KR20240059781A - Battery device and control method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예에 따른 배터리 장치는, 제1 공칭 전압을 갖는 다수의 제1 적층체와 제2 공칭 전압을 갖는 다수의 제2 적층체를 포함하는 다수의 셀 적층체, 상기 다수의 셀 적층체를 내부에 수용하는 케이스, 및 상기 다수의 셀 적층체들을 서로 전기적으로 연결하는 다수의 연결 부재를 포함하고, 각각의 상기 제2 적층체는 적어도 한 면이 상기 다수의 제1 적층체 중 어느 하나와 대면하도록 배치될 수 있다. A battery device according to an embodiment of the present invention includes a plurality of cell stacks including a plurality of first stacks having a first nominal voltage and a plurality of second stacks having a second nominal voltage, the plurality of cell stacks It includes a case for accommodating a sieve therein, and a plurality of connection members for electrically connecting the plurality of cell stacks to each other, wherein each of the second stacks has at least one side of one of the plurality of first stacks. It can be positioned to face one.
Description
본 발명은 안정성이 높은 배터리 장치 및 그 제어 방법에 대한 것이다.The present invention relates to a highly stable battery device and its control method.
최근, 고에너지 밀도의 비수전해액을 이용한 고출력 배터리 장치가 개발되고 있다. 이러한 고출력 배터리 장치는 고전력을 필요로 하는 기기, 예를 들어 전기 자동차 등의 모터 구동에 사용될 수 있도록 복수의 배터리 셀이나 장치를 직렬 또는 병렬로 연결하여 대용량으로 구현되고 있다.Recently, high-output battery devices using non-aqueous electrolytes with high energy density are being developed. These high-output battery devices are implemented with high capacity by connecting a plurality of battery cells or devices in series or parallel so that they can be used to drive motors in devices that require high power, such as electric vehicles.
한편, 높은 출력과 주행거리를 요하는 전기 자동차 시장에서는 High-Nickel 양극재를 이용하는 배터리 장치를 제조하고 있으나, High-Nickel 양극재의 경우 열폭주가 발행할 수 있어 이에 따른 안정성 문제가 대두되고 있다.Meanwhile, in the electric vehicle market that requires high output and driving range, battery devices using high-nickel anode materials are being manufactured. However, in the case of high-nickel anode materials, thermal runaway can occur, leading to safety issues.
본 발명의 목적은 열 폭주 시 열 전파 시간을 늦출 수 있는 배터리 장치 및 그 제어 방법을 제공하는 데에 있다.The purpose of the present invention is to provide a battery device and a control method thereof that can slow down the heat propagation time during thermal runaway.
본 발명의 실시예에 따른 배터리 장치는, 제1 공칭 전압을 갖는 다수의 제1 적층체와 제2 공칭 전압을 갖는 다수의 제2 적층체를 포함하는 다수의 셀 적층체, 상기 다수의 셀 적층체를 내부에 수용하는 케이스, 및 상기 다수의 셀 적층체들을 서로 전기적으로 연결하는 다수의 연결 부재를 포함하고, 각각의 상기 제2 적층체는 적어도 한 면이 상기 다수의 제1 적층체 중 어느 하나와 대면하도록 배치될 수 있다. A battery device according to an embodiment of the present invention includes a plurality of cell stacks including a plurality of first stacks having a first nominal voltage and a plurality of second stacks having a second nominal voltage, the plurality of cell stacks It includes a case for accommodating a sieve therein, and a plurality of connection members for electrically connecting the plurality of cell stacks to each other, wherein each of the second stacks has at least one side of one of the plurality of first stacks. It can be positioned to face one.
본 실시예에 있어서, 상기 다수의 제1 적층체와 상기 다수의 제2 적층체는 서로 번갈아 배치될 수 있다. In this embodiment, the first plurality of laminates and the plurality of second laminates may be arranged alternately.
본 실시예에 있어서 상기 연결 부재는, 상기 다수의 제1 적층체를 상호 연결하는 제1 연결 부재 및 상기 다수의 제2 적층체를 상호 연결하는 제2 연결 부재를 포함할 수 있다.In this embodiment, the connecting member may include a first connecting member connecting the plurality of first laminates to each other and a second connecting member connecting the plurality of second laminates to each other.
본 실시예에 있어서 각각의 상기 제1 적층체는, 다수의 LFP 배터리 셀을 적층하여 형성할 수 있다. In this embodiment, each of the first laminates can be formed by stacking a plurality of LFP battery cells.
본 실시예에 있어서, 상기 제1 공칭 전압은 상기 제2 공칭 전압보다 낮은 전압일 수 있다.In this embodiment, the first nominal voltage may be lower than the second nominal voltage.
본 실시예에 있어서, 상기 제1 공칭 전압은 3.2V이고, 상기 제2 공칭 전압은 3.6V일 수 있다.In this embodiment, the first nominal voltage may be 3.2V and the second nominal voltage may be 3.6V.
본 실시예에 있어서 각각의 상기 제2 적층체는, 다수의 3원계 배터리 셀을 적층하여 형성할 수 있다.In this embodiment, each of the second laminates can be formed by stacking a plurality of ternary battery cells.
본 실시예에 있어서, 상기 제1 적층체와 상기 제2 적층체의 온도를 기반으로 상기 제1 적층체와 상기 제2 적층체를 선택적으로 운용하는 제어부를 더 포함할 수 있다.In this embodiment, a control unit that selectively operates the first and second laminates based on the temperatures of the first and second laminates may be further included.
본 실시예에 있어서, 다수의 상기 제1 적층체와 다수의 상기 제2 적층체 사이에 배치되는 격벽을 더 포함할 수 있다. In this embodiment, a partition wall disposed between the plurality of first laminates and the plurality of second laminates may be further included.
본 실시예에 있어서, 상기 제2 적층체는 상기 제1 적층체보다 낮은 온도에서 발화할 수 있다.In this embodiment, the second laminate may ignite at a lower temperature than the first laminate.
본 실시예에 있어서, 상기 다수의 제1 적층체와 상기 다수의 제2 적층체는 각각 제1 방향을 따라 적어도 2개가 연속적으로 배치되고, 제2 방향을 따라 번갈아 배치될 수 있다. In this embodiment, at least two of the first plurality of laminates and the plurality of second laminates may each be arranged sequentially along a first direction, and may be alternately arranged along a second direction.
또한 본 발명의 실시예에 따른 배터리 장치 제어 방법은, 상기 제1 적층체와 상기 제2 적층체를 함께 운용하는 단계, 상기 제1 적층체와 상기 제2 적층체 중 어느 하나의 온도가 정상 범위를 벗어나면 다른 하나만 운용하는 단계, 및 상기 제1 적층체와 상기 제2 적층체의 온도가 모두 정상 범위를 벗어나면 배터리 장치의 운용을 중단하는 단계를 포함할 수 있다. In addition, the battery device control method according to an embodiment of the present invention includes operating the first stack and the second stack together, and the temperature of any one of the first stack and the second stack is within a normal range. It may include a step of operating only the other battery device when the temperature exceeds the normal range, and a step of stopping operation of the battery device when the temperatures of both the first stack and the second stack are outside the normal range.
본 실시예에 있어서, 상기 제1, 제2 적층체를 함께 운용하는 단계 이전에, 상기 제1 적층체의 온도가 임계 온도 미만이면, 상기 제2 적층체만 운용하며 상기 제1 적층체를 예열하는 단계를 더 포함할 수 있다. In this embodiment, before operating the first and second laminates together, if the temperature of the first laminate is below the critical temperature, only the second laminate is operated and the first laminate is preheated. Additional steps may be included.
본 발명의 실시예에 따르면, 어느 하나의 셀 적층체에서 폭발이나 화염이 발생하는 경우, 다른 셀 적층체로 폭발이 확산되는 것을 최대한 억제할 수 있다. 따라서 전기 자동차 등에서 열폭주 발생 시 운전자나 승객이 대피할 수 있는 시간을 확보할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, when an explosion or flame occurs in one cell stack, the spread of the explosion to other cell stacks can be suppressed as much as possible. Therefore, in the event of thermal runaway in an electric vehicle, etc., time can be secured for the driver or passengers to evacuate.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 장치를 개략적으로 나타내는 분해 사시도.
도 2는 도 1의 평면도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 장치의 평면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제어 방법을 개략적으로 도시한 순서도. 1 is an exploded perspective view schematically showing a battery device according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a plan view of Figure 1.
Figure 3 is a plan view of a battery device according to another embodiment of the present invention.
4 is a flowchart schematically showing a control method according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. In the accompanying drawings, some components are exaggerated, omitted, or schematically shown, and the size of each component does not entirely reflect the actual size.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 장치를 개략적으로 나타내는 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 평면도로, 상부 플레이트를 생략하고 도시하였다. FIG. 1 is an exploded perspective view schematically showing a battery device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a plan view of FIG. 1 with the upper plate omitted.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 장치(1)는 케이스(50) 내에 복수의 셀 적층체(10)가 수용되며, 격벽(60), 연결 부재(80), 및 제어부(90)를 포함할 수 있다. Referring to Figures 1 and 2, the
케이스(50)는 다른 구성 요소들을 내부에 수용하는 수용 공간을 제공할 수 있다. 따라서 케이스(50)는 셀 적층체들(10) 전체를 감싸는 형태로 마련될 수 있으며, 복수의 셀 적층체들(10)은 케이스(50)의 수용 공간 내에서 다수의 열을 형성하며 나란하게 배치될 수 있다.
케이스(50)는 강성을 확보하기 위해 금속 재질로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 방열 효과를 높이기 위해 케이스(50)는 적어도 일부가 알루미늄으로 형성될 수 있다.The
케이스(50)는 내부 공간을 형성하는 측벽부(51)와, 상기 내부 공간의 하부를 커버하는 하부 플레이트(미도시), 상기 내부 공간의 상부를 커버하는 상부 플레이트(53)를 포함할 수 있다. The
측벽부(51)는 케이스(50)의 외측면을 형성하며 내부 공간을 규정할 수 있다. 이에 셀 적층체들(10)은 측벽부(51)에 의해 규정되는 내부 공간 내에 수용되어 하부 플레이트(52) 상에 안착될 수 있다. The
하부 플레이트는 셀 적층체들(10)의 하부면을 지지하며, 이와 동시에 셀 적층체들(10)을 냉각할 수 있다. 셀 적층체들(10)을 효과적으로 냉각시키기 위해, 하부 플레이트(52)의 내부에는 냉각 유로가 배치될 수 있다. 따라서 셀 적층체들(10)은 하부 플레이트(52)에 형성된 냉각 유로를 흐르는 냉매에 의해 열이 제거될 수 있다. The lower plate supports the lower surface of the
케이스(50)에는 측벽부(51)가 형성하는 내부 공간을 가로지르며 배치되어 상기 내부 공간을 다수의 수용 공간으로 구획하는 격벽(60)이 구비될 수 있다. 따라서 격벽(60)은 적어도 일부가 상기 측벽부(51)에 체결될 수 있다. The
격벽(60)은 케이스(50)에 결합되어 케이스(50)의 전체적인 강성을 보강할 수 있다. 또한 셀 적층체들(10) 사이에 배치되어 셀 적층체들(10) 간에 가스나 화염이 전파되는 것을 억제할 수 있다. The
본 실시예에서 격벽(60)은 나란하게 배치되는 2개의 셀 적층체들(10) 사이에 각 배치될 수 있다. 격벽(60)은 양 단이 케이스(50)의 측벽부(51)에 체결되거나, 다른 격벽(60)에 체결되어 측벽부(51)가 형성하는 내부 공간을 다수의 수용 공간을 구획할 수 있다. 이에 다수의 셀 적층체(10)는 측벽부(51)와 격벽(60)에 의해 구획되는 다수의 수용 공간에 각각 분산 배치될 수 있다. In this embodiment, the
격벽(60)은 케이스(50)에 용접되거나, 볼트, 나사 등의 체결 수단을 통해 케이스(50)에 고정 체결될 수 있다.The
연결 부재(80)는 도전성 재질로 형성되어 어느 하나의 셀 적층체(10)와, 이웃하는 다른 셀 적층체(10)의 단자들을 서로 전기적으로 연결할 수 있다. 이를 위해 연결 부재(80)는 버스바(bus-bar)나 케이블을 포함할 수 있다. 연결 부재(80)는 볼트와 같은 체결 부재(P)를 통해 양 단부가 셀 적층체들(10)의 단자에 각각 체결될 수 있다.The
본 실시예의 셀 적층체들(10)은 연결 부재(80)를 통해 상호 간에 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다. 또한 필요에 따라 셀 적층체들(10)의 일부는 직렬로 연결되고, 일부는 병렬로 연결될 수도 있다.The cell stacks 10 of this embodiment may be connected to each other in series or parallel through the
본 실시예에 따른 연결 부재(80)는 납작한 막대 형상의 도전성 부재를 가공하여 형성할 수 있다. 또한 연결 부재(80)는 유연성을 갖는 재질로 형성될 수 있다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다. The connecting
셀 적층체(10)는 충전 및 방전이 가능한 이차전지 배터리 셀을 포함할 수 있다. 각 셀 적층체(10)는 다수의 배터리 셀이 두께 방향으로 적층되어 육면체 형상으로 형성될 수 있으며, 별도의 모듈 케이스에 내에 수용되거나 브래킷 등에 의해 적층된 상태가 고정될 수 있다.The
셀 적층체(10)는 일 측면에 적어도 하나의 단자가 마련될 수 있다. 단자는 배터리 셀들을 외부와 전기적인 연결하기 위해 셀 적층체(10)에 마련된 도전성 부재일 수 있다. 단자는 양극 단자(+)와 음극 단자(-)를 포함할 수 있으며, 각각의 셀 적층체(10)는 단자에 체결되는 연결 부재(80)를 통해 상호 간에 전기적으로 연결될 수 있다. The
셀 적층체(10)는 다수 개가 구비될 수 있으며, 각각의 셀 적층체(10)는 내부에 적어도 하나의 배터리 셀이 구비될 수 있다. There may be a plurality of cell stacks 10, and each
본 실시예에서 셀 적층체(10)는 제1 적층체(S1)와 제2 적층체(S2)를 포함할 수 있다. In this embodiment, the
제1 적층체(S1)와 제2 적층체(S2)는 공칭 전압이 서로 다를 수 있다. The first stack (S1) and the second stack (S2) may have different nominal voltages.
예를 들어 제1 적층체(S1)는 제1 공칭 전압을 가질 수 있고 제2 적층체(S2)는 제2 공칭 전압을 가질 수 있으며, 제1 공칭 전압과 제3 공칭 전압은 상이할 수 있다 For example, the first stack (S1) may have a first nominal voltage and the second stack (S2) may have a second nominal voltage, and the first and third nominal voltages may be different.
제1 공칭 전압은 2.0V ~ 3.7V일 수 있으며, 이를 위해 제1 적층체(S1)는 리튬인산철을 구비하는 LFP 배터리 셀을 적층하여 형성할 수 있다. LFP 배터리는 양극재로 리튬 인산철(Li-FePO4)을 사용하는 배터리를 의미하며, 가격이 상대적으로 저렴하고 수명이 길며 350℃ 이상의 고온에서도 쉽게 폭발하지 않아 안정성이 뛰어나다. 반면, 에너지 밀도가 낮아 주행거리가 짧고, 순간 출력이 약하며 무게가 무겁다는 단점이 있다.The first nominal voltage may be 2.0V to 3.7V, and for this purpose, the first stack (S1) can be formed by stacking LFP battery cells including lithium iron phosphate. LFP batteries refer to batteries that use lithium iron phosphate (Li-FePO 4 ) as the anode material. They are relatively inexpensive, have a long lifespan, and do not easily explode even at high temperatures above 350°C, so they have excellent stability. On the other hand, it has the disadvantages of low energy density, short driving distance, low instantaneous output, and heavy weight.
제2 공칭 전압은 2.5V ~ 4.3V 일 수 있으며, 이를 위해 제2 적층체(S2)는 3원계 배터리 셀을 적층하여 형성할 수 있다. 예를 들어 NCM(니켈, 코발트, 망간) 배터리 셀, NCA(니켈, 코발트, 알루미늄) 배터리 셀과 같이 니켈(Ni) 함량이 60% 이상인 양극재를 적용한 배터리 셀을 포함할 수 있다. 3원계 배터리 셀은 에너지 밀도가 높아 주행거리가 길고 배터리를 충전하는 데 걸리는 시간이 짧은 반면, LFP 배터리보다 가격이 비싸고, LFP 배터리보다 낮은 온도에서 발화하므로 열폭주 가능성이 상대적으로 높다는 단점이 있다. The second nominal voltage may be 2.5V to 4.3V, and for this purpose, the second stack (S2) may be formed by stacking ternary battery cells. For example, it may include battery cells using cathode materials with a nickel (Ni) content of 60% or more, such as NCM (nickel, cobalt, manganese) battery cells and NCA (nickel, cobalt, aluminum) battery cells. Ternary battery cells have high energy density, so they have a long driving distance and a short time to charge the battery, but they have the disadvantage of being more expensive than LFP batteries and igniting at a lower temperature than LFP batteries, so the possibility of thermal runaway is relatively high.
본 실시예의 배터리 장치(1)는 열폭주에 대한 안성성이 상대적으로 큰 제1 적층체(S1)가 제2 적층체(S2)의 주변에 배치될 수 있다. 구체적으로, 어느 하나의 제1 적층체(S1)는 적어도 하나의 제2 적층체(S2)와 인접하게 배치되고, 제2 적층체(S2)는 적어도 한 면이 어느 하나의 제1 적층체(S1)와 대면하도록 배치될 수 있다. 따라서 어느 하나의 제2 적층체(S2)는 제1 적층체들(S1)이나 측벽부(51)와 대면할 수 있으나, 다른 제2 적층체(S2)와는 직접 대면하지 않도록 배치될 수 있다. 도 2를 참조하면 본 실시예의 배터리 장치(1)는 케이스(50) 내에서 제1 적층체(S1)와 제2 적층체(S2)가 서로 번갈아 배치된다. In the
한편 본 실시예에의 배터리 장치(1)는 제1 적층체들(S1)끼리 서로 전기적으로 연결되고, 제2 적층체들(S2)끼리 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 이를 위해, 전술한 연결 부재(80)는 제1 적층체들(S1)을 상호 연결하는 제1 연결 부재들(80a), 그리고 제2 적층체들(S2)을 상호 연결하는 제2 연결 부재들(80b)을 포함할 수 있다. Meanwhile, in the
또한, 상황에 따라 선택적으로 전기 에너지를 외부에 공급하는 제어부(90)를 포함할 수 있다. 제어부(90)는 제1 연결 부재들(80a), 제2 연결 부재들(80b)과 각각 연결되며, 제1 연결 부재들(80a)이나 제2 연결 부재들(80b)을 통해 공급되는 전력을 외부(예를 들어 전기 자동차의 모터 등)로 선택적으로 공급할 수 있다. 이를 위해 제어부는 스위치를 포함할 수 있다. Additionally, it may include a
제어부(90)는 저출력 구간이나 일반 출력 구간에서 제1 적층체(S1)로부터 공급되는 전력을 외부로 공급하고, 고출력 구단에서는 제2 적층체(S2)로부터 공급되는 전력을 외부로 공급할 수 있다. 여기서 저출력 구간이나 일반 출력 구간은 전기 자동차에서 정속 주행 구간이나 내리막길 구간을 포함할 수 있다. 또한 고출력 구간은 가속 구간이나 오르막길 구간을 포함할 수 있다. The
또한 본 실시예의 제어부(90)는 제1 적층체(S1)와 제2 적층체(S2)의 온도를 기반으로 제1 적층체(S1)와 제2 적층체(S2)를 선택적으로 운용할 수 있다. Additionally, the
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제어 방법을 개략적으로 도시한 순서도이다. Figure 4 is a flowchart schematically showing a control method according to an embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 본 실시예의 제어부(90)는 배터리 장치(1)의 작동이 시작되면 제1 적층체(S1)의 온도(T1)를 확인할 수 있다(P2). 이 과정에서 제1 적층체(S1)의 온도(T1)가 임계 온도인 10℃ 미만으로 확인되면, 제어부(90)는 제2 적층체(S2)만 운용하여 외부로 전력을 공급하고, 제1 적층체(S1)는 예열할 수 있다(P3). Referring to FIG. 4 , the
제1 적층체(S1)를 구성하는 LFP 배터리 셀은 저온에서 거동성이 좋지 않다는 단점이 있다. 그러나 본 실시예의 배터리 장치(1)는 제1 적층체(S1)가 제2 적층체(S2)와 인접하게 배치되므로, 제2 적층체(S2)를 우선적으로 이용하고, 이 과정에서 제2 적층체(S2)에서 발생되는 열을 이용하여 제1 적층체(S1)를 예열할 수 있다. 예를 들어 냉각 유로에 흐르는 냉매는 제2 적층체(S2)로부터 열 에너지를 흡수하고, 흡수된 냉매의 열 에너지는 제1 적층체(S1)로 공급되어 제1 적층체(S1)의 온도를 높일 수 있다. 그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 적층체(S1)에 열 에너지를 공급할 수만 있다면 다양한 방법이 이용될 수 있다. 예를 들어, 제2 적층체(S2)로부터 공급되는 전력을 이용하여 예열용 발열체를 발열시키고, 상기 예열용 발열체를 이용하여 제1 적층체(S1)를 예열할 수 있다. 이 경우 제1 적층체(S1)의 적어도 한 면에는 예열용 발열체가 결합될 수 있다. 또한, 격벽(60)을 제거하거나 격벽(60)의 높이를 낮춰 제1 적층체(S1)와 제2 적층체(S2)의 적어도 일부가 서로 직접 마주보도록 배터리 장치를 구성하는 경우, 제2 적층체(S2)의 열 에너지를 직접적으로 제1 적층체(S1)에 전달하여 제1 적층체(S1)를 예열할 수 있다. 더하여 격벽(60)을 열전도성이 높은 재질로 형성하는 경우, 격벽(60)을 매개로 제2 적층체(S2)의 열 에너지를 간접적으로 제1 적층체(S1)에 전달하여 제1 적층체(S1)의 온도를 높일 수 있다.The LFP battery cell constituting the first stack (S1) has the disadvantage of poor mobility at low temperatures. However, in the
상기한 열 에너지를 통해 제1 적층체(S1)의 온도(T1)가 10℃ 이상으로 상승하면, 제어부(90)는 제1 적층체(S1)와 제2 적층체(S2)를 모두 운용하여 외부로 전력을 공급할 수 있다(P4). 이 과정에서 제어부(90)는 제1, 제2 적층체(S1, S2)의 온도(T1, T2)를 지속적으로 파악할 수 있다. When the temperature (T 1 ) of the first stack (S1) rises to 10°C or higher through the above-described heat energy, the
또한 제어부(90)는 제1 적층체(S1)와 제2 적층체(S2) 중 어느 하나의 온도(T1, T2)가 정상 범위를 벗어나면 다른 하나만 운용할 수 있다. 이를 위해 제어부(90)는 제2 적층체(S2)의 온도(T2)를 확인하는 P5 단계와, 제1 적층체(S1)의 온도(T1)를 확인하는 P8 단계를 반복적으로 수행할 수 있다. Additionally, if the temperature (T 1 , T 2 ) of either the first stack (S1) or the second stack (S2) is outside the normal range, the
제2 적층체(S2)와 제1 적층체(S1)가 모두 정상적인 온도 범위에 포함되는 경우, 제어부(90)는 제1 적층체(S1)와 제2 적층체(S2)가 모두 정상적으로 동작하는 것으로 판단하고, 제1 적층체(S1)와 제2 적층체(S2)를 함께 운용하는 P4 단계를 계속 유지할 수 있다. 본 실시예에 있어서, 제1 적층체(S1)의 정상적인 동작 온도 범위 T1은 다음의 식1과 같을 수 있다. 그리고 제2 적층체(S2)의 정상적인 동작 온도 범위 T2는 다음의 식2와 같을 수 있다. When both the second stack (S2) and the first stack (S1) are within the normal temperature range, the
식1) 10℃ ≤ T1 ≤ 80℃Equation 1) 10℃ ≤ T 1 ≤ 80℃
식2) -20℃ ≤ T2 ≤ 60℃Equation 2) -20℃ ≤ T 2 ≤ 60℃
본 실시예의 배터리 장치(1)가 전기 자동차에 탑재된 경우, 제1 적층체(S1)와 제2 적층체(S2)가 모두 정상적인 온도 범위(이하 정상 범위)로 동작하면 제어부(90)는 회생 제동시 제2 적층체(S2)를 우선적으로 충전할 수 있다. When the
한편, P5 단계에서 제2 적층체(S2)의 온도(T2)가 정상 범위의 상한(예컨대 60℃)를 초과하는 경우, 제어부(90)는 제1 적층체(S1)의 온도(T1)가 정상 범위의 상한(예컨대 80℃)을 초과하는 지 확인할 수 있다(P6). P6 단계에서 제1 적층체(S1)의 온도(T1)가 정상 범위의 상한을 초과하지 않으면, 제어부(90)는 제1 적층체(S1)만 사용하여 전력을 외부에 공급하고 제2 적층체(S2)는 냉각시킬 수 있다(P7). Meanwhile, in step P5, when the temperature (T 2 ) of the second stack (S2) exceeds the upper limit of the normal range (for example, 60°C), the
또한 P5 단계에서 제2 적층체(S2)의 온도(T2)가 정상 범위의 상한을 초과하지 않더라도 제1 적층체(S1)의 온도(T1)가 정상 범위의 상한을 초과하면(P8), 제어부(90)는 제2 적층체(S2)만 운용하여 전력을 외부에 공급하고 제1 적층체(S1)는 냉각시킬 수 있다(P9). In addition, even if the temperature (T 2 ) of the second laminated body (S2) does not exceed the upper limit of the normal range in step P5, if the temperature (T 1 ) of the first laminated body (S1) exceeds the upper limit of the normal range (P8) , the
한편, P5 단계에서 제2 적층체(S2)의 온도(T2)가 정상 범위의 상한을 초과하고, P6 단계에서 제1 적층체(S1)의 온도(T1)가 정상 범위의 상한을 초과하는 경우, 모든 셀 적층체(10)의 온도가 정상 범위를 벗어나므로, 제어부(90)는 작업자나 사용자에게 경고를 표시하고 배터리 장치(1)의 운용을 중단시킬 수 있다. 이 경우, 전기 자동차와 같이 배터리 장치(1)의 전력으로만 동작하는 장치는 배터리 장치(1)의 운용이 갑자기 중단되면 운행도 갑자기 종료되므로 위험할 수 있다. 따라서 제어부(90)는 차량을 안전한 곳으로 이동시킬 수 있도록 일정 시간 동안 추가적으로 전력을 공급할 수 있다. 이 경우, 제어부(90)는 상대적으로 안전한 제1 적층체(S1)를 통해 전력을 공급할 수 있다. Meanwhile, in the P5 stage, the temperature (T 2 ) of the second laminated body (S2) exceeds the upper limit of the normal range, and in the P6 stage, the temperature (T 1 ) of the first laminated body (S1) exceeds the upper limit of the normal range. In this case, since the temperature of all cell stacks 10 is outside the normal range, the
이와 같이 구성되는 본 실시예의 배터리 장치(1)는, 열폭주 시 다른 셀 적층체(10)로 열이 전파되는 것을 최대한 억제할 수 있다. 제1 적층체(S1)는 475℃ 이상의 온도에서 발화(예를 들어, LFP 배터리 셀)될 수 있고, 제2 적층체(S2)는 150℃ 이상의 온도에서 발화(예를 들어, NCM 배터리 셀, 니켈 함량 88%)될 수 있다. The
제1 적층체(S1)는 제2 적층체(S2)에 비해 상대적으로 화염이나 폭발에 대한 안정성이 높으므로, 어느 하나의 제2 적층체(S2)에서 폭발이나 화염이 발생하는 경우, 인접하게 배치된 제1 적층체(S1)가 폭발 부산물이나 화염의 전파를 차단하거나 지연시키는 역할을 수행할 수 있다. 이에 상기한 폭발 부산물이나 화염이 다른 제2 적층체(S2)에 직접적으로 영향을 미치는 것을 최소화할 수 있으므로, 다른 제2 적층체(S2)로 폭발이 확산되는 것을 최대한 억제할 수 있다. 또한 이러한 열 전파의 억제는 전기 자동차에서 열폭주 발생 시 운전자나 승객이 대피할 수 있는 시간을 확보하는 효과를 제공할 수 있다. The first laminate (S1) has relatively higher stability against flame or explosion than the second laminate (S2), so if an explosion or flame occurs in any one of the second laminate (S2), The disposed first laminate S1 may serve to block or delay the propagation of explosion by-products or flames. Accordingly, it is possible to minimize the direct influence of the explosion by-products or flames on the other second laminated body (S2), and thus the spread of the explosion to the other second laminated body (S2) can be suppressed as much as possible. Additionally, this suppression of heat propagation can provide the effect of ensuring time for drivers or passengers to evacuate in the event of thermal runaway in an electric vehicle.
한편, 본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않으며 다양한 변형이 가능하다. Meanwhile, the present invention is not limited to the above-described embodiments and various modifications are possible.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 장치의 평면도이다. Figure 3 is a plan view of a battery device according to another embodiment of the present invention.
도 3를 참조하면, 본 실시예의 배터리 장치는 제1 방향(Y축 방향)을 따라 일렬로 배치되는 적어도 2개의 제1 적층체(S1)와, 제1 방향을 따라 일렬로 배치되는 적어도 2개의 제2 적층체(S2)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 3, the battery device of this embodiment includes at least two first stacks (S1) arranged in a line along a first direction (Y-axis direction), and at least two stacks S1 arranged in a line along the first direction. It may include a second laminate (S2).
일렬로 배치되는 다수의 제1 적층체(S1)와, 일렬로 배치되는 다수의 제2 적층체(S2)는 제2 방향(X축 방향)을 따라 번갈아 배치될 수 있다.A plurality of first laminated bodies S1 arranged in a row and a plurality of second laminated bodies S2 arranged in a row may be alternately arranged along the second direction (X-axis direction).
이와 같이 구성되는 경우, 제1 적층체들(S1) 간의 연결 및 제2 적층체들(S2) 간의 연결이 용이해지므로, 연결 부재(80)를 보다 간결하게 배치할 수 있다. When configured in this way, the connection between the first stacks S1 and the second stacks S2 becomes easy, so the
본 실시예는 2개의 제2 적층체(S2)가 연속적으로 배치되므로, 상호 간에 열 폭주가 쉽게 전파될 가능성이 있다. 따라서 2개의 제2 적층체(S2)는 폭발에 의한 화염이나 가스가 제1 적층체(S1)를 향해 배출되도록 구성될 수 있다. 또한 일렬로 배치되는 2개의 제2 적층체(S2) 사이에는 차단 부재(70)가 배치될 수 있다. In this embodiment, since the two second laminates S2 are arranged sequentially, there is a possibility that thermal runaway can easily propagate between them. Accordingly, the two second stacked bodies (S2) may be configured so that flame or gas caused by an explosion is discharged toward the first stacked body (S1). Additionally, a blocking
차단 부재(70)는 방염(防炎, flame retardancy) 또는 난연(難燃, flame resisting) 성능을 갖는 부재로 형성될 수 있으며 시트(Sheet)나 패드(pad)의 형태로 형성될 수 있다. 여기서 방염 성능이란 연소의 확대를 방지하는 성능을 의미하며, 난연 성능이란 불이 붙어도 연소가 잘 되지 않는 성능을 의미한다. 따라서 차단 부재(70)는 자신이 연소 확대의 요인이 되지 않는 정도의 연소성을 가지거나 불에 타지 않는 성질을 가질 수 있다.The blocking
본 실시예의 차단 부재(70)는 운모(mica)나 실리콘(silicone)을 포함할 수 있으며, 한 장의 박판(sheet)으로 구성되거나, 서 다른 재질의 박판을 적층하여 형성할 수 있다. 예를 들어, 차단 부재(70)는 운모 시트의 양면 중 적어도 한 면에 고무나 폴리우레탄 등의 절연층을 적층하여 형성할 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다. The blocking
이상에서 본 발명의 실시 형태에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다. 또한 각 실시예들은 서로 조합되어 실시될 수 있다.Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and variations are possible without departing from the technical spirit of the present invention as set forth in the claims. This will be self-evident to those with ordinary knowledge in the field. Additionally, each embodiment may be implemented in combination with each other.
1: 배터리 장치
10: 셀 적층체
60: 격벽
70: 차단 부재
80: 연결 부재
90: 제어부
S1: 제1 적층체
S2: 제2 적층체1: Battery unit
10: Cell stack
60: Bulkhead
70: blocking member
80: connection member
90: control unit
S1: first laminate
S2: second laminate
Claims (13)
상기 다수의 셀 적층체를 내부에 수용하는 케이스; 및
상기 다수의 셀 적층체들을 서로 전기적으로 연결하는 다수의 연결 부재;
를 포함하고,
각각의 상기 제2 적층체는 적어도 한 면이 상기 다수의 제1 적층체 중 어느 하나와 대면하도록 배치되는 배터리 장치.
a plurality of cell stacks comprising a first plurality of stacks having a first nominal voltage and a plurality of second stacks having a second nominal voltage;
A case accommodating the plurality of cell stacks therein; and
a plurality of connection members electrically connecting the plurality of cell stacks to each other;
Including,
A battery device in which each second stack is disposed so that at least one side faces any one of the plurality of first stacks.
상기 다수의 제1 적층체와 상기 다수의 제2 적층체는 서로 번갈아 배치되는 포함하는 배터리 장치.
According to paragraph 1,
A battery device including the plurality of first stacks and the plurality of second stacks being alternately arranged.
상기 다수의 제1 적층체를 상호 연결하는 제1 연결 부재; 및
상기 다수의 제2 적층체를 상호 연결하는 제2 연결 부재;
를 포함하는 배터리 장치.
The method of claim 2, wherein the connecting member is:
a first connecting member connecting the plurality of first laminates to each other; and
a second connecting member connecting the plurality of second laminates to each other;
A battery device comprising:
다수의 LFP 배터리 셀을 적층하여 형성하는 배터리 장치.
The method of claim 1, wherein each of the first laminates:
A battery device formed by stacking multiple LFP battery cells.
상기 제1 공칭 전압은 상기 제2 공칭 전압보다 낮은 전압인 배터리 장치.
According to paragraph 1,
The battery device wherein the first nominal voltage is lower than the second nominal voltage.
상기 제1 공칭 전압은 2.0V ~ 3.7V이고, 상기 제2 공칭 전압은 2.5V ~ 4.3V인 배터리 장치.
According to clause 5,
The first nominal voltage is 2.0V to 3.7V, and the second nominal voltage is 2.5V to 4.3V.
다수의 3원계 배터리 셀을 적층하여 형성하는 배터리 장치.
The method of claim 1, wherein each second laminate:
A battery device formed by stacking multiple ternary battery cells.
상기 제1 적층체와 상기 제2 적층체의 온도를 기반으로 상기 제1 적층체와 상기 제2 적층체를 선택적으로 운용하는 제어부를 더 포함하는 배터리 장치.
According to paragraph 1,
The battery device further includes a control unit that selectively operates the first and second stacks based on the temperatures of the first and second stacks.
다수의 상기 제1 적층체와 다수의 상기 제2 적층체 사이에 배치되는 격벽을 더 포함하는 배터리 장치.
According to paragraph 1,
A battery device further comprising a partition wall disposed between the plurality of first stacks and the plurality of second stacks.
상기 제2 적층체는 상기 제1 적층체보다 낮은 온도에서 발화하는 배터리 장치.
According to paragraph 1,
A battery device in which the second laminate ignites at a lower temperature than the first laminate.
상기 다수의 제1 적층체와 상기 다수의 제2 적층체는 각각 제1 방향을 따라 적어도 2개가 연속적으로 배치되고, 제2 방향을 따라 번갈아 배치되는 배터리 장치.
According to paragraph 1,
A battery device in which at least two of the first plurality of laminates and the plurality of second laminates are each arranged sequentially along a first direction and alternately arranged along a second direction.
상기 제1 적층체와 상기 제2 적층체를 함께 운용하는 단계;
상기 제1 적층체와 상기 제2 적층체 중 어느 하나의 온도가 정상 범위를 벗어나면 다른 하나만 운용하는 단계; 및
상기 제1 적층체와 상기 제2 적층체의 온도가 모두 정상 범위를 벗어나면 배터리 장치의 운용을 중단하는 단계;
를 포함하는 배터리 장치 제어 방법.
A method of controlling the battery device according to claim 1,
Operating the first laminate and the second laminate together;
If the temperature of either the first laminate or the second laminate is outside the normal range, operating only the other one; and
stopping operation of the battery device when the temperatures of both the first stack and the second stack are outside the normal range;
A battery device control method comprising:
상기 제1 적층체의 온도가 임계 온도 미만이면, 상기 제2 적층체만 운용하며 상기 제1 적층체를 예열하는 단계를 더 포함하는 배터리 장치 제어 방법.
The method of claim 12, before operating the first and second laminates together,
If the temperature of the first stack is below the critical temperature, the battery device control method further includes operating only the second stack and preheating the first stack.
Priority Applications (1)
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