KR20060094897A - 전지팩 - Google Patents

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KR20060094897A
KR20060094897A KR1020060017730A KR20060017730A KR20060094897A KR 20060094897 A KR20060094897 A KR 20060094897A KR 1020060017730 A KR1020060017730 A KR 1020060017730A KR 20060017730 A KR20060017730 A KR 20060017730A KR 20060094897 A KR20060094897 A KR 20060094897A
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secondary battery
parallel
battery
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다다오 기무라
나오히사 모리모토
소 구라나카
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마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤
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Abstract

전지팩은, 복수의 이차 전지 셀이 직렬 및 병렬로 접속된 세트 전지(組電池)와, 전지 이상 검출 회로를 구비하고, 전지 이상 검출 회로는, 병렬 접속 분리 스위치가 오프(OFF)시의 셀 전압 변화에 근거하여, 이차 전지 셀의 이상 검출을 하고, 이상 이차 전지 셀이 검출된 경우에는, 그것을 포함하는 직렬 모듈을 세트 전지 본체로부터 분리되도록 세트 전지 회로 분리 스위치를 제어한다.

Description

전지팩{BATTERY PACK}
도 1은 본 발명의 실시예 1의 전지팩의 회로 구성을 나타내는 모식 회로도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 2의 전지팩의 회로 구성을 나타내는 모식 회로도이다.
도 3은 도 2에 나타내는 전지팩의 직렬 모듈과 병렬 접속 분리 스위치와의 접속 관계를 모식적으로 나타내는 설명도이다.
도 4는 본 발명의 실시예 3의 전지팩의 회로 구성을 나타내는 모식 회로도이다.
도 5는 도 4에 나타내는 전지팩의 직렬 모듈과 병렬 접속 분리 스위치와의 접속 관계를 모식적으로 나타내는 설명도이다.
도 6은 그 밖의 실시예에 있어서의 직렬 모듈과 병렬 접속 분리 스위치와의 접속 관계를 모식적으로 나타내는 설명도이다.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : + 단자 2 : - 단자
3 : 이차 전지 셀 4a, 4b : 직렬 모듈
5 : 병렬 접속 분리 스위치 6 : 세트 전지 회로 분리 스위치
7 : 전압 검출 전환 스위치 8 : 증폭기
본 발명은 충방전을 반복하는 이차 전지 셀을 이용한 전지팩에 관한 것으로, 특히, 이차 전지 셀의 이상 상태를 검출하기 위한 전지 이상 검출 회로를 구비한 전지팩에 관한 것이다.
휴대전화기나 노트북 퍼스널컴퓨터 등의 전자기기의 전원으로서 이용되는 전지팩에는, 니켈 카드뮴 축전지, 니켈 수소 축전지 또는 리튬 이온 이차 전지가 쓰인다. 그리고, 최근에는, 그 경량성, 고 용량성 때문에 리튬 이온 이차 전지가 주류이다.
여기서, 휴대전화기 등의 필요 전력을 1개의 리튬 이온 이차 전지의 전압이나 용량으로 조달할 수 있는 경우는, 1개의 리튬 이온 이차 전지로 전지팩이 구성된다. 이것에 비하여, 노트북 퍼스널컴퓨터 등의 고전압 또는 대전력이 필요한 기기에는, 복수의 이차 전지 셀을 이용하여, 그것들을 직렬로 접속한 모듈을 병렬로 접속하거나, 반대로 병렬로 접속한 모듈을 직렬로 접속한 세트 전지(組電池)로 전지팩이 구성된다.
이상과 같은 세트 전지의 경우, 한 개의 이차 전지 셀이, 예컨대 미소 내부 단락을 일으켰을 때, 그 미소 내부 단락을 일으킨 이차 전지 셀을 병렬 접속하면, 병렬 접속된 이차 전지 셀의 용량도, 미소 내부 단락을 일으킨 이차 전지 셀의 단락 회로를 통하여 방전되기 때문에, 그 병렬 전지(병렬 접속된 이차 전지 셀)의 용량이 저하하고, 결과적으로 세트 전지의 용량이 저하한다. 용량의 저하가 심한 경우는, 그 병렬 전지의 잔여 용량이 0, 다른 전지(다른 이차 전지 셀)가 만충전으로 되어, 세트 전지로서 충방전할 수 없게 된다.
이와 같이 복수의 이차 전지 셀을 이용한 세트 전지로 구성되는 전지팩에 전지의 이상이 발생한 경우에, 그것을 검출하는 방법에는, 종래 여러가지 방법이 취해지고 있었다.
예컨대, 일본특허공개 2004-31120호 공보 참조에는, 복수의 이차 전지 셀을 병렬로 접속한 병렬 모듈을 복수 모듈 직렬로 접속한 세트 전지에 있어서, 병렬 접속 셀의 이상을 확실히 진단하는 이상 진단 장치가 제안되어 있다.
또한, 일본특허공개 평성 제11-98702호 공보에는, 전지팩에서뿐만 아니라, 병렬 모듈을 직렬 접속한 세트 전지의 충전 이상을 검출할 때에, 병렬 모듈의 과충전 이상 및 충전기의 이상의 쌍방을 검출 가능하게 하는 이상 검출 장치도 제안되어 있다.
그러나, 종래의 이상 검출 장치에서는, 그 전지팩의 이상은 검출할 수 있지만, 예컨대 하나의 이차 전지 셀이 고장난 경우라도 전지팩 전체를 사용할 수 없게 된다고 하는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은, 이상을 일으키고 있는 이차 전지 셀을 특정하여, 그 특정된 이차 전지 셀을 포함하는 직렬 모듈을 분리하는 것에 의해, 직렬 모듈 1개분의 용량 감소만이 발생한 상태로 계속 사용하는 것이 가능한 전지팩을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 국면에 따른 전지팩은, 복수의 이차 전지 셀을 직렬로 접속한 복수의 직렬 모듈이 병렬로 접속되고, 또한, 각 직렬 모듈을 구성하는 이차 전지 셀의 각각이 병렬 접속되는 세트 전지와, 상기 세트 전지의 이상 상태를 검출하기 위한 전지 이상 검출 회로를 구비하고, 상기 세트 전지는, 상기 병렬 접속된 이차 전지 셀간을 전기적으로 분리하기 위한 복수의 병렬 접속 분리 스위치와, 상기 병렬 접속 분리 스위치에 의해 분리된 직렬 모듈을, 외부 회로와 연결되어 있는 세트 전지 본체로부터 분리하기 위한 복수의 세트 전지 회로 분리 스위치를 더 구비하고, 상기 전지 이상 검출 회로는, 상기 병렬 접속 분리 스위치가 온(ON)되어 있을 때에, 병렬 접속되어 있는 이차 전지 셀의 전압을 검출하고, 상기 병렬 접속 분리 스위치가 오프(OFF)되어 있을 때에, 병렬 접속이 분리된 이차 전지 셀의 각각의 전압을 검출할 수 있도록, 상기 세트 전지에 대한 접속 상태를 전환하기 위한 검출 회로 전환 스위치를 더 구비하고, 상기 전지 이상 검출 회로는, 상기 병렬 접속 분리 스위치가 오프되어 병렬 접속이 분리된 이차 전지 셀의 각각의 전압 변화에 근 거하여, 각 이차 전지 셀의 이상 상태를 검출하고, 이상 상태가 검출된 이차 전지 셀을 포함하는 직렬 모듈을 상기 세트 전지 본체로부터 분리하도록 상기 세트 전지 회로 분리 스위치를 제어한다.
본 발명의 다른 일 국면에 따른 전지팩은, 복수의 이차 전지 셀을 직렬로 접속한 복수의 직렬 모듈이 병렬로 접속되고, 또한, 각 직렬 모듈을 구성하는 이차 전지 셀의 각각이 병렬 접속되는 세트 전지와, 각 직렬 모듈을 구성하는 각 이차 전지 셀의 전압을 개별적으로 검출하여, 검출한 이차 전지 셀의 전압의 변화를 기초로 이차 전지 셀의 이상 상태를 개별적으로 검출하기 위한 전지 이상 검출 회로를 구비하고, 상기 세트 전지는, 각 직렬 모듈을 외부 부하로부터 전기적으로 분리하기 위한 복수의 세트 전지 회로 분리 스위치를 더 구비하고, 상기 전지 이상 검출 회로는, 이상 상태를 검출한 이차 전지 셀을 포함하는 직렬 모듈을 외부 부하로부터 전기적으로 분리하도록, 상기 복수의 세트 전지 회로 분리 스위치의 접속 상태를 제어한다.
상기의 각 전지팩에 있어서는, 이상을 일으키고 있는 이차 전지 셀을 특정하고, 그 특정된 이차 전지 셀을 포함하는 직렬 모듈을 분리하는 것에 의해, 직렬 모듈 1개분의 용량 감소만이 발생한 상태로 계속해서 사용할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를, 도면을 참조하면서 설명한다.
(실시예 1)
도 1은 본 발명의 실시예 1의 전지팩의 회로 구성을 나타내는 모식 회로도이 며, 이 경우 직렬 모듈의 병렬수는 2이다.
도 1에 있어서, 참조부호 1은 + 단자를 나타내고, 참조부호 2는 - 단자를 나타내며, + 단자(1) 및 - 단자(2)는 외부 부하로 되는 외부 회로(도시 생략)에 접속되어 있다. 3개의 이차 전지 셀(3)이 직렬로 접속되어 직렬 모듈(4a, 4b)이 각각 구성되어 있다. 2개의 직렬 모듈(4a, 4b)이 + 단자(1)와 - 단자(2) 사이에 병렬로 접속되어 세트 전지가 구성되어 있다.
또한, 직렬 모듈(4a, 4b)을 구성하는 이차 전지 셀(3)의 각각은, 병렬 접속 분리 스위치(5)를 거쳐서 병렬 접속되어 있다. 또한, 직렬 모듈(4a, 4b)에는, 각각 세트 전지 회로 분리 스위치(6)가 접속되고, 세트 전지 본체, 즉 + 단자(1)로부터 각 직렬 모듈(4a, 4b)을 분리할 수 있도록 되어 있다.
통상 동작시, 전지팩은, 병렬 접속 분리 스위치(5)를 온으로 한 상태로 사용된다. 이 때, 병렬 접속된 2개의 이차 전지 셀(3)의 전압은 동일하게 되기 때문에, AD 변환 기능 부가 마이크로컴퓨터(10)는, 전압 검출 전환 스위치(7)의 위치에 관계없이, 병렬 접속된 2개의 이차 전지 셀(3)의 전압을, 증폭기(8)를 거쳐서 검출할 수 있다. 이 마이크로컴퓨터(10)는 반드시 AD 변환 기능 부가일 필요는 없고, 전압 검출기와 마이크로컴퓨터를 조합한 구성이라도 상관없다.
또한, 마이크로컴퓨터(10)는, 도시를 생략한 신호 라인을 거쳐서 전환 신호를 병렬 접속 분리 스위치(5) 및 세트 전지 회로 분리 스위치(6)로 출력하여, 병렬 접속 분리 스위치(5) 및 세트 전지 회로 분리 스위치(6)의 접속 상태를 전환한다. 또, 병렬 접속 분리 스위치(5) 및 세트 전지 회로 분리 스위치(6)의 접속 상태의 제어는, 상기의 예에 특별히 한정되지 않고, 마이크로컴퓨터(10) 이외의 다른 제어 회로를 이용하여 접속 상태를 전환하도록 하더라도 좋다.
그리고, 마이크로컴퓨터(10)는, 정기적으로, 일정 시간, 예컨대 수 시간으로부터 수일, 병렬 접속 분리 스위치(5)를 오프로 한다. 그동안은, 마이크로컴퓨터(10)는, 전압 검출 전환 신호 라인(9)을 거쳐서 전압 검출 전환 신호를 전압 검출 전환 스위치(7)로 출력함으로써, 전압 검출 전환 스위치(7)를 전환하여 이차 전지 셀(3)의 전압을 개별적으로 계측한다.
예컨대, 마이크로컴퓨터(10)는, 정기적으로 일정 기간만큼 병렬 접속 분리 스위치(5)를 오프로 한다. 이 때, 마이크로컴퓨터(10)는, 전압 검출 전환 신호 라인(9)을 거쳐서 전압 검출 전환 신호를 전압 검출 전환 스위치(7)로 출력하여 전압 검출 전환 스위치(7)를 전환한다. 각 증폭기(8)는, 전압 검출 전환 스위치(7)를 거쳐서 접속되어 있는 이차 전지 셀(3)의 전압을 증폭하여 직렬 모듈(4a, 4b)마다 마이크로컴퓨터(10)로 출력한다. 마이크로컴퓨터(10)는 각 증폭기(8)의 출력 전압을 개별적으로 계측한다.
이 때, 직렬 모듈(4a, 4b)은, 병렬로 접속된 채이기 때문에, 부하로 되는 전자기기는, 계속해서 사용할 수 있다. 직렬 모듈(4a, 4b)중에, 예컨대 미소 내부 단락 등의 이상을 일으킨 이차 전지 셀(이상 이차 전지 셀)이 포함되는 경우, 직렬 모듈(4a, 4b)의 전압의 총합은 변하지 않지만, 각각의 이차 전지 셀(3)의 밸런스가 무너져, 이상 이차 전지 셀의 전압이 이상값(異常値)을 나타낸다.
마이크로컴퓨터(10)는, 각 증폭기(8)의 출력 전압을 기초로 이상 이차 전지 셀을 검출하여, 이상 이차 전지 셀이 검출된 직렬 모듈의 세트 전지 회로 분리 스위치(6)를 오프로 하여, 세트 전지 본체, 즉 + 단자(1)와 분리한다. 이 때, 마이크로컴퓨터(10)는, 병렬 접속 분리 스위치(5)를 오프하고 있어, 이상 이차 전지 셀이 병렬 접속 경로를 거쳐서 세트 전지 본체 및 외부 회로에 접속되는 경우도 없다.
이렇게 하여, 본 실시예에서는, 하나의 직렬 모듈(이상 이차 전지 셀이 검출된 직렬 모듈)분의 용량은 저하하지만, 또 하나의 직렬 모듈(이상 이차 전지 셀이 검출되어 있지 않은 직렬 모듈)을, 확실히 사용할 수 있다.
또, 이차 전지 셀의 전압을 검출하는 전압 검출 회로는, 각 이차 전지 셀의 전압을 측정하기 위하여 셀수와 동수의 전압 검출 회로를 마련하는 것은 아니고, 증폭기나 AD 변환기 등을 공용하면서, 각 이차 전지 셀에 대하여 전압 검출 회로를 스위치로 전환하는 방식을 이용하여도 좋다. 이 경우, 비용상승을 막아, 회로의 소형화를 도모할 수 있다. 또한, 각 병렬 셀의 전압은 같은 전압 검출기, 또는 증폭기 및 AD 변환기로 계측되기 때문에, 계측 오차에 의한 이상의 오(誤) 검지도 대폭 삭감할 수 있다. 또한, 직렬 모듈의 병렬수는 2에 한정되지 않고, 그 이상이라도 동일한 효과가 있다.
(실시예 2)
도 2는 본 발명의 실시예 2의 전지팩의 회로 구성을 나타내는 모식 회로도이며, 이 경우 직렬 모듈의 병렬수는 3이다.
여기서 먼저 설명한 도 1에 나타낸 실시예 1과 동일한 기능을 갖는 부품에는 동일한 번호를 부여하고 설명을 생략한다. 통상 동작시의 전압 감시, 및 정기적으로 각각의 이차 전지 셀(3)의 전압을 계측하는 방법은 실시예 1과 동일하다.
본 실시예와 실시예 1과의 차이는, 3개의 직렬 모듈(4a, 4b, 4c)와 3개의 병렬 접속 분리 스위치(5a, 5b, 5c)와의 접속 관계에 있다. 도 3은, 실시예 2의 전지팩의 직렬 모듈과 병렬 접속 분리 스위치의 접속 관계를 모식적으로 나타낸 설명도이다.
도 3에서는, 직렬 모듈(4a, 4b, 4c)은, 병렬 접속 분리 스위치(5a, 5b, 5c)에 의해 삼각형 즉 네트워크 형상으로, 병렬 접속되어 있다. 여기서, 예컨대 직렬 모듈(4a)에 이상 이차 전지 셀이 검지된 때는, 마이크로컴퓨터(10)는, 병렬 접속 분리 스위치(5a, 5b)의 2조의 스위치를 오프로 하는 것으로 된다. 이 결과, 본 실시예에 있어서도, 이상 이차 전지 셀이 병렬 접속 경로를 거쳐서 세트 전지 본체에 접속되는 일이 없고, 이상 이차 전지 셀을 외부 회로로부터 전기적으로 분리할 수 있다.
이렇게 하여, 본 실시예에서도, 하나의 직렬 모듈(이상 이차 전지 셀이 검출된 직렬 모듈)분의 용량은 저하하지만, 나머지 두개의 직렬 모듈(이상 이차 전지 셀이 검출되어 있지 않은 직렬 모듈)을 확실히 사용할 수 있다.
(실시예 3)
이상 설명한 바와 같이 실시예 1이나 실시예 2와 같이, 병렬 접속 분리 스위 치를 거쳐서, 이차 전지 셀 각각을 직접 접속하는 방법은, 직렬 모듈이 2 또는 3개일 때는, 회로 구성이 간단하지만, 직렬 모듈수가 많아지면 네트워크 형상으로 접속하는 것이 곤란하게 된다. 이 때문에, 실시예 3에서는, 아래와 같이 하여 이 문제를 해결하고 있다.
도 4는 본 발명의 실시예 3의 전지팩의 회로 구성을 나타내는 모식 회로도이며, 이 경우도 직렬 모듈의 병렬수는 3이다.
여기서 먼저 설명한 도 1에 나타낸 실시예 1과 동일한 기능을 갖는 부품에는 동일한 번호를 부여하고 설명을 생략한다. 통상 동작시의 전압 감시, 및 정기적으로 각각의 이차 전지 셀(3)의 전압을 계측하는 방법은 실시예 1과 동일하다.
본 실시예와 실시예 1 및 실시예 2와의 차이는, 3개의 직렬 모듈(4a, 4b, 4c)와 3개의 병렬 접속 분리 스위치(5a, 5b, 5c)와의 접속 관계에 있다. 본 실시예에서는, 직렬 모듈(4)의 말미의 이차 전지 셀(3)을 제외한 이차 전지 셀(3) 각각에, 즉, 직렬 접속되어 있는 이차 전지 셀 사이에 하나씩 병렬 접속 분리 스위치(5a, 5b, 5c)의 일단이 접속되고, 병렬 접속 분리 스위치(5a, 5b, 5c)의 타단은 하나의 점(11)에서 전기적으로 접속되어 있다.
도 5는, 실시예 3의 전지팩의 직렬 모듈과 병렬 접속 분리 스위치와의 접속 관계를 모식적으로 나타낸 설명도이다. 도 5에서는, 직렬 모듈(4a, 4b, 4c)에는, 각각, 병렬 접속 분리 스위치(5a, 5b, 5c)의 일단이 접속되고, 병렬 접속 분리 스위치(5)의 타단이, 하나의 점(11)에서 전기적으로 접속되는 것에 의해, 직렬 모듈(4a, 4b, 4c)을 구성하는 각 이차 전지 셀이 병렬 접속되어 있다. 여기서, 예컨대 직렬 모듈(4a)에 이상 이차 전지 셀이 검지된 때는, 병렬 접속 분리 스위치(5a)의 1조의 스위치를 오프로 하는 만큼 직렬 모듈(4a)을 분리할 수 있다.
이렇게 하여, 본 실시예에서도, 하나의 직렬 모듈(이상 이차 전지 셀이 검출된 직렬 모듈)분의 용량은 저하하지만, 나머지 두개의 직렬 모듈(이상 이차 전지 셀이 검출되어 있지 않은 직렬 모듈)을, 확실히 사용할 수 있다.
또한, 본 실시예와 같이, 일단이 공통 접속된 병렬 접속 분리 스위치를 이용하는 경우, 직렬 모듈의 수가 증가하여, 예컨대, 4개의 직렬 모듈을 병렬 접속할 때에도, 도 6에 도시하는 바와 같이 병렬 분리 스위치를 1조 늘리는 것만으로 대응할 수 있다. 또, 도 6과 같이 전기적인 하나의 점(11)은 물리적으로 점일 필요는 없고, 전기적으로 연결되면 좋다.
이와 같이, 상기 각 실시예의 전지팩은, 이상을 일으키고 있는 이차 전지 셀을 특정하고, 그 특정된 이차 전지 셀을 포함하는 직렬 모듈을 분리하는 것에 의해, 직렬 모듈 1개분의 용량 감소만이 발생한 상태로 계속해서 사용할 수 있기 때문에, 노트북 퍼스널컴퓨터 등의 전자기기의 전원으로서 유용하다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지팩은, 복수의 이차 전지 셀을 직렬로 접속한 복수의 직렬 모듈이 병렬로 접속되고, 또한, 각 직렬 모듈을 구성하는 이차 전지 셀의 각각이 병렬 접속되는 세트 전지와, 상기 세트 전지의 이상 상태를 검출하기 위한 전지 이상 검출 회로를 구비하고, 상기 세트 전지는, 상기 병렬 접속된 이차 전지 셀간을 전기적으로 분리하기 위한 복수의 병렬 접속 분리 스위치와, 상기 병렬 접속 분리 스위치에 의해 분리된 이차 전지 셀을 포함하는 직렬 모듈을, 외부 회로와 연결되어 있는 세트 전지 본체로부터 분리하기 위한 복수의 세트 전지 회로 분리 스위치를 더 구비하고, 상기 전지 이상 검출 회로는, 상기 병렬 접속 분리 스위치가 온되어 있을 때에, 병렬 접속되어 있는 이차 전지 셀의 전압을 검출하고, 상기 병렬 접속 분리 스위치가 오프되어 있을 때에, 병렬 접속이 분리된 이차 전지 셀의 각각의 전압을 검출할 수 있도록, 상기 세트 전지에 대한 접속 상태를 전환하기 위한 검출 회로 전환 스위치를 더 구비하고, 상기 전지 이상 검출 회로는, 상기 병렬 접속 분리 스위치가 오프되어 병렬 접속이 분리된 이차 전지 셀의 각각의 전압 변화에 근거하여, 각 이차 전지 셀의 이상 상태를 검출하여, 이상 상태가 검출된 이차 전지 셀을 포함하는 직렬 모듈을 상기 세트 전지 본체로부터 분리되도록 상기 세트 전지 회로 분리 스위치를 제어한다.
본 발명의 전지팩의 세트 전지에 있어서의 전기적 접속은, 병렬 접속한 이차 전지 셀을 스위치로 분리할 수 있도록 구성되어 있다. 또한, 모든 병렬 접속을 분리한 상태로, 특정한 직렬 모듈을 분리하는 스위치를 마련하고 있다.
통상 동작시는, 병렬 접속된 이차 전지 셀간의 스위치를 닫힌 상태로 사용한다. 그리고, 정기적으로, 일정 시간(수 시간∼수일) 병렬 접속을 분리하여 사용한다. 그동안은, 전지 이상 검출 회로에 설치한 전압 검출 전환 스위치의 접속 상태를 전환하여 각 이차 전지 셀의 전압을 개별적으로 계측한다.
세트 전지 중에, 미소 내부 단락을 일으킨 이차 전지 셀이 포함되는 경우, 병렬 접속시에는 병렬 접속된 두 셀 사이에서 일치하고 있었을 전압에 차가 발생한다. 이것은, 미소 내부 단락을 일으킨 이차 전지 셀(미소 단락 셀)의 전압만큼 저 하하기 때문이다. 이 방법으로 미소 단락 셀을 검출한다.
상술한 바와 같이, 미소 단락 셀을 병렬 접속하면, 병렬 접속된 이차 전지 셀의 용량도, 미소 단락 셀의 단락 회로를 통하여 방전되기 때문에, 그 병렬 접속된 이차 전지 셀의 용량이 저하하여, 세트 전지의 용량이 저하한다. 용량의 저하가 심한 경우는, 그 병렬 접속된 이차 전지 셀의 잔여 용량이 0, 다른 이차 전지 셀이 만충전으로 되어, 세트 전지로서 충방전할 수 없게 된다. 그래서, 미소 단락이 검출된 경우, 이 이차 전지 셀을 포함하는 직렬 모듈의 병렬 접속을 하지 않고, 정상적인 직렬 모듈만으로 세트 전지 회로를 구성한다. 이에 따라, 1직렬 모듈분의 용량은 저하하지만, 나머지의 용량은 확실히 이용할 수 있기 때문에, 직렬 모듈 1개분의 용량 감소만이 발생한 상태로 계속해서 사용할 수 있다.
또, 이차 전지 셀의 이상에는, 상술한 미소 내부 단락뿐 아니라, 극단적인 전지 용량의 열화나, 안전 장치의 작동, 리드 벗어남 등의 이상이 있지만, 그것들도 동일한 전압 거동의 이상으로부터 검지할 수 있어, 그 이상 이차 전지 셀을 포함하는 직렬 모듈의 병렬 접속을 하지 않고, 정상적인 직렬 모듈만으로 세트 전지를 구성할 수 있다.
상기 복수의 직렬 모듈은 2 또는 3개의 직렬 모듈을 포함하며, 상기 병렬 접속 분리 스위치의 일단은 하나의 직렬 모듈의 이차 전지 셀 사이에 접속되고, 상기 병렬 접속 분리 스위치의 타단은 다른 직렬 모듈의 이차 전지 셀 사이에 접속되는 것이 바람직하다.
이 경우, 직렬 모듈이 2 또는 3개의 때에, 병렬 접속 분리 스위치의 수가 적 은 회로 구성을 취할 수 있다.
상기 복수의 직렬 모듈은 3개 이상의 직렬 모듈을 포함하며, 상기 병렬 접속 분리 스위치의 일단은 각 직렬 모듈의 이차 전지 셀 사이에 접속되고, 상기 병렬 접속 분리 스위치의 타단은 하나의 접속점에 전기적으로 접속되는 것이 바람직하다.
이 경우, 직렬 모듈의 수가 증가했을 때에도, 직렬 모듈 1개당 1조의 병렬 접속 분리 스위치를 증설하는 것만으로 세트 전지를 구성할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 다른 전지팩은, 복수의 이차 전지 셀을 직렬로 접속한 복수의 직렬 모듈이 병렬로 접속되고, 또한, 각 직렬 모듈을 구성하는 이차 전지 셀의 각각이 병렬 접속되는 세트 전지와, 각 직렬 모듈을 구성하는 각 이차 전지 셀의 전압을 개별적으로 검출하여, 검출한 이차 전지 셀의 전압의 변화를 기초로 이차 전지 셀의 이상 상태를 개별적으로 검출하기 위한 전지 이상 검출 회로를 구비하고, 상기 세트 전지는, 각 직렬 모듈을 외부 부하로부터 전기적으로 분리하기 위한 복수의 세트 전지 회로 분리 스위치를 더 구비하고, 상기 전지 이상 검출 회로는, 이상 상태를 검출한 이차 전지 셀을 포함하는 직렬 모듈을 외부 부하로부터 전기적으로 분리하도록, 상기 복수의 세트 전지 회로 분리 스위치의 접속 상태를 제어한다.
본 전지팩에 있어서는, 직렬 모듈을 구성하는 각 이차 전지 셀의 전압이 개별적으로 검출되고, 검출된 이차 전지 셀의 전압의 변화를 기초로 이차 전지 셀의 이상 상태가 개별적으로 검출되어, 이상 상태가 검출된 이차 전지 셀을 포함하는 직렬 모듈이 외부 부하로부터 전기적으로 분리되기 때문에, 이상 상태가 검출된 이차 전지 셀을 포함하는 직렬 모듈 1개분의 용량 감소만이 발생한 상태로 계속해서 사용할 수 있다.
상기 세트 전지는, 병렬 접속되어 있는 이차 전지 셀을 개별적으로 분리하기 위한 복수의 병렬 접속 분리 스위치를 더 구비하고, 상기 전지 이상 검출 회로는, 상기 병렬 접속 분리 스위치가 오프되어 있을 때에, 병렬 접속이 분리된 이차 전지 셀의 각각의 전압을 검출하여, 이상 상태를 검출한 이차 전지 셀을 포함하는 직렬 모듈을 외부 부하로부터 전기적으로 분리되도록, 상기 복수의 세트 전지 회로 분리 스위치의 접속 상태를 제어하는 것이 바람직하다.
이 경우, 병렬 접속 분리 스위치를 오프함으로써, 병렬 접속되어 있는 이차 전지 셀을 개별적으로 분리할 수 있기 때문에, 이상 상태가 검출된 이차 전지 셀만을 병렬 접속으로부터 분리할 수 있어, 해당 이차 전지 셀 포함하는 직렬 모듈을 외부 부하로부터 확실히 분리할 수 있다.
상기 전지 이상 검출 회로는, 상기 병렬 접속 분리 스위치가 온되어 있을 때에, 병렬 접속되어 있는 이차 전지 셀의 전압을 감시하는 것이 바람직하다.
이 경우, 통상 사용시, 이차 전지 셀을 병렬 접속한 상태로 사용하면서, 병렬 접속된 이차 전지 셀의 전압을 감시하여 그 이상을 확실히 검출할 수 있다.
상기 병렬 접속 분리 스위치는, 각 직렬 모듈의 각 이차 전지 셀을 병렬 접속하기 위해서, 그 일단이 하나의 직렬 모듈의 이차 전지 셀 사이에 접속되고, 그 타단이 다른 직렬 모듈의 이차 전지 셀 사이에 접속되는 스위치를 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우, 병렬 접속 분리 스위치의 수를 적게 하여 회로 구성을 간략화할 수 있다.
상기 복수의 직렬 모듈은, 2개 또는 3개의 직렬 모듈을 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우, 병렬 접속 분리 스위치의 수를 적게 한 회로 구성을 채용할 수 있다.
상기 병렬 접속 분리 스위치는, 각 직렬 모듈의 각 이차 전지 셀을 병렬 접속하기 위해서, 그 일단이 각 직렬 모듈의 이차 전지 셀 사이에 접속되고, 그 타단이 하나의 접속점에 전기적으로 접속되는 스위치를 포함하도록 하더라도 좋다.
이 경우, 직렬 모듈의 수가 증가했을 때에도, 직렬 모듈 1개당 1조의 병렬 접속 분리 스위치를 증설하는 것만으로 세트 전지를 구성할 수 있어, 회로 구성을 간략화할 수 있다.
상기 복수의 직렬 모듈은, 3개 이상의 직렬 모듈을 포함하는 것이 바람직하다. 이 경우, 병렬 접속되는 직렬 모듈의 수를 증가하여 전지팩의 용량을 증가할 수 있다.
상기 전지 이상 검출 회로는, 상기 복수의 직렬 모듈 중 하나의 직렬 모듈의 각 이차 전지 셀의 전압을 선택적으로 출력하기 위한 검출 회로 전환 스위치를 더 구비하고, 상기 전지 이상 검출 회로는, 상기 병렬 접속 분리 스위치를 오프 상태로 전환하고, 또한, 상기 검출 회로 전환 스위치의 접속 상태를 전환하는 것에 의해, 각 직렬 모듈을 구성하는 각 이차 전지 셀의 전압을 개별적으로 검출하여, 검출한 이차 전지 셀의 전압의 변화를 기초로 이차 전지 셀의 이상 상태를 개별적으 로 검출하는 것이 바람직하다.
이 경우, 복수의 직렬 모듈 중 하나의 직렬 모듈의 각 이차 전지 셀의 전압이 선택적으로 출력되고, 출력된 각 이차 전지 셀의 전압의 변화를 기초로 이차 전지 셀의 이상 상태가 개별적으로 검출되기 때문에, 전지 이상 검출 회로를 직렬 모듈마다 마련할 필요가 없어져, 회로 구성을 간략화할 수 있다.
상기 검출 회로 전환 스위치는, 상기 복수의 직렬 모듈 중 하나의 직렬 모듈을 구성하는 복수의 이차 전지 셀의 각 단자 전압을 선택적으로 출력하고, 상기 전지 이상 검출 회로는, 각 단자 전압을 기초로 각 이차 전지 셀의 전압을 출력하는 복수의 증폭기를 더 구비하고, 상기 전지 이상 검출 회로는, 상기 복수의 증폭기의 각 출력을 개별적으로 검출하여, 검출한 전압의 변화를 기초로 이차 전지 셀의 이상 상태를 개별적으로 검출하는 것이 바람직하다.
이 경우, 하나의 직렬 모듈을 구성하는 복수의 이차 전지 셀의 각 단자 전압이 선택적으로 출력되고, 출력된 각 단자 전압을 기초로 각 이차 전지 셀의 전압이 출력되며, 이것들의 출력이 개별적으로 검출되어, 검출된 전압의 변화를 기초로 이차 전지 셀의 이상 상태가 개별적으로 검출되기 때문에, 하나의 직렬 모듈을 구성하는 이차 전지 셀과 동수의 증폭기를 이용하여 각 이차 전지 셀의 전압을 검출할 수 있다.
본 발명에 의하면, 이상을 일으키고 있는 이차 전지 셀을 특정하여, 그 특정 된 이차 전지 셀을 포함하는 직렬 모듈을 분리하는 것에 의해, 직렬 모듈 1개분의 용량 감소만이 발생한 상태로 계속 사용하는 것이 가능한 전지팩을 제공할 수 있다.

Claims (12)

  1. 전지팩으로서,
    복수의 이차 전지 셀을 직렬로 접속한 복수의 직렬 모듈이 병렬로 접속되고, 또한, 각 직렬 모듈을 구성하는 이차 전지 셀의 각각이 병렬 접속되는 세트(組) 전지와,
    상기 세트 전지의 이상 상태를 검출하기 위한 전지 이상 검출 회로를 구비하고,
    상기 세트 전지는,
    상기 병렬 접속된 이차 전지 셀간을 전기적으로 분리하기 위한 복수의 병렬 접속 분리 스위치와,
    상기 병렬 접속 분리 스위치에 의해 분리된 이차 전지 셀을 포함하는 직렬 모듈을, 외부 회로와 연결되어 있는 세트 전지 본체로부터 분리하기 위한 복수의 세트 전지 회로 분리 스위치를 더 구비하고,
    상기 전지 이상 검출 회로는, 상기 병렬 접속 분리 스위치가 온(ON)되어 있을 때에, 병렬 접속되어 있는 이차 전지 셀의 전압을 검출하고, 상기 병렬 접속 분리 스위치가 오프(OFF)되어 있을 때에, 병렬 접속이 분리된 이차 전지 셀의 각각의 전압을 검출할 수 있도록, 상기 세트 전지에 대한 접속 상태를 전환하기 위한 검출 회로 전환 스위치를 더 구비하고,
    상기 전지 이상 검출 회로는, 상기 병렬 접속 분리 스위치가 오프되어 병렬 접속이 분리된 이차 전지 셀의 각각의 전압 변화에 근거하여, 각 이차 전지 셀의 이상 상태를 검출하고, 이상 상태가 검출된 이차 전지 셀을 포함하는 직렬 모듈을 상기 세트 전지 본체로부터 분리하도록 상기 세트 전지 회로 분리 스위치를 제어하는
    전지팩.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 직렬 모듈은 2 또는 3개의 직렬 모듈을 포함하고,
    상기 병렬 접속 분리 스위치의 일단은 하나의 직렬 모듈의 이차 전지 셀 사이에 접속되며, 상기 병렬 접속 분리 스위치의 타단은 다른 직렬 모듈의 이차 전지 셀 사이에 접속되는 전지팩.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 직렬 모듈은, 3개 이상의 직렬 모듈을 포함하고,
    상기 병렬 접속 분리 스위치의 일단은 각 직렬 모듈의 이차 전지 셀 사이에 접속되고, 상기 병렬 접속 분리 스위치의 타단은 하나의 접속점에 전기적으로 접속되는 전지팩.
  4. 전지팩으로서,
    복수의 이차 전지 셀을 직렬로 접속한 복수의 직렬 모듈이 병렬로 접속되고, 또한, 각 직렬 모듈을 구성하는 이차 전지 셀의 각각이 병렬 접속되는 세트 전지와,
    각 직렬 모듈을 구성하는 각 이차 전지 셀의 전압을 개별적으로 검출하고, 검출한 이차 전지 셀의 전압의 변화를 기초로 이차 전지 셀의 이상 상태를 개별적으로 검출하기 위한 전지 이상 검출 회로를 구비하되,
    상기 세트 전지는, 각 직렬 모듈을 외부 부하로부터 전기적으로 분리하기 위한 복수의 세트 전지 회로 분리 스위치를 더 구비하고,
    상기 전지 이상 검출 회로는, 이상 상태를 검출한 이차 전지 셀을 포함하는 직렬 모듈을 외부 부하로부터 전기적으로 분리하도록, 상기 복수의 세트 전지 회로 분리 스위치의 접속 상태를 제어하는
    전지팩.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 세트 전지는, 병렬 접속되어 있는 이차 전지 셀을 개별적으로 분리하기 위한 복수의 병렬 접속 분리 스위치를 더 구비하고,
    상기 전지 이상 검출 회로는, 상기 병렬 접속 분리 스위치가 오프되어 있을 때에, 병렬 접속이 분리된 이차 전지 셀의 각각의 전압을 검출하여, 이상 상태를 검출한 이차 전지 셀을 포함하는 직렬 모듈을 외부 부하로부터 전기적으로 분리하도록, 상기 복수의 세트 전지 회로 분리 스위치의 접속 상태를 제어하는 전지팩.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 전지 이상 검출 회로는, 상기 병렬 접속 분리 스위치가 온되어 있을 때에, 병렬 접속되어 있는 이차 전지 셀의 전압을 감시하는 전지팩.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 병렬 접속 분리 스위치는, 각 직렬 모듈의 각 이차 전지 셀을 병렬 접속하기 위해서, 그 일단이 하나의 직렬 모듈의 이차 전지 셀 사이에 접속되고, 그 타단이 다른 직렬 모듈의 이차 전지 셀 사이에 접속되는 스위치를 포함하는 전지팩.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 복수의 직렬 모듈은 2개 또는 3개의 직렬 모듈을 포함하는 전지팩.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 병렬 접속 분리 스위치는, 각 직렬 모듈의 각 이차 전지 셀을 병렬 접속하기 위해서, 그 일단이 각 직렬 모듈의 이차 전지 셀 사이에 접속되고, 그 타단이 하나의 접속점에 전기적으로 접속되는 스위치를 포함하는 전지팩.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 복수의 직렬 모듈은 3개 이상의 직렬 모듈을 포함하는 전지팩.
  11. 제 5 항에 있어서,
    상기 전지 이상 검출 회로는, 상기 복수의 직렬 모듈 중 하나의 직렬 모듈의 각 이차 전지 셀의 전압을 선택적으로 출력하기 위한 검출 회로 전환 스위치를 더 구비하고,
    상기 전지 이상 검출 회로는, 상기 병렬 접속 분리 스위치를 오프 상태로 전환하고, 또한, 상기 검출 회로 전환 스위치의 접속 상태를 전환하는 것에 의해, 각 직렬 모듈을 구성하는 각 이차 전지 셀의 전압을 개별적으로 검출하며, 검출한 이차 전지 셀의 전압의 변화를 기초로 이차 전지 셀의 이상 상태를 개별적으로 검출하는 전지팩.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 검출 회로 전환 스위치는, 상기 복수의 직렬 모듈 중 하나의 직렬 모듈을 구성하는 복수의 이차 전지 셀의 각 단자 전압을 선택적으로 출력하고,
    상기 전지 이상 검출 회로는, 각 단자 전압을 기초로 각 이차 전지 셀의 전압을 출력하는 복수의 증폭기를 더 구비하며,
    상기 전지 이상 검출 회로는, 상기 복수의 증폭기의 각 출력을 개별적으로 검출하고, 검출한 전압의 변화를 기초로 이차 전지 셀의 이상 상태를 개별적으로 검출하는 전지팩.
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