KR102393945B1 - 전원 연결 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전원 연결 장치는, 직렬로 연결된 제1 배터리 셀 내지 제n 배터리 셀과 부하를 전기적으로 연결시키기 위한 장치로써, 상기 제1 배터리 셀의 양극 단자와 상기 부하의 제1 입력 단자를 전기적으로 연결시키는 제1 전원 경로; 상기 제n 배터리 셀의 음극 단자와 상기 부하의 접지 단자를 전기적으로 연결시키는 제n+1 전원 경로; 상기 제1 배터리 셀 내지 상기 제n 배터리 셀 사이 각각의 제1 노드 내지 제n-1 노드와 상기 부하의 제2 입력 단자 내지 제n 입력 단자를 전기적으로 연결시키는 제2 전원 경로 내지 제n 전원 경로; 상기 제1 전원 경로 내지 상기 제n 전원 경로에 각각 설치되어 상기 제1 전원 경로 내지 상기 제n 전원 경로를 통전 또는 차단시키는 제1 스위치 소자 내지 제n 스위치 소자; 상기 제1 스위치 소자 내지 상기 제n 스위치 소자 각각의 제어 단자와 상기 제n+1 전원 경로 및 상기 제1 전원 경로 내지 상기 제n-1 전원 경로를 각각 전기적으로 연결시키는 제1 제어 경로 내지 제n 제어 경로를 포함할 수 있다.

Description

전원 연결 장치{Appartus for connecting power}
본 발명은 전원 연결 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 부하의 입력 단자 각각의 내압 특성을 고려하여 복수의 배터리 셀과 부하를 전기적으로 연결시키는 전원 연결 장치에 관한 것이다.
최근, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
특히, 배터리 팩은 복수의 배터리 셀이 전기적으로 연결된 배터리 모듈을 포함함으로써, 전기 자동차에 요구되는 고용량, 고출력의 요구 설계를 충족시킬 수 있다. 이러한, 전기 자동차에 차용된 배터리 팩은 충전소의 충전기와 전기적으로 연결되어 전력이 충전될 수 있다.
이러한, 배터리 팩의 충방전을 제어하고 배터리 팩의 충전 상태를 모니터링 및 관리하기 위하여 배터리 관리 장치와 배터리 팩이 전기적으로 연결된다. 이때, 배터리 팩과 배터리 관리 장치의 직접 회로(IC)가 전기적으로 연결되는 과정에서 직접 회로(IC)의 연결 단자 별 내압 전압값이 상이하여 직접 회로(IC)가 고압에 의해 파괴되는 문제점이 있다.
본 발명은 배터리 셀들과 부하의 입력 단자들 사이의 전기적 연결을 통전 또는 차단시키는 스위치 소자들을 제어함으로써, 배터리 셀들과 부하를 연결하는 과정에서 입력 단자들 각각에 내압 전압값 미만의 전압이 인가시킬 수 있는 전원 연결 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 연결 장치는, 직렬로 연결된 제1 배터리 셀 내지 제n 배터리 셀과 부하를 전기적으로 연결시키기 위한 장치로써, 상기 제1 배터리 셀의 양극 단자와 상기 부하의 제1 입력 단자를 전기적으로 연결시키는 제1 전원 경로; 상기 제n 배터리 셀의 음극 단자와 상기 부하의 접지 단자를 전기적으로 연결시키는 제n+1 전원 경로; 상기 제1 배터리 셀 내지 상기 제n 배터리 셀 사이 각각의 제1 노드 내지 제n-1 노드와 상기 부하의 제2 입력 단자 내지 제n 입력 단자를 전기적으로 연결시키는 제2 전원 경로 내지 제n 전원 경로; 상기 제1 전원 경로 내지 상기 제n 전원 경로에 각각 설치되어 상기 제1 전원 경로 내지 상기 제n 전원 경로를 통전 또는 차단시키는 제1 스위치 소자 내지 제n 스위치 소자; 상기 제1 스위치 소자 내지 상기 제n 스위치 소자 각각의 제어 단자와 상기 제n+1 전원 경로 및 상기 제1 전원 경로 내지 상기 제n-1 전원 경로를 각각 전기적으로 연결시키는 제1 제어 경로 내지 제n 제어 경로를 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 제1 스위치 소자 내지 상기 제n 스위치 소자는 상기 제1 입력 단자 내지 상기 제n 입력 단자 각각의 내압 전압값이 큰 순서대로 연결할 수 있다.
바람직하게, 상기 제1 스위치 소자는 상기 제n 배터리 셀의 음극 단자와 상기 접지 단자 사이에 인가된 전압이 상기 제1 제어 경로를 통해 제어 단자에 인가되어 턴 온 상태로 변경될 수 있다.
바람직하게, 상기 제2 스위치 소자 내지 상기 제n 스위치 소자는 상기 제1 전원 경로 내지 상기 제n-1 전원 경로에 인가된 전압이 각각 상기 제2 제어 경로 내지 상기 제n-1 제어 경로를 통해 제어 단자에 인가되어 턴 온 상태로 변경될 수 있다.
바람직하게, 상기 제1 스위치 소자는 P채널 모스펫일 수 있다.
바람직하게, 상기 제2 스위치 소자 내지 상기 제n 스위치 소자는 N채널 모스펫일 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩은 상기 전원 연결 장치를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 배터리 셀들과 부하의 입력 단자들 사이의 전기적 연결을 통전 또는 차단시키는 스위치 소자들을 제어하여 배터리 셀들과 부하를 연결하는 과정에서 입력 단자들 각각에 내압 전압값 미만의 전압이 인가시킴으로써, 배터리 셀의 고전압으로부터 부하를 보호할 수 있다.
도 1은 발명의 일 실시예에 따른 전원 연결 장치, 배터리 셀 및 부하의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 연결 장치와 배터리 셀 및 부하 간의 전기적 연결을 도시한 회로도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전원 연결 장치의 전원 커넥터와 배터리 커넥터의 물리적 형상 및 결합 구조를 도시한 도면이다.
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 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 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.
또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어들은, 다양한 구성요소들 중 어느 하나를 나머지와 구별하는 목적으로 사용되는 것이고, 그러한 용어들에 의해 구성요소들을 한정하기 위해 사용되는 것은 아니다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 <제어 유닛>과 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 연결 장치(100)에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 발명의 일 실시예에 따른 전원 연결 장치(100), 배터리 셀(Bn) 및 부하(L)의 구성을 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 연결 장치(100)와 배터리 셀(B1, ..., B4) 및 부하(L) 간의 전기적 연결을 도시한 회로도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 전원 연결 장치(100)는 직렬로 연결된 제1 배터리 셀 내지 제n 배터리 셀과 부하(L)를 전기적으로 연결시킬 수 있다. 본 명세서에서, 배터리 셀의 총 개수 n개는 4개인 경우로 가정하여 설명하도록 한다. 이때, 전원 연결 장치(100)와 연결되는 배터리 셀의 개수는 4개에 한정되지 않음을 유의한다.
한편, 부하(L)는 제1 배터리 셀 내지 제n 배터리 셀의 전압을 측정하고, 충전 상태를 제어 및 모니터링하는 배터리 관리 장치일 수 있다.
전원 연결 장치(100)는 직렬로 연결된 제1 배터리 셀(B1), 제2 배터리 셀(B2), 제3 배터리 셀(B3) 및 제4 배터리 셀(B4)과 부하(L)를 전기적으로 연결시킬 수 있다. 전원 연결 장치(100)와 연결되는 배터리 셀들(B1, ..., B4)은 제1 배터리 셀(B1), 제2 배터리 셀(B2), 제3 배터리 셀(B3) 및 제4 배터리 셀(B4) 순으로 직렬 연결될 수 있다. 즉, 제1 배터리 셀(B1)의 양극 단자에는 가장 높은 전압이 인가되고, 제4 배터리 셀(B4)의 음극 단자에는 가장 낮은 전압이 인가될 수 있다.
이러한, 배터리 셀들(B1, ..., B4) 사이에는 노드(N1, ..., N3)들이 위치할 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 배터리 셀(B1)과 제2 배터리 셀(B2)사이에는 제1 노드(N1)가 위치하고, 제2 배터리 셀(B2)과 제3 배터리 셀(B3)사이에는 제2 노드(N2)가 위치하고, 제3 배터리 셀(B3)과 제4 배터리 셀(B4)사이에는 제3 노드(N3)가 위치할 수 있다.
한편, 배터리 셀들(B1, ..., B4)은 전기적으로 연결된 배터리 커넥터(BC)의 배터리 단자들(BT1, ..., BT5)를 통해, 전원 연결 장치(100)에 전기적으로 연결되고, 물리적으로 체결될 수 있다.
이러한, 배터리 커넥터(BC)는 제1 배터리 단자(BT1), 제2 배터리 단자(BT2), 제3 배터리 단자(BT3), 제4 배터리 단자(BT4) 및 제5 배터리 단자(BT5)를 구비할 수 있다.
제1 배터리 단자(BT1)는 제1 배터리 셀(B1)의 양극 단자(+)와 전기적으로 연결되고, 제2 배터리 단자(BT2)는 제1 노드(N1)와 전기적으로 연결되고, 제3 배터리 단자(BT3)는 제2 노드(N2)와 전기적으로 연결되고, 제4 배터리 단자(BT4)는 제3 노드(N3)와 전기적으로 연결되고, 제5 배터리 단자(BT5)는 제4 배터리 셀(B4)의 음극 단자(-)와 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전원 단자 연결 장치(100)는 제1 전원 단자 내지 제n+1 전원 단자를 구비하는 전원 커넥터(PC)를 포함할 수 있다. 전원 커넥터(PC)는 배터리 셀의 총 개수 4개에 대응하여 제1 전원 단자(PT1), 제2 전원 단자(PT2), 제3 전원 단자(PT3), 제4 전원 단자(PT4) 및 제5 전원 단자(PT5)를 구비할 수 있다.
전원 커넥터(PC)는 배터리 단자(BC)와 물리적으로 체결되고, 전원 커넥터(PC)와 배터리 단자(BC)가 체결되면 제1 전원 단자(PT1), 제2 전원 단자(PT2), 제3 전원 단자(PT3), 제4 전원 단자(PT4) 및 제5 전원 단자(PT5)는 각각 제1 배터리 단자(BT1), 제2 배터리 단자(BT2), 제3 배터리 단자(BT3), 제4 배터리 단자(BT4) 및 제5 배터리 단자(BT5)와 전기적으로 연결될 수 있다.
한편, 전원 연결 장치(100)와 연결되는 부하(L)는 구동을 위한 전원을 입력받는 제1 입력 단자 내지 제n 입력 단자를 포함할 수 있다. 부하(L)는 배터리 셀의 총 개수 4개에 대응하여 제1 입력 단자(IT1), 제2 입력 단자(IT2), 제3 입력 단자(IT3) 및 제4 입력 단자(IT4)를 포함할 수 있다. 이때, 제1 입력 단자(IT1), 제2 입력 단자(IT2), 제3 입력 단자(IT3) 및 제4 입력 단자(IT4)는 내압 전압값이 제1 입력 단자(IT1), 제2 입력 단자(IT2), 제3 입력 단자(IT3) 및 제4 입력 단자(IT4) 순으로 클 수 있다. 여기서, 내압 전압값은 제1 입력 단자(IT1), 제2 입력 단자(IT2), 제3 입력 단자(IT3) 및 제4 입력 단자(IT4) 각각에 인가 가능한 전압값의 최대치일 수 있다. 다시 말해, 제1 입력 단자(IT1)는 내압 전압값이 가장 클 수 있으며, 제2 입력 단자(IT2)는 내압 전압값이 두번째로 클 수 있으며, 제3 입력 단자(IT3)는 내압 전압값이 세번째로 클 수 있으며, 제4 입력 단자(IT4)는 내압 전압값이 가장 작을 수 있다. 한편, 전원 연결 장치(100)와 연결되는 부하(L)는 접지 단자(GT)를 더 포함할 수 있다. 접지 단자(GT)는 부하(L) 내부의 접지와 연결될 수 있다.
전원 연결 장치(100)는 제1 전원 경로 내지 제n+1 전원 경로, 제1 스위치 소자 내지 제n 스위치 소자, 제1 제어 경로 내지 제n 제어 경로를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 전원 연결 장치(100)과 연결되는 배터리 셀의 총 개수가 4개인 경우, 전원 연결 장치(100)는 제1 전원 경로(PL1) 내지 제5 전원 경로(PL5), 제1 스위치 소자(SW1) 내지 제4 스위치 소자(SW4), 제1 제어 경로(CL1) 내지 제4 제어 경로(CL4)를 포함할 수 있다.
제1 전원 경로(PL1)는 제1 전원 단자(PT1)와 제1 입력 단자(CT1)를 전기적으로 연결시킴으로써, 전원 커넥터(PT)와 배터리 커넥터(BT)가 체결되면 제1 배터리 셀(B1)의 양극 단자(+)와 부하(L)의 제1 입력 단자(CT1)를 전기적으로 연결시킬 수 있다.
제2 전원 경로(PL2)는 제2 전원 단자(PT2)와 제2 입력 단자(CT2)를 전기적으로 연결시킴으로써, 전원 커넥터(PT)와 배터리 커넥터(BT)가 체결되면 제1 노드(N1)와 부하(L)의 제2 입력 단자(CT2)를 전기적으로 연결시킬 수 있다.
제3 전원 경로(PL3)는 제3 전원 단자(PT3)와 제3 입력 단자(CT3)를 전기적으로 연결시킴으로써, 전원 커넥터(PT)와 배터리 커넥터(BT)가 체결되면 제2 노드(N2)와 부하(L)의 제3 입력 단자(CT3)를 전기적으로 연결시킬 수 있다.
제4 전원 경로(PL4)는 제4 전원 단자(PT4)와 제4 입력 단자(CT4)를 전기적으로 연결시킴으로써, 전원 커넥터(PT)와 배터리 커넥터(BT)가 체결되면 제3 노드(N3)와 부하(L)의 제4 입력 단자(CT4)를 전기적으로 연결시킬 수 있다.
제5 전원 경로(PL5)는 제5 전원 단자(PT5)와 접지 단자(GT)를 전기적으로 연결시킴으로써, 전원 커넥터(PT)와 배터리 커넥터(BT)가 체결되면 제4 배터리 셀(B4)의 음극 단자(-)와 부하(L)의 접지 단자(GT)를 전기적으로 연결시킬 수 있다.
이에 따라, 제1 스위치 소자(SW1), 제2 스위치 소자(SW2), 제3 스위치 소자(SW3) 및 제4 스위치 소자(SW4)가 모두 턴 온 상태인 경우, 제1 입력 단자(IT1)에는 제1 배터리 셀(B1)의 전압이 인가되고, 제2 입력 단자(IT2)에는 제2 배터리 셀(B2)의 전압이 인가되고, 제3 입력 단자(IT3)에는 제3 배터리 셀(B3)의 전압이 인가되고, 제4 입력 단자(IT4)에는 제4 배터리 셀(B4)의 전압이 인가될 수 있다.
여기서, 턴 온 상태는 스위치 소자의 점접이 접촉되어 스위치 소자의 일단과 타단이 전기적으로 연결된 상태를 의미하고, 반대로, 턴 오프 상태는 스위치 소자의 점접이 분리되어 스위치 소자의 일단과 타단이 전기적으로 차단된 상태를 의미한다.
제1 스위치 소자(SW1), 제2 스위치 소자(SW2), 제3 스위치 소자(SW3) 및 제4 스위치 소자(SW4)는 제1 전원 경로(PL1), 제2 전원 경로(PL2), 제3 전원 경로(PL3) 및 제4 전원 경로(PL4)에 각각 설치되어 제1 전원 경로(PL1), 제2 전원 경로(PL2), 제3 전원 경로(PL3) 및 제4 전원 경로(PL4)를 통전 또는 차단시킬 수 있다.
보다 구체적으로, 제1 스위치 소자(SW1)는 제1 전원 경로(PL1) 상에 설치되어 제1 전원 경로(PL1)의 전기적 흐름을 통전 또는 차단시키고, 제2 스위치 소자(SW2)는 제2 전원 경로(PL2) 상에 설치되어 제2 전원 경로(PL2)의 전기적 흐름을 통전 또는 차단시키고, 제3 스위치 소자(SW3)는 제3 전원 경로(PL3) 상에 설치되어 제3 전원 경로(PL3)의 전기적 흐름을 통전 또는 차단시키고, 제4 스위치 소자(SW4)는 제4 전원 경로(PL4) 상에 설치되어 제4 전원 경로(PL4)의 전기적 흐름을 통전 또는 차단시킬 수 있다.
여기서, 제1 스위치 소자(SW1)는 P채널 모스펫일 수 있다. 또한, 제2 스위치 소자(SW2), 제3 스위치 소자(SW3) 및 제4 스위치 소자(SW4)는 N채널 모스펫일 수 있다.
한편, 제1 스위치 소자(SW1), 제2 스위치 소자(SW2), 제3 스위치 소자(SW3) 및 제4 스위치 소자(SW4)는 입력되는 전압에 따라 동작 상태가 변경되는 제어 단자를 포함할 수 있다.
즉, 제1 스위치 소자(SW1), 제2 스위치 소자(SW2), 제3 스위치 소자(SW3) 및 제4 스위치 소자(SW4)는 제어 단자에 입력되는 전압에 대응하여 동작 상태가 턴 온 또는 턴 오프로 변경될 수 있다.
여기서, 제어 단자는 제1 스위치 소자(SW1)가 P채널 모스펫인 경우 게이트 단자이고, 제2 스위치 소자(SW2), 제3 스위치 소자(SW3) 및 제4 스위치 소자(SW4)가 N채널 모스펫인 경우 게이트 단자일 수 있다.
이때, 제1 스위치 소자(SW1), 제2 스위치 소자(SW2), 제3 스위치 소자(SW3) 및 제4 스위치 소자(SW4) 각각의 제어 단자는 제1 제어 경로(CL1), 제2 제어 경로(CL2), 제3 제어 경로 및 제4 제어 경로(CL4)와 전기적으로 연결될 수 있다.
이를 통해, 제1 제어 경로(CL1), 제2 제어 경로(CL2), 제3 제어 경로 및 제4 제어 경로(CL4)는 각각 제1 스위치 소자(SW1), 제2 스위치 소자(SW2), 제3 스위치 소자(SW3) 및 제4 스위치 소자(SW4) 각각의 제어 단자와 제5 전원 경로(PL5), 제1 전원 경로(PL1), 제2 전원 경로(PL2) 및 제3 전원 경로(PL3)를 각각 전기적으로 연결시킬 수 있다.
보다 구체적으로, 제1 제어 경로(CL1)는 제1 스위치 소자(SW1)의 제어 단자와 제5 전원 경로(PL5)를 전기적으로 연결시킬 수 있다. 또한, 제2 제어 경로(CL2)는 제2 스위치 소자(SW2)의 제어 단자와 제1 전원 경로(PL1)의 타단을 전기적으로 연결시킬 수 있다. 또한, 제3 제어 경로(CL3)는 제3 스위치 소자(SW3)의 제어 단자와 제2 전원 경로(PL2)의 타단을 전기적으로 연결시킬 수 있다. 또한, 제4 제어 경로(CL4)는 제4 스위치 소자(SW4)의 제어 단자와 제3 전원 경로(PL3)의 타단을 전기적으로 연결시킬 수 있다.
부하(L)에 장착된 전원 연결 장치(100)의 전원 커넥터(PC)와 배터리 커넥터(BC)가 체결되기 전에는 제1 스위치 소자(SW1), 제2 스위치 소자(SW2), 제3 스위치 소자(SW3) 및 제4 스위치 소자(SW4) 각각의 제어 단자에 전압이 인가되지 않으므로 턴 오프 상태를 유지할 수 있다.
이후, 부하(L)에 장착된 전원 연결 장치(100)의 전원 커넥터(PC)와 배터리 커넥터(BC)가 체결되면, 제1 스위치 소자(SW1)의 제어 단자에 전압이 인가되어 동작 상태가 턴 온 상태로 변경될 수 있다.
이에 따라, 제2 스위치 소자(SW2), 제3 스위치 소자(SW3) 및 제4 스위치 소자(SW4)를 제외한 제1 스위치 소자(SW1)만이 턴 온 상태로 변경됨으로써, 제1 전원 경로(P1)와 제1 전원 경로(P1)에 전기적으로 연결된 제1 입력 단자(CT1)에는 제1 배터리 셀(B1), 제2 배터리 셀(B2), 제3 배터리 셀(B3) 및 제4 배터리 셀(B4) 각각의 셀 전압의 합성 전압이 인가될 수 있다.
예를 들어, 제1 배터리 셀(B1), 제2 배터리 셀(B2), 제3 배터리 셀(B3) 및 제4 배터리 셀(B4) 각각의 셀 전압이 Vb인 경우, 제1 전원 경로(P1)와 제1 입력 단자(CT1) 각각에는 전압 4Vb가 인가될 수 있다.
이때, 제1 입력 단자(CT1)는 내압 전압값이 제1 배터리 셀(B1), 제2 배터리 셀(B2), 제3 배터리 셀(B3) 및 제4 배터리 셀(B4) 각각의 셀 전압의 합성 전압 보다 클 수 있다.
한편, 제1 전원 경로(P1)에 제1 배터리 셀(B1), 제2 배터리 셀(B2), 제3 배터리 셀(B3) 및 제4 배터리 셀(B4)의 각 셀 전압의 합성 전압이 인가되면, 제2 제어 경로(CL2)에도 제1 배터리 셀(B1), 제2 배터리 셀(B2), 제3 배터리 셀(B3) 및 제4 배터리 셀(B4)의 각 셀 전압의 합성 전압이 인가될 수 있다. 이에 따라, 제2 스위치 소자(SW2)는 동작 상태가 턴 온 상태로 변경될 수 있다.
이에 따라, 제1 스위치 소자(SW1)는 턴 온 상태를 유지하고, 제2 스위치 소자(SW2)는 턴 온 상태로 변경되며, 제3 스위치 소자(SW3) 및 제4 스위치 소자(SW4)는 턴 오프 상태를 유지하면, 제1 전원 경로(P1)와 제1 입력 단자(CT1)에는 제1 배터리 셀(B1)의 셀 전압만이 인가되고, 제2 전원 경로(P2)와 제2 전원 경로(P2)에 전기적으로 연결된 제2 입력 단자(CT2)에는 제2 배터리 셀(B2), 제3 배터리 셀(B3) 및 제4 배터리 셀(B4) 각각의 셀 전압의 합성 전압이 인가될 수 있다.
예를 들어, 제1 전원 경로(P1)와 제1 입력 단자(CT1) 각각에는 Vb 전압이 인가될 수 있다. 또한, 제2 전원 경로(P2)와 제2 입력 단자(CT2) 각각에는 3Vb 전압이 인가될 수 있다.
이때, 제2 입력 단자(CT2)는 내압 전압값이 제2 배터리 셀(B2), 제3 배터리 셀(B3) 및 제4 배터리 셀(B4) 각각의 셀 전압의 합성 전압 보다 크고, 제1 배터리 셀(B1), 제2 배터리 셀(B2), 제3 배터리 셀(B3) 및 제4 배터리 셀(B4) 각각의 셀 전압의 합성 전압 보다 작을 수 있다.
한편, 제2 전원 경로(P2)에 제2 배터리 셀(B2), 제3 배터리 셀(B3) 및 제4 배터리 셀(B4)의 각 셀 전압의 합성 전압이 인가되면, 제3 제어 경로(CL3)에도 제2 배터리 셀(B2), 제3 배터리 셀(B3) 및 제4 배터리 셀(B4)의 각 셀 전압의 합성 전압이 인가될 수 있다. 이에 따라, 제3 스위치 소자(SW3)는 동작 상태가 턴 온 상태로 변경될 수 있다.
이에 따라, 제1 스위치 소자(SW1) 및 제2 스위치 소자(SW2)는 턴 온 상태를 유지하고, 제3 스위치 소자(SW3)는 턴 온 상태로 변경되며, 제4 스위치 소자(SW4)는 턴 오프 상태를 유지하면, 제1 전원 경로(P1)와 제1 입력 단자(CT1)에는 제1 배터리 셀(B1)의 셀 전압만이 인가되고, 제2 전원 경로(P2)와 제2 입력 단자(CT2)에는 제2 배터리 셀(B2)의 셀 전압만이 인가되고, 제3 전원 경로(P3)와 제3 전원 경로(P3)에 전기적으로 연결된 제3 입력 단자(CT3)에는 제3 배터리 셀(B3) 및 제4 배터리 셀(B4) 각각의 셀 전압의 합성 전압이 인가될 수 있다.
예를 들어, 제1 전원 경로(P1), 제1 입력 단자(CT1), 제2 전원 경로(P2) 및 제2 입력 단자(CT2) 각각에는 Vb 전압이 인가될 수 있다. 또한, 제3 전원 경로(P3)와 제3 입력 단자(CT3) 각각에는 2Vb 전압이 인가될 수 있다.
이때, 제3 입력 단자(CT3)는 내압 전압값이 제3 배터리 셀(B3) 및 제4 배터리 셀(B4) 각각의 셀 전압의 합성 전압 보다 크고, 제2 배터리 셀(B2), 제3 배터리 셀(B3) 및 제4 배터리 셀(B4) 각각의 셀 전압의 합성 전압 보다 작을 수 있다.
한편, 제3 전원 경로(P3)에 제3 배터리 셀(B3) 및 제4 배터리 셀(B4)의 각 셀 전압의 합성 전압이 인가되면, 제4 제어 경로(CL4)에도 제3 배터리 셀(B3) 및 제4 배터리 셀(B4)의 각 셀 전압의 합성 전압이 인가될 수 있다. 이에 따라, 제4 스위치 소자(SW4)는 동작 상태가 턴 온 상태로 변경될 수 있다.
이에 따라, 제1 스위치 소자(SW1), 제2 스위치 소자(SW2) 및 제3 스위치 소자(SW3)는 턴 온 상태를 유지하고, 제4 스위치 소자(SW3)는 턴 온 상태로 변경되면, 제1 전원 경로(P1)와 제1 입력 단자(CT1)에는 제1 배터리 셀(B1)의 셀 전압만이 인가되고, 제2 전원 경로(P2)와 제2 입력 단자(CT2)에는 제2 배터리 셀(B2)의 셀 전압만이 인가되고, 제3 전원 경로(P3)와 제3 입력 단자(CT3)에는 에는 제4 배터리 셀(B4)의 셀 전압만이 인가되고, 제4 전원 경로(P4)와 제4 전원 경로(P4)에 전기적으로 연결된 제4 입력 단자(CT4)에는 제4 배터리 셀(B4)의 셀 전압만이 인가될 수 있다.
예를 들어, 제1 전원 경로(P1), 제1 입력 단자(CT1), 제2 전원 경로(P2) 및 제2 입력 단자(CT2), 제3 전원 경로(P3), 제3 입력 단자(CT3), 제4 전원 경로(P4) 및 제4 입력 단자(CT4) 각각에는 Vb 전압이 인가될 수 있다.
이때, 제4 입력 단자(CT4)는 내압 전압값이 제4 배터리 셀(B4)의 셀 전압 보다 크고, 제3 배터리 셀(B3) 및 제4 배터리 셀(B4) 각각의 셀 전압의 합성 전압 보다 작을 수 있다.
이에 따라, 부하(L)에 장착된 전원 연결 장치(100)의 전원 커넥터(PC)와 배터리 커넥터(BC)가 체결되면, 제1 스위치 소자(SW1) 내지 제4 스위치 소자(SW4)가 차례로 턴 온 상태로 변경되고, 제1 입력 단자(CT1) 내지 제4 입력 단자(CT4)에 각각 4Vb, 3Vb, 2Vb 및 Vb 전압이 차례로 인가될 수 있다.
이를 통해, 본 발명에 따른 전원 연결 장치(100)는 제1 입력 단자(CT1) 내지 제4 입력 단자(CT4) 각각의 내압 전압값을 고려하여 제1 배터리 셀(B1), 제2 배터리 셀(B2), 제3 배터리 셀(B3) 및 제4 배터리 셀(B4)과 부하(L)를 전기적으로 연결시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전원 연결 장치에 대해 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전원 연결 장치의 전원 커넥터(PC')와 배터리 커넥터(BC)의 물리적 형상 및 결합 구조를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전원 연결 장치는 본 발명의 일 실시예에 따른 전원 연결 장치(100) 대비 전원 커넥터(PC')의 물리적 형상만이 상이할 뿐, 포함된 구성 요소와 각 구성 요소의 역할은 동일할 수 있다. 이에 따라, 반복되는 설명은 생략하도록 한다.
상기 전원 커넥터(PC')는 제1 전원 단자 내지 제n+1 전원 단자, 제1 탄성 부재 내지 제n+1 탄성 부재를 구비할 수 있다. 상술한 바와 같이, 전원 커넥터(PC')는 배터리 셀의 총 개수 4개에 대응하여 제1 전원 단자(PT1'), 제2 전원 단자(PT2'), 제3 전원 단자(PT3'), 제4 전원 단자(PT4') 및 제5 전원 단자(PT5')를 구비할 수 있다. 또한, 전원 커넥터(PC')는 배터리 셀의 총 개수 4개에 대응하여 제1 탄성 부재(S1), 제2 탄성 부재(S2), 제3 탄성 부재(S3), 제4 탄성 부재(S4) 및 제5 탄성 부재(S5)를 구비할 수 있다.
참고로, 상술한 바와 같이, 배터리 커넥터(BC)는 제1 배터리 단자 내지 제n 배터리 단자를 구비할 수 있으며, 배터리 셀의 총 개수 4개에 대응하여 제1 배터리 단자(BT1) 내지 제5 배터리 단자(BT5)를 구비할 수 있다. 이때, 제1 배터리 단자(BT1) 내지 제5 배터리 단자(BT5)는 동일한 길이를 가지는 금속 핀(Pin) 형태로 형성될 수 있다.
한편, 다른 실시예에 따른 전원 연결 장치는 일 실시예에 따른 전원 연결 장치(100)와 동일하게 제1 전원 경로 내지 제n+1 전원 경로를 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 다른 실시예에 따른 전원 연결 장치와 연결되는 배터리 셀의 총 개수가 4개인 경우, 다른 실시예에 따른 전원 연결 장치는 제1 전원 경로(PL1), 제2 전원 경로(PL2), 제3 전원 경로(PL3), 제4 전원 경로(PL4) 및 제5 전원 경로(PL5)를 포함할 수 있다.
이때, 제1 전원 단자(PT1') 내지 제5 전원 단자(PT5')는 각각 제1 탄성 부재(S1) 내지 제5 탄성 부재(S5)의 일단과 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 탄성 부재(S1) 내지 제5 탄성 부재(S5)는 타단이 제1 전원 경로(PL1) 내지 제5 전원 경로(PL5)와 각각 전기적으로 연결될 수 있다.
전원 커넥터(PC')와 배터리 커넥터(BC)가 결합 시, 제1 배터리 단자(BT1) 내지 제5 배터리 단자(BT5)는 각각 제1 전원 단자(PT1') 내지 제5 전원 단자(PT5')를 향해 삽입되어 전기적으로 연결될 수 있다.
이때, 제1 탄성 부재(S1) 내지 제5 탄성 부재(S5)는 외력을 받아 압축되기 전의 무압축 길이(d1, ..., d5)가 제1 전원 단자(PT1') 내지 제5 전원 단자(PT5')와 제1 배터리 단자(BT1) 내지 제5 배터리 단자(BT5) 간의 접촉 순서에 대응하여 상이할 수 있다.
보다 구체적으로, 제1 탄성 부재(S1)와 제5 탄성 부재(S5)는 제1 배터리 단자(BT1)와 제1 전원 단자(PT1'), 제5 배터리 단자(BT5)와 제5 전원 단자(PT5')가 가장 먼저 접촉되도록 무압축 길이(d1, d5)가 첫번째로 길수 있다.
또한, 제2 탄성 부재(S2)는 제2 배터리 단자(BT2)와 제2 전원 단자(PT2')가 두번째로 접촉되도록 무압축 길이(d2)가 두번째로 길수 있다. 또한, 제3 탄성 부재(S3)는 제3 배터리 단자(BT3)와 제3 전원 단자(PT3')가 가장 세번째로 접촉되도록 무압축 길이(d3)가 세번째로 길수 있다. 또한, 제4 탄성 부재(S4)는 제4 배터리 단자(BT4)와 제4 전원 단자(PT4')가 네번째로 접촉되도록 무압축 길이(d4)가 네번째로 길수 있다.
이러한 본 발명에 구성에 따르면, 전원 단자와 전기적으로 연결된 탄성 부재의 무압축 길이가 상이함으로써, 전원 커넥터(PC')와 배터리 커넥터(BC)가 결합 시, 전원 단자와 배터리 단자가 시간차를 가지고 접촉하여 부하의 입력 단자 각각에 내압 전압값 이상의 전압이 인가되는 현상을 방지할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 배터리 팩은 상술된 본 발명에 따른 전원 연결 장치를 포함할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 배터리 팩에 포함된 배터리 관치 장치에 전원을 연결하는 경우, 상술된 본 발명에 따른 전원 연결 장치를 이용하여 연결함으로써, 배터리 관리 장치에 고전압이 인가되어 배터리 관리 장치가 파손되는 현상을 방지할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
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.
또한, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다.
100: 전원 연결 장치
PC: 전원 커넥터
PT1, PT2, PT3, PT4, PT5: 제1 전원 단자 내지 제5 전원 단자
SW1, SW2, SW3, SW4: 제1 스위치 소자 내지 제4 스위치 소자
PL1, PL2, PL3, PL4, PL5: 제1 전원 경로 내지 제5 전원 경로
CL1, CL2, CL3, CL4: 제1 제어 경로 내지 제4 제어 경로
BC: 배터리 커넥터
B1, B2, B3, B4: 제1 배터리 셀 내지 제4 배터리 셀
BT1, BT2, BT3, BT4, BT5: 제1 배터리 단자 내지 제5 배터리 단자
L: 부하
IT1, IT2, IT3, IT4: 제1 입력 단자 내지 제4 입력 단자
GT: 접지 단자

Claims (7)

  1. 직렬로 연결된 제1 배터리 셀 내지 제n 배터리 셀과 부하를 전기적으로 연결시키는 전원 연결 장치에 있어서,
    상기 제1 배터리 셀의 양극 단자와 상기 부하의 제1 입력 단자를 전기적으로 연결시키는 제1 전원 경로;
    상기 제n 배터리 셀의 음극 단자와 상기 부하의 접지 단자를 전기적으로 연결시키는 제n+1 전원 경로;
    상기 제1 배터리 셀 내지 상기 제n 배터리 셀 사이 각각의 제1 노드 내지 제n-1 노드와 상기 부하의 제2 입력 단자 내지 제n 입력 단자를 전기적으로 연결시키는 제2 전원 경로 내지 제n 전원 경로;
    상기 제1 전원 경로 내지 상기 제n 전원 경로에 각각 설치되어 상기 제1 전원 경로 내지 상기 제n 전원 경로를 통전 또는 차단시키는 제1 스위치 소자 내지 제n 스위치 소자;
    상기 제1 스위치 소자 내지 상기 제n 스위치 소자 각각의 제어 단자와 상기 제n+1 전원 경로 및 상기 제1 전원 경로 내지 상기 제n-1 전원 경로를 각각 전기적으로 연결시키는 제1 제어 경로 내지 제n 제어 경로를
    포함하는 전원 연결 장치.

  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 입력 단자 내지 상기 제n 입력 단자는,
    각각의 내압 전압값이 상기 제1 입력 단자 내지 상기 제n 입력 단자 순으로 작아지도록 구성된 것을 특징으로 하는 전원 연결 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 스위치 소자는
    상기 제n 배터리 셀의 음극 단자와 상기 접지 단자 사이에 인가된 전압이 상기 제1 제어 경로를 통해 제어 단자에 인가되어 턴 온 상태로 변경되는 전원 연결 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 스위치 소자 내지 상기 제n 스위치 소자는
    상기 제1 전원 경로 내지 상기 제n-1 전원 경로에 인가된 전압이 각각 상기 제2 제어 경로 내지 상기 제n-1 제어 경로를 통해 제어 단자에 인가되어 턴 온 상태로 변경되는 전원 연결 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 스위치 소자는
    P채널 모스펫인 전원 연결 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 스위치 소자 내지 상기 제n 스위치 소자는
    N채널 모스펫인 전원 연결 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 전원 연결 장치를 포함하는 배터리 팩.
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