JP5620351B2

JP5620351B2 - バッテリーパック

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Publication number: JP5620351B2
Application number: JP2011193627A
Authority: JP
Inventors: 世燮沈; 進瀬川; 義晶 ▲黄▼; 鍾雲梁; 韓碩尹; 範奎金; 珍完金
Original assignee: Samsung SDI Co Ltd
Current assignee: Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 2010-09-08
Filing date: 2011-09-06
Publication date: 2014-11-05
Anticipated expiration: 2031-09-06
Also published as: EP2429056A3; US20120056586A1; CN102403544A; CN102403544B; JP2012059703A; US9088163B2; EP2429056A2; KR101271911B1; KR20120025964A

Description

本発明は、バッテリーパックに関し、より詳細には、セルバランシングシステムを備えたバッテリーパックに関する。

二次電池の大容量化を達成するためには、単一セルよりもマルチセルのパックを利用することで、高電圧を印加し、又は容量を増加させることができる。しかし、それぞれのマルチセルの電圧は、セル自体が充放電特性を持っているため、時間が経過するにつれてアンバランシングされる傾向がある。

このように、バッテリーパック中のセル間の電圧差は、バッテリー電池間にアンバランシングを生成し、バッテリーパックの容量の損失をもたらすことがあり得る。従って、すべての二次電池の複数のセルの過充電を防止し、均一に充電させることができるように、それぞれのセルをバランシングするための多様なセルバランシングが要求される。

本発明は前記問題を鑑みてなされたものであって、その目的は着脱可能なセルバランシングシステムが備えられたバッテリーパックを提供することにある。

上記目的を果たすために、本発明の第１側面は、制御部とセルバランシングシステムとセル部とを含む第１ないし第３バッテリー部とを備え、前記セルバランシングシステムが第１ないし第３コネクタを備え、第１ないし第３コネクタが他のバッテリー部または制御部と連結される、バッテリーパックを提供することにある。

上記目的を果たすために、本発明は、少なくとも一つのバッテリー部と、前記バッテリー部の動作を制御するための制御部と、を備え、前記少なくとも一つのバッテリー部が複数個のセルを含むセル部と前記複数個のセルの間の電圧をバランシングするセルバランシングシステムとを備え、前記セルバランシングシステムが前記少なくとも一つのバッテリー部から着脱可能に形成される、バッテリーパックを提供する。

また、前記セルバランシングシステムは、着脱可能なコネクタを介して前記バッテリー部に連結される。

また、前記セル部は着脱可能なコネクタを介して前記セルバランシングシステムと連結される。

また、前記制御部は前記少なくとも一つのバッテリー部の状態に関する情報を収容し、前記情報に基づいてセルバランシング命令を伝送する。

また、前記情報は、各セル部における各セルの電圧、電流及び温度に関する情報を含む。

さらに、前記セルバランシングシステムは、第１バッテリー部のセル部にセルバランシングシステムを連結する第１コネクタと、第２バッテリー部または制御部の少なくともいずれか一つにセルバランシングシステムを連結する第２コネクタと、第３バッテリー部または制御部にセルバランシングシステムを連結する第３コネクタと、を含み、前記セルバランシングシステムが前記少なくともいずれか一つのバッテリー部から着脱可能であるように、前記第１、２及び３コネクタは形成される。

また、前記セルバランシングシステムは、前記バッテリー部と整合またはマッチング可能に連結される。

また、前記第１、２及び３コネクタのそれぞれは、前記少なくともいずれか一つのバッテリー部とモジュラーバッテリー部（ＭｏｄｕｌａｒＢａｔｔｅｒｕｎｉｔ）とを連結するスイッチを制御するための、少なくとも一つのスイッチ制御ラインを備える電気的連結部を含む。

また、前記モジュラーバッテリー部は、制御部とバッテリー部の少なくともいずれか一つを含む。

また、前記セルバランシングシステムは、スイッチがオンになったときにはセル電圧をバランシングし、スイッチがオフになったときにはセル電圧をバランシングしない。

また、前記セル部は、前記セル部を前記セルバランシングシステムに連結するバッテリーコネクタと、前記セルを連結する保護回路モジュールと、をさらに含む。

また、前記バッテリーパックは複数個のバッテリー部を含み、前記セルバランシングシステムは隣接するバッテリー部のセルバランシングシステムに整合またはマッチング可能に連結される。

また、前記各バッテリー部は、セルバランシングシステムに第１セル部を連結する第１コネクタと、第１バッテリー部に第１モジュラーバッテリー部を連結する第２コネクタと、第１バッテリー部に第２モジュラーバッテリー部を連結する第３コネクタと、を含む。

また、第１モジュラーバッテリー部と第２モジュラーバッテリー部は、制御部とバッテリー部の少なくともいずれか一つを含む。

以上のように、本発明による二次電池パックによれば、二次電池パックからセルバランシングシステムを着脱することができ、セルバランシングシステムの再使用ができることによって、二次電池の製造コストを安くすることができる、という効果を奏する。また、一つのセルバランシングシステムに多様なバッテリーパックが連結されうる、という効果を奏する。

本発明によるバッテリーパックの構造を示す構成図である。図１に図示された二次電池パックに採用されたバッテリー部の連結関係を示す図面である。図１に図示されたセルバランシングシステムの回路図を示す図面である。本発明によるバッテリーパックのセル部の構造を示す構成図である。

以下、本発明の実施例を、添付した図面を参照して、詳細に説明する。

図１は本発明によるバッテリーパックの構造を示す構成図である。図１を参照すれば、バッテリーパックは制御部Ｍ、第１バッテリー部１Ｓ、第２バッテリー部２Ｓ、第３バッテリー部３Ｓを含む。

制御部Ｍは、第１ないし第３バッテリー部（１Ｓないし３Ｓ）から温度、電圧、電流などの情報を受けて、各バッテリー部（１Ｓないし３Ｓ）の状態を把握する。そして、それに対応してセルバランシングが行われるようにする。セルバランシングは、第１ないし第３バッテリー部（１Ｓないし３Ｓ）のうちセルバランシングの必要なバッテリー部を把握した後、第１ないし第３バッテリー部（１Ｓないし３Ｓ）にセルバランシング命令を伝達することで行われる。ここで、制御部Ｍは第１バッテリー部１Ｓと連結されているが、第３バッテリー部３Ｓと連結されていることも可能である。

第１ないし第３バッテリー部（１Ｓないし３Ｓ）は、複数のセル（図示せず）を含み、高電圧、大容量の電流が出力されるようにする。また、第１ないし第３バッテリー部（１Ｓないし３Ｓ）はそれぞれセルバランシングシステム（図示せず）をさらに備え、セルバランシングシステムの動作によってセルバランシングが行われるようにする。また、第１ないし第３バッテリー部（１Ｓないし３Ｓ）とセルバランシングシステムは着脱が容易であるため、それぞれ独立的に簡単に入れ替えが行われる。そして、一つの制御部Ｍに第１ないし第３バッテリー部（１Ｓないし３Ｓ）が連結されているように図示されているが、これに限定されず、制御部Ｍに連結されているバッテリー部の数は多様に構成される。

図２は、図１に図示された二次電池パックに採用されたバッテリー部の連結関係を示す図面である。第１ないし第３バッテリー部（１Ｓないし３Ｓ）はそれぞれセル部１４０とセルバランシングシステム２００とで構成される。

それぞれのセル部１４０は、複数のセルを含み、複数のセルからの電流、電圧、温度などの情報を外部に伝達できるバッテリーコネクタ２２０ｂを含む。それぞれのセルバランシングシステム２００は、外部からの信号を伝達し伝送する、第１コネクタ２２０ａ、第２コネクタ２３０ａ、第３コネクタ２３０ｂを含む。

そして、第１バッテリー部１Ｓのセルバランシングシステム２００では、第１コネクタ２２０ａがセル部１４０に連結されているバッテリーコネクタ２２０ｂと連結され、第２コネクタ２３０ａは制御部Ｍと連結され、第３コネクタ２３０ｂは第２バッテリー部２Ｓの第２コネクタ２３０ａと連結される。

第２バッテリー部２Ｓのセルバランシングシステム２００では、第１コネクタ２２０ａがセル部１４０に連結されているバッテリーコネクタ２２０ｂと連結され、第２コネクタ２３０ａは第１バッテリー部１Ｓの第３コネクタ２３０ｂと連結され、第３コネクタ２３０ｂは第３バッテリー部３Ｓの第２コネクタ２３０ａと連結される。

第３バッテリー部３Ｓのセルバランシングシステム２００では、第１コネクタ２２０ａがセル部１４０に連結されているバッテリーコネクタ２２０ｂと連結され、第２コネクタ２３０ａは第２バッテリー部２Ｓの第３コネクタ２３０ｂに連結され、第３コネクタ２３０ｂは連結されない状態となる。

一方、図２に図示された実施例で、バッテリー部とセルバランシングシステムの数は制限されない。また、各セルバランシングシステムはモジュラーバッテリー部に連結されるように形成されうる。モジュラーバッテリー部はバッテリー部、他のセルバランシングシステムまたは制御部のいずれか一つになりうる。

そして、それぞれのコネクタが連結されると、第１バッテリー部１Ｓのセルバランシングシステム２００と、第２バッテリー部２Ｓのセルバランシングシステム２００と、第３バッテリー部３Ｓのセルバランシングシステム２００は、電気的に連結される。したがって、第１バッテリー部１Ｓのデータ線、接地線、クロック線（ＣＬＫ）、陽極線（＋）、陰極線（−）はそれぞれ、第２バッテリー部２Ｓ及び第３バッテリー部３Ｓのデータ線、接地線、クロック線、陽極線（＋）、陰極線（−）と連結される。また、それぞれのコネクタ（２２０ａ、２２０ｂ、２３０ａ、２３０ｂ）は、着脱しやすく、各構成要素と連結される。

それぞれのコネクタ（２２０ａ、２２０ｂ、２３０ａ、２３０ｂ）はまた、容易に着脱が可能なので、回路構成は容易に分離可能になる。それによってそれぞれのセルバランシングシステム２００とセル部１４０は、容易に除去されたり分離されたりすることができる。したがって、それぞれのバッテリー部（１Ｓないし３Ｓ）のセルバランシングシステム２００とセル部１４０はそれぞれ独立に交換することができ、特定のセルバランシングシステム２００のみを入れ替え、又は特定のセル部１４０のみを入れ替えることができる。

一方、各セルバランシングシステム２００は、各バッテリー部（１Ｓ、２Ｓ、３Ｓ）に整合またはマッチング可能に連結されうる。各セルバランシングシステムはまた、制御部Ｍとまた他のセルバランシングシステム２００に整合またはマッチング可能に連結されうる。

図３は、図１に図示されたセルバランシングシステムの回路図を示す図面である。図３を参照して説明すれば、セルバランシングシステムは、第１コネクタ２２０ａ、第２コネクタ２３０ａ、第３コネクタ２３０ｂ、及びスイッチＳＷを含む。そして、電流、電圧、温度などのデータを伝達するデータ線、接地されうる接地線、クロックを伝達するクロック線ＣＬＫ、スイッチＳＷを制御するスイッチ制御線ＳＣなどが、第１コネクタ２２０ａ、第２コネクタ２３０ａ、第３コネクタ２３０ｂを連結する。また、スイッチＳＷと第１コネクタの＋端子及び第１コネクタの−端子とを連結する電源線を含む。

セルバランシングシステムでは、スイッチＳＷがターンオフされたときに、電源線がオフ状態になる。この際、セルバランシング動作を遂行しない。この状態では、第１ないし第３バッテリー部（１Ｓないし３Ｓ）が充電ソースを介して充電され、又は外部機器に電流を供給して放電することが可能である。スイッチがターンオンされたときには、＋端子であるアノードラインはショートされて、この状態でセル部１４０はセルバランシング動作を遂行する。スイッチの動作は制御部Ｍによって制御されうる。

この際、スイッチＳＷがオフ状態であるから、第１バッテリー部１Ｓの第１コネクタの−端子が第２バッテリー部２Ｓの第１コネクタの＋端子と連結され、第２バッテリー部２Ｓの第１コネクタの−端子は第３バッテリー部３Ｓの第１コネクタの＋端子と連結される。また、第１バッテリー部１Ｓの第１コネクタの＋端子はそれぞれ第１バッテリー部１Ｓの第２コネクタ、第３バッテリー部３Ｓの第１コネクタの−端子は第３バッテリー部３Ｓの第３コネクタに連結される。すなわち、第１バッテリー部のセル部と第２バッテリー部のセル部と第３バッテリー部のセル部は直列に連結される。そして、第１バッテリー部１Ｓの第２コネクタと第３バッテリー部３Ｓの第３コネクタは、負荷（図示せず）と連結される。したがって、負荷は直列に連結された第１バッテリー部１Ｓないし第３バッテリー部３Ｓから電源の供給を受ける。

そして、セルバランシング動作が遂行されるときには、スイッチＳＷがターンオンされる。スイッチＳＷがターンオンされると、電源線が第１コネクタの＋端子と−端子を連結し、＋端子と−端子が電気的に連結されてショートされる。＋端子と−端子がショートされると、バッテリー部に充電された電圧が放電され、バッテリー部の電圧が低くなり、セルバランシングがなされる。この際、＋端子と−端子がショートされると、セル部が損傷を受ける恐れがある。このような問題点を解決するためにスイッチに抵抗が連結され、＋端子と−端子がショートされても、抵抗によって電圧降下が発生することで、セル部の損傷を防止することができる。また、スイッチをＦＥＴなどで具現してスイッチのターンオン電圧を調節すれば、ＦＥＴでの電圧消費が可能となる。

図４は、本発明によるバッテリーパックのセル部の構造を示す構成図である。図４を参照して説明すれば、セル部１４０は、信号を伝達する複数のセル４１、４２、４３と、複数のセル４１、４２、４３から伝達を受けるＰＣＢアセンブリー４４と、バッテリーコネクタ２２０ｂと、を含む。

また、バッテリー部１４０の容量を増大するため、それぞれのセル４１、４２、４３は並列に連結される。

ＰＣＢアセンブリー４４は、複数のセル４１、４２、４３と連結され、それぞれのセル４１、４２、４３から出力される電圧、電流、及びセルそれぞれの温度などの情報を受けてバッテリーコネクタ２２０ｂに伝達し、バッテリーコネクタ２２０ｂは連結されているデータ線を介して制御部Ｍに伝達する。また、ＰＣＢアセンブリー４４は、制御部Ｍからセルバランシング命令を受けると、セルバランシングされる。

一方、ＰＣＢアセンブリー４４は回路基板ボードとして言及されているが、本発明はこれに制限されない。前記ＰＣＢは、バッテリーセル４１、４２、４３のそれぞれが連結されるように形成された保護回路モジュールとして取り扱われうる。また、バッテリーコネクタ２２０ｂは、ＰＣＢアセンブリー４４に信号を伝達し、又は信号を受け、あるいはセルバランシング命令信号を伝達し、又は伝達を受けることができる。

以上では本発明の最も好ましい実施の形態について説明したが、本発明は、上記記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載され、又は明細書に開示された発明の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能なのはもちろんであり、斯かる変形や変更が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。

１Ｓ第１バッテリー部
２Ｓ第２バッテリー部
３Ｓ第３バッテリー部
１４０セル部
２００セルバランシングシステム
２２０ａ第１コネクタ
２３０ａ第２コネクタ
２３０ｂ第３コネクタ
２２０ｂバッテリーコネクタ

Claims

少なくとも一つのバッテリー部と、
前記バッテリー部の動作を制御するための制御部と、を備え、
前記少なくとも一つのバッテリー部が、複数個のセルを含むセル部と、前記複数個のセルの間の電圧をバランシングするセルバランシングシステムと、を備え、
前記セルバランシングシステムが、着脱可能なコネクタを介して、前記少なくとも一つのバッテリー部のセル部に連結され、
前記少なくとも一つのバッテリー部が第１、２及び３バッテリー部を含み、
前記セルバランシングシステムが、
前記第１〜第３バッテリー部のいずれかの前記セル部に前記セルバランシングシステムを連結する第１コネクタと、
隣接する前記バッテリー部または前記制御部に前記セルバランシングシステムを連結する第２コネクタと、
隣接する前記バッテリー部に前記セルバランシングシステムを連結する第３コネクタと、を備え、
前記第１、２及び３コネクタが、前記セルバランシングシステムが前記少なくともいずれか一つのバッテリー部から着脱可能になるように形成されることを特徴とするバッテリーパック。
前記制御部が、前記少なくとも一つのバッテリー部の状態に関する情報を収容し、前記情報に基づいてセルバランシング命令を伝送することを特徴とする、請求項１に記載のバッテリーパック。
情報が、前記各セル部における前記各セルの電圧、電流及び温度に関する情報を含むことを特徴とする、請求項１に記載のバッテリーパック。
前記セルバランシングシステムが、前記バッテリー部とマッチング可能に連結されることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリーパック。
前記第１、２及び３コネクタのそれぞれが、前記少なくとも一つのバッテリー部を連結するスイッチを制御するための、少なくとも一つのスイッチ制御ラインを備える電気的連結部を含むことを特徴とする、請求項１に記載のバッテリーパック。
前記セルバランシングシステムが、前記スイッチがオンになったときにはセル電圧をバランシングし、前記スイッチがオフになったときにはセル電圧をバランシングしないことを特徴とする、請求項５に記載のバッテリーパック。
前記セル部が、前記セル部を前記セルバランシングシステムに連結するバッテリーコネクタと、前記セルを連結する保護回路モジュールと、をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のバッテリーパック。