KR20120079453A - 배터리 시스템 및 이를 포함하는 전기 자동차 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시 예들의 일 측면은 배터리 시스템에 관한 것이다. 배터리 시스템은 적어도 두 개의 배터리를 포함하는 배터리 모듈과, 적어도 두 개의 배터리를 연결하는 버스 바와, 버스 바에 형성되며 버스 바의 온도를 측정하는 IC 타입 센싱 회로와, 배터리 모듈의 동작을 제어하는 배터리 관리부와, IC 타입 센싱 회로로부터 출력된 데이터를 배터리 관리부로 전송하는 통신부를 포함할 수 있다.

Description

배터리 시스템 및 이를 포함하는 전기 자동차{Battery system and xEV including the same}
본 발명은 배터리 시스템 및 이를 포함하는 전기 자동차에 관한 것이다.
가솔린이나 중유를 주 연료로 사용하는 내연 엔진을 이용하는 자동차는 대기오염 등 공해발생에 심각한 영향을 주고 있다. 따라서 최근에는 공해발생을 줄이기 위하여, 전기 에너지를 사용하는 전기 자동차(xEV)의 개발에 많은 노력을 기울이고 있다.
전기 자동차는 배터리(battery)에서 출력되는 전기에너지에 의해 동작하는 배터리 엔진을 이용하는 자동차이다. 이러한 전기 자동차는 충방전이 가능한 다수의 전지 셀(cell)이 하나의 팩 또는 모듈로 형성된 배터리를 주동력 원으로 이용하기 때문에 배기가스가 전혀 없으며 소음이 아주 작은 장점이 있다.
전기 자동차는 사용되는 에너지원의 종류에 따라서 다양하게 나뉠 수 있다. 이러한 전기 자동차의 종류에는 하이브리드 전기 자동차(HEV: Hybrid Electric Vehicle), 플러그인 하이브리드 전기 자동차(PHEV: Plug-in Hybrid Electric Vehicle), 배터리 전기 자동차(BEV: Battery Electric Vehicle), 연료 전지 전기 자동차(FCEV: Fuel Cell Electric Vehicle) 등이 있다.
이와 같이 전기 에너지를 이용하는 자동차는 배터리의 성능이 자동차의 성능에 직접적인 영향을 미치므로, 각 전지 셀의 성능이 뛰어나야 할 뿐만 아니라 각 전지 셀의 전압, 배터리의 전압 및 전류 등을 측정하여 각 전지 셀의 충방전을 효율적으로 관리할 수 있는 배터리 관리 시스템(Battery Management System, 이하 BMS)이 필요하다.
본 발명의 실시 예들이 해결하고자 하는 기술적 과제는 배터리의 상태를 정확하게 측정할 수 있는 배터리 시스템 및 이를 포함하는 전기 자동차를 제공하는 데 있다.
본 발명의 실시 예들의 일 측면은 배터리 시스템에 관한 것이다. 배터리 시스템은 적어도 두 개의 배터리를 포함하는 배터리 모듈과, 적어도 두 개의 배터리를 연결하는 버스 바와, 버스 바에 형성되며 버스 바의 온도를 측정하는 IC 타입 센싱 회로와, 배터리 모듈의 동작을 제어하는 배터리 관리부와, IC 타입 센싱 회로로부터 출력된 데이터를 배터리 관리부로 전송하는 통신부를 포함할 수 있다.
배터리 시스템은 버스 바에 형성되는 리드 프레임을 더 포함하고, IC 타입 센싱 회로는 리드 프레임 위에 부착될 수 있다.
통신부는 리드 프레임에 다이렉트 본딩 방식으로 연결되는 통신 라인을 포함할 수 있다.
통신부는 통신 라인 및 커넥터를 포함하고, 커넥터는 통신 라인과 IC 타입 센싱 회로를 연결할 수 있다.
버스 바는 복수의 버스 바들을 포함하며, 각 버스 바는 배터리 모듈의 중 적어도 두 개의 배터리를 연결할 수 있다.
복수의 버스 바들 중 적어도 두 개는 대응하는 IC 타입 센싱 회로를 포함할 수 있다.
각 버스 바는 대응하는 IC 타입 센싱 회로를 포함하여, 배터리 시스템이 복수의 IC 타입 센싱 회로를 포함하도록 구성할 수 있다.
통신부는 복수의 IC 타입 센싱 회로로부터 배터리 모듈의 외부로 데이터를 전송하도록 대응하는 복수의 통신 라인을 포함할 수 있다.
통신부는 복수의 IC 타입 센싱 회로를 대응하는 통신 라인에 연결하는 복수의 대응하는 커넥터를 포함할 수 있다.
통신부는 IC 타입 센싱 회로로부터의 데이터를 배터리 모듈의 외부로 전송하는 외부 통신 라인을 포함하며, 통신부는 복수의 IC 타입 센싱 회로보다 적은 수의 외부 통신 라인을 구비하며, 통신부는 IC 타입 센싱 회로들 사이에 데이터를 전송하는 내부 통신 라인을 포함하며, 내부 통신 라인은 외부 통신 라인을 포함하지 않는 IC 타입 센싱 회로로부터의 데이터를 외부 통신 라인을 포함하는 IC 타입 센싱 회로로 전송할 수 있다.
통신부는 하나의 외부 통신 라인을 포함할 수 있다.
내부 통신 라인은 지그재그 패턴으로 배열될 수 있다.
외부 및 내부 통신 라인은 IC 타입 센싱 회로에 다이렉트 본딩 방식으로 연결될 수 있다.
통신부는 커넥터를 포함하며, 커넥터는 통신 라인과 IC 타입 센싱 회로를 연결할 수 있다.
통신부는 IC 타입 센싱 회로들과 배터리 관리부 사이의 통신 라인을 포함할 수 있다.
통신부는, 통신 라인과 상기 IC 타입 센싱 회로를 연결하는 제1 커넥터와, 통신 라인과 배터리 관리부를 연결하는 제2 커넥터를 포함할 수 있다.
제1 커넥터 및 제2 커넥터는 동일한 형태일 수 있다.
통신 라인은 IC 타입 센싱 회로와 배터리 관리부에 다이렉트 본딩 방식으로 연결될 수 있다.
IC 타입 센싱 회로는 버스 바에 직접 부착될 수 있다.
본 발명의 실시 예들의 다른 측면은 상기 실시 예들에 따른 배터리 시스템과, 모터 제너레이터와, 배터리 시스템과 모터 제너레이터 사이에서 배터리 시스템 및 모터 제너레이터에 전기적으로 연결되는 인버터를 포함하는 전기 자동차에 관한 것이다.
상기와 같은 구성에 따르면, 버스 바에 온도 및/또는 전압을 측정할 수 있는 IC 형태의 센싱 회로를 설치함으로 인하여 버스 바의 체결상태를 정확하게 측정할 수 있으며, 이로 인하여 배터리를 더욱 안정적으로 관리할 수 있는 배터리 시스템 및 이를 포함하는 전기 자동차를 제공할 수 있게 된다.
도 1은 일 실시 예에 따른 배터리 시스템 및 배터리 시스템의 주변장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1에 따른 배터리 시스템의 체결상태를 나타내는 도면이다.
도 3은 다른 실시 예에 따른 배터리 시스템 및 배터리 시스템의 주변장치를 나타내는 블록도이다.
도 4는 도 3에 따른 배터리 시스템의 체결상태를 나타내는 도면이다.
도 5는 다른 실시 예에 따른 배터리 시스템 및 배터리 시스템의 주변장치를 나타내는 블록도이다.
도 6은 도 5에 따른 배터리 시스템의 체결상태를 나타내는 도면이다.
도 7은 다른 실시 예에 따른 배터리 시스템 및 배터리 시스템의 주변장치를 나타내는 블록도이다.
도 8은 도 7에 따른 배터리 시스템의 체결상태를 나타내는 도면이다.
도 9는 일 실시 예에 따른 배터리 시스템을 포함하는 전기 자동차의 개념도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명에 따른 실시 예들을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 일 실시 예에 따른 배터리 시스템(1) 및 배터리 시스템(1)의 주변장치를 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 자동차 시스템은, 배터리 시스템(1), 전류 센서(30), 냉각팬(31), 퓨즈(32), 메인 스위치(33), ECU(electronic control unit, 40), 제1 메인 릴레이(50), 프리챠지 릴레이(52), 제2 메인 릴레이(52), 인버터(60), 모터 제너레이터(70)를 포함할 수 있다.
배터리 시스템(1)은 모터로 전력을 공급하고, 외부에서 생성된 전력을 공급받아 저장할 수 있다. 배터리 시스템(1)은 BMS(Battery Management System, 10a)와 배터리(20a)를 포함할 수 있다.
먼저 배터리(20a)에 대하여 설명하도록 한다. 배터리(20a)는 복수의 전지 셀이 서로 직렬로 연결된 복수의 배터리 모듈(21)을 포함할 수 있다. 각각의 배터리 모듈(21)에 포함된 전지 셀은 충전 가능한 이차 전지이다. 본 실시 예에서는 6개의 배터리 모듈(21)을 구비한 것으로 도시하였으나, 이는 예시적인 것으로 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 복수의 배터리 모듈(21)들 사이 중 적어도 어느 한 부분에는 안전 스위치(미도시)를 포함할 수 있다. 안전 스위치는 복수의 배터리 모듈(21)들 사이에 마련되는 스위치로서 배터리 모듈(21)을 교체하거나 배터리(20a)에 대한 작업을 수행할 때 작업자의 안전을 위하여 수동적으로 온/오프 할 수 있는 스위치이다.
배터리(20a)는 복수의 배터리 모듈(21)의 양극 및 음극을 전기적으로 연결하는 복수의 버스 바(bus bar, 22)를 포함할 수 있다. 상기 버스 바(22)의 체결 방법에 따라서 복수의 배터리 모듈(21)의 직렬/병렬 연결 상태가 결정될 수 있을 것이다. 또한 배터리(20a)는 외부로 전력을 출력하는 버스 바(23)를 포함할 수 있다. 상기 버스 바(23)는 인버터(60)와 전기적으로 연결되어 배터리(20a)에 저장된 전력을 인버터(60)로 출력한다.
한편, 복수의 배터리 모듈(21)들을 전기적으로 연결하는 버스 바(22,23)의 체결이 정확하게 이루어지지 않는 경우, 버스 바(22,23)와 배터리 모듈(21) 사이에 저항 성분이 증가하게 된다. 이로 인하여 버스 바(22,23)에서는 평상시보다 많은 열이 발생하게 된다.
이러한 저항 성분의 증가를 감소시키거나 제거하기 위하여 복수의 버스 바(22) 각각에 센싱 회로(24a)를 설치할 수 있다. 센싱 회로(24a)는 버스 바(22)의 전압 및/또는 온도를 측정할 수 있는 IC(integrated circuit)일 수 있다. 센싱 회로(24a)는 측정한 전압 및/또는 온도에 관련된 데이터를 데이터 통신을 통하여 BMS(10a)로 전송할 수 있다. 따라서 센싱 회로(24a)와 BMS(10a)는 통신 라인을 통하여 연결될 수 있다. 예를 들어, 상기 통신 라인은 센싱 회로(24a)와 BMS(10a)를 다이렉트 본딩(direct bonding) 방식으로 연결할 수 있다.
센싱 회로(24a)와 BMS(10a) 사이의 통신 방식으로는 예를 들어 I2C, LVDS, RSDS 방식 등이 사용될 수 있다. 즉, 여러 통신 방식들 중에서 센싱 회로(24a)와 BMS(10a) 사이의 통신에서 필요로 하는 데이터 전송량이나 전송 속도에 따라서 통신 방식이 결정될 수 있다. 예를 들어, 비교적 데이터 전송량이 적은 경우에는 I2C 방식을 사용하도록 센싱 회로(24a)와 BMS(10a)를 구성하고, 비교적 데이터 전송량이 많은 경우에는 LVDS 방식을 사용하도록 센싱 회로(24a)와 BMS(10a)를 구성할 수 있을 것이다.
BMS(10a)는 배터리(20a)의 충전 및 방전을 제어하여 배터리(20a)가 안정적으로 동작할 수 있도록 한다. BMS(10a)는 센싱부(11), MCU(12), 내부 전원 공급부(13), 셀 밸런싱부(14), 저장부(15), 통신부(16), 보호회로부(17), 파워온 리셋부(18), 외부 인터페이스(19)를 포함할 수 있다.
센싱부(11)는 배터리(20a) 전체 전류(이하, '배터리 전류'), 배터리(20a) 전체 전압(이하, '배터리 전압'), 배터리(20a) 온도 및 전지 셀 주변 온도를 측정하여 이들 측정값을 MCU(12)에 전달한다. 또한, 센싱부(11)는 인버터(40)의 전압을 측정하여 MCU(12)에 전달할 수 있다.
MCU(12)는 센싱부(11)로부터 전달받은 배터리 전류, 배터리 전압, 각 전지 셀전압, 전지 셀 온도 및 주변온도에 기초하여 배터리(20a)의 충전상태(state of charging, 이하 SOC)를 계산할 수 있다. 또한 MCU(12)는 배터리(20a) 내부의 저항 변화를 계산하여 노화상태 또는 건강상태(state of health, 이하 SOH) 등을 계산한다. MCU(12)는 계산 결과에 따라서 배터리(20a)의 상태를 알려주는 정보를 생성한다.
내부 전원 공급부(13)는 일반적으로 보조 배터리를 이용하여 BMS(10a)에 전원을 공급하는 장치이다.
셀 밸런싱부(14)는 각 셀 혹은 배터리 모듈(21)의 충전상태의 균형을 맞춘다. 예를 들어, 충전상태가 비교적 높은 셀 혹은 배터리 모듈(21)은 방전시키고 충전상태가 비교적 낮은 셀 혹은 배터리 모듈(21)은 충전시킬 수 있다.
저장부(15)는 BMS(1)의 전원이 오프될 때, 현재의 SOC, SOH 등의 데이터들을 저장한다. 여기서 저장부(15)는 전기적으로 쓰고 지울 수 있는 비휘발성 저장장치로서 EEPROM일 수 있다.
통신부(16)는 복수의 센싱 회로(24a)로부터 전송된 전압 및/또는 온도에 관련된 정보를 수신한다. 통신부(16)는 자동차의 ECU(40)와 통신을 수행할 수 있다. 통신부(16)는 BMS(10a)로부터 ECU(40)로 SOC 및 SOH에 관한 정보를 전송하거나, ECU(40)로부터 자동차 상태에 관한 정보를 수신하여 MCU(12)로 전송할 수 있다.
본 실시 예의 경우, 복수의 센싱 회로(24a)들은 각각 별도의 통신 라인을 구비하여 통신부(16)와 연결되며, 따라서 통신부(16)는 각각의 센싱 회로(24a)와 개별적으로 데이터 통신을 수행할 것이다.
보호회로부(17)는 펌웨어(firm ware)를 이용하여 외부의 충격, 과전류, 저전압 등으로부터 배터리(20a)를 보호하기 위한 회로이다.
파워온 리셋부(18)는 BMS(10a)의 전원이 켜지면 전체 시스템을 리셋한다.
외부 인터페이스(19)는 냉각팬(31), 메인 스위치(33) 등 BMS(10a)의 보조장치들을 MCU(12)에 연결하기 위한 장치이다. 본 실시 예에서는 설명의 편의를 위하여 냉각팬(31) 및 메인 스위치(33)만이 도시되었다.
또한, 도시하지는 않았으나 BMS(10a)는 후술할 릴레이들(50~52)의 고장 또는 용착을 판단할 수 있다.
전류센서(30)는 배터리(20a)의 출력전류 량을 측정하여 BMS(10a)의 센싱부(11)로 출력한다. 전류센서(30)는 홀(Hall) 소자를 이용하여 전류를 측정하고 측정된 전류에 대응되는 아날로그 전류 신호로 출력하는 Hall CT(Hall current transformer)일 수 있다. 그러나 이는 예시적인 것으로 이에 한정되는 것은 아니다.
냉각팬(31)은 BMS(10a)의 제어신호에 기초하여 배터리(20a)의 충방전에 의해 발생할 수 있는 열을 냉각하여 온도 상승으로 인한 배터리(20a)의 열화 및 충방전 효율의 저하를 방지한다.
퓨즈(32)는 배터리(20a)의 단선 또는 단락에 의해 과전류가 배터리(20a)에 전달되는 것을 방지한다. 예를 들어, 과전류가 발생하면 퓨즈(32)는 단선되어 과전류가 배터리(20a)에 전달되는 것을 차단한다.
메인 스위치(33)는 과전압, 과전류, 고온 등 이상 현상이 발생하면 BMS(10a) 또는 자동차의 ECU(40)의 제어신호에 기초하여 배터리(20a)를 온/오프 시킨다.
ECU(40)는 자동차의 액셀러레이터(accelerator), 브레이크(break), 자동차 속도 등의 정보에 기초하여 현재 자동차의 운행 상태를 파악하고, 필요한 토크 정도 등의 정보를 결정한다. 구체적으로, 현재 자동차의 운행 상태란, 시동을 켜는 키온(KEY ON), 시동을 끄는 키오프(KEY OFF), 종속운행 및 가속도 운행 등을 말한다. ECU(40)는 자동차 상태에 관한 정보를 BMS(10a)의 통신부(16)로 전송한다. ECU(40)는 모터 제너레이터(70)의 출력이 토크 정보에 맞도록 제어한다. 즉 ECU(40)는 인버터(60)의 스위칭을 제어하여 모터 제너레이터(70)의 출력이 토크 정보에 맞도록 제어한다. 또한 ECU(40)는 BMS(10a)의 통신부(16)를 통하여 MCU(12)로부터 전달되는 배터리(20a)의 SOC를 전달받아 배터리(20a)의 SOC가 목표값(예컨대 55%)이 되도록 제어한다. 예를 들면 MCU(12)로부터 전달된 SOC가 55% 이하이면 인버터(60)의 스위치를 제어하여 전력이 배터리(20a) 방향으로 출력되도록 하여 배터리(20a)를 충전시킨다. 이때 배터리 전류(Ib)는 '-'값이 된다. 한편, SOC가 55% 이상이면 인버터(60)의 스위치를 제어하여 전력이 모터 제너레이터(70) 방향으로 출력되도록 하여 배터리(20a)를 방전시키고 이때 배터리 전류(Ib)는 '+'값이 된다.
한편, ECU(40)는 SOC에 기초하여 충방전 할 수 있는 파워만큼 충방전함으로써 배터리(20a)가 과충전이나 과방전되는 것을 방지한다. 따라서 배터리(20a)를 효율적으로 오랫동안 사용할 수 있도록 한다. 그러나 배터리(20a)가 자동차에 장착된 후에는 배터리(20a)의 실제 SOC를 측정하기는 어려우므로, BMS(10a)는 센싱부(11)에서 센싱한 배터리 전압, 배터리 전류 및 셀 온도 등을 이용하여 SOC를 정확하게 추정하여 ECU(40)에 전달한다.
제1 메인 릴레이(50), 보조 릴레이(51), 제2 메인 릴레이(52)는 ECU(40)의 제어에 따라서 배터리(20a)와 인버터(60) 사이의 충전 전류 혹은 방전 전류의 흐름을 제어한다. 제1 메인 릴레이(50)는 배터리(20a)의 양극과 인버터(60) 사이에 직렬로 연결되며, 제2 메인 릴레이(52)는 배터리(20a)의 음극과 인버터(60) 사이에 직렬로 연결된다. 보조 릴레이(51)는 배터리(20a)의 양극과 인버터(60) 사이에 직렬로 연결됨과 동시에, 제1 메인 릴레이(50)와 병렬로 연결된다. 이때, 보조 릴레이(50)는 인버터(60)와의 사이에 직렬로 연결되는 저항(R)을 더 포함할 수 있다.
각각의 릴레이들(50~52)은 ECU(40)의 제어에 따라서 온/오프 된다. 그러나 이는 예시적인 것이며, 이에 한정되지 않고, BMS(10a) 등에 의하여 제어될 수 있음은 물론이다. 구체적으로 릴레이들(50~52)의 동작을 살펴보도록 한다.
배터리(20a)는 고전압 고전류를 릴레이(50,52)를 통해 인버터(60)로 공급한다. 보조 릴레이(51)는 배터리(20a)와 인버터(60)의 초기 연결시 배터리의 상태를 체크하고 인버터(60)로 과전류가 흐르는 것을 방지하기 위한 프리 차아지(Pre-Charge)용 릴레이이다. 제1 메인 릴레이(50)는 보조 릴레이(51)가 온에서 오프 로 전환될 때에 온 되어 인버터(60)로 배터리(20a)에 저장된 전력을 공급하게 된다. 보조 릴레이(51)의 경우 제1 메인 릴레이(50)보다 용량이 작고, 초기에 인버터(60)와 배터리(20a)의 연결시 잠시 동안 온 되어 있다가 오프된다. 저항(R)은 보조 릴레이(51)가 온 되는 순간, 인버터(60)로 흐르는 과전류를 방지하게 된다. 인버터(60)는 배터리(20a)로부터 공급되는 전력을 교류로 변환하여 모터를 구동시킨다. 도시되지는 않았지만, 인버터(60)의 전단에 인버터(60)의 전압의 변동을 평활화하고 인버터(60)의 작동을 안정시키기 위해 대용량의 전해질 콘덴서를 설치할 수 있다.
인버터(60)는 ECU(40)의 제어신호에 기초하여 배터리(20a)에 저장된 전력을 교류로 변환하여 모터 제네레이터(70)에 공급하거나, 모터 제네레이터(70)에서 생성된 전력을 직류로 변환하여 배터리(20a)로 공급한다.
모터 제너레이터(70)는 배터리(20a)에 저장된 전력을 사용하여 ECU(40)로부터 전달되는 토크 정보에 기초하여 자동차를 구동한다.
도 2는 도 1에 따른 배터리 시스템(1)의 체결상태를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 복수의 배터리 모듈(21)이 순서대로 배치되어 있다. 버스 바(22)는 서로 이웃한 배터리 모듈(21)들의 양극과 음극을 전기적으로 연결하며, 또한 서로 이웃한 배터리 모듈(21)들을 나사(26)를 사용하여 물리적으로 체결하여 고정한다. 또한, 복수의 배터리 모듈(21)들 중에서 양끝에 위치한 배터리 모듈(21)들에는 외부로 전력을 출력할 수 있도록 구성된 버스 바(23)들이 설치된다.
서로 이웃한 배터리 모듈(21)들을 체결하는 복수의 버스 바(22)들 각각에는 센싱 회로(24a)가 설치된다. 이때, 센싱 회로(24a)는 버스 바(22)에 직접 부착될 수도 있으며, 도 2와 같이 버스 바(22)에 부착된 리드 프레임(25a) 위에 설치될 수도 있을 것이다. 리드 프레임(25a)과 BMS(10a) 사이에는 데이터 통신이 가능한 통신 라인이 다이렉트 본딩 방식에 의하여 연결된다.
상기와 같이, 본 실시 예에 따른 배터리 시스템(1)에 의하면, 버스 바(22)에 온도 및/또는 전압을 측정할 수 있는 IC 형태의 센싱 회로(24a)를 설치함으로 인하여 버스 바(22)의 체결상태를 정확하게 측정할 수 있으며, 이로 인하여 배터리(20a)를 더욱 안정적으로 관리할 수 있게 된다.
도 3은 다른 실시 예에 따른 배터리 시스템(2) 및 배터리 시스템(2)의 주변장치를 나타내는 블록도이며, 도 4는 도 3에 따른 배터리 시스템(2)의 체결상태를 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 배터리 시스템(2)은 BMS(10b) 및 배터리(20b)를 포함한다. 본 실시 예에 따른 배터리 시스템(2)은 도 1의 배터리 시스템(1)과 각 구성의 기능이 실질적으로 동일하므로, 차이점에 대하여만 설명하도록 한다.
본 실시 예의 경우, 복수의 센싱 회로(24b)와 BMS(10b) 사이에서 데이터를 전송하는 통신 라인은 커넥터(27a, 27b)를 통하여 상기 센싱 회로(24b) 및 BMS(10b)를 연결한다. 이때, 도 3 및 도 4에서 도시한 바와 같이, 센싱 회로(24b)에 연결되는 커넥터(27a)와 BMS(10b)에 연결되는 커넥터의 형태는 상이할 수 있다. 그러나 이는 예시적인 것으로, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 양단에 모양이 동일한 커넥터를 구비한 통신 라인을 사용하고, 복수의 센싱 회로(24b)로부터 각각 연장된 복수의 통신 라인에 구비된 커넥터들이 각각 별도로 BMS(10b)에 연결될 수도 있을 것이다.
도 5는 다른 실시 예에 따른 배터리 시스템(3) 및 배터리 시스템(3)의 주변장치를 나타내는 블록도이며, 도 6은 도 5에 따른 배터리 시스템(3)의 체결상태를 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 배터리 시스템(3)은 BMS(10c) 및 배터리(20c)를 포함한다. 본 실시 예에 따른 배터리 시스템(3)은 도 1의 배터리 시스템(1)과 각 구성의 기능이 실질적으로 동일하므로, 차이점에 대하여만 설명하도록 한다.
본 실시 예의 경우, 복수의 센싱 회로(24c)들은 서로 이웃한 센싱 회로로 측정한 전압 및/또는 온도에 관련된 데이터를 전송한다. 즉, 일측 끝에 위치한 센싱 회로는 이웃한 센싱 회로로 측정한 데이터를 전송하고, 상기 데이터를 전송받은 센싱 회로는 자신이 측정한 데이터와 수신한 데이터를 취합하여 다음 센싱 회로로 전송한다. 상기와 같은 방식에 의하여 모든 센싱 회로의 데이터를 수신한 센싱 회로는 자신의 데이터와 함께 수신한 데이터를 BMS(10c)로 전송한다.
이러한 경우, 마지막에 위치한 센싱 회로는 전송해야할 데이터량이 많기 때문에 BMS(10c)와의 통신 방식으로 전송 속도가 빠른 통신 방식을 사용할 수 있을 것이다. 예를 들어, 데이터 전송 속도가 상대적으로 느린 I2C 방식보다는 데이터 전송 속도가 상대적으로 빠른 LVDS 방식을 사용하도록 센싱 회로(24c)와 BMS(10c)를 구성할 수 있을 것이다.
한편, 도 8을 살펴보면, 본 실시 예에서는 전위에 따라서 데이터를 전송하는 센싱 회로의 순서가 결정되어 통신 라인이 지그재그 방식으로 배치되었다. 그러나 이는 예시적인 것으로 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 통신 라인의 길이가 최소화 되도록 센싱 회로들의 데이터 전송 순서가 결정될 수도 있을 것이다.
도 7은 다른 실시 예에 따른 배터리 시스템(4) 및 배터리 시스템(4)의 주변장치를 나타내는 블록도이며, 도 8은 도 7에 따른 배터리 시스템(4)의 체결상태를 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 배터리 시스템(4)은 BMS(10d) 및 배터리(20d)를 포함한다. 본 실시 예에 따른 배터리 시스템(4)은 도 5의 배터리 시스템(3)과 각 구성의 기능이 실질적으로 동일하므로, 차이점에 대하여만 설명하도록 한다.
본 실시 예의 경우, 복수의 센싱 회로(24d)들 서로 간에 데이터를 전송하는 통신 라인은 커넥터(28)를 통하여 상기 센싱 회로(24d)들을 연결한다. 또한 센싱 회로(24d)와 BMS(10d) 사이에서 데이터를 전송하는 통신 라인도 커넥터(28)를 통하여 센싱 회로(24d)와 BMS(10d)를 연결한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시 예들에 따른 배터리 시스템(1~4)에 의하면, 버스 바(22)에 온도 및/또는 전압을 측정할 수 있는 IC 형태의 센싱 회로(24a~24d)를 설치함으로 인하여 버스 바(22)의 체결상태를 정확하게 측정할 수 있으며, 이로 인하여 배터리(20a~20d)를 더욱 안정적으로 관리할 수 있게 된다.
도 9는 일 실시 예에 따른 배터리 시스템(1~4)을 포함하는 전기 자동차(100)의 개념도이다.
전기 자동차(100)는 예를 들어 하이브리드 전기 자동차(Hybrid Electric Vehicle), 완전 전기 자동차(all-electric vehicle) 등일 수 있다. 전기 자동차(100)는 원동력을 제공하는 전원뿐만 아니라 상술한 바와 같은 배터리 시스템(1~4)을 포함할 수 있다. 전기 자동차(100)는 또한 전자 제어 유닛(Electronic control unit, 40), 인버터(60), 모터 제너레이터(motor generator, 70) 등을 포함할 수 있다. 모터 제너레이터(70)는 바퀴(110)에 연결되어 바퀴(110)를 회전시킨다.
본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
1~4 배터리 시스템
10a~d 배터리 관리부 11 센싱부
12 MCU 13 내부 전원 공급부
14 셀 밸런싱부 15 저장부
16 통신부 17 보호회로부
18 파워온 리셋부 19 외부 인터페이스
20a~d 배터리 21 배터리 모듈
22,23 버스 바 24a~d 센싱 회로
25 리드 프레임 27a~d 커넥터
30 전류 센서 31 냉각팬
32 퓨즈 33 메인 스위치
40 ECU 50 제1 메인 릴레이
51 프리챠지 릴레이 52 제2 메인 릴레이
60 인버터 70 모터 제너레이터
100 전기 자동차

Claims (20)

  1. 적어도 두 개의 배터리를 포함하는 배터리 모듈;
    상기 적어도 두 개의 배터리를 연결하는 버스 바;
    상기 버스 바에 형성되며 상기 버스 바의 온도를 측정하는 IC 타입 센싱 회로;
    상기 배터리 모듈의 동작을 제어하는 배터리 관리부; 및
    상기 IC 타입 센싱 회로로부터 출력된 데이터를 상기 배터리 관리부로 전송하는 통신부;를 포함하는 배터리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 버스 바에 형성되는 리드 프레임을 더 포함하고,
    상기 IC 타입 센싱 회로는 상기 리드 프레임 위에 부착되는 것을 특징으로 하는, 배터리 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 통신부는 상기 리드 프레임에 다이렉트 본딩 방식으로 연결되는 통신 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는, 배터리 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 통신부는 통신 라인 및 커넥터를 포함하고,
    상기 커넥터는 상기 통신 라인과 상기 IC 타입 센싱 회로를 연결하는 것을 특징으로 하는, 배터리 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 버스 바는 복수의 버스 바들을 포함하며,
    각 버스 바는 상기 배터리 모듈의 중 적어도 두 개의 배터리를 연결하는 것을 특징으로 하는, 배터리 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 버스 바들 중 적어도 두 개는 대응하는 IC 타입 센싱 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는, 배터리 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    각 버스 바가 대응하는 IC 타입 센싱 회로를 포함하여, 상기 배터리 시스템이 복수의 IC 타입 센싱 회로를 포함하도록 구성하는 것을 특징으로 하는, 배터리 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 통신부는 상기 복수의 IC 타입 센싱 회로로부터 상기 배터리 모듈의 외부로 데이터를 전송하도록 대응하는 복수의 통신 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는, 배터리 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 통신부는 상기 복수의 IC 타입 센싱 회로를 대응하는 통신 라인에 연결하는 복수의 대응하는 커넥터를 포함하는 것을 특징으로 하는, 배터리 시스템.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 통신부는 IC 타입 센싱 회로로부터의 데이터를 상기 배터리 모듈의 외부로 전송하는 외부 통신 라인을 포함하며,
    상기 통신부는 상기 복수의 IC 타입 센싱 회로보다 적은 수의 외부 통신 라인을 구비하며,
    상기 통신부는 IC 타입 센싱 회로들 사이에 데이터를 전송하는 내부 통신 라인을 포함하며,
    상기 내부 통신 라인은 외부 통신 라인을 포함하지 않는 IC 타입 센싱 회로로부터의 데이터를 외부 통신 라인을 포함하는 IC 타입 센싱 회로로 전송하는 것을 특징으로 하는, 배터리 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 통신부는 하나의 외부 통신 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는, 배터리 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 내부 통신 라인은 지그재그 패턴으로 배열되는 것을 특징으로 하는, 배터리 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 외부 및 내부 통신 라인은 상기 IC 타입 센싱 회로에 다이렉트 본딩 방식으로 연결되는 것을 특징으로 하는, 배터리 시스템.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 통신부는 커넥터를 포함하며,
    상기 커넥터는 상기 통신 라인과 상기 IC 타입 센싱 회로를 연결하는 것을 특징으로 하는, 배터리 시스템.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 통신부는 상기 IC 타입 센싱 회로들과 상기 배터리 관리부 사이의 통신 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는, 배터리 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 통신부는,
    상기 통신 라인과 상기 IC 타입 센싱 회로를 연결하는 제1 커넥터;
    상기 통신 라인과 상기 배터리 관리부를 연결하는 제2 커넥터;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 배터리 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1 커넥터 및 제2 커넥터는 동일한 형태인 것을 특징으로 하는, 배터리 시스템.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 통신 라인은 상기 IC 타입 센싱 회로와 상기 배터리 관리부에 다이렉트 본딩 방식으로 연결되는 것을 특징으로 하는, 배터리 시스템.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 IC 타입 센싱 회로는 상기 버스 바에 직접 부착되는 것을 특징으로 하는, 배터리 시스템.
  20. 배터리 시스템;
    모터 제너레이터; 및
    상기 배터리 시스템과 상기 모터 제너레이터 사이에서 상기 배터리 시스템 및 상기 모터 제너레이터에 전기적으로 연결되는 인버터;를 포함하며,
    상기 배터리 시스템은,
    적어도 두 개의 배터리를 포함하는 배터리 모듈;
    상기 적어도 두 개의 배터리를 연결하는 버스 바;
    상기 버스 바에 형성되며 상기 버스 바의 온도를 측정하는 IC 타입 센싱 회로;
    상기 배터리 모듈의 동작을 제어하는 배터리 관리부; 및
    상기 IC 타입 센싱 회로로부터 출력된 데이터를 상기 배터리 관리부로 전송하는 통신부;를 포함하는 전기 자동차.
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