KR20160060912A - 직접 충전이 가능한 중대형 전지팩 및 상기 중대형 전지팩이 접속되는 충전 스테이션 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복수의 전지셀들 또는 단위모듈들이 전기적으로 연결되어 있는 전지모듈;
전지모듈의 과방전, 과충전, 과전압 및 과전류을 탐지하여 전지모듈을 제어하는 BMS(Battery Management System);
외부 디바이스와 전기적으로 연결하기 위해 BMS 상에 형성되어 있는 외부 입출력 단자; 및
전지모듈의 전원 입출력 단자에 전기적으로 연결되어 있고 외부 충전기와의 전기적 연결에 의해 전지모듈을 직접 충전하는 충전 단자;
를 포함하고 있고,
상기 전지모듈은 외부 충전기에 의한 충전시 BMS를 우회하여 충전 단자를 통해 전지모듈의 전원 입출력 단자로 충전용 전력을 직접 공급받는 것을 특징으로 하는 전지팩 및 그것을 충전하는 충전 스테이션을 제공한다.

Description

직접 충전이 가능한 중대형 전지팩 및 상기 중대형 전지팩이 접속되는 충전 스테이션 {Middle or Large-Sized Battery Pack Available for Direct Charging and Charging Station to be Connected to the Same}
본 발명은 직접 충전이 가능한 중대형 전지팩 및 상기 중대형 전지팩이 접속되는 충전 스테이션에 관한 것이다.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력원으로서도 주목받고 있다.
소형 모바일 기기들에는 디바이스 1 대당 하나 또는 두서너 개의 전지셀들이 사용됨에 반하여, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에는 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 복수의 전지셀을 전기적으로 연결한 전지모듈을 다수개 포함하고 있는 중대형 전지팩이 사용된다.
이러한 중대형 전지팩은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 충적될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 전지모듈의 전지셀로서 주로 사용되고 있다. 특히, 알루미늄 라미네이트 시트 등을 외장부재로 사용하는 파우치형 전지는 중량이 작고 제조비용이 낮으며 형태 변형이 용이하다는 등의 잇점으로 인해 최근 많은 관심을 모으고 있다.
한편, 일반적으로 중대형 전지팩의 충전은 전지팩의 외부 입출력 단자와 외부 충전 장치의 커넥터를 접속하여 충전하는 방식을 이용하였고, 종래 기술에서는 충전 중 비정상적인 상황 즉, 전지팩의 과열, 과방전, 과충전, 과전압, 과전류 등이 발생하거나, 외부 충전 장치로부터 전지팩에 부적합한 전원을 공급하는 경우, 전지팩의 보호 제어 및 전지 시스템 관리를 수행하기 위해, 전지팩 내부의 BMS를 통해 전지팩의 충전이 이루어졌다.
구체적으로, 도 1에는 종래의 전지팩을 나타낸 블록다이아 그램을 도시하였다.
도 1을 참조하면, 전지팩(10)은, 다수의 전지셀 또는 단위모듈들을 포함하는 전지모듈(13), 전지모듈(13)의 과방전, 과충전, 과전압, 및 과전류을 탐지하여 전지팩(10)을 제어 또는 보호하는 BMS(Battery Management System) (14) 및 외부 디바이스와 전기적으로 연결하기 위한 외부 입출력 단자(11)를 포함하고 있고, 이러한 BMS(14)는 전지모듈(13) 및 외부 입출력 단자들(11)과 전기적으로 연결되어 있다.
그러나, 종래의 전지팩은 외부 충전 장치로부터 충전용 전력을 내부의 BMS를 통해 전지모듈들에 공급되기 때문에, BMS가 내부 저항으로 작용하여 전지모듈까지 공급된 충전용 전력의 전압은 실제 외부 충전 장치에서 공급된 전압 보다 낮아지게 된다. 이에 따라, 종래 기술에서는 이러한 충전 방식으로 인해 공급된 전원의 전압강하(voltage drop)가 발생되어 전지팩의 충전 시간이 늘어나고 불필요한 에너지 손실이 발생되는 문제가 있었다.
또한, 종래 기술에서는 전지팩 내부의 BMS의 오작동 또는 고장이 발생할 경우, 고장난 BMS로 인해 전지팩의 과방전, 과충전, 과전압, 및 과전류를 감지하는 것이 불가능하여 전지팩의 충전시 사용자의 안전을 보장할 수 없었고, 특히, 용량이 큰 중대형 전지팩의 경우에는 큰 사고로 이어질 수 있어 전지팩의 충전시 안전성을 확보하는 것이 매우 중요하다.
따라서, 상기 종래기술의 문제들을 해결하기 위해, 전지팩의 충전 소요시간을 효과적으로 감소시키며, 전지팩 내부의 BMS의 오작동 또는 고장으로 인해 충전 과정에서 발생될 수 있는 사고를 높은 신뢰성으로 방지할 수 있어 전지팩의 안전성을 높일 수 있는 기술 개발에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 이후 설명하는 바와 같이, 전지팩 내부의 전지모듈이 외부 충전기에 의한 충전시 BMS를 우회하여 충전 단자를 통해 전지모듈의 전원 입출력 단자로 충전용 전력을 직접 공급받을 경우, 상기 BMS가 내부 저항으로 작용하는 것을 방지하여 전압이 강하되지 않은 충전 전력을 전지모듈에 인가함으로써 충전 시간을 단축할 수 있고 불필요한 에너지 손실을 줄일 수 있는 것을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전지팩은,
복수의 전지셀들 또는 단위모듈들이 전기적으로 연결되어 있는 전지모듈;
전지모듈의 과방전, 과충전, 과전압 및 과전류을 탐지하여 전지모듈을 제어하는 BMS(Battery Management System);
외부 디바이스와 전기적으로 연결하기 위해 BMS 상에 형성되어 있는 외부 입출력 단자; 및
전지모듈의 전원 입출력 단자에 전기적으로 연결되어 있고 외부 충전기와의 전기적 연결에 의해 전지모듈을 직접 충전하는 충전 단자;
를 포함하고 있고,
상기 전지모듈은 외부 충전기에 의한 충전시 BMS를 우회하여 충전 단자를 통해 전지모듈의 전원 입출력 단자로 충전용 전력을 직접 공급받는 것을 특징으로 한다.
여기서, “외부 충전기에 의한 충전시 BMS를 우회하여 충전 단자를 통해 전지모듈의 전원 입출력 단자로 충전용 전력을 직접 공급받는다” 함은 외부 충전기의 전원선이 전지팩의 내부 구성들을 거치지 않고 직접적으로 전지모듈의 전원 입출력 단자에 전기적으로 연결되어 있어, 상기 외부 충전기가 충전용 전원을 전지모듈에 공급하여 직접 충전(direct charging)하는 것을 의미한다.
따라서, 본 발명에 따른 전지팩은 내부의 전지모듈이 외부 충전기에 의해 충전될 경우, 충전용 전력이 BMS를 우회하여 충전 단자를 통해 전지모듈의 전원 입출력 단자로 직접 공급되므로써, 상기 BMS가 내부 저항으로 작용하는 것을 방지하여 전압이 강하되지 않은 충전 전력을 전지모듈에 인가함으로써 충전 시간이 단축되고 불필요한 전력 에너지 손실을 줄일 수 있다.
한편, 상기 전지셀은 전극단자들(양극단자 및 음극단자)이 외주면의 일측에 형성되어 있거나, 또는 외주면의 일측 및 대향측에 각각 형성되어 있는 판상형 전지셀일 수 있고, 이러한 판상형 전지셀은 수지층과 금속층을 포함하는 라미네이트 시트의 셀 케이스에 전극조립체를 내장한 상태에서 셀 케이스의 외주면을 밀봉한 구조의 파우치형 전지셀일 수 있다.
또한, 상기 전지셀은 종류 및 외형에 관계없이 다양하게 적용 가능하며, 상세하게는 리튬 이차전지일 수 있다. 상기 리튬 이차전지의 구성, 구조, 제조방법 등은 당업계에 공지되어 있으므로, 그에 대한 자세한 설명은 본 명세서에서 생략한다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 BMS는 전지모듈과 외부 입출력 단자의 연결 회로 상에 위치하고, 상세하게는, 상기 BMS는 충전 IC, 보호 IC, 스위치, MCU(Micro Controller Unit), 정전압/정전류 회로, 및 DC-DC 전원변환 회로로 이루어진 군에서 선택되는 둘 이상을 포함하고 있을 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 충전 단자는 전지모듈과 BMS 사이를 전기적으로 연결하는 회로 상에 위치하는 구조로 형성될 수 있다. 상세하게는, 상기 충전 단자는 전지모듈과 BMS 사이를 전기적으로 연결하는 전기 회로 상에 전기적으로 연결될 수 있으며, 더욱 상세하게는, 상기 충전 단자는 BMS에 전기적으로 연결되지 않은 상태로 전지모듈의 전원 입출력 단자에 직접 연결되어 있는 구조일 수 있다.
또한, 상기 충전 단자는 외부 충전기의 커넥터와 연결을 용이하게 하기 위해 단자의 일부분이 전지팩의 케이스 외부로 노출되도록 형성된 구조일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 BMS는 외부 입출력 단자를 통해 전지모듈이 외부 디바이스에 전기적 연결시 작동하고, 상기 충전 단자를 통한 전지모듈의 충전시에는 작동하지 않을 수 있다.
또한, 상기 충전 단자를 통한 전지모듈의 충전시에는 외부 충전기 측에 구비된 BMS에 의해 전지모듈이 제어 또는 보호될 수 있다.
구체적으로, 상기 외부 충전기는 전지팩의 충전 중에 전지팩의 과열, 과방전, 과충전, 과전압, 과전류 등을 감지하고, 외부 충전기를 제어하는 것에 의해 전지팩의 보호하는 BMS를 포함할 수 있다. 또한, 상기 외부 충전기의 BMS는 작동상태를 파악하고 주기적인 점검이 용이하므로 높은 신뢰성을 가질 수 있는 바, 전지팩의 BMS의 오작동 또는 고장으로 인해 충전 과정에서 발생될 수 있는 사고를 미연에 방지하여 사용자의 안전성을 높일 수 있다.
하나의 구체적인 예에서, 상기 외부 충전기는 스테이션 충전기(station charger)일 수 있다. 여기서 ‘스테이션 충전기’이란, 기존의 자동차 주유소와 같이 운행중인 전기 자동차의 전지팩에 전기를 공급하는 시설인 충전 스테이션(charge station)에서 사용하는 충전기를 말한다.
한편, 본 발명에 따른 전지팩은 외부 충전기에 의해 전지모듈의 충전시에만 충전 단자가 전지팩의 외부로 개방되는 충전 박스를 더 포함할 수 있다. 상세하게는, 상기 충전 박스는 외부 충전기에 의해서만 충전 단자에 대한 접근이 가능하도록 구성되어 있을 수 있다. 더욱 상세하게는, 상기 외부 충전기에는 충전 박스를 개방할 수 있는 키(key)를 포함하고 있을 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 전지팩은 사용자의 안전성과 편의를 높이기 위해 충전 박스를 포함하고 있을 경우, 상기 충전 박스가 외부 충전기에 의해 전지팩을 충전하는 이외의 시간에는 충전 단자를 외부로부터 봉쇄하여 외부로부터 전도성 물질이 유입되어 단락 또는 누전이 발생하는 것을 방지하고, 외부 충격에 의해 충전 단자에 물리적인 손상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 전지팩을 충전하기 위해 충전 단자에 접속되는 스테이션 충전기(station charger)를 포함하고 있는 충전 스테이션을 제공한다.
구체적으로, 상기 스테이션 충전기는, 전지모듈의 충전 단자에 접속되어 충전을 위한 전력을 공급하고, 충전 중에 전지모듈의 상태를 탐지하여 스테이션 충전기의 충전을 제어하는 스테이션 BMS를 더 포함하고 있을 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 스테이션 충전기는 스테이션 BMS를 포함함으로써, 전지팩의 충전 중에 전지모듈의 과열, 과방전, 과충전, 과전압, 과전류 등을 감지하고, 스테이션 충전기를 제어하여 전지팩을 보호할 수 있는 바, 전지팩의 BMS를 역할을 스테이션 BMS로 위임하는 것이 가능하다. 따라서, 상기 스테이션 충전기는 스테이션 BMS를 이용하여 전지팩을 보호 제어함으로써, 전지팩 내부의 BMS를 우회하여 전지모듈에 직접 충전시에 사용자의 안전성을 확보할 수 있다.
더욱이, 상기 스테이션 BMS는 작동상태를 파악하기 쉽고 주기적 점검이 용이하므로 높은 신뢰성을 가질 수 있는 바, 전지팩의 BMS의 오작동 또는 고장으로 인해 충전 과정에서 발생될 수 있는 사고를 미연에 방지하여 사용자의 안전성을 더욱 높일 수 있다.
구체적으로, 상기 스테이션 BMS는, 상기 전지팩의 온도, 전압, 전류를 측정하는 측정부; 및 상기 측정된 온도, 전압, 및 전류를 기반으로 전지팩에 대한 전력 공급을 제어하는 제어부;를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 스테이션 BMS는 측정된 전지팩의 온도, 전압, 및 전류의 아날로그 신호를 디지털 변환하는 A/D 변환부를 더 포함할 수 있다.
상기 측정부는 NTC 써미스터, PTC 써미스터, 열전대, PT 온도 센서, 및 IC형 온도 센서으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나를 이용하여 온도를 측정할 수 있다.
본 발명은, 또한 상기 충전 스테이션을 이용하여 전지팩을 충전하는 방법을 제공한다.
구체적으로, 상기 충전 스테이션을 이용하여 전지팩을 충전하는 방법은,
상기 충전 스테이션 내에서 스테이션 충전기가 전지팩의 충전 박스를 통해 충전 단자에 접근하는 과정;
상기 스테이션 충전기의 전원 커넥터를 충전 단자에 연결하는 과정;
상기 스테이션 BMS의 측정부가 전지팩의 온도, 전압, 및 전류를 감지하여 감지된 정보를 제어부로 송부하는 과정;
상기 스테이션 BMS의 제어부가 측정된 전지모듈의 온도, 전압, 및 전류를 기반으로 전지모듈의 충전 단자를 통해 전력을 공급할 지 여부를 결정하는 과정;
상기 스테이션 BMS가 전력 공급을 결정할 때 스테이션 충전기가 전지모듈을 충전하는 과정;
상기 스테이션 BMS의 제어부가 측정부에서 감지된 전지모듈의 전압 및 전류를 분석하여 전지모듈의 충전량을 산정하는 과정;
상기 전지모듈의 만충전시 스테이션 충전기가 충전 단자에 대한 전력 공급을 중단하는 과정;
상기 스테이션 충전기의 전원 커넥터와 충전 단자의 연결을 해제하는 과정; 및
상기 전지팩의 충전 박스를 봉쇄하는 과정;
을 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 또한, 상기 전지팩을 전원으로서 포함하고 있는 디바이스를 제공한다.
상기 디바이스는 장착의 효율성, 구조적 안정성 등을 고려할 때, 스마트폰, 휴대폰, 노트북, 테블릿 PC, 웨어러블 전자기기, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 전기 바이크, 전기 자전거, 및 전력저장장치 중 하나로 선택될 수 있으나, 이들만으로 한정되지는 않는다.
이러한 디바이스의 구조 및 제작 방법은 당업계에 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 그에 대한 자세한 설명을 생략한다.
상기에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전지팩은, 내부의 전지모듈이 외부 충전기에 의해 충전될 경우, 충전용 전력이 BMS를 우회하여 충전 단자를 통해 전지모듈의 전원 입출력 단자로 직접 공급이 가능하므로, 상기 BMS가 내부 저항으로 작용하는 것을 방지하고 전압이 강하되지 않은 충전 전력을 전지모듈에 인가할 수 있어, 충전 시간을 단축하고 불필요한 에너지 손실을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 전지팩은 사용자의 안전성과 편의를 높이기 위해 충전 박스를 포함함으로써, 상기 충전 박스가 외부 충전기에 의해 전지팩을 충전하는 이외의 시간에는 충전 단자를 외부로부터 봉쇄하여 외부로부터 전도성 물질이 유입되어 단락 또는 누전이 발생하는 것을 방지하고, 외부 충격에 의해 충전 단자에 물리적인 손상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 충전 스테이션은, 전지팩의 BMS를 역할을 위임할 수 있는 스테이션 BMS를 포함한 스테이션 충전기를 사용함으로써, 전지팩의 충전 중에 전지팩의 과열, 과방전, 과충전, 과전압, 과전류 등을 감지하고, 스테이션 충전기를 제어하여 전지팩을 보호할 수 있는 바, 전지팩의 충전시 전지팩 내부의 BMS를 우회하여 전지모듈에 직접 충전이 가능하고, 사용자가 스테이션 BMS의 작동 상태를 파악하는 것이 쉽고 정기점검이 용이하여 사용자의 안전성을 높일 수 있다.
도 1은 종래 기술의 하나의 실시예에 따른 전지팩을 나타낸 블록다이아 그램이다;
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩을 나타낸 블록다이아 그램이다;
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지팩을 나타낸 블록다이아 그램이다;
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩 및 외부 장치를 나타낸 블록다이아 그램이다;
도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩 및 스테이션 충전기를 나타낸 블록다이아 그램이다;
도 6은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 충전 스테이션을 이용하여 전지팩을 충전하는 방법을 나타낸 순서도이다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 2에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩을 나타낸 블록다이아 그램이 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 전지팩(100A)은 전지모듈(130), BMS(140), 외부 입출력 단자(110), 및 충전 단자(150)을 포함하고 있다.
이러한 전지모듈(130)은 복수의 전지셀들 또는 단위모듈들이 전기적으로 연결되어 하나의 조립체를 이루는 구조를 포함하고 있다.
또한, BMS(140)는 전지모듈(130)의 과방전, 과충전, 과전압 및 과전류을 탐지하여 전지모듈(130)을 보호 및 제어하는 역할을 수행한다.
또한, 외부 입출력 단자(110)는 외부 디바이스(도시하지 않음)와 전기적으로 연결하기 위해 BMS(140) 상에 형성되어 있다.
또한, 충전 단자(150)는 전지모듈(130)의 전원 입출력 단자(132)와 전기적으로 연결되어 있고 스테이션 충전기(300)와의 전기적 연결에 의해 전지모듈(130)을 직접 충전하는 접속 단자 역할을 수행한다.
여기서, 스테이션 충전기(300)는 충전 스테이션(500)에서 사용하는 충전기이다.
이때, BMS(140)는 전지모듈(130)과 외부 입출력 단자(110)의 연결 회로 상에 위치하고 있다.
또한, 충전 단자(150)는 전지모듈(130)과 BMS(110) 사이를 전기적으로 연결하는 회로(102) 상에 위치하여 전기적으로 연결되어 있으며, 이때, 충전 단자(120)는 BMS(140)에 전기적으로 연결되지 않은 상태로 전지모듈(130)의 전원 입출력 단자(132)에 직접 연결되어 있다.
또한, 충전 단자(150)는 스테이션 충전기(300)의 커넥터(320)와 연결을 용이하게 하기 위해 단자의 일부분이 전지팩(100A)의 케이스 외부로 노출되도록 형성되어 있다.
다시, BMS(140)는 외부 입출력 단자(110)를 통해 전지모듈(130)이 외부 디바이스에 전기적 연결시 작동하고, 충전 단자(150)를 통한 전지모듈(130)의 충전시 작동하지 않도록 설정되어 있다.
따라서, 충전 단자(150)를 통한 전지모듈(130)의 충전시 BMS(140)는 작동하지 않고, 대신에 스테이션 충전기(300) 측에 구비된 스테이션 BMS(310)에 의해 전지모듈(130)이 제어 또는 보호 된다.
따라서, 본 발명에 따른 전지팩(100A)은, 전지모듈(130)이 스테이션 충전기(300)에 의한 충전시 BMS(140)를 우회하여 충전 단자(150)를 통해 전지모듈(130)의 전원 입출력 단자(132)로 충전용 전력을 직접 공급받을 수 있는 바, 충전 단자(150)의 전원선이 전지팩(100)의 내부 구성들을 거치지 않고 직접적으로 전지모듈(130)의 전원 입출력 단자(132)에 전기적으로 연결되어 있어, 스테이션 충전기(300)가 전지모듈(130)에 직접 충전하는 것이 가능하다.
도 3에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전지팩을 나타낸 블록다이아 그램이 도시되어 있다.
도 3을 함께 참조하면, 전지팩(100B)은 도 2의 전지팩(100A)과 비교하면 충전 스테이션(500) 내에서 스테이션 충전기(300)에 의해 전지모듈(130)의 충전시에만 충전 단자(150)가 전지팩(100)의 외부로 개방되는 충전 박스(120)를 더 포함하고 있다.
이러한 충전 박스(120)는 스테이션 충전기(300)에 의해 전지팩(100B)을 충전하는 이외의 시간에는 충전 단자(150)를 외부로부터 봉쇄하여 외부로부터 전도성 물질이 유입되어 단락 또는 누전이 발생하는 것을 방지하고, 외부 충격에 의해 충전 단자(150)에 물리적인 손상이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 충전 박스(120)는 스테이션 충전기(300)에 의해서만 충전 단자(150)에 대한 접근이 가능하도록 충전 박스(120)를 개방할 수 있는 키(320)를 포함하고 있다. 이때, 키(320)는 장금장치를 여는 수단이면 무엇이든지 가능하나, 예를 들면, 무선 통신기능 가진 RFID(radio frequency identification) 칩 또는 NFC(Near Field Communication) 칩을 이용한 무선키가 될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 전지팩은 사용자의 안전성과 편의를 높이기 위해 충전 박스를 포함함으로써, 사용자의 안전성 및 편리성을 높일 수 있다.
도 4에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩 및 외부 장치를 나타낸 블록다이아 그램이 도시되어 있고, 도 5에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 전지팩 및 스테이션 충전기를 나타낸 블록다이아 그램이 도시되어 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 전지팩(100B)은 전원을 외부 디바이스(600)에 공급할 시에는 전지모듈(130)이 외부 입출력 단자(110)를 통해 외부 디바이스(600)에 전기적 연결되어 전원을 공급한다.
반대로, 스테이션 충전기(300)에 의해 전지팩(100B)을 충전할 시에는 충전 박스(120)가 개방되고 충전 단자(150)가 BMS(140)에 전기적으로 연결되지 않은 상태에서 전지모듈(130)의 전원 입출력 단자(132)에 직접 전기적으로 연결되어 스테이션 충전기(300)로부터 충전 전력을 전지모듈(130)에 직접 공급받는다.
한편, 본 발명에 따른 충전 스테이션(500)은 전지팩(100B)을 충전하기 위해 충전 단자(150)에 접속되는 스테이션 충전기(300)를 포함하고 있고, 이러한 스테이션 충전기(300)는 전지모듈(100B)의 충전 단자(150)에 접속되어 충전을 위한 전력을 공급한다.
또한, 충전 스테이션(500)은 사용자의 안전을 위해 충전 중에 전지모듈(100B)의 상태를 탐지하여 스테이션 충전기(300)의 충전을 제어하는 스테이션 BMS(310)를 포함하고 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 충전 스테이션을 이용하여 전지팩을 충전하는 방법의 일련의 과정들을 단계적으로 설명한다.
도 6에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 충전 스테이션을 이용하여 전지팩을 충전하는 방법을 나타낸 순서도가 도시되어 있다.
도 5와 함께 도 6을 참조하면, 충전 스테이션(500)을 이용하여 전지팩(100B)을 충전하는 방법(1000)은,
충전 스테이션(500) 내에서 스테이션 충전기(300)가 전지팩(100B)의 충전 박스(120)를 통해 충전 단자(120)에 접근하는 과정(1100);
스테이션 충전기(300)의 전원 커넥터(320)를 충전 단자(150)에 연결하는 과정(1200);
스테이션 BMS(310)의 측정부가 전지팩의 온도, 전압, 및 전류를 감지하여 감지된 정보를 제어부로 송부하는 과정(1300);
스테이션 BMS(310)의 제어부가 측정된 전지모듈(100B)의 온도, 전압, 및 전류를 기반으로 전지모듈(100B)의 충전 단자(150)를 통해 전력을 공급할 지 여부를 결정하는 과정(1400);
스테이션 BMS(310)가 전력 공급을 결정할 때 스테이션 충전기(300)가 전지모듈(100B)을 충전하는 과정(1500);
스테이션 BMS(310)의 제어부가 측정부에서 감지된 전지모듈(100B)의 전압 및 전류를 분석하여 전지모듈(100B)의 충전량을 산정하는 과정(1600);
전지모듈(100B)의 만충전시 스테이션 충전기(300)가 충전 단자(150)에 대한 전력 공급을 중단하는 과정(1700);
스테이션 충전기(300)의 전원 커넥터(320)와 충전 단자(150)의 연결을 해제하는 과정(1800); 및
전지팩의 충전 박스(120)를 봉쇄하는 과정(1900);을 포함하고 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 충전 스테이션은, 전지팩의 BMS를 역할을 위임할 수 있는 스테이션 BMS를 포함한 스테이션 충전기를 사용함으로써, 전지팩의 충전 중에 전지팩의 과열, 과방전, 과충전, 과전압, 과전류 등을 감지하고, 스테이션 충전기를 제어하여 전지팩을 보호할 수 있는 바, 전지팩의 충전시 전지팩 내부의 BMS를 우회하여 전지모듈에 직접 충전이 가능하고, 사용자가 스테이션 BMS의 작동 상태를 파악하는 것이 쉽고 정기점검이 용이하여 사용자의 안전성을 높일 수 있다.
본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.

Claims (16)

  1. 복수의 전지셀들 또는 단위모듈들이 전기적으로 연결되어 있는 전지모듈;
    전지모듈의 과방전, 과충전, 과전압 및 과전류을 탐지하여 전지모듈을 제어하는 BMS(Battery Management System);
    외부 디바이스와 전기적으로 연결하기 위해 BMS 상에 형성되어 있는 외부 입출력 단자; 및
    전지모듈의 전원 입출력 단자에 전기적으로 연결되어 있고 외부 충전기와의 전기적 연결에 의해 전지모듈을 직접 충전하는 충전 단자;
    를 포함하고 있고,
    상기 전지모듈은 외부 충전기에 의한 충전시 BMS를 우회하여 충전 단자를 통해 전지모듈의 전원 입출력 단자로 충전용 전력을 직접 공급받는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전지셀은 리튬 이차전지인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 BMS는 전지모듈과 외부 입출력 단자의 연결 회로 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 충전 단자는 전지모듈과 BMS 사이를 전기적으로 연결하는 회로 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 충전 단자는 BMS에 전기적으로 연결되지 않은 상태로 전지모듈의 전원 입출력 단자에 직접 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 BMS는 외부 입출력 단자를 통해 전지모듈이 외부 디바이스에 전기적 연결시 작동하고, 상기 충전 단자를 통한 전지모듈의 충전시에는 작동하지 않는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 충전 단자를 통한 전지모듈의 충전시에는 외부 충전기 측에 구비된 BMS에 의해 전지모듈이 제어 또는 보호되는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 외부 충전기는 스테이션 충전기(station charger)인 것을 특징으로 하는 전지팩.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 전지팩은 외부 충전기에 의해 전지모듈의 충전시에만 충전 단자가 전지팩의 외부로 개방되는 충전 박스를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 충전 박스는 외부 충전기에 의해서만 충전 단자에 대한 접근이 가능하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전지팩.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 하나에 따른 전지팩을 충전하기 위해 충전 단자에 접속되는 스테이션 충전기를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 충전 스테이션.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 충전 스테이션은 전지모듈의 충전 단자에 접속되어 충전을 위한 전력을 공급하고, 충전 중에 전지모듈의 상태를 탐지하여 스테이션 충전기의 충전을 제어하는 스테이션 BMS를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 충전 스테이션.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 스테이션 BMS는,
    상기 전지팩의 온도, 전압, 전류를 측정하는 측정부; 및
    상기 측정된 온도, 전압, 및 전류를 기반으로 전지팩에 대한 전력 공급을 제어하는 제어부;
    를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 충전 스테이션.
  14. 제 13 항에 따른 충전 스테이션을 이용하여 전지팩을 충전하는 방법으로서,
    상기 충전 스테이션 내에서 스테이션 충전기가 전지팩의 충전 박스를 통해 충전 단자에 접근하는 과정;
    상기 스테이션 충전기의 전원 커넥터를 충전 단자에 연결하는 과정;
    상기 스테이션 BMS의 측정부가 중대형 전지팩의 온도, 전압, 및 전류를 감지하여 감지된 정보를 제어부로 송부하는 과정;
    상기 스테이션 BMS의 제어부가 측정된 전지모듈의 온도, 전압, 및 전류를 기반으로 전지모듈의 충전 단자를 통해 전력을 공급할 지 여부를 결정하는 과정;
    상기 스테이션 BMS가 전력 공급을 결정할 때 스테이션 충전기가 전지모듈을 충전하는 과정;
    상기 스테이션 BMS의 제어부가 측정부에서 감지된 전지모듈의 전압 및 전류를 분석하여 전지모듈의 충전량을 산정하는 과정;
    상기 전지모듈의 만충전시 스테이션 충전기가 충전 단자에 대한 전력 공급을 중단하는 과정;
    상기 스테이션 충전기의 전원 커넥터와 충전 단자의 연결을 해제하는 과정; 및
    상기 전지팩의 충전 박스를 봉쇄하는 과정;
    을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 하나에 따른 전지팩을 포함하는 것을 특징으로 디바이스.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 디바이스는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차, 플러그-인 하이브리드 전기자동차, 전기 바이크, 전기 자전거, 및 전력저장장치 중 하나인 것을 특징으로 하는 디바이스.
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