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KR20090052520A - Medium and large battery packs with improved safety - Google Patents

Medium and large battery packs with improved safety Download PDF

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KR20090052520A
KR20090052520A KR1020070119057A KR20070119057A KR20090052520A KR 20090052520 A KR20090052520 A KR 20090052520A KR 1020070119057 A KR1020070119057 A KR 1020070119057A KR 20070119057 A KR20070119057 A KR 20070119057A KR 20090052520 A KR20090052520 A KR 20090052520A
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secondary battery
bms
medium
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이진규
이범현
강달모
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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 발명은 다수의 전지셀 또는 전지모듈들이 직렬로 연결되어 있는 고출력 대용량의 이차전지 전원부, 이차전지 전원부의 작동 상태를 검출하여 제어하는 BMS, 이차전지 전원부와 외부 입출력 회로의 연결을 개폐하는 전원 개폐부, 및 전원 개폐부와 외부 입출력 회로의 연결을 단전시키는 수동보호소자(Passive Protection Device)를 포함하고 있고, 상기 전원 개폐부는 BMS와의 연결이 단전되었을 때, 이차전지 전원부와 외부 입출력 회로와의 연결을 차단하도록 구성되어 있고, 상기 수동보호소자는 BMS와는 독립적으로 이차전지 전원부의 작동 상태에 대응하여, 상기 이차전지 전원부의 비정상적인 작동 조건에서 BMS와 전원 개폐부의 연결을 단전시킴으로써, 전지팩의 안전성을 담보하는 것으로 구성된 중대형 전지팩을 제공한다. The present invention provides a high output large capacity secondary battery power unit in which a plurality of battery cells or battery modules are connected in series, a BMS for detecting and controlling the operating state of the secondary battery power unit, and a power switching unit for opening and closing the connection between the secondary battery power unit and an external input / output circuit. And a passive protection device for disconnecting the connection between the power switch and the external input / output circuit, wherein the power switch is disconnected from the secondary battery power supply and the external input / output circuit when the connection with the BMS is interrupted. The passive protection device is configured to ensure the safety of the battery pack by disconnecting the connection between the BMS and the power switch under abnormal operating conditions of the secondary battery power supply unit, corresponding to the operation state of the secondary battery power supply unit independently of the BMS. It provides a configured medium-large battery pack.

Description

안전성이 향상된 중대형 전지팩 {Middle or Large-sized Battery Pack of Improved Safety}Middle or Large-sized Battery Pack of Improved Safety}

본 발명은 안전성이 향상된 중대형 전지팩에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 다수의 전지셀 또는 전지모듈들이 직렬로 연결되어 있는 고출력 대용량의 이차전지 전원부, 이차전지 전원부의 작동 상태를 검출하여 제어하는 BMS, 이차전지 전원부와 외부 입출력 회로의 연결을 개폐하는 전원 개폐부, 및 전원 개폐부와 외부 입출력 회로의 연결을 단전시키는 수동보호소자(Passive Protection Device)를 포함하고 있고, 상기 전원 개폐부는 BMS와의 연결이 단전되었을 때, 이차전지 전원부와 외부 입출력 회로와의 연결을 차단하도록 구성되어 있고, 상기 수동보호소자는 BMS와는 독립적으로 이차전지 전원부의 작동 상태에 대응하여, 상기 이차전지 전원부의 비정상적인 작동 조건에서 BMS와 전원 개폐부의 연결을 단전시킴으로써, 전지팩의 안전성을 담보하는 것으로 이루어진 중대형 전지팩에 관한 것이다. The present invention relates to a medium-large battery pack with improved safety, and more particularly, a BMS for detecting and controlling an operating state of a high output large capacity secondary battery power supply unit and a secondary battery power supply unit in which a plurality of battery cells or battery modules are connected in series. And a power protection unit for opening and closing the connection between the secondary battery power supply unit and the external input / output circuit, and a passive protection device for disconnecting the power supply connection unit from the external input / output circuit. Is configured to cut off the connection between the secondary battery power supply unit and the external input / output circuit, and the passive protection element independently of the BMS corresponds to the operation state of the secondary battery power supply unit, and the BMS and the power supply under abnormal operating conditions of the secondary battery power supply unit. By disconnecting the opening and closing part to ensure the safety of the battery pack It relates to a medium-large battery pack made.

모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 이 차전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 그러한 이차전지 중 높은 에너지 밀도와 방전 전압의 리튬 이차전지에 대해 많은 연구가 행해졌고 또한 상용화되어 널리 사용되고 있다.As the development and demand for mobile devices increases, the demand for this secondary battery as an energy source is increasing rapidly. Among such secondary batteries, a lot of researches have been conducted and commercialized on lithium secondary batteries with high energy density and discharge voltage. It is widely used.

이차전지는 휴대폰, 디지털 카메라, PDA, 노트북 등의 모바일, 와이어리스 전자기기뿐만 아니라 전기자전거(E-bike), 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력장치에 대한 에너지원으로도 많은 관심을 모으고 있다.Rechargeable batteries are not only used for mobile and wireless electronic devices such as mobile phones, digital cameras, PDAs, laptops, but also as energy sources for power devices such as electric bicycles (EVs), electric vehicles (EVs), and hybrid electric vehicles (HEVs). It is attracting a lot of attention.

휴대폰, 카메라 등의 소형 디바이스에는 하나의 전지셀이 팩킹되어 있는 소형 전지팩이 사용됨에 반하여, 노트북, 전기자동차 등의 중대형 디바이스에는 둘 또는 그 이상의 전지셀들(이하에서는, 때때로 "멀티-셀"로 칭하기도 함)을 병렬 및/또는 직렬로 연결한 전지팩이 팩킹되어 있는 중형 또는 대형 전지팩이 사용되고 있다.Small battery packs are packed with one battery cell for small devices such as mobile phones and cameras, while two or more battery cells (hereinafter sometimes referred to as "multi-cell") are used for medium and large devices such as notebooks and electric vehicles. Medium or large battery packs in which battery packs connected in parallel and / or in series are packed are used.

앞서 설명한 바와 같이, 리튬 이차전지는 우수한 전기적 특성을 가지고 있음에 반해 안전성이 낮다는 문제점을 가지고 있다. 예를 들어, 리튬 이차전지는 과충전, 과방전, 고온에의 노출, 전기적 단락 등 비정상적인 작동 상태에서 전지 구성요소들인 활물질, 전해질 등의 분해반응이 유발되어 열과 가스가 발생하고 이로 인해 초래된 고온 고압의 조건은 상기 분해반응을 더욱 촉진하여 급기야 발화 또는 폭발을 초래하기도 한다.As described above, the lithium secondary battery has a problem of low safety while having excellent electrical characteristics. For example, lithium secondary batteries cause decomposition reactions of battery components, such as active materials and electrolytes, under abnormal operating conditions such as overcharge, overdischarge, exposure to high temperatures, and electrical short circuits to generate heat and gas, resulting in high temperature and high pressure. The condition of may further accelerate the decomposition reaction, resulting in an air ignition or explosion.

따라서, 리튬 이차전지에는 과충전, 과방전, 과전류시 전류를 차단하는 보호회로, 온도 상승시 저항이 크게 증가하여 전류를 차단하는 PTC 소자(Positive Temperature Coefficient Element), 가스 발생에 따른 압력 상승시 전류를 차단하 거나 가스를 배기하는 안전벤트 등의 안전 시스템이 구비되어 있다. 예를 들어, 원통형의 소형 이차전지에서는 원통형 캔에 내장되어 있는 양극/분리막/음극의 전극조립체(발전소자) 상부에 PTC 소자 및 안전벤트가 통상 설치되어 있고, 각형 또는 파우치형의 소형 이차전지에서는 발전소자가 밀봉된 상태로 내장되어 있는 각형 캔 또는 파우치형 케이스의 상단에 보호회로 모듈, PTC 소자 등이 일반적으로 탑재되어 있다.Therefore, the lithium secondary battery includes a protection circuit that blocks current during overcharge, over discharge, and overcurrent, a PTC element (Positive Temperature Coefficient Element) that blocks current by increasing resistance when temperature rises, and a current when pressure rises due to gas generation. Safety systems are provided, such as safety vents to shut off or vent the gases. For example, in a cylindrical small secondary battery, a PTC element and a safety vent are usually installed on an electrode assembly (power generation element) of a cathode / separator / cathode embedded in a cylindrical can, and in a rectangular or pouch type small secondary battery, Protection circuit modules and PTC elements are generally mounted on top of a rectangular can or pouch case in which the generator is sealed.

리튬 이차전지의 안전성 문제는 멀티-셀 구조의 중대형 전지팩에서 더욱 심각하다. 멀티-셀 구조의 전지팩에서는 다수의 전지셀들이 사용됨으로 인해 일부 전지셀에서의 작동 이상은 다른 전지셀들로 연쇄반응을 유발할 수 있고 그로 인한 발화 및 폭발은 자칫 대형 사고를 초래할 수 있기 때문이다. 따라서, 중대형 전지팩에는 과방전, 과충전, 과전류 등으로부터 전지 셀을 보호하기 위한 퓨즈, 바이메탈, BMS(Battery Management System) 등의 안전 시스템이 구비되어 있다.The safety problem of the lithium secondary battery is more serious in the medium-large battery pack of the multi-cell structure. In the battery pack of the multi-cell structure, due to the use of a large number of battery cells, a malfunction in some battery cells may cause a chain reaction to other battery cells, and the resulting ignition and explosion may cause large accidents. . Accordingly, the medium and large battery packs are provided with safety systems such as fuses, bimetals, and battery management systems (BMSs) for protecting the battery cells from overdischarge, overcharge, overcurrent, and the like.

그러나, 리튬 이차전지는 계속적인 사용, 즉, 계속적인 충방전 과정에서 발전소자, 전기적 연결부재 등이 서서히 열화되는 바, 예를 들어, 발전소자의 열화는 전극재료, 전해질 등의 분해에 의해 가스 발생을 유발하며, 그로 인해 전지셀(캔, 파우치형 케이스)은 서서히 팽창하게 된다. 정상적인 상태에서는 안전 시스템인 BMS가 과방전, 과충전, 과전류 등을 탐지하고 전지팩을 제어/보호하고 있으나, BMS의 미작동 또는 오작동시 정상적으로 전지팩을 제어할 수 없으므로 위험성이 커지게 된다. 중대형 전지팩은 일반적으로 다수의 전지셀들이 일정한 케이스 내에 고정된 상태로 장착되어 있는 구조로 되어 있으므로, 각각의 팽창된 전지셀들은 한정 된 케이스 내에서 더욱 가압되고, 비정상적인 작동 조건 하에서 발화 및 폭발의 위험성이 크게 높아진다.However, the lithium secondary battery is gradually deteriorated in the continuous use, that is, the continuous charging and discharging process, the generator, the electrical connection member, etc. For example, the deterioration of the generator is generated by the decomposition of the electrode material, electrolyte, etc. This causes the battery cells (cans, pouch cases) to gradually expand. Under normal conditions, the safety system BMS detects overdischarge, overcharge, overcurrent, and the like to control / protect the battery pack. However, the risk increases because the battery pack cannot be controlled normally when the BMS is inoperative or malfunctions. Since medium and large battery packs generally have a structure in which a plurality of battery cells are fixedly mounted in a predetermined case, each of the expanded battery cells is further pressurized in a limited case, and may cause fire and explosion under abnormal operating conditions. The risk is greatly increased.

이와 관련하여, 도 1에는 종래의 중대형 전지팩의 회로 모식도가 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 종래의 중대형 전지팩(900)은 다수의 전지셀들로 이루어진 전지모듈 어셈블리(300), 전지모듈 어셈블리(300)의 작동 상태에 대한 정보를 검출하여 이를 제어하는 BMS(600), BMS(600)의 작동 명령에 의해 전지모듈 어셈블리(300)와 외부 입출력 회로(인버터 등: 800)의 연결을 개폐하는 전원 개폐부(릴레이: 700) 등으로 구성되어 있다.In this regard, Figure 1 is a circuit schematic of a conventional medium-large battery pack. Referring to FIG. 1, a conventional medium-large battery pack 900 detects and controls information about an operation state of a battery module assembly 300 and a battery module assembly 300 including a plurality of battery cells, and controls the BMS 600. ), And a power switch (relay: 700) for opening and closing the connection between the battery module assembly 300 and an external input / output circuit (inverter, etc.) 800 by an operation command of the BMS 600.

BMS(600)는 전지모듈 어셈블리(300)의 정상적인 작동 조건에서 전원 개폐부(700)를 온(on) 상태로 유지하고, 이상이 감지되었을 때 오프(off) 상태로 전환시켜 전지모듈 어셈블리(300)의 충방전을 중지시킨다. 반면에, BMS(600)의 오작동 또는 미작동시, BMS(600)로부터 어떠한 제어도 이루어지지 않으므로, 전원 개폐부(700)는 계속적으로 온(on) 상태로 유지되어, 비정상적인 작동 상태에서도 전지모듈 어셈블리(300)에서 계속적으로 충방전이 이루어진다.The BMS 600 maintains the power switch 700 in an on state under normal operating conditions of the battery module assembly 300, and when the abnormality is detected, the BMS 600 switches to an off state when the battery module assembly 300 is detected. Stops charging and discharging. On the other hand, when a malfunction or non-operation of the BMS 600, since no control is made from the BMS 600, the power switch 700 is continuously kept on (on), the battery module assembly even in abnormal operation state Charge and discharge is continuously performed at 300.

따라서, 상기와 같은 문제점들을 해결하면서 중대형 전지팩의 안전성을 근본적으로 담보할 수 있는 기술에 대한 필요성이 매우 높은 실정이다.Therefore, there is a very high need for a technology capable of fundamentally securing the safety of medium and large battery packs while solving the above problems.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.The present invention aims to solve the problems of the prior art as described above and the technical problems that have been requested from the past.

본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 전지팩에서 BMS와 같은 충방전 제어 시스템이 오작동을 일으킬 경우, 과충전, 과방전, 과전류 등 전지모듈의 비정상적인 작동 상황에서 BMS와 독립적으로 작동하는 구조로 설치된 수동보호소자에 의하여 전류 회로가 차단되도록 함으로써, 전지팩의 안전성을 소망하는 수준으로 담보할 수 있음을 확인하였다.After extensive research and various experiments, the inventors of the present application independently of the BMS in abnormal operation conditions of the battery module, such as overcharge, overdischarge, overcurrent, if a charge / discharge control system such as BMS causes a malfunction in the battery pack. It was confirmed that the current circuit is blocked by the passive protection device installed in the working structure, thereby ensuring the safety of the battery pack to a desired level.

따라서, 본 발명의 목적은 안전성을 향상시킬 수 있는 특정한 구조의 중대형 전지팩을 제공하는 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a medium-large battery pack having a specific structure capable of improving safety.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 중대형 전지팩은, 다수의 전지셀 또는 전지모듈들이 직렬로 연결되어 있는 고출력 대용량의 이차전지 전원부; Medium to large battery packs according to the present invention for achieving the above object, a high output large capacity secondary battery power supply is connected to a plurality of battery cells or battery modules in series;

상기 이차전지 전원부의 작동 상태를 검출하여 제어하는 BMS(Battery Management System);A battery management system (BMS) for detecting and controlling an operation state of the secondary battery power supply unit;

상기 이차전지 전원부와 외부 입출력 회로 사이에 위치하며, 상기 BMS의 작동 명령에 의해 이차전지 전원부와 외부 입출력 회로의 연결을 개폐하는 전원 개폐부; 및A power switch unit positioned between the secondary battery power supply unit and an external input / output circuit, and opening / closing a connection between the secondary battery power supply unit and the external input / output circuit by an operation command of the BMS; And

상기 BMS와 전원 개폐부 사이에 위치하며, 비정상적인 이차전지 전원부의 작동 조건에서 전원 개폐부와 외부 입출력 회로의 연결을 단전시키는 수동보호소자(Passive Protection Device);A passive protection device positioned between the BMS and the power switching unit and disconnecting the connection between the power switching unit and the external input / output circuit under abnormal operating conditions of the secondary battery power supply unit;

를 포함하고 있고, It contains,

상기 전원 개폐부는 BMS와의 연결이 단전되었을 때, 이차전지 전원부와 외부 입출력 회로와의 연결을 차단하도록 구성되어 있고, The power switching unit is configured to cut off the connection between the secondary battery power supply unit and the external input and output circuit, when the connection with the BMS is disconnected,

상기 수동보호소자는 BMS와는 독립적으로 이차전지 전원부의 작동 상태에 대응하여, 상기 이차전지 전원부의 비정상적인 작동 조건에서 BMS와 전원 개폐부의 연결을 단전시킴으로써, 전지팩의 안전성을 담보하는 것으로 구성되어 있다.The passive protection element independently of the BMS corresponds to the operation state of the secondary battery power supply unit, and is configured to ensure the safety of the battery pack by disconnecting the connection between the BMS and the power switch under abnormal operating conditions of the secondary battery power supply unit.

앞서 설명한 바와 같이, 다수의 전지셀 또는 전지모듈들이 연결된 이차전지 전원부가 포함되어 있는 중대형 전지팩에서는, BMS가 이차전지 전원부의 작동 상태를 감지하여 그것의 충방전을 제어함으로써 안전성을 확보하는 구조로 이루어져 있는 바, BMS가 미작동 또는 오작동하게 되는 경우 이차전지 전원부의 충방전을 제어할 수 없게 되는 문제점이 있었다.As described above, in a medium-large battery pack including a secondary battery power supply unit in which a plurality of battery cells or battery modules are connected, the BMS senses an operation state of the secondary battery power supply unit and controls its charging and discharging to secure safety. If the bar is made of a non-operation or malfunction BMS there was a problem that can not control the charge and discharge of the secondary battery power supply.

이와는 달리, 본 발명에 따른 중대형 전지팩은 BMS에 대해 독립적으로 작동하는 수동보호소자가 BMS와 전원 개폐부 사이에 위치하고 있으므로, 이차전지 전원부가 비정상적으로 작동하고, BMS가 미작동 또는 오작동을 하는 경우, 수동보호소자가 자체적으로(독립적으로) 작동하여 BMS와 전원 개폐부의 연결을 단전하고, 그에 따라 전원 개폐부는 이차전지 전원부와 외부 입출력 회로의 연결을 차단함으로써 이차전지 전원부의 과전류 또는 과전압이 외부 입출력회로에 전달되는 것을 방지할 수 있고, 전지팩의 안전성 및 신뢰성을 확보할 수 있다.On the contrary, in the medium-large battery pack according to the present invention, since a passive protection device operating independently of the BMS is located between the BMS and the power switch, the secondary battery power supply is abnormally operated, and the BMS is inoperative or malfunctions. The protection device operates by itself (independently) to disconnect the BMS from the power switch, and accordingly, the power switch disconnects the secondary battery power supply from the external input / output circuit, thereby transferring the overcurrent or overvoltage of the secondary battery power supply to the external input / output circuit. Can be prevented, and the safety and reliability of the battery pack can be ensured.

구체적으로, 중대형 전지팩에는 BMS와 연결된 센서가 장착되어 있어서, 이차전지 전원부의 온도 또는 압력이 설정값 이상으로 상승하거나, 이차전지 전원부의 전류 또는 전압이 설정값 이상으로 상승할 때, 각각의 센서에서 이러한 상황을 감지하여 BMS에 전달하고, BMS는 전원 개폐부를 오프시키는 구조로 이루어져 있다. Specifically, the medium-large battery pack is equipped with a sensor connected to the BMS, each sensor when the temperature or pressure of the secondary battery power supply unit rises above the set value, or the current or voltage of the secondary battery power supply unit rises above the set value, Detects this situation and delivers it to the BMS, and the BMS is configured to turn off the power switch.

그러나, 이차전지 전원부가 비정상적인 조건하에서 BMS 또는 센서의 오작동에 의해 전원 개폐부가 작동하지 않는 경우, 앞서 설명한 바와 같이, 이차전지 전원부의 비정상 상태가 여과없이 외부 입출력 회로에 그대로 전달되는 문제점이 발생하게 된다. 따라서, 본 발명에서 상기 수동보호소자는 BMS와는 독립적으로 작동하도록 구성되어 있다.However, when the power switch unit does not operate due to a malfunction of the BMS or the sensor under abnormal conditions in the secondary battery power supply unit, as described above, the abnormal state of the secondary battery power supply unit may be transmitted to the external input / output circuit without filtering. . Therefore, in the present invention, the passive protection device is configured to operate independently of the BMS.

이러한 작동 조건 중, 하나의 예로서, 상기 수동보호소자는 이차전지 전원부의 온도 또는 압력이 설정값 이상으로 상승할 때 작동하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 수동보호소자는 소망하는 온도 조건에서 전류를 차단하기 위해 작동 온도 조절이 가능한 소자이거나, 과충전시 전지셀 내부의 압력이 증가하는 현상을 이용하여 압력의 변화에 따라 작동하는 소자로 이루어질 수 있다.As one example of such operating conditions, the passive protection element may be configured to operate when the temperature or pressure of the secondary battery power supply unit rises above a set value. Specifically, the passive protection device may be a device capable of adjusting the operating temperature to cut off the current at a desired temperature condition, or may be made of a device that operates according to the pressure change by using a phenomenon in which the pressure inside the battery cell increases during overcharging. .

또 다른 예로서, 상기 수동보호소자는 이차전지 전원부의 전류 또는 전압의 변화에 따라 작동하는 소자로 구성할 수 있으며, 이러한 구조에서 작동 조건은 이차전지 전원부의 전류 또는 전압이 설정값 이상으로 상승할 때 작동하도록 구성될 수 있다.As another example, the passive protection element may be configured as an element that operates in accordance with the change of the current or voltage of the secondary battery power source, the operating conditions in this structure is when the current or voltage of the secondary battery power source rises above the set value. It can be configured to work.

상기 수동보호소자는 이차전지 전원부의 온도, 압력, 전류, 전압 등의 변화에 반응하여, 각각의 측정치가 설정값 이상으로 상승시 단전을 이루는 구조를 가지고 있으며 특별한 제한은 없으며, 예를 들어, 고온 또는 과전류에서 작동하는 바이메탈 구조를 포함하는 것으로 이루어질 수 있다. 즉, 온도 또는 전류에 반응하여 작동하는 바이메탈 구조를 사용하여, 이차전지 전원부에서 설정값 이상의 고온 또는 과전류가 발생하였을 때 상호간의 연결이 오프(off)되어 단전을 이루는 구조일 수 있다.The passive protection device has a structure in which a power failure occurs in response to changes in temperature, pressure, current, voltage, etc. of the secondary battery power supply unit, when each measured value rises above a set value, and there is no particular limitation, for example, high temperature or It may comprise a bimetal structure that operates at overcurrent. That is, by using a bimetal structure that operates in response to temperature or current, when a high temperature or overcurrent of a predetermined value or more occurs in the secondary battery power supply unit, the interconnection may be turned off to achieve a power failure.

참고로, 바이메탈은 열팽창계수가 매우 다른 두 종류의 얇은 금속판을 상하로 중첩시킨 판상형의 부재를 의미한다.For reference, bimetal means a plate-shaped member in which two kinds of thin metal plates having very different thermal expansion coefficients are piled up and down.

본 발명의 구성과는 달리, 수동보호소자를 이차전지 전원부, 외부 입출력 회로, 전원 개폐부 등의 회로 상에 설치하여 전원 자체를 직접 개폐하는 구조를 고려할 수도 있을 것이다. 그러나, 중대형 전지팩은 사용 목적에 따라 달라지기는 하지만, 일반적으로 고출력을 위해 높은 전압이 이차전지 전원부에서 발생하게 되므로, 이러한 회로 상에 수동보호소자를 위치시키면 내부 저항의 상승을 초래하고, 경우에 따라서는 전류 개폐를 위한 작동 과정에서 스파크가 유발되어 안전성에 문제가 발생할 수 있다. 반면에, BMS는, 예를 들어, 차량의 전장에 사용되는 12 V 등 낮은 전압으로 작동되므로, 본 발명의 구성은 상기와 같은 문제점을 유발하지 않는다. Unlike the configuration of the present invention, a passive protection device may be installed on a circuit such as a secondary battery power supply unit, an external input / output circuit, a power switch unit, and the like, so that the structure of directly opening and closing the power supply itself may be considered. However, the medium and large battery packs vary depending on the purpose of use, but in general, since high voltage is generated in the secondary battery power supply unit for high power, placing a passive protection element on such a circuit causes an increase in internal resistance. In some cases, a spark may be generated during the operation of switching the current, which may cause a safety problem. On the other hand, since the BMS is operated at a low voltage, such as 12 V, which is used for the electric field of a vehicle, for example, the configuration of the present invention does not cause the above problems.

한편, 상기 수동보호소자는 전지셀들 또는 전지모듈들 사이의 물리적 공간 상에 장착될 수 있다. 예를 들어, 전지팩을 구성하는 전지셀들 또는 전지모듈들은 냉매가 유동할 수 있도록 상호간에 소정의 이격 공간을 형성하면서 전지팩 프레임에 평행하게 장착된다. 이러한 이격 공간에 수동보호소자를 설치함으로써, 전지팩의 부피 증가에 대응하여 수동보호소자가 작동되도록 구성할 수 있다.On the other hand, the passive protection device may be mounted on the physical space between the battery cells or battery modules. For example, the battery cells or battery modules constituting the battery pack are mounted in parallel with the battery pack frame while forming a predetermined spaced space therebetween so that the refrigerant can flow. By installing the passive protection device in such a space, the passive protection device can be configured to operate in response to an increase in the volume of the battery pack.

상기 이차전지 전원부는, 다수의 전지셀들 또는 단위모듈들이 직렬로 연결되 어 있는 장방형 전지모듈 다수 개가 그것의 폭 방향(종 방향) 및 높이 방향(횡 방향)으로 2 개 또는 그 이상씩 적층되어 전체적으로 육면체 구조(육면 적층체)를 이루고 있고, 상기 육면 적층체의 외주 모서리들이 프레임 부재에 의해 고정되어 있는 구조의 전지모듈 어셈블리로 이루어질 수 있다.The secondary battery power supply unit is formed by stacking two or more rectangular battery modules in which a plurality of battery cells or unit modules are connected in series to each other in the width direction (vertical direction) and the height direction (lateral direction). The overall hexahedral structure (hexahedral laminate) is formed, and the outer peripheral edges of the hexahedral laminate may be made of a battery module assembly of a structure fixed by the frame member.

즉, 상기 중대형 전지팩은, 종 방향과 횡 방향으로 장방형 전지모듈 다수 개가 적층되어 육면 적층체를 이루고 있고 이러한 육면 적층체가 프레임 부재에 의해 고정됨으로써, 전체적으로 콤팩트하고 안정적인 구조를 가지며, 많은 수의 부재들을 사용하지 않고도 기계적 체결과 전기적 접속을 이룰 수 있다.That is, in the medium-large battery pack, a plurality of rectangular battery modules are stacked in a longitudinal direction and a lateral direction to form a hexahedral stack, and the hexahedral stack is fixed by a frame member, thereby having a compact and stable structure as a whole, and a large number of members. Mechanical fastening and electrical connection can be achieved without the use of

상기 구조에서, 하나의 예로서, 전지모듈 육면 적층체는 그것의 구성요소인 장방형 전지모듈들의 적층 형태에 따라 다양한 구조가 가능할 수 있으며, 횡 방향으로 2 개의 장방형 전지모듈들이 서로 대향하여 배열된 상태로, 상기 각각의 장방형 전지모듈에 대해 종 방향으로 1 개 또는 그 이상의 장방형 전지모듈들이 배열되어 있는 구조가 바람직하다.In the above structure, as an example, the battery module hexahedron stack may have various structures according to the stacking form of the rectangular battery modules as its components, and the two rectangular battery modules are arranged to face each other in the horizontal direction. For example, it is preferable that one or more rectangular battery modules are arranged in the longitudinal direction with respect to each rectangular battery module.

상기에서 "대향 배열"이란, 2 개의 장방형 전지모듈들이 그것의 동일 부위가 서로 대면하도록 배열되어 있는 것을 의미한다. 예를 들어, 입출력 단자들이 일 측면에 위치하는 구조의 장방형 전지모듈에서, 상기 장방형 전지모듈들 각각의 입출력 단자들이 상기 육면 적층체의 일면(a)을 향하도록 대향 배열되어 있는 구조일 수 있다. 이러한 대향 배열 구조는 전기적 접속 등을 위한 구성을 더욱 간소화시킬 수 있는 장점이 있다. As used herein, the term “facing arrangement” means that two rectangular battery modules are arranged such that their same portions face each other. For example, in the rectangular battery module having a structure in which the input / output terminals are located at one side, the input / output terminals of each of the rectangular battery modules may be arranged to face the one side (a) of the hexahedral stack. Such an opposing arrangement has an advantage of further simplifying the configuration for electrical connection and the like.

또 다른 예로서, 상기 장방형 전지모듈들은 각각의 입출력 단자들이 상기 육 면 적층체의 일면(a)을 향하도록 배향되어 있고, As another example, the rectangular battery modules are oriented so that the respective input and output terminals face one surface (a) of the hexahedral stack,

상기 면(a)에 결합 및 장착되는 절연성 기판 상에 충방전시 전압 및 전류를 제어하는 소자들('제어소자들')과 이들의 접속부재들이 탑재되어 있는 구조의 전원 개폐부가 위치하고 있으며,On the insulating substrate to be coupled and mounted to the surface (a) is a power supply opening and closing portion of the structure that is mounted on the elements ("control elements") for controlling voltage and current during charging and discharging and their connection members,

상기 전지모듈들의 작동 제어를 위해 입출력 단자들의 배향 면(a) 또는 그것의 대향 면(d)에 BMS가 장착되어 있는 구조로 구성될 수 있다.In order to control the operation of the battery modules, the BMS may be mounted on the alignment surface (a) or the opposite surface (d) of the input / output terminals.

따라서, 제어소자들과 전원 개폐부가 상기 입출력 단자들이 위치하는 면(단자 배향 면: a)에 장착되어 있어서, 입출력 단자들과 접속이 용이하며, 또한, 전지모듈의 작동 제어를 위한 전지 제어 시스템인 BMS는 상기 제어소자들 또는 전원 개폐부와의 용이한 연결을 위하여 상기 입출력 단자들이 위치하는 면(단자 배향 면: a) 또는 상기 단자 배향 면(a)의 대향 면(d)에 장착될 수 있다. 이러한 구조는, 전기적 접속 구조 및 그에 따른 조립 과정을 더욱 간소화할 수 있으며, 전기적 접속수단의 길이를 감소시켜 내부 저항의 증가를 방지하고, 외부 충격 등에 의해 접속수단이 단전되는 위험성을 감소시킬 수 있다.Therefore, the control elements and the power supply opening and closing portion are mounted on the surface (terminal orientation surface: a) where the input and output terminals are located, so that the connection with the input and output terminals is easy, and the battery control system for controlling the operation of the battery module is provided. The BMS may be mounted on a surface (terminal alignment surface: a) or an opposing surface (d) of the terminal alignment surface (a) where the input / output terminals are located for easy connection with the control elements or the power switch. Such a structure can further simplify the electrical connection structure and the assembly process thereof, reduce the length of the electrical connection means to prevent an increase in internal resistance, and reduce the risk of disconnection of the connection means by external impacts. .

이러한 구조에서, 상기 제어소자들의 종류는 다양할 수 있으며, 하나의 바람직한 예에서, 과전류 및 고전압을 가역적으로 자동 차단하는 메인 릴레이(main relay), 초기 방전 과정에서 상기 메인 릴레이에 우선하여 접속되어 고전압의 전기가 갑자기 공급되는 것을 방지하기 위하여 공급되는 전압 및 전류를 강하시키는 보조 릴레이(free charge relay), 상기 보조 릴레이에 접속 또는 연결되어 전류 및 전압을 감소시키는 저항(resistance), 양극 또는 음극 회로의 경로 상에 위치하며 전지모듈의 작동 상태를 확인하고 전지모듈을 수선할 필요가 있을 때 수동으로 전기를 차단하는 서비스 플러그(service plug), 양극 또는 음극 접속회로 상에서 전류를 검출하여 BMS로 송부하는 전류 센서(current sensor) 등을 들 수 있다. 이러한 제어소자들은 전지모듈의 충방전에 따라 발생하는 전기의 전압 및 전류를 적절하게 제어하게 된다.In such a structure, the types of the control elements may vary, and in one preferred example, a main relay which automatically reversibly shuts down overcurrent and high voltage, and is connected to the main relay in an initial discharge process so as to be connected with a high voltage. Of a free charge relay to reduce the voltage and current supplied to prevent the sudden supply of electricity, a resistance connected to or connected to the auxiliary relay to reduce current and voltage, Located in the path, check the operation status of the battery module and when it needs to repair the battery module (service plug) to cut the electricity manually, the current to detect the current on the positive or negative connection circuit and send to the BMS And current sensors. These control elements are to properly control the voltage and current of electricity generated by the charge and discharge of the battery module.

본 발명의 제어소자들은 전지모듈들에 과전류, 고전압의 전기가 인가되거나 그러한 전기가 발생하는 경우에 이를 차단하고, 전지모듈의 점검, 교체 등과 같이 필요한 경우에 따라 단전을 이룰 수 있는 작용을 하므로, 전지모듈의 양극 및/또는 음극은 외부회로에 연결되기 앞서 제어소자들을 경유하는 것이 바람직하다.Since the control elements of the present invention acts to cut off when over current, high voltage is applied to the battery modules or when such electricity is generated, and to perform a disconnection as necessary, such as checking or replacing the battery module, It is preferable that the positive electrode and / or the negative electrode of the battery module pass through the control elements before being connected to the external circuit.

구체적으로, 상기 장방형 전지모듈의 입출력 단자인 양극 및 음극 중 하나의 전극은 서비스 플러그 - 메인 릴레이 / 보조 릴레이 - 전류 센서 - 외부 입출력 단자의 순서로 접속되도록 회로를 구성하고, 나머지 전극은 서비스 플러그만을 경유하고 기타 제어소자들을 경유하지 않은 상태에서 직접 외부 입출력 단자에 접속되도록 회로를 구성할 수 있다. 상기 다수의 제어소자들을 경유하는 전극은 양극일 수도 있고 음극일 수도 있다.Specifically, the electrode of one of the positive and negative terminals, which are the input / output terminals of the rectangular battery module, constitutes a circuit such that the service plug is connected in the order of the main relay / auxiliary relay-current sensor-external input / output terminal, and the other electrode is the service plug only. The circuit can be configured to be directly connected to an external input / output terminal via a non-via control element and other control elements. An electrode via the plurality of control elements may be an anode or a cathode.

본 발명에 따른 중대형 전지팩은 장착 효율성, 구조적 안정성 등을 고려할 때, 한정된 장착공간을 가지며 잦은 진동과 강한 충격 등에 노출되는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 구동 전원으로 바람직하게 사용될 수 있다.In consideration of mounting efficiency, structural stability, etc., the medium-large battery pack according to the present invention has a limited mounting space and may be preferably used as a driving power source for electric vehicles, hybrid electric vehicles, and the like, which are exposed to frequent vibrations and strong shocks.

따라서, 본 발명은 상기 중대형 전지팩을 구동 전원으로 포함하고 있는 전기자동차 또는 하이브리드 전기자동차를 제공한다. Accordingly, the present invention provides an electric vehicle or a hybrid electric vehicle including the medium-large battery pack as a driving power source.

중대형 전지팩을 포함하는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차는 당업계에 공지되어 있으므로, 그에 대한 설명은 본 명세서에서 생략한다. Since electric vehicles, hybrid electric vehicles including medium and large battery packs are known in the art, description thereof is omitted herein.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 내용을 상술하지만, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the content of the present invention will be described with reference to the drawings, but the scope of the present invention is not limited thereto.

도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 중대형 전지팩의 회로 모식도가 도시되어 있다.2 is a circuit schematic diagram of a medium-large battery pack according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 중대형 전지팩(910)은 이차전지 전원부(300), 이차전지 전원부(300)의 작동 상태를 검출하여 제어하는 BMS(600), 외부 디바이스와 연결되어 있는 외부 입출력 회로(800), BMS(600)의 작동 명령에 따라 이차전지 전원부(300)와 외부 입출력 회로(800)의 연결을 개폐하기 위해 이차전지 전원부(300)와 외부 입출력 회로(800)사이에 위치하고 있는 전원 개폐부(700), 및 BMS(600)와 전원 개폐부(700) 사이에 위치하는 수동보호소자(바이메탈: 500)로 구성되어 있다.Referring to FIG. 2, the medium-large battery pack 910 includes a secondary battery power supply unit 300, a BMS 600 that detects and controls an operation state of the secondary battery power supply unit 300, and an external input / output circuit 800 connected to an external device. In order to open and close the connection between the secondary battery power supply unit 300 and the external input / output circuit 800 according to an operation command of the BMS 600, a power switch unit located between the secondary battery power supply unit 300 and the external input / output circuit 800 ( 700 and a passive protection element (bimetal: 500) positioned between the BMS 600 and the power supply opening / closing part 700.

수동보호소자(500)는 도 8에서와 같이 단위모듈들(150)의 이격된 틈 사이에 설치되어 있고, 전기적으로는 BMS(600)와 전원 개폐부(700)를 연결하는 12V 파워 라인의 중간에 연결되어 있다.The passive protection device 500 is installed between the spaced apart gaps of the unit modules 150 as shown in FIG. 8, and electrically in the middle of the 12V power line connecting the BMS 600 and the power switch 700. It is connected.

따라서, BMS(600)가 오작동으로 인해 이차전지 전원부(300)의 과충전 및 과방전을 제어하지 못하고, 이차전지 전원부(300)의 온도가 설정값 이상으로 상승하는 경우, 수동보호소자(500)는 오프(off)되어 전원 개폐부(700)와 BMS(600) 사이의 연결을 단전시키고, 이때 전원 개폐부(700)는 이차전지 전원부(300)와 외부 입출력회로(800)의 연결을 차단함으로써, 이차전지 전원부(300)에서 발생한 과전류 또는 과전압이 외부 입출력회로(800)에 전달되는 것을 방지하게 된다.Therefore, when the BMS 600 does not control the overcharge and overdischarge of the secondary battery power supply unit 300 due to a malfunction, and the temperature of the secondary battery power supply unit 300 rises above a set value, the passive protection device 500 It is off (off) to disconnect the connection between the power switch 700 and the BMS 600, at this time, the power switch 700 disconnects the secondary battery power supply unit 300 and the external input and output circuit 800, the secondary battery The overcurrent or overvoltage generated in the power supply unit 300 is prevented from being transmitted to the external input / output circuit 800.

도 3에는 전지모듈 어셈블리에서 장방형 전지모듈들의 육면 적층체가 프레임 부재들에 의해 고정되어 있는 구조의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다. 이해를 돕기 위해, 도 4에는 도 3의 전지모듈 어셈블리에서 육면 적층체를 제외한 상태에서 프레임 부재의 일 측면에 전원 개폐부가 장착되어 있는 구조의 사시도가 모식적으로 도시되어 있다. 또한, 도 5에는 도 3의 전지모듈 어셈블리에서 육면 적층체의 일 측면에 전원 개폐부가 장착된 상태의 정면 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 6에는 도 5의 후면 사시도가 모식적으로 도시되어 있다.FIG. 3 is a perspective view schematically illustrating a structure in which a hexahedral stack of rectangular battery modules is fixed by frame members in the battery module assembly. 4 is a perspective view schematically illustrating a structure in which the power opening and closing part is mounted on one side of the frame member in a state in which the hexahedral stack is excluded from the battery module assembly of FIG. 3. In addition, FIG. 5 schematically shows a front perspective view of a state in which the power switch is mounted on one side of the hexahedral stack in the battery module assembly of FIG. 3, and FIG. 6 schematically shows the rear perspective view of FIG. 5. have.

이들 도면을 참조하면, 이차전지 전원부인 전지모듈 어셈블리(300)는 6 개의 장방형 전지모듈들(201, 202, 203, 204, 205, 206)과, 장방형 전지모듈들(201, 202, 203, 204, 205, 206)의 육면 적층체의 외주 모서리들을 고정하는 프레임 부재(400), 및 전원 개폐부(700)로 구성되어 있으며, 전체적으로 직육면체 형상을 나타낸다.Referring to these drawings, the battery module assembly 300, which is a secondary battery power supply unit, includes six rectangular battery modules 201, 202, 203, 204, 205, and 206, and rectangular battery modules 201, 202, 203, and 204. , 205, 206 is composed of a frame member 400 for fixing the outer peripheral edges of the hexahedral stack, and the power supply opening and closing portion 700, and exhibits a rectangular parallelepiped shape as a whole.

6 개의 장방형 전지모듈들(201, 202, 203, 204, 205, 206)은 횡 방향으로 2 개씩, 종 방향으로 3 개씩 충적되어 있고, 그것의 일 측면에 형성되어 있는 입출력 단자들(240, 242)이 서로 인접하도록 대향 배열 구조로 적층되어 있다. 즉, 상부 행의 전지모듈들(201, 202, 203)과 하부 행의 전지모듈들(204, 205, 206)이 가상 중심선을 중심으로 서로 대칭 구조를 이루도록, 상부 행의 전지모듈들(201, 202, 203)은 뒤집힌 형태로 하부 행의 전지모듈들(204, 205, 206) 상에 적층되어 있다. The six rectangular battery modules 201, 202, 203, 204, 205, and 206 are stacked in two in the transverse direction and three in the longitudinal direction, and input / output terminals 240 and 242 formed on one side thereof. ) Are stacked in opposing arrangements so that they are adjacent to each other. That is, the upper row battery modules 201, 202, 203 and the lower row battery modules 204, 205, 206 have a symmetrical structure with respect to the virtual center line, so that the upper row battery modules 201, 202 and 203 are stacked on the battery modules 204, 205 and 206 in the lower row in an inverted form.

각각의 장방형 전지모듈들(201, 202, 203, 204, 205, 206)은 다수의 판상형 단위모듈들이 세워진 형태로 내장되어 있는 구조로 이루어져 있고, 프레임 부재(400)는 육면 적층체의 12 개 외주 모서리를 안정적으로 고정할 수 있도록 다수의 프레임들이 결합되어 있는 구조로 이루어져 있으며, 육면 적층체를 장착한 상태에서 육면 적층체의 6 개 면은 외부로 개방되게 된다. Each of the rectangular battery modules 201, 202, 203, 204, 205, and 206 has a structure in which a plurality of plate-shaped unit modules are built in a standing shape, and the frame member 400 includes 12 outer circumferences of a hexahedral stack. It consists of a structure in which a plurality of frames are combined to secure the corners stably, and the six sides of the six-sided stack is opened to the outside while the six-sided stack is mounted.

입출력 단자들(240, 242)이 위치하는 육면 적층체의 정면 상에는, 필요에 따라 전류를 통전시켜 충전 및 방전을 행하고, 전지 시스템의 작동 개시 또는 분해 과정에서 적절한 전압 강하를 행하며, 장방형 전지모듈들과 전기적 접속을 행하고, 과전류, 과전압 등으로부터의 회로를 보호하기 위한 전원 개폐부(700)가 장착되어 있다. 장방형 전지모듈들(201, 202, 203, 204, 205, 206)의 입출력 단자들(240, 242)은 서로 인접해 있으므로, 전원 개폐부(700)의 연결이 용이하고, 전기적 접속을 위한 부재의 길이를 대폭 줄일 수 있다. 또한, 전원 개폐부(700)는 입출력 단자들(240, 242)을 밀폐하는 형태로 장착되므로, 이들이 외부로 노출되어 유발될 수 있는 단락 등을 방지할 수 있고, 구조적으로 취약한 입출력 단자들(240, 242)이 외력에 의해 변형되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 전원 개폐부(700)는 장방형 전지모듈들(201, 202, 203, 204, 205, 206)의 입출력 단자들(240, 242)에 대한 일종의 보호 부재로서의 역할도 수행한다. 전원 개폐부(700)의 더욱 자세한 내용은 도 10 및 도 11을 참조하여 이하에서 설명한다.On the front side of the hexahedral stack on which the input / output terminals 240 and 242 are located, a current is charged and discharged as necessary, an appropriate voltage drop is performed during the operation or disassembly of the battery system, and the rectangular battery modules are provided. And a power supply opening / closing part 700 for electrically connecting the circuit and protecting the circuit from overcurrent, overvoltage, and the like. Since the input / output terminals 240 and 242 of the rectangular battery modules 201, 202, 203, 204, 205, and 206 are adjacent to each other, the power supply opening / closing part 700 is easily connected, and the length of the member for electrical connection. Can be greatly reduced. In addition, since the power supply opening and closing unit 700 is mounted in a form of sealing the input / output terminals 240 and 242, it is possible to prevent a short circuit, etc., which may be caused by being exposed to the outside, and structurally weak input / output terminals 240, 242 can be prevented from being deformed by an external force. That is, the power opening / closing part 700 also serves as a kind of protection member for the input / output terminals 240 and 242 of the rectangular battery modules 201, 202, 203, 204, 205, and 206. More details of the power switch 700 will be described below with reference to FIGS. 10 and 11.

도 7에는 전지모듈 어셈블리를 구성하는 하나의 전지모듈의 사시도가 모식적 으로 도시되어 있고, 도 8에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 수동보호소자가 장착된 전지모듈의 수평 단면 모식도가 도시되어 있다.FIG. 7 is a perspective view schematically showing one battery module constituting the battery module assembly, and FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of a battery module equipped with a passive protection device according to an embodiment of the present invention. .

먼저 도 7을 참조하면, 전지모듈(200)은 단위모듈(150) 적층체를 측면으로 직립시킨 상태로 상하 조립형의 케이스(220, 230)에 장착한 구조로 이루어져 있고, 상부 케이스(220)의 전면에는 입출력 단자(240)가 형성되어 있다. 하부 케이스(230)의 전면에는 입출력 단자(240)와의 전기적 연결을 위한 버스 바(250)가 형성되어 있고, 후면에는 전압 및 온도 검출용 센서의 접속을 위한 커넥터(260)가 장착되어 있다.First, referring to FIG. 7, the battery module 200 has a structure in which the unit modules 150 are mounted on the upper and lower assembled cases 220 and 230 in an upright state to the side, and the upper case 220. The input and output terminal 240 is formed on the front of the. A bus bar 250 for electrical connection with the input / output terminal 240 is formed on the front surface of the lower case 230, and a connector 260 for connection of a sensor for detecting voltage and temperature is mounted on the rear surface of the lower case 230.

도 8을 도 7과 함께 참조하면, 전지모듈 케이스 내부에는, 단위모듈들(150) 상호간의 전극단자 연결부(310)와, 전극단자 연결부(310)가 삽입되어 장착되는 다수의 고정용 홈들(350)이 형성되어 있다. 이러한 고정용 홈들(350)은 대략 전극단자 연결부(310)에 대응하는 형태로 형성되어 있어서, 단위모듈들(150)의 유동을 방지하고 상호 인접한 전극단자 연결부(310)와의 안정적인 절연상태를 유지시켜 준다. 구체적으로, 고정용 홈(350)에는, 단위모듈들(150)의 더욱 안정적인 고정과 절연상태를 제공할 수 있도록, 셀 커버 유동 방지용 턱(352), 셀 커버 고정용 가이드(354), 전극단자 격리용 벽(356) 등이 형성되어 있다.Referring to FIG. 8 together with FIG. 7, a plurality of fixing grooves 350 into which an electrode terminal connecting portion 310 and an electrode terminal connecting portion 310 are inserted and mounted between the unit modules 150 are inserted into the battery module case. ) Is formed. The fixing grooves 350 are formed in a shape corresponding to the electrode terminal connecting portion 310 to prevent the flow of the unit modules 150 and to maintain a stable insulation state with the electrode terminal connecting portion 310 adjacent to each other. give. Specifically, the fixing groove 350, the cell cover flow prevention jaw 352, the cell cover fixing guide 354, the electrode terminal to provide a more stable fixing and insulating state of the unit modules 150 An isolation wall 356 and the like are formed.

또한, 전지모듈 케이스의 전면부 하단에는 외부 장치(도시하지 않음)에 고정할 수 있도록, 중앙에 관통구(362)가 형성되어 있고 하부 케이스(230)로부터 돌출된 형태의 체결부(360)가 형성되어 있다. 단위모듈들(150)은 절연 및 냉매의 유동 경로 확보를 위해서 상호 이격된 구조로 전지모듈 케이스(220, 230)에 장착되며, 이러한 단위모듈들(150)의 이격 틈 사이에 수동보호소자(500)가 설치되어 있다.In addition, a through hole 362 is formed at the center of the battery module case so as to be fixed to an external device (not shown), and a fastening part 360 protruding from the lower case 230 is provided. Formed. The unit modules 150 are mounted on the battery module cases 220 and 230 in a structure spaced apart from each other to secure the flow path of the insulation and the refrigerant, and the passive protection device 500 between the gaps of the unit modules 150. ) Is installed.

도 9에는 도 8의 전지모듈에 설치되는 수동보호소자의 수직 단면 모식도가 도시되어 있다.9 is a schematic vertical cross-sectional view of a passive protection device installed in the battery module of FIG.

도 9를 참조하면, 바이메탈 구조로 이루어진 수동보호소자(500)는 전지모듈의 온도가 설정값 이내의 정상적인 경우에는 스위치가 온(on) 상태이고, 전지모듈의 온도가 설정값 이상으로 상승시 스위치는 오프(off) 상태로 변경된다.Referring to FIG. 9, the passive protection device 500 having a bimetal structure has a switch in an on state when the temperature of the battery module is normally within a set value, and is switched when the temperature of the battery module rises above the set value. Is changed to the off state.

바이메탈에 관한 일반적인 구조 및 원리는 업계에 공지된 사항이므로 본 명세서에서 자세한 내용은 생략한다.General structures and principles of bimetals are well known in the art, and thus detailed descriptions thereof will be omitted.

도 10 및 도 11에는 도 4의 전원 개폐부를 확대한 사시도 및 평면도가 모식적으로 도시되어 있다. 10 and 11 schematically show an enlarged perspective view and a plan view of the power supply opening and closing portion of FIG. 4.

이들 도면을 참조하면, 전원 개폐부(700)는 절연성의 두터운 플라스틱 기판(710) 상에 각종 제어소자들이 탑재되어 있고, 이들이 버스 바(724)와 와이어(730)에 의해 연결되어 있는 구조로 이루어져 있다. Referring to these drawings, the power supply opening and closing portion 700 has a structure in which various control elements are mounted on an insulating thick plastic substrate 710 and they are connected by a bus bar 724 and a wire 730. .

전지모듈의 입출력 단자에 연결된 와이어의 도입 위치가 기판(710)의 하측 방향인 경우를 기준으로, 그에 인접한 기판(710)의 상측 방향 부근에 서비스 플러그(714), 기판(710)의 중앙 부위에 메인 릴레이(716), 와이어에 대응하는 기판(710)의 타측 부위에 보조 릴레이(720), 보조 릴레이(720)의 하부에 저항(718), 그것의 상부에 전류 센서(722)가 위치하고 있어서, 한정된 공간에서 전체적으로 콤팩트한 구조로 구성되어 있다.Based on the case where the introduction position of the wire connected to the input / output terminal of the battery module is the lower direction of the substrate 710, the service plug 714 and the central portion of the substrate 710 are located near the upper direction of the substrate 710 adjacent thereto. The auxiliary relay 720 is located at the other side of the main relay 716, the substrate 710 corresponding to the wire, the resistor 718 is located at the bottom of the auxiliary relay 720, and the current sensor 722 is located at the top thereof. It is composed of compact structure as a whole in a limited space.

외부 입출력 단자(726, 728)는 서비스 플러그(714)의 일 측면상에 함께 위치 하고 있고, 양극 외부 입출력 단자(726)와 음극 외부 입출력 단자(728)는 인버터와 LDC 등과 같은 다른 전기장치(도시하지 않음)에 케이블 또는 와이어 같은 접속부재로 연결된다. The external input / output terminals 726 and 728 are located together on one side of the service plug 714, and the positive external input / output terminal 726 and the negative external input / output terminal 728 are other electrical devices such as inverters and LDCs (not shown). Not connected) such as cables or wires.

도 3의 전지모듈 육면 적층체를 구성하는 전지모듈들의 양극 입출력 단자(도 3: 240)는 서비스 플러그(714)에 연결되는 양극 접속단자(732)와 접속되어 메인 릴레이(716), 보조 릴레이(720), 전류 센서(722)를 통과하여 양극 외부 입출력 단자(726)에 연결된다. 반면에, 전지모듈들의 음극 입출력 단자(도 3: 242)는 서비스 플러그(714)에 연결되는 음극 접속단자(734)와 접속된 후 기타 제어소자들을 거치지 않고 바로 음극 외부 입출력 단자(728)에 연결된다. 따라서, 전원 개폐부를 구성하는 제어소자들인 서비스 플러그(714), 메인 릴레이(716), 보조 릴레이(720) 중의 하나가 오프(OFF) 상태로 작동되면, 전체적으로 단전이 이루어질 수 있다. The positive electrode input / output terminal (FIG. 3: 240) of the battery modules constituting the battery module hexahedron of FIG. 3 is connected to the positive electrode terminal 732 connected to the service plug 714, so that the main relay 716 and the auxiliary relay ( 720, a current sensor 722 is connected to the anode external input / output terminal 726. On the other hand, the negative electrode input / output terminal (FIG. 3: 242) of the battery modules is connected to the negative electrode terminal 734 connected to the service plug 714, and then directly connected to the negative electrode external input / output terminal 728 without passing through other control elements. do. Therefore, when one of the control plugs 714, the main relay 716, and the auxiliary relay 720, which are the control elements constituting the power opening and closing unit, is operated in an OFF state, power cut may be performed as a whole.

서비스 플러그(714)는, 전지모듈 어셈블리의 조립 및 점검, 전지모듈 또는 일부 제어소자들의 교체 등을 행할 때, 작업자 및 시스템의 안전성을 확보할 수 있도록, 필요에 따라 단전을 이루는 역할을 한다. The service plug 714 serves to disconnect power as necessary to ensure safety of the operator and the system when assembling and inspecting the battery module assembly and replacing the battery module or some control elements.

메인 릴레이(716)는 전지모듈로의 인가 전기 또는 그로부터 발생한 전기가 규정값 이상의 과전류 또는 고전압일 때 이를 차단하여 시스템의 안전성을 확보하는 역할을 한다. The main relay 716 serves to secure the safety of the system by blocking when the applied electricity to the battery module or the electricity generated therefrom is an overcurrent or a high voltage above a specified value.

보조 릴레이(720)와 그것에 연동되어 있는 저항(718)은, 차량의 시동 등과 같이, 시스템이 정지된 상태에서 통전이 행해지면서, 순간적인 통전에 의해 과부하가 시스템에 걸리는 것을 방지할 수 있도록, 적절하게 강하된 전압 및 전류의 전기 가 통전될 수 있도록 해 주는 역할을 한다. 따라서, 차량의 시동 시에는 보조 릴레이(720)가 작동하고, 적정한 작동 조건에 도달하면 보조 릴레이(720)는 더 이상 작동하지 않게 된다. The auxiliary relay 720 and the resistor 718 interlocked with the auxiliary relay 720 are suitable to prevent overloading of the system by momentary energization while energizing is performed while the system is stopped, such as starting a vehicle. It plays a role in enabling the electricity of the voltage and the current which is drastically dropped. Therefore, the auxiliary relay 720 operates when the vehicle starts up, and when the appropriate operating condition is reached, the auxiliary relay 720 no longer operates.

한편, 절연성의 플라스틱 기판(710)은 도 4에서 일체형 전면 프레임(450)과 일체형 후면 프레임 및 우측 상단 프레임(410)과 우측 하단 프레임(430)으로 이루어진 개방 우측면에 일치하게 설치될 수 있는 형상과 크기로 이루어져 있고, 양 측면에 결합용 체결부(712)가 돌출되어 있는 구조로 이루어져 있어서, 전지모듈 어셈블리의 일측 외주면 상의 프레임 부재에 적어도 두 모서리가 안정적으로 결합되게 된다.On the other hand, the insulating plastic substrate 710 has a shape that can be installed to match the open right surface consisting of the integrated front frame 450 and the integrated rear frame and the upper right frame 410 and the lower right frame 430 in FIG. It is made of a size, and has a structure in which the coupling fastening portion 712 protrudes on both sides, so that at least two corners are stably coupled to the frame member on one outer peripheral surface of the battery module assembly.

따라서, 전원 개폐부(700)의 플라스틱 기판(710)은 관련 소자들과 버스 바 및 와이어가 탑재되는 공간을 제공할 뿐만 아니라, 프레임 부재의 골격을 지지하는 구조체로서의 역할도 동시에 수행한다. Accordingly, the plastic substrate 710 of the power opening / closing part 700 not only provides a space in which relevant elements, bus bars and wires are mounted, but also serves as a structure for supporting a frame of the frame member.

또한, 도 10에서, 메인 릴레이(716)의 일측 단부에는 메인 릴레이(716)의 작동에 필요한 전원을 공급하는 12V 파워라인(734)이 연결되어 있고, 이러한 12V 파워라인(734)의 중간에 도 8의 수동보호소자(500)가 전기적으로 연결되어 있다. In addition, in FIG. 10, one end of the main relay 716 is connected to a 12V power line 734 for supplying power for the operation of the main relay 716, and is also in the middle of the 12V power line 734. The passive protection element 500 of 8 is electrically connected.

따라서, 전지모듈 내부의 온도가 소정값 이상으로 상승하게 되면, 바이메탈의 원리에 의해 수동보호소자(500)는 오프(off)되고, 이는 12V 파워라인(734)을 통해 메인 릴레이(716)에 공급되는 전기를 단전시킴으로써, BMS(도 2: 600)와는 독립적으로 전지모듈에서 발생한 과전류가 외부 입출력회로에 통전되는 것을 방지하게 된다. Therefore, when the temperature inside the battery module rises above a predetermined value, the passive protection element 500 is turned off by the principle of bimetal, which is supplied to the main relay 716 through the 12V power line 734. By disconnecting the electricity, the overcurrent generated in the battery module is prevented from energizing the external input / output circuit independently of the BMS (FIG. 2: 600).

도 12에는 배터리 관리 시스템인 BMS의 구조가 모식적으로 도시되어 있다.12, the structure of the BMS which is a battery management system is shown typically.

도 12를 도 6과 함께 참조하면, BMS(600)는 하우징 케이스 본체 내부에서 전원 개폐부(700)가 장착되는 위치에서 LDC 및 외부 입출력 회로인 인버터(도시하지 않음)와 인접하여 탑재되고, BMS(600)의 일측 하단부에는 체결부(604)가 일 측면으로 돌출되어 있으며, 볼트와 같은 체결부재를 체결부(604)의 체결홈(602)에 삽입 및 체결함으로써 소정의 부위에 고정된다.Referring to FIG. 12 together with FIG. 6, the BMS 600 is mounted adjacent to an inverter (not shown), which is an LDC and an external input / output circuit, at a position where the power switching unit 700 is mounted inside the housing case body. The fastening part 604 protrudes to one side at one lower end of the side 600, and is fixed to a predetermined part by inserting and fastening a fastening member such as a bolt into the fastening groove 602 of the fastening part 604.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 중대형 전지팩은 수동보호소자가 BMS와 전원 개폐부 사이에 위치하고 있는 구조로 형성되어 있어서, 과충전, 과방전, 과전류 등 비정상적인 이차전지 전원부의 작동 조건에서 BMS와 전원 개폐부 사이의 전기적 연결을 단전시킴으로써 전지팩의 안전성을 크게 향상시킬 수 있다.As described above, the medium-large battery pack according to the present invention has a structure in which the passive protection device is positioned between the BMS and the power switch, and the BMS and the power switch in the abnormal operating conditions of the secondary battery power supply such as overcharge, overdischarge, and overcurrent. By disconnecting the electrical connection between the battery pack can greatly improve the safety.

또한, 본 발명에 따른 중대형 전지팩은 BMS와는 독립적으로 이차전지 전원부의 작동 상태에 대응하여 전원 개폐부와 외부 입출력 회로의 연결을 단전시킬 수 있는 수동보호소자를 포함하고 있으므로, BMS가 오작동하거나 또는 작동되지 않는 경우에도 안전성을 담보할 수 있으며 신뢰성 또한 크게 향상시킬 수 있다. 더욱이, 상기 수동보호소자를 전지팩 내부의 이격공간에 장착할 수 있으므로, 구조변경 없이 중대형 전지팩을 용이하게 제조할 수 있다.In addition, since the medium-large battery pack according to the present invention includes a passive protection device capable of disconnecting the connection between the power switch and the external input / output circuit in response to the operation state of the secondary battery power source independently of the BMS, the BMS malfunctions or operates. If not, the safety can be guaranteed and the reliability can be greatly improved. Moreover, since the passive protection device can be mounted in the spaced space inside the battery pack, it is possible to easily manufacture a medium-large battery pack without structural change.

본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.Those skilled in the art to which the present invention pertains will be able to perform various applications and modifications within the scope of the present invention based on the above contents.

도 1은 종래의 중대형 전지팩의 회로 모식도이다;1 is a circuit diagram of a conventional medium-large battery pack;

도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 중대형 전지팩의 회로 모식도이다;2 is a circuit schematic diagram of a medium-large battery pack according to an embodiment of the present invention;

도 3은 전지모듈 어셈블리에서 장방형 전지모듈들의 육면 적층체가 프레임 부재들에 의해 고정되어 있는 구조의 사시도이다;3 is a perspective view of a structure in which a hexagonal stack of rectangular battery modules is fixed by frame members in the battery module assembly;

도 4는 도 3의 전지모듈 어셈블리에서 육면 적층체를 제외한 상태에서 프레임 부재의 일 측면에 전원 개폐부가 장착되어 있는 구조의 사시도이다;4 is a perspective view of a structure in which the power opening and closing portion is mounted on one side of the frame member in a state in which the six-layer laminate is removed from the battery module assembly of FIG. 3;

도 5는 도 3의 전지모듈 어셈블리에서 육면 적층체의 일 측면에 전원 개폐부가 장착된 상태의 정면 사시도이다;5 is a front perspective view of a state in which the power opening and closing portion is mounted on one side of the hexahedral stack in the battery module assembly of FIG. 3;

도 6은 도 5의 후면 사시도이다;6 is a rear perspective view of FIG. 5;

도 7은 전지모듈 어셈블리를 구성하는 전지모듈의 사시도이다;7 is a perspective view of a battery module constituting the battery module assembly;

도 8은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 수동보호소자가 장착된 전지모듈의 수평 단면 모식도이다;8 is a schematic horizontal cross-sectional view of a battery module equipped with a passive protection device according to an embodiment of the present invention;

도 9는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 수동보호소자의 구조를 나타내는 수직 단면 모식도이다;9 is a vertical cross-sectional schematic diagram showing the structure of a passive protection device according to an embodiment of the present invention;

도 10 및 도 11은 도 4의 전원 개폐부를 확대한 사시도 및 평면도이다;10 and 11 are an enlarged perspective view and a plan view of the power opening and closing portion of FIG.

도 12는 BMS의 구조를 나타내는 사시도이다.12 is a perspective view showing the structure of a BMS.

Claims (11)

다수의 전지셀 또는 전지모듈들이 직렬로 연결되어 있는 고출력 대용량의 이차전지 전원부;A high output large capacity secondary battery power supply in which a plurality of battery cells or battery modules are connected in series; 상기 이차전지 전원부의 작동 상태를 검출하여 제어하는 BMS(Battery Management System);A battery management system (BMS) for detecting and controlling an operation state of the secondary battery power supply unit; 상기 이차전지 전원부와 외부 입출력 회로 사이에 위치하며, 상기 BMS의 작동 명령에 의해 이차전지 전원부와 외부 입출력 회로의 연결을 개폐하는 전원 개폐부; 및A power switch unit positioned between the secondary battery power supply unit and an external input / output circuit, and opening / closing a connection between the secondary battery power supply unit and the external input / output circuit by an operation command of the BMS; And 상기 BMS와 전원 개폐부 사이에 위치하며, 비정상적인 이차전지 전원부의 작동 조건에서 전원 개폐부와 외부 입출력 회로의 연결을 단전시키는 수동보호소자(Passive Protection Device);A passive protection device positioned between the BMS and the power switching unit and disconnecting the connection between the power switching unit and the external input / output circuit under abnormal operating conditions of the secondary battery power supply unit; 를 포함하고 있고, It contains, 상기 전원 개폐부는 BMS와의 연결이 단전되었을 때, 이차전지 전원부와 외부 입출력 회로와의 연결을 차단하도록 구성되어 있고, The power switching unit is configured to cut off the connection between the secondary battery power supply unit and the external input and output circuit, when the connection with the BMS is disconnected, 상기 수동보호소자는 BMS와는 독립적으로 이차전지 전원부의 작동 상태에 대응하여, 상기 이차전지 전원부의 비정상적인 작동 조건에서 BMS와 전원 개폐부의 연결을 단전시킴으로써, 전지팩의 안전성을 담보하는 것으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 중대형 전지팩. The passive protection device independently of the BMS corresponds to the operating state of the secondary battery power supply, by disconnecting the connection between the power supply and the BMS in the abnormal operating conditions of the secondary battery power supply, it is configured to ensure the safety of the battery pack. Medium and large battery pack. 제 1 항에 있어서, 상기 수동보호소자는 이차전지 전원부의 온도 또는 압력이 설정값 이상으로 상승할 때 작동하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 중대형 전지팩.The medium and large battery pack according to claim 1, wherein the passive protection element is configured to operate when the temperature or pressure of the secondary battery power supply unit rises above a set value. 제 1 항에 있어서, 상기 수동보호소자는 이차전지 전원부의 전류 또는 전압이 설정값 이상으로 상승할 때 작동하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 중대형 전지팩.The medium and large battery pack according to claim 1, wherein the passive protection element is configured to operate when the current or voltage of the secondary battery power supply unit rises above a set value. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 수동보호소자는 고온 또는 과전류에서 작동하는 바이메탈 구조를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 중대형 전지팩.The medium and large battery pack according to claim 2 or 3, wherein the passive protection device includes a bimetal structure that operates at high temperature or over current. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 수동보호소자는 전지셀들 또는 전지모듈들 사이에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 중대형 전지팩.The medium-large battery pack according to claim 2 or 3, wherein the passive protection device is mounted between battery cells or battery modules. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 이차전지 전원부는, 다수의 전지셀들 또는 단위모듈들이 직렬로 연결되어 있는 장방형 전지모듈 다수 개가 그것의 폭 방향(종 방향) 및 높이 방향(횡 방향)으로 2 개 또는 그 이상씩 적층되어 전체적으로 육면체 구조(육면 적층체)를 이루고 있고, 상기 육면 적층체의 외주 모서리들이 프레임 부재에 의해 고정되어 있는 전지모듈 어셈블리인 것을 특징으로 하는 중대형 전지팩. The secondary battery power supply unit is formed by stacking two or more rectangular battery modules in which a plurality of battery cells or unit modules are connected in series, two or more in the width direction (vertical direction) and the height direction (lateral direction). A medium-large battery pack, comprising a battery module assembly constituting a hexahedron structure (hexahedral stack) and having outer peripheral edges of the hexahedral stack fixed by a frame member. 제 6 항에 있어서, 상기 전지모듈 육면 적층체는 횡 방향으로 2 개의 장방형 전지모듈들이 서로 대향하여 배열된 상태로, 상기 각각의 장방형 전지모듈에 대해 종 방향으로 1 개 또는 그 이상의 장방형 전지모듈들이 배열되어 있는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 중대형 전지팩.The battery module hexahedron of claim 6, wherein the battery module hexahedron is arranged in a state in which two rectangular battery modules are arranged to face each other, and one or more rectangular battery modules are disposed in a longitudinal direction with respect to each rectangular battery module. Medium-large battery pack, characterized in that consisting of a structure arranged. 제 6 항에 있어서, The method of claim 6, 상기 장방형 전지모듈들 각각의 입출력 단자들이 상기 육면 적층체의 일면(a)을 향하도록 배향되어 있고, Input / output terminals of each of the rectangular battery modules are oriented to face one surface (a) of the hexahedral stack, 상기 면(a)에 결합 및 장착되는 절연성 기판 상에 충방전시 전압 및 전류를 제어하는 소자들('제어소자들')과 이들의 접속부재들이 탑재되어 있는 구조의 전원 개폐부가 위치하고 있으며,On the insulating substrate to be coupled and mounted to the surface (a) is a power supply opening and closing portion of the structure that is mounted on the elements ("control elements") for controlling voltage and current during charging and discharging and their connection members, 상기 전지모듈들의 작동 제어를 위해 입출력 단자들의 배향 면(a) 또는 그것의 대향 면(d)에 BMS가 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 중대형 전지팩.The medium-large battery pack, characterized in that the BMS is mounted on the alignment surface (a) or the opposing surface (d) of the input and output terminals for the operation control of the battery modules. 제 8 항에 있어서, 상기 제어소자들은, 과전류 및 고전압을 가역적으로 자동 차단하는 메인 릴레이(main relay), 초기 방전 과정에서 상기 메인 릴레이에 우선하여 접속되어 전압 및 전류를 강하시키는 보조 릴레이(free charge relay), 상기 보조 릴레이에 접속되어 전류 및 전압을 감소시키는 저항(resistance), 필요에 따라 수동으로 전기를 차단하는 서비스 플러그(service plug), 및 양극 또는 음극 접 속회로 상에서 전류를 검출하는 전류 센서(current sensor)를 포함하는 것을 특징으로 하는 중대형 전지팩.The control device of claim 8, wherein the control elements include: a main relay for automatically reversing the overcurrent and the high voltage, and an auxiliary relay that is connected to the main relay in the initial discharge process to drop the voltage and the current. relay, a resistance connected to the auxiliary relay to reduce current and voltage, a service plug to manually turn off electricity as needed, and a current sensor to detect current on the positive or negative contact circuits. Medium-large battery pack comprising a (current sensor). 제 9 항에 있어서, 상기 전지모듈의 양극 및 음극 중 하나의 전극은 서비스 플러그 - 메인 릴레이 / 보조 릴레이 - 전류 센서 - 외부 입출력 단자의 순서로 접속회로를 구성하고, 나머지 전극은 서비스 플러그 - 외부 입출력 단자의 순서로 접속회로를 구성하는 것을 특징으로 하는 중대형 전지팩. 10. The method of claim 9, wherein one of the positive electrode and the negative electrode of the battery module comprises a connection circuit in the order of the service plug-main relay / auxiliary relay-current sensor-external input and output terminals, the remaining electrodes are service plug-external input / output A medium-large battery pack, comprising the connection circuits in the order of the terminals. 제 1 항에 따른 중대형 전지팩을 구동 전원으로 포함하고 있는 전기자동차 또는 하이브리드 전기자동차.An electric vehicle or a hybrid electric vehicle comprising the medium-large battery pack according to claim 1 as a driving power source.
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