KR102331063B1

KR102331063B1 - 배터리 모듈

Info

Publication number: KR102331063B1
Application number: KR1020150060082A
Authority: KR
Inventors: 정현철; 정우준; 지세진; 박종호; 백운성
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2015-04-28
Filing date: 2015-04-28
Publication date: 2021-11-25
Also published as: KR20160128162A; US10128666B2; US20160322615A1

Abstract

본 발명에서는 배터리 모듈이 개시된다. 상기 배터리 모듈은, 각각 다수의 배터리 뱅크를 포함하는 다수의 배터리 팩과, 다수의 배터리 팩을 병렬 연결하는 제1 배선과, 서로 다른 배터리 팩의 배터리 뱅크를 병렬 연결하는 제2 배선을 포함한다.
본 발명에 의하면, 복잡한 회로 구성 없이도 자연스러운 밸런싱 동작을 구현할 수 있는 배터리 모듈이 제공된다.

Description

배터리 모듈{Battery module}

본 발명은 배터리 모듈에 관한 것이다.

통상적으로 이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리, 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 이차 전지는 모바일 기기, 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 전기 자전거, 무정전 전원공급장치(uninterruptible power supply) 등의 에너지원으로 사용되며, 적용되는 외부기기의 종류에 따라 단일 전지의 형태로 사용되기도 하고, 다수의 전지들을 연결하여 하나의 단위로 묶은 모듈 형태로 사용되기도 한다.

휴대폰과 같은 소형 모바일 기기는 단일 전지의 출력과 용량으로 소정시간 동안 작동이 가능하지만, 전력소모가 많은 전기 자동차, 하이브리드 자동차와 같이 장시간 구동, 고전력 구동이 필요한 경우에는 출력 및 용량의 문제로 다수의 전지를 포함하는 모듈 형태가 선호되며, 내장된 전지의 개수에 따라 출력전압이나 출력전류를 높일 수 있다.

본 발명의 일 실시형태는 복잡한 회로 구성 없이도 자연스러운 밸런싱 동작을 구현할 수 있는 배터리 모듈을 포함한다.

상기와 같은 과제 및 그 밖의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 배터리 모듈은,

각각 다수의 배터리 뱅크를 포함하는 다수의 배터리 팩;

다수의 배터리 팩을 병렬 연결하는 제1 배선; 및

서로 다른 배터리 팩의 배터리 뱅크를 병렬 연결하는 제2 배선;을 포함한다.

예를 들어, 상기 제2 배선은,

각 배터리 팩 내에서 배터리 뱅크와 연결된 리드 배선; 및

서로 다른 배터리 팩의 리드 배선 사이에 연결되는 연결 배선;을 포함한다.

예를 들어, 상기 리드 배선 및 연결 배선은 커넥터가 형성된 단부를 포함하고,

상기 리드 배선과 연결 배선의 커넥터는 서로 마주보도록 끼워진다.

예를 들어, 상기 제2 배선은 서로 다른 배터리 팩의 배터리 뱅크를 직접 연결해준다.

예를 들어, 상기 제2 배선은 다수의 배터리 팩을 시계 방향 또는 반시계 방향을 따라 순환하면서 폐루프 형태로 연장된다.

예를 들어, 상기 배터리 모듈은, 상기 제1, 제2 배선과 연결되며, 상기 배터리 팩의 충, 방전 동작을 제어하기 위한 마스터 보드를 더 포함한다.

예를 들어, 상기 제1 배선은 배터리 팩의 충, 방전 전류의 패스를 형성하고,

상기 제2 배선은 서로 다른 배터리 뱅크 간의 밸런싱 전류의 패스를 형성한다.

예를 들어, 상기 제1 배선의 두께는 제2 배선의 두께보다 두껍다.

예를 들어, 상기 배터리 뱅크는 서로 병렬 연결된 다수의 배터리 셀을 포함하고,

상기 제2 배선을 통하여 서로 다른 배터리 팩의 배터리 셀 간의 밸런싱 동작이 구현된다.

본 발명의 일 실시형태에 의하면, 서로 다른 배터리 팩의 배터리 뱅크를 서로 직접 전기적으로 연결함으로써, 배터리 뱅크 간의 밸런싱이 자연스럽게 또는 자동적으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 인위적인 밸런싱 동작을 통하지 않고 미소한 전위 차이에 따른 밸런싱 전류의 소통을 통하여 자동적으로 밸런싱이 구현될 수 있다.

예를 들어, 상대적으로 높은 전위의 배터리 뱅크에 대해서는 방전 회로를 연결하여 전위를 낮추거나 상대적으로 낮은 전위의 배터리 뱅크에 대해서는 충전 회로를 연결하여 전위를 높이는 등의 의도적인 밸런싱 동작을 수행하기 위해서는 다수의 스위치 소자와, 방전 저항과 같은 회로 소자가 요구되며, 밸런싱 동작을 제어하기 위한 제어 회로가 필요하게 된다. 예를 들어, 상기 제어 회로의 제하에서는 주기적으로 각각의 배터리 뱅크에 대한 전압 측정과, 밸런싱 동작을 개시하기 위한 개시 조건의 판단과, 밸런싱 동작의 개시에 따른 각 스위치 소자의 제어가 필요하게 되는 것이다.

본 발명의 일 실시형태에서는 서로 다른 배터리 팩의 배터리 뱅크를 직접 연결함으로써, 자연스러운 밸런싱 동작을 구현하며, 복잡한 회로 구성이 불필요하게 된다. 그러면서도, 밸런싱에 따른 충, 방전 효율의 증가가 가능한데, 예를 들어, 밸런싱 동작을 통하여 서로 다른 배터리 뱅크 간에 전압 차이가 감소하게 되면, 그만큼 높은 전압까지 충전이 가능하고, 낮은 전압까지 방전이 가능하게 된다.

도 1에는 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 모듈의 계층적인 구조를 보여주는 도면이 도시되어 있다.
도 2에는 본 발명과 대비되는 비교예에 따른 배터리 모듈의 계층적인 구조가 도시되어 있다.
도 3에는 도 1에 도시된 배터리 모듈의 연결 상태를 모식적으로 보여주는 도면이 도시되어 있다.
도 4에는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 배터리 모듈의 연결 상태를 모식적으로 보여주는 도면이 도시되어 있다.
도 5에는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 배터리 모듈의 계층적인 구조가 도시되어 있다.
도 6에는 도 5에 도시된 배터리 뱅크의 내부 구조가 도시되어 있다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시형태에 관한 배터리 모듈에 대해 설명하기로 한다.

도 1에는 배터리 모듈의 계층적인 구조를 보여주는 도면이 도시되어 있다.

도면을 참조하면, 배터리 모듈은, 하나 이상 다수의 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)과, 상기 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)과 연결되어 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)의 충, 방전 동작을 제어하기 위한 마스터 보드(Master)를 포함한다.

상기 다수의 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)은 서로 전기적으로 연결되며, 서로에 대해 병렬로 연결될 수 있다. 예를 들어, 도면에서는 서로 병렬로 연결된 다섯 개의 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)이 도시되어 있으나, 본 발명의 기술적 범위는 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)은 요구되는 전기적인 출력에 대응하여 다수 개로 확장될 수 있다.

각각의 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)은 다수의 배터리 뱅크(Bank)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 각각의 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)은 서로 전기적으로 연결된 다수의 배터리 뱅크(Bank)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 각각의 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)은 서로 직렬 연결된 다수의 배터리 뱅크(Bank)를 포함할 수 있다. 배터리 뱅크(Bank)는 충, 방전 동작을 수행하는 단위로서, 본 발명에서는 광 범위한 의미로 넓게 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 배터리 뱅크(Bank)는 서로 개별적으로 형성된 다수의 배터리 셀(미도시)을 포함하거나 또는 배터리 뱅크(Bank) 자체가 배터리 셀(미도시)에 해당될 수도 있다. 예를 들어, 상기 배터리 뱅크(Bank)는 개별적으로 형성된 배터리 셀(미도시) 다수가 모여서 서로 전기적으로 연결된 형태로 형성되거나 또는 각각의 배터리 뱅크(Bank)가 배터리 셀(미도시)에 해당될 수도 있다. 이렇게 상기 배터리 뱅크(Bank)는 충, 방전 동작을 수행하는 단위로서, 다수의 배터리 셀(미도시)의 집합체에 해당되거나 개별적인 배터리 셀(미도시)에 해당될 수도 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)은 병렬로 연결될 수 있다. 예를 들어, 상기 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)은 제1 배선(10)을 통하여 이웃한 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)은 이웃한 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)과 전기적으로 연결되는 한편으로, 배터리 뱅크(Bank)는 이웃한 배터리 뱅크(Bank)와 전기적으로 연결된다.

보다 구체적으로, 상기 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)은 제1 배선(10)을 통하여 이웃한 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)과 전기적으로 연결된다. 이와 함께, 상기 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)의 배터리 뱅크(Bank)는 이웃한 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)의 배터리 뱅크(Bank)와 전기적으로 연결된다. 즉, 어느 한 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)의 배터리 뱅크(Bank)는, 이웃한 다른 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)의 배터리 뱅크(Bank)와 전기적으로 연결되며, 제2 배선(20)을 통하여 서로 이웃한 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)의 배터리 뱅크(Bank)가 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서, 상기 제2 배선(20)은, 서로 다른 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)의 배터리 뱅크(Bank)를 전기적으로 연결하는 것으로, 예를 들어, 서로 동일한 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)의 배터리 뱅크(Bank)를 연결하는 제3 배선(30)과는 다른 것이다.

예를 들어, 상기 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)은 서로 직렬 연결된 14개의 배터리 뱅크(Bank)를 포함할 수 있고, 각 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)의 14개의 배터리 뱅크(Bank)는 이웃한 다른 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)의 14개의 배터리 뱅크(Bank)와 병렬 연결될 수 있다. 각 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)에서 서로 직렬 연결된 14개의 배터리 뱅크(Bank)는 서로 다른 전위를 갖고, 서로 다른 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)에서 전기적으로 서로 같은 위치의 배터리 뱅크(Bank)를 전기적으로 병렬 연결한다.

본 발명에서는 서로 다른 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)의 배터리 뱅크(Bank)를 서로 직접 전기적으로 연결함으로써, 배터리 뱅크(Bank) 간의 밸런싱이 자연스럽게 또는 자동적으로 이루어질 수 있다. 배터리 뱅크(Bank) 간의 밸런싱이 자연스럽게 이루어진다는 것은 인위적인 밸런싱 동작을 통하지 않고 제2 배선(20)을 통하여 미소한 전위 차이에 따른 밸런싱 전류의 소통을 통하여 자동적으로 밸런싱이 구현될 수 있다는 것을 의미한다.

서로 다른 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)의 배터리 뱅크(Bank)를 서로 직접 연결한다는 것은, 서로 다른 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)의 배터리 뱅크(Bank)를 하나의 배선, 그러니까, 제2 배선(20)을 이용하여 직접 연결한다는 것이다. 환언하면, 서로 이웃한 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)의 배터리 뱅크(Bank), 그러니까, 서로 이웃한 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)에서 전기적으로 같은 위치에 해당되는 배터리 뱅크(Bank)는 회로 기판이나 회로 소자 등을 거치지 않고 제2 배선(20)을 통하여 직접 연결될 수 있다.

서로 다른 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)의 배터리 뱅크(Bank)가 직접 연결되면, 이들 간의 전위 차가 자연스럽게 해소될 수 있고, 의도적인 밸런싱 동작을 수행하지 않더라도 서로 다른 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)의 배터리 뱅크(Bank)들은 동등한 전위(전압)를 유지할 수 있다.

예를 들어, 밸런싱 동작을 구현하기 위해, 상대적으로 높은 전위의 배터리 뱅크(Bank)에 대해서는 방전 회로를 연결하여 전위를 낮추거나 상대적으로 낮은 전위의 배터리 뱅크(Bank)에 대해서는 충전 회로를 연결하여 전위를 높이는 등의 의도적인 밸런싱 동작을 수행하기 위해서는 다수의 스위치 소자와, 방전 저항과 같은 회로 소자가 요구되며, 밸런싱 동작을 제어하기 위한 제어 회로가 필요하게 된다. 예를 들어, 상기 제어 회로의 제하에서는 주기적으로 각각의 배터리 뱅크(Bank)에 대한 전압 측정과, 밸런싱 동작을 개시하기 위한 개시 조건의 판단과, 밸런싱 동작의 개시에 따른 각 스위치 소자의 제어가 필요하게 되는 것이다.

본 발명에서는 서로 다른 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)의 배터리 뱅크(Bank)를 직접 연결함으로써, 자연스러운 밸런싱 동작을 구현하며, 복잡한 회로 구성이 불필요하게 된다. 그러면서도, 밸런싱에 따른 충, 방전 효율의 증가가 가능하다. 예를 들어, 밸런싱 동작을 통하여 서로 다른 배터리 뱅크(Bank) 간에 전압 차이가 감소하게 되면, 그만큼 높은 전압까지 충전이 가능하고, 낮은 전압까지 방전이 가능하게 된다는 것이다.

도 2는 본 발명과 대비되는 비교예에 따른 배터리 모듈의 계층적인 구조를 보여주는 도면이다. 도면을 참조하면, 상기 배터리 모듈은 서로 전기적으로 연결된 다수의 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)을 포함하고, 다수의 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)들은 제1 배선(110)을 통하여 병렬 연결될 수 있다.

각각의 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)은 다수의 배터리 뱅크(Bank) 및 배터리 뱅크(Bank)와 연결되어 배터리 뱅크(Bank)의 밸런싱 동작을 수행하기 위한 슬레이브 보드(Slave)를 포함한다. 상기 슬레이브 보드(Slave)는 제2 배선(20)을 통하여 각각의 배터리 뱅크(Bank)와 연결되어 각 배터리 뱅크(Bank)의 전압을 측정하고 측정된 결과에 따라 밸런싱 동작을 수행할 수 있다. 각 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)의 슬레이브 보드(Slave)는 마스터 보드(Master)와 전기적으로 연결되며, 마스터 보드(Master)의 제어 하에 밸런싱 동작을 수행한다.

도 1에 도시된 본 발명에서는 서로 다른 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)의 배터리 뱅크(Bank)를 직접 전기적으로 연결함으로써 서로 다른 배터리 뱅크(Bank) 간의 밸런싱 동작이 자연스럽게 이루어질 수 있고, 의도적인 밸런싱 동작을 구현하기 위한 슬레이브 보드(Slave)가 요구되지 않는다. 즉, 본 발명에서는 각 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)에 내장되는 슬레이브 보드(Slave)가 요구되지 않으므로, 슬레이브 보드(Slave)를 구현하기 위한 원가의 절감이 가능하고 슬레이브 보드(Slave)의 삭제에 따른 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)의 컴팩트한 구성이 가능해진다. 한편, 도 2에서 미 설명된 도면 번호 130은 같은 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5) 내의 배터리 뱅크(Bank)를 연결하는 제3 배선을 나타낸다.

도 1을 참조하면, 상기 제1 배선(10)은 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)의 충, 방전 전류가 소통되는 대전류의 패스를 형성하게 된다. 제2 배선(20)은 서로 이웃한 배터리 뱅크(Bank) 간의 전위 불균형에 따른 소전류의 패스를 형성하게 된다. 제1 배선(10)의 두께는 제2 배선(20)의 두께 보다 두껍게 형성될 수 있다. 이러한 구성은, 상대적으로 대전류가 소통되는 제1 배선(10)의 두께를 두껍게 형성함으로써 저항 감소에 따른 출력 향상을 위한 것이다. 제2 배선(20)은 상대적으로 소전류가 소통되므로, 제조 원가를 고려하여 제1 배선(10) 보다는 얇은 두께로 형성될 수 있다.

도 1을 참조하면, 상기 제2 배선(20)은 서로 이웃한 배터리 뱅크(Bank)를 서로 전기적으로 연결한다. 제2 배선(20) 단부는 마스터 보드(Master)와 연결되는데, 배터리 뱅크(Bank)의 전압 신호의 측정을 위해 마스터 보드(Master)와 연결될 수 있다. 예를 들어, 상기 마스터 보드(Master)는 제1, 제2 배선(20)과 연결될 수 있고, 상기 제1 배선(10)을 통하여 충, 방전 경로 상에 형성되어 충, 방전 전류의 패스를 선택적으로 온/오프 시킬 수 있으며, 상기 제2 배선(20)을 통하여 배터리 뱅크(Bank)의 전압이나 온도와 같은 상태 정보를 입수할 수 있다. 이렇게 입수된 상태 정보에 근거하여 마스터 보드(Master)는 충, 방전 동작을 제어할 수 있다.

예를 들어, 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)의 충, 방전 전류는 마스터 보드(Master)를 통하여 외부와 소통될 수 있고, 예를 들어, 충전 전류는 마스터 보드(Master)를 통하여 외부 충전기로부터 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)으로 흘러갈 수 있고, 방전 전류는 마스터 보드(Master)를 통하여 외부 부하로 흘러갈 수 있다. 상기 마스터 보드(Master)는 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)과 전기적으로 연결되어 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)의 충, 방전 동작을 제어할 수 있다.

도 3에는 도 1에 도시된 배터리 모듈의 연결 상태를 모식적으로 보여주는 도면이 도시되어 있다. 도면을 참조하면, 제2 배선(20)은 서로 이웃한 배터리 뱅크(Bank)를 서로 전기적으로 연결한다. 이때, 상기 제2 배선(20)은 배터리 뱅크(Bank)로부터 연장되는 리드 배선(21)과 서로 이웃한 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)의 리드 배선(21) 사이에 개재되는 연결 배선(22)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 리드 배선(21)은 각 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5) 내에 형성될 수 있다. 상기 리드 배선(21)은 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5) 내에서 각각의 배터리 뱅크(Bank)와 전기적인 접점을 형성하며, 일대일 접점을 형성할 수 있다. 상기 연결 배선(22)은 서로 이웃한 리드 배선(21) 사이를 연결한다.

예를 들어, 상기 리드 배선(21)은 배터리 뱅크(Bank)와 연결된 일단으로부터 연장되고 커넥터(conn)가 형성된 타단을 포함할 수 있다. 상기 리드 배선(21)의 커넥터(conn)에는 연결 배선(22)이 접속될 수 있는데, 예를 들어 리드 배선(21)의 커넥터(conn)에 끼워지는 연결 배선(22)의 일단에는 커넥터(conn)가 형성될 수 있다. 리드 배선(21)과 연결 배선(22)은 커넥터(conn)가 형성된 단부를 통하여 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 상기 리드 배선(21)과 연결 배선(22)은 커넥터(conn)가 마련된 단부를 서로 마주하는 방향으로 끼워 조립하는 방식으로 서로 연결될 수 있다.

상기 연결 배선(22)의 일단은 일 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)의 리드 배선(21)과 연결되며, 상기 연결 배선(22)의 타단은 이웃한 다른 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)의 리드 배선(21)과 연결될 수 있다. 이렇게 상기 연결 배선(22)은 서로 이웃한 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)의 리드 배선(21) 사이에 개재될 수 있다.

요약하면, 서로 이웃한 한 쌍의 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5) 사이에는 배터리 뱅크(Bank)의 연결을 위한 제2 배선(20)이 마련되고, 상기 제2 배선(20)은 쌍을 이루는 각 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)으로부터 연장되는 리드 배선(21)과, 이들 리드 배선(21) 사이에 개재되는 연결 배선(22)을 포함한다. 여기서, 리드 배선(21)과 연결 배선(22)은 커넥터(conn)가 마련된 단부를 통하여 단부끼리 연결될 수 있다.

상기 연결 배선(22)은 전체적으로 서로에 대해 이격된 다수의 커넥터(conn)가 마련된 다수 가닥의 배선으로 마련될 수 있다. 예를 들어, 어느 일 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)에 끼워진 연결 배선(22)의 일부는 일 편으로 인접한 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)으로 연장되고, 연결 배선(22)의 다른 일부는 다른 편으로 인접한 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)으로 연장될 수 있다. 상기 연결 배선(22)은 각 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)의 커넥터(conn), 그러니까 각 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)의 리드 배선(21)과 연결된 커넥터(conn)에 끼워질 수 있다. 도면에 도시되어 있지는 않지만, 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)의 단자(M-,M+)는 도시되어 있지 않은 제1 배선(10)을 통하여 이웃한 다른 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)과 전기적으로 연결될 수 있다.

상기 제2 배선(20)이 서로 다른 배터리 뱅크(Bank) 간의 밸런싱을 위한 것이라고 할 때, 상기 제1 배선(10)은 충, 방전 전류의 패스를 형성하기 위한 것이다. 즉, 상기 제2 배선(20)은 서로 다른 배터리 뱅크(Bank) 간의 밸런싱 전류의 패스를 형성할 수 있고, 상기 제1 배선(10)은 충, 방전 전류의 패스를 형성할 수 있다.

상기 리드 배선(21) 및 커넥터(conn)는 각각의 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)에 마련될 수 있다. 예를 들어, 상기 커넥터(conn)는 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)의 외부로 노출된 위치에 형성되어 연결 배선(22)과의 접속을 용이하게 할 수 있다. 상기 커넥터(conn)에는 각 배터리 뱅크(Bank)로부터 연장된 다수 가닥의 리드 배선(21)이 집속되며, 연결 배선(22)의 커넥터(conn)와 연결될 수 있다. 상기 리드 배선(21)과 연결 배선(22)은 다수 가닥의 배선을 포함하며, 각 가닥의 배선은 서로 다른 한 쌍의 배터리 뱅크(Bank)를 연결해줄 수 있다. 상기 리드 배선(21)과 연결 배선(22)은 같은 개수의 배선 가닥을 포함할 수 있다.

리드 배선(21)의 커넥터(conn)와 연결 배선(22)의 커넥터(conn)는 서로 정합되는 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 어느 한 편의 커넥터(conn)는 다수의 핀 구조(미도시)를 포함하고, 다른 편의 커넥터(conn)는 다수의 홀 구조(미도시)를 포함하여, 서로에 대해 끼워지는 정합을 이룰 수 있다.

상기 연결 배선(22)의 커넥터(conn)는 어느 일 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)의 커넥터(conn)에 끼워지며, 해당 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)을 기준으로 연결 배선(22)의 일부는 한 편으로 이웃한 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)으로 연장되고, 연결 배선(22)의 다른 일부는 다른 편으로 이웃한 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)으로 연장될 수 있다. 이렇게 연결 배선(22)이 서로 다른 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)으로 연장됨으로써, 예를 들어, 연결 배선(22)의 일부가 끊어지더라도 밸런싱 동작이 구현될 수 있게 된다. 예를 들어, 일 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)과 연결되는 연결 배선(22)이 끊어지더라도, 다른 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)과 연결되는 연결 배선(22)을 통하여 해당 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)의 밸런싱이 구현될 수 있다.

도 4는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 배터리 모듈의 연결 상태를 모식적으로 보여주는 도면이다. 도면을 참조하면, 상기 연결 배선(22)은 다수의 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)을 시계방향 또는 반시계 방향을 따라 순환하는 방향으로 연장될 수 있다. 예를 들어, 상기 연결 배선(22)은 다수의 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)을 시계방향 또는 반시계 방향을 따라 순환하는 방향으로 연장될 수 있다. 상기 연결 배선(22)은 출발점과 도착점이 동일한 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)으로 귀결되는 원점 회귀식으로 연장될 수 있다는 것이다.

이렇게 다수의 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)을 순환식으로 연결하면, 연결 배선(22)의 일부가 끊기더라도, 폐루프 형태로 연장되는 연결 배선(22)의 다른 부분을 통하여 밸런싱 동작이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 일 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)과 연결된 연결 배선(22)이 끊어지더라도, 다른 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)과 연결된 연결 배선(22)을 통하여 해당 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)의 밸런싱 동작이 수행될 수 있다는 것이다. 즉, 각각의 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)이 양편으로 서로 다른 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)과 연결되어 있으므로, 일 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)과의 연결이 끊어지더라도 다른 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)과의 연결을 통하여 밸런싱이 수행될 수 있다는 것이다.

도 5에는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 배터리 모듈의 계층적인 구조가 도시되어 있다. 도 6에는 도 5에 도시된 배터리 뱅크의 내부 구조가 도시되어 있다.

도면들을 참조하면, 상기 배터리 모듈은 다수의 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)을 포함하고, 다수의 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)은 제1 배선(10)을 통하여 병렬 연결될 수 있고, 제2 배선(20)을 통하여 서로 다른 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)의 배터리 뱅크(B)가 서로 병렬 연결될 수 있다. 여기서, 상기 배터리 뱅크(B)는 서로 병렬 연결된 다수의 배터리 셀(C)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)은, 14개의 배터리 뱅크(B)를 포함할 수 있고, 일 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)의 14개의 배터리 뱅크(B)는 이웃한 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)의 14개의 배터리 뱅크(B)와 각각 병렬 연결될 수 있다. 이때, 각 배터리 뱅크(B)는 8개의 배터리 셀(C)을 포함할 수 있다. 이때, 제2 배선(20)을 통하여 배터리 뱅크(B)가 서로 직접적으로 연결됨으로써, 서로 다른 배터리 뱅크(B)의 밸런싱이 구현될 수 있으며, 제2 배선(20)은 배터리 뱅크(B)를 병렬 연결하는 것과 동시에, 배터리 뱅크(B)의 배터리 셀(C)을 병렬 연결하는 것이 된다. 즉, 상기 제2 배선(20)은 서로 다른 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)의 배터리 뱅크(B)를 서로 병렬 연결하는 것과 동시에, 서로 다른 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)의 배터리 셀(C)을 서로 병렬 연결하게 되는 것이다. 예를 들어, 어느 일 배터리 셀(C)은 제2 배선(20)을 통하여 이웃한 다른 배터리 셀(C), 즉, 해당 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)과는 다른 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)에 속한 배터리 셀(C)과 연결된다. 이에 따라, 상기 제2 배선(20)을 통하여 서로 다른 배터리 팩(S1,S2,S3,S4,S5)에 속한 배터리 셀(C)들 사이에는 자동적인 밸런싱이 가능하게 된다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

Master : 마스터 보드 Slave : 슬레이브 보드
Bank,B : 배터리 뱅크 10,110 : 제1 배선
20,120 : 제2 배선 30,130 : 제3 배선
21 : 리드 배선 22 ; 연결 배선
conn : 커넥터 C : 배터리 셀

Claims

각각 다수의 배터리 뱅크를 포함하는 다수의 배터리 팩;
다수의 배터리 팩을 병렬 연결하는 제1 배선; 및
서로 다른 배터리 팩의 배터리 뱅크를 병렬 연결하는 제2 배선;을 포함하며,
상기 제1 배선은, 배터리 팩의 충, 방전 전류의 패스를 형성하고,
상기 제2 배선은, 서로 다른 배터리 팩의 배터리 뱅크 사이의 밸런싱 전류의 패스를 형성하는 배터리 모듈.
제1항에 있어서,
상기 제2 배선은,
각 배터리 팩 내에서 배터리 뱅크와 연결된 리드 배선; 및
서로 다른 배터리 팩의 리드 배선 사이에 연결되는 연결 배선;을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제2항에 있어서,
상기 리드 배선 및 연결 배선은 커넥터가 형성된 단부를 포함하고,
상기 리드 배선과 연결 배선의 커넥터는 서로 마주보도록 끼워지는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제1항에 있어서,
상기 제2 배선은 서로 다른 배터리 팩의 배터리 뱅크를 직접 연결해주는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제1항에 있어서,
상기 제2 배선은 다수의 배터리 팩을 시계 방향 또는 반시계 방향을 따라 순환하면서 폐루프 형태로 연장되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제1항에 있어서,
상기 제1, 제2 배선과 연결되며, 상기 배터리 팩의 충, 방전 동작을 제어하기 위한 마스터 보드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
삭제
제1항에 있어서,
상기 제1 배선의 두께는 제2 배선의 두께보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
제1항에 있어서,
상기 배터리 뱅크는 서로 병렬 연결된 다수의 배터리 셀을 포함하고,
상기 제2 배선을 통하여 서로 다른 배터리 팩의 배터리 셀 간의 밸런싱 동작이 구현되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.