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KR20150068845A - 전지 조립체 및 이를 포함하는 하이브리드 자동차 - Google Patents

전지 조립체 및 이를 포함하는 하이브리드 자동차 Download PDF

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KR20150068845A
KR20150068845A KR1020130154972A KR20130154972A KR20150068845A KR 20150068845 A KR20150068845 A KR 20150068845A KR 1020130154972 A KR1020130154972 A KR 1020130154972A KR 20130154972 A KR20130154972 A KR 20130154972A KR 20150068845 A KR20150068845 A KR 20150068845A
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KR
South Korea
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battery
relay
protection switch
turned
battery assembly
Prior art date
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Ceased
Application number
KR1020130154972A
Other languages
English (en)
Inventor
전윤철
서정훈
이용진
임해규
박진호
최준석
방준호
Original Assignee
현대자동차주식회사
기아자동차주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대자동차주식회사, 기아자동차주식회사 filed Critical 현대자동차주식회사
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Priority to US14/468,754 priority patent/US9694708B2/en
Priority to CN201410483116.5A priority patent/CN104716290B/zh
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Abstract

전지 조립체는 복수의 셀을 포함하는 전지, 상기 전지에 마주보는 방향으로 위치하는 보호 스위치, 상기 보호 스위치의 스위칭 동작에 의해 온 또는 오프 되는 릴레이, 및 상기 릴레이와 상기 전지 사이에 연결되어 있는 PRA(power relay assembly)를 포함한다. 상기 전지의 과충전에 의해 스웰링이 발생할 때, 상기 보호 스위치가 턴 온 되어 상기 릴레이가 턴 오프 된다.

Description

전지 조립체 및 이를 포함하는 하이브리드 자동차{BATTERY ASSEMBLY AND HYBRID VEHICLE COMPRSING THE SAME}
실시 예는 전지 조립체에 관한 것이다. 구체적으로 하이브리드 자동차에 장착되는 전지 조립체에 관한 것이다.
배터리 셀이 용량 이상의 과충전될 때, 배터리 셀 내부에는 온도 상승과 함께 양극과 음극 사이에 위치한 분리막(separator)의 기공이 폐쇄되어 배터리 셀이 부풀어 오르는 스웰링 (swelling)이 발생한다. 셀 내부 온도가 상승하여 열 폭주(thermal runaway) 현상으로 이어지고, 이러한 전지를 탑재한 자동차의 안전상 문제가 발생할 수 있다.
특히, 모터로부터 배터리 용량 이상의 회생 제동이 입력될 경우 배터리의 과충전을 방지할 수 있어야 한다. 과충전으로 인해 셀 스웰링이 발생할 때 리드탭을 파단하는 방식으로 과충전을 차단할 수 있다. 그러나, 배터리 셀이 고용량화 되면서 전류가 흐르는 셀 리드탭의 두께가 두꺼워짐에 따라 셀 스웰링시 발생하는 하중을 이용한 셀 리드 탭 파단이 용이하지 않은 문제점이 있다.
셀 리드 탭 파단이 원활하지 않을 경우 셀 내부의 화학적 반응으로 인해 열폭주 현상이 발생한다.
과충전으로 인한 열폭주 현상을 방지할 수 있는 전지 조립체 및 하이브리드 자동차를 제공하고자 한다.
실시 예에 따른 전지 조립체는, 복수의 셀을 포함하는 전지, 상기 전지에 마주보는 방향으로 위치하는 보호 스위치, 상기 보호 스위치의 스위칭 동작에 의해 온 또는 오프 되는 릴레이, 및 상기 릴레이와 상기 전지 사이에 연결되어 있는 PRA(power relay assembly)를 포함한다.
상기 전지의 과충전에 의해 스웰링이 발생할 때, 상기 보호 스위치가 턴 온 되어 상기 릴레이가 턴 오프된다.
상기 보호 스위치의 일단은 입/출력 단자에 연결되어 있고, 상기 릴레이는 상기 PRA와 상기 입/출력 단자 사이에 연결되어 있다.
상기 보호 스위치의 타단은 상기 릴레이의 인덕터의 일단에 연결되어 있고, 상기 인덕터의 타단은 그라운드에 연결되어 있으며, 상기 보호 스위치의 턴 온에 의해 상기 인덕터에 전류가 흐를 때 상기 릴레이가 턴 오프 된다.
실시 예에 따른 하이브리드 자동차는, 동력을 공급하는 모터, 및 상기 모터에 연결되어 있는 전지 조립체를 포함하고, 상기 전지 조립체는, 복수의 셀을 포함하는 전지, 상기 전지에 마주보는 방향으로 위치하는 보호 스위치, 상기 보호 스위치의 스위칭 동작에 의해 온 또는 오프 되는 릴레이, 및 상기 릴레이와 상기 전지 사이에 연결되어 있는 PRA(power relay assembly)를 포함한다.
상기 전지의 과충전에 의해 스웰링이 발생할 때, 상기 보호 스위치가 턴 온 되어 상기 릴레이가 턴 오프된다.
상기 회생 제동에 의해 상기 모터로부터 상기 전지 조립체로 전력이 공급되어 상기 전지 조립체가 충전된다.
상기 보호 스위치의 일단은 상기 모터에 연결되어 있고, 상기 릴레이는 상기 PRA와 상기 모터 사이에 연결되어 있다.
상기 보호 스위치의 타단은 상기 릴레이의 인덕터의 일단에 연결되어 있고, 상기 인덕터의 타단은 상기 전지 조립체의 그라운드에 연결되어 있다. 상기 보호 스위치의 턴 온에 의해 상기 인덕터에 전류가 흐를 때 상기 릴레이가 턴 오프 된다.
과충전으로 인한 열폭주 현상을 방지할 수 있는 전지 조립체 및 하이브리드 자동차를 제공한다.
도 1은 실시 예에 따른 전지 조립체를 나타낸 도면이다.
도 2는 과충전으로 인한 스웰링이 발생한 전지를 나타낸 도면이다.
도 3은 전지 조립체의 구조를 간단히 나타낸 도면이다.
도 4는 실시 예에 따른 전지 조립체가 적용된 하이브리드 자동차를 나타낸 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 도면을 참조하여 실시 예를 설명한다.
도 1은 실시 예에 따른 전지 조립체를 나타낸 도면이다.
전지 조립체(1)는 보호 스위치(10), 릴레이(20), PRA(power relay assembly)(30), 및 전지(40)를 포함한다.
전지(40)는 직렬 연결된 복수의 셀(C1-Cn)을 포함한다.
전지 조립체(1)의 입/출력 단자(I/O)는 보호 스위치(10) 및 릴레이(20) 각각에 연결되어 있다.
보호 스위치(10)는 전지(40)를 마주보게 배치되어 있고, 전지(40)의 스웰링이 발생할 경우 턴 온 될 수 있도록 형성되어 있다. 예를 들어, 과충전으로 발생할 수 있는 스웰링의 형상 및 정도에 따라 보호 스위치(10)와 전지(40) 사이의 거리 및 위치가 결정될 수 있다. 구체적으로, 스웰링에 의한 전지(40)의 부피 증가가 소정의 임계치에 도달할 때 보호 스위치(10)가 전지(40)에 의해 눌러져 턴 온 되도록 설계될 수 있다.
보호 스위치(10)의 일단은 입/출력 단자(I/O)에 연결되어 있고, 타단은 릴레이(20)를 구성하는 인덕터(L)의 일단에 연결되어 있다.
릴레이(20)는 인덕터(L)에 전류가 흐를 때 턴 오프 되고, 인덕턱(L)에 전류가 흐르지 않을 때 턴 온 상태이다. 렐리이(20)의 일단(T1)은 입/출력 단자(I/O)에 연결되어 있고 타단(T2)은 PRA(30)에 연결되어 있다. 인덕터(L)의 타단은 그라운드에 연결되어 있다. 즉, 릴레이(20)는 보호 스위치(10)의 스위칭 동작에 의해 온 또는 오프 된다.
PRA(30)는 복수의 릴레이의 조립체로서, 충전 릴레이, 및 메인 컨택트 릴레이등을 포함할 수 있다. 충전 릴레이가 턴 온 되면 자동차의 알터네이터로부터 공급되는 전류가 전지(40)에 공급될 수 있다. 메인 컨택트 릴레이가 턴 온 되면, 자동차에 전력을 공급하기 위한 인버터 또는 컨버터와 같은 전력 공급 장치(도시하지 않음)에 전지(40)가 연결될 수 있다. 그러면, 전지(40)로부터 전력 공급 장치에 전력이 공급된다.
전지(40)는 PRA(30)를 통해서 외부로부터 전류를 공급받아 충전되거나, PRA(30)를 통해 외부로 전력을 공급할 수 있다. 도 1에 도시하지 않았으나, PRA(30)의 동작은 전지 관리 시스템에 의해 제어될 수 있다. 그러나, 실시 예가 이에 한정되는 것은 아니고, 도 1에 도시하지 않았으나, PRA(30)를 통하지 않은 전력의 입력 및 출력이 있을 수 있다.
보호 스위치(10)가 전지(40)의 스웰링에 의해 턴 온 되면, 인덕터(L)에 전류가 흐르고, 릴레이(20)가 턴 오프 된다. 그러면, PRA(30)는 개방(open) 상태가 된다. 또한, 입/출력 단자(I/O)는 보호 스위치(10)을 통해 그라운드에 연결된다.
따라서, 실시 예에 따른 전지 조립체(10)는 회생 제동에 의한 충전 전류가 유입되어도 전지(40)는 충전되지 않는다.
정상 상태(전지의 스웰링과 같은 이상이 없는 상태)에서는 릴레이(20)가 온 상태이고, 보호 스위치(10)가 오프 상태이므로, PRA(30)의 동작에 따라 전지(40)가 동작할 수 있다. 예를 들어, 충전 중이라면, 릴레이(20) 및 PRA(30)를 통해 공급되는 전류에 의해 전지(40)가 충전된다.
도 2는 과충전으로 인한 스웰링이 발생한 전지를 나타낸 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 과충전으로 인한 스웰링이 발생하여 전지(40')에 의해 보호 스위치(10)가 턴 온 된다. 그러면, 릴레이(20)가 턴 오프 되고, PRA(30)는 개방되어 전지(40)로부터 공급되는 전류가 차단된다. 그리고 입/출력 단자(I/O)는 그라운드에 연결된다.
도 3은 전지 조립체의 구조를 간단히 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 전지(40)의 엔드플레이트(endplate)(41)에 보호 스위치(10)이 장착되어 있다. 그러면 전지(40)의 스웰링이 발생하면, 스웰링 하중에 의해 엔드플레이트(41)에 장착된 보호 스위치(10)가 턴 온 된다.
도 1에서는 보호 스위치(10)가 셀의 양극을 마주보는 방향으로 위치하고 있으나, 이는 일 예이다. 과충전에 의한 전지의 스웰링이 발생하는 방향을 고려하여 보호 스위치(10)의 위치를 설정할 수 있다.
도 4는 실시 예에 따른 전지 조립체가 적용된 하이브리드 자동차를 나타낸 도면이다.
하이브리드 자동차(100)은 전지 조립체(1), 모터(2), 엔진(3), 엔진 클러치(4), 및 변속기(5)를 포함한다.
전지 조립체(1)는 모터(2)에 연결되어 있어, 모터(2)로 전력을 공급할 수 있다. 모터(2)로부터 발생하는 회생 전력을 통해 전지 조립체(1)가 충전될 수 있다. 도 1에 도시된 입/출력 단자(I/O)는 모터(2)에 연결될 수 있다.
또한, 전지 조립체(1)에 과충전에 의한 스웰링이 발생하면, 전지 조립체(1)의 보호 스위치(10)에 의해 충전이 차단된다.
변속기(5)와 모터(2) 사이에는 동력을 전달하는 축(25)이 기계적으로 연결되어 모터(2)로부터 출력되는 동력은 변속기(5)로 전달된다. 엔진(3)으로부터 출력되는 동력은 엔진 클러치(4)를 통해 변속기(5)로 전달된다.
변속기(5)는 축(101)에 연결되어 있고, 축(101)으로 전달받은 동력을 전달하고, 축(101)은 자동차의 바뀌에 연결되어 있다.
지금까지 실시 예에 따른 전지 조립체 및 하이브리드 자동차를 설명하였다. 도 1 내지 4를 참조로 설명한 실시 예를 통해 전지의 스웰링을 감지하여 충전을 차단할 수 있는 전지 조립체 및 하이브리드 자동차를 제공할 수 있다.
종래, 과충전으로 인해 셀 스웰링이 발생할 때 양 전극 탭이 파단되는 구조에서는, 특정 온도 이하에서 전극 탭을 파단시킬 수 있는 충분한 가스 압력이 발생하지 않는 문제점이 있다. 온도가 낮은 경우 가스 압력이 충분하지 않을 뿐만 아니라 특정 온도 이상에서 가스 압력이 발생하더라도, 이미 셀 내부에서는 고온에 의해 분리막이 녹아 전극간 단락이 발생한다. 그러면, 열 폭주 현상으로 이어져 안전상 문제가 발생해 왔다.
실시 예에서는 전극 탭을 파단시킬 수 있는 정도의 가스 압력이 아니라, 보호 스위치를 턴 온 시킬 수 있을 만한 부피 팽창이 있으면 된다. 따라서 실시 예를 통해 종래 저온에서 발생하던 전극 탭 파단 실패 문제가 해결될 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100 : 하이브리드 자동차
1 : 전지 조립체
2 : 모터
3 : 엔진
4 : 엔진 클러치
5 : 변속기
10 : 보호 스위치
20 : 릴레이
30 : PRA(power relay assembly
40 : 전지
C1-Cn : 복수의 셀

Claims (7)

  1. 복수의 셀을 포함하는 전지,
    상기 전지에 마주보는 방향으로 위치하는 보호 스위치,
    상기 보호 스위치의 스위칭 동작에 의해 온 또는 오프 되는 릴레이, 및
    상기 릴레이와 상기 전지 사이에 연결되어 있는 PRA(power relay assembly)를 포함하고,
    상기 전지의 과충전에 의해 스웰링이 발생할 때, 상기 보호 스위치가 턴 온 되어 상기 릴레이가 턴 오프되는 전지 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보호 스위치의 일단은 입/출력 단자에 연결되어 있고, 상기 릴레이는 상기 PRA와 상기 입/출력 단자 사이에 연결되어 있는 전지 조립체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 보호 스위치의 타단은 상기 릴레이의 인덕터의 일단에 연결되어 있고, 상기 인덕터의 타단은 그라운드에 연결되어 있으며,
    상기 보호 스위치의 턴 온에 의해 상기 인덕터에 전류가 흐를 때 상기 릴레이가 턴 오프 되는 전지 조립체.
  4. 동력을 공급하는 모터, 및
    상기 모터에 연결되어 있는 전지 조립체를 포함하고,
    상기 전지 조립체는,
    복수의 셀을 포함하는 전지,
    상기 전지에 마주보는 방향으로 위치하는 보호 스위치,
    상기 보호 스위치의 스위칭 동작에 의해 온 또는 오프 되는 릴레이, 및
    상기 릴레이와 상기 전지 사이에 연결되어 있는 PRA(power relay assembly)를 포함하고, 상기 전지의 과충전에 의해 스웰링이 발생할 때, 상기 보호 스위치가 턴 온 되어 상기 릴레이가 턴 오프되는 하이브리드 자동차.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 회생 제동에 의해 상기 모터로부터 상기 전지 조립체로 전력이 공급되어 상기 전지 조립체가 충전되는 하이브리드 자동차.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 보호 스위치의 일단은 상기 모터에 연결되어 있고, 상기 릴레이는 상기 PRA와 상기 모터 사이에 연결되어 있는 하이브리드 자동차.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 보호 스위치의 타단은 상기 릴레이의 인덕터의 일단에 연결되어 있고, 상기 인덕터의 타단은 상기 전지 조립체의 그라운드에 연결되어 있으며,
    상기 보호 스위치의 턴 온에 의해 상기 인덕터에 전류가 흐를 때 상기 릴레이가 턴 오프 되는 하이브리드 자동차.
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