KR101882286B1 - Battery Pack Having Voltage Valancing Syetem - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전압 밸런싱 시스템을 포함하는 전지팩으로서, 하나 또는 둘 이상의 전지셀들을 단위전지로 포함하고 있는 구조의 단위모듈들; 전지팩의 작동을 모니터링 및 제어하는 BMS(Battery management System); 상기 BMS에 포함되어 있고, BMS로부터의 제어 신호에 의해 각 단위모듈들의 충전 또는 방전을 수행하는 전압 밸런싱 장치; 및 상기 단위모듈들의 전원을 BMS로 인가하는 DC/DC Converter(direct current converter); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩를 제공한다.The present invention relates to a battery pack including a voltage balancing system, comprising: unit modules each having one or two or more battery cells as unit cells; A battery management system (BMS) for monitoring and controlling the operation of the battery pack; A voltage balancing device included in the BMS and performing charge or discharge of each unit module by a control signal from the BMS; And a DC / DC converter (direct current converter) for applying the power of the unit modules to the BMS; And a battery pack.

Description

전압 밸런싱 시스템을 포함하는 전지팩 {Battery Pack Having Voltage Valancing Syetem} BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a battery pack having a voltage balancing system,

본 발명은 전압 밸런싱 시스템을 포함하는 전지팩에 관한 것이다.The present invention relates to a battery pack including a voltage balancing system.

최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원 또는 보조 전력장치 등으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(Plug-In HEV) 등의 동력원으로서도 주목받고 있다.BACKGROUND ART [0002] In recent years, rechargeable secondary batteries have been extensively used as an energy source or an auxiliary power device for wireless mobile devices. In addition, the secondary battery is an electric vehicle (EV), a hybrid electric vehicle (HEV), a plug-in hybrid electric vehicle (HEV), and the like, which are proposed as solutions for air pollution of existing gasoline vehicles and diesel vehicles using fossil fuels (Plug-In HEV) and the like.

이러한 이차전지는 고출력이 요구되는 각종 이동성 장치에 사용되는 것으로, 이를 위해 상기와 같은, 전기자동차나 하이브리드 전기자동차 등에 사용되는 전지는 다수의 전지셀들이 직렬로 연결된 전지팩으로부터 출력되는 전기를 전원으로 이용하고 있다 Such a secondary battery is used in various mobile devices requiring a high output. For this purpose, a battery used in an electric vehicle or a hybrid electric vehicle as described above includes a battery pack in which a plurality of battery cells are connected in series, I am using

또한, 전기자동차 등에는 다수의 전지셀들로 구성되는 전지팩이 차량 사양에 따라 다수 개 장착되며, 별도의 장치와 전지 관리 시스템(Battery Management System)이 구비되어 외부 전원이 인가될 시, 전지팩의 각 전지셀들을 충전 또는 방전하면서 각 전지셀의 전압을 적정한 레벨로 유지시킨다.In addition, a plurality of battery packs including a plurality of battery cells are mounted in an electric vehicle according to vehicle specifications, and a separate device and a battery management system (battery management system) are provided. When external power is applied, So that the voltage of each battery cell is maintained at an appropriate level.

그러나, 이러한 전지팩의 경우, 상기와 같이 외부 전원이 인가되어 전지 관리 시스템이 가동될 시 전지셀의 밸런싱 작업을 수행할 수 없는 환경, 즉, 필요에 따라 전지팩의 제조 이후에 장시간 보관 또는 운반되는 과정에서는 전지셀의 밸런싱 작업을 수행할 수 없으므로, 전지셀의 충전 전압이 불균형한 상태가 되는 문제점이 발생할 수 있다.However, in the case of such a battery pack, when an external power source is applied and the battery management system is operated as described above, an environment in which the battery cell balancing operation can not be performed, that is, The balancing operation of the battery cell can not be performed, so that the charging voltage of the battery cell may become unbalanced.

따라서, 이러한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있도록 전지셀 밸런싱 시스템을 갖춘 전지팩에 대한 필요성이 높은 실정이다. Therefore, there is a high need for a battery pack having a battery cell balancing system to fundamentally solve such a problem.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems of the prior art and the technical problems required from the past.

구체적으로, 본 발명의 목적은 전지팩 자체 전원을 사용하여 전지셀들의 밸런싱 작업을 수행하기 위한 전압 밸런싱 시스템을 포함함으로써, 전지팩의 제조 이후에 장시간 보관 또는 운반되는 과정에서도 별도의 외부전원 없이 전지셀의 충전 전압이 불균형한 상태가 되는 문제점을 해결할 수 있는 전지팩을 제공하는 것이다.More specifically, the object of the present invention is to provide a voltage balancing system for balancing battery cells using the battery pack's own power source, so that even when a battery pack is stored or transported for a long time after manufacture, And to provide a battery pack capable of solving the problem that the charge voltage of a cell becomes unbalanced.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지팩은, 전압 밸런싱 시스템을 포함하는 전지팩으로서,According to an aspect of the present invention, there is provided a battery pack including a voltage balancing system,

하나 또는 둘 이상의 전지셀들을 단위전지로 포함하고 있는 구조의 단위모듈들;Unit modules having a structure including one or more battery cells as unit cells;

전지팩의 작동을 모니터링 및 제어하는 BMS(Battery management System);A battery management system (BMS) for monitoring and controlling the operation of the battery pack;

상기 BMS에 포함되어 있고, BMS로부터의 제어 신호에 의해 각 단위모듈들의 충전 또는 방전을 수행하는 전압 밸런싱 장치; 및A voltage balancing device included in the BMS and performing charge or discharge of each unit module by a control signal from the BMS; And

상기 단위모듈들의 전원을 BMS로 인가하는 DC/DC Converter(direct current converter); A DC / DC converter (direct current converter) for applying the power of the unit modules to the BMS;

를 포함하도록 구성되어 있다.As shown in Fig.

상기 단위모듈은 하나의 전지셀로 구성될 수도 있고 또는 둘 이상의 직렬 연결된 전지셀들을 포함하는 구조로 이루어질 수도 있으며, 경우에 따라서는, 상기 단위모듈은 둘 이상의 병렬 연결된 전지셀들을 포함하는 구조로 이루어질 수도 있다.The unit module may include one battery cell or two or more series-connected battery cells. In some cases, the unit module includes two or more parallel-connected battery cells. It is possible.

하나의 구체적인 예에서, 상기 DC/DC Converter는 전지팩에 외부전원이 접속되지 않은 경우에 활성화 되어 BMS로 단위모듈들의 전원을 인가하도록 구성되는 구조일 수 있다.In one specific example, the DC / DC converter may be configured to be activated when the external power source is not connected to the battery pack, and configured to apply power to the unit modules to the BMS.

구체적으로, 상기 BMS는 외부전원이 접속되지 않을 시, DC/DC Converter를 통해 단위모듈들의 전원을 인가받고, 상기 단위모듈들의 전원을 사용하여 전압 밸런싱 장치를 통해 단위모듈들의 전압 밸런싱을 수행하도록 구성되는 구조일 수 있다.Specifically, when the external power source is not connected, the BMS receives the power of the unit modules through the DC / DC converter and performs voltage balancing of the unit modules through the voltage balancing device using the power of the unit modules Lt; / RTI >

이때, 상기 전압 밸런싱은 단위모듈들 중의 최소 전압의 단위모듈에 맞추어 나머지 단위모듈들을 방전하는 방식으로 수행되는 구조일 수 있으나 이것만으로 한정되는 것은 아니다.In this case, the voltage balancing may be performed by discharging the remaining unit modules according to the minimum voltage unit module among the unit modules, but the present invention is not limited thereto.

따라서, 본 발명에 따른 전지팩의 전압 밸런싱 시스템은 외부전원이 접속되지 않은 환경에서, DC/DC Converter가 활성화되는 구조로서, 전지팩 내부의 자체 전원을 사용하여 전압 밸런싱을 수행하므로, 전지팩의 제조 이후에 장시간 보관 또는 운반되는 과정에서도 별도의 외부전원 없이 전지셀의 충전 전압이 불균형한 상태가 되는 문제점을 해결할 수 있는 효과를 제공한다.Therefore, the voltage balancing system of the battery pack according to the present invention has a structure in which the DC / DC converter is activated in an environment where external power is not connected, and performs voltage balancing by using its own power source inside the battery pack. It is possible to solve the problem that the charge voltage of the battery cell becomes unbalanced even when the battery is stored or transported for a long period of time after the manufacture.

한편, 일반적으로 다수의 전지셀을 직렬 또는 병렬 연결하여 구성한 전지팩은 장기간 사용하는 경우, 충방전 사이클이 증가하게 되면 각각의 전지셀이 가지는 특성 인자가 서로 동일하지 못하게 되고 이에 따라 전지셀의 충전 전압이 불균형한 상태가 되며, 각 전지셀들의 상호간 전압 편차가 심화되는 경우에는 폭발과 같은 위험한 상황이 발생할 수 있다.On the other hand, when a battery pack constructed by connecting a plurality of battery cells in series or in parallel is used for a long period of time, characteristic factors of each battery cell are not equal to each other if the charge / discharge cycle is increased, The voltage becomes unbalanced and a dangerous situation such as an explosion may occur when the mutual voltage deviation between the battery cells is intensified.

따라서, 상기와 같이 외부전원이 인가되지 않은 환경에서뿐만 아니라, 전지팩이 사용되는 환경에서도 전압 밸런싱을 필요하며, 구체적으로, 본 발명에 따른 전지팩은 외부전원이 접속되는 경우, DC/DC Converter가 비활성화 되도록 구성되는 구조일 수 있으며, 이러한 경우, BMS는 접속된 외부전원을 사용하여 전압 밸런싱 장치를 통해 단위모듈들의 전압 밸런싱을 수행하도록 구성될 수 있다.Therefore, voltage balancing is required not only in an environment where external power is not applied but also in an environment where a battery pack is used. Specifically, when the external power source is connected to the battery pack according to the present invention, the DC / And in this case, the BMS can be configured to perform voltage balancing of the unit modules via the voltage balancing device using the connected external power source.

하나의 구체적인 예에서, 상기 전압 밸런싱 방식은 임계 충전 전압까지 전지팩을 충전하는 방식일 수 있으며, 더욱 구체적으로, 상기 충전이 CC (Constant Current) 충전 방식으로 진행될 수 있다.In one specific example, the voltage balancing method may be a method of charging the battery pack up to a critical charging voltage, and more specifically, the charging may be performed in a CC (Constant Current) charging manner.

또 다른 구체적인 예에서, 상기 전압 밸런싱 방식은 임계 충전 전압부터 만충전 전압까지 각각의 단위모듈을 충전하는 방식일 수 있으며 더욱 구체적으로, 상기 충전은 CV (Constant Voltage) 충전 방식으로 진행될 수 있다.In another specific example, the voltage balancing method may be a method of charging each unit module from a critical charging voltage to a full charge voltage. More specifically, the charging may be performed by a CV (constant voltage) charging method.

한편, 상기 외부전원은, 전지팩의 충전을 위해 외부로부터 전지팩으로의 전력 공급이 가능한 발전 요소로서, 예를 들어, 전지팩의 충전기, 또는 외부 발전기일 수 있으며, 이 중, 외부 발전기의 하나의 예로서, 차량의 구동 또는 제동에 따른 운동에너지를 전기로 변환하는 차량용 발전기 일 수 있으나, 이것만으로 한정되는 것은 아니다.On the other hand, the external power source may be a power generating element capable of supplying power from the outside to the battery pack for charging the battery pack, for example, a charger of a battery pack or an external generator, The present invention may be an automotive generator that converts kinetic energy resulting from driving or braking of the vehicle into electricity, but is not limited thereto.

본 발명은 또한, 상기 전지팩의 전압 밸런싱 방법으로서, The present invention is also a voltage balancing method of the battery pack,

(a) 전지팩에 외부전원의 인가 여부를 판단하는 과정;(a) determining whether an external power source is applied to the battery pack;

(b) 상기 과정(a)에서 외부전원이 접속되지 않은 경우에 DC/DC converter가 활성화 되어 단위모듈의 전원을 BMS에 인가하며, 외부전원이 접속된 경우에 DC/DC converter가 비활성화 되고 외부전원이 BMS에 인가되는 과정;(b) When the external power source is not connected in the step (a), the DC / DC converter is activated to apply the power of the unit module to the BMS. When the external power source is connected, the DC / DC converter is deactivated, The process applied to this BMS;

(c) 상기 BMS를 통해 각 단위모듈들의 전압을 측정하는 과정; 및(c) measuring a voltage of each unit module through the BMS; And

(d) 상기 과정(c)에서 측정된 각 단위모듈의 전압에 따라 전체 단위모듈의 전압 밸런싱을 수행하는 과정;(d) performing voltage balancing of all the unit modules according to the voltage of each unit module measured in the step (c);

을 포함하는 전압 밸런싱 방법을 제공할 수 있다.And a voltage balancing method.

참고로, 상기 전지셀은 리튬 이차전지일 수 있으며, 리튬 이차전지는 양극, 음극, 분리막, 및 리튬염 함유 비수 전해액으로 구성되어 있다.For reference, the battery cell may be a lithium secondary battery, and the lithium secondary battery includes a positive electrode, a negative electrode, a separator, and a nonaqueous electrolyte solution containing a lithium salt.

상기 양극은, 예를 들어, 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물을 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.The positive electrode is prepared, for example, by coating a mixture of a positive electrode active material, a conductive material and a binder on a positive electrode current collector, and then drying the mixture. Optionally, a filler may be further added to the mixture.

상기 양극 활물질은 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물이나 1 또는 그 이상의 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 들 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.The cathode active material may be a layered compound such as lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), or a compound substituted with one or more transition metals; Lithium manganese oxides such as Li 1 + x Mn 2 -x O 4 (where x is 0 to 0.33), LiMnO 3 , LiMn 2 O 3 , LiMnO 2 and the like; Lithium copper oxide (Li 2 CuO 2 ); Vanadium oxides such as LiV 3 O 8 , LiFe 3 O 4 , V 2 O 5 and Cu 2 V 2 O 7 ; A Ni-site type lithium nickel oxide expressed by the formula LiNi 1-x M x O 2 (where M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B or Ga and x = 0.01 to 0.3); Formula LiMn 2-x M x O 2 ( where, M = Co, Ni, Fe , Cr, and Zn, or Ta, x = 0.01 ~ 0.1 Im) or Li 2 Mn 3 MO 8 (where, M = Fe, Co, Ni, Cu, or Zn); LiMn 2 O 4 in which a part of Li in the formula is substituted with an alkaline earth metal ion; Disulfide compounds; Fe 2 (MoO 4 ) 3 , and the like. However, the present invention is not limited to these.

상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.The conductive material is usually added in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of the mixture including the cathode active material. Such a conductive material is not particularly limited as long as it has electrical conductivity without causing chemical changes in the battery, for example, graphite such as natural graphite or artificial graphite; Carbon black such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; Conductive fibers such as carbon fiber and metal fiber; Metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; Conductive whiskey such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives and the like can be used.

상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 30 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.The binder is a component which assists in bonding of the active material and the conductive material and bonding to the current collector, and is usually added in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of the mixture containing the cathode active material. Examples of such binders include polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene , Polypropylene, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butylene rubber, fluorine rubber, various copolymers and the like.

상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다.The filler is optionally used as a component for suppressing the expansion of the anode, and is not particularly limited as long as it is a fibrous material without causing a chemical change in the battery. Examples of the filler include olefin polymers such as polyethylene and polypropylene; Fibrous materials such as glass fibers and carbon fibers are used.

상기 음극은 음극 집전체 상에 음극 활물질을 도포, 건조하여 제작되며, 필요에 따라, 앞서 설명한 바와 같은 성분들이 선택적으로 더 포함될 수도 있다.The negative electrode is manufactured by applying and drying a negative electrode active material on a negative electrode collector, and if necessary, the above-described components may be selectively included.

상기 음극 활물질로는, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe’yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me’: Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, and Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료 등을 사용할 수 있다.Examples of the negative electrode active material include carbon such as non-graphitized carbon and graphite carbon; Li x Fe 2 O 3 (0≤x≤1 ), Li x WO 2 (0≤x≤1), Sn x Me 1-x Me 'y O z (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me' : Metal complex oxides such as Al, B, P, Si, Group 1, Group 2, Group 3 elements of the periodic table, Halogen, 0 &lt; x &lt; Lithium metal; Lithium alloy; Silicon-based alloys; Tin alloy; SnO, SnO 2, PbO, PbO 2, Pb 2 O 3, Pb 3 O 4, Sb 2 O 3, Sb 2 O 4, Sb 2 O 5, GeO, GeO 2, Bi 2 O 3, Bi 2 O 4, and Bi 2 O 5 ; Conductive polymers such as polyacetylene; Li-Co-Ni-based materials and the like can be used.

상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 ㎛이다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.The separation membrane is interposed between the anode and the cathode, and an insulating thin film having high ion permeability and mechanical strength is used. The pore diameter of the separator is generally 0.01 to 10 mu m and the thickness is generally 5 to 300 mu m. Such separation membranes include, for example, olefinic polymers such as polypropylene, which are chemically resistant and hydrophobic; A sheet or nonwoven fabric made of glass fiber, polyethylene or the like is used. When a solid electrolyte such as a polymer is used as an electrolyte, the solid electrolyte may also serve as a separation membrane.

리튬염 함유 비수계 전해액은, 극성 유기 전해액과 리튬염으로 이루어져 있다. 전해액으로는 비수계 액상 전해액, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용된다. The non-aqueous electrolyte solution containing a lithium salt is composed of a polar organic electrolyte and a lithium salt. As the electrolytic solution, a non-aqueous liquid electrolytic solution, an organic solid electrolyte, an inorganic solid electrolyte and the like are used.

상기 비수계 액상 전해액으로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.Examples of the nonaqueous liquid electrolytic solution include N-methyl-2-pyrrolidinone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, gamma -Butyrolactone, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydroxyfuran, 2-methyltetrahydrofuran, dimethylsulfoxide, 1,3-dioxolane, formamide, dimethylformamide, dioxolane , Acetonitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, triester phosphate, trimethoxymethane, dioxolane derivatives, sulfolane, methylsulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbonate Nonionic organic solvents such as tetrahydrofuran derivatives, ethers, methyl pyrophosphate, ethyl propionate and the like can be used.

상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합체 등이 사용될 수 있다.Examples of the organic solid electrolyte include a polymer electrolyte such as a polyethylene derivative, a polyethylene oxide derivative, a polypropylene oxide derivative, a phosphate ester polymer, an agitation lysine, a polyester sulfide, a polyvinyl alcohol, a polyvinylidene fluoride, Polymers containing ionic dissociation groups, and the like can be used.

상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.Examples of the inorganic solid electrolyte include Li 3 N, LiI, Li 5 NI 2 , Li 3 N-LiI-LiOH, LiSiO 4 , LiSiO 4 -LiI-LiOH, Li 2 SiS 3 , Li 4 SiO 4 , Nitrides, halides and sulfates of Li such as Li 4 SiO 4 -LiI-LiOH and Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2 can be used.

상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.The lithium salt is a material that is readily soluble in the non-aqueous electrolyte, for example, LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4, LiBF 4, LiB 10 Cl 10, LiPF 6, LiCF 3 SO 3, LiCF 3 CO 2, LiAsF 6, LiSbF 6, LiAlCl 4, CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, (CF 3 SO 2) 2 NLi, chloroborane lithium, lower aliphatic carboxylic acid lithium, lithium tetraphenyl borate and imide have.

또한, 비수계 전해액에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있다.For the purpose of improving the charge-discharge characteristics and the flame retardancy, the non-aqueous liquid electrolyte may contain, for example, pyridine, triethylphosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylenediamine, glyme, N, N-substituted imidazolidine, ethylene glycol dialkyl ether, ammonium salt, pyrrole, 2-methoxyethanol, aluminum trichloride and the like are added It is possible. In some cases, a halogen-containing solvent such as carbon tetrachloride or ethylene trifluoride may be further added to impart nonflammability, or a carbon dioxide gas may be further added to improve high-temperature storage characteristics.

본 발명은 또한, 상기 전지팩을 전원으로 사용하는 디바이스를 제공하는 바, 상기 디바이스는 구체적으로, 스마트폰, 휴대폰, 노트북, 테블릿 PC, 웨어러블 전자기기, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차 또는 전력 저장용 시스템 등일 수 있다.The present invention also provides a device using the battery pack as a power source, wherein the device is specifically a smart phone, a mobile phone, a laptop, a tablet PC, a wearable electronic device, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, A hybrid electric vehicle, a power storage system, or the like.

전지팩과 디아비스의 구조 및 그것의 제조방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.The structure of the battery pack and the diabis and the manufacturing method thereof are well known in the art, so a detailed description thereof will be omitted herein.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지팩은, 전지팩 자체 전원을 사용하여 전지셀들의 밸런싱 작업을 수행하기 위한 전압 밸런싱 시스템을 포함함으로써, 전지팩의 제조 이후에 장시간 보관 또는 운반되는 과정에서도 별도의 외부 전원없이 전지셀의 충전 전압이 불균형한 상태가 되는 문제점을 해결할 수 있는 효과가 있다.As described above, the battery pack according to the present invention includes the voltage balancing system for balancing the battery cells using the power source of the battery pack, so that even after the battery pack is stored or transported for a long time after the battery pack is manufactured There is an effect that the charging voltage of the battery cell becomes unbalanced without a separate external power supply.

도 1 은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전압 밸런싱 시스템을 포함하는 전지팩의 개략적인 회로도이다;
도 2 는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전압 밸런싱 시스템을 포함하는 전지팩의 개략적인 회로도이다.
1 is a schematic circuit diagram of a battery pack including a voltage balancing system according to one embodiment of the present invention;
2 is a schematic circuit diagram of a battery pack including a voltage balancing system according to another embodiment of the present invention.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited by the scope of the present invention.

도 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전압 밸런싱 시스템을 포함하는 전지팩의 개략적인 회로도가 모식적으로 도시되어 있다.1 schematically shows a schematic circuit diagram of a battery pack including a voltage balancing system according to one embodiment of the present invention.

도 1을 참조하여, 전지팩(100)은 둘 이상의 전지셀을 포함하는 단위듈들(111, 112, 113, 114, 115, 116)이 회로상에 직렬 또는 병렬로 연결되어 있고, 전지팩(100)의 작동을 모니터링 및 제어하는 BMS(120) 및 DC/DC Converter(130)와 전기적으로 연결되어 있는 구조로 구성된다.1, a battery pack 100 includes unit cells 111, 112, 113, 114, 115, and 116 including two or more battery cells connected in series or in parallel on a circuit, 100 and the BMS 120 and the DC / DC converter 130 that monitor and control the operation of the DC / DC converter.

상기 BMS(120)는 BMS(120)로부터의 제어 신호에 의해 각 단위 모듈들의 충전 또는 방전을 수행하는 전압 밸런싱 장치(도시하지 않음)을 포함하고 있으며, 도 1에서와 같이 외부전원에 접속되지 않은 상태에서는 DC/DC Converter(130)가 활성화되며, DC/DC Converter(130)를 통해 단위모듈들(111, 112, 113, 114, 115, 116)의 전원을 BMS(120)로 인가하는 구조로 구성되어, 상기 단위모듈들(111, 112, 113, 114, 115, 116)의 전원을 사용하여 전압 밸런싱 장치를 통해 단위모듈들(111, 112, 113, 114, 115, 116)의 전압 밸런싱을 수행하도록 구성된다.The BMS 120 includes a voltage balancing device (not shown) that performs charging or discharging of the unit modules according to a control signal from the BMS 120. As shown in FIG. 1, The DC / DC converter 130 is activated and the power of the unit modules 111, 112, 113, 114, 115, and 116 is applied to the BMS 120 through the DC / DC converter 130 The voltage balancing of the unit modules 111, 112, 113, 114, 115, and 116 is performed through the voltage balancing device using the power of the unit modules 111, 112, 113, 114, 115, .

따라서, 이러한 구조의 전지팩(100)은, 외부전원이 인가되지 않을시, 전지팩(100) 자체 전원을 사용하여 단위모듈들(111, 112, 113, 114, 115, 116)의 밸런싱 작업을 수행할 수 있는 구조로 구성되며, 전지팩(100)의 제조 이후에 장시간 보관 또는 운반되는 과정에서도 별도의 외부전원 없이 전지셀의 충전 전압이 불균형한 상태가 되는 문제점을 해결할 수 있다.Therefore, when the external power source is not applied, the battery pack 100 having such a structure can perform the balancing operation of the unit modules 111, 112, 113, 114, 115, and 116 using the power source of the battery pack 100 itself And it is possible to solve the problem that the charge voltage of the battery cell becomes unbalanced without a separate external power source even in the process of storing or transporting the battery pack 100 for a long time after the battery pack 100 is manufactured.

도 2에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전압 밸런싱 시스템을 포함하는 전지팩의 개략적인 회로도가 모식적으로 도시되어 있다.2 schematically shows a schematic circuit diagram of a battery pack including a voltage balancing system according to another embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 전지팩(200)은 둘 이상의 전지셀을 포함하는 단위듈들(211, 212, 213, 214, 215, 216)이 회로상에 직렬 또는 병렬로 연결되어 있고, 전지팩(200)의 작동을 모니터링 및 제어하는 BMS(220) 및 DC/DC Converter(230)와 전기적으로 연결되어 있는 구조로 구성된다.2, the battery pack 200 includes unit modules 211, 212, 213, 214, 215, and 216 including two or more battery cells connected in series or in parallel on a circuit, 200 and the BMS 220 and the DC / DC converter 230 that monitor and control the operation of the DC / DC converter 200.

상기 BMS(220)는 BMS(220)로부터의 제어 신호에 의해 각 단위 모듈들의 충전 또는 방전을 수행하는 전압 밸런싱 장치(도시하지 않음)을 포함하고 있으며, 도 2에서와 같이 외부전원(300)이 접속되는 경우, DC/DC Converter(130)가 비활성화되며, 외부전원(300)을 BMS(220)로 인가하는 구조로 구성되어, 외부전원(300)을 사용하여 전압 밸런싱 장치를 통해 단위모듈들(211, 212, 213, 214, 215, 216)의 전압 밸런싱을 수행하도록 구성된다.The BMS 220 includes a voltage balancing device (not shown) that performs charging or discharging of the unit modules according to a control signal from the BMS 220. As shown in FIG. 2, the external power source 300 The DC / DC converter 130 is inactivated and the external power source 300 is applied to the BMS 220. When the external power source 300 is connected to the unit modules (not shown) through the voltage balancing device, 211, 212, 213, 214, 215, 216).

즉, 도 1 및 2에서 보는 바와 같이, 이러한 구조의 전지팩은 외부전원의 접속 여부에 따라 전지팩 내부에 포함되는 단위모듈들의 전원을 사용하여 전압 밸런싱 작업을 수행할지 또는 외부전원을 사용하여 전압 밸런싱을 수행할지 여부가 결정할 수 있으며, 일반적인 충전기 또는 차량용 발전기 등의 외부전원이 접속된 상태에서 전지팩이 사용되는 환경뿐만 아니라, 외부 디바이스 등에 연결되지 않고, 외부전원이 차단된 환경에서도 전압 밸런싱 작업을 수행할 수 있으므로, 전지셀의 충전 전압이 불균형한 상태가 되는 문제점을 해결할 수 있다.
That is, as shown in FIGS. 1 and 2, the battery pack having such a structure is configured to perform voltage balancing operation using the power of the unit modules included in the battery pack depending on whether an external power source is connected or not, It is possible to determine whether balancing is performed or not. In addition to an environment in which the battery pack is used in a state where external power such as a generic charger or a vehicle generator is connected, it is not connected to an external device, It is possible to solve the problem that the charging voltage of the battery cell becomes unbalanced.

본 발명이 속한 분양에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 수행하는 것이 가능할 것이다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

Claims (16)

전압 밸런싱 시스템을 포함하는 전지팩으로서,
하나 또는 둘 이상의 전지셀들을 단위전지로 포함하고 있는 구조의 단위모듈들;
전지팩의 작동을 모니터링 및 제어하는 BMS(Battery management System);
상기 BMS에 포함되어 있고, BMS로부터의 제어 신호에 의해 각 단위모듈들의 충전 또는 방전을 수행하는 전압 밸런싱 장치; 및
상기 단위모듈들의 전원을 BMS로 인가하는 DC/DC Converter(direct current converter);
를 포함하고, 상기 DC/DC Converter는 전지팩에 외부전원이 접속된 경우에 비활성화 되도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
A battery pack comprising a voltage balancing system,
Unit modules having a structure including one or more battery cells as unit cells;
A battery management system (BMS) for monitoring and controlling the operation of the battery pack;
A voltage balancing device included in the BMS and performing charge or discharge of each unit module by a control signal from the BMS; And
A DC / DC converter (direct current converter) for applying the power of the unit modules to the BMS;
Wherein the DC / DC converter is configured to be inactivated when an external power source is connected to the battery pack.
제 1 항에 있어서, 상기 단위모듈은 하나의 전지셀 또는 둘 이상의 직렬 연결된 전지셀들을 포함하는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.The battery pack according to claim 1, wherein the unit module comprises one battery cell or two or more series-connected battery cells. 제 1 항에 있어서, 상기 단위모듈은 둘 이상의 병렬 연결된 전지셀들을 포함하는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전지팩.The battery pack according to claim 1, wherein the unit module comprises two or more parallel-connected battery cells. 제 1 항에 있어서, 상기 DC/DC Converter는 전지팩에 외부전원이 접속되지 않은 경우에 활성화 되어 BMS로 단위모듈들의 전원을 인가하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.The battery pack according to claim 1, wherein the DC / DC converter is configured to be activated when an external power source is not connected to the battery pack, to apply power to the unit modules to the BMS. 제 4 항에 있어서, 상기 BMS는 DC/DC Converter를 통해 단위모듈들의 전원을 인가받고, 상기 단위모듈들의 전원을 사용하여 전압 밸런싱 장치를 통해 단위모듈들의 전압 밸런싱을 수행하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.5. The BMS of claim 4, wherein the BMS is configured to receive power from the unit modules through a DC / DC converter and perform voltage balancing of the unit modules through the voltage balancing device using the power of the unit modules Battery pack. 제 5 항에 있어서, 상기 전압 밸런싱은 단위모듈들 중의 최소 전압의 단위모듈에 맞추어 나머지 단위모듈들을 방전하는 방식으로 수행되는 것을 특징으로 하는 전지팩.The battery pack according to claim 5, wherein the voltage balancing is performed in such a manner that the remaining unit modules are discharged in accordance with the unit module of the minimum voltage among the unit modules. 삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 BMS는 전지팩에 외부전원이 접속된 경우에 외부전원을 사용하여 전압 밸런싱 장치를 통해 단위모듈들의 전압 밸런싱을 수행하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.The battery pack according to claim 1, wherein the BMS is configured to perform voltage balancing of the unit modules through a voltage balancing device using an external power source when an external power source is connected to the battery pack. 제 8 항에 있어서, 상기 전압 밸런싱은 임계 충전 전압까지 각 단위모듈을 충전하는 방식으로 수행되는 것을 특징으로 하는 전지팩.The battery pack according to claim 8, wherein the voltage balancing is performed by charging each unit module up to a critical charge voltage. 제 9 항에 있어서, 상기 충전은 CC(Constant Current) 충전 방식으로 진행되는 것을 특징으로 하는 전지팩.The battery pack according to claim 9, wherein the charging is performed by a CC (Constant Current) charging method. 제 9 항에 있어서, 상기 전압 밸런싱은 임계 충전 전압부터 만충전 전압까지 각각의 단위모듈을 추가적으로 충전하는 것을 특징으로 하는 전지팩.The battery pack according to claim 9, wherein the voltage balancing further charges each unit module from a critical charging voltage to a full charge voltage. 제 11 항에 있어서, 상기 충전은 CV(Constant Voltage) 충전 방식으로 진행되는 것을 특징으로 하는 전지팩.The battery pack according to claim 11, wherein the charging is performed by a CV (constant voltage) charging method. 제 4 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 외부전원은 충전기, 외부 발전기 또는 차량용 발전기인 것을 특징으로 하는 전지팩.The battery pack according to claim 4 or 8, wherein the external power source is a charger, an external generator, or a generator for a vehicle. 제 1 항에 따른 전지팩의 전압 밸런싱 방법으로서,
(a) 전지팩에 외부전원의 인가 여부를 판단하는 과정;
(b) 상기 과정(a)에서 외부전원이 접속되지 않은 경우에 DC/DC converter가 활성화 되어 단위모듈의 전원을 BMS에 인가하며, 외부전원이 접속된 경우에 DC/DC converter가 비활성화 되고 외부전원이 BMS에 인가되는 과정;
(c) 상기 BMS를 통해 각 단위모듈들의 전압을 측정하는 과정; 및
(d) 상기 과정(c)에서 측정된 각 단위모듈의 전압에 따라 전체 단위모듈의 전압 밸런싱을 수행하는 과정;
을 포함하는 전압 밸런싱 방법.
A method of balancing a voltage of a battery pack according to claim 1,
(a) determining whether an external power source is applied to the battery pack;
(b) When the external power source is not connected in the step (a), the DC / DC converter is activated to apply the power of the unit module to the BMS. When the external power source is connected, the DC / DC converter is deactivated, The process applied to this BMS;
(c) measuring a voltage of each unit module through the BMS; And
(d) performing voltage balancing of all the unit modules according to the voltage of each unit module measured in the step (c);
&Lt; / RTI &gt;
제 1 항에 따른 전지팩을 포함하는 것을 특징으로 하는 디바이스.A device comprising a battery pack according to claim 1. 제 15 항에 있어서, 상기 디바이스는 스마트폰, 휴대폰, 노트북, 테블릿 PC, 웨어러블 전자기기, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차 또는 전력 저장용 시스템에서 선택되는 것을 특징으로 하는 디바이스.16. The device of claim 15, wherein the device is selected from a smart phone, a mobile phone, a laptop, a tablet PC, a wearable electronic device, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a plug- .
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