KR102250096B1 - 배터리 팩 고장 검출장치 및 검출방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복수의 배터리 셀로 구성된 배터리 팩에서 각 배터리 셀의 고장여부를 한번에 효과적으로 검출할 수 있는 배터리 팩의 고장 검출장치 및 검출방법에 관한 것이다.
본 발명의 배터리 팩 고장 검출장치는, 복수의 배터리 셀로 이루어진 배터리 팩이 안착된 안착부; 상기 배터리 팩의 상부에 안착되는 상부커버; 상기 상부커버의 내측면에 상기 복수의 배터리 셀마다 각각의 제1단자에 대응하는 위치에 설치되고 상기 커버가 상기 배터리 팩의 상부에 안착되면 상기 각각의 제1단자와 접촉되는 복수의 커넥터; 상기 각 커넥터와 연결되며 서로 독립적으로 동작되는 복수의 제1스위치; 상기 배터리 셀의 충전전압을 검출하는 전압검출부; 상기 제1스위치의 동작을 제어하고 상기 전압검출부에 의해 검출된 상기 각 배터리 셀의 전압을 기초로 상기 각 배터리 셀의 고장여부를 검출하는 제어부를 포함한다.

Description

배터리 팩 고장 검출장치 및 검출방법{Apparatus and method for detecting malfunction of battery pack}
본 발명은 배터리 팩의 고장검출에 관한 것으로서, 특히 복수의 배터리 셀로 구성된 배터리 팩에서 각 배터리 셀의 고장여부를 한번에 효과적으로 검출할 수 있는 배터리 팩의 고장 검출장치 및 검출방법에 관한 것이다.
최근 배터리 셀과 같이 충전 및 방전을 반복적으로 수행할 수 있는 이차전지에 대한 기술이 발전함에 따라 이차전지를 활용하는 분야도 점차 늘어나도 있다.
소용량의 이차전지는 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 및 캠코더와 같이 휴대가 가능한 소형 전자기기에 사용되고, 대용량 이차전지는 전기자전거, 스쿠터, 전기자동차, 지게차 등의 모터구동용 전원과 태양광발전, 풍력발전, 스마트그리드 시스템의 에너지저장장치(Energy Storage System, ESS)로 사용되고 있다.
일반적으로 대용량의 이차전지를 구현하기 위하여 복수의 단위 배터리 셀들을 직렬 또는 병렬로 연결한 배터리 팩을 구성하여 사용하고 있다.
그런데, 배터리 팩에 구비된 복수의 배터리 셀 중에 성능이 저하된 배터리 셀이 있는 경우 원하는 전압을 생산할 수 없으므로 교체를 해야 한다. 하지만, 종래에는 복수의 배터리 셀마다 일일이 검사장비를 연결하여 고장 여부를 확인하기 때문에 상당한 시간이 소요되고 확인작업이 번거롭다는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1068156호에는 하나 이상의 배터리 셀이 직렬로 연결된 배터리 팩에서 각각의 배터리 셀마다 검출점으로부터 인출된 각각의 검출선이 각각의 포토커플러를 통해 아날로그 다중기로 연결되고 아날로그 다중기로부터 출력된 값을 차동증폭하여 검출전압을 출력하고, 그 출력된 검출전압으로 배터리 셀의 전압을 감시하는 회로가 개시된다.
하지만, 이러한 선행특허에서는 복수의 배터리 셀이 연결된 배터리 팩에서 각각의 배터리마다 검출선을 연결하기 어려우며, 어떤 방식으로 효과적으로 연결하는지에 대해서는 기재하고 있지 않다.
또한, 종래에 배터리 팩은 배터리 셀의 성능에 따라 열화 또는 과충전 등의 이유로 화재가 발생하거나 폭발하여 대형사고를 유발할 수 있기 때문에 배터리 팩을 구성하는 각각의 배터리 셀의 온도를 반복적으로 체크해야 한다.
일례로, 대한민국 등록특허공보 제10-2029422호에는 복수의 배터리 셀 사이에 온도센서를 각각 삽입하여 각 배터리 셀마다 온도를 측정하는 기술이 개시된다. 하지만, 이 경우 다수의 온도센서를 구비해야 하므로 비용이 많이 들고 배터리 팩의 무게가 증가한다는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1068156호 대한민국 등록특허공보 제10-2029422호
본 발명은 복수의 배터리 셀로 이루어진 배터리 팩에서 배터리 셀의 고장여부를 한번에 검출할 수 있도록 하는 배터리 팩 고장 검출장치 및 검출방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 배터리 팩을 구성하는 복수의 배터리 셀마다 한번에 커넥터를 연결하도록 함으로써 효과적으로 고장여부를 판단할 수 있도록 하는 배터리 팩 고장 검출장치 및 검출방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 복수의 배터리 셀마다 온도를 한번에 측정할 수 있도록 하는 배터리 팩 고장 검출장치 및 검출방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 복수의 배터리 셀의 밸런싱 과정을 수행할 수 있도록 하는 배터리 팩 고장 검출장치 및 검출방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩 고장 검출장치는, 복수의 배터리 셀로 이루어진 배터리 팩이 안착된 안착부; 상기 배터리 팩의 상부에 안착되는 상부커버; 상기 상부커버의 내측면에 상기 복수의 배터리 셀마다 각각의 제1단자에 대응하는 위치에 설치되고 상기 커버가 상기 배터리 팩의 상부에 안착되면 상기 각각의 제1단자와 접촉되는 복수의 커넥터; 상기 각 커넥터와 연결되며 서로 독립적으로 동작되는 복수의 제1스위치; 상기 배터리 셀의 충전전압을 검출하는 전압검출부; 상기 제1스위치의 동작을 제어하고 상기 전압검출부에 의해 검출된 상기 각 배터리 셀의 전압을 기초로 상기 각 배터리 셀의 고장여부를 검출하는 제어부를 포함한다.
상기 복수의 배터리 셀들의 밸런싱을 위해 상기 복수의 배터리 셀의 제1단자를 서로 연결하기 위한 제2스위치를 더 포함할 수 있다.
상기 제2스위치는 2개의 접점을 구비하고, 2개의 접점 중 하나의 접점은 상기 복수의 배터리 중 제1배터리 셀의 제1단자에 접속된 제1커넥터에 접속되고, 다른 접점은 다른 제2배터리 셀의 제1단자에 접속된 제2커넥터에 접속된다.
상기 제2스위치가 턴온되면 상기 제1커넥터와 상기 제2커넥터가 전기적으로 연결된다.
상기 각각의 커넥터의 내측에 설치되어 상기 각 배터리 셀의 온도를 검출하는 온도센서를 더 포함할 수 있다.
상기 커넥터는 상기 상부커버의 내측면에 연결된 탄성부재에 연결되며, 상기 상부커버가 상기 배터리 팩의 상부에 안착될 때 상기 배터리 셀의 제1단자에 의해 상기 커넥터가 눌려지면서 상기 탄성부재가 압축된다.
상기 안착부의 하부 내측면에 상기 복수의 배터리 셀이 안착되는 복수의 안착홈이 형성되고 상기 안착홈의 하부에는 상기 배터리 셀의 제2단자가 접촉되는 접촉부가 형성된다.
상기 접촉부는 접지와 연결될 수 있다.
상기 안착부는 상기 복수의 안착홈을 구획하기 위한 구획벽이 형성되며 상기 구획벽에 의해 상기 안착홈이 형성된다.
상기 제어부는 상기 상부커버가 상기 배터리 팩에 안착된 상태에서 상기 제1스위치를 턴온시켜 상기 전압검출부에서 검출되는 전압을 기초로 상기 배터리 셀의 위치 및 개수를 확인할 수 있다.
상기 배터리 셀의 위치 및 개수를 표시하는 표시부를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 전압검출부에서 검출된 전압을 기초로 상기 복수의 배터리 셀의 평균전압을 산출하고 상기 복수의 배터리 셀 중 상기 평균전압 대비 기설정된 오차범위를 벗어난 전압이 검출된 배터리 셀을 고장으로 검출한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩 고장 검출방법은, 복수의 배터리 셀이 구비된 배터리 팩이 하부의 안착부에 안착된 상태에서 상기 배터리 팩의 상부에 상부커버가 안착되는 안착단계; 상기 상부커버의 안착으로 인해 상기 상부커버의 내측면에 상기 복수의 배터리 셀의 제1단자에 대응하는 위치에 형성된 복수의 커넥터가 상기 복수의 배터리 셀의 제1단자마다 접촉되는 접촉단계; 상기 복수의 커넥터에 연결된 스위치를 턴온시키는 턴온단계; 상기 각각의 배터리 셀의 전압을 검출하는 전압검출단계; 상기 검출된 전압을 기초로 상기 복수의 배터리 셀의 평균전압을 산출하는 산출단계; 상기 복수의 배터리 셀 중 상기 산출된 평균전압 대비 기설정된 오차범위를 벗어난 전압이 검출된 배터리 셀을 고장으로 검출하는 고장검출단계를 포함한다.
상기 고장검출단계 이후에, 상기 고장으로 검출된 배터리 셀이 존재하면 상기 복수의 배터리 셀의 밸런싱을 수행하는 밸런싱단계를 더 포함하고, 상기 배터리 셀의 밸런싱단계 이후 상기 전압검출단계 내지 상기 고장검출단계를 수행하여 상기 배터리 셀의 고장여부를 검출한다.
상기 배터리 셀의 고장을 검출하면 상기 고장이 검출된 배터리 셀에 연결된 스위치를 오프시키고 예비 배터리 셀에 연결된 스위치를 온시킨다.
상기 턴온단계 이후에, 상기 각각의 커넥터의 내측에 설치된 온도센서에서 상기 배터리 셀의 온도를 검출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩 고장 검출장치 및 검출방법은 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명에 의하면 배터리 팩을 구성하는 복수의 배터리 셀의 상태를 한번에 검출할 수 있다.
본 발명에 의하면 배터리 팩의 상부에 안착되는 상부커버의 내측면에 복수의 배터리 셀에 각각 대응하는 위치에 커넥터를 형성하여 상부커버의 안착을 통해 복수의 배터리 셀마다 커넥터를 한번에 접촉할 수 있으므로 간편하고 빠른 상태검출이 가능하다.
본 발명에 의하면 복수의 배터리 셀마다 스위치를 연결하여 원하는 배터리 셀만을 선택하여 상태검출을 할 수 있다.
본 발명에 의하면 복수의 배터리 셀 중 고장이 발생한 배터리 셀을 검출하여 예비용 배터리 셀로 대체할 수 있다.
본 발명에 의하면 복수의 배터리 셀마다 충전량을 검출할 수 있고 검출결과에 따라 배터리 셀들의 밸런싱 과정을 수행할 수 있다.
본 발명에 의하면 복수의 배터리 셀의 효율적인 사용이 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩에 검사장비가 연결된 예시도.
도 2는 상기 배터리 팩에서 상부커버 및 안착부가 분리된 예시도.
도 3은 상기 상부커버의 내측면을 도시한 도면.
도 4는 상기 안착부의 내측면을 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩 고장 검출장치의 구성도.
도 6은 상기 배터리 팩 고장 검출장치에서 배터리 셀과 제1,2 스위치의 연결을 나타낸 회로도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩 고장 검출장치의 온도센서의 배치도.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩 고장 검출방법을 보인 흐름도.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩에 검사장비가 연결된 예시도이고, 도 2는 상기 배터리 팩에서 상부커버 및 안착부가 분리된 예시도이고, 도 3은 상기 상부커버의 내측면을 도시한 도면이고, 도 4는 상기 안착부의 내측면을 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩(100)은 복수의 배터리 셀(110)로 이루어질 수 있다. 바람직하게는 M×N개의 배터리 셀(110)이 행렬 형태로 구성될 수 있다.
각각의 배터리 셀(110)은 다양한 형태를 가질 수 있다. 예컨대. 직육면체, 원기둥 등의 형태를 가질 수 있다. 도면에는 일례로 원기둥 형태를 도시한다.
배터리 셀(110)에는 양극의 제1단자(111)와 음극의 제2단자(112)가 구비될 수 있으며, 이러한 제1단자(111) 및 제2단자(112)를 이용하여 배터리 셀(110)의 충전 및 방전이 이루어질 수 있다.
배터리 팩(100)의 각 배터리 셀(110)은 하부의 안착부(130)에 안착 및 탈착될 수 있고 상부에는 상부커버(120)가 안착 및 탈착될 수 있다.
상부커버(120)는 도 3과 같이 내측면(120a)에 복수의 커넥터(121)가 형성될 수 있다. 복수의 커넥터(121)는 각 배터리 셀(110)에 대응하는 위치에 형성될 수 있다. 바람직하게는 복수의 배터리 셀(110)의 제1단자(111)에 대응하는 위치에 형성될 수 있다.
예들 들어, 12×12개의 배터리 셀(110)이 있다면 12×12개의 커넥터(121)가 설치될 수 있다. 이때, 상부커버(120)가 배터리 팩(100)의 상부에 안착될 때 각각의 커넥터(121)는 각각의 배터리 셀(110)마다 제1단자(111)에 일대 일로 각각 접속되는 위치에 형성되는 것이다.
복수의 배터리 셀(110)은 전압을 공급하는데 사용되는 배터리 셀과, 배터리 셀의 고장을 대비하여 예비용으로 사용되는 예비 배터리 셀로 구분할 수도 있다.
또한, 각 커넥터(121)에는 탄성부재(122)가 각각 연결될 수 있다. 구체적으로, 탄성부재(122)는 상부커버(120)의 내측면(120a)에 직접 연결되고 커넥터(121)는 다시 탄성부재(122)에 연결될 수 있다.
이러한 커넥터(121)와 탄성부재(122)는 금속재질로 구현될 수 있다. 바람직하게는 도전성을 갖는 재질로 이루어질 수 있다. 그리고 탄성부재(122)는 스프링 형상으로 구현될 수 있다.
따라서, 상기와 같이 커넥터(121)와 탄성부재(122)가 형성된 상부커버(120)를 배터리 팩(100)의 상부에 안착시 각각의 커넥터(121)가 각각의 배터리 셀(110)의 제1단자(111)에 접속될 때, 탄성부재(122)에 의한 탄성력과 복원력에 의해 각각의 커넥터(121)가 각각의 제1단자(111)에 효과적으로 잘 접속할 수 있도록 한다.
이로써 각 배터리 셀(110)의 제1단자(111)가 각 커넥터(121)에 접속되면 제1단자(110)는 커넥터(121)를 통해 탄성부재(122)와 전기적으로 연결될 수 있다.
커넥터(121)와 탄성부재(122)는 상부커버(120)에 탈부착이 가능할 수 있다. 그리고 2개의 커넥터(121)끼리 제1연결부재(123)로 연결될 수 있다. 이러한 제1연결부재(123)는 절연체 또는 부도체로 구현될 수 있다.
제1연결부재(123)를 통해 2개의 커넥터(121)가 연결됨으로써 커넥터(121)를 상부커버(120)에서 탈거시 한번에 2개의 커넥터(121)를 탈거할 수 있어 탈거를 쉽게 할 수 있다. 물론 4개 또는 6개를 연결부재(123)로 서로 연결할 수도 있다.
또한, 도면에는 도시하지 않았으나 각각의 탄성부재(122)에는 서로 독립적으로 각각의 전력선(미도시)이 연결될 수 있다. 이러한 각각의 전력선은 외부로 연장될 수 있고, 외부로 연장된 전력선은 전력선 케이블(140)의 형태를 가질 수 있다.
즉, 전력선 케이블(140)은 내부에 서로 독립된 복수의 전력선을 포함하고 있으며, 전력선의 개수는 배터리 셀(110)의 개수와 동일하다.
전력선 케이블(140)는 절연재료로 피복되어 있어 안전하게 처리되어 있으며 외부환경에 영향을 받지 않도록 할 수 있다.
전력선 케이블(140)에는 끝단에는 연결부(150)가 형성될 수 있다. 이러한 연결부(150)는 검사장치(160)에 형성된 연결포트(161)에 삽입될 수 있다.
연결부(150)가 연결포트(161)에 삽입됨으로써 각각의 배터리 셀(110)은 검사장치(160)와 전기적으로 연결될 수 있는 것이다.
검사장치(160)는 복수의 배터리 셀(110)에 대하여 각각 독립적으로 각종 검사를 실시할 수 있다. 또한, 검사장치(160)는 복수의 배터리 셀(110)을 충전할 수 있고 방전할 수도 있으며 셀 밸런싱(cell balancing)을 진행할 수도 있다. 나아가, 이러한 검사장치(160)는 각 배터리 셀(110)의 전압 및 전류를 검출할 수 있고, 배터리의 온도를 측정할 수도 있다.
한편, 배터리 팩(100)의 배터리 셀(110)이 안착될 수 있는 안착부(140)는 도 4에 도시된 바와 같이 각 배터리 셀(110)이 삽입될 수 있는 안착홈(131)이 형성될 수 있다. 이러한 안착홈(131)은 구획벽(134)에 의해 형성될 수 있다.
안착홈(131)의 직경은 배터리 셀(110)의 직경보다 약간 클 수 있다. 이는 배터리 셀(110)이 내부에 삽입될 수 있어야 하기 때문이다.
구획벽(134)는 배터리 셀(110)의 외면 전체를 둘러싸도록 형성할 필요가 없고 일부만 둘러싸도록 형성될 수 있다. 바람직하게는 도면에 도시된 바와 같이 이웃한 4개의 배터리 셀(110)의 중간위치에 형성될 수 있다.
이러한 구획벽(134)은 안착홈(131)를 형성할 뿐만 아니라 배터리 셀(110)이 안착홈(131)에 삽입될 때 해당 배터리 셀(110)을 안정적으로 고정시켜 주는 역할도 할 수 있다.
이로써 배터리 셀(110)이 안착부(130)에 안착되었을 경우 안정적으로 위치할 수 있고, 이동시에도 흔들림 없이 안정적으로 제 위치에 고정될 수 있다.
안착홈(131)의 하면에는 접촉부(132)가 형성될 수 있다. 이러한 접촉부(132)는 배터리 셀(110)이 안착홈(131)에 삽입될 때 배터리 셀(110)의 제2단자(122)가 접속되는 부위이다.
따라서, 접촉부(132)는 각각의 배터리 셀(110)에 대응하는 개수로 형성될 수 있다. 접촉부(132)도 도전성의 금속재질로 형성될 수 있으며, 배터리 셀(110)의 제2단자(122)와 전기적으로 연결되도록 할 수 있다. 필요시 각각의 접촉부(132)는 접지와 연결될 수 있다.
접촉부(132)는 안착홈(131)의 하면에 탈부착이 가능할 수 있다. 그리고 2개의 접촉부(132)끼리 제2연결부재(134)로 연결될 수 있다. 제2연결부재(134)는 절연체 또는 부도체로 구현될 수 있다.
제2연결부재(134)를 통해 2개의 접촉부(132)가 연결됨으로써 접촉부(132)가 안착홈(131)에서 탈거시 한번에 2개의 접촉부(132)를 탈거할 수 있어 탈거를 쉽게 할 수 있다. 물론 4개 또는 6개를 접촉부(132)로 서로 연결할 수도 있다.
그리고, 안착부(130)에는 배터리 셀(110)에서 발생하는 열을 방출하기 위한 열방출구(133)가 다수 개 형성될 수 있다. 이러한 열방출구(133)는 구획벽(134)의 중앙부에 형성될 수 있다.
이하에서 도 5 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩 고장 검출장치를 상세하게 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩 고장 검출장치의 구성도이고, 도 6은 상기 배터리 팩 고장 검출장치에서 배터리 셀과 제1,2 스위치의 연결을 나타낸 회로도이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩 고장 검출장치의 온도센서의 배치도이다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩 고장 검출장치는 안착부(130), 상부커버(120), 복수의 커넥터(121), 제1스위치(211), 전압검출부(300), 제어부(500)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 다른 실시예에서 이러한 배터리 팩 고장 검출장치는 제2스위치(212) 및/또는 온도센서(400)를 선택적으로 더 포함할 수도 있다.
안착부(130)는 복수의 배터리 셀(110)로 이루어진 배터리 팩(100)이 안착될 수 있다. 바람직하게는 안착부(130)의 하부에 형성된 복수의 안착홈(131)에 각각의 배터리 셀(110)이 삽입되는 형태로 안착될 수 있다.
배터리 셀(110)이 안착홈(131)에 안착되면 각각의 배터리 셀(100)의 하부에 형성된 제2단자(112)가 각각의 안착홈(131)의 하면에 형성된 각각의 접촉부(132)에 접속될 수 있다. 이러한 접촉부(132)는 접지에 연결될 수 있다.
안착홈(131)은 구획벽(134)에 의해 형성될 수 있다. 이러한 구획벽(134)은 배터리 셀(110)이 안착홈(131)에 삽입되면 배터리 셀(110)를 안정적으로 지지하고 고정하는 역할을 할 수 있다.
상부커버(120)는 배터리 팩(100)의 상부에 안착될 수 있다. 바람직게는 배터리 셀(110)의 상부에 안착될 수 있다.
상부커버(120)의 내측면(120a)에는 복수의 커넥터(121)가 형성될 수 있으며, 이러한 각각의 커넥터(121)는 탄성부재(122)를 통해 상부커버(120)의 내측면(120a)에 형성될 수 있다. 즉, 복수의 탄성부재(122)가 상부커버(120)의 내측면(120a)에 형성되고 각 탄성부재(122)에 끝단부에 커넥터(121)가 각각 형성되는 것이다.
이러한 커넥터(121)는 배터리 셀(110)의 제1단자(111)에 대응하는 위치에 형성될 수 있다. 이로써 상부커버(120)가 배터리 셀(110)의 상부에 안착될 때 각각의 커넥터(121)가 각 배터리 셀(110)의 제1단자(111)에 접속될 수 있도록 한다.
커넥터(121)가 제1단자(111)에 접속되면 상부커버(120)가 위에서 누르는 힘에 의해 탄성부재(122)가 압축될 수 있다. 이로써 커넥터(121)가 제1단자(111)와 접속된 상태를 잘 유지할 수 있도록 한다.
커넥터(121)는 2개가 서로 부도체의 제1연결부재(123)에 의해 서로 연결될 수 있다. 물론, 4개, 6개가 서로 연결될 수도 있다.
각각의 커넥터(121)는 스위칭부(200)와 연결될 수 있다. 본 실시예에서 스위칭부(200)는 제1스위치(211)를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서 스위칭부(200)는 제2스위치(212)를 더 포함할 수도 있다.
제1스위치(211)는 복수의 커넥터(121)와 일대 일로 직접 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서 제1스위치(211)의 개수는 커넥터(121)의 개수와 동일하다. 즉, 배터리 셀(110)의 개수와 동일하다.
제1스위치(211)의 스위칭은 제어부(500)에 의해 제어될 수 있다. 복수의 제1스위치(211)는 서로 독립적으로 동작될 수 있다. 도 6에서 잘 알 수 있듯이, 제1스위치(211)가 턴온되면 전원부(600)에 의해 전원이 공급되어 배터리 셀(100)을 충전할 수 있다.
제2스위치(212)는 복수의 배터리 셀(110)들의 셀 밸런싱을 위해 각각의 배터리 셀(110)의 제1단자(111)를 서로 연결하기 위한 스위치이다.
여기서, 제2스위치(212)는 2개의 접점 중 한 접점은 제1배터리 셀(110)의 제1단자(111)에 접속된 제1커넥터(121)에 접속되고, 그리고 다른 접점은 다른 제2배터리 셀(110)의 제1단자(111)에 접속된 제2커넥터(121)에 접속될 수 있다.
이로써, 첫 번째 제2스위치(212)는 첫 번째 배터리 셀(110)의 제1단자(111)와 접속된 첫 번째 커넥터(121)와 두 번째 배터리 셀(110)의 제1단자(111)와 접속된 두 번째 커넥터(121)를 전기적으로 연결시킬 수 있는 것이다.
도시된 바와 같이 제2스위치(212)는 전체 배터리 셀(110) 중 적어도 일부 또는 전체 배터리 셀(110)의 제1단자(111)를 선택적으로 서로 연결할 수 있다. 이러한 제2스위치(212)의 스위칭 동작은 제어부(500)에 의해 제어될 수 있다.
이와 같이 제2스위치(212)의 턴온/턴오프에 의해 셀 밸런싱 과정이 진행될 수 있다. 이는 배터리 셀(110)을 서로 연결함으로써 배터리 셀(110) 간에 충전과 방전이 진행되어 배터리 셀(110) 간에 전압이 전체적으로 고르게 충전될 수 있도록 하는 것이다.
전압검출부(300)는 각 배터리 셀(110)의 전압을 검출할 수 있다. 도면에는 도시하지 않았으며 전압검출부(300)는 각 배터리 셀(110)에 커패시터를 병렬로 연결하여 각 커패시터에 저장된 에너지를 기반으로 전압을 검출할 수 있다. 이러한 전압검출부(300)의 설치 및 기능은 공지기술이므로 상세한 설명은 생략한다.
제어부(500)는 제1스위치(211)의 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 그리고 전압검출부(300)에 의해 검출된 각 배터리 셀(110)의 검출전압을 기초로 각 배터리 셀(110)의 고장여부를 검출할 수 있다.
제어부(500)에서 배터리 셀(110)의 고장여부 판단은 다양한 방법으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 배터리 셀(110)의 충전전압이 기설정된 기준치보다 낮은 경우에 고장으로 판단할 수 있다. 또는 배터리 셀(110)의 충전전압이 전체 배터리 셀(110)의 평균 충전전압보다 낮은 경우에 고장으로 판단할 수도 있다. 또는 배터리 셀(110)의 충전전압이 전체 배터리 셀(110)의 평균 충전전압의 오차범위를 초과하는 경우에 고장으로 판단할 수도 있다.
본 실시예에서는 제어부500)가 전압검출부(300)에 의해 검출된 각 배터리 셀(110)의 검출전압을 기초로 하여, 검출된 각 배터리 셀(110)의 충전전압이 전체 배터리 셀(110)의 평균 충전전압의 오차범위를 초과하는 경우에 고장으로 판단할 수도 있다. 본 실시예에서 상기 오차범위는 10~30%로 설정할 수 있다. 바람직하게는 20%로 설정할 수 있다.
따라서, 배터리 셀(110)의 충전전압이 전체 배터리 셀(110)의 평균 충전전압에서 20%의 오차범위를 벗어나는 경우에 고장으로 판단하는 것이다.
이때, 제어부(500)는 상부커버(120)가 배터리 팩(100)에 안착된 상태에서 제1스위치(211)를 턴온시켜 전압검출부(300)에서 검출되는 검출전압을 기초로 각 배터리 셀(110)의 고장여부를 판단할 때 고장이 발생한 배터리 셀(110)의 위치와 개수를 확인할 수 있다. 이는 각 배터리 셀(110)의 위치에 대응하여 커넥터(121), 전력선, 전압검출부(300)가 서로 독립적으로 연결되어 있기 때문이다. 따라서, 전압검출부(300)는 어느 배터리 셀(110)의 전압이 낮은지, 그 위치를 확인할 수 있고, 개수도 또한 확인할 수 있는 것이다.
표시부(700)는 고장이 발생한 배터리 셀과 정상인 배터리 셀의 위치와 개수를 표시할 수 있다.
본 발명의 배터리 팩 고장 검출장치는 각 배터리 셀(110)의 온도를 측정하는 온도센서(400)를 선택적으로 더 포함할 수도 있다. 이러한 온도센서(400)는 각각의 커넥터(121)의 내측에 설치될 수도 있다. 또는 각 커넥터(121)에 연결된 전력선의 끝단부에 연결될 수도 있다.
도 7에는 일례로 제2스위치(212)와 온도센서(400)의 연결에 대한 일례가 도시되어 있다. 온도센서(400)는 다수의 온도측정영역(S1,S2,..., Sn)으로 구분될 수 있으며, 각 커넥터(121)와 연결된 전력선이 각 온도측정영역에 연결될 수 있다.
이에, 각 커넥터(121)와 전력선을 통해 전달되는 각 배터리 셀(110)의 온도를 각 온도측정영역에서 검출하는 것이다. 검출된 온도는 제어부(500)로 전달될 수 있다. 표시부(700)는 각 배터리 셀의 온도도 표시할 수 있다.
전원부(600)는 각 배터리 셀(110)로 전원을 공급할 수 있다. 제어부(500)에 의해 제1스위치(211)이 턴온되면 전원부(600)로부터 각 배터리 셀(110)로 전원이 공급되어 배터리 셀(110)을 충전할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩 고장 검출방법을 보인 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 팩 고장 검출방법에서는, 먼저 안착부(130)에 배터리 팩(100)을 안착시킨다(S101). 배터리 팩(100)이 안착부(130)에 안착되면 상부커버(120)를 배터리 팩(100)의 상부에 안착시킨다(S103).
이에 각 배터리 셀(110)의 제1단자(111)는 상부커버(120)의 내측면(120a)에 형성된 각 커넥터(121)에 접속될 수 있다(S105).
이때, 상부커버(120)는 각 커넥터(121)에 연결된 탄성부재(122)가 압축되도록 일정한 힘으로 배터리 셀(110)에 안착시킬 수 있다.
이와 같이 각 배터리 셀(110)의 제1단자(111)에 각 커넥터(121)가 접속된 이후에 제어부(500)는 각 커넥터(121)에 연결된 각 제1스위치(211)를 턴온시킬 수 있다(S107).
한편, 제어부(500)는 복수의 제1스위치(211) 중 선택적으로 일부 또는 전부를 턴온시킬 수 있다. 예컨대, 상부커버(120)에 커넥터(121)가 12×12개 형성된 상태에서 배터리 셀(110)은 4×6개만 고장여부를 검출하고자 하는 경우, 그 4×6개의 배터리 셀(110)의 위치에 대응되는 제1스위치(211)만 턴온시킬 수도 있다.
왜냐하면, 나머지 위치에는 배터리 셀이 없으므로 굳이 턴온할 필요가 없다. 물론 나머지 위치에 배터리 셀이 없다고 하더라도 턴온을 할 수도 있다.
이후, 제1스위치(211)가 턴온되면 전압검출부(300)에서 각 배터리 셀(100)의 전압을 각각 검출한다(S109).
그러면 제어부(500)는 상기 검출된 전압을 기초로 각 배터리 셀(110)들의 평균전압을 산출한다(S111). 예를 들어, 12×12개의 배터리 셀별로 전압을 검출하면 각 검출전압을 합산한 후 24로 나누어 평균전압을 산출할 수 있다.
그리고, 제어부(500)은 각 배터리 셀(110)의 검출전압이 상기에서 산출한 평균전압의 ±오차범위를 벗어나는 배터리 셀이 있는지를 판단한다(S113). 이러한 오차범위는 평균전압의 ±10~30%가 될 수 있다. 바람직하게는 ±20%가 될 수 있다.
만약, 오차범위를 벗어난 배터리 셀이 있다면 해당 배터리 셀을 고장으로 검출하도록 한다(S115). 예를 들어, 오차범위를 평균전압의 ±20%라고 하고 평균전압이 10V인데 특정 배터리 셀의 전압이 7.5V이라면 오차범위를 벗어난 것이므로 해당 배터리 셀을 고장이라고 판별할 수 있는 것이다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에서는 상기와 같이 고장으로 1차 판별이 되면 해당 배터리 셀이 일시적으로 오차범위를 벗어났거나, 다른 요인에 의해 검출에러가 있었거나 또는 고장에 의한 것이 아니라 특정 요인에 의해 방전이 적게 또는 많이 되었던 경우가 있을 수 있으므로, 이러한 경우에 의한 판별오류를 최소화하기 위해 추가 과정을 수행할 수 있다.
즉, 상기와 같이 고장으로 1차 판별이 되면 전체 배터리 셀(110)에 대하여 셀 밸런싱을 수행할 수 있다(S117). 이러한 셀 밸런싱을 위해 상술한 바와 같이 제어부(500)는 제2스위치(212)을 선택적으로 턴온시킬 수 있다. 제2스위치(212)의 턴온에 의해 각 배터리 셀(100) 간에 충전 및 방전이 진행되어 전체적으로 고르게 충전되도록 할 수 있다.
이때, 본 실시예에서는 셀 밸런싱을 기설정된 횟수만큼만 진행하도록 한다. 즉, 배터리 셀의 고장이 검출되면 셀 밸런싱 과정을 진행하되, 설정된 횟수만큼만 진행하고 그래도 고장이 검출되면 그 배터리 셀은 고장으로 확정하도록 한다.
본 실시예에서는 2회로 설정할 수 있다. 물론 이는 변경이 가능하다.
따라서, 셀 밸런싱을 수행한 후(S117), 셀 밸런싱이 설정된 횟수만큼 진행하였는지를 판단하고(S119), 설정된 횟수로 진행되지 않았으면 S109 단계로 진행하여 셀 밸런싱 이후에 다시 S109 단계 내지 S117 단계를 수행하도록 하고, 설정된 횟수만큼 셀 밸런싱을 진행했다면 해당 배터리 셀을 고장으로 확정한다(S121).
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에서 고장이 검출된 배터리 셀의 스위치를 오프하고(S123), 예비 배터리 셀의 스위치를 온시켜(S125). 예비 배터리 셀에 대해서도 고장 여부를 판별할 수 있도록 할 수 있다.
물론, 처음부터 예비 배터리 셀을 포함하여 고장여부를 판단할 수도 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100 : 배터리 팩 110 : 배터리 셀
111 : 제1단자 112 : 제2단자
120 : 상부커버 120a : 상부커버 내측면
121 : 커넥터 122 : 탄성부재
123 : 제1연결부재 130 : 안착부
131 : 안착홈 132 : 접촉부
133 : 열방출구 134 : 구획벽
140 : 전력선 케이블 150 : 연결부
160 : 검사장치 161 : 연결포트
200 : 스위칭부 211 : 제1스위치
212 : 제2스위치 300 : 전압검출부
400 : 온도센서 500 : 제어부
600 : 전원부

Claims (17)

  1. M×N개의 배터리 셀로 이루어진 배터리 팩이 안착되는 안착부;
    상기 안착부의 하부 내측면에 상기 M×N개의 배터리 셀이 각각 안착되도록 형성된 M×N개의 안착홈;
    상기 배터리 팩의 상부에 안착되는 상부커버;
    상기 상부커버의 내측면에 일단이 각각 연결되고 상기 M×N개의 배터리 셀마다 각각의 제1단자에 대응하는 위치에 설치된 M×N개의 탄성부재;
    상기 M×N개의 탄성부재의 타단에 각각 연결되고 상기 안착홈에 상기 배터리 셀이 안착된 상태에서 상기 상부커버가 상기 배터리 팩의 상부에 안착되면 상기 각각의 제1단자와 접촉되는 M×N개의 커넥터;
    상기 각 탄성부재와 일대 일로 연결된 M×N개의 전력선 케이블;
    상기 전력선 케이블을 통해 상기 각 커넥터와 일대일로 연결되며 서로 독립적으로 동작되는 M×N개의 제1스위치;
    상기 배터리 셀의 충전전압을 검출하는 전압검출부;
    상기 제1스위치의 동작을 제어하고 상기 전압검출부에서 검출된 상기 배터리 셀의 전압을 기초로 상기 배터리 셀의 고장여부를 검출하는 제어부를 포함하고,
    상기 상부커버가 상기 배터리 팩의 상부에 안착될 때 상기 배터리 셀의 제1단자에 의해 상기 커넥터가 눌려지면서 상기 탄성부재가 압축되며,
    상기 안착부는 상기 안착홈을 구획하기 위한 구획벽이 형성되고 상기 구획벽에 의해 상기 안착홈이 M×N개로 구획되어 형성되고, 상기 안착홈의 하면에는 상기 배터리 셀의 제2단자가 접촉되는 접촉부가 M×N개 형성되며, M×N개의 상기 접촉부는 모두 접지와 동시에 연결되는 배터리 팩 고장 검출장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 셀들의 밸런싱을 위해 상기 복수의 배터리 셀의 제1단자를 서로 연결하기 위한 제2스위치를 더 포함하는 배터리 팩 고장 검출장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2스위치는 2개의 접점을 구비하고, 2개의 접점 중 하나의 접점은 상기 복수의 배터리 셀들 중 제1배터리 셀의 제1단자에 접속된 제1커넥터에 접속되고, 다른 접점은 다른 제2배터리 셀의 제1단자에 접속된 제2커넥터에 접속되는 배터리 팩 고장 검출장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2스위치가 턴온되면 상기 제1커넥터와 상기 제2커넥터가 전기적으로 연결되는 배터리 팩 고장 검출장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 각각의 커넥터의 내측에 설치되어 상기 각 배터리 셀의 온도를 검출하는 온도센서를 더 포함하는 배터리 팩 고장 검출장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 상부커버가 상기 배터리 팩에 안착된 상태에서 상기 제1스위치를 턴온시켜 상기 전압검출부에서 검출되는 전압을 기초로 상기 배터리 셀의 위치 및 개수를 확인하는 배터리 팩 고장 검출장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 배터리 셀의 위치 및 개수를 표시하는 표시부를 더 포함하는 배터리 팩 고장 검출장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 전압검출부에서 검출된 전압을 기초로 상기 복수의 배터리 셀의 평균전압을 산출하고 상기 복수의 배터리 셀 중 상기 평균전압 대비 기설정된 오차범위를 벗어난 전압이 검출된 배터리 셀을 고장으로 검출하는 배터리 팩 고장 검출장치.
  13. 청구항 제1항 내지 제5항, 제10항 내지 제12항 중 선택된 어느 한 항에 기재된 배터리 팩 고장 검출장치에서의 배터리 셀 고장 검출방법에 있어서,
    복수의 배터리 셀이 구비된 배터리 팩이 하부의 안착부에 안착된 상태에서 상기 배터리 팩의 상부에 상부커버가 안착되는 안착단계;
    상기 상부커버의 안착으로 인해 상기 상부커버의 내측면에 상기 복수의 배터리 셀의 제1단자에 대응하는 위치에 형성된 복수의 커넥터가 상기 복수의 배터리 셀의 제1단자마다 접촉되는 접촉단계;
    상기 복수의 커넥터에 연결된 스위치를 턴온시키는 턴온단계;
    상기 각각의 배터리 셀의 전압을 검출하는 전압검출단계;
    상기 검출된 전압을 기초로 상기 복수의 배터리 셀의 평균전압을 산출하는 산출단계;
    상기 복수의 배터리 셀 중 상기 산출된 평균전압 대비 기설정된 오차범위를 벗어난 전압이 검출된 배터리 셀을 고장으로 검출하는 고장검출단계를 포함하는 배터리 팩 고장 검출방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 고장검출단계 이후에, 상기 고장으로 검출된 배터리 셀이 존재하면 상기 복수의 배터리 셀의 밸런싱을 수행하는 밸런싱단계를 더 포함하는 배터리 팩 고장 검출방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 배터리 셀의 밸런싱단계 이후, 상기 전압검출단계 내지 상기 고장검출단계를 더 수행하여 상기 배터리 셀의 고장여부를 검출하는 배터리 팩 고장 검출방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 배터리 셀의 고장을 검출하면 상기 고장이 검출된 배터리 셀에 연결된 스위치를 오프시키고 예비 배터리 셀에 연결된 스위치를 온시키는 배터리 팩 고장 검출방법.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 턴온단계 이후에, 상기 각각의 커넥터의 내측에 설치된 온도센서에서 상기 배터리 셀의 온도를 검출하는 단계를 더 포함하는 배터리 팩 고장 검출방법.
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