KR102398245B1 - 배터리 팩 및 상기 배터리 팩을 사용한 버스바 개방 여부 감지 방법 - Google Patents

배터리 팩 및 상기 배터리 팩을 사용한 버스바 개방 여부 감지 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 목적은 단위 배터리들 간을 연결하는 버스바가 파손 등에 의해 개방될 경우 이를 감지해 내고, 또한 버스바 파손 시 발생되는 역전압에 의해 배터리 관리 보드가 손상되는 문제를 방지하는, 버스바 연결상태 보호회로가 구비된 배터리 팩을 제공함에 있다. 본 발명의 다른 목적은, 상기 배터리 팩을 사용하여 버스바 개방 여부를 용이하게 감지해 낼 수 있는, 상기 배터리 팩을 사용한 버스바 개방 여부 감지 방법을 제공함에 있다.

Description

배터리 팩 및 상기 배터리 팩을 사용한 버스바 개방 여부 감지 방법 {Battery pack and method for detecting busbar open using the battery pack}
본 발명은 버스바 개방 감지 및 역전압 방지를 위한 버스바 연결상태 보호회로가 구비된 배터리 팩 및 상기 배터리 팩을 사용한 버스바 개방 여부 감지 방법에 관한 것이다.
최근 환경오염 문제가 점차 심각해짐에 따라 다양한 분야에서 화석연료의 사용을 줄이고 대체동력을 사용하고자 하는 시도가 활발히 이루어지고 있다. 그 중 한 가지로서 자동차 분야에 있어서도 전기 자동차 또는 화석연료 및 전기를 함께 사용하여 화석연료의 사용량을 줄이는 하이브리드 자동차 등이 개발되어 상용화되어 가고 있는 시점이다.
이러한 전기 자동차를 운용하기 위해서는 매우 고용량의 배터리 팩을 필요로 하며, 이러한 배터리 팩은 단위 배터리들 및 단위 배터리들을 서로 전기적으로 연결하는 버스바들을 포함하여 이루어진다. 일반적으로 버스바는 금속 도체로 된 바 형태로 형성되며, 단위 배터리들의 전극에 나사 결합 등을 통해 접속되도록 이루어진다.
도 1은 이처럼 단위 배터리들 및 단위 배터리들을 연결하는 버스바들로 이루어지는 배터리 팩의 간략한 회로도를 도시하고 있다. 각 단위 배터리(Cell 1, 2, 3, 4)들에는 밸런싱회로가 구비되어 있으며, 단위 배터리들 소수 개가 모여 모듈을 이루고(Module 1, 2), 이러한 모듈들이 비로소 버스바(Busbar)에 의해 서로 연결된다.
앞서 설명한 바와 같이 버스바는 일반적으로 나사 결합 등에 의해 전극과 접속되도록 이루어진다. 한편 자동차의 운용 특성상 외부 진동이 지속적으로 발생하는 것이 불가피하며, 이러한 진동에 의하여 나사가 풀리게 되는 경우가 발생하기도 한다. 이처럼 버스바의 접속이 풀려 예상치 못한 버스바의 개방이 이루어질 경우, 단순히 모듈 간 전기적 접속이 끊기는 것 뿐만 아니라 다음과 같은 문제가 발생하게 된다.
도 2는 도 1의 배터리 팩에서 가운데의 버스바가 개방된 상태의 회로도를 도시하고 있다. 도시된 바와 같이 원래의 회로에서 버스바가 단위 배터리의 밸런싱 경로에 포함되어 있기 때문에, 버스바가 갑작스럽게 개방될 경우 도 2의 진한 선으로 표시된 것과 같은 식으로 전류가 흐르게 된다. 즉, 버스바로 흘러야 하는 대전류가 밸런싱 경로로 흐르게 되어 역전압 관계가 형성됨으로써, 결과적으로 배터리 관리 보드가 손상되는 문제가 발생하게 된다. 도 3은 버스바 개방 시 역전압이 되는 등가회로를 도시한 것이다.
과전류 발생으로부터 시스템을 보호하고자 하는 장치들은 다양한 형태로 많이 개시되어 있다. 한 예로 한국공개특허 제2015-0099193호("이차 전지 모듈", 이하 선행문헌)에서는, 버스바에 의해 병렬로 연결되는 단위 전지셀들로 이루어지는 이차 전지 모듈을 개시하고 있다. 선행문헌에서는 전극들을 병렬로 연결하는 버스바 외에도 전극들 사이에 외부퓨즈가 병렬로 더 연결되도록 하여, 과전류가 흐를 때 외부퓨즈로 전류가 흘러함으로써 빨리 멜팅되어 끊어지게 하고 있다.
선행문헌과 같은 기술은 단순히 퓨즈를 이용해서 전류가 흐르는 경로를 단락시키는 것일 뿐이며, 또한 선행문헌에서는 단위 배터리들이 병렬로 연결되는 반면 여기에서 해결하고자 하는 문제의 경우 단위 배터리들이 직렬로 연결되는 것으로 회로 구성 자체가 전혀 상이하다. 즉 선행문헌과 같은 방식의 기술로는 앞서 설명한 버스바 개방 시 밸런싱회로로 전류가 흘러 역전압이 걸리게 되는 문제, 또한 이에 따라 배터리 관리 보드가 손상되는 문제를 해결하기 어렵다.
이처럼, 각각이 밸런싱회로를 포함하여 이루어지는 복수 개의 단위 배터리들이 버스바에 의해 직렬로 연결되어 있는 경우에 대하여, 버스바 개방 시 발생되는 역전압 발생 및 그에 따른 시스템 손상 문제를 해결할 수 있는 새로운 구성에 대한 요구가 있다.
1. 한국공개특허 제2015-0099193호("이차 전지 모듈")
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 단위 배터리들 간을 연결하는 버스바가 파손 등에 의해 개방될 경우 이를 감지해 내고, 또한 버스바 파손 시 발생되는 역전압에 의해 배터리 관리 보드가 손상되는 문제를 방지하는, 버스바 연결상태 보호회로가 구비된 배터리 팩을 제공함에 있다. 본 발명의 다른 목적은, 상기 배터리 팩을 사용하여 버스바 개방 여부를 용이하게 감지해 낼 수 있는, 상기 배터리 팩을 사용한 버스바 개방 여부 감지 방법을 제공함에 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 버스바 개방 감지 및 역전압 방지를 위한 버스바 연결상태 보호회로가 구비된 배터리 팩은, 밸런싱회로가 병렬로 연결되는 단위 배터리를 포함하되, 단일 개의 상기 단위 배터리로 이루어지거나 또는 복수 개의 상기 단위 배터리들이 서로 직렬 연결되어 이루어지는 복수 개의 모듈; 인접한 상기 모듈들을 직렬로 연결하도록, 일단은 하나의 상기 모듈의 양극에 연결되고 타단은 인접한 다른 하나의 상기 모듈의 음극에 연결되는 적어도 하나의 버스바; 상기 버스바에 대하여 병렬로 연결되는 보호저항; 을 포함하여 이루어질 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 보호저항의 개수와 상기 버스바의 개수가 동일하게 이루어지고, 상기 보호저항은 일단이 상기 하나의 모듈의 양극에 연결되는 밸런싱회로의 일단과 연결되고, 타단이 상기 다른 하나의 모듈의 음극에 연결되는 밸런싱회로의 타단과 연결될 수 있다.
이 때 상기 배터리 팩은, 상기 버스바가 개방될 경우, 하나의 상기 모듈의 양극으로부터 상기 보호저항을 지나 인접한 다른 하나의 상기 모듈의 음극을 통해 전기가 흐르도록 형성될 수 있다.
또한 상기 보호저항이 복수 개일 경우, 각각의 상기 보호저항의 저항값들이 서로 동일하게 형성되거나 또는 다르게 형성될 수 있다.
또한 본 발명에 따른 버스바 연결상태 보호회로가 구비된 배터리 팩을 사용한 버스바 개방 여부 감지 방법은, 상술한 바와 같은 배터리 팩을 사용하여 버스바 개방 여부를 감지하되, 복수 개의 상기 모듈들이 서로 직렬로 연결되어 이루어지는 모듈결합체의 양단과, 서로 직렬로 연결된 제1저항 및 제2저항의 양단이 연결되는, 전압검출회로 연결단계; 상기 제1저항 및 상기 제2저항 사이에서의 전압값이 검출되는, 전압값 검출단계; 상기 전압값 검출단계에서 검출된 전압값을 사용하여 버스바가 개방되었는지가 판단되는 개방여부 판단단계; 를 포함하여 이루어질 수 있다.
이 때 상기 개방여부 판단단계에서, 상기 모듈결합체의 음극 측에 상기 제1저항이 배치되고 상기 모듈결합체의 양극 측에 상기 제2저항이 배치될 때, 상기 전압값 검출단계에서 검출된 전압값이 하기의 식을 만족하면, 버스바가 정상적으로 연결된 상태인 것으로 판단될 수 있다.
V = Vpack*R1/(R1+R2)
(여기에서, V : 검출된 전압값, Vpack : 상기 모듈결합체의 양단간 전??값, R1 : 제1저항의 저항값, R2 : 제2저항의 저항값)
또는 상기 개방여부 판단단계에서, 상기 모듈결합체의 음극 측에 상기 제1저항이 배치되고 상기 모듈결합체의 양극 측에 상기 제2저항이 배치되고, 상기 모듈결합체에 포함되는 상기 버스바들 중 적어도 일부가 개방되었을 때, 상기 전압값 검출단계에서 검출된 전압값이 하기의 식을 만족하면, 버스바가 개방된 상태인 것으로 판단될 수 있다.
V = Vpack*R1/(R1+R2+∑R0)
(여기에서, V : 검출된 전압값, Vpack : 상기 모듈결합체의 양단간 전??값, R1 : 제1저항의 저항값, R2 : 제2저항의 저항값, ∑R0 : 버스바 개방 위치에 해당하는 보호저항의 저항값들의 합)
또한 상기 개방여부 판단단계에서, 상기 보호저항의 순번이 상기 모듈결합체의 음극 측에서부터 양극 측으로 순차적으로 1, …, N이라 할 때, N번째 상기 보호저항의 저항값이 2N-1으로 결정되도록 할 경우, 상기 전압값 검출단계에서 검출된 전압값으로부터 산출되는 ∑R0 값을 2진수 변환하였을 때 1이 나타난 자릿수 번째의 버스바가 개방되었다고 판단될 수 있다.
본 발명에 의하면, 각각이 밸런싱회로를 포함하여 이루어지는 복수 개의 단위 배터리들이 버스바에 의해 직렬로 연결되어 있는 경우에 대하여, 버스바 개방 시 발생되는 역전압을 매우 효과적으로 방지할 수 있다. 구체적으로는, 종래의 회로에서 버스바 개방 시 원래 버스바로 흘렀어야 할 대전류가 밸런싱회로로 흘러감으로써 파손이 발생하며, 이에 따라 역전압이 걸림으로써 배터리 관리 보드에 심각한 소손이 발생되는 문제가 있었다. 그러나 본 발명에 의하면 버스바 개방 시 전류가 밸런싱회로로 흘러가는 것을 막아 역전압을 방지함으로써, 결과적으로 밸런싱회로 및 배터리 관리 보드 모두에서 소손이 발생되는 것을 원천적으로 방지해 주는 큰 효과가 있는 것이다.
뿐만 아니라 본 발명에 의하면, 배터리 팩에 버스바 연결상태 보호회로가 구비됨에 따라, 전압검출회로를 사용하여 전압 검출 시에도 정상적인 상태 및 버스바 개방 상태에서 서로 다른 전압값이 검출되게 함으로써, 버스바 개방이 발생되었는지의 여부를 효과적으로 감지해 낼 수 있는 효과 또한 있다.
도 1은 단위 배터리들 및 단위 배터리들을 연결하는 버스바들로 이루어지는 배터리 팩의 회로도.
도 2는 도 1의 배터리 팩에서 가운데의 버스바가 개방된 상태의 회로도.
도 3은 버스바 개방 시 역전압이 되는 등가회로.
도 4는 본 발명의 버스바 개방 감지 및 역전압 방지를 위한 버스바 연결상태 보호회로가 구비된 배터리 팩.
도 5는 본 발명의 배터리 팩에서 가운데의 버스바가 개방된 상태의 회로도.
도 6은 본 발명의 배터리 팩에서 전압검출회로를 이용하여 전압 검출 시, 정상 상태 및 버스바 개방 상태 각각에 대한 전압 검출 예시.
도 7 및 도 8은 버스바 개방 상태에 대한 다른 전압 검출 예시.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 버스바 개방 감지 및 역전압 방지를 위한 버스바 연결상태 보호회로가 구비된 배터리 팩 및 상기 배터리 팩을 사용한 버스바 개방 여부 감지 방법을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 버스바 연결상태 보호회로가 구비된 배터리 팩
도 4는 본 발명의 버스바 개방 감지 및 역전압 방지를 위한 버스바 연결상태 보호회로가 구비된 배터리 팩의 회로도를 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 배터리 팩은, 기본적으로 복수 개의 모듈과, 이들을 연결하는 적어도 하나의 버스바와, 상기 버스바에 대하여 병렬로 연결되는 보호저항을 포함하여 이루어진다. 이하에서 각부에 대하여 좀더 구체적으로 설명한다.
상기 모듈은 단위 배터리를 포함하여 이루어지는 것으로서, 상기 단위 배터리는 각각 밸런싱회로가 병렬로 연결된다. 상기 모듈은 단일 개의 상기 단위 배터리로 이루어질 수도 있고, 복수 개의 상기 단위 배터리들로 이루어질 수도 있다. 상기 모듈이 복수 개의 상기 단위 배터리들로 이루어질 경우, 상기 단위 배터리들은 서로 직렬로 연결되어 이루어진다. 도 4의 예시에서는, 각각의 모듈(Module1, Module2)이 각각 2개의 단위 배터리(Cell1, Cell2, Cell3, Cell4)를 포함하여 이루어지는 것으로 도시되어 있다.
상기 버스바는 인접한 상기 모듈들을 직렬로 연결한다. 상기 모듈들이 2개라면 상기 버스바는 1개만 있으면 되며, 상기 모듈들이 3개 이상이면 상기 버스바 역시 2개 이상이 된다. 상기 모듈들 및 상기 버스바의 연결상태를 보다 구체적으로 설명하자면, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 버스바의 일단은 하나의 상기 모듈의 양극에 연결되고 타단은 인접한 다른 하나의 상기 모듈의 음극에 연결되게 된다.
종래에는 상기 모듈들 및 이들을 직렬로 연결하는 적어도 하나의 버스바만으로 배터리 팩이 이루어졌다. 그러나 이러한 종래의 배터리 팩에서는 앞서 설명한 바와 같이, 버스바가 예상치 못한 이유로 개방되는 경우에 도 2에 도시된 바와 같이 원래 버스바로 흘렀어야 할 대전류(매우 큰 값의 전류)가 밸런싱회로를 통해 흘러가 버리게 되었다. 이에 따라 일차적으로는 밸런싱회로가 파손될뿐더러 이로 인해 도 3에 도시된 바와 같이 역전압 관계가 형성되어 배터리 관리 보드에까지 심각한 손상이 발생하는 문제가 있었다.
본 발명에서는 바로 이러한 문제를 해소하기 위해, 도 4에 도시되는 바와 같이, 상기 배터리 팩이 상기 버스바에 대하여 병렬로 연결되는 보호저항(R0)을 더 포함하여 이루어지도록 한다. 즉 상기 보호저항은 하나의 상기 버스바에 대해 하나씩 구비되는 것으로, 하나의 배터리 팩 내에서 상기 보호저항의 개수는 상기 버스바의 개수와 동일하게 된다.
상기 보호저항의 연결상태를 보다 구체적으로 설명하자면 다음과 같다. 상술한 바와 같이 하나의 상기 단위 배터리에는 하나의 밸런싱회로가 병렬로 연결된다. 즉 상기 밸런싱회로는, 일단이 상기 단위 배터리의 양극에 연결되고 타단이 음극에 연결되는 형태로 구비되게 된다. 한편, 상기 버스바는 상기 모듈들을 직렬로 연결하는 것으로서, 즉 상기 버스바의 일단은 하나의 상기 모듈의 양극에 연결되고 타단은 인접한 다른 하나의 상기 모듈의 음극에 연결된다. 이 때 상기 보호저항이 상기 버스바에 대하여 병렬로 연결된다는 것은, 상기 보호저항의 일단은 하나의 상기 모듈의 양극에 연결되는 밸런싱회로의 일단과 연결되고, 상기 보호저항의 타단은 인접한 다른 하나의 상기 모듈의 음극에 연결되는 밸런싱회로의 타단과 연결된다는 것이다.
즉 이와 같은 연결상태일 때 상기 배터리 팩은, 상기 버스바가 개방될 경우, 하나의 상기 모듈의 양극으로부터 상기 보호저항을 지나 인접한 다른 하나의 상기 모듈의 음극을 통해 전기가 흐르도록 형성된다. 도 5는 본 발명의 배터리 팩에서 가운데의 버스바가 개방된 상태의 회로도를 도시하고 있으며, 버스바가 개방되었을 때 전류가 흘러가는 경로를 굵은 선으로 표시하고 있다.
일반적으로 버스바는 전선과 같은 취급으로서, 즉 이상적으로는 저항이 0인 것으로 간주된다. 한편 상기 보호저항은 버스바에 비해서는 상대적으로 훨씬 큰 저항값을 가지고 있다. 따라서 정상적인 상태, 즉 버스바가 제대로 연결되어 있는 상태일 때에는 상기 보호저항으로는 거의 전류가 흐르지 않고 버스바로만 전류가 흘러간다. 반면 버스바가 개방된 상태가 되면, 도 5에 보이는 바와 같이 버스바로 흘렀어야 할 대전류가 모두 상기 보호저항을 통해 흐르게 된다. 종래에는 버스바 개방시 대전류가 흐르는 경로 상에 밸런싱회로가 포함되어 있었기 때문에 밸런싱회로의 파손이 발생하였으나, 본 발명의 경우 도 5에 보이는 바와 같이 대전류가 흐르는 경로 상에 상기 보호저항만이 포함되며 밸런싱회로로는 대전류가 흘러가지 않게 되어, 종래의 밸런싱회로 파손 문제를 원천적으로 방지할 수 있다. 물론 종래에 버스바 개방 시 역전압이 걸리는 문제 및 이에 따른 배터리 관리 보드 손상 문제 역시 대전류 경로의 변경으로 인해 원천적으로 방지할 수 있다.
한편, 도 4 및 도 5에서는 가장 단순한 예시로서 2개의 모듈 및 1개의 버스바로 이루어지는 모듈결합체를 도시하고 있으며, 따라서 이 경우 보호저항도 (버스바 개수와 동일하게) 1개 구비된다. 그러나 일반적으로 배터리 팩은 2개보다는 더 많은 개수의 모듈을 포함하여 이루어지며, 따라서 본 발명의 배터리 팩의 경우 복수 개의 보호저항을 포함하여 이루어질 가능성이 높다. 이처럼 상기 보호저항이 복수 개일 경우, 각각의 상기 보호저항의 저항값들이 서로 동일하게 형성되거나 또는 다르게 형성될 수 있다. 상기 보호저항의 저항값들이 어떻게 형성되느냐에 따라 이후 설명될 전압검출회로에서의 검출 전압값이 다르게 나타나게 된다.
본 발명의 버스바 연결상태 보호회로가 구비된 배터리 팩을 사용한 버스바 개방 여부 감지 방법
본 발명의 버스바 연결상태 보호회로가 구비된 배터리 팩은, 상술한 바와 같이 버스바 개방 시 역전압을 방지하여 배터리 팩에 포함된 밸런싱회로나 배터리 관리 보드의 파손을 막을 수 있을 뿐만 아니라, 그 회로 구조 특성상 버스바가 개방되었는지의 여부를 용이하게 감지해 낼 수도 있게 해 준다. 이하에서 본 발명의 배터리 팩을 사용한 버스바 개방 여부 감지 방법은, 전압검출회로 연결단계, 전압값 검출단계, 개방여부 판단단계로 이루어질 수 있는데, 이하에서 각 단계에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
먼저 전압검출회로 연결단계에서는, 먼저 배터리 팩에 전압검출회로를 연결한다. 도 6은 본 발명의 배터리 팩에서 전압검출회로를 이용하여 전압 검출 시, 정상 상태 및 버스바 개방 상태 각각에 대한 전압 검출 예시를 도시하고 있다. 반드시 본 발명의 배터리 팩이 아니더라도, 정상적인 상태 즉 버스바가 개방되지 않고 정상적으로 연결되어 있는 상태의 배터리 팩이라면, 전압검출회로 연결 시 도 6(A)와 같은 형태가 된다. 즉, 복수 개의 상기 모듈들이 서로 직렬로 연결되어 이루어지는 모듈결합체의 양단과, 서로 직렬로 연결된 제1저항 및 제2저항의 양단이 연결된다. 여기에서 '서로 직렬로 연결된 제1저항 및 제2저항'이 바로 전압검출회로가 된다.
다음으로 전압값 검출단계에서는, 이 상태에서 상기 제1저항 및 상기 제2저항 사이에서의 전압값이 검출된다. 여기에서 상기 전압검출회로는, 상기 모듈결합체의 음극 측에 상기 제1저항이 배치되고 상기 모듈결합체의 양극 측에 상기 제2저항이 배치되는 형태로 이루어지는 것으로 한다.
다음으로 개방여부 판단단계에서는, 상기 전압값 검출단계에서 검출된 전압값을 사용하여 버스바가 개방되었는지가 판단된다.
한편 도 6에는 2개의 모듈(Modeul1, Module2)이 버스바에 의해 직렬로 연결되어 있는 예시가 도시되어 있다. 이 때 버스바가 정상적으로 연결된 상태일 경우에는 등가회로가 도 6(A)에 도시된 바와 같이 나타나게 되며, 이 경우 검출되는 전압값은 하기의 식을 만족하게 된다.
V = Vpack*R1/(R1+R2)
(여기에서, V : 검출된 전압값, Vpack : 상기 모듈결합체의 양단간 전??값, R1 : 제1저항의 저항값, R2 : 제2저항의 저항값)
버스바가 개방되는 경우, 본 발명의 배터리 팩의 경우 버스바로 흘러야 하는 대전류가 보호저항(R0)으로 흘러가면서 전압검출회로에서 측정되는 전압값이 변화하게 된다. 즉, 도 6(B)와 같이 되는 경우 검출되는 전압값은 하기의 식을 만족하게 된다.
V = Vpack*R1/(R1+R2+R0)
(여기에서, V : 검출된 전압값, Vpack : 상기 모듈결합체의 양단간 전??값, R1 : 제1저항의 저항값, R2 : 제2저항의 저항값, R0 : 보호저항의 저항값)
즉 도 6과 같은 형태로 된 배터리 팩의 경우 상기 전압값 검출단계에서는, 검출된 전압값이 Vpack*R1/(R1+R2)가 되면 버스바가 정상적으로 연결된 상태인 것으로 판단되고, 검출된 전압값이 Vpack*R1/(R1+R2+R0)가 되면 버스바가 개방된 상태인 것으로 판단될 수 있다.
도 6은 전압검출회로를 연결한 모듈결합체가 모듈 2개, (이들을 연결하는) 버스바 1개로 이루어지는 경우의 예시를 보이고 있지만, 물론 더욱 많은 모듈들 및 버스바들로 이루어지는 모듈결합체에 대해서도 동일한 방식을 적용할 수 있다. 먼저, 만일 버스바들이 하나도 개방되지 않고 모두 정상적으로 연결된 상태인 경우라면, 상기 모듈결합체가 몇 개의 모듈로 이루어졌든 관계없이, 전압검출회로에서 검출되는 전압값은 도 6(A)에서와 똑같이 나오게 될 것이다. 즉 버스바들이 모두 정상적으로 연결된 상태일 때에는, 전압검출회로에서 검출되는 전압값은 Vpack*R1/(R1+R2)가 된다.
도 7 및 도 8은 버스바 개방 상태에 대한 다른 전압 검출 예시를 도시하고 있는데, 이를 통해 보다 일반화된 버스바 개방 감지를 위한 전압값 산출식을 설명한다. 도 7 및 도 8 모두 모듈결합체가 모듈 5개, 버스바 4개로 이루어지는 경우이되, 그 중에서도 특히 버스바들 중 2개가 개방되는 경우의 예시이다. 이 때 도 7은 버스바 개방 위치에 해당하는 보호저항들이 모두 동일한 저항값들을 가지는 경우의 예시이며, 도 8은 위치별로 보호저항들이 서로 다른 저항값들을 가지는 경우의 예시이다.
먼저 도 7의 예시에서와 같이 보호저항들이 모두 동일한 저항값들을 가지며 또한 4개의 버스바 중 2개가 개방된 경우에는, 전압검출회로에서 검출되는 전압값은 Vpack*R1/(R1+R2+2R0)가 나오게 된다. 이를 일반화하면, 상기 모듈결합체에 포함되는 상기 버스바들 중 개방된 버스바의 개수가 n이며 보호저항의 저항값들이 모두 동일한 경우일 때에는, 전압검출회로에서 검출되는 전압값은 Vpack*R1/(R1+R2+nR0)가 된다. 즉 전압검출회로에서 검출되는 전압값을 사용하여 단순히 버스바가 개방되었는지의 여부 뿐만이 아니라 몇 개의 버스바가 개방되었는지까지 검출해 낼 수 있다. 그러나 이 경우, 어느 위치의 버스바가 개방되었는지까지는 검출해내기 어렵다.
다음으로 도 8의 예시에서와 같이 보호저항들이 서로 다른 저항값들을 가지며 또한 도시된 바와 같이 4개의 버스바 중 2개가 개방된 경우에는, 전압검출회로에서 검출되는 전압값은 Vpack*R1/(R1+R2+(R01+R04)))가 나오게 된다. 이를 일반화하면, 상기 모듈결합체에 포함되는 상기 버스바들 중 적어도 일부가 개방되었을 때에는, 전압검출회로에서 검출되는 전압값은 Vpack*R1/(R1+R2+∑R0)가 된다. (∑R0 : 버스바 개방 위치에 해당하는 보호저항의 저항값들의 합)
이 때, 보호저항의 저항값들을 구별 가능한 서로 다른 값으로 설정할 경우, 전압검출회로에서 검출되는 전압값을 사용하여 단순히 버스바가 개방되었는지의 여부 뿐만이 아니라 어느 위치에서 몇 개의 버스바가 개방되었는지까지 검출해 낼 수 있다. 예를 들어, 상기 보호저항들의 저항값을 순차적으로 2진수 자릿수별 값으로 결정할 수 있다. 즉 R01의 저항값은 20 = 1옴으로 결정하고, R02의 저항값은 21 = 2옴으로 결정하고, R03의 저항값은 22 = 4옴으로 결정하고, … 와 같은 방식으로 결정하는 것이다. 이 상태에서, 전압검출회로에서 검출되는 전압값으로부터 거꾸로 ∑R0 값을 계산해낼 수 있다. 이 때 ∑R0 값을 2진수로 변환하면, 1이 생긴 자릿수에 해당하는 위치에서 버스바가 개방되었음을 알 수 있다. 예를 들어 도 8의 예시에서라면, R01의 저항값은 20 = 1옴, R04의 저항값은 23 = 8옴이 될 것이며, ∑R0 값은 9가 나올 것이다. 이를 2진수로 변환하면 1001이 되어, 상기 모듈결합체의 음극에서부터 1번째, 4번째 자리의 버스바가 개방되었음을 확인할 수 있다.
즉 요약하면, 상기 보호저항의 순번이 상기 모듈결합체의 음극 측에서부터 양극 측으로 순차적으로 1, …, N이라 할 때, N번째 상기 보호저항의 저항값이 2N-1으로 결정되도록 할 경우, 상기 전압값 검출단계에서 검출된 전압값으로부터 산출되는 ∑R0 값을 2진수 변환하였을 때 1이 나타난 자릿수 번째의 버스바가 개방되었다고 판단될 수 있다. 물론 이는 하나의 예시로서, 반드시 2진수 자릿수와 관련하여 저항값을 결정하지 않더라도, 예를 들어 유사한 방법을 사용하되 16진수를 이용할 수도 있는 등 여러 다른 방식을 적용할 수도 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
R1 : 제1저항 R2 : 제2저항
R0 : 보호저항

Claims (7)

  1. 밸런싱회로가 병렬로 연결되는 단위 배터리를 포함하되, 단일 개의 상기 단위 배터리로 이루어지거나 또는 복수 개의 상기 단위 배터리들이 서로 직렬 연결되어 이루어지는 복수 개의 모듈;
    인접한 상기 모듈들을 직렬로 연결하도록, 일단은 하나의 상기 모듈의 양극에 연결되고 타단은 인접한 다른 하나의 상기 모듈의 음극에 연결되는 적어도 하나의 버스바;
    상기 버스바에 대하여 병렬로 연결되는 보호저항;
    을 포함하되,
    상기 보호저항의 개수와 상기 버스바의 개수가 동일하게 이루어지고,
    상기 보호저항은 일단이 상기 하나의 모듈의 양극에 연결되는 밸런싱회로의 일단과 연결되고, 타단이 상기 다른 하나의 모듈의 음극에 연결되는 밸런싱회로의 타단과 연결되는 것을 특징으로 하는, 배터리팩.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 배터리 팩은,
    상기 버스바가 개방될 경우, 하나의 상기 모듈의 양극으로부터 상기 보호저항을 지나 인접한 다른 하나의 상기 모듈의 음극을 통해 전기가 흐르도록 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 배터리 팩은,
    상기 보호저항이 복수 개일 경우, 각각의 상기 보호저항의 저항값들이 서로 동일하게 형성되거나 또는 다르게 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 따른 배터리 팩을 사용한 버스바 개방 여부 감지 방법에 있어서,
    복수 개의 상기 모듈들이 서로 직렬로 연결되어 이루어지는 모듈결합체의 양단과, 서로 직렬로 연결된 제1저항 및 제2저항의 양단이 연결되는, 전압검출회로 연결단계;
    상기 제1저항 및 상기 제2저항 사이에서의 전압값이 검출되는, 전압값 검출단계;
    상기 전압값 검출단계에서 검출된 전압값을 사용하여 버스바가 개방되었는지가 판단되는 개방여부 판단단계;
    를 포함하며,
    상기 개방여부 판단단계에서,
    상기 모듈결합체의 음극 측에 상기 제1저항이 배치되고 상기 모듈결합체의 양극 측에 상기 제2저항이 배치될 때,
    상기 전압값 검출단계에서 검출된 전압값이 하기의 식을 만족하면, 버스바가 정상적으로 연결된 상태인 것으로 판단되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩을 사용한 버스바 개방 여부 감지 방법.
    V = Vpack*R1/(R1+R2)
    (여기에서, V : 검출된 전압값, Vpack : 상기 모듈결합체의 양단간 전??값, R1 : 제1저항의 저항값, R2 : 제2저항의 저항값)
  6. 제 1항에 따른 배터리 팩을 사용한 버스바 개방 여부 감지 방법에 있어서,
    복수 개의 상기 모듈들이 서로 직렬로 연결되어 이루어지는 모듈결합체의 양단과, 서로 직렬로 연결된 제1저항 및 제2저항의 양단이 연결되는, 전압검출회로 연결단계;
    상기 제1저항 및 상기 제2저항 사이에서의 전압값이 검출되는, 전압값 검출단계;
    상기 전압값 검출단계에서 검출된 전압값을 사용하여 버스바가 개방되었는지가 판단되는 개방여부 판단단계;
    를 포함하며,
    상기 개방여부 판단단계에서,
    상기 모듈결합체의 음극 측에 상기 제1저항이 배치되고 상기 모듈결합체의 양극 측에 상기 제2저항이 배치되고, 상기 모듈결합체에 포함되는 상기 버스바들 중 적어도 일부가 개방되었을 때,
    상기 전압값 검출단계에서 검출된 전압값이 하기의 식을 만족하면, 버스바가 개방된 상태인 것으로 판단되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩을 사용한 버스바 개방 여부 감지 방법.
    V = Vpack*R1/(R1+R2+∑R0)
    (여기에서, V : 검출된 전압값, Vpack : 상기 모듈결합체의 양단간 전??값, R1 : 제1저항의 저항값, R2 : 제2저항의 저항값, ∑R0 : 버스바 개방 위치에 해당하는 보호저항의 저항값들의 합)
  7. 제 6항에 있어서, 상기 개방여부 판단단계에서,
    상기 보호저항의 순번이 상기 모듈결합체의 음극 측에서부터 양극 측으로 순차적으로 1, …, N이라 할 때, N번째 상기 보호저항의 저항값이 2N-1으로 결정되며,
    상기 전압값 검출단계에서 검출된 전압값으로부터 산출되는 ∑R0 값을 2진수 변환하였을 때 1이 나타난 자릿수 번째의 버스바가 개방되었다고 판단되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩을 사용한 버스바 개방 여부 감지 방법.
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