KR20180135607A - Apparatus and method for preventing over-voltage - Google Patents

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Abstract

Disclosed are an overvoltage preventing apparatus and a battery pack including the same. According to one embodiment of the present invention, the overvoltage preventing apparatus prevents an overvoltage of a plurality of battery modules connected in series to each other between a first terminal and a second terminal of a battery pack and comprises a plurality of protection blocks provided to correspond to the plurality of battery modules in an one-to-one manner. The protection blocks individually include: a battery management unit configured to monitor a voltage of the battery modules and output a trigger signal when the voltage of the battery modules exceeds a predetermined reference voltage; a current interrupting device connected in series to the battery modules; a bypass unit connected in parallel to the battery modules and a serial connection circuit of the current interrupting device and configured to provide a bypass path in place of the battery modules in response to the trigger signal; and a discharge inducing unit connected in parallel to the battery modules, optically coupled to the bypass unit, and configured to provide, to the battery modules, a discharge path electrically independent of the bypass path while the bypass path is provided.

Description

과전압 방지 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR PREVENTING OVER-VOLTAGE}[0001] APPARATUS AND METHOD FOR PREVENTING OVER-VOLTAGE [0002]

본 발명은 과전압 방지 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 배터리팩에 포함되는 복수의 배터리 모듈을 과전압으로부터 개별적으로 보호하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an overvoltage prevention apparatus and method, and more particularly, to an apparatus and method for separately protecting a plurality of battery modules included in a battery pack from overvoltage.

최근, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 전기 자동차, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 배터리에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.2. Description of the Related Art In recent years, demand for portable electronic products such as notebook computers, video cameras, and portable telephones has rapidly increased, and electric vehicles, storage batteries for energy storage, robots, and satellites have been developed in earnest. Researches are being actively conducted.

현재 상용화된 배터리로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 배터리 등이 있는데, 이 중에서 리튬 배터리는 니켈 계열의 배터리에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.Currently, commercialized batteries include nickel-cadmium batteries, nickel-metal hydride batteries, nickel-zinc batteries, and lithium batteries. Among them, lithium batteries have little memory effect compared to nickel-based batteries, And is attracting attention because of its high energy density.

전기 자동차 등에 탑재되는 배터리 팩은 서로 직렬 또는 병렬로 연결되는 복수의 배터리 모듈을 포함하는 것이 일반적이다. 이때, 각 배터리 모듈은, 하나 또는 서로 직렬 접속된 둘 이상의 전지 셀을 포함한다. BACKGROUND ART [0002] A battery pack mounted on an electric vehicle or the like generally includes a plurality of battery modules connected to each other in series or in parallel. At this time, each battery module includes one or two or more battery cells connected in series with each other.

이러한 배터리 팩에 포함된 각각의 배터리 모듈의 상태는 BMS(Battery Management System)가 탑재된 컨트롤러에 의해 모니터링된다. 컨트롤러는 각 배터리 모듈로부터 모니터링된 상태를 기초로, 밸런싱 동작, 냉각 동작, 충전 동작, 방전 동작 등을 제어하기 위한 신호를 출력할 수 있다.The status of each battery module included in such a battery pack is monitored by a controller equipped with a battery management system (BMS). The controller can output a signal for controlling the balancing operation, the cooling operation, the charging operation, the discharging operation, and the like based on the monitored state from each battery module.

배터리 팩에 충전 전류가 공급됨에 따라, 각 배터리 모듈의 전압은 점차적으로 상승하여 과전압될 수 있다. 과전압으로 인해 배터리 모듈이 폭발하는 등의 위험 상황이 발생할 수 있는바, 이러한 과전압을 방지하기 위한 종래기술로서 특허문헌 1이 존재한다. 특허문헌 1에 따른 배터리 팩은 상기 배터리 모듈에 대응하는 배터리 및 전류 차단 장치를 포함하며, 배터리에 과전압이 발생하는 경우 전류 차단 장치가 배터리를 대전류 경로로부터 전기적으로 분리한다.As the charging current is supplied to the battery pack, the voltage of each battery module gradually rises to overvoltage. There is a possibility that a dangerous situation such as the explosion of the battery module due to the overvoltage may occur. As a prior art for preventing such overvoltage, Patent Document 1 exists. The battery pack according to Patent Document 1 includes a battery and a current cutoff device corresponding to the battery module. When an overvoltage occurs in the battery, the current cutoff device electrically separates the battery from the high current path.

그런데, 배터리의 과전압 시에 단순히 배터리를 대전류 경로로부터 전기적으로 분리해버릴 경우, 주요한 문제가 발생할 수 있다. 예를 들어, 전기 자동차에 탑재되는 배터리 팩의 배터리가 대전류 경로로부터 전기적으로 분리될 경우, 전기 자동차가 갑자기 정지하게 되는 위험이 있다.However, when the battery is simply disconnected from the large current path at the time of overvoltage of the battery, a major problem may arise. For example, there is a risk that the electric vehicle suddenly stops when the battery of the battery pack mounted in the electric vehicle is electrically disconnected from the high current path.

특허문헌 1: 대한민국 공개특허공보 제10-2014-0017043호(공개일자: 2014년 2월 11일)Patent Document 1: Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2014-0017043 (public date: February 11, 2014)

본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 배터리팩에 포함된 일부 배터리 모듈이 과전압 상태가 되는 경우, 과전압 상태가 된 각 배터리 모듈을 배터리팩의 대전류 경로로부터 전기적으로 분리할 수 있는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 즉, 충방전 전류가 과전압 상태인 일부 배터리 모듈을 바이패스하면서 과전압 상태가 아닌 나머지 배터리 모듈을 통해 흐르게 하고자 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been devised to solve the above problems and it is an object of the present invention to provide a battery pack which is capable of electrically separating each battery module that has become an overvoltage state from a large current path of a battery pack when some battery modules included in the battery pack become an overvoltage state And to provide a device having the same. That is, some battery modules whose charge / discharge current is in an overvoltage state should be bypassed while flowing through the remaining battery modules other than the overvoltage state.

또한, 배터리팩의 대전류 경로와는 전기적으로 독립된 방전 경로를 배터리팩의 대전류 경로로부터 전기적으로 분리된 각 배터리 모듈에게 제공함으로써, 과전압 상태인 배터리 모듈을 정상적인 상태로 유도할 수 있는 장치를 제공하고자 한다.Another object of the present invention is to provide a device capable of inducing an overvoltage state of a battery module to a normal state by providing a discharge path electrically independent of a high current path of the battery pack to each battery module electrically isolated from a large current path of the battery pack .

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 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.Other objects and advantages of the present invention will become apparent from the following description, and it will be understood by those skilled in the art that the present invention is not limited thereto. It is also to be understood that the objects and advantages of the invention may be realized and attained by means of the instrumentalities and combinations thereof.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다양한 실시예는 다음과 같다.Various embodiments of the present invention for achieving the above object are as follows.

본 발명의 일 측면에 따른 과전압 방지 장치는, 배터리 팩의 제1 단자와 제2 단자 사이에서 서로 직렬 접속된 복수의 배터리 모듈의 과전압을 방지하기 위한 것으로서, 상기 복수의 배터리 모듈에 일대일로 대응하도록 설치되는 복수의 보호 블록;을 포함한다. 상기 각 보호 블록은, 상기 배터리 모듈의 전압을 모니터링하고, 상기 배터리 모듈의 전압이 미리 정해진 기준 전압을 초과하는 경우 트리거 신호를 출력하도록 구성된 배터리 관리 유닛; 상기 배터리 모듈에 직렬 접속된 전류 차단 소자; 상기 배터리 모듈과 상기 전류 차단 소자의 직렬 접속 회로에 병렬 접속되고, 상기 트리거 신호에 응답하여 상기 배터리 모듈을 대신하는 바이패스 경로를 제공하도록 구성된 바이패스 유닛; 및 상기 배터리 모듈에 병렬 접속되고, 상기 바이패스 유닛에 광적으로 결합되어, 상기 바이패스 경로가 제공되어 있는 동안 상기 바이패스 경로와는 전기적으로 독립된 방전 경로를 상기 배터리 모듈에게 제공하도록 구성된 방전 유도 유닛;을 포함한다.The overvoltage prevention device according to one aspect of the present invention is for preventing overvoltage of a plurality of battery modules connected in series between the first terminal and the second terminal of the battery pack, And a plurality of protection blocks to be installed. Wherein each of the protection blocks monitors a voltage of the battery module and outputs a trigger signal when the voltage of the battery module exceeds a predetermined reference voltage; A current interrupting element connected in series to the battery module; A bypass unit connected in parallel to the series connection circuit of the battery module and the current cutoff device and configured to provide a bypass path in place of the battery module in response to the trigger signal; And a discharge induction unit connected in parallel to the battery module and optically coupled to the bypass unit to provide a discharge path electrically independent of the bypass path while the bypass path is provided to the battery module, Lt; / RTI >

또한, 상기 바이패스 유닛은, 턴 오프 상태에서 상기 트리거 신호에 응답하여 턴 온 상태로 동작하도록 구성된 바이패스 스위치; 및 상기 바이패스 스위치에 직렬 접속되고, 상기 바이패스 경로를 통해 흐르는 전류를 이용하여 광신호를 출력하도록 구성된 발광 회로;를 포함할 수 있다. 상기 방전 유도 유닛은, 상기 발광 회로에 광적으로 결합되어, 비도통 상태에서 상기 광신호에 응답하여 도통 상태로 동작하는 제1 수광 소자;를 포함할 수 있다.The bypass unit may further include a bypass switch configured to operate in a turn-on state in response to the trigger signal in a turn-off state; And a light emitting circuit connected in series to the bypass switch and configured to output an optical signal using a current flowing through the bypass path. The discharge induction unit may include a first light receiving element optically coupled to the light emitting circuit and operating in a conduction state in response to the optical signal in a non-conduction state.

또한, 상기 각 전류 차단 소자는, 상기 바이패스 스위치가 턴 온 상태로 동작함에 따라, 자신에게 흐르는 전류가 규정치를 초과하면 용단되도록 구성된 퓨즈일 수 있다.Each of the current cut-off devices may be a fuse configured to be fused when a current flowing to the bypass switch exceeds a predetermined value as the bypass switch operates in a turn-on state.

또한, 상기 방전 유도 유닛은, 상기 제1 수광 소자와 병렬로 접속되고, 상기 발광 회로에 광적으로 결합되어, 비도통 상태에서 상기 광신호에 응답하여 도통 상태로 동작하는 제2 수광 소자;를 더 포함할 수 있다.The discharge induction unit may further include a second light receiving element connected in parallel with the first light receiving element and optically coupled to the light emitting circuit to operate in a conduction state in response to the optical signal in a non- .

또한, 상기 제1 수광 소자와 상기 발광 회로 간의 거리는, 상기 제2 수광 소자와 상기 발광 회로 간의 거리와는 상이할 수 있다.The distance between the first light receiving element and the light emitting circuit may be different from the distance between the second light receiving element and the light emitting circuit.

또한, 상기 발광 회로는, 상기 제1 단자와 상기 제2 단자 중 어느 하나로부터 다른 하나로 흐르는 전류를 이용하여 광신호를 출력하도록 구성된 제1 발광 소자 스트링; 및 상기 제1 발광 소자에 역병렬 접속되는 제2 발광 소자 스트링;을 포함할 수 있다. The light emitting circuit may further include: a first light emitting device string configured to output an optical signal using a current flowing from one of the first terminal and the second terminal to the other; And a second light emitting device string connected in anti-parallel to the first light emitting device.

또한, 상기 발광 회로는, 제1 입력 노드, 제2 입력 노드, 제1 출력 노드 및 제2 출력 노드를 가지는 브릿지 다이오드 회로; 및 상기 제1 출력 노드 및 상기 제2 출력 노드의 사이에 접속되는 발광 소자;를 포함할 수 있다. 상기 제1 입력 노드 및 상기 제2 입력 노드는, 상기 직렬 접속 회로의 일단과 타단에 각각 접속될 수 있다.The light emitting circuit further includes: a bridge diode circuit having a first input node, a second input node, a first output node, and a second output node; And a light emitting element connected between the first output node and the second output node. The first input node and the second input node may be connected to one end and the other end of the series connection circuit, respectively.

또한, 상기 바이패스 유닛은, 상기 바이패스 스위치에 직렬 접속되는 부특성 서미스터;를 더 포함할 수 있다.The bypass unit may further include a negative temperature coefficient thermistor connected in series to the bypass switch.

본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 팩은, 상기 과전압 방지 장치;를 포함한다.The battery pack according to another aspect of the present invention includes the overvoltage prevention device.

본 발명의 실시예들에 따르면, 배터리팩에 포함된 일부 배터리 모듈이 과전압 상태가 되는 경우, 과전압 상태가 된 각 배터리 모듈을 배터리팩의 대전류 경로로부터 전기적으로 분리할 수 있다. 즉, 충전 전류 및/또는 방전 전류가 과전압 상태인 일부 배터리 모듈을 바이패스하면서 과전압 상태가 아닌 나머지 배터리 모듈을 통해 흐르게 할 수 있다. 이에 따라, 과전압 상태가 아닌 나머지 배터리 모듈을 충전 및/또는 방전시킬 수 있다.According to the embodiments of the present invention, when some of the battery modules included in the battery pack are in the overvoltage state, each of the battery modules that are in the overvoltage state can be electrically disconnected from the high current path of the battery pack. That is, some of the battery modules in which the charging current and / or the discharging current are in the overvoltage state can be bypassed while flowing through the remaining battery modules other than the overvoltage state. Thus, the remaining battery modules other than the overvoltage state can be charged and / or discharged.

또한, 배터리팩의 대전류 경로와는 전기적으로 독립된 방전 경로를 배터리팩의 대전류 경로로부터 전기적으로 분리된 각 배터리 모듈에게 제공함으로써, 과전압 상태인 배터리 모듈을 정상적인 상태로 유도할 수 있다. 이에 따라, 과전압 상태가 아닌 배터리 모듈의 충전 또는 방전이 진행되는 중에도, 과전압 상태인 배터리 모듈을 방전시킴으로써, 과전압 상태인 배터리 모듈로 인한 화재 등의 위험성을 저감할 수 있다.Further, by providing the discharge path electrically independent of the high current path of the battery pack to each battery module electrically isolated from the large current path of the battery pack, the overvoltage battery module can be brought to a normal state. Accordingly, by discharging the battery module in an overvoltage state even when charging or discharging of the battery module is not in the overvoltage state, the risk of fire due to the overvoltage battery module can be reduced.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.

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 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 개략적인 구성을 보여주는 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 배터리 팩에 대응하는 회로의 개략적인 구성도이다.
도 3 내지 도 5는 도 2에 도시된 바이패스 유닛의 다양한 구현예를 보여준다.
도 6 내지 도 8은 도 2에 도시된 방전 유도 유닛의 다양한 구현예를 보여주는 도면이다.
도 8 내지 도 10은 도 2에 도시된 회로의 동작을 설명하는 데에 참조되는 도면이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of the specification, illustrate preferred embodiments of the invention and, together with the description of the invention given below, serve to further the understanding of the technical idea of the invention. And should not be construed as limiting.
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a battery pack according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a circuit corresponding to the battery pack shown in FIG.
Figs. 3 to 5 show various implementations of the bypass unit shown in Fig.
6 to 8 are views showing various implementations of the discharge induction unit shown in Fig.
Figs. 8 to 10 are diagrams referred to for explaining the operation of the circuit shown in Fig. 2. Fig.

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 해석되어야 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor should appropriately interpret the concepts of the terms appropriately It should be construed as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be defined.

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. Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.

또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어들은, 다양한 구성요소들 중 어느 하나를 나머지와 구별하는 목적으로 사용되는 것이고, 그러한 용어들에 의해 구성요소들을 한정하기 위해 사용되는 것은 아니다.Terms including ordinals, such as first, second, etc., are used for the purpose of distinguishing one of the various components from the rest, and are not used to define components by such terms.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 <제어 유닛>과 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Throughout the specification, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements, not excluding other elements unless specifically stated otherwise. In addition, the term &quot; control unit &quot; as described in the specification means a unit for processing at least one function or operation, and may be implemented by hardware or software, or a combination of hardware and software.

덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "접속"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 접속"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 접속"되어 있는 경우도 포함한다.In addition, throughout the specification, when a part is referred to as being "connected" to another part, it is not limited to a case where it is directly connected to the other part, .

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩(1)의 개략적인 구성을 보여주는 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 배터리 팩(1)에 대응하는 회로의 개략적인 구성도이다.FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a battery pack 1 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a circuit corresponding to the battery pack 1 shown in FIG.

도 1을 참조하면, 배터리 팩(1)은 축전 장치(10) 및 과전압 방지 장치(30)를 포함한다. 축전 장치(10)는, N개의 배터리 모듈(20-1~20-N)을 포함한다. 여기서, N은 1 이상의 자연수로서, 배터리 팩(1)이 장착되는 대상에 의해 요구되는 전력량에 따라 적절히 결정될 수 있다. Referring to Fig. 1, the battery pack 1 includes a power storage device 10 and an overvoltage protection device 30. Fig. The power storage device 10 includes N battery modules 20-1 to 20-N. Here, N is a natural number equal to or greater than 1 and can be appropriately determined in accordance with the amount of electric power required by the object to which the battery pack 1 is mounted.

N개의 배터리 모듈(20-1~20-N)은, 서로 직렬 접속되고, 배터리 팩(1)의 대전류 경로 상에 설치된다. 상세히는, 각 배터리 모듈(20)은, 배터리 팩(1)의 제1 단자(P1)와 제2 단자(P2) 사이의 대전류 경로에 순차적으로 위치하는 복수의 노드 중 서로 인접한 두 노드 사이에 접속될 수 있다. The N battery modules 20-1 to 20-N are connected in series to each other, and are installed on the large current path of the battery pack 1. [ Specifically, each battery module 20 is connected between two adjacent nodes among a plurality of nodes sequentially positioned in a large current path between the first terminal P1 and the second terminal P2 of the battery pack 1 .

각 배터리 모듈(20)은, 적어도 하나의 배터리 셀(21)을 포함한다. 각 배터리 모듈(20)에 복수의 배터리 셀(21)이 포함된 경우, 이 중 어느 하나는 나머지 중 적어도 하나와 직렬 또는 병렬 접속될 수 있다. 또한, 각 배터리 모듈(20)은, 이에 포함되는 각 배터리 셀(21)을 적어도 부분적으로 커버하는 구조를 가지는 케이스(22)를 포함할 수 있다. 케이스(22)는, 효율적인 열 방출을 위해 금속 재질로 이루어질 수 있다.Each battery module (20) includes at least one battery cell (21). When each battery module 20 includes a plurality of battery cells 21, any one of them may be connected to at least one of the others in series or in parallel. Further, each battery module 20 may include a case 22 having a structure at least partially covering each battery cell 21 included therein. The case 22 may be made of a metal material for efficient heat dissipation.

과전압 방지 장치(30)는, 적어도 하나의 보호 블록(110)을 포함한다. 바람직하게는, 보호 블록(110)의 개수는, 축전 장치(10)에 포함되는 배터리 모듈(20)의 개수와 같다. 즉, N개의 배터리 모듈(20-1~20-N)에 일대일로 대응하도록 설치되는 N개의 보호 블록(110-1~110-N)이 과전압 방지 장치(30)에 포함될 수 있다.The overvoltage protection device (30) includes at least one protection block (110). Preferably, the number of the protection blocks 110 is equal to the number of the battery modules 20 included in the power storage device 10. That is, the N protection blocks 110-1 to 110-N provided in a one-to-one correspondence with the N battery modules 20-1 to 20-N may be included in the overvoltage protection device 30. [

각 보호 블록(110)은, 배터리 관리 유닛(BMU, 210), 전류 차단 소자(220), 바이패스 유닛(230) 및 방전 유도 유닛(240)을 포함한다.Each protection block 110 includes a battery management unit (BMU) 210, a current blocking element 220, a bypass unit 230, and a discharge induction unit 240.

BMU(210)는, 하드웨어적으로, ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다. The BMU 210 may be implemented in hardware as application specific integrated circuits (ASICs), digital signal processors (DSPs), digital signal processing devices (DSPDs), programmable logic devices (PLDs), field programmable gate arrays (FPGAs) microprocessors, and other electronic units for performing other functions.

BMU(210)는, 전류 차단 소자(220), 바이패스 유닛(230) 및/또는 방전 유도 유닛(240)과 통신 가능하게 연결되어, 이들의 동작을 전반적으로 제어한다. 여기서, 서로 다른 두 구성요소가 통신 가능하게 연결된다는 것은, 어느 한 구성요소가 다른 구성요소에게 신호나 데이터를 전송할 수 있도록 유선 및/또는 무선을 통해 연결된다는 것일 의미할 수 있다. The BMU 210 is communicatively coupled to the current cut-off device 220, the bypass unit 230 and / or the discharge induction unit 240 to control their operation as a whole. Here, the fact that two different components are communicatively connected means that one component is connected through wired and / or wireless so as to transmit signals or data to another component.

각 BMU(210)는, N개의 배터리 모듈(20-1~20-N) 중 자신이 관리하는 어느 한 배터리 모듈(20)에 대한 과전압 방지 동작을 실행하도록 구성된다. 특히, BMU(210)는, 자신에게 내장된 전압 센서(211)를 이용하여, 자신이 관리하는 어느 한 배터리 모듈(20) 양단의 전압을 모니터링한다.Each BMU 210 is configured to perform an overvoltage protection operation for any of the battery modules 20 managed by the N battery modules 20-1 to 20-N. In particular, the BMU 210 monitors the voltage across a battery module 20 managed by the BMU 210 using the voltage sensor 211 built therein.

또한, BMU(210)는 모니터링되는 전압과 미리 정해진 기준 전압 간의 비교 결과를 기초로, 바이패스 유닛(230) 및/또는 전류 차단 소자(220)를 제어하기 위한 제어 신호를 출력한다. 각 BMU(210)는 모니터링된 배터리 모듈(20)의 전압이 기준 전압을 초과하는 경우, 트리거 신호를 바이패스 유닛(230)에게 출력한다.In addition, the BMU 210 outputs a control signal for controlling the bypass unit 230 and / or the current cut-off device 220 based on the comparison result between the monitored voltage and the predetermined reference voltage. Each BMU 210 outputs a trigger signal to the bypass unit 230 when the voltage of the monitored battery module 20 exceeds the reference voltage.

BMU(210)로부터의 트리거 신호에 따라, 바이패스 유닛(230)은 배터리 모듈(20)에게 바이패스 경로를 제공하거나, 기 제공된 바이패스 경로를 제거할 수 있다. 선택적으로, BMU(210)로부터의 제어 신호에 따라, 전류 차단 소자(220)는 각 배터리 모듈(20)을 대전류 경로로부터 전기적으로 분리할 수 있다.In accordance with the trigger signal from the BMU 210, the bypass unit 230 may provide a bypass path to the battery module 20, or may remove the provided bypass path. Alternatively, in accordance with the control signal from BMU 210, current interrupting element 220 can electrically disconnect each battery module 20 from the large current path.

전류 차단 소자(220)는, 대전류 경로 내에서 배터리 모듈(20)과 직렬 접속된다. 전류 차단 소자(220)는, BMU(210)의 명령 또는 규정치를 초과하는 전류에 의해, 배터리 모듈(20)을 배터리 팩(1)으로부터 전기적으로 분리 가능하게 구성된다. 즉, 전류 차단 소자(220)는, 대전류 경로로부터 배터리 모듈(20)을 일시적 또는 영구적으로 전기적으로 분리한다. The current interrupting element 220 is connected in series with the battery module 20 in the large current path. The current interrupting element 220 is configured such that the battery module 20 can be electrically disconnected from the battery pack 1 by a current exceeding a command or a specified value of the BMU 210. [ That is, the current interrupting element 220 electrically or electrically disconnects the battery module 20 from the large current path temporarily or permanently.

바이패스 유닛(230)은, BMU(210)로부터의 트리거 신호에 응답하여, 배터리 모듈(20)을 대신하여 대전류 경로를 구성하는 바이패스 경로를 제공하도록 구성된다. The bypass unit 230 is configured to provide a bypass path constituting a large current path in place of the battery module 20 in response to a trigger signal from the BMU 210. [

구체적으로, 바이패스 유닛(230)은, 배터리 모듈(20)과 전류 차단 소자(220)의 직렬 접속 회로에 병렬 접속된다. 바이패스 유닛(230)은, 바이패스 스위치(231) 및 발광 회로(232)를 포함한다. 바이패스 스위치(231)는, 릴레이나 MOSFET 등과 같이 외부로부터의 신호에 응답하여 온오프 제어 가능한 것이라면 무방하다. Specifically, the bypass unit 230 is connected in parallel to the series connection circuit of the battery module 20 and the current cut-off device 220. The bypass unit 230 includes a bypass switch 231 and a light emitting circuit 232. The bypass switch 231 may be a relay, a MOSFET, or the like so long as it is capable of ON / OFF control in response to an external signal.

바이패스 스위치(231)가 턴 오프 상태로 동작하는 동안에는, 배터리 모듈(20)에게 바이패스 경로가 제공되지 않는다. 반면, BMU(210)로부터의 트리거 신호에 의해 바이패스 스위치(231)가 턴 온 상태로 동작하는 동안에는, 배터리 모듈(20)에게 바이패스 경로가 제공된다. The bypass path is not provided to the battery module 20 while the bypass switch 231 is operated in the turn-off state. On the other hand, while the bypass switch 231 is turned on by the trigger signal from the BMU 210, the battery module 20 is provided with a bypass path.

바이패스 유닛(230)에 의해 제공되는 바이패스 경로를 통해, 배터리 팩(1)의 충전 전류 또는 방전 전류의 일부 또는 전부가 흐르게 된다. 즉, 배터리 모듈(20)에게 바이패스 경로가 제공되는 동안에는, 충전 전류 또는 방전 전류가 발광 회로(232)에 흐를 수 있다. 발광 회로(232)는, 충전 전류 및/또는 방전 전류를 빛으로 전환할 수 있다. 즉, 발광 회로(232)는, 충전 전류 및/또는 방전 전류를 이용하여 광신호를 출력할 수 있다. 광신호의 세기는 충전 전류 및/또는 방전 전류의 크기에 대응할 수 있다는 것은 당업자에게 자명하다.Some or all of the charging current or the discharging current of the battery pack 1 flows through the bypass path provided by the bypass unit 230. [ That is, while the bypass path is provided to the battery module 20, the charging current or the discharging current may flow to the light emitting circuit 232. The light emitting circuit 232 can switch the charge current and / or the discharge current to light. That is, the light emitting circuit 232 can output the optical signal using the charge current and / or the discharge current. It is apparent to those skilled in the art that the intensity of the optical signal can correspond to the magnitude of the charge current and / or the discharge current.

일 구현예에서, 전류 차단 소자(220)는 도 2와 같이 퓨즈일 수 있다. 이 경우, 전류 차단 소자(220)는, 자신에게 흐르는 전류가 규정치를 초과하면 용단되도록 구성된다. 규정치는, 기준 전압과 발광 회로(232)의 저항값에 따라 미리 정해지는 것일 수 있다. 예컨대, 발광 회로(232)의 저항값이 충분히 작게 제작된 경우, 바이패스 스위치(231)가 턴 오프 상태에서 턴 온 상태로 전환되는 시점부터 매우 짧은 시간 동안에는 배터리 모듈(20)의 전압에 의해 전류 차단 소자(220)에 규정치를 초과하는 전류가 흐르게 된다. 이에 따라, 전류 차단 소자(220)가 용단되어, 배터리 모듈(20)은 대전류 경로로부터 전기적으로 제거된다. 배터리 모듈(20)이 대전류 경로로부터 제거된 이후에는, 충전 전류 또는 방전 전류는 배터리 모듈(20) 대신 바이패스 유닛(230)을 통해 흐르게 된다.In one embodiment, the current interruption element 220 may be a fuse as shown in FIG. In this case, the current blocking element 220 is configured to be fused when the current flowing to the current blocking element 220 exceeds a specified value. The prescribed value may be predetermined in accordance with the reference voltage and the resistance value of the light emitting circuit 232. For example, when the resistance value of the light emitting circuit 232 is made sufficiently small, the voltage of the battery module 20 can be changed to a low level by the voltage of the battery module 20 from the time when the bypass switch 231 is switched from the turn- A current exceeding a predetermined value flows through the blocking element 220. [ As a result, the current interruption element 220 is fused, and the battery module 20 is electrically removed from the large current path. After the battery module 20 is removed from the large current path, the charging current or the discharging current flows through the bypass unit 230 instead of the battery module 20. [

다른 구현예에서, 도 2에 도시된 바와는 달리, 전류 차단 소자(220)는 BMU(210)에 의해 제어 가능한 스위치일 수 있다. 이 경우, 전류 차단 소자(220)는, BMU(210)에 의해 바이패스 스위치(231)와 반대로 동작할 수 있다. 예컨데, 바이패스 스위치(231)가 턴 오프 상태인 동안에 전류 차단 소자(220)는 턴 온 상태로 동작하는 반면, 바이패스 스위치(231)가 턴 온 상태인 동안에는 전류 차단 소자(220)가 턴 오프 상태로 동작할 수 있다. In other implementations, unlike that shown in FIG. 2, the current interruption element 220 may be a switch controllable by the BMU 210. In this case, the current interruption element 220 can be operated by the BMU 210 in the reverse direction to the bypass switch 231. [ For example, while the bypass switch 231 is in the turn-off state, the current cut-off device 220 operates in the turn-on state, while the bypass switch 231 is in the turn- Lt; / RTI &gt;

방전 유도 유닛(240)은, 배터리 모듈(20)에 병렬 접속된다. 따라서, 배터리 모듈(20)이 전류 차단 소자(220)에 의해 대전류 경로로부터 전기적으로 분리되는 경우, 방전 유도 유닛(240) 역시 대전류 경로로부터 전기적으로 분리된다.The discharge induction unit 240 is connected to the battery module 20 in parallel. Therefore, when the battery module 20 is electrically disconnected from the high current path by the current interruption element 220, the discharge induction unit 240 is also electrically disconnected from the high current path.

방전 유도 유닛(240)은, 배터리 모듈(20)에게 바이패스 경로가 제공되어 있는 동안에 특정 조건이 만족되면, 바이패스 경로와는 전기적으로 독립된 방전 경로를 배터리 모듈(20)에게 제공하도록 구성된다.The discharge induction unit 240 is configured to provide the battery module 20 with a discharge path that is electrically independent of the bypass path when the battery module 20 is provided with a bypass path and a specific condition is satisfied.

이를 위해, 방전 유도 유닛(240)은, 바이패스 유닛(230)의 발광 회로(232)에 광적으로 결합(optically coupled)될 수 있는 적어도 하나의 수광 소자(도 6, 241)를 포함한다. 각 수광 소자(241)는, 발광 회로(232)로부터의 광신호에 응답하여, 비도통 상태로부터 도통 상태로 전환될 수 있다. 즉, 수광 소자(241)는 광신호의 세기가 소정치 미만인 경우에는 비도통 상태로 동작하고, 광신호의 세기가 소정치 이상인 경우에는 도통 상태로 동작할 수 있다.To this end, the discharge induction unit 240 includes at least one light receiving element (FIGS. 6 and 241) that can be optically coupled to the light emitting circuit 232 of the bypass unit 230. Each light receiving element 241 can be switched from the non-conducting state to the conducting state in response to the optical signal from the light emitting circuit 232. That is, the light receiving element 241 operates in a non-conduction state when the intensity of the optical signal is less than a predetermined value, and in a conduction state when the intensity of the optical signal is not less than a predetermined value.

수광 소자(241)가 비도통 상태로 동작하는 동안에는 배터리 모듈(20)에 대한 방전 경로의 제공이 중단되는 반면, 수광 소자(241)가 도통 상태로 동작하는 동안에는 배터리 모듈(20)에 대한 방전 경로가 제공된다.The discharge path for the battery module 20 is stopped while the light receiving element 241 is operating in the nonconductive state while the discharge path for the battery module 20 is stopped while the light receiving element 241 is operated in the conductive state, Is provided.

도 3 내지 도 5는 도 2에 도시된 바이패스 유닛(230)의 다양한 구현예를 보여준다.3 to 5 show various implementations of the bypass unit 230 shown in FIG.

우선 도 3을 참조하면, 바이패스 유닛(230)의 발광 회로(232)는 제1 발광 소자 스트링(233a) 및 제2 발광 소자 스트링(233b)을 포함할 수 있다. 제1 발광 소자 스트링(233a)은 하나 또는 서로 직렬 접속되는 둘 이상의 발광 소자(DL)를 포함한다. 제2 발광 소자 스트링(233b) 역시 하나 또는 서로 직렬 접속되는 둘 이상의 발광 소자를 포함한다. 제2 발광 소자 스트링(233b)은, 제1 발광 소자 스트링(233a)에 역병렬 접속된다.3, the light emitting circuit 232 of the bypass unit 230 may include a first light emitting element string 233a and a second light emitting element string 233b. The first light emitting element string 233a includes one or two or more light emitting elements D L connected in series with each other. The second light emitting element string 233b also includes two or more light emitting elements connected in series or in series with each other. The second light emitting element string 233b is connected in antiparallel to the first light emitting element string 233a.

제1 발광 소자 스트링(233a)은, 제1 단자(P1)로부터 제2 단자(P2)로 흐르는 전류인 충전 전류를 이용하여 광신호를 출력하도록 구성된다. 이와 대조적으로, 제2 발광 소자 스트링(233b)은, 제2 단자(P2)로부터 제1 단자(P1)로 흐르는 전류인 방전 전류를 이용하여 광신호를 출력하도록 구성된다.The first light emitting element string 233a is configured to output an optical signal using a charge current which is a current flowing from the first terminal P1 to the second terminal P2. In contrast, the second light emitting element string 233b is configured to output an optical signal using a discharge current, which is a current flowing from the second terminal P2 to the first terminal P1.

제1 발광 소자 스트링(233a) 또는 제2 발광 스티링(233b)으로부터 광신호가 출력되는 동안, 방전 유도 유닛(240)에 의해 배터리 모듈(20)의 방전이 진행될 수 있다. 즉, 제1 발광 소자 스트링(233a)을 통해 충전 전류가 흐르거나 제2 발광 소자 스트링(233b)을 통해 방전 전류가 흐르게 되면, 대전류 경로로부터 전기적으로 분리되어 있는 배터리 모듈(20)의 양단의 전압이 점차적으로 낮아지게 된다.The discharge of the battery module 20 can be advanced by the discharge induction unit 240 while the optical signal is output from the first light emitting element string 233a or the second light emitting stitch 233b. That is, when a charging current flows through the first light emitting element string 233a or a discharging current flows through the second light emitting element string 233b, the voltage at both ends of the battery module 20 electrically isolated from the large current path Is gradually lowered.

도 4를 참조하면, 바이패스 유닛(230)의 발광 회로(232)는 제3 발광 소자 스트링(233c) 및 브릿지 다이오드 회로(234)를 포함할 수 있다. 제3 발광 소자 스트링(233c)은 하나 또는 서로 직렬 접속되는 둘 이상의 발광 소자(DL)를 포함한다. Referring to FIG. 4, the light emitting circuit 232 of the bypass unit 230 may include a third light emitting device string 233c and a bridge diode circuit 234. The third luminous element string 233c includes one or two or more luminous means D L connected in series with each other.

브릿지 다이오드 회로(234)는, 전파 정류기(full wave rectifier)를 구현하는 4개의 다이오드(DB)를 포함한다. 또한, 브릿지 다이오드 회로는, 4개의 다이오드가 상호 접속되는 4개의 노드인 제1 입력 노드(N1), 제2 입력 노드(N2), 제1 출력 노드(N3) 및 제2 출력 노드(N4)를 가진다.The bridge diode circuit 234 includes four diodes D B that implement a full wave rectifier. The bridge diode circuit includes a first input node N1, a second input node N2, a first output node N3, and a second output node N4, which are four nodes to which four diodes are mutually connected, I have.

제1 입력 노드(N1)와 제2 입력 노드(N2)는, 배터리 모듈(20)과 전류 차단 소자(220)의 직렬 접속 회로의 일단과 타단에 각각 접속된다. 또한, 제1 출력 노드(N3) 및 제2 출력 노드(N4)는, 제3 발광 소자 스트링(233c)의 양극과 음극에 각각 접속된다.The first input node N1 and the second input node N2 are connected to one end and the other end of the series connection circuit of the battery module 20 and the current cutoff element 220, respectively. The first output node N3 and the second output node N4 are connected to the positive electrode and the negative electrode of the third light emitting element string 233c, respectively.

브릿지 다이오드 회로는, 제1 입력 노드(N1)와 제2 입력 노드(N2) 사이에 인가되는 전원을 정류하고, 정류된 전원이 제1 출력 노드(N3) 및 제2 출력 노드(N4)를 통해 제3 발광 소자 스트링(233c)에게 출력된다. 따라서, 배터리 팩(1)의 제1 단자(P1)와 제2 단자(P2)를 통해 흐르는 전류의 방향과는 무관하게, 제3 발광 소자 스트링(233c)에는 순방향의 전류만이 흐르게 되어 제3 발광 소자 스트링(233c)이 광신호를 출력할 수 있다.The bridge diode circuit rectifies the power applied between the first input node N1 and the second input node N2 and supplies the rectified power to the first output node N3 and the second output node N4 And is output to the third light emitting element string 233c. Therefore, regardless of the direction of the current flowing through the first terminal P1 and the second terminal P2 of the battery pack 1, only the forward current flows through the third light emitting element string 233c, The light emitting element string 233c can output an optical signal.

제3 발광 소자 스트링(233c)으로부터 광신호가 출력되는 동안, 방전 유도 유닛(240)에 의해 배터리 모듈(20)의 방전이 진행될 수 있다.The discharge of the battery module 20 can be advanced by the discharge induction unit 240 while the optical signal is output from the third luminous element string 233c.

도 5를 참조하면, 바이패스 유닛(230)은 바이패스 스위치(231) 및 발광 회로(232)와 함께 부특성 서미스터(235)를 더 포함할 수 있다. 부특성 서미스터(235)는 바이패스 스위치(231) 및 발광 회로(232)에 직렬 접속될 수 있다. 5, the bypass unit 230 may further include an extra-characteristic thermistor 235 together with the bypass switch 231 and the light-emitting circuit 232. The negative temperature coefficient thermistor 235 may be connected in series to the bypass switch 231 and the light emitting circuit 232.

부특성 서미스터(235)는, 온도가 증가함에 따라 저항값이 감소하는 특성을 가지는 저항체로서, NTC로 약칭될 수 있다. 배터리 모듈(20)은 충전이 진행될수록 그 온도가 높아지는 경향을 가진다. 따라서, 부특성 서미스터(235)는 바이패스 스위치(231) 및 발광 회로(232)보다 배터리 모듈(20)에 상대적으로 가깝게 배치되는 것이 좋다.The negative temperature coefficient thermistor 235 is a resistor having a characteristic in which the resistance value decreases as the temperature increases, and may be abbreviated as NTC. The battery module 20 tends to have a higher temperature as the charging progresses. Therefore, it is preferable that the negative temperature coefficient thermistor 235 is disposed closer to the battery module 20 than the bypass switch 231 and the light emitting circuit 232.

제1 단자(P1)와 제2 단자(P2)의 전위차가 일정하면서 바이패스 스위치(231)가 턴 온 상태로 유지되는 상황을 가정해보자. 배터리 모듈(20)의 발열에 의해 부특성 서미스터(235)의 온도가 높아짐에 따라, 부특성 서미스터(235)의 저항값은 작아지므로, 발광 회로(232)를 통해 흐르는 전류의 크기가 커진다. 다시 말해, 배터리 모듈(20)의 발열량이 많을수록, 발광 회로(232)에 의해 출력되는 광신호의 세기는 증가한다. 후술하겠지만, 광신호의 세기가 증가할수록, 발광 회로(232)에 광적 결합된 방전 유도 유닛(240)의 수광 회로를 통해 흐르는 전류는 증가할 수 있다.Assume that the bypass switch 231 is kept turned on while the potential difference between the first terminal P1 and the second terminal P2 is constant. As the temperature of the negative temperature coefficient thermistor 235 increases due to the heat generation of the battery module 20, the resistance value of the negative temperature coefficient thermistor 235 becomes small, so that the magnitude of the current flowing through the light emitting circuit 232 becomes large. In other words, the greater the amount of heat generated by the battery module 20, the greater the intensity of the optical signal output by the light emitting circuit 232. As described later, the current flowing through the light receiving circuit of the discharge induction unit 240 optically coupled to the light emitting circuit 232 can increase as the intensity of the optical signal increases.

도 6 내지 도 8은 도 2에 도시된 방전 유도 유닛(240)의 다양한 구현예를 보여주는 도면이다.6 to 8 are diagrams showing various implementations of the discharge induction unit 240 shown in FIG.

도 6을 참조하면, 방전 유도 유닛(240)은 제1 수광 소자(241a)를 포함할 수 있다. 선택적으로, 방전 유도 유닛(240)은 제1 수광 소자(241a)에 직렬 접속되는 제1 저항 소자(242a)를 더 포함할 수 있다. 제1 저항 소자(242a)는, 제1 수광 소자(241a)를 통해 흐르는 전류의 크기를 제한하는 역할을 담당한다.Referring to FIG. 6, the discharge induction unit 240 may include a first light receiving element 241a. Alternatively, the discharge induction unit 240 may further include a first resistance element 242a connected in series to the first light-receiving element 241a. The first resistance element 242a serves to limit the magnitude of the current flowing through the first light receiving element 241a.

제1 수광 소자(241a)는, 발광 회로(232)에 광적 결합된다. 즉, 제1 수광 소자(241a)는, 평상시에는 비도통 상태인데, 발광 회로(232)로부터의 광신호에 응답하여 도통 상태로 동작할 수 있다. 즉, 제1 수광 소자(241a)는, 빛 에너지를 전기 에너지로 변환하도록 구성된다. 바람직하게는, 제1 수광 소자(241a)는, 자신에게 전달되는 광신호의 세기가 제1 세기에 도달한 때부터 도통 상태로 동작할 수 있다. The first light receiving element 241a is optically coupled to the light emitting circuit 232. That is, the first light-receiving element 241a is in a non-conduction state at normal times, and can operate in a conduction state in response to an optical signal from the light- That is, the first light receiving element 241a is configured to convert light energy into electric energy. Preferably, the first light receiving element 241a can operate in a conduction state from when the intensity of the optical signal transmitted to the first light receiving element 241a reaches the first intensity.

제1 수광 소자(241a)가 도통 상태에서 동작하는 동안, 배터리 모듈(20)에게 방전 경로가 제공된다. 도통 상태에서 동작하는 제1 수광 소자(241a)에 의해 배터리 모듈(20)에 저장된 에너지가 소모됨에 따라, 배터리 모듈(20)의 양단의 전압은 서서히 낮아지게 된다.A discharge path is provided to the battery module 20 while the first light receiving element 241a is operated in the conduction state. As the energy stored in the battery module 20 is consumed by the first light receiving element 241a operating in the conduction state, the voltage across the battery module 20 gradually decreases.

도 7을 참조하면, 방전 유도 유닛(240)은 제2 수광 소자(241b)를 더 포함할 수 있다. 선택적으로, 방전 유도 유닛(240)은 제2 수광 소자(241b)에 직렬 접속되는 제2 저항 소자(242b)를 더 포함할 수 있다. 제2 저항 소자(242b)는, 제2 수광 소자(241b)를 통해 흐르는 전류의 크기를 제한하는 역할을 담당한다.Referring to FIG. 7, the discharge induction unit 240 may further include a second light receiving element 241b. Alternatively, the discharge induction unit 240 may further include a second resistance element 242b connected in series to the second light-receiving element 241b. The second resistance element 242b serves to limit the magnitude of the current flowing through the second light receiving element 241b.

제2 수광 소자(241b)는, 제1 수광 소자(241a)에 병렬 접속되며, 제1 수광 소자(241a)와 마찬가지로 발광 회로(232)에 광적으로 결합된다. 제2 수광 소자(241b)는, 자신에게 전달되는 광신호의 세기가 제2 세기에 도달한 때부터 도통 상태로 동작할 수 있다. The second light receiving element 241b is connected in parallel to the first light receiving element 241a and is optically coupled to the light emitting circuit 232 like the first light receiving element 241a. The second light receiving element 241b can operate in a conduction state from the time when the intensity of the optical signal transmitted to the second light receiving element 241b reaches the second intensity.

제1 수광 소자(241a)와 발광 회로(232) 간의 거리는, 제2 수광 소자(241b)와 발광 회로(232) 간의 거리와는 상이할 수 있다. The distance between the first light receiving element 241a and the light emitting circuit 232 may be different from the distance between the second light receiving element 241b and the light emitting circuit 232. [

제1 수광 소자(241a)가 제2 수광 소자(241b)보다 발광 회로(232)에 가깝게 위치한다고 가정해보자. 만약, 제1 수광 소자(241a)에게 전달되는 광신호의 세기가 제1 세기 이상하고 제2 수광 소자(241b)에게 전달되는 광신호의 세기가 제2 세기 미만이라면, 제1 수광 소자(241a)만이 배터리 모듈(20)에게 방전 경로를 제공할 것이다. 반면, 제2 수광 소자(241b)에게 전달되는 광신호의 세기가 제2 세기 이상이라면, 제1 수광 소자(241a)는 물론 제2 수광 소자(241b)도 배터리 모듈(20)에게 방전 경로를 제공할 것이다. Assume that the first light receiving element 241a is located closer to the light emitting circuit 232 than the second light receiving element 241b. If the intensity of the optical signal transmitted to the first light receiving element 241a is greater than the first intensity and the intensity of the optical signal transmitted to the second light receiving element 241b is less than the second intensity, Only the battery module 20 will provide a discharge path. On the other hand, when the intensity of the optical signal transmitted to the second light receiving element 241b is equal to or greater than the second intensity, the second light receiving element 241b as well as the first light receiving element 241a provides a discharge path to the battery module 20 something to do.

이에 따르면, 바이패스 경로를 통해 흐르는 전류가 크지 않은 상황에서는 제1 수광 소자(241a)에 의해서만 배터리 모듈(20)이 방전되고, 바이패스 경로를 통해 흐르는 전류가 일정 레벨을 넘어서는 상황에서는 제2 수광 소자(241b)에 의해서도 배터리 모듈(20)의 방전이 이루어질 수 있다. 결과적으로, 충전 전류 또는 방전 전류의 크기에 따라, 배터리 모듈(20)의 방전이 이루어지는 속도가 자동적으로 조절될 수 있다.According to this, in a situation where the current flowing through the bypass path is not large, the battery module 20 is discharged only by the first light receiving element 241a, and when the current flowing through the bypass path exceeds a certain level, The battery module 20 can be discharged by the element 241b. As a result, depending on the magnitude of the charging current or the discharging current, the speed at which the battery module 20 is discharged can be automatically adjusted.

도 8 내지 도 10은 도 2에 도시된 회로의 동작을 설명하는 데에 참조되는 도면이다. 설명의 편의를 위해, 전류 차단 소자(220)는 퓨즈라고 가정하겠다.Figs. 8 to 10 are diagrams referred to for explaining the operation of the circuit shown in Fig. 2. Fig. For convenience of explanation, it is assumed that the current blocking element 220 is a fuse.

도 8은 축전 장치(10)에 포함된 N개의 배터리 모듈(20-1~20-N) 모두가 과전압 상태가 아닌 경우를 예시한다. 이 경우, 모든 보호 블록(110-1~110-N)의 BMU(210)는 트리거 신호를 출력하지 않으므로, 바이패스 스위치(231)는 턴 오프 상태로 동작한다. 이에 따라, 축전 장치(10)에 포함된 단 하나의 배터리 모듈(20)도 대전류 경로로부터 전기적으로 제거되지 않으며, 배터리 팩(1) 내에는 단 하나의 바이패스 경로도 존재하지 않게 않는다. 따라서, 점선 경로(800)를 따라, 모든 배터리 모듈(20)을 통해 충전 전류 또는 방전 전류가 흐를 수 있다.8 illustrates a case where all of the N battery modules 20-1 to 20-N included in the power storage device 10 are not in the overvoltage state. In this case, since the BMU 210 of all the protection blocks 110-1 to 110-N does not output the trigger signal, the bypass switch 231 operates in the turn-off state. Thereby, only one battery module 20 included in the power storage device 10 is not electrically removed from the large current path, and there is not a single bypass path in the battery pack 1. Thus, along the dashed path 800, charge currents or discharge currents can flow through all the battery modules 20.

도 9는 축전 장치(10)에 포함된 N개의 배터리 모듈(20-1~20-N) 중 일부가 과전압 상태가 된 경우를 예시한다. 이해를 돕기 위해, N개의 배터리 모듈(20-1~20-N) 중 최고전위에 해당하는 가장 상단의 배터리 모듈(20-1)만이 과전압 상태가 된 것으로 가정하겠다. 이 경우, 배터리 모듈(20-1)에 대응하여 설치된 보호 블록(110-1)의 BMU(210)만이 트리거 신호를 출력하므로, 보호 블록(110-1)의 바이패스 스위치(231)는 턴 온 상태로 동작한다. 보호 블록(110-1)의 바이패스 스위치(231)가 턴 온 상태가 된 때부터 매우 짧은 시간 동안에, 보호 블록(110-1)의 전류 차단 소자(220)에 과도한 전류(IOV)가 순간적으로 유입되어 보호 블록(110-1)의 전류 차단 소자(220)는 용단되고, 이로 인해 배터리 모듈(20-1)은 대전류 경로로부터 전기적으로 분리된다.9 illustrates a case where a part of the N battery modules 20-1 to 20-N included in the power storage device 10 is in an overvoltage state. For the sake of understanding, it is assumed that only the uppermost battery module 20-1 corresponding to the highest potential among the N battery modules 20-1 to 20-N is in an overvoltage state. In this case, only the BMU 210 of the protection block 110-1 provided corresponding to the battery module 20-1 outputs the trigger signal, so that the bypass switch 231 of the protection block 110-1 is turned on Lt; / RTI &gt; An excessive current I OV is instantaneously applied to the current blocking element 220 of the protection block 110-1 for a very short period of time from when the bypass switch 231 of the protection block 110-1 is turned on And the current blocking device 220 of the protection block 110-1 is fused so that the battery module 20-1 is electrically isolated from the large current path.

도 10은 도 9와 같이 배터리 모듈(20-1)이 대전류 경로로부터 전기적으로 분리된 채, 나머지 배터리 모듈(20-2~20-N)의 충전 또는 방전이 이루어지는 경우를 예시한다. 배터리 모듈(20-1)이 대전류 경로로부터 전기적으로 분리되기 전에, 보호 블록(110-1)의 바이패스 스위치(231)는 턴 온 상태로 동작하므로, 배터리 팩(1)의 충전 전류 또는 방전 전류는 점선 경로(900)를 따라 나머지 배터리 모듈(20-2~20-N)을 통해 흐를 수 있다.10 illustrates a case where the remaining battery modules 20-2 to 20-N are charged or discharged while the battery module 20-1 is electrically disconnected from the large current path as shown in FIG. The bypass switch 231 of the protection block 110-1 operates in the turn-on state before the battery module 20-1 is electrically disconnected from the large current path, so that the charge current or discharge current of the battery pack 1 May flow through the remaining battery modules 20-2 to 20-N along the dashed path 900.

이에 따라, 보호 블록(110-1)의 발광 회로(232)가 광신호를 출력하고, 보호 블록(110-1)의 방전 유도 유닛(240)은 배터리 모듈(20-1)에게 방전 경로를 제공한다. 방전 경로를 통해 배터리 모듈(20-1)로부터의 방전 전류(ID)가 흐르게 된다. 보호 블록(110-1)에 의해 제공되는 바이패스 경로와 방전 경로는 서로 전기적으로 독립된 것이므로, 배터리 모듈(20-1)의 방전과 나머지 배터리 모듈(20-1)의 충전 또는 방전이 동시에 이루어질 수 있다.The light emitting circuit 232 of the protection block 110-1 outputs an optical signal and the discharge induction unit 240 of the protection block 110-1 provides a discharge path to the battery module 20-1 do. The discharge current I D from the battery module 20-1 flows through the discharge path. Since the bypass path and the discharge path provided by the protection block 110-1 are electrically independent of each other, the discharge of the battery module 20-1 and the charging or discharging of the remaining battery module 20-1 can be simultaneously performed have.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다. The embodiments of the present invention described above are not only implemented by the apparatus and method but may be implemented through a program for realizing the function corresponding to the configuration of the embodiment of the present invention or a recording medium on which the program is recorded, The embodiments can be easily implemented by those skilled in the art from the description of the embodiments described above.

이상에서 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.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not to be limited to the details thereof and that various changes and modifications will be apparent to those skilled in the art. And various modifications and variations are possible within the scope of the appended claims.

또한, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다. It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description of the present invention are exemplary and explanatory and are intended to be illustrative, The present invention is not limited to the drawings, but all or some of the embodiments may be selectively combined so that various modifications may be made.

1: 배터리팩
10: 축전 장치
20: 배터리 모듈
21: 배터리 셀
30: 과전압 방지 장치
110: 보호 블록
210: 배터리 관리 유닛
211: 전압 센서
220: 전류 차단 소자
230: 바이패스 유닛
231: 바이패스 스위치
232: 발광 회로
240: 방전 유도 유닛
241: 수광 소자1: Battery pack
10: Power storage device
20: Battery module
21: Battery cell
30: Overvoltage protection device
110: Protection block
210: Battery management unit
211: Voltage sensor
220: Current interruption element
230: Bypass unit
231: Bypass switch
232: light emitting circuit
240: discharge induction unit
241: Light receiving element

Claims (9)

배터리 팩의 제1 단자와 제2 단자 사이에서 서로 직렬 접속된 복수의 배터리 모듈의 과전압을 방지하기 위한 장치에 있어서,
상기 복수의 배터리 모듈에 일대일로 대응하도록 설치되는 복수의 보호 블록;을 포함하되,
상기 각 보호 블록은,
상기 배터리 모듈의 전압을 모니터링하고, 상기 배터리 모듈의 전압이 미리 정해진 기준 전압을 초과하는 경우 트리거 신호를 출력하도록 구성된 배터리 관리 유닛;
상기 배터리 모듈에 직렬 접속된 전류 차단 소자;
상기 배터리 모듈과 상기 전류 차단 소자의 직렬 접속 회로에 병렬 접속되고, 상기 트리거 신호에 응답하여 상기 배터리 모듈을 대신하는 바이패스 경로를 제공하도록 구성된 바이패스 유닛; 및
상기 배터리 모듈에 병렬 접속되고, 상기 바이패스 유닛에 광적으로 결합되어, 상기 바이패스 경로가 제공되어 있는 동안 상기 바이패스 경로와는 전기적으로 독립된 방전 경로를 상기 배터리 모듈에게 제공하도록 구성된 방전 유도 유닛;
을 포함하는, 과전압 방지 장치.
An apparatus for preventing an overvoltage of a plurality of battery modules connected in series between a first terminal and a second terminal of a battery pack,
And a plurality of protection blocks installed to correspond one-to-one with the plurality of battery modules,
Each of the protection blocks includes:
A battery management unit configured to monitor a voltage of the battery module and output a trigger signal when a voltage of the battery module exceeds a predetermined reference voltage;
A current interrupting element connected in series to the battery module;
A bypass unit connected in parallel to the series connection circuit of the battery module and the current cutoff device and configured to provide a bypass path in place of the battery module in response to the trigger signal; And
An electric discharge induction unit connected in parallel to the battery module and optically coupled to the bypass unit to provide a discharge path electrically independent of the bypass path to the battery module while the bypass path is provided;
And an overvoltage protection device.
제1항에 있어서,
상기 바이패스 유닛은,
턴 오프 상태에서 상기 트리거 신호에 응답하여 턴 온 상태로 동작하도록 구성된 바이패스 스위치; 및
상기 바이패스 스위치에 직렬 접속되고, 상기 바이패스 경로를 통해 흐르는 전류를 이용하여 광신호를 출력하도록 구성된 발광 회로;를 포함하고,
상기 방전 유도 유닛은,
상기 발광 회로에 광적으로 결합되어, 비도통 상태에서 상기 광신호에 응답하여 도통 상태로 동작하는 제1 수광 소자;
를 포함하는, 과전압 방지 장치.
The method according to claim 1,
The bypass unit includes:
A bypass switch configured to operate in a turn-on state in response to the trigger signal in a turn-off state; And
And a light emitting circuit connected in series to the bypass switch and configured to output an optical signal using a current flowing through the bypass path,
The discharge induction unit includes:
A first light receiving element optically coupled to the light emitting circuit and operating in a conduction state in response to the optical signal in a non-conduction state;
And an overvoltage protection device.
제2항에 있어서,
상기 각 전류 차단 소자는,
상기 바이패스 스위치가 턴 온 상태로 동작함에 따라, 자신에게 흐르는 전류가 규정치를 초과하면 용단되도록 구성된 퓨즈인, 과전압 방지 장치.
3. The method of claim 2,
Wherein each of the current blocking elements comprises:
Wherein the bypass switch is a fuse configured to be fused when the current flowing to the bypass switch exceeds a predetermined value as the bypass switch operates in a turn-on state.
제2항에 있어서,
상기 방전 유도 유닛은,
상기 제1 수광 소자와 병렬로 접속되고, 상기 발광 회로에 광적으로 결합되어, 비도통 상태에서 상기 광신호에 응답하여 도통 상태로 동작하는 제2 수광 소자;
를 더 포함하는, 과전압 방지 장치.
3. The method of claim 2,
The discharge induction unit includes:
A second light receiving element that is connected in parallel with the first light receiving element and is optically coupled to the light emitting circuit and operates in a conduction state in response to the optical signal in a non-conduction state;
Further comprising an overvoltage protection device.
제4항에 있어서,
상기 제1 수광 소자와 상기 발광 회로 간의 거리는,
상기 제2 수광 소자와 상기 발광 회로 간의 거리와는 상이한, 과전압 방지 장치.
5. The method of claim 4,
Wherein a distance between the first light receiving element and the light emitting circuit
And the distance between the second light receiving element and the light emitting circuit is different.
제2항에 있어서,
상기 발광 회로는,
상기 제1 단자와 상기 제2 단자 중 어느 하나로부터 다른 하나로 흐르는 전류를 이용하여 광신호를 출력하도록 구성된 제1 발광 소자 스트링; 및
상기 제1 발광 소자에 역병렬 접속되는 제2 발광 소자 스트링;
를 포함하는, 과전압 방지 장치.
3. The method of claim 2,
The light-
A first light emitting device string configured to output an optical signal using a current flowing from any one of the first terminal and the second terminal to the other terminal; And
A second light emitting device string connected in antiparallel with the first light emitting device;
And an overvoltage protection device.
제2항에 있어서,
상기 발광 회로는,
제1 입력 노드, 제2 입력 노드, 제1 출력 노드 및 제2 출력 노드를 가지는 브릿지 다이오드 회로; 및
상기 제1 출력 노드 및 상기 제2 출력 노드의 사이에 접속되는 발광 소자;를 포함하되,
상기 제1 입력 노드 및 상기 제2 입력 노드는,
상기 직렬 접속 회로의 일단과 타단에 각각 접속되는, 과전압 방지 장치.
3. The method of claim 2,
The light-
A bridge diode circuit having a first input node, a second input node, a first output node, and a second output node; And
And a light emitting element connected between the first output node and the second output node,
The first input node and the second input node,
Respectively, and are connected to one end and the other end of the series connection circuit, respectively.
제2항에 있어서,
상기 바이패스 유닛은,
상기 바이패스 스위치에 직렬 접속되는 부특성 서미스터;
를 더 포함하는, 과전압 방지 장치.
3. The method of claim 2,
The bypass unit includes:
A negative temperature coefficient thermistor connected in series with the bypass switch;
Further comprising an overvoltage protection device.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 과전압 방지 장치;
를 포함하는, 배터리 팩.An overvoltage prevention device according to any one of claims 1 to 8.
.
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