KR20160007899A - Power System for Over-Charge of Battery Pack And Device Having the Same - Google Patents

Power System for Over-Charge of Battery Pack And Device Having the Same Download PDF

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Abstract

The present invention provides a power system which comprises: a battery pack including at least two unit cells; an external power supply for receiving power of the battery pack or supplying power to the battery pack; a power relay assembly (PRA) for blocking or permitting a current inputted and outputted to and from the battery pack; and a battery management system (BMS) for managing and controlling voltage, temperature, and/or capacity of the battery pack. The PRA includes: a voltage measuring device for measuring each voltage of the unit cells contained in the battery pack; and first, second, and third relay units which are combined to block the circuit when one or more unit cells are over-charged in the battery pack. The first, second, and third units block a current transmitted to the battery pack when one or more battery cells are charged with a voltage which exceeds 4.5 V.

Description

전지팩의 과충전 방지를 위한 전원 시스템 및 이를 포함하는 디바이스 {Power System for Over-Charge of Battery Pack And Device Having the Same}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a power system for preventing overcharge of a battery pack,

본 발명은 전지팩의 과충전 방지를 위한 전원 시스템 및 이를 포함하는 디바이스에 관한 것이다.The present invention relates to a power supply system for preventing overcharging of a battery pack and a device including the same.

하이브리드 전기자동차(HEV; Hybrid Electric Vehicle)는 내연기관의 엔진과 배터리의 전원을 이용한 모터를 동력원으로 사용하는 차량으로서, 화석 연료의 고갈에 따른 차세대 운송 수단으로 많은 주목을 받고 있다. BACKGROUND ART Hybrid electric vehicles (HEVs) are vehicles that use a motor using an internal combustion engine and an electric power source of a battery as a power source. The hybrid electric vehicle (HEV) has received much attention as a next-generation transportation means due to depletion of fossil fuels.

이러한 하이브리드 전기자동차는 고속 주행에서 내연기관으로 운행하고, 이 때 여유 구동력 또는 제동에 따른 운동에너지를 배터리에 저장하며, 저장된 배터리의 전력을 통해 저속 주행에서 모터로 운행 하는 차량이다. The hybrid electric vehicle runs from the high speed running to the internal combustion engine and stores the kinetic energy due to the extra driving force or the braking at this time, and runs from the low speed running to the motor through the stored battery power.

여기서, 모터의 전원으로 사용되는 배터리로 리튬 배터리가 주로 사용되고 있다. 이 리튬 배터리는 액체 전해질을 사용하는 리튬이온(Li-ion) 배터리와 고체 성분인 폴리머 전해질을 사용하는 리튬 폴리머 (Li-Polymer) 배터리가 있다.Here, a lithium battery is mainly used as a battery used as a motor power source. The lithium battery includes a lithium-ion (Li-ion) battery using a liquid electrolyte and a lithium-polymer battery using a solid electrolyte polymer electrolyte.

하이브리드 전기자동차에 있어서는 배터리의 필요 용량에 따라 셀(Cell)을 50~100개 정도를 직렬 연결하여 하나의 팩(Pack) 형태로 차량에 장착하게 된다.In a hybrid electric vehicle, about 50 to 100 cells are connected in series according to the required capacity of the battery, and the hybrid vehicle is mounted on the vehicle in the form of a single pack.

이에 종래에는 전지팩에 포함된 전압 측정센서로 각 셀(Cell) 전압을 측정하여 기준 전압 이상이 되면 배터리 관리 시스템(BMS;Battery Management System)에서 경고(Alarm) 메시지나 고장(Trip) 메시지를 자동차 콘트롤러(HCU)측으로 전송하여 충전을 중단하도록 하고 있다.Conventionally, each cell voltage is measured by a voltage measuring sensor included in the battery pack. When the voltage exceeds a reference voltage, a battery management system (BMS) issues an alarm message or a trip message, To the controller (HCU) side to stop the charging.

그러나 상기 방법은 소프트웨어적인 방법이므로 차량의 통신이 문제가 있거나 셀(Cell) 전압을 잘못 측정하게 되는 경우, 그리고 배터리 관리 시스템(BMS)의 고장 또는 오동작의 경우에 배터리가 과충전되어 폭발할 수 있게 되는 문제가 있었다.However, since the above method is a software method, when the communication of the vehicle is troublesome, the cell voltage is erroneously measured, and the battery is overcharged and exploded in the event of malfunction or malfunction of the battery management system (BMS) There was a problem.

이를 해결하기 위해, 도 1과 같은 전원 시스템이 하이브리드 차량에 적용되어 사용되고 있다. 도 1을 참조하면, 전원 시스템(10)은 전지팩(20), 외부 전원인 하이브리드 차량(60), BMS(40, Battery Management System) 및 BMS(40)의 전기 신호에 따라 전지팩(20)과 차량(60)의 회로를 차단 또는 연결하는 두 개의 릴레이 부들(31, 32)로 구성되어 있다. To solve this problem, a power supply system as shown in Fig. 1 is applied to a hybrid vehicle. 1, the power supply system 10 includes a battery pack 20, a hybrid vehicle 60 as an external power source, a battery management system (BMS) 40, and a BMS 40, And two relay units 31 and 32 for interrupting or connecting the circuits of the vehicle 60. [

여기서, 두 개의 메인 릴레이 부(31, 32)는 전지팩(20)과 외부 전원인 차량(60) 사이에서 전기적으로 연결되어 있는 한편, 릴레이 부에 포함된 마그네틱 코일이 BMS(40)에 전기적으로 연결되어 있는 구조로 이루어져 있다. Here, the two main relay units 31 and 32 are electrically connected between the battery pack 20 and the vehicle 60 as an external power source, while the magnetic coils included in the relay unit are electrically connected to the BMS 40 It is composed of connected structure.

릴레이 부들(31, 32)은 릴레이 스위치(33)와 마그네틱 코일(34)로 이루어져 있으며, 작동 원리는 마그네틱 코일(34)에 전류가 흐를 경우, 코일(34)의 자기장에 의해 릴레이 스위치(33)가 마그네틱 코일(34)에 이끌려, 회로를 닫고, 그에 따라 릴레이(33)를 통해 전류가 흐를 수 있도록 한다. 반면에, 마그네틱 코일(34)에 전류가 흐르지 않는 경우에 마그네틱 코일(34)에 자기장이 형성되지 않는 바, 릴레이 스위치(33)가 스스로 오픈 되면서 회로를 열고 그에 따라 전류가 흐르지 못하게 한다.The relay units 31 and 32 are composed of a relay switch 33 and a magnetic coil 34. The operation principle of the relay units 33 and 32 is such that when a current flows through the magnetic coil 34, Is led by the magnetic coil 34 to close the circuit and thereby allow current to flow through the relay 33. [ On the other hand, when no current flows through the magnetic coil 34, a magnetic field is not formed in the magnetic coil 34, and the relay switch 33 is opened by itself to open the circuit, thereby preventing current from flowing.

이러한 구조의 전원 시스템(10)은 전지팩이 기준 전압 이상으로 충전되는 경우, HCU(50)가 이를 감지하여, BMS(40)에 신호(52)를 송신하고, BMS(40)는 이 신호(52)를 수령하여, 릴레이 부들(31, 32)의 마그네틱 코일(33)에 전력 공급을 차단하게 되고, 그에 따라 릴레이 부들(31, 32)에 포함된 릴레이(33)가 오픈 되면서 전지팩(20)과 외부 전원(60) 사이의 회로를 차단하여 전지팩(20)이 충전되는 것을 방지하는 구조이다.When the battery pack is charged above the reference voltage, the HCU 50 senses this and sends the signal 52 to the BMS 40, and the BMS 40 receives the signal Power is supplied to the magnetic coil 33 of the relay units 31 and 32 so that the relay 33 included in the relay units 31 and 32 is opened and the battery pack 20 And the external power source 60 to prevent the battery pack 20 from being charged.

그러나, 이러한 구조는 HCU(50)와 BMS(40)간의 신호에 오류가 발생할 경우, 기준 전압에 상관 없이 릴레이 부들(31, 32)의 릴레이(33)를 오픈 시키거나 닫아, 소망하지 않는 전지팩(20)의 충전 또는 과충전으로 인한 전지팩(20)의 안전성 문제가 유발될 수 있다.However, in this structure, when an error occurs in the signal between the HCU 50 and the BMS 40, the relay 33 of the relay units 31 and 32 is opened or closed regardless of the reference voltage, A safety problem of the battery pack 20 due to charging or overcharging of the battery pack 20 may be caused.

따라서, 하이브리드 전기자동차에 있어서, 전지팩(20)의 과충전을 효과적으로 방지할 수 있는 기술에 대한 필요성이 매우 높은 실정이다.Therefore, in the hybrid electric vehicle, there is a great need for a technique that can effectively prevent overcharging of the battery pack 20.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems of the prior art and the technical problems required from the past.

본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, BMS의 과충전 차단과 관계 없이, 전지팩에서 하나 이상의 단위셀이 과충전되는 경우에 회로를 차단하도록 조합되어 있는 릴레이 부들로 과충전을 방지하여, 전지팩 나아가 전지팩을 동력원을 사용하는 디바이스의 안전성을 크게 향상시킬 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.The inventors of the present application have conducted intensive research and various experiments, and have found that, as will be described later, the relays, which are combined to block the circuit when one or more unit cells are overcharged in the battery pack, It is possible to prevent the battery pack from being overcharged and to improve the safety of the device using the battery pack and the battery pack. Thus, the present invention has been accomplished.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전원 시스템은 둘 이상의 단위셀들을 포함하는 전지팩; According to an aspect of the present invention, there is provided a power supply system including a battery pack including two or more unit cells;

전지팩의 전력을 공급받거나, 전지팩에 전력을 공급하는 외부 전원;An external power source that receives power from the battery pack or supplies power to the battery pack;

전지팩으로 입출력되는 전류를 차단 또는 허용하는 PRA(Power Relay Assembly); 및 A PRA (Power Relay Assembly) for interrupting or allowing the current input / output to / from the battery pack; And

전지팩의 전압, 온도 및/또는 용량을 관리하고, 이를 통제하는 BMS(Battery Management System);A BMS (Battery Management System) for managing and controlling voltage, temperature and / or capacity of the battery pack;

를 포함하고 있고,And,

상기 PRA는 상기 전지팩에 포함된 단위셀들 각각의 전압을 측정하는 전압 측정기, 전지팩에서 하나 이상의 단위셀이 과충전되는 경우에 회로를 차단하도록 조합되어 있는 제 1 릴레이 부와 제 2 릴레이 부 및 제 3 릴레이 부를 포함하며, 상기 제 1 릴레이 부와 제 2 릴레이 부 및 제 3 릴레이 부는 4.5 V를 초과하는 전압으로 하나 이상의 전지셀이 충전될 때 전지팩으로 송전되는 전류을 차단하는 것을 특징으로 한다. The PRA includes a voltage meter for measuring the voltage of each of the unit cells included in the battery pack, a first relay unit and a second relay unit combined to block the circuit when at least one unit cell is overcharged in the battery pack, And a third relay unit, wherein the first relay unit, the second relay unit, and the third relay unit cut off a current to be transmitted to the battery pack when the at least one battery cell is charged with a voltage exceeding 4.5V.

즉, 본 발명에 따른 전지시스템은 전지팩의 과충전을 방지할 수 있는BMS 외에도, 전지팩에 포함된 단위셀들 각각의 전압을 측정하는 전압 측정기 및 다수의 릴레이 부를 포함하는 PRA를 통해, 하나 이상의 전지셀들의 과충전을 방지할 수 있는 바, 전지팩의 과충전을 효과적으로 방지할 수 있다. That is, in addition to the BMS that can prevent overcharging of the battery pack, the battery system according to the present invention may also include a voltage measuring unit for measuring the voltage of each unit cell included in the battery pack, and a PRA including a plurality of relays, The overcharge of the battery cells can be prevented, and the overcharge of the battery pack can be effectively prevented.

하나의 구체적인 예에서, 상기 제 1 릴레이 부와 제 2 릴레이 부 및 제 3 릴레이 부는 각각 전류코일 및 릴레이를 포함하고 있는 구조일 수 있다. In one specific example, the first relay unit, the second relay unit, and the third relay unit may each include a current coil and a relay.

상기, 제 3 릴레이 부는 제 1 릴레이 부와 제 2 릴레이 부의 사이에 위치한 메인 릴레이일 수 있으며, 제 3 릴레이 부의 릴레이는 제 1 릴레이 부의 전류코일 및 제 3 릴레이 부의 전류코일 사이에 배치된 릴레이 일 수 있다. The third relay unit may be a main relay disposed between the first relay unit and the second relay unit and the relay of the third relay unit may be a relay disposed between the current coils of the first relay unit and the current coils of the third relay unit. have.

상기 제 1 릴레이 부의 릴레이는 전지팩의 양극 단자와 외부 전원의 양극 입출력 단자 사이에서 전기적으로 연결되어 있고, 전류코일은 제 3 릴레이 부의 릴레이와 BMS의 입출력 단자 사이에 연결되어 있는 구조일 수 있다. The relay of the first relay unit may be electrically connected between the positive terminal of the battery pack and the positive input / output terminal of the external power source, and the current coil may be connected between the relay of the third relay unit and the input / output terminal of the BMS.

상기 제 2 릴레이 부의 릴레이는 전지팩의 음극 단자와 외부 전원의 음극 입출력 단자 사이에서 전기적으로 연결되어 있고, 전류코일은 BMS의 입출력 단자에 연결되어 있는 구조일 수 있다.The relay of the second relay unit may be electrically connected between the negative terminal of the battery pack and the negative input / output terminal of the external power source, and the current coil may be connected to the input / output terminal of the BMS.

상기 제 3 릴레이 부의 릴레이는 제 1 릴레이 부의 전류코일과 BMS의 입출력 단자 사이에 연결되어 있고, 전류코일은 전압 측정기에 연결되어 있는 구조일 수 있다. 여기서, 전압 측정기는 측정된 하나 이상의 단위셀의 전압이 4.5 V 초과인 경우에만 제 3 릴레이부의 전류코일로 전류를 흐르게 할 수 있다.The relay of the third relay part may be connected between the current coil of the first relay part and the input / output terminal of the BMS, and the current coil may be connected to the voltage measuring device. Here, the voltage meter can cause the current to flow to the current coil of the third relay unit only when the voltage of the at least one unit cell measured exceeds 4.5V.

상기 전류코일은 그것에 전류가 흐르는 경우, 자기장을 발생시켜 자기력을 가지게 되는 마그네틱 코일이며, 릴레이는 전류코일의 자기력에 대응하여 이끌리도록 금속성으로 이루어지고, 통전이 가능한 도전성의 스위치 바(Bar)의 형태로 이루어져 있다. The current coil is a magnetic coil that generates a magnetic field when a current flows through the current coil. The relay is metallic so as to be led to correspond to the magnetic force of the current coil. The relay is in the form of a conductive switch bar Lt; / RTI >

여기서, 상기 제 1 릴레이 부 및 제 2 릴레이 부는 전류코일로 전류가 흐르지 않는 경우에 릴레이를 오픈 시켜, 릴레이를 통해 전류가 흐르는 것을 차단하는 구조로 이루어질 수 있다. Here, the first relay unit and the second relay unit may have a structure in which, when the current does not flow through the current coils, the relay is opened to block the current from flowing through the relay.

이러한 제 1 릴레이 부 및 제 2 릴레이 부의 차단 구조는, 구체적으로, 상기 제 1 릴레이 부 및 제 2 릴레이 부의 릴레이는 상하로 움직임이 가능한 구조이고, 릴레이의 상단 또는 하단에 전류코일이 위치되며, 전류 코일에 전류가 흐르지 않는 경우에는 릴레이가 전류코일의 대향방면으로 이동하며, 회로와 접하지 않게 된다. 그에 따라, 릴레이를 통해 전류가 흐를 수 없다. 이와는 반대로, 전류 코일에 전류가 흐르는 경우, 릴레이가 전류코일의 방향으로 이동하며, 회로와 접점을 이루게 된다. 그에 따라, 릴레이를 통해 전류가 흐르게 된다. The first relay unit and the second relay unit are structured such that the relays of the first relay unit and the second relay unit can move up and down. The current coils are positioned at the upper or lower end of the relay, When no current flows through the coil, the relay moves to the opposite side of the current coil and is not in contact with the circuit. As a result, no current can flow through the relay. On the contrary, when a current flows in the current coil, the relay moves in the direction of the current coil and forms a contact with the circuit. As a result, current flows through the relay.

한편, 제 3 릴레이 부는 제 1 릴레이 부 및 제 2 릴레이 부와 비교하여, 추가 구성을 포함하는 릴레이 부로써, 상세하게는 상기 제 3 릴레이 부는 전류코일에 인접한 곳에 위치한 마그네틱 부를 더 포함할 수 있다. The third relay unit may further include a magnetic unit disposed adjacent to the current coil, the third relay unit including a further relay unit as compared with the first relay unit and the second relay unit.

구체적으로, 상기 제 3 릴레이 부의 릴레이는 제 1 릴레이 부의 전류코일과 제 3 릴레이 부의 전류코일 사이에 위치하는 바, 양 릴레이 부의 전류코일들에 모두 영향을 받게 된다. 이 때, 제 3 릴레이 부의 전류코일에 기준 전압 이상의 전류가 흐르게 되는 경우에 제 3 릴레이 부의 릴레이가 그것의 전류코일 방향으로 이동하게 되는데, 이 때 상기 마그네틱 부는 상기 전류코일의 근처에 릴레이와의 접점을 이루고 릴레이가 전류코일 방향으로 더 이동하지 않도록 고정하는 역할을 할 수 있다.Specifically, the relay of the third relay part is located between the current coil of the first relay part and the current coil of the third relay part, and is affected by the current coils of both relay parts. At this time, when a current equal to or higher than the reference voltage is supplied to the current coil of the third relay unit, the relay of the third relay unit moves in the direction of the current coil. At this time, So that the relay can be prevented from moving further in the direction of the current coil.

즉, 상기 제 3 릴레이 부는, 제 1 릴레이 부의 전류코일로 기준전압인 4.5 V 이하의 전류가 흐르는 경우에, 제 1 릴레이 부의 전류코일 방향으로 이동하며, 릴레이를 닫아 제 3 릴레이 부의 릴레이를 통해 전류가 흐르도록 하며, 제 3 릴레이 부의 전류 코일로 4.5 V 초과의 전류가 흐르는 경우에는, 제 3 릴레이 부의 릴레이가 마그네틱 부로 이동하며 상기 릴레이를 오픈 시키게 되고, 그에 따라, 제 3 릴레이 부의 릴레이를 통해 전류가 흐르는 것을 차단하는 구조일 수 있다.That is, when the current of 4.5 V or less, which is the reference voltage, flows in the current coil of the first relay unit, the third relay unit moves in the current coil direction of the first relay unit, closes the relay, And when a current exceeding 4.5 V flows through the current coil of the third relay part, the relay of the third relay part moves to the magnetic part and opens the relay so that the current through the relay of the third relay part To block the flow of gas.

또한, 상기 제 3 릴레이 부는, 전지팩에서 하나 이상의 단위셀의 전압이 4.5 V 초과의 전압으로 충전되는 경우, 전압 측정기에서 제 3 릴레이의 전류코일로 전류가 흐르게 되고, 이 때, 제 3 릴레이 부의 릴레이가 마그네틱 부로 이동하며 오픈 되어, 제 3 릴레이의 릴레이로부터 제 1 릴레이 부의 전류코일로 전류가 흐르는 것을 차단하는 구조일 수 있다.When the voltage of one or more unit cells in the battery pack is charged to a voltage higher than 4.5 V, the third relay unit causes a current to flow from the voltage meter to the current coil of the third relay, The relay is moved to the magnetic part and is opened to block the current from flowing from the relay of the third relay to the current coil of the first relay part.

따라서, 상기 제 1 릴레이 부는 그것의 전류코일에 전류가 차단되어 릴레이가 오픈 되며, 외부 전원으로부터 전지팩으로 전류가 흐르는 것을 차단하여 4.5 V를 초과하여 전지셀이 과충전되는 것을 방지할 수 있다. Therefore, the first relay unit is disconnected from the current coil of the first relay unit to open the relay, thereby preventing the current from flowing from the external power source to the battery pack, and preventing the battery cell from overcharging exceeding 4.5 V.

즉, 제 1 릴레이 부와 제 2 릴레이 부 사이에 배치된 제 3 릴레이 부는 그것의 전류코일이 PRA의 전압측정기에 연결되어 있는 바, 전압 측정기가 전지팩의 셀들 중 하나 이상이 4.5 V 이상으로 충전되는 경우에, 제 3 릴레이 부의 릴레이가 단전되면서, 제 1 릴레이 부도 연속적으로 단전시킬 수 있는 구조이다.That is, the third relay part disposed between the first relay part and the second relay part has its current coil connected to the voltage measuring device of the PRA, and when the voltage measuring device detects that at least one of the cells of the battery pack is charged to 4.5 V or higher The relay of the third relay unit is disconnected, and the first relay unit can also be continuously disconnected.

또한, 앞서 설명한 바와 같이, 제 1 릴레이 부와 제 2 릴레이 부의 각각의 전류코일부가 BMS와 연결되어 있으므로, BMS가 산정한 전압 측정치를 기준으로 전류코일에 전류가 흐르는 것을 차단할 수 있고, 그에 따라, 제 1 릴레이 부와 제 2 릴레이 부의 릴레이를 오픈 시켜 외부 전원으로부터 전지팩으로 전류가 흐르는 것을 차단할 수 있다. As described above, since the respective current coil portions of the first relay portion and the second relay portion are connected to the BMS, it is possible to prevent the current from flowing to the current coils based on the voltage measurement value calculated by the BMS, The relay of the first relay part and the second relay part is opened to prevent the current from flowing from the external power source to the battery pack.

따라서, 본 발명에 따른 전원시스템은, 외부 전원이 전지팩을 충전하는 과정에서, 기준 전압인 4.5 V를 초과하는 경우에, BMS와 PRA의 두 가지 차단 시스템이 독립적으로 전지팩의 충전을 차단할 수 있으며, 그에 따른 과충전 방지효과가 매우 우수하다.Therefore, in the power supply system according to the present invention, when the external power exceeds the reference voltage of 4.5 V in the course of charging the battery pack, the two blocking systems of BMS and PRA can independently block the charging of the battery pack And the effect of preventing overcharge is very excellent.

상기, 외부 전원이란, 전지팩의 충전을 위해 외부로부터 전지팩으로의 전력 공급이 가능한 발전 요소를 의미하며, 예를 들어, 전지팩의 충전기, 또는 외부 발전기일 수 있다. 이 중, 외부 발전기의 하나의 예로서, 차량의 구동 또는 제동에 따른 운동에너지를 전기로 변환하는 차량용 발전기 일 수 있으나, 이것만으로 한정되는 것은 아니다.The external power source means an electric power generating element capable of supplying power from the outside to the battery pack for charging the battery pack. The external power source may be, for example, a battery pack charger or an external generator. As one example of the external generators, the generator may be a vehicle generator that converts kinetic energy resulting from driving or braking of the vehicle into electricity, but is not limited thereto.

하나의 구체적인 예에서, 상기 BMS는 외부 전압 검출 수단과, 제 1 릴레이 부와 제 2 릴레이 부 및 제 3 릴레이 부를 전기적으로 연결할 수 있으며, 상기 외부 전압 검출 수단은 하나 이상의 전지셀이 4.5 V를 초과하여 충전되는 경우, 이를 감지하여, BMS로 차단 신호를 발송하고, BMS는 1 릴레이 부 및 제 2 릴레이 부의 전류코일에 전류가 흐르지 않도록 차단하여, 제 1 릴레이 부 및 제 2 릴레이 부의 릴레이들이 오픈 되면서 전지팩의 충전을 차단하는 구조일 수 있다. In one specific example, the BMS may electrically connect the external voltage detecting means, the first relay portion, the second relay portion and the third relay portion, The BMS sends a blocking signal to the BMS so that current does not flow through the current coils of the first relay unit and the second relay unit and the relays of the first relay unit and the second relay unit are opened It may be a structure for blocking the charging of the battery pack.

또한, 상기 외부 전압 검출 수단은 PRA의 전압측정기와 전기적으로 연결되어 있으며, 전압측정기에서 전지팩의 전지셀들이 4.5 V를 초과하여 충전되는 것이 감지되면, 전압측정기는 이를 외부 전압 검출 수단에 통지하고, 외부 전압 검출 수단은 이를 판단하여, 전압측정기에 제 3 릴레이 부의 전류코일로 4.5 V를 초과하는 전류를 흐르게 하여, 제 3 릴레이 부의 릴레이를 오픈 시키는 구조일 수 있다.The external voltage detecting means is electrically connected to the voltage measuring device of the PRA. When the voltage measuring device detects that the battery cells of the battery pack are charged to exceed 4.5 V, the voltage measuring device notifies the external voltage detecting means of the charging , The external voltage detecting means may determine the current and cause a current exceeding 4.5 V to flow through the current coil of the third relay unit to the voltage measuring unit to open the relay of the third relay unit.

상기 외부 전압 검출 수단은 HCU(Hybrid Control Unit)일 수 있다. HCU는 차량의 메인 컴퓨터로써, 차량의 주행 전반을 제어하는 장치로, 차량의 동력분배를 결정 및 통제하는 하나의 시스템이고, 그에 따라 HCU가 전지팩의 충전 여부를 결정할 수 있다.The external voltage detecting means may be an HCU (Hybrid Control Unit). The HCU is a main computer of a vehicle, and is a device for controlling the overall running of the vehicle, and is a system for determining and controlling the power distribution of the vehicle, so that the HCU can determine whether to charge the battery pack.

한편, 상기 전지팩은 하나 이상의 전지셀을 포함할 수 있으며, 상기 전지셀은 양극, 음극, 및 상기 양극과 음극에 개재되는 분리막 및 리튬염 함유 비수 전해질을 포함하는 리튬 이차전지 또는 리튬-이온 이차전지일 수 있다. 상기 이차전지의 기타 구성들에 대해서는 이하에서 자세히 설명한다.The battery pack may include at least one battery cell, and the battery cell may include a lithium secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, and a non-aqueous electrolyte containing a lithium salt, Battery. Other configurations of the secondary battery will be described in detail below.

상기 양극은 양극 집전체 상에 양극 활물질, 도전재 및 바인더의 혼합물인 전극 합제를 도포한 후 건조하여 제조되며, 필요에 따라서는, 상기 혼합물에 충진제를 더 첨가하기도 한다.The positive electrode is prepared by applying an electrode mixture, which is a mixture of a positive electrode active material, a conductive material and a binder, on a positive electrode current collector, followed by drying. If necessary, a filler may be further added to the mixture.

상기 양극 활물질은, 리튬 코발트 산화물(LiCoO2), 리튬 니켈 산화물(LiNiO2) 등의 층상 화합물 또는 전이금속으로 치환된 화합물; 화학식 Li1+xMn2-xO4 (여기서, x 는 0 ~ 0.33 임), LiMnO3, LiMn2O3, LiMnO2 등의 리튬 망간 산화물; 리튬 동 산화물(Li2CuO2); LiV3O8, LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 등의 바나듐 산화물; 화학식 LiNi1-xMxO2 (여기서, M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B 또는 Ga 이고, x = 0.01 ~ 0.3 임)으로 표현되는 Ni 사이트형 리튬 니켈 산화물; 화학식 LiMn2-xMxO2 (여기서, M = Co, Ni, Fe, Cr, Zn 또는 Ta 이고, x = 0.01 ~ 0.1 임) 또는 Li2Mn3MO8 (여기서, M = Fe, Co, Ni, Cu 또는 Zn 임)으로 표현되는 리튬 망간 복합 산화물; LiNixMn2-xO4로 표현되는 스피넬 구조의 리튬 망간 복합 산화물; 화학식의 Li 일부가 알칼리토금속 이온으로 치환된 LiMn2O4; 디설파이드 화합물; Fe2(MoO4)3 등을 포함할 수 있지만, 이들만으로 한정되는 것은 아니다.The cathode active material may be a layered compound such as lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), or a compound substituted with a transition metal; Lithium manganese oxides such as Li 1 + x Mn 2 -x O 4 (where x is 0 to 0.33), LiMnO 3 , LiMn 2 O 3 , LiMnO 2 and the like; Lithium copper oxide (Li 2 CuO 2 ); Vanadium oxides such as LiV 3 O 8 , LiFe 3 O 4 , V 2 O 5 and Cu 2 V 2 O 7 ; A Ni-site type lithium nickel oxide expressed by the formula LiNi 1-x M x O 2 (where M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B or Ga and x = 0.01 to 0.3); Formula LiMn 2-x M x O 2 ( where, M = Co, Ni, Fe , Cr, and Zn, or Ta, x = 0.01 ~ 0.1 Im) or Li 2 Mn 3 MO 8 (where, M = Fe, Co, Ni, Cu, or Zn); A lithium manganese composite oxide having a spinel structure represented by LiNi x Mn 2-x O 4 ; LiMn 2 O 4 in which a part of Li in the formula is substituted with an alkaline earth metal ion; Disulfide compounds; Fe 2 (MoO 4 ) 3 , and the like, but is not limited thereto.

상기 양극 집전체는 일반적으로 3 ~ 500 ㎛의 두께로 만든다. 이러한 양극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 높은 도전성을 가지는 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 또는 알루미늄이나 스테리인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것 등이 사용될 수 있다. 집전체는 그것의 표면에 미세한 요철을 형성하여 양극 활물질의 접착력을 높일 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태가 가능하다.The cathode current collector generally has a thickness of 3 to 500 mu m. Such a positive electrode current collector is not particularly limited as long as it has high conductivity without causing chemical changes in the battery. Examples of the positive electrode current collector include stainless steel, aluminum, nickel, titanium, sintered carbon, aluminum or stainless steel A surface treated with carbon, nickel, titanium, silver or the like may be used. The current collector may have fine irregularities on the surface thereof to increase the adhesive force of the cathode active material, and various forms such as a film, a sheet, a foil, a net, a porous body, a foam, and a nonwoven fabric are possible.

상기 도전재는 통상적으로 양극 활물질을 포함한 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 50 중량%로 첨가된다. 이러한 도전재는 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 흑연; 카본블랙, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 채널 블랙, 퍼네이스 블랙, 램프 블랙, 서머 블랙 등의 카본블랙; 탄소 섬유나 금속 섬유 등의 도전성 섬유; 불화 카본, 알루미늄, 니켈 분말 등의 금속 분말; 산화아연, 티탄산 칼륨 등의 도전성 위스키; 산화 티탄 등의 도전성 금속 산화물; 폴리페닐렌 유도체 등의 도전성 소재 등이 사용될 수 있다.The conductive material is usually added in an amount of 1 to 50% by weight based on the total weight of the mixture including the cathode active material. Such a conductive material is not particularly limited as long as it has electrical conductivity without causing chemical changes in the battery, for example, graphite such as natural graphite or artificial graphite; Carbon black such as carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, and summer black; Conductive fibers such as carbon fiber and metal fiber; Metal powders such as carbon fluoride, aluminum, and nickel powder; Conductive whiskey such as zinc oxide and potassium titanate; Conductive metal oxides such as titanium oxide; Conductive materials such as polyphenylene derivatives and the like can be used.

한편, 탄성을 갖는 흑연계 물질이 도전재로 사용될 수 있고, 상기 물질들과 함께 사용될 수도 있다.On the other hand, a graphite-based material having elasticity can be used as a conductive material, and can be used together with these materials.

상기 바인더는 활물질과 도전재 등의 결합과 집전체에 대한 결합에 조력하는 성분으로서, 통상적으로 양극 활물질을 포함하는 혼합물 전체 중량을 기준으로 1 내지 50 중량%로 첨가된다. 이러한 바인더의 예로는, 폴리불화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 카르복시메틸셀룰로우즈(CMC), 전분, 히드록시프로필셀룰로우즈, 재생 셀룰로우즈, 폴리비닐피롤리돈, 테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌-디엔 테르 폴리머(EPDM), 술폰화 EPDM, 스티렌 브티렌 고무, 불소 고무, 다양한 공중합체 등을 들 수 있다.The binder is a component that assists in bonding of the active material and the conductive material and bonding to the current collector, and is usually added in an amount of 1 to 50 wt% based on the total weight of the mixture containing the cathode active material. Examples of such binders include polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose (CMC), starch, hydroxypropylcellulose, regenerated cellulose, polyvinylpyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene , Polypropylene, ethylene-propylene-diene terpolymer (EPDM), sulfonated EPDM, styrene butylene rubber, fluorine rubber, various copolymers and the like.

상기 충진제는 양극의 팽창을 억제하는 성분으로서 선택적으로 사용되며, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 섬유상 재료라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 올리핀계 중합체; 유리섬유, 탄소섬유 등의 섬유상 물질이 사용된다. The filler is optionally used as a component for suppressing the expansion of the anode, and is not particularly limited as long as it is a fibrous material without causing a chemical change in the battery. Examples of the filler include olefin polymers such as polyethylene and polypropylene; Fibrous materials such as glass fibers and carbon fibers are used.

상기 음극은 상기 음극은 음극 집전체 상에 음극 활물질을 도포, 건조 및 프레싱하여 제조되며, 필요에 따라 상기에서와 같은 도전재, 바인더, 충진제 등이 선택적으로 더 포함될 수 있다.The negative electrode is manufactured by applying, drying and pressing an anode active material on an anode current collector, and may optionally further include a conductive material, a binder, a filler, and the like as described above.

상기 음극 활물질은, 예를 들어, 난흑연화 탄소, 흑연계 탄소 등의 탄소; LixFe2O3(0≤x≤1), LixWO2(0≤x≤1), SnxMe1-xMe’yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me’: Al, B, P, Si, 주기율표의 1족, 2족, 3족 원소, 할로겐; 0<x≤1; 1≤y≤3; 1≤z≤8) 등의 금속 복합 산화물; 리튬 금속; 리튬 합금; 규소계 합금; 주석계 합금; SnO, SnO2, PbO, PbO2, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb2O5, GeO, GeO2, Bi2O3, Bi2O4, and Bi2O5 등의 금속 산화물; 폴리아세틸렌 등의 도전성 고분자; Li-Co-Ni 계 재료; 티타늄 산화물; 리튬 티타늄 산화물 등을 사용할 수 있고, 상세하게는 탄소계 물질 및/또는 Si을 포함할 수 있다.Examples of the negative electrode active material include carbon such as non-graphitized carbon and graphite carbon; Li x Fe 2 O 3 (0≤x≤1 ), Li x WO 2 (0≤x≤1), Sn x Me 1-x Me 'y O z (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me' : Metal complex oxides such as Al, B, P, Si, Group 1, Group 2, Group 3 elements of the periodic table, Halogen, 0 &lt; x &lt; Lithium metal; Lithium alloy; Silicon-based alloys; Tin alloy; SnO, SnO 2, PbO, PbO 2, Pb 2 O 3, Pb 3 O 4, Sb 2 O 3, Sb 2 O 4, Sb 2 O 5, GeO, GeO 2, Bi 2 O 3, Bi 2 O 4, and Bi 2 O 5 ; Conductive polymers such as polyacetylene; Li-Co-Ni-based materials; Titanium oxide; Lithium titanium oxide and the like can be used, and in particular, a carbon-based material and / or Si can be included.

상기 음극 집전체는 일반적으로 3 ~ 500 ㎛의 두께로 만들어진다. 이러한 음극 집전체는, 당해 전지에 화학적 변화를 유발하지 않으면서 도전성을 가진 것이라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 예를 들어, 구리, 스테인레스 스틸, 알루미늄, 니켈, 티탄, 소성 탄소, 구리나 스테인레스 스틸의 표면에 카본, 니켈, 티탄, 은 등으로 표면처리한 것, 알루미늄-카드뮴 합금 등이 사용될 수 있다. 또한, 양극 집전체와 마찬가지로, 표면에 미세한 요철을 형성하여 음극 활물질의 결합력을 강화시킬 수도 있으며, 필름, 시트, 호일, 네트, 다공질체, 발포체, 부직포체 등 다양한 형태로 사용될 수 있다.The negative electrode current collector is generally made to have a thickness of 3 to 500 mu m. Such an anode current collector is not particularly limited as long as it has electrical conductivity without causing chemical changes in the battery, and examples of the anode current collector include copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, sintered carbon, a surface of copper or stainless steel A surface treated with carbon, nickel, titanium, silver or the like, an aluminum-cadmium alloy, or the like can be used. In addition, like the positive electrode collector, fine unevenness can be formed on the surface to enhance the bonding force of the negative electrode active material, and it can be used in various forms such as films, sheets, foils, nets, porous bodies, foams and nonwoven fabrics.

상기 분리막은 양극과 음극 사이에 개재되며, 높은 이온 투과도와 기계적 강도를 가지는 절연성의 얇은 박막이 사용된다. 분리막의 기공 직경은 일반적으로 0.01 ~ 10 ㎛이고, 두께는 일반적으로 5 ~ 300 ㎛이다. 이러한 분리막으로는, 예를 들어, 내화학성 및 소수성의 폴리프로필렌 등의 올레핀계 폴리머; 유리섬유 또는 폴리에틸렌 등으로 만들어진 시트나 부직포 등이 사용된다. 전해질로서 폴리머 등의 고체 전해질이 사용되는 경우에는 고체 전해질이 분리막을 겸할 수도 있다.The separation membrane is interposed between the anode and the cathode, and an insulating thin film having high ion permeability and mechanical strength is used. The pore diameter of the separator is generally 0.01 to 10 mu m and the thickness is generally 5 to 300 mu m. Such separation membranes include, for example, olefinic polymers such as polypropylene, which are chemically resistant and hydrophobic; A sheet or nonwoven fabric made of glass fiber, polyethylene or the like is used. When a solid electrolyte such as a polymer is used as an electrolyte, the solid electrolyte may also serve as a separation membrane.

상기 리튬염 함유 비수 전해질은, 비수 전해질과 리튬으로 이루어져 있고, 비수 전해질로는 비수계 유기용매, 유기 고체 전해질, 무기 고체 전해질 등이 사용되지만 이들만으로 한정되는 것은 아니다.The lithium salt-containing nonaqueous electrolyte is composed of a nonaqueous electrolyte and lithium. Nonaqueous organic solvents, organic solid electrolytes, inorganic solid electrolytes, and the like are used as the nonaqueous electrolyte, but the present invention is not limited thereto.

상기 비수계 유기용매로는, 예를 들어, N-메틸-2-피롤리디논, 프로필렌 카르보네이트, 에틸렌 카르보네이트, 부틸렌 카르보네이트, 디메틸 카르보네이트, 디에틸 카르보네이트, 감마-부틸로 락톤, 1,2-디메톡시 에탄, 테트라히드록시 프랑(franc), 2-메틸 테트라하이드로푸란, 디메틸술폭시드, 1,3-디옥소런, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 디옥소런, 아세토니트릴, 니트로메탄, 포름산 메틸, 초산메틸, 인산 트리에스테르, 트리메톡시 메탄, 디옥소런 유도체, 설포란, 메틸 설포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, 프로필렌 카르보네이트 유도체, 테트라하이드로푸란 유도체, 에테르, 피로피온산 메틸, 프로피온산 에틸 등의 비양자성 유기용매가 사용될 수 있다.Examples of the non-aqueous organic solvent include N-methyl-2-pyrrolidinone, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, gamma -Butyrolactone, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydroxyfuran, 2-methyltetrahydrofuran, dimethylsulfoxide, 1,3-dioxolane, formamide, dimethylformamide, dioxolane , Acetonitrile, nitromethane, methyl formate, methyl acetate, triester phosphate, trimethoxymethane, dioxolane derivatives, sulfolane, methylsulfolane, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, propylene carbonate Nonionic organic solvents such as tetrahydrofuran derivatives, ethers, methyl pyrophosphate, ethyl propionate and the like can be used.

상기 유기 고체 전해질로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 유도체, 폴리에틸렌 옥사이드 유도체, 폴리프로필렌 옥사이드 유도체, 인산 에스테르 폴리머, 폴리 에지테이션 리신(agitation lysine), 폴리에스테르 술파이드, 폴리비닐 알코올, 폴리 불화 비닐리덴, 이온성 해리기를 포함하는 중합제 등이 사용될 수 있다.Examples of the organic solid electrolyte include a polymer electrolyte such as a polyethylene derivative, a polyethylene oxide derivative, a polypropylene oxide derivative, a phosphate ester polymer, an agitation lysine, a polyester sulfide, a polyvinyl alcohol, a polyvinylidene fluoride, A polymer containing an ionic dissociation group and the like may be used.

상기 무기 고체 전해질로는, 예를 들어, Li3N, LiI, Li5NI2, Li3N-LiI-LiOH, LiSiO4, LiSiO4-LiI-LiOH, Li2SiS3, Li4SiO4, Li4SiO4-LiI-LiOH, Li3PO4-Li2S-SiS2 등의 Li의 질화물, 할로겐화물, 황산염 등이 사용될 수 있다.Examples of the inorganic solid electrolyte include Li 3 N, LiI, Li 5 NI 2 , Li 3 N-LiI-LiOH, LiSiO 4 , LiSiO 4 -LiI-LiOH, Li 2 SiS 3 , Li 4 SiO 4 , Nitrides, halides and sulfates of Li such as Li 4 SiO 4 -LiI-LiOH and Li 3 PO 4 -Li 2 S-SiS 2 can be used.

상기 리튬염은 상기 비수계 전해질에 용해되기 좋은 물질로서, 예를 들어, LiCl, LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10, LiPF6, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, (CF3SO2)2NLi, 클로로 보란 리튬, 저급 지방족 카르본산 리튬, 4 페닐 붕산 리튬, 이미드 등이 사용될 수 있다.The lithium salt is a material that is readily soluble in the non-aqueous electrolyte, for example, LiCl, LiBr, LiI, LiClO 4, LiBF 4, LiB 10 Cl 10, LiPF 6, LiCF 3 SO 3, LiCF 3 CO 2, LiAsF 6, LiSbF 6, LiAlCl 4, CH 3 SO 3 Li, (CF 3 SO 2) 2 NLi, chloroborane lithium, lower aliphatic carboxylic acid lithium, lithium tetraphenyl borate and imide.

또한, 상기 리튬염 함유 비수 전해질에는 충방전 특성, 난연성 등의 개선을 목적으로, 예를 들어, 피리딘, 트리에틸포스파이트, 트리에탄올아민, 환상 에테르, 에틸렌 디아민, n-글라임(glyme), 헥사 인산 트리 아미드, 니트로벤젠 유도체, 유황, 퀴논 이민 염료, N-치환 옥사졸리디논, N,N-치환 이미다졸리딘, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 암모늄염, 피롤, 2-메톡시 에탄올, 삼염화 알루미늄 등이 첨가될 수도 있다. 경우에 따라서는, 불연성을 부여하기 위하여, 사염화탄소, 삼불화에틸렌 등의 할로겐 함유 용매를 더 포함시킬 수도 있고, 고온 보존 특성을 향상시키기 위하여 이산화탄산 가스를 더 포함시킬 수도 있으며, FEC(Fluoro-Ethylene Carbonate), PRS(Propene sultone) 등을 더 포함시킬 수 있다.The lithium salt-containing non-aqueous electrolyte may further contain, for the purpose of improving charge / discharge characteristics, flame retardancy, etc., for example, pyridine, triethylphosphite, triethanolamine, cyclic ether, ethylenediamine, glyme, N, N-substituted imidazolidine, ethylene glycol dialkyl ether, ammonium salt, pyrrole, 2-methoxyethanol, aluminum trichloride, etc. May be added. In some cases, halogen-containing solvents such as carbon tetrachloride and ethylene trifluoride may be further added to impart nonflammability. In order to improve the high-temperature storage characteristics, carbon dioxide gas may be further added. FEC (Fluoro-Ethylene Carbonate, PRS (Propene sultone), and the like.

하나의 구체적인 예에서, LiPF6, LiClO4, LiBF4, LiN(SO2CF3)2 등의 리튬염을, 고유전성 용매인 EC 또는 PC의 환형 카보네이트와 저점도 용매인 DEC, DMC 또는 EMC의 선형 카보네이트의 혼합 용매에 첨가하여 리튬염 함유 비수계 전해질을 제조할 수 있다.In one specific example, LiPF 6, LiClO 4, LiBF 4, LiN (SO 2 CF 3) 2 , such as a lithium salt, a highly dielectric solvent of DEC, DMC or EMC Fig solvent cyclic carbonate and a low viscosity of the EC or PC of And then adding it to a mixed solvent of linear carbonate to prepare a lithium salt-containing non-aqueous electrolyte.

본 발명은 또한, 상기 전원 시스템을 사용하는 중대형 디바이스를 제공하며, 상기 디바이스는 예를 들어, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 또는 플러그-인 하이브리드 전기자동차일 수 있다. 이러한 디바이스는 앞서 설명한 전원 시스템을 통해 전지팩을 충전할 수 있는 외부 전원을 포함하고 있다.The present invention also provides a mid- to large-sized device using the power system, which may be, for example, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, or a plug-in hybrid electric vehicle. These devices include an external power source that can charge the battery pack through the power system described above.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전원 시스템은 전지팩의 과충전을 방지할 수 있는BMS 외에도, 전지팩에 포함된 단위셀들 각각의 전압을 측정하는 전압 측정기 및 다수의 릴레이 부를 포함하는 PRA를 통해, 외부 전원이 전지팩을 충전하는 과정에서, 기준 전압인 4.5 V를 초과하는 경우에, BMS와 PRA의 두 가지 방법이 독립적으로 전지팩의 충전을 차단할 수 있으며, 그에 따른 과충전 방지효과가 매우 우수한 효과가 있다.As described above, the power supply system according to the present invention includes a voltage measuring unit for measuring the voltage of each of the unit cells included in the battery pack, and a PRA including a plurality of relays, in addition to the BMS capable of preventing overcharge of the battery pack. In the process of charging the battery pack through the external power supply, when the reference voltage is higher than 4.5 V, two methods of BMS and PRA can independently block the charging of the battery pack, It has excellent effect.

도 1은 종래 기술에 따른 전원 시스템을 도시한 모식도이다;
도 2는 본 발명에 따른 전원 시스템을 도시한 모식도이다;
도 3은 도 2의 전원 시스템에서 기준 전압이상으로 전지팩이 충전되는 모습을 나타낸 모식도이다;
1 is a schematic diagram showing a power supply system according to the prior art;
2 is a schematic diagram showing a power supply system according to the present invention;
FIG. 3 is a schematic view illustrating a state in which the battery pack is charged to a level higher than a reference voltage in the power supply system of FIG. 2; FIG.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, but the present invention is not limited by the scope of the present invention.

도 2에는 본 발명에 따른 전원시스템을 모식적으로 도시하고 있다. 2 schematically shows a power supply system according to the present invention.

도 2를 참조하면, 전원 시스템(100)은 충방전이 가능한 다수의 전지셀들(121)로 구성된 전지팩(120), 외부 전원(160), BMS(140, Battery Management System) 및 PRA(130, Power Relay Assembly)로 구성되어 있다.2, the power supply system 100 includes a battery pack 120, an external power source 160, a battery management system (BMS) 140, and a PRA 130 , Power Relay Assembly).

외부 전원(160)은 하이브리드 차량의 동력 발전기일 수 있고, 외부 전압 검출 수단으로 HCU(150, Hybrid Control Unit)와 연결되어 있다. HCU(150)는 하이브리드 차량의 메인 컴퓨터로써, HCU(150)는 전지팩(120)의 충전 여부를 결정하고, 이를 BMS(140)와의 통신으로 BMS(140)에 전달하며, BMS(140)는 이를 수행한다. 따라서, 외부 전원(160)인 발전기는 하이브리드 차량의 구동 또는 제동에 따른 운동에너지를 전기로 변환하고, 이를 대략 4.5 V 이하로 전지팩(120)에 충전할 수 있으며, 이러한 충전 여부는 HCU(150)가 결정하게 된다. 즉, 충전 전압, 전지팩(120)의 용량 또는 차량의 운행 상태등을 HCU(150)가 판단하여 전지팩(120)의 충전 허용 또는 충전 중단을 결정한다. The external power supply 160 may be a power generator of the hybrid vehicle and is connected to the HCU 150 (Hybrid Control Unit) as an external voltage detecting means. The HCU 150 is a main computer of the hybrid vehicle and the HCU 150 determines whether or not the battery pack 120 is charged and transmits it to the BMS 140 in communication with the BMS 140. The BMS 140 This is done. Therefore, the generator, which is the external power source 160, can convert kinetic energy resulting from driving or braking of the hybrid vehicle into electricity and charge the battery pack 120 at about 4.5 V or less. ). That is, the HCU 150 determines the charging voltage, the capacity of the battery pack 120, the driving state of the vehicle, and the like, and determines whether to charge or stop charging the battery pack 120.

PRA(130)는 전압측정기(134), 제 1 릴레이 부(131), 제 2 릴레이 부(132) 및 제 3 릴레이 부(133)를 포함하고 있다. 제 3 릴레이 부(133)는 제 1 릴레이 부(131) 및 제 2 릴레이 부(132) 사이에 위치되어 있다.The PRA 130 includes a voltage meter 134, a first relay unit 131, a second relay unit 132, and a third relay unit 133. The third relay unit 133 is located between the first relay unit 131 and the second relay unit 132.

제 1 릴레이 부(131)는 릴레이(131a) 및 릴레이 하단에 위치하며 마그네틱 코일을 포함하는 전류코일(131b)을 포함한다. 제 2 릴레이 부(132)는 릴레이(132a) 및 릴레이 하단에 위치하며 마그네틱 코일을 포함하는 전류코일(131b)을 포함한다. 제 3 릴레이 부(133)는 릴레이(133a) 및 릴레이 하단에 위치하며 마그네틱 코일을 포함하는 전류코일(133b)을 포함하며, 릴레이(133a)와 전류코일(133b) 사이에 마그네틱 부(133c)를 더 포함한다. The first relay unit 131 includes a relay 131a and a current coil 131b located at the lower end of the relay and including a magnetic coil. The second relay unit 132 includes a relay 132a and a current coil 131b located at the lower end of the relay and including a magnetic coil. The third relay unit 133 includes a relay 133a and a current coil 133b located at the lower end of the relay and including a magnetic coil and a magnetic part 133c between the relay 133a and the current coil 133b .

제 1 릴레이 부(131)의 릴레이(131a)는 전지팩(120)의 양극 단자와 외부 전원의 단자 사이에서 전기적으로 연결되어 있다. 제 2 릴레이 부(132)는 전지팩(120)의 음극 단자와 외부 전원의 또 다른 단자 사이에서 전기적으로 연결되어 있다. 제 3 릴레이 부(133)의 릴레이(133a)는 제 1 릴레이 부(131)의 전류코일(131b)과 BMS(140) 사이에서 전기적으로 연결되어 있고, BMS(140)와의 전기적 연결은 BMS(140)를 경유하여 HCU(150)와 전기적으로 연결되어 있다.The relay 131a of the first relay unit 131 is electrically connected between the positive terminal of the battery pack 120 and the terminal of the external power source. The second relay unit 132 is electrically connected between the negative terminal of the battery pack 120 and another terminal of the external power source. The relay 133a of the third relay unit 133 is electrically connected between the current coil 131b of the first relay unit 131 and the BMS 140 and the electrical connection with the BMS 140 is electrically connected to the BMS 140 And is electrically connected to the HCU 150 via the connection terminal (not shown).

제 1 릴레이 부(131)의 전류코일(131b)은 제 3 릴레이 부(133)의 릴레이(133a)와 BMS(140) 사이에 전기적으로 연결되어 있고, 이 전기적 연결은 BMS(140)를 경유하여 HCU(150)와 전기적으로 연결되어 있다. 제 2 릴레이 부(132)의 전류코일(132b)은 BMS(140)와 전기적으로 연결되어 있고, 이 전기적 연결은 BMS(140)를 경유하여 HCU(150)와 전기적으로 연결되어 있다. 제 3 릴레이 부(133)의 전류코일(133b)은 전압측정기(134)와 전기적으로 연결되어 있고, 전압측정기(134)에 연결된 전류코일(133b)의 회로 일부는 HCU(150)와 전기적으로 연결되어 있다.The current coil 131b of the first relay unit 131 is electrically connected between the relay 133a of the third relay unit 133 and the BMS 140 via the BMS 140 And is electrically connected to the HCU 150. The current coil 132b of the second relay unit 132 is electrically connected to the BMS 140 and the electrical connection is electrically connected to the HCU 150 via the BMS 140. The current coil 133b of the third relay unit 133 is electrically connected to the voltage measuring unit 134 and a part of the current coil 133b connected to the voltage measuring unit 134 is electrically connected to the HCU 150 .

HCU(150)는 12 V 이상의 보조 배터리(도시하지 않음)를 포함하고 있으며, HCU(150)의 보조 배터리의 전력으로 BMS(140) 또는 전압측정기(134)를 경유하여 제 1 릴레이 부(131), 제 2 릴레이 부(132) 및 제 3 릴레이 부(133)의 전류코일들(131 b, 132 b, 133b)에 전류를 공급할 수 있다.The HCU 150 includes an auxiliary battery (not shown) of 12 V or more and is connected to the first relay unit 131 via the BMS 140 or the voltage measuring unit 134 with the power of the auxiliary battery of the HCU 150. [ 132b, and 133b of the first relay unit 132, the second relay unit 132, and the third relay unit 133, respectively.

전압측정기(134)는 전지팩(120)에 포함된 전지셀들(121)과 전기적으로 연결되어 있고, 이들의 전압을 검출한다. 이 때, 전압측정기(134)는 4.5 V 이하로 외부 전원(160)으로부터 전지팩(120)의 전지셀들(121)이 충전되는 경우에 HCU(150)의 배터리로부터의 전류를 제 3 릴레이 부(133)의 전류코일(133b)로 흐르지 못하게 단전시킨다. 따라서, 제 3 릴레이 부(133)의 릴레이(133a)는 회로를 닫아 통전되며, 제 1 릴레이 부(131)의 전류코일(131b)과 전기적으로 연결된다. 이와 동시에, HCU(150) 및 BMS(140)는 전지팩(120)의 충전 전압이 4.5 V 이하라면, BMS(140)는 HCU(150)의 배터리로부터의 전류를 제 1 릴레이 부(131) 및 제 2 릴레이 부(132)의 전류코일들(131b, 132b)을 통해 흐르게 하며 이 때 전류코일들(131b, 132b)에 형성되는 자기장에 의해, 전류코일들(131b, 132b)은 자기력을 가지게 되며, 릴레이들(131a, 132a)은 전류코일(131b, 132b) 부근으로 이동하며, 전지팩(120)과 외부 전원(160) 사이의 회로가 닫히게 되어 통전된다. The voltage meter 134 is electrically connected to the battery cells 121 included in the battery pack 120 and detects the voltages thereof. At this time, when the battery cells 121 of the battery pack 120 are charged from the external power supply 160 at a voltage of 4.5 V or less, the voltage meter 134 supplies the current from the battery of the HCU 150 to the third relay unit To the current coil 133b of the current mirror 133. The relay 133a of the third relay unit 133 is energized by closing the circuit and is electrically connected to the current coil 131b of the first relay unit 131. [ At the same time, when the charging voltage of the battery pack 120 is 4.5 V or less, the HCU 150 and the BMS 140 supply the current from the battery of the HCU 150 to the first relay unit 131 and the second relay unit 131, The current coils 131b and 132b of the second relay unit 132 are caused to flow through the current coils 131b and 132b and the current coils 131b and 132b have the magnetic force The relays 131a and 132a move to the vicinity of the current coils 131b and 132b and the circuit between the battery pack 120 and the external power source 160 is closed and energized.

한편, 도 3에는 도 2의 전원 시스템에서 기준 전압인 4.5 V를 초과하여 전지팩이 충전되는 모습을 모식도가 도시되어 있다.Meanwhile, FIG. 3 is a schematic view illustrating a state in which the battery pack is charged in excess of 4.5 V as a reference voltage in the power supply system of FIG.

도 3을 도 2와 함께 참조하면, 전압측정기(134)는 전지셀들(121)의 전압이 4.5 V를 초과하여 충전되는 경우, HCU(150)의 배터리에서 발생된 전류가 제 3 릴레이 부(133’)의 전류코일(133b)로 흐르도록 회로(154)를 개방한다. 이 때, 제 3 릴레이 부(133)의 전류코일(133b)은 자기장이 형성되며, 자기력으로 제 3 릴레이(133)의 릴레이(133a)를 전류코일(133b) 부근으로 이동시키며, 릴레이(133a)는 전류코일(133b)의 근처에 형성된 마그네틱 부(133c)에 의해 고정된다. 따라서, 제 3 릴레이 부(133)의 릴레이(133a)는 제 1 릴레이 부(131)의 전류코일(131b)이 BMS(140) 및 HCU(150)와의 전기적 연결되는 것을 차단하게 되며, 제 1 릴레이 부(131)의 전류코일(131b)이 자기장을 형성하지 못함에 따라 제 1 릴레이 부(133b)의 릴레이(131a)가 오픈 되며, 전지팩(120)과 외부 전원(160)과의 전기적 연결을 차단하고 전지팩(120)의 충전을 방지한다.Referring to FIG. 3 together with FIG. 2, when the voltage of the battery cells 121 is charged to exceed 4.5 V, the voltage meter 134 detects a current generated in the battery of the HCU 150 from the third relay unit 133 'to the current coil 133b. At this time, the current coil 133b of the third relay unit 133 forms a magnetic field and moves the relay 133a of the third relay 133 to the vicinity of the current coil 133b by the magnetic force, Is fixed by the magnetic portion 133c formed near the current coil 133b. The relay 133a of the third relay unit 133 blocks the current coil 131b of the first relay unit 131 from being electrically connected to the BMS 140 and the HCU 150, The relay 131a of the first relay part 133b is opened and the electric connection between the battery pack 120 and the external power supply 160 is not performed because the current coil 131b of the battery 131 does not form a magnetic field. And prevents the battery pack 120 from being charged.

이와는 별개로, HCU(150)는 전지팩(120)이 4.5 V이상으로 과충전되는 경우에, BMS(140)를 통하여 제 1 릴레이 부(131) 및 제 2 릴레이 부(132)의 전류코일들(131b, 132b)로 전력이 공급되는 것을 차단하고, 그에 따라 각각의 릴레이들(131a, 132a)은 전류코일(131b, 132b)의 대향방향으로 움직이며 전지팩(120)과 외부전원(160)의 전기적 연결을 차단한다.
The HCU 150 may control the current coils of the first relay unit 131 and the second relay unit 132 via the BMS 140 when the battery pack 120 is overcharged by 4.5 V or more The relays 131a and 132a move in the opposite directions of the current coils 131b and 132b so that the battery pack 120 and the external power source 160 Disconnect the electrical connection.

본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims.

Claims (17)

둘 이상의 단위셀들을 포함하는 전지팩;
전지팩의 전력을 공급받거나, 전지팩에 전력을 공급하는 외부 전원;
전지팩으로 입출력되는 전류를 차단 또는 허용하는 PRA(Power Relay Assembly); 및
전지팩의 전압, 온도 및/또는 용량을 관리하고, 이를 통제하는 BMS(Battery Management System);
를 포함하고 있고,
상기 PRA는 상기 전지팩에 포함된 단위셀들 각각의 전압을 측정하는 전압 측정기, 전지팩에서 하나 이상의 단위셀이 과충전되는 경우에 회로를 차단하도록 조합되어 있는 제 1 릴레이 부와 제 2 릴레이 부 및 제 3 릴레이 부를 포함하며, 상기 제 1 릴레이 부와 제 2 릴레이 부 및 제 3 릴레이 부는 4.5 V를 초과하는 전압으로 하나 이상의 전지셀이 충전될 때 전지팩으로 송전되는 전류을 차단하는 것을 특징으로 하는 전원 시스템.
A battery pack including two or more unit cells;
An external power source that receives power from the battery pack or supplies power to the battery pack;
A PRA (Power Relay Assembly) for interrupting or allowing the current input / output to / from the battery pack; And
A BMS (Battery Management System) for managing and controlling voltage, temperature and / or capacity of the battery pack;
And,
The PRA includes a voltage meter for measuring the voltage of each of the unit cells included in the battery pack, a first relay unit and a second relay unit combined to block the circuit when at least one unit cell is overcharged in the battery pack, Wherein the first relay unit, the second relay unit, and the third relay unit cut off a current to be transmitted to the battery pack when the at least one battery cell is charged with a voltage exceeding 4.5 V, system.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 릴레이 부와 제 2 릴레이 부 및 제 3 릴레이 부는 각각 전류코일 및 릴레이를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전원 시스템. The power system according to claim 1, wherein the first relay unit, the second relay unit, and the third relay unit each include a current coil and a relay. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 릴레이 부 및 제 2 릴레이 부는 전류코일로 전류가 흐르지 않는 경우에 릴레이를 오픈 시켜, 릴레이를 통해 전류가 흐르는 것을 차단하는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 전원 시스템.3. The power supply system according to claim 2, wherein the first relay unit and the second relay unit are configured to open the relay when the current does not flow to the current coil, and to prevent the current from flowing through the relay. 제 2 항에 있어서, 상기 제 3 릴레이 부는 전류코일에 인접한 곳에 위치한 마그네틱 부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전원 시스템.3. The power system of claim 2, wherein the third relay further comprises a magnetic portion located adjacent to the current coil. 제 2 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 제 3 릴레이 부는, 제 1 릴레이 부의 전류코일로 4.5 V 이하의 전류가 흐르는 경우에, 릴레이를 닫아 제 3 릴레이 부의 릴레이를 통해 전류가 흐르도록 하며, 제 3 릴레이 부의 전류 코일로 4.5 V 초과의 전류가 흐르는 경우에, 제 3 릴레이 부의 릴레이가 마그네틱 부로 이동하며 상기 릴레이를 오픈 시켜, 제 3 릴레이 부의 릴레이를 통해 전류가 흐르는 것을 차단하는 것을 특징으로 하는 전원 시스템.The apparatus according to claim 2 or 4, wherein when the current of 4.5 V or less flows into the current coil of the first relay unit, the third relay unit closes the relay so that current flows through the relay of the third relay unit, The relay of the third relay part is moved to the magnetic part and the relay is opened so as to prevent the current from flowing through the relay of the third relay part when a current exceeding 4.5 V flows through the current coil of the third relay part, system. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 릴레이 부의 릴레이는 전지팩의 양극 단자와 외부 전원의 양극 입출력 단자 사이에서 전기적으로 연결되어 있고, 전류코일은 제 3 릴레이 부의 릴레이와 BMS의 입출력 단자 사이에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 전원 시스템.The relay of claim 2, wherein the relay of the first relay unit is electrically connected between the positive terminal of the battery pack and the positive input / output terminal of the external power supply, and the current coil is connected between the relay of the third relay unit and the input / The power supply system comprising: 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 릴레이 부의 릴레이는 전지팩의 음극 단자와 외부 전원의 음극 입출력 단자 사이에서 전기적으로 연결되어 있고, 전류코일은 BMS의 입출력 단자에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 전원 시스템.The power supply system according to claim 2, wherein the relay of the second relay unit is electrically connected between the negative terminal of the battery pack and the negative input / output terminal of the external power supply, and the current coil is connected to the input / . 제 2 항에 있어서, 상기 제 3 릴레이 부의 릴레이는 제 1 릴레이 부의 전류코일과 BMS의 입출력 단자 사이에 연결되어 있고, 전류코일은 전압 측정기에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 전원 시스템.The power supply system of claim 2, wherein the relay of the third relay unit is connected between the current coil of the first relay unit and the input / output terminal of the BMS, and the current coil is connected to the voltage meter. 제 8 항에 있어서, 상기 전압 측정기는 측정된 하나 이상의 단위셀의 전압이 4.5 V 초과인 경우에만 제 3 릴레이부의 전류코일로 전류를 흐르게 하는 것을 특징으로 하는 전원 시스템.9. The power supply system of claim 8, wherein the voltage meter causes a current to flow to the current coil of the third relay unit only when the voltage of the at least one unit cell measured exceeds 4.5V. 제 5 항에 있어서, 상기 제 3 릴레이 부는, 전지팩에서 하나 이상의 단위셀의 전압이 4.5 V 초과의 전압으로 충전되는 경우, 전압 측정기에서 제 3 릴레이의 전류코일로 전류가 흐르게 되고, 이 때, 제 3 릴레이 부의 릴레이가 마그네틱 부로 이동하며 오픈 되어, 제 3 릴레이의 릴레이로부터 제 1 릴레이 부의 전류코일로 전류가 흐르는 것을 차단하는 것을 특징으로 하는 전원 시스템.6. The battery pack according to claim 5, wherein, when the voltage of at least one unit cell in the battery pack is charged to a voltage higher than 4.5 V, the third relay unit causes a current to flow from the voltage meter to the current coil of the third relay, And the relay of the third relay part is opened to the magnetic part so as to block the current from flowing from the relay of the third relay to the current coil of the first relay part. 제 10 항에 있어서, 상기 제 1 릴레이 부는 그것의 전류코일에 전류가 차단되어 릴레이가 오픈 되며, 외부 전원으로부터 전지팩으로 전류가 흐르는 것을 차단하여 4.5 V를 초과하여 전지셀이 과충전되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 전원 시스템.11. The battery pack according to claim 10, wherein the first relay part has a current interrupted by a current coil thereof to open a relay and prevents current from flowing from the external power supply to the battery pack, thereby preventing the battery cell from overcharging exceeding 4.5 V &Lt; / RTI &gt; 제 1 항에 있어서, 상기 BMS는 외부 전압 검출 수단과, 제 1 릴레이 부와 제 2 릴레이 부 및 제 3 릴레이 부를 전기적으로 연결하는 것을 특징으로 하는 전원 시스템.The power supply system according to claim 1, wherein the BMS electrically connects the external voltage detection means, the first relay unit, the second relay unit, and the third relay unit. 제 12 항에 있어서, 상기 외부 전압 검출 수단은 하나 이상의 전지셀이 4.5 V를 초과하여 충전되는 경우, 이를 감지하여, BMS로 차단 신호를 발송하고, BMS는 1 릴레이 부 및 제 2 릴레이 부의 전류코일에 전류가 흐르지 않도록 차단하여, 제 1 릴레이 부 및 제 2 릴레이 부의 릴레이들이 오픈 되면서 전지팩의 충전을 차단하는 것을 특징으로 하는 전원 시스템. 13. The battery pack according to claim 12, wherein the external voltage detecting means senses the at least one battery cell when it is charged to more than 4.5 V and sends a shutoff signal to the BMS, And the relay of the first relay unit and the relay of the second relay unit are opened to interrupt the charging of the battery pack. 제 13 항에 있어서, 상기 외부 전압 검출 수단은 HCU(Hybrid Control Unit)인 것을 특징으로 하는 전원 시스템.14. The power supply system according to claim 13, wherein the external voltage detecting means is an HCU (Hybrid Control Unit). 제 1 항에 있어서, 상기 전지팩은 하나 이상의 전지셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 전지팩.The battery pack according to claim 1, wherein the battery pack includes at least one battery cell. 제 1 항에 따른 전원 시스템을 사용하는 중대형 디바이스.A medium and large-sized device using the power system according to claim 1. 제 16 항에 있어서, 상기 중대형 디바이스는, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 또는 플러그-인 하이브리드 전기자동차인 것을 특징으로 하는 디바이스.17. The device of claim 16, wherein the medium to large device is an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, or a plug-in hybrid electric vehicle.
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