KR20210007245A - 배터리 팩의 결함 검출 장치 및 방법 - Google Patents

배터리 팩의 결함 검출 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치는 하나 이상의 배터리 셀이 포함된 배터리 팩의 결함을 검출하는 장치로서, 일단이 상기 배터리 셀의 제1 단자에 직렬 연결되고, 타단이 상기 배터리 팩의 전극 단자 측에 연결되도록 구성된 퓨즈; 상기 배터리 셀의 전압, 전류 및 온도 중 적어도 하나 이상을 측정하고, 상기 퓨즈의 절단 여부를 판단하도록 구성된 모니터링부; 일단이 상기 배터리 셀의 제1 단자에 병렬 연결된 방전 저항, 및 일단이 상기 배터리 셀의 제2 단자에 연결되고, 타단이 상기 방전 저항의 타단에 연결된 방전 스위치를 구비하도록 구성된 방전 라인; 및 상기 모니터링부에 의해 측정된 측정 결과 및 상기 퓨즈의 절단 여부에 대한 판단 결과를 수신하고, 수신한 측정 결과에 기반하여 상기 배터리 셀의 충전 상태를 추정하고, 상기 수신한 측정 결과 및 추정된 충전 상태에 기반하여 상기 배터리 셀의 상태를 정상 상태 또는 결함 상태로 판단하며, 판단된 배터리 셀의 상태 및 판단된 퓨즈의 절단 여부에 따라 상기 방전 스위치의 동작 상태를 턴-온 상태 또는 턴-오프 상태로 제어하도록 구성된 제어부를 포함한다.

Description

배터리 팩의 결함 검출 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DETECTING FAULT OF BATTERY PACK}
본 발명은 배터리 팩의 결함 검출 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 배터리 팩에 구비된 배터리 셀의 결함을 검출하고, 결함이 검출된 배터리 셀을 단절시키는 배터리 팩의 결함 검출 장치 및 방법에 관한 것이다.
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.
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.
또한, 배터리의 충방전을 효율적으로 제어하고, 배터리의 폭발 위험성을 줄일 수 있는 다양한 연구가 진행되고 있다. 특허문헌 1은 배터리 팩에 구비된 방전 스위치가 오작동할 때, 배터리 밸런싱 회로를 작동시켜 배터리의 열폭주에 따른 손상, 발화 및 폭발을 지연시킬 수 있는 배터리 팩을 개시하고 있다.
특허문헌 1은 밸런싱 회로를 작동시킴으로써 배터리를 방전시켜, 배터리 과충전에 따른 사고를 일시적으로 방지할 수는 있지만, 해당 배터리가 배터리 팩 내부에서 계속해서 사용되기 때문에, 동일한 문제가 재발할 수 있는 문제가 있다.
KR 10-1945900 B1
본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 결함이 검출된 배터리 셀을 배터리 팩 내부에서 단절시킴으로써 해당 배터리 셀로부터 발생될 수 있는 위험 요소를 제거할 수 있는 배터리 팩의 결함 검출 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
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.
본 발명의 일 측면에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치는 하나 이상의 배터리 셀이 포함된 배터리 팩의 결함을 검출하는 장치로서, 일단이 상기 배터리 셀의 제1 단자에 직렬 연결되고, 타단이 상기 배터리 팩의 전극 단자 측에 연결되도록 구성된 퓨즈; 상기 배터리 셀의 전압, 전류 및 온도 중 적어도 하나 이상을 측정하고, 상기 퓨즈의 절단 여부를 판단하도록 구성된 모니터링부; 일단이 상기 배터리 셀의 제1 단자에 병렬 연결된 방전 저항, 및 일단이 상기 배터리 셀의 제2 단자에 연결되고, 타단이 상기 방전 저항의 타단에 연결된 방전 스위치를 구비하도록 구성된 방전 라인; 및 상기 모니터링부에 의해 측정된 측정 결과 및 상기 퓨즈의 절단 여부에 대한 판단 결과를 수신하고, 수신한 측정 결과에 기반하여 상기 배터리 셀의 충전 상태를 추정하고, 상기 수신한 측정 결과 및 추정된 충전 상태에 기반하여 상기 배터리 셀의 상태를 정상 상태 또는 결함 상태로 판단하며, 판단된 배터리 셀의 상태 및 판단된 퓨즈의 절단 여부에 따라 상기 방전 스위치의 동작 상태를 턴-온 상태 또는 턴-오프 상태로 제어하도록 구성된 제어부를 포함할 수 있다.
상기 퓨즈는, 상기 방전 스위치의 동작 상태가 턴-온 상태인 경우 절단되도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 측정된 측정 결과에 기반하여 상기 배터리 셀이 과충전 및 임계 온도 이상의 고온 상태 중 적어도 하나인 것으로 판단되면, 상기 배터리 셀의 상태를 상기 결함 상태로 판단하고, 상기 방전 스위치의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치는 상기 방전 라인 상에 직렬로 연결되고, 상기 제어부에 의해 상기 방전 스위치의 동작 상태가 턴-온 상태로 제어되는 동안 구동되어 상기 배터리 셀의 온도를 낮추도록 구성된 냉각 유닛을 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 퓨즈가 절단되고, 상기 배터리 셀의 충전 상태가 기설정된 하한값 이하인 경우, 상기 방전 스위치의 동작 상태를 턴-오프 상태로 제어하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 퓨즈가 절단된 것으로 판단된 이후, 상기 배터리 셀의 충전 상태가 기설정된 상한값 이상인 경우, 상기 방전 스위치의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치는
일단이 상기 퓨즈의 타단에 연결되고, 타단이 상기 배터리 팩의 전극 단자에 연결되도록 구성된 메인 스위치; 및
일단이 상기 퓨즈와 상기 메인 스위치 사이에 연결되고, 타단이 상기 방전 저항과 상기 방전 스위치 사이에 연결된 차단 저항을 더 포함할 수 있다.
상기 방전 저항의 저항값은, 상기 차단 저항의 저항값보다 작도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 배터리 셀의 상태가 상기 결함 상태로 판단된 경우, 상기 메인 스위치의 동작 상태를 턴-오프 상태로 제어하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치는 상기 퓨즈의 일단과 상기 배터리 셀의 제1 단자가 연결된 라인과 상기 방전 저항의 일단 사이에 구비되어, 상기 방전 저항에 흐르는 전류를 측정하도록 구성된 전류계를 더 포함할 수 있다.
상기 모니터링부는, 상기 전류계에 의해 측정된 전류값이 소정의 임계값 이상이면, 상기 퓨즈가 절단된 것으로 판단하도록 구성될 수 있다.
상기 제어부는, 상기 배터리 셀의 상태가 정상 상태로 판단되었으나, 상기 모니터링부에 의해 상기 퓨즈가 절단된 것으로 판단된 경우, 상기 메인 스위치의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치는 상기 제어부와 연결되고, 상기 제어부로부터 절단 제어 신호를 수신하면, 발열하는 발열 유닛, 상기 퓨즈에 전류를 인가하도록 구성된 전류 인가 유닛 및 상기 퓨즈를 절단하는 절단 유닛 중 적어도 하나를 구비하여, 상기 퓨즈를 절단시키도록 구성된 퓨즈 절단부를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 퓨즈가 절단되지 않았고, 상기 배터리 셀의 상태가 결함 상태로 판단된 경우, 상기 절단 제어 신호를 출력하도록 구성될 수 있다.
상기 배터리 팩은 복수의 배터리 셀을 포함할 수 있다.
상기 퓨즈는, 상기 배터리 팩에 포함된 복수의 배터리 셀 중 대응된 배터리 셀의 제1 단자에 연결되도록 구성될 수 있다.
상기 방전 라인은, 상기 복수의 배터리 셀 중 대응되는 배터리 셀 각각에 연결되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치는 상기 복수의 배터리 셀 중 대응되는 배터리 셀 각각에 병렬 연결되고, 상기 제어부에 의해 동작 상태가 턴-오프 상태 또는 턴-온 상태로 제어되도록 구성된 우회 스위치를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 복수의 배터리 셀 중 상태가 결함 상태로 판단되거나 대응되는 퓨즈가 절단된 것으로 판단된 배터리 셀을 타겟 셀로 선정하고, 상기 선정된 타겟 셀의 상태에 따라 상기 선정된 타겟 셀에 대응되는 방전 라인에 포함된 방전 스위치의 동작 상태를 턴-온 또는 턴-오프 상태로 제어하고, 상기 타겟 셀에 병렬 연결된 우회 스위치의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 팩은 본 발명의 일 측면에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 배터리 팩의 결함 검출 방법은 배터리 셀의 전압, 전류 및 온도 중 적어도 하나 이상을 측정하는 측정 단계; 퓨즈의 절단 여부를 판단하는 절단 여부 판단 단계; 상기 측정 단계에서 측정된 측정 결과에 기반하여 상기 배터리 셀의 상태를 정상 상태 또는 결함 상태로 판단하는 배터리 셀 상태 판단 단계; 및 상기 판단된 배터리 셀의 상태 및 판단된 퓨즈의 절단 여부에 따라 방전 스위치의 동작 상태를 턴-온 상태 또는 턴-오프 상태로 제어하도록 구성된 방전 스위치 동작 제어 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 결함이 검출된 배터리 셀을 방전시킴으로써, 폭발 등을 일으킬 수 있는 위험 요소가 제거될 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 결함이 검출된 배터리 셀을 배터리 팩과 단절시킴으로써, 상기 위험 요소의 재발이 미연에 방지될 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 결함이 검출되어 배터리 팩과 단절된 배터리 셀에 대한 정보가 제공되므로, 결함이 검출된 배터리 셀에 대한 식별 및 교체가 매우 용이해질 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 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 결함 검출 장치의 예시적 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치의 다른 예시적 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3 내지 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치의 또 다른 예시적 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치의 예시적 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치의 다른 예시적인 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
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.
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.
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.
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.
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 제어부와 같은 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치의 예시적 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치는 퓨즈(20), 모니터링부(100), 방전 라인(30) 및 제어부(200)를 포함할 수 있다. 여기서, 배터리 팩은 하나 이상의 배터리 셀(10)이 포함될 수 있다. 예컨대, 배터리 팩에 복수의 배터리 셀(10)이 포함될 경우, 복수의 배터리 셀(10)은 직렬 및/또는 병렬로 연결될 수 있다. 이하에서는, 배터리 팩에 하나의 배터리 셀(10)이 포함된 경우에 대해서 설명한다.
퓨즈(20)는 일단이 상기 배터리 셀(10)의 제1 단자에 직렬 연결될 수 있다. 여기서, 배터리 셀(10)의 제1 단자는 양극 또는 음극 단자일 수 있고, 제2 단자는 제1 단자와 극성이 반대인 단자일 수 있다. 즉, 퓨즈(20)의 일단은 배터리 셀(10)의 양극 단자 또는 음극 단자 중 어느 하나에 연결될 수 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위해 배터리 셀(10)의 제1 단자가 양극 단자이고, 제2 단자가 음극 단자인 것으로 설명한다.
퓨즈(20)의 타단은 상기 배터리 팩의 전극 단자 측에 연결되도록 구성될 수 있다. 여기서, 퓨즈(20)의 타단이 연결되는 배터리 팩의 전극 단자는 퓨즈(20)의 일단이 연결된 배터리 셀(10)의 제1 단자와 동일한 극성을 가진 단자일 수 있다. 예컨대, 도 1의 실시예에서, 퓨즈(20)의 일단은 배터리 셀(10)의 제1 단자 측에 연결되고, 퓨즈(20)의 타단은 배터리 팩의 양극 단자 측에 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치에 포함된 퓨즈(20)는 과전류가 흐르면 녹아서 배선이 끊어지거나, 일정 수준 이상의 열이 유입되면 절단되는 퓨즈(20)가 적용될 수 있다.
모니터링부(100)는 상기 배터리 셀(10)의 전압, 전류 및 온도 중 적어도 하나 이상을 측정할 수 있다.
예컨대, 도 1을 참조하면, 모니터링부(100)는 복수의 센싱 라인(SL1 및 SL2)을 통해 배터리 셀(10)과 연결될 수 있다. 모니터링부(100)는 복수의 센싱 라인을 통해서 배터리 셀(10)의 양단의 전압을 측정하고, 측정한 배터리 셀(10)의 양단의 전압의 차이를 산출하여 배터리 셀(10)의 전압을 측정할 수 있다. 또한, 모니터링부(100)는 배터리 셀(10)에 부착된 온도 센서 등을 통해서 배터리 셀(10)의 온도를 측정할 수 있다. 또한, 도 1에는 미도시 되었으나, 배터리 셀(10)의 제2 단자 측에는 센스 저항이 구비되고, 모니터링부(100)는 센스 저항의 양단의 전압을 측정할 수 있다. 그리고, 모니터링부(100)는 측정한 센스 저항의 양단의 전압 차이를 산출하여, 배터리 셀(10)에서 출력되는 전류 또는 배터리 셀(10)로 인가되는 전류를 측정할 수도 있다.
또한, 모니터링부(100)는 상기 퓨즈(20)의 절단 여부를 판단하도록 구성될 수 있다.
여기서, 퓨즈(20)의 절단 여부 판단이란, 퓨즈(20)가 절단되었는지 여부를 판단하는 것을 의미할 수 있다. 예컨대, 모니터링부(100)는 상기 퓨즈(20)의 양단(20a 및 20b)의 전압을 측정하고, 측정한 퓨즈(20)의 양단(20a 및 20b)의 전위차를 계산하여 퓨즈(20)의 절단 여부를 판단할 수 있다. 다른 예로, 모니터링부(100)는 배터리 셀(10)의 제1 단자와 퓨즈(20)의 일단(20a) 사이에 흐르는 전류 또는 퓨즈(20)의 타단(20a)과 배터리 팩의 양극 단자 측 사이에 흐르는 전류를 측정하여 퓨즈(20)의 절단 여부를 판단할 수 있다.
방전 라인(30)은 방전 저항(32) 및 방전 스위치(31)를 구비하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 방전 저항(32)은 일단(32b)이 상기 배터리 셀(10)의 제1 단자에 병렬 연결되도록 구성될 수 있다. 또한, 방전 스위치(31)의 일단(31b)이 상기 배터리 셀(10)의 제2 단자에 연결되고, 타단(31a)이 상기 방전 저항(32)의 타단(32a)에 연결되도록 구성될 수 있다. 이하에서는 방전 저항(32)이 하나의 저항인 실시예를 설명하지만, 방전 저항(32)은 복수의 저항이 직렬 및/또는 병렬로 연결된 합성 저항일 수도 있다.
예컨대, 도 1의 실시예에서, 방전 라인(30)은 방전 저항(32) 및 방전 스위치(31)를 구비하고, 방전 저항(32) 및 방전 스위치(31)는 방전 라인(30) 상에서 서로 직렬로 연결될 수 있다. 그리고, 방전 라인(30)은 양단이 배터리 셀(10)의 양단에 연결되어, 방전 라인(30)에 구비된 방전 저항(32) 및 방전 스위치(31)는, 배터리 셀(10)에 병렬로 연결된 구성이라 할 수 있다.
이러한 구성에서, 퓨즈(20)가 과전류 또는 열에 의해 절단되고 방전 스위치(31)의 동작 상태가 턴-온 상태가 되면, 배터리 셀(10)은 방전 라인(30), 특히 방전 라인(30)의 방전 저항(32)을 통해서 방전될 수 있다.
제어부(200)는 상기 모니터링부(100)에 의해 측정된 측정 결과 및 상기 퓨즈(20)의 절단 여부에 대한 판단 결과를 수신할 수 있다. 예컨대, 제어부(200)와 모니터링부(100)는 유선 및/또는 무선으로 연결되고, 제어부(200)는 모니터링부(100)에서 측정한 배터리 셀(10)의 전압, 전류 및/또는 온도에 대한 측정 결과를 수신할 수 있다. 또한, 제어부(200)는 모니터링부(100)에서 판단한 퓨즈(20)의 절단 여부에 대한 판단 결과를 수신할 수 있다.
제어부(200)는 수신한 측정 결과에 기반하여 상기 배터리 셀(10)의 충전 상태(State Of Charge, SOC)를 추정할 수 있다. 예컨대, 제어부(200)는 수신한 배터리 셀(10)의 전압에 기반하여 배터리 셀(10)의 충전 상태를 추정할 수 있고, 일정 시간 동안 배터리 셀(10)에 인가된 충전 전류의 양을 적산하여 배터리 셀(10)의 충전 상태를 추정할 수도 있다.
제어부(200)는 수신한 측정 결과 및 추정한 충전 상태에 기반하여 상기 배터리 셀(10)의 상태를 정상 상태 또는 결함 상태로 판단할 수 있다.
예컨대, 제어부(200)는 추정한 배터리 셀(10)의 충전 상태가 기설정된 상한값 이상인 경우, 배터리 셀(10)의 상태를 결함 상태로 판단할 수 있다. 즉, 제어부(200)는 배터리 셀(10)이 과충전 상태일 경우, 배터리 셀(10)의 상태를 결함 상태로 판단할 수 있다.
반대로, 제어부(200)는 추정한 배터리 셀(10)의 충전 상태가 기설정된 하한값 이하인 경우에도, 배터리 셀(10)의 상태를 결함 상태로 판단할 수 있다. 즉, 제어부(200)는 배터리 셀(10)이 과방전 상태일 경우, 배터리 셀(10)의 상태를 결함 상태로 판단할 수 있다.
또한, 제어부(200)는 모니터링부(100)에 의해 측정된 배터리 셀(10)의 온도가 기설정된 임계 온도 이상인 경우, 배터리 셀(10)의 상태를 결함 상태로 판단할 수 있다. 즉, 제어부(200)는 배터리 셀(10)이 적정 수준을 넘어서는 고온 상태인 경우, 배터리 셀(10)의 상태를 결함 상태로 판단할 수 있다.
제어부(200)는 판단된 배터리 셀(10)의 상태 및 판단된 퓨즈(20)의 절단 여부에 따라 상기 방전 스위치(31)의 동작 상태를 턴-온 상태 또는 턴-오프 상태로 제어하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 제어부(200)는 배터리 셀(10)의 상태가 정상 상태로 판단되면, 방전 스위치(31)의 동작 상태를 턴-오프 상태로 유지시킬 수 있다. 반대로, 제어부(200)는 배터리 셀(10)의 상태가 결함 상태로 판단되면, 방전 스위치(31)의 동작 상태를 턴-온 상태 또는 턴-오프 상태로 제어할 수 있다.
바람직하게, 배터리 셀(10)의 상태가 결함 상태일 때, 제어부(200)는 배터리 셀(10)의 충전 상태가 위험 수준인지를 먼저 판단할 수 있다. 예컨대, 제어부(200)는 배터리 셀(10)의 충전 상태가 70% 이상이면, 배터리 셀(10)의 충전 상태가 위험 수준인 것으로 판단할 수 있다.
배터리 셀(10)의 충전 상태가 위험 수준으로 판단되면, 제어부(200)는 방전 스위치(31)의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어할 수 있다. 만약, 배터리 셀(10)의 상태가 결함 상태이지만, 배터리 셀(10)의 충전 상태가 위험 수준에 해당하지 않으면, 제어부(200)는 방전 스위치(31)의 동작 상태를 턴-오프 상태로 제어 또는 유지할 수 있다. 즉, 배터리 셀(10)의 상태가 과방전 상태일 때는, 배터리 셀(10)의 상태가 결함 상태이지만 방전 스위치(31)의 동작 상태가 턴-오프 상태로 제어되거나 유지될 수 있다.
예컨대, 도 1의 실시예에서, 제어부(200)에 의해서 방전 스위치(31)의 동작 상태가 턴-온 상태로 제어되면, 배터리 셀(10)은 방전 라인(30)에 구비된 방전 스위치(31) 및 방전 저항(32)과 통전될 수 있다. 따라서, 배터리 셀(10)은 방전될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치는 배터리 셀(10)의 전압 및 온도에 기반하여 배터리 셀(10)이 결함 상태인지 여부를 판단함으로써, 해당 배터리 셀(10)을 포함하는 배터리 팩의 결함을 검출할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치는 방전 라인(30)을 통해서 결함 상태인 배터리 셀(10)을 방전시킴으로써, 배터리 셀(10) 내의 에너지(잔존 용량)를 소모시킬 수 있다. 이 경우, 배터리 셀(10) 내의 에너지가 낮아지기 때문에 발화 또는 폭발 등의 예상치 못한 사고가 방지될 수 있는 장점이 있다.
제어부(200)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. 제어부(200)는, 메모리를 포함할 수 있다. 메모리는, 장치의 전반적인 동작에 요구되는 데이터들, 명령어 및 소프트웨어를 저장하는 것으로서, 플래시 메모리 타입(flash memory type), 하드디스크 타입(hard disk type), SSD 타입(Solid State Disk type), SDD 타입(Silicon Disk Drive type), 멀티미디어 카드 마이크로 타입(multimedia card micro type), 램(ramdom access memory; RAM), SRAM(static ramdom access memory), 롬(read-only memory; ROM), EEPROM(electrically erasable programmable read-only memory), PROM(programmable read-only memory) 중 적어도 하나의 타입의 저장매체를 포함할 수 있다.
상기 퓨즈(20)는 방전 스위치(31)의 동작 상태가 턴-온 상태인 경우 절단되도록 구성될 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 퓨즈(20)는 유입되는 열에 의해 절단될 수 있다. 방전 스위치(31)의 동작 상태가 턴-온 상태인 경우, 배터리 셀(10)은 방전 라인(30)을 통해 방전될 수 있다. 방전 라인(30)을 통한 배터리 셀(10)의 방전 과정에서 배터리 셀(10)에서 출력된 전류는 방전 저항(32)을 통과하고, 방전 저항(32)에는 열이 발생될 수 있다. 그리고, 방전 저항(32)에서 발생된 열은 퓨즈(20)로 유입될 수 있다. 이를 위해, 방전 저항(32)은, 퓨즈(20)를 융단시킬 수 있을 정도의 열이 퓨즈(20)에 인가되도록, 퓨즈(20)에 인접하여 위치되게 구성될 수 있다. 따라서, 방전 스위치(31)의 동작 상태가 턴-온 상태인 경우, 방전 저항(32)에서 발생된 열에 의해 퓨즈(20)가 절단될 수 있다.
제어부(200)는, 상기 측정된 측정 결과에 기반하여 상기 배터리 셀(10)이 과충전 상태 또는 임계 온도 이상의 고온 상태 중 적어도 하나인 것으로 판단되면, 상기 배터리 셀(10)의 상태를 상기 결함 상태로 판단할 수 있다.
예컨대, 배터리 셀(10)에 포함된 전해질은 열에 민감하기 때문에, 강한 전류가 흐르거나 고온 환경에 노출되면 전자의 이동에 따라 화학 반응이 일어나고, 가스나 열이 발생될 수 있다. 이렇게 발생된 가스나 열에 의해 배터리 셀(10)이 부풀어 오르는 스웰링(Swelling) 현상이 발생되거나, 발화 또는 폭발이 일어날 수 있다.
또한, 배터리 셀(10)이 과충전 상태가 되면, 리튬이 석출되는 리튬 플레이팅(Li Plating) 현상 등이 일어나고, 배터리 셀(10)의 퇴화가 가속화 되며, 발화 또는 폭발이 일어날 수 있다.
따라서, 제어부(200)는 배터리 셀(10)이 과충전 상태 및/또는 고온 상태인 경우, 방전 스위치(31)의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어하도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치에 따르면, 퓨즈(20)가 외부 요인에 의해 절단되지 않은 경우, 방전 라인(30)을 통한 배터리 셀(10)의 방전 과정에서 퓨즈(20)가 절단될 수 있으므로, 퓨즈(20)의 절단 및 배터리 셀(10)의 방전에 필요한 구성이 간소화되고, 소요되는 시간이 감축될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치는 배터리 셀(10)이 과충전 상태 및/또는 고온 상태일 경우, 배터리 셀(10) 내부의 잔존 용량을 소모시킴으로써, 배터리 셀(10) 내부 에너지를 낮춰 발화 또는 폭발과 같은 사고를 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치는 배터리 셀(10)의 온도를 낮추기 위한 냉각 유닛을 더 포함할 수 있다.
냉각 유닛은 상기 방전 라인(30) 상에 직렬로 연결되고, 상기 제어부(200)에 의해 상기 방전 스위치(31)의 동작 상태가 턴-온 상태로 제어되는 동안 구동되어 상기 배터리 셀(10)의 온도를 낮추도록 구성될 수 있다.
도 1을 참조하면, 방전 스위치(31)의 동작 상태가 턴-온 상태로 제어되어 방전 라인(30)을 통해 배터리 셀(10)이 방전되는 경우, 배터리 셀(10) 내부의 화학적 반응에 의해서 열이 발생될 수 있다. 또한, 전류가 방전 저항(32)을 통과하는 과정에서도 열이 발생될 수 있다. 따라서, 방전 과정에서 발생되는 화학적 반응에 따른 열 및 저항 열에 의해서 배터리 셀(10)의 온도가 보다 증가될 위험이 있다. 따라서, 배터리 셀(10)의 온도가 증가하여 발생될 수 있는 사고를 방지하기 위하여, 냉각 유닛이 구비될 수 있다.
예컨대, 냉각 유닛은 팬(Fan)으로 구성될 수 있다. 팬은 방전 라인(30) 상에 직렬 연결되고, 방전 스위치(31)의 동작 상태가 턴-온 상태가 되면, 배터리 셀(10)로부터 전류를 인가받아 구동될 수 있다. 이 경우, 배터리 셀(10)에 대한 감온과 방전이 동시에 진행될 수 있다.
다른 예로, 냉각 유닛은 열전 소자(Thermoelectric element)로 구성될 수 있다. 열전 소자는 방전 라인(30)에 구비되고, 배터리 셀(10)로부터 전류를 인가받을 수 있다. 열전 소자 양단자 중 전류가 인가됨에 따라 흡열 반응이 일어나는 단자가 배터리 셀(10)에 접촉될 수 있다. 이 경우, 배터리 셀(10)에 대한 감온과 방전이 동시에 진행될 수 있다.
이상에서, 냉각 유닛의 예시로서 팬과 열전 소자를 설명하였으나, 배터리 셀(10)의 온도를 낮추기 위한 냉각 유닛이라면 제한없이 이용될 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치는 방전 라인(30) 상에 구비된 냉각 유닛을 포함하여, 배터리 셀(10)의 방전과 감온을 동시에 진행시킬 수 있다. 따라서, 배터리 셀(10)의 잔존 용량과 온도가 동시에 낮아질 수 있으므로, 보다 빠르게 배터리 셀(10)의 상태가 안정 상태로 될 수 있는 장점이 있다.
제어부(200)는, 상기 퓨즈(20)가 절단되고, 상기 배터리 셀(10)의 충전 상태가 기설정된 하한값 이하인 경우, 상기 방전 스위치(31)의 동작 상태를 턴-오프 상태로 제어하도록 구성될 수 있다. 여기서, 기설정된 하한값은 배터리 셀(10)이 과방전되었는지를 판단하기 위한 기준값으로서, 제어부(200)의 메모리 등에 미리 저장될 수 있다.
일반적으로, 과방전 상태란 배터리 셀(10)의 충전 상태가 미리 설정된 하한값 이하로 낮아진 상태를 의미하며, 배터리 셀(10)이 과방전되면 여러 문제가 발생될 수 있다. 예컨대, 배터리 셀(10)이 과방전되면, 리튬 석출에 의해 분리막이 손상될 수 있으며, 발화 및 폭발의 원인이 될 수도 있다. 따라서, 제어부(200)는 배터리 셀(10)이 과방전 상태일 때, 방전 스위치(31)의 동작 상태를 턴-오프 상태로 제어하여, 방전 라인(30)을 통한 배터리 셀(10)의 방전되지 않도록 할 수 있다.
예컨대, 기설정된 하한값이 50%로 설정되었다고 가정한다. 제어부(200)는 배터리 셀(10)의 충전 상태를 계속해서 추정할 수 있다. 제어부(200)는 추정된 배터리 셀(10)의 충전 상태가 50% 이하이면, 배터리 셀(10)의 과방전을 방지하기 위하여 방전 스위치(31)의 동작 상태를 턴-오프 상태로 제어 또는 유지시킬 수 있다.
한편, 배터리 셀(10)이 과방전 상태인 것으로 판단되었으나, 퓨즈(20)가 절단되지 않은 경우, 제어부(200)는 방전 스위치(31)의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어하여, 퓨즈(20)를 절단시킬 수 있다. 그리고, 제어부(200)는 방전 스위치(31)의 동작 상태를 턴-오프 상태로 제어함으로써, 배터리 셀(10)이 방전되는 것을 방지할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치는 결함 상태인 배터리 셀(10)에 연결된 퓨즈(20)를 절단하고 충전 상태를 낮춤으로써, 결함 상태인 배터리 셀(10)에 의한 2차 사고를 미연에 방지할 수 있는 장점이 있다.
제어부(200)는 상기 퓨즈(20)가 절단된 것으로 판단된 이후, 상기 배터리 셀(10)의 충전 상태가 기설정된 상한값 이상인 경우, 상기 방전 스위치(31)의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 기설정된 상한값은 70%로 설정되었다고 가정한다. 배터리 셀(10)의 충전 상태가 70% 이상이면, 제어부(200)는 배터리 셀(10)의 에너지가 위험 수준인 것으로 판단할 수 있다. 제어부(200)는 배터리 셀(10)의 에너지를 낮추기 위하여 방전 스위치(31)의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어하여 배터리 셀(10)을 방전시킬 수 있다. 방전 과정에서, 모니터링부(100)는 배터리 셀(10)의 전압을 계속해서 측정하고, 제어부(200)는 모니터링부(100)에 의해 측정된 측정 결과에 기반하여 배터리 셀(10)의 충전 상태를 추정할 수 있다. 배터리 셀(10)의 충전 상태가 기설정된 하한값 이하가 될 때, 제어부(200)는 방전 스위치(31)를 턴-오프 상태로 제어하여, 배터리 셀(10)의 과방전에 의한 사고를 방지할 수 있다.
방전 스위치(31)의 동작 상태가 턴-온 상태로 제어되면, 배터리 셀(10)과 방전 라인(30)은 통전되고, 방전 저항(32)에 의해 배터리 셀(10)에서 출력되는 전류가 소모될 수 있다. 그리고, 제어부(200)는 배터리 셀(10)의 충전 상태가 기설정된 하한값 이하가 되면, 방전 스위치(31)의 동작 상태를 턴-오프 상태로 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치는 방전 라인(30)을 통해 배터리 셀(10)을 방전시키는 과정에서도 배터리 셀(10)의 충전 상태를 계속 추정하여, 배터리 셀(10)이 과방전되는 것을 방지할 수 있다. 이 경우, 배터리 셀(10)의 과방전에 의한 예상치 못한 사고가 미연에 방지될 수 있다.
이하에서는, 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치를 설명한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치의 다른 예시적 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 2에 도시된 배터리 팩의 결함 검출 장치를 설명함에 있어서, 도 1에 도시된 배터리 팩의 결함 검출 장치와 중복되는 내용은 생략하고, 차이가 있는 내용에 대해서만 구체적으로 설명한다.
도 2를 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치는 메인 스위치(40) 및 차단 저항을 더 포함할 수 있다.
메인 스위치(40)는 배터리 팩의 충방전 전류가 흐르는 대전류 경로 상에 구비될 수 있다. 특히, 메인 스위치(40)는, 일단이 퓨즈(20)의 타단과 연결되고, 타단이 배터리 팩의 전극 단자에 연결될 수 있다. 바람직하게, 메인 스위치(40)의 일단(40b)은 퓨즈(20)의 타단(20a)과 직렬 연결되고, 메인 스위치(40)의 타단(40a)은 배터리 팩의 전극 단자와 직렬 연결될 수 있다. 즉, 메인 스위치(40)는 퓨즈(20)와 배터리 팩의 전극 단자 사이의 대전류 경로 상에 구비될 수 있다.
예컨대, 도 2에 도시된 구성과 같이, 메인 스위치(40)의 타단이 배터리 팩의 양극 단자(P+) 측에 연결되었다고 가정한다. 메인 스위치(40)의 동작 상태가 턴-오프 상태이면, 퓨즈(20)와 배터리 팩의 양극 단자(P+)는 연결이 끊어질 수 있다. 반대로, 메인 스위치(40)의 동작 상태가 턴-온 상태이면, 퓨즈(20)와 배터리 팩의 양극 단자(P+)는 통전될 수 있다. 따라서, 메인 스위치(40)의 동작 상태에 따라 배터리 셀(10)의 양극 단자와 배터리 팩의 양극 단자(P+)가 연결될 수도 있고, 연결되지 않을 수도 있다.
차단 저항(33)은, 퓨즈(20)와 메인 스위치(40) 사이에 일단(33b이 연결되고, 방전 저항(32)과 방전 스위치(31) 사이에 타단(33a)이 연결될 수 있다. 즉, 차단 저항(33)은 일단(33b)이 상기 퓨즈(20)의 타단(20a)과 상기 메인 스위치(40)의 일단(40b)이 연결된 라인 상에 연결되고, 타단(33a)이 상기 방전 저항(32)의 타단(32a)과 상기 방전 스위치(31)의 타단(31a)이 연결된 라인 상에 연결될 수 있다.
도 2를 참조하면, 차단 저항(33)은 퓨즈(20)의 타단(20a)과 방전 저항(32)의 타단(32a) 사이에 연결될 수 있다.
바람직하게, 차단 저항(33)의 저항값은 방전 저항(32)의 저항값보다 클 수 있다. 예컨대, 방전 상태에서 메인 스위치(40)의 동작 상태가 턴-오프 상태이고, 방전 스위치(31)의 동작 상태가 턴-온 상태인 경우, 배터리 셀(10)의 양극 단자로부터 유입되는 전류가 차단 저항을 통과하지 않고, 방전 저항(32)을 통과하여 배터리 셀(10)에 인가될 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 방전 저항(32)에 전류가 흐르도록 함으로써 배터리 셀(10)을 방전시킬 수 있을 뿐만 아니라, 방전 저항(32)에 전류가 흐르면서 발생되는 열에 의해 퓨즈(20)를 융단시킬 수도 있다.
차단 저항(33)의 저항값은 방전 스위치(31)의 내부 저항값보다 클 수 있다. 예컨대, 방전 스위치(31)의 동작 상태가 턴-온 상태인 경우, 배터리 셀(10)에서 출력된 전류는 방전 저항(32)을 통과할 수 있다. 이후, 방전 저항(32)을 통과한 전류는 방전 스위치(31)를 통과하여 배터리 셀(10)의 제2 단자 측으로 인가될 수 있다. 따라서, 방전 스위치(31)의 동작 상태가 턴-온 상태이면 배터리 셀(10)이 효과적으로 방전될 수 있다.
이러한 구성에 의하면, 퓨즈(20)가 끊어지고 메인 스위치(40)의 동작 상태가 턴-온 상태라고 하더라도, 배터리 셀(10)로부터 출력된 전류가 배터리 팩의 전극 단자 측으로 흐르지 않고, 방전 스위치(31) 측으로 흐르도록 할 수 있다. 따라서, 메인 스위치(40)의 동작 상태가 반드시 턴-오프 상태가 되도록 제어할 필요가 없는 장점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치는 메인 스위치(40)를 통해서 배터리 팩의 전극 단자와 배터리 셀(10)의 연결을 끊을 수 있으므로, 배터리 셀(10)의 상태에 따라 유연하게 대처할 수 있는 장점이 있다.
또한, 배터리 팩의 결함 검출 장치는, 차단 저항을 통해 전류의 경로를 제어할 수 있다. 따라서 전류가 저항을 통과하면서 소모되는 것이 방지되어, 충전 및 방전 효율이 증가될 수 있다.
한편, 방전 저항(32)은 저항값이 상기 퓨즈(20)의 내부 저항값보다 크도록 구성될 수 있다.
예컨대, 퓨즈(20)가 절단되지 않았고, 메인 스위치(40)의 동작 상태가 턴-온 상태인 경우를 설명한다. 배터리 셀(10)에서 출력된 전류는 방전 저항(32)보다 저항값이 더 작은 퓨즈(20) 측으로 유입될 수 있다. 따라서, 배터리 셀(10)에서 출력된 전류는, 방전 저항(32)이 위치한 경로가 아닌, 배터리 팩의 대전류 경로로, 즉 배터리 팩의 양극 단자(P+) 측으로 흐를 수 있다.
반대로, 배터리 팩의 양극 단자(P+)로부터 충전 전류가 인가되는 상황에서는, 차단 저항(33) 및 방전 저항(32)으로 인해, 충전 전류가 퓨즈(20)를 통해서 배터리 셀(10)에 인가될 수 있다.
또한, 방전 저항(32)의 저항값은 상기 차단 저항(33)의 저항값보다 작도록 구성될 수 있다.
예컨대, 메인 스위치(40)의 동작 상태가 턴-오프 상태이고, 방전 스위치(31)의 동작 상태가 턴-온 상태라고 가정한다. 이 경우, 앞서 설명한 바와 같이 배터리 셀(10)과 방전 라인(30)이 연결되어 배터리 셀(10)이 방전될 수 있다. 방전 저항(32)의 저항값이 차단 저항(33)의 저항값보다 작기 때문에, 배터리 셀(10)에서 출력된 전류는 차단 저항(33) 측으로 흐르지 않고, 방전 저항(32)을 통과할 수 있다. 또한, 방전 저항(32)을 통과한 전류는 방전 스위치(31)를 통과하여 배터리 셀(10)의 제2 단자 측으로 인가될 수 있다. 그리고, 방전 저항(32)에서 발생된 열은 퓨즈(20)로 인가될 수 있다. 따라서, 방전 스위치(31)의 동작 상태가 턴-온 상태인 경우, 방전 저항(32)에서 발생된 열에 의해 퓨즈(20)가 절단될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치에 따르면, 방전 라인(30)을 통한 배터리 셀(10)의 방전 과정에서 퓨즈(20)가 절단되도록 할 수 있다. 따라서, 퓨즈(20)의 절단 및 배터리 셀(10)의 방전에 필요한 구성이 간소화되고, 소요되는 시간이 감축될 수 있다.
제어부(200)는 상기 배터리 셀(10)의 상태가 상기 결함 상태로 판단된 경우, 상기 메인 스위치(40)의 동작 상태를 턴-오프 상태로 제어하도록 구성될 수 있다.
먼저, 퓨즈(20)가 절단된 경우를 설명한다. 제어부(200)는 모니터링부(100)에 의해 측정된 측정 결과에 기반하여 배터리 셀(10)의 상태를 정상 상태 또는 결함 상태로 판단할 수 있다. 배터리 셀(10)의 상태가 결함 상태인 경우, 제어부(200)는 먼저 메인 스위치(40)의 동작 상태를 턴-오프 상태로 제어하여, 결함 상태인 배터리 셀(10)과 배터리 팩의 전극 단자의 연결을 끊을 수 있다. 이후, 제어부(200)는 배터리 셀(10)의 충전 상태 및/또는 온도에 기반하여 방전 스위치(31)의 동작 상태를 제어할 수 있다. 예컨대, 배터리 셀(10)의 충전 상태가 기설정된 하한값 이하인 경우, 제어부(200)는 방전 스위치(31)의 동작 상태를 턴-오프 상태로 유지시킬 수 있다. 반대로, 배터리 셀(10)의 충전 상태가 기설정된 상한값 이상인 경우, 제어부(200)는 방전 스위치(31)의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어하여, 배터리 셀(10)을 방전시킬 수 있다.
다음으로, 퓨즈(20)가 절단되지 않았으나, 배터리 셀(10)의 상태가 결함 상태로 판단된 경우를 설명한다. 배터리 셀(10)의 상태가 결함 상태인 경우, 제어부(200)는 먼저 메인 스위치(40)의 동작 상태를 턴-오프 상태로 제어하여, 결함 상태인 배터리 셀(10)과 배터리 팩의 전극 단자의 연결을 끊을 수 있다. 그리고, 제어부(200)는 방전 스위치(31)의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어하여, 방전 저항(32)에서 발생되는 저항열에 의해 퓨즈(20)를 절단시킬 수 있다. 퓨즈(20)가 절단된 이후, 제어부(200)는 배터리 셀(10)의 충전 상태를 다시 추정할 수 있다. 추정된 충전 상태가 기설정된 하한값 이하가 되면, 제어부(200)는 방전 스위치(31)의 동작 상태를 턴-오프 상태로 제어하여 배터리 셀(10)이 과방전되는 것을 방지할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치는 메인 스위치(40)를 통해 결함 상태인 배터리 셀(10)과 외부 장치 간의 연결 자체를 끊을 수 있다. 따라서, 결함 상태인 배터리 셀(10)이 외부 장치와 연결되어 충전 또는 방전되는 것이 방지될 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치는 우선적으로 배터리 셀(10)과 외부 장치 간의 연결을 끊은 후, 배터리 셀(10)의 상태에 따른 유연한 조치를 취하여, 배터리 셀(10)에 의한 발화 및/또는 폭발 등과 같은 2차 사고를 방지할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치는 방전 라인(30) 상에 구비되어 방전 저항(32)으로 인가되는 전류를 측정하도록 구성된 전류계(50)를 더 포함할 수 있다.
예컨대, 도 2를 참조하면, 전류계(50)는 상기 퓨즈(20)의 일단(20b)과 상기 배터리 셀(10)의 제1 단자가 연결된 라인과 상기 방전 저항(32)의 일단(32b) 사이에 구비되어, 상기 방전 저항(32)으로 인가되는 전류를 측정하도록 구성될 수 있다. 또는, 전류계(50)는 차단 저항(33)과 방전 스위치(31)과 연결된 라인과 방전 저항(32) 사이에 구비되어, 상기 방전 저항(32)으로 인가되는 전류를 측정하도록 구성될 수 있다.
모니터링부(100)는, 상기 전류계(50)로부터 측정된 전류에 대한 전류값이 소정의 임계값 이상이면, 상기 퓨즈(20)가 절단된 것으로 판단하도록 구성될 수 있다.
도 2를 참조하면, 퓨즈(20)가 절단된 경우, 배터리 셀(10)에서 출력된 전류는 방전 저항(32)으로 인가될 수 있다. 따라서, 전류계(50)에서 측정된 전류가 배터리 셀(10)에서 출력된 전류에 기반하여 미리 설정된 소정의 임계값 이상이면, 모니터링부(100)는 퓨즈(20)가 절단된 것으로 판단할 수 있다.
예컨대, 메인 스위치(40)가 턴-온되어 있는 방전 상황에서, 퓨즈(20)가 절단되지 않은 경우, 방전 저항(32)에는 전류가 거의 흐르지 않을 수 있다. 만약, 전류계에 0보다 큰 전류, 이를테면 1A 이상의 전류가 흐르는 것으로 측정되면, 퓨즈(20)가 절단되어 배터리 셀(10)에서 출력된 전류가 방전 저항(32)으로 인가된 경우라고 볼 수 있다. 따라서, 이러한 경우에 모니터링부(100)는 전류계(50)에서 측정된 전류값에 기반하여 퓨즈(20)가 절단된 상태인 것으로 판단할 수 있다.
제어부(200)는 상기 모니터링부(100)에 의해 상기 퓨즈(20)가 절단된 것으로 판단된 경우, 결함 상태로서 방전 스위치(31)의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어하여, 상기 배터리 셀(10)을 방전시키도록 구성될 수 있다. 이 때, 차단 저항(33)의 저항값은 방전 스위치(31)의 내부 저항값보다 크기 때문에, 방전 저항(32)을 통과한 전류는 메인 스위치(40)가 아닌 방전 스위치(31) 측으로 인가될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치는 퓨즈(20)가 절단되었는지 여부를 신속하게 판단할 수 있는 장점이 있다.
제어부(200)는, 상기 배터리 셀(10)의 상태가 정상 상태로 판단되었으나, 상기 모니터링부(100)에 의해 상기 퓨즈(20)가 절단된 것으로 판단된 경우, 상기 메인 스위치(40)의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어하도록 구성될 수 있다.
바람직하게, 제어부(200)는 상기 모니터링부(100)에 의해 상기 퓨즈(20)가 절단된 것으로 판단되었으나, 상기 모니터링부(100)로부터 수신한 측정 결과에 기반하여 판단한 상기 배터리 셀(10)의 상태에 따라 상기 방전 스위치(31)의 동작 상태를 턴-오프 상태로 제어(변경 또는 유지)하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 외부로부터 과전류가 유입되거나, 배터리 팩에 충격이 가해지는 등의 외부 요인에 의해 퓨즈(20)가 절단될 수 있다. 이 경우, 배터리 셀(10)의 상태가 정상 상태이면, 방전 라인(30)을 통해 배터리 셀(10)을 방전시키는 것이 바람직하지 않을 수 있다.
이러한 예외 상황에 대처하기 위하여, 제어부(200)는, 퓨즈(20)가 절단된 것으로 판단된 경우, 배터리 셀(10)의 상태가 정상 상태인지 혹은 결함 상태인지를 먼저 판단할 수 있다. 바람직하게, 배터리 셀(10)의 상태가 정상 상태이거나 과방전에 의한 결함 상태이면, 제어부(200)는 방전 스위치(31)의 동작 상태를 턴-오프 상태로 유지시킬 수 있다. 반대로, 배터리 셀(10)의 상태가 과충전 및/또는 고온 상태이면, 제어부(200)는 방전 스위치(31)의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어할 수 있다.
이와 반대로, 배터리 셀(10)의 상태가 과충전 및/또는 고온에 의한 결함 상태이면, 제어부(200)는 배터리 셀(10)의 충전 상태가 위험 수준인지를 판단할 수 있다. 앞선 예시와 같이, 배터리 셀(10)의 충전 상태가 70% 이상인 경우, 제어부(200)는 배터리 셀(10)의 충전 상태가 위험 수준인 것으로 판단할 수 있다. 배터리 셀(10)의 충전 상태가 위험 수준인 경우, 제어부(200)는 방전 스위치(31)의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어하여, 배터리 셀(10)을 방전시킬 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치는 외부 요인에 의해 퓨즈(20)가 절단되는 등의 예외 상황에서, 배터리 셀(10)의 상태를 추가적으로 확인할 수 있다. 따라서, 예외 상황에 의해 정상 상태인 배터리 셀(10)이 결함 상태로 판단되는 것이 방지될 수 있다. 또한, 예외 상황에서의 배터리 셀(10)에 대한 처리가 보다 유연해질 수 있는 장점이 있다.
도 3 내지 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치의 또 다른 예시적 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 이하에서는 도 3 내지 도 5를 참조하여, 퓨즈(20)를 능동적으로 절단하기 위한 다양한 실시예에 대해 설명한다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치는 퓨즈(20)를 절단하기 위한 퓨즈 절단부(300)를 더 포함할 수 있다. 즉, 도 3 내지 도 5는 도 1의 배터리 팩의 결함 검출 장치에서 퓨즈 절단부(300)가 더 포함된 실시예를 도시한 도면이라 할 수 있다.
퓨즈 절단부(300)는 제어부(200)와 연결되고, 상기 제어부(200)로부터 절단 제어 신호를 수신하면, 발열하는 발열 유닛(310), 상기 퓨즈(20)에 전류를 인가하도록 구성된 전류 인가 유닛(320) 및 상기 퓨즈(20)를 절단하는 절단 유닛 (330)중 적어도 하나를 구비하여, 상기 퓨즈(20)를 절단시키도록 구성될 수 있다. 여기서, 절단 제어 신호란 제어부(200)가 퓨즈(20)를 절단하기 위하여 퓨즈 절단부(300)에 송신하는 신호이다.
예컨대, 도 3을 참조하면, 퓨즈 절단부(300)는 발열 유닛(310)을 포함할 수 있다. 발열 유닛(310)은 퓨즈 절단부(300)가 제어부(200)로부터 절단 제어 신호를 수신하면 동작될 수 있다. 이 경우, 퓨즈 절단부(300)의 발열 유닛(310)은 퓨즈(20)에 매우 근접한 위치에 고정되고, 발열 유닛(310)에 의해 발생되는 열에 의해 퓨즈(20)가 녹아서 절단될 수 있다.
다른 예로, 도 4를 참조하면, 퓨즈 절단부(300)는 전류 인가 유닛(320)을 포함할 수 있다. 이 경우, 퓨즈 절단부(300)는 퓨즈(20)의 일단(20b) 및 타단(20a)과 각각 연결될 수 있다. 퓨즈 절단부는 제어부(200)로부터 절단 제어 신호를 수신하면, 퓨즈(20)에 전류를 인가시켜 퓨즈(20)를 절단시킬 수 있다. 퓨즈 절단부(300)의 전류 인가 유닛(320)은, 자체적으로 구비된 별도의 전원이나 외부 전원, 배터리 셀(10) 등으로부터 전원을 공급받을 수 있다.
또 다른 예로, 도 5를 참조하면, 퓨즈(20)는 퓨즈 절단부(300) 상에 안착하여 고정 결합될 수 있다. 퓨즈 절단부(300)는 절단 유닛(330)을 포함하여, 절단 제어 신호를 수신하면 퓨즈(20)의 일단(20b) 또는 타단(20a)을 절단할 수 있다.
예컨대, 절단 유닛(330)에 구비된 홈에 퓨즈(20)의 단자가 삽입될 수 있다. 퓨즈 절단부(300)가 제어부(200)로부터 절단 제어 명령을 수신하면, 퓨즈(20)의 단자가 삽입된 절단 유닛의 홈의 크기가 줄어들어, 퓨즈(20)의 단자가 절단될 수 있다.
다른 예로, 절단 유닛(330)은 퓨즈(20)의 단자 또는 몸체를 절단하기 위한 판상 구조로 구성될 수 있다. 절단 유닛(330)은 퓨즈 절단부(300) 내에서 이동될 수 있게 구성되어, 퓨즈 절단부(300)가 제어부(200)로부터 절단 제어 명령을 수신하면, 절단 유닛(330)이 이동되어 퓨즈(20)의 단자 또는 몸체를 절단할 수 있다.
바람직하게 제어부(200)는, 상기 퓨즈(20)가 절단되지 않았고, 상기 배터리 셀(10)의 상태가 결함 상태로 판단된 경우에, 상기 절단 제어 신호를 출력하도록 구성될 수 있다.
예컨대, 퓨즈(20)가 외부로부터 유입된 과전류 또는 외부 충격에 의해 절단된 경우, 제어부(200)는 절단 제어 신호를 출력하지 않을 수 있다. 또한, 배터리 셀(10)이 정상 상태인 경우에도, 제어부(200)는 절단 제어 신호를 출력하지 않을 수 있다.
따라서, 제어부(200)는 퓨즈(20)가 절단되지 않은 상황이면서, 배터리 셀(10)의 상태가 결함 상태인 경우에만 절단 제어 신호를 퓨즈 절단부(300)에게 출력할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치는 퓨즈 절단부(300)를 통해 퓨즈(20)를 직접 절단할 수 있으므로, 결함 상태인 배터리 셀(10)과 배터리 팩의 전극 단자와의 연결을 확실하게 끊을 수 있는 장점이 있다. 따라서, 결함 상태인 배터리 셀(10)이 외부와 연결되어 발생될 수 있는 여러 문제들이 미연에 방지될 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치의 예시적 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
배터리 팩은 복수의 배터리 셀(10A 및 10B)을 포함할 수 있다. 예컨대, 복수의 배터리 셀(10A 및 10B)은 직렬 및/또는 병렬로 연결될 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 제1 배터리 셀(10A) 및 제2 배터리 셀(10B)이 직렬로 연결된 배터리 팩에 대한 실시예를 설명한다.
퓨즈(20A 및 20B)는 복수 포함되어, 상기 배터리 팩에 포함된 복수의 배터리 셀(10A 및 10B) 각각에 대응되도록 구성될 수 있다. 그리고, 각각의 퓨즈(20A 및 20B)는, 대응되는 배터리 셀(10A 및 10B)의 일측, 이를테면 제1 단자에 연결되도록 구성될 수 있다.
즉, 제1 배터리 셀(10A)에는 제1 퓨즈(20A)가 대응되고, 제2 배터리 셀(10B)에는 제2 퓨즈(20B)가 대응될 수 있다. 예컨대, 도 5의 실시예에서, 제1 퓨즈(20A)의 일단(20Ab)은 제1 배터리 셀(10A)의 제1 단자와 연결될 수 있다. 제2 퓨즈(20B)의 타단(20Ba)은 제1 배터리 셀(10A)의 제2 단자와 연결되고, 제2 퓨즈(20B)의 일단(20Bb)은 제2 배터리 셀(10B)의 제1 단자와 연결될 수 있다. 제1 퓨즈(20A)의 타단(20Aa)은 배터리 팩의 양극 단자(P+) 측에 연결되고, 제2 배터리 셀(10B)의 제2 단자는 배터리 팩의 음극 단자(P-) 측에 연결될 수 있다.
방전 라인(30A 및 30B)은 복수 포함되어, 상기 복수의 배터리 셀(10A 및 10B) 각각에 대응되도록 구성될 수 있다. 그리고, 각각의 방전 라인(30A 및 30B)은, 방전 저항(32A 및 32B) 및 방전 스위치(31A 및 31B)를 각각 구비하며, 대응되는 배터리 셀(10A 및 10B) 각각에 대하여 병렬 연결되도록 구성될 수 있다.
예컨대, 도 6의 실시예에서, 제1 방전 라인(30A)은 제1 배터리 셀(10A)에 대응되고, 제2 방전 라인(30B)은 제2 배터리 셀(10B)에 대응될 수 있다. 구체적으로, 제1 방전 라인(30A)은 제1 방전 저항(32A) 및 제1 방전 스위치(31A)를 포함하고, 제2 방전 라인(30B)은 제2 방전 저항(32B) 및 제2 방전 스위치(31B)를 포함할 수 있다. 여기서, 제1 방전 라인(30A)에 전류가 인가되면, 제1 방전 라인(30A)에서 발생되는 열에 의해 제1 퓨즈(20A)가 절단될 수 있다. 마찬가지로, 제2 방전 라인(30B)에 전류가 인가되면, 제2 방전 라인(30B)에서 발생되는 열에 의해 제2 퓨즈(20B)가 절단될 수 있다.
제1 방전 저항(32A)의 일단(32Ab)은 제1 퓨즈(20A)와 제1 배터리 셀(10A)의 제1 단자를 연결하는 라인에 연결되고, 제1 방전 저항(32A)의 타단(32Aa)은 제1 방전 스위치(31A)의 타단(31Aa)에 연결될 수 있다. 제1 방전 스위치(31A)의 일단(31Ab)은 제1 배터리 셀(10A)의 제2 단자와 제2 퓨즈(20B)의 타단(20Ba)을 연결하는 라인에 연결될 수 있다. 구체적으로 제1 방전 저항(32A)의 일단(32Ab)은 제1 퓨즈(20A)의 일단(20Ab)과 제1 배터리 셀(10A)의 제1 단자를 연결하는 라인에 연결될 수 있다. 제1 방전 스위치(31A)의 일단(31Ab)은 제1 배터리 셀(10A)의 제2 단자와 제2 퓨즈(20B)의 타단(20Ba)을 연결하는 라인에 연결될 수 있다.
제2 방전 저항(32B)의 일단(32Bb)은 제2 배터리 셀(10B)의 제1 단자와 제2 퓨즈(20B)의 일단(20Bb)을 연결하는 라인에 연결되고, 제2 방전 저항(32B)의 타단(32Ba)은 제2 방전 스위치(31B)의 타단(31Ba)에 연결될 수 있다. 제2 방전 스위치(31B)의 일단(31Bb)은 제2 배터리 셀(10B)의 제2 단자와 배터리 팩의 음극 단자(P-)를 연결하는 라인에 연결될 수 있다. 구체적으로 제2 방전 저항(32B)의 일단은 제2 퓨즈(20B)의 일단(20Bb)과 제2 배터리 셀(10B)의 제1 단자를 연결하는 라인에 연결될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치는 우회 스위치(60A 및 60B)를 더 포함할 수 있다.
도 6을 참조하면, 우회 스위치(60A 및 60B)는 복수 포함되어, 상기 복수의 배터리 셀(10A 및 10B) 각각에 대응되도록 구성될 수 있다. 그리고, 각각의 우회 스위치(60A 및 60B)는, 대응되는 배터리 셀(10A 및 10B) 각각에 병렬 연결될 수 있다. 즉, 제1 우회 스위치(60A)는 제1 배터리 셀(10A)에 병렬 연결되고, 제2 우회 스위치(60B)는 제2 배터리 셀(10B)에 병렬 연결될 수 있다. 이때, 각 우회 스위치(60A 및 60B)가 설치된 우회 라인은, 각 방전 라인(30A 및 30B)에 병렬 연결되게 구성되어 있다고 할 수 있다. 더욱이, 우회 스위치(60A 및 60B)가 설치된 우회 라인은, 각 배터리 셀(10A 및 10B) 및 퓨즈(20A 및 20B)를 모두 우회하도록 구성될 수 있다.
또한, 우회 스위치(60A 및 60B)는 상기 제어부(200)에 의해 동작 상태가 턴-오프 상태 또는 턴-온 상태로 제어되도록 구성될 수 있다. 일반적인 상황에서, 우회 스위치(60A 및 60B)의 동작 상태는 방전 스위치(31A 및 31B)의 동작 상태와 마찬가지로 턴-오프 상태일 수 있다. 이후 대응되는 배터리 셀(10A 및 10B)과 배터리 팩의 연결이 끊어진 경우, 우회 스위치(60A 및 60B)의 동작 상태가 턴-온 상태로 제어될 수 있다.
예컨대, 도 6의 실시예에서, 제1 퓨즈(20A)가 절단되고, 제1 배터리 셀(10A)의 상태는 결함 상태이며, 제2 배터리 셀(10B)의 상태는 정상 상태인 것으로 가정한다. 이 경우, 배터리 팩의 양극 단자(P+) 측과 제1 배터리 셀(10A) 및 제2 배터리 셀(10B)의 연결이 끊어질 수 있다. 따라서, 정상 상태인 제2 배터리 셀(10B)과 배터리 팩의 양극 단자(P+) 측을 연결하기 위하여, 제어부(200)는 제1 우회 스위치(60A)의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어할 수 있다. 제2 배터리 셀(10B)의 제1 단자는 제2 퓨즈(20B) 및 제1 우회 스위치(60A)를 통해서 배터리 팩의 양극 단자(P+) 측에 연결되고, 제2 배터리 셀(10B)이 제2 단자는 배터리 팩의 음극 단자(P-) 측에 연결될 수 있다.
즉, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치는, 복수의 우회 스위치(60A 및 60B)를 더 포함하여, 복수의 배터리 셀(10A 및 10B) 중 결함 상태인 배터리 셀과 배터리 팩의 전극 단자의 연결을 선택적으로 끊을 수 있다. 따라서, 배터리 팩이 보다 오래 사용될 수 있고, 몇몇 배터리 셀의 결함에 의해 배터리 팩 전체가 불용 처리 되는 것이 방지될 수 있다.
상기 제어부(200)는, 상기 복수의 배터리 셀(10A 및 10B) 중 상태가 결함 상태로 판단되거나 대응되는 퓨즈(20A 및 20B)가 절단된 것으로 판단된 배터리 셀을 타겟 셀로 선정할 수 있다.
여기서, 모니터링부(100)는 복수의 배터리 셀(10A 및 10B) 각각에 연결된 센싱 라인을 통해서 복수의 배터리 셀(10A 및 10B) 각각의 전압, 전류 및 온도 중 적어도 하나 이상을 측정할 수 있다. 또한, 모니터링부(100)는 복수의 배터리 셀(10A 및 10B) 각각에 대응되는 퓨즈(20A 및 20B)의 절단 여부를 판단할 수 있다.
예컨대, 도 6에 도시된 실시예를 참조하면, 모니터링부(100)는 제1 센싱 라인(SL1) 및 제2 센싱 라인(SL2)을 통해 제1 배터리 셀(10A)을 모니터링할 수 있다. 또한, 모니터링부(100)는 제3 센싱 라인(SL3) 및 제4 센싱 라인(SL4)을 통해 제2 배터리 셀(10B)을 모니터링할 수 있다. 앞선 실시예와 같이, 제2 퓨즈(20B)가 절단되고, 제2 우회 스위치(60B)의 동작 상태가 턴-온 상태로 제어된 경우, 제2 센싱 라인(SL2)으로 제2 배터리 셀(10B)에서 출력된 전류가 인가되지 않으므로, 제2 센싱 라인(SL2) 및 제4 센싱 라인(SL4)을 통해서는 제2 배터리 셀(10B)의 전압 등이 측정되지 않을 수 있다. 따라서, 모니터링부(100)는 배터리 셀(10A 및 10B) 각각의 양단에 구비된 센싱 라인을 통해 대응되는 배터리 셀(10A 및 10B)을 모니터링할 수 있다.
제어부(200)는, 상기 선정된 타겟 셀의 상태에 따라 상기 선정된 타겟 셀에 대응되는 방전 라인에 포함된 방전 스위치의 동작 상태를 턴-온 또는 턴-오프 상태로 제어할 수 있다.
예컨대, 타겟 셀이 과충전된 결함 상태인 경우, 제어부(200)는 타겟 셀에 대응되는 방전 스위치의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어할 수 있다.
도 6에 도시된 실시예를 참조하면, 제1 퓨즈(20A)가 절단되고, 제1 배터리 셀(10A)이 타겟 셀로 선정된 경우, 제어부(200)는 제1 배터리 셀(10A)의 상태를 판단할 수 있다. 제1 배터리 셀(10A)의 상태가 결함 상태인 것으로 판단된 경우, 제어부(200)는 제1 방전 스위치(31A)의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어할 수 있다.
제어부(200)는, 상기 타겟 셀에 병렬 연결된 우회 스위치의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어하도록 구성될 수 있다.
앞선 실시예와 같이, 제1 방전 스위치(31A)의 동작 상태가 턴-온 상태로 제어된 경우, 제어부(200)는 배터리 팩의 양극 단자(P+) 측과 제2 배터리 셀(10B)을 연결하기 위하여, 제1 우회 스위치(60A)의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치는 배터리 팩과 타겟 셀의 연결을 선택적으로 끊음으로써, 배터리 팩이 보다 오래 사용될 수 있게끔 할 수 있는 장점이 있다. 또한, 결함 상태인 타겟 셀에 의한 2차 사고가 미연에 방지될 수 있는 장점이 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치의 다른 예시적인 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치는 복수의 퓨즈(20A 및 20B) 각각에 대응되는 복수의 퓨즈 절단부(300A 및 300B)를 더 포함할 수 있다.
예컨대, 도 7에 도시된 실시예에서, 배터리 팩의 결함 검출 장치는 제1 퓨즈(20A)에 대응되는 제1 퓨즈(20A) 절단부(300A) 및 제2 퓨즈(20B)에 대응되는 제2 퓨즈(20B) 절단부(300B)를 더 포함할 수 있다. 제1 퓨즈(20A) 절단부(300A) 및 제2 퓨즈(20B) 절단부(300B)는 모두 제어부(200)와 연결되고, 제어부(200)로부터 절단 제어 명령을 수신할 수 있다. 제어부(200)로부터 절단 제어 명령을 수신한 퓨즈 절단부만이 동작되어, 대응되는 퓨즈를 절단할 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 방법을 개략적으로 도시한 도면이다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 방법은 상술한 배터리 팩의 결함 검출 장치에 의해 수행될 수 있다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩의 결함 검출 방법은 측정 단계(S100), 절단 여부 판단 단계(S200), 배터리 셀(10) 상태 판단 단계(S300) 및 방전 스위치(31) 동작 제어 단계(S400)를 포함할 수 있다.
측정 단계(S100)는 배터리 셀(10)의 전압, 전류 및 온도 중 적어도 하나 이상을 측정하는 단계로서, 모니터링부(100)에 의해 수행될 수 있다.
모니터링부(100)는 배터리 셀(10) 각각에 대한 전압, 전류 및 온도를 측정하여, 배터리 셀(10)을 모니터링할 수 있다.
절단 여부 판단 단계(S200)는 퓨즈(20)의 절단 여부를 판단하는 단계로서, 측정 단계(S100)와 마찬가지로 모니터링부(100)에 의해 수행될 수 있다.
예컨대, 모니터링부(100)는 퓨즈(20)의 양단의 전압을 측정하여 퓨즈(20)의 절단 여부를 판단하거나, 도 2의 실시예처럼 전압계에서 측정된 전류에 기반하여 퓨즈(20)의 절단 여부를 판단할 수 있다.
배터리 셀(10) 상태 판단 단계(S300)는 상기 측정 단계(S100)에서 측정된 측정 결과에 기반하여 상기 배터리 셀(10)의 상태를 정상 상태 또는 결함 상태로 판단하는 단계로서, 제어부(200)에 의해 수행될 수 있다.
제어부(200)는 모니터링부(100)로부터 상기 측정 결과를 수신할 수 있다. 그리고, 제어부(200)는 수신한 측정 결과에 기반하여 배터리 셀(10)의 충전 상태를 추정할 수 있다.
제어부(200)는 추정한 배터리 셀(10)의 충전 상태가 기설정된 하한값 이하이거나, 기설정된 상한값 이상이면 배터리 셀(10)의 상태를 결함 상태로 판단할 수 있다. 또한, 제어부(200)는 모니터링부(100)로부터 수신한 측정 결과 중 배터리 셀(10)의 온도가 소정의 임계 온도 이상이면, 배터리 셀(10)의 상태를 결함 상태로 판단할 수 있다.
방전 스위치(31) 동작 제어 단계(S400)는 상기 판단된 배터리 셀(10)의 상태 및 판단된 퓨즈(20)의 절단 여부에 따라 방전 스위치(31)의 동작 상태를 턴-온 상태 또는 턴-오프 상태로 제어하는 단계로서, 제어부(200)에 의해 수행될 수 있다.
퓨즈(20)가 이미 절단된 경우, 제어부(200)는 배터리 셀(10)의 상태에 따라 방전 스위치(31)의 동작 상태를 제어할 수 있다. 예컨대, 배터리 셀(10)이 과충전되어, 배터리 셀(10)의 상태가 결함 상태로 판단된 경우, 제어부(200)는 배터리 셀(10) 내 에너지를 낮추기 위하여 방전 스위치(31)의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어할 수 있다. 다른 예로, 배터리 셀(10)이 과방전되어, 배터리 셀(10)의 상태가 결함 상태로 판단된 경우, 제어부(200)는 배터리 셀(10)이 더 이상 방전되지 않도록, 방전 스위치(31)의 동작 상태를 턴-오프 상태로 유지시킬 수 있다. 또 다른 예로, 배터리 셀(10)의 온도가 적정 온도 이상의 고온이 되어, 배터리 셀(10)의 상태가 결함 상태로 판단된 경우, 제어부(200)는 방전 스위치(31)의 동작 상태를 턴-오프 상태로 유지시키고 배터리 셀(10)의 온도를 낮출 수 있다. 또한, 제어부(200)는 방전 스위치(31)의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어하여 방전 라인(30)에 구비된 냉각 유닛을 구동시킴으로써 배터리 셀(10)의 온도를 낮출 수 있다.
퓨즈(20)가 절단되지 않은 경우에도, 제어부(200)는 배터리 셀(10)의 상태에 따라 방전 스위치(31)의 동작 상태를 제어할 수 있다.
예컨대, 배터리 셀(10)이 과충전되어, 배터리 셀(10)의 상태가 결함 상태로 판단된 경우, 제어부(200)는 퓨즈(20)를 절단시키면서 배터리 셀(10) 내 에너지를 낮추기 위하여 방전 스위치(31)의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어할 수 있다. 이 경우, 방전 라인(30)에 구비된 방전 저항(32)에서 발생되는 열에 의해 퓨즈(20)가 절단될 수 있다.
다른 예로, 배터리 셀(10)이 과방전되어, 배터리 셀(10)의 상태가 결함 상태로 판단된 경우, 제어부(200)는 방전 스위치(31)의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어하여 퓨즈(20)를 절단시킨 후, 배터리 셀(10)이 더 이상 방전되지 않도록 방전 스위치(31)의 동작 상태를 턴-오프 상태로 제어할 수 있다.
또 다른 예로, 배터리 셀(10)이 과방전되어, 배터리 셀(10)의 상태가 결함 상태로 판단된 경우, 제어부(200)는 배터리 셀(10)이 더 이상 방전되지 않도록 방전 스위치(31)의 동작 상태를 턴-오프 상태로 유지시키고, 퓨즈 절단부(300)에 절단 제어 명령을 출력할 수 있다. 절단 제어 명령을 수신한 퓨즈 절단부(300)에 의해 퓨즈(20)가 절단될 수 있다.
또 다른 예로, 배터리 셀(10)의 온도가 고온이 되어, 배터리 셀(10)의 상태가 결함 상태로 판단된 경우, 제어부(200)는 방전 스위치(31)의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어하여 퓨즈(20)를 절단시킬 수 있다. 그 후, 제어부(200)는 방전 스위치(31)의 동작 상태를 턴-오프 상태로 제어하여 배터리 셀(10)의 온도를 낮추거나, 방전 스위치(31)의 동작 상태를 턴-온 상태로 유지시켜 방전 라인(30)에 구비된 냉각 유닛을 구동시킴으로써 배터리 셀(10)의 온도를 낮출 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은 상술한 본 발명에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치를 포함할 수 있다. 예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이, 배터리 팩은 배터리 셀(10)과 배터리 팩의 결함 검출 장치를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 배터리 팩은 배터리 팩의 결함 검출 장치 이외에, 전장품(BMS, 릴레이, 퓨즈(20) 등 구비) 및 팩 케이스 등을 포함할 수 있다.
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.
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.
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.
10: 배터리 셀
20: 퓨즈
30: 방전 라인
31: 방전 스위치
32: 방전 저항
33: 차단 저항
40: 메인 스위치
50: 전류계
100: 모니터링부
200: 제어부
300: 퓨즈 절단부
310: 발열 유닛
320: 전류 인가 유닛
330: 절단 유닛

Claims (15)

  1. 하나 이상의 배터리 셀이 포함된 배터리 팩의 결함을 검출하는 장치에 있어서,
    일단이 상기 배터리 셀의 제1 단자에 직렬 연결되고, 타단이 상기 배터리 팩의 전극 단자 측에 연결되도록 구성된 퓨즈;
    상기 배터리 셀의 전압, 전류 및 온도 중 적어도 하나 이상을 측정하고, 상기 퓨즈의 절단 여부를 판단하도록 구성된 모니터링부;
    일단이 상기 배터리 셀의 제1 단자에 병렬 연결된 방전 저항, 및 일단이 상기 배터리 셀의 제2 단자에 연결되고 타단이 상기 방전 저항의 타단에 연결된 방전 스위치를 구비하도록 구성된 방전 라인; 및
    상기 모니터링부에 의해 측정된 측정 결과 및 상기 퓨즈의 절단 여부에 대한 판단 결과를 수신하고, 수신한 측정 결과에 기반하여 상기 배터리 셀의 충전 상태를 추정하고, 상기 수신한 측정 결과 및 추정된 충전 상태에 기반하여 상기 배터리 셀의 상태를 정상 상태 또는 결함 상태로 판단하며, 판단된 배터리 셀의 상태 및 판단된 퓨즈의 절단 여부에 따라 상기 방전 스위치의 동작 상태를 턴-온 상태 또는 턴-오프 상태로 제어하도록 구성된 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 결함 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 퓨즈는,
    상기 방전 스위치의 동작 상태가 턴-온 상태인 경우 절단되도록 구성되고,
    상기 제어부는,
    상기 측정된 측정 결과에 기반하여 상기 배터리 셀이 과충전 및 임계 온도 이상의 고온 상태 중 적어도 하나인 것으로 판단되면, 상기 배터리 셀의 상태를 상기 결함 상태로 판단하고, 상기 방전 스위치의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 결함 검출 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 방전 라인 상에 직렬로 연결되고, 상기 제어부에 의해 상기 방전 스위치의 동작 상태가 턴-온 상태로 제어되는 동안 구동되어 상기 배터리 셀의 온도를 낮추도록 구성된 냉각 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 결함 검출 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 퓨즈가 절단되고, 상기 배터리 셀의 충전 상태가 기설정된 하한값 이하인 경우, 상기 방전 스위치의 동작 상태를 턴-오프 상태로 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 결함 검출 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 퓨즈가 절단된 것으로 판단된 이후, 상기 배터리 셀의 충전 상태가 기설정된 상한값 이상인 경우, 상기 방전 스위치의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 결함 검출 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    일단이 상기 퓨즈의 타단에 연결되고, 타단이 상기 배터리 팩의 전극 단자에 연결되도록 구성된 메인 스위치; 및
    일단이 상기 퓨즈와 상기 메인 스위치 사이에 연결되고, 타단이 상기 방전 저항과 상기 방전 스위치 사이에 연결된 차단 저항을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 결함 검출 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 방전 저항의 저항값은,
    상기 차단 저항의 저항값보다 작도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 결함 검출 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 배터리 셀의 상태가 상기 결함 상태로 판단된 경우, 상기 메인 스위치의 동작 상태를 턴-오프 상태로 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 결함 검출 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 퓨즈의 일단과 상기 배터리 셀의 제1 단자이 연결된 라인과 상기 방전 저항의 일단 사이에 구비되어, 상기 방전 저항에 흐르는 전류를 측정하도록 구성된 전류계를 더 포함하고,
    상기 모니터링부는,
    상기 전류계에 의해 측정된 전류값이 소정의 임계값 이상이면, 상기 퓨즈가 절단된 것으로 판단하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 결함 검출 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 배터리 셀의 상태가 정상 상태로 판단되었으나, 상기 모니터링부에 의해 상기 퓨즈가 절단된 것으로 판단된 경우, 상기 메인 스위치의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 결함 검출 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제어부와 연결되고, 상기 제어부로부터 절단 제어 신호를 수신하면, 발열하는 발열 유닛, 상기 퓨즈에 전류를 인가하도록 구성된 전류 인가 유닛 및 상기 퓨즈를 절단하는 절단 유닛 중 적어도 하나를 구비하여, 상기 퓨즈를 절단시키도록 구성된 퓨즈 절단부를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 퓨즈가 절단되지 않았고, 상기 배터리 셀의 상태가 결함 상태로 판단된 경우, 상기 절단 제어 신호를 출력하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 결함 검출 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 팩은 복수의 배터리 셀을 포함하고,
    상기 퓨즈는, 상기 배터리 팩에 포함된 복수의 배터리 셀 중 대응된 배터리 셀의 제1 단자에 연결되도록 구성되고,
    상기 방전 라인은, 상기 복수의 배터리 셀 중 대응되는 배터리 셀 각각에 연결되도록 구성되고,
    상기 복수의 배터리 셀 중 대응되는 배터리 셀 각각에 병렬 연결되고, 상기 제어부에 의해 동작 상태가 턴-오프 상태 또는 턴-온 상태로 제어되도록 구성된 우회 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 결함 검출 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 복수의 배터리 셀 중 상태가 결함 상태로 판단되거나 대응되는 퓨즈가 절단된 것으로 판단된 배터리 셀을 타겟 셀로 선정하고, 상기 선정된 타겟 셀의 상태에 따라 상기 선정된 타겟 셀에 대응되는 방전 라인에 포함된 방전 스위치의 동작 상태를 턴-온 또는 턴-오프 상태로 제어하고, 상기 타겟 셀에 병렬 연결된 우회 스위치의 동작 상태를 턴-온 상태로 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 결함 검출 장치.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 배터리 팩의 결함 검출 장치를 포함하는 배터리 팩.
  15. 배터리 셀의 전압, 전류 및 온도 중 적어도 하나 이상을 측정하는 측정 단계;
    퓨즈의 절단 여부를 판단하는 절단 여부 판단 단계;
    상기 측정 단계에서 측정된 측정 결과에 기반하여 상기 배터리 셀의 상태를 정상 상태 또는 결함 상태로 판단하는 배터리 셀 상태 판단 단계; 및
    상기 판단된 배터리 셀의 상태 및 판단된 퓨즈의 절단 여부에 따라 방전 스위치의 동작 상태를 턴-온 상태 또는 턴-오프 상태로 제어하도록 구성된 방전 스위치 동작 제어 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 결함 검출 방법.
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