결되는 제2 전극부(217)와, 제1 전극부(216) 및 제2 전극부(217) 사이에 배치되며 제1 전극부(216)와 제2 전극부(217)를 전기적으로 연결시키는 전도성 수지유닛(215)을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 전도성 수지유닛(215)은 케이싱 유닛(110)으로부터 열을 전달 받으며, 케이싱 유닛(110)의 온도가 섭씨 70도 내지 섭씨 150도로 형성되는 경우, 융해된다. 고분자가 녹기 시작하는 온도는 통상 섭씨 150도 내지 섭씨 170도이며, 고분자가 녹게 되면 2차적인 발화를 만들게 되고 이러한 발화는 바로 폭발을 유도할 수 있다. 즉, 전도성 수지유닛(215)의 융해 상태에 따라 고분자가 녹기 시작하는 온도 이전에 발화 온도를 실시간으로 감지할 수 있다. 전도성 수지유닛(215)은 예시적으로 전도성 물질이 함유되는 에폭시 수지로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 센싱 모듈(210)은 전도성 수지유닛(215)의 하측에 마련되며 전도성 수지유닛(215)을 향하여 개구되며 내부에 수용 공간(213)이 형성되는 하우징 유닛(212)을 더 포함한다. 이때, 케이싱 유닛(110)의 온도가 일정값 이상으로 올라가게 되면 전도성 수지유닛(215)이 녹게 되고 하우징 유닛(212)의 내부 전체에 전도성 수지유닛(215)이 채워질 경우, 전기가 계속 흐르는 상태이므로 발화의 위험이 높아질 수 있다. 이를 방지하기 위해 하우징 유닛(212)의 수용 공간(213)으로 전도성 유닛(215)이 흘러내려가게 됨으로써 와이어 유닛(220)으로부터 인가되는 상기 모니터링 전압을 차단시킴으로써, 센싱 어셈블리(200)의 단락을 발생시킬 수 있다.
또한, 센싱 모듈(210)은 제1 전극부(216), 제2 전극부(217), 전도성 수지유닛(215) 및 하우징 유닛(212)을 완전하게 감싸며 열전도성 재질로 형성되는 커버 유닛(211)을 더 포함하여 형성될 수 있다. 커버 유닛(211)은 예시적으로 알루미늄과 같은 금속재질 또는 탄소나노튜브와 같이 열을 원활하게 전달할 수 있는 재질로 형성될 수 있다.
이때, 전도성 수지유닛(215)이 액체 상태로 녹아 하우징 유닛(212)의 내부 수용 공간(213)으로 흘러내려갈 수 있도록 전도성 수지유닛(215)의 상측은 커버 유닛(211)의 상측 내면과 밀착되며 하우징 유닛(212)의 하측은 커버 유닛(211)의 하측 내면과 밀착되어 형성될 수 있다.
하우징 유닛(212)은 열을 잘 전달할 수 있는 열전도성 물질로 형성되고 일측은 전도성 수지유닛(215)과 접촉되며 타측은 하우징 유닛(212)의 하측에 연결되는 복수의 열전달 유닛(214)를 포함하며, 열전달 유닛(214)은 하우징 유닛(212)의 수용 공간(213)에 배치된다.
이때, 하우징 유닛(212)의 수용공간(213)의 부피는 고체 상태의 전도성 수지 유닛(215)의 부피와 동일하거나 작으며, 액체 상태의 전도성 수지유닛(215)의 부피보다는 크게 형성된다. 수용공간(213)의 부피가 액체 상태의 전도성 수지유닛(215)의 부피보다 작게 형성될 경우, 융해된 전도성 수지유닛(215)은 수용공간(213)에 모두 수용되지 않고, 넘치게 되며, 제1 전극부(216)과 제2 전극부(217) 사이에 잔여하게 된 상태에서 제1 전극부(216) 및 제2 전극부(217)의 전기적인 연결이 지속되도록 할 수 있다.따라서, 본 실시예에서는, 수용 공간(213)은 융해된 전도성 수지유닛(215)이 모두 수용될 수 있는 크기의 부피를 갖도록 형성된다.
본 발명의 실시예에 따르면 센싱 어셈블리(200)의 센싱 모듈(210)은 배터리 셀(100)의 케이싱 유닛(110)의 상면(111) 및 하면(112)에 각각 배치될 수 있으며, 케이싱 유닛(110)의 상면에 배치되는 센싱 모듈(210)의 커버 유닛(211)의 하면은 케이싱 유닛(110)의 상면과 접촉된다. 그리고, 케이싱 유닛(110)의 하면(112)에 배치되는 센싱 모듈(210)의 커버 유닛(211)의 상면은 케이싱 유닛(110)의 하면과 접촉되도록 형성될 수 있다.
한편, 전도성 수지유닛(215)은 제1 전극부(216) 및 제2 전극부(217)를 완전하게 감싸는 형상으로 형성된다. 그리고, 제1 전극부(216) 및 제2 전극부(217)는 일정거리(d)가 단락 되어 형성되는데 서로 단락이 되어 있기는 하지만 전도성 수지유닛(215)이 제1 전극부(216)와 제2 전극부(217)를 완전히 감싸도록 형성되어 전도성 수지유닛(215)에 의해 연결되어 일정한 저항을 감지할 수 있는 장점이 있다.
와이어 유닛(220)은 금속 재질로 형성되는 피복에 의하여 커버되어 형성될 수 있다. 이때, 와이어 유닛(220)의 상기 피복 재질은 최소한 전도성 수지유닛(215)보다는 녹는점이 일정값 이상으로 높게 형성되고 열전도율이 좋지 않은 재질일 수 있으나 이를 제한하는 것은 아니다.
한편, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 셀(100)의 케이싱 유닛(110)의 일면에는, 케이싱 유닛(110)의 일측 테두리에 인접되는 제1 영역(161)과, 케이싱 유닛(110)의 타측 테두리에 인접되는 제2 영역(162)과, 제1 영역(161) 및 제2 영역(162) 사이에 형성되는 제3 영역(163)의 형성될 수 있다. 제1 영역(161), 제2 영역(162) 및 제3 영역(163)에는 각각 적어도 하나의 센싱 모듈(210)이 배치될 수 있으며, 센싱 모듈(210)들은 상호 간에 직렬로 연결되어 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 센싱 모듈(210)의 단위면적 당 개수는, 제1 영역(161) 또는 제2 영역(162)에 배치되는 개수가 제3 영역(163)에 배치되는 개수보다 크도록 형성될 수 있다. 본 실시예에서 센싱 모듈(210)은 케이싱 유닛(110)의 일측 테두리에 인접되는 제1 영역(161) 혹은 케이싱 유닛(110)의 타측 테두리에 인접되는 제2 영역(162)에 더욱 조밀하게 배치된다. 즉, 배터리 셀(100)에서 이상 상태, 즉 과열이 발생되는 경우, 단자부(160)가 위치되는 케이싱 유닛(110)의 테두리 영역 측의 온도가 더 빠르게 높아지는 경향이 있어, 이를 보다 정확하고 빠르게 감지하기 위하여 센싱 모듈(210)이 제1 여역(110) 및/또는 제2 영역(162)에 보다 조밀하게 배치될 수 있다.
이하에서는 본 발며의 실시예에 따른 배터리 모듈(1)의 이상 상태를 판단하기 위한 판단 기준으로 보다 상세하게 설명한다.
도 4는 도 1의 배터리 모듈(1)의 상태별 저항값 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4를 참조하면, 배터리 모듈 상태 모니터링 시스템(1000)(도 5 참조)은 배터리 모듈(1)의 센싱 어셈블리(200)의 시간에 따른 측정 저항값의 변화에 기초하여 배터리 모듈(1)의 상태를 모니터링할 수 있다.
센싱 어셈블리(200)의 상기 측정 저항값이 정상 상태일 경우, 상기 측정 저항값은 설정 저항값(Rref)을 유지한다. 이때, 설정 저항값(Rref)은 전도성 수지유닛(215)이 고체 상태를 유지할 때의 센싱 어셈블리(200)의 저항값으로 형성될 수 있으며, 배터리 모듈 상태 모니터링 시스템(1000)(도 5 참조)은, 상기 측정 저항값이 설정 저항값(Rref)과 같거나 그 이하 일 때, 배터리 모듈(1)이 정상 상태인 것으로 판단한다.
한편, 센싱 어셈블리(200)의 상기 측정 저항값이, 상기 설정 저항값을 기준으로 시간에 따라 복수회 증가 및 감소되며, 전체적으로 증가하는 경향으로 형성되는 경우(제1 위험 구간), 배터리 모듈 상태 모니터링 시스템(1000)은, 배터리 모듈(1)의 배터리 셀(100)의 상태가 이상 상태인 것으로 판단한다. 즉, 배터리 셀(100)의 온도가 이상 온도(예시적으로 섭씨 70도 내지 150도)로 상승하게 되면, 해당 부분의 센싱 모듈(210)의 전도성 수지유닛(215)이 융해되기 시작하며, 전도성 수지유닛(215)의 융해에 의하여 제1 전극부(216) 및 제2 전극부(217) 사이의 저항이 불규칙적으로 변화되며 상기 측정 저항값의 요동(측정 저항값의 상승과 하락이 반복하여 발생됨)이 발생하게 된다. 또한, 제1 전극부(216) 및 제2 전극부(217) 사이에 배치되는 전도성 수지유닛(215)의 용해에 따라, 상기 측정 저항값이 전반적으로 증가되는 경향으로 형성되게 된다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈 상태 모니터링 시스템(1000)은 상기 측정 저항값의 변화에 기초하여 배터리 모듈(1)의 이상 상태 여부를 판단할 수 있다.
한편, 상기 제1 위험 구간이 지속된 상태에서, 센싱 어셈블리(200)의 상기 측정 저항값이, 설정 저항값(Rref)보다 큰 기설정된 위험 저항값(Rdanger)과 같거나 이를 초과하며 시간당 상기 측정 저항값의 변화가 상기 제1 위험 구간에서의 시간당 상기 측정 저항값의 변화보다 작아지게 되는 경우, 배터리 모듈 상태 모니터링 시스템(1000)은 배터리 모듈(1)의 상태가 위험 상태인 것으로 판단한다.
즉, 상기 측정 저항값의 상승과 하락이 반복하여 발생되는 상기 제1 위험 구간을 지나, 배터리 셀(100)의 표면 온도가 급격하게 상승하여 전도성 수지 유닛(215)이 완전히 녹아내릴 경우, 제1 전극부(216)와 제2 전극부(217)가 단락이 되면서 센싱 어셈블리(200)의 상기 측정 저항값이 위험 저항값(Rdanger)으로 커지게 되는 경우, 배터리 모듈 상태 모니터링 시스템(1000)은 배터리 모듈(1)의 상태가 화재 또는 폭발이 발생하기 직전인 위험 상태인 것으로 파악하여, 사용자에게 위험 신호를 알람하게 된다. 본 실시예에서, 위험 저항값(Rdanger)은 무한대에 근접하는 저항값으로 생성될 수 있으며, 센싱 모듈(210)이 실질적으로 단락 상태인 것으로 판단될 수 있는 저항값으로 생성된다.
한편, 본 실시예에 따른 센싱 어셈블리(200)의 센싱 모듈(210)들은 상호 간에 직렬로 연결됨에 따라, 어느 하나의 센싱 모듈(210)에서 단락이 발생되는 경우에도 센싱 어셈블리(200)에서 단락이 발생하게 됨에 따라, 보다 신속하게 배터리 모듈(1)의 위험 상태를 감지할 수 있다.
이하에서는 배터리 모듈의 배터리 모듈 상태 모니터링 방법을 상세하게 설명한다.
도 5는 도 1의 서버 디바이스 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 배터리 모듈 상태 모니터링 시스템(1000)은 각각의 배터리 모듈(1A, 1B..1n)로부터 내부 온도에 따른 저항값을 생성하고, 데이터 정보를 수집하는 배터리 모듈 상태 모니터링 장치(300)와, 네트워크를 통해 저항값 정보 및 데이터를 저장하고 상기 수집한 데이터를 사용자 디바이스에 전달하는 서버부(400)와, 미리 입력된 저항값의 정보를 기반으로 상기 실시간으로 감지된 저항값 정보를 서버부(400)와 네트워크를 통해 전달받고 배터리 모듈(1)의 상황을 파악할 수 있는 사용자 디바이스부(500)를 포함한다.
사용자는, 서버부(400)와 배터리 모듈 상태 모니터링 장치(300)로부터 배터리 모듈(1)의 상기 측정 저항값에 기반한 다양한 정보들을 전달 받음으로써, 내부의 발열이나 폭발 위험 상황 발생시 미리 대비할 수 있다.
본 실시예에서는, 각각의 배터리 모듈(1A,1B…1n)에서 측정된 상기 측정 저항값이 배터리 모듈 상태 모니터링 장치(300)로 전송되며, 배터리 모듈 상태 모니터링 장치(300)는 상기 측정 저항값을 기반으로 데이터를 수집 및 생성하여 네트워크를 통해 서버부(400)와 사용자 디바이스부(500)로 상기 데이터를 전송할 수 있다.
도 6은 도 1의 배터리 모듈(1)의 배터리 모듈 상태 모니터링 방법의 순서도이다.
도 6을 참조하면, 먼저, 배터리 모듈 상태 모니터링 시스템(1000)은 센싱 어셈블리(210)의 와이어 유닛(220)에 기설정된 모니터링 전압을 인가하여, 배터리 모듈(1)의 센싱 어셈블리(200)의 측정 저항값 변화를 모니터링 하는 센싱 어셈블리 모니터링 단계(S110)를 수행한다.
센싱 모듈 모니터링 단계(S110)에서, 센싱 어셈블리(200)의 상기측정 저항값이 기설정된 설정 저항값(Rref)을 기준으로 시간에 따라 변화되는 경우(S120), 배터리 모듈 상태 모니터링 시스템(1000)는 사용자에게 배터리 이상 상태를 알리는 제1 알람 단계(S130)를 수행한다. 이때, 제1 알람 단계(S120)에서, 센싱 어셈블리(200)의 상기 측정 저항값은, 설정 저항값(Rref)을 기준으로 시간에 따라 복수회 증가 및 감소되며, 전체적으로 증가하는 경향으로 형성된다. 한편, 센싱 모듈 모니터링 단계(S110)에서 센싱 어셈블리(200)의 측정 저항값이 기설정된 설정 저항값(Rref)을 기준으로 시간에 따라 변화하지 않고 유지되는 경우(S120), 배터리 모듈 상태 모니터링 시스템(1000)은 계속하여 센싱 모듈 모니터링 단계(S110)를 수행한다.
한편, 제1 알람 단계(S130)가 수행된 상태에서, 센싱 어셈블리(200)의 상기 측정 저항값이 설정 저항값(Rref)보다 큰 기설정된 위험 저항값(Rdanger)과 같거나 초과하며, 상기 시간당 상기 측정 저항값의 변화가 제1 알람 단계(S120)의 상기 시간당 측정 저항값 변화보다 작아지는 경우(S140), 배터리 모듈 상태 모니터링 시스템(1000)는 사용자에게 배터리 위험 상태를 알리는 제2 알람 단계(S150)를 수행한다.
제2 알람 단계(S150)가 수행된 다음, 배터리 모듈 상태 모니터링 시스템(1000)는 배터리 모듈(1)의 전원을 차단하는 배터리 모듈 전원 차단 단계(S160)를 수행하여 배터리 모듈(1)의 화재 또는 폭발을 억제할 수 있다.
한편, 제1 알람 단계(S130)가 수행된 상태에서, 센싱 어셈블리(200)의 상기 측정 저항값이 상기 설정 저항값보다 큰 기설정된 위험 저항값을 초과하지 않고, 상기 시간당 저항값의 변화가 제1 알람 단계(S130)의 상기 시간당 저항값 변화보다 작아지지 않을 경우(S140) 제1 알람 단계(S130) 수행 후 센싱 어셈블리 위함 상태 여부 판단 단계(S140)를 수행한다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈(1) 및 배터리 모듈(1)의 배터리 모듈 상태 모니터링 방법은, 배터리 모듈(1)의 상태를 즉각적으로 파악할 수 있어, 배터리 모듈(1)의 관리가 보다 안정적으로 수행될 수 있는 장점이 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
1: 배터리 모듈

Claims (12)

  1. 배터리 모듈에 있어서,
    플렉서블한 케이싱 유닛을 가지며, 상기 케이싱 유닛의 내부에 전해물질 및 전극이 배치되어 전기 에너지가 저장되는 배터리 셀; 및
    상기 배터리 셀의 상기 케이싱 유닛의 표면에 배치되는 적어도 하나의 센싱 모듈 및 상기 센싱 모듈과 연결되는 와이어 유닛을 포함하는 센싱 어셈블리;를 포함하고,
    상기 센싱 어셈블리의 상기 센싱 모듈은, 상기 와이어의 제1 극성에 연결되는 제1 전극부와, 상기 제1 전극부와 이격되며 상기 와이어의 제2 극성에 연결되는 제2 전극부와, 상기 제1 전극부 및 상기 제2 전극부 사이에 배치되며 상기 제1 전극부와 상기 제2 전극부를 전기적으로 연결시키는 전도성 수지유닛을 포함하고,
    상기 전도성 수지 유닛은, 상기 케이싱 유닛으로부터 열을 전달받으며, 상기 케이싱 유닛의 온도가 섭씨 70도 내지 섭씨 150도로 형성되는 경우, 융해되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 센싱 모듈은, 상기 전도성 수지 유닛의 하측에 마련되며 상기 전도성 수지 유닛을 향하여 개구되며 내부에 수용 공간이 형성되는 하우징 유닛과, 상기 제1 전극부, 상기 제2 전극부, 상기 전도성 수지 유닛 및 상기 하우징 유닛을 완전하게 감싸며 열전도성 재질로 형성되는 커버 유닛을 더 포함하는 배터리 모듈.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 전도성 수지 유닛의 상측은 상기 커버 유닛의 상측 내면과 밀착되며, 상기 하우징 유닛의 하측은 상기 커버 유닛의 하측 내면과 밀착되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 하우징 유닛은, 상기 수용 공간 내부에 마련되며, 열전도성 물질로 형성되고 일측은 상기 전도성 수지 유닛과 접촉되며 타측은 상기 하우징 유닛의 하측에 연결되는 복수의 열전달 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 하우징 유닛의 상기 수용공간의 부피는, 고체 상태의 상기 전도성 수지유닛의 부피와 동일하거나 작으며, 액체 상태의 상기 전도성 수지 유닛의 부피보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 제2 항에 있어서,
    상기 센싱 어셈블리의 상기 센싱 모듈은, 상기 배터리 셀의 상기 케이싱 유닛의 상면 및 하면에 각각 배치되며,
    상기 케이싱 유닛의 상면에 배치되는 상기 센싱 모듈의 상기 커버 유닛의 하면은 상기 케이싱 유닛의 상면과 접촉되며,
    상기 케이싱 유닛의 하면에 배치되는 상기 센싱 모듈의 상기 커버 유닛의 상면은 상기 케이싱 유닛의 하면과 접촉되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 전도성 수지유닛은, 상기 제1 전극부 및 상기 제2 전극부를 완전하게 감싸며,
    상기 와이어는 금속재질로 형성되는 피복에 의하여 커버되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 베터리 셀의 상기 케이싱 유닛의 일면에는, 상기 케이싱 유닛의 일측 테두리에 인접되는 제1 영역과, 상기 케이싱 유닛의 타측 체두리에 인접되는 제2 영역과, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역 사이에 형성되는 제3 영역이 형성되며,
    상기 제1 영역, 제2 영역 및 제3 영역에는 각각 적어도 하나의 상기 센싱 모듈이 배치되며,
    상기 센싱 모듈들은 상호 간에 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 제1 영역 또는 상기 제2 영역에 배치되는 상기 센싱 모듈의 단위면적 당 갯수는, 상기 제3 영역에 배치되는 상기 센싱 모듈의 단위면적 당 갯수보다 큰 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제1 항의 배터리 모듈의 배터리 모듈 상태 모니터링 방법에 있어서,
    센싱 어셈블리의 와이어 유닛에 기설정된 모니터링 전압을 인가하여, 센싱 어셈블리의 저항값 변화를 모니터링 하는 센싱 어셈블리 모니터링 단계; 및
    상기 센싱 어셈블리 모니터링 단계에서, 상기 센싱 어셈블리의 측정 저항값이 기설정된 기준 저항값을 기준으로 시간에 따라 변화되는 경우, 사용자에게 배터리 이상 상태를 알리는 제1 알람 단계;를 포함하는 배터리 모듈 상태 모니터링 방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 알람 단계에서, 상기 센싱 어셈블리의 저항값은, 상기 설정 저항값을 기준으로 시간에 따라 복수회 증가 및 감소되며, 전체적으로 증가하는 경향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈 상태 모니터링 방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 알람 단계가 수행된 상태에서, 상기 센싱 어셈블리의 측정 저항값이 상기 설정 저항값보다 큰 기설정된 위험 저항값과 같거나 초과하며, 상기 시간당 측정 저항값의 변화가 상기 제1 알람 단계의 상기 시간당 저항값 변화보다 작아지는 경우, 사용자에게 배터리 위험 상태를 알리는 제2 알람 단계; 및
    상기 제2 알람 단계가 수행된 다음, 상기 배터리 모듈의 전원을 차단하는 배터리 모듈 전원 차단 단계;를 더 포함하는 배터리 모듈
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