KR101597317B1 - 배터리 팩 시스템 및 이를 위한 배터리 구조 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복수개의 배터리로 이루어진 배터리 팩과, 상기 배터리 팩에 연결되는 BMS를 구비하고, 상기 배터리는 전력 충방전 기능을 제공하는 배터리 본체; 및 상기 배터리 본체에 마련되어 배터리의 ID를 생성하는 ID 제공부;를 포함하고, 상기 BMS는 상기 ID에 대응하는 배터리의 모델을 인식하여 모델별 특성에 부합하는 배터리 관리를 수행하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 시스템을 개시한다.

Description

배터리 팩 시스템 및 이를 위한 배터리 구조{BATTERY PACK SYSTEM AND BATTERY STRUCTURE FOR THE SAME}
본 발명은 배터리 팩에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배터리 팩을 이루는 각 배터리의 고유 모델을 자동으로 인식할 수 있는 구조를 가진 배터리 팩 시스템과 이를 위한 배터리 구조에 관한 것이다.
일반적으로, 충방전이 가능한 전력저장장치나 전기자동차용 전원은 적정 동작전압 및 충전 용량이 확보되도록 다수의 배터리가 집합된 배터리 팩 형태로 제공된다.
종래의 배터리 팩은 단일 종류의 배터리들이 다수 연결되어 형성되고, 배터리의 고유 모델에 걸맞게 BMS(Battery Management System)의 내부 파라미터가 최적화되어 배터리 팩 시스템이 구성되었다.
하지만, 최근 배터리의 모델이 다양화되고 하나의 배터리 팩 시스템에 사용되는 배터리의 수량이 급증함에 따라 향후에는 동일 배터리 팩 시스템 내에 다양한 모델의 배터리가 혼재될 가능성이 높아지고 있다.
배터리 팩의 전지 관리와 관련하여, 일본공개특허 제1995-176333호는 딥 스위치(DIP Switch)나 패턴 인쇄 등을 이용하여 각 전지마다 고유ID를 부여하고, 전지 ID마다 전지의 누적 사용시간을 기억함으로써 전지의 전력 잔량을 판별 및 표시하는 전지 관리를 수행할 수 있는 전지 관리장치 및 전지 관리방법을 개시하고 있다.
일본공개특허 제2000-078759호는 호스트 컨트롤 회로의 지령에 따라 마스터 배터리 팩과 슬레이브 배터리 팩 간에 배터리 상태 정보 송수신을 수행하여, 별도의 전환기 없이도, 마스터 배터리 팩에 부여된 하나의 ID를 이용하여 복수개의 배터리 팩을 감시할 수 있는 전자기기의 배터리 팩의 감시 시스템을 개시하고 있다.
상기와 같이 배터리 또는 배터리 팩에 ID를 부여하고 이를 이용하는 다양한 기술들이 제안되었다.
그러나, 기존에 제안된 딥 스위치 등의 ID 부여수단은 각 단자마다 온/오프 전환을 위한 슬라이드 스위치 등이 장착되어야 하므로 이를 배터리 몸체에 일체화하기가 쉽지 않고, 배터리에 대응하는 BMS에 ID 정보를 전달하기 위한 출력포트의 구성이 복잡해지는 취약점이 있어 이에 대한 기술적 수단의 개선이 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 창안된 것으로서, 배터리 팩을 이루는 배터리별로 ID 제공부가 마련되어 배터리별 모델을 자동으로 인식할 수 있는 배터리 팩 시스템과 이를 위한 배터리 구조를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 배터리의 하우징에 일체화될 수 있는 구조를 가진 ID 제공부가 마련된 배터리 팩 시스템과 그 배터리 구조를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은 복수개의 배터리로 이루어진 배터리 팩과, 상기 배터리 팩에 연결되는 BMS를 구비하고, 상기 배터리는 전력 충방전 기능을 제공하는 배터리 본체; 및 상기 배터리 본체에 마련되어 배터리의 ID를 생성하는 ID 제공부;를 포함하고, 상기 BMS는 상기 ID에 대응하는 배터리의 모델을 인식하여 모델별 특성에 부합하는 배터리 관리를 수행하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 시스템을 제공한다.
상기 ID 제공부는, 상기 배터리 본체의 일측에 설치되고 반복적으로 형성된 다수의 식별패턴들로 이루어진 식별패턴 어레이; 및 상기 다수의 식별패턴들 중에서 선택된 어느 식별패턴에 착탈 가능하게 결합되어 배터리의 ID를 생성하는 커플링 부재;를 포함할 수 있다.
상기 식별패턴은 점퍼 핀의 구조를 가지며, 상기 커플링 부재는 상기 점퍼 핀에 결합되어 적어도 두 개의 점퍼 핀 간을 연결하는 점퍼 캡의 구조를 갖는 것이 바람직하다.
상기 ID 제공부는 상기 배터리 본체의 하우징 외부에 돌출된 베이스 블록;을 더 포함하고, 상기 베이스 블록의 일면에는 상기 식별패턴 어레이가 마련되고, 상기 베이스 블록의 타면에는 상기 식별패턴 어레이에 대응하는 배터리 모델 인식포트가 마련될 수 있다.
상기 ID 제공부는 상기 베이스 블록에 체결되어 상기 식별패턴 어레이 및 커플링 부재를 덮는 보호커버;를 더 포함할 수 있다.
상기 점퍼 핀과 점퍼 캡 간의 결합에 따른 온/오프 조합패턴에 의해 상기 ID가 생성되고, 상기 BMS는 상기 ID를 2진수로 인식하고 이를 10진수로 환산하여 배터리의 모델번호를 인식할 수 있다.
대안으로, 상기 BMS는 상기 ID에 대응하도록 미리 지정된 모델번호로부터 배터리의 모델을 인식할 수도 있다.
상기 BMS는 배터리의 고유 모델별 특성 데이터를 저장하는 특성 데이터 저장부;를 구비할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 전력 충방전 기능을 제공하는 배터리 본체와, 상기 배터리 본체의 일측에 설치되고 반복적으로 형성된 다수의 식별패턴들로 이루어진 식별패턴 어레이; 및 상기 다수의 식별패턴들 중에서 선택된 식별패턴에 착탈 가능하게 결합되어 배터리의 ID를 생성하는 적어도 하나 이상의 커플링 부재;를 구비한 ID 제공부를 포함하는 배터리 구조가 제공된다.
본 발명은 배터리 팩을 이루는 각각의 배터리에 대한 모델을 자동으로 인식할 수 있는 배터리 팩 시스템을 제공한다.
본 발명에 따르면 배터리 본체의 하우징에 일체화될 수 있는 구조를 가진 ID 제공부가 구비되므로 모델 인식이 가능한 배터리의 제조공정 간소화가 가능하고 ID 설정이 편리한 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면 배터리 모델 인식포트가 ID 제공부의 베이스 블록에 마련되므로 BMS와 배터리 간의 커넥팅을 위한 배선작업을 깔끔하고 편리하게 수행할 수 있다.
따라서, 본 발명을 적용할 경우 배터리 모델이 다양화되고 동일 배터리 팩 시스템 내에 다양한 모델의 배터리가 혼재하더라도 BMS에서 자동으로 각 배터리의 모델 차이를 인식하고 그에 따른 특성별 관리를 통해 시스템 효율화와 범용화, 경제성을 확보할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 구조를 도시한 부분 확대 사시도,
도 2는 도 1에서 배터리 모델 인식포트의 구성을 도시한 사시도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 팩 시스템의 구성을 도시한 블록도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 팩 시스템에 의해 배터리 모델의 인식처리가 이루어지는 과정을 도시한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 구조가 도시되어 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 구조는 배터리 본체(101)와, 배터리 본체(101)의 일측에 설치된 ID 제공부(102)를 포함한다.
배터리 본체(101)는 소정 형상을 가진 하우징과, 상기 하우징에 내장되어 전력 충방전 기능을 제공하는 이차전지를 구비한다.
ID 제공부(102)는 배터리 본체(101)의 하우징 일부로부터 돌출되도록 형성된 베이스 블록(103)과, 베이스 블록(103)의 일면에 마련된 식별패턴 어레이(104)와, 식별패턴 어레이(104)에 결합되는 적어도 하나 이상의 커플링 부재(105)와, 베이스 블록(103)의 타면에 마련된 배터리 모델 인식포트(107)를 구비한다.
베이스 블록(103)은 배터리 본체(101)의 하우징과 일체로 성형되는 것이 바람직하다.
식별패턴 어레이(104)는 베이스 블록(103)에 일정 간격을 두고 반복적으로 배열되어 베이스 블록(103)의 일면에 돌출된 다수의 식별패턴들로 구성된다. 식별패턴 어레이(104)를 이루는 각각의 식별패턴은 점퍼 핀, 즉 베이스 블록(103)에 몰딩된 도체핀의 구조를 갖는 것이 바람직하다. 이 경우 점퍼 핀의 일편은 베이스 블록(103)의 일면 바깥으로 노출되고, 상기 점퍼 핀의 타편은 베이스 블록(103)의 타면 쪽으로 연장되도록 설치된다.
커플링 부재(105)는 식별패턴 어레이(104)를 이루는 식별패턴에 착탈 가능하게 결합된다. 커플링 부재(105)가 다수의 식별패턴들 중에서 선택된 적어도 두 개의 식별패턴에 결합됨에 따라 생성되는 결합 및 미결합, 즉 온/오프의 조합패턴에 의해 배터리 고유의 ID가 제공될 수 있다. 커플링 부재(105)는 적어도 두 개의 점퍼 핀 간을 서로 전기적으로 연결하는 점퍼 캡의 구조를 갖는 것이 바람직하다.
식별패턴 어레이(104) 및 커플링 부재(105)는 베이스 블록(103)에 착탈 가능하게 체결되는 보호커버(106)에 의해 덮여서 보호된다. 보호커버(106)에 의해 외부 이물질의 유입이나, 커플링 부재(105)가 미결합된 식별패턴들 간의 단락이 방지될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이 배터리 모델 인식포트(107)는 베이스 블록(103)의 타면에 마련되는 것으로서, 식별패턴 어레이(104)에 대한 커플링 부재(105)의 결합 및 미결합 조합패턴을 전기적으로 인식하기 위한 출력포트이다. 식별패턴이 점퍼 핀의 구조를 갖는 경우, 배터리 모델 인식포트(107)의 접점은 상기 점퍼 핀의 타편, 또는 상기 점퍼 핀으로부터 연장된 소정의 도체핀에 의해 제공된다.
상술한 바와 같이 본 발명은 배터리 본체(101)의 하우징 일측에, 베이스 블록(103)의 양면에 식별패턴 어레이(104)와 배터리 모델 인식포트(107)가 설치된 ID 제공부(102)가 구비된 배터리 구조를 제공한다. ID 제공부(102)에 구비된 커플링 부재(105)와 식별패턴 어레이(104) 간의 온/오프 조합패턴에 따라 생성되는 ID는 배터리 팩 시스템에서 각 배터리의 고유 모델을 자동으로 인식하는 용도로 사용된다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 팩 시스템의 구성을 도시한 블록도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 팩 시스템은 배터리 팩(100)과, 상기 배터리 팩(100)에 연결되어 각각의 배터리를 관리하는 적어도 하나 이상의 BMS(200)를 구비한다.
배터리 팩 시스템은 배터리 팩(100)의 양단에 외부 충방전기(300)가 연결되어, 충방전이 가능한 전력저장장치나 전기자동차용 전원으로 사용된다.
배터리 팩(100)은 전력 충방전 기능을 제공하는 복수개의 배터리로 구성된다. 각각의 배터리에는 전술한 배터리 구조가 채용된다. 따라서, 각각의 배터리에는 커플링 부재(105)와 식별패턴 어레이(104) 간의 온/오프 조합패턴에 따른 ID가 할당될 수 있다.
BMS(200)는 각 배터리의 ID에 대응하는 배터리의 모델을 인식하여 모델별 특성에 부합하는 배터리 관리를 수행한다. 이를 위해, BMS(200)에는 배터리의 모델별 특성 데이터를 저장하는 특성 데이터 저장부(미도시)가 마련된다.
BMS(200)는 배터리에 할당된 온/오프 조합패턴의 ID를 2진수로 인식하고, 이를 10진수로 환산하여 배터리의 모델번호를 인식한다. 예를 들어, BMS(200)는 커플링 부재(105)와 식별패턴 어레이(104) 간의 온/오프 조합패턴에 따라 특정 배터리의 ID가 2진수 1001로 인식된 경우, 이를 10진수 9로 환산하여 9번 배터리 모델에 부합하는 내부 파라미터를 조정하여 배터리 관리를 수행한다.
대안으로, BMS(200)는 배터리에 할당된 온/오프 조합패턴의 ID에 대응하도록 미리 지정된 모델번호로부터 배터리의 모델을 인식할 수 있다. 예를 들어, BMS(200)는 특정 배터리의 ID가 2진수 1001로 인식된 경우, 사전에 정해진 데이터 테이블에서 1001에 대응하는 모델번호(예: 3번)를 인식하고 해당 모델번호에 부합하는 내부 파라미터를 조정하여 배터리 관리를 수행한다.
도 4에는 배터리 팩(100)과 BMS(200) 간의 연동에 의해 배터리 모델의 인식처리가 이루어지는 과정이 도시되어 있다.
도 4를 참조하면, BMS(200)와 배터리 모델 인식포트(107) 간의 연결 여부를 체크했을 때(단계 S100), 미연결 상태로 판단된 경우 BMS(200)는 사전에 정해진 데이터 테이블을 참조하여 기본 배터리 모델에 부합하는 특성 데이터를 선정하여 배터리 관리를 수행한다(단계 S110).
한편, BMS(200)가 배터리 모델 인식포트(107)에 연결된 경우에는 배터리의 ID 제공부(102)에 마련된 식별패턴인 점퍼 핀의 배열 위치별 온/오프를 확인하고, 온/오프 배열에 따른 배터리 모델을 인식한다(단계 S115 및 S120).
이후, 사전에 정해진 데이터 테이블을 참조하여 상기 인식된 배터리 모델의 특성 데이터를 선정하고(단계 S130), 선정된 특성 데이터를 BMS(200) 내 연산에 활용함으로써 모델 인식처리가 종료된다(단계 S140).
따라서, 본 발명을 적용할 경우 배터리 모델이 다양화되고 동일 배터리 팩 시스템 내에 다양한 모델의 배터리가 혼재하더라도 BMS에서 각 배터리의 모델을 판별하여 내부 파라미터 조정 및 관리를 자동으로 수행할 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
100: 배터리 팩 101: 배터리 본체
102: ID 제공부 103: 베이스 블록
104: 식별패턴 어레이 105: 커플링 부재
106: 커버부재 107: 배터리 모델 인식포트
200: BMS

Claims (12)

  1. 복수개의 배터리로 이루어진 배터리 팩과, 상기 배터리 팩에 연결되는 BMS를 구비한 배터리 팩 시스템에 있어서,
    상기 배터리는 전력 충방전 기능을 제공하는 배터리 본체; 및 상기 배터리 본체에 마련되어 배터리의 ID를 생성하는 ID 제공부;를 포함하고,
    상기 BMS는 상기 ID에 대응하는 배터리의 모델을 인식하여 모델별 특성에 부합하는 배터리 관리를 수행하고,
    상기 ID 제공부는,
    상기 배터리 본체의 일측에 설치되고 반복적으로 형성된 다수의 식별패턴들로 이루어진 식별패턴 어레이; 및 상기 다수의 식별패턴들 중에서 선택된 어느 식별패턴에 착탈 가능하게 결합되어 배터리의 ID를 생성하는 커플링 부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 식별패턴은 점퍼 핀의 구조를 가지며,
    상기 커플링 부재는 상기 점퍼 핀에 결합되어 적어도 두 개의 점퍼 핀 간을 연결하는 점퍼 캡의 구조를 가진 것을 특징으로 하는 배터리 팩 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 배터리 본체의 하우징 외부에 돌출된 베이스 블록;을 더 포함하고,
    상기 베이스 블록의 일면에는 상기 식별패턴 어레이가 마련되고, 상기 베이스 블록의 타면에는 상기 식별패턴 어레이에 대응하는 배터리 모델 인식포트가 마련된 것을 특징으로 하는 배터리 팩 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 베이스 블록에 체결되어 상기 식별패턴 어레이 및 커플링 부재를 덮는 보호커버;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 시스템.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 점퍼 핀과 점퍼 캡 간의 결합에 따른 온/오프 조합패턴에 의해 상기 ID가 생성되고,
    상기 BMS는 상기 ID를 2진수로 인식하고 이를 10진수로 환산하여 배터리의 모델번호를 인식하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 시스템.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 점퍼 핀과 점퍼 캡 간의 결합에 따른 온/오프 조합패턴에 의해 상기 ID가 생성되고,
    상기 BMS는 상기 ID에 대응하도록 미리 지정된 모델번호로부터 배터리의 모델을 인식하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 BMS는 배터리의 모델별 특성 데이터를 저장하는 특성 데이터 저장부;를 구비한 것을 특징으로 하는 배터리 팩 시스템.
  9. 전력 충방전 기능을 제공하는 배터리 본체와,
    상기 배터리 본체의 일측에 설치되고 반복적으로 형성된 다수의 식별패턴들로 이루어진 식별패턴 어레이; 및 상기 다수의 식별패턴들 중에서 선택된 식별패턴에 착탈 가능하게 결합되어 배터리의 ID를 생성하는 적어도 하나 이상의 커플링 부재;를 구비한 ID 제공부를 포함하는 배터리 구조.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 식별패턴은 점퍼 핀의 구조를 가지며,
    상기 커플링 부재는 상기 점퍼 핀에 결합되어 적어도 두 개의 점퍼 핀 간을 연결하는 점퍼 캡의 구조를 가진 것을 특징으로 하는 배터리 구조.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 배터리 본체의 하우징 외부에 돌출된 베이스 블록;을 더 포함하고,
    상기 베이스 블록의 일면에는 상기 식별패턴 어레이가 마련되고, 상기 베이스 블록의 타면에는 상기 식별패턴 어레이에 대응하는 배터리 모델 인식포트가 마련된 것을 특징으로 하는 배터리 구조.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 베이스 블록에 체결되어 상기 식별패턴 어레이 및 커플링 부재를 덮는 보호커버;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 구조.
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