KR20210108148A - 배터리 시스템 - Google Patents

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KR20210108148A
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battery module
cells
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KR1020200023000A
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전필식
전인범
문성진
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삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

배터리 시스템은 복수의 제1 배터리 셀들을 포함하는 제1 배터리 모듈, 복수의 제2 배터리 셀들을 포함하는 제2 배터리 모듈, 및 상기 제1 배터리 모듈과 상기 제2 배터리 모듈 사이에 연결되는 배터리 차단 유닛을 포함한다. 상기 배터리 차단 유닛은 상기 복수의 제1 배터리 셀들과 상기 복수의 제2 배터리 셀들 사이에 직렬로 연결되는 제1 메인 스위치; 및 상기 제1 메인 스위치와 병렬로 연결되고 서로 직렬로 연결되는 프리차지 스위치와 프리차지 저항을 포함한다.

Description

배터리 시스템{Battery system}
본 발명은 배터리 시스템에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 배터리 차단 유닛(Battery Disconnection Unit, BDU)을 포함하는 배터리 시스템에 관한 것이다.
높은 에너지 밀도 등의 전기적 특성을 가지는 이차전지는 휴대용 기기뿐만 아니라 전력에 의해 구동하는 전기차량(EV, Electric Vehicle) 또는 하이브리드 차량(HEV, Hybrid Electric Vehicle) 등에 다양하게 사용되고 있다. 이차전지는 화석 연료의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있다는 일차적인 장점뿐만 아니라 에너지의 사용에 따른 부산물을 발생시키지 않는다는 점에서 친환경 및 에너지 효율성 제고를 위한 새로운 에너지원으로 주목 받고 있다.
현재 널리 사용되는 이차전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차전지 셀, 즉, 단위 배터리 셀의 작동 전압은 약 2.5V 내지 약 4.3V이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 복수의 배터리 셀을 직렬로 연결하여 배터리 모듈을 구성한다. 배터리 모듈에 요구되는 충방전 용량에 따라 다수의 배터리 셀을 병렬로 연결하여 배터리 모듈을 구성하기도 한다. 뿐만 아니라, 수백 V 이상의 높은 출력 전압이 요구될 경우, 복수의 배터리 모듈을 직렬로 연결하여 배터리 시스템을 구성할 수도 있다. 배터리 시스템을 구성하는 배터리 셀들의 개수 및 연결 구성은 요구되는 출력 전압과 충방전 용량에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
도 1은 종래의 배터리 시스템의 블록도를 예시적으로 도시한다.
도 1을 참조하면, 배터리 시스템(100)은 서로 직렬로 연결되는 제1 배터리 모듈(110) 및 제2 배터리 모듈(120)을 포함한다. 제1 배터리 모듈(110)은 제1 배터리 셀들(BMa) 및 제1 배터리 관리 모듈(BMMa)을 포함하고, 제2 배터리 모듈(120)은 제2 배터리 셀들(BMb) 및 제2 배터리 관리 모듈(BMMb)을 포함한다.
배터리 시스템(100)은 배터리 차단 유닛(Battery Disconnection Unit, BDU)(140)를 포함한다. 배터리 차단 유닛(140)은 배터리 시스템(100)의 고전압 경로, 즉, 제1 배터리 모듈(110)과 제1 배터리 단자(B+) 사이의 경로 상의 전류 흐름을 제어할 수 있다.
배터리 차단 유닛(140)은 고전압 경로에 배치되는 제1 메인 스위치(SW1), 프리차지 스위치(SWp), 프리차지 저항(Rp), 및 제1 퓨즈(FS1)를 포함할 수 있다. 배터리 차단 유닛(140)은 저전압 경로, 즉, 제2 배터리 모듈(120)과 제2 배터리 단자(B-) 사이의 경로에 배치되는 제2 메인 스위치(SW2) 및 전류 센서(CS)를 포함할 수 있다.
배터리 시스템(100)은 제1 및 제2 배터리 모듈(110, 120)을 관리하기 위해 제1 및 제2 배터리 관리 모듈들(BMMa, BMMb)과 데이터를 송수신하는 배터리 관리부(130)을 포함한다. 배터리 관리부(130)는 제1 및 제2 메인 스위치(SW1, SW2) 및 프리차지 스위치(SWp)를 제어하고, 전류 센서(CS)에 의해 감지되는 전류의 크기에 대응하는 신호를 수신한다.
배터리 시스템(100)은 수동 안전 차단기(Manual safety Disconnect, MSD)(150)를 포함한다. 수동 안전 차단기(150)는 제1 배터리 모듈(110) 및 제2 배터리 모듈(120) 사이에 배치되고, 수동으로 제1 배터리 모듈(110) 및 제2 배터리 모듈(120)을 서로 연결하거나, 서로 분리시킬 수 있다.
수동 안전 차단기(150)는 사용자가 수동으로 연결 및 분리할 수 있는 접촉 단자들에 연결될 수 있다. 예를 들면, 사용자가 수동으로 수동 안전 차단기(150)를 접촉 단자들 사이에 삽입함으로써 제1 배터리 모듈(110) 및 제2 배터리 모듈(120)을 서로 연결할 수 있다. 사용자가 수동으로 수동 안전 차단기(150)를 접촉 단자들로부터 분리함으로써 제1 배터리 모듈(110) 및 제2 배터리 모듈(120)이 서로 분리될 수 있다. 수동 안전 차단기(150)는 제2 퓨즈(FS2)를 포함할 수 있다.
배터리 시스템(100)에 고장이 발생할 수 있으며, 이 경우 배터리 시스템(100)은 고장의 원인 확인 또는 수리를 위해 분해될 필요가 있다. 사용자는 배터리 시스템(100)의 분해 시 안전을 위하여 수동 안전 차단기(150)를 수동으로 분리시킨 후 배터리 시스템(100)의 분해를 시작할 수 있다.
수동 안전 차단기(150)는 서로 직렬로 연결되어 있는 배터리 모듈들(110, 120) 사이의 도전 경로를 수동으로 차단시킴으로써, 배터리 시스템(100)의 분해 및 수리, 배터리 모듈들(110, 120)의 교체 시에 사용자의 안전을 보장하고, 배터리 시스템(100)에 발생할 수 있는 배터리 모듈들(110, 120) 간의 합선과 같은 사고를 예방하는 역할을 할 수 있다.
그러나, 수동 안전 차단기(150)는 배터리 모듈들(110, 120) 사이에 연결되어야 하기 때문에, 전체 비용을 증가시키고, 전체 부피도 증가시키고, 배터리 시스템(100)의 복잡도를 증가시키는 문제가 있다.
본 발명이 해결하려는 과제는 종래의 수동 안전 차단기를 제거한 배터리 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 배터리 시스템은 복수의 제1 배터리 셀들을 포함하는 제1 배터리 모듈, 복수의 제2 배터리 셀들을 포함하는 제2 배터리 모듈, 및 상기 제1 배터리 모듈과 상기 제2 배터리 모듈 사이에 연결되는 배터리 차단 유닛을 포함한다. 상기 배터리 차단 유닛은 상기 복수의 제1 배터리 셀들과 상기 복수의 제2 배터리 셀들 사이에 직렬로 연결되는 제1 메인 스위치, 및 상기 제1 메인 스위치와 병렬로 연결되고 서로 직렬로 연결되는 프리차지 스위치와 프리차지 저항을 포함한다.
일 예에 따르면, 상기 배터리 시스템은 상기 제1 배터리 모듈에 연결되는 제1 배터리 단자, 및 상기 제2 배터리 모듈에 연결되는 제2 배터리 단자를 더 포함한다. 상기 배터리 차단 유닛은 상기 복수의 제2 배터리 셀들과 상기 제2 배터리 단자 사이에 직렬로 연결되는 제2 메인 스위치를 더 포함할 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 배터리 시스템은 상기 제1 메인 스위치, 상기 제2 메인 스위치 및 상기 프리차지 스위치를 제어하는 배터리 관리부를 더 포함할 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 제1 배터리 모듈은 상기 복수의 제1 배터리 셀들을 모니터링 하는 제1 모듈 관리부를 포함하고, 상기 제2 배터리 모듈은 상기 복수의 제2 배터리 셀들을 모니터링 하는 제2 모듈 관리부를 포함할 수 있다. 상기 배터리 관리부는 상기 제1 모듈 관리부 및 상기 제2 모듈 관리부와 데이터를 송수신할 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 제1 배터리 모듈에 포함되는 상기 복수의 제1 배터리 셀들과 상기 제2 배터리 모듈에 포함되는 상기 복수의 제2 배터리 셀들은 서로 동일한 연결 구성을 가질 수 있다.
일 예에 따르면, 상기 제1 배터리 모듈의 정격 모듈 전압과 상기 제2 배터리 모듈의 정격 모듈 전압은 서로 실질적으로 동일한 크기를 가질 수 있다.
본 발명적 사상에 따른 배터리 시스템은 종래 배터리 시스템의 수동 차단 스위치의 기능을 배터리 관리부에 의해 제어되는 스위치로 대체함으로써 비용, 복잡도, 부피를 감소시킬 수 있다. 또한, 배터리 모듈들을 수동으로 분리시킬 필요가 없으므로, 작업의 편의성과 안전성이 함께 증가된다.
아래에 첨부 도면들을 참조로 예시적인 실시예들을 더욱 자세하게 설명함으로써 특징들이 본 기술분야의 당업자들에게 명확해질 것이다.
도 1은 종래 배터리 시스템의 블록도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템의 블록도를 도시한다.
이제, 예시적인 실시예들이 첨부 도면들을 참조로 아래에서 더욱 자세히 설명될 것이다. 그러나, 여러 형태로 구체화될 수 있으며, 본 명세서에서 설명되는 실시예들로 한정되는 것으로 간주되어서는 안 된다. 차라리, 이러한 실시예들은 본 개시가 완전하고 완벽해지며, 예시적인 구현예들을 본 기술분야의 당업자들에게 완전하게 전달할 수 있도록 제공되는 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 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, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
이하, 예시적인 실시예들이 도시되는 첨부 도면들을 참조하여 더욱 완벽하게 실시예들이 설명될 것이다. 전체적으로 동일한 참조 번호는 동일한 구성 요소를 나타낸다. 도면들에서, 동일하거나 대응하는 구성 요소들에는 동일한 도면번호가 부여되고, 이에 대하여 중복하여 설명하지 않을 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 시스템의 블록도를 도시한다.
도 2를 참조하면, 배터리 시스템(200)은 복수의 제1 배터리 셀들(BMa)을 포함하는 제1 배터리 모듈(210), 복수의 제2 배터리 셀들(BMb)을 포함하는 제2 배터리 모듈(220), 및 제1 배터리 모듈(210)과 제2 배터리 모듈(220) 사이에 연결되는 배터리 차단 유닛(240)을 포함한다.
배터리 차단 유닛(240)은 제1 배터리 모듈(210)의 제1 배터리 셀들(BMa)과 제2 배터리 모듈(220)의 제2 배터리 셀들(BMb) 사이에 직렬로 연결되는 제1 메인 스위치(SW1), 및 제1 메인 스위치(SW1)와 병렬로 연결되고, 서로 직렬로 연결되는 프리차지 스위치(SWp)와 프리차지 저항(Rp)을 포함한다.
배터리 시스템(200)은 제1 배터리 모듈(210)에 연결되는 제1 배터리 단자(B+)과 제2 배터리 모듈(220)에 연결되는 제2 배터리 단자(B-)를 포함한다. 일 예에 따르면, 제1 배터리 단자(B+)는 제2 배터리 단자(B-)보다 높은 전위를 가질 수 있다. 그러나 이는 예시적이고 이와 반대일 수도 있다. 일 예에 따르면, 제2 배터리 단자(B-)는 접지에 연결될 수 있다. 그러나 이는 예시적이고 제1 배터리 단자(B+)가 접지에 연결될 수도 있다. 아래에서는 제1 배터리 단자(B+)가 제2 배터리 단자(B-)보다 높은 전위를 갖는 것으로 가정하여 설명한다. 제1 배터리 모듈(210)과 제1 배터리 단자(B+) 사이의 경로는 고전압 경로로 지칭하고, 제2 배터리 모듈(220)과 제2 배터리 단자(B-) 사이의 경로는 저전압 경로로 지칭한다.
배터리 시스템(200)이 정상적으로 작동하는 경우, 제1 배터리 단자(B+)와 제2 배터리 단자(B-) 사이의 전압은 수백 V이상일 수 있다. 예컨대, 제1 배터리 단자(B+)와 제2 배터리 단자(B-) 사이의 전압은 약 400V 내지 약 800V 정도의 크기일 수 있다. 이하, 제1 배터리 단자(B+)와 제2 배터리 단자(B-) 사이의 전압은 시스템 전압이라고 지칭한다.
제1 및 제2 배터리 단자들(B+, B-)은 배터리 시스템(200)에 저장된 전력을 이용하여 구동되는 예컨대, 전기 모터 등과 같은 부하에 연결되거나, 배터리 시스템(200)에 전력을 공급하기 위한 예컨대, 발전기, 정류기, 컨버터 등과 같은 전력 장치에 연결될 수 있다.
제1 및 제2 배터리 셀들(BMa, BMb)은 전력을 저장하는 부분으로서 각각 서로 직렬로 연결되어 제1 및 제2 배터리 모듈들(210, 220)을 구성할 수 있다. 제1 및 제2 배터리 셀들(BMa, BMb)은 충전가능한 이차전지일 수 있다. 예컨대, 제1 및 제2 배터리 셀들(BMa, BMb)은 리튬 이온 전지(lithium ion battery), 리튬 폴리머 전지(lithium polymer battery), 니켈 카드뮴 전지(nickel cadmium battery), 니켈 수소 전지(Ni-MH: nickel metal hydride battery), 니켈 아연 전지(Ni-Zn: nickel-zinc battery)납 축전지 등으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다. 배터리 시스템(200)에 제1 및 제2 배터리 셀들(BMa, BMb)의 개수 및 연결 구성은 요구되는 출력 전압 및 충방전 용량에 따라서 결정될 수 있다.
도 2에는 제1 배터리 모듈(210)과 제2 배터리 모듈(220)이 각각 하나인 것으로 도시되어 있지만, 이는 예시적이며 제1 배터리 모듈(210)과 제2 배터리 모듈(220) 각각은 복수의 배터리 모듈들을 포함할 수 있다.
제2 배터리 단자(B-)에 대한 배터리 차단 유닛(240)의 제1 메인 스위치(SW1)의 전위가 제1 배터리 단자(B+)의 전위의 대략 절반이 되도록, 제1 배터리 모듈(210), 배터리 차단 유닛(240)의 제1 메인 스위치(SW1), 및 제2 배터리 모듈(220)은 서로 직렬로 연결되고, 제1 배터리 모듈(210)의 제1 모듈 전압과 제2 배터리 모듈(220)의 제2 모듈 전압은 실질적으로 동일한 크기를 가질 수 있다.
일 예에 따르면, 제1 배터리 모듈(210)의 정격 모듈 전압과 제2 배터리 모듈(220)의 정격 모듈 전압은 서로 실질적으로 동일한 크기를 가질 수 있다. 제1 및 제2 배터리 모듈들(210, 220)은 동일한 크기의 정격 모듈 전압을 가질 수 있다. 다른 예에 따르면, 제1 배터리 모듈(210)의 제1 배터리 셀들(BMa)과 제2 배터리 모듈(220)의 제2 배터리 셀들(BMb)은 서로 동일한 사양을 갖고, 서로 동일한 개수이고, 서로 동일한 연결 구성을 가질 수 있다. 이 경우, 제1 메인 스위치(SW1)에는 종래에 비해 절반 정도의 내압(dielectric withstand)을 갖는 전기 부품, 예컨대, 릴레이 또는 전력 반도체 스위치가 사용될 수 있으므로, 제조 비용이 감소될 수 있다.
배터리 차단 유닛(240)의 제1 메인 스위치(SW1)는 제1 배터리 모듈(210)과 제2 배터리 모듈(220) 사이의 경로를 연결하거나 차단할 수 있다. 제1 배터리 셀들(BMa)과 제2 배터리 셀들(BMb)을 충전 또는 방전시키기 위해 제1 메인 스위치(SW1)는 단락될 수 있다. 제1 배터리 셀들(BMa)과 제2 배터리 셀들(BMb)이 과충전 또는 과방전되거나 고온 상태가 되면, 제1 배터리 셀들(BMa)과 제2 배터리 셀들(BMb)을 보호하기 위해 제1 메인 스위치(SW1)는 개방될 수 있다.
프리차지 스위치(SWp)와 프리차지 저항(Rp)은 제1 및 제2 배터리 단자들(B+, B-)에 부하 또는 전력 장치가 갑자기 연결될 경우 흐르게 되는 인러쉬 전류에 의해 배터리 시스템(200), 부하 또는 전력 장치에 손상이 발생하는 것을 방지하기 위한 것이다. 제1 메인 스위치(SW1)가 단락되기 전에 프리차지 스위치(SWp)가 먼저 단락됨으로써 프리차지 저항(Rp)에 의해 인러쉬 전류의 크기가 제한될 수 있다. 프리차지 저항(Rp)을 통해 흐르는 전류가 미리 설정된 크기 이하가 되면, 제1 메인 스위치(SW1)가 단락되고, 프리차지 스위치(SWp)는 개방될 수 있다.
배터리 차단 유닛(240)은 제2 배터리 셀들(BMb)과 제2 배터리 단자(B-) 사이의 저전압 경로에 배치되는 제2 메인 스위치(SW2)를 더 포함할 수 있다. 제1 메인 스위치(SW1)가 고장 등에 의해 제어되지 않는 경우에 배터리 시스템(200)을 보호하기 위해 제2 메인 스위치(SW2)가 개방될 수 있다. 제2 메인 스위치(SW2)가 저전압 경로에 배치되는 것으로 도시되어 있지만, 제2 메인 스위치(SW2)는 고전압 경로에 배치될 수도 있다.
제1 메인 스위치(SW1), 제2 메인 스위치(SW2), 및 프리차지 스위치(SWp)는 릴레이 스위치 또는 전력 트랜지스터로 구성될 수 있다.
배터리 차단 유닛(240)은 제2 배터리 셀들(BMb)과 제2 배터리 단자(B-) 사이의 저전압 경로에 배치되는 전류 센서(CS)를 더 포함할 수 있다. 전류 센서(CS)는 제2 배터리 단자(B-), 제2 배터리 모듈(220), 제1 배터리 모듈(210), 및 제1 배터리 단자(B+)를 통해 흐르는 충방전 전류의 크기를 감지할 수 있다. 전류 센서(CS)는 충방전 전류의 크기에 대응하는 신호를 출력할 수 있다. 전류 센서(CS)는 예컨대 션트 저항을 포함할 수 있다. 이 경우, 전류 센서(CS)는 충방전 전류의 크기에 대응하는 전압 신호를 출력할 수 있다. 전류 센서(CS)가 저전압 경로에 배치되는 것으로 도시되어 있지만, 전류 센서(CS)는 고전압 경로에 배치될 수도 있다.
배터리 차단 유닛(240)은 제1 내지 제4 단자(t1-t4)를 갖는 기판(sub)을 포함할 수 있다. 제1 단자(t1)는 제1 배터리 셀들(BMa)의 음극 단자에 연결되고, 제2 단자(t2)는 제2 배터리 셀들(BMb)의 양극 단자에 연결될 수 있다. 제3 단자(t3)는 제2 배터리 셀들(BMb)의 양극 단자에 연결되고, 제4 단자(t4)는 제2 배터리 단자(B-)에 연결될 수 있다.
기판(sub) 상에 제1 메인 스위치(SW1), 제2 메인 스위치(SW2), 프리차지 스위치(SWp), 프리차지 저항(Rp) 및 전류 센서(CS)가 실장될 수 있다. 제1 메인 스위치(SW1)는 제1 및 제2 단자(t1, t2) 사이에 연결될 수 있다. 프리차지 스위치(SWp)와 프리차지 저항(Rp)는 제1 및 제2 단자(t1, t2) 사이에 연결될 수 있다. 제2 메인 스위치(SW2)와 전류 센서(CS)는 제3 및 제4 단자(t3, t4) 사이에 연결될 수 있다.
배터리 시스템(200)은 과전류가 흐르는 것을 방지하기 위해 퓨즈(FS)를 더 포함할 수 있다. 퓨즈(FS)는 과전압 경로에 배치될 수 있다. 그러나, 퓨즈(FS)는 저전압 경로에 배치될 수도 있다.
배터리 시스템(200)은 제1 메인 스위치(SW1), 제2 메인 스위치(SW2), 및 프리차지 스위치(SWp)를 제어하고 전류 센서(CS)로부터 충방전 전류의 크기에 대응하는 신호를 수신하는 배터리 관리부(230)를 더 포함할 수 있다. 예컨대, 배터리 관리부(230)는 전류 센서(CS)로부터 신호를 수신하여 충방전 전류의 크기를 감지하고, 충방전 전류의 크기가 미리 설정된 과전류 설정치를 초과하는 경우, 제1 메인 스위치(SW1)와 제2 메인 스위치(SW2) 중 적어도 하나를 개방시킬 수 있다.
배터리 관리부(230)는 제1 및 제2 배터리 단자(B+, B-)에 부하 또는 전력 장치가 연결되는 경우, 제1 메인 스위치(SW1)를 개방하고, 제2 메인 스위치(SW2)와 프리차지 스위치(SWp)를 단락시킬 수 있다. 배터리 관리부(230)는 전류 센서(CS)를 이용하여 프리차지 저항(Rp)을 통해 흐르는 전류의 크기를 감지하고, 이 전류의 크기가 미리 설정된 설정치보다 작아지면, 제1 메인 스위치(SW1)를 단락시키고 프리차지 스위치(SWp)를 개방할 수 있다.
제1 배터리 모듈(210)는 제1 배터리 셀들(BMa)을 모니터링 하는 제1 모듈 관리부(BMMa)을 포함할 수 있다. 제2 배터리 모듈(220)은 제2 배터리 셀들(BMb)을 모니터링 하는 제2 모듈 관리부(BMMb)를 포함할 수 있다.
제1 및 제2 모듈 관리부(BMMa, BMMb)는 각각 제1 및 제2 배터리 셀들(BMa. BMb)의 셀 전압, 및 온도를 감지하고, 미리 설정된 셀 밸런싱 알고리즘에 따라 제1 및 제2 배터리 셀들(BMa. BMb)의 셀 전압들을 서로 균등하게 조절할 수 있다. 이러한 셀 밸런싱 동작을 위해, 제1 및 제2 모듈 관리부(BMMa, BMMb) 각각은 셀 밸런싱 회로를 포함할 수 있다.
제1 및 제2 모듈 관리부(BMMa, BMMb)는 배터리 관리부(230)에 모니터링 데이터를 송신하고, 배터리 관리부(230)로부터 제어 명령 등을 수신할 수 있다. 제1 및 제2 모듈 관리부(BMMa, BMMb)와 배터리 관리부(230)는 예컨대 CAN(Controller Area Network) 버스를 이용하여 서로 데이터 통신을 수행할 수 있다.
배터리 관리부(230)는 배터리 차단 유닛(240)을 이용하여 배터리 시스템(200)와 인버터, DC/DC 컨버터 등과 같은 전력 장치 간에 입력 및 출력되는 고전압 및 대전류를 안정적으로 차단할 수 있다. 의도치 않은 외부 충돌 또는 내부회로 오동작에 의해 과전류가 발생할 경우, 배터리 관리부(230)는 전류 센서(CS)를 이용하여 신속하게 과전류를 감지하고, 신속하게 제1 및 제2 메인 스위치(SW1, SW2)를 개방함으로써, 배터리 시스템(200)의 수명을 보호할 수 있다.
배터리 관리부(230)는 제1 및 제2 배터리 셀들(BMa. BMb)의 셀 전압, 제1 및 제2 배터리 모듈(210, 220)의 모듈 전압, 제1 및 제2 배터리 단자(B+, B-) 사이의 시스템 전압, 및 제1 및 제2 배터리 모듈(210, 220)의 온도 등을 모니터링할 수 있다. 배터리 관리부(230)는 미리 설정된 관리 제어 알고리즘에 따라 배터리 시스템(200)의 전체 동작을 제어 및 관리할 수 있다.
배터리 관리부(230)는 제1 및 제2 배터리 단자들(B+, B-)로부터 부하 및 전력 장치가 분리되면 제1 메인 스위치(SW1)와 프리차지 스위치(SWp)를 개방시켜서, 제1 배터리 모듈(210)과 제2 배터리 모듈(220)을 서로 전기적으로 분리시킬 수 있다. 다른 예에 따르면, 배터리 관리부(230)는 제2 메인 스위치(SW2)도 함께 개방시킬 수도 있다.
배터리 시스템(200)에 고장이 발생하거나, 배터리 모듈들(210, 220) 중 적어도 하나가 열화되어 교체할 필요가 있다는 등의 유지 보수 등의 사유로 사용자는 배터리 시스템(200)을 분해할 필요가 발생할 수 있다. 사용자는 배터리 시스템(200)에 연결되어 있던 부하 및 전력 장치를 제1 및 제2 배터리 단자들(B+, B-)로부터 분리할 수 있다. 배터리 관리부(230)는 부하 및 전력 장치의 분리를 감지하여 제1 메인 스위치(SW1)와 프리차지 스위치(SWp)를 개방시켜 제1 배터리 모듈(210)과 제2 배터리 모듈(220)을 서로 전기적으로 분리시킴으로써, 도 1을 참조로 설명하였던 수동 안전 차단기(150)의 기능을 수행할 수 있다. 사용자는 배터리 시스템(200)의 점검 또는 배터리 모듈(210, 220)의 교체 등의 작업을 수행할 수 있다.
종래에는 사용자는 수동 안전 차단기(150)를 수동으로 분리시켜야 했으나, 본 발명에 따르면 배터리 차단 유닛(240)에 의해 제1 배터리 모듈(210)과 제2 배터리 모듈(220)이 서로 자동으로 분리되므로, 작업 편의성이 개선될 수 있다.
또한, 배터리 차단 유닛(240)의 위치를 제1 및 제2 배터리 모듈들(210, 220) 사이로 변경함으로써, 종래의 수동 안전 차단기(150)의 기능을 배터리 차단 유닛(240)이 대신 수행할 수 있다. 따라서, 배터리 시스템(200)은 수동 안전 차단기(150)를 탑재하지 않을 수 있다. 그에 따라, 수동 안전 차단기의 비용만큼 제조 비용이 감소할 뿐만 아니라, 부피도 감소하게 된다.
본 명세서에 도시되고 설명된 특정 구현예들은 설명을 위한 예들이며, 어떠한 방식으로도 실시예들의 범위를 한정하는 것으로 의도되지 않는다. 간결함을 위하여, 종래 전자적인 구성들, 제어 시스템들, 소프트웨어, 상기 시스템들의 다른 기능적인 측면들의 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것이며, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가적인 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로 구현될 수 있다. 또한, "필수적인", "중요하게" 등과 같은 구체적인 언급이 없다면, 필수 구성 요소로 간주되지 않는다.
실시예들(특히 특허청구범위)을 기술함에 있어서, "상기"의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 또한, 실시예들에서 범위(range)를 기재한 경우 상기 범위에 속하는 개별적인 값을 적용한 발명을 포함하는 것으로서(이에 반하는 기재가 없다면), 발명의 상세한 설명에 상기 범위를 구성하는 각 개별적인 값을 기재한 것과 같다. 마지막으로, 본 발명에 따른 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 따라 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 본 발명에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예들 들어, 등등)의 사용은 단순히 본 발명을 상세히 설명하기 위한 것으로서 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 실시예들의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 당업자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 특허청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 팩터에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.
예시적인 실시예들이 본 명세서에 제시되었으며, 특정 용어들이 사용되었을 지라도, 이 용어들은 한정을 목적으로 사용한 것이 아니며 일반적이고 설명을 위한 것으로 해석되어야 한다. 일부 예들에서, 본 출원의 출원 시의 당업자들에게 자명하겠지만, 특정 실시예와 관련하여 설명되는 특징들, 및/또는 구성요소들은 구체적으로 다르게 기재되어 있지 않는 한, 단독으로 사용될 수도 있고, 다른 실시예들과 관련하여 설명되는 특징들, 및/또는 구성요소들과 함께 사용될 수도 있다. 따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 또는 이로부터 등가적으로 변경된 모든 범위는 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
200: 배터리 시스템
210: 제1 배터리 모듈
220: 제2 배터리 모듈
230: 배터리 관리부
240: 배터리 차단 유닛

Claims (6)

  1. 복수의 제1 배터리 셀들을 포함하는 제1 배터리 모듈;
    복수의 제2 배터리 셀들을 포함하는 제2 배터리 모듈; 및
    상기 제1 배터리 모듈과 상기 제2 배터리 모듈 사이에 연결되는 배터리 차단 유닛을 포함하고,
    상기 배터리 차단 유닛은,
    상기 복수의 제1 배터리 셀들과 상기 복수의 제2 배터리 셀들 사이에 직렬로 연결되는 제1 메인 스위치; 및
    상기 제1 메인 스위치와 병렬로 연결되고, 서로 직렬로 연결되는 프리차지 스위치와 프리차지 저항을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 배터리 모듈에 연결되는 제1 배터리 단자; 및
    상기 제2 배터리 모듈에 연결되는 제2 배터리 단자를 더 포함하고,
    상기 배터리 차단 유닛은 상기 복수의 제2 배터리 셀들과 상기 제2 배터리 단자 사이에 직렬로 연결되는 제2 메인 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 메인 스위치, 상기 제2 메인 스위치 및 상기 프리차지 스위치를 제어하는 배터리 관리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 배터리 모듈은 상기 복수의 제1 배터리 셀들을 모니터링 하는 제1 모듈 관리부를 포함하고,
    상기 제2 배터리 모듈은 상기 복수의 제2 배터리 셀들을 모니터링 하는 제2 모듈 관리부를 포함하고,
    상기 배터리 관리부는 상기 제1 모듈 관리부 및 상기 제2 모듈 관리부와 데이터를 송수신하는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 배터리 모듈에 포함되는 상기 복수의 제1 배터리 셀들과 상기 제2 배터리 모듈에 포함되는 상기 복수의 제2 배터리 셀들은 서로 동일한 연결 구성을 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 배터리 모듈의 정격 모듈 전압과 상기 제2 배터리 모듈의 정격 모듈 전압은 서로 실질적으로 동일한 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 시스템.
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