JP2022528875A - バッテリーパックの欠陥検出装置及び方法 - Google Patents

バッテリーパックの欠陥検出装置及び方法 Download PDF

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Abstract

本発明の一実施形態によるバッテリーパックの欠陥検出装置は、欠陥が検出されたバッテリーセルをバッテリーパックの内部で断絶させることで、該当バッテリーセルから発生し得る危険要素を除去することができるバッテリーパックの欠陥検出装置及び方法を提供することを目的とする。本発明の一実施形態によれば、欠陥が検出されたバッテリーセルを放電させることで、爆発などを起こし得る危険要素を除去することができる。また、本発明の一実施形態によれば、欠陥が検出されたバッテリーセルをバッテリーパックと断絶させることで、危険要素の再発を予め防止することができる。

Description

本発明は、バッテリーパックの欠陥検出装置及び方法に関し、より詳しくは、バッテリーパックに備えられたバッテリーセルの欠陥を検出し、欠陥が検出されたバッテリーセルを断絶させるバッテリーパックの欠陥検出装置及び方法に関する。
本出願は、2019年7月10日付け出願の韓国特許出願第10-2019-0083360号に基づく優先権を主張し、当該出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に組み込まれる。
近年、ノートパソコン、ビデオカメラ、携帯電話などのような携帯用電子製品の需要が急激に伸び、電気自動車、エネルギー貯蔵用蓄電池、ロボット、衛星などの開発が本格化するにつれて、繰り返して充放電可能な高性能バッテリーに対する研究が活発に行われている。
現在、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池、リチウムバッテリーなどのバッテリーが商用化しているが、中でもリチウムバッテリーはニッケル系列のバッテリーに比べてメモリ効果が殆ど起きず充放電が自在であって、自己放電率が非常に低くてエネルギー密度が高いという長所から脚光を浴びている。
また、バッテリーの充放電を効率的に制御し、バッテリーの爆発危険性を低減させるための多様な研究が行われている。特許文献1は、バッテリーパックに備えられた放電スイッチが誤作動すると、バッテリーバランシング回路を作動させることで、バッテリーの熱暴走による損傷、発火及び爆発を遅延させることができるバッテリーパックを開示している。
特許文献1は、バランシング回路を作動させることでバッテリーを放電させ、バッテリーの過充電による事故を一時的に防止できるものの、該当バッテリーがバッテリーパックの内部で継続的に使用されるため、同じ問題が再発するおそれがあるという問題がある。
韓国特許第10-1945900号公報
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、欠陥が検出されたバッテリーセルをバッテリーパックの内部で断絶させることで、該当バッテリーセルから発生し得る危険要素を除去することができるバッテリーパックの欠陥検出装置及び方法を提供することを目的とする。
本発明の他の目的及び長所は、下記の説明によって理解でき、本発明の実施形態によってより明らかに分かるであろう。また、本発明の目的及び長所は、特許請求の範囲に示される手段及びその組合せによって実現することができる。
本発明の一態様によるバッテリーパックの欠陥検出装置は、一つ以上のバッテリーセルが含まれたバッテリーパックの欠陥を検出する装置であって、一端がバッテリーセルの第1端子に直列で接続され、他端がバッテリーパックの電極端子側に接続されるように構成されたヒューズと、バッテリーセルの電圧、電流及び温度のうち少なくとも一つを測定し、ヒューズが切断されたか否かを判断するように構成されたモニタリング部と、一端がバッテリーセルの第1端子に並列で接続された放電抵抗、及び一端がバッテリーセルの第2端子に接続され、他端が放電抵抗の他端に接続された放電スイッチを備えるように構成された放電ラインと、モニタリング部によって測定された測定結果及びヒューズの切断如何に対する判断結果を受信し、受信した測定結果に基づいてバッテリーセルの充電状態を推定し、受信した測定結果及び推定された充電状態に基づいてバッテリーセルの状態を正常状態または欠陥状態と判断し、判断されたバッテリーセルの状態及び判断されたヒューズの切断如何に応じて放電スイッチの動作状態をターンオン状態またはターンオフ状態に制御するように構成された制御部と、を含む。
ヒューズは、放電スイッチの動作状態がターンオン状態である場合、切断されるように構成され得る。
制御部は、測定された測定結果に基づいてバッテリーセルが過充電状態及び臨界温度以上の高温状態の少なくとも一つであると判断されれば、バッテリーセルの状態を欠陥状態と判断し、放電スイッチの動作状態をターンオン状態に制御するように構成され得る。
本発明の他の態様によるバッテリーパックの欠陥検出装置は、放電ライン上に直列で接続され、制御部によって放電スイッチの動作状態がターンオン状態に制御される間に駆動されてバッテリーセルの温度を下げるように構成された冷却ユニットをさらに含み得る。
制御部は、ヒューズが切断され、バッテリーセルの充電状態が予め設定された下限値以下である場合、放電スイッチの動作状態をターンオフ状態に制御するように構成され得る。
制御部は、ヒューズが切断されたと判断された後、バッテリーセルの充電状態が予め設定された上限値以上である場合、放電スイッチの動作状態をターンオン状態に制御するように構成され得る。
本発明のさらに他の態様によるバッテリーパックの欠陥検出装置は、一端がヒューズの他端に接続され、他端がバッテリーパックの電極端子に接続されるように構成されたメインスイッチと、一端がヒューズとメインスイッチとの間に接続され、他端が放電抵抗と放電スイッチとの間に接続された遮断抵抗と、をさらに含み得る。
放電抵抗の抵抗値は、遮断抵抗の抵抗値よりも小さく構成され得る。
制御部は、バッテリーセルの状態が欠陥状態と判断された場合、メインスイッチの動作状態をターンオフ状態に制御するように構成され得る。
本発明のさらに他の態様によるバッテリーパックの欠陥検出装置は、ヒューズの一端とバッテリーセルの第1端子とが接続されたラインと、放電抵抗の一端との間に備えられ、放電抵抗に流れる電流を測定するように構成された電流計をさらに含み得る。
モニタリング部は、電流計によって測定された電流値が所定の臨界値以上であれば、ヒューズが切断されたと判断するように構成され得る。
制御部は、バッテリーセルの状態が正常状態と判断されたが、モニタリング部によってヒューズが切断されたと判断された場合、メインスイッチの動作状態をターンオン状態に制御するように構成され得る。
本発明のさらに他の態様によるバッテリーパックの欠陥検出装置は、制御部と接続され、制御部から切断制御信号を受信すれば、発熱する発熱ユニット、ヒューズに電流を印加するように構成された電流印加ユニット及びヒューズを切断する切断ユニットのうち少なくとも一つを備え、ヒューズを切断させるように構成されたヒューズ切断部をさらに含み得る。
制御部は、ヒューズが切断されず、バッテリーセルの状態が欠陥状態と判断された場合、切断制御信号を出力するように構成され得る。
バッテリーパックは、複数のバッテリーセルを含み得る。
ヒューズは、バッテリーパックに含まれた複数のバッテリーセルのうち対応するバッテリーセルの第1端子に接続されるように構成され得る。
放電ラインは、複数のバッテリーセルのうち対応するバッテリーセルのそれぞれに接続されるように構成され得る。
本発明のさらに他の態様によるバッテリーパックの欠陥検出装置は、複数のバッテリーセルのうち対応するバッテリーセルのそれぞれに並列で接続され、制御部によって動作状態がターンオフ状態またはターンオン状態に制御されるように構成されたバイパススイッチをさらに含み得る。
制御部は、複数のバッテリーセルのうち状態が欠陥状態と判断されたか又は対応するヒューズが切断されたと判断されたバッテリーセルをターゲットセルとして選定し、選定されたターゲットセルの状態に応じて選定されたターゲットセルに対応する放電ラインに含まれた放電スイッチの動作状態をターンオンまたはターンオフ状態に制御し、ターゲットセルに並列で接続されたバイパススイッチの動作状態をターンオン状態に制御するように構成され得る。
本発明の他の一態様によるバッテリーパックは、本発明の一態様によるバッテリーパックの欠陥検出装置を含む。
本発明のさらに他の一態様によるバッテリーパックの欠陥検出方法は、バッテリーセルの電圧、電流及び温度のうち少なくとも一つを測定する測定段階と、ヒューズが切断されたか否かを判断する切断如何判断段階と、測定段階で測定された測定結果に基づいてバッテリーセルの状態を正常状態または欠陥状態と判断するバッテリーセル状態判断段階と、判断されたバッテリーセルの状態及び判断されたヒューズの切断如何に応じて放電スイッチの動作状態をターンオン状態またはターンオフ状態に制御する放電スイッチ動作制御段階と、を含む。
本発明の一態様によれば、欠陥が検出されたバッテリーセルを放電させることで、爆発などを起こし得る危険要素を除去することができる。
また、本発明の一態様によれば、欠陥が検出されたバッテリーセルをバッテリーパックと断絶させることで、危険要素の再発を予め防止することができる。
また、本発明の一態様によれば、欠陥が検出されてバッテリーパックと断絶されたバッテリーセルに対する情報が提供されるため、欠陥が検出されたバッテリーセルに対する識別及び交換が非常に容易になる。
本発明の効果は以上の効果に制限されず、その他の効果は特許請求の範囲の記載から当業者に明確に理解できるであろう。
本明細書に添付される次の図面は、発明の詳細な説明とともに本発明の技術的な思想をさらに理解させる役割をするものであるため、本発明は図面に記載された事項だけに限定されて解釈されてはならない。
本発明の一実施形態によるバッテリーパックの欠陥検出装置の例示的構成を概略的に示した図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーパックの欠陥検出装置の他の例示的構成を概略的に示した図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーパックの欠陥検出装置のさらに他の例示的構成を概略的に示した図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーパックの欠陥検出装置のさらに他の例示的構成を概略的に示した図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーパックの欠陥検出装置のさらに他の例示的構成を概略的に示した図である。 本発明の他の実施形態によるバッテリーパックの欠陥検出装置の例示的構成を概略的に示した図である。 本発明の他の実施形態によるバッテリーパックの欠陥検出装置の他の例示的な構成を概略的に示した図である。 本発明のさらに他の実施形態によるバッテリーパックの欠陥検出方法を概略的に示した図である。
本明細書及び特許請求の範囲に使われた用語や単語は通常的や事前的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解釈されねばならない。
したがって、本明細書に記載された実施形態及び図面に示された構成は、本発明のもっとも望ましい一実施形態に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを代弁するものではないため、本出願の時点においてこれらに代替できる多様な均等物及び変形例があり得ることを理解せねばならない。
また、本発明の説明において、関連公知構成または機能についての具体的な説明が本発明の要旨を不明瞭にし得ると判断される場合、その詳細な説明は省略する。
第1、第2などのように序数を含む用語は、多様な構成要素のうちある一つをその他の要素と区別するために使われたものであり、これら用語によって構成要素が限定されることはない。
明細書の全体において、ある部分がある構成要素を「含む」とするとき、これは特に言及されない限り、他の構成要素を除外するものではなく、他の構成要素をさらに含み得ることを意味する。
また、明細書に記載された「制御部」のような用語は少なくとも一つの機能や動作を処理する単位を意味し、ハードウェア、ソフトウェア、またはハードウェアとソフトウェアとの組合せで具現され得る。
さらに、明細書の全体において、ある部分が他の部分と「連結(接続)」されるとするとき、これは「直接的な連結(接続)」だけでなく、他の素子を介在した「間接的な連結(接続)」も含む。
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施形態を詳しく説明する。
図1は、本発明の一実施形態によるバッテリーパックの欠陥検出装置の例示的構成を概略的に示した図である。
図1を参照すると、本発明の一実施形態によるバッテリーパックの欠陥検出装置は、ヒューズ20、モニタリング部100、放電ライン30及び制御部200を含むことができる。ここで、バッテリーパックは、一つ以上のバッテリーセル10を含み得る。例えば、バッテリーパックに複数のバッテリーセル10が含まれる場合、複数のバッテリーセル10は直列及び/または並列で接続され得る。以下、バッテリーパックに一つのバッテリーセル10が含まれた場合について説明する。
ヒューズ20は、一端がバッテリーセル10の第1端子に直列で接続され得る。ここで、バッテリーセル10の第1端子は正極端子または負極端子であり得、第2端子は第1端子と反対極性の端子であり得る。すなわち、ヒューズ20の一端は、バッテリーセル10の正極端子または負極端子に接続され得る。以下、説明の便宜上、バッテリーセル10の第1端子が正極端子であり、第2端子が負極端子であるとして説明する。例えば、図1の実施形態において、ヒューズ20の一端20bはバッテリーセル10の正極端子に接続され得る。
ヒューズ20の他端は、バッテリーパックの電極端子側に接続されるように構成され得る。ここで、ヒューズ20の他端が接続されるバッテリーパックの電極端子は、ヒューズ20の一端が接続されたバッテリーセル10の第1端子と同じ極性を有する端子であり得る。例えば、図1の実施形態において、ヒューズ20の一端20bはバッテリーセル10の第1端子側に接続され、ヒューズ20の他端20aはバッテリーパックの正極端子P+側に接続され得る。
本発明の一実施形態によるバッテリーパックの欠陥検出装置に含まれたヒューズ20は、過電流が流れると溶融して配線が切れるか、または、一定水準以上の熱が加えられると切断され得る。
モニタリング部100は、バッテリーセル10の電圧、電流及び温度のうち少なくとも一つを測定することができる。
例えば、図1を参照すると、モニタリング部100は、複数のセンシングラインSL1、SL2を通じてバッテリーセル10と接続され得る。モニタリング部100は、複数のセンシングラインSL1、SL2を通じてバッテリーセル10の両端の電圧を測定し、測定したバッテリーセル10両端の電圧差を算出してバッテリーセル10の電圧を測定し得る。また、モニタリング部100は、バッテリーセル10に取り付けられた温度センサなどを通じてバッテリーセル10の温度を測定し得る。また、図1には図示されていないが、バッテリーセル10の第1端子または第2端子側にはセンス抵抗が備えられ、モニタリング部100はセンス抵抗の両端の電圧を測定し得る。そして、モニタリング部100は、測定したセンス抵抗の両端の電圧差を算出し、バッテリーセル10から出力される電流またはバッテリーセル10に印加される電流も測定し得る。
また、モニタリング部100は、ヒューズ20の切断如何を判断するように構成され得る。
ここで、ヒューズ20の切断如何の判断とは、ヒューズ20が切断されたか否かを判断することを意味し得る。例えば、モニタリング部100は、ヒューズ20の両端20a、20bの電圧を測定し、測定したヒューズ20の両端20a、20bの電位差を計算してヒューズ20の切断如何を判断し得る。他の例として、モニタリング部100は、バッテリーセル10の第1端子とヒューズ20の一端20bとの間に流れる電流、または、ヒューズ20の他端20aとバッテリーパックの正極端子P+との間に流れる電流を測定してヒューズ20の切断如何を判断し得る。
放電ライン30は、放電抵抗32及び放電スイッチ31を備えるように構成され得る。具体的には、放電抵抗32は一端32bがバッテリーセル10の第1端子に接続されるように構成され得る。また、放電スイッチ31の一端31bがバッテリーセル10の第2端子に接続され、放電スイッチ31の他端31aが放電抵抗32の他端32aに接続されるように構成され得る。以下、放電抵抗32が一つの抵抗である実施形態を説明するが、放電抵抗32は複数の抵抗が直列及び/または並列で接続された合成抵抗であってもよい。
例えば、図1の実施形態において、放電ライン30は放電抵抗32及び放電スイッチ31を備え、放電抵抗32と放電スイッチ31とは放電ライン30上で互いに直列で接続され得る。そして、放電ライン30は、両端がバッテリーセル10の両端に接続され、放電ライン30に備えられた放電抵抗32及び放電スイッチ31は、バッテリーセル10に並列で接続された構成であり得る。
このような構成において、ヒューズ20が過電流または熱によって切断されて放電スイッチ31の動作状態がターンオン状態になれば、バッテリーセル10は放電ライン30、特に放電ライン30の放電抵抗32を通じて放電することができる。
制御部200は、モニタリング部100によって測定された測定結果及びヒューズ20の切断如何に対する判断結果を受信することができる。例えば、制御部200とモニタリング部100とは有線及び/または無線で接続され、制御部200は、モニタリング部100で測定したバッテリーセル10の電圧、電流及び温度のうち少なくとも一つに対する測定結果を受信し得る。また、制御部200は、モニタリング部100で判断したヒューズ20の切断如何に対する判断結果を受信し得る。
制御部200は、受信した測定結果に基づいてバッテリーセル10の充電状態(State of Charge、SOC)を推定することができる。例えば、制御部200は、受信したバッテリーセル10の電圧に基づいてバッテリーセル10の充電状態を推定し得、一定時間バッテリーセル10に印加された充電電流量を積算することによってもバッテリーセル10の充電状態を推定し得る。
制御部200は、受信した測定結果及び推定した充電状態に基づいてバッテリーセル10の状態を正常状態または欠陥状態と判断することができる。
例えば、制御部200は、推定したバッテリーセル10の充電状態が予め設定された上限値以上である場合、バッテリーセル10の状態を欠陥状態と判断し得る。すなわち、制御部200は、バッテリーセル10が過充電状態である場合、バッテリーセル10の状態を欠陥状態と判断し得る。
逆に、制御部200は、推定したバッテリーセル10の充電状態が予め設定された下限値以下である場合にも、バッテリーセル10の状態を欠陥状態と判断し得る。すなわち、制御部200は、バッテリーセル10が過放電状態である場合、バッテリーセル10の状態を欠陥状態と判断し得る。
また、制御部200は、モニタリング部100によって測定されたバッテリーセル10の温度が予め設定された臨界温度以上である場合、バッテリーセル10の状態を欠陥状態と判断し得る。すなわち、制御部200は、バッテリーセル10が適正水準を超える高温状態である場合、バッテリーセル10の状態を欠陥状態と判断し得る。
制御部200は、判断されたバッテリーセル10の状態及び判断されたヒューズ20の切断如何に応じて、放電スイッチ31の動作状態をターンオン状態またはターンオフ状態に制御するように構成され得る。
例えば、制御部200は、バッテリーセル10の状態が正常状態と判断されれば、放電スイッチ31の動作状態をターンオフ状態に維持することができる。逆に、制御部200は、バッテリーセル10の状態が欠陥状態と判断されれば、放電スイッチ31の動作状態をターンオン状態またはターンオフ状態に制御することができる。
望ましくは、バッテリーセル10の状態が欠陥状態であるとき、制御部200は、バッテリーセル10の充電状態が危険水準であるか否かを先に判断することができる。例えば、制御部200は、バッテリーセル10の充電状態が70%以上であれば、バッテリーセル10の充電状態が危険水準であると判断し得る。
バッテリーセル10の充電状態が危険水準であると判断されれば、制御部200は、放電スイッチ31の動作状態をターンオン状態に制御することができる。もし、バッテリーセル10の状態が欠陥状態であるが、バッテリーセル10の充電状態が危険水準に該当しなければ、制御部200は、放電スイッチ31の動作状態をターンオフ状態に制御または維持することができる。すなわち、バッテリーセル10の状態が過放電状態であるときは、バッテリーセル10の状態が欠陥状態であっても、放電スイッチ31の動作状態はターンオフ状態に制御又は維持できる。
例えば、図1の実施形態において、制御部200によって放電スイッチ31の動作状態がターンオン状態に制御されれば、バッテリーセル10は放電ライン30に備えられた放電スイッチ31及び放電抵抗32と通電できる。したがって、バッテリーセル10は放電することができる。
本発明の一実施形態によるバッテリーパックの欠陥検出装置は、バッテリーセル10の電圧及び温度に基づいてバッテリーセル10の欠陥状態を判断することで、該当バッテリーセル10を含むバッテリーパックの欠陥を検出することができる。
また、本発明の一実施形態によるバッテリーパックの欠陥検出装置は、放電ライン30を通じて欠陥状態のバッテリーセル10を放電させることで、バッテリーセル10内のエネルギー(残存容量)を消耗させることができる。この場合、バッテリーセル10内のエネルギーが低下するため、発火または爆発などの予期せぬ事故が防止できる。
制御部200は、ハードウェア的に、ASIC(applicationspecific integrated circuit)、DSP(digital signal processor)、DSPD(digital signal processing device)、PLD(programmable logic device)、FPGA(field programmable gate array)、マイクロプロセッサ、その他の機能実行のための電気的ユニットのうち少なくとも一つを用いて具現できる。制御部200は、メモリを含むことができる。メモリは、装置の全般的な動作に求められるデータ、命令語及びソフトウェアを記憶するものであって、フラッシュメモリ型、ハードディスク型、SSD(solid state disk)型、SDD(silicon disk drive)型、マルチメディアカードマイクロ型、RAM(random access memory)、SRAM(static RAM)、ROM(read only memory)、EEPROM(electrically erasable programmable ROM)、PROM(programmable ROM)のうち少なくとも一つの形態の記憶媒体を含み得る。
ヒューズ20は、放電スイッチ31の動作状態がターンオン状態である場合、切断されるように構成され得る。
上述したように、ヒューズ20は、加えられる熱によって切断され得る。放電スイッチ31の動作状態がターンオン状態である場合、バッテリーセル10は放電ライン30を通じて放電し得る。放電ライン30を通じるバッテリーセル10の放電過程において、バッテリーセル10から出力された電流は放電抵抗32を通過し、放電抵抗32には熱が発生し得る。そして、放電抵抗32で発生した熱はヒューズ20へと伝達され得る。そのため、放電抵抗32は、ヒューズ20を融断できる程度の熱がヒューズ20に加えられるように、ヒューズ20に隣接して位置し得る。したがって、放電スイッチ31の動作状態がターンオン状態である場合、放電抵抗32で発生した熱によってヒューズ20が切断され得る。
制御部200は、測定された測定結果に基づいてバッテリーセル10が過充電状態または臨界温度以上の高温状態の少なくとも一つであると判断されれば、バッテリーセル10の状態を欠陥状態と判断し得る。
例えば、バッテリーセル10に含まれた電解質は熱に敏感であるため、大きい電流が流れるかまたは高温環境に晒されれば、電子の移動によって化学反応が起き、ガスや熱が発生し得る。このように発生したガスや熱によって、バッテリーセル10が膨れ上がるスウェリング(swelling)現象が生じるか又は発火や爆発が起きるおそれがある。
また、バッテリーセル10が過充電状態になれば、リチウムが析出されるリチウムメッキ(Li plating)現象などが起き、バッテリーセル10の劣化が加速化して発火または爆発につながり得る。
したがって、制御部200は、バッテリーセル10が過充電状態及び/または高温状態である場合、放電スイッチ31の動作状態をターンオン状態に制御するように構成され得る。
本発明の一実施形態によるバッテリーパックの欠陥検出装置によれば、ヒューズ20が外部の要因によって切断されない場合、放電ライン30を通じるバッテリーセル10の放電過程でヒューズ20を切断できるため、ヒューズ20の切断及びバッテリーセル10の放電に必要な構成を簡素化し、所要時間を減縮することができる。
また、本発明の一実施形態によるバッテリーパックの欠陥検出装置は、バッテリーセル10が過充電状態及び/または高温状態である場合、バッテリーセル10内部の残存容量を消耗させることで、バッテリーセル10の内部エネルギーを下げて発火または爆発のような事故を防止することができる。
本発明の一実施形態によるバッテリーパックの欠陥検出装置は、バッテリーセル10の温度を下げるための冷却ユニットをさらに含み得る。
冷却ユニットは、放電ライン30上に直列で接続され、制御部200によって放電スイッチ31の動作状態がターンオン状態に制御される間に駆動されて、バッテリーセル10の温度を下げるように構成され得る。
図1を参照すると、放電スイッチ31の動作状態がターンオン状態に制御されて放電ライン30を通じてバッテリーセル10が放電する場合、バッテリーセル10内部の化学的反応によって熱が発生し得る。また、電流が放電抵抗32を通過する過程でも熱が発生し得る。したがって、放電過程で発生する化学的反応による熱及び抵抗熱によってバッテリーセル10の温度がさらに上昇するおそれがある。したがって、バッテリーセル10の温度が上昇して発生し得る事故を防止するため、冷却ユニットが備えられ得る。
例えば、冷却ユニットはファンから構成され得る。ファンは放電ライン30上に直列で接続され、放電スイッチ31の動作状態がターンオン状態になれば、バッテリーセル10から電流の印加を受けて駆動し得る。この場合、バッテリーセル10に対する減温と放電とが同時に行われ得る。
他の例として、冷却ユニットは熱電素子から構成され得る。熱電素子は放電ライン30に備えられ、バッテリーセル10から電流の印加を受け得る。熱電素子の両端子のうち、電流の印加によって吸熱反応が起きる端子がバッテリーセル10に接触し得る。この場合、バッテリーセル10に対する減温と放電とが同時に行われ得る。
以上、冷却ユニットの例としてファンと熱電素子を説明したが、バッテリーセル10の温度を低減できる冷却用ユニットであれば制限なく利用可能である。
すなわち、本発明の一実施形態によるバッテリーパックの欠陥検出装置は、放電ライン30上に備えられた冷却ユニットを含み、バッテリーセル10の放電と減温とを同時に行うことができる。したがって、バッテリーセル10の残存容量と温度とが同時に低くなるため、より迅速にバッテリーセル10の状態を安定状態にすることができる。
制御部200は、ヒューズ20が切断され、バッテリーセル10の充電状態が予め設定された下限値以下である場合、放電スイッチ31の動作状態をターンオフ状態に制御するように構成され得る。ここで、予め設定された下限値は、バッテリーセル10が過放電されたか否かを判断するための基準値であって、制御部200のメモリなどに予め保存され得る。
一般に、過放電状態とは、バッテリーセル10の充電状態が予め設定された下限値以下に低くなった状態を意味し、バッテリーセル10が過放電されれば多くの問題が発生し得る。例えば、バッテリーセル10が過放電されれば、リチウム析出によって分離膜が損傷し、発火及び爆発の原因にもなり得る。したがって、制御部200は、バッテリーセル10が過放電状態であると、放電スイッチ31の動作状態をターンオフ状態に制御することで、放電ライン30を通じたバッテリーセル10の放電が行われないようにし得る。
例えば、予め設定された下限値が50%であると仮定する。制御部200は、バッテリーセル10の充電状態を継続的に推定し得る。制御部200は、推定されたバッテリーセル10の充電状態が50%以下であれば、バッテリーセル10の過放電を防止するため、放電スイッチ31の動作状態をターンオフ状態に制御または維持し得る。
一方、バッテリーセル10が過放電状態であると判断されたが、ヒューズ20が切断されていない場合、制御部200は、放電スイッチ31の動作状態をターンオン状態に制御し、ヒューズ20を切断させ得る。そして、制御部200は、放電スイッチ31の動作状態をターンオフ状態に制御することで、バッテリーセル10の放電を防止し得る。
すなわち、本発明の一実施形態によるバッテリーパックの欠陥検出装置は、欠陥状態であるバッテリーセル10に接続されたヒューズ20を切断して充電状態を下げることで、欠陥状態であるバッテリーセル10による2次事故を予め防止することができる。
制御部200は、ヒューズ20が切断されたと判断した後、バッテリーセル10の充電状態が予め設定された上限値以上である場合、放電スイッチ31の動作状態をターンオン状態に制御するように構成され得る。
例えば、予め設定された上限値が70%であると仮定する。バッテリーセル10の充電状態が70%以上であれば、制御部200は、バッテリーセル10のエネルギーが危険水準であると判断し得る。制御部200は、バッテリーセル10のエネルギーを低めるため、放電スイッチ31の動作状態をターンオン状態に制御してバッテリーセル10を放電させる。放電過程において、モニタリング部100はバッテリーセル10の電圧を継続的に測定し、制御部200はモニタリング部100によって測定された測定結果に基づいてバッテリーセル10の充電状態を推定し得る。バッテリーセル10の充電状態が予め設定された下限値以下になると、制御部200は放電スイッチ31をターンオフ状態に制御し、バッテリーセル10の過放電による事故を防止することができる。
放電スイッチ31の動作状態がターンオン状態に制御されれば、バッテリーセル10と放電ライン30とが通電し、放電抵抗32によってバッテリーセル10から出力される電流が消耗される。そして、制御部200は、バッテリーセル10の充電状態が予め設定された下限値以下になれば、放電スイッチ31の動作状態をターンオフ状態に制御し得る。
本発明の一実施形態によるバッテリーパックの欠陥検出装置は、放電ライン30を通じてバッテリーセル10を放電させる過程でもバッテリーセル10の充電状態を継続的に推定することで、バッテリーセル10が過放電されることを防止することができる。この場合、バッテリーセル10の過放電による予期せぬ事故が予め防止できる。
以下、図2を参照して本発明の一実施形態によるバッテリーパックの欠陥検出装置を説明する。図2は、本発明の一実施形態によるバッテリーパックの欠陥検出装置の他の例示的構成を概略的に示した図である。図2に示されたバッテリーパックの欠陥検出装置の説明において、図1に示されたバッテリーパックの欠陥検出装置と重なる内容は省略し、相異なる内容のみについて具体的に説明する。
図2を参照すると、本発明の一実施形態によるバッテリーパックの欠陥検出装置は、メインスイッチ40及び遮断抵抗33をさらに含み得る。
メインスイッチ40は、バッテリーパックの充放電電流が流れる大電流経路上に備えられ得る。特に、メインスイッチ40は、一端40bがヒューズ20の他端20aと接続され、他端40aがバッテリーパックの電極端子に接続され得る。望ましくは、メインスイッチ40の一端40bはヒューズ20の他端20aと直列で接続され、メインスイッチ40の他端40aはバッテリーパックの正極端子P+と直列で接続され得る。すなわち、メインスイッチ40は、ヒューズ20とバッテリーパックの電極端子との間の大電流経路上に備えられ得る。
例えば、図2に示された構成のように、メインスイッチ40の他端40aがバッテリーパックの正極端子P+側に接続されたと仮定する。メインスイッチ40の動作状態がターンオフ状態であれば、ヒューズ20とバッテリーパックの正極端子P+との接続は切れる。逆に、メインスイッチ40の動作状態がターンオン状態であれば、ヒューズ20とバッテリーパックの正極端子P+とは通電する。したがって、メインスイッチ40の動作状態に応じて、バッテリーセル10の正極端子とバッテリーパックの正極端子P+とは接続されたり接続されなかったりし得る。
遮断抵抗33は、ヒューズ20とメインスイッチ40との間に一端33bが接続され、放電抵抗32と放電スイッチ31との間に他端33aが接続され得る。すなわち、遮断抵抗33は、一端33bがヒューズ20の他端20aとメインスイッチ40の一端40bとが接続されたライン上に接続され、他端33aが放電抵抗32の他端32aと放電スイッチ31の他端31aとが接続されたライン上に接続され得る。
図2を参照すると、遮断抵抗33は、ヒューズ20の他端20aと放電抵抗32の他端32aとの間に接続され得る。
望ましくは、遮断抵抗33は、放電抵抗32の抵抗値よりも大きい抵抗値を有し得る。例えば、放電状態でメインスイッチ40の動作状態がターンオフ状態であって、放電スイッチ31の動作状態がターンオン状態である場合、バッテリーセル10の正極端子から流れる電流は、遮断抵抗33を通過せず、放電抵抗32を通過してバッテリーセル10の負極端子に印加され得る。
このような構成によれば、放電抵抗32に電流を流すことでバッテリーセル10を放電できるだけでなく、放電抵抗32に電流が流れながら発生する熱によってヒューズ20を融断させることもできる。
遮断抵抗33は、放電スイッチ31の内部抵抗値よりも大きい抵抗値を有し得る。例えば、放電スイッチ31の動作状態がターンオン状態である場合、バッテリーセル10から出力された電流は放電抵抗32を通過する。その後、放電抵抗32を通過した電流は、放電スイッチ31を通過してバッテリーセル10の第2端子側に印加できる。したがって、放電スイッチ31の動作状態がターンオン状態であれば、バッテリーセル10を効果的に放電させることができる。
このような構成によれば、ヒューズ20が切れてメインスイッチ40の動作状態がターンオン状態であっても、バッテリーセル10から出力された電流がバッテリーパックの電極端子側に流れず、放電スイッチ31側に流れることになる。したがって、メインスイッチ40の動作状態を必ずターンオフ状態に制御する必要がないという長所がある。
本発明の一実施形態によるバッテリーパックの欠陥検出装置は、メインスイッチ40を通じてバッテリーパックの電極端子とバッテリーセル10との接続を切ることができるため、バッテリーセル10の状態によって柔軟に対処することができる。
また、バッテリーパックの欠陥検出装置は、遮断抵抗33を通じて電流の経路を制御することができる。したがって、電流が抵抗を通過しながら消耗されることが防止され、充電及び放電効率が増加することができる。
一方、放電抵抗32の抵抗値は、ヒューズ20の内部抵抗値よりも大きく構成され得る。
例えば、ヒューズ20が切断されず、メインスイッチ40の動作状態がターンオン状態である場合を説明する。バッテリーセル10から出力された電流は放電抵抗32よりも抵抗値が小さいヒューズ20側に流れる。したがって、バッテリーセル10から出力された電流は、放電抵抗32が位置した経路ではなく、バッテリーパックの大電流経路側、すなわちバッテリーパックの正極端子P+側に流れることができる。
逆に、バッテリーパックの正極端子P+から充電電流が印加される状況では、遮断抵抗33及び放電抵抗32によって、充電電流がヒューズ20を通じてバッテリーセル10に印加できる。
また、放電抵抗32の抵抗値は、遮断抵抗33の抵抗値よりも小さく構成され得る。
例えば、メインスイッチ40の動作状態がターンオフ状態であって、放電スイッチ31の動作状態がターンオン状態であると仮定する。この場合、上述したようにバッテリーセル10と放電ライン30とが接続されてバッテリーセル10が放電する。放電抵抗32の抵抗値が遮断抵抗33の抵抗値よりも小さいため、バッテリーセル10から出力された電流は遮断抵抗33側に流れず、放電抵抗32を通過することができる。また、放電抵抗32を通過した電流は、放電スイッチ31を通過してバッテリーセル10の第2端子側に印加できる。そして、放電抵抗32で発生した熱はヒューズ20に印加できる。したがって、放電スイッチ31の動作状態がターンオン状態である場合、放電抵抗32で発生した熱によってヒューズ20が切断できる。
本発明の一実施形態によるバッテリーパックの欠陥検出装置によれば、放電ライン30を通じるバッテリーセル10の放電過程でヒューズ20を切断することができる。したがって、ヒューズ20の切断及びバッテリーセル10の放電に必要な構成を簡素化し、所要時間を減縮することができる。
制御部200は、バッテリーセル10の状態が欠陥状態と判断された場合、メインスイッチ40の動作状態をターンオフ状態に制御するように構成され得る。
まず、ヒューズ20が切断された場合を説明する。制御部200は、モニタリング部100によって測定された測定結果に基づいてバッテリーセル10の状態を正常状態または欠陥状態と判断し得る。バッテリーセル10の状態が欠陥状態である場合、制御部200は、まずメインスイッチ40の動作状態をターンオフ状態に制御して、欠陥状態であるバッテリーセル10とバッテリーパックの電極端子との接続を遮断し得る。その後、制御部200は、バッテリーセル10の充電状態及び/または温度に基づいて放電スイッチ31の動作状態を制御する。例えば、バッテリーセル10の充電状態が予め設定された下限値以下である場合、制御部200は、放電スイッチ31の動作状態をターンオフ状態に維持し得る。逆に、バッテリーセル10の充電状態が予め設定された上限値以上である場合、制御部200は、放電スイッチ31の動作状態をターンオン状態に制御し、バッテリーセル10を放電させることができる。
次いで、ヒューズ20は切断されなかったが、バッテリーセル10の状態が欠陥状態と判断された場合を説明する。バッテリーセル10の状態が欠陥状態である場合、制御部200は、まずメインスイッチ40の動作状態をターンオフ状態に制御して、欠陥状態であるバッテリーセル10とバッテリーパックの電極端子との接続を遮断し得る。そして、制御部200は、放電スイッチ31の動作状態をターンオン状態に制御して、放電抵抗32で発生する抵抗熱によってヒューズ20を切断させ得る。ヒューズ20が切断された後、制御部200は、バッテリーセル10の充電状態を再度推定し得る。推定した充電状態が予め設定された下限値以下になれば、制御部200は、放電スイッチ31の動作状態をターンオフ状態に制御することで、バッテリーセル10の過放電を防止することができる。
したがって、本発明の一実施形態によるバッテリーパックの欠陥検出装置は、メインスイッチ40を通じて欠陥状態であるバッテリーセル10と外部装置との間の接続自体を切ることができる。したがって、欠陥状態であるバッテリーセル10が外部装置と接続されて充電または放電することを防止することができる。
また、本発明の一実施形態によるバッテリーパックの欠陥検出装置は、優先的にバッテリーセル10と外部装置との間の接続を切った後、バッテリーセル10の状態に応じた柔軟な措置を取ることで、バッテリーセル10による発火及び/または爆発などのような2次事故を防止することができる。
本発明の一実施形態によるバッテリーパックの欠陥検出装置は、放電ライン30上に備えられて放電抵抗32に印加される電流を測定するように構成された電流計50をさらに含み得る。
例えば、図2を参照すると、電流計50は、ヒューズ20の一端20bとバッテリーセル10の第1端子とが接続されたラインと、放電抵抗32の一端32bとの間に備えられ、放電抵抗32に流れる電流を測定するように構成され得る。または、電流計50は、遮断抵抗33と放電スイッチ31とが接続されたラインと、放電抵抗32との間に備えられ、放電抵抗32に流れる電流を測定するように構成され得る。
モニタリング部100は、電流計50で測定した電流値が所定の臨界値以上であれば、ヒューズ20が切断されたと判断するように構成され得る。
図2を参照すると、ヒューズ20が切断された場合、バッテリーセル10から出力された電流は放電抵抗32に印加される。したがって、電流計50で測定された電流がバッテリーセル10から出力された電流に基づいて予め設定された所定の臨界値以上であれば、モニタリング部100は、ヒューズ20が切断されたと判断し得る。
例えば、メインスイッチ40及び放電スイッチ31がターンオン状態に制御された放電状況で、ヒューズ20が切断されていない場合、放電抵抗32には電流がほとんど流れない。もし、電流計に0よりも大きい電流、例えば1A以上の電流が流れることが測定されれば、ヒューズ20が切断されてバッテリーセル10から出力された電流が放電抵抗32に印加される場合であると見なせる。したがって、このような場合にモニタリング部100は、電流計50で測定された電流値に基づいてヒューズ20が切断された状態であると判断することができる。
制御部200は、モニタリング部100によってヒューズ20が切断されたと判断された場合、放電スイッチ31の動作状態をターンオン状態に制御して、バッテリーセル10を放電させるように構成され得る。このとき、遮断抵抗33の抵抗値は放電スイッチ31の内部抵抗値よりも大きいため、放電抵抗32を通過した電流は、メインスイッチ40ではなく、放電スイッチ31側に流れることができる。
本発明の一実施形態によるバッテリーパックの欠陥検出装置は、ヒューズ20が切断されたか否かを迅速に判断することができる。
制御部200は、バッテリーセル10の状態が正常状態と判断されたが、モニタリング部100によってヒューズ20が切断されたと判断された場合、メインスイッチ40の動作状態をターンオン状態に制御するように構成され得る。
望ましくは、ヒューズ20が切断されたと判断された場合、制御部200は、バッテリーセル10の状態に応じて放電スイッチ31の動作状態をターンオフ状態に制御(変更または維持)するように構成され得る。
例えば、外部から過電流が流れるか、または、バッテリーパックに衝撃が加えられるなどの外部の要因によってヒューズ20が切断されることがある。この場合、バッテリーセル10の状態が正常状態であれば、放電ライン30を通じてバッテリーセル10を放電させることは望ましいことではない。
このような例外状況に対処するため、制御部200は、ヒューズ20が切断されたと判断された場合、バッテリーセル10の状態が正常状態であるかそれとも欠陥状態であるかを先に判断し得る。
例えば、バッテリーセル10の状態が正常状態である場合、制御部200は、放電スイッチ31をターンオン状態に制御してバッテリーセル10を放電させるのではなく、メインスイッチ40をターンオン状態に制御することでバッテリーセル10とバッテリーパックの電極端子とを接続させ得る。
他の例として、バッテリーセル10の状態が過放電による欠陥状態である場合、制御部200は、放電スイッチ31の動作状態をターンオフ状態に維持し得る。
さらに他の例として、バッテリーセル10の状態が過充電状態及び/または高温状態であれば、制御部200は、放電スイッチ31の動作状態をターンオン状態に制御し得る。具体的には、バッテリーセル10の状態が過充電及び/または高温による欠陥状態であれば、制御部200は、バッテリーセル10の充電状態が危険水準であるか否かを判断し得る。上述した例示のように、バッテリーセル10の充電状態が70%以上である場合、制御部200は、バッテリーセル10の充電状態が危険水準であると判断し得る。バッテリーセル10の充電状態が危険水準である場合、制御部200は、放電スイッチ31の動作状態をターンオン状態に制御し、バッテリーセル10を放電させ得る。
すなわち、本発明の一実施形態によるバッテリーパックの欠陥検出装置は、外部の要因によってヒューズ20が切断されるなどの例外状況で、バッテリーセル10の状態を追加的に確認することができる。したがって、例外状況のために正常状態であるバッテリーセル10が欠陥状態と判断されることを防止することができる。また、例外状況でのバッテリーセル10に対する処理をより柔軟に行うことができる。
図3~図5は、本発明の一実施形態によるバッテリーパックの欠陥検出装置のさらに他の例示的構成を概略的に示した図である。以下、図3~図5を参照して、ヒューズ20を能動的に切断するための多様な実施形態について説明する。
図3~図5を参照すると、本発明の一実施形態によるバッテリーパックの欠陥検出装置は、ヒューズ20を切断するためのヒューズ切断部300をさらに含み得る。すなわち、図3~図5は、図1のバッテリーパックの欠陥検出装置にヒューズ切断部300がさらに含まれた実施形態を示した図であると言える。
ヒューズ切断部300は、制御部200と接続され、制御部200から切断制御信号を受信すれば、発熱する発熱ユニット310、ヒューズ20に電流を印加するように構成された電流印加ユニット320、及びヒューズ20を切断する切断ユニット330のうち少なくとも一つを備え、ヒューズ20を切断させるように構成され得る。ここで、切断制御信号とは、制御部200がヒューズ20を切断するためにヒューズ切断部300に送信する信号である。
例えば、図3を参照すると、ヒューズ切断部300は、発熱ユニット310を含み得る。発熱ユニット310は、ヒューズ切断部300が制御部200から切断制御信号を受信すれば動作し得る。この場合、ヒューズ切断部300の発熱ユニット310は、ヒューズ20に非常に近接した位置に固定され、発熱ユニット310で発生する熱によってヒューズ20が融けて切断できる。
他の例として、図4を参照すると、ヒューズ切断部300は、電流印加ユニット320を含み得る。この場合、ヒューズ切断部300は、ヒューズ20の一端20b及び他端20aとそれぞれ接続され得る。ヒューズ切断部は、制御部200から切断制御信号を受信すれば、ヒューズ20に電流を印加してヒューズ20を切断することができる。ヒューズ切断部300の電流印加ユニット320は、自体的に備えられた別途の電源や外部電源、バッテリーセル10などから電源の供給を受け得る。
さらに他の例として、図5を参照すると、ヒューズ20は、ヒューズ切断部300上に載置されて固定結合され得る。ヒューズ切断部300は、切断ユニット330を含み、切断制御信号を受信すれば、ヒューズ20の本体、一端20bまたは他端20aを切断することができる。
例えば、切断ユニット330に備えられた溝にヒューズ20の端子が挿入され得る。ヒューズ切断部300が制御部200から切断制御命令を受信すれば、ヒューズ20の端子が挿入された切断ユニットの溝の大きさが減少してヒューズ20の端子が切断され得る。
他の例として、切断ユニット330は、ヒューズ20の端子または本体を切断するための板状構造で構成され得る。切断ユニット330は、ヒューズ切断部300内で移動自在に構成され、ヒューズ切断部300が制御部200から切断制御命令を受信すれば、切断ユニット330が移動してヒューズ20の端子または本体を切断し得る。
望ましくは、制御部200は、ヒューズ20が切断されておらず、バッテリーセル10の状態が欠陥状態と判断された場合、切断制御信号を出力するように構成され得る。
例えば、ヒューズ20が外部から流れた過電流または外部の衝撃によって切断された場合、制御部200は切断制御信号を出力しない。また、バッテリーセル10が正常状態である場合にも、制御部200は切断制御信号を出力しない。
したがって、制御部200は、ヒューズ20が切断されていない状況であると同時にバッテリーセル10の状態が欠陥状態である場合のみに、切断制御信号をヒューズ切断部300に出力し得る。
すなわち、本発明の一実施形態によるバッテリーパックの欠陥検出装置は、ヒューズ切断部300を通じてヒューズ20を直接切断できるため、欠陥状態であるバッテリーセル10とバッテリーパックの電極端子との接続を確実に切ることができる。したがって、欠陥状態であるバッテリーセル10が外部と接続されて発生し得る多くの問題を予め防止することができる。
図6は、本発明の他の実施形態によるバッテリーパックの欠陥検出装置の例示的構成を概略的に示した図である。
バッテリーパックは、複数のバッテリーセル10A、10Bを含むことができる。例えば、複数のバッテリーセル10A、10Bは、直列及び/または並列で接続され得る。以下、説明の便宜上、第1バッテリーセル10A及び第2バッテリーセル10Bが直列で接続されたバッテリーパックの実施形態を説明する。
複数のヒューズ20A、20Bは、バッテリーパックに含まれた複数のバッテリーセル10A、10Bのそれぞれに対応するように備えられ得る。そして、それぞれのヒューズ20A、20Bは、対応するバッテリーセル10A、10Bの一側、例えば第1端子に接続されるように構成され得る。
すなわち、第1バッテリーセル10Aには第1ヒューズ20Aが対応し、第2バッテリーセル10Bには第2ヒューズ20Bが対応し得る。例えば、図6の実施形態において、第1ヒューズ20Aの一端20Abは第1バッテリーセル10Aの第1端子と接続され得る。第2ヒューズ20Bの他端20Baは第1バッテリーセル10Aの第2端子と接続され、第2ヒューズ20Bの一端20Bbは第2バッテリーセル10Bの第1端子と接続され得る。第1ヒューズ20Aの他端20Aaはバッテリーパックの正極端子P+側に接続され、第2バッテリーセル10Bの第2端子はバッテリーパックの負極端子P-側に接続され得る。
複数の放電ライン30A、30Bは、複数のバッテリーセル10A、10Bのそれぞれに対応するように備えられ得る。そして、それぞれの放電ライン30A、30Bは、放電抵抗32A、32B及び放電スイッチ31A、31Bをそれぞれ備え、対応するバッテリーセル10A、10Bのそれぞれに対して並列で接続されるように構成され得る。
例えば、図6の実施形態において、第1放電ライン30Aは第1バッテリーセル10Aに対応し、第2放電ライン30Bは第2バッテリーセル10Bに対応し得る。具体的には、第1放電ライン30Aは第1放電抵抗32A及び第1放電スイッチ31Aを含み、第2放電ライン30Bは第2放電抵抗32B及び第2放電スイッチ31Bを含み得る。ここで、第1放電ライン30Aに電流が印加されれば、第1放電ライン30Aで発生する熱によって第1ヒューズ20Aが切断され得る。同様に、第2放電ライン30Bに電流が印加されれば、第2放電ライン30Bで発生する熱によって第2ヒューズ20Bが切断され得る。
第1放電抵抗32Aの一端32Abは第1ヒューズ20Aと第1バッテリーセル10Aの第1端子とを連結するラインに接続され、第1放電抵抗32Aの他端32Aaは第1放電スイッチ31Aの他端31Aaに接続され得る。第1放電スイッチ31Aの一端31Abは、第1バッテリーセル10Aの第2端子と第2ヒューズ20Bの他端20Baとを連結するラインに接続され得る。具体的には、第1放電抵抗32Aの一端32Abは、第1ヒューズ20Aの一端20Abと第1バッテリーセル10Aの第1端子とを連結するラインに接続され得る。第1放電スイッチ31Aの一端31Abは、第1バッテリーセル10Aの第2端子と第2ヒューズ20Bの他端20Baとを連結するラインに接続され得る。
第2放電抵抗32Bの一端32Bbは第2バッテリーセル10Bの第1端子と第2ヒューズ20Bの一端20Bbとを連結するラインに接続され、第2放電抵抗32Bの他端32Baは第2放電スイッチ31Bの他端31Baに接続され得る。第2放電スイッチ31Bの一端31Bbは、第2バッテリーセル10Bの第2端子とバッテリーパックの負極端子P-とを連結するラインに接続され得る。具体的には、第2放電抵抗32Bの一端は、第2ヒューズ20Bの一端20Bbと第2バッテリーセル10Bの第1端子とを連結するラインに接続され得る。
本発明の他の実施形態によるバッテリーパックの欠陥検出装置は、バイパススイッチ60A、60Bをさらに含み得る。
図6を参照すると、バイパススイッチ60A、60Bは複数個備えられ、複数のバッテリーセル10A、10Bのそれぞれに対応するように構成され得る。そして、それぞれのバイパススイッチ60A、60Bは、対応するバッテリーセル10A、10Bのそれぞれに並列で接続され得る。すなわち、第1バイパススイッチ60Aは第1バッテリーセル10Aに並列で接続され、第2バイパススイッチ60Bは第2バッテリーセル10Bに並列で接続され得る。このとき、各バイパススイッチ60A、60Bが設けられたバイパスラインは、各放電ライン30A、30Bに並列で接続されるように構成されていると言える。さらに、バイパススイッチ60A、60Bが設けられたバイパスラインは、各バッテリーセル10A、10B及びヒューズ20A、20Bをすべて迂回するように構成され得る。
また、バイパススイッチ60A、60Bは、制御部200によって動作状態がターンオフ状態またはターンオン状態に制御されるように構成され得る。一般的な状況において、バイパススイッチ60A、60Bの動作状態は、放電スイッチ31A、31Bの動作状態と同様にターンオフ状態であり得る。その後、対応するバッテリーセル10A、10Bとバッテリーパックとの接続が切れた場合、バイパススイッチ60A、60Bの動作状態がターンオン状態に制御され得る。
例えば、図6の実施形態において、第1ヒューズ20Aは切断され、第1バッテリーセル10Aの状態は欠陥状態であり、第2バッテリーセル10Bの状態は正常状態であると仮定する。この場合、バッテリーパックの正極端子P+側と第1バッテリーセル10A及び第2バッテリーセル10Bとの接続が切断され得る。したがって、正常状態である第2バッテリーセル10Bとバッテリーパックの正極端子P+側とを連結するため、制御部200は第1バイパススイッチ60Aの動作状態をターンオン状態に制御し得る。第2バッテリーセル10Bの第1端子は第2ヒューズ20B及び第1バイパススイッチ60Aを通じてバッテリーパックの正極端子P+側に接続され、第2バッテリーセル10Bの第2端子はバッテリーパックの負極端子P-側に接続され得る。
すなわち、本発明の他の実施形態によるバッテリーパックの欠陥検出装置は、複数のバイパススイッチ60A、60Bをさらに含むことで、複数のバッテリーセル10A、10Bのうち欠陥状態であるバッテリーセルとバッテリーパックの電極端子との連結を選択的に切ることができる。したがって、バッテリーパックをより長く使用でき、幾つかのバッテリーセルの欠陥によってバッテリーパック全体が使用されないことを防止することができる。
制御部200は、複数のバッテリーセル10A、10Bのうち、状態が欠陥状態と判断されたか又は対応するヒューズ20A、20Bが切断されたと判断されたバッテリーセルをターゲットセルとして選定し得る。
ここで、モニタリング部100は、複数のバッテリーセル10A、10Bのそれぞれに接続されたセンシングラインを通じて複数のバッテリーセル10A、10Bそれぞれの電圧、電流及び温度のうち少なくとも一つを測定し得る。また、モニタリング部100は、複数のバッテリーセル10A、10Bそれぞれに対応するヒューズ20A、20Bの切断を判断し得る。
例えば、図6に示された実施形態を参照すると、モニタリング部100は、第1センシングラインSL1及び第2センシングラインSL2を通じて第1バッテリーセル10Aをモニタリングし得る。また、モニタリング部100は、第3センシングラインSL3及び第4センシングラインSL4を通じて第2バッテリーセル10Bをモニタリングし得る。上述した実施形態のように、第2ヒューズ20Bが切断され、第2バイパススイッチ60Bの動作状態がターンオン状態に制御された場合、第2センシングラインSL2に第2バッテリーセル10Bから出力された電流が印加されないため、第2センシングラインSL2及び第4センシングラインSL4を通じては第2バッテリーセル10Bの電圧などが測定されない。したがって、モニタリング部100は、バッテリーセル10A、10Bそれぞれの両端に備えられたセンシングラインを通じて対応するバッテリーセル10A、10Bをモニタリングし得る。
制御部200は、選定されたターゲットセルの状態に応じて選定されたターゲットセルに対応する放電ラインに含まれた放電スイッチの動作状態をターンオンまたはターンオフ状態に制御し得る。
例えば、ターゲットセルが過充電された欠陥状態である場合、制御部200は、ターゲットセルに対応する放電スイッチの動作状態をターンオン状態に制御し得る。
図6に示された実施形態を参照すると、第1ヒューズ20Aが切断され、第1バッテリーセル10Aがターゲットセルとして選定された場合、制御部200は、第1バッテリーセル10Aの状態を判断し得る。第1バッテリーセル10Aの状態が欠陥状態であると判断された場合、制御部200は、第1放電スイッチ31Aの動作状態をターンオン状態に制御し得る。
制御部200は、ターゲットセルに並列で接続されたバイパススイッチの動作状態をターンオン状態に制御するように構成され得る。
上述した実施形態のように、第1放電スイッチ31Aの動作状態がターンオン状態に制御された場合、制御部200は、バッテリーパックの正極端子P+側と第2バッテリーセル10Bとを連結するため、第1バイパススイッチ60Aの動作状態をターンオン状態に制御し得る。
本発明の他の実施形態によるバッテリーパックの欠陥検出装置は、バッテリーパックとターゲットセルとの連結を選択的に切断することで、バッテリーパックをより長く使用できるという長所がある。また、欠陥状態であるターゲットセルによる2次事故を予め防止することができる。
図7は、本発明の他の実施形態によるバッテリーパックの欠陥検出装置の他の例示的な構成を概略的に示した図である。
本発明の他の実施形態によるバッテリーパックの欠陥検出装置は、複数のヒューズ20A、20Bのそれぞれに対応する複数のヒューズ切断部300A、300Bをさらに含み得る。
例えば、図7に示された実施形態において、バッテリーパックの欠陥検出装置は、第1ヒューズ20Aに対応する第1ヒューズ切断部300A及び第2ヒューズ20Bに対応する第2ヒューズ切断部300Bをさらに含み得る。第1ヒューズ切断部300A及び第2ヒューズ切断部300Bはともに制御部200と接続され、制御部200から切断制御命令を受信し得る。制御部200から切断制御命令を受信したヒューズ切断部のみが動作し、対応するヒューズを切断し得る。
図8は、本発明のさらに他の実施形態によるバッテリーパックの欠陥検出方法を概略的に示した図である。本発明のさらに他の実施形態によるバッテリーパックの欠陥検出方法は、上述したバッテリーパックの欠陥検出装置によって行われ得る。
図8を参照すると、本発明のさらに他の実施形態によるバッテリーパックの欠陥検出方法は、測定段階S100、切断如何判断段階S200、バッテリーセル状態判断段階S300及び放電スイッチ動作制御段階S400を含むことができる。
測定段階S100は、バッテリーセル10の電圧、電流及び温度のうち少なくとも一つを測定する段階であって、モニタリング部100によって行われ得る。
モニタリング部100は、バッテリーセル10のそれぞれに対する電圧、電流及び温度を測定し、バッテリーセル10をモニタリングし得る。
切断如何判断段階S200は、ヒューズ20が切断されたか否かを判断する段階であって、測定段階S100と同様にモニタリング部100によって行われ得る。
例えば、モニタリング部100は、ヒューズ20両端の電圧を測定してヒューズ20の切断如何を判断するか、または、図2の実施形態のように電流計で測定された電流に基づいてヒューズ20の切断如何を判断し得る。
バッテリーセル状態判断段階S300は、測定段階S100で測定された測定結果に基づいてバッテリーセル10の状態を正常状態または欠陥状態と判断する段階であって、制御部200によって行われ得る。
制御部200は、モニタリング部100から測定結果を受信し得る。そして、制御部200は、受信した測定結果に基づいてバッテリーセル10の充電状態を推定し得る。
制御部200は、推定したバッテリーセル10の充電状態が予め設定された下限値以下であるか、または、予め設定された上限値以上であれば、バッテリーセル10の状態を欠陥状態と判断し得る。また、制御部200は、モニタリング部100から受信した測定結果のうちバッテリーセル10の温度が所定の臨界温度以上であれば、バッテリーセル10の状態を欠陥状態と判断し得る。
放電スイッチ動作制御段階S400は、判断されたバッテリーセル10の状態及び判断されたヒューズ20の切断如何に応じて放電スイッチ31の動作状態をターンオン状態またはターンオフ状態に制御する段階であって、制御部200によって行われ得る。
ヒューズ20がすでに切断された場合、制御部200は、バッテリーセル10の状態に応じて放電スイッチ31の動作状態を制御し得る。例えば、バッテリーセル10が過充電されてバッテリーセル10の状態が欠陥状態と判断された場合、制御部200は、バッテリーセル10内のエネルギーを下げるため、放電スイッチ31の動作状態をターンオン状態に制御し得る。他の例として、バッテリーセル10が過放電されてバッテリーセル10の状態が欠陥状態と判断された場合、制御部200は、バッテリーセル10がそれ以上放電しないように、放電スイッチ31の動作状態をターンオフ状態に維持し得る。
さらに他の例として、バッテリーセル10の温度が適正温度以上の高温になって、バッテリーセル10の状態が欠陥状態と判断された場合、制御部200は、放電スイッチ31の動作状態をターンオフ状態に維持させてバッテリーセル10の温度を下げ得る。また、制御部200は、放電スイッチ31の動作状態をターンオン状態に制御して放電ライン30に備えられた冷却ユニットを駆動させることで、バッテリーセル10の温度を下げ得る。
ヒューズ20が切断されていない場合にも、制御部200は、バッテリーセル10の状態に応じて放電スイッチ31の動作状態を制御し得る。
例えば、バッテリーセル10が過充電されてバッテリーセル10の状態が欠陥状態と判断された場合、制御部200は、ヒューズ20を切断させるとともに、バッテリーセル10内のエネルギーを下げるために放電スイッチ31の動作状態をターンオン状態に制御し得る。この場合、放電ライン30に備えられた放電抵抗32で発生する熱によってヒューズ20が切断され得る。
他の例として、バッテリーセル10が過放電されてバッテリーセル10の状態が欠陥状態と判断された場合、制御部200は、放電スイッチ31の動作状態をターンオン状態に制御してヒューズ20を切断させた後、バッテリーセル10がそれ以上放電しないように放電スイッチ31の動作状態をターンオフ状態に制御し得る。
さらに他の例として、バッテリーセル10が過放電されてバッテリーセル10の状態が欠陥状態と判断された場合、制御部200は、バッテリーセル10がそれ以上放電しないように放電スイッチ31の動作状態をターンオフ状態に維持させ、ヒューズ切断部300に切断制御命令を出力し得る。切断制御命令を受信したヒューズ切断部300によってヒューズ20が切断され得る。
さらに他の例として、バッテリーセル10の温度が高温になってバッテリーセル10の状態が欠陥状態と判断された場合、制御部200は、放電スイッチ31の動作状態をターンオン状態に制御してヒューズ20を切断させ得る。その後、制御部200は、放電スイッチ31の動作状態をターンオフ状態に制御してバッテリーセル10の温度を下げるか、または、放電スイッチ31の動作状態をターンオン状態に維持させて放電ライン30に備えられた冷却ユニットを駆動させることでバッテリーセル10の温度を下げ得る。
本発明の一実施形態によるバッテリーパックは、上述した本発明によるバッテリーパックの欠陥検出装置を含むことができる。例えば、図1に示されたように、バッテリーパックは、バッテリーセル10及びバッテリーパックの欠陥検出装置を含むことができる。また、本発明によるバッテリーパックは、バッテリーパックの欠陥検出装置の他に、電装品(BMS、リレー、ヒューズ20などを含む)及びパックケースなどを含むことができる。
上述した本発明の実施形態は、装置及び方法のみによって具現されるものではなく、本発明の実施形態の構成に対応する機能を実現するプログラムまたはそのプログラムが記録された記録媒体を通じても具現され得、このような具現は上述した実施形態の記載から当業者であれば容易に具現できるであろう。
以上のように、本発明を限定された実施形態と図面によって説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の属する技術分野で通常の知識を持つ者によって本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。
また、上述した本発明は、本発明が属する技術分野で通常の知識を持つ者により、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で様々な置換、変形及び変更が可能であって、上述した実施形態及び添付の図面によって限定されるものではなく、多様な変形のため各実施形態の全部または一部が選択的に組み合わせられて構成され得る。
10:バッテリーセル
20:ヒューズ
30:放電ライン
31:放電スイッチ
32:放電抵抗
33:遮断抵抗
40:メインスイッチ
50:電流計
100:モニタリング部
200:制御部
300:ヒューズ切断部
310:発熱ユニット
320:電流印加ユニット
330:切断ユニット

Claims (15)

  1. 一つ以上のバッテリーセルが含まれたバッテリーパックの欠陥を検出する装置であって、
    一端が前記バッテリーセルの第1端子に直列で接続され、他端が前記バッテリーパックの電極端子側に接続されるように構成されたヒューズと、
    前記バッテリーセルの電圧、電流及び温度のうち少なくとも一つを測定し、前記ヒューズが切断されたか否かを判断するように構成されたモニタリング部と、
    一端が前記バッテリーセルの第1端子に並列で接続された放電抵抗、及び一端が前記バッテリーセルの第2端子に接続され、他端が前記放電抵抗の他端に接続された放電スイッチを備えるように構成された放電ラインと、
    前記モニタリング部によって測定された測定結果及び前記ヒューズの切断如何に対する判断結果を受信し、受信した測定結果に基づいて前記バッテリーセルの充電状態を推定し、前記受信した測定結果及び推定された充電状態に基づいて前記バッテリーセルの状態を正常状態または欠陥状態と判断し、判断されたバッテリーセルの状態及び判断されたヒューズの切断如何に応じて前記放電スイッチの動作状態をターンオン状態またはターンオフ状態に制御するように構成された制御部とを含む、バッテリーパックの欠陥検出装置。
  2. 前記ヒューズは、前記放電スイッチの動作状態がターンオン状態である場合、切断されるように構成され、
    前記制御部は、前記測定された測定結果に基づいて前記バッテリーセルが過充電状態及び臨界温度以上の高温状態の少なくとも一つであると判断されれば、前記バッテリーセルの状態を前記欠陥状態と判断し、前記放電スイッチの動作状態をターンオン状態に制御するように構成されている、請求項1に記載のバッテリーパックの欠陥検出装置。
  3. 前記放電ライン上に直列で接続され、前記制御部によって前記放電スイッチの動作状態がターンオン状態に制御される間に駆動されて前記バッテリーセルの温度を下げるように構成された冷却ユニットをさらに含む、請求項2に記載のバッテリーパックの欠陥検出装置。
  4. 前記制御部は、前記ヒューズが切断され、前記バッテリーセルの充電状態が予め設定された下限値以下である場合、前記放電スイッチの動作状態をターンオフ状態に制御するように構成されている、請求項1から3のいずれか一項に記載のバッテリーパックの欠陥検出装置。
  5. 前記制御部は、前記ヒューズが切断されたと判断された後、前記バッテリーセルの充電状態が予め設定された上限値以上である場合、前記放電スイッチの動作状態をターンオン状態に制御するように構成されている、請求項4に記載のバッテリーパックの欠陥検出装置。
  6. 一端が前記ヒューズの他端に接続され、他端が前記バッテリーパックの電極端子に接続されるように構成されたメインスイッチと、
    一端が前記ヒューズと前記メインスイッチとの間に接続され、他端が前記放電抵抗と前記放電スイッチとの間に接続された遮断抵抗と、をさらに含む、請求項1から5のいずれか一項に記載のバッテリーパックの欠陥検出装置。
  7. 前記放電抵抗の抵抗値は、前記遮断抵抗の抵抗値よりも小さい、請求項6に記載のバッテリーパックの欠陥検出装置。
  8. 前記制御部は、前記バッテリーセルの状態が前記欠陥状態と判断された場合、前記メインスイッチの動作状態をターンオフ状態に制御するように構成されている、請求項6または7に記載のバッテリーパックの欠陥検出装置。
  9. 前記ヒューズの一端と前記バッテリーセルの第1端子とが接続されたラインと、前記放電抵抗の一端との間に備えられ、前記放電抵抗に流れる電流を測定するように構成された電流計をさらに含み、
    前記モニタリング部は、前記電流計によって測定された電流値が所定の臨界値以上であれば、前記ヒューズが切断されたと判断するように構成されている、請求項6から8のいずれか一項に記載のバッテリーパックの欠陥検出装置。
  10. 前記制御部は、前記バッテリーセルの状態が正常状態と判断されたが、前記モニタリング部によって前記ヒューズが切断されたと判断された場合、前記メインスイッチの動作状態をターンオン状態に制御するように構成されている、請求項9に記載のバッテリーパックの欠陥検出装置。
  11. 前記制御部と接続され、前記制御部から切断制御信号を受信すれば、発熱する発熱ユニット、前記ヒューズに電流を印加するように構成された電流印加ユニット及び前記ヒューズを切断する切断ユニットのうち少なくとも一つを備え、前記ヒューズを切断させるように構成されたヒューズ切断部をさらに含み、
    前記制御部は、前記ヒューズが切断されず、前記バッテリーセルの状態が欠陥状態と判断された場合、前記切断制御信号を出力するように構成されている、請求項1から10のいずれか一項に記載のバッテリーパックの欠陥検出装置。
  12. 前記バッテリーパックは、複数のバッテリーセルを含み、
    前記ヒューズは、前記バッテリーパックに含まれた複数のバッテリーセルのうち対応するバッテリーセルの第1端子に接続されるように構成され、
    前記放電ラインは、前記複数のバッテリーセルのうち対応するバッテリーセルのそれぞれに接続されるように構成され、
    前記複数のバッテリーセルのうち対応するバッテリーセルのそれぞれに並列で接続され、前記制御部によって動作状態がターンオフ状態またはターンオン状態に制御されるように構成されたバイパススイッチをさらに含む、請求項1から11のいずれか一項に記載のバッテリーパックの欠陥検出装置。
  13. 前記制御部は、前記複数のバッテリーセルのうち状態が欠陥状態と判断されたか又は対応するヒューズが切断されたと判断されたバッテリーセルをターゲットセルとして選定し、前記選定されたターゲットセルの状態に応じて前記選定されたターゲットセルに対応する放電ラインに含まれた放電スイッチの動作状態をターンオンまたはターンオフ状態に制御し、前記ターゲットセルに並列で接続されたバイパススイッチの動作状態をターンオン状態に制御するように構成されている、請求項12に記載のバッテリーパックの欠陥検出装置。
  14. 請求項1から13のいずれか一項に記載のバッテリーパックの欠陥検出装置を含む、バッテリーパック。
  15. バッテリーセルの電圧、電流及び温度のうち少なくとも一つを測定する測定段階と、
    ヒューズが切断されたか否かを判断する切断如何判断段階と、
    前記測定段階で測定された測定結果に基づいて前記バッテリーセルの状態を正常状態または欠陥状態と判断するバッテリーセル状態判断段階と、
    前記判断されたバッテリーセルの状態及び判断されたヒューズの切断如何に応じて放電スイッチの動作状態をターンオン状態またはターンオフ状態に制御する放電スイッチ動作制御段階と、を含む、バッテリーパックの欠陥検出方法。
JP2021558793A 2019-07-10 2020-07-03 バッテリーパックの欠陥検出装置及び方法 Active JP7234410B2 (ja)

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