KR20110021396A - 이차 전지 - Google Patents

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Abstract

본 발명에서는 서비스 플러그의 개폐 상태를 확인하여 작업자의 안전을 보호 수 있는 이차 전지가 개시된다.
일 예로, 복수의 배터리 셀로 이루어진 배터리 팩과, 상기 배터리 셀의 사이에 플러그 단자를 통해 결합되고, 상기 배터리 셀에 대한 상기 플러그 단자의 접촉을 통해 상기 배터리 셀의 상호간 연결을 제어하는 서비스 플러그와, 상기 배터리 팩 및 서비스 플러그에 연결되고, 상기 배터리 팩의 전압 및 전류 중 선택된 적어도 어느 하나와 상기 서비스 플러그에 연결된 배터리 셀의 전압을 측정하여, 상기 서비스 플러그의 개폐 상태를 판단하는 배터리 관리 시스템을 포함하는 이차 전지가 개시된다.
Figure P1020090079175
이차 전지, 서비스 플러그, 개방, 배터리 관리 시스템

Description

이차 전지{Secondary Battery}
본 발명은 이차 전지에 관한 것이다.
통상적으로, 이차 전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리, 충전 및 방전이 가능한 전지를 의미한다. 이러한 이차 전지는 소형의 경우 휴대 전화, 노트북 컴퓨터, 캠코더 등의 첨단 전자기기 분야에서 널리 사용되고, 대형의 경우 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차의 모터를 구동하기 위해 사용되고 있다.
특히, 전기 자동차 등에 사용되는 경우, 전지셀이 갖는 용량의 한계 때문에 여러 개의 전지셀을 직병렬로 연결하여 하나로 묶어서 제조하고 있다. 즉, 복수의 이차 전지셀을 직렬로 접속하여 구성되는 전지팩은 이차 전지셀의 용량을 상승시키고 셀의 직렬화로 셀합 계수의 전압을 빼낼 수 있기 때문에 여러가지 용량 및 전압의 출력을 만들어낼 수 있는 이점이 있다.
한편, 이와 같은 전지팩은 비교적 고전압을 출력하기 때문에, 고장 또는 수 리시에 작업자의 안전을 위한 장치가 필요하다.
본 발명은 서비스 플러그의 개폐 상태를 확인하여 작업자의 안전을 보호할 수 있는 이차 전지를 제공한다.
본 발명에 따른 이차 전지는 복수의 배터리 셀로 이루어진 배터리 팩; 상기 배터리 셀의 사이에 플러그 단자를 통해 결합되고, 상기 배터리 셀에 대한 상기 플러그 단자의 접촉을 통해 상기 배터리 셀의 상호간 연결을 제어하는 서비스 플러그; 및 상기 배터리 팩 및 서비스 플러그에 연결되고, 상기 배터리 팩의 전압 및 전류 중 선택된 적어도 어느 하나와 상기 서비스 플러그에 연결된 배터리 셀의 전압을 측정하여, 상기 서비스 플러그의 개폐 상태를 판단하는 배터리 관리 시스템을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 배터리 관리 시스템은 상기 배터리 팩의 전압으로 측정 가능한 최대값 및 상기 배터리 팩의 전류로 0[A] 중 선택된 적어도 어느 하나를 측정하고, 상기 배터리 셀의 전압으로 측정 가능한 최대값을 측정한 경우, 상기 서비스 플러그가 개방된 것으로 판단할 수 있다.
그리고 상기 배터리 관리 시스템은 상기 서비스 플러그에 연결된 배터리 셀의 전압을 상기 플러그 단자가 모두 포함되도록 하여 측정할 수 있다.
또한, 상기 배터리 관리 시스템은 상기 배터리 팩의 전압을 상기 플러그 단 자가 모두 포함되도록 하여 측정할 수 있다.
또한, 상기 배터리 관리 시스템은 상기 배터리 팩의 전압 및 전류를 측정하여, 상기 서비스 플러그의 개폐 상태를 판단할 수 있다.
또한, 상기 배터리 관리 시스템은 상기 배터리 팩의 전압이 측정 가능한 최대값이고, 상기 배터리 팩의 전류가 0[A]인 경우, 상기 서비스 플러그가 개방된 것으로 판단할 수 있다.
또한, 상기 배터리 관리 시스템은 상기 서비스 플러그에 폐루프를 형성하도록 연결되고, 상기 폐루프에 전류를 인가하여 상기 서비스 플러그의 개폐 상태를 측정할 수 있다.
또한, 상기 배터리 관리 시스템은 상기 서비스 플러그의 폐루프에 전류가 흐르지 않는 경우, 상기 서비스 플러그가 개방된 것으로 판단할 수 있다.
또한, 상기 배터리 관리 시스템은 상기 서비스 플러그의 개폐 상태를 외부 디스플레이에 표시할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 서비스 플러그를 배터리 팩의 서브팩의 사이 또는 배터리 셀의 사이에 위치시키고, 고장 수리를 위해 서비스 플러그를 개방할 때, 배터리 관리 시스템에서 배터리 셀 전압, 서브팩 전압, 전체 전압 및/또는 배터리 팩의 전류를 측정함으로써, 상기 서비스 플러그가 개방되었는지 여부를 확인할 수 있고, 작업자의 안전을 보호할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 구성을 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 구성도이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지에 사용되는 센서부를 상세히 도시한 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 배터리 관리 시스템(1), 배터리 팩(2)을 포함한다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 전류 센서(3), 냉각팬(4), 퓨즈 소자(5), 충방전 스위치(6)를 더 포함할 수 있다.
상기 배터리 관리 시스템(1)은 센싱부(10), 상기 센싱부(10)에 연결된 모터 컨트롤 유닛(20)을 포함한다. 또한, 상기 배터리 관리 시스템(1)은 내부 전원 공급부(30), 셀 밸런싱부(40), 저장부(50), 통신부(60), 보호회로부(70), 파워온 리셋부(80), 외부 인터페이스(90)를 더 포함할 수 있다.
상기 센싱부(10)는 상기 배터리 팩(2)과 전류 센서(3)에 연결된다. 상기 센싱부(10)는 상기 배터리 팩(2)의 전체 전압, 서브팩(210 내지 280)의 전압 및/또는 상기 서브팩(210 내지 280)을 구성하는 전지셀 각각의 전압을 측정한다. 또한, 상기 센싱부(10)는 상기 전류 센서(3)를 통해 상기 충방전 라인(11, 12) 및 상기 배터리 팩(2)을 통과하는 전류를 측정한다.
이를 위해, 상기 센싱부(10)는 상기 배터리 팩(2)에 연결된 셀전압 측정부(110), 팩전압 측정부(120), 상기 전류 센서(3)에 연결된 팩전류 측정부(130), 상기 내부 전원 공급부(30)로부터 폐루프를 형성하는 루프 전류 측정부(140)를 포함한다. 또한, 상기 센싱부(10)는 상기 배터리 팩(2)의 온도 및 주변 온도 등을 측정하는 온도 측정부(150), 상기 셀전압 측정부(110) 내지 팩전류 측정부(130)에서 측정한 전압값 또는 전류값을 컨버팅하는 A/D 컨버터(160)를 포함할 수도 있다.
상기 셀전압 측정부(110)는 상기 배터리 팩(2)을 구성하는 서브팩(210 내지 280)의 전압 또는 상기 서브팩을 구성하는 배터리 셀의 전압을 측정한다. 특히, ①의 경로로 도시된 것처럼, 상기 셀전압 측정부(110)는 상기 서비스 플러그(290)와 연결된 서브팩(240, 250)의 전압, 또는 상기 서브팩(240, 250) 내에서 상기 서비스 플러그(290)와 연결된 배터리 셀의 전압을 측정한다. 상기 셀전압 측정부(110)는 상기 서비스 플러그(290)의 플러그 단자(290a)를 포함하도록 하여 상기 배터리 팩(2)과 연결된다. 따라서, 상기 서비스 플러그(290)가 상기 서브팩(240, 250)의 사이에 연결되어 있는 경우 상기 셀전압 측정부(110)에는 상기 서비스 플러그(290)과 연결된 상기 서브팩(240, 250) 또는 전지셀의 전압값이 나타난다. 반면, 상기 서비스 플러그(290)가 개방되어 있는 경우, 상기 셀전압 측정부(110)에서 측정된 전압값은 무한대로 측정되며, 그 결과, 셀전압 측정부(110)에서 측정할 수 있는 최 대값으로 나타나게 된다.
상기 팩전압 측정부(120)는 상기 배터리 팩(2)의 충방전 전류 라인(11, 12)에 연결된다. 상기 팩전압 측정부(120)는 ②의 경로로 도시된 것처럼, 상기 배터리 팩(2)의 전압값을 측정한다. 그리고 상기 배터리 팩(2)을 이루는 서브팩(210 내지 290)의 사이에는 상기 서비스 플러그(290)가 형성되어 있기 때문에, 상기 서비스 플러그(290)가 연결되어 있는 경우에는 상기 팩전압 측정부(120)가 상기 배터리 팩(2)의 전압을 측정할 수 있다. 반면, 상기 서비스 플러그(290)가 개방된 경우, 상기 팩전압 측정부(120)에 측정되는 전압은 무한대가 되기 때문에, 결과적으로 상기 팩전압 측정부(120)가 나타낼 수 있는 최대값으로 나타나게 된다.
상기 팩전류 측정부(130)는 상기 충방전 전류 라인(11, 12)에 연결된다. 상기 팩전류 측정부(130)는 ③의 경로로 도시된 것처럼, 상기 전류 센서(3)에 의해 상기 충방전 전류 라인(11, 12) 및 배터리 팩(2)을 흐르는 전류값을 측정한다. 상기 서비스 플러그(290)가 상기 서브팩(210 내지 280)의 사이에 연결되어 있는 경우, 상기 팩전류 측정부(130)에는 상기 배터리 팩(2)을 통과하는 전류값이 측정된다. 반면, 상기 서비스 플러그(290)가 개방되어 있는 경우, 상기 충방전 전류 라인(11, 12)에는 전류가 흐를 수 없기 때문에, 상기 팩전류 측정부(130)에는 0[A]의 전류값이 측정된다.
상기 루프 전류 측정부(140)는 상기 내부 전원 공급부(30) 및 상기 서비스 플러그(290)와 함께 폐루프(293)를 구성한다. 상기 폐루프(293)에는 상기 내부 전원 공급부(30)의 전원을 이용하여 전류가 흐른다. 물론, 상기 내부 전원 공급 부(30) 이외에 별도의 외부 전압원 또는 전류원을 이용해서도 폐루프를 구성하는 것도 가능하다. 그리고 상기 루프 전류 측정부(140)는 상기 폐루프(293)를 통과하는 전류의 전류값을 측정한다. 상기 서비스 플러그(290)가 상기 서브팩(210 내지 280)의 사이에 연결되어 있는 경우, 상기 폐루프(293) 역시 연결된 상태를 유지하므로 상기 루프 전류 측정부(140)에서 상기 폐루프(291)를 흐르는 전류값이 측정된다. 반면, 상기 서비스 플러그(290)가 개방된 경우, 상기 폐루프(293)도 역시 개방되므로 전류가 흐를 수 없다. 그 결과, 상기 루프 전류 측정부(140)에는 0[A]의 전류값이 측정된다.
상기 온도 측정부(150)는 상기 배터리 팩(2)의 온도 또는 주변 온도를 측정한다. 상기 온도 측정부(150)의 온도 신호는 상기 모터 컨트롤 유닛(20)에 공급되어, 상기 배터리 팩(2)의 온도가 기준보다 높을 때, 상기 모터 컨트롤 유닛(20)이 상기 배터리 팩(2)의 충전 또는 방전 동작을 제어하게 된다.
상기 A/D 컨버터(160)는 상기 셀전압 측정부(110), 팩전압 측정부(120) 및 팩전류 측정부(130)에 연결된다. 상기 A/D 컨버터(160)는 상기 셀전압 측정부(110)의 셀전압, 서브팩 전압, 상기 팩전압 측정부(120)의 팩전압 및 상기 팩전류 측정부(130)의 팩전류를 디지털 신호로 변환시킨다. 또한, 상기 A/D 컨버터(160)는 상기 디지털 신호 변환된 전압값 및 전류값들을 상기 모터 컨트롤 유닛(20)에 인가한다.
상기 모터 컨트롤 유닛(20)은 상기 센싱부(10)로부터 전달받은 전압값 및 온 도값들에 기초하여, 상기 배터리 팩(2)의 SOC(state of charging) 및 SOH(state of health)를 판단한다. 상기 모터 컨트롤 유닛(20)은 상기 배터리 팩(2)의 충전 및 방전 동작을 제어한다. 즉, 상기 모터 컨트롤 유닛(20)은 상기 배터리 팩(2)의 과충전시 충방전 전류 라인(11, 12)의 경로를 상기 메인 스위치(6)를 통해 차단할 수 있다. 또한, 상기 서비스 플러그(290)가 분리되어 개방된 때, 상기 모터 컨트롤 유닛(20)은 별도의 외부 디스플레이에 상기 서비스 플러그(290)의 개폐 상태, 즉 상기 서비스 플러그(290)가 분리되었다는 정보를 표시할 수도 있다.
상기 내부 전원 공급부(30)는 통상적으로 보조 배터리(미도시)를 이용하여 상기 배터리 관리 시스템(1)에 전원을 공급한다. 상기 내부 전원 공급부(30)는 외부의 전원을 통해 충전 동작을 수행할 수 있다. 일 예로, 본 발명의 배터리 팩(2)이 HEV(Hybrid Electric Vehicle) 자동차 등에 사용되는 배터리 팩인 경우, 상기 내부 전원 공급부(30)는 자동차의 납축 전지로부터 전원을 공급받아 충전을 수행할 수 있다. 또한, 상기 내부 전원 공급부(30)는 상기 루프 전류 측정부(140)와 서비스 플러그(290)가 형성하는 폐루프(293)에 정전원을 공급할 수 있다.
상기 셀 밸런싱부(40)는 상기 배터리 팩(2)을 구성하는 서브팩(210 내지 280)의 배터리 셀들간 충전 및 방전 상태를 균일화하는 동작을 수행한다. 즉, 상기 셀 밸런싱부(40)는 상기 배터리 셀 중에서 충전 상태가 높은(방전 상태가 낮은) 셀은 방전시키고, 상기 배터리 셀 중에서 충전 상태가 낮은(방전 상태가 높은) 셀은 충전시킴으로써, 각 배터리 셀들이 균일한 정도의 충전 상태를 갖도록 유지시킨다.
상기 저장부(50)는 상기 배터리 관리 시스템(1)이 오프될 때, 오프되기 직전의 SOC, SOH와 같은 데이터값들을 저장한다. 따라서, 이후 상기 배터리 관리 시스템(1)이 다시 온되면, 상기 모터 컨트롤 유닛(20)이 마지막 오프된 시점의 데이터값들을 불러올 수 있도록 한다. 이를 위해, 상기 저장부(50)는 전기적으로 쓰고 지울 수 있는 비휘발성 저장장치로 이루어질 수 있다. 일 예로, 상기 저장부(50)는 EEPROM으로 이루어질 수 있으나 본 발명의 내용을 한정하는 것은 아니다.
상기 통신부(60)는 모터의 제어부 또는 엔진 컨트롤 유닛(미도시)과 통신을 수행한다. 상기 통신부(60)는 상기 모터가 상기 배터리(2)의 전력을 이용할 수 있도록 하고, 상기 모터가 구동되지 않을 때는 엔진이 구동될 수 있도록 한다.
상기 보호회로부(70)는 외부의 충격, 과전류, 과전압 등으로부터 상기 배터리를 보호한다.
상기 파워온 리셋부(80)는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 관리 시스템(1)이 턴온되면, 전체 시스템을 리셋시킨다.
상기 외부 인터페이스(90)는 냉각팬(4)을 상기 모터 컨트롤 유닛(20)에 연결 한다. 또한, 상기 외부 인터페이스(90)는 상기 배터리 팩(2)에 연결된 충방전 전류 라인(11, 12)의 메인 스위치(6)를 상기 모터 컨트롤 유닛(20)에 연결한다.
상기 배터리 팩(2)은 복수의 서브 팩(210 내지 280), 상기 서브 팩(210 내지 280)의 사이에 연결된 서비스 플러그(290)를 포함한다. 상기 배터리 팩(2)은 부하에 적합한 전압 및 전력을 공급하기 위해 복수의 서브팩(210 내지 280)이 연결된 구성을 갖는다. 도 1 에서 상기 서브팩(210 내지 280)은 여덟개로 도시되어 있고, 각 서브팩(210 내지 280)은 다섯개의 배터리 셀로 도시되어 있으나, 본 발명의 내용을 제한하는 것은 아니다.
상기 서비스 플러그(290)는 상기 서브팩(210 내지 280)의 사이에 연결되어 있다. 상기 서비스 플러그(290)는 상기 배터리 팩(2)의 과충전 또는 과전류로부터 상기 배터리 팩(2)을 보호하기 위해 내부에 안전 스위치(291)와 퓨즈(292)를 포함할 수 있다. 상기 서비스 플러그(290)는 평상시에는 상기 서브팩(210 내지 280)의 사이에서 연결된 상태를 유지한다.
그리고 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 고장 수리등의 조치가 필요한 경우, 상기 서비스 플러그(290)가 개방되어 상기 배터리 팩(2)을 통해 전류가 흐르는 것을 방지한다. 상기 서비스 플러그(290)는 이 때, 상기 서브팩(210 내지 280)에 연결된 한 쌍의 플러그 단자(290a)를 상기 서브팩(210 내지 280)으로부터 물리적으로 분리함으로써 개방된다. 그리고 상기 서비스 플러그(290)가 개방될 때, 상기 서비스 플러그(290)에서 상기 센싱부(10)와 폐루프(293)를 이루고 있던 플러그 단자(290b) 역시 함께 분리된다. 그 결과, 상술한 바와 같이, 상기 센싱부(10)에서는 상기 서비스 플러그(290)의 개방시, 측정 최대값의 셀전압, 서브팩 전압, 배터리 셀전압을 나타내게 되고, 0[A]의 전류를 측정하게 된다.
상기와 같이 하여, 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지는 서비스 플러그(290)를 배터리 팩(2)의 서브팩(210 내지 280)의 사이 또는 배터리 셀의 사이에 위치시키고, 고장 수리를 위해 서비스 플러그(290)를 개방할 때, 배터리 관리 시스템(1)에서 배터리 셀 전압, 서브팩 전압, 전체 전압 및/또는 배터리 팩(2)의 전류를 측정함으로써, 상기 서비스 플러그(290)가 개방되었는지 여부를 확인할 수 있고, 작업자의 안전을 보호할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이차 전지에 사용되는 센서부를 상세히 도시한 구성도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1; 배터리 관리 시스템 10; 센싱부
110; 셀전압 측정부 120; 팩전압 측정부
130; 팩전류 측정부 140; 루프 전류 측정부
20; 모터 컨트롤 유닛 2; 배터리 팩
210 내지 290; 서브팩 290; 서비스 플러그
290a, 290b; 플러그 단자

Claims (9)

  1. 복수의 배터리 셀로 이루어진 배터리 팩;
    상기 배터리 셀의 사이에 플러그 단자를 통해 결합되고, 상기 배터리 셀에 대한 상기 플러그 단자의 접촉을 통해 상기 배터리 셀의 상호간 연결을 제어하는 서비스 플러그; 및
    상기 배터리 팩 및 서비스 플러그에 연결되고, 상기 배터리 팩의 전압 및 전류 중 선택된 적어도 어느 하나와 상기 서비스 플러그에 연결된 배터리 셀의 전압을 측정하여, 상기 서비스 플러그의 개폐 상태를 판단하는 배터리 관리 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리 관리 시스템은 상기 배터리 팩의 전압으로 측정 가능한 최대값 및 상기 배터리 팩의 전류로 0[A] 중 선택된 적어도 어느 하나를 측정하고, 상기 배터리 셀의 전압으로 측정 가능한 최대값을 측정한 경우, 상기 서비스 플러그가 개방된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리 관리 시스템은 상기 서비스 플러그에 연결된 배터리 셀의 전압을 상기 플러그 단자가 모두 포함되도록 하여 측정하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리 관리 시스템은 상기 배터리 팩의 전압을 상기 플러그 단자가 모두 포함되도록 하여 측정하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리 관리 시스템은 상기 배터리 팩의 전압 및 전류를 측정하여, 상기 서비스 플러그의 개폐 상태를 판단하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 배터리 관리 시스템은 상기 배터리 팩의 전압이 측정 가능한 최대값이고, 상기 배터리 팩의 전류가 0[A]인 경우, 상기 서비스 플러그가 개방된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리 관리 시스템은 상기 서비스 플러그에 폐루프를 형성하도록 연결되고, 상기 폐루프에 전류를 인가하여 상기 서비스 플러그의 개폐 상태를 측정하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 배터리 관리 시스템은 상기 서비스 플러그의 폐루프에 전류가 흐르지 않는 경우, 상기 서비스 플러그가 개방된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리 관리 시스템은 상기 서비스 플러그의 개폐 상태를 외부 디스플레이에 표시하는 것을 특징으로 하는 이차 전지.
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