KR20230127574A - 배터리 팩용 인쇄회로기판 및 이를 포함하는 배터리 팩 - Google Patents

배터리 팩용 인쇄회로기판 및 이를 포함하는 배터리 팩 Download PDF

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KR20230127574A
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 인쇄회로기판은 배터리를 포함하는 배터리 팩에 실장 가능한 인쇄회로기판으로서, 상기 배터리의 상태를 모니터링하는 배터리 관리 장치(BMS)가 실장된 영역; 및 상기 배터리의 출력을 변환하여 출력하는 DC/DC 컨버터가 실장된 영역을 포함하고, 상기 배터리 관리 장치가 실장된 영역과 상기 DC/DC 컨버터가 실장된 영역은 전기적으로 분리된다.

Description

배터리 팩용 인쇄회로기판 및 이를 포함하는 배터리 팩{PRINTED CIRCUIT BOARD FOR BATTERY PACK AND BATTERY PACK INCLUDING THE SAME}
본 발명은 배터리 팩용 인쇄회로기판 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 DC/DC 컨버터 및 BMS를 실장한 배터리 팩용 인쇄회로기판 및 이를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다.
사용 후 충전하여 재사용이 가능한 전지인 2차 전지는 디바이스가 요구하는 출력 용량에 따라 다수 개의 배터리 셀들을 직렬 연결하여 이루어진 배터리 모듈 또는 배터리 팩으로 제작되어, 각종 디바이스의 전원 공급원으로서 사용된다. 이와 같은 배터리는 스마트 폰 등의 소형 첨단 전자기기 분야뿐만 아니라 전기 자전거, 전기 자동차, 에너지저장시스템(ESS)에 이르기까지 다양한 분야에 사용되고 있다.
배터리 모듈 또는 배터리 팩은 다수 개의 배터리 셀들이 조합된 구조체로서, 일부 배터리 셀에서 과전압, 과전류, 과발열 등이 되는 경우에는 배터리 모듈 또는 배터리 팩의 안전성과 작동 효율에 문제가 발생하므로, 이들을 검출하기 위한 수단이 필수적이다. 따라서, 배터리 모듈 또는 배터리 팩에는 각 배터리 셀들의 전압 값을 측정하고, 측정된 값을 바탕으로 배터리 셀들의 전압 상태를 모니터링하며 제어하는 BMS(Battery Management System)가 장착되어 있다.
기존에는 BMS를 구동하기 위해 배터리 전원을 비절연 형태로 BMS로 가져와서 BMS 구동 전원을 생성하여 사용하고 있었다. 이 경우 배터리 전원에 노이즈가 유입되는 경우 BMS 전원도 함께 불안정하게 동작할 수 있다는 문제가 있었다. 또한, 점차 사용이 증가하고 있는 DC-coupled 에너지저장 시스템에 사용되는 DC/DC 컨버터와 BMS가 물리적으로 분리되어 사용됨으로써 전체 배터리 팩의 사이즈가 증가한다는 문제점이 있었다.
KR 2017-0059226호
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 DC/DC 컨버터 및 BMS를 실장한 배터리 팩용 인쇄회로기판을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 다른 목적은 상기 인쇄회로기판을 포함하는 배터리 팩을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄회로기판은 배터리를 포함하는 배터리 팩에 실장 가능한 인쇄회로기판으로서, 상기 배터리의 상태를 모니터링하는 배터리 관리 장치(BMS)가 실장된 영역; 및 상기 배터리의 출력을 변환하여 출력하는 DC/DC 컨버터가 실장된 영역을 포함하고, 상기 배터리 관리 장치가 실장된 영역과 상기 DC/DC 컨버터가 실장된 영역은 전기적으로 분리된다.
상기 배터리 관리 장치가 실장된 영역은, 하나 이상의 BMIC(Battery Monitoring Integrated Chip)를 포함하는 제1 BMS 영역; 및 하나 이상의 MCU(Microcontroller Unit)를 포함하는 제2 BMS 영역을 포함할 수 있다. 상기 제2 BMS 영역은, 하나 이상의 통신 모듈 및 전원공급용 레귤레이터를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 BMS 영역은 배터리 그라운드와 접지되고 상기 제2 BMS 영역은 로직 그라운드와 접지되어, 상기 제1 BMS 영역과 상기 제2 BMS 영역 간 그라운드가 분리된다. 또한, 상기 제1 BMS 영역은 상기 제2 BMS 영역과 전기적으로 분리된다.
상기 배터리 관리 장치가 실장된 영역은 전원 공급부/외부와의 통신을 위한 통신 모듈을 포함하는 제3 BMS 영역을 더 포함할 수 있다.
상기 제3 BMS 영역은 상기 제2 BMS 영역과 전기적으로 분리될 수 있다.
상기 제3 BMS 영역은, 상기 배터리 그라운드 또는 상기 로직 그라운드와는 다른 별도의 통신 그라운드로 접지된다.
상기 배터리 관리 장치가 실장된 영역과 상기 DC/DC 컨버터가 실장된 영역은 임계 거리 이상의 연면거리 및 공간거리 확보를 통해 상호 절연될 수 있다.
상기 DC/DC 컨버터가 실장된 영역은, 상기 배터리 팩과 상위 시스템 간 전원 경로와의 연결을 위한 팩 터미널 단자를 포함할 수 있다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩은, 상기 배터리의 상태를 모니터링하는 배터리 관리 장치(BMS)가 실장된 영역 및 상기 배터리의 출력을 변환하여 출력하는 DC/DC 컨버터가 실장된 영역을 포함하는 인쇄회로기판을 포함하고, 상기 배터리 관리 장치가 실장된 영역과 상기 DC/DC 컨버터가 실장된 영역은 전기적으로 분리된다.
상기 배터리 관리 장치가 실장된 영역은, 하나 이상의 BMIC(Battery Monitoring Integrated Chip)를 포함하는 제1 BMS 영역; 하나 이상의 MCU(Microcontroller Unit)를 포함하는 제2 BMS 영역; 및 상기 배터리 관리 장치가 실장된 영역은 전원 공급부/외부와의 통신을 위한 통신 모듈을 포함하는 제3 BMS 영역을 포함할 수 있다.
상기 제1 BMS 영역은 배터리 그라운드와 접지되고 상기 제2 BMS 영역은 로직 그라운드와 접지되어, 상기 제1 BMS 영역과 상기 제2 BMS 영역 간 그라운드가 분리될 수 있다. 한편, 상기 제3 BMS 영역은, 상기 배터리 그라운드 또는 상기 로직 그라운드와는 다른 별도의 통신 그라운드로 접지될 수 있다.
상기 배터리 관리 장치가 실장된 영역과 상기 DC/DC 컨버터가 실장된 영역은 임계 거리 이상의 연면거리 및 공간거리 확보를 통해 상호 절연될 수 있다.
상기 제1 BMS 영역은 상기 제2 BMS 영역과 전기적으로 분리되고, 상기 제2 BMS 영역은 상기 제3 BMS 영역과 전기적으로 분리될 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 실시예에 따르면, BMS 구동 전원의 안정성을 확보하여 안전성 이슈를 해결함으로써 제품 신뢰성 증대를 기대할 수 있다.
또한, DC/DC 컨버터와 BMS를 하나의 보드 상에 구현함으로써 제품 비용 절감에 따른 수익 증대를 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 배터리 시스템의 구조를 나타낸다.
도 2은 일반적인 에너지 저장 시스템의 블록 구성도이다.
도 3은 배터리 팩에 포함된 기존의 배터리관리 장치(BMS)의 접지 구조를 나타낸 개념도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩용 인쇄회로기판의 주요 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩용 인쇄회로기판의 일 예를 도시한다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는"이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 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.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 배터리 팩의 구조를 나타낸다.
도 1에서 배터리 팩 또는 배터리 모듈(Battery Module)은 직렬 연결된 복수의 배터리 셀을 포함하여 구성될 수 있다. 배터리 셀 또는 모듈은 양극 단자 및 음극 단자를 통해부하와 연결되어 충/방전 동작할 수 있다. 가장 일반적으로 사용되는 배터리 셀은 리튬 이온(Li-Ion) 배터리 셀이다.
이러한 배터리 모듈 또는 배터리 팩에는 배터리 관리 시스템(Battery Management System; BMS)(100)이 설치될 수 있다. BMS는 자신이 관장하는 각 배터리 팩의 전류, 전압 및 온도를 모니터링하고, 모니터링 결과에 근거하여 SOC(Status Of Charge)를 산출하고 충방전을 제어한다. 여기서, SOC(State of Charge; 충전율)은 배터리의 현재 충전된 상태를 비율[%]로 표현한 것이고, SOH(State of Health; 배터리 수명 상태)은 배터리의 현재 퇴화 상태를 비율[%]로 표현한 것이다.
이처럼 BMS는 배터리 셀들을 모니터링하며 셀 전압을 읽고 배터리와 연결된 다른 시스템에 전달한다. BMS는 또한, 배터리 시스템의 수명을 연장하기 위해 배터리 셀의 전하를 균등하게 밸런싱한다. 이러한 동작을 수행하기 위해 BMS는 퓨즈, 전류센싱 소자, 써미스터, 스위치, 밸런서 등 다양한 구성요소들을 포함할 수 있다.
최근 지능형 전력망(smart grid)과 신재생 에너지의 보급이 확대되고 전력 계통의 효율화와 안정성이 강조됨에 따라, 전력 공급 및 수요조절, 및 전력 품질 향상을 위해 에너지 저장 시스템에 대한 수요가 점점 증가하고 있다. 사용 목적에 따라 에너지 저장 시스템은 출력과 용량이 달라지며, 대용량 에너지 저장 시스템을 구성하기 위하여, 복수의 배터리시스템들이 서로 연결되어 사용될 수 있다.
도 2은 일반적인 에너지 저장 시스템의 블록 구성도이다.
에너지 저장 시스템은 다수의 배터리로 구성된 배터리 섹션(Battery Section), 배터리 관리를 위한 BMS(Battery Management System), 전력변환시스템((Power Conversion System; PCS)을 포함하여 구성될 수 있으며, 구현 형태에 따라 DC-DC 컨버터 등을 더 포함할 수 있다. ESS시스템은 전력 제어 등의 이유로 AC-Coupled에서 DC-coupled 시스템으로 변화 중이다. 도 2에 도시된 에너지 저장 시스템은 DC-coupled 에너지 저장 시스템으로서 DC-DC 컨버터를 필수적으로 포함한다.
에너지 저장 시스템에서 전력을 저장하는 역할을 수행하는 배터리는, 통상적으로 다수의 배터리 모듈(Battery Module)이 배터리 랙(Rack)을 구성하고, 다수 개의 배터리 랙(11-1, 11-2, ? , 11-n)이 배터리 뱅크(Battery Bank)를 구성하는 형태로 구현될 수 있다. 여기서, 배터리가 사용되는 장치 또는 시스템에 따라 배터리 랙은 배터리 팩(pack)으로 지칭될 수도 있다.
이때, 배터리 모듈, 배터리 랙 및 배터리 뱅크 각각에는 배터리 관리 시스템(Battery Management System; BMS)이 설치될 수 있다. 도 1을 참조하면, RBMS(Rack BMS)(12) 각각이 각 배터리 랙을 관장하고, BBMS(Bank BMS)(10)가 이들 배터리 랙을 포함하는 배터리 뱅크를 전체적으로 제어할 수 있다. 이때, BBMS(10)는 배터리 뱅크로부터 전류, 전압 및 온도를 모니터링하고, 모니터링 결과에 근거하여 SOC(Status Of Charge)를 산출하고 충방전을 제어하는 역할을 수행할 수 있다. 또한, RBMS(12) 각각은 각 배터리 랙으로부터 전류, 전압 및 온도를 모니터링하고, 모니터링 결과에 근거하여 SOC를 산출하고 충방전을 제어하는 역할을 수행할 수 있다.
다수의 배터리 및 주변 회로, 장치 등을 포함하여 구성된 배터리 섹션 각각에는 배터리 섹션 컨트롤러(Battery Section Controller; BSC)(20)가 설치되어 전압, 전류, 온도, 차단기 등과 같은 제어 대상을 모니터링하고 제어할 수 있다.
또한, 배터리 섹션마다 설치된 전력 변환 시스템(Power Conversion System; PCS)(40)은 외부로터 공급되는 전력과 배터리 섹션에서 외부로 공급하는 전력을 제어하여 배터리의 충방전을 제어하며, DC/AC 인버터를 포함할 수 있다. PCS와 연결된 에너지 관리 시스템(Enery Management System; EMS)(30)은 BMS 또는 BSC의 모니터링 및 제어 결과를 바탕으로 PCS의 출력을 제어할 수 있다.
도 2의 에너지 저장 시스템에서, 배터리 랙 1(11)은 DC-DC 컨버터 #1(12)과 연결되며, 배터리 랙 2는 DC-DC 컨버터 #2과 연결되며 배터리 랙 n은 DC-DC 컨버터 #n과 연결된다. 즉, 배터리 랙마다 대응하는 하나의 DC-DC 컨버터가 사용되고 있다. 각 배터리 랙에 대응하는 DC-DC 컨버터의 출력은 DC 스위치기어 및 보호기(DC Switchgear & Protector)를 통해 취합되어 PCS(40)와 연결된다.
여기서, DC-DC 컨버터는 방전 모드에서 배터리(30)에 저장된 전력을 PCS(40)에서 요구하는 전압 레벨 즉, 직류 링크 전압으로 DC-DC 변환하여 출력한다. 한편, 충전 모드에서 DC-DC 컨버터는 PCS(40)에서 출력되는 전력을 배터리에서 요구하는 전압 레벨, 즉 충전 전압으로 DC-DC 변환할 수 있다.
DC-DC 컨버터는 양방향 컨버터일 수 있으며, 배터리로부터 부하 방향으로 변환이 수행될 때 DC-DC 컨버터의 입력은 배터리(배터리 유닛, 배터리 랙 또는 배터리 팩)와 연결되고 DC-DC 컨버터의 출력은 부하와 연결될 수 있다. 일예로, DC-DC 컨버터가 풀-브릿지(full-bridge) 컨버터인 경우에는, 커패시터, 입력 스위칭 셋, 및 1차측 코일을 포함하는 입력단과 2차측 코일, 출력 스위칭 셋 및 커패시터를 포함하는 출력단을 포함하여 구현될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, DC/DC 컨버터를 포함하는 기존의 DC-coupled 에너지 저장 시스템에서 DC-DC 컨버터와 BMS는 물리적으로 분리된 별개의 장치로 구현되고 있다.
도 3은 배터리 팩에 포함된 기존의 배터리관리 장치(BMS)의 접지 구조를 나타낸 개념도이다.
앞서 도 1을 통해 살펴본 바와 같이 통상적인 배터리 팩은 일련의 배터리 및 배터리관리 장치를 포함하여 구성될 수 있다.
도 3을 참조하면 BMS(100)는 주요 부품으로, BMIC(Battery Monitoring Integrated Chip), MCU(Microcontroller Unit) 등을 포함할 수 있으며, 이들 부품들이 모두 하나의 그라운드와 연결되는 구조를 가진다. 즉, BMS를 구동하기 위해 배터리 전원을 비절연 형태로 BMS로 가져와서 BMS 구동 전원(12V_Vcc)을 생성하여 사용하였다. BMS 내에 포함된 모든 부품들에 대한 그라운드 또한, 공통으로 배터리 그라운드(GND_B; Battery GND)와 연결된 구조가 사용되었다.
배터리 시스템과 배터리 상위 시스템 간 전원 경로(Path)와의 연결을 위한 팩 터미널 단자(pack terminal(+) 및 pack terminal(+)) 또한, BMS(100)가 실장된 보드(예를 들어, PCB(Printed Circuit Borad; 인쇄회로기판)) 상에 구현되어 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩용 인쇄회로기판의 주요 구성도이다.
배터리 팩용 인쇄회로기판(400)은 DC/DC 컨버터 영역(410) 및 BMS 영역(430)을 포함할 수 있으며, BMS 영역은 제1 BMS 영역(431), 제2 BMS 영역(432), 및 제3 BMS 영역(433)을 포함하여 구성될 수 있다. 즉, 본 발명에서 DC/DC 컨버터 및 BMS는 하나의 PCB 상에 포함되어 제작된다.
도 4의 실시예에서, 배터리 시스템과 배터리 상위 시스템 간 전원 경로(Path)와의 연결을 위한 팩 터미널 단자(pack terminal(+) 및 pack terminal(+))는 DC/DC 컨버터 영역(410)에 배치될 수 있다.
DC/DC 컨버터 영역(410)과 BMS 영역(430) 간에는 절연이 유지될 필요가 있다. 이때, DC/DC 컨버터 영역(410)과 BMS 영역(430) 사이에는 PCB 상에서 충분한 연면거리/공간거리를 확보함으로써 절연을 구현할 수 있다.
여기서, 연면거리(creepage distance)는, 두 도전부 상호간 또는 도전부와 기기의 바깥면간, 절연물 표면을 따라 측정한 최단 거리를 의미한다. 또한, 공간거리 (air clearance)는 도전부 상호간 또는 도전부와 기기의 바깥면간, 공기 중의 최단거리(그 거리를 눈으로 확인 가능)를 의미한다.
통상적으로, 연면거리/공간거리는 제품의 특성, 설치 환경, 고객 요구사항 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 두 영역 간 절연을 구현하기 위해 다양한 사항들이 고려될 필요가 있다. 본 발명 실시예에서는 DC/DC 컨버터 영역(410)과 BMS 영역(430) 간에 최소 8mm 이상의 연면거리와 공간거리가 확보된다면 두 영역 간의 절연을 구현할 수 있다. 다만, 시스템 동작 전압에 따라 요구되는 연면거리/공간거리가 늘어날 수 있다.
한편, 제1 BMS 영역(431)에는 하나 이상의 BMIC가 배치될 수 있으며, 추가적인 보호 IC, ADC 등이 배치될 수 있다. BMIC(Battery Monitoring Integrated Chip)를 배터리 셀/모듈의 전압, 온도, 전류 등의 정보를 측정하는 IC 형태의 부품일 수 있다.
제1 BMS 영역(431)에 배치된 부품 또는 구성요소들은 배터리 그라운드(GND_B)와 연결되어 접지를 구성한다.
제2 BMS 영역(432) 에는 하나 이상의 MCU가 배치될 수 있으며, 추가적으로 SBC, LDO, CAN 모듈 등을 포함할 수 있다. 여기서, MCU(Microcontroller Unit)는 전반적으로 BMS를 관리/통제 하는 BMS의 핵심 부품이다. 제2 BMS 영역(432)에 배치된 부품 또는 구성요소들은 로직 그라운드(GND_L)와 연결되어 접지를 구성한다.
제2 BMS 영역(432) 내 부품 또는 구성요소들은 파워 조절 모듈(Power Regulation Module)에 의해 공급되는 전압(12V_Prm)에 의해 구동될 수 있다.
제3 BMS 영역(433)은 외부와의 통신을 위한 하나 이상의 통신 모듈을 포함하는 영역으로, 독립된 절연 전원(12V_ISO)을 생성하여 사용하는 영역이다.
PCB 설계시부터 배터리 그라운드(GND_B)와 로직 그라운드(GND_L)가 분리되며, 제1 BMS 영역(431)은 배터리 그라운드와 연결되고 제2 BMS 영역(432)은 로직 그라운드와 연결된다. 또한, 제3 BMS 영역(433)은 별도의 통신 그라운드(GND_C)와 연결된다.
제1 BMS 영역(431)과 제2 BMS 영역(432) 간에는 하나 이상의 아이솔레이터(isolator)가 배치될 수 있다. 제2 BMS 영역(432)과 제3 BMS 영역(433) 간에도 하나 이상의 아이솔레이터가 배치될 수 있다. 아이솔레이터는 비가역 회로 소자 중 하나로, 신호가 한 방향으로는 감쇠 없이 전달되고 반대 방향으로는 거의 전달되지 않는 일방 통행 비가역 2단자 수동 회로 소자이다. 아이솔레이터가 어떤 신호 경로의 중간에 위치하면 한쪽 방향으로는 전력이 전달되고, 반대 방향으로는 전력이 전달되지 않아 역방향으로 유입되는 반사파 신호가 차단되어 전송 일그러짐이 줄어들고, 동작이 안정화될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩용 인쇄회로기판의 일 예를 도시한다.
본 발명에 따른 DC/DC 컨버터 영역 및 BMS 영역은 다양한 연결소자들을 통해 상호 연결될 수 있다. 제1 BMS 영역(431), 제2 BMS 영역(432), 및 제3 BMS 영역(433) 또한, 상호 연결될 수 있다. 특히, 제1 BMS 영역(431)과 제2 BMS 영역(432) 간, 제2 BMS 영역(432)과 제3 BMS 영역(433) 간에는 하나 이상의 아이솔레이터(ISO)가 배치될 수 있고, 하나의 영역 내 신호를 다른 영역으로 전달할 수 있다.
제1 BMS 영역(431)에는 하나 이상의 BMIC가 배치될 수 있으며, 보조 보호 IC, ADC(Analog-Digital Converter) 등이 배치될 수 있다. BMIC(Battery Monitoring Integrated Chip)는 배터리 셀 전압, 모듈의 전압, 온도, 전류 등을 센싱한다. 제1 BMS 영역(431)에 복수의 BMIC가 배치될 수도 있으며, 복수 개의 BMIC는 상호 연결될 수 있다. ADC(Analog-Digital Converter)는 배터리 셀의 모니터링을 통해 측정된 아날로그 값을 디지털 값으로 변환한다.
제2 BMS 영역(432) 에는 하나 이상의 MCU가 배치될 수 있으며, 추가적으로 SBC(System Basis Chips), LDO, CAN 모듈 등을 포함할 수 있다.
LDO(Low Dropout) 레귤레이터는 전원공급장치로서, 낮은 입출력 전위차에서도 동작하는 리니어 레귤레이터이터이다. LDO는 전력효율이 좋은 전원공급 디바이스로, 전원공급 대상 소자에 따라 상시로 일정 전압(예를 들어, 3.3V)을 공급하거나 스위치드(switched) 3.3V의 전압을 공급할 수 있다. 예를 들어, RTC((Real Time Clock) 등의 소자는 BMS의 동작 여부와 무관하게 항상 전원을 공급받아 켜져 있는 회로부이다. 한편, MCU 및 통신 IC 등 주요 IC는 스위치드 전력 소스를 공급받아 동작한다.
CAN(Controller Area Network) 모듈은 통신 모듈로서, 이를 이용해 다른 장치 또는 장치 내 다른 모듈 또는 부품과 통신할 수 있다. CAN 통신은 차량 내에서 호스트 컴퓨터 없이 마이크로컨트롤러나 장치들이 서로 통신하기 위해 설계된 표준 통신 규격이다. CAN 통신은 각 제어기들 간의 통신을 위해 주로 사용되는 non-host 버스 방식의 메시지 기반 네트워크 프로토콜로서 차량에 주로 사용된다.
한편, 제2 BMS 영역(432)은 SPI(Serial Peripheral Interface) 통신 방식을 이용해 제1 BMS 영역(431)과 통신할 수 있다. SPI는 BMS 내부 통신에 적용될 수 있는 방식으로 IC간 SPI 라인만 연결하여 통신할 수 있는 방식이다.
이상 설명한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따르면, BMS 구동 전원의 안정성을 확보하여 안전성 이슈를 해결함으로써 제품 신뢰성 증대를 기대할 수 있다. 또한, DC/DC 컨버터와 BMS를 하나의 보드 상에 구현함으로써 배터리 팩 사이즈를 줄이고 PCB 비용을 절감할 수 있다.
본 발명의 일부 측면들은 장치의 문맥에서 설명되었으나, 그것은 상응하는 방법에 따른 설명 또한 나타낼 수 있고, 여기서 블록 또는 장치는 방법 단계 또는 방법 단계의 특징에 상응한다. 유사하게, 방법의 문맥에서 설명된 측면들은 또한 상응하는 블록 또는 아이템 또는 상응하는 장치의 특징으로 나타낼 수 있다. 방법 단계들의 몇몇 또는 전부는 예를 들어, 마이크로프로세서, 프로그램 가능한 컴퓨터 또는 전자 회로와 같은 하드웨어 장치에 의해(또는 이용하여) 수행될 수 있다. 몇몇의 실시예에서, 가장 중요한 방법 단계들의 하나 이상은 이와 같은 장치에 의해 수행될 수 있다.
이상 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
400: 인쇄회로기판 410: DC/DC 컨버터
430: BMS 431: 제1 BMS 영역
432: 제2 BMS 영역 433: 제3 BMS 영역

Claims (15)

  1. 배터리를 포함하는 배터리 팩에 실장 가능한 인쇄회로기판으로서,
    상기 배터리의 상태를 모니터링하는 배터리 관리 장치(BMS)가 실장된 영역; 및
    상기 배터리의 출력을 변환하여 출력하는 DC/DC 컨버터가 실장된 영역을 포함하고,
    상기 배터리 관리 장치가 실장된 영역과 상기 DC/DC 컨버터가 실장된 영역은 전기적으로 분리된, 인쇄회로기판.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리 관리 장치가 실장된 영역은,
    하나 이상의 BMIC(Battery Monitoring Integrated Chip)를 포함하는 제1 BMS 영역; 및
    하나 이상의 MCU(Microcontroller Unit)를 포함하는 제2 BMS 영역을 포함하는, 인쇄회로기판.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 BMS 영역은 배터리 그라운드와 접지되고 상기 제2 BMS 영역은 로직 그라운드와 접지되어, 상기 제1 BMS 영역과 상기 제2 BMS 영역 간 그라운드가 분리되는, 인쇄회로기판.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 BMS 영역은 상기 제2 BMS 영역과 전기적으로 분리된, 인쇄회로기판.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 배터리 관리 장치가 실장된 영역은 영역은 외부와의 통신을 위한 하나 이상의 통신 모듈을 포함하는 제3 BMS 영역을 더 포함하고,
    상기 제3 BMS 영역은 상기 제2 BMS 영역과 전기적으로 분리된, 인쇄회로기판.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제3 BMS 영역은, 배터리 그라운드 또는 로직 그라운드와는 다른 별도의 통신 그라운드로 접지되는, 인쇄회로기판.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 제2 BMS 영역은,
    하나 이상의 통신 모듈 및 전원공급용 레귤레이터를 더 포함하는, 인쇄회로기판.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리 관리 장치가 실장된 영역과 상기 DC/DC 컨버터가 실장된 영역은 임계 거리 이상의 연면거리 및 공간거리 확보를 통해 상호 절연되는, 인쇄회로기판.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 DC/DC 컨버터가 실장된 영역은,
    상기 배터리 팩과 상위 시스템 간 전원 경로와의 연결을 위한 팩 터미널 단자를 포함하는, 인쇄회로기판.
  10. 배터리의 상태를 모니터링하는 배터리 관리 장치(BMS)가 실장된 영역 및 상기 배터리의 출력을 변환하여 출력하는 DC/DC 컨버터가 실장된 영역을 포함하는 인쇄회로기판을 포함하고,
    상기 배터리 관리 장치가 실장된 영역과 상기 DC/DC 컨버터가 실장된 영역은 전기적으로 분리된, 배터리 팩.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 배터리 관리 장치가 실장된 영역은,
    하나 이상의 BMIC(Battery Monitoring Integrated Chip)를 포함하는 제1 BMS 영역;
    하나 이상의 MCU(Microcontroller Unit)를 포함하는 제2 BMS 영역; 및
    상기 배터리 관리 장치가 실장된 영역은 외부와의 통신을 위한 하나 이상의 통신 모듈을 포함하는 제3 BMS 영역을 포함하는, 배터리 팩.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제1 BMS 영역은 배터리 그라운드와 접지되고 상기 제2 BMS 영역은 로직 그라운드와 접지되어, 상기 제1 BMS 영역과 상기 제2 BMS 영역 간 그라운드가 분리되는, 배터리 팩.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 배터리 관리 장치가 실장된 영역과 상기 DC/DC 컨버터가 실장된 영역은 임계 거리 이상의 연면거리 및 공간거리 확보를 통해 상호 절연되는, 배터리 팩.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 제1 BMS 영역, 상기 제2 BMS 영역, 상기 제3 BMS 영역은 상호 절연되는, 배터리 팩.
  15. 청구항 12에 있어서,
    상기 제3 BMS 영역은, 상기 배터리 그라운드 또는 상기 로직 그라운드와는 다른 별도의 통신 그라운드로 접지되는, 배터리 팩.
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