KR20120117477A - 배터리 팩 보호 장치 및 이를 포함하는 배터리 팩 - Google Patents

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KR20120117477A
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Abstract

본 발명은 배터리 팩의 침수 상태를 진단하여 배터리 팩을 보호하는 장치 및 이를 포함하는 배터리 팩을 개시한다. 본 발명에 따른 배터리 팩 보호 장치는, 배터리 팩의 침수 상태를 진단하여 배터리 팩을 보호하는 장치로서, 둘 이상의 침수 센서가 상기 배터리 팩의 내부 또는 외부에서 높이를 달리하여 차등적으로 배치되어 침수를 감지하는 침수 감지부; 및 침수가 감지된 침수 센서의 개수에 따라, 상기 배터리 팩의 침수 상태를 판단하는 제어부를 포함한다.

Description

배터리 팩 보호 장치 및 이를 포함하는 배터리 팩{Apparatus for protecting battery pack and battery pack using the same}
본 발명은 배터리 팩을 보호하는 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배터리 팩의 침수 상태를 진단하여 배터리 팩을 보호하는 장치 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다.
최근, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 하이브리드 자동차, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
한편, 최근에는 탄소 에너지가 점차 고갈되고 환경에 대한 관심이 높아지면서, 미국, 유럽, 일본, 한국을 비롯하여 전 세계적으로 하이브리드 자동차와 전기 자동차에 대한 수요가 점차 증가하고 있다. 그리고, 하이브리드 자동차나 전기 자동차는 엔진만을 이용하는 자동차에 비해 연비가 뛰어나고 공해 물질 배출량이 거의 없다는 소비자들에게 좋은 반응을 얻고 있다. 이러한 하이브리드 자동차나 전기 자동차에 있어서 가장 핵심적인 부품은 배터리라 할 수 있기 때문에, 하이브리드 자동차 및 전기 자동차용 배터리에 보다 많은 관심과 연구가 집중되고 있다.
하지만, 이러한 하이브리드 자동차나 전기 자동차에 사용되는 차량용 배터리의 경우, 일반 휴대용 전자제품 등에 사용되는 배터리보다 안전성이 중요한 이슈로 부각되고 있다. 이러한 차량용 배터리의 경우 자동차에 장착되는 특성상 다양한 환경에 노출될 수 있기 때문이다.
특히, 폭우나 추락 등 여러 가지 원인으로 인해 자동차의 일부 또는 전부가 침수될 수 있는데, 이때 차량용 배터리 팩 또한 침수될 수 있다. 이 경우, 차량용 배터리 팩이 고장을 일으키거나 손상될 수 있음은 물론, 침투된 물에 의해 운전자와 같은 차량 탑승자가 감전될 수 있다. 특히, 차량용 배터리 팩은 모터를 구동하기 위해 다수의 단위 배터리 모듈들이 직렬로 연결되어 고전압을 생성하고 있기 때문에, 차량용 배터리 팩의 침수로 인해 누설 전류가 발생하는 경우, 차량 탑승자 또는 근처에 위치한 다른 사람의 안전에 큰 위협이 될 수 있다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 차량용 배터리 팩의 침수 상황을 신속하고 정확하게 진단하여 차량용 배터리 팩의 침수에도 안전성이 효과적으로 보장될 수 있도록 하는 배터리 팩 보호 장치 및 이를 포함하는 배터리 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩 보호 장치는, 배터리 팩의 침수 상태를 진단하여 배터리 팩을 보호하는 장치로서, 둘 이상의 침수 센서가 상기 배터리 팩의 내부 또는 외부에서 높이를 달리하여 차등적으로 배치되어 침수를 감지하는 침수 감지부; 및 침수가 감지된 침수 센서의 개수에 따라, 상기 배터리 팩의 침수 상태를 판단하는 제어부를 포함한다.
바람직하게는, 상기 제어부는 침수가 감지된 침수 센서의 개수가 미리 정해진 개수 이상인 경우, 상기 배터리 팩의 충방전 경로를 차단한다.
또한 바람직하게는, 상기 배터리 팩 보호 장치는 침수가 감지된 침수 센서의 개수에 따라 배터리 팩의 침수 경고 정보를 사용자에게 제공하는 경고부를 더 포함한다.
또한 바람직하게는, 상기 배터리 팩 보호 장치는 침수가 감지된 침수 센서의 개수에 따라 배터리 팩의 침수 정보를 저장하는 메모리부를 더 포함한다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩 보호 장치는, 배터리 팩의 침수 상태를 진단하여 배터리 팩을 보호하는 장치로서, 전원을 공급하는 전원공급모듈, 상기 전원공급모듈의 양단에 연결된 양극단자와 음극단자, 상기 전원공급모듈에 의한 전류의 흐름 여부를 감지하는 전류감지모듈, 회전축을 중심으로 회전하는 지지대의 일단에 구비되어 상기 배터리 팩의 침수시 상승하는 부력부재, 및 상기 지지대의 타단에 구비되어 상기 양극단자와 상기 음극단자 사이를 전기적으로 접속시키되 상기 부력부재의 상승시 상기 양극단자와 상기 음극단자의 전기적 접속이 차단되도록 하는 접속부재를 구비하는 침수 감지부; 및 상기 전류감지모듈에 의한 전류의 흐름 감지 여부에 따라, 상기 배터리 팩의 침수 상태를 판단하는 제어부를 포함한다.
바람직하게는, 상기 제어부는 전류감지모듈에 의해 전류의 흐름이 감지되지 않는 경우, 배터리 팩의 충방전 경로를 차단한다.
또한 바람직하게는, 상기 배터리 팩 보호 장치는 상기 전류감지모듈에 의해 전류의 흐름이 감지되지 않는 경우, 상기 배터리 팩의 침수 경고 정보를 사용자에게 제공하는 경고부를 더 포함한다.
또한 바람직하게는, 상기 배터리 팩 보호 장치는 상기 전류감지모듈에 의해 전류의 흐름이 감지되지 않는 경우, 이에 대한 정보를 저장하는 메모리부를 더 포함한다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩은 상술한 배터리 팩 보호 장치를 포함한다.
본 발명에 의하면, 배터리 팩, 특히 차량용 배터리 팩의 경우 차량에 장착되는 특성상 침수 상황에 노출될 수 있는데, 이러한 배터리 팩의 침수 상황을 신속하고 정확하게 진단할 수 있다.
따라서, 배터리 팩의 침수시 전류가 누설되어 배터리 팩과 그 주변 기기 등이 고장이나 손상되는 것을 방지함은 물론, 감전으로 인해 인명 피해가 일어나는 것을 방지할 수 있다.
특히, 차량용 배터리 팩의 경우 고전압 특성으로 인해 침수로 인한 배터리 팩의 전류 누설시, 운전자를 비롯한 차량 탑승자 또는 구조자와 같은 주변의 다른 사람들에게 감전 사고를 일으킬 위험이 있다. 하지만, 본 발명의 일 실시예에 의할 경우, 배터리 팩의 침수시 배터리 팩에 의한 전력 공급이 차단되므로, 이러한 사고의 발생 우려가 현저하게 감소될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 배터리 팩의 침수 상황이 사용자에게 제공되므로, 사용자는 이를 보고 배터리 팩의 침수 상황을 정확하게 파악할 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 배터리 팩의 침수 내역이 저장되어, 배터리 팩의 사용자나 관리자가 배터리 팩의 정비나 관리시 참고 자료로 이용할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 보호 장치의 기능적 구성을 개략적으로 도시하는 블록도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 보호 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 보호 장치가 배터리 팩 내에서 다른 구성요소와 연결된 회로 구성의 일례를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩 보호 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 5는, 배터리 팩이 침수된 상태에서 도 4의 배터리 팩 보호 장치의 구성을 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 보호 장치의 기능적 구성을 개략적으로 도시하는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 팩 보호 장치는 침수 감지부(100) 및 제어부(200)를 포함한다.
상기 침수 감지부(100)는 배터리 팩의 침수 상태를 감지하는 구성요소이다. 본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 침수 감지부(100)는 둘 이상의 침수 센서로 구성되어 있다.
여기서, 상기 침수 센서는, 침수 여부를 감지하는 센서로서, 이러한 침수 여부는 물의 접촉 여부 등 다양한 방식으로 감지될 수 있다. 따라서, 본 발명은 이러한 침수 센서의 구체적인 종류에 의해 한정되지 않으며, 다양한 형태로 침수 센서가 구현될 수 있다. 예를 들어, 침수 센서는, 광센서, 액체접촉센서, 습도센서 등의 형태로 구현될 수 있으며, 그 밖에 본 발명의 출원 시점에 공지된 다양한 침수 감지 구성이 본 발명의 침수 센서로 채용될 수 있다.
상기 침수 센서는 배터리 팩의 내부 또는 외부에 둘 이상 구비되어 있다. 그리고, 이러한 둘 이상의 센서는 높이를 달리하여 차등적으로 배치되어 있다. 이는 배터리 팩의 침수 여부 및 침수 정도를 보다 정확하고 세밀하게 판단하기 위함이다.
상기 제어부(200)는, 복수의 침수 센서 각각으로부터 해당 침수 센서가 침수되었는지 여부에 대한 정보를 수신한다. 즉, 상기 제어부(200)는 복수의 침수 센서 중 침수가 감지된 침수 센서로부터 해당 침수 센서가 침수되었다는 정보를 수신하여, 몇 개의 침수 센서가 침수되었는지 파악한다. 그리고, 상기 제어부(200)는 이와 같이 침수가 감지된 침수 센서의 개수에 따라 배터리 팩의 침수 상태를 판단할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제어부(200)는 침수가 감지된 침수 센서의 개수가 미리 정해진 개수 이상인 경우, 배터리 팩의 충방전 경로를 차단할 수 있다. 예를 들어, 배터리 팩에 총 5개의 침수 센서가 구비되어 있고 미리 정해진 개수가 3개인 경우, 상기 제어부(200)는 3개 내지 5개의 침수 센서에서 침수가 감지된 경우 배터리 팩이 침수된 것으로 판단하여 배터리 팩의 충방전 경로가 차단되도록 할 수 있다. 다만 여기서, 배터리 팩의 충방전 경로를 차단하는 기준인 미리 정해진 개수는, 미리 정해진 개수는 충방전을 계속하는 경우 감전 사고와 같이 배터리 팩의 안전성에 심각한 위협을 초래할 정도로 배터리 팩이 침수된 상황을 나타낼 수 있는 개수이다. 따라서, 배터리 팩의 종류나 특성, 크기, 침수 센서의 개수, 종류 및 위치 등 여러 가지 고려 요소에 따라 달라질 수 있다.
이와 같이, 침수가 감지된 침수 센서의 개수가 미리 정해진 개수 이상일 경우에만, 상기 제어부(200)가 배터리 팩의 충방전 경로를 차단하는 것은, 배터리 팩의 충방전 경로 차단이 신중하게 이루어져야 하기 때문이다. 배터리 팩의 충방전 경로를 차단한다는 것은, 더 이상 배터리 팩으로부터 전력이 공급되지 않는다는 것을 의미한다. 그런데, 전기자동차나 하이브리드 자동차 등에 사용되는 배터리 팩의 경우 전력 공급이 급작스럽게 중단된다면, 차량이 운행될 수 없게 되어 차량 운전자에게 불편을 초래함은 물론, 차량 운행 중 차량 제어가 어렵게 되어 더 큰 사고를 초래할 수 있다. 따라서, 배터리 팩의 충방전 경로 차단은 침수로 인해 배터리 팩으로부터 전류가 누설되는 등 위급한 상황에서만 이루어지는 것이 바람직하다. 다시 말해, 배터리 팩이 일부 침수되었더라도 작동에 큰 지장을 주지 않는 경우라면, 배터리 팩이 작동되도록 하는 것이 좋다.
이와 같이 미리 정해진 개수 이상의 침수 센서에서 침수가 감지될 때 배터리 팩의 충방전 경로가 차단되도록 하는 경우, 배터리 팩의 충방전 경로 차단을 신중하게 하여 불필요한 상황에서 충방전 경로 차단이 이루어지는 것을 방지할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제어부(200)는 모든 침수 센서에서 침수가 감지된 경우에만, 배터리 팩의 충방전 경로가 차단되도록 할 수 있다. 배터리 팩에 구비된 모든 침수 센서에서 침수가 감지되었다는 것은, 배터리 팩 대부분이 물에 잠기었다는 것을 의미한다. 이 경우, 배터리 팩으로부터 전류 누설 등의 위험이 있으므로, 제어부(200)는 위급 상황으로 판단하여 배터리 팩의 충방전 경로가 차단되도록 할 수 있다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 침수 센서 및 제어부(200)를 포함하는 배터리 팩 보호 장치의 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 배터리 팩의 하부에서부터 상부에까지 높이를 달리하여 3개의 침수 센서가 설치되어 있으며, 이를 배터리 팩의 하부에서부터 제1 침수 센서(111), 제2 침수 센서(112) 및 제3 침수 센서(113)라 한다. 그리고, 각각의 침수 센서는 제어부(200)와 연결되어 제어부(200)와 정보를 주고 받을 수 있다.
우선, 배터리 팩이 a1 높이까지 침수된 경우, 제1 침수 센서(111)에서는 침수가 감지되므로 제1 침수 센서(111)는 침수가 감지되었다는 정보를 제어부(200)로 전송한다. 반면, 제2 침수 센서(112) 및 제3 침수 센서(113)에서는 침수가 감지되지 않으므로, 제2 침수 센서(112) 및 제3 침수 센서(113)는 침수가 감지되었다는 정보를 제어부(200)로 전송하지 않는다. 결국, 상기 제어부(200)는 3개의 침수 센서 중 제1 침수 센서(111)로부터만 침수 정보를 수신하고 제2 침수 센서(112) 및 제3 침수 센서(113)로부터는 침수 정보를 수신하지 않으므로, 배터리 팩이 a1 가량의 높이로 침수되었다고 그 침수 상태를 판단할 수 있다.
다음으로, 배터리 팩이 a2 높이까지 침수된 경우, 제1 침수 센서(111) 및 제2 침수 센서(112)에서는 침수가 감지되고, 제3 침수 센서(113)에서는 침수가 감지되지 않는다. 따라서, 제어부(200)는 제1 침수 센서(111) 및 제2 침수 센서(112)로부터 침수되었다는 정보를 수신할 수 있으며, 이로써 배터리 팩이 a2 가량의 높이로 침수되었다고 그 침수 상태를 판단할 수 있다.
다음으로, 배터리 팩이 a3 높이까지 침수된 경우, 제1 침수 센서(111), 제2 침수 센서(112) 및 제3 침수 센서(113) 모두에서 침수가 감지될 수 있다. 따라서, 제어부(200)는 제1 침수 센서(111), 제2 침수 센서(112) 및 제3 침수 센서(113) 모두로부터 침수되었다는 정보를 수신할 수 있고, 이로써 배터리 팩이 a3 높이 이상으로 완전히 침수된 것으로 그 침수 상태를 판단할 수 있다.
여기서, 상기 제어부(200)는 침수가 감지된 침수 센서의 개수가 미리 정해진 개수 이상인 경우 배터리 팩의 충방전 경로가 차단되도록 할 수 있다. 예를 들어, 상기 실시예에서, 3개의 침수 센서 모두에서 침수가 감지된 경우 배터리 팩의 충방전 경로가 차단되도록 할 수 있다. 이러한 경우는, a1 높이 또는 a2 높이까지 배터리 팩이 일부 침수되더라도 배터리 팩의 작동 및 안전성에 큰 문제가 없는 경우가 될 수 있다. 다만 이는 일 실시예에 불과하며, 1개 또는 2개의 침수 센서에서 침수가 감지된 경우에 배터리 팩의 충방전 경로가 차단되도록 할 수도 있음은 물론이다.
바람직하게는, 상기 제어부(200)는 침수가 감지된 침수 센서의 개수가 미리 정해진 개수 이상인 상태가 일정 시간 이상 지속되는 경우에, 배터리 팩의 충방전 경로가 차단되도록 할 수 있다. 즉, 상기 제어부(200)는, 침수가 감지된 침수 센서가 미리 정해진 개수 이상이라 하더라도 곧바로 배터리 팩의 충방전 경로를 차단하지 않고, 이러한 상태가 일정 시간 경과된 경우에만 배터리 팩의 충방전 경로를 차단하도록 할 수 있다.
이를테면, 도 2의 실시예에서, 모든 침수 센서에서 침수가 감지될 때에만 배터리 팩의 충방전 경로가 차단된다고 가정할 경우, 상기 제어부(200)는 제1 내지 제3 침수 센서(113) 모두로부터 침수 정보를 전달받았다고 하여 곧바로 배터리 팩의 충방전 경로를 차단하지 않고, 모든 침수 센서에 의해 침수 정보를 전달받은 때로부터 일정 시간이 경과한 이후, 예를 들어 5초가 경과한 이후에 배터리 팩의 충방전 경로가 차단되도록 할 수 있다.
이와 같이, 미리 정해진 개수 이상의 침수 센서에서 침수가 감지되더라도 곧바로 배터리 팩의 충방전 전류를 차단하지 않고, 일정 시간 경과된 이후에만 배터리 팩의 충방전 경로가 차단되도록 하는 것은, 배터리 팩이 침수되지 않은 상황에도 소정 개수 이상의 침수 센서에 의해 침수가 감지되는 경우가 있을 수 있기 때문이다. 예를 들어, 침수 센서 일부 또는 전부가 오작동을 일으키거나, 차량의 주행 상태에 따라 차량용 배터리 팩에 빗물이나 음료수 등이 유입되어 일정 침수 센서에 침수된 것으로 감지되는 경우가 있을 수 있다. 상기 실시예에서는, 이와 같이 배터리 팩의 침수 상황이 아님에도 불구하고 소정 개수 이상의 침수 센서에 의해 침수가 감지됨으로써 배터리 팩의 충방전 경로가 차단되어 배터리 팩의 사용이 중단되는 것을 방지할 수 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 배터리 팩 보호 장치는, 경고부(300)를 더 포함할 수 있다. 상기 경고부(300)는, 배터리 팩에 대한 침수 경고 정보를 사용자에게 제공하는 구성요소이다. 여기서, 침수 경고 정보란, 배터리 팩의 침수 상태를 나타내는 정보로서, 배터리 팩의 사용자로 하여금 배터리 팩의 침수 여부 및 상태를 파악할 수 있도록 하는 정보이다. 즉, 차량 운전자와 같은 배터리 팩의 사용자는 상기 경고부(300)에 의해 제공된 침수 경고 정보를 통해 배터리 팩의 침수 상태를 알 수 있으며, 이로써 침수 상황에 따른 적절한 판단을 하는데 참고할 수 있다.
여기서, 상기 경고부(300)는 침수가 감지된 침수 센서의 개수에 따라 배터리 팩의 침수 경고 정보를 단계별로 제공할 수 있다. 예를 들어, 도 2의 실시예에서, 배터리 팩이 a1 높이까지 침수되어 제1 침수 센서(111)에 의해서만 침수 상황이 감지된 경우, 상기 경고부(300)는 1단계 경고를 사용자에게 제공할 수 있다. 또한, 배터리 팩이 a2 높이 또는 a3 높이까지 침수된 경우, 상기 경고부(300)는 2단계 경고 또는 3단계 경고를 사용자에게 제공할 수 있다. 이로써, 배터리 팩의 사용자, 이를테면 차량 운전자는 경고부(300)에 의해 단계별로 제공되는 침수 경고 정보를 통해, 차량 운행을 계속할지 아니면 해당 경로를 벗어날지 등을 쉽게 판단할 수 있다.
특히, 상기 경고부(300)는 제어부(200)에 의해 배터리 팩의 충방전 경로가 차단되기 이전에 배터리 팩의 충방전 경로 차단이 임박했음을 알리는 정보를 사용자에게 제공할 수 있다. 또한, 상기 경고부(300)는 제어부(200)에 의해 배터리 팩의 충방전 경로가 차단된 이후에 배터리 팩의 충방전 경로가 차단되었음을 알리는 정보를 사용자에게 제공할 수도 있다.
한편, 상기 경고부(300)는 램프, 스피커, 디스플레이 장치 등 다양한 형태로 구현될 수 있다. 예를 들어, 차량용 배터리 팩의 경우, 상기 경고부(300)는 운전석 계기판 등에 구비된 적색 및 녹색 등의 색상별 램프, 스피커 또는 네비게이션 장치 등을 통해 침수 경고 정보를 운전자에게 제공할 수 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 배터리 팩 보호 장치는, 메모리부(400)를 더 포함할 수 있다. 상기 메모리부(400)는, 배터리 팩의 침수 정보를 저장하는 구성요소이다. 특히, 상기 메모리부(400)는 침수가 감지된 침수 센서의 개수에 따라 배터리 팩의 침수 정보를 저장할 수 있다. 예를 들어, 상기 메모리부(400)는, 도 2의 실시예에서 배터리 팩이 a1 높이, a2 높이 또는 a3 높이까지 침수되었던 상황 정보를 저장할 수 있다. 따라서, 배터리 팩의 관리자, 이를테면 차량용 배터리 팩의 경우 차량 운전자나 차량 정비자 등으로 하여금 메모리부(400)에 저장된 침수 정보를 통해 배터리 팩의 침수 내역을 확인할 수 있도록 함으로써, 배터리 팩을 관리하는데 참고하도록 할 수 있다. 이러한 침수 정보는 일회성으로 삭제되지 않고 계속적으로 저장되어 추후에 참고할 수 있도록 하기 위한 것이기 때문에, 상기 메모리부(400)는 비휘발성 메모리로 이루어지는 것이 좋다.
한편, 도 2에서는 침수 센서가 배터리 팩 외부 표면에 설치된 것으로 도시되었으나, 이는 일 실시예에 불과하며, 침수 센서는 배터리 팩의 내부 또는 배터리 팩의 외부에 별도로 설치될 수도 있다. 그리고, 도 2에서는 3개의 침수 센서가 구비된 것으로 도시되었으나, 이 또한 일 실시예에 불과하며, 2개 또는 4개 이상의 침수 센서가 배터리 팩에 설치될 수도 있다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 보호 장치가 배터리 팩 내에서 다른 구성요소와 연결된 회로 구성의 일례를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 배터리 팩에는 배터리 셀(10), 고전압 출력단(Pack+)에 직렬 연결되어 과충전 또는 과방전 여부에 따라 충전 전류 및 방전 전류를 각각 차단하는 충전 제어 스위치(40) 및 방전 제어 스위치(50), 배터리 셀(10)에 과충전이나 과방전 등의 이상 상태가 발생한 경우 충방전 전류가 흐르는 충방전 경로를 비가역적으로 단선시키는 퓨즈(30) 및 배터리 팩의 충방전 동작을 전반적으로 제어하는 BMS(Battery Management System)(20)가 포함될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩 보호 장치의 제어부(200)는 배터리 팩의 충방전 경로 상의 퓨즈(30)를 융단시켜 상기 배터리 팩의 충방전 경로를 차단할 수 있다. 다만, 이러한 구성은 일 실시예에 불과하며, 배터리 팩의 충방전 경로 차단 구성은 다양한 방식으로 구현될 수 있다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리 팩 보호 장치의 제어부(200)는 BMS(20)에 의해 구현될 수 있다. 이 경우, 제어부(200)를 구현하기 위해 별도의 구성요소가 배터리 팩 내에 포함될 필요가 없으므로, 제조 비용 및 시간 등을 단축하고 배터리 팩의 부피가 증가되는 것을 방지할 수 있다. 다만, 이러한 구성 역시 일 실시예에 불과하며, 제어부(200)는 다양한 형태로 구현될 수 있다. 예를 들어, 제어부(200)는 BMS(20)와 별도로 배터리 팩의 내부 또는 외부에 구현될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 상기 침수 감지부(100)는 전원공급모듈, 양극단자와 음극단자, 전류감지모듈, 부력부재 및 접속부재를 구비한다. 이러한 침수 감지부(100)의 구성에 대해서는 도 4를 참조하여 보다 상세하게 설명하도록 한다.
도 4는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩 보호 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 팩 보호 장치의 침수 감지부(100)는, 전원공급모듈(121), 양극단자(122), 음극단자(123), 전류감지모듈(124), 부력부재(125) 및 접속부재(128)를 구비한다.
상기 전원공급모듈(121)은, 침수 감지부(100)에서 전원을 공급하는 구성요소이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 전원공급모듈(121)은 배터리 팩과 별도의 구성요소로 구현될 수 있으나, 이는 일 실시예에 불과하며, 상기 전원공급모듈(121)은 배터리 팩 내부의 배터리 셀(10)로 구현될 수도 있다.
이러한 전원공급모듈(121)의 양단에는 양극단자(122)와 음극단자(123)가 구비되어 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 상기 양극단자(122)와 음극단자(123)는 소정 거리를 두고 이격되어 있으며, 정상적인 상태에서는 접속부재(128)를 통해 서로 전기적으로 연결되어 있다.
상기 전류감지모듈(124)은, 전원공급모듈(121)에 의해 전원이 공급되어 전류가 흐르는 경우 전류의 흐름 여부를 감지한다. 이러한 전류감지모듈(124)은 통상적인 전류측정기 등을 통해 구현될 수 있으나, 본 발명이 이러한 전류감지모듈(124)의 구체적인 형태에 의해 제한되는 것은 아니다. 즉, 본 발명에 따른 전류감지모듈(124)은, 전류의 흐름 여부를 감지할 수 있는 구성요소이면, 다양한 형태로 구현될 수 있다. 예를 들어, 상기 전류감지모듈(124)은 저항 양단에 구비된 전압계 등으로 구현되어, 전류의 흐름 여부를 감지할 수 있다.
상기 부력부재(125)는, 회전축(127)을 중심으로 회전하는 지지대(126)의 일단에 구비된다. 그리고, 이러한 부력부재(125)는 배터리 팩이 침수되는 경우 침투된 물의 부력에 의해 상승할 수 있다. 그러기 위해 상기 부력부재(125)는, 속이 빈 구 형태로 구현될 수 있으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 배터리 팩 침수시 물의 부력에 의해 상승될 수 있는 것이면 그 형태에 의해 제한되지 않는다. 또한, 상기 부력부재(125)는 플라스틱 재질로 이루어질 수 있으나, 이러한 특정 재질에 의해 한정되는 것도 아니다.
한편, 상기 부력부재(125)는 배터리 팩의 침수를 감지하기 위한 구성이므로, 배터리 팩과 동일하거나 유사한 높이에 설치되는 것이 좋다.
상기 접속부재(128)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 회전축(127)을 중심으로 회전하는 지지대(126)의 타단, 다시 말해 지지대(126)에서 부력부재(125)가 위치하는 측의 반대 측에 구비된다. 이러한 접속부재(128)는 정상적인 상태, 즉 배터리 팩이 침수되지 않은 상태에서는 양극단자(122)와 음극단자(123) 사이를 전기적으로 접속시킬 수 있다. 그러기 위해, 상기 접속부재(128)는 금속과 같은 도체로 이루어질 수 있다.
이러한 접속부재(128)에 의해 양극단자(122)와 음극단자(123)는 서로 전기적으로 연결되며, 전원공급모듈(121)로부터 공급된 전류는 양극단자(122), 접속부재(128) 및 음극단자(123)를 거치는 경로를 원활하게 흐를 수 있다. 따라서, 전류감지모듈(124)은 이러한 전류의 흐름을 감지하고, 그 정보를 제어부(200)로 전송하게 된다.
상기 제어부(200)는, 전류감지모듈(124)과 연결되어 전류감지모듈(124)로부터 전류의 흐름 감지 여부에 대한 정보를 수신한다. 그리고, 이러한 정보에 따라 배터리 팩의 침수 상태를 판단한다. 즉, 전류감지모듈(124)에 의해 전류의 흐름이 감지된다는 정보를 수신하는 경우, 이는 배터리 팩이 침수되지 않은 정상적인 상태라 판단할 수 있다.
도 5는, 배터리 팩이 침수된 상태에서의 도 4의 배터리 팩 보호 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 배터리 팩이 b 높이까지 침수된 경우, 부력부재(125)는 물의 부력에 의해 물의 표면 부근까지 상승한다. 그러면, 도 5의 화살표로 나타낸 바와 같이, 회전축(127)을 기준으로 지지대(126)가 회전하게 되고, 접속부재(128)는 양극단자(122) 및 음극단자(123)로부터 이탈된다. 따라서, 접속부재(128)를 통해 이루어진 양극단자(122)와 음극단자(123)의 전기적 접속은 차단되며, 이러한 양극단자(122)와 음극단자(123)의 전기적 접속 차단으로 전원공급모듈(121)에 의한 전류는 더 이상 흐를 수 없게 된다. 그러므로, 전류감지모듈(124)은 더 이상 전류의 흐름을 감지할 수 없게 된다. 그리고, 이와 같이 전류의 흐름이 감지되지 않는다는 정보는 전류감지모듈(124)로부터 제어부(200)로 전송된다.
한편, 도 5의 실시예에서는, 침수 감지부(100)의 여러 구성요소가 배터리 팩의 외부에 구비된 것처럼 도시되었으나, 본 발명이 반드시 이러한 형태에 의해 한정되는 것은 아니다. 따라서, 침수 감지부(100)의 구성요소 전부 또는 일부는 배터리 팩의 내부에 구비될 수 있다.
상기 제어부(200)는, 전류감지모듈(124)에 의한 전류의 흐름 감지 여부에 따라, 배터리 팩의 침수 상태를 판단할 수 있다. 즉, 상기 제어부(200)는, 전류감지모듈(124)로부터 전류가 흐른다는 정보를 수신하는 경우 배터리 팩이 침수되지 않은 정상적인 상태라 판단하고, 전류감지모듈(124)로부터 전류가 흐르지 않는다는 정보를 수신하는 경우 배터리 팩이 침수된 상태라 판단할 수 있다.
이러한 제어부(200)는 BMS(20)에 의해 구현될 수 있으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
바람직하게는, 상기 제어부(200)는, 전류감지모듈(124)에 의해 전류의 흐름이 감지되지 않는 경우, 배터리 팩의 충방전 경로를 차단할 수 있다. 배터리 팩의 침수시 전류가 누설되어 감전사고 및 배터리 팩이나 다른 기기 또는 장비를 파손시킬 우려가 있기 때문이다.
이때, 본 발명에 따른 배터리 팩 보호 장치의 제어부(200)는 배터리 팩의 충방전 경로 상의 퓨즈(30)를 융단시켜 배터리 팩의 충방전 경로를 차단시킬 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 제어부(200)는 전류감지모듈(124)에 의해 전류의 흐름이 감지되지 않은 시간이 일정 시간 이상 지속되는 경우에, 배터리 팩의 충방전 경로가 차단되도록 할 수 있다. 즉, 상기 제어부(200)는, 전류감지모듈(124)에 의해 전류의 흐름이 감지되지 않았다 하여 곧바로 배터리 팩의 충방전 경로를 차단시키는 것이 아니라, 일정 시간이 경과한 이후에 배터리 팩의 충방전 경로를 차단시킬 수 있다. 이러한 구성은 배터리 팩이 침수되지 않은 상황에서도 일시적으로 전류의 흐름이 감지되지 않는 경우가 발생할 수 있기 때문이다. 예를 들어, 전류감지모듈(124)의 오작동이나 주행 중 차량에 가해진 진동이나 충격으로 부력부재(125)가 상승되는 경우 등과 같이 일시적으로 전류의 흐름이 차단될 수 있다. 따라서, 상기 실시예에 의하면, 이와 같이 일시적으로 전류의 흐름이 차단되는 경우, 배터리 팩의 충방전 경로가 차단되는 것을 방지할 수 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 배터리 팩 보호 장치는, 상기 전류감지모듈(124)에 의해 전류의 흐름이 감지되지 않는 경우, 배터리 팩의 침수 경고 정보를 사용자에게 제공하는 경고부(300)를 더 포함할 수 있다. 따라서, 배터리 팩의 사용자, 이를테면 차량용 배터리 팩이 장착된 차량의 운전자는 상기 경고부(300)에 의해 제공된 침수 경고 정보를 통해 배터리 팩의 침수 사실을 알 수 있으며, 침수 상황에 따른 적절한 판단을 할 수 있다. 예를 들어, 차량 운전자는 배터리 팩의 침수로 충방전 경로가 차단되어 더 이상 차량이 운행될 수 없다는 정보를 얻거나, 배터리 팩의 침수로 배터리 팩의 수리가 필요하다는 판단을 할 수 있다.
한편, 이러한 경고부(300)가 램프, 스피커, 디스플레이 장치 등 다양한 형태로 구현될 수 있음은 상술한 바와 같다.
또한 바람직하게는, 본 발명에 따른 배터리 팩 보호 장치는, 상기 전류감지모듈(124)에 의해 전류의 흐름이 감지되지 않는 경우, 이러한 정보를 저장하는 메모리부(400)를 더 포함하는 것이 좋다. 상기 메모리부(400)는, 전류감지모듈(124)에 의해 전류의 흐름이 감지되지 않는 경우 배터리 팩이 침수되었다는 정보를 저장할 수 있다. 따라서, 차량 운전자나 차량 정비자와 같은 배터리 팩의 사용자가 이러한 메모리부(400)에 저장된 침수 정보를 통해 배터리 팩의 침수 내역을 확인할 수 있도록 한다. 그러므로, 차량 운전자나 차량 정비자는 이러한 침수 내역을 참고하여 차량 관리 및 정비를 할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 배터리 팩은 상술한 배터리 팩 보호 장치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 둘 이상의 침수 센서가 배터리 팩의 내부 또는 외부에서 높이를 달리하여 차등적으로 배치되어 침수를 감지하는 침수 감지부(100), 및 침수가 감지된 침수 센서의 개수에 따라 배터리 팩의 침수 상태를 판단하는 제어부(200)를 포함하는 배터리 팩 보호 장치를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 전원공급모듈(121), 양극단자(122)와 음극단자(123), 전류감지모듈(124), 부력부재(125) 및 접속부재(128)를 구비하는 침수 감지부(100), 및 전류감지모듈(124)에 의한 전류의 흐름 감지 여부에 따라 배터리 팩의 침수 상태를 판단하는 제어부(200)를 포함하는 배터리 팩 보호 장치를 포함할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
한편, 본 명세서에서 '부' 및 '모듈'이라는 용어를 사용하였으나, 이는 논리적인 구성 단위를 나타내는 것으로서, 반드시 물리적으로 분리될 수 있는 구성요소를 나타내는 것이 아니라는 점은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에게 자명하다.
100: 침수 감지부
200: 제어부
300: 경고부
400: 메모리부

Claims (16)

  1. 배터리 팩의 침수 상태를 진단하여 배터리 팩을 보호하는 장치에 있어서,
    둘 이상의 침수 센서가 상기 배터리 팩의 내부 또는 외부에서 높이를 달리하여 차등적으로 배치되어 침수를 감지하는 침수 감지부; 및
    침수가 감지된 침수 센서의 개수에 따라, 상기 배터리 팩의 침수 상태를 판단하는 제어부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 보호 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 침수가 감지된 침수 센서의 개수가 미리 정해진 개수 이상인 경우, 상기 배터리 팩의 충방전 경로를 차단하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 보호 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는, 모든 침수 센서에서 침수가 감지된 경우, 상기 배터리 팩의 충방전 경로를 차단하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 보호 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는, 침수가 감지된 침수 센서의 개수가 미리 정해진 개수 이상인 상태가 일정 시간 이상 지속되는 경우, 상기 배터리 팩의 충방전 경로를 차단하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 보호 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 배터리 팩의 충방전 경로 상의 퓨즈를 융단시켜 상기 배터리 팩의 충방전 경로를 차단하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 보호 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    침수가 감지된 침수 센서의 개수에 따라 배터리 팩의 침수 경고 정보를 사용자에게 제공하는 경고부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 보호 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    침수가 감지된 침수 센서의 개수에 따라 배터리 팩의 침수 정보를 저장하는 메모리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 보호 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, BMS에 의해 구현되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 보호 장치.
  9. 배터리 팩의 침수 상태를 진단하여 배터리 팩을 보호하는 장치에 있어서,
    전원을 공급하는 전원공급모듈, 상기 전원공급모듈의 양단에 연결된 양극단자와 음극단자, 상기 전원공급모듈에 의한 전류의 흐름 여부를 감지하는 전류감지모듈, 회전축을 중심으로 회전하는 지지대의 일단에 구비되어 상기 배터리 팩의 침수시 상승하는 부력부재, 및 상기 지지대의 타단에 구비되어 상기 양극단자와 상기 음극단자 사이를 전기적으로 접속시키되 상기 부력부재의 상승시 상기 양극단자와 상기 음극단자의 전기적 접속이 차단되도록 하는 접속부재를 구비하는 침수 감지부; 및
    상기 전류감지모듈에 의한 전류의 흐름 감지 여부에 따라, 상기 배터리 팩의 침수 상태를 판단하는 제어부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 보호 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 전류감지모듈에 의해 전류의 흐름이 감지되지 않는 경우, 상기 배터리 팩의 충방전 경로를 차단하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 보호 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 전류감지모듈에 의해 전류의 흐름이 감지되지 않은 시간이 일정 시간 이상 지속되는 경우, 상기 배터리 팩의 충방전 경로를 차단하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 보호 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 배터리 팩의 충방전 경로 상의 퓨즈를 융단시켜 상기 배터리 팩의 충방전 경로를 차단하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 보호 장치.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 전류감지모듈에 의해 전류의 흐름이 감지되지 않는 경우, 상기 배터리 팩의 침수 경고 정보를 사용자에게 제공하는 경고부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 보호 장치.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 전류감지모듈에 의해 전류의 흐름이 감지되지 않는 경우, 이에 대한 정보를 저장하는 메모리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 보호 장치.
  15. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는, BMS에 의해 구현되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 보호 장치.
  16. 제1항 또는 제9항에 따른 배터리 팩 보호 장치를 포함하는 배터리 팩.
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