KR102078598B1 - Modularized battery pack - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전기자동차나 전동자전거, 특히 전동스쿠터의 전원으로 사용할 수 있는 배터리 팩에 관한 것으로써, 배터리 팩을 생산하는데 많은 시간과 비용이 소비되는 스폿 용접을 수행하지 않고, 배터리 팩의 각 구성 요소들이 모듈화되어 있는 배터리 팩에 관한 것이다.The present invention relates to a battery pack that can be used as a power source for electric vehicles or electric bicycles, especially electric scooters, and does not perform spot welding, which requires a lot of time and cost to produce the battery pack, and each component of the battery pack. To a modular battery pack.
일반적으로 배터리 팩은 복수의 배터리 셀을 포함하고 있으며, 배터리 팩의 용도에 따라서 배터리 셀을 병렬로 연결한 경우 출력 전류를 높일 수 있고, 배터리 셀을 직렬로 연결할 경우 전압을 높일 수 있다. 또한, 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 팩은 셀의 양단부에 엔드 플레이트가 위치하고, 엔드 플레이트는 리드판을 포함하고, 리드판은 셀의 단부 전극에 스폿 용접된다.In general, a battery pack includes a plurality of battery cells, and depending on the purpose of the battery pack, the output current can be increased when the battery cells are connected in parallel, and the voltage can be increased when the battery cells are connected in series. In addition, in a battery pack including a plurality of battery cells, end plates are positioned at both ends of the cell, the end plate includes a lead plate, and the lead plate is spot welded to the end electrode of the cell.
예를 들어, 등록특허공보 10-1096281에는 복수의 배터리 전지를 케이스 내에 수용하고 복수의 배터리 전지의 양극 및 음극을 외측 단자로 인출되도록 단자 기판에 각각 연결하는 배터리 팩을 개시하고 있다. 또한, 등록특허공보 10-1289579에는 전기자전거, 전동공구, 레저용으로 사용하기 적합하도록 컴팩한 형태를 가지며, 복수의 요입면이 형성되는 상부면에 스페이서를 구비하고, 스페이서에 형성된 요입면에 각 셀의 단자와 용접 고정되는 복수의 니켈 플레이트를 포함하는 배터리 팩을 개시하고 있다.For example, Patent Publication No. 10-1096281 discloses a battery pack for accommodating a plurality of battery cells in a case and connecting the positive electrode and the negative electrode of the plurality of battery cells to the terminal substrate so as to be drawn out to the outer terminal, respectively. In addition, Patent Publication No. 10-1289579 has a compact form suitable for use for electric bicycles, power tools, leisure, and has a spacer on the upper surface formed with a plurality of recessed surface, each of the recessed surface formed on the spacer Disclosed is a battery pack including a plurality of nickel plates welded to a terminal of a cell.
일반적으로 종래의 배터리 팩은, 복수의 셀, 상기 셀을 정 위치에 배치하는 엔드 플레이트, 상기 엔드 플레이트의 외측에 배치되고 셀에 용접되어 접속되는 리드판, 상기 리드판이 접속되는 회로 기판 및 상기 회로 기판을 수납하는 기판 홀더로 구성된다. 복수의 셀은 양단의 단부 전극에 리드판이 용접되어 있는데, 배터리 팩의 용도에 따라서 직렬 또는 병렬로 연결된다.In general, a conventional battery pack includes a plurality of cells, an end plate for arranging the cells in place, a lead plate disposed outside the end plate and welded to the cell, a circuit board to which the lead plate is connected, and the circuit It consists of a board | substrate holder which accommodates a board | substrate. Lead cells are welded to end electrodes at both ends of the plurality of cells, which are connected in series or in parallel depending on the purpose of the battery pack.
종래의 배터리 팩은 복수의 배터리 셀을 포함하고 있고, 상기 셀 양단의 단부 전극은 리드판에 용접되어 있기 때문에, 배터리 팩의 용도에 따라서 배터리 셀을 재배치하여 전력량이나 전압을 올리는 것이 거의 불가능하다. 또한, 배터리 팩에 있용되는 용접은 대체적으로 용접 시간과 비용이 많이 소비되는 스폿 용접이 이용되어, 배터리 팩의 생산하는데 많은 시간과 비용이 요구된다. 또한, 종래의 배터리 팩은 배터리 팩을 구성하는 주요 구성 요소들이 일체형으로 구성되어 있기 때문에, 배터리 셀이나 주요 구성 요소들을 교체하는데 많은 시간과 노력이 필요하다.Since a conventional battery pack includes a plurality of battery cells, and end electrodes at both ends of the cells are welded to the lead plate, it is almost impossible to rearrange the battery cells to increase the amount of power or voltage according to the use of the battery pack. In addition, the welding used in the battery pack generally uses spot welding, which requires a lot of welding time and cost, and thus requires a lot of time and cost to produce the battery pack. In addition, the conventional battery pack requires a lot of time and effort to replace the battery cell or the main components because the main components constituting the battery pack are integrally formed.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 본 발명의 배터리 셀은 소켓 형태로 구성되어 배터리 양단 단부에 스폿 용접을 수행하지 않아도 배터리 셀을 쉽게 장착할 수 있으며, 배터리 팩의 용도에 따라서 복수의 배터리 셀 모듈을 다층으로 적층하여 쉽고 빠르게 배터리 팩의 전력량 및 전압을 높일 수 있도록 하는데 그 목적이 있다. 또한, 본 발명의 다른 목적은 배터리 셀 모듈과 구동 회로를 커넥터로 연결하여 배터리 셀 모듈을 쉽게 교체할 수 있게 하여, 유지 보수를 용이하게 하는데 그 목적이 있다.The present invention is designed to solve the above conventional problems, the battery cell of the present invention is configured in the form of a socket can be easily mounted battery cells without performing spot welding at both ends of the battery, the use of the battery pack Accordingly, the purpose of the present invention is to stack a plurality of battery cell modules in a multi-layer and to easily and quickly increase the amount of power and voltage of the battery pack. In addition, another object of the present invention is to connect the battery cell module and the driving circuit to the connector to easily replace the battery cell module, to facilitate maintenance.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시 양태는 배터리를 장착할 수 있는 복수의 소켓을 구비한 배터리 셀 모듈을 포함한다. 상기 소켓은 배터리 셀 모듈 기판과 전기적으로 연결되어 있으며, 배터리가 착탈될 수 있는 소켓 구조를 갖는다. 본 발명의 또 다른 일 실시 양태는 배터리 셀 모듈과 구동 회로를 연결하기 위한 커넥터를 포함한다. 또한, 상기 구동 회로는 복수의 배터리 셀 보호부, 배터리 셀 ON/OFF 스위치부, 배터리 셀 차지(charge) 스위치부를 포함한다.
구체적으로, 본 발명에 따른 모듈화된 배터리 팩은 배터리 셀 모듈 기판과 전기적으로 연결되어 있는 복수의 소켓을 구비한 배터리 셀 모듈; 상기 배터리 셀 모듈과 구동 회로를 연결하는 커넥터; 및 과충전 방지기능 및 배터리 셀 밸런싱을 수행하는 제1 배터리 셀 보호부, 과방전 방지기능을 수행하는 제2 배터리 셀 보호부, 과전류 방지기능을 수행하는 제3 배터리 셀 보호부로 구성되는 구동 회로;를 포함하고, 상기 소켓은 철판 연결형 스냅홀더이고, 상기 제1 배터리 셀 보호부는 캐스케이드 방식으로 동작하는 제1 내지 제5 배터리 셀 ON/OFF 스위치를 제어하며, 상기 제2 배터리 셀 보호부는 제1 내지 제5 과방전 방지 스위치를 제어하고, 상기 제3 배터리 셀 보호부는 제1 내지 제3 배터리 셀 차지 공급 스위치를 제어하되, 상기 제1 내지 제5 배터리 셀 ON/OFF 스위치의 각 베이스 단자는 상기 제1 배터리 셀 보호부에 연결되고, 상기 제1 내지 제5 배터리 셀 ON/OFF 스위치의 컬렉터 단자는 상기 커넥터에 연결되고, 상기 제1 내지 제4 배터리 셀 ON/OFF 스위치의 각 이미터 단자는 순차적으로 상기 제2 내지 제5 배터리 셀 ON/OFF 스위치의 각 컬렉터 단자와 상기 제1 배터리 셀 보호부에 연결되고, 상기 제5 배터리 셀 ON/OFF 스위치의 이미터 단자는 상기 제1 과방전 방지 스위치의 컬렉터 단자와 연결되며; 상기 제1 내지 제5 과방전 방지 스위치의 각 베이스 단자는 상기 제2 배터리 셀 보호부에 연결되고, 상기 제1 내지 제5 과방전 방지 스위치의 각 컬렉터 단자는 상기 커넥터에 연결되고, 상기 제1 내지 제4 과방전 방지 스위치의 각 이미터 단자는 순차적으로 상기 제2 내지 제5 과방전 방지 스위치의 각 컬렉터 단자와 상기 제2 배터리 셀 보호부에 연결되고, 상기 제5 과방전 방지 스위치의 이미터 단자는 상기 커넥터에 연결되며; 상기 제1 내지 제3 배터리 셀 차지 공급 스위치의 각 베이스 단자는 상기 제3 배터리 셀 보호부에 연결되고, 상기 제1 내지 제3 배터리 셀 차지 공급 스위치의 각 이미터 단자는 상기 제3 배터리 셀 보호부와 상기 커넥터에 연결되고, 상기 제1 배터리 셀 차지 공급 스위치의 컬렉터 단자는 상기 제5 과방전 방지 스위치의 이미터 단자에 연결되고, 상기 제2 및 제3 배터리 셀 차지 공급 스위치의 각 컬렉터 단자는 상기 제1 및 제2 배터리 셀 차지 공급 스위치의 각 이미터 단자에 각각 연결된다.
여기서, 복수의 배터리 셀은 상기 철판 연결형 스냅홀더에 착탈 가능하게 결합되어 배터리 셀 모듈 기판에 연결된다.
한편, 상기 제3 배터리 셀 보호부는 제1 및 제2 배터리 셀 차지 스위치에 의해 제어되고, 상기 제1 및 제2 배터리 셀 차지 스위치는 제1 및 제2 배터리 셀 차지 차단 스위치에 의해 제어되되, 상기 제1 및 제2 배터리 셀 차지 스위치의 각 베이스 단자는 상기 제3 배터리 셀 보호부에 연결되고, 상기 제1 배터리 셀 차지 스위치의 이미터 단자는 제1 배터리 셀 차지 차단 스위치의 베이스 단자와 제2 배터리 셀 차지 차단 스위치의 컬렉터 단자에 연결되며, 상기 제1 배터리 셀 차지 스위치의 컬렉터 단자는 상기 제2 배터리 셀 차지 스위치의 이미터 단자에 연결되고, 상기 제2 배터리 셀 차지 스위치의 컬렉터 단자는 상기 제3 배터리 셀 보호부에 연결되며, 제1 배터리 셀 차지 차단 스위치의 컬렉터 단자와 제2 배터리 셀 차지 차단 스위치의 이미터 단자는 각각 상기 제3 배터리 셀 보호부에 연결된다.In order to achieve the above object, an embodiment of the present invention includes a battery cell module having a plurality of sockets for mounting a battery. The socket is electrically connected to the battery cell module substrate and has a socket structure in which the battery can be attached and detached. Another embodiment of the present invention includes a connector for connecting the battery cell module and the driving circuit. In addition, the driving circuit includes a plurality of battery cell protection units, a battery cell ON / OFF switch unit, and a battery cell charge switch unit.
Specifically, the modular battery pack according to the present invention includes a battery cell module having a plurality of sockets electrically connected to the battery cell module substrate; A connector connecting the battery cell module and a driving circuit; And a driving circuit including a first battery cell protection unit performing an overcharge protection function and a battery cell balancing, a second battery cell protection unit performing an over discharge protection function, and a third battery cell protection unit performing an overcurrent protection function. And the socket is an iron plate-connected snap holder, wherein the first battery cell protector controls the first to fifth battery cell ON / OFF switches operating in a cascade manner, and the second battery cell protector is configured to be the first to the second. And a third battery cell protector to control the first to third battery cell charge supply switches, wherein each base terminal of the first to fifth battery cell ON / OFF switches is connected to the first battery. Connected to a battery cell protection unit, a collector terminal of the first to fifth battery cell ON / OFF switches is connected to the connector, and the first to fourth battery cell ON / OFF switches Each emitter terminal is sequentially connected to each collector terminal of the second to fifth battery cell ON / OFF switches and the first battery cell protection unit, and the emitter terminal of the fifth battery cell ON / OFF switch is Is connected to a collector terminal of the first over-discharge prevention switch; Each base terminal of the first to fifth overdischarge prevention switches is connected to the second battery cell protection unit, and each collector terminal of the first to fifth overdischarge prevention switches is connected to the connector, and the first Each emitter terminal of the to fourth over-discharge prevention switch is sequentially connected to each collector terminal of the second to fifth over-discharge prevention switch and the second battery cell protection unit, and is already connected to the fifth over-discharge prevention switch. A terminator terminal is connected to the connector; Each base terminal of the first to third battery cell charge supply switches is connected to the third battery cell protector, and each emitter terminal of the first to third battery cell charge supply switches protects the third battery cell. A collector terminal of the first battery cell charge supply switch is connected to an emitter terminal of the fifth over-discharge prevention switch, and each collector terminal of the second and third battery cell charge supply switches Are respectively connected to each emitter terminal of the first and second battery cell charge supply switches.
Here, the plurality of battery cells are detachably coupled to the iron plate connected snap holder and connected to the battery cell module substrate.
Meanwhile, the third battery cell protector is controlled by first and second battery cell charge switches, and the first and second battery cell charge switches are controlled by first and second battery cell charge disconnect switches. Each base terminal of the first and second battery cell charge switches is connected to the third battery cell protection part, and the emitter terminals of the first battery cell charge switch are connected to the base terminal of the first battery cell charge disconnect switch and the second battery cell charge switch. A collector terminal of the first battery cell charge switch is connected to an emitter terminal of the second battery cell charge switch, and a collector terminal of the second battery cell charge switch is connected to the collector terminal of the first battery cell charge switch; The collector terminal of the first battery cell charge disconnect switch and the emitter terminal of the second battery cell charge disconnect switch are respectively connected to the third battery cell protection unit. The third is connected to the battery cell, the protection unit.
본 발명은 종래의 배터리 팩에 스폿 용접을 하지 않고 배터리 셀 모듈을 제작할 수 있으며, 배터리 셀 모듈이 구동 회로와 커넥터로 연결되어 있어 필요에 따라서 쉽게 배터리 셀 모듈을 교체할 수 있다. 또한, 배터리 셀 모듈은 배터리를 탈착하기 위해 배터리 셀 기판상에 소켓을 구비하고 있어 쉽게 배터리 셀을 착탈할 수 있으며, 복수의 배터리 셀 모듈을 다층으로 적층하여 배터리 팩의 전력량 또는 전압을 변경할 수 있다. 또한, 복수의 배터리 셀 보호부, 배터리 셀 ON/OFF 스위치부, 배터리 셀 차지 스위치부를 포함하는 구동 회로를 구비하며, 상기 구동 회로는 배터리 전원을 모니터링하여 충방전 시 과충전 및 과방전을 막아주고, 배터리 셀 간의 전압을 균일하게 유지하여 에너지 효율을 높일 수 있으며, 배터리 수명을 연장시켜주는 배터리 관리시스템(BMS, Battery Management System) 기능을 수행할 수 있다.According to the present invention, a battery cell module can be manufactured without spot welding on a conventional battery pack, and the battery cell module is connected to a driving circuit and a connector so that the battery cell module can be easily replaced as necessary. In addition, the battery cell module is provided with a socket on the battery cell substrate to detach the battery, so that the battery cell can be easily attached and detached, it is possible to change the amount or voltage of the battery pack by stacking a plurality of battery cell modules in multiple layers. . In addition, a driving circuit including a plurality of battery cell protection unit, a battery cell ON / OFF switch unit, the battery cell charge switch unit, the driving circuit monitors the battery power to prevent overcharge and over discharge during charging and discharging, By maintaining a uniform voltage between the battery cells to increase energy efficiency, it can perform a battery management system (BMS) function that extends the battery life.
도 1은 본 발명의 전체 회로도.
도 2는 배터리 셀 모듈의 확대도.
도 3은 제1 배터리 셀 보호부의 확대도.
도 4는 배터리 셀 ON/OFF 스위치부의 확대도.
도 5는 배터리 셀 차지 스위치부의 확대도.
도 6은 배터리 셀 모듈의 일례에 따른 실물사진 예시도.1 is an overall circuit diagram of the present invention.
2 is an enlarged view of a battery cell module.
3 is an enlarged view of a first battery cell protector;
4 is an enlarged view of a battery cell ON / OFF switch unit;
5 is an enlarged view of a battery cell charge switch unit;
6 is a real picture illustrating an example of a battery cell module.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
본 발명에 따른 동작 및 작용을 이해하는 데 필요한 부분을 중심으로 상세히 설명한다. It will be described in detail focusing on the parts necessary to understand the operation and action according to the present invention.
본 발명의 실시 예를 설명하면서, 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려졌고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. In describing the embodiments of the present invention, descriptions of technical contents that are well known in the technical field to which the present invention belongs and are not directly related to the present invention will be omitted.
이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다. This is to more clearly communicate without obscure the subject matter of the present invention by omitting unnecessary description.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 동일한 명칭의 구성 요소에 대하여 도면에 따라 다른 참조부호를 부여할 수도 있으며, 서로 다른 도면임에도 동일한 참조부호를 부여할 수도 있다. In addition, in describing the components of the present invention, different reference numerals may be given to components having the same name according to the drawings, and the same reference numerals may be given to different drawings.
그러나 이와 같은 경우라 하더라도 해당 구성 요소가 실시 예에 따라 서로 다른 기능을 갖는다는 것을 의미하거나, 서로 다른 실시 예에서 동일한 기능을 갖는다는 것을 의미하는 것은 아니며, 각각의 구성 요소의 기능은 해당 실시 예에서의 각각의 구성 요소에 대한 설명에 기초하여 판단하여야 할 것이다. However, even in such a case, it does not mean that the corresponding components have different functions according to embodiments, or does not mean that they have the same functions in different embodiments, and the function of each component is not limited thereto. Judgment should be made based on the description of each component in.
본 명세서에 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위하여 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의하여야 한다. It is to be noted that the technical terms used herein are merely used to describe particular embodiments, and are not intended to limit the present invention.
또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. In addition, the technical terms used in the present specification should be interpreted as meanings generally understood by those skilled in the art to which the present invention belongs, unless specifically defined otherwise in the present specification, and excessively comprehensive It should not be construed in meaning or in excessively reduced sense.
또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.Also, the singular forms used herein include the plural forms unless the context indicates otherwise. In the present application, terms such as “consisting of” or “comprising” should not be construed as necessarily including all of the various components or steps described in the specification, and some of the components or some steps It should be construed that it may not be included or may further include additional components or steps.
이하, 본 발명을 모듈화된 배터리 팩의 일례로 하여 설명한다.The present invention will be described below as an example of a modular battery pack.
도 1은 본 발명의 전체 회로도이며, 도 2는 배터리 셀 모듈의 확대도이다. 도 3 내지 도 5는 각각 배터리 셀 보호부, 배터리 셀 ON/OFF 스위치부 및 배터리 셀 차지 스위치부의 확대도이며, 도 6은 배터리 셀 모듈의 일례에 따른 실물사진 예시도이다.1 is an overall circuit diagram of the present invention, Figure 2 is an enlarged view of a battery cell module. 3 to 5 are enlarged views of a battery cell protection unit, a battery cell ON / OFF switch unit, and a battery cell charge switch unit, respectively, and FIG. 6 is an example of a real picture according to an example of a battery cell module.
본 발명의 배터리 셀 모듈은 복수의 배터리 셀을 포함할 수 있으며, 상기 배터리 셀은 배터리 셀 모듈 기판에 소켓을 이용하여 착탈될 수 있다. 상기 소켓은 배터리 셀 모듈 기판에 끼워서 사용될 수 있는 철판 연결형 스냅홀더일 수 있다. 예시적으로, 상기 배터리 셀은 18650 리튬이온 배터리일 수 있다. 또한, 배터리 셀 모듈은 예시적으로 65개의 배터리 셀을 포함할 수 있다. 상기 배터리 셀 모듈은 커넥터를 이용하여 구동 회로에 연결될 수 있다. 상기 배터리 셀 모듈은 필요에 따라서 다층으로 구성될 수 있으며, 배터리 팩의 용도에 따라 전력량 및 전압을 조절하기 위하여 각각의 배터리 셀을 직렬 또는 병렬로 연결할 수 있다. The battery cell module of the present invention may include a plurality of battery cells, and the battery cells may be attached to or detached from the battery cell module substrate using sockets. The socket may be an iron plate connected snap holder which may be used by being inserted into a battery cell module substrate. In exemplary embodiments, the battery cell may be an 18650 lithium ion battery. In addition, the battery cell module may include, for example, 65 battery cells. The battery cell module may be connected to a driving circuit using a connector. The battery cell module may be configured in multiple layers as necessary, and each battery cell may be connected in series or in parallel to adjust the amount of power and the voltage according to the purpose of the battery pack.
본 발명의 구동 회로는 제1 배터리 셀 보호부(100), 제2 배터리 셀 보호부(200), 제3 배터리 셀 보호부(300), 배터리 셀 ON/OFF 스위치부, 및 배터리 셀 차지부를 포함할 수 있다. 배터리 셀 ON/OFF 스위치부는 제1 배터리 셀 보호부(100)에 의해 제어될 수 있다. 상기 제1 내지 제3 배터리 셀 보호부(100, 200, 300)는 예시적으로 BM3451 칩을 이용하여 구현될 수 있다. 전술한 예시적인 실시 예에서, 상기 BM3451 칩은 각 셀의 전압, 충전 또는 방전 전류 그리고 과전류, 과방전, 방전 과전류, 과열 보호 기능을 수행하며, 배터리 셀 불균형을 방지하기 위해 배터리 셀 밸런싱 기능을 수행하고, 다양한 전압 설정이 가능하다. The driving circuit of the present invention includes a first battery
또한, 상기 구동 회로는 배터리 관리시스템 기능을 수행하여, 배터리 전원을 모니터링하여 충방전 시 과충전 및 과방전을 막아주고, 배터리 셀 간의 전압을 균일하게 유지하여 에너지 효율을 높일 수 있으며, 배터리 수명을 연장시켜준다. 일반적으로 배터리 셀은 과충전 전압(4.25 ~ 4.35V) 이상 과충전시 화학반응이 시작되어 가스와 열이 발생하여 배터리 셀의 배부름 현상이나 폭발로 이어진다. 이를 보호하기 위하여 보호 전압 이상의 인가전압을 사전 차단하는 기능이 과충전 방지기능이다. 또한, 배터리 셀이 과방전 전압(2.50 ~ 3.00V) 이하로 방전되면 회복불능으로 배터리 셀이 손상되므로, 배터리 셀이 과방전 전압 이하로 방전되지 않도록 사전 차단하는 기능이 과방전 방지기능이다. 외부 기기의 오동작으로 인하여 과전류로 배터리 셀이나 구동 회로가 손상되는 것을 방지하기 위해 과전류(1.5A ~ 3A)가 흐르면 차단하는 기능이 과전류 방지기능이다.In addition, the driving circuit performs a battery management system function to monitor battery power to prevent overcharging and overdischarging during charge and discharge, to maintain a uniform voltage between battery cells to increase energy efficiency and extend battery life. Let it be. In general, when a battery cell is overcharged at an overcharge voltage (4.25 to 4.35V), a chemical reaction starts, and gas and heat are generated, leading to a doubling or explosion of the battery cell. In order to protect this, the overcharge protection function is to cut off the applied voltage above the protection voltage. In addition, when the battery cell is discharged below the over-discharge voltage (2.50 ~ 3.00V), since the battery cell is irreparably damaged, the function of pre-blocking the battery cell so as not to discharge below the over-discharge voltage is an over-discharge prevention function. In order to prevent damage to battery cell or driving circuit due to over current due to malfunction of external device, over current (1.5A ~ 3A) flows to cut off the over current prevention function.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에서 제1 배터리 셀 보호부(100)는 과충전 방지기능을 수행하며, 제2 배터리 셀 보호부(200)는 과방전 방지기능을 수행하고, 제3 배터리 셀 보호부(300)는 과전류 방지기능을 수행한다. 제1 배터리 셀 보호부(100)는 배터리 셀 모듈에서 배터리 셀의 전압을 센싱하고, 센싱한 전압이 과충전 전압 이상이면 배터리 셀 ON/OFF 스위치의 FET에 신호를 인가하여 충전 FET를 오프시킨다. 또한, 제2 배터리 셀 보호부(200)는 배터리 셀 모듈에서 배터리 셀의 전압을 센싱하여, 센싱한 전압이 과방전 전압 이하이면 FET에 신호를 인가하여 방전 FET를 오프시킨다. 또한, 제3 배터리 셀 보호부(300)는 도 1에 도시된 CH-과 P-의 전압차를 센싱하여, 상기 전압차가 과전류 검출 전압 이상이면 과전류 차단 FET를 오프시키고, 상기 전압차가 단선 전류 검출 전압 이하이면 단선 차단 FET를 오프시킨다.Referring to FIG. 1, in an embodiment of the present invention, the first battery
본 발명의 배터리 셀 밸런싱 기능은 각각의 배터리 셀의 충전 전압을 측정하여 각각의 배터리 셀의 전압이 동일해지도록 밸런싱하는 것으로 각각의 배터리 셀의 안정성과 수명을 연장시켜 준다. 셀 밸런싱 방법은 패시브 밸런싱과 액티브 밸런싱으로 나누어지는데, 패시브 밸런싱은 충전시 가장 낮은 전압으로 충전된 배터리 셀 이외의 배터리 셀을 강제로 방전하여 전체 배터리 셀의 전압을 맞추는 방식이고, 액티브 밸런싱은 높은 전압으로 충전된 배터리 셀의 전압을 이용하여 낮은 전압으로 충전된 배터리 셀을 충전하는 방식이다. 에너지 효율은 액티브 밸런싱이 좋지만, 구현 방법이 복잡하여 부품이 많이 필요한 단점이 있다. 본 발명의 일 실시 예에서는 패시브 밸런싱 방식을 이용하여 배터리 셀 밸런싱을 수행한다.
본 발명의 제1 배터리 셀 보호부(100)는 과충전 방지기능을 수행하기 위해, 제1 내지 제5 배터리 셀 ON/OFF 스위치(110, 120, 130, 140, 150)를 제어한다. 제1 배터리 셀 ON/OFF 스위치(110)의 베이스 단자는 제1 배터리 셀 보호부(100)에 연결되고, 제1 배터리 셀 ON/OFF 스위치(110)의 이미터 단자는 제2 배터리 셀 ON/OFF 스위치(120)의 컬렉터 단자와 제1 배터리 셀 보호부(100)에 연결되고, 제1 배터리 셀 ON/OFF 스위치(110)의 컬렉터 단자는 제1 커넥터(400)에 연결된다. 마찬가지로, 제2 내지 제5 배터리 셀 ON/OFF 스위치(120, 130, 140, 150)의 베이스, 이미터, 컬렉터 단자는 제1 배터리 셀 ON/OFF 스위치(110)와 동일한 방법으로 제1 배터리 셀 보호부(100) 및 제1 커넥터(400)에 연결되며, 최종적으로 제5 배터리 셀 ON/OFF 스위치(150)의 이미터 단자는 제1 과방전 방지 스위치(210)의 컬렉터 단자와 연결된다.
이에 따라, 상기 제1 내지 제5 배터리 셀 ON/OFF 스위치(110, 120, 130, 140, 150)는 캐스케이드(cascade) 방식으로 동작한다. 상기 캐스케이드 방식은 모든 회로가 동시에 동작하는 것이 아니라 관련된 회로가 약간의 시차를 가지고 순차적으로 동작하는 회로 동작 방식을 말하며, 모든 회로가 동시에 동작할 때보다 동작 회로에 동작 부하를 덜 주는 회로 동작 방식이다. 각각의 배터리 셀 ON/OFF 스위치(110, 120, 130, 140, 150)의 이미터 단자와 컬렉터 단자를 제1 배터리 셀 보호부(100)에 연결하는 연결 선로에는 콘덴서가 부가적으로 연결될 수 있다. 상기 콘덴서는 순간적으로 발생하는 과전압을 방지하여 회로가 안정적으로 동작하는 것을 보장할 수 있고, 또한, 콘덴서와 연결되어 있는 저항에 전원을 공급할 수 있다.
본 발명의 제2 배터리 셀 보호부(200)는 과방전 방지기능을 수행하기 위해, 제1 내지 제5 과방전 방지 스위치(210, 220, 230, 240, 250)를 제어한다. 또한, 본 발명의 제3 배터리 셀 보호부(300)는 과전류 방지기능을 수행하기 위해, 제1 및 제2 배터리 셀 차지 스위치(360, 370)에 의해 제어된다. 상기 제1 및 제2 배터리 셀 차지 스위치(360, 370)는 제1 및 제2 배터리 셀 차지 차단 스위치(340, 350)에 의해 제어된다. 상기 제3 배터리 셀 보호부(300)는 제1 내지 제3 배터리 셀 차지 공급 스위치(310, 320, 330)를 제어하여 배터리 셀 모듈에 전류를 공급한다. 배터리 셀 모듈은 제1 및 제2 커넥터(400, 410)에 의해 구동 회로와 연결되며, 각각의 배터리 셀 모듈은 행 또는 열 단위로 충전 전압 및 전력을 조절할 수 있다.The battery cell balancing function of the present invention measures the charging voltage of each battery cell and balances the voltage of each battery cell to be the same, thereby extending the stability and life of each battery cell. Cell balancing is divided into passive balancing and active balancing. Passive balancing is a method of forcing a battery cell other than the battery cell charged with the lowest voltage during charging to match the voltage of the entire battery cell. Active balancing is a high voltage. The battery cell charged at a low voltage is charged using the voltage of the battery cell charged with. Energy efficiency is good for active balancing, but the complex implementation method has the disadvantage of requiring a lot of components. In an embodiment of the present invention, battery cell balancing is performed using a passive balancing method.
The first battery
Accordingly, the first to fifth battery cell ON / OFF switches 110, 120, 130, 140, and 150 operate in a cascade manner. The cascade method refers to a circuit operation method in which all circuits do not operate simultaneously, but related circuits operate sequentially with a slight time difference, and a circuit operation method that places an operation load on an operation circuit less than when all circuits operate simultaneously. . A capacitor may be additionally connected to a connection line connecting the emitter terminal and the collector terminal of each of the battery cell ON / OFF switches 110, 120, 130, 140, and 150 to the first battery
The second battery
100 : 제1 배터리 셀 보호부
110 : 제1 배터리 셀 ON/OFF 스위치
120 : 제2 배터리 셀 ON/OFF 스위치
130 : 제3 배터리 셀 ON/OFF 스위치
140 : 제4 배터리 셀 ON/OFF 스위치
150 : 제5 배터리 셀 ON/OFF 스위치
200 : 제2 배터리 셀 보호부
210 : 제1 과방전 방지 스위치
220 : 제2 과방전 방지 스위치
230 : 제3 과방전 방지 스위치
240 : 제4 과방전 방지 스위치
250 : 제5 과방전 방지 스위치
300 : 제3 배터리 셀 보호부
310 : 제1 배터리 셀 차지 공급 스위치
320 : 제2 배터리 셀 차지 공급 스위치
330 : 제3 배터리 셀 차지 공급 스위치
340 : 제1 배터리 셀 차지 차단 스위치
350 : 제2 배터리 셀 차지 차단 스위치
360 : 제1 배터리 셀 차지 스위치
370 : 제2 배터리 셀 차지 스위치
400 : 제1 커넥터
410 : 제2 커넥터100: first battery cell protection unit
110: first battery cell ON / OFF switch
120: second battery cell ON / OFF switch
130: third battery cell ON / OFF switch
140: fourth battery cell ON / OFF switch
150: fifth battery cell ON / OFF switch
200: second battery cell protection unit
210: first over-discharge prevention switch
220: second over-discharge prevention switch
230: third over-discharge prevention switch
240: fourth over-discharge prevention switch
250: fifth over-discharge prevention switch
300: third battery cell protection unit
310: first battery cell charge supply switch
320: second battery cell charge supply switch
330: third battery cell charge supply switch
340: first battery cell charge disconnect switch
350: second battery cell charge disconnect switch
360: first battery cell charge switch
370: second battery cell charge switch
400: first connector
410: second connector
Claims (3)
상기 배터리 셀 모듈과 구동 회로를 연결하는 커넥터; 및
과충전 방지기능 및 배터리 셀 밸런싱을 수행하는 제1 배터리 셀 보호부(100), 과방전 방지기능을 수행하는 제2 배터리 셀 보호부(200), 과전류 방지기능을 수행하는 제3 배터리 셀 보호부(300)로 구성되는 구동 회로;를 포함하고,
상기 소켓은 철판 연결형 스냅홀더이고,
상기 제1 배터리 셀 보호부(100)는 캐스케이드 방식으로 동작하는 제1 내지 제5 배터리 셀 ON/OFF 스위치(110, 120, 130, 140, 150)를 제어하며,
상기 제2 배터리 셀 보호부(200)는 제1 내지 제5 과방전 방지 스위치(210, 220, 230, 240, 250)를 제어하고,
상기 제3 배터리 셀 보호부(300)는 제1 내지 제3 배터리 셀 차지 공급 스위치(310, 320, 330)를 제어하되,
상기 제1 내지 제5 배터리 셀 ON/OFF 스위치(110, 120, 130, 140, 150)의 각 베이스 단자는 상기 제1 배터리 셀 보호부(100)에 연결되고,
상기 제1 내지 제5 배터리 셀 ON/OFF 스위치(110, 120, 130, 140, 150)의 컬렉터 단자는 상기 커넥터에 연결되고,
상기 제1 내지 제4 배터리 셀 ON/OFF 스위치(110, 120, 130, 140)의 각 이미터 단자는 순차적으로 상기 제2 내지 제5 배터리 셀 ON/OFF 스위치(120, 130, 140, 150)의 각 컬렉터 단자와 상기 제1 배터리 셀 보호부(100)에 연결되고,
상기 제5 배터리 셀 ON/OFF 스위치(150)의 이미터 단자는 상기 제1 과방전 방지 스위치(210)의 컬렉터 단자와 연결되며;
상기 제1 내지 제5 과방전 방지 스위치(210, 220, 230, 240, 250)의 각 베이스 단자는 상기 제2 배터리 셀 보호부(200)에 연결되고,
상기 제1 내지 제5 과방전 방지 스위치(210, 220, 230, 240, 250)의 각 컬렉터 단자는 상기 커넥터에 연결되고,
상기 제1 내지 제4 과방전 방지 스위치(210, 220, 230, 240)의 각 이미터 단자는 순차적으로 상기 제2 내지 제5 과방전 방지 스위치(220, 230, 240, 250)의 각 컬렉터 단자와 상기 제2 배터리 셀 보호부(200)에 연결되고,
상기 제5 과방전 방지 스위치(250)의 이미터 단자는 상기 커넥터에 연결되며;
상기 제1 내지 제3 배터리 셀 차지 공급 스위치(310, 320, 330)의 각 베이스 단자는 상기 제3 배터리 셀 보호부(300)에 연결되고,
상기 제1 내지 제3 배터리 셀 차지 공급 스위치(310, 320, 330)의 각 이미터 단자는 상기 제3 배터리 셀 보호부(300)와 상기 커넥터에 연결되고,
상기 제1 배터리 셀 차지 공급 스위치(310)의 컬렉터 단자는 상기 제5 과방전 방지 스위치(250)의 이미터 단자에 연결되고,
상기 제2 및 제3 배터리 셀 차지 공급 스위치(320, 330)의 각 컬렉터 단자는 상기 제1 및 제2 배터리 셀 차지 공급 스위치(310, 320)의 각 이미터 단자에 각각 연결되는,
모듈화된 배터리 팩.
A battery cell module having a plurality of sockets electrically connected to the battery cell module substrate;
A connector connecting the battery cell module and a driving circuit; And
The first battery cell protection unit 100 performing the overcharge protection and battery cell balancing, the second battery cell protection unit 200 performing the overdischarge prevention function, and the third battery cell protection unit performing the overcurrent protection function ( Includes; drive circuit consisting of 300;
The socket is an iron plate connected snap holder,
The first battery cell protection unit 100 controls the first to fifth battery cell ON / OFF switches 110, 120, 130, 140, and 150 operating in a cascade manner.
The second battery cell protection unit 200 controls the first to fifth over-discharge protection switch (210, 220, 230, 240, 250),
The third battery cell protection unit 300 controls the first to third battery cell charge supply switch 310, 320, 330,
Each base terminal of the first to fifth battery cell ON / OFF switches 110, 120, 130, 140, and 150 is connected to the first battery cell protection unit 100,
Collector terminals of the first to fifth battery cell ON / OFF switches 110, 120, 130, 140, and 150 are connected to the connector,
Each emitter terminal of each of the first to fourth battery cell ON / OFF switches 110, 120, 130, and 140 is sequentially disposed on the second to fifth battery cell ON / OFF switches 120, 130, 140, and 150. Connected to each collector terminal of the first battery cell protection unit 100 and
An emitter terminal of the fifth battery cell ON / OFF switch 150 is connected to a collector terminal of the first over-discharge prevention switch 210;
Each base terminal of the first to fifth overdischarge prevention switches 210, 220, 230, 240, and 250 is connected to the second battery cell protection unit 200.
Each collector terminal of the first to fifth overdischarge prevention switches 210, 220, 230, 240, and 250 is connected to the connector,
Each emitter terminal of the first to fourth overdischarge prevention switches 210, 220, 230, and 240 is sequentially disposed on each collector terminal of the second to fifth overdischarge prevention switches 220, 230, 240, and 250. And connected to the second battery cell protection unit 200,
An emitter terminal of the fifth overdischarge prevention switch 250 is connected to the connector;
Each base terminal of the first to third battery cell charge supply switches 310, 320, and 330 is connected to the third battery cell protection unit 300.
Each emitter terminal of the first to third battery cell charge supply switches 310, 320, and 330 is connected to the third battery cell protection unit 300 and the connector,
The collector terminal of the first battery cell charge supply switch 310 is connected to the emitter terminal of the fifth overdischarge prevention switch 250,
Each collector terminal of the second and third battery cell charge supply switches 320 and 330 is connected to each emitter terminal of the first and second battery cell charge supply switches 310 and 320, respectively.
Modular Battery Pack.
복수의 배터리 셀은 상기 철판 연결형 스냅홀더에 착탈 가능하게 결합되어 배터리 셀 모듈 기판에 연결되는,
모듈화된 배터리 팩.
The method of claim 1,
A plurality of battery cells are detachably coupled to the iron plate connected snap holder is connected to the battery cell module substrate,
Modular Battery Pack.
상기 제3 배터리 셀 보호부(300)는 제1 및 제2 배터리 셀 차지 스위치(360, 370)에 의해 제어되고,
상기 제1 및 제2 배터리 셀 차지 스위치(360, 370)는 제1 및 제2 배터리 셀 차지 차단 스위치(340, 350)에 의해 제어되되,
상기 제1 및 제2 배터리 셀 차지 스위치(360, 370)의 각 베이스 단자는 상기 제3 배터리 셀 보호부(300)에 연결되고,
상기 제1 배터리 셀 차지 스위치(360)의 이미터 단자는 제1 배터리 셀 차지 차단 스위치(340)의 베이스 단자와 제2 배터리 셀 차지 차단 스위치(350)의 컬렉터 단자에 연결되며,
상기 제1 배터리 셀 차지 스위치(360)의 컬렉터 단자는 상기 제2 배터리 셀 차지 스위치(370)의 이미터 단자에 연결되고,
상기 제2 배터리 셀 차지 스위치(370)의 컬렉터 단자는 상기 제3 배터리 셀 보호부(300)에 연결되며,
제1 배터리 셀 차지 차단 스위치(340)의 컬렉터 단자와 제2 배터리 셀 차지 차단 스위치(350)의 이미터 단자는 각각 상기 제3 배터리 셀 보호부(300)에 연결되는,
모듈화된 배터리 팩.The method according to claim 1 or 2,
The third battery cell protector 300 is controlled by the first and second battery cell charge switches 360 and 370.
The first and second battery cell charge switches 360 and 370 are controlled by the first and second battery cell charge disconnect switches 340 and 350,
Each base terminal of the first and second battery cell charge switches 360 and 370 is connected to the third battery cell protection unit 300.
The emitter terminal of the first battery cell charge switch 360 is connected to the base terminal of the first battery cell charge disconnect switch 340 and the collector terminal of the second battery cell charge disconnect switch 350.
The collector terminal of the first battery cell charge switch 360 is connected to the emitter terminal of the second battery cell charge switch 370.
The collector terminal of the second battery cell charge switch 370 is connected to the third battery cell protection unit 300,
The collector terminal of the first battery cell charge disconnect switch 340 and the emitter terminal of the second battery cell charge disconnect switch 350 are respectively connected to the third battery cell protector 300.
Modular Battery Pack.
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