KR20230111655A - Battery disconnect unit, battery system and operating method thereof - Google Patents

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김도윤
이재희
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에스케이온 주식회사
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Abstract

본 기술에 따른 배터리 연결 장치는, 배터리부터 입력된 전압을 적어도 하나의 릴레이의 연결상태에 따라 외부로 출력하고, 적어도 하나의 릴레이의 배치에 따라 결정되는 전압 센싱 노드를 포함하는 연결장치 및 전압 센싱 노드와 결합되는 전압 감지 터미널을 포함하는 전압 감지 패널을 포함할 수 있다. A battery connection device according to the present technology outputs voltage input from a battery to the outside according to the connection state of at least one relay, and includes a voltage sensing node determined according to the arrangement of at least one relay, and a voltage sensing node. It may include a voltage sensing panel including a voltage sensing terminal coupled to the node.

Description

배터리 연결 장치, 배터리 시스템 및 이들의 동작 방법{BATTERY DISCONNECT UNIT, BATTERY SYSTEM AND OPERATING METHOD THEREOF}Battery connection device, battery system and operation method thereof {BATTERY DISCONNECT UNIT, BATTERY SYSTEM AND OPERATING METHOD THEREOF}

본 기술은 전자 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 본 기술은 배터리 연결 장치, 배터리 시스템 및 이들의 동작 방법에 관한 것이다.The present technology relates to an electronic device, and more specifically, the present technology relates to a battery connection device, a battery system, and an operating method thereof.

배터리 시스템은 전자 장치에 전원을 공급하기 위해 에너지를 변환하여 저장하는 장치일 수 있다. 배터리 시스템은 적어도 하나 이상의 배터리 셀을 포함할 수 있다. 배터리 셀은 전기 에너지를 충전하거나 방전하는 배터리의 기본 단위일 수 있다. 일반적으로, 배터리 셀은 양극과 음극이 분리막을 사이에 두고 배치된 전극 조립체, 이온이 이동하는 통로 역할을 하는 전해질 및 이들을 밀봉하여 수납하는 외장재로 구성될 수 있다. 배터리 셀은 리튬 이온 배터리, 리튬 이온 폴리머 배터리, 니켈 카드뮴 배터리, 니켈 아연 배터리 등과 같은 배터리로 구성될 수 있다. The battery system may be a device that converts and stores energy to supply power to an electronic device. A battery system may include one or more battery cells. A battery cell may be a basic unit of a battery that charges or discharges electrical energy. In general, a battery cell may be composed of an electrode assembly in which a positive electrode and a negative electrode are disposed with a separator interposed therebetween, an electrolyte serving as a passage for ions to move, and an exterior material for sealing and housing them. The battery cell may be composed of a battery such as a lithium ion battery, a lithium ion polymer battery, a nickel cadmium battery, a nickel zinc battery, or the like.

배터리 시스템은 배터리 관리 시스템(Battery Management System), 퓨즈 및 릴레이(relay)와 같은 스위치들을 포함하는 배터리 연결 장치(Battery Disconnect Unit)를 포함할 수 있다. 배터리 연결 장치(Battery Disconnect Unit)에 포함된 복수의 노드들의 고전압을 센싱하기 위해 센싱된 측정 신호를 배터리 관리 시스템(Battery Management System)에 제공하는 와이어 하네스(wiring harness)가 포함될 수 있다.The battery system may include a battery disconnect unit including switches such as a battery management system, a fuse, and a relay. In order to sense the high voltages of a plurality of nodes included in the battery disconnect unit, a wiring harness for providing sensed measurement signals to a battery management system may be included.

본 발명의 실시 예는 배터리 연결 장치, 배터리 시스템 및 이들의 동작 방법을 제공한다.An embodiment of the present invention provides a battery connection device, a battery system, and an operating method thereof.

본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 연결 장치는, 배터리부터 입력된 전압을 적어도 하나의 릴레이의 연결상태에 따라 외부로 출력하고, 상기 적어도 하나의 릴레이의 배치에 따라 결정되는 전압 센싱 노드를 포함하는 연결장치 및 상기 전압 센싱 노드와 결합되는 전압 감지 터미널을 포함하는 전압 감지 패널을 포함할 수 있다.A battery connection device according to an embodiment of the present invention outputs a voltage input from a battery to the outside according to the connection state of at least one relay, and includes a voltage sensing node determined according to the arrangement of the at least one relay, and a voltage sensing panel including a voltage sensing terminal coupled to the voltage sensing node.

본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 시스템은, 배터리 모듈, 상기 배터리 모듈과 외부 부하 사이에 형성되어 전기적 경로를 형성하는 배터리 연결 장치, 및 상기 배터리 연결 장치의 동작을 제어하는 배터리 관리 시스템을 포함하며, 상기 배터리 연결 장치는, 상기 배터리 관리 시스템의 제어에 따라 동작하는 적어도 하나의 릴레이 및 상기 적어도 하나의 릴레이의 배치에 따라 형성되는 전압 센싱 노드를 포함하는 연결장치 및 상기 전압 센싱 노드의 위치에 대응되고 상기 전압 센싱 노드와 결합되는 전압 감지 터미널을 포함하는 인쇄회로기판인 전압 감지 패널을 포함할 수 있다.A battery system according to an embodiment of the present invention includes a battery module, a battery connection device formed between the battery module and an external load to form an electrical path, and a battery management system for controlling an operation of the battery connection device, wherein the battery connection device includes a printed circuit board including a connection device including at least one relay operated under control of the battery management system and a voltage sensing node formed according to the arrangement of the at least one relay, and a voltage sensing terminal corresponding to a position of the voltage sensing node and coupled to the voltage sensing node. A voltage sensing panel may be included.

본 기술에 따르면, 배터리 연결 장치, 배터리 시스템 및 이들의 동작 방법이 제공된다.According to the present technology, a battery connection device, a battery system, and an operating method thereof are provided.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 배터리 팩의 분해도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 도 1의 배터리 연결 장치의 분해도이다.
도 4는 도 3의 전압 감지 패널의 평면도이다.
도 5는 도 3의 전압 감지 패널의 배면도이다.
도 6은 전압 감지 패널이 배터리 연결 장치 내에서 연결부와 결합된 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 연결 장치를 포함하는 배터리 팩이 장착된 전기 자동차를 설명하기 위한 도면이다.1 is a diagram for explaining a battery system according to an embodiment of the present invention.
2 is an exploded view of a battery pack.
Figure 3 is an exploded view of the battery connection device of Figure 1 according to an embodiment of the present invention.
4 is a plan view of the voltage sensing panel of FIG. 3 .
5 is a rear view of the voltage sensing panel of FIG. 3 .
6 is a view for explaining a state in which a voltage sensing panel is coupled to a connection unit in a battery connection device.
7 is a view for explaining an electric vehicle equipped with a battery pack including a battery connection device according to an embodiment of the present invention.

본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.Specific structural or functional descriptions of the embodiments according to the concept of the present invention disclosed in the present specification or application are merely exemplified for the purpose of explaining the embodiment according to the concept of the present invention, and the embodiments according to the concept of the present invention may be implemented in various forms and should not be construed as being limited to the embodiments described in this specification or application.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 시스템을 설명하기 위한 도면이다.1 is a diagram for explaining a battery system according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 배터리 시스템(1000)은 배터리 모듈(100), 배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS)(200) 및 배터리 연결 장치(300)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , a battery system 1000 may include a battery module 100 , a battery management system (BMS) 200 and a battery connection device 300 .

배터리 시스템(1000)은 부하(400)에 전력을 공급하는 시스템일 수 있다. 실시 예에서, 배터리 시스템(1000)은 전자 장치로 전원을 공급하기 위한 장치일 수 있다. 이를 위해, 배터리 시스템(1000)은 전자 장치와 전기적으로 연결될 수 있다. 배터리 시스템(1000)은 외부에서 공급된 전원을 통해 에너지를 저장할 수 있다. 배터리 시스템(1000)은 스마트폰, 태블릿 컴퓨터, 랩탑 컴퓨터, 카메라, 웨어러블 디바이스, 무선 청소기, 드론, 로봇, 전기 자동차, 하이브리드 자동차 등과 같은 다양한 전자 장치의 일 부품으로 구현될 수 있으나, 보조 배터리 등과 같이 독자적인 장치로 구현될 수도 있다. 실시 예에서, 배터리 시스템(1000)은 전기 자동차에 장착되는 배터리 팩일 수 있다. 이하에서는 배터리 시스템(1000)이 전기 자동차에 사용되는 배터리 팩인 경우를 예로 설명하나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.The battery system 1000 may be a system that supplies power to the load 400 . In an embodiment, the battery system 1000 may be a device for supplying power to an electronic device. To this end, the battery system 1000 may be electrically connected to the electronic device. The battery system 1000 may store energy through power supplied from the outside. The battery system 1000 may be implemented as a part of various electronic devices such as smart phones, tablet computers, laptop computers, cameras, wearable devices, wireless cleaners, drones, robots, electric vehicles, hybrid vehicles, etc., but may be implemented as an independent device such as an auxiliary battery. In an embodiment, the battery system 1000 may be a battery pack installed in an electric vehicle. Hereinafter, a case in which the battery system 1000 is a battery pack used in an electric vehicle will be described as an example, but the present invention is not limited thereto.

배터리 모듈(100)은 내부에 다수의 배터리 셀들을 포함할 수 있다. 실시 예에서, 배터리 모듈(100)은 복수의 배터리 셀들이 연결된 단위일 수 있다. 각 배터리 셀은 원통형(cylinder type), 각형(prismatic type), 파우치형(pouched type) 등의 형태로 구성될 수 있다. 예를 들어, 원통형의 경우 양극 및 음극 사이에 분리막이 위치하도록 양극, 분리막 및 음극이 와인딩된 구조일 수 있다. 원통형의 경우 외장재는 원통의 형태를 가질 수 있다. 각형의 경우, 양극 및 음극 사이에 분리막이 위치하도록 양극, 분리막 및 음극이 와인딩된 구조이거나 양극, 분리막 및 음극이 층층이 적층되는 구조일 수 있다. 각형의 경우 외장재는 직육면체의 형태를 가질 수 있다. 파우치형의 경우 분리막이 일정한 면적마다 폴딩되고, 폴딩된 분리막 사이에 양극과 음극이 번갈아가며 적층된 구조일 수 있다. 파우치형의 경우 외장재는 필름과 같은 유연한 소재일 수 있다. The battery module 100 may include a plurality of battery cells therein. In an embodiment, the battery module 100 may be a unit in which a plurality of battery cells are connected. Each battery cell may be configured in a cylindrical type, a prismatic type, or a pouched type. For example, in the case of a cylindrical shape, the positive electrode, the separator, and the negative electrode may be wound so that the separator is positioned between the positive electrode and the negative electrode. In the case of a cylindrical shape, the exterior material may have a cylindrical shape. In the case of a prismatic shape, a structure in which an anode, a separator, and a cathode are wound so that a separator is positioned between the cathode and anode, or a structure in which an anode, a separator, and a cathode are stacked layer by layer may be used. In the case of a prismatic shape, the exterior material may have a rectangular parallelepiped shape. In the case of the pouch type, the separator may be folded at a predetermined area, and the positive electrode and the negative electrode may be alternately stacked between the folded separators. In the case of the pouch type, the exterior material may be a flexible material such as a film.

보다 상세하게 설명하면, 파우치형 배터리 셀은 전극 조립체, 전해액, 및 파우치 외장재를 포함할 수 있다. 전극 조립체는 전극들과 분리막을 포함할 수 있다. 전극 조립체는 양극 및 음극이 분리막을 사이에 두고 배치된 구조를 가질 수 있다. 전극 조립체의 각 전극에는 전극 탭이 구비될 수 있다. 전극 탭은 전극 리드와 연결될 수 있다. 전극 리드는 일단이 외부로 노출되고, 타단은 파우치 외장재의 내부에 위치할 수 있다. 전극 리드의 외부로 노출된 부분은 배터리 셀의 전극 단자로서 기능할 수 있다.In more detail, the pouch type battery cell may include an electrode assembly, an electrolyte solution, and a pouch exterior material. The electrode assembly may include electrodes and a separator. The electrode assembly may have a structure in which an anode and a cathode are disposed with a separator interposed therebetween. An electrode tab may be provided on each electrode of the electrode assembly. The electrode tab may be connected to the electrode lead. One end of the electrode lead may be exposed to the outside, and the other end may be positioned inside the pouch exterior material. A portion of the electrode lead exposed to the outside may function as an electrode terminal of the battery cell.

배터리 관리 시스템(200)은 배터리 시스템(1000)이 정상적으로 동작하도록 배터리 시스템(1000)을 전반적으로 제어할 수 있다. 실시 예에서, 배터리 관리 시스템(200)은 배터리 모듈(100)의 상태를 모니터링 하고, 배터리 모듈(100)의 성능을 관리하기 위한 동작을 제어할 수 있다. 구체적으로, 배터리 관리 시스템(200)은 배터리 모듈(100)의 상태를 실시간으로 모니터링하여 배터리를 충, 방전하는 과정에서 과충전 및 과방전을 방지하고 균일한 전압이 제공될 수 있도록 배터리 시스템(1000)을 제어할 수 있다.The battery management system 200 may generally control the battery system 1000 so that the battery system 1000 normally operates. In an embodiment, the battery management system 200 may monitor the state of the battery module 100 and control an operation for managing performance of the battery module 100 . Specifically, the battery management system 200 monitors the state of the battery module 100 in real time to prevent overcharging and overdischarging in the process of charging and discharging the battery, and to provide a uniform voltage. The battery system 1000 can be controlled.

배터리 관리 시스템(200)은 배터리 모듈(100) 및 배터리 연결 장치(300)를 제어함으로써 부하(400)에 배터리 모듈(100)로부터 생성된 전력을 공급하거나, 공급을 중단하도록 제어할 수 있다.The battery management system 200 may supply power generated from the battery module 100 to the load 400 by controlling the battery module 100 and the battery connection device 300, or may control to stop supplying power.

실시 예에서, 배터리 관리 시스템(200)은 배터리 연결 장치(300)로부터 전압과 관련된 정보를 수신하고, 이를 기초로 배터리 연결 장치(300)의 연결 상태를 제어할 수 있다.In an embodiment, the battery management system 200 may receive voltage-related information from the battery connection device 300 and control the connection state of the battery connection device 300 based on this.

실시 예에서, 배터리 관리 시스템(200)은 배터리 모듈로부터 전력 수요나 잉여 전력, 배터리 모듈(100)의 충전 상태(State of Charge, SoC), 온도, 성능, 내부 저항 값 등과 같은 다양한 정보를 수신할 수 있다.In an embodiment, the battery management system 200 may receive various information such as power demand or surplus power, state of charge (SoC) of the battery module 100, temperature, performance, internal resistance value, etc. from the battery module.

배터리 연결 장치(300)는 전력 제어 부품의 하나로 릴레이, 전류 센서, 저항 등으로 구성될 수 있다. 배터리 연결 장치(300)는 배터리 모듈(100)과 부하(400) 사이에서 전력을 연결 또는 차단하는 부품일 수 있다. 실시 예에서, 배터리 연결 장치(300)는 프리차지 모드, 방전 모드, 충전 모드로 동작할 수 있다. 프리차지 모드는 릴레이 구동 시 고전압 돌입전류에 의한 인버터 손상을 방지하기 위해서 프리차지 릴레이를 통해 커패시터에 초기 충전하는 모드일 수 있다. 방전 모드는 메인 릴레이가 구동하여 인버터에 고전력을 공급하는 모드일 수 있다. 충전 모드는 급속 충전 릴레이가 동작하여 DC 전압으로 급속 충전하는 모드일 수 있다.The battery connection device 300 may include a relay, a current sensor, and a resistor as one of power control components. The battery connection device 300 may be a component that connects or blocks power between the battery module 100 and the load 400 . In an embodiment, the battery connection device 300 may operate in a pre-charge mode, a discharge mode, and a charge mode. The pre-charge mode may be a mode in which a capacitor is initially charged through a pre-charge relay in order to prevent damage to the inverter due to a high-voltage inrush current when the relay is driven. The discharge mode may be a mode in which a main relay is driven to supply high power to the inverter. The charging mode may be a mode in which the fast charging relay operates to rapidly charge the DC voltage.

보다 상세하게 설명하면, 배터리 연결 장치(300)는 배터리 모듈(100)과 부하(400)를 연결하거나, 배터리 모듈(100)과 부하(400)를 연결하지 않을 수 있다. 배터리 연결 장치(300)는 복수의 릴레이 들을 포함하는 연결부를 더 포함할 수 있다. 복수의 릴레이들은 배터리 관리 시스템(200)으로부터 입력되는 제어 신호에 따라 배터리 연결 장치(300)에 포함된 노드들을 연결할 수 있고, 이를 통해 배터리 연결 장치(300)는 배터리 모듈(100)과 부하(400)를 연결할 수 있다.More specifically, the battery connection device 300 may connect the battery module 100 and the load 400 or may not connect the battery module 100 and the load 400. The battery connection device 300 may further include a connection unit including a plurality of relays. The plurality of relays may connect nodes included in the battery connection device 300 according to a control signal input from the battery management system 200, and through this, the battery connection device 300 may connect the battery module 100 and the load 400.

부하(400)는 배터리 모듈(100)의 전력을 사용하는 모든 전자 부품들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 부하(400)는 고전압 에어컨 인버터, 저전압 DC/DC 컨버터(LDC) 등 전력 부품이나, FATC(Full Automatic Temperature Control System, 자동온도조절장치), PTC(Positive temperature coefficient) 히터, 3상 모터 등 차량 내 모든 전자 부품을 포함할 수 있다.The load 400 may include all electronic components using power of the battery module 100 . For example, the load 400 may include power components such as a high-voltage air conditioner inverter and a low-voltage DC/DC converter (LDC), or all electronic components in a vehicle, such as a full automatic temperature control system (FATC), a positive temperature coefficient (PTC) heater, and a three-phase motor.

실시 예에서, 배터리 시스템(1000)에 포함된 구성요소들은 CAN(Controller Area Network) 또는 SPI 인터페이스를 통해 다양한 전력 소비 장치들과 통신할 수 있다.In an embodiment, components included in the battery system 1000 may communicate with various power consuming devices through a controller area network (CAN) or an SPI interface.

도 2는 배터리 팩의 분해도이다.2 is an exploded view of a battery pack.

도 2를 참조하면, 배터리 팩은 전기 자동차에 장착되는 배터리 시스템일 수 있다.Referring to FIG. 2 , the battery pack may be a battery system installed in an electric vehicle.

배터리 팩(1000)은 배터리 트레이(1100), 배터리 모듈(1200) 및 커버(1300)를 포함할 수 있다.The battery pack 1000 may include a battery tray 1100 , a battery module 1200 and a cover 1300 .

배터리 트레이(1100)는 배터리 모듈(1200)의 일측에 배치되고, 배터리 모듈(1200)을 수납하고 보호할 수 있다. 실시 예에서, 배터리 트레이(1100)는 배터리 모듈(1200)을 위한 냉각 시스템을 포함할 수 있다. 배터리 트레이(1100)는 배터리 팩(1000)이 장착되는 차량의 구조에 따라 다양한 형태를 가질 수 있다. 배터리 트레이(1100)는 도 1을 참조하여 설명된 배터리 관리 시스템(200) 및 배터리 연결 장치(300)를 포함할 수 있다. The battery tray 1100 is disposed on one side of the battery module 1200 and can accommodate and protect the battery module 1200 . In an embodiment, the battery tray 1100 may include a cooling system for the battery module 1200 . The battery tray 1100 may have various shapes depending on the structure of a vehicle in which the battery pack 1000 is mounted. The battery tray 1100 may include the battery management system 200 and the battery connection device 300 described with reference to FIG. 1 .

커버(1300)는 배터리 트레이(1100) 및 배터리 모듈(1200)이 결합된 후, 배치되는 덮개부재일 수 있다.The cover 1300 may be a cover member disposed after the battery tray 1100 and the battery module 1200 are coupled.

배터리 트레이(1100), 배터리 모듈(1200) 및 커버(1300)가 하나의 배터리 팩(2000)을 구성할 수 있다. 도 2에는 커버(1300)가 평판 형상으로 형성되어 있지만, 다양한 실시 예에서 커버(1300)의 양단부에 굴곡부가 형성될 수 있고, 양단부에 형성된 굴곡부에 의해, 배터리 모듈(1200)을 덮는 형태를 가질 수 있다.The battery tray 1100 , the battery module 1200 , and the cover 1300 may constitute one battery pack 2000 . Although the cover 1300 is formed in a flat plate shape in FIG. 2 , in various embodiments, bent parts may be formed at both ends of the cover 1300, and the battery module 1200 may be covered by the bent parts formed at both ends.

도 1을 참조하여 설명된 배터리 관리 시스템(200) 및 배터리 연결 장치(300)는 배터리 트레이(1100)의 일측면에 배치될 수 있으나, 배터리 관리 시스템(200) 및 배터리 연결 장치(300)가 배치되는 위치가 본 실시 예에 의해 제한되는 것은 아니다. The battery management system 200 and the battery connection device 300 described with reference to FIG. 1 may be disposed on one side of the battery tray 1100, but the location where the battery management system 200 and the battery connection device 300 are disposed is not limited by the present embodiment.

도 1을 참조하여 설명된 배터리 관리 시스템(200)은 배터리 모듈(1200)이 안전한 작동 영역을 벗어나 작동하는 것으로부터 보호하거나, 배터리의 상태 모니터링, 보조 데이터 산출, 데이터 보고, 배터리의 환경 제어, 배터리 인증, 및/또는 배터리 밸런싱 등에 의해, 배터리 팩을 관리할 수 있다.The battery management system 200 described with reference to FIG. 1 protects the battery module 1200 from operating out of a safe operating area, monitors the state of the battery, calculates auxiliary data, reports data, controls the environment of the battery, authenticates the battery, and/or manages the battery pack by balancing the battery.

배터리 모듈(1200)에 포함된 전극 조립체의 음극 및 양극에는 각각 음극 리드 및 양극 리드가 형성될 수 있고, 이들은 용접 등을 통해 각각 연결되어 고전압 단자를 형성할 수 있다.A negative lead and a positive lead may be respectively formed on the negative electrode and the positive electrode of the electrode assembly included in the battery module 1200, and they may be connected to each other through welding to form a high voltage terminal.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 도 1의 배터리 연결 장치의 분해도이다.Figure 3 is an exploded view of the battery connection device of Figure 1 according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 배터리 연결 장치(1140-2)는 릴레이(1), 전압 감지 패널(2), 퓨즈(5), 전류센싱모듈(6), 와이어 하네스(7), 배터리 연결 장치 하우징 어셈블리(8), 상부커버(9) 및 결합부품들(10)을 포함할 수 있다.3, the battery connection device 1140-2 may include a relay 1, a voltage sensing panel 2, a fuse 5, a current sensing module 6, a wire harness 7, a battery connection device housing assembly 8, an upper cover 9, and coupling parts 10.

배터리 연결 장치(1140-2)는 도 1을 참조하여 설명된 배터리 모듈(100)로부터 제공된 전압을 배터리 관리 시스템(200)의 제어에 따라 부하(400)에 제공할 수 있다. 즉, 배터리 연결 장치(1140-2)는 배터리 모듈(100)로부터 입력 터미널을 통해 전압을 입력 받고, 입력된 전압을 배터리 관리 시스템(200)의 제어에 따라 부하(400)와 연결되는 출력 터미널에 전달할 수 있다. The battery connection device 1140 - 2 may provide the voltage provided from the battery module 100 described with reference to FIG. 1 to the load 400 under the control of the battery management system 200 . That is, the battery connection device 1140-2 receives a voltage from the battery module 100 through an input terminal, and transmits the input voltage to an output terminal connected to the load 400 under the control of the battery management system 200.

구체적으로, 배터리 연결 장치(1140-2)는 크게 연결장치와 전압 감지 패널(2)을 포함한다. 여기서 연결장치는 배터리 연결 장치 하우징 어셈블리(8)에 마운트 된 릴레이(1), 퓨즈(5), 전류센싱모듈(6)과 같은 부품일 수 있다.Specifically, the battery connection device 1140-2 largely includes a connection device and a voltage sensing panel 2. Here, the connection device may be components such as the relay 1, the fuse 5, and the current sensing module 6 mounted on the battery connection device housing assembly 8.

배터리 연결 장치 하우징 어셈블리(8)는 릴레이(1), 퓨즈(5), 전류센싱모듈(6)이 실장된 위치들을 연결하는 버스 바들을 더 포함할 수 있다.The battery connection device housing assembly 8 may further include bus bars connecting locations where the relay 1 , the fuse 5 , and the current sensing module 6 are mounted.

배터리 연결 장치 하우징 어셈블리(8)에 릴레이(1), 퓨즈(5), 전류센싱모듈(6)이 각각 마운트 된 상태에서 연결장치에 포함된 복수의 노드들에 각각 결합되는 복수의 고전압 감지 터미널들을 포함하는 전압 감지 패널(2)이 결합되어 고정되고, 그 외 나머지 연결부분들은 와이어 하네스(7)와 볼트, 부쉬, 와셔 등과 같은 결합부품들(10)을 이용하여 조립될 수 있다.With the relay 1, the fuse 5, and the current sensing module 6 mounted on the battery connection device housing assembly 8, respectively, the voltage sensing panel 2 including a plurality of high voltage sensing terminals respectively coupled to a plurality of nodes included in the connection device is coupled and fixed, and the remaining connection parts can be assembled using the wire harness 7 and coupling parts 10 such as bolts, bushes, washers, etc.

연결장치에 마운트된 릴레이(1)들은 배터리 관리 시스템(200)으로부터 입력되는 제어신호들에 각각 응답하여 연결장치 내부의 복수의 노드들을 연결하거나, 연결된 상태를 해제할 수 있다.The relays 1 mounted on the connection device may connect or disconnect a plurality of nodes inside the connection device in response to control signals input from the battery management system 200, respectively.

본 발명의 실시 예에 따르면, 배터리 연결 장치(1140-2)는 연결장치에 포함된 복수의 노드들에 각각 결합되는 복수의 감지 터미널들을 포함하는 전압 감지 패널(2)을 포함할 수 있다. 전압 감지 패널(2)은 인쇄회로기판(Printed Circuit Board)으로 구성될 수 있다. 배터리 연결 장치(1140-2) 내부에 고전압을 감지하는 노드들의 위치는 릴레이(1)들이 위치에 따라 결정될 수 있다. 즉, 배터리 관리 시스템(200)은 배터리 연결 장치(1140-2)에 포함된 연결 장치의 릴레이(1)들의 배치에 따라 형성되는 복수의 노드들의 전압을 감지하고, 이에 따라 릴레이(1)들의 연결 상태를 설정하기 위한 제어 신호를 배터리 연결 장치(1140-2)에 제공한다. 따라서, 연결 장치의 릴레이(1)들의 배치에 따라 전압을 감지할 노드들의 위치가 결정될 수 있고, 전압 감지 패널(2)은 노드들과 결합되는 위치에 고전압 감지 터미널들을 구비하도록 설계 및 제작될 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the battery connection device 1140-2 may include a voltage sensing panel 2 including a plurality of sensing terminals respectively coupled to a plurality of nodes included in the connection device. The voltage sensing panel 2 may be composed of a printed circuit board. Positions of nodes that detect high voltage inside the battery connection device 1140-2 may be determined according to positions of the relays 1. That is, the battery management system 200 detects voltages of a plurality of nodes formed according to the arrangement of the relays 1 of the connection device included in the battery connection device 1140-2, and accordingly provides a control signal for setting the connection state of the relays 1 to the battery connection device 1140-2. Therefore, the positions of the nodes to sense the voltage may be determined according to the arrangement of the relays 1 of the connection device, and the voltage sensing panel 2 may be designed and manufactured to have high voltage sensing terminals at positions coupled to the nodes.

실시 예에서, 전압을 감지할 노드들은 릴레이(1)들의 양단에 위치한 노드들일 수 있고, 고전압 감지 터미널들은 전압 감지 패널(2)이 연결장치에 결합될 때, 릴레이(1)들의 양단의 노드들의 물리적인 위치에 각각 대응되는 위치에 형성될 수 있다.In an embodiment, the nodes to sense the voltage may be nodes located at both ends of the relays 1, and the high voltage sensing terminals may be formed at positions corresponding to the physical locations of the nodes at both ends of the relays 1 when the voltage sensing panel 2 is coupled to the connecting device.

고전압을 감지하는 노드들과 결합되는 감지 터미널들을 인쇄회로기판(Printed Circuit Board) 상에 형성하여 연결장치와 결합하는 경우, 와이어 하네스를 이용하여 조립하는 경우보다 조립과정이 단순해질 수 있고, 조립하는데 소용되는 시간도 줄어들 수 있다. When the sensing terminals coupled to the nodes sensing the high voltage are formed on a printed circuit board and combined with the connecting device, the assembly process can be simplified and the time required for assembling can be reduced compared to the case of assembling using a wire harness.

특히, 배터리 연결 장치(1140-2) 내부에 릴레이들이나 퓨즈들이 증가하는 경우 고전압을 감지하는 노드들의 개수도 증가하게 되는데, 인쇄회로기판(Printed Circuit Board) 상에 감지 터미널들을 형성하여 연결장치와 결합하는 경우 설계 복잡도가 감소할 수 있다. In particular, when relays or fuses increase inside the battery connection device 1140-2, the number of nodes that detect high voltage also increases. When combined with a connection device by forming sensing terminals on a printed circuit board, design complexity can be reduced.

도 4는 도 3의 전압 감지 패널의 평면도이다.4 is a plan view of the voltage sensing panel of FIG. 3 .

도 4를 참조하면, 전압 감지 패널(800-1)은 제1 감지 터미널(801), 제2 감지 터미널(802), 제3 감지 터미널(803), 제4 감지 터미널(804), 및 제5 감지 터미널(805)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4 , the voltage sensing panel 800-1 may include a first sensing terminal 801, a second sensing terminal 802, a third sensing terminal 803, a fourth sensing terminal 804, and a fifth sensing terminal 805.

도 4에서 전압 감지 패널(800-1)에 포함된 제1 내지 제5 감지 터미널들(801~805)의 물리적인 위치는 연결장치 내의 고전압을 감지하기 위한 노드들의 위치에 대응될 수 있다.In FIG. 4 , the physical locations of the first to fifth sensing terminals 801 to 805 included in the voltage sensing panel 800-1 may correspond to the locations of nodes for sensing high voltage in the connection device.

즉, 전압 감지 패널(800-1)의 제1 내지 제5 감지 터미널들(801~805)은 연결장치 내의 고전압을 감지하기 위한 노드들과 결합될 수 있다.That is, the first to fifth sensing terminals 801 to 805 of the voltage sensing panel 800-1 may be coupled to nodes for sensing high voltage in the connecting device.

도 4에서는 5개의 노드들의 전압을 감지하기 위한 감지 터미널들이 도시되어 있으나, 이는 설명의 편의를 위한 것이고, 고전압을 감지하기 위한 노드들이 증가함에 따라 각 노드의 물리적인 위치에 대응되는 감지 터미널들이 전압 감지 패널(800-1)상에 형성될 수 있다. 연결장치의 설계에 따라 고전압을 감지하기 위한 노드들의 개수나 위치가 결정될 수 있고, 노드들의 위치에 직접 결합되는 감지 터미널들의 위치와 개수에 따라 전압 감지 패널(800-1)의 형태도 도 4의 실시 예와 다른 형태를 가질 수 있다. 실시 예에서, 제1 내지 제5 감지 터미널들(801~805)의 형상은 연결장치에 포함된 노드들에 직접 결합되고 고정될 수 있는 형상일 수 있다.Although sensing terminals for sensing voltages of five nodes are shown in FIG. 4, this is for convenience of explanation, and as the number of nodes for sensing high voltage increases, sensing terminals corresponding to physical locations of each node may be formed on the voltage sensing panel 800-1. Depending on the design of the connection device, the number or location of nodes for detecting high voltage may be determined, and the shape of the voltage sensing panel 800-1 may be different from that of the embodiment of FIG. 4 depending on the location and number of sensing terminals directly coupled to the locations of the nodes. In an embodiment, the shapes of the first to fifth sensing terminals 801 to 805 may be directly coupled to and fixed to nodes included in the connection device.

도 5는 도 3의 전압 감지 패널의 배면도이다.5 is a rear view of the voltage sensing panel of FIG. 3 .

도 5를 참조하면, 전압 감지 패널(800-2)은 제1 감지 터미널(801), 제2 감지 터미널(802), 제3 감지 터미널(803), 제4 감지 터미널(804), 및 제5 감지 터미널(805)을 포함할 수 있다. 제1 감지 터미널(801), 제2 감지 터미널(802), 제3 감지 터미널(803), 제4 감지 터미널(804), 및 제5 감지 터미널(805)은 도 4를 참조하여 설명된 바와 같다.Referring to FIG. 5 , the voltage sensing panel 800-2 may include a first sensing terminal 801, a second sensing terminal 802, a third sensing terminal 803, a fourth sensing terminal 804, and a fifth sensing terminal 805. The first sensing terminal 801 , the second sensing terminal 802 , the third sensing terminal 803 , the fourth sensing terminal 804 , and the fifth sensing terminal 805 are as described with reference to FIG. 4 .

전압 감지 패널(800-2)은 도 3을 참조하여 설명된 연결장치에 포함된 릴레이(1)들, 전류센싱모듈(6) 중 일부 부품들을 더 실장할 수 있다. The voltage sensing panel 800-2 may further mount some parts of the relays 1 and the current sensing module 6 included in the connection device described with reference to FIG. 3 .

예를 들어, 도 3을 참조하여 설명된 연결장치에 포함된 릴레이(1)들 중 일부의 릴레이들은 배터리 연결 장치(1140-2)가 프리차지 모드로 동작시에 구동되는 프리차지 릴레이일 수 있다. 프리차지 릴레이는 고전압 돌입전류에 의해 인버터가 손상되는 것을 방지하기 위해 커패시터를 먼저 충전하는데, 연결장치는 프리차지 릴레이와 함께 결합되어 동작하는 프리차지 저항들을 더 포함할 수 있다.For example, some of the relays 1 included in the connection device described with reference to FIG. 3 may be precharge relays driven when the battery connection device 1140-2 operates in the precharge mode. The pre-charge relay first charges the capacitor in order to prevent damage to the inverter by high-voltage inrush current, and the connection device may further include pre-charge resistors that operate in combination with the pre-charge relay.

본 발명의 실시 예에 따르면, 전압 감지 패널(800-2)은 프리차지 저항들(807)을 더 포함할 수 있다. 프리차지 저항들(807)은 도 3을 참조하여 설명된 릴레이들과 직렬 연결되거나 결합되는 전기소자들일 수 있다. 다양한 실시 예에서, 전압 감지 패널(800-2)은 프리차지 저항들(807)과 함께 동작하는 프리차지 릴레이들(806)을 더 포함할 수 있다. 여기서 프리차지 릴레이들(806)은 도 3을 참조하여 설명된 릴레이(1)들 중 일부 일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the voltage sensing panel 800-2 may further include precharge resistors 807. The precharge resistors 807 may be electrical elements connected in series or combined with the relays described with reference to FIG. 3 . In various embodiments, the voltage sensing panel 800 - 2 may further include precharge relays 806 operating together with the precharge resistors 807 . Here, the precharge relays 806 may be some of the relays 1 described with reference to FIG. 3 .

도 5에서는 전압 감지 패널(800-2)이 프리차지 저항들(807) 및 프리차지 릴레이들(806)만을 실장하는 것으로 도시되어 있으나, 이는 설명의 편의를 위한 것이고, 다양한 실시 예에서, 전압 감지 패널(800-2)은 배터리 모듈의 온도나 압력을 센싱하기 위한 각종 센서들을 더 실장할 수 있다. 즉, 전압 감지 패널(800-2)은 배터리 연결 장치에 포함된 여러가지 전자 부품들을 실장하기 위한 공간을 제공하는데 사용될 수 있다.5, the voltage sensing panel 800-2 is illustrated as mounting only the precharge resistors 807 and the precharge relays 806, but this is for convenience of explanation, and in various embodiments, the voltage sensing panel 800-2 may further mount various sensors for sensing the temperature or pressure of the battery module. That is, the voltage sensing panel 800-2 may be used to provide a space for mounting various electronic components included in the battery connection device.

도 6은 전압 감지 패널이 배터리 연결 장치 내에서 연결장치와 결합된 상태를 설명하기 위한 도면이다.6 is a view for explaining a state in which a voltage sensing panel is coupled to a connection device within a battery connection device.

도 6을 참조하면, 제1 감지 터미널(801) 내지 제5 감지 터미널(805)은 각각 연결장치에 포함된 고전압 감지 노드의 물리적인 위치에 결합될 수 있다. 고전압을 감지하기 위한 노드들이 증가하는 경우 각 노드의 물리적인 위치에 대응되는 감지 터미널이 전압 감지 패널에 형성될 수 있을 것이다.Referring to FIG. 6 , each of the first sensing terminal 801 to the fifth sensing terminal 805 may be coupled to a physical location of a high voltage sensing node included in a connection device. When the number of nodes for sensing high voltage increases, a sensing terminal corresponding to a physical location of each node may be formed on the voltage sensing panel.

따라서, 본 발명의 실시 예에 따르면, 배터리 연결 장치의 조립 복잡도가 감소될 수 있고, 다양한 전자 부품들을 전압 감지 패널에 실장시킬 수 있을 것이므로 공간 활용도를 높일 수 있고, 이에 따라 다양한 기능을 구비한 전자 부품들을 실장할 수 있게 되어 PCB를 이용한 배터리 연결 장치 전장품들의 다양한 기능을 구현할 수 있다.Therefore, according to an embodiment of the present invention, the complexity of assembling the battery connection device can be reduced, and since various electronic components can be mounted on the voltage sensing panel, space utilization can be increased. As a result, electronic components having various functions can be mounted, and various functions of the electronic components of the battery connection device using a PCB can be implemented.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 연결 장치를 포함하는 배터리 팩이 장착된 전기 자동차를 설명하기 위한 도면이다.7 is a view for explaining an electric vehicle equipped with a battery pack including a battery connection device according to an embodiment of the present invention.

본 발명에 따른 배터리 연결 장치를 포함하는 배터리 시스템 내지는 배터리 팩(3200)은 전기 자동차나 하이브리드 자동차와 같은 자동차(3100)의 동력 에너지원으로 포함될 수도 있다. 즉, 배터리 팩(3200)은 자동차(3100)에 탑재되어, 자동차(3100)의 전기 모터의 구동에 요구되는 전력을 공급할 수 있다. 또한, 배터리 팩(3200)의 마스터 모듈은, CAN(Control Area Network)과 같은 유선 네트워크를 통해 외부의 전기 자동차의 ECU(Electronic Control Unit)와 통신할 수 있다. 실시 예에서, 배터리 팩(3200)은 자동차(3100) 이외에도 이차 전지를 이용하는 전력 저장 장치(Energy Storage System) 등 기타 다른 장치나 기구 및 설비 등에 구비될 수도 있다.A battery system or battery pack 3200 including a battery connection device according to the present invention may be included as a power energy source of a vehicle 3100 such as an electric vehicle or a hybrid vehicle. That is, the battery pack 3200 may be mounted on the vehicle 3100 and supply power required to drive the electric motor of the vehicle 3100 . In addition, the master module of the battery pack 3200 may communicate with an external electronic control unit (ECU) of the electric vehicle through a wired network such as a control area network (CAN). In an embodiment, the battery pack 3200 may be provided in other devices, instruments, and facilities, such as an energy storage system using a secondary battery, in addition to the vehicle 3100 .

100: 배터리 모듈
200: 배터리 관리 시스템
300: 배터리 연결 장치
400: 부하
1000: 배터리 시스템100: battery module
200: battery management system
300: battery connection device
400: load
1000: battery system

Claims (11)

배터리부터 입력된 전압을 적어도 하나의 릴레이의 연결상태에 따라 외부로 출력하고, 상기 적어도 하나의 릴레이의 배치에 따라 결정되는 전압 센싱 노드를 포함하는 연결장치; 및
상기 전압 센싱 노드와 결합되는 전압 감지 터미널을 포함하는 전압 감지 패널;을 포함하는 배터리 연결 장치.A connection device including a voltage sensing node that outputs a voltage input from a battery to the outside according to the connection state of at least one relay and is determined according to the arrangement of the at least one relay; and
A battery connection device comprising a; voltage sensing panel including a voltage sensing terminal coupled to the voltage sensing node. 제 1항에 있어서, 상기 전압 감지 패널은,
상기 적어도 하나의 릴레이와 직렬로 연결되는 프리차지 저항을 포함하는 배터리 연결 장치.The method of claim 1, wherein the voltage sensing panel,
A battery connection device comprising a precharge resistor connected in series with the at least one relay. 제 1항에 있어서, 상기 전압 감지 패널은,
인쇄회로기판(Printed Circuit Board)으로 구현되는 배터리 연결 장치.The method of claim 1, wherein the voltage sensing panel,
A battery connection device implemented as a printed circuit board. 제 1항에 있어서, 상기 전압 감지 패널은,
프리차지 릴레이, 프리차지 저항, 온도 센서 및 압력 센서 중 적어도 하나를 실장하는 배터리 연결 장치.The method of claim 1, wherein the voltage sensing panel,
A battery connection device mounting at least one of a precharge relay, a precharge resistor, a temperature sensor, and a pressure sensor. 배터리 모듈;
상기 배터리 모듈과 외부 부하 사이에 형성되어 전기적 경로를 형성하는 배터리 연결 장치; 및
상기 배터리 연결 장치의 동작을 제어하는 배터리 관리 시스템;을 포함하며,
상기 배터리 연결 장치는,
상기 배터리 관리 시스템의 제어에 따라 동작하는 적어도 하나의 릴레이 및 상기 적어도 하나의 릴레이의 배치에 따라 형성되는 전압 센싱 노드를 포함하는 연결장치; 및
상기 전압 센싱 노드의 위치에 대응되고 상기 전압 센싱 노드와 결합되는 전압 감지 터미널을 포함하는 인쇄회로기판인 전압 감지 패널;을 포함하는 배터리 시스템.battery module;
a battery connection device formed between the battery module and an external load to form an electrical path; and
Including; a battery management system for controlling the operation of the battery connection device,
The battery connection device,
a connection device including at least one relay operating under the control of the battery management system and a voltage sensing node formed according to the arrangement of the at least one relay; and
A battery system comprising: a voltage sensing panel that is a printed circuit board including a voltage sensing terminal corresponding to the position of the voltage sensing node and coupled to the voltage sensing node. 제 5항에 있어서, 상기 배터리 연결 장치는,
상기 배터리 모듈로부터 입력된 전압을 상기 적어도 하나의 릴레이를 제어하는 제어신호에 응답하여 상기 외부 부하로 출력하는 배터리 시스템.The method of claim 5, wherein the battery connection device,
The battery system outputs the voltage input from the battery module to the external load in response to a control signal for controlling the at least one relay. 제 6항에 있어서, 상기 배터리 관리 시스템은,
상기 전압 감지 터미널을 통해 감지된 신호를 기초로 상기 제어신호를 상기 적어도 하나의 릴레이에 제공하는 배터리 시스템.The method of claim 6, wherein the battery management system,
The battery system provides the control signal to the at least one relay based on the signal sensed through the voltage sensing terminal. 제 7항에 있어서, 상기 전압 감지 터미널은,
상기 인쇄회로기판 상에 상기 적어도 하나의 릴레이 양단의 노드들의 물리적인 위치에 대응되는 위치에 형성되는 배터리 시스템.The method of claim 7, wherein the voltage sensing terminal,
A battery system formed on the printed circuit board at a location corresponding to a physical location of nodes across the at least one relay. 제 5항에 있어서, 상기 전압 감지 패널은,
상기 적어도 하나의 릴레이 중 일부를 실장하는 배터리 시스템.The method of claim 5, wherein the voltage sensing panel,
A battery system mounting some of the at least one relay. 제 5항에 있어서, 상기 적어도 하나의 릴레이는,
프리차지 모드에서 동작하는 프리차지 릴레이를 포함하고,
상기 전압 감지 패널은,
상기 프리 차지 릴레이 및 상기 프리 차지 릴레이와 연결되는 프리차지 저항을 실장하는 배터리 시스템.The method of claim 5, wherein the at least one relay,
Including a pre-charge relay operating in a pre-charge mode;
The voltage sensing panel,
A battery system mounting the pre-charge relay and a pre-charge resistor connected to the pre-charge relay. 제 5항에 있어서, 전압 감지 패널은,
프리차지 릴레이, 프리차지 저항, 온도 센서 및 압력 센서 중 적어도 하나를 실장하는 배터리 시스템.The method of claim 5, wherein the voltage sensing panel,
A battery system in which at least one of a precharge relay, a precharge resistor, a temperature sensor, and a pressure sensor is mounted.
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