KR20220063612A

KR20220063612A - 스위치 타입의 전력 차단장치 및 이를 포함하는 배터리 팩

Info

Publication number: KR20220063612A
Application number: KR1020200149663A
Authority: KR
Inventors: 선상옥; 정상은
Original assignee: 주식회사 엘지에너지솔루션
Priority date: 2020-11-10
Filing date: 2020-11-10
Publication date: 2022-05-17
Also published as: JP2023505651A; US11830697B2; EP4060701A1; JP7428329B2; CN114868219A; EP4060701A4; US20220415589A1; WO2022102952A1

Abstract

본 발명에 따른 전력 차단장치는, 외관을 형성하는 하우징; 상기 하우징 내부에 구비되는 인터락 제1 단자와 인터락 제2 단자 및 상기 배터리 팩의 고전압 선로에 연결될 수 있는 고전압 제1 단자와 고전압 제2 단자; 상기 하우징의 내외부에 걸쳐 배치되는 스위치 레버; 상기 인터락 제1 단자와 상기 인터락 제2 단자에 접촉해 있다가, 상기 스위치 레버의 Off 조작시, 상기 스위치 레버에 의해 동작하여 상기 인터락 제1 단자와 상기 인터락 제2 단자 중 어느 하나에서 떨어지게 마련되는 제1 스위치 모듈; 및 상기 제1 스위치 모듈과 연동하고, 상기 고전압 제1 단자와 상기 고전압 제2 단자에 접촉해 있다가 상기 인터락 제1 단자와 상기 인터락 제2 단자 중 어느 하나에서 떨어진 후, 상기 고전압 제1 단자와 상기 고전압 제2 단자와 떨어지게 마련되는 제2 스위치 모듈을 포함할 수 있다.

Description

스위치 타입의 전력 차단장치 및 이를 포함하는 배터리 팩{Switch-type power disconnection device and Battery pack including the same}

본 발명은 스위치 타입의 전력 차단장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 배터리 팩의 생산, 조립, 수리 및 운송 등에서 발생할 수 있는 안전사고를 방지하기 위해 배터리 팩의 전력을 수동으로 차단하는 장치로서 사용 편의성 향상을 위해 스위치 타입으로 구성한 전력 차단장치 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다.

이차전지는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리, 충·방전이 가능한 전지를 말하는 것으로서, 휴대폰, PDA, 노트북 컴퓨터 등의 소형 첨단 전자기기 분야뿐만 아니라 전기 자동차(EV) 또는 하이브리드 자동차(HEV)의 동력원으로 사용되고 있다.

현재, 이차전지 1개(셀)로는 전기차를 구동할 수 있을 만큼의 충분한 출력을 얻을 수 없다. 전기차의 에너지원으로 이차전지를 적용하기 위해서는 예컨대 복수 개의 리튬이온 전지 셀들을 직렬 및/또는 병렬 연결한 배터리 모듈을 구성해야 하며, 통상 직렬 형태로 상기 배터리 모듈들을 연결하고 이를 기능적으로 유지해주는 BMS(Battery Management System)와 냉각 시스템, BDU(Battery Disconnection Unit), 전기 배선 케이블 등을 포함한 배터리 팩을 구성한다.

한편, 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차 등에 탑재되는 고전압 배터리 팩은 생산, 조립, 수리 및 운송 등에서 발생할 수 있는 안전사고를 방지하기 위해 통상 전력 차단장치를 포함한다. 상기 전력 차단장치는 작업자가 전기 자동차의 배터리 전원을 물리적인 방법으로 차단할 수 있게 구성된 장치로서, 당업계에서 MSD(Manual Service Disconnect), 안전 플러그(Safety Plug), 서비스 플러그(Service Plug), 디스커넥트 스위치(Disconnect Switch) 등 다양한 이름으로 통용되고 있다.

일 예로서 종래 기술에 따른 전력 차단장치는, 도 1과 같이, 배터리 팩의 일측에 고정되게 장착되는 소켓(2)과, 상기 소켓(2)에 탈,부착되는 플러그(1)를 포함한다. 상기 소켓(2)은 배터리 팩의 고전압 라인과 연결되는 HV (±)단자(미도시)를 구비하고, 상기 플러그(1)는 상기 HV (±)단자를 연결하는 커넥터(미도시)를 구비하고 있다. 플러그(1)를 소켓(2)에서 탈거하면 소켓의 HV (±)단자의 연결이 끊겨 배터리 팩의 전원이 차단될 수 있다.

플러그의 탈거시 고전압으로 인해 HV (±)단자에서 스파크가 발생하여 안전상 문제가 될 수 있기 때문에 일반적으로 전력 차단장치는 고전압 인터락 핀(HVIL, High Voltage Interlock Loop)을 더 포함한다. 인터락 핀이 있는 전력 차단장치의 경우, 플러그를 탈거할 때, 플러그 측의 인터락 핀과 소켓 측의 인터락 핀을 먼저 분리한 다음, 플러그 측의 단자 커넥터와 소켓의 HV (±)단자를 분리할 수 있게 구성된다. 상기 인터락 핀이 분리되면 배터리 팩의 대전류 흐름이 차단되게 되어 있어, 플러그 측의 단자 커넥터와 소켓의 HV (±)단자를 분리할 때 스파크가 발생하지 않는다.

그러나 이 같은 종래의 전력 차단장치는 플러그와 소켓을 매번 탈,부착해야 하는 번거로움이 있고, 플러그와 소켓을 별개 제작 후 조립하는 방식이어서 제조원가도 높은 편이라는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 전력 차단방식을 스위치 방식으로 변경하여 사용 편의성을 향상시킨 전력 차단장치 및 이를 포함하는 배터리 팩을 제공하는데 일 목적이 있다.

이외 본 발명의 여러 기술적 과제들은, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면, 이하의 설명, 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

본 발명에 따른 전력 차단장치는, 외관을 형성하는 하우징; 상기 하우징 내부에 구비되고 상기 배터리 팩의 인터락 회로에 연결될 수 있는 인터락 제1 단자와 인터락 제2 단자 및 상기 배터리 팩의 고전압 선로에 연결될 수 있는 고전압 제1 단자와 고전압 제2 단자; 상기 하우징의 내외부에 걸쳐 배치되는 스위치 레버; 상기 인터락 제1 단자와 상기 인터락 제2 단자에 접촉해 있다가, 상기 스위치 레버의 Off 조작시, 상기 스위치 레버에 의해 동작하여 상기 인터락 제1 단자와 상기 인터락 제2 단자 중 어느 하나에서 떨어지게 마련되는 제1 스위치 모듈; 및 상기 제1 스위치 모듈과 연동하고, 상기 고전압 제1 단자와 상기 고전압 제2 단자에 접촉해 있다가 상기 인터락 제1 단자와 상기 인터락 제2 단자 중 어느 하나에서 떨어진 후, 상기 고전압 제1 단자와 상기 고전압 제2 단자와 떨어지게 마련되는 제2 스위치 모듈을 포함할 수 있다.

상기 제1 스위치 모듈은, 상기 인터락 제1 단자의 일단부에 회전 가능하게 결합되고, 상기 스위치 레버의 On/Off 위치에 따라 상기 인터락 제1 단자의 일단부를 축으로 시소동작 하게 마련되는 제1 무빙 컨택바를 포함하고, 상기 인터락 제2 단자는 일단부가 상기 제1 무빙 컨택바의 일단부와 접촉 가능한 위치에 배치될 수 있다.

상기 제1 무빙 컨택바는, 시소동작 시 상승 또는 하강하며, 하강시 상기 제2 스위치 모듈을 가압하도록 상기 제1 무빙 컨택바의 타단부에 연결되는 푸쉬바를 포함하고, 상기 제2 스위치 모듈은 상기 푸쉬바의 압력을 받아 상기 제1 스위치 모듈과 연동하게 구성될 수 있다.

상기 푸쉬바는 절연성 재질로 형성될 수 있다.

제2 스위치 모듈은, 수직 배치되는 지지대; 상기 지지대의 일단부를 축으로 하고 상기 푸쉬바의 눌림에 의해 시소동작 하게 마련되는 제2 무빙 컨택바; 및 상기 제2 무빙 컨택바에서 상기 지지대를 기준으로 상기 푸쉬바의 눌림을 받는 쪽의 반대쪽에 구비되고, 상기 제2 무빙 컨택바에서 하부 방향으로 연장되게 마련된 한 쌍의 고전압 연결핀;을 포함하고, 상기 고전압 제1 단자와 상기 고전압 제2 단자는 상기 한 쌍의 고전압 연결핀의 하부에 배치되어, 상기 제2 무빙 컨택바의 시소동작에 의해 상기 한 쌍의 고전압 연결핀과 접촉 또는 접촉 해제될 수 있다.

상기 한 쌍의 고전압 연결핀은 상기 제2 무빙 컨택바에 힌지 결합될 수 있다.

상기 제2 무빙 컨택바는 절연성 재질로 형성된 절연부와, 전기전도성 재질로 형성된 전도부를 포함하고, 상기 절연부는 상기 푸쉬바와 접촉 가능한 위치까지 연장되게 형성되며, 상기 전도부는 상기 한 쌍의 고전압 연결핀과 연결될 수 있다.

상기 제2 스위치 모듈은, 상기 절연부의 하부에서 상기 절연부를 탄성적으로 지지하는 탄성부재를 더 포함할 수 있다.

상기 제2 스위치 모듈은, 상기 전도부와 상기 고전압 제1 단자 및 상기 고전압 제2 단자 사이에서, 상기 한 쌍의 고전압 연결핀의 승하강 직선 이동을 가이드하는 관상체 형태로 마련되는 핀 가이드 관부재를 더 포함할 수 있다.

상기 고전압 제1 단자와 상기 고전압 제2 단자는, 각각 대응하는 상기 고전압 연결핀이 삽입될 수 있게 형성된 소켓부와, 상기 소켓부에서 연장되어 상기 하우징의 외부로 노출되는 체결부를 각각 구비할 수 있다.

본 발명의 다른 양태에 의하면, 상술한 전력 차단장치를 포함하는 배터리 팩이 제공될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 스위치 방식으로 안전하고 편리하게 전력을 차단시킬 수 있는 전력 차단장치가 제공될 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 전력 차단장치는 손가락 힘으로 스위치 레버를 On/Off 조작하는 것으로 인터락 단자와 고전압 단자가 순차적으로 차단되게 구성되어 있어, 사용자가 안전하고 쉽게 배터리 팩의 전력을 차단시킬 수 있다.

본 발명의 효과들은 하기의 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 종래 기술에 따른 전력 차단장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 차단장치를 장착한 배터리 팩을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 차단장치의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 차단장치의 On 상태의 내부 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4에 대응하는 도면으로, 전력 차단장치가 On 상태일 때, 단자들 간 연결 상태를 간략히 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 차단장치의 On에서 Off로 넘어가는 과도 상태의 내부 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 도 6에 대응하는 도면으로, 전력 차단장치가 On에서 Off로 넘어가는 과도 상태일 때, 단자들 간 연결 상태를 간략히 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 차단장치의 Off 상태의 내부 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 9는 도 8에 대응하는 도면으로, 전력 차단장치가 Off 상태일 때, 단자들 간 연결 상태를 간략히 나타낸 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 출원을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 발명의 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하에서 설명할 전력 차단장치(100)는, 당업계에서 MSD(Manual Service Disconnect), 안전 플러그(Safety Plug), 서비스 플러그(Service Plug), 디스커넥트 스위치(Disconnect Switch) 등 다양한 이름으로 통칭되는 것으로서, 예컨대 전기 자동차용 배터리 팩(200)에 포함되는 구성요소로서 일반적으로 비상시 사용자가 고전압 배터리 팩(200)의 전원을 수동으로 차단할 때 사용하는 장치를 의미한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 차단장치를 장착한 배터리 팩을 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 차단장치의 사시도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 차단장치의 On 상태의 내부 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.

이들 도면들을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 차단장치(100)는, 외관을 형성하는 하우징(10), 상기 하우징(10) 내부에 구비되는 인터락 제1 단자(21), 인터락 제2 단자(22), 고전압 제1 단자(23), 고전압 제2 단자(24), 스위치 레버(30), 제1 스위치 모듈(40) 및 제2 스위치 모듈(50)을 포함한다.

전기 자동차의 경우, 통상 배터리 팩(200)이 차량 좌석 하부에 탑재됨으로 차량의 후석 시트 하단부에 커버를 마련하고 상기 커버를 열면 바로 전력 차단장치(100)가 보일 수 있게 팩 케이스(210)의 상부에 전력 차단장치(100)를 설치한다.

전력 차단장치(100)의 하우징(10)은 구성품들을 수납 및 보호하기 위한 박스형의 본체부(11)와 상기 본체부(11)의 하부에 구비되는 판상의 플랜지부(12)로 이루어질 수 있다. 팩 케이스(210)는 상부면에 통공을 구비한다. 상기 통공을 통해 배터리 팩(200) 내부에서 전선, 플랙서블 버스바(또는 고전압 케이블) 등을 빼내고 전력 차단장치(100)의 단자들에 연결한다. 그리고 상기 통공을 하우징(10)의 플랜지부(12)로 덮고 볼트 체결하는 방식으로 팩 케이스(210)의 상부에 전력 차단장치(100)를 설치할 수 있다.

자세히 후술하겠으나, 본 발명에 따른 전력 차단장치(100)는, 스위치 방식으로 고전압 배터리 팩(200)의 전원을 차단할 수 있게 구성되어 있어 종래의 탈부착 방식의 전력 차단장치(100)에 보다 사용자 편의성이 훨씬 우수하다.

예컨대, 종래의 탈부착 방식의 전력 차단장치(100)는, 배터리 팩(200)의 전원을 차단하려면 레버를 잡아당겨 먼저, 인터락 핀을 해제하고 플러그를 소켓에서 탈거해야 한다. 그러나 본 발명에 따른 전력 차단장치(100)는 손가락 힘으로 스위치 레버(30)를 OFF 위치로 젖히기만 하면 된다.

이하에서 이러한 전력 차단장치(100)의 주요 구성 및 작동을 상세히 설명하기로 한다.

인터락 제1 단자(21)와 인터락 제2 단자(22)는 배터리 팩(200)의 인터락 회로에 연결되는 단자들이다. 여기서 인터락 회로는 장치가 정상상태에서 벗어나게 되어 발생하는 이상상황을 알리고, 즉시 장비를 정지시켜 사용자의 안전을 지켜주는 역할을 하는 회로를 의미한다. 배터리 팩(200)의 인터락 회로는 상기 인터락 제1 단자(21)와 상기 인터락 제2 단자(22)의 연결 상태를 감지하는 제어부(ex : 배터리 관리시스템 (BMS))와 제어부에 의해 제어되는 파워 릴레이 장치를 포함하여 구성될 수 있다. 예컨대, 인터락 제1 단자(21)와 인터락 제2 단자(22)의 연결이 끊어질 경우, 정상상태에서 벗어난 것으로 보고 BMS가 파워 릴레이 장치를 OFF시켜 배터리 팩(200)의 대전류의 흐름을 차단한다. 이러한 인터락 회로의 구성은 당업계에 널리 알려져 있으므로 더 자세한 설명은 생략한다.

고전압 제1 단자(23)와 고전압 제2 단자(24)는 배터리 팩(200)의 고전압 선로에 연결되는 단자이다. 예컨대, 배터리 팩(200)의 내부에는 통상 직렬 형태로 배터리 모듈들이 연결되는데, 상기 배터리 모듈들 중 2개의 배터리 모듈 사이의 케이블을 끊고 상기 케이블의 한쪽은 상기 고전압 제1 단자(23)에 연결하고 상기 케이블의 다른 쪽은 상기 고전압 제2 단자(24)에 연결한다. 따라서 전력 차단장치(100) 내부에서 상기 고전압 제1 단자(23)와 상기 고전압 제2 단자(24)의 연결을 끊으면 배터리 팩(200)의 전원이 차단된다.

이때, 대전류가 흐르고 있는 상태에서 고전압 제1 단자(23)와 고전압 제2 단자(24)의 연결을 끊을 경우 강한 스파크가 발생하여 작업자에게 위험을 초래할 수 있고 전력 차단장치(100)가 소손될 수도 있다. 이에 고전압 배터리 팩(200)의 전원을 차단할 때는 안전을 위해 고전압 제1 단자(23)와 고전압 제2 단자(24)의 연결을 끊기 전에 인터락 회로를 차단하여 BMS에서 제어 신호를 보내 파워 릴레이를 Off시켜 대전류의 흐름을 사전에 차단할 필요가 있다.

이를 위해서는 스위치 방식의 전력 차단장치(100)의 경우에도 기존의 탈부착 방식의 전력 차단장치와 마찬가지로, 인터락 제1 단자(21)와 인터락 제2 단자(22)의 연결이 끊어지고 그 다음 시간차를 두고 고전압 제1 단자(23)와 고전압 제2 단자(24)의 연결이 끊어지도록 구성되어야 한다.

이러한 작동 메커니즘을 구현하기 위한 수단으로서 본 발명에 따른 전력 차단장치(100)는 스위치 레버(30)에 의해 작동하는 제1 스위치 모듈(40)과, 상기 제1 스위치 모듈(40)과 연동하는 제2 스위치 모듈(50)을 포함한다.

상기 스위치 레버(30)는 하우징(10)의 외부에 노출되는 손잡이(31)와 상기 손잡이(31)에서 하우징(10) 내부의 소정 위치까지 연장 형성된 로드부(32)를 포함하고, 지지점을 중심으로 소정 각도 범위 내에서 정,역방향으로 회전 가능하게 마련될 수 있다. 이를테면, 도 4와 같이, 스위치 레버(30)의 손잡이(31)를 좌측 또는 우측으로 소정 각도 젖힐 수 있게 마련될 수 있다.

제1 스위치 모듈(40)은 상기 인터락 제1 단자(21)와 상기 인터락 제2 단자(22)에 접촉해 있다가, 상기 스위치 레버(30)의 Off 조작시, 상기 스위치 레버(30)에 의해 동작하여 상기 인터락 제1 단자(21)와 상기 인터락 제2 단자(22) 중 어느 하나에서 떨어지게 마련될 수 있다.

구체적으로, 본 실시예에 따른 상기 제1 스위치 모듈(40)은 제1 무빙 컨택바(41), 스프링(S1,S2) 및 푸쉬바(43)를 포함하여 구성되고, 상기 인터락 제1 단자(21)와 상기 인터락 제2 단자(22)는 상기 제1 무빙 컨택바(41)의 하부에 배치되고 수직 방향으로 나란히 연장 배치되는 금속 막대 형태로 구성될 수 있다. 그리고 인터락 제1 단자(21)의 하단과 상기 인터락 제2 단자(22)의 하단에 각각 와이어(L1,L2)를 연결한다. 상기 와이어(L1,L2)는 인터락 제1 단자(21)와 인터락 제2 단자(22)를 배터리 팩(200)의 인터락 회로에 연결하는데 이용될 수 있다.

상기 제1 무빙 컨택바(41)는 금속 소재로 이루어진 막대형의 전도체이고, 대략 가운데 부분이 인터락 제1 단자(21)의 일단부에 힌지 결합되어, 상기 인터락 제1 단자(21)의 일단부를 축으로 회전 가능하게 구성될 수 있다. 또한, 제1 무빙 컨택바(41)는 스위치 레버(30)의 회전시 원활한 접촉 거리 확보를 위해 좌측편과 우측편에 경사진 빗면을 갖는 돌기부(41b)를 더 구비할 수 있다.

스프링은 제1 스프링(S1)과 제2 스프링(S2)을 포함하고, 상기 제1 스프링(S1)과 제2 스프링(S2)은 인터락 제1 단자(21)를 중심으로 제1 무빙 컨택바(41)의 우측편과 좌측편 아래에 배치될 수 있다. 상기 2개의 스프링은 제1 무빙 컨택바(41)의 회전 반경을 제한하고 스위치 레버(30)의 가압력에 맞서는 힘을 제공한다. 이 때문에 스위치 레버(30)를 젖히려면 소정의 힘을 주어야 한다.

예컨대, 외부적인 충격 또는 작업자의 실수에 의한 의도하지 않은 스위치 레버(30)의 움직임을 방지하는 차원에서 스위치 레버(30) 위에 커버를 씌우거나, 탄성 계수가 비교적 큰 스프링을 사용하여 상기 스위치 레버(30)를 젖히는데 필요한 힘을 10kgf~15kgf로 설정하는 것이 바람직할 수 있다. 즉, 적어도 10kgf 이하의 힘으로는 스위치 레버(30)가 움직이지 않게 하는 것이 좋다.

상기 스위치 레버(30)는 손잡이(31)를 On 위치로 젖히면 로드부(32)가 제1 무빙 컨택바(41)의 우측편을 가압하게 되고, 손잡이(31)를 Off 위치로 젖히면 로드부(32)가 제1 무빙 컨택바(41)의 좌측편을 가압하게 된다. 따라서 상기 스위치 레버(30)의 On/Off 위치에 따라 상기 제1 무빙 컨택바(41)가 상기 인터락 제1 단자(21)의 일단부를 축으로 시소동작하게 된다.

인터락 제2 단자(22)는, 도 4와 같이 스위치 레버(30)가 On 위치에 있을 때, 일단부가 제1 무빙 컨택바(41)의 일단부(41a)에 접촉 가능한 위치에 배치된다. 상기 인터락 제2 단자(22)는 전도체인 제1 무빙 컨택바(41)와 접촉해 있을 때 인터락 제1 단자(21)와 통전이 가능해질 수 있다.

On 위치의 스위치 레버(30)의 손잡이(31)를 우측으로 젖히게 되면 제1 무빙 컨택바(41)가 시소 동작하여 제1 무빙 컨택바(41)의 일단부(41a)가 올라가서 인터락 제2 단자(22)에서 떨어지게 된다. 이 경우, 인터락 제1 단자(21)와 인터락 제2 단자(22)의 전기적 연결이 끊어지고 이에 따라 인터락 회로가 미연결된 상태가 된다.

푸쉬바(43)는 제1 무빙 컨택바(41)의 타단부에서 하방향으로 연장 형성된 막대형 부재로서 상기 제1 무빙 컨택바(41)의 타단부에 힌지결합될 수 있다. 이러한 푸쉬바(43)는 제1 무빙 컨택바(41)의 시소동작 시 상승 또는 하강하며, 하강시 제2 스위치 모듈(50)을 가압할 수 있게 구성된다. 상기 푸쉬바(43)가 제2 스위치 모듈(50)과 접촉해도 제1 스위치 모듈(40)과 제2 스위치 모듈(50) 사이에 전류가 흐르지 않게 상기 푸쉬바(43)를 절연성 재질로 제작하는 것이 좋다.

제2 스위치 모듈(50)은 상기 푸쉬바(43)의 하강시 압력을 받아 제1 스위치 모듈(40)과 연동하고, 상기 고전압 제1 단자(23)와 상기 고전압 제2 단자(24)에 접촉해 있다가 상기 인터락 제1 단자(21)와 상기 인터락 제2 단자(22) 중 어느 하나에서 떨어진 후, 상기 고전압 제1 단자(23)와 상기 고전압 제2 단자(24)와 떨어지게 구성될 수 있다.

구체적으로, 본 실시예에 따른 제2 스위치 모듈(50)은 지지대(53), 제2 무빙 컨택바(51), 한 쌍의 고전압 연결핀(52a,52b), 제3 스프링(S3) 및 핀 가이드 관부재(54)를 포함한다.

지지대(53)는 하우징(10) 내부에서 수직 배치되는 막대형 부재로, 상기 제2 무빙 컨택바(51)를 지지하며 그 일단부는 제2 무빙 컨택바(51)의 회전축으로 작용한다.

상기 제2 무빙 컨택바(51)는 상기 지지대(53)에 교차하는 방향으로 배치되고 대략 가운데 부분이 상기 지지대(53)의 일단부에 힌지 결합된다. 따라서 제2 무빙 컨택바(51)도 제1 무빙 컨택바(41)와 유사하게 상기 지지대(53)의 일단부를 축으로 회전할 수 있다.

또한, 상기 제2 무빙 컨택바(51)는 2종 재질로 형성될 수 있다. 즉, 상기 제2 무빙 컨택바(51)는 절연성 재질로 형성된 절연부(51a)와 전기 전도성 재질로 형성된 전도부(51b)를 포함한다. 도 4와 같이, 제2 무빙 컨택바(51)는 우측편은 절연부(51a)로 형성되고 좌측편은 전도부(51b)로 형성될 수 있다. 상기 절연부(51a)는 푸쉬바(43)와 접촉 가능한 위치까지 연장되고, 그 하부는 제3 스프링으로 지지될 수 있다. 여기서 상기 제3 스프링(S3)은 탄성 복원력을 갖는 다른 유형의 탄성부재로 대체될 수도 있다. 상기 전도부(51b)는 균형을 위해 절연부(51a)와 반대 방향으로 상기 절연부(51a)의 길이만큼 연장될 수 있다.

한 쌍의 고전압 연결핀(52a,52b)은 상기 전도부(51b)에 힌지 결합되고 상기 전도부(51b)에 교차하는 하부 방향으로 연장되게 마련될 수 있다.

핀 가이드 관부재(54)는 상기 고전압 연결핀(52a,52b)이 통과할 수 있는 관상체 형태의 부재로, 상기 전도부(51b)와 고전압 제1 단자(23) 및 고전압 제2 단자(24) 사이에서 상기 한 쌍의 고전압 연결핀(52a,52b)의 승하강 직선 이동을 가이드하는 역할을 한다.

본 실시예의 고전압 제1 단자(23)와 고전압 제2 단자(24)는, 각각 대응하는 상기 고전압 연결핀(52a,52b)이 삽입될 수 있게 형성된 소켓부(23a,24a)와, 상기 소켓부(23a,24a)에서 연장되어 상기 하우징(10)의 외부로 노출되는 체결부(23b,24b)를 각각 구비할 수 있다. 예컨대, 상기 고전압 제1 단자(23)의 체결부(23b)와 배터리 모듈의 음극 터미널(미도시)은 플랙서블 버스바로 연결되고, 상기 고전압 제2 단자(24)의 체결부(24b)와 다른 배터리 모듈의 양극 터미널(미도시)은 다른 플랙서블 버스바로 연결될 수 있다.

상술한 제2 스위치 모듈(50)은 스위치 레버(30)가 On 상태에서 제3 스프링(S3)에 의해 제2 무빙 컨택바(51)가 수평하게 지지되고 한 쌍의 고전압 연결핀(52a,52b)은 각각 고전압 제1 단자(23)와 고전압 제1 단자(23)에 접촉하게 구성될 수 있다. 그리고 스위치 레버(30)가 Off 상태에서 푸쉬바(43)의 눌림에 의해 제3 스프링(S3)이 압축되면서 절연부(51a)가 하강하고 전도부(51b)는 상승하게 된다. 이때 한 쌍의 고전압 연결핀(52a,52b)이 고전압 제1 단자(23)와 고전압 제2 단자(24)와 접촉 해제될 수 있다.

이어서, 도 4 내지 도 9를 참조하여, 상기와 같은 구성을 갖는 전력 차단장치(100)의 사용예를 설명하면 다음과 같다.

배터리 팩(200)의 전력 차단장치(100)는 평상시 On 상태에 있다. 이때, 도 4와 도 5를 참조하면, 스위치 레버(30)가 제1 무빙 컨택바(41)의 우측편을 가압하고 있어 제1 무빙 컨택바(41)의 일단부(41a)가 회전축 아래로 내려가 인터락 제2 단자(22)에 접촉하고 제1 무빙 컨택바(41)의 타단부는 회전축 위로 올라가 푸쉬바(43)와 제2 스위치 모듈(50)는 비접촉 상태가 된다. 이에 따라 인터락 제1 단자(21)와 인터락 제2 단자(22)는 제1 무빙 컨택바(41)를 매개로 서로 통전 가능한 상태가 되고, 고전압 제1 단자(23)와 고전압 제2 단자(24)는 제2 무빙 컨택바(51)를 매개로 서로 통전 가능한 상태가 된다.

즉, 스위치 레버(30)가 On 위치에 있을 때는 인터락 회로와 고전압 선로가 모두 연결되어 있어 배터리 팩(200)의 전원이 전기자동차의 부하에 공급된다. (도 5에서 HVIL 1은 인터락 제1 단자(21), HVIL 2는 인터락 제2 단자(22), HV+는 고전압 제1 단자(23), HV-는 고전압 제2 단자(24)에 대응함.)

배터리 팩(200)의 전력을 차단하고 할 때, 스위치 레버(30)를 Off 위치로 젖힌다. 이때 스위치 레버(30)를 2단계로 나누어 젖힌다. 이를테면, 도 6과 같이 스위치 레버(30)를 젖혀 수직으로 세운 후 일정 시간 간격을 두고, 도 8과 같이 스위치 레버(30)를 Off 위치로 완전히 젖힌다. 여기서 스위치 레버(30)를 젖혀 수직으로 세우는 단계가 1단계이고 스위치 레버(30)를 Off 위치로 완전히 젖히는 단계가 2단계이다.

도 6과 도 7을 참조하면, 상기 1단계에서 스위치 레버(30)는 제1 무빙 컨택바(41)의 회전축 부분을 가압한다. 따라서 제1 무빙 컨택바(41)의 일단부(41a)가 회전축 높이로 올라와 인터락 제2 단자(22)에서 떨어지고 제1 무빙 컨택바(41)의 타단부는 회전축 높이로 내려온다. 이때 푸쉬바(43)는 제2 무빙 컨택바(51)의 상면에 근접하거나 단순 접촉하는 위치까지 내려올 수 있다.

이에 따라 인터락 제1 단자(21)와 인터락 제2 단자(22)는 서로 통전 불가능한 상태가 되고 전원 공급차단 신호가 BMS에 전송된다. BMS의 제어신호에 따라 파워 릴레이가 OFF되어 고전압 제1 단자(23)와 고전압 제2 단자(24)가 연결되어도 대전류의 흐름이 끊어진다.

도 8과 도 9를 참조하면, 상기 2단계에서 스위치 레버(30)는 제1 무빙 컨택바(41)의 좌측편을 가압한다. 따라서 제1 무빙 컨택바(41)의 일단부가 회전축 위로 더 올라가고 제1 무빙 컨택바(41)의 타단부는 회전축 위로 아래로 더 내려온다. 이때 제2 무빙 컨택바(51)의 절연부(51a)가 푸쉬바(43)에 의해 눌려져 회전축 아래로 내려가고 반대편의 제2 무빙 컨택바(51)의 전도부(51b)는 회전축 위로 올라가게 되어 한 쌍의 고전압 연결핀(52a,52b)이 고전압 제1 단자(23)와 고전압 제2 단자(24)에서 떨어지게 된다.

그러므로 스위치 레버(30)가 Off 위치로 젖혀지면 고전압 제1 단자(23)와 고전압 제2 단자(24)까지 통전이 불가능한 상태가 되어 물리적으로 배터리 팩(200)의 전원이 확실히 차단될 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전력 차단장치(100)를 이용하면 종래의 탈부착 방식의 전력 차단장치(100)보다 작업자가 편리하고 안전하게 배터리 팩(200)의 전원을 차단하고 필요한 작업을 수행할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 배터리 팩은 상술한 전력 차단장치, 상기 전력 차단장치와 직렬적으로 연결되는 복수 개의 배터리 모듈들, 상기 배터리 모듈들의 온도를 관리하기 위한 냉각 시스템, 상기 배터리 모듈들의 충방전을 제어하기 위한 각종 장치(미도시), 예컨대 BMS(Battery Management System), 전류 센서, 퓨즈, 그리고 상기 구성품들을 수납 및 설치하기 위한 팩 케이스를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 배터리 팩은, 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 자동차에 적용될 수 있다. 즉, 본 발명에 배터리 팩은 전기 자동차의 구동 에너지원으로 사용될 수 있다.

이상과 같이, 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.

그리고 본 명세서에서 상, 하, 좌, 우, 전, 후와 같은 방향을 나타내는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어들은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 대상이 되는 사물의 위치나 관측자의 위치 등에 따라 달라질 수 있음은 본 발명의 당업자에게 자명하다.

10 : 하우징 21 : 인터락 제1 단자
22 : 인터락 제2 단자 23 : 고전압 제1 단자
24 : 고전압 제2 단자 30 : 스위치 레버
40 : 제1 스위치 모듈 41 : 제1 무빙 컨택바
43 : 푸쉬바 50 : 제2 스위치 모듈
51 : 제2 무빙 컨택바 51a: 절연부
51b: 전도부 53 : 지지대
54 : 핀 가이드 관부재 100 : 전력 차단장치
200 : 배터리 팩 210 : 팩 케이스

Claims

배터리 팩의 전력을 수동으로 차단하기 위한 전력 차단장치로서,
외관을 형성하는 하우징;
상기 하우징 내부에 구비되고 상기 배터리 팩의 인터락 회로에 연결될 수 있는 인터락 제1 단자와 인터락 제2 단자 및 상기 배터리 팩의 고전압 선로에 연결될 수 있는 고전압 제1 단자와 고전압 제2 단자;
상기 하우징의 내외부에 걸쳐 배치되는 스위치 레버;
상기 인터락 제1 단자와 상기 인터락 제2 단자에 접촉해 있다가, 상기 스위치 레버의 Off 조작시, 상기 스위치 레버에 의해 동작하여 상기 인터락 제1 단자와 상기 인터락 제2 단자 중 어느 하나에서 떨어지게 마련되는 제1 스위치 모듈; 및
상기 제1 스위치 모듈과 연동하고, 상기 고전압 제1 단자와 상기 고전압 제2 단자에 접촉해 있다가 상기 인터락 제1 단자와 상기 인터락 제2 단자 중 어느 하나에서 떨어진 후, 상기 고전압 제1 단자와 상기 고전압 제2 단자와 떨어지게 마련되는 제2 스위치 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 차단장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 스위치 모듈은,
상기 인터락 제1 단자의 일단부에 회전 가능하게 결합되고, 상기 스위치 레버의 On/Off 위치에 따라 상기 인터락 제1 단자의 일단부를 축으로 시소동작 하게 마련되는 제1 무빙 컨택바를 포함하고,
상기 인터락 제2 단자는 일단부가 상기 제1 무빙 컨택바의 일단부와 접촉 가능한 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 전력 차단장치.
제2항에 있어서,
상기 제1 무빙 컨택바는, 시소동작 시 상승 또는 하강하며, 하강시 상기 제2 스위치 모듈을 가압하도록 상기 제1 무빙 컨택바의 타단부에 연결되는 푸쉬바를 포함하고,
상기 제2 스위치 모듈은 상기 푸쉬바의 압력을 받아 상기 제1 스위치 모듈과 연동하는 것을 특징으로 하는 전력 차단장치.
제3항에 있어서,
상기 푸쉬바는 절연성 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 전력 차단장치.
제3항에 있어서,
제2 스위치 모듈은,
수직 배치되는 지지대;
상기 지지대의 일단부를 축으로 하고 상기 푸쉬바의 눌림에 의해 시소동작 하게 마련되는 제2 무빙 컨택바; 및
상기 제2 무빙 컨택바에서 상기 지지대를 기준으로 상기 푸쉬바의 눌림을 받는 쪽의 반대쪽에 구비되고, 상기 제2 무빙 컨택바에서 하부 방향으로 연장되게 마련된 한 쌍의 고전압 연결핀;을 포함하고,
상기 고전압 제1 단자와 상기 고전압 제2 단자는 상기 한 쌍의 고전압 연결핀의 하부에 배치되어, 상기 제2 무빙 컨택바의 시소동작에 의해 상기 한 쌍의 고전압 연결핀과 접촉 또는 접촉 해제되는 것을 특징으로 하는 전력 차단장치.
제5항에 있어서,
상기 한 쌍의 고전압 연결핀은 상기 제2 무빙 컨택바에 힌지결합된 것을 특징으로 하는 전력 차단장치.
제5항에 있어서,
상기 제2 무빙 컨택바는 절연성 재질로 형성된 절연부와, 전기전도성 재질로 형성된 전도부를 포함하고,
상기 절연부는 상기 푸쉬바와 접촉 가능한 위치까지 연장되게 형성되며, 상기 전도부는 상기 한 쌍의 고전압 연결핀과 연결된 것을 특징으로 하는 전력 차단장치.
제7항에 있어서,
상기 제2 스위치 모듈은,
상기 절연부의 하부에서 상기 절연부를 탄성적으로 지지하는 탄성부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 차단장치.
제7항에 있어서,
상기 제2 스위치 모듈은,
상기 전도부와 상기 고전압 제1 단자 및 상기 고전압 제2 단자 사이에서, 상기 한 쌍의 고전압 연결핀의 승하강 직선 이동을 가이드하는 관상체 형태로 마련되는 핀 가이드 관부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 차단장치.
제9항에 있어서,
상기 고전압 제1 단자와 상기 고전압 제2 단자는, 각각
대응하는 상기 고전압 연결핀이 삽입될 수 있게 형성된 소켓부와, 상기 소켓부에서 연장되어 상기 하우징의 외부로 노출되는 체결부를 각각 구비하는 것을 특징으로 하는 전력 차단장치.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 전력 차단장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.