KR20180048068A - 배터리 팩 - Google Patents

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Abstract

배터리 팩은 배터리, 상기 배터리의 양 단자와 부하 사이에 각각 연결되는 제1 및 제2 메인 릴레이, 서로 직렬 연결되는 프리차지 저항 및 프리차지 릴레이를 포함하며, 상기 제2 릴레이와 병렬 연결되는 프리차지 회로, 전원과 상기 제1 메인 릴레이 사이에 연결되며, 상기 전원으로부터 공급되는 전압을 상기 제1 메인 릴레이로 전달하는 제1 스위치, 상기 제1 스위치와, 상기 제2 메인 릴레이 및 상기 프리차지 릴레이 사이에 연결되며, 상기 제1 스위치를 통해 전달되는 전압을 상기 제2 메인 릴레이 또는 상기 프리차지 릴레이로 전달하는 제2 스위치, 상기 제2 출력단과 상기 프리차지 릴레이 사이에 연결되는 제1 캐패시터, 및 상기 제1 및 제2 스위치의 스위칭을 제어하는 제어기를 포함할 수 있다.

Description

배터리 팩{BATTERY PACK}
실시 예들은 배터리 팩에 관한 것이다.
최근 CO2 규제 등 환경 규제가 강화됨에 따라 친환경 차량에 대한 관심이 증가하고 있다. 이에 따라 자동차 회사들은 하이브리드(Hybrid) 차량이나 플러그인 하이브리드(Plug-in Hybrid) 차량뿐만 아니라, 순수 전기 차량 또는 수소 차량에 대해 연구 및 제품 개발을 활발히 진행하고 있다.
친환경 차량에는 다양한 에너지원으로부터 얻어지는 전기 에너지를 저장하기 위해 고전압 배터리가 적용된다. 차량의 고전압 전장 시스템은 고전압 배터리로부터 제공되는 고전압의 전기 에너지를 차량의 구동 또는 전장 에너지로 사용한다.
고전압 전장 시스템에서, 부하의 캐패시터와 고전압 배터리의 전압 간의 전압 차가 큰 상태에서 부하와 배터리가 직렬 연결되는 경우, 큰 돌입 전류가 발생할 수 있다. 돌입 전류가 발생할 경우, 고전류인 돌입 전류가 릴레이에 흘러 릴레이 고착이 발생하거나, 소자 파괴로 인한 화재 발생 등 배터리/고전압 회로에 심각한 파손을 야기할 수 있다.
이에 따라서 돌입 전류의 크기를 감소시키기 위한 다양한 시도들이 이루어지고 있다.
실시 예들을 통해 해결하고자 하는 기술적 과제는 돌입 전류 제어 복잡성을 감소시킨 배터리 팩을 제공하는 것이다.
상기한 과제를 해결하기 위한 일 실시 예에 따른 배터리 팩은 배터리, 상기 배터리의 양 단자와 부하 사이에 각각 연결되는 제1 및 제2 메인 릴레이, 서로 직렬 연결되는 프리차지 저항 및 프리차지 릴레이를 포함하며, 상기 제2 릴레이와 병렬 연결되는 프리차지 회로, 전원과 상기 제1 메인 릴레이 사이에 연결되며, 상기 전원으로부터 공급되는 전압을 상기 제1 메인 릴레이로 전달하는 제1 스위치, 상기 제1 스위치와, 상기 제2 메인 릴레이 및 상기 프리차지 릴레이 사이에 연결되며, 상기 제1 스위치를 통해 전달되는 전압을 상기 제2 메인 릴레이 또는 상기 프리차지 릴레이로 전달하는 제2 스위치, 상기 제2 출력단과 상기 프리차지 릴레이 사이에 연결되는 제1 캐패시터, 및 상기 제1 및 제2 스위치의 스위칭을 제어하는 제어기를 포함할 수 있다.
또한, 다른 실시 예에 따른 배터리 팩은, 배터리, 상기 배터리의 양 단자와 부하 사이에 각각 연결되는 제1 및 제2 메인 릴레이, 상기 제2 메인 릴레이와 병렬 연결되는 온도 가변 저항, 상기 온도 가변 저항에 인접하게 배치되는 히팅 코일, 전원과 상기 제1 및 제2 메인 릴레이 사이에 각각 연결되는 제1 및 제2 스위치, 상기 전원과 상기 히팅 코일 사이에 연결되는 제3 스위치, 및 상기 제1, 제2 및 제3 스위치의 온/오프를 제어하는 제어기를 포함할 수 있다.
또한, 또 다른 실시 예에 따른 배터리 팩은, 배터리, 상기 배터리의 양 단자와 부하 사이에 각각 연결되는 제1 및 제2 메인 릴레이, 상기 제2 메인 릴레이 상기 부하 사이에 직렬 연결되는 온도 가변 저항, 상기 온도 가변 저항에 인접하게 배치되는 히팅 코일, 전원과 상기 제1 및 제2 메인 릴레이 사이에 각각 연결되는 제1 및 제2 스위치, 상기 전원과 상기 히팅 코일 사이에 연결되는 제3 스위치, 및 상기 제1, 제2 및 제3 스위치의 온/오프를 제어하는 제어기를 포함할 수 있다.
실시 예들에 따른 배터리 팩은 돌입 전류 제어 복잡성을 감소시킬 수 있다.
도 1은 일 실시 예에 따른 배터리 팩을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 일 실시 예에 따른 배터리 팩의 돌입전류 제한을 위한 구동 타이밍을 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 다른 실시 예에 따른 배터리 팩을 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 다른 실시 예에 따른 배터리 팩의 돌입전류 제한 방법을 개략적으로 도시한 것이다.
도 5는 또 다른 실시 예에 따른 배터리 팩을 개략적으로 도시한 것이다.
도 6은 또 다른 실시 예에 따른 배터리 팩의 돌입전류 제한 방법을 개략적으로 도시한 것이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 여러 실시 예들에 대하여 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 실시 예들은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예들에 한정되지 않는다.
실시 예들을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 붙이도록 한다. 따라서 이전 도면에 사용된 구성요소의 참조 번호를 다음 도면에서 사용할 수 있다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 실시 예들은 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께 및 영역을 과장하여 나타낼 수 있다.
2개의 구성요소를 전기적으로 연결한다는 것은 2개의 구성요소를 직접(directly) 연결할 경우뿐만 아니라, 2개의 구성요소 사이에 다른 구성요소를 거쳐서 연결하는 경우도 포함한다. 다른 구성요소는 스위치, 저항, 커패시터 등을 포함할 수 있다. 실시 예들을 설명함에 있어서 연결한다는 표현은, 직접 연결한다는 표현이 없는 경우에는, 전기적으로 연결한다는 것을 의미한다.
이하, 필요한 도면들을 참조하여 실시 예들에 따른 배터리 팩에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 일 실시 예에 따른 배터리 팩을 개략적으로 도시한 것이다. 도 2는 일 실시 예에 따른 배터리 팩의 돌입전류 제한을 위한 구동 타이밍을 개략적으로 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 일 실시 예에 따른 배터리 팩(10)은, 배터리(100), 복수의 메인 릴레이(111, 112), 프리차지 릴레이(pre-charge relay)(113), 프리차지 저항(R1), 고전압 인터페이스(High Voltage interface, HV 인터페이스)(114)를 포함한다.
배터리(100)는 고전압 배터리일 수 있다.
복수의 메인 릴레이(111, 112)는 배터리(100)의 양 단자와 고전압 인터페이스(114) 사이에 각각 연결되며, 배터리(100)와 고전압 인터페이스(114) 사이의 대전류 흐름을 제어한다.
프리차지 릴레이(113) 및 프리차지 저항(R1)은 서로 직렬로 연결된다. 또한, 프리차지 릴레이(113) 및 프리차지 저항(R1)은 복수의 메인 릴레이(111, 112) 중 어느 하나의 릴레이(112)와 병렬로 연결된다.
부하(7)에 메인 릴레이(111, 112)가 바로 연결되는 경우, 돌입 전류 흐름이 발생하여 메인 릴레이(111, 112)의 고착 현상이 발생하거나, 부하(7)의 캐패시터(미도시) 손상이 발생할 수 있다.
프리차지 릴레이(113)는 캐패시터의 전압 상승을 지연시키며 돌입 전류를 제어한다. 프리차지 저항(R1)은 프리차지 릴레이(113)와 함께 돌입 전류 흐름을 제어하기 위해 사용된다. 프리차지 저항(R1)의 저항값은 부하(7)에 흐르게 되는 전류의 크기를 기준으로 설계된다.
메인 릴레이들(111, 112)과 프리차지 릴레이(113)는 스위칭 작동을 위한 코일(coil1, coil2, coil3)들을 포함한다. 각 릴레이(111, 112, 113)는 코일(coil1, coil2, coil3)에 인가되는 전압에 따라 접점이 작동하여 개폐된다.
배터리 팩(10)은 릴레이들(111, 112 123)의 개폐를 제어하는 제1 및 제2 스위치(121, 122)를 더 포함한다.
제1 스위치(121)는 외부 전원(5)에 연결되는 입력단과, 제1 메인 릴레이(111)의 코일(coil1)과 제2 스위치(122)에 연결되는 출력단을 포함한다. 제1 스위치(121)는 외부 전원(5)으로부터 인가되는 전압을 제1 메인 릴레이(111)의 코일(coil1)과 제2 스위치(122)로 전달하거나 차단한다.
제1 스위치(121)는 제어기(130)에 의해 스위칭이 제어된다.
제2 스위치(122)는 제1 스위치(121)의 출력단에 연결되는 입력단, 제2 메인 릴레이(112)의 코일(coil2)에 연결되는 제1 출력단 및 프리차지 릴레이(123)의 코일(coil3)에 연결되는 제2 출력단을 포함한다. 제2 스위치(122)는 제1 스위치(121)를 통해 전달되는 전압을 제2 메인 릴레이(112)의 코일(coil2) 및 프리차지 릴레이(113)의 코일(coil3) 중 어느 하나로 전달한다.
제1 및 제2 스위치(121, 122)는 제어기(130)에 의해 스위칭이 제어된다.
배터리 팩(10)은 제2 스위치(122)의 제2 출력단과 프리차지 릴레이(113) 사이에 연결되는 캐패시터(C1)를 더 포함할 수 있다. 캐패시터(C1)는 제2 스위치(122)를 통해 프리차지 릴레이(113)의 코일(coil3)로 동작 전압이 인가되는 동안 충전된다. 그리고 이후 제2 스위치(122)의 입력단이 제1 출력단과 연결되면 충전된 전류를 프리차지 릴레이(113)의 코일(coil3)로 방전하여, 소정 시간 동안 프리차지 릴레이(113)를 닫힌 상태로 유지시킨다.
릴레이 특성으로 인해, 제2 스위치(122)의 스위칭으로 코일(coil2)로 전압이 인가되기 시작한 시점부터 코일(coil2)의 기전력으로 제2 스위치(122)가 닫히기까지는 소정의 시간 지연(도 2의 도면 부호 D1참조)이 발생한다. 프리차지 후 프리차지 릴레이(113)가 개방된 상태에서, 제2 스위치(122)가 바로 닫히지 않을 경우, 제2 스위치(122)가 닫히는 시점에서 돌입 전류가 발생할 수 있다.
따라서, 일 실시 예에 따른 배터리 팩에서는, 캐패시터(C1)를 이용하여, 프리차지 후 제2 스위치(122)의 코일(coil2)로 전압이 인가되기 시작한 시점으로부터 소정 시간(도 2의 도면 부호 D2 참조) 이후에 프리차지 릴레이(113)가 개방되도록 제어한다.
배터리 팩(10)은 제1 스위치(122)의 제2 출력단과 제2 메인 릴레이(112) 사이에 연결되는 캐패시터(C2)를 더 포함할 수 있다. 캐패시터(C2)는 제2 스위치(122)를 통해 제2 메인 릴레이(112)의 코일(coil2)로 전압이 인가되는 동안 충전된다. 그리고, 이후 제2 스위치(122)가 개방되면, 충전된 전류를 제2 메인 릴레이(112)의 코일(coil2)로 방전하여, 소정 시간 동안 제2 메인 릴레이(112)를 닫힌 상태로 유지시킨다.
제어기(130)는 제1 및 제2 스위치(121, 122)를 제어하여, 각 릴레이(111, 112, 113)의 코일(coil1, coil2, coil3)로 동작 전원이 인가되는 것을 제어한다.
도 2를 참조하면, 제어기(130)는 배터리(100)를 부하(7)에 연결하기 위한 프리차지가 요청되면, 제1 스위치(121)를 온(On)하여 외부 전원(5)으로부터 인가되는 전류를 가 제2 스위치(122)로 전달되도록 한다. 그리고, 제2 스위치(122)의 입력단이 제2 출력단 즉, 프리차지 릴레이(113)와 도통하도록 제2 스위치(122)를 제어하여 프리차지를 시작한다.
제1 스위치(121)가 온 됨에 따라, 제1 메인 릴레이(111)의 코일(coil1)로 전압이 인가되고, 이로 인해 제1 메인 릴레이(111)가 닫힌다. 릴레이 특성에 의해, 제1 메인 릴레이(111)의 코일(coil1)로 전압이 인가되기 시작한 시점부터 제1 메인 릴레이(111)가 닫히는 시점까지는 소정의 시간 지연이 발생할 수 있다.
제1 스위치(121)가 온 되고, 제2 스위치(122)의 입력단이 프리차지 릴레이(113)의 코일(coil3)에 연결됨에 따라, 프리차지 릴레이(113)의 코일(coil3)로 동작 전압이 공급되기 시작한다.
프리차지 릴레이(113)의 코일(coil3)로 전압이 인가되면, 프리차지 릴레이(113)의 접점이 작동하여 프리차지 릴레이(113)가 닫힌다. 프리차지 릴레이(113) 또한 릴레이 특성 상 코일(coil3)에 전압이 인가되기 시작하고 소정 시간 이후에 닫히게 된다. 프리차지 릴레이(113)가 닫히면, 제1 메인 릴레이(111), 프리차지 릴레이(113) 및 프리차지 저항(R1)에 의해 형성되는 프리차지 경로를 통해 부하(7) 측 캐패시터가 충전될 수 있다.
제어기(130)는 프리차지를 시작한 후(제1 스위치(121)가 온 되고, 제2 스위치(122)의 입력단이 프리차지 릴레이(113)의 코일(coil3)에 연결된 후), 소정 시간(pre-charge intervel)이 경과하면, 제2 스위치(122)의 입력단을 제2 메인 릴레이(112)로 스위칭한다. 프리차지가 수행되는 시간(pre-charge intervel)은 부하(7) 측 캐패시터의 충전용량과, 캐패시터(C1)의 충전 용량에 따른 제어 정수에 의해 설정될 수 있다.
제2 스위치(122)의 입력단이 제2 메인 릴레이(112)로 스위칭됨에 따라, 제2 메인 릴레이(112)의 코일(coil2)로 동작 전압이 공급되기 시작한다.
제2 메인 릴레이(112)의 코일(coil2)로 전압이 인가되면, 제2 메인 릴레이(112)의 접점이 작동하여 제2 메인 릴레이(112)가 닫힌다. 제2 메인 릴레이(112) 또한 릴레이 특성 상 코일(coil2)에 전압이 인가되기 시작하고 소정 시간(D1) 이후에 닫히게 된다. 제2 메인 릴레이(112)가 닫히면, 부하(7)는 제1 메인 릴레이(111)와 제2 메인 릴레이(112)에 의해 형성되는 대전류 경로를 통해 전원을 공급 받을 수 있다.
한편, 제2 스위치(122)의 입력단이 제2 메인 릴레이(112)로 스위칭되더라도, 프리차지 릴레이(113)의 코일(coil3)은 캐패시터(C1)에 의해 소정 시간(D2) 동안 동작 전압을 전달 받을 수 있다. 이에 따라, 프리차지 릴레이(113)는 제2 스위치(122)의 입력단이 제2 메인 릴레이(112)로 스위칭된 이후에도 소정 시간 동안 닫힌 상태를 유지하게되고, 프리차지 릴레이(113)와 제2 메인 릴레이(112)가 동시에 닫힌 상태인 천이 구간(transition intervel)이 발생한다.
이를 위해, 캐패시터(C1)는, 제2 메인 릴레이(112)의 코일(coil2)로 전압이 인가되어 제2 메인 릴레이(112)가 닫힐때까지도, 프리차지 릴레이(113)를 닫힌 상태로 유지할 수 있도록 그 용량이 설계될 수 있다.
제어기(130)는 제2 스위치(122)의 스위칭 타이밍을 모니터링하여, 안전 진단을 수행할 수도 있다. 예를 들어, 제어기(130)는 프리차지가 시작된 후 제2 스위치(122)가 제2 메인 릴레이(112)로 스위칭되기까지의 시간이 제1 임계시간보다 작은 경우, 제2 스위치(122)를 프리차지 릴레이(113)로 재 스위칭하여 부하(7) 측 캐패시터가 충분히 충전될 수 있도록 프리차지 시간을 연장할 수 있다. 또한, 예를 들어, 제어기(130)는 프리차지가 시작된 후 제2 스위치(122)가 제2 메인 릴레이(112)로 스위칭되기까지의 시간이 제2 임계시간보다 작은 경우, 제1 스위치(121)를 오프하여 모든 릴레이(111, 112, 113)를 개방한다. 제2 임계시간은 제1 임계시간보다 짧게 설정되며, 프리차지 구간이 매우 짧아 돌입전류 발생이 예측되는 프리차지 시간에 대응한다.
외부 전원(5)은 배터리 팩(10)이 장착되는 시스템(예를 들어, 차량 시스템)으로부터 공급될 수 있다.
한편, 도 1에서는, 릴레이들(111, 112, 113)들의 동작 전원으로 외부 전원(5)을 사용하는 경우를 예로 들어 도시하였으나, 본 발명은 이로 한정되는 것은 아니어서, 외부 전원(5)이 아닌 배터리(100)의 팩 전압을 릴레이들(111, 112, 113)들의 동작 전원으로 공급할 수도 있다. 이 경우, 배터리(100)와 제1 스위치(121) 사이에는 고전압인 배터리(100)의 팩 전압을 저전압으로 변환하는 전압 컨버터(미도시)가 연결될 수 있다.
도 3은 다른 실시 예에 따른 배터리 팩을 개략적으로 도시한 것이다. 도 4는 다른 실시 예에 따른 배터리 팩의 돌입전류 제한 방법을 개략적으로 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 다른 실시 예에 따른 배터리 팩(20)은, 배터리(100), 복수의 메인 릴레이(211, 212), 프리차지 저항(R2) 및 고전압 인터페이스 (114)를 포함한다.
복수의 메인 릴레이(211, 212)는 배터리(100)의 양 단자와 고전압 인터페이스(114) 사이에 각각 연결되며, 배터리(100)와 고전압 인터페이스(114) 사이의 대전류 흐름을 제어한다.
복수의 메인 릴레이(211, 212)는 스위칭 작동을 위한 코일(coil1, coil2)들을 포함한다. 각 메인 릴레이(211, 212)는 코일(coil1, coil2)에 인가되는 전압에 따라 접점이 작동하여 개폐된다.
프리차지 저항(R2)은 복수의 메인 릴레이(211, 212) 중 어느 하나의 릴레이(212)와 병렬로 연결되어, 돌입 전류 흐름을 제한하기 위해 사용된다.
프리차지 저항(R2)은 저항값이 가변되는 가변 저항이다.
프리차지 저항(R2)은 온도에 따라 저항값이 가변되는 온도 가변 저항체인 PTC(Positive Temperature Coefficieny resistor) 소자일 수 있다. PTC 소자는 온도가 상승함에 따라 저항값이 증가하는 저항체이다.
한편, 도 3에서는 프리차지 저항(R2)이 PTC 소자인 경우를 예로 들어 도시하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니어서 프리차지 저항(R3)은 스텝 모터를 이용한 저항기구가 사용될 수도 있다.
배터리 팩(20)은 히팅 코일(221)과, 코일들(coil1, coil2, 221)에 대한 전압 공급을 제어하는 복수의 스위치(231, 232, 233) 및 제어기(240)를 포함할 수 있다.
제1 스위치(231)는 외부 전원(5)에 연결되는 입력단과, 제1 메인 릴레이(211)의 코일(coil1)에 연결되는 출력단을 포함한다. 제1 스위치(231)는 외부 전원(5)으로부터 인가되는 전압을 제1 메인 릴레이(211)로 전달하거나 차단한다.
제1 스위치(231)는 제어기(240)에 의해 스위칭이 제어된다.
제2 스위치(232)는 외부 전원(5)에 연결되는 입력단과, 제2 메인 릴레이(212)의 코일(coil2)에 연결되는 출력단을 포함한다. 제2 스위치(232)는 외부 전원(5)으로부터 인가되는 전압을 제2 메인 릴레이(212)로 전달하거나 차단한다.
제2 스위치(232)는 제어기(240)에 의해 스위칭이 제어된다.
제3 스위치(233)는 외부 전원(5)에 연결되는 입력단과, 히팅 코일(221)에 연결되는 출력단을 포함한다. 제3 스위치(233)는 외부 전원(5)으로부터 인가되는 전압을 히팅 코일(221)로 전달하거나 차단한다.
제3 스위치(233)는 제어기(240)에 의해 스위칭이 제어된다.
히팅 코일(221)은 프리차지 저항(R2)에 인접하게 위치하며, 제3 스위치(233)에 의해 전압이 전달되면 발열하여 프리차지 저항(R2)을 가열한다.
제어기(240)는 스위치들(231, 232, 233)을 제어하여 메인 릴레이들(211, 212)의 개폐와 프리차지 저항(R2)의 저항값을 제어한다.
도 4를 참조하면, 제어기(240)는 위한 프리차지가 요청됨에 따라, 제1 및 제3 스위치(231, 233)를 온하여 프리차지를 시작한다(S100).
제1 스위치(231)가 온 됨에 따라, 제1 메인 릴레이(211)의 코일(coil1)로 전압이 인가되고, 이로 인해 제1 메인 릴레이(211)가 닫힌다. 또한, 제3 스위치(233)가 온 됨에 따라, 히팅 코일(221)로 전류가 공급되어 히팅 코일(221)이 발열하고, 이로 인해 프리차지 저항(R2)의 저항값이 상승한다(S110).
한편, 제1 메인 릴레이(211)가 닫히면, 제1 메인 릴레이(211)와 프리차지 저항(R2)에 의해 형성되는 프리차지 경로를 통해, 부하(7) 측 캐패시터가 충전되는 프리차지가 수행된다(S120).
프리차지 저항(R2)로 사용되는 PTC 소자는, 돌입 전류가 흐를 경우 온도가 상승해 저항값이 증가한다. 따라서, 프리차지 저항(R2)는 프리차지 중 돌입 전류가 유입되더라도 저항값이 증가하여 부하(7) 측으로 전달되는 돌입 전류를 제한할 수 있다.
제어기(240)는 프리차지를 시작한 후(제1 스위치(231)가 온 된 후), 소정 시간(pre-charge intervel)이 경과하면, 제2 스위치(232)를 온 한다(S130).
이에 따라, 제2 메인 릴레이(212)의 코일(coil2)로 동작 전압이 공급되어 제2 메인 릴레이(212)가 닫힌다(S140). 제2 메인 릴레이(212)가 닫히면, 부하(7)는 제1 메인 릴레이(211)와 제2 메인 릴레이(212)에 의해 형성되는 대전류 경로를 통해 전원을 공급 받을 수 있다.
한편, 도 3에서는, 메인 릴레이(211, 212)와 히팅 코일(221)의 동작 전원으로 외부 전원(5)을 사용하는 경우를 예로 들어 도시하였으나, 본 발명은 이로 한정되는 것은 아니어서, 외부 전원(5)이 아닌 배터리(100)의 팩 전압을 메인 릴레이(211, 212)와 히팅 코일(221)의 동작 전원으로 공급할 수도 있다. 이 경우, 배터리(100)와 스위치들(231, 232, 233) 사이에는 고전압인 배터리(100)의 팩 전압을 저전압으로 변환하는 전압 컨버터(미도시)가 연결될 수 있다.
도 5는 또 다른 실시 예에 따른 배터리 팩을 개략적으로 도시한 것이다. 도 6은 또 다른 실시 예에 따른 배터리 팩의 돌입전류 제한 방법을 개략적으로 도시한 것이다.
도 5를 참조하면, 또 다른 실시 예에 따른 배터리 팩(30)은, 배터리(100), 복수의 메인 릴레이(311, 312), 가변저항(R3) 및 고전압 인터페이스(114)를 포함한다.
복수의 메인 릴레이(311, 312)는 배터리(100)의 양 단자와 고전압 인터페이스(114) 사이에 각각 연결되며, 배터리(100)와 고전압 인터페이스(114) 사이의 대전류 흐름을 제어한다.
복수의 메인 릴레이(311, 312)는 스위칭 작동을 위한 코일(coil1, coil2)들을 포함한다. 각 메인 릴레이(311, 312)는 코일(coil1, coil2)에 인가되는 전압에 따라 접점이 작동하여 개폐된다.
가변저항(R3)은 복수의 메인 릴레이(311, 312) 중 어느 하나의 릴레이(312)와 직렬로 연결되어, 돌입 전류 흐름을 제한하기 위해 사용된다.
가변저항(R3)은 저항값이 가변되는 가변 저항이다.
가변저항(R3)은 온도에 따라 저항값이 가변되는 PTC(Positive Temperature Coefficieny resistor) 소자일 수 있다. PTC 소자는 온도가 상승함에 따라 저항값이 증가하는 저항체이다.
한편, 도 5에서는 가변저항(R3)이 PTC 소자인 경우를 예로 들어 도시하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니어서 가변저항(R3)은 스텝 모터를 이용한 저항기구가 사용될 수도 있다.
배터리 팩(20)은 히팅 코일(321)과, 코일들(coil1, coil2, 321)에 대한 전압 공급을 제어하는 복수의 스위치(331, 332, 333) 및 제어기(340)를 포함할 수 있다.
제1 스위치(331)는 외부 전원(5)에 연결되는 입력단과, 제1 메인 릴레이(311)의 코일(coil1)에 연결되는 출력단을 포함한다. 제1 스위치(331)는 외부 전원(5)으로부터 인가되는 전압을 제1 메인 릴레이(311)로 전달하거나 차단한다.
제1 스위치(331)는 제어기(340)에 의해 스위칭이 제어된다.
제2 스위치(332)는 외부 전원(5)에 연결되는 입력단과, 제2 메인 릴레이(312)의 코일(coil2)에 연결되는 출력단을 포함한다. 제2 스위치(332)는 외부 전원(5)으로부터 인가되는 전압을 제2 메인 릴레이(312)로 전달하거나 차단한다.
제2 스위치(332)는 제어기(340)에 의해 스위칭이 제어된다.
제3 스위치(333)는 외부 전원(5)에 연결되는 입력단과, 히팅 코일(321)에 연결되는 출력단을 포함한다. 제3 스위치(333)는 외부 전원(5)으로부터 인가되는 전압을 히팅 코일(321)로 전달하거나 차단한다.
히팅 코일(321)는 제어기(340)에 의해 스위칭이 제어된다.
히팅 코일(321)은 가변저항(R3)에 인접하게 위치하며, 제3 스위치(333)에 의해 전압이 전달되면 발열하여 가변저항(R3)을 가열한다.
제어기(340)는 스위치들(331, 332, 333)을 제어하여 메인 릴레이들(311, 312)의 개폐와 가변저항(R3)의 저항값을 제어한다.
도 6을 참조하면, 제어기(340)는 제1 및 제3 스위치(331, 333)를 온한다 (S200).
제1 스위치(331)가 온 됨에 따라, 제1 메인 릴레이(311)의 코일(coil1)로 전압이 인가되고, 이로 인해 제1 메인 릴레이(311)가 닫힌다. 또한, 제3 스위치(333)가 온 됨에 따라, 히팅 코일(321)로 전류가 공급되어 히팅 코일(321)이 발열하고, 이로 인해 가변저항(R3)의 저항값이 상승한다(S210).
제어기(240)는 대전류 경로를 연결하기 이전에 돌입 전류 제한을 위한 가변저항(R3)의 저항값이 충분히 증가하도록, 제3 스위치(333)를 소정 시간 동안 온상태로 유지한다.
소정 시간 경과 후, 제어기(340)는 가변저항(R3)의 저항값이 목표치에 도달하였는지를 판정한다(S220).
상기 S220 단계에서, 제어기(340)는 가변저항(R3)의 저항값이 목표치에 도달한 경우, 제2 스위치(332)를 온 하고 제3 스위치(333)를 오프한다(S230).
이에 따라, 제2 메인 릴레이(312)의 코일(coil2)로 동작 전압이 공급되어 제2 메인 릴레이(312)가 닫힌다(S240). 제2 메인 릴레이(312)가 닫히면, 부하(7)는 제1 메인 릴레이(311)와 제2 메인 릴레이(312)에 의해 형성되는 대전류 경로를 통해 전원을 공급 받을 수 있다.
한편, 상기 S220 단계에서, 제어기(340)는 가변저항(R3)의 저항값이 목표치에 도달하지 못한 경우 이상 상황이 발생한 것으로 판정한다(S250).
한편, 도 5에서는, 메인 릴레이(311, 312)와 히팅 코일(321)의 동작 전원으로 외부 전원(5)을 사용하는 경우를 예로 들어 도시하였으나, 본 발명은 이로 한정되는 것은 아니어서, 외부 전원(5)이 아닌 배터리(100)의 팩 전압을 메인 릴레이(311, 312)와 히팅 코일(321)의 동작 전원으로 공급할 수도 있다. 이 경우, 배터리(100)와 스위치들(331, 332, 333) 사이에는 고전압인 배터리(100)의 팩 전압을 저전압으로 변환하는 전압 컨버터(미도시)가 연결될 수 있다.
전술한 실시 예들에 따르면 가변 스위치 또는 가변 저항을 이용하여 돌입 전류를 효과적으로 제거함으로써, 안전성을 확보하면서도 돌입 전류 제어를 단순화시키는 효과가 있다.
지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
5: 외부 전원
7: 부하
10, 20, 30: 배터리 팩
100: 배터리
111, 112, 211, 212, 311, 312: 메인 릴레이
113, 213: 프리차지 릴레이
114: 고전압 인터페이스
221, 321: 히팅 코일
121, 122, 231, 232, 233, 331, 332, 333: 스위치

Claims (9)

  1. 배터리,
    상기 배터리의 양 단자와 부하 사이에 각각 연결되는 제1 및 제2 메인 릴레이,
    서로 직렬 연결되는 프리차지 저항 및 프리차지 릴레이를 포함하며, 상기 제2 릴레이와 병렬 연결되는 프리차지 회로,
    전원과 상기 제1 메인 릴레이 사이에 연결되며, 상기 전원으로부터 공급되는 전압을 상기 제1 메인 릴레이로 전달하는 제1 스위치,
    상기 제1 스위치와, 상기 제2 메인 릴레이 및 상기 프리차지 릴레이 사이에 연결되며, 상기 제1 스위치를 통해 전달되는 전압을 상기 제2 메인 릴레이 또는 상기 프리차지 릴레이로 전달하는 제2 스위치,
    상기 제2 출력단과 상기 프리차지 릴레이 사이에 연결되는 제1 캐패시터, 및
    상기 제1 및 제2 스위치의 스위칭을 제어하는 제어기를 포함하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 스위치와 상기 제2 메인 릴레이 사이에 연결되는 제2 캐패시터를 더 포함하는 배터리 팩.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는 프리차지가 요청되면, 상기 제1 스위치를 온하고, 상기 제1 스위치가 상기 프리차지 릴레이와 도통하도록 상기 제2 스위치를 제어하는 배터리 팩.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제어기는 프리차지가 완료되면, 상기 제1 스위치가 상기 제2 메인 릴레이와 도통하도록 상기 제2 스위치를 제어하는 배터리 팩.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전원은 상기 배터리를 포함하며,
    상기 배터리의 팩 전압을 강압하여 상기 제1 스위치로 전달하는 전압 컨버터를 더 포함하는 배터리 팩.
  6. 배터리,
    상기 배터리의 양 단자와 부하 사이에 각각 연결되는 제1 및 제2 메인 릴레이,
    상기 제2 메인 릴레이와 병렬 연결되는 온도 가변 저항,
    상기 온도 가변 저항에 인접하게 배치되는 히팅 코일,
    전원과 상기 제1 및 제2 메인 릴레이 사이에 각각 연결되는 제1 및 제2 스위치,
    상기 전원과 상기 히팅 코일 사이에 연결되는 제3 스위치, 및
    상기 제1, 제2 및 제3 스위치의 온/오프를 제어하는 제어기를 포함하는 배터리 팩.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어기는 프리차지가 요청되면, 상기 제1 및 제3 스위치를 온 하고, 프리차지가 완료되면, 상기 제2 스위치를 온 하고 상기 제3 스위치를 오프하는 배터리 팩.
  8. 배터리,
    상기 배터리의 양 단자와 부하 사이에 각각 연결되는 제1 및 제2 메인 릴레이,
    상기 제2 메인 릴레이 상기 부하 사이에 직렬 연결되는 온도 가변 저항,
    상기 온도 가변 저항에 인접하게 배치되는 히팅 코일,
    전원과 상기 제1 및 제2 메인 릴레이 사이에 각각 연결되는 제1 및 제2 스위치,
    상기 전원과 상기 히팅 코일 사이에 연결되는 제3 스위치, 및
    상기 제1, 제2 및 제3 스위치의 온/오프를 제어하는 제어기를 포함하는 배터리 팩.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 제1 및 제3 스위치를 온 상태로 소정 시간 유지한 후, 상기 제2 스위치를 온 하고 상기 제3 스위치를 오프하는 배터리 팩.
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