WO2018048082A1 - 배터리 팩 - Google Patents

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WO2018048082A1
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terminal
battery
switch
turned
high voltage
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김덕중
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삼성에스디아이 주식회사
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • Embodiments relate to a battery pack.
  • Green vehicles use high voltage batteries to store electrical energy from a variety of energy sources.
  • the high voltage electric field system of the vehicle uses the high voltage electric energy provided from the high voltage battery as driving or electric field energy of the vehicle.
  • inrush currents can occur when the load and battery are connected in series with a large voltage difference between the capacitor of the load and the voltage of the high voltage battery.
  • a high current inrush current flows to the relay, which may cause a breakdown of the relay, or serious damage to the battery / high voltage circuit such as a fire caused by device destruction.
  • the technical problem to be solved by the embodiments is to provide a battery pack with reduced inrush current control complexity.
  • a battery pack includes a first switch connected between a first end of a battery and a first output terminal, a first terminal and a second terminal connected to a second end of the battery, And a third terminal and a fourth terminal connected to a second output terminal, wherein the first terminal and the third terminal are turned on in a turn off state, and the second terminal and the fourth terminal are turned on in a turn on state.
  • a second switch, a precharge resistor connected between the third terminal of the second switch and the second output terminal, and the second switch is turned on when a predetermined time elapses after the first switch is turned on. It may include a controller for controlling.
  • the first and second switches may be turned off in an initial state.
  • the first switch may conduct the first end of the battery and the first output terminal in a turn on state.
  • the second switch conducts a plurality of fixed contacts corresponding to each of the first terminal, the second terminal, the third terminal and the fourth terminal, the first terminal and the third terminal, or the third terminal.
  • the battery may further include a fuse connected between the first end of the battery and the first switch.
  • the battery pack according to embodiments may reduce inrush current control complexity.
  • FIG. 1 schematically illustrates a battery pack according to an embodiment.
  • FIGS. 2A and 2B are diagrams for describing an operation of a multi-contact switch according to an exemplary embodiment.
  • 3A and 3B are diagrams for describing an operation of a battery protection circuit when the multi-contact contactor of FIGS. 2A and 2B is applied to the battery protection circuit of FIG. 1.
  • FIG. 4 is a flowchart schematically illustrating a method of operating a battery protection circuit according to an exemplary embodiment.
  • 5A through 5C are diagrams for describing a method of operating a battery protection circuit, according to an exemplary embodiment.
  • 6A and 6B illustrate examples in which a large current path is opened by a circuit breaker in a battery pack according to an embodiment.
  • Electrically connecting two components includes not only connecting the two components directly, but also connecting the two components via other components.
  • Other components may include switches, resistors, capacitors, and the like.
  • the expression “connecting”, when there is no expression “directly connecting”, means to connect electrically.
  • FIG. 1 schematically illustrates a battery pack according to an embodiment.
  • a battery pack 10 may include a battery 100, a high voltage connector (HV connector) 200, and a battery connected between the battery 100 and the high voltage connector 200. It may include a protection circuit.
  • HV connector high voltage connector
  • the battery 100 may be a high voltage battery including a plurality of cells connected in series or in parallel.
  • the high voltage connector 200 is a connector for connecting the battery 100 and the load 21 such as a motor, and may include output terminals for connecting between both ends of the battery 100 and both ends of the load 21.
  • the high voltage connector 200 is connected between the battery 100, the load 21, and the load side capacitor 22 to transfer the high voltage power supplied from the battery 100 to the load 21 and the load side capacitor 22. have.
  • the battery protection circuit may include a plurality of switches 310 and 320, a precharge resistor 330, and a controller 340.
  • the battery protection circuit may further include a fuse 350.
  • the switch 310 is referred to as 'main switch 310'
  • the switch 320 is referred to as 'hybrid switch 320'.
  • the main switch 310 is electrically connected between the battery 100 and the high voltage connector 200, and may open and close a large current path between the battery 100 and the high voltage connector 200.
  • the main switch 310 includes a terminal connected to the battery 100 and a terminal connected to the high voltage connector 200, and a terminal connected to the battery 100 and a terminal connected to the high voltage connector 200 are electrically connected to each other. Can be turned on or off to open and close a large current path.
  • the main switch 310 may be a contactor.
  • the contactor is a switch opened and closed by an electromagnet, and the contact is closed or opened according to the current flow through the electromagnet. That is, the contactor is turned on by closing the contact when the operating power is supplied to the electromagnet, and is turned off by opening the contact when the operating power supplied to the electromagnet is cut off.
  • the hybrid switch 320 is electrically connected to the battery 100 and the high voltage connector 200, and may connect a high current path or a precharge path between the battery 100 and the high voltage connector 200.
  • the hybrid switch 320 includes a terminal connected to the battery 100, a terminal connected to the precharge resistor 330, and a terminal connected to the high voltage connector 200, and a terminal connected to the high voltage connector 200.
  • the terminal 100 may be selectively connected to any one of a terminal connected to the battery 100 and a terminal connected to the precharge resistor 330.
  • Hybrid switch 320 may be a multi-contact contactor as shown in FIG.
  • FIGS. 2A and 2B are diagrams for describing an operation of a multi-contact switch according to an exemplary embodiment.
  • the hybrid switch 320 configured as a multi-contact contactor includes a plurality of fixed contacts 511, 512, 521, and 522 and a movable contact 531. Depending on whether the operating power is applied, the contacts electrically connected may be changed.
  • the movable contact 531 fixes the fixed contact.
  • the fields 511 and 512 may be conductive.
  • the hybrid switch 320 when the hybrid switch 320 is turned on, operating power is supplied to the electromagnet 530 to generate electromotive force.
  • electromotive force is generated in the electromagnet 530, as shown in FIG. 2B, the movable contact 531 of the hybrid switch 320 moves, and the fixed contact different from the turn-off state by the moved movable contact 531.
  • the fields 521, 522 may be conductive.
  • the hybrid switch 320 which is a multi-contact contactor, may be connected to different contacts in a turn on state and a turn off state.
  • 3A and 3B are diagrams for describing an operation of a battery protection circuit when the multi-contact contactor described with reference to FIGS. 2A and 2B is applied to the battery protection circuit of FIG. 1.
  • the fixed contacts 511, 512, 521, and 522 of the hybrid switch 320 respectively have terminals 511, 521 and precharge resistors 330 connected to the battery 100.
  • the terminal 512 connected to the high voltage connector 200 may be used as the terminal 522.
  • the contact 511 connected to the battery 100 and the contact 512 connected to the precharge resistor 330 may be connected to each other. Accordingly, the precharge resistor 330 is electrically connected between the battery 100 and the high voltage connector 200, and the precharge path between the battery 100 and the high voltage connector 200 is provided by the precharge resistor 330. Can be formed.
  • the contact 521 connected to the battery 100 and the contact 522 directly connected to the high voltage connector 200 may be connected to each other. Accordingly, the battery 100 and the high voltage connector 200 may be directly connected to form a large current path.
  • the hybrid switch 320 forms a precharge path by connecting a precharge resistor 330 between the battery 100 and the high voltage connector 200 in a turn off state.
  • the battery 100 and the high voltage connector 200 may be directly electrically connected to form a large current path.
  • the precharge resistor 330 is connected between the hybrid switch 320 and the high voltage connector 200 and performs a function of controlling the inrush current with the load side capacitor 22.
  • One end of the precharge resistor 330 is connected to the hybrid switch 320.
  • Fuse 350 is connected to a high current path.
  • the fuse 350 may be connected between the battery 100 and the main switch 310.
  • the fuse 350 may be blown to open a large current path when an excessive current of a predetermined value or more flows in the large current path.
  • the controller 340 may control turn on / turn off of the switches 310 and 320.
  • FIG. 4 is a flowchart schematically illustrating a method of operating a battery protection circuit according to an exemplary embodiment, and illustrates a method of operating a battery protection circuit for controlling inrush current.
  • 5A through 5C are diagrams for describing a method of operating a battery protection circuit, according to an exemplary embodiment.
  • the controller 340 maintains a turn off state of both the main switch 310 and the hybrid switch 320 (S100).
  • the large current path is opened by the opening of the main switch 310.
  • the precharge resistor 330 is electrically connected between the battery 100 and the high voltage connector 200 by the hybrid switch 320.
  • controller 340 controls the main switch 310 to be turned on for precharging (S110).
  • the main switch 310 and the hybrid switch 320 are both turned off and the main switch 310 is turned on, the battery 100 and the load 21 are electrically connected. Inrush current is controlled by the precharge resistor 330 and the load side capacitor 22 connected between the battery 100 and the load 21.
  • the controller 340 controls the hybrid switch 320 to be turned on to terminate the precharging and connect the large current path (S120). ).
  • the opening and closing of the precharge path and the opening and closing of the large current path may be implemented using only two switches 310 and 320. Accordingly, the control complexity of the controller 340 for the inrush current control is reduced compared to the prior art in which a switch connected to the precharge resistor is separately provided.
  • the precharge resistor 330 may operate as a circuit breaker together with the fuse 350.
  • 6A and 6B illustrate examples in which a large current path is opened by a circuit breaker in a battery pack according to an embodiment.
  • FIG. 6A illustrates a case where a short circuit of a high voltage conductor occurs when a large current path is connected between the battery 100 and the load 21, that is, when both the main switch 310 and the hybrid switch 320 are turned on. It is.
  • the high voltage lead L11 between the hybrid switch 320 and the high voltage connector 200 and the high voltage lead L12 between the main switch 310 and the high voltage connector 200 are shorted to each other.
  • 6B illustrates a case in which a short circuit of a high voltage conductor occurs when a precharging path is connected between the battery 100 and the load 21, that is, when the main switch 310 is turned on and the hybrid switch 320 is turned off. An example is shown.
  • the short-circuit current generated by the short-circuit of the high voltage wires L21 and L22 flows through the precharge resistor 330 through the hybrid switch 320, and the precharge resistor 330 is destroyed to destroy the battery 100 and the load.
  • the precharge path between 21 can be opened.
  • the precharge resistor 330 may also operate as a circuit breaker when the high voltage wires are shorted, thereby reducing the high voltage risk of the battery pack 10. .

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Abstract

배터리 팩은 배터리의 제1 단과 제1 출력 단자 사이에 연결되는 제1 스위치, 상기 배터리의 제2 단에 연결되는 제1 단자 및 제2 단자와, 제2 출력 단자에 연결되는 제3 단자 및 제4 단자를 포함하며, 턴 오프 상태에서는 상기 제1 단자와 상기 제3 단자가 도통되고, 턴 온 상태에서는 상기 제2 단자와 상기 제4 단자가 도통되는 제2 스위치, 상기 제2 스위치의 제3 단자와 상기 제2 출력 단자 사이에 연결되는 프리차지 저항, 및 상기 제1 스위치가 턴 온 되고 소정 시간이 경과하면, 상기 제2 스위치를 턴 온 상태로 제어하는 제어기를 포함할 수 있다.

Description

배터리 팩
실시 예들은 배터리 팩에 관한 것이다.
최근 CO2 규제 등 환경 규제가 강화됨에 따라 친환경 차량에 대한 관심이 증가하고 있다. 이에 따라 자동차 회사들은 하이브리드(Hybrid) 차량이나 플러그인 하이브리드(Plug-in Hybrid) 차량뿐만 아니라, 순수 전기 차량 또는 수소 차량에 대해 연구 및 제품 개발을 활발히 진행하고 있다.
친환경 차량에는 다양한 에너지원으로부터 얻어지는 전기 에너지를 저장하기 위해 고전압 배터리가 적용된다. 차량의 고전압 전장 시스템은 고전압 배터리로부터 제공되는 고전압의 전기 에너지를 차량의 구동 또는 전장 에너지로 사용한다.
고전압 전장 시스템에서, 부하의 캐패시터와 고전압 배터리의 전압 간의 전압 차가 큰 상태에서 부하와 배터리가 직렬 연결되는 경우, 큰 돌입 전류가 발생할 수 있다. 돌입 전류가 발생할 경우, 고전류인 돌입 전류가 릴레이에 흘러 릴레이 고착이 발생하거나, 소자 파괴로 인한 화재 발생 등 배터리/고전압 회로에 심각한 파손을 야기할 수 있다.
이에 따라서 돌입 전류의 크기를 감소시키기 위한 다양한 시도들이 이루어지고 있다.
실시 예들을 통해 해결하고자 하는 기술적 과제는 돌입 전류 제어 복잡성을 감소시킨 배터리 팩을 제공하는 것이다.
상기한 과제를 해결하기 위한 일 실시 예에 따른 배터리 팩은 배터리의 제1 단과 제1 출력 단자 사이에 연결되는 제1 스위치, 상기 배터리의 제2 단에 연결되는 제1 단자 및 제2 단자와, 제2 출력 단자에 연결되는 제3 단자 및 제4 단자를 포함하며, 턴 오프 상태에서는 상기 제1 단자와 상기 제3 단자가 도통되고, 턴 온 상태에서는 상기 제2 단자와 상기 제4 단자가 도통되는 제2 스위치, 상기 제2 스위치의 제3 단자와 상기 제2 출력 단자 사이에 연결되는 프리차지 저항, 및 상기 제1 스위치가 턴 온 되고 소정 시간이 경과하면, 상기 제2 스위치를 턴 온 상태로 제어하는 제어기를 포함할 수 있다.
상기 제1 및 제2 스위치는, 초기 상태가 턴 오프 상태일 수 있다.
상기 제1 스위치는, 턴 온 상태에서 상기 배터리의 제1 단과 상기 제1 출력 단자를 도통시킬 수 있다.
상기 제2 스위치는, 상기 제1 단자, 상기 제2 단자, 상기 제3 단자 및 상기 제4 단자 각각에 대응하는 복수의 고정 접점, 상기 제1 단자와 상기 제3 단자를 도통시키거나, 상기 제2 단자와 상기 제4 단자를 도통시키는 가동 접점, 및 전류 인가 여부에 따라서 상기 가동 접점을 제어하는 전자석을 포함할 수 있다.
상기 배터리의 제1 단과 상기 제1 스위치 사이에 연결되는 퓨즈를 더 포함할 수 있다.
실시 예들에 따른 배터리 팩은 돌입 전류 제어 복잡성을 감소시킬 수 있다.
도 1은 실시 예에 따른 배터리 팩을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2a 및 2b는 실시 예에 따른 다접점 스위치의 동작을 설명하기 위한 도면들이다.
도 3a 및 도 3b는 도 2a 및 도 2b의 다접점 콘택터를 도 1의 배터리 보호 회로에 적용한 경우의 배터리 보호 회로의 동작을 설명하기 위한 도면들이다.
도 4는 실시 예에 따른 배터리 보호 회로의 동작 방법을 개략적으로 개시한 흐름도이다.
도 5a 내지 도 5c는 실시 예에 따른 배터리 보호 회로의 동작 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 6a 및 도 6b는 실시 예에 따른 배터리 팩에서 회로 차단기에 의해 대전류 경로가 개방되는 예들을 도시한 것이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 여러 실시 예들에 대하여 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 실시 예들은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예들에 한정되지 않는다.
실시 예들을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 붙이도록 한다. 따라서 이전 도면에 사용된 구성요소의 참조 번호를 다음 도면에서 사용할 수 있다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 실시 예들은 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께 및 영역을 과장하여 나타낼 수 있다.
2개의 구성요소를 전기적으로 연결한다는 것은 2개의 구성요소를 직접(directly) 연결할 경우뿐만 아니라, 2개의 구성요소 사이에 다른 구성요소를 거쳐서 연결하는 경우도 포함한다. 다른 구성요소는 스위치, 저항, 커패시터 등을 포함할 수 있다. 실시 예들을 설명함에 있어서 연결한다는 표현은, 직접 연결한다는 표현이 없는 경우에는, 전기적으로 연결한다는 것을 의미한다.
이하, 필요한 도면들을 참조하여 실시 예들에 따른 배터리 팩에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 실시 예에 따른 배터리 팩을 개략적으로 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 실시 예에 따른 배터리 팩(10)은 배터리(100), 고전압 커넥터(High Voltage interface, HV 커넥터)(200) 및 배터리(100)와 고전압 커넥터(200) 사이에 연결되는 배터리 보호 회로를 포함할 수 있다.
배터리(100)는 직렬 또는 병렬 연결되는 복수의 셀을 포함하는 고전압 배터리일 수 있다.
고전압 커넥터(200)는 배터리(100)와 모터 등의 부하(21)를 연결하는 커넥터로서, 배터리(100)의 양 단과 부하(21)의 양단 사이를 각각 연결하는 출력 단자들을 포함할 수 있다.
고전압 커넥터(200)는 배터리(100)와, 부하(21) 및 부하측 캐패시터(22) 사이에 연결되어, 배터리(100)로부터 공급되는 고전압 전원을 부하(21) 및 부하측 캐패시터(22)로 전달할 수 있다.
배터리 보호 회로는 복수의 스위치(310, 320), 프리차지 저항(330) 및 제어기(340)를 포함할 수 있다. 배터리 보호 회로는 퓨즈(350)를 더 포함할 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위해 스위치(310)는 '메인 스위치(310)'로 명명하여 사용하고, 스위치(320)는 '하이브리드 스위치(320)'로 명명하여 사용한다.
메인 스위치(310)는 배터리(100)와 고전압 커넥터(200) 사이에 전기적으로 연결되며, 배터리(100)와 고전압 커넥터(200) 사이의 대전류 경로를 개폐할 수 있다. 메인 스위치(310)는 배터리(100)에 연결되는 단자와, 고전압 커넥터(200)에 연결되는 단자를 포함하며, 배터리(100)에 연결되는 단자와 고전압 커넥터(200)에 연결되는 단자가 전기적으로 도통되거나 차단되어 대전류 경로를 개폐할 수 있다.
메인 스위치(310)는 콘택터(contactor)일 수 있다. 콘택터는 전자석에 의해 개폐되는 스위치로서, 전자석에 흐르는 전류 흐름에 따라 접점이 닫히거나 개방된다. 즉, 콘택터는 전자석으로 동작 전원이 공급되면 접점이 닫혀 턴 온 되고, 전자석으로 공급되는 동작 전원이 차단되면 접점이 개방되어 턴 오프된다.
하이브리드 스위치(320)는 배터리(100)와 고전압 커넥터(200)에 전기적으로 연결되며, 배터리(100)와 고전압 커넥터(200) 사이의 대전류 경로 또는 프리차지 경로를 연결할 수 있다.
하이브리드 스위치(320)는, 배터리(100)에 연결되는 단자, 프리차지 저항(330)에 연결되는 단자 및 고전압 커넥터(200)에 연결되는 단자를 포함하며, 고전압 커넥터(200)에 연결되는 단자가, 배터리(100)에 연결되는 단자 및 프리차지 저항(330)에 연결되는 단자 중 어느 하나에 선택적으로 연결될 수 있다.
하이브리드 스위치(320)는 도 2에 도시된 바와 같이 다접점 콘택터일 수 있다.
도 2a 및 2b는 실시 예에 따른 다접점 스위치의 동작을 설명하기 위한 도면들이다.
도 2a 및 2b를 참조하면, 다접점 콘택터로 구성되는 하이브리드 스위치(320)는 복수의 고정 접점들(511, 512, 521, 522)과 가동 접점(531)을 포함하며, 전자석(530)에 대한 동작 전원의 인가 여부에 따라서, 전기적으로 연결되는 접점들이 변경될 수 있다.
도 2a를 참조하면, 하이브리드 스위치(320)의 초기 상태(또는 턴 오프 상태) 즉, 전자석(530)에 동작 전원이 공급되지 않아 기전력이 발생하지 않은 상태에서는, 가동 접점(531)에 의해 고정 접점들(511, 512)이 도통될 수 있다.
반면에, 하이브리드 스위치(320)가 턴 온 되면, 전자석(530)에 동작 전원이 공급되어 기전력이 발생한다. 전자석(530)에 기전력이 발생함에 따라, 도 2b에 도시된 바와 같이 하이브리드 스위치(320)의 가동 접점(531)이 이동하고, 이동한 가동 접점(531)에 의해 턴 오프 상태와는 다른 고정 접점들(521, 522)이 도통될 수 있다.
도 2a 및 도 2b를 참조하여 설명한 바와 같이, 다접점 콘택터인 하이브리드 스위치(320)는 턴 온 상태와 턴 오프 상태에서 서로 다른 접점들을 도통될 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 도 2a 및 도 2b를 참조하여 설명한 다접점 콘택터를 도 1의 배터리 보호 회로에 적용한 경우의 배터리 보호 회로의 동작을 설명하기 위한 도면들이다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 하이브리드 스위치(320)의 고정 접점들(511, 512, 521, 522)은 각각, 배터리(100)에 연결되는 단자(511, 521), 프리차지 저항(330)에 연결되는 단자(512), 그리고 고전압 커넥터(200)에 연겯뢰는 단자(522)로 사용될 수 있다.
도 3a를 참조하면, 하이브리드 스위치(320)는 턴 오프 상태일 경우, 배터리(100)에 연결된 접점(511)과 프리차지 저항(330)에 연결된 접점(512)이 서로 도통될 수 있다. 이에 따라, 배터리(100)와 고전압 커넥터(200) 사이에는 프리차지 저항(330)이 전기적으로 연결되어, 프리차지 저항(330)에 의해 배터리(100)와 고전압 커넥터(200) 사이의 프리차지 경로가 형성될 수 있다.
도 3b를 참조하면, 하이브리드 스위치(320)는 턴 온 상태일 경우, 배터리(100)에 연결된 접점(521)과 고전압 커넥터(200)에 직접 연결된 접점(522)이 서로 도통될 수 있다. 이에 따라, 배터리(100)와 고전압 커넥터(200)가 직접 연결되어 대전류 경로가 형성될 수 있다.
도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명한 바와 같이, 하이브리드 스위치(320)는 턴 오프 상태에서는 배터리(100)와 고전압 커넥터(200) 사이에 프리차지 저항(330)을 연결하여 프리차지 경로를 형성하고, 턴 온 상태에서는 배터리(100)와 고전압 커넥터(200)를 직접 전기적으로 연결하여 대전류 경로를 형성할 수 있다.
다시, 도 1을 보면, 프리차지 저항(330)는 하이브리드 스위치(320)와 고전압 커넥터(200) 사이에 연결되며, 부하측 캐패시터(22)와 함께 돌입 전류를 제어하는 기능을 수행할 수 있다. 프리차지 저항(330)은 일 단이 하이브리드 스위치(320)에 연결된다.
퓨즈(350)는 대전류 경로에 연결된다. 예를 들어, 퓨즈(350)는 배터리(100)와 메인 스위치(310) 사이에 연결될 수 있다. 퓨즈(350)는 대전류 경로에 규정값 이상의 과도한 전류가 흐르는 경우 끊어져 대전류 경로를 개방할 수 있다.
제어기(340)는 스위치들(310, 320)의 턴 온/턴 오프를 제어할 수 있다.
도 4는 실시 예에 따른 배터리 보호 회로의 동작 방법을 개략적으로 개시한 흐름도로서, 돌입 전류를 제어하기 위한 배터리 보호 회로의 동작 방법을 나타낸다. 도 5a 내지 도 5c는 실시 예에 따른 배터리 보호 회로의 동작 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 4를 참조하면, 초기 상태에서 제어기(340)는 메인 스위치(310) 및 하이브리드 스위치(320) 모두 턴 오프 상태를 유지한다(S100).
도 5a를 참조하면, 메인 스위치(310) 및 하이브리드 스위치(320) 모두 턴 오프 된 경우, 메인 스위치(310)의 개방으로 대전류 경로가 개방된 상태이다. 또한, 하이브리드 스위치(320)에 의해 배터리(100)와 고전압 커넥터(200) 사이에 프리차지 저항(330)이 전기적으로 연결된다.
이후, 제어기(340)는 프리차징을 위해 메인 스위치(310)를 턴 온 상태로 제어한다(S110).
도 5b를 참조하면, 메인 스위치(310) 및 하이브리드 스위치(320) 모두 턴 오프 상태이다가 메인 스위치(310)가 턴 온 상태로 스위칭되면, 배터리(100)와 부하(21)가 전기적으로 연결되고, 배터리(100)와 부하(21) 사이에 연결된 프리차지 저항(330)과 부하측 캐패시터(22)에 의해 돌입 전류가 제어된다.
제어기(340)는 메인 스위치(310)가 턴 온 된 시점으로부터 소정의 프리차징 기간이 경과하면, 프리차징을 종료하고 대전류 경로를 연결하기 위해 하이브리드 스위치(320)를 턴 온 상태로 제어한다(S120).
도 5c를 참조하면, 메인 스위치(310) 및 하이브리드 스위치(320)가 모두 턴 온 상태가 됨에 따라, 프리차징이 종료되고 배터리(100)와 부하(21) 사이에는 대전류 경로가 연결된다.
전술한 바와 같이, 실시 예에 따른 배터리 팩(10)에서는 하이브리드 스위치(320)를 사용함으로써, 프리차지 경로의 개폐와 대전류 경로의 개폐를 2개의 스위치(310, 320)만으로 구현하는 것이 가능하다. 이에 따라, 프리차지 저항에 연결되는 스위치를 별도로 두는 종래기술에 비해 돌입 전류 제어를 위한 제어기(340)의 제어 복잡성이 감소하는 효과가 있다.
한편, 도 1의 배터리 팩(10)에서 프리차지 저항(330)은 퓨즈(350)와 함께 회로 차단기로 동작할 수도 있다.
도 6a 및 도 6b는 실시 예에 따른 배터리 팩에서 회로 차단기에 의해 대전류 경로가 개방되는 예들을 도시한 것이다.
도 6a는 배터리(100)와 부하(21) 사이에 대전류 경로가 연결된 상태, 즉, 메인 스위치(310) 및 하이브리드 스위치(320)가 모두 턴 온된 상태에서 고전압 도선의 단락이 발생한 경우를 예로 들어 도시한 것이다.
도 6a를 참조하면, 하이브리드 스위치(320)와 고전압 커넥터(200) 사이의 고전압 도선(L11)과 메인 스위치(310)와 고전압 커넥터(200) 사이의 고전압 도선(L12)이 서로 단락된 상태이다.
이에 따라, 퓨즈(350)로 과도한 전류가 흐르게 되고, 퓨즈(350)가 끊어져 대전류 경로가 개방된다.
도 6b는 배터리(100)와 부하(21) 사이에 프리차징 경로가 연결된 상태, 즉, 메인 스위치(310)는 턴 온되고 하이브리드 스위치(320)가 턴 오프된 상태에서 고전압 도선의 단락이 발생한 경우를 예로 들어 도시한 것이다.
도 6b를 참조하면, 하이브리드 스위치(320)와 고전압 커넥터(200) 사이의 고전압 도선(L21)과 퓨즈(350)와 배터리(100) 사이의 고전압 도선(L12)이 서로 단락된 상태로, 단락 전류가 흐르는 경로 상에 퓨즈(350)가 포함되지 않아, 퓨즈(350)에 의해 회로 개방이 어려운 상태이다.
이에 따라, 고전압 도선들(L21, L22)의 단락으로 발생한 단락 전류는 하이브리드 스위치(320)를 통해 프리차지 저항(330)을 흐르게 되고, 프리차지 저항(330)이 파괴되어 배터리(100)와 부하(21) 사이의 프리차지 경로가 개방될 수 있다.
전술한 바와 같이, 실시 예에 따른 배터리 팩(10)에서 프리차지 저항(330)은 고전압 도선들의 단락 시 회로 차단기로도 동작할 수 있어, 배터리 팩(10)의 고전압 위험성을 감소시키는 효과가 있다.
지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
(부호의 설명)
21: 부하
22: 부하측 캐패시터
10: 배터리 팩
100: 배터리
200: 고전압 커넥터
310, 320: 스위치
330: 프리차지 저항
340: 제어기
350: 퓨즈

Claims (5)

  1. 배터리의 제1 단과 제1 출력 단자 사이에 연결되는 제1 스위치,
    상기 배터리의 제2 단에 연결되는 제1 단자 및 제2 단자와, 제2 출력 단자에 연결되는 제3 단자 및 제4 단자를 포함하며, 턴 오프 상태에서는 상기 제1 단자와 상기 제3 단자가 도통되고, 턴 온 상태에서는 상기 제2 단자와 상기 제4 단자가 도통되는 제2 스위치,
    상기 제2 스위치의 제3 단자와 상기 제2 출력 단자 사이에 연결되는 프리차지 저항, 및
    상기 제1 스위치가 턴 온 된 시점으로부터 프리차징 기간이 경과하면, 상기 제2 스위치를 턴 온 상태로 제어하는 제어기를 포함하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 스위치는, 초기 상태가 턴 오프 상태인 배터리 팩.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 스위치는, 턴 온 상태에서 상기 배터리의 제1 단과 상기 제1 출력 단자를 도통시키는 배터리 팩.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 스위치는,
    상기 제1 단자, 상기 제2 단자, 상기 제3 단자 및 상기 제4 단자 각각에 대응하는 복수의 고정 접점,
    상기 제1 단자와 상기 제3 단자를 도통시키거나, 상기 제2 단자와 상기 제4 단자를 도통시키는 가동 접점, 및
    전류 인가 여부에 따라서 상기 가동 접점을 제어하는 전자석을 포함하는 배터리 팩.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 배터리의 제1 단과 상기 제1 스위치 사이에 연결되는 퓨즈를 더 포함하는 배터리 팩.
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