KR20200040533A - 배터리를 관리하는 버스바, 그 제조 방법 및 이를 이용한 배터리 관리 장치 - Google Patents

배터리를 관리하는 버스바, 그 제조 방법 및 이를 이용한 배터리 관리 장치 Download PDF

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전진용
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Abstract

배터리를 관리하는 버스바, 그 제조 방법 및 이를 이용한 배터리 관리 장치가 개시된다. 일 실시예에 따른 버스바는 배터리 팩(pack)에 포함된 배터리 셀(cell)들을 전기적으로 연결하는 도체와, 상기 도체로부터 획득한 정보에 기초하여 상기 배터리 팩을 관리하는 컨트롤러를 포함하고, 상기 도체 및 상기 컨트롤러는 동일한 기판 상에 구현된다.

Description

배터리를 관리하는 버스바, 그 제조 방법 및 이를 이용한 배터리 관리 장치{BATTERY MANAGING BUS-BAR, MANUFACTURING METHOD THEREOF AND BATTERY MANAGEMENT APPARATUS USING THE SAME}
아래 실시예들은 배터리를 관리하는 버스바, 그 제조 방법 및 이를 이용한 배터리 관리 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 배터리 팩(pack)을 생산할 때, 배터리 팩에 포함된 모든 셀들은 셀간 버스바가 적용되어 직렬로 연결되고, 셀 전압을 측정하기 위해서 각 셀당 2 개의 전선이 사용된다. 또한, 배터리 팩은 온도를 측정하고 통신을 하기 위한 전선들을 필요로 한다.
최근 배터리 팩 및 모듈에 무선 통신을 적용하여 각 모듈의 슬레이브(slave) BMS(Battery Management System)과 마스터(master) BMS 간의 통신을 위한 전선을 제거하기 위한 방법이 연구되고 있다. 또한, 기존의 피복을 갖는 전선을 대체하기 위해 FPCB를 이용한 셀 전압 측정 수단이 이용되기도 한다.
이렇게 전선, 버스바, 각 배터리 모듈 및 배터리 팩에 적용된 BMS의 무게를 최소화하여 배터리 팩의 에너지 밀도를 최대화하기 위한 방법이 활발하게 연구되고 있다.
하지만, 종래의 기술과 같이 배터리 모듈 및 팩을 구성할 경우, 많은 전선과 버스바가 필요하여 배터리 팩의 에너지 밀도를 향상시키는데 한계가 존재하고, 배터리 모듈 및 팩 조립 시 복잡성이 증가하여 많은 생산비를 요구한다는 단점을 가진다.
일 실시예에 따른 버스바는 배터리 팩(pack)에 포함된 배터리 셀(cell)들을 전기적으로 연결하는 도체와, 상기 도체로부터 획득한 정보에 기초하여 상기 배터리 팩을 관리하는 컨트롤러를 포함하고, 상기 도체 및 상기 컨트롤러는 동일한 기판 상에 구현된다.
상기 도체는, 상기 배터리 팩에 포함된 제1 배터리 셀의 양극과 상기 제1 배터리 셀과 인접한 제2 배터리 셀의 음극을 전기적으로 연결할 수 있다.
상기 컨트롤러는, 상기 도체 양단에 걸리는 전압을 측정하는 변환기를 포함할 수 있다.
상기 컨트롤러는, 상기 도체 또는 상기 배터리 셀들의 온도를 측정하는 온도 센서를 더 포함할 수 있다.
상기 컨트롤러는, 상기 전압 및 상기 온도에 기초하여 상기 배터리 팩의 전류를 추정할 수 있다.
상기 컨트롤러는, 인접한 버스바와 상기 정보를 교환할 수 있는 통신기를 포함할 수 있다.
상기 통신기는, 유선 또는 무선으로 상기 정보를 교환할 수 있다.
상기 기판은, PCB(Printed Circuit Board)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 배터리 관리 장치는, 배터리 팩(pack)에 포함된 배터리 셀(cell)들을 전기적으로 연결하는 복수의 도체와, 상기 복수의 도체 중 적어도 하나의 도체와 동일한 기판 상에 구현되어 상기 적어도 하나의 도체로부터 획득한 상기 배터리 셀들의 정보에 기초하여 상기 배터리 팩을 관리하는 컨트롤러를 포함한다.
상기 도체는, 상기 배터리 팩에 포함된 제1 배터리 셀의 양극과 상기 제1 배터리 셀과 인접한 제2 배터리 셀의 음극을 전기적으로 연결할 수 있다.
상기 컨트롤러는, 상기 도체 양단에 걸리는 전압을 측정하는 변환기를 포함할 수 있다.
상기 컨트롤러는, 상기 도체 또는 상기 배터리 셀들의 온도를 측정하는 온도 센서를 더 포함할 수 있다.
상기 컨트롤러는, 상기 전압 및 상기 온도에 기초하여 상기 배터리 팩의 전류를 추정할 수 있다.
상기 컨트롤러는, 인접한 버스바와 상기 정보를 교환할 수 있는 통신기를 포함할 수 있다.
상기 통신기는, 유선 또는 무선으로 상기 정보를 교환할 수 있다.
상기 기판은, PCB(Printed Circuit Board)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 버스바 제조 방법은, 배터리 팩에 포함된 배터리 셀들을 연결하는 기판을 제공하는 단계와, 상기 기판 상에 상기 배터리 셀들을 전기적으로 연결하는 도체를 형성하는 단계와, 상기 도체로부터 정보를 획득하여 상기 배터리 팩을 관리하기 위한 컨트롤러를 상기 기판 상에서 상기 도체와 연결하는 단계를 포함한다.
상기 연결하는 단계는, 상기 도체에 걸리는 전압을 측정하는 변환기를 상기 도체와 연결하는 단계와, 상기 도체 또는 상기 배터리 셀들의 온도를 측정하는 온도 센서를 상기 도체와 연결하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 연결하는 단계는, 인접한 버스바와 상기 정보를 유선 또는 무선으로 교환하기 위한 통신기 상기 변환기와 연결하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 버스바 제조 방법은, 상기 도체를 통해 상기 배터리 팩에 포함된 제1 배터리 셀의 양극과 상기 제1 배터리 셀과 인접한 제2 배터리 셀의 음극이 전기적으로 연결되도록 상기 기판을 상기 배터리 팩에 결합하는 단계를 더 포함할 수 있다.
도 1은 도 1은 일 실시예에 따른 버스바의 개략적인 블록도를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 컨트롤러의 개략적인 블록도를 나타낸다.
도 3A는 도 1에 도시된 버스바 구현의 일 예를 나타낸다.
도 3B는 도 1에 도시된 버스바 구현의 다른 예를 나타낸다.
도 3C는 도 1에 도시된 버스바 구현의 또 다른 예를 나타낸다.
도 4는 도 1에 도시된 버스바가 배터리 팩의 전류를 측정하는 순서도의 예를 나타낸다.
도 5는 도 1에 도시된 버스바와 배터리 셀 간의 결합의 일 예를 나타낸다.
도 6A는 도 5의 결합에 따른 단면도의 일 예를 나타낸다.
도 6B는 도 5의 결합에 따른 단면도의 다른 예를 나타낸다.
도 7는 도 1에 도시된 버스바와 배터리 셀 간의 결합의 다른 예를 나타낸다.
도 8A는 도 7의 결합에 따른 단면도의 일 예를 나타낸다.
도 8B는 도 7의 결합에 따른 단면도의 다른 예를 나타낸다.
이하, 이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
제1 또는 제2등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만, 예를 들어 실시예의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 일 실시예에 따른 버스바의 개략적인 블록도를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 배터리(battery)는 전기 장치에 전원을 공급하기 위해 화학적 에너지를 전기로 변환하여 저장하고, 전류를 생성할 수 있다. 배터리는 배터리 팩의 형태로 구현될 수 있다. 배터리 팩(pack)은 배터리 하나 이상의 모듈(module)을 포함하고, 배터리 모듈은 하나 이상의 배터리 셀(cell)을 포함할 수 있다.
배터리 셀은 다양한 형태로 구현될 수 있다. 예를 들어, 배터리 셀은 각형 셀의 형태로 구현될 수 있다. 배터리 셀(battery cell)의 외부는 이전 셀 및 다음 셀과의 전기적인 연결을 위한 양극 단자와 음극 단자를 포함하고, 셀 이상 시 기체가 배출되는 안전 벤트(safety vent)를 포함할 수 있다.
버스바(bus-bar, 10)는 배터리 셀들 또는 배터리 모듈들을 연결시킬 수 있다. 예를 들어, 버스바(10)는 배터리 셀 또는 배터리 모듈을 직렬로 연결할 수 있다. 버스바(10)를 통해 배터리 셀들 또는 배터리 모듈들 간에 전류가 흐를 수 있다. 예를 들어, 버스바(bus bar)는 하나 이상의 배터리 셀을 직렬로 연결시켜 두 개의 셀을 전기적으로 연결할 수 있고, 버스바를 통해 큰 전류가 흐를 수 있다.
버스바(10)는 배터리를 모니터링할 수 있다. 버스바(10)는 배터리 셀과 관련된 정보를 수집할 수 있다. 예를 들어, 정보는 배터리 셀과 관련된 전기적 정보를 포함할 수 있다.
버스바(10)는 버스바(10)를 통해 흐르는 전류, 버스바(10)에 걸리는 전압 또는 버스바(10)의 온도에 기초하여 배터리 팩, 배터리 모듈 및 배터리 셀의 상태를 추정할 수 있다.
배터리 셀의 상태는 배터리 충전 상태(SOC(State of Charge)) 및 배터리 건강 상태(SOH(State of Health))를 포함할 수 있다. 버스바(10)는 추정한 상태에 기초하여 배터리 팩, 배터리 모듈 및 배터리 셀을 관리할 수 있다.
버스바(10)는 도체(100) 및 컨트롤러(200)를 포함한다. 도체(10) 및 컨트롤러(200)는 동일한 기판(30) 상에 구현될 수 있다.
기판(30)은 하나 이상의 전자 부품 및 배선을 포함할 수 있다. 전자 부품은 저항기, 콘덴서 및 집적 회로를 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판(30)은 인쇄 회로 기판(PCB(Printed Circuit Board))을 포함할 수 있다.
도체(100)는 배터리 팩에 포함된 배터리 셀들을 전기적으로 연결할 수 있다. 도체(100)는 전류를 한 방향 또는 여러 방향으로 흐르게 할 수 있다.
예를 들어, 도체(100)는 배터리 팩에 포함된 제1 배터리 셀의 양극과 제1 배터리 셀과 인접한 제2 배터리 셀의 음극을 전기적으로 연결할 수 있다. 반대로, 도체(100)는 배터리 팩에 포함된 제1 배터리 셀의 음극과 제1 배터리 셀과 인접한 제2 배터리 셀의 양극을 전기적으로 연결할 수 있다.
도체(100)는 전기 전도도를 가지는 물질을 포함할 수 있다. 도체는 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도체는 알루미늄 또는 구리를 포함할 수 있다.
컨트롤러(200)는 도체(100)로부터 획득한 정보에 기초하여 배터리 팩을 관리할 수 있다. 도체(100)로부터 획득한 정보는 도체(100) 및 도체(100)로부터 획득한 배터리 셀에 관한 정보를 포함할 수 있다.
도체(100)로부터 획득한 정보는 도체(100) 및 배터리 셀에 관한 물리적인 정보를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도체(100)로부터 획득한 정보는 도체(100)를 통해 흐르는 전류, 도체(100) 양단의 전압 및 도체(100)의 온도를 포함할 수 있다.
배터리 관리 장치는 복수의 버스바(100)이용하여 배터리 팩, 배터리 모듈 및 배터리 셀을 관리할 수 있다.
배터리 관리 장치에 포함된 복수의 버스바(10)는 각각 도체(100) 및 컨트롤러(200)를 포함할 수 있다. 배터리 관리 장치는 배터리 팩에 포함된 배터리 셀들을 전기적으로 연결하는 복수의 도체(100)를 포함할 수 있다.
즉, 배터리 팩의 일부 배터리 셀들은 배터리 셀들 사이를 전기적으로 연결하는 도체(100)만으로 연결되고, 배터리 팩의 나머지 배터리 셀들은 컨트롤러(200)와 결합된 도체(100)를 포함하는 버스바(10)를 이용하여 연결될 수 있다.
컨트롤러(200)는 복수의 도체(100) 중 적어도 하나의 도체(100)와 동일한 기판(30) 상에 구현되어 적어도 하나의 도체(100)로부터 획득한 상기 배터리 셀들의 정보에 기초하여 상기 배터리 팩을 관리할 수 있다.
배터리 관리 장치는 복수의 버스바(10)들을 이용하여 배터리 팩을 관리할 수 있다. 버스바(10)는 배터리 팩에 포함된 모든 배터리 셀 사이에 결합되거나 일부 배터리 셀 사이에만 결합될 수 있다.
버스바(10)는 필요에 따라 일정한 개수의 셀들의 집합을 연결시킬 수 있다. 예를 들어, 버스바(10)는 두 개의 셀로 이루어진 한 배터리 셀의 집합과 그 집합에 인접한 다른 두개의 셀로 이루어진 다른 배터리 셀의 집합을 연결할 수 있다. 배터리 셀의 집합은 2 이상의 배터리 셀로 구성될 수 있다.
배터리 관리 장치(10)는 복수의 버스바(10)들로부터 배터리 셀에 관한 정확한 정보를 획득하여 배터리를 셀 단위로 관리할 수 있다. 배터리 관리 장치는 복수의 버스바(10)에 포함된 통신기를 이용하여 배터리 셀에 관한 정보를 교환함으로써 배터리 팩을 효율적으로 관리할 수 있다.
버스바(10)를 통해 배터리 관리 기능과 배터리 셀들을 전기적으로 연결하는 기능을 통합함으로써 배터리 셀의 정보를 모니터링 또는 센싱 하기 위해 사용되어야 하는 배선의 수를 감소시킬 수 있다. 와이어의 수를 감소시킴으로써 배터리 팩 및 배터리 모듈의 제작 공정이 단순화될 수 있다.
버스바(10)는 PCB와 같은 접근성이 높은 기판을 활용하여 배터리 셀 간의 전기적 연결 및 배터리 셀의 정보를 측정하는 기능을 함께 수행함으로써 배터리 셀들 사이의 전류의 경로를 제공할 수 있을 뿐만 아니라 배터리 모니터링 기능을 함께 수행할 수 있다.
버스바(10)를 이용하여 배터리 셀의 상태를 측정하기 위한 센싱용 배선 및 배터리 관리 시스템에 필요한 배선을 통합함으로써 배터리 팩을 최적화할 수 있다.
버스바(10)를 적용함으로써 고에너지 밀도를 갖는 배터리 팩이 제조될 수 있고, 배터리 팩 및 배터리 관리 장치의 제작 공정이 단순화될 수 있다. 또한, 이를 통해 배터리 팩 및 배터리 관리 장치의 단가가 감소될 수 있다.
버스바(10)를 이용하여 셀 단위로 배터리 관리 시스템을 적용함으로써 배터리 팩 설계의 유연성이 확대될 수 있다. 예를 들어, 모듈 단위의 배터리 팩을 설계하거나, 셀 단위의 배터리 팩을 설계하는 것이 가능할 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 컨트롤러의 개략적인 블록도를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 컨트롤러(200)는 변환기(converter, 210), 온도 센서(temperature sensor, 230) 및 통신기(communicator, 250)를 포함할 수 있다.
변환기(210)는 도체(100) 양단에 걸리는 전압을 측정할 수 있다. 변환기(210)는 아날로그-디지털 변환기(Analog-to-Digital Converter(A/D Converter))를 포함할 수 있다.
온도 센서(230)는 도체(100) 또는 배터리 셀들의 온도를 측정할 수 있다.
컨트롤러(200)는 도체(100) 양단에 걸리는 전압 및 도체(100) 또는 배터리 셀들의 온도에 기초하여 배터리 팩의 전류를 추정할 수 있다.
통신기(250)는 인접한 버스바와 도체(100)로부터 획득한 정보를 교환할 수 있다. 통신기(250)는 유선 또는 무선으로 정보를 교환할 수 있다. 예를 들어, 통신기(250)는 NFC(Near Field Communication), 블루투스(Bluetooth) 또는 적외선 통신을 통해 인접한 버스바(10)와 정보를 교환할 수 있다.
버스바(10)는 배터리 팩에 포함된 배터리 셀들을 연결하기 위한 기판(30) 상에 배터리 셀들을 전기적으로 연결하는 도체를 형성함으로써 제조될 수 있다. 또한, 버스바(10)는 도체(100)로부터 정보를 획득하여 배터리 팩을 관리하기 위한 컨트롤러(200)를 기판(30) 상에서 도체(100)를 연결하여 제조될 수 있다.
인접한 버스바(10)와 도체(100)로부터 획득한 정보를 유선 또는 무선으로 교환하기 위해 통신기(250) 및 변환기(210)와 도체(100)가 연결될 수 있다.
버스바(10)는 도체(100)를 통해 배터리 팩에 포함된 제1 배터리 셀의 양극과 제1 배터리 셀과 인접한 제2 배터리 셀의 음극이 전기적으로 연결되도록 기판(30)을 배터리 팩에 결합하여 제조될 수 있다.
버스바(10)는 도체(100) 및 컨트롤러가(200)를 동일한 기판(30) 상에 구현하여 배터리 관리 기능과 배터리 셀을 전기적으로 연결하는 기능을 수행함으로써 배터리 셀들의 전기적 정보를 모니터링하는데 필요한 와이어(wire) 또는 케이블(cable)의 수를 최소화할 수 있다.
예를 들어, 종래의 배터리 관리 시스템을 이용할 경우, 배터리 셀 전압을 센싱하는데 필요한 와이어의 수가 98개라고 가정하면, 버스바(10)를 이용하여 와이어의 수를 49개로 감소시킬 수 있고, 와이어의 길이를 최소화할 수 있다.
또한, 종래의 경우에 온도 센싱을 위한 와이어가 다수 필요했지만, 버스바(10)를 이용할 경우에, 온도 센싱을 위한 와이어를 없앨 수 있다.
또한, 버스바(10)를 이용하여 배터리 모듈 및 배터리 팩의 제작 공정을 단순화함으로써, 배터리의 유지 보수가 효율적으로 이루어질 수 있고, 생산성이 향상될 수 있다.
이하에서, 도 3A 내지 3B를 참조하여, 버스바(10)의 동작에 대하여 설명할 것이다.
도 3A는 도 1에 도시된 버스바 구현의 일 예를 나타내고, 도 3B는 도 1에 도시된 버스바 구현의 다른 예를 나타내고, 도 3C는 도 1에 도시된 버스바 구현의 또 다른 예를 나타낸다.
도 3A 내지 도 3C를 참조하면, 버스바(10)는 하나의 기판(30) 상에 구현된 도체(100) 및 컨트롤러(200)를 포함할 수 있다. 도체(100)는 배터리 셀 간에 흐르는 전류의 경로로 사용될 수 있다.
도체(100)의 끝부분은 단자(terminal)들(300, 400)과 연결될 수 있다. 단자들(300, 400)은 각각 상이한 배터리 셀에 연결될 수 있다. 예를 들어, 단자(300)는 배터리 팩에 포함된 제1 배터리 셀의 양극에 연결되고, 단자(400)는 배터리 팩에 포함된 제2 배터리 셀의 음극에 연결될 수 있다.
도체(100)는 배터리 셀 간에 높은 전류가 흐를 수 있도록 높은 전도성을 가진 물질로 형성될 수 있다. 도체(100)는 두 개의 단자(300, 400)를 다양한 형태로 연결할 수 있다. 예를 들어, 도체(100)는 지그재그 또는 곡선의 형태를 가질 수 있다.
컨트롤러(200)는 변환기(210), 온도센서(230), 통신기(250)를 포함하고, 선택적으로 MCU(Micro Control Unit, 270)를 포함할 수 있다.
변환기(210)는 아날로그-디지털 변환기로 구현될 수 있다. 변환기(210)는 도체(100)로부터 배터리 셀에 관한 정보를 획득할 수 있다.
변환기(210)는 도체(100)에 걸리는 전압을 측정할 수 있다. 변환기(210)는 온도 센서(230)를 통해 도체(100) 또는 배터리 셀의 온도를 측정할 수 있다. 변환기(210)는 도체로부터 획득한 정보를 통신기(250) 및 MCU(270)로 출력할 수 있다.
도 3C의 예시에서 변환기(210)는 도체(100)와 변압기(transformer)를 형성함으로써 도체(100)에 흐르는 전류를 측정할 수 있다.
온도 센서(230)는 도체(100)에 또는 배터리 셀의 온도를 측정할 수 있다. 온도 센서(230)는 도체(100) 및 배터리 셀과 접촉하거나 접촉하지 않은 상태로 도체(100)의 온도를 측정할 수 있다.
통신기(250)는 인접한 버스바(10)와 배터리 셀에 관한 정보를 교환할 수 있다. 인접했다는 것은 일정한 거리 내에 위치했다는 것을 의미할 수 있다. 예를 들어, 인접한 버스바(10)는 이전 버스바(10)와 연결된 배터리 셀과 다음 배터리 셀을 연결한 버스바(10)를 의미할 수 있다. 또는 배터리 셀을 순차적으로 배치했을 때, 다음행의 배터리 셀들을 연결한 버스바(10)를 인접한 버스바(10)로 표현할 수 있다.
통신기(250)는 유선 또는 무선으로 배터리 셀에 관한 정보를 교환할 수 있다. 통신기(250)를 통해 배터리 팩에 사용되는 배선의 개수를 현저하게 감소시킬 수 있다.
컨트롤러(200)는 MCU(270)를 통해 배터리 팩의 전류를 계산할 수 있다. 컨트롤러(200)는 변환기(210) 및 온도 센서(230)에 의해 측정된 전압 및 온도에 기초하여 배터리 팩 전류를 계산할 수 있다.
도 4는 도 1에 도시된 버스바가 배터리 팩의 전류를 측정하는 순서도의 예를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 컨트롤러(200)는 도체(100)로부터 측정한 전압 및 온도에 기초하여 배터리 팩의 전류를 추정할 수 있다.
먼저, 변환기(210)는 도체(100) 양단의 전압을 측정할 수 있다(410). 컨트롤러(200) 또는 MCU(270)는 평균 모듈/팩 전류(I)를 계산할 수 있다(430). 컨트롤러(200)는 수학식 1에 기초하여 평균 모듈/팩 전류를 계산할 수 있다.
Figure pat00001
여기서 N은 전체 도체(100)의 수를 의미할 수 있고, Icell #n은 n 번째 도체(100)를 통해 흐르는 전류를 의미할 수 있고, 이는 수학식 2에 기초하여 계산될 수 있다.
Figure pat00002
여기서 Vdrop #n은 n 번째 도체(100)에서 측정된 도체(100) 양단에 걸린 전압을 의미할 수 있고, R#n은 n 번째 도체(100)의 저항 값을 의미할 수 있다.
컨트롤러(200)는 계산된 평균 모듈/팩 전류 값을 온도 센서(230)를 통해 측정한 온도 값을 이용하여 보정할 수 있다(450). 이를 통해 컨트롤러(200)는 모듈/팩 전류(I)를 획득할 수 있다. 컨트롤러(200)는 보정된 모듈/팩 전류(I)를 다른 버스바(10) 또는 배터리 관리 장치로 전송할 수 있다(470).
도 5는 도 1에 도시된 버스바와 배터리 셀 간의 결합의 일 예를 나타낸다.
도 5를 참조하면, 버스바(10)는 배터리 팩에 포함된 모든 셀들 사이에 결합될 수 있다. 각각의 버스바(10)는 도체(100) 및 컨트롤러(200)를 포함할 수 있다.
도 5의 예시에서, 도체(100-1)는 두 개의 단자(300-1, 400-1)에 결합될 수 있고, 도체(100-2)는 두 개의 단자(300-2, 400-2)에 결합될 수 있다. 이 때, 단자(300-1)는 제1 배터리 셀의 양극에 연결되고, 단자(400-1)는 제2 배터리 셀의 음극에 연결될 수 있다. 마찬가지로, 단자(300-2)는 제2 배터리 셀의 양극에 연결될 수 있고, 단자(400-2)는 제3 배터리 셀의 음극에 연결될 수 있다.
도 5의 예시에서 도체(100-1)의 왼쪽 끝에 연결된 원형 단자(300-1)가 배터리 셀의 양극에 연결되고, 도체(100-1)의 오른쪽 끝에 연결된 사각형의 단자(400-1)가 배터리 셀의 음극에 연결된 것으로 표시했지만, 필요에 따라 반대로 연결하는 것도 가능하다.
도 5의 예시에서 제1 버스바는 기판(30-1) 상에 변환기(210-1), 온도 센서(230-1) 및 통신기(250-1)를 포함할 수 있고, 제2 버스바는 기판(30-2) 상에 변환기(210-2), 온도 센서(230-2) 및 통신기(250-2)를 포함할 수 있다.
변환기(210-1)는 도체(100-1)에 걸린 전압을 측정할 수 있고, 온도 센서(230-1)를 통해 도체(100-1)의 온도 값을 수신함으로써 도체(100-1) 또는 배터리 셀에 관한 정보를 획득할 수 있다. 변환기(210-1)가 획득하는 정보는 제1 배터리 셀 및 제2 배터리 셀의 정보를 포함할 수 있다.
변환기(210-1)는 도체(100-1) 또는 배터리 셀에 관한 정보를 통신기(250-1)로 출력할 수 있다. 통신기(250-1)는 제2 버스바의 통신기(250-2)와 정보를 교환할 수 있다.
제2 버스바의 동작은 제1 버스바의 동작과 동일할 수 있다.
도 6A는 도 5의 결합에 따른 단면도의 일 예를 나타낸다.
도 6A를 참조하면, 배터리 셀들(510, 530, 550, 570)은 서로 직렬로 연결될 수 있다. 배터리 셀들(510, 530, 550, 570)은 다양한 형태로 구현될 수 있다. 예를 들어, 배터리 셀들(510, 530, 550, 570)은 각형 셀의 형태로 구현될 수 있다. 배터리 셀들(510, 530, 550, 570)의 형태는 실시예에 따라 각형 셀에 한정되지 않고, 다양한 모양을 가질 수 있다.
도 6A의 예시와 같이 3 개의 버스바들(10-1, 10-2, 10-3)은 4 개의 배터리 셀을 직렬로 연결할 수 있다. 예를 들어, 버스바(10-1)은 배터리셀(510)과 배터리 셀(530)을 연결하고, 버스바(10-2)는 배터리셀(530)과 배터리 셀(550)을 연결할 수 있다. 버스바(10-3)는 배터리 셀(550)과 배터리 셀(570)을 연결할 수 있다. 여기서, 인접한 행의 배터리 셀들은 서로 반대의 극성을 가지도록 배치될 수 있다.
버스바들(10-1, 10-2, 10-3)은 연결된 배터리 셀들(510, 530, 550, 570)을 모니터링할 수 있다. 버스바들(10-1, 10-2, 10-3)은 배터리 셀들(510, 530, 550, 570) 간에 걸리는 전압 및 배터리 셀들(510, 530, 550, 570)의 온도를 측정하고, 인접한 버스바끼리 측정한 정보를 교환할 수 있다. 예를 들어, 버스바(10-1)는 버스바(10-2) 또는 버스바(10-3)와 측정한 정보를 교환할 수 있다.
도 6B는 도 5의 결합에 따른 단면도의 다른 예를 나타낸다.
도 6B를 참조하면, 배터리 셀들(610, 630, 650, 670)은 서로 직렬로 연결될 수 있다. 배터리 셀들(610, 630, 650, 670)은 다양한 형태로 구현될 수 있다. 예를 들어, 배터리 셀들(610, 630, 650, 670)은 각형 셀의 형태로 구현될 수 있다. 배터리 셀들(610, 630, 650, 670)의 형태는 실시예에 따라 각형 셀에 한정되지 않고, 다양한 모양을 가질 수 있다.
도 6B의 예시와 같이 배터리 셀 4 개(610, 630, 650, 670)가 극성을 바꿔가면서 나란히 배치될 수 있다. 이 경우, 버스바들(10-1, 10-2, 10-3)은 배터리 셀의 위와 아래에 번갈아 가면서 배치될 수 있다.
즉, 버스바(10-1)은 배터리 셀(610)과 배터리 셀(630)을 연결하고, 버스바(10-2)는 배터리 셀(630)과 배터리 셀(650)을 연결하고, 버스바(10-3)은 배터리 셀(650)과 배터리 셀(670)을 연결할 수 있다.
버스바들(10-1, 10-2, 10-3)은 연결된 배터리 셀들(610, 630, 650, 670)을 모니터링할 수 있다. 버스바들(10-1, 10-2, 10-3)은 배터리 셀들(610, 630, 650, 670) 간에 걸리는 전압 및 배터리 셀들(610, 630, 650, 670)의 온도를 측정하고, 인접한 버스바끼리 측정한 정보를 교환할 수 있다. 예를 들어, 버스바(10-1)는 버스바(10-2) 또는 버스바(10-3)와 측정한 정보를 교환할 수 있다.
도 7는 도 1에 도시된 버스바와 배터리 셀 간의 결합의 다른 예를 나타낸다.
도 7을 참조하면, 버스바(10)는 배터리 팩에 포함된 모든 셀들 사이에 결합될 수 있다. 각각의 버스바(10)는 도체(100) 및 컨트롤러(200)를 포함할 수 있다.
도 7의 예시에서 도체(100-1)는 두 개의 단자(300-1, 400-1)에 결합될 수 있고, 도체(100-2)는 두 개의 단자(300-2, 400-2)에 결합될 수 있다. 이 때, 단자(300-1)는 제1 배터리 셀의 양극에 연결되고, 단자(400-1)는 제2 배터리 셀의 음극에 연결될 수 있다. 마찬가지로, 단자(300-2)는 제2 배터리 셀의 양극에 연결될 수 있고, 단자(400-2)는 제3 배터리 셀의 음극에 연결될 수 있다.
도 7의 예시에서 도체(100-1)의 왼쪽 끝에 연결된 원형 단자(300-1)가 배터리 셀의 양극에 연결되고, 도체(100-1)의 오른쪽 끝에 연결된 사각형의 단자(400-1)가 배터리 셀의 음극에 연결된 것으로 표시했지만, 필요에 따라 반대로 연결하는 것도 가능하다.
도 7의 예시에서 제1 버스바는 기판(30-1) 상에 변환기(210-1), 온도 센서(230-1) 및 통신기(250-1)를 포함할 수 있고, 제2 버스바는 기판(30-2) 상에 변환기(210-2), 온도 센서(230-2) 및 통신기(250-2)를 포함할 수 있다.
변환기(210-1)는 도체(100-1)에 걸린 전압을 측정할 수 있고, 온도 센서(230-1)를 통해 도체(100-1)의 온도 값을 수신함으로써 도체(100-1) 또는 배터리 셀에 관한 정보를 획득할 수 있다. 변환기(210-1)가 획득하는 정보는 제1 배터리 셀 및 제2 배터리 셀의 정보를 포함할 수 있다.
변환기(210-1)는 도체(100-1) 또는 배터리 셀에 관한 정보를 통신기(250-1)로 출력할 수 있다. 통신기(250-1)는 제2 버스바의 통신기(250-2)와 정보를 교환할 수 있다.
제2 버스바의 동작은 제1 버스바의 동작과 동일할 수 있다.
또한, 도 7의 예시와 같이, 모든 배터리 셀들이 버스바(10)를 통해 연결되지 않을 수 있다. 예를 들어, 두 개의 배터리 셀 마다 하나의 버스바(10)를 사용하여 배터리 셀들을 연결할 수 있다. 이 때, 버스바(10)로 연결되지 않은 셀들은 단순한 도체(100-3)만으로 연결될 수 있다.
도 7의 예시에서 두 개의 배터리 셀 마다 한 개의 버스바(10)가 사용되었지만, 필요에 따라, 세 개 이상의 배터리 셀들 마다 한 개의 버스바(10)를 사용하여 연결하는 것도 가능할 수 있다.
도 8A는 도 7의 결합에 따른 단면도의 일 예를 나타낸다.
도 8A를 참조하면, 배터리 셀들(710, 730, 750, 770)은 서로 직렬로 연결될 수 있다. 배터리 셀들(710, 730, 750, 770)은 다양한 형태로 구현될 수 있다. 예를 들어, 배터리 셀들(710, 730, 750, 770)은 각형 셀의 형태로 구현될 수 있다. 배터리 셀들(710, 730, 750, 770)의 형태는 실시예에 따라 각형 셀에 한정되지 않고, 다양한 모양을 가질 수 있다.
도 8A의 예시와 같이 두 개의 버스바(10-1, 10-2) 및 한 개의 도체(100)를 이용하여 4 개의 배터리 셀을 직렬로 연결할 수 있다. 예를 들어, 버스바(10-1)는 배터리 셀(710)과 배터리 셀(730)을 연결할 수 있다. 버스바(10-2)는 배터리 셀(750)과 배터리 셀(770)을 연결할 수 있다.
이 때 배터리 셀(730)과 배터리 셀(750)은 도체(100)를 통해 연결될 수 있다. 여기서, 인접한 행의 배터리 셀들은 서로 반대의 극성을 가지도록 배치될 수 있다.
버스바들(10-1, 10-2)은 연결된 배터리 셀들(710, 730, 750, 770)을 모니터링할 수 있다. 버스바(10)들은 배터리 셀들(710, 730, 750, 770) 간에 걸리는 전압 및 배터리 셀들(710, 730, 750, 770)의 온도를 측정하고, 인접한 버스바끼리 측정한 정보를 교환할 수 있다. 예를 들어, 버스바(10-1)는 버스바(10-2)와 측정한 정보를 교환할 수 있다.
도 8B는 도 7의 결합에 따른 단면도의 다른 예를 나타낸다.
도 8B를 참조하면, 배터리 셀들(810, 830, 850, 870)은 서로 직렬로 연결될 수 있다. 배터리 셀들(810, 830, 850, 870)은 다양한 형태로 구현될 수 있다. 예를 들어, 배터리 셀들(810, 830, 850, 870)은 각형 셀의 형태로 구현될 수 있다. 배터리 셀들(810, 830, 850, 870)의 형태는 실시예에 따라 각형 셀에 한정되지 않고, 다양한 모양을 가질 수 있다.
도 8B의 예시와 같이 배터리 셀 4 개(810, 830, 850, 870)가 극성을 바꿔가면서 나란히 배치될 수 있다. 이 경우, 버스바(10-1)은 배터리 셀의 위쪽에 배치되어 배터리 셀(810)과 배터리 셀(830)을 연결하고, 버스바(10-2)는 배터리 셀(850)과 배터리 셀(870)을 연결할 수 있다.
배터리 셀의 아래쪽은 도체(100)만을 이용하여 연결될 수 있다. 즉, 배터리 셀(830)과 배터리 셀(850)은 도체(100)를 통해 연결될 수 있다.
버스바들(10-1, 10-2)은 연결된 배터리 셀들(810, 830, 850, 870)을 모니터링할 수 있다. 버스바들(10-1, 10-2)은 배터리 셀들(810, 830, 850, 870) 간에 걸리는 전압 및 배터리 셀들(810, 830, 850, 870)의 온도를 측정하고, 인접한 버스바끼리 측정한 정보를 교환할 수 있다. 예를 들어, 버스바(10-1)는 버스바(10-2)와 측정한 정보를 교환할 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.

Claims (20)

  1. 배터리 팩(pack)에 포함된 배터리 셀(cell)들을 전기적으로 연결하는 도체; 및
    상기 도체로부터 획득한 정보에 기초하여 상기 배터리 팩을 관리하는 컨트롤러
    를 포함하고,
    상기 도체 및 상기 컨트롤러는 동일한 기판 상에 구현되는 버스바.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 도체는,
    상기 배터리 팩에 포함된 제1 배터리 셀의 양극과 상기 제1 배터리 셀과 인접한 제2 배터리 셀의 음극을 전기적으로 연결하는 버스바.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 도체 양단에 걸리는 전압을 측정하는 변환기
    를 포함하는 버스바.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 도체 또는 상기 배터리 셀들의 온도를 측정하는 온도 센서
    를 더 포함하는 버스바.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 전압 및 상기 온도에 기초하여 상기 배터리 팩의 전류를 추정하는 버스바.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    인접한 버스바와 상기 정보를 교환할 수 있는 통신기
    를 포함하는 버스바.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 통신기는,
    유선 또는 무선으로 상기 정보를 교환하는 버스바.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 기판은,
    PCB(Printed Circuit Board)
    를 포함하는 버스바.
  9. 배터리 팩(pack)에 포함된 배터리 셀(cell)들을 전기적으로 연결하는 복수의 도체; 및
    상기 복수의 도체 중 적어도 하나의 도체와 동일한 기판 상에 구현되어 상기 적어도 하나의 도체로부터 획득한 상기 배터리 셀들의 정보에 기초하여 상기 배터리 팩을 관리하는 컨트롤러
    를 포함하는 배터리 관리 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 도체는,
    상기 배터리 팩에 포함된 제1 배터리 셀의 양극과 상기 제1 배터리 셀과 인접한 제2 배터리 셀의 음극을 전기적으로 연결하는
    배터리 관리 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 도체 양단에 걸리는 전압을 측정하는 변환기
    를 포함하는 배터리 관리 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 도체 또는 상기 배터리 셀들의 온도를 측정하는 온도 센서
    를 더 포함하는 배터리 관리 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 전압 및 상기 온도에 기초하여 상기 배터리 팩의 전류를 추정하는
    배터리 관리 장치.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    인접한 버스바와 상기 정보를 교환할 수 있는 통신기
    를 포함하는 배터리 관리 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 통신기는,
    유선 또는 무선으로 상기 정보를 교환하는
    배터리 관리 장치.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 기판은,
    PCB(Printed Circuit Board)
    를 포함하는 배터리 관리 장치.
  17. 배터리 팩에 포함된 배터리 셀들을 연결하는 기판을 제공하는 단계;
    상기 기판 상에 상기 배터리 셀들을 전기적으로 연결하는 도체를 형성하는 단계; 및
    상기 도체로부터 정보를 획득하여 상기 배터리 팩을 관리하기 위한 컨트롤러를 상기 기판 상에서 상기 도체와 연결하는 단계
    를 포함하는 버스바 제조 방법.
  18. 음성 제17항에 있어서,
    상기 연결하는 단계는,
    상기 도체에 걸리는 전압을 측정하는 변환기를 상기 도체와 연결하는 단계; 및
    상기 도체 또는 상기 배터리 셀들의 온도를 측정하는 온도 센서를 상기 도체와 연결하는 단계
    를 포함하는 버스바 제조 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 연결하는 단계는,
    인접한 버스바와 상기 정보를 유선 또는 무선으로 교환하기 위한 통신기 상기 변환기와 연결하는 단계
    를 더 포함하는 버스바 제조 방법.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 도체를 통해 상기 배터리 팩에 포함된 제1 배터리 셀의 양극과 상기 제1 배터리 셀과 인접한 제2 배터리 셀의 음극이 전기적으로 연결되도록 상기 기판을 상기 배터리 팩에 결합하는 단계
    를 더 포함하는 버스바 제조 방법.
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