KR101936576B1 - 배터리 관리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 배터리 관리 장치는, 복수 개의 배터리 셀(Cell)을 포함하여 이루어지는 적어도 하나 이상의 배터리 팩(Battery Pack), 상기 배터리 팩으로부터 전달되는 각각의 배터리 셀의 온도 및 전압의 정보를 통해서 상기 배터리 팩을 관리하는 배터리 관리 모듈 및 상기 배터리 팩 및 배터리 관리 모듈을 연결하며, FPCB(Flexible Printed Circuit Board)로 이루어지는 센싱 선로를 포함하여 구성되는 배터리 관리 장치에 관한 것이다.

Description

배터리 관리 장치{Battery Management Device}

본 발명은 배터리 관리 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 배터리 팩과 배터리 관리 모듈을 연결하는 센싱 선로로 FPCB가 구비되어 배터리 관리 장치의 부피를 줄이도록 하는 배터리 관리 장치에 관한 것이다.

최근 들어 공해 발생을 줄이며, 신재생에너지를 이용할 수 있는 전기 자동차 또는 하이브리드(Hybrid) 자동차의 개발이 활발히 이루어지고 있다. 이때, 전기 자동차 등과 같이, 모터 구동을 할 때 대전력을 필요로 하는 기기에 사용될 수 있는 고출력 이차 전지가 개발되어 있으며, 이러한 고출력 이차 전지는 복수 개를 직렬로 연결하여 대용량의 이차 전지를 구성할 수 있다.

이와 같이, 전지 자동차용 배터리(이하 '배터리'라 함)의 경우, 통상적으로 대용량 이차 전지를 복수 개를 직렬로 연결하여 이루어지며, 이러한 복수 개의 대용량 이차 전지가 충전과 방전을 수행함으로써, 배터리가 정상적인 동작 상태를 유지할 수 있다.

이를 위해, 배터리에 대한 전반적인 상태를 관리하는 배터리 관리 모듈, 즉, 배터리 관리 시스템(BMS, Battery Management System)을 구비하게 되며, 배터리 관리 시스템을 통해서 배터리의 전압, 전류 및 온도 등을 검출하여 배터리의 잔존 용량(SOC, State Of Charge)를 연산하여 추정할 수 있으며, 추정된 배터리의 잔존 용량을 토대로 자동차의 연료 소비 효율이 높아지도록 제어할 수도 있다.

본 발명은 복수 개의 대용량 이차 전지, 즉, 배터리 셀로 이루어진 배터리 팩과 배터리 관리 모듈을 연결하는 센싱 선로에 있어서, 연결되는 배터리 팩의 개수가 증가함에 따라, 센싱 선로가 차지하는 부피도 증가하여 장착할 수 있는 배터리 팩의 수에 한계가 있는 점에 착안한다.

한국 공개 특허 2011-0071343호 ("하이브리드 차량용 고전압 배터리 관리 장치", 이하 선행기술 1)에서는 단지 배터리 팩과 슬레이브 배터리 관리 모듈의 배치 구조를 변경함으로써 이를 통해서 통신용 와이어를 적게 사용하는 구조를 개시하고 있으며, 선행기술 1은 통신용 와이어 자체의 두께에 대해서는 전혀 언급되어 있지 않다.

한국 공개 특허 2011-0071343호 (공개일자 2011.06.29)

본 발명은 상기와 같은 종래 기술을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 배터리 팩과 배터리 관리 모듈을 연결하는 센싱 선로를 FPCB를 이용함으로써, 센싱 선로의 생산 원가 절감뿐만 아니라, 배터리 관리 장치의 생산 원가 절감, 무게 절감 및 부피 절감할 수 있는 배터리 관리 장치를 제공하는 것이다.

또한, 센싱 선로 자체의 부피가 절감됨으로써, 줄어든 센싱 선로의 잉여 공간에 배터리 팩을 추가하여 장착 할 수 있는 배터리 관리 장치를 제공하는 것이다.

상기의 목적을 이루고 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 관리 장치는, 복수 개의 배터리 셀(Cell)을 포함하여 이루어지는 적어도 하나 이상의 배터리 팩(Battery Pack)으로부터 전달되는 각각의 배터리 셀의 상태 정보를 통해서 상기 배터리 팩을 관리하는 배터리 관리 모듈 및 상기 배터리 팩 및 배터리 관리 모듈을 연결하며, 상기 각각의 배터리 셀의 상태 정보를 상기 배터리 관리 모듈로 전달하는 판상 형태의 유연성을 갖는 FPCB(Flexible Printed Circuit Board)로 이루어지는 센싱 선로를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

더 나아가, 상기 센싱 선로는 적어도 2개 이상의 입력부 또는 출력부를 포함하되, 상기 입력부는 상기 배터리 셀의 상태 정보가 센싱되는 커넥터와 연결되며, 상기 출력부는 상기 배터리 관리 모듈의 센싱 커넥터와 연결되는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.

더 나아가, 상기 센싱 선로는 상기 배터리 팩의 커넥터와 상기 배터리 관리 모듈의 센싱 커넥터를 연결하는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.

더 나아가, 상기 센싱 선로는 두께가 0.5mm 이하인 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.

더 나아가, 상기 센싱 선로는 폭이 50mm 이내인 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.

더 나아가, 상기 센싱 선로는 길이가 450mm 이내인 것을 특징으로 특징으로 하는 것이 바람직하다.

더 나아가, 상기 센싱 선로는 연성 재료인 PET(Polyester) 또는 PI(Polyimide)를 사용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.

더 나아가, 상기 배터리 관리 장치는 상기 센싱 선로를 이용하여, 상기 각각의 배터리 셀과 상기 배터리 관리 모듈 간의 거리가 동일한 거리로 이격되는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일실시예에 따른 배터리 관리 장치에 따르면, 배터리 팩과 배터리 관리 모듈을 연결하는 센싱 선로가 FPCB로 이루어짐으로써, 배터리 관리 장치의 원가 절감, 무게 절감 및 부피가 절감되는 효과가 있다.

아울러, 센싱 선로 자체의 부피가 절감되어, 배터리 관리 장치 내부에서 배터리 팩의 개수를 용이하게 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 관리 장치에 대해 간략하게 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 관리 장치에 대해 상세하게 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 센싱 선로에 대해 간략하게 나타낸 도면이다.

이하 첨부한 도면들을 참고하여 본 발명의 배터리 관리 장치를 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한, 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 관리 장치의 구성에 대해 간략하게 도시한 도면이다. 도 1을 참조로 하여 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 관리 장치의 구성에 대해 상세하게 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치는 배터리 팩(100), 배터리 관리 모듈(200) 및 센싱 선로(300)를 포함하여 이루어질 수 있다.

배터리 팩(100)은 복수 개의 배터리 셀(Cell)(110)을 포함하여 이루어지며, 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 관리 장치는 적어도 하나 이상의 배터리 팩(100)을 포함하여 이루어질 수 있다. 이때, 배터리 팩(100)은 전기 자동차용(xEV 용) 리튬 이온 배터리로 구성될 수 있으며, 이는 본 발명의 일 실시예에 불과하다.

또한, 배터리 팩(100)을 구성하는 복수 개의 배터리 셀(110)은 도 2에 도시된 바와 같이, 각각 직렬로 연결될 수 있으며, 배터리 관리 모듈(200)으로부터 동일한 거리로 이격되는 것이 바람직하다. 이를 통해, 각각의 배터리 셀(110)과 배터리 관리 모듈(200)간의 센싱 선로(300)의 길이 차에 따른 전압 강하를 최소화하여 배터리 팩(100)의 상태 정보인 정확한 전압 및 온도가 배터리 관리 모듈(200)로 전달될 수 있다.

배터리 관리 모듈(200)은 배터리 팩(100)으로부터 전달되는 배터리 팩(100)의 상태 정보인 온도 및 전압, 즉, 각각의 배터리 셀의 온도 및 전압의 정보를 모니터링하여 배터리 팩(100)을 관리할 수 있다. 다시 말하자면, 배터리 관리 모듈(200)은 모니터링한 배터리 셀의 온도 및 전압을 토대로 배터리 팩(100)의 잔존용량, SOC(State Of Charge)를 연산할 수 있으며, 연산한 배터리 팩(100)의 잔존용량에 의해서 배터리 팩(100)의 충전과 방전을 번갈아가면서 수행할 수 있다. 또한, 차량의 연료 소비 효율이 가장 높아질 수 있도록 배터리 팩(100)을 제어할 수도 있다.

또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 배터리 팩(100)과 배터리 관리 모듈(200)은 센싱 선로(300)로 직렬로 연결될 수 있다. 이를 통해, 배터리 팩(100)을 추가 장착할 경우, 단순히, 센싱 선로(300)를 통해서 배터리 관리 모듈(200)에 추가하여 연결함으로써, 추가 장착할 수 있다.

또한, 특정 배터리 팩(100)에 문제가 발생한 경우, 문제가 발생한 배터리 팩(100)만을 교체 또는 제거함으로써 배터리 관리 장치가 배터리 팩(100) 및 배터리 관리 모듈(200)을 용이하게 관리할 수 있다.

이때, 배터리 팩(100)과 배터리 관리 모듈(200)은 센싱 선로(300)에 의해서 배터리 팩(100)의 상태 정보인 온도 및 전압을 배터리 관리 모듈(200)로 전달할 수 있다.

즉, 다시 말하자면, 센싱 선로(300)는 배터리 팩(100) 및 배터리 관리 모듈(200)을 연결할 수 있으며, 도 3의 A)에 도시된 바와 같이, FPCB(Flexible Printed Circuit Board)로 이루어질 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 센싱 선로(300)는 도 3의 B)에 도시된 바와 같이, 0.5mm 이내의 두께와 50mm 이내의 폭 및 450mm 이내의 길이를 가지는 얇은 판상형태로써, 두께가 0.5mm 이하가 되어 상대적으로 좁은 구간을 쉽게 통과할 수도 있다.

일반적으로 FPCB란, 연성 인쇄 회로 기판, 즉, 연성 재료인 Polyester(PET) 또는 Polyimide(PI)와 같은 내열성 플라스틱 필름을 사용하여, 복잡한 회로를 유연한 절연 필름 위에 형성한 판형 형태의 회로 기판을 의미한다.

종래에는 차량의 내부에서 이용되는 신호선이 대부분 10개 미만이며, 길이도 500mm를 넘기는 경우가 대부분이었기 때문에, 센싱 선로로 FPCB를 사용하기에 어려움이 존재했다. 하지만, 최근들어 xEV를 비롯하여 내연기관 차량의 경우, 전자화가 가속화되고 있으며, xEV용 배터리의 경우에는, 신호선 4~50가닥이 한 묶음으로 제작되고, 또한, 상대적으로 짧은 길이로 적용 가능한 구간이 늘어나고 있는 실정이다.

이에 따라, 본 발명의 일실시예에 따른 배터리 관리 장치는 센싱 선로(300)를 통해서 배터리 팩(100)과 배터리 관리 모듈(200)을 연결할 수 있으며, 센싱 선로(300)는 도 3의 B)에 도시된 바와 같이, 제한된 크기 내에서 즉, 0.5mm 이내의 두께, 50mm 이내의 폭 및 450mm 이내의 길이를 가지는 얇은 판상 형태의 크기 내에서 적어도 2개 이상의 입력부 및 출력부를 가질 수 있다. 이때, 입력부는 배터리 팩(100)을 구성하고 있는 복수 개의 배터리 셀들의 전압 및 온도를 센싱하는 커넥터와 연결될 수 있으며, 출력부는 배터리 관리 모듈(200)의 센싱 커넥터로 연결될 수 있다.

센싱 선로(300)를 FPCB를 이용함으로써, 센싱 선로(300)의 소형화 및 경량화가 가능하여, 본 발명인 배터리 관리 장치가 전반적으로 소형화 및 경량화가 가능할 수 있다.

또한, 센싱 선로(300) 부분이 소형화가 됨으로써, 본 발명의 배터리 관리 장치 내부의 남는 잉여 공간에 배터리 팩(100)을 추가적으로 장착할 수도 있다. 더불어, 본발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치는 센싱 선로(300)를 FPCB를 이용함으로써, 센싱 선로(300)의 연속 생산방식이 가능하여, 이를 통해 배터리 관리 장치의 생산에 있어서 원가가 절감되는 효과가 탁월하다.

게다가, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치는 센싱 선로(300)를 FPCB, 즉, 연성 인쇄 회로 기판으로 구성함으로써, 배선의 오류가 없고, 휨, 겹침, 접힘, 말림 및 꼬임 등이 유연성 때문에 입체적인 3차원 배선이 가능한 장점이 있다.

더불어, 종래의 공지된 기술로 배터리 팩(100) 및 배터리 관리 모듈(200)을 연결한다는 가정하에, 예를 들면, 10cell 1temp로 구성되는 배터리 팩이 있다고 할 때, 13 가닥의 배선이 배터리 팩으로부터 BMS(Battery Management System) 등으로 연결되어야 하고, 이를 위한 배선 굵기는 배선 굵기가 0.3sq 전선을 사용한다고 해도 최소 7phi의 외경을 가지는 번들이 형성되게 된다. 하지만, 이때, 전선에 흐르는 전류는 1mA 이하 이기 때문에 0.3sq 전선이 아니라 0.01sq 전선을 사용해도 충분히 견딜 수 있다. 다시 말하자면, 본 발명의 일 실시예에 따른 센싱 선로(300)는 도 3에 도시된 바와 같이, FPCB를 이용함으로써 0.5mm 이내의 두께, 50mm 이내의 폭 및 450mm 이내의 길이를 가지는 얇은 판상 형태로써, 즉, 두께가 0.5mm 이하가 되어 상대적으로 좁은 구간을 쉽게 통과할 수 있는 효과가 있다.

즉, 다시 말하자면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치는 배터리 팩(100) 및 배터리 관리 모듈(200)을 연결하여 배터리 팩(100)의 전압 및 온도 등을 배터리 관리 모듈(200)로 전달하여, 배터리 팩(100)을 관리할 수 있다. 이때, 배터리 팩(100) 및 배터리 관리 모듈(200)을 연결하는 센싱 선로(300)를 FPCB로 구성할 수 있다. 더불어, FPCB로 이루어지는 센싱 선로(300)를 통해서, 배터리 관리 장치를 생산하기 위한 원가 절감뿐만 아니라, 센싱 선로(300)의 경량화가 가능하여, 배터리 관리 장치의 중량을 절감할 수 있으며, 또한, 센싱 선로(300)의 소형화가 가능하여, 배터리 관리 장치 자체의 부피를 절감하거나 또는, 배터리 관리 장치 내부에서 센싱 선로(300)가 차지하는 부피를 절감하여, 배터리 관리 장치 내부에서 남는 잉여 공간에 배터리 팩(100)을 추가하여 장착할 수도 있다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것 일뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허 청구 범위뿐 아니라 이 특허 청구 범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

100 : 배터리 팩(Battery Pack)
110 : 배터리 셀(Battery Cell)
200 : 배터리 관리 모듈
300 : 센싱 선로

Claims (8)

1. 직렬로 연결되어 있는 복수 개의 배터리 셀(Cell)을 포함하여 이루어지는 적어도 하나 이상의 배터리 팩(Battery Pack)으로부터 전달되는 각각의 배터리 셀의 상태 정보를 통해서 상기 배터리 팩을 관리하는 배터리 관리 모듈; 및
   상기 배터리 팩 및 배터리 관리 모듈을 연결하며, 상기 각각의 배터리 셀의 상태 정보를 상기 배터리 관리 모듈로 전달하는 판상 형태의 유연성을 갖는 FPCB(Flexible Printed Circuit Board)로 이루어지는 센싱 선로;
   를 포함하여 구성되며,
   상기 판상 형태의 유연성을 갖는 FPCB로 이루어지는 센싱 선로는
   각각 입력부와 출력부를 포함하되,
   상기 입력부는 상기 배터리 셀의 상태 정보가 센싱되는 커넥터와 연결되고 상기 출력부는 상기 배터리 관리 모듈의 센싱 커넥터와 연결되며,
   상기 각각의 센싱 선로에 신호선이 10개 이상 이격 배치되며, 두께가 0.5mm 이내 인 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서,
   상기 센싱 선로는
   폭이 50mm 이내인 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 센싱 선로는
   길이가 450mm 이내인 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
   
7. 제 1항에 있어서,
   상기 센싱 선로는
   연성 재료인 PET(Polyester) 또는 PI(Polyimide)를 사용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
   
8. 제 1항에 있어서,
   상기 배터리 관리 장치는
   상기 센싱 선로를 이용하여, 상기 각각의 배터리 셀과 상기 배터리 관리 모듈 간의 거리가 동일한 거리로 이격되는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
   
   

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