KR102646285B1 - 배터리 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 배터리 시스템은, 서로 전기적으로 연결된 다수의 배터리셀; 상기 배터리셀의 양단에 연결된 셀전압 센싱 라인; 상기 셀전압 센싱 라인을 통해 상기 배터리셀의 전압을 센싱하는 배터리 관리 시스템; 상기 셀전압 센싱 라인에 연결되어, 상기 셀전압 센싱 라인 간의 단락으로 인해 상기 셀전압 센싱 라인에 정격전류를 초과하는 과전류가 흐를 경우에 상기 과전류의 흐름을 차단하는 퓨즈; 및 상기 셀전압 센싱 라인에 연결되어, 상기 배터리셀의 전압 센싱 시에는 턴-온 상태로 동작하되, 상기 셀전압 센싱 라인 간 단락이 발생할 경우에는 턴-오프 상태로 동작하는 발화 방지 스위치를 포함한다.

Description

배터리 시스템{BATTERY SYSTEM}
본 발명은 셀전압 센싱 라인 간에 단락이 발생하더라도 배터리 관리 시스템 내에서 발화가 일어나지 않도록 하는 배터리 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 사용되고 있는 배터리 시스템은 서로 전기적으로 연결된 다수의 배터리셀과, 배터리셀의 전압을 센싱하고 배터리셀 간의 전압 차이를 최소화하기 위해 배터리셀의 전압 밸런싱을 수행하는 배터리 관리 시스템을 포함하고 있다. 그리고 배터리셀의 전압 센싱을 위해 배터리셀의 양단에는 셀전압 센싱 라인이 연결되어 있으며, 배터리 관리 시스템은 셀전압 센싱 라인을 통해 배터리셀의 전압을 센싱해낸다. 또한, 셀전압 센싱 라인과 배터리 관리 시스템은 커넥터를 통해 연결될 수 있다. 다만, 이와 같은 배터리 시스템에 있어서 배터리셀은 제한적인 공간에서 매우 큰 에너지를 저장하고 있기 때문에 발화 등의 위험이 있으며, 이에 따라 배터리 시스템의 안전 설계가 매우 중요하다.
배터리셀과 배터리 관리 시스템 사이에 연결되는 셀전압 센싱 라인은 저마다의 전위를 가지고 있으며, 배터리 시스템의 안전을 위해 셀전압 센싱 라인 간에는 단락이 발생해서는 안된다. 하지만, 예를 들어 배터리셀의 냉각을 위해 배터리셀이 냉각수에 침수되는 경우가 있는데, 이 경우 냉각수에 포함된 이물질에 의해 셀전압 센싱 라인 간에 단락이 발생할 수 있다. 그리고 이와 같이 셀전압 센싱 라인 간에 단락이 발생하면 셀전압 센싱 라인에 과전류가 흘러 발열, 발연 및 발화 등이 일어날 수 있다.
이러한 단락 사고를 방지하기 위하여, 종래에는 도 1에 나타낸 바와 같이 셀전압 센싱 라인(20)에 퓨즈(40)를 연결하여, 정격전류를 초과하는 과전류가 셀전압 센싱 라인(20)에 흐를 경우 이 과전류의 흐름을 차단시키는 방법을 이용하였다.
보다 구체적으로, 도 1에 나타낸 종래의 배터리 시스템은 서로 전기적으로 연결된 다수의 배터리셀(10)과, 배터리셀(10)의 양단에 연결된 셀전압 센싱 라인(20)과, 셀전압 센싱 라인(20)을 통해 배터리셀(10)의 전압을 센싱하는 배터리 관리 시스템(30)과, 셀전압 센싱 라인(20)에 연결되어, 셀전압 센싱 라인(20) 간의 단락으로 인해 셀전압 센싱 라인(20)에 정격전류를 초과하는 과전류가 흐를 경우에 이 과전류의 흐름을 차단하는 퓨즈(40)를 포함하여 이루어진다.
상술한 바와 같이 셀전압 센싱 라인(20)은 저마다의 전위를 가지고 있으며, 도 1에서는 셀전압 센싱 라인 cs1에서 cs8로 갈수록 셀전압 센싱 라인의 전위가 높아지는 것으로 가정한다.
이 경우 상대적으로 저전위를 갖는 셀전압 센싱 라인 cs2와 상대적으로 고전위를 갖는 셀전압 센싱 라인 cs7이 서로 단락되면, 셀전압 센싱 라인 cs2 및 cs7에 정격전류를 초과하는 과전류가 흐르게 되어, 셀전압 센싱 라인 cs2에 연결된 퓨즈 F2와 셀전압 센싱 라인 cs7에 연결된 퓨즈 F7 중 어느 하나의 퓨즈가 먼저 끊어지게 된다. 이때, 두 개의 퓨즈 사양(예를 들어, 용단 시간)이 서로 동일하다면 두 개의 퓨즈 중 어느 하나의 퓨즈가 먼저 끊어지게 되며, 다만 어느 퓨즈가 먼저 끊어지는지는 알 수 없다.
상대적으로 저전위를 갖는 셀전압 센싱 라인 cs2에 연결된 퓨즈 F2가 먼저 끊어지든지, 아니면 상대적으로 고전위를 갖는 셀전압 센싱 라인 cs7에 연결된 퓨즈 F7이 먼저 끊어지든지 상관 없이, 어느 하나의 퓨즈가 먼저 끊어지면 배터리 관리 시스템 내에서 배터리셀의 전압을 모니터링하는 포트에는 과전압과 역전압이 걸리게 된다.
도 2는 배터리 관리 시스템 내에서 배터리셀의 전압을 모니터링하는 포트를 나타낸 도면으로서, 도 2에서는 설명의 편의를 위해 Vin1 포트와 Vin2 포트만을 도시하였을 뿐, Vin3 포트, Vin4 포트, Vin5 포트, Vin6 포트 및 Vin7 포트도 Vin1 포트나 Vin2 포트와 동일한 구성을 갖는다.
도 2에 나타낸 바와 같이 배터리 관리 시스템은 배터리셀의 전압 밸런싱을 수행하기 위해, 셀전압 센싱 라인 cs1과 cs2 사이에 밸런싱 저항 Rb1 및 이와 직렬로 연결되는 밸런싱 스위치 SWb1을 포함하고, 셀전압 센싱 라인 cs2와 cs3 사이에 밸런싱 저항 Rb2 및 이와 직렬로 연결되는 밸런싱 스위치 SWb2를 포함한다. 그리고 밸런싱 스위치 SWb1 및 SWb2는 각각 전계 효과 트랜지스터(FET: Field Effect Transistor) 및 이와 연결되는 클램핑 다이오드로 이루어질 수 있다.
도 1과 같이 셀전압 센싱 라인 cs2와 셀전압 센싱 라인 cs7이 서로 단락될 경우, 상대적으로 고전위를 갖는 셀전압 센싱 라인 cs7에 연결된 퓨즈 F7이 먼저 끊어지면, A지점의 전압은 V1이 되며, Vin7은 다음의 수학식 1과 같이 나타나고, Vin6은 다음의 수학식 2와 같이 나타난다.
[수학식 1]
Vin7 = V7 + V6 + V5 + V4 + V3 + V2
[수학식 2]
Vin6 = - (V5 + V4 + V3 + V2)
수학식 1 및 수학식 2에서 알 수 있듯이, Vin7은 퓨즈 F7이 끊어지기 전 V7이었다가, 퓨즈 F7이 끊어지면 V7보다 큰 전압을 나타내므로 과전압이 되고, Vin6은 퓨즈 F7이 끊어지기 전 V6이었다가, 퓨즈 F7이 끊어지면 (-)전압을 나타내므로 역전압이 된다.
한편, 상대적으로 저전위를 갖는 셀전압 센싱 라인 cs2에 연결된 퓨즈 F2가 먼저 끊어지면, B지점의 전압은 V6 + V5 + V4 + V3 + V2 + V1이 되며, Vin1은 다음의 수학식 3과 같이 나타나고, Vin2는 다음의 수학식 4와 같이 나타난다.
[수학식 3]
Vin1 = V6 + V5 + V4 + V3 + V2 + V1
[수학식 4]
Vin2 = - (V6 + V5 + V4 + V3)
수학식 3 및 수학식 4에서 알 수 있듯이, Vin1은 퓨즈 F2가 끊어지기 전 V1이었다가, 퓨즈 F2이 끊어지면 V1보다 큰 전압을 나타내므로 과전압이 되고, Vin2는 퓨즈 F2가 끊어지기 전 V2이었다가, 퓨즈 F2가 끊어지면 (-)전압을 나타내므로 역전압이 된다.
이와 같이 Vin1 포트에 과전압이 걸리면 밸런싱 스위치 SWb1의 클램핑 다이오드에 역방향 전압이 인가되어 파괴될 수 있으며, 이 경우 Vin1 포트에는 전류가 흐르지 않게 된다. 이에 반해, Vin2 포트에 역전압이 걸리면 밸런싱 스위치 SWb2의 클램핑 다이오드를 통해 전류가 흐르게 되고, 이 전류로 인해 밸런싱 저항 Rb2에서는 발열, 발연 또는 발화가 일어날 수 있다.
즉, 종래의 배터리 시스템은 퓨즈를 통해 발화를 방지하고자 하였으나, 셀전압 센싱 라인 간의 단락으로 인해 셀전압 센싱 간에 역전압이 인가될 경우에는 배터리 관리 시스템 내에 있는 밸런싱 저항에서 발열, 발연 또는 발화가 일어나는 문제점이 있었다.
일본 공개특허공보 특개2018-14301호(2018.01.25)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 셀전압 센싱 라인 간에 단락이 발생하더라도 배터리 관리 시스템 내에서 발열, 발연 또는 발화가 일어나지 않도록 하는 배터리 시스템을 제공하는 것에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 배터리 시스템은, 서로 전기적으로 연결된 다수의 배터리셀; 상기 배터리셀의 양단에 연결된 셀전압 센싱 라인; 상기 셀전압 센싱 라인을 통해 상기 배터리셀의 전압을 센싱하는 배터리 관리 시스템; 상기 셀전압 센싱 라인에 연결되어, 상기 셀전압 센싱 라인 간의 단락으로 인해 상기 셀전압 센싱 라인에 정격전류를 초과하는 과전류가 흐를 경우에 상기 과전류의 흐름을 차단하는 퓨즈; 및 상기 셀전압 센싱 라인에 연결되어, 상기 배터리셀의 전압 센싱 시에는 턴-온 상태로 동작하되, 상기 셀전압 센싱 라인 간 단락이 발생할 경우에는 턴-오프 상태로 동작하는 발화 방지 스위치;를 포함한다.
여기서, 상기 발화 방지 스위치는 상기 퓨즈와 직렬로 연결될 수 있고, 또한 상기 발화 방지 스위치는 상기 퓨즈와 상기 배터리 관리 시스템 사이에 연결될 수 있다.
그리고 상기 셀전압 센싱 라인에 연결된 발화 방지 스위치의 게이트는 상기 셀전압 센싱 라인에 비해 저전위인 셀전압 센싱 라인에 연결되어, 상기 발화 방지 스위치의 게이트에 로우 전압이 인가될 경우, 상기 발화 방지 스위치는 턴-온 상태로 동작하고, 상기 발화 방지 스위치의 게이트에 하이 전압이 인가될 경우, 상기 발화 방지 스위치는 턴-오프 상태로 동작할 수 있다.
여기서, 상기 셀전압 센싱 라인 간 단락 발생 시, 단락이 발생한 셀전압 센싱 라인 중 상대적으로 저전위를 갖는 셀전압 센싱 라인에 연결된 퓨즈가 먼저 끊어지면, 상기 저전위를 갖는 셀전압 센싱 라인에 비해 고전위인 셀전압 센싱 라인에 연결된 발화 방지 스위치의 게이트에 순차적으로 하이 전압이 인가되어, 상기 고전위인 셀전압 센싱 라인에 연결된 발화 방지 스위치가 순차적으로 턴-오프 상태로 동작할 수 있다.
상기 셀전압 센싱 라인에 연결된 퓨즈의 용단 시간은 상기 셀전압 센싱 라인에 비해 저전위인 셀전압 센싱 라인에 연결된 퓨즈의 용단 시간보다 크거나 같을 수 있다.
그리고 상기 셀전압 센싱 라인 중에서 가장 높은 전위를 갖는 셀전압 센싱 라인에 연결된 퓨즈의 용단 시간은 가장 낮은 전위를 갖는 셀전압 센싱 라인에 연결된 퓨즈의 용단 시간보다 클 수 있다.
본 발명에 의하면, 셀전압 센싱 라인 간에 단락이 발생할 경우, 상기 셀전압 센싱 라인에 연결된 발화 방지 스위치가 턴-오프 상태로 동작하기 때문에 배터리 관리 시스템 내에 있는 밸런싱 저항에는 역전압으로 인한 전류가 흐를 염려가 없으며, 이에 따라 배터리 관리 시스템 내에서의 발열, 발연 또는 발화가 방지될 수 있다.
도 1은 종래의 배터리 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 배터리 관리 시스템 내에서 배터리셀의 전압을 모니터링하는 포트를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템을 나타낸 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세하게 설명한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐를 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템을 나타낸 도면이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템은 배터리셀(100), 셀전압 센싱 라인(200), 배터리 관리 시스템(300), 퓨즈(400) 및 발화 방지 스위치(500)를 포함한다.
배터리셀(100)은 다수 개가 서로 전기적으로 연결되며, 셀전압 센싱 라인(200)은 각 배터리셀(100)의 양단에 연결된다. 비록 도 3에는 배터리셀(100) 다수 개가 서로 직렬로 연결된 상태로 배터리 시스템을 구성하는 것으로 도시되어 있지만, 배터리셀(100) 다수 개는 직렬과 병렬이 혼합된 상태로 배터리 시스템을 구성할 수도 있다.
셀전압 센싱 라인(200)의 일단은 배터리셀(100)의 양극이나 음극에 연결되고, 타단은 배터리 관리 시스템(300)에 연결된다. 셀전압 센싱 라인(200)은 저마다의 전위를 가지고 있으며, 이하에서는 셀전압 센싱 라인의 전위가 셀전압 센싱 라인 cs1에서 cs8로 갈수록 높아지는 것으로 가정한다.
배터리 관리 시스템(300)은 셀전압 센싱 라인(200)을 통해 배터리셀(100)의 전압을 센싱하며, 센싱한 배터리셀(100)의 전압을 이용하여 배터리셀(100)의 전압 밸런싱을 수행할 수 있다. 배터리 관리 시스템(300)은 배터리셀(100)의 전압 밸런싱을 위해, 도 2에 대해 상술한 바와 같이 셀전압 센싱 라인 cs1과 cs2 사이에 밸런싱 저항 Rb1 및 이와 직렬로 연결되는 밸런싱 스위치 SWb1을 포함하고, 셀전압 센싱 라인 cs2와 cs3 사이에 밸런싱 저항 Rb2 및 이와 직렬로 연결되는 밸런싱 스위치 SWb2를 포함한다. 밸런싱 스위치 SWb1 및 SWb2는 각각 전계 효과 트랜지스터 및 이와 연결되는 클램핑 다이오드로 이루어질 수 있다.
퓨즈(400)는 셀전압 센싱 라인(200)에 연결되어, 셀전압 센싱 라인(200) 간의 단락으로 인해 셀전압 센싱 라인(200)에 정격전류를 초과하는 과전류가 흐를 경우에 상기 과전류의 흐름을 차단하는 기능을 수행한다.
발화 방지 스위치(500) 역시 셀전압 센싱 라인(200)에 연결되며, 퓨즈(400)와는 직렬로 연결되다. 또한, 발화 방지 스위치(500)는 퓨즈(400)와 배터리 관리 시스템(300) 사이에 연결되는 것이 바람직하다.
발화 방지 스위치(500)는 밸런싱 스위치와 마찬가지로 전계 효과 트랜지스터 및 이와 연결되는 클램핑 다이오드로 이루어질 수 있으며, 일 실시예로서 발화 방지 스위치(500)는 p-채널 전계 효과 트랜지스터(p-channel FET)일 수 있다.
발화 방지 스위치(500)를 구성하는 클램핑 다이오드의 양극은 퓨즈(400)를 통해 배터리셀(100)의 양극과 연결되고, 클램핑 다이오드의 음극은 배터리 관리 시스템(300)과 연결된다.
그리고 발화 방지 스위치(500)를 구성하는 전계 효과 트랜지스터의 게이트는 인접하는 저전위의 셀전압 센싱 라인에 연결된다. 구체적으로, 셀전압 센싱 라인 cs2에 연결된 발화 방지 스위치 T2를 구성하는 전계 효과 트랜지스터의 게이트는 셀전압 센싱 라인 cs2에 비해 저전위인 셀전압 센싱 라인 cs1에 연결된다. 그리고 셀전압 센싱 라인 cs3에 연결된 발화 방지 스위치 T3를 구성하는 전계 효과 트랜지스터의 게이트는 셀전압 센싱 라인 cs3에 비해 저전위인 셀전압 센싱 라인 cs2에 연결된다. 이와 같은 방식으로 발화 방지 스위치 T4, T5, T6, T7 및 T8을 구성하는 전계 효과 트랜지스터의 게이트는 인접하는 저전위의 셀전압 센싱 라인 cs3, cs4, cs5, cs6 및 cs7에 각각 연결된다. 이에 따라, 셀전압 센싱 라인(200) 간에 단락이 발생하지 않는 정상 동작 시에 전계 효과 트랜지스터의 게이트에는 로우(Low) 전압이 인가되며, 발화 방지 스위치(500)는 턴-온(turn-on) 상태로 동작하게 된다.
발화 방지 스위치(500)가 턴-온 상태로 동작하면 배터리 관리 시스템(300)은 셀전압 센싱 라인(200)을 통해 배터리셀(100)의 전압을 센싱해낼 수 있으며, 센싱한 배터리셀(100)의 전압을 통해 배터리셀(100) 간에 전압 불균형이 발생했음을 알 수 있다. 그리고 이 경우 배터리 관리 시스템(300)은 밸런싱 저항(Rb) 및 밸런싱 스위치(SWb)를 이용하여 배터리셀(100)의 전압 밸런싱을 수행한다.
한편, 도 3과 같이 상대적으로 저전위를 갖는 셀전압 센싱 라인 cs2와 상대적으로 고전위를 갖는 셀전압 센싱 라인 cs7이 서로 단락되면, 셀전압 센싱 라인 cs2 및 cs7에 정격전류를 초과하는 과전류가 흐르게 되어 셀전압 센싱 라인 cs2에 연결된 퓨즈 F2와 셀전압 센싱 라인 cs7에 연결된 퓨즈 F7 중 어느 하나의 퓨즈가 먼저 끊어지게 된다.
만일, 상대적으로 저전위를 갖는 셀전압 센싱 라인 cs2에 연결된 퓨즈 F2와 상대적으로 고전위를 갖는 셀전압 센싱 라인 cs7에 연결된 퓨즈 F7 중 퓨즈 F7이 먼저 끊어지면, C지점의 전압은 V1이 되며, Vin7은 다음의 수학식 5와 같이 나타나고, Vin6은 다음의 수학식 6과 같이 나타난다.
[수학식 5]
Vin7 = V7 + V6 + V5 + V4 + V3 + V2
[수학식 6]
Vin6 = - (V5 + V4 + V3 + V2)
수학식 5 및 수학식 6에서 알 수 있듯이, Vin7은 퓨즈 F7이 끊어지기 전 V7이었다가, 퓨즈 F7이 끊어지면 V7보다 큰 전압을 나타내므로 과전압이 되고, Vin6은 퓨즈 F7이 끊어지기 전 V6이었다가, 퓨즈 F7이 끊어지면 (-)전압을 나타내므로 역전압이 된다.
이에 반해, 상대적으로 저전위를 갖는 셀전압 센싱 라인 cs2에 연결된 퓨즈 F2와 상대적으로 고전위를 갖는 셀전압 센싱 라인 cs7에 연결된 퓨즈 F7 중 퓨즈 F2가 먼저 끊어지면, D지점의 전압은 V6 + V5 + V4 + V3 + V2 + V1이 된다.
상술한 바와 같이, 발화 방지 스위치 T2, T3, T4, T5, T6, T7 및 T8을 구성하는 전계 효과 트랜지스터의 게이트는, 발화 방지 스위치 T2, T3, T4, T5, T6, T7 및 T8이 연결되어 있는 셀전압 센싱 라인 cs2, cs3, cs4, cs5, cs6, cs7 및 cs8에 비해 저전위인 셀전압 센싱 라인 cs1, cs2, cs3, cs4, cs5, cs6 및 cs7에 각각 연결되어 있다.
이 때문에, 셀전압 센싱 라인 cs2와 셀전압 센싱 라인 cs7이 서로 단락되고 이 중 상대적으로 저전위를 갖는 셀전압 센싱 라인 cs2에 연결된 퓨즈 F2가 먼저 끊어지면, 상기 셀전압 센싱 라인 cs2에 비해 고전위를 갖는 셀전압 센싱 라인 cs3, cs4, cs5, cs6, cs7 및 cs8에 각각 연결된 발화 방지 스위치 T3, T4, T5, T6, T7 및 T8의 게이트에는 순차적으로 하이(High) 전압이 인가되며, 이에 따라 발화 방지 스위치 T3, T4, T5, T6, T7 및 T8은 순차적으로 턴-오프(turn-off) 상태로 동작한다. 그리고 이와 같이 발화 방지 스위치 T3, T4, T5, T6, T7 및 T8이 순차적으로 턴-오프 상태로 동작하면, 셀전압 센싱 라인 cs3, cs4, cs5, cs6, cs7 및 cs8에는 전류가 흐르지 않게 되며, 이에 따라 셀전압 센싱 라인 간에는 역전압이 인가되지 않게 된다.
상대적으로 저전위를 갖는 셀전압 센싱 라인 cs2에 연결된 퓨즈 F2와 상대적으로 고전위를 갖는 셀전압 센싱 라인 cs7에 연결된 퓨즈 F7 중 퓨즈 F2가 먼저 끊어질 경우, Vin1은 다음의 수학식 7과 같이 나타나고, Vin2는 다음의 수학식 8과 같이 나타난다.
[수학식 7]
Vin1 = V6 + V5 + V4 + V3 + V2 + V1
[수학식 8]
Vin2 = 0
수학식 7 및 수학식 8에서 알 수 있듯이, Vin1은 퓨즈 F2가 끊어지기 전 V1이었다가, 퓨즈 F2가 끊어지면 V1보다 큰 전압을 나타내므로 과전압이 되고, Vin2는 퓨즈 F2가 끊어지기 전 V2이었다가, 퓨즈 F2가 끊어지면 0V를 나타낸다.
즉, 상대적으로 저전위를 갖는 셀전압 센싱 라인 cs2와 상대적으로 고전위를 갖는 셀전압 센싱 라인 cs7이 서로 단락될 경우, 상대적으로 저전위를 갖는 셀전압 센싱 라인 cs2에 연결된 퓨즈 F2가 상대적으로 고전위를 갖는 셀전압 센싱 라인 cs7에 연결된 퓨즈 F7보다 먼저 끊어지면 셀전압 센싱 라인 cs2와 cs3 간에 역전압이 인가되지 않는다는 것을 알 수 있다.
상대적으로 저전위를 갖는 셀전압 센싱 라인에 연결된 퓨즈를 상대적으로 고전위를 갖는 셀전압 센싱 라인에 연결된 퓨즈보다 먼저 끊어지게 하여 셀전압 센싱 라인 간에 역전압이 인가되지 않도록 하기 위해서는, 상대적으로 고전위를 갖는 셀전압 센싱 라인에 연결된 퓨즈의 용단 시간을 상대적으로 저전위를 갖는 셀전압 센싱 라인에 연결된 퓨즈의 용단 시간보다 크게 해야 한다. 여기서, 퓨즈의 용단 시간은 퓨즈에 정격전류를 초과하는 과전류가 흐를 경우 퓨즈가 끊어지는데까지 걸리는 시간을 의미한다.
다만, 셀전압 센싱 라인 간에 인가되는 역전압으로 인해 흐르는 전류가 배터리 관리 시스템(300) 내부의 밸런싱 저항(Rb)에 허용된 정격전류보다 작을 경우에는, 상대적으로 고전위를 갖는 셀전압 센싱 라인에 연결된 퓨즈와 상대적으로 저전위를 갖는 셀전압 센싱 라인에 연결된 퓨즈 중 어느 퓨즈가 먼저 끊어지든 밸런싱 저항(Rb)에서는 발화 등의 문제가 일어나지 않게 된다. 따라서, 이 경우에는 상대적으로 고전위를 갖는 셀전압 센싱 라인에 연결된 퓨즈의 용단 시간과 상대적으로 저전위를 갖는 셀전압 센싱 라인에 연결된 퓨즈의 용단 시간을 동일하게 할 수 있다.
이러한 점을 고려하여, 셀전압 센싱 라인 간에 역전압이 인가되지 않도록 하기 위한 퓨즈의 용단 시간을 설정하면 다음의 수학식 9와 같다.
[수학식 9]
Tm8 ≥ Tm7 ≥ Tm6 ≥ Tm5 ≥ Tm4 ≥ Tm3 ≥ Tm2 ≥ Tm1
여기서, Tm1은 퓨즈 F1의 용단 시간, Tm2는 퓨즈 F2의 용단 시간, Tm3은 퓨즈 F3의 용단 시간, Tm4는 퓨즈 F4의 용단 시간, Tm5는 퓨즈 F5의 용단 시간, Tm6은 퓨즈 F6의 용단 시간, Tm7은 퓨즈 F7의 용단 시간이고, Tm8은 퓨즈 F8의 용단 시간이다.
다만, 수학식 9에서 퓨즈의 용단 시간이 모두 동일하면 상대적으로 고전위를 갖는 셀전압 센싱 라인에 연결된 퓨즈와 상대적으로 저전위를 갖는 셀전압 센싱 라인에 연결된 퓨즈 중 어느 퓨즈가 먼저 끊어지든지 관계 없는 것이 되버린다. 따라서, 셀전압 센싱 라인 cs1, cs2, cs3, cs4, cs5, cs6, cs7 및 cs8 중 가장 높은 전위를 갖는 셀전압 센싱 라인 cs8에 연결된 퓨즈 F8의 용단 시간은 가장 낮은 전위를 갖는 셀전압 센싱 라인 cs1에 연결된 퓨즈 F1의 용단 시간보다 커야 하며, 이를 수학식으로 나타내면 다음과 같다.
[수학식 10]
Tm8 > Tm1
이상에서 설명한 본 발명에 의하면, 셀전압 센싱 라인 간에 단락이 발생할 경우, 상기 셀전압 센싱 라인에 연결된 발화 방지 스위치가 턴-오프 상태로 동작하기 때문에 배터리 관리 시스템 내에 있는 밸런싱 저항에는 역전압으로 인한 전류가 흐를 염려가 없으며, 이에 따라 배터리 관리 시스템 내에서의 발열, 발연 또는 발화가 방지될 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명의 기술적 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
1, 1000: 배터리 시스템
10, 100: 배터리셀
20, 200: 셀전압 센싱 라인
30, 300: 배터리 관리 시스템
40, 400: 퓨즈
500: 발화 방지 스위치

Claims (7)

  1. 서로 전기적으로 연결된 다수의 배터리셀;
    상기 배터리셀의 양단에 연결된 셀전압 센싱 라인;
    상기 셀전압 센싱 라인을 통해 상기 배터리셀의 전압을 센싱하는 배터리 관리 시스템;
    상기 셀전압 센싱 라인에 연결되어, 상기 셀전압 센싱 라인 간의 단락으로 인해 상기 셀전압 센싱 라인에 정격전류를 초과하는 과전류가 흐를 경우에 상기 과전류의 흐름을 차단하는 퓨즈; 및
    상기 셀전압 센싱 라인 중 가장 낮은 전위의 셀전압 센싱 라인을 제외한 셀전압 센싱 라인에 각각 연결되어, 상기 배터리셀의 전압 센싱 시에는 턴-온 상태로 동작하되, 상기 셀전압 센싱 라인 간 단락이 발생할 경우에는 턴-오프 상태로 동작하는 발화 방지 스위치;를 포함하며,
    상기 셀전압 센싱 라인에 연결된 발화 방지 스위치의 게이트는 상기 셀전압 센싱 라인에 비해 저전위인 셀전압 센싱 라인에 연결되며,
    상기 셀전압 센싱 라인에 연결된 상기 퓨즈는 서로 상이한 용단 시간이 설정되고,
    상기 셀전압 센싱 라인 간 단락 발생 시, 단락이 발생한 셀전압 센싱 라인에 각각 구비되는 상기 퓨즈 간의 용단 시간 차로 인해, 상대적으로 저전위를 갖는 셀전압 센싱 라인에 연결된 퓨즈가 용단되어, 셀전압 센싱 라인 간에 역전압이 인가되지 않도록 하는 배터리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발화 방지 스위치는 상기 퓨즈와 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 발화 방지 스위치는 상기 퓨즈와 상기 배터리 관리 시스템 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 발화 방지 스위치의 게이트에 로우 전압이 인가될 경우, 상기 발화 방지 스위치는 턴-온 상태로 동작하고,
    상기 발화 방지 스위치의 게이트에 하이 전압이 인가될 경우, 상기 발화 방지 스위치는 턴-오프 상태로 동작하는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 셀전압 센싱 라인 간 단락 발생 시, 단락이 발생한 셀전압 센싱 라인에 각각 구비되는 퓨즈 중 상대적으로 저전위를 갖는 셀전압 센싱 라인에 연결된 퓨즈가 먼저 단선되면, 상기 저전위를 갖는 셀전압 센싱 라인에 비해 고전위인 셀전압 센싱 라인에 연결된 발화 방지 스위치의 게이트에 순차적으로 하이 전압이 인가되어, 상기 고전위인 셀전압 센싱 라인에 연결된 발화 방지 스위치가 순차적으로 턴-오프 상태로 동작하는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 셀전압 센싱 라인에 연결된 퓨즈의 용단 시간은 상기 셀전압 센싱 라인에 비해 저전위인 셀전압 센싱 라인에 연결된 퓨즈의 용단 시간보다 큰 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 셀전압 센싱 라인 중에서 가장 높은 전위를 갖는 셀전압 센싱 라인에 연결된 퓨즈의 용단 시간은 가장 낮은 전위를 갖는 셀전압 센싱 라인에 연결된 퓨즈의 용단 시간보다 큰 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
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