(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
充放電可能な二つ以上の電池セルを含んでいる電池モジュールであって、
前記電池セルのうちの少なくとも一つの電池セルの外面に設置されて、電池セルの局部的な体積膨張変化を感知して信号を送信するセンシングプローブ；および
前記センシングプローブから信号を受信し、受信された信号から電池セルの内部圧力を推定して臨界圧力値以上である時に電池モジュールの安全性確保のための警告信号を生成する制御部；
を含んでおり、
前記電池セルの電池ケースは、電極組立体の収納部に電極組立体と電解液が内蔵された状態で電極組立体の収納部の外周面を熱融着して密封した構造からなり、電極組立体の収納部の底面と熱融着のための外周面の間に電極組立体の収納部の深さを提供する側面が位置し、前記電極組立体の収納部の側面の外側面に接するようにセンシングプローブが設置されていることを特徴とする電池モジュール。
【請求項２】
前記電池セルの電池ケースは樹脂層と金属層とを含むラミネートシートのパウチ型電池ケースであることを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項３】
前記電極組立体の収納部は、電極組立体の内装のためにパウチ型ケースの一部が湾入されている構造からなることを特徴とする請求項２に記載の電池モジュール。
【請求項４】
前記電極組立体は上下両面が相対的に大きいサイズの六面体構造からなり、前記電極組立体の収納部は電極組立体の高さに対応する深さに湾入されていることを特徴とする請求項３に記載の電池モジュール。
【請求項５】
前記電極組立体の収納部の側面は底面を基準として４５度乃至８５度に傾いていることを特徴とする請求項４に記載の電池モジュール。
【請求項６】
前記センシングプローブは、電極組立体の収納部の側面のうち、電池セルの電極端子が位置する側面の外側面に接するように設置されていることを特徴とする請求項４に記載の電池モジュール。
【請求項７】
前記センシングプローブは、少なくとも二つ以上の電池セルに設置されていることを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項８】
前記電池セルが六面体形状のモジュールケースに内蔵されており、前記モジュールケースの内部にはセンシングプローブの外形に対応する形状のプローブ装着部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項９】
前記臨界圧力値は、電池ケースの密封部位が破裂する電池セルの内部圧力より低い範囲で設定されることを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項１０】
前記臨界圧力値は１．５ａｔｍ乃至３ａｔｍ範囲で設定されることを特徴とする請求項９に記載の電池モジュール。
【請求項１１】
前記臨界圧力値は２．５ａｔｍ乃至３ａｔｍ範囲で設定されることを特徴とする請求項９に記載の電池モジュール。
【請求項１２】
前記制御部は、電池モジュールの作動をモニタリングおよび制御するＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｓｙｓｔｅｍ）であることを特徴とする請求項１に記載の電池モジュール。
【請求項１３】
前記警告信号は、電池モジュールの安全性確保のために、電池モジュールの作動を中断させる作動制御信号であることを特徴とする請求項１２に記載の電池モジュール。
【請求項１４】
前記警告信号は、電池モジュールの安全性確保のために、電池モジュールが装着されたデバイスの使用者または整備士に危険性を視覚的または聴覚的に認知させる認知信号であることを特徴とする請求項１２に記載の電池モジュール。
【請求項１５】
前記デバイスは自動車であり、前記使用者は運転者であることを特徴とする請求項１４に記載の電池モジュール。
【請求項１６】
請求項１乃至請求項１５のいずれか１項に記載の電池モジュールを単位モジュールで一つ以上含むことを特徴とする電池パック。
【請求項１７】
請求項１６に記載の電池パックを電源として含むことを特徴とするデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[関連出願の相互参照]
本出願は、２０１５年１０月０６日付の韓国特許出願第１０−２０１５−０１４０１８２号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は本明細書の一部として含まれる。
【０００２】
本発明は、電池セルの膨張を感知するためのプローブを含んでいる電池モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００３】
最近、充放電可能な２次電池は、ワイヤレスモバイル機器のエネルギー源として広範囲に使用されている。また、２次電池は、化石燃料を使用する既存のガソリン車両、ディーゼル車両などの大気汚染などを解決するための方案として提示されている電気自動車、ハイブリッド電気自動車などのエネルギー源としても注目されている。したがって、２次電池を使用するアプリケーションの種類は２次電池の長所により非常に多様化されており、今後には今よりも多くの分野と製品に２次電池が適用されるものと予想される。
【０００４】
このような２次電池は、電極と電解液の構成によってリチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池、リチウムポリマー電池などに分類されたりもし、そのうち、電解液の漏液可能性が少なく、製造が容易なリチウムイオンポリマー電池の使用量が増えている。一般に、２次電池は電池ケースの形状により、電極組立体が円筒型または角型の金属缶に内装されている円筒型電池および角型電池と、電極組立体がアルミニウムラミネートシートのパウチ型ケースに内装されているパウチ型電池とに分類される。
【０００５】
このうち、電池の高容量化によってケースの大面積化および薄い素材への加工が多くの関心を集めており、そのために、スタック型またはスタック／フォールディング型電極組立体をアルミニウムラミネートシートのパウチ型電池ケースに内蔵した構造のパウチ型電池が、低い製造コスト、少ない重量、容易な形状変形などを理由で、使用量が次第に増加している。
【０００６】
図１には、従来のパウチ型電池の模式図が示されている。
【０００７】
図１を参照すれば、パウチ型２次電池１０は、パウチ型電池ケース２０の内部に、正極、負極およびこれらの間に配置される分離膜からなる電極組立体３０が、その正極および負極タブ３１、３２と電気的に連結される二つの電極リード４０、４１が外部に露出するように密封されている構造となっている。
【０００８】
電池ケース２０は、電極組立体３０を安着できる凹形状の収納部２３を含むケース本体２１と、そのような本体２１に一体に連結されているカバー２２とからなっている。
【０００９】
スタック型電極組立体３０は、多数の正極タブ３１および多数の負極タブ３２がそれぞれ融着されて電極リード４０、４１に共に結合されている。また、ケース本体２１の上端部２４とカバー２２の上端部には電極リード４０、４１が位置し、短絡発生を防止するために絶縁フィルム５０が付着している。
【００１０】
このようなパウチ型２次電池は、各種モバイル機器はもちろん、多様な電子製品のエネルギー源として幅広く使用されているが、充放電過程において内部でガスが発生する場合に電池ケースが破断されて有害ガスが流出し、これは使用者の健康上安全に脅威となることができ、追加的な電池の誤作動で予想できない発熱、爆発などの危険性がある。
【００１１】
２次電池およびこれを含む中大型電池モジュールには過充電、過放電、過電流時に電流を遮断する保護回路、ヒューズなどの安全装置が備えられているが、電池内部のガス発生量をリアルタイムで検出できなく、そのために電池ケースの破断時点を判断できなくて安全性が大きく低下して、所望する効果を発揮しにくいという問題点がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、このような従来技術の問題点および過去から要請されてきた技術的課題を解決するのを目的とする。
【００１３】
具体的に、本発明の目的は、２次電池の内部圧力を検出して電池ケースが破断される前に警告信号を伝送して事故を事前に予防するためであり、電池モジュールを構成している２次電池の電池セルの外面に設置されて、電池セルの局部的な体積膨張変化を感知して信号を送信し、信号による内部圧力が臨界圧力値以上である時に電池モジュールの安全性確保のための警告信号を生成する電池モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
このような目的を達成するための本発明による電池セルの膨張を感知するためのプローブを含んでいる電池モジュールは、
充放電可能な二つ以上の電池セルを含んでいる電池モジュールであって、
前記電池セルのうちの少なくとも一つの電池セルの外面に設置されて、電池セルの局部的な体積変化を感知して信号を送信するセンシングプローブ；および
前記センシングプローブから信号を受信し、受信された信号から推定された電池セルの内部圧力が臨界圧力値以上である時に電池モジュールの安全性確保のための警告信号を生成する制御部；を含んでいる構造から構成されている。
【００１５】
つまり、本発明による電池セルの膨張を感知するためのプローブを含んでいる電池モジュールは、電池セルの内部圧力を推定して電池ケースが破断される前に警告信号を伝送して内部圧力が臨界圧力値以上である時に電池モジュールの安全性確保のための警告信号を生成して事故を事前に予防するので、電池モジュールの寿命および安全性を増加させることができる。
【００１６】
一つの具体的な例で、前記電池セルの電池ケースは樹脂層と金属層とを含むラミネートシートのパウチ型電池ケースであり、電極組立体の収納部に電極組立体と電解液が内蔵された状態で電極組立体の収納部の外周面を熱融着して密封した構造であってもよい。
【００１７】
この場合に、前記電極組立体の収納部は、電極組立体の内装のためにパウチ型ケースの一部が湾入されている構造であってもよい。
【００１８】
このような構造で、前記電極組立体は、上下両面が相対的に大きいサイズの六面体構造からなり、前記電極組立体の収納部は、電極組立体の高さに対応する深さに湾入されており、電極組立体の収納部の底面と熱融着のための外周面の間に電極組立体の収納部の深さを提供する側面が位置することができる。
【００１９】
例えば、前記電極組立体の収納部の側面は底面を基準として４５度乃至８５度に傾いている構造であってもよい。
【００２０】
また、前記電極組立体の収納部の側面の外側面に接するようにセンシングプローブを設置してもよい。
【００２１】
このとき、前記センシングプローブは、電極組立体の収納部の側面のうち、電池セルの電極端子が位置する側面の外側面に接するように設置してもよい。
【００２２】
一つの具体的な例で、前記センシングプローブは少なくとも二つ以上の電池セルに設置してもよい。
【００２３】
本発明によれば、前記電池セルが六面体形状のモジュールケースに内蔵されており、前記モジュールケースの内部にはセンシングプローブの外形に対応する形状のプローブ装着部を形成してもよい。
【００２４】
一つの具体的な例で、前記臨界圧力値は、電池ケースの密封部位が破裂する電池セルの内部圧力より低い範囲で設定してもよい。
【００２５】
この場合に、前記臨界圧力値は１．５ａｔｍ乃至３ａｔｍ範囲で設定してもよい。
【００２６】
また、前記臨界圧力値は２．５ａｔｍ乃至３ａｔｍ範囲で設定してもよい。
【００２７】
本発明によれば、前記制御部は電池モジュールの作動をモニタリングおよび制御するＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｓｙｓｔｅｍ）であってもよい。
【００２８】
一つの具体的な例で、前記警告信号は、電池モジュールの安全性確保のために、電池モジュールの作動を中断させる作動制御信号であってもよい。
【００２９】
また、前記警告信号は、電池モジュールの安全性確保のために、電池モジュールが装着されたデバイスの使用者または整備士に危険性を視覚的または聴覚的に認知させる認知信号であってもよい。
【００３０】
本発明によれば、前記デバイスは自動車であり、前記使用者は運転者であってもよい。
【００３１】
本発明は、電池モジュールを単位モジュールで一つ以上含む電池パックを提供する。
【００３２】
また、本発明は、前記電池パックを電源として含むデバイスを提供してもよい。
【００３３】
前記デバイスは、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、プラグインハイブリッド電気自動車、電気二輪車、または電気ゴルフカートなどから選択されてもよい。
【００３４】
このようなデバイスの構造および製作方法は当業界では公知であるので、本明細書ではこれについての詳しい説明は省略する。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】従来の電極組立体を含んでいるパウチ型２次電池の模式図である。
【図２】本発明の一実施形態による電池モジュールを構成している電池セルの模式図である。
【図３】電池セルの膨張を感知するためのプローブを含んでいる電池モジュールの一部模式図である。
【図４】図３の電池セルで内圧が増加された状態を示す電池モジュールの一部模式図である。
【図５】図４の電池セルで内圧がさらに増加された状態を示す電池モジュールの一部模式図である。
【図６】本発明の他の実施形態による電池モジュールの一部模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明の実施形態による図面を参照して説明するが、これは本発明のより容易な理解のためのものであって、それによって本発明の範疇が限定されるものではない。
【００３７】
図２には本発明の一実施形態による電池モジュールを構成している電池セルの模式図が示されている。
【００３８】
図２を参照すれば、電池セル１０１の電池ケース１２０は樹脂層と金属層とを含むラミネートシートのパウチ型ケースからなり、第１ケース１２１および第２ケース１２２で構成されている。
【００３９】
電池ケース１２０はラミネートシートからなり、最外角をなす外側樹脂層１２０Ａ、物質の貫通を防止する遮断性金属層１２０Ｂ、および密封のための内側樹脂層１２０Ｃで構成されている。
【００４０】
電池ケース１２０は、電極組立体の収納部１２３に電極組立体１３０と電解液が内蔵された状態で電極組立体の収納部１２３の外周面を熱融着して密封した構造からなる。
【００４１】
第１ケース１２１の湾入されている部分に電極組立体の収納部１２３が形成されており、第２ケース１２２は第１ケース１２１の一側端部から延長されている。第２ケース１２２は矢印方向に折り曲げられた状態で第１ケース１２１の収納部１２３を密閉する。
【００４２】
電極組立体１３０は、上下両面が高さより相対的に大きいサイズの六面体構造からなる。
【００４３】
電極組立体の収納部１２３は、電極組立体１３０の内装のために第１ケース１２１の一部が湾入されている構造である。つまり、電極組立体の収納部１２３は電極組立体１３０の高さに対応する深さに湾入されており、電極組立体の収納部１２３の底面と熱融着のための外周面１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄの間に電極組立体の収納部１２３の深さを提供する側面が位置する。
【００４４】
電極組立体の収納部１２３の密封のために収納部１２３の外周部位に沿って熱融着外周部１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄが形成されている。つまり、第１ケース１２１と第２ケース１２２は、電極組立体１３０の収納部１２３の外周部１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄを密封する構造からなる。
【００４５】
電極組立体１３０に結合されている陽極端子および負極端子１４１、１４２は、第１ケース１２１と第２ケース１２２が連結されている部位に対向する第１熱融着外周部１２１ａに位置する。
【００４６】
陽極端子および負極端子１４１、１４２の上下面には絶縁のための絶縁フィルム１５０がそれぞれ付着している。
【００４７】
第１熱融着外周部１２１ａの両側端部に隣接して第２熱融着外周部１２１ｂと第３熱融着外周部１２１ｃがそれぞれ位置し、第２熱融着外周部１２１ｂと第３熱融着外周部１２１ｃは互いに対向して位置する。
【００４８】
図３には、内圧が増加された電池セルの状態および電池セルの膨張を感知するためのプローブを含んでいる電池モジュールの一部模式図が示されている。
【００４９】
図３を参照すれば、電池モジュール１００は、電池セル１０１の内部圧力変化を感知して信号を送信するセンシングプローブ１１０およびセンシングプローブ１１０から信号を受信し電池モジュール１００の安全性確保のための警告信号を生成する制御部１９０を含んで構成されている。
【００５０】
電極組立体の収納部１２３の側面１２３ａは底面を基準として７５度傾いており、センシングプローブ１１０は、電池セル１０１の電極端子（図２の１４１、１４２）が位置する側面１２３ａの外側面１２３ａ’’に接するように設置されている。
【００５１】
電極組立体の収納部１２３の側面１２３ａは、電極組立体１３０と接する内側面１２３ａ’とセンシングプローブ１１０と接する外側面１２３ａ’’の中で、センシングプローブ１１０が電極組立体の収納部１２３の側面１２３ａと向き合う外側面１２３ａ’’に設置されて電池セル１０１の充放電過程で内圧が増加することによって電極組立体の収納部１２３の 外側面１２３ａ’’と接するようになる。
【００５２】
モジュールケース１７０は電池セル１０１を内部に収納しており、その内部にはセンシングプローブ１１０の外形に対応する形状のプローブ装着部１７１が形成されている。
【００５３】
図４には、図３の電池セルで内圧が増加された状態を示す電池モジュールの一部模式図が示されており、図５には、図４の電池セルで内圧がさらに増加された状態を示す電池モジュールの一部模式図が示されている。
【００５４】
図４および図５を参照すれば、センシングプローブ１１０がモジュールケース１７０の内部にセンシングプローブ１１０の外形に対応する形状のプローブ装着部１７１に固定されている。
【００５５】
電極組立体の収納部１２３の内部圧力が増加すれば電極組立体の収納部１２３の側面１２３ａが膨張し、センシングプローブ１１０が電池セル１０１の圧力を検出して制御部１９０に伝送する。
【００５６】
電極組立体の収納部１２３の側面１２３ａが内部圧力が増加して体積が増加する点を除いて、図３の構造と同じであるので重複する説明は省略する。
【００５７】
図６には、本発明の他の実施形態による電池モジュールの一部模式図が示されている。
【００５８】
図６を参照すれば、電池モジュール２００は、モジュールケース２７０内に充放電可能な多数の電池セル２０１、２０２、２０３、２０４、２０５を含んでいる。電池セル２０１、２０２、２０３、２０４、２０５は地面を基準として垂直方向に積層されている。
【００５９】
センシングプローブ２１０、２１１は、電池セル２０１、２０２、２０３、２０４、２０５の厚さにより傾斜が調整されて装着されている。センシングプローブ２１０、２１１が多数の電池セル２０１、２０２、２０３、２０４、２０５のうちの一部の電池セル２０１、２０５の側面に設置されており、それぞれの電池セル２０１、２０２、２０３、２０４、２０５の側面に装着されることもできる。
【００６０】
センシングプローブ２１０、２１１は検出した信号を制御部２９０に伝送し、制御部２９０は内部圧力が臨界圧力値以上である時に警告信号を生成するかどうかを判断する。
【００６１】
センシングプローブ２１０、２１１が多数の電池セル２０１、２０２、２０３、２０４、２０５に設置されている点を除いて、構造が同じであるので重複する説明は省略する。
【００６２】
本発明が属する分野における通常の知識を有する者であれば、前記の内容に基づいて本発明の範疇内で多様な応用および変形を行うことが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
以上で説明したように、本発明による電池セルの膨張を感知するためのプローブを含んでいる電池モジュールは、電池セルの局部的な体積膨張から内部圧力を推定して電池ケースが破断される前に警告信号を伝送して内部圧力が臨界圧力値以上である時に電池モジュールの安全性確保のための警告信号を生成して事故を防止することができる。
【００６４】
したがって、電池モジュールの寿命延長および安全性を向上させることができる効果を提供する。
【符号の説明】
【００６５】
１０  パウチ型２次電池
２０  電池ケース、パウチ型電池ケース
２１  本体、ケース本体
２２  カバー
２３  収納部
２４  上端部
３０  電極組立体、スタック型電極組立体
３１  正極タブ
３２  負極タブ
４０  電極リード
４１  電極リード
５０  絶縁フィルム
１００  電池モジュール
１０１  電池セル
１１０  センシングプローブ
１２０  電池ケース
１２０Ａ  外側樹脂層
１２０Ｂ  遮断性金属層
１２０Ｃ  内側樹脂層
１２１ａ  第１熱融着外周部
１２１ｂ  第２熱融着外周部
１２１ｃ  第３熱融着外周部
１２１  第１ケース
１２３  外側面
１２３  収納部
１２３ａ  側面
１２３ａ’  内側面
１２２ａ’’  第２ケース
１３０  電極組立体
１４１  負極端子
１４２  負極端子
１５０  絶縁フィルム
１７０  モジュールケース
１７１  プローブ装着部
１９０  制御部
２００  電池モジュール
２０１  電池セル
２０２  電池セル
２０３  電池セル
２０４  電池セル
２０５  電池セル
２１０  センシングプローブ
２１１  センシングプローブ
２７０  モジュールケース
２９０  制御部
【図１】
0006442074.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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