KR20130053501A - 배터리 관리 시스템과 이를 포함하는 배터리 팩 보호 장치 - Google Patents

배터리 관리 시스템과 이를 포함하는 배터리 팩 보호 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 복수의 배터리 모듈로 이루어진 배터리 팩에서 각각의 배터리 모듈을 관리하는 BMS에 전력을 공급하는 전력 공급 경로의 손상으로 BMS의 전력 공급이 중단되는 것을 방지할 수 있는 BMS와 이를 포함하는 배터리 팩 보호 장치 및 배터리 팩을 개시한다. 본 발명에 따른 배터리 팩 보호 장치는, 하나 이상의 배터리 셀을 구비하는 제1 배터리 모듈을 관리하는 제1 BMS; 하나 이상의 배터리 셀을 구비하고 상기 제1 배터리 모듈의 양극 단자에 직렬 연결된 제2 배터리 모듈을 관리하는 제2 BMS; 상기 제1 BMS의 파워 단자와 상기 제2 BMS의 접지 단자 사이를 연결하도록 형성된 전원공급 회로패턴; 및 일단이 상기 전원공급 회로패턴에 접속되고 타단이 상기 제1 배터리 모듈의 양극 단자에 접속된 파워 라인을 포함한다.

Description

배터리 관리 시스템과 이를 포함하는 배터리 팩 보호 장치{Battery management system and battery pack protection apparatus including the same}
본 발명은 배터리 관리 시스템(Battery Management System; BMS), 배터리 팩 보호 장치 및 배터리 팩에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수의 배터리 모듈로 이루어진 배터리 팩에서 각각의 배터리 모듈을 관리하는 BMS에 전력을 공급하는 전력 공급 경로의 손상으로 BMS의 전력 공급이 중단되는 것을 방지할 수 있는 BMS와 이를 포함하는 배터리 팩 보호 장치 및 배터리 팩에 관한 것이다.
근래에 들어서, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 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.
특히, 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. 이러한 하이브리드 자동차나 전기 자동차는 배터리 팩의 충방전 에너지를 이용하여 차량 구동력을 얻기 때문에, 엔진만을 이용하는 자동차에 비해 연비가 뛰어나고 공해 물질을 배출하지 않거나 감소시킬 수 있다는 점에서 많은 소비자들에게 좋은 반응을 얻고 있다. 따라서, 하이브리드 자동차나 전기 자동차의 핵심적 부품인 배터리에 보다 많은 관심과 연구가 집중되고 있다.
또한, 이러한 자동차용 배터리와 더불어 에너지 저장원으로서 배터리 역할이 부각되면서 대용량 구조의 배터리 팩에 대한 필요성이 높아지고 있다. 그리고, 이 경우 복수 개의 배터리 모듈이 직렬/병렬 등으로 연결되는 멀티 모듈 구조를 가지는 배터리 팩이 널리 이용되고 있다.
이러한 멀티 구조의 배터리 팩은 회로 로직이나 PCB 구성 등에 따라 다양한 형태로 구현될 수 있는데, 이 경우 모니터링과 제어의 효율성 등을 향상시키기 위하여, 멀티 슬레이브 구조가 주로 이용된다. 멀티 슬레이브 구조는, 배터리 팩을 구성하는 복수 개의 배터리 모듈을 각각 복수 개의 슬레이브 BMS가 담당하도록 하고, 마스터 BMS가 이러한 복수 개의 슬레이브 BMS를 통합 제어하도록 구성된다.
도 1은, 멀티 슬레이브 구조를 갖는 종래의 배터리 팩 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 배터리 팩에는 하나 이상의 배터리 모듈(20)이 포함될 수 있으며, 각각의 배터리 모듈(20)에는 하나 이상의 배터리 셀(21)이 포함될 수 있다. 그리고, 배터리 모듈(20) 각각에는 슬레이브 BMS(10)가 연결되어, 각각의 슬레이브 BMS(10)가 해당 배터리 모듈(20)에 대한 충방전 동작을 전반적으로 제어한다.
각각의 슬레이브 BMS(10)는, 도면에서 'PWR'로 표시되는 파워 단자와 'GND'로 표시되는 접지 단자를 구비하여 해당 배터리 모듈(20)로부터 전력을 공급받는다. 이를 위해 슬레이브 BMS(10)는, 파워 단자 측에 형성된 회로패턴(50)에 파워 라인(30)이 연결되고, 접지 단자 측에 형성된 회로패턴(50)에 접지 라인(40)이 연결된다. 그리고, 이러한 파워 라인(30)은 배터리 모듈(20)의 양극 단자에 접속되고, 접지 라인(40)은 배터리 모듈(20)의 음극 단자에 접속된다. 따라서, 각각의 슬레이브 BMS(10)는 별도로 구성된 파워 라인(30) 및 접지 라인(40)을 통해 해당 배터리 모듈(20)로부터 전력을 공급받는다. 그러므로, 슬레이브 BMS(10)에 대한 전력 공급은, 도 1에서 화살표로 도시된 바와 같이, 슬레이브 BMS(10)마다 독립적인 경로를 형성하여 이루어질 수 있다.
그런데, 이와 같은 종래 구성에 의할 경우, 파워 라인(30)이나 접지 라인(40)이 개방되는, 즉 끊어지는 경우가 있다. 파워 단자 측에 형성된 회로패턴(50)이나 접지 단자 측에 형성된 회로패턴(50)의 경우 기판 등에 형성되기 때문에 끊어질 가능성이 낮으나, 파워 라인(30)이나 접지 라인(40)은 케이블 등으로 형성되기 때문에 끊어질 가능성이 있고, 배터리 모듈(20)이나 회로패턴(50)과의 연결 부분에서 접촉 상태가 불량일 수 있다.
만일, 파워 라인(30)이나 접지 라인(40)이 끊어지게 되면, 슬레이브 BMS(10)가 배터리 모듈(20)로부터 전력을 공급받지 못하기 때문에, 동작할 수 없으며, 따라서, 해당 배터리 모듈(20)에 대해서는 관리 및 제어 기능을 제대로 수행하지 못하게 되는 문제점이 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 배터리 모듈로부터 전력을 공급받기 위한 라인이 끊어지더라도 계속적으로 동작할 수 있는 BMS 및 이를 포함하는 배터리 팩 보호 장치와 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, 하나 이상의 배터리 셀을 구비하는 제1 배터리 모듈을 관리하는 제1 BMS; 하나 이상의 배터리 셀을 구비하고 상기 제1 배터리 모듈의 양극 단자에 직렬 연결된 제2 배터리 모듈을 관리하는 제2 BMS; 상기 제1 BMS의 파워 단자와 상기 제2 BMS의 접지 단자 사이를 연결하도록 형성된 전원공급 회로패턴; 및 일단이 상기 전원공급 회로패턴에 접속되고 타단이 상기 제1 배터리 모듈의 양극 단자에 접속된 파워 라인을 포함한다.
바람직하게는, 상기 제1 BMS 및 제2 BMS는 하나의 회로 기판에 구비된다.
또한 바람직하게는, 상기 제1 배터리 모듈과 상기 제2 배터리 모듈은 버스바를 통해 연결된다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩은, 하나 이상의 배터리 셀을 구비하는 제1 배터리 모듈; 하나 이상의 배터리 셀을 구비하고 상기 제1 배터리 모듈의 양극 단자에 직렬 연결된 제2 배터리 모듈; 상기 제1 배터리 모듈에 연결되어 상기 제1 배터리 모듈을 관리하는 제1 BMS; 상기 제2 배터리 모듈에 연결되어 상기 제2 배터리 모듈을 관리하는 제2 BMS; 상기 제1 BMS의 파워 단자와 상기 제2 BMS의 접지 단자 사이를 연결하도록 형성된 전원공급 회로패턴; 및 일단이 상기 전원공급 회로패턴에 접속되고 타단이 상기 제1 배터리 모듈의 양극 단자에 접속된 파워 라인을 포함한다.
바람직하게는, 상기 제1 BMS 및 제2 BMS는 하나의 회로 기판에 구비된다.
또한 바람직하게는, 상기 제1 배터리 모듈과 상기 제2 배터리 모듈 사이에 구비되어 상기 제1 배터리 모듈과 상기 제2 배터리 모듈을 전기적으로 접속시키는 버스바를 더 포함한다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 관리 시스템은, 제2 배터리 모듈의 음극 단자와 제3 배터리 모듈의 양극 단자 사이에 직렬 연결된 제1 배터리 모듈을 관리하는 배터리 관리 시스템으로서, 파워 단자 측에 구비되어 상기 제2 배터리 모듈을 관리하는 BMS의 접지 단자 측에 구비된 전원공급 회로패턴과 연결되고, 파워 라인을 통해 상기 제1 배터리 모듈의 양극 단자와 접속되는 제1 전원공급 회로패턴; 및 접지 단자 측에 구비되어 상기 제3 배터리 모듈을 관리하는 BMS의 파워 단자 측에 구비된 전원공급 회로패턴과 연결되는 제2 전원공급 회로패턴을 포함한다.
바람직하게는, 상기 제2 배터리 모듈을 관리하는 BMS 및 상기 제3 배터리 모듈을 관리하는 BMS와 하나의 회로 기판에 구비된다.
또한 바람직하게는, 상기 제1 배터리 모듈과 상기 제2 배터리 모듈 사이의 연결 및 상기 제1 배터리 모듈과 상기 제3 배터리 모듈 사이의 연결은 버스바를 통해 이루어진다.
본 발명에 의하면, BMS와 배터리 모듈 사이의 파워 공급 경로가 차단되더라도 전원공급 회로패턴을 통해 다른 BMS와 연결되므로, 해당 BMS는 계속해서 전력 공급을 받을 수 있다. 그러므로, 파워 라인이 끊어지는 경우에도 배터리 셀 전압의 센싱이나 배터리 모듈의 온도 센싱 등과 같은 BMS에 의한 배터리 모듈 관리 기능이 안정적으로 수행될 수 있다.
더욱이, 본 발명에 의하면, BMS의 접지 단자에 연결되는 접지 라인이 인접하는 파워 라인과 공통의 라인으로 구성되기 때문에, 라인의 개수가 감소하여 라인의 관리가 용이해지고 손상이나 절단 위험성이 줄어들 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 배터리 모듈이 버스바를 통해 체결되는 경우 버스바 양단의 전압을 측정하여 버스바의 체결 상태가 정상적인지 판단할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술되는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은, 멀티 슬레이브 구조를 갖는 종래의 배터리 팩 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 2는, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 3은, 도 2의 회로 구성에서 정상적인 상태에서 BMS에 전원이 공급되는 흐름을 개략적으로 도식화하여 나타내는 도면이다.
도 4는, 도 2의 회로 구성에서 파워 라인이 끊어진 상태에서 BMS에 전원이 공급되는 흐름을 개략적으로 도식화하여 나타내는 도면이다.
도 5는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩 보호 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 6은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 개략적으로 도시하는 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 아니 되며, 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 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2는, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 팩 보호 장치는, 제1 배터리 모듈(210), 제2 배터리 모듈(220) 및 배터리 팩 보호 장치를 포함한다. 그리고, 이러한 배터리 팩 보호 장치는, 제1 BMS(110), 제2 BMS(120), 전원공급 회로패턴(300) 및 파워 라인(400)을 포함한다.
제1 배터리 모듈(210) 및 제2 배터리 모듈(220)은, 각각 하나 이상의 배터리 셀(201)을 구비한다. 그리고, 제2 배터리 모듈(220)은 제1 배터리 모듈(210)의 양극 단자에 직렬 연결된다. 즉, 제1 배터리 모듈(210)의 양극 단자는 제2 배터리 모듈(220)의 음극 단자에 연결되어, 제1 배터리 모듈(210)과 제2 배터리 모듈(220)은 서로 직렬로 연결된다.
상기 제1 BMS(110)는, 제1 배터리 모듈(210)과 전기적으로 연결되어 제1 배터리 모듈(210)을 관리한다. 예를 들어, 제1 BMS(110)는 도 2에 도시된 바와 같은 B0 내지 B10과 같은 전압 센싱 채널을 통해 제1 배터리 모듈(210)에 포함된 배터리 셀(201) 각각의 전압을 측정할 수 있다. 그리고, 이와 같이 측정된 전압을 바탕으로 각 배터리 셀(201)의 상태를 판단하거나 밸런싱을 수행할 수 있다.
그 밖에, 제1 BMS(110)는 제1 배터리 모듈(210)에 포함된 배터리 셀(201)의 충방전 제어, 스위칭, 평활화 제어, 전기적 특성값 측정 및 모니터링, 오류 표지, 온/오프 제어 등과 같은 여러 관리 기능을 수행할 수 있다. 다만, 이러한 BMS의 관리 기능은 일례에 불과하며, 본 발명에 따른 BMS는 이 밖에도 당업자 수준에서 적용 가능한 다양한 전기 전자적 제어 기능을 수행할 수 있다.
상기 제2 BMS(120)는, 제2 배터리 모듈(220)과 전기적으로 연결되어 제2 배터리 모듈(220)을 관리하는 기능을 수행한다. 제2 BMS(120)는, 제1 BMS(110)와 관리하는 대상에서만 차이가 있을 뿐, 그 기능은 제1 BMS(110)와 유사하다고 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 BMS(110) 및 제2 BMS(120)는 멀티 슬레이브 구조의 배터리 팩에서 슬레이브 BMS일 수 있다. 이 경우, 도 2에는 도시되지 않았으나, 본 발명에 따른 배터리 팩 보호 장치는, 마스터 BMS를 포함할 수 있다. 이때, 마스터 BMS는 복수의 BMS들과 연결되어 이들을 통합 제어하는 역할을 수행할 수 있으며, 이를 위해 슬레이브 BMS들과 정보를 주고받을 수 있다.
상기 전원공급 회로패턴(300)은, 제1 BMS(110)의 파워 단자(PWR)와 제2 BMS(120)의 접지 단자(GND) 사이를 연결하도록 형성된다. 따라서, 이러한 전원공급 회로패턴(300)을 통해 제2 BMS(120)의 접지 단자로부터 제1 BMS(110)의 파워 단자에 이르는 전력공급(전류) 경로가 형성될 수 있다.
상기 전원공급 회로패턴(300)은 회로패턴, 즉 배선패턴으로서 회로기판에 형성될 수 있다. 다만, 회로기판에 회로패턴을 형성하는 방법은 본 발명의 출원 시점에 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자들에게 널리 알려져 있으므로, 이에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.
종래의 배터리 팩 보호 장치에서는, 도 1에 도시된 바와 같이, 파워 단자 측에 형성된 회로패턴(50)과 그에 인접한 다른 BMS의 접지 단자 측에 형성된 회로패턴(50)이 직접 연결되지 않고, 각각 파워 라인(30) 및 접지 라인(40)과 연결된다. 하지만, 본 발명에 따른 배터리 팩 보호 장치에서는, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 BMS(110)의 파워 단자 측에 형성된 회로패턴인 제1 전원공급 회로패턴(310)과 제2 BMS(120)의 접지 단자 측에 형성된 회로패턴인 제2 전원공급 회로패턴(320)이 직접 연결된다.
바람직하게는, 상기 제1 BMS(110)와 제2 BMS(120)는 하나의 회로기판에 구비(설치)되는 것이 좋다. 이러한 실시예에 의하면, 제1 전원공급 회로패턴(310)과 제2 전원공급 회로패턴(320)이 하나의 회로기판에서 서로 연결된 하나의 회로패턴으로 형성될 수 있다. 따라서, 제1 전원공급 회로패턴(310)과 제2 전원공급 회로패턴(320)을 연결하기 위한 부재, 이를테면 연결 케이블을 별도로 이용할 필요가 없다. 그러므로, 제2 BMS(120)의 접지 단자와 제1 BMS(110)의 파워 단자 사이에 안정적인 전력 경로가 형성될 수 있다.
상기 파워 라인(400)은, 일단이 전원공급 회로패턴(300)에 연결된다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 파워 라인(400)은 제1 전원공급 회로패턴(310)과 제2 전원공급 회로패턴(320)이 연결된 지점에서 이러한 전원공급 회로패턴(300)과 접속될 수 있다. 또한, 상기 파워 라인(400)은, 타단이 제1 배터리 모듈(210)의 양극 단자에 접속된다.
이러한 파워 라인(400)은, 전선과 같은 케이블 형태로 구현될 수 있으나, 본 발명이 반드시 이와 같은 파워 라인(400)의 구체적인 형태에 의해 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 배터리 팩 보호 장치에서, 상기 파워 라인(400)은 제1 BMS(110)의 제1 전원공급 회로패턴(310)에 연결되기도 하지만, 제2 BMS(120)의 제2 전원공급 회로패턴(320)에도 연결된다. 따라서, 이러한 파워 라인(400)은, 종래 배터리 팩 보호 장치에서, 도 1에 도시된 바와 같은 파워 단자에 연결된 파워 라인(400)과 인접한 BMS의 접지 단자에 연결된 접지 라인의 역할을 공통으로 수행한다고 할 수 있다. 즉, 종래 기술에 의하면 하나의 BMS에서 파워 라인(400)과 접지 라인 2개의 라인이 필요하였으나, 본 발명에 의하면 하나의 BMS에서 공통적인 하나의 파워 라인(400)만 필요하다. 그러므로, BMS에 전원을 공급하는데 필요한 라인의 개수가 줄어들어 라인의 관리가 용이하고 제조 비용이 감소할 수 있다.
한편, 전원공급 회로패턴(300)과 같은 회로패턴은 회로기판 상에 직접 형성되어 그 경로가 차단될 위험성이 크지 않다. 반면, 파워 라인(400)은 케이블 형태 등으로 구현되고, 회로기판 및 배터리 모듈(200)과 연결되어야 하기 때문에 끊어지는 등의 이유로 그 경로가 차단될 가능성이 있다. 하지만, 본 발명에 의할 경우, 이러한 파워 라인(400)이 절단 등과 같이 손상 또는 파손되는 경우에도, 해당 BMS에 안정적으로 전원이 공급될 수 있다.
도 3은, 도 2의 회로 구성에서 정상적인 상태에서 BMS에 전원이 공급되는 흐름을 개략적으로 도식화하여 나타내는 도면이다.
전원공급 회로패턴(300)과 배터리 모듈(200) 사이에 구비된 파워 라인(400)이 정상적인 상태에 있는 경우, 도 3에서 화살표로 표시된 바와 같이, 각각의 BMS는 해당 배터리 모듈(200)로부터 전원을 공급받는다. 즉, 제1 BMS(110)는 제1 배터리 모듈(210)로부터 전원을 공급받고, 제2 BMS(120)는 제2 배터리 모듈(220)로부터 전원을 공급받는다.
이때, 제2 BMS(120)의 접지 단자와 제1 BMS(110)의 파워 단자는 전원공급 회로패턴(300)을 통해 서로 연결되어 있어, 제2 BMS(120)로 공급된 전원이 제1 BMS(110)로 공급될 수도 있으나, 전류는 저항이 낮은 쪽으로 대부분 흐르게 되므로, 제2 BMS(120)로 공급된 전류는 대부분 제1 BMS(110)가 아닌 파워 라인(400) 측으로 흐르게 될 것이다.
도 4는, 도 2의 회로 구성에서 파워 라인(400)이 끊어진 상태에서 BMS에 전원이 공급되는 흐름을 개략적으로 도식화하여 나타내는 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 전원공급 회로패턴(300)과 배터리 모듈(200) 사이에 구비된 파워 라인(400)이 절단 등으로 손상 또는 파손되는 경우, 해당 파워 라인(400)으로는 전력공급 경로가 형성될 수 없다. 하지만, 본 발명에 의하면, BMS의 파워 단자는 인접하는 BMS의 접지 단자와 전원공급 회로패턴(300)을 통해 직접적으로 연결되어 있다. 따라서, 파워 라인(400)이 끊어진 경우, 인접하는 BMS로부터 전원을 공급받을 수 있다.
즉, 도 4를 참조하면, 제1 BMS(110)와 제2 BMS(120) 사이의 전원공급 회로패턴(300)에 연결된 파워 라인(400)이 오픈된 경우 제1 BMS(110)는 제1 배터리 모듈(210)로부터 직접 전원을 공급받을 수 없다. 그러나, 제1 BMS(110)의 파워 단자는, 전원공급 회로패턴(300)을 통해 제2 BMS(120)의 접지 단자와 연결되어 있으므로, 도 4에서 화살표로 표시된 바와 같이, 전원은 제2 BMS(120)로부터 제1 BMS(110)로 공급될 수 있다. 그러므로, 본 발명에 의하면, BMS로 전원을 공급하는 파워 라인(400)이 오픈되더라도 인접하는 BMS로부터 전원을 공급받아 계속적으로 동작이 수행될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 배터리 팩은 버스바를 더 포함할 수 있다. 이러한 버스바는, 배터리 모듈(200) 사이에 구비되어 버스바 사이를 서로 전기적으로 연결시키는 접속 부재로서, 전기 전도성을 갖는 재료로 이루어질 수 있다.
도 5는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩 보호 장치의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 5를 참조하면, 제1 배터리 모듈(210)과 제2 배터리 모듈(220)은 버스바(500)를 통해 서로 연결되어 있다. 이러한 버스바(500)는 제1 배터리 모듈(210)과 제2 배터리 모듈(220)을 전기적으로 접속시키는 구성요소이기 때문에, 전기 전도성이 좋은 구리와 같은 금속 재질로 이루어질 수 있다. 이러한 버스바(500)는 배터리 팩의 내부 구조나 배터리 모듈(200)의 연결 상태 등에 따라 다양한 형태로 만들어질 수 있다. 다만, 본 명세서의 버스바(500)는 각 배터리 모듈(200) 사이에 체결되어 복수의 배터리 모듈(200)을 서로 전기적으로 연결시키는 구성요소를 의미하며, 그 명칭에 구애받지 않는다.
이 경우, 제2 BMS(120)는 버스바(500) 양단의 전압을 측정할 수 있다. 버스바(500)가 제1 배터리 모듈(210)과 제2 배터리 모듈(220) 사이에서 정상적으로 체결된 상태라면 버스바(500)는 쇼트 상태이므로 버스바(500) 양단의 전위차는 거의 없게 된다. 그러나, 버스바(500)의 체결 상태가 불완전하거나 끊어진 경우, 저항이 증가하게 되어, 버스바(500) 양단의 전위차는 커질 수 있게 된다. 그러므로, 상기 실시예와 같이 제2 BMS(120)가 버스바(500) 양단의 전압을 측정함으로써, 버스바(500)의 체결 상태를 확인할 수 있다.
예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 BMS(120)는 전압을 센싱하는 채널 중 하나인 B0가 제1 배터리 모듈(210) 측의 파워 라인(400)에 연결되도록 함으로써, B0 채널과 B1 채널을 통해 버스바(500) 양단의 전압을 측정할 수 있다. 또한, 이 경우, 파워 라인(400)의 오픈 상태 여부도 체크할 수 있다.
한편, 상기 실시예들에서는, 2개의 BMS를 기준으로 설명되었으나, 본 발명이 이러한 BMS의 개수에 의해 제한되는 것은 아니며, 배터리 팩 보호 장치에 BMS는 3개 이상 구비될 수도 있다.
또한, 상기 실시예들에서는, BMS와 전원공급 회로패턴(300)이 별개의 구성요소인 것처럼 설명되었으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 전원공급 회로패턴(300)은 BMS에 포함되는 구성요소로 볼 수도 있다.
도 6은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 구성을 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 6을 참조하면, 제2 배터리 모듈(220)의 음극 단자와 제3 배터리 모듈(230)의 양극 단자 사이에 제1 배터리 모듈(210)이 직렬 연결되어 있다. 그리고, 제1 내지 제3 배터리 모듈(210, 220, 230)은 각각 제1 내지 제3 BMS(110, 120, 130)와 연결되어 이들의 관리를 받는다.
도 6에서, 제1 BMS(110)를 기준으로, 본 발명에 따른 BMS를 설명하면, 제1 BMS(110)의 파워 단자 측에는 제1 전원공급 회로패턴(310)이 형성되어 있다. 그리고, 이러한 제1 전원공급 회로패턴(310)은, 제2 BMS(120)의 제2 전원공급 회로패턴(320)과 직접 연결된다. 또한, 제1 전원공급 회로패턴(310)은, 파워 라인(400)을 통해 제1 배터리 모듈(210)의 양극 단자에 접속된다.
한편, 제1 BMS(110)의 접지 단자 측에는 제2 전원공급 회로패턴(320)이 형성되어 있다. 그리고, 이러한 제2 전원공급 회로패턴(320)은, 제3 BMS(130)의 제1 전원공급 회로패턴(310)과 직접 연결된다. 그러므로, 제1 BMS(110)의 제1 전원공급 회로패턴(310)은 제2 BMS(120)의 제2 전원공급 회로패턴(320)과 함께 하나의 전원공급 회로패턴(300)을 형성하고, 제1 BMS(110)의 제2 전원공급 회로패턴(320)은 제3 BMS(130)의 제1 전원공급 회로패턴(310)과 함께 하나의 전원공급 회로패턴(300)을 형성한다.
여기서, 제1 BMS(110)의 파워 단자 측에 형성된 제1 전원공급 회로패턴(310)과 제1 BMS(110)의 접지 단자 측에 형성된 제2 전원공급 회로패턴(320)은, 제1 BMS(110)와 별개의 구성요소로 볼 수도 있고, 그에 포함되는 구성요소로 볼 수도 있다.
한편, 제1 BMS(110)는, 제2 BMS(120) 및 제3 BMS(130)와 하나의 회로 기판에 구비되는 것이 좋다. 이 경우, BMS의 제1 전원공급 회로패턴(310)과 인접한 다른 BMS의 제2 전원공급 회로패턴(320)을 하나의 회로패턴으로 형성하는 것이 용이하기 때문이다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 배터리 모듈(210)과 제2 배터리 모듈(220) 사이, 및/또는 제1 배터리 모듈(210)과 제3 배터리 모듈(230) 사이는 버스바(500)를 통해 체결될 수 있다. 이 경우, 제1 BMS(110)는 제1 배터리 모듈(210)과 제3 배터리 모듈(230) 사이의 버스바(500) 양단의 전압을 측정하여, 버스바(500)의 체결 상태 이상 유무를 판단할 수 있다.
또한, 도 6의 제1 내지 제3 BMS(110, 120, 130)는 슬레이브 BMS일 수 있으며, 이 경우, 이들을 통합 제어하는 마스터 BMS가 별도로 배터리 팩에 포함될 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.
110: 제1 BMS
120: 제2 BMS
200: 배터리 모듈
201: 배터리 셀
210: 제1 배터리 모듈
220: 제2 배터리 모듈
300: 전원공급 회로패턴
310: 제1 전원공급 회로패턴
320: 제2 전원공급 회로패턴
400: 파워 라인

Claims (15)

  1. 하나 이상의 배터리 셀을 구비하는 제1 배터리 모듈을 관리하는 제1 BMS;
    하나 이상의 배터리 셀을 구비하고 상기 제1 배터리 모듈의 양극 단자에 직렬 연결된 제2 배터리 모듈을 관리하는 제2 BMS;
    상기 제1 BMS의 파워 단자와 상기 제2 BMS의 접지 단자 사이를 연결하도록 형성된 전원공급 회로패턴; 및
    일단이 상기 전원공급 회로패턴에 접속되고 타단이 상기 제1 배터리 모듈의 양극 단자에 접속된 파워 라인
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 보호 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 BMS 및 제2 BMS는 하나의 회로 기판에 구비된 것을 특징으로 하는 배터리 팩 보호 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 배터리 모듈과 상기 제2 배터리 모듈은 버스바를 통해 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 보호 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 BMS는, 상기 버스바 양단의 전압을 측정하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 보호 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 BMS 및 제2 BMS는, 슬레이브 BMS인 것을 특징으로 하는 배터리 팩 보호 장치.
  6. 하나 이상의 배터리 셀을 구비하는 제1 배터리 모듈;
    하나 이상의 배터리 셀을 구비하고 상기 제1 배터리 모듈의 양극 단자에 직렬 연결된 제2 배터리 모듈;
    상기 제1 배터리 모듈에 연결되어 상기 제1 배터리 모듈을 관리하는 제1 BMS;
    상기 제2 배터리 모듈에 연결되어 상기 제2 배터리 모듈을 관리하는 제2 BMS;
    상기 제1 BMS의 파워 단자와 상기 제2 BMS의 접지 단자 사이를 연결하도록 형성된 전원공급 회로패턴; 및
    일단이 상기 전원공급 회로패턴에 접속되고 타단이 상기 제1 배터리 모듈의 양극 단자에 접속된 파워 라인
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 BMS 및 제2 BMS는 하나의 회로 기판에 구비된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1 배터리 모듈과 상기 제2 배터리 모듈 사이에 구비되어 상기 제1 배터리 모듈과 상기 제2 배터리 모듈을 전기적으로 접속시키는 버스바를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 BMS는, 상기 버스바 양단의 전압을 측정하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 제1 BMS 및 제2 BMS는, 슬레이브 BMS인 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제2 배터리 모듈의 음극 단자와 제3 배터리 모듈의 양극 단자 사이에 직렬 연결된 제1 배터리 모듈을 관리하는 BMS에 있어서,
    파워 단자 측에 구비되어 상기 제2 배터리 모듈을 관리하는 BMS의 접지 단자 측에 구비된 전원공급 회로패턴과 연결되고, 파워 라인을 통해 상기 제1 배터리 모듈의 양극 단자와 접속되는 제1 전원공급 회로패턴; 및
    접지 단자 측에 구비되어 상기 제3 배터리 모듈을 관리하는 BMS의 파워 단자 측에 구비된 전원공급 회로패턴과 연결되는 제2 전원공급 회로패턴
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 BMS.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2 배터리 모듈을 관리하는 BMS 및 상기 제3 배터리 모듈을 관리하는 BMS와 하나의 회로 기판에 구비되는 것을 특징으로 하는 BMS.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제1 배터리 모듈과 상기 제2 배터리 모듈 사이의 연결 및 상기 제1 배터리 모듈과 상기 제3 배터리 모듈 사이의 연결은 버스바를 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 BMS.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 배터리 모듈과 상기 제3 배터리 모듈 사이를 연결하는 버스바 양단의 전압을 측정하는 것을 특징으로 하는 BMS.
  15. 제11항에 있어서,
    슬레이브 BMS인 것을 특징으로 하는 BMS.
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