JP5395110B2 - バッテリパック - Google Patents

Description

本発明は、バッテリパックに関し、より具体的には、安全性を向上させることができるバッテリパックに関する。

通常、バッテリセルは、モバイル機器、電気自動車、ハイブリッド自動車、電気などのエネルギー源として使用され、適用される外部機器の種類によって多様にその形態を変化させて使用する。

携帯電話のような小型モバイル機器は、単一バッテリセルの出力と容量で所定時間の間作動が可能である。しかし、電力消耗が多い電気自動車、ハイブリッド自動車のように、長時間駆動、高電力駆動が必要な場合は、出力及び容量を高めることができるように、複数のバッテリセルを電気的に接続して大容量のバッテリモジュールを構成する。バッテリモジュールは、内蔵されたバッテリセルの数によって出力電圧や出力電流を高めることができる。

このようなバッテリモジュールを電気的に複数個接続してバッテリパックを構成することができる。このとき、バッテリパックには、各バッテリセルの状態を制御するためのバッテリ制御部（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）と、バッテリ制御部の信号に応じて電流を遮断するように作動するリレーとが備えられる。

韓国特許公開第１０−２００６−０１０２６６７号公報 韓国特許公開第１０−２００７−００９３７５３号公報 韓国特許第１０−２１１５７０号公報

本発明は、エアバッグ用衝撃感知センサ、衝撃感知センサ、または水分感知センサからバッテリパックが損傷したと判断された場合、その信号を受けたバッテリ制御部がバッテリモジュール間に位置するサブリレーに伝達することにより、バッテリモジュール間の電気的接続を遮断することができるバッテリパックを提供することを目的とする。
また、本発明は、インターロック回路または別途の回路を構成し、バッテリパックの修理が必要な場合、バッテリモジュール間に位置するサブリレーを作動させることにより、バッテリモジュール間の電気的接続を遮断することができるバッテリパックを提供することを目的とする。

本発明に係るバッテリパックは、一方向に整列された複数のバッテリセルからなる少なくとも１つのバッテリモジュールと、前記バッテリモジュールの出力ライン及び前記バッテリモジュール間の接続ラインに設けられる複数のリレーと、前記複数のリレーに接続され、前記複数のバッテリセルを制御するバッテリ制御部（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｕｎｉｔ）と、前記バッテリ制御部に接続された少なくとも１つの感知センサとを備え、前記バッテリ制御部は、前記感知センサの信号に応じて前記複数のリレーを制御する。

ここで、前記リレーは、前記バッテリ制御部から信号を受信した場合、前記バッテリモジュール間の電気的接続を遮断することができる。

そして、前記センサは、エアバッグ用衝撃感知センサ、衝撃感知センサ、または水分感知センサを備えることができる。

このとき、前記エアバッグ用衝撃感知センサと前記バッテリ制御部との間には、エアバッグ制御部をさらに備えることができる。

このような前記エアバッグ用衝撃感知センサは、出力された信号を前記バッテリ制御部と前記エアバッグ制御部に同時に伝達することができる。

また、前記エアバッグ用衝撃感知センサは、出力された信号をエアバッグ制御部を介してバッテリ制御部に伝達することができる。

さらに、前記複数のリレーは、バッテリモジュールの出力ラインに設けられるメインリレーと、前記バッテリモジュール間の接続ラインに設けられるサブリレーとを備えることができる。

そして、前記メインリレーと前記サブリレーは、同時に作動するか、個別に作動することができる。

しかも、前記バッテリ制御部には、インターロック回路（ｉｎｔｅｒｌｏｃｋ ｃｉｒｃｕｉｔ）がさらに接続され、バッテリパックの修理時、前記リレーを選択的に制御することができる。

本発明によれば、衝撃や浸水によりバッテリパックの絶縁が破壊された場合、または必要な時に、バッテリパックの出力電圧をバッテリモジュールのレベルに低くすることにより、発火または感電などの危険を低減し、安全性を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係るバッテリパックを示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係るバッテリパックの概略ブロック図である。 本発明の一実施形態に係るバッテリパックの動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の他の実施形態に係るバッテリパックの動作を説明するためのフローチャートである。 本発明のさらに他の実施形態に係るバッテリパックの概略ブロック図である。

以下、添付した図面を参考にして、本発明の実施形態及びその他当業者が本発明の内容を容易に理解するために必要な事項について詳細に記載する。ただし、本発明は、請求の範囲に記載された範囲内で様々な異なる形態で実現可能なため、下記に説明する実施形態は、表現の如何にかかわらず、例示的なものにすぎない。

本実施形態を説明するにあたり、かかる公知の機能あるいは構成に関する具体的な説明が本発明の要旨をあいまいにする可能性があると判断された場合、その詳細な説明は省略する。そして、図面において、同一の構成要素については、たとえ他の図面上に表示されても、できる限り同一の参照番号及び符号で表していることに留意しなければならない。合わせて、図面において、各層の厚さや大きさは、説明の便宜及び明確性のために誇張し得るものであり、実際の層の厚さや大きさと異なることがある。

図１は、本発明の一実施形態に係るバッテリパックを示す斜視図である。

図１に示すように、本発明の一実施形態に係るバッテリパックは、少なくとも１つのバッテリモジュール１００と、複数のリレー２０、３０と、バッテリ制御部（ＢＣＵ）２００と、少なくとも１つの感知センサ５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、６０、７０ａ、７０ｂとを備える。

まず、バッテリモジュール１００は、高電圧の大容量バッテリモジュール１００であって、複数のバッテリセル１０が一定間隔をおいて一方向に整列された形態を帯びる。ここで、バッテリセル１０は、多様な形態で形成可能であるが、本発明の実施形態では、バッテリセル１０が角形に形成された場合について説明する。

このようなバッテリセル１０は、セパレータを介してその両側に正極板と負極板とが配置される電極組立体を備え、既定量の電力を充放電させる通常の構造で構成されることができる。そして、各バッテリセル１０の上部には、正極端子１１及び負極端子１２が一定間隔を維持した状態で突出している。ここで、正極端子１１と負極端子１２は、それぞれ外周面にねじ山が形成されたボルト形態からなる。

そして、いずれか１つのバッテリセル１０の正極端子１１及び負極端子１２は、隣接する他のバッテリセル１０の正極端子１１及び負極端子１２と交差して配列可能である。これにより、いずれか１つのバッテリセル１０の正極端子１１及びそれに隣接する他のバッテリセル１０の負極端子１２には、バスバー１５が挿入されてナット１６により締結される。

各バッテリセル１０の正極端子１１及び負極端子１２がバスバー１５に締結されることにより、電気的に接続されたバッテリモジュール１００を構成することができる。このようなバッテリモジュール１００において、前記のような電極端子１１、１２とバスバー１５との締結構造が繰り返されることにより、バッテリセル１０は直列接続可能である。

このようなバッテリモジュール１００は、図１から明らかなように、４つが電気的に接続されており、各バッテリモジュール１００の間にはサブリレー２０が設置できる。このとき、サブリレー２０は、隣接するバッテリモジュール１００の接続ライン２１に設けられることが好ましい。すなわち、いずれか１つのバッテリモジュール１００のバッテリセル１０に形成された正極端子１１または負極端子１２と、他のバッテリモジュール１００のバッテリセルに形成された負極端子１２または正極端子１１とがサブリレー２０を介して電気的に接続される。

そして、４つのバッテリモジュール１００のうち、両端に位置するバッテリモジュール１００の各出力ライン３１、４１には、正極メインリレー３０と負極メインリレー４０がそれぞれ設置できる。

このようなサブリレー２０、正極メインリレー３０、及び負極メインリレー４０は、バッテリ制御部２００に電気的に接続可能である。これにより、サブリレー２０、正極メインリレー３０、及び負極メインリレー４０は、バッテリ制御部２００の信号に応じて制御作動できる。特に、サブリレー２０は、バッテリモジュール１００間の電気的接続を遮断することができる。このとき、バッテリ制御部２００に信号を伝達するものは、バッテリ制御部２００に接続された少なくとも１つの感知センサ５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、６０、７０ａ、７０ｂであり得る。

ここで、感知センサ５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、６０、７０ａ、７０ｂは、エアバッグ用衝撃感知センサ５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、衝撃感知センサ７０ａ、７０ｂ、または水分感知センサ６０を備えることができる。これにより、バッテリ制御部２００は、感知センサ５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、６０、７０ａ、７０ｂから出力された信号を受信して、サブリレー２０、正極メインリレー３０、及び負極メインリレー４０に伝達することができる。

このとき、エアバッグ用衝撃感知センサ５０ａ、５０ｂ、５０ｃとバッテリ制御部２００との間には、エアバッグ制御部５０がさらに形成されることができる。これにより、エアバッグ用衝撃感知センサ５０ａ、５０ｂ、５０ｃは、出力された信号をバッテリ制御部２００とエアバッグ制御部５０に同時に伝達することができる。あるいは、エアバッグ用衝撃感知センサ５０ａ、５０ｂ、５０ｃは、出力された信号をエアバッグ制御部５０を介してバッテリ制御部に伝達することもできる。

そして、サブリレー２０、正極メインリレー３０、及び負極メインリレー４０は、同時に作動するか、個別に作動可能である。これにより、バッテリ制御部２００は、エアバッグ用衝撃感知センサ５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、衝撃感知センサ７０ａ、７０ｂ、または水分感知センサ６０の信号に応じて、サブリレー２０、正極メインリレー３０、及び負極メインリレー４０をそれぞれ制御可能である。

このようなバッテリパックは、数十個のバッテリセル１０が接続されているため、各バッテリセル１０の状態を管理するためのバッテリ制御部２００が必要となる。バッテリパックを充電する場合、各バッテリセル１０は、複数回繰り返し充電して使用する間、互いに異なるエネルギーレベルに充電され放電される。まず、複数のバッテリセル１０が互いに異なるエネルギーレベルに放電された後、再充電すると、充電されたバッテリセル１０のエネルギーレベルも互いに異なって形成される。この状態で充電と放電が数回繰り返されると、一部のバッテリセル１０は過放電され、使用末期の電位が０Ｖ以下となる。この状態でユーザが引き続きバッテリセル１０を放電させたり使用したりすると、このバッテリセル１０は電位が変わるといった現象が現れる。

このように、エネルギーレベルが互いに異なるバッテリセル１０が直列に接続されて充電される場合、低いエネルギーレベルのバッテリセル１０が充電状態に到達する前に、比較的高いエネルギーレベルのバッテリセル１０が充電完了信号を送る。これにより、充電器は充電を完了するようになる。また、過放電されたバッテリセル１０が完全充電状態になる前に、他のバッテリセル１０は過充電状態に到達するようになる。すなわち、複数のバッテリセル１０のうちの一部は不完全充電−過放電、または電池の逆転を繰り返し、残りのバッテリセル１０は完全充電または過充電−不完全放電を繰り返すことになり、結局、バッテリセル１０は損傷を受けるようになる。

したがって、本発明における大容量バッテリパックは、バッテリセル１０の損傷を低減するために、各バッテリセル１０の状態を管理するためのバッテリ制御部２００が具備できる。このようなバッテリ制御部２００には、バッテリパックの異常時、電流を遮断するためのメインリレー３０、４０及びサブリレー２０が接続可能である。また、バッテリ制御部２００には、バッテリセル１０の異常時、その信号を送るための複数の感知センサ５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、６０、７０ａ、７０ｂが接続可能である。

以下では、バッテリモジュール１００のハウジング１１０、１２０、１３０、１４０について詳細に説明する。

ハウジング１１０、１２０、１３０、１４０は、バッテリセル１０の外側に配置された一対のエンドプレート１１０、１２０と、一対のエンドプレート１１０、１２０を接続する接続部材１３０、１４０とからなり得る。

このとき、複数のバッテリセル１０は、一対のエンドプレート１１０、１２０と、一対のエンドプレート１１０、１２０を接続する接続部材１３０、１４０とによって区画された空間の中で一方向に整列されて具備できる。複数のバッテリセル１０は、広い前面が互いに対向するように並列して整列される。

そして、接続部材１３０、１４０は、バッテリセル１０の両側面を支持するサイドブラケット１３０と、バッテリセル１０の底面を支持するボトムブラケット１４０とを備えることができる。各々のブラケット１３０、１４０の一端はいずれか１つのエンドプレート１１０に締結され、ブラケット１３０、１４０の他端は他のエンドプレート１２０に締結される。このとき、一対のエンドプレート１１０、１２０、サイドブラケット１３０、及びボトムブラケット１４０は、ボルト−ナットなどの部材によって締結可能である。

一対のエンドプレート１１０、１１０は、それぞれ最外郭のバッテリセル１０と面接触するように配置され、複数のバッテリセル１０を内側へ加圧する。このとき、一対のエンドプレート１１０、１２０、サイドブラケット１３０、及びボトムブラケット１４０により支持される複数のバッテリセル１０は、正極端子１１及び負極端子１２が互いに交互に位置し、直列接続可能である。

このようなハウジング１１０、１２０、１３０、１４０は、複数のバッテリセル１０を安定的に固定するために形成されるものであり、本実施形態の形態に限定されず、多様に変形して実施することができる。また、バッテリセル１０の接続構造及び個数は、バッテリパックの設計によって多様に変形可能である。

図２は、本発明の一実施形態に係るバッテリパックのブロック図である。

図２に示すように、本発明の一実施形態に係るバッテリパックは、バッテリモジュール１００と、正極メインリレー３０と、負極メインリレー４０と、サブリレー２０とを備える。

バッテリモジュールは、複数のバッテリセル１０（図１参照）からなり、４つのバッテリモジュール１００を備える。そして、正極メインリレー３０及び負極メインリレー４０は、バッテリモジュール１００の出力ライン３１、４１にそれぞれ設けられる。また、サブリレー２０は、バッテリモジュール１００間の接続ライン２１に設けられる。

このような正極メインリレー３０、負極メインリレー４０、及びサブリレー２０はバッテリ制御部２００に電気的に接続される。また、バッテリ制御部２００は、エアバッグ用衝撃感知センサ５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、水分感知センサ６０、及び衝撃感知センサ７０ａ、７０ｂに電気的に接続される。

ここで、エアバッグ用衝撃感知センサ５０ａ、５０ｂ、５０ｃは、出力された信号をエアバッグ制御部５０とバッテリ制御部２００に同時に伝達することができる。これにより、エアバッグ用衝撃感知センサ５０ａ、５０ｂ、５０ｃから信号が出力さると、エアバッグが作動すると同時に、バッテリモジュール１００間の電気的接続を遮断することができる。また、エアバッグ用衝撃感知センサ５０ａ、５０ｂ、５０ｃは、出力された信号をエアバッグ制御部５０を介してバッテリ制御部２００に伝達することができる。

このような接続構造により、バッテリ制御部２００は、複数の感知センサ５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、６０、７０ａ、７０ｂの信号に応じて、正極メインリレー３０、負極メインリレー４０、及びサブリレー２０を制御することができる。すなわち、バッテリ制御部２００は、各感知センサ５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、６０、７０ａ、７０ｂが出力する信号をサブリレー２０に伝達することにより、バッテリモジュール１００間の電気的接続を遮断することができる。そして、バッテリ制御部２００は、各感知センサ５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、６０、７０ａ、７０ｂが出力する信号を正極メインリレー３０と負極メインリレー４０に伝達することにより、バッテリパック自体の電源を遮断することもできる。

このとき、バッテリモジュール１００間のすべてのサブリレー２０が作動すると、バッテリモジュール１００間のすべての接続ライン２１が遮断されるため、バッテリパックの電圧が１／４に減少することができる。これにより、衝撃や浸水によりバッテリパックの絶縁が破壊された場合にバッテリパックの出力電圧をいずれか１つのバッテリモジュール１００のレベルに低くすることにより、発火または感電などの危険を低減し、安全性を向上させることができる。

また、感知センサ５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、６０、７０ａ、７０ｂが信号を出力する場合、メインリレー３０、４０を作動させてバッテリパックの電源を遮断することもできる。このような正極メインリレー３０、負極メインリレー４０、及びサブリレー２０は、同時に作動するか、個別に作動するように制御可能である。

図３は、本発明の一実施形態に係るバッテリパックの動作を説明するためのフローチャートである。

図３に示すように、バッテリパックの電源をオン（ＯＮ）にする（Ｓ１）。

すると、バッテリ制御部２００に接続されたエアバッグ用衝撃感知センサ５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、水分感知センサ６０、及び衝撃感知センサ７０ａ、７０ｂが作動する。衝撃や水分が感知されない場合、感知センサ５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、６０、７０ａ、７０ｂは信号を出力しない。そして、バッテリパックの損傷が感知、すなわち、バッテリパックに衝撃や水分が感知されると、その信号をバッテリ制御部２００に伝達する。このとき、感知センサ５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、６０、７０ａ、７０ｂは信号を出力する（Ｓ２）。

このように出力された信号はバッテリ制御部２００に伝達される（Ｓ３）。以後、バッテリ制御部２００は、その信号をリレー２０に伝達する（Ｓ４）。これにより、サブリレー２０は、各バッテリモジュール１００間の電気的接続を遮断するように作動する（Ｓ５）。

このようにバッテリモジュール１００間を接続する接続ライン２１にサブリレー２０が設けられることにより、感知センサ５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、６０、７０ａ、７０ｂの信号がバッテリ制御部２００を介して各サブリレー２０に伝達可能である。したがって、必要な時に、バッテリモジュール１００間を流れる電流の流れを遮断し、バッテリパックの電圧を低くすることができる。すなわち、バッテリパックの絶縁が破壊された場合、バッテリモジュール１００間の電気的接続を遮断することにより、感電による危険を低減することができる。

図４は、本発明の他の実施形態に係るバッテリパックの動作を説明するためのフローチャートである。

図４に示すように、エアバッグ用衝撃感知センサ５０ａ、５０ｂ、５０ｃで衝撃を感知すると、その信号を出力する（Ｓ１１）。出力された信号は、エアバッグ制御部５０とバッテリ制御部２００に同時に伝達可能である。エアバッグ制御部５０に伝達された信号はエアバッグを作動するようにすることができる（Ｓ１２、Ｓ１２’）。

そして、バッテリ制御部２００に伝達された信号はサブリレー２０に伝達され、サブリレー２０を作動させる（Ｓ１３）。このとき、エアバッグ用衝撃感知センサ５０ａ、５０ｂ、５０ｃで発生した信号をバッテリ制御部２００を介して受信した場合、サブリレー２０は、バッテリモジュール１００間の電気的接続を遮断するように作動可能である。

これにより、衝撃や浸水によりバッテリパックの絶縁が破壊された場合、バッテリパックの出力電圧をバッテリモジュールのレベルに低くすることにより、発火または感電などの危険を低減し、安全性を向上させることができる。

図５は、本発明のさらに他の実施形態に係るバッテリパックの概略ブロック図である。

図５に示すように、本発明のさらに他の実施形態に係るバッテリパックには、インターロック回路８０’がさらに設置できる。本実施形態では、前述した一実施形態と同一の構成要素に関する説明は省略する。

インターロック回路は、２つ以上の回路で一方が動作している場合、他方の回路に入力があっても動作しないようにする回路である。これにより、インターロック回路８０’が接続されたバッテリパックは、修理時、サブリレー２０’を選択的に制御することができる。すなわち、バッテリパックを修理するとき、バッテリ制御部２００’の信号なしにサブリレー２０’を作動させ、バッテリモジュール１００間の電源を選択的に遮断することができる。

前述した実施形態では、直列接続構造のバッテリパックを一例として説明したが、並列接続構造のバッテリパックに適用できることはいうまでもない。

１０：バッテリセル
２０、２０’：サブリレー
３０、３０’、４０、４０’：メインリレー
５０、５０’：エアバッグ制御部
５０ａ、５０ａ’、５０ｂ、５０ｂ’、５０ｃ、５０ｃ’：エアバッグ用衝撃感知センサ
６０、６０’：水分感知センサ
７０ａ、７０ａ’、７０ｂ、７０ｂ’：衝撃感知センサ
８０’：インターロック回路
１００、１００’：バッテリモジュール
２００、２００’：バッテリ制御部（ＢＣＵ）

Claims (5)

1. バッテリパックであって、
   一方向に整列された複数のバッテリセルからなる少なくとも１つのバッテリモジュールと、
   前記バッテリモジュールの出力ライン及び前記バッテリモジュール間の接続ラインに設けられる複数のリレーと、
   前記複数のリレーに接続され、前記複数のバッテリセルを制御するバッテリ制御部（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｕｎｉｔ）と、
   前記バッテリ制御部に接続された少なくとも１つの感知センサとを備え、
   前記センサは、エアバッグ用衝撃感知センサ、衝撃感知センサ、または水分感知センサを備え、
   前記バッテリパックは、
   前記エアバッグ用衝撃感知センサと前記バッテリ制御部との間には、エアバッグ制御部をさらに備え、
   前記バッテリ制御部は、前記感知センサの信号に応じて前記複数のリレーを制御し、
   前記エアバッグ用衝撃感知センサは、出力された信号を前記バッテリ制御部と前記エアバッグ制御部に同時に伝達することを特徴とするバッテリパック。
2. 前記リレーは、前記バッテリ制御部から信号を受信した場合、前記バッテリモジュール間の電気的接続を遮断することを特徴とする請求項１に記載のバッテリパック。
3. 前記複数のリレーは、バッテリモジュールの出力ラインに設けられるメインリレーと、前記バッテリモジュール間の接続ラインに設けられるサブリレーとを備えることを特徴とする請求項１に記載のバッテリパック。
4. 前記メインリレーと前記サブリレーは、同時に作動するか、個別に作動可能であることを特徴とする請求項３に記載のバッテリパック。
5. 前記バッテリ制御部には、インターロック回路がさらに接続され、バッテリパックの修理時、前記リレーを選択的に制御することを特徴とする請求項１に記載のバッテリパック。

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