KR102668851B1 - 차량용 배터리 모듈의 과충전 차단 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리 팩을 구성하는 복수의 배터리 모듈의 과충전에 따른 배터리 제어 시스템의 제어에 의해 상기 복수의 배터리 모듈 전체의 전류를 차단시키는 단일의 과충전 차단장치를 포함하는 차량용 배터리 모듈의 과충전 차단 시스템으로서, 본 발명에 의하면, 배터리 용량 증가에도 적용이 가능하고, 배터리 팩의 크기 및 중량을 줄일 수 있게 한다.

Description

차량용 배터리 모듈의 과충전 차단 시스템{OVERCHARGING PREVENTION SYSTEM FOR VEHICLE}
본 발명은 환경차에 탑재되는 고전압 배터리에 과도한 충전이 이루어지는 것을 방지하기 위한 배터리 모듈의 과충전 차단 시스템에 관한 것이다.
최근의 환경차에는 구동력을 발휘하기 위한 모터와 이에 전기를 공급하기 위한 배터리 팩이 구비된다.
배터리 팩은 다수의 배터리 셀이 적층 배열된 배터리 모듈을 단위로 하여 구성되고, 배터리 모듈은 충전된 전기를 다 소모하고 나면 다시 충전을 하게 되는데, 배터리 모듈의 제어를 위한 BMS(Battery Management System)에 의해 배터리 모듈의 내구 수명 및 충전량을 고려하여 충전하게 된다.
그런데, 차량의 이상이나 충전기의 이상 등으로 배터리 모듈이 정상적인 충전 상태를 초과해서 계속 충전될 경우 심각한 화재나 폭발이 발생할 염려가 있다.
그래서, 차량의 안전성 확보를 위해 배터리 모듈의 과충전시 전류를 차단하기 위한 PDM(PDD Drive Module)이 배터리 팩에 장착되어 전압, 이상시 PDD를 동작시키게 된다.
PDD는 Power Disconnect Device를 뜻하는 폭약장치로서, 외부 신호를 받으면 점화 스위치가 작동되어 배터리 셀 간에 연결된 버스바(busbar)를 물리적으로 차단시키는 장치이다.
이러한 PDD는 배터리 셀의 전압 센싱 및 신호를 전달하기 위한 PCB와 함께 각각의 배터리 모듈마다 장착이 된다.
그런데, 요구되는 전기차의 성능 향상에 의해 배터리 용량이 증가함에 따라 현재 개발되어 있는 PDD는 최대 72V 사양까지는 적용이 가능하나 그 이상의 경우에는 적용되지 못한다.
또한, 배터리 모듈마다 PDD가 적용됨에 따라 그에 따른 공간을 요하게 되므로 배터리 팩의 크기상 적용이 어려운 문제가 있고, 배터리 용량이 증가되면 더욱 그러하다.
그리고, PDD를 포함하는 PDM의 중량은 대략 100g 이상에 달하는 바, 각각의 배터리 모듈에 적용될 경우 중량이 증가되는 문제가 있다.
이상의 배경기술에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 돕기 위한 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
한국공개특허공보 제10-2014-0084564호
본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명은 배터리 용량 증가에도 적용이 가능하고, 배터리 팩의 크기 및 중량을 줄일 수 있는 차량용 배터리 모듈의 과충전 차단 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 관점에 의한 차량용 배터리 모듈의 과충전 차단 시스템은, 배터리 팩을 구성하는 복수의 배터리 모듈 중 이상 전압이 발생되는 배터리 모듈의 전류를 차단시키는 단일의 과충전 차단장치를 포함한다.
그리고, 상기 복수의 배터리 모듈 각각에 전기적으로 연결되어, 상기 배터리 모듈의 전압을 센싱하여 상기 과충전 차단장치를 제어하는 PCB를 더 포함할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 다른 일 관점에 의한 차량용 배터리 모듈의 과충전 차단 시스템은, 배터리 팩을 구성하는 복수의 배터리 모듈 중 이상 전압이 발생되는 배터리 모듈의 전류를 차단시키는 단일의 과충전 차단장치 및 상기 과충전 차단장치 동작시 상기 배터리 모듈 간에 연결되는 우회 라인을 포함한다.
그리고, 상기 복수의 배터리 모듈 각각에 전기적으로 연결되어, 상기 배터리 모듈의 전압을 센싱하여 상기 과충전 차단장치를 제어하는 복수의 PCB를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 배터리 모듈 간에 연결되는 우회 라인 상에 구비되어 스위칭 동작하는 릴레이 스위치를 더 포함할 수 있다.
이러한 상기 릴레이 스위치는 상기 PCB에 의해 제어되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 과충전 차단장치 동작시 상기 과충전 차단 장치를 우회하는 우회 라인을 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 과충전 차단 장치를 우회하는 우회 라인 상에 구비되어 스위칭 동작하는 릴레이 스위치를 더 포함한다.
이러한 상기 과충전 차단 장치를 우회하는 우회 라인 상의 릴레이 스위치는 상기 PCB에 의해 제어되는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 복수의 PCB와 전기적으로 연결되는 통합 PCB를 더 포함할 수 있다.
그래서, 상기 과충전 차단장치 동작시, 상기 통합 PCB에 의해 상기 복수의 배터리 모듈의 전압을 센싱하여 상기 릴레이 스위치를 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 차량용 배터리 모듈의 과충전 차단 시스템에 의하면, 전체 배터리 모듈의 과충전시 전류의 차단을 하나의 과충전 차단 장치에 의하도록 구성함으로써 배터리의 화재나 폭발 등의 위험에 대응하면서도 전체 배터리 팩의 크기 및 중량을 줄일 수 있게 한다.
그러므로, 차량의 사양에 따라 배터리 셀의 사양이 증가하더라도 적용될 수가 있다.
한편, 차량 운행 중 위험을 해소하기 위해 이상이 발생한 배터리 모듈을 제외한 배터리 모듈의 전기적 연결을 유지시켜 차량의 임시적 운행이 가능하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 배터리 모듈의 과충전 차단 시스템을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 의한 배터리 모듈의 과충전 차단 시스템의 다른 실시예를 도시한 것이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지의 기술이나 반복적인 설명은 그 설명을 줄이거나 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명에 의한 배터리 모듈의 과충전 차단 시스템을 도시한 것이고, 도 2는 본 발명에 의한 배터리 모듈의 과충전 차단 시스템의 다른 실시예를 도시한 것이다.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 차량용 배터리 모듈의 과충전 차단 시스템을 설명하기로 한다.
본 발명에 의한 차량용 배터리 모듈의 과충전 차단 시스템은 다수의 배터리 모듈(BMA)을 포함하는 배터리 팩에 적용되어 각 배터리 모듈의 전압을 체크하여 전압 이상을 감지하여 버스바(busbar)를 물리적으로 파단시켜 전류를 차단시켜 차량의 배터리 팩을 보호한다.
이를 위해 차량용 배터리 모듈의 과충전 차단 시스템은 배터리 모듈의 전압을 센싱하고 과충전 차단장치(PDD, Power Disconnect Device)를 동작시키기 위한 PCB를 포함한다.
PCB는 각각의 배터리 모듈에 전기적으로 결합함으로써, 배터리 팩이 n개의 배터리 모듈을 포함하는 경우에는 n개의 PCB가 구성된다.
그래서, 각 PCB는 각 배터리 모듈의 전압 정보에 따라 해당 배터리 모듈에 배터리 모듈에 이상 전압이 발생되면 과충전 차단장치(PDD, Power Disconnect Device)를 동작시킨다.
그러면, 과충전 차단장치는 배터리 모듈의 버스바(busbar)를 물리적으로 파단시켜 전류를 차단시키게 된다.
본 발명의 과충전 차단 시스템은 도 1과 같이 하나의 과충전 차단장치가 복수의 배터리 모듈(BMA)에 연결된 각각의 PCB와 전기적으로 연결되고, 연결된 버스바를 파단시켜 전체 배터리 모듈로의 전류의 유입을 차단시키게 된다.
이와 같이, 본 발명의 시스템은 배터리 모듈의 수에 해당하는 PCB와 하나의 과충전 차단장치로 구성되어 차량 배터리의 과충전을 충분히 보호하면서도 전체 배터리 팩의 크기 및 중량을 줄일 수가 있으며, 그것이 가능함에 따라 배터리의 용량을 증가시키더라도 적용이 가능해진다.
다음으로, 도 2는 앞서 살펴본 본 발명에 의한 배터리 모듈의 과충전 차단 시스템의 응용예로서, 앞선 실시예와 같이 도 2에 의한 배터리 모듈의 과충전 차단 시스템 또한 하나의 과충전 차단장치가 복수의 배터리 모듈(BMA)에 연결된 각각의 PCB와 전기적으로 연결되고, 각각의 PCB의 제어에 의해 연결된 버스바를 파단시킴으로써 전체 배터리 모듈로의 전류의 유입을 차단시키게 된다.
다만, 도 2의 응용예에 의한 과충전 차단 시스템은 배터리 모듈의 센싱 라인과 별도로 배터리 모듈 간에 연결되는 우회 라인을 포함한다.
그리고, 각 배터리 모듈 간의 우회 라인 상에는 스위칭 동작되는 릴레이 스위치(relay switch)가 구비됨으로써, 과충전 차단장치(PDD)가 동작되어 전압 이상이 발생된 배터리 모듈의 전기적 연결을 차단시키는 경우, 정상적인 배터리 모듈 간의 우회 라인 상의 릴레이 스위치가 연결되어 정상적인 배터리 모듈 간의 전기적 연결이 유지되게 제어할 수 있다.
또한, 이와 함께 과충전 차단장치를 우회하는 우회라인과 이에 구비되는 릴레이 스위치를 더 포함하여, 과충전 차단장치가 폭발하는 경우에도 이를 우회하여 전기적 연결이 가능하게 한다.
이를 위해 예비적인 통합 PCB가 각 배터리 모듈에 연결된 PCB 및 우회라인 상의 릴레이 스위치에 연결되어 이를 제어함으로써, 정상적인 상태에서는 우회라인 상의 릴레이 스위치를 개방시키고, 과충전 차단장치가 동작되어 우회라인의 연결이 필요한 경우에 해당 릴레이 스위치를 연결시키는 제어를 수행한다.
이와 같이 응용예에 의한 과충전 차단 시스템은 배터리 모듈의 과충전에 의해 과충전 차단장치가 폭발 동작하여 기존의 전기적 연결이 차단되는 상황에서도 필요에 의해 우회적으로 전기적 연결 및 통합 PCB와의 연결을 유지시킴으로써 차량의 운행을 지속 가능하게 한다.
이상과 같은 본 발명은 예시된 도면을 참조하여 설명되었지만, 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이며, 본 발명의 권리범위는 첨부된 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.
BMA :Battery module Assembly
PCB : Printed Circuit Board
PDD : Power Disconnect Device

Claims (11)

  1. 배터리 팩을 구성하는 복수의 배터리 모듈 중 이상 전압이 발생되는 배터리 모듈의 전류를 차단시키는 단일의 과충전 차단장치; 및
    상기 복수의 배터리 모듈 각각에 전기적으로 연결되어, 상기 배터리 모듈의 전압을 센싱하여 상기 과충전 차단장치를 제어하는 PCB를 포함하고,
    상기 과충전 차단장치는 복수의 상기 배터리 모듈에 연결된 각각의 PCB와 전기적으로 연결되어, 상기 이상 전압이 발생되는 배터리 모듈에 연결된 PCB의 제어에 의해 연결된 버스바(busbar)를 차단시키는 PDD(Power Disconnect Device)인 것을 특징으로 하는,
    를 포함하는,
    차량용 배터리 모듈의 과충전 차단 시스템.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 과충전 차단장치 동작시 상기 배터리 모듈 간에 연결되는 우회 라인을 더 포함하는,
    차량용 배터리 모듈의 과충전 차단 시스템.
  4. 삭제
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 배터리 모듈 간에 연결되는 우회 라인 상에 구비되어 스위칭 동작하는 릴레이 스위치를 더 포함하는,
    차량용 배터리 모듈의 과충전 차단 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 릴레이 스위치는 상기 PCB에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는,
    차량용 배터리 모듈의 과충전 차단 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 과충전 차단장치 동작시 상기 과충전 차단 장치를 우회하는 우회 라인을 더 포함하는,
    차량용 배터리 모듈의 과충전 차단 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 과충전 차단 장치를 우회하는 우회 라인 상에 구비되어 스위칭 동작하는 릴레이 스위치를 더 포함하는,
    차량용 배터리 모듈의 과충전 차단 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 과충전 차단 장치를 우회하는 우회 라인 상의 릴레이 스위치는 상기 PCB에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는,
    차량용 배터리 모듈의 과충전 차단 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 복수의 PCB와 전기적으로 연결되는 통합 PCB를 더 포함하는,
    차량용 배터리 모듈의 과충전 차단 시스템.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 과충전 차단장치 동작시, 상기 통합 PCB에 의해 상기 복수의 배터리 모듈의 전압을 센싱하여 상기 릴레이 스위치를 제어하는 것을 특징으로 하는,
    차량용 배터리 모듈의 과충전 차단 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102015014610A1 (de) * 2015-11-12 2016-07-21 Daimler Ag Batterie

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DE102015014610A1 (de) * 2015-11-12 2016-07-21 Daimler Ag Batterie

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