WO2022080829A1 - 배터리 장치 - Google Patents

배터리 장치 Download PDF

Info

Publication number
WO2022080829A1
WO2022080829A1 PCT/KR2021/014041 KR2021014041W WO2022080829A1 WO 2022080829 A1 WO2022080829 A1 WO 2022080829A1 KR 2021014041 W KR2021014041 W KR 2021014041W WO 2022080829 A1 WO2022080829 A1 WO 2022080829A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
battery cell
battery
bms
connection terminal
potential
Prior art date
Application number
PCT/KR2021/014041
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
김정욱
김재홍
강춘권
Original Assignee
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엘지화학 filed Critical 주식회사 엘지화학
Priority to CN202180008272.4A priority Critical patent/CN114930671A/zh
Priority to EP21880476.3A priority patent/EP4080719A4/en
Priority to US17/794,056 priority patent/US20230045593A1/en
Priority to JP2022542423A priority patent/JP7475461B2/ja
Publication of WO2022080829A1 publication Critical patent/WO2022080829A1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/4207—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/396—Acquisition or processing of data for testing or for monitoring individual cells or groups of cells within a battery
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/244—Secondary casings; Racks; Suspension devices; Carrying devices; Holders characterised by their mounting method
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/00308—Overvoltage protection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0047—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with monitoring or indicating devices or circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/00712—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M2010/4271—Battery management systems including electronic circuits, e.g. control of current or voltage to keep battery in healthy state, cell balancing
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery device, and more particularly, to a battery device capable of preventing electrical damage to a BMS when a battery cell is connected to a BMS (Battery Management System).
  • BMS Battery Management System
  • a rechargeable battery capable of charging and discharging that is, a battery, is widely used as an energy source for mobile devices such as smartphones.
  • batteries are also used as energy sources for electric vehicles, hybrid electric vehicles, etc., which are suggested as a way to solve air pollution caused by gasoline and diesel vehicles using fossil fuels.
  • Batteries are sometimes classified into lithium ion batteries, lithium ion polymer batteries, and lithium polymer batteries according to the composition of electrodes and electrolytes. .
  • a protection circuit that blocks current in case of overcharge, overdischarge, and overcurrent, a PTC element (Positive Temperature Coefficient Element) that blocks current by greatly increasing resistance when temperature rises, and a current when pressure rises due to gas generation
  • a safety system such as a safety vent to block or exhaust gas is provided, and a multi-cell structure in which a plurality of battery modules are combined has a multi-cell structure to protect the battery cells from overdischarge, overcharge, and overcurrent.
  • a safety system such as a fuse, a bimetal, and a battery management system (BMS) is provided.
  • the BMS is electrically connected to the plurality of battery cells.
  • each battery cell should be electrically connected to the cell connection terminal of the BMS in order to prevent damage to the IC due to the influence of the internal relative potential and the absolute voltage withstand voltage of the integrated circuit (IC). That is, in the process in which the battery cell and the integrated circuit (IC) of the BMS are electrically connected, the withstand voltage value of each connection terminal of the IC is different, so that the IC is destroyed by the high voltage may occur.
  • solder eye is a structure in which an insulating portion is included on the terminal connection member, and electrical connection is not made in the process of arranging the battery cells, but is electrically connected in the process of combining the electrode terminal and the terminal connection member. say structure.
  • this method has a problem of increasing the manufacturing cost due to the addition of materials and processes.
  • a method in which an operator performs soldering in order is used. That is, from a low battery cell to a high battery cell, it must be sequentially connected to the BMS. For example, assuming that first to n-th battery cells are arranged from bottom to top, the first to n-th battery cells are sequentially connected to the BMS.
  • this method there is a possibility of occurrence of defects due to the immaturity of the operator. That is, if the batteries are not sequentially soldered from the low battery cells, cell power is randomly applied to the BMS IC, which may cause electrical damage to the IC.
  • the present invention provides a battery device in which electrical connection between a battery cell and a BMS is sequentially performed.
  • the present invention provides a battery device that includes a switching circuit and automatically blocks a path through which a voltage of a corresponding battery cell is input to a BMS when a voltage of a lower battery cell is not input.
  • a battery device includes a plurality of battery cells; a BMS for managing the plurality of battery cells; and a connection control unit configured to sequentially connect the plurality of battery cells to the BMS, wherein the connection control unit connects the battery cells to the BMS according to the potential of the lower battery cell and the potential of the battery cell.
  • connection control unit is sequentially connected to the BMS from the lowest battery cell to the highest battery cell in one direction.
  • the access control unit allows the battery cells to be connected to the BMS when they are sequentially connected instead of not connected to the BMS when any battery cells are randomly connected.
  • connection control unit is mounted on the board on which the BMS is mounted.
  • connection control unit is provided between a plurality of connection terminals each extending from the plurality of battery cells and an IC connection terminal of the BMS.
  • the connection control unit includes a plurality of switching units.
  • the plurality of switching units are driven according to the potential of the lower battery cell and the potential of the corresponding battery cell to apply the potential of the corresponding battery cell to the BMS.
  • connection control unit allows the lowermost battery cell to be directly connected to the BMS, the uppermost battery cell is connected to the BMS through one switch, and the battery cells between the lowermost battery cell and the uppermost battery cell are connected by two switches. through the BMS.
  • the uppermost battery cell is connected to the BMS through the P-type FET, and the battery cells between the lowermost battery cell and the uppermost battery cell are connected to the BMS through the P-type FET and the N-type FET.
  • the P-type FETs of the battery cells between the lowermost battery cell and the uppermost battery cell are driven according to the potential of the lower battery cell and the potential of the corresponding battery cell to transfer the potential of the corresponding battery cell to the BMS, and the N-type FET is the ground potential and the potential of the corresponding battery cell to maintain the initial potential of the P-type FET of the upper battery cell.
  • It further includes a diode connected in parallel to the P-type FET and the N-type FET, respectively.
  • a connection control unit is provided between the connection terminal of the battery cell and the IC connection terminal of the BMS, and the battery cells are sequentially connected to the BMS by the connection control unit. That is, the connection control unit may sequentially connect the BMS's IC from a low-order battery cell to a high-order battery cell, ie, from a low-order to a high-order battery cell.
  • the connection control unit may sequentially connect the BMS's IC from a low-order battery cell to a high-order battery cell, ie, from a low-order to a high-order battery cell.
  • the corresponding battery cells may be connected to the BMS only when they are not connected to the BMS and connected in order.
  • FIG. 1 is a block diagram of a battery device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a partial circuit diagram of a battery device according to an embodiment of the present invention.
  • 3 and 4 are schematic diagrams for explaining a method of driving a battery device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating the configuration of a battery device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a partial circuit diagram of a battery device according to an embodiment of the present invention, and is a circuit diagram for explaining a connection control unit constituting the battery device.
  • a battery device includes a battery 100 including a plurality of battery cells 110 to 150 , a BMS 200 managing the battery 100 , and a BMS 200 . ) and may include a connection control unit 300 configured to sequentially connect the battery cells 110 to 140 to the BMS 200 .
  • the battery 100 is an electrical energy source that provides energy to the power consuming device to drive the power consuming device.
  • the power consuming device may include a mobile device such as a smart phone, an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, and the like.
  • the battery 100 may include at least one battery pack, each of the at least one battery pack may include a plurality of battery modules, and the battery module may include a plurality of chargeable and dischargeable battery cells. That is, the battery 100 includes a plurality of battery cells, a plurality of battery cells may be bundled into a predetermined unit to form a battery module, and a plurality of battery modules may form one battery pack. Also, although not shown, a plurality of battery cells constituting the battery 100 may be sequentially connected in one direction.
  • the plurality of battery cells 110 to 140 may be connected in one direction, for example, in a vertical direction, and the first to nth battery cells may be sequentially connected from the lower side. Meanwhile, the plurality of battery cells may be connected in series and/or in parallel in various ways to meet the specification of the power consuming device. Of course, a plurality of battery packs each including a plurality of battery cells 110 to 140 may also be connected in series and/or in parallel.
  • the type of the battery cell is not particularly limited, and may include, for example, a lithium ion battery, a lithium polymer battery, a nickel cadmium battery, a nickel hydride battery, a nickel zinc battery, and the like.
  • the BMS 200 estimates the state of the battery 100 and manages the battery pack 100 using the estimated state information. For example, state information of the battery 100 such as SOC, state of health (SOH), maximum input/output power tolerance, and output voltage of the battery 100 is estimated and managed. Then, the charging or discharging of the battery 100 is controlled using this state information.
  • the BMS 200 according to the present invention includes an SOC estimation device for estimating the SOC of the battery 100 .
  • the BMS 200 controls cell balancing for balancing the state of charge of each battery cell. That is, a battery cell having a relatively high state of charge may be discharged and a battery cell having a relatively low state of charge may be charged.
  • a sensing unit for sensing the state of the battery 100 may be further included.
  • the sensing unit may include a current sensor sensing a current of the battery 100 , a voltage sensor sensing a voltage, and a temperature sensor sensing a temperature. At this time, at least one current sensor, voltage sensor, and temperature sensor may be provided, respectively.
  • the BMS 200 performing various functions as described above may be made of various components and mounted on a predetermined substrate. That is, a plurality of components for SOC estimation, a plurality of components for cell balancing, a plurality of components constituting the sensing unit, and other passive elements may be mounted on the substrate.
  • connection control unit 300 sequentially connects the battery cells 110 to 140 to the BMS 200 . That is, the connection control unit 300 sequentially connects the plurality of battery cells 110 to 140 to the BMS 200 one by one.
  • the connection control unit 300 may be provided between the battery 100 and the BMS 200 , and may be mounted on a board on which the BMS 200 is mounted. That is, the connection control unit 300 may be provided on a substrate between the plurality of battery cells 110 to 150 and the IC of the BMS 200 . Accordingly, the access control unit 300 may be a part of the BMS 200 . Meanwhile, in FIG.
  • VOO, V01, V02, and V03 are connection terminals of each of the battery cells 110 to 140, and VC00, VC01, VC02, and VC03 are IC connection terminals inside the BMS 200. That is, the connection control unit 300 is provided between the connection terminals VOO, V01, V02 and V03 of each battery cell 110 to 140 and the IC connection terminals VC00, VC01, VC02, VC03 of the BMS 200, each The connection between the battery cells 110 to 140 and the IC of the BMS 200 is controlled.
  • the connection control unit 300 may include a plurality of switching units 310 to 330 to control the connection with the BMS 200 of each of the plurality of battery cells 110 to 140 .
  • the lowermost battery cell 110 is directly connected to the BMS 200, that is, the IC, and the remaining battery cells 120 to 140 are connected to the BMS 200 through the switching units 310 to 330, respectively.
  • each of the plurality of switching units 310 to 330 may be switched according to the potential of the lower connection terminal and the potential of the corresponding connection terminal. That is, the first switching unit 310 is driven according to the voltage of the first battery cell 110 from the first connection terminal V00 and the voltage of the second battery cell 120 from the second connection terminal VO1 .
  • the voltage of the second connection terminal V01 may be transferred to the second IC connection terminal VC01.
  • the second switching unit 320 is driven according to the voltage of the second battery cell 120 from the second connection terminal V01 and the voltage of the third battery cell 130 from the third connection terminal VO2.
  • the voltage of the third connection terminal V02 may be transferred to the third IC connection terminal VC02.
  • the third switching unit 330 is driven according to the voltage of the third battery cell 130 from the third connection terminal V02 and the voltage of the fourth battery cell 140 from the fourth connection terminal VO3.
  • the voltage of the fourth connection terminal V03 may be transferred to the fourth IC connection terminal VC03.
  • connection control unit 300 The configuration of the connection control unit 300 will be described in more detail as follows.
  • the lowermost battery cell 110 is directly connected to the IC of the BMS (200). That is, the connection terminal V00 of the lowermost battery cell 110 , that is, the first connection terminal V00 is directly connected to the first IC connection terminal VC00 of the BMS 200 without passing through a switching unit. In addition, the connection terminal V00 of the lowermost battery cell 110 maintains the ground potential.
  • the first switching unit 310 may be provided between the connection terminal V01 of the second battery cell 120 , that is, the second connection terminal V01 and the second IC connection terminal VC01 of the BMS 200 . .
  • the first switching unit 310 is driven according to the potential of the first connection terminal V00 and the potential of the second connection terminal V01 to the potential of the second battery cell 120 , that is, the voltage of the second connection terminal V01 .
  • the potential may be transferred to the second IC connection terminal VC01 of the BMS 200 .
  • the first switching unit 310 may control the second switching unit 320 according to the potential of the second connection terminal V01 .
  • the first switching unit 310 may include a first switch 311 and a second switch 312 .
  • the first switch 311 is driven according to the potential of the first connection terminal V00 and the potential of the second connection terminal V01 to change the potential of the second connection terminal V01 to the second IC of the BMS 200 . It is transmitted to the connection terminal (VC01).
  • the second switch 312 is driven according to the potential of the second connection terminal V01 transmitted through the first switch 311 to control the initial driving of the second switching unit 320 .
  • the first and second switches 311 and 312 of the first switching unit 310 will be described in more detail as follows.
  • the first switch 311 may include a first FET 311a and a first diode 311b.
  • the first FET 311a is driven according to the potentials of the first connection terminal V00 and the second connection terminal V01 (ie, the voltage of the first battery cell 110 and the voltage of the second battery cell 120 ). driven accordingly) to transfer the voltage of the second battery cell 120 . That is, the gate terminal of the first FET 311a may be connected to the connection point of the first connection terminal V00 and the second connection terminal V01 , that is, the first node Q11 .
  • the first resistor R11 may be provided between the gate terminal of the first FET 311a and the second connection terminal VC01.
  • the potential of the second connection terminal VC01 may be applied to the gate terminal of the first FET 311a together with the potential of the first connection terminal V00 through the first resistor R11.
  • This first FET 311a may be a P-type FET.
  • the first FET 311a has a gate terminal connected to the first node Q11 , a drain terminal connected to the second connection terminal V01 , and a source terminal connected to the second FET 312a of the second switch 312 .
  • the first diode 311b is connected in parallel to the first FET 311a. In this case, the first diode 311b may be connected in the reverse direction to the current movement path from the second connection terminal V01 to the second IC connection terminal VC01.
  • the first diode 311b is a connection point between the source terminal of the first FET 311a and the gate terminal of the second FET 312a, that is, the third node Q13 and the second connection terminal V01, that is, the second A forward connection may be made between the nodes Q12.
  • the first diode 311b blocks the path from the second connection terminal V01 to the second IC connection terminal VC01 until the first FET 311a is turned on.
  • the second switch 312 may include a second FET 312a and a second diode 312b.
  • the second FET 311a is driven according to the output terminal and the ground terminal of the first switch 311 to transmit the output of the first switch 311, that is, the voltage of the second battery cell 120 to the second IC connection terminal VC01 ) is transmitted to That is, the gate terminal of the second FET 312a may be connected to a connection point between the source terminal and the ground terminal of the first FET 311a , that is, the third node Q13 .
  • the drain terminal of the second FET 312a is connected to the gate terminal of the upper P-type FET, that is, the first FET 321a of the first switch 321 of the second switching unit 320, and the source terminal is grounded. terminal can be connected. That is, the second FET 312a may be connected to the gate terminal of the third switch 321 that transfers the potential of the third connection terminal V02 to the third IC connection terminal VC02.
  • the second resistor R12 may be provided between the gate terminal and the ground terminal of the second FET 312a. Accordingly, the output potential of the first switch 311 may be applied to the ground potential and the gate terminal of the second FET 312a through the second resistor R12.
  • This second FET 312a may be an N-type FET.
  • the second FET 312a has a gate terminal connected to the third node Q13, a drain terminal connected to a gate terminal of the third switch 321, that is, a fifth node Q15, and a source terminal connected to a ground terminal and can be connected
  • the second diode 312b is connected in parallel to the second FET 312a.
  • the second diode 312b may be connected in the reverse direction to the current movement path from the second connection terminal V01 to the second IC connection terminal VC01. That is, the second diode 312b may be connected in reverse between the drain terminal and the source terminal of the second FET 312a.
  • the second diode 312b maintains the potential of the third FET 321a of the third switch until the second FET 312a is turned on.
  • the second switching unit 320 may be provided between the connection terminal V02 of the third battery cell 130 , that is, the third connection terminal V02 and the third IC connection terminal VC02 of the BMS 200 . .
  • the second switching unit 320 is driven according to the potential of the second connection terminal V01 and the potential of the third connection terminal V02 to the potential of the third battery cell 130 , that is, the third connection terminal V02.
  • the potential may be transferred to the third IC connection terminal VC02 of the BMS 200 .
  • the second switching unit 320 may control the third switching unit 330 according to the potential of the third connection terminal V02 .
  • the second switching unit 320 may include a third switch 321 and a fourth switch 322 .
  • the third switch 321 is driven according to the potential of the second connection terminal V01 and the potential of the third connection terminal V02 to change the potential of the third connection terminal V02 to the third IC of the BMS 200 . It is transmitted to the connection terminal (VC02).
  • the fourth switch 322 is driven according to the potential of the third connection terminal V02 transmitted through the third switch 321 to control the initial driving of the third switching unit 330 .
  • the third and fourth switches 321 and 322 of the second switching unit 320 will be described in more detail as follows.
  • the third switch 321 may include a third FET 321a and a third diode 321b.
  • the third FET 321a is driven according to the potentials of the second connection terminal V01 and the third connection terminal V02 (ie, the voltage of the second battery cell 120 and the voltage of the third battery cell 130 ). is driven according to) and transmits the voltage of the third battery cell 130 . That is, the gate terminal of the third FET 321a may be connected to the connection point of the drain terminal of the second FET 312a and the third resistor R13, that is, the fifth node Q15. In this case, a third resistor R13 may be provided between the gate terminal of the third FET 321a and the third connection terminal VC02.
  • the potential of the third connection terminal VC02 may be applied to the gate terminal of the third FET 321a together with the potential of the second connection terminal V01 through the third resistor R13.
  • This third FET 321a may be a P-type FET. That is, the third FET 321a has a gate terminal connected to the fifth node Q15, a drain terminal connected to the third connection terminal V02, and a source terminal connected to the fourth FET ( 322a) may be connected to the gate terminal.
  • the third diode 321b is connected in parallel to the third FET 321a. In this case, the third diode 321b may be connected in the reverse direction to the current movement path from the third connection terminal V02 to the third IC connection terminal VC02.
  • the third diode 321b is a connection point between the source terminal of the third FET 321a and the gate terminal of the fourth FET 322a, that is, the seventh node Q17 and the third connection terminal V02, that is, the sixth diode 321b.
  • a forward connection may be made between the nodes Q16.
  • This third diode 321b blocks the path from the third connection terminal V02 to the third IC connection terminal VC02 until the third FET 321a is turned on.
  • the fourth switch 322 may include a fourth FET 322a and a fourth diode 322b.
  • the fourth FET 321a is driven according to the output terminal and the ground terminal of the third switch 321 to apply the output of the third switch 321, that is, the voltage of the third battery cell 130 to the third IC connection terminal VC02 ) is transmitted to That is, the gate terminal of the fourth FET 322a may be connected to the connection point between the source terminal and the ground terminal of the third FET 321a , that is, the seventh node Q17 .
  • the fourth FET 322a has a drain terminal connected to the gate terminal of the upper P-type FET, that is, the fifth FET 331a of the fifth switch 331 of the third switching unit 330 , and the source terminal is grounded. terminal can be connected. That is, the fourth FET 322a may be connected to the gate terminal of the fifth switch 331 that transfers the potential of the fourth connection terminal V03 to the fourth IC connection terminal VC03.
  • a fourth resistor R14 may be provided between the gate terminal and the ground terminal of the fourth FET 322a. Accordingly, the output potential of the third switch 321 may be applied to the ground potential and the gate terminal of the fourth FET 322a through the fourth resistor R14.
  • This fourth FET 322a may be an N-type FET. That is, the fourth FET 322a has a gate terminal connected to the seventh node Q17, a drain terminal connected to the gate terminal of the fifth switch 331, that is, a ninth node Q19, and a source terminal connected to ground. terminal can be connected.
  • the fourth diode 322b is connected in parallel to the fourth FET 322a. In this case, the fourth diode 322b may be connected in the reverse direction to the current movement path from the third connection terminal V02 to the third IC connection terminal VC02. That is, the fourth diode 322b may be connected in reverse between the drain terminal and the source terminal of the fourth FET 322a.
  • the fourth diode 322b maintains the potential of the fifth FET 331a of the fifth switch until the fourth FET 322a is turned on.
  • the third switching unit 330 may be provided between the connection terminal V03 of the fourth battery cell 140 , that is, the fourth connection terminal V03 and the fourth IC connection terminal VC03 of the BMS 200 . .
  • the third switching unit 330 is driven according to the potential of the third connection terminal V02 and the potential of the fourth connection terminal V03 to the potential of the fourth battery cell 140 , that is, the voltage of the fourth connection terminal V03.
  • a potential may be transferred to the fourth IC connection terminal VC03 of the BMS 200 .
  • the third switching unit 330 may include a fifth switch 331 .
  • the fifth switch 331 is driven according to the potential of the third connection terminal V02 and the potential of the fourth connection terminal V03 to change the potential of the fourth connection terminal V03 to the fourth IC of the BMS 200 . It is transmitted to the connection terminal (VC03).
  • the fifth switch 331 of the third switching unit 330 will be described in more detail as follows.
  • the fifth switch 331 may include a fifth FET 331a and a fifth diode 331b.
  • the fifth FET 331a is driven according to the potentials of the third connection terminal V02 and the fourth connection terminal V03 (ie, the voltage of the third battery cell 130 and the voltage of the fourth battery cell 140 ). driven according to) to transmit the voltage of the fourth battery cell 140 . That is, the gate terminal of the fifth FET 331a may be connected to the connection point of the drain terminal of the fourth FET 322a and the fifth resistor R15 , that is, the tenth node Q20 . In this case, a fifth resistor R15 may be provided between the gate terminal of the fifth FET 331a and the fourth connection terminal VC03.
  • the potential of the fourth connection terminal VC03 may be applied to the gate terminal of the fifth FET 331a together with the potential of the third connection terminal V02 through the fifth resistor R15.
  • This fifth FET 331a may be a P-type FET. That is, the fifth FET 331a may have a gate terminal connected to the ninth node Q19, a drain terminal connected to the fourth connection terminal V03, and a source terminal connected to the fourth IC connection terminal VC03. there is.
  • the fifth diode 331b is connected in parallel to the fifth FET 331a. In this case, the fifth diode 331b may be connected in the reverse direction to the current movement path from the fourth connection terminal V03 to the fourth IC connection terminal VC03.
  • the fifth diode 331b may be forwardly connected between the connection point of the source terminal of the fifth FET 331a and the fourth IC connection terminal VC03 and the fourth connection terminal V03, that is, the tenth node Q20. there is.
  • This fifth diode 331b blocks the path from the fourth connection terminal V03 to the fourth IC connection terminal VC03 until the fifth FET 331a is turned on.
  • connection terminal of the lowermost battery cell 110 that is, the first connection terminal V00 is directly connected to the first IC connection terminal VC00 of the BMS 200
  • connection terminal that is, the fourth connection terminal V03 is connected to the fourth IC connection terminal VC03 through the third switch 330 including one P-type FET 331a.
  • the connection terminals V01 and V02 of the switch 311 each include P-type FETs 311a and 321a, respectively.
  • connection control unit 300 connects the battery cells 120 and 130 between the lowermost battery cell 110 and the uppermost battery cell 140 by connecting the P-type FETs 311a and 321a, respectively.
  • the switching units 310 and 320 are configured including the switches 311 and 321 including the switches and the switches 312 and 322 including the N-type FETs 312a and 322a, respectively, and the uppermost battery cell 110 is connected.
  • the switching unit 330 made of the P-type FET 331 is configured.
  • the connection control unit 300 allows the first connection terminal V00 of the lowermost battery cell 110 to be directly connected to the first IC connection terminal VC00 of the BMS 200 .
  • the connection control unit 300 may be sequentially connected to the IC of the BMS 200 from a battery cell having a lower order to a battery cell having a higher order, that is, from a lower order to a higher order.
  • the corresponding battery cells may be connected to the IC of the BMS 200 only when they are sequentially connected without being connected to the IC of the BMS 200 .
  • FIGS. 3 and 4 A method of driving a battery device according to an embodiment of the present invention, that is, a method of connecting a battery cell and a BMS is illustrated in FIGS. 3 and 4 .
  • FIG. 3 is a schematic diagram of a case in which battery cells are connected in the order of the first, second, third, and fourth battery cells 110 , 120 , 130 , and 140 from a lower order to a higher order.
  • FIG. 4 is a schematic diagram of a case in which battery cells are connected randomly rather than sequentially.
  • connection terminal V00 of the first battery cell 110 is connected to the first IC connection terminal VC00 to maintain a ground potential (1).
  • the second connection terminal V01 that is, the second connection terminal V01 of the second battery cell 120 is connected to the second IC of the BMS 200 .
  • the gate terminal of the first FET 311a that is, the first node Q11, maintains the potential of the first connection terminal V00 and the potential of the second connection terminal V01. .
  • the first FET 311a is turned on, and accordingly, the potential of the second connection terminal V01 is applied to the second IC connection terminal VC01 (2). That is, the second battery cell 120 is connected to the IC of the BMS 200 .
  • the potential of the second connection terminal V01 applied through the first FET 311a is applied to the gate terminal of the second FET 312a to turn on the second FET 312a. Since the second FET 312a is turned on, the fifth node Q15 may maintain the ground potential.
  • the third battery cell 130 in a state where the potential of the second battery cell 120 is applied to the second IC connection terminal VC01 through the second connection terminal V01 and the fifth node Q15 maintains the ground potential ) is applied through the third connection terminal V02, the gate terminal of the third FET 321a, that is, the fifth node Q15, maintains the ground potential and the potential of the third connection terminal V02. Accordingly, the third FET 321a is turned on, and accordingly, the potential of the third connection terminal V02 is applied to the third IC connection terminal VC02 (3). That is, the third battery cell 130 is connected to the IC of the BMS 200 .
  • the potential of the third connection terminal V02 applied through the third FET 321a is applied to the gate terminal of the fourth FET 322a to turn on the fourth FET 322a. Since the fourth FET 332a is turned on, the ninth node Q19 may maintain the ground potential.
  • the fourth battery cell 140 in a state where the potential of the third battery cell 130 is applied to the third IC connection terminal VC02 through the third connection terminal V02 and the ninth node Q19 maintains the ground potential ) is applied through the fourth connection terminal V03, the gate terminal of the fifth FET 331a, ie, the ninth node Q19, maintains the ground potential and the potential of the fourth connection terminal V03. Accordingly, the fifth FET 331a is turned on, and accordingly, the potential of the fourth connection terminal V03 is applied to the fourth IC connection terminal VC03 (4). That is, the fourth battery cell 140 is connected to the IC of the BMS 200 .
  • the first, second, third, and fourth battery cells 110 , 120 , 130 , 140 may be connected to the IC of the BMS 200 in the order from the lowest to the highest.
  • the third battery cell 110 in a state (1) in which the connection terminal V00 of the first battery cell 110 is connected to the first IC connection terminal VC00 to maintain the ground potential (1).
  • the connection terminal V01 since the second battery cell 120 is not connected to the BMS 200 , the third battery cell 130 is not connected to the BMS 200 .
  • the connection terminal V01 of the second battery cell 120 after the second battery cell 120 is connected to the BMS 200 , as described in FIG. 3 , the third battery cell 130 . It can be connected to the BMS (200).
  • connection control unit 300 may be sequentially connected to the IC of the BMS 200 from a battery cell having a lower order to a battery cell having a higher order, that is, from a lower order to a higher order.
  • the corresponding battery cells may be connected to the IC of the BMS 200 only when they are sequentially connected without being connected to the IC of the BMS 200 .

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

본 발명은 복수의 배터리 셀; 상기 복수의 배터리 셀을 관리하는 BMS; 및 상기 복수의 배터리 셀을 순서적으로 상기 BMS에 접속되도록 하는 접속 제어부를 포함하며, 상기 접속 제어부는 하측 배터리 셀의 전위와 해당 배터리 셀의 전위에 따라 해당 배터리 셀을 BMS에 접속시키는 배터리 장치를 제공한다.

Description

배터리 장치
본 발명은 배터리 장치에 관한 것으로, 특히 배터리 셀과 BMS(Battery Management System)의 연결 시 BMS의 전기적 데미지를 방지할 수 있는 배터리 장치에 관한 것이다.
충방전이 가능한 이차전지, 즉 배터리(battery)는 스마트폰 등의 모바일 기기의 에너지원으로 널리 사용되고 있다. 뿐만 아니라, 배터리는 화석 연료를 사용하는 가솔린 차량, 디젤 차량 등에 의한 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되는 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차 등의 에너지원으로도 사용되고 있다.
배터리를 이용하는 애플리케이션의 종류는 배터리의 장점으로 인해 매우 다양화되고 있으며, 향후에는 지금보다는 많은 분야와 제품들에 배터리가 적용될 것으로 예상된다
배터리는 전극과 전해액의 구성에 따라 리튬이온 전지, 리튬이온 폴리머 전지, 리튬 폴리머 전지 등으로 분류되기도 하며, 그 중 전해액의 누액 가능성이 적으며, 제조가 용이한 리튬이온 폴리머 전지의 사용량이 늘어나고 있다.
이렇게 배터리는 다양한 제품의 에너지원으로 널리 사용되고 있지만, 각종 가연성 물질들이 내장되어 있어서 과충전, 과전류, 기타 물리적 외부 충격 등에 의해 발열, 폭발 등의 위험성이 있다. 이러한 문제를 방지하기 위해 과충전, 과방전, 과전류 시 전류를 차단하는 보호 회로, 온도 상승 시 저항이 크게 증가하여 전류를 차단하는 PTC 소자(Positive Temperature Coefficient Element), 가스 발생에 따른 압력 상승 시 전류를 차단하거나 가스를 배기하는 안전 벤트 등의 안전 시스템이 구비되어 있고, 다수의 전지 모듈들이 조합된 구조로 이루어진 멀티-셀 구조의 중대형 전지팩에는 과방전, 과충전, 과전류 등으로부터 전지셀을 보호하기 위한 퓨즈, 바이메탈, 배터리 관리 시스템(Battery Management System; BMS) 등의 안전 시스템이 구비되어 있다.
BMS는 복수의 배터리 셀과 전기적으로 연결된다. 이때, 배터리 셀과 BMS 연결 시 집적 회로(IC)의 내부적인 상대 전위 및 절대 전위 내압치의 영향으로 인한 IC의 손상 방지를 위해 BMS의 셀 연결 단자에 각 배터리 셀들이 전기적으로 접속되어야 한다. 즉, 배터리 셀과 BMS의 집적 회로(IC)가 전기적으로 연결되는 과정에서 IC의 연결 단자 별 내압 전압값이 상이하여 IC가 고압에 의해 파괴되는 문제가 발생될 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위한 종래의 방식으로는 솔더 아이(Solder eye)를 적용하여 배터리 셀과 BMS를 물리적으로 먼저 연결한 후 전기적으로 연결하는 방식을 사용하할 수 있다. 여기서, 솔더 아이(Solder eye)란 단자 접속 부재상에 절연 부위가 포함된 구조로, 배터리 셀들의 배열 과정에서는 전기적 접속이 이루어지지 않고, 전극 단자와 단자 접속 부재의 결합 과정에서 전기적으로 접속되도록 하는 구조를 말한다. 그러나, 이러한 방식은 재료 및 공정 추가로 인한 제조 비용을 상승시키는 문제가 있다.
상기 문제를 해결하기 위한 종래의 다른 방식으로는 작업자가 순서에 맞게 솔더링(soldering)을 진행하는 방식을 사용한다. 즉, 낮은 배터리 셀부터 높은 배터리 셀까지 순차적으로 BMS에 연결하여야 한다. 예를 들어, 아래로부터 위로 제1번 내지 제n번 배터리 셀이 배열된 경우를 가정하면 제1번 배터리 셀부터 제n번 배터리 셀까지 순차적으로 BMS에 연결한다. 그러나, 이러한 방식은 작업자의 미숙으로 인한 불량 발생 가능성이 존재하게 된다. 즉, 낮은 배터리 셀로부터 순차적으로 솔더링되지 않는 경우 랜덤으로 BMS IC에 셀 전원이 인가되어 IC에 전기적 대미지가 발생할 수 있다. 즉, IC 동작을 위한 전원은 배터리 셀로부터 받는데, 그라운드를 먼저 연결하지 않거나 예를 들어 제1번 내지 제n번 배터리 셀 중 중간부터 연결하게 되면 IC의 입력핀에 4.2V 이상이 인가되면 안됨에도 불구하고 두개 이상의 배터리 셀이 연결되어 허용 전압 이상이 IC에 인가되어 전기적 데미지를 받게 된다. 전기적 데미지는 전류 또는 전압이 허용값 이상으로 인가되어 IC에 고장을 일으키게 된다.
이와 관련하여 알려진 선행기술문헌으로는 한국등록특허 제10-1680189호가 있다.
본 발명은 배터리 셀과 BMS의 전기적 접속이 순차적으로 이루어지는 배터리 장치를 제공한다.
본 발명은 스위칭 회로를 구비하여 하위 배터리 셀의 전압이 입력되지 않으면 해당 배터리 셀의 전압이 BMS로 입력되는 경로를 자동으로 차단하는 배터리 장치를 제공한다.
본 발명의 일 양태에 따른 배터리 장치는 복수의 배터리 셀; 상기 복수의 배터리 셀을 관리하는 BMS; 및 상기 복수의 배터리 셀을 순서적으로 상기 BMS에 접속되도록 하는 접속 제어부를 포함하며, 상기 접속 제어부는 하측 배터리 셀의 전위와 해당 배터리 셀의 전위에 따라 해당 배터리 셀을 BMS에 접속시킨다.
상기 접속 제어부는 일 방향으로 최하측 배터리 셀로부터 최상측 배터리 셀까지 순서적으로 BMS와 연결되도록 한다.
상기 접속 제어부는 임의의 배터리 셀이 랜덤으로 연결되는 경우 해당 배터리 셀은 BMS와 연결되지 않고 순서대로 연결되는 경우 BMS와 연결되도록 한다.
상기 접속 제어부는 상기 BMS가 실장된 기판 상에 실장된다.
상기 접속 제어부는 상기 복수의 배터리 셀로부터 각각 연장된 복수의 연결 단자와 BMS의 IC 연결 단자 사이에 마련된다.
상기 접속 제어부는 복수의 스위칭부를 포함한다.
상기 복수의 스위칭부는 하측 배터리 셀의 전위와 해당 배터리 셀의 전위에 따라 구동되어 해당 배터리 셀의 전위를 BMS에 인가한다.
상기 접속 제어부는 최하측 배터리 셀이 BMS와 직접 연결되도록 하고, 최상측 배터리 셀은 하나의 스위치를 통해 BMS와 연결되도록 하며, 최하측 배터리 셀과 최상측 배터리 셀 사이의 배터리 셀들은 두개의 스위치를 통해 BMS와 연결되도록 한다.
최상측 배터리 셀은 P형 FET를 통해 BMS와 연결되고, 최하측 배터리 셀과 최상측 배터리 셀 사이의 배터리 셀들은 P형 FET 및 N형 FET를 통해 BMS와 연결된다.
최하측 배터리 셀과 최상측 배터리 셀 사이의 배터리 셀들의 P형 FET는 하측 배터리 셀의 전위와 해당 배터리 셀의 전위에 따라 구동되어 해당 배터리 셀의 전위를 BMS에 전달하고, N형 FET는 접지 전위와 해당 배터리 셀의 전위에 따라 구동되어 상측 배터리 셀의 P형 FET의 초기 전위를 유지한다.
상기 P형 FET 및 상기 N형 FET와 각각 병렬 연결된 다이오드를 더 포함한다.
본 발명은 배터리 셀의 연결 단자와 BMS의 IC 연결 단자 사이에 접속 제어부를 마련하고, 접속 제어부에 의해 배터리 셀을 순차적으로 BMS에 접속되도록 할 수 있다. 즉, 접속 제어부는 순서가 낮은 배터리 셀로부터 순서가 높은 배터리 셀로, 즉 낮은 순서로부터 높은 순서로 순서적으로 BMS의 IC와 연결할 수 있다. 또한, 순서대로 연결되지 않고 임의의 배터리 셀이 랜덤으로 연결되는 경우 해당 배터리 셀은 BMS와 연결되지 않고 순서대로 연결되는 경우에만 BMS와 연결될 수 있다.
따라서, 솔더 아이(Solder eye)를 적용하지 않아도 되므로 제조 비용의 상승 문제를 방지할 수 있다. 또한, 작업자가 순서에 맞게 솔더링(soldering)을 진행하는 경우에도 작업자의 미숙으로 인한 불량 발생, 즉 BMS(200)의 IC에 전기적 데미지을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 장치의 블럭도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 장치의 일부 회로도.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 장치의 구동 방법을 설명하기 위한 개략도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 장치의 구성을 설명하기 위한 블럭도이다. 또한, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 장치의 일부 회로도로서, 배터리 장치를 구성하는 접속 제어부를 설명하기 위한 회로도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예들에 따른 배터리 장치는 복수의 배터리 셀(110 내지 150)을 포함하는 배터리(100)와, 배터리(100)를 관리하는 BMS(200)와, BMS(200) 내에 마련되며 배터리 셀(110 내지 140)을 순차적으로 BMS(200)에 접속되도록 하는 접속 제어부(300)를 포함할 수 있다.
1. 배터리
배터리(100)는 전력 소모 장치에 에너지를 제공하여 전력 소모 장치를 구동시키는 전기 에너지원이다. 여기서, 전력 소모 장치는 스마트폰 등의 모바일 기기, 전기 자동차, 하이브리드 전기 자동차 등을 포함할 수 있다. 배터리(100)는 적어도 하나의 배터리 팩을 포함할 수 있고, 적어도 하나의 패터리 팩은 각각 복수의 배터리 모듈을 포함할 수 있으며, 배터리 모듈은 충방전 가능한 복수의 배터리 셀 포함할 수 있다. 즉, 배터리(100)는 복수의 배터리 셀을 포함하고, 복수의 배터리 셀을 소정 단위로 묶어 배터리 모듈을 이룰 수도 있으며, 복수의 배터리 모듈이 하나의 배터리 팩을 이룰 수 있다. 또한, 도시되지 않았지만 배터리(100)를 이루는 복수의 배터리 셀은 일 방향으로 순서적으로 연결될 수 있다. 즉, 복수의 배터리 셀(110 내지 140)이 일 방향, 예를 들어 수직 방향으로 연결되고, 하측으로부터 순서적으로 제 1 배터리 셀 내지 제 n 배터리 셀이 연결될 수 있다. 한편, 복수의 배터리 셀은 전력 소모 장치의 스펙(specification)에 부합되도록 다양한 방법으로 직렬 및/또는 병렬 연결될 수 있다. 물론, 복수의 배터리 셀(110 내지 140)을 각각 포함하는 복수의 배터리 팩 또한 직렬 및/또는 병렬 연결될 수 있다. 여기서, 배터리 셀의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등으로 구성할 수 있다.
2. BMS
BMS(200)는 배터리(100)의 상태를 추정하고, 추정한 상태 정보를 이용하여 배터리 팩(100)을 관리한다. 예컨대, 배터리(100)의 SOC, 수명(State of Health; SOH), 최대 입출력 전력 허용량, 출력 전압 등 배터리(100)의 상태 정보를 추정하고 관리한다. 그리고, 이러한 상태 정보를 이용하여 배터리(100)의 충전 또는 방전을 제어한다. 본 발명에 따른 BMS(200)는 배터리(100)의 SOC를 추정하기 위한 SOC 추정 장치를 포함한다. 또한, BMS(200)는 각 배터리 셀의 충전 상태의 균형을 맞추기 위한 셀 밸런싱을 제어한다. 즉, 충전 상태가 비교적 높은 배터리 셀은 방전시키고 충전 상태가 비교적 낮은 배터리 셀은 충전시킬 수 있다. 한편, BMS(200)를 이용하여 배터리(100)를 관리하기 위해 배터리(100)의 상태를 센싱하는 센싱부를 더 포함할 수 있다. 센싱부는 배터리(100)의 전류를 센싱하는 전류 센서, 전압을 센싱하는 전압 센서, 온도를 센싱하는 온도 센서를 포함할 수 있다. 이때, 전류 센서, 전압 센서 및 온도 센서는 각각 적어도 하나 마련될 수 있다. 이렇게 다양한 기능을 수행하는 BMS(200)는 다양한 부품들로 이루어져 소정의 기판 상에 실장될 수 있다. 즉, 기판 상에 SOC 추정을 위한 복수의 부품, 셀 밸런싱을 위한 복수의 부품, 센싱부를 구성하는 복수의 부품, 그 이외에 수동 소자 등이 실장될 수 있다.
3. 접속 제어부
접속 제어부(300)는 배터리 셀(110 내지 140)을 순차적으로 BMS(200)에 접속되도록 한다. 즉, 접속 제어부(300)는 복수의 배터리 셀(110 내지 140)를 하나씩 순차적으로 BMS(200)에 접속되도록 한다. 이를 위해 접속 제어부(300)는 배터리(100)와 BMS(200) 사이에 마련될 수 있고, BMS(200)가 실장된 기판 상에 실장될 수 있다. 즉, 접속 제어부(300)는 복수의 배터리 셀(110 내지 150)과 BMS(200)의 IC 사이의 기판 상에 마련될 수 있다. 따라서, 접속 제어부(300)는 BMS(200)의 일부일 수 있다. 한편, 도 2에서 VOO, V01, V02 및 V03는 각 배터리 셀(110 내지 140)의 연결 단자이고, VC00, VC01, VC02, VC03는 BMS(200) 내부의 IC 연결 단자이다. 즉, 접속 제어부(300)는 각 배터리 셀(110 내지 140)의 연결 단자(VOO, V01, V02 및 V03)와 BMS(200)의 IC 연결 단자(VC00, VC01, VC02, VC03) 사이에 마련되어 각 배터리 셀(110 내지 140)과 BMS(200)의 IC와의 연결을 제어한다.
이러한 접속 제어부(300)는 복수의 배터리 셀(110 내지 140) 각각의 BMS(200)와의 연결을 제어하도록 복수의 스위칭부(310 내지 330)를 포함할 수 있다. 이때, 최하측의 배터리 셀(110)은 BMS(200), 즉 IC와 직접 연결되고, 그 이외의 나머지 배터리 셀(120 내지 140)은 스위칭부(310 내지 330)를 통해 BMS(200)와 각각 연결될 수 있다. 여기서, 복수의 스위칭부(310 내지 330) 각각은 하측의 연결 단자의 전위와 해당 연결 단자의 전위에 따라 스위칭될 수 있다. 즉, 제 1 스위칭부(310)는 제 1 연결 단자(V00)로부터의 제 1 배터리 셀(110)의 전압과 제 2 연결 단자(VO1)로부터의 제 2 배터리 셀(120)의 전압에 따라 구동되어 제 2 연결 단자(V01)의 전압을 제 2 IC 연결 단자(VC01)으로 전달할 수 있다. 또한, 제 2 스위칭부(320)는 제 2 연결 단자(V01)로부터의 제 2 배터리 셀(120)의 전압과 제 3 연결 단자(VO2)로부터의 제 3 배터리 셀(130)의 전압에 따라 구동되어 제 3 연결 단자(V02)의 전압을 제 3 IC 연결 단자(VC02)으로 전달할 수 있다. 그리고, 제 3 스위칭부(330)는 제 3 연결 단자(V02)로부터의 제 3 배터리 셀(130)의 전압과 제 4 연결 단자(VO3)로부터의 제 4 배터리 셀(140)의 전압에 따라 구동되어 제 4 연결 단자(V03)의 전압을 제 4 IC 연결 단자(VC03)으로 전달할 수 있다.
이러한 접속 제어부(300)의 구성을 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저, 최하측 배터리 셀(110)은 BMS(200)의 IC와 직접 연결된다. 즉, 최하측 배터리 셀(110)의 연결 단자(V00), 즉 제 1 연결 단자(V00)는 스위칭부를 통하지 않고 BMS(200)의 제 1 IC 연결 단자(VC00)와 직접 연결된다. 또한, 최하측 배터리 셀(110)의 연결 단자(V00)는 접지 전위를 유지한다.
3.1. 제 1 스위칭부
제 1 스위칭부(310)는 제 2 배터리 셀(120)의 연결 단자(V01), 즉 제 2 연결 단자(V01)와 BMS(200)의 제 2 IC 연결 단자(VC01) 사이에 마련될 수 있다. 제 1 스위칭부(310)는 제 1 연결 단자(V00)의 전위와 제 2 연결 단자(V01)의 전위에 따라 구동되어 제 2 배터리 셀(120)의 전위, 즉 제 2 연결 단자(V01)의 전위를 BMS(200)의 제 2 IC 연결 단자(VC01)에 전달할 수 있다. 또한, 제 1 스위칭부(310)는 제 2 연결 단자(V01)의 전위에 따라 제 2 스위칭부(320)를 제어할 수 있다. 이러한 제 1 스위칭부(310)는 제 1 스위치(311) 및 제 2 스위치(312)를 포함할 수 있다. 즉, 제 1 스위치(311)는 제 1 연결 단자(V00)의 전위와 제 2 연결 단자(V01)의 전위에 따라 구동되어 제 2 연결 단자(V01)의 전위를 BMS(200)의 제 2 IC 연결 단자(VC01)에 전달한다. 또한, 제 2 스위치(312)는 제 1 스위치(311)를 통해 전달된 제 2 연결 단자(V01)의 전위에 따라 구동되어 제 2 스위칭부(320)의 초기 구동을 제어한다. 이러한 제 1 스위칭부(310)의 제 1 및 제 2 스위치(311, 312)에 대해 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.
제 1 스위치(311)는 제 1 FET(311a)와 제 1 다이오드(311b)를 포함할 수 있다. 제 1 FET(311a)는 제 1 연결 단자(V00)와 제 2 연결 단자(V01)의 전위에 따라 구동되어(즉, 제 1 배터리 셀(110)의 전압과 제 2 배터리 셀(120)전압에 따라 구동되어) 제 2 배터리 셀(120)의 전압을 전달한다. 즉, 제 1 FET(311a)는 게이트 단자가 제 1 연결 단자(V00)와 제 2 연결 단자(V01)의 접속점, 즉 제 1 노드(Q11)에 연결될 수 있다. 이때, 제 1 FET(311a)의 게이트 단자와 제 2 연결 단자(VC01) 사이에 제 1 저항(R11)이 마련될 수 있다. 따라서, 제 2 연결 단자(VC01)의 전위가 제 1 저항(R11)을 통해 제 1 연결 단자(V00)의 전위와 함께 제 1 FET(311a)의 게이트 단자에 인가될 수 있다. 이러한 제 1 FET(311a)는 P형 FET일 수 있다. 제 1 FET(311a)는 게이트 단자가 제 1 노드(Q11)에 연결되고, 드레인 단자가 제 2 연결 단자(V01)와 연결되며, 소오스 단자가 제 2 스위치(312)의 제 2 FET(312a)의 게이트 단자와 연결될 수 있다. 제 1 다이오드(311b)는 제 1 FET(311a)에 병렬 연결된다. 이때, 제 1 다이오드(311b)는 제 2 연결 단자(V01)로부터 제 2 IC 연결 단자(VC01)로의 전류 이동 경로와 역방향으로 연결될 수 있다. 즉, 제 1 다이오드(311b)는 제 1 FET(311a)의 소오스 단자와 제 2 FET(312a)의 게이트 단자의 접속점, 즉 제 3 노드(Q13)와 제 2 연결 단자(V01), 즉 제 2 노드(Q12) 사이에 순방향 연결될 수 있다. 이러한 제 1 다이오드(311b)는 제 1 FET(311a)가 턴온되기 전까지 제 2 연결 단자(V01)로부터 제 2 IC 연결 단자(VC01)로의 경로를 차단한다.
제 2 스위치(312)는 제 2 FET(312a)와 제 2 다이오드(312b)를 포함할 수 있다. 제 2 FET(311a)는 제 1 스위치(311)의 출력 단자와 접지 단자에 따라 구동되어 제 1 스위치(311)의 출력, 즉 제 2 배터리 셀(120)의 전압을 제 2 IC 연결 단자(VC01)에 전달한다. 즉, 제 2 FET(312a)는 게이트 단자가 제 1 FET(311a)의 소오스 단자와 접지 단자의 접속점, 즉 제 3 노드(Q13)에 연결될 수 있다. 또한, 제 2 FET(312a)는 드레인 단자가 상위 P형 FET, 즉 제 2 스위칭부(320)의 제 1 스위치(321)의 제 1 FET(321a)의 게이트 단자와 연결되고, 소오스 단자는 접지 단자와 연결될 수 있다. 즉, 제 2 FET(312a)는 제 3 연결 단자(V02)의 전위를 제 3 IC 연결 단자(VC02)로 전달하는 제 3 스위치(321)의 게이트 단자와 연결될 수 있다. 이때, 제 2 FET(312a)의 게이트 단자와 접지 단자 사이에 제 2 저항(R12)이 마련될 수 있다. 따라서, 제 1 스위치(311)의 출력 전위가 제 2 저항(R12)을 통해 접지 전위와 제 2 FET(312a)의 게이트 단자에 인가될 수 있다. 이러한 제 2 FET(312a)는 N형 FET일 수 있다. 제 2 FET(312a)는 게이트 단자가 제 3 노드(Q13)에 연결되고, 드레인 단자가 제 3 스위치(321)의 게이트 단자, 즉 제 5 노드(Q15)에 연결되며, 소오스 단자가 접지 단자와 연결될 수 있다. 제 2 다이오드(312b)는 제 2 FET(312a)에 병렬 연결된다. 이때, 제 2 다이오드(312b)는 제 2 연결 단자(V01)로부터 제 2 IC 연결 단자(VC01)로의 전류 이동 경로와 역방향으로 연결될 수 있다. 즉, 제 2 다이오드(312b)는 제 2 FET(312a)의 드레인 단자와 소오스 단자 사이에 역방향 연결될 수 있다. 이러한 제 2 다이오드(312b)는 제 2 FET(312a)가 턴온되기 전까지 제 3 스위치의 제 3 FET(321a)의 전위를 유지한다.
3.2. 제 2 스위칭부
제 2 스위칭부(320)는 제 3 배터리 셀(130)의 연결 단자(V02), 즉 제 3 연결 단자(V02)와 BMS(200)의 제 3 IC 연결 단자(VC02) 사이에 마련될 수 있다. 제 2 스위칭부(320)는 제 2 연결 단자(V01)의 전위와 제 3 연결 단자(V02)의 전위에 따라 구동되어 제 3 배터리 셀(130)의 전위, 즉 제 3 연결 단자(V02)의 전위를 BMS(200)의 제 3 IC 연결 단자(VC02)에 전달할 수 있다. 또한, 제 2 스위칭부(320)는 제 3 연결 단자(V02)의 전위에 따라 제 3 스위칭부(330)를 제어할 수 있다. 이러한 제 2 스위칭부(320)는 제 3 스위치(321) 및 제 4 스위치(322)를 포함할 수 있다. 즉, 제 3 스위치(321)는 제 2 연결 단자(V01)의 전위와 제 3 연결 단자(V02)의 전위에 따라 구동되어 제 3 연결 단자(V02)의 전위를 BMS(200)의 제 3 IC 연결 단자(VC02)에 전달한다. 또한, 제 4 스위치(322)는 제 3 스위치(321)를 통해 전달된 제 3 연결 단자(V02)의 전위에 따라 구동되어 제 3 스위칭부(330)의 초기 구동을 제어한다. 이러한 제 2 스위칭부(320)의 제 3 및 제 4 스위치(321, 322)에 대해 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.
제 3 스위치(321)는 제 3 FET(321a)와 제 3 다이오드(321b)를 포함할 수 있다. 제 3 FET(321a)는 제 2 연결 단자(V01)와 제 3 연결 단자(V02)의 전위에 따라 구동되어(즉, 제 2 배터리 셀(120)의 전압과 제 3 배터리 셀(130)의 전압에 따라 구동되어) 제 3 배터리 셀(130)의 전압을 전달한다. 즉, 제 3 FET(321a)는 게이트 단자가 제 2 FET(312a)의 드레인 단자와 제 3 저항(R13)의 접속점, 즉 제 5 노드(Q15)에 연결될 수 있다. 이때, 제 3 FET(321a)의 게이트 단자와 제 3 연결 단자(VC02) 사이에 제 3 저항(R13)이 마련될 수 있다. 따라서, 제 3 연결 단자(VC02)의 전위가 제 3 저항(R13)을 통해 제 2 연결 단자(V01)의 전위와 함께 제 3 FET(321a)의 게이트 단자에 인가될 수 있다. 이러한 제 3 FET(321a)는 P형 FET일 수 있다. 즉, 제 3 FET(321a)는 게이트 단자가 제 5 노드(Q15)에 연결되고, 드레인 단자가 제 3 연결 단자(V02)와 연결되며, 소오스 단자가 제 4 스위치(322)의 제 4 FET(322a)의 게이트 단자와 연결될 수 있다. 제 3 다이오드(321b)는 제 3 FET(321a)에 병렬 연결된다. 이때, 제 3 다이오드(321b)는 제 3 연결 단자(V02)로부터 제 3 IC 연결 단자(VC02)로의 전류 이동 경로와 역방향으로 연결될 수 있다. 즉, 제 3 다이오드(321b)는 제 3 FET(321a)의 소오스 단자와 제 4 FET(322a)의 게이트 단자의 접속점, 즉 제 7 노드(Q17)와 제 3 연결 단자(V02), 즉 제 6 노드(Q16) 사이에 순방향 연결될 수 있다. 이러한 제 3 다이오드(321b)는 제 3 FET(321a)가 턴온되기 전까지 제 3 연결 단자(V02)로부터 제 3 IC 연결 단자(VC02)로의 경로를 차단한다.
제 4 스위치(322)는 제 4 FET(322a)와 제 4 다이오드(322b)를 포함할 수 있다. 제 4 FET(321a)는 제 3 스위치(321)의 출력 단자와 접지 단자에 따라 구동되어 제 3 스위치(321)의 출력, 즉 제 3 배터리 셀(130)의 전압을 제 3 IC 연결 단자(VC02)에 전달한다. 즉, 제 4 FET(322a)는 게이트 단자가 제 3 FET(321a)의 소오스 단자와 접지 단자의 접속점, 즉 제 7 노드(Q17)에 연결될 수 있다. 또한, 제 4 FET(322a)는 드레인 단자가 상위 P형 FET, 즉 제 3 스위칭부(330)의 제 5 스위치(331)의 제 5 FET(331a)의 게이트 단자와 연결되고, 소오스 단자는 접지 단자와 연결될 수 있다. 즉, 제 4 FET(322a)는 제 4 연결 단자(V03)의 전위를 제 4 IC 연결 단자(VC03)로 전달하는 제 5 스위치(331)의 게이트 단자와 연결될 수 있다. 이때, 제 4 FET(322a)의 게이트 단자와 접지 단자 사이에 제 4 저항(R14)이 마련될 수 있다. 따라서, 제 3 스위치(321)의 출력 전위가 제 4 저항(R14)을 통해 접지 전위와 제 4 FET(322a)의 게이트 단자에 인가될 수 있다. 이러한 제 4 FET(322a)는 N형 FET일 수 있다. 즉, 제 4 FET(322a)는 게이트 단자가 제 7 노드(Q17)에 연결되고, 드레인 단자가 제 5 스위치(331)의 게이트 단자, 즉 제 9 노드(Q19)에 연결되며, 소오스 단자가 접지 단자와 연결될 수 있다. 제 4 다이오드(322b)는 제 4 FET(322a)에 병렬 연결된다. 이때, 제 4 다이오드(322b)는 제 3 연결 단자(V02)로부터 제 3 IC 연결 단자(VC02)로의 전류 이동 경로와 역방향으로 연결될 수 있다. 즉, 제 4 다이오드(322b)는 제 4 FET(322a)의 드레인 단자와 소오스 단자 사이에 역방향 연결될 수 있다. 이러한 제 4 다이오드(322b)는 제 4 FET(322a)가 턴온되기 전까지 제 5 스위치의 제 5 FET(331a)의 전위를 유지한다.
3.3. 제 3 스위칭부
제 3 스위칭부(330)는 제 4 배터리 셀(140)의 연결 단자(V03), 즉 제 4 연결 단자(V03)와 BMS(200)의 제 4 IC 연결 단자(VC03) 사이에 마련될 수 있다. 제 3 스위칭부(330)는 제 3 연결 단자(V02)의 전위와 제 4 연결 단자(V03)의 전위에 따라 구동되어 제 4 배터리 셀(140)의 전위, 즉 제 4 연결 단자(V03)의 전위를 BMS(200)의 제 4 IC 연결 단자(VC03)에 전달할 수 있다. 이러한 제 3 스위칭부(330)는 제 5 스위치(331)를 포함할 수 있다. 즉, 제 5 스위치(331)는 제 3 연결 단자(V02)의 전위와 제 4 연결 단자(V03)의 전위에 따라 구동되어 제 4 연결 단자(V03)의 전위를 BMS(200)의 제 4 IC 연결 단자(VC03)에 전달한다. 이러한 제 3 스위칭부(330)의 제 5 스위치(331)에 대해 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.
제 5 스위치(331)는 제 5 FET(331a)와 제 5 다이오드(331b)를 포함할 수 있다. 제 5 FET(331a)는 제 3 연결 단자(V02)와 제 4 연결 단자(V03)의 전위에 따라 구동되어(즉, 제 3 배터리 셀(130)의 전압과 제 4 배터리 셀(140)의 전압에 따라 구동되어) 제 4 배터리 셀(140)의 전압을 전달한다. 즉, 제 5 FET(331a)는 게이트 단자가 제 4 FET(322a)의 드레인 단자와 제 5 저항(R15)의 접속점, 즉 제 10 노드(Q20)에 연결될 수 있다. 이때, 제 5 FET(331a)의 게이트 단자와 제 4 연결 단자(VC03) 사이에 제 5 저항(R15)이 마련될 수 있다. 따라서, 제 4 연결 단자(VC03)의 전위가 제 5 저항(R15)을 통해 제 3 연결 단자(V02)의 전위와 함께 제 5 FET(331a)의 게이트 단자에 인가될 수 있다. 이러한 제 5 FET(331a)는 P형 FET일 수 있다. 즉, 제 5 FET(331a)는 게이트 단자가 제 9 노드(Q19)에 연결되고, 드레인 단자가 제 4 연결 단자(V03)와 연결되며, 소오스 단자가 제 4 IC 연결 단자(VC03)와 연결될 수 있다. 제 5 다이오드(331b)는 제 5 FET(331a)에 병렬 연결된다. 이때, 제 5 다이오드(331b)는 제 4 연결 단자(V03)로부터 제 4 IC 연결 단자(VC03)로의 전류 이동 경로와 역방향으로 연결될 수 있다. 즉, 제 5 다이오드(331b)는 제 5 FET(331a)의 소오스 단자와 제 4 IC 연결 단자(VC03)의 접속점과 제 4 연결 단자(V03), 즉 제 10 노드(Q20) 사이에 순방향 연결될 수 있다. 이러한 제 5 다이오드(331b)는 제 5 FET(331a)가 턴온되기 전까지 제 4 연결 단자(V03)로부터 제 4 IC 연결 단자(VC03)로의 경로를 차단한다.
상기한 바와 같이 최하측 배터리 셀(110)의 연결 단자, 즉 제 1 연결 단자(V00)가 BMS(200)의 제 1 IC 연결 단자(VC00)와 직접 연결되고, 최상측 배터리 셀(140)의 연결 단자, 즉 제 4 연결 단자(V03)는 하나의 P형 FET(331a)를 포함하는 제 3 스위치(330)를 통해 제 4 IC 연결 단자(VC03)과 연결된다. 또한, 최하측 배터리 셀(110)과 최상측 배터리 셀(140) 사이의 배터리 셀들(120, 130)은 연결 단자(V01, V02)가 P형 FET(311a, 321a)를 각각 포함하는 스위치(311, 321)와 N형 FET(312a, 322a)를 각각 포함하는 스위치(312, 322)를 통해 제 2 및 제 3 IC 연결 단자(VC01, VC02)와 연결된다. 즉, 본 발명에 따른 접속 제어부(300)는 최하측 배터리 셀(110)과 최상측 배터리 셀(140) 사이의 배터리 셀들(120, 130)을 연결하기 위해 P형 FET(311a, 321a)를 각각 포함하는 스위치(311, 321)와 N형 FET(312a, 322a)를 각각 포함하는 스위치(312, 322)를 포함하여 스위칭부(310, 320)가 구성되고, 최상측 배터리 셀(110)을 연결하기 위해 P형 FET(331)로 이루어진 스위칭부(330)가 구성된다. 또한, 접속 제어부(300)는 최하측 배터리 셀(110)의 제 1 연결 단자(V00)가 BMS(200)의 제 1 IC 연결 단자(VC00)와 직접 연결되도록 한다.
이러한 본 발명에 따른 접속 제어부(300)는 순서가 낮은 배터리 셀로부터 순서가 높은 배터리 셀로, 즉 낮은 순서로부터 높은 순서로 순서적으로 BMS(200)의 IC와 연결될 수 있다. 그러나, 순서대로 연결되지 않고 임의의 배터리 셀이 랜덤으로 연결되는 경우 해당 배터리 셀은 BMS(200)의 IC와 연결되지 않고 순서대로 연결되는 경우에만 BMS(200)의 IC와 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 장치의 구동 방법, 즉 배터리 셀과 BMS의 연결 방법이 도 3 및 도 4에 도시되어 있다. 여기서, 도 3은 배터리 셀이 낮은 순서로부터 높은 순서로, 즉 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 배터리 셀(110, 120, 130, 140)의 순서로 연결되는 경우의 개략도이다. 또한, 도 4는 배터리 셀이 순서적으로 연결되지 않고 랜덤으로 연결되는 경우의 개략도이다.
도 3에 도시된 바와 같이 제 1 배터리 셀(110)의 연결 단자(V00)가 제 1 IC 연결 단자(VC00)과 연결되어 접지 전위를 유지한다(1).
이 상태에서 제 2 배터리 셀(120)의 전압이 제 2 연결 단자(V01)을 통해 인가되면(즉 제 2 배터리 셀(120)의 제 2 연결 단자(V01)이 BMS(200)의 제 2 IC 연결 단자(VC01)와 연결되면) 제 1 FET(311a)의 게이트 단자, 즉 제 1 노드(Q11)는 제 1 연결 단자(V00)의 전위와 제 2 연결 단자(V01)의 전위를 유지하게 된다. 따라서, 제 1 FET(311a)가 턴온되고, 그에 따라 제 2 연결 단자(V01)의 전위가 제 2 IC 연결 단자(VC01)으로 인가된다(2). 즉, 제 2 배터리 셀(120)이 BMS(200)의 IC와 연결된다. 이때, 제 1 FET(311a)를 통해 인가된 제 2 연결 단자(V01)의 전위가 제 2 FET(312a)의 게이트 단자에 인가되어 제 2 FET(312a)가 턴온된다. 제 2 FET(312a)가 턴온되므로 제 5 노드(Q15)는 접지 전위를 유지할 수 있다.
제 2 배터리 셀(120)의 전위가 제 2 연결 단자(V01)를 통해 제 2 IC 연결 단자(VC01)으로 인가되어 제 5 노드(Q15)가 접지 전위를 유지한 상태에서 제 3 배터리 셀(130)의 전압이 제 3 연결 단자(V02)을 통해 인가되면 제 3 FET(321a)의 게이트 단자, 즉 제 5 노드(Q15)는 접지 전위와 제 3 연결 단자(V02)의 전위를 유지하게 된다. 따라서, 제 3 FET(321a)가 턴온되고, 그에 따라 제 3 연결 단자(V02)의 전위가 제 3 IC 연결 단자(VC02)으로 인가된다(3). 즉, 제 3 배터리 셀(130)이 BMS(200)의 IC와 연결된다. 이때, 제 3 FET(321a)를 통해 인가된 제 3 연결 단자(V02)의 전위가 제 4 FET(322a)의 게이트 단자에 인가되어 제 4 FET(322a)가 턴온된다. 제 4 FET(332a)가 턴온되므로 제 9 노드(Q19)는 접지 전위를 유지할 수 있다.
제 3 배터리 셀(130)의 전위가 제 3 연결 단자(V02)를 통해 제 3 IC 연결 단자(VC02)으로 인가되어 제 9 노드(Q19)가 접지 전위를 유지한 상태에서 제 4 배터리 셀(140)의 전압이 제 4 연결 단자(V03)을 통해 인가되면 제 5 FET(331a)의 게이트 단자, 즉 제 9 노드(Q19)는 접지 전위와 제 4 연결 단자(V03)의 전위를 유지하게 된다. 따라서, 제 5 FET(331a)가 턴온되고, 그에 따라 제 4 연결 단자(V03)의 전위가 제 4 IC 연결 단자(VC03)으로 인가된다(4). 즉, 제 4 배터리 셀(140)이 BMS(200)의 IC와 연결된다.
상기한 바와 같이 접속 제어부(300)는 순서가 낮은 배터리 셀로부터 순서가 높은 배터리 셀로 배터리 셀이 순차적으로 연결되는 경우, 즉 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 배터리 셀(110, 120, 130, 140)의 순서로 연결되는 경우 낮은 순서로부터 높은 순서로 BMS(200)의 IC와 연결될 수 있다.
그러나, 도 4에 도시된 바와 같이 제 1 배터리 셀(110)의 연결 단자(V00)가 제 1 IC 연결 단자(VC00)과 연결되어 접지 전위를 유지한 상태(1)에서 제 3 배터리 셀(110)의 연결 단자(V01)를 통해 전압이 인가되면 제 2 배터리 셀(120)이 BMS(200)와 연결되지 않은 상태이므로 제 3 배터리 셀(130)이 BMS(200)와 연결되지 않는다. 그런데, 제 2 배터리 셀(120)의 연결 단자(V01)를 통해 전압이 인가되는 경우 제 2 배터리 셀(120)이 BMS(200)와 연결된 후 도 3에서 설명한 바와 같이 제 3 배터리 셀(130)이 BMS(200)와 연결될 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 접속 제어부(300)는 순서가 낮은 배터리 셀로부터 순서가 높은 배터리 셀로, 즉 낮은 순서로부터 높은 순서로 순서적으로 BMS(200)의 IC와 연결될 수 있다. 그러나, 순서대로 연결되지 않고 임의의 배터리 셀이 랜덤으로 연결되는 경우 해당 배터리 셀은 BMS(200)의 IC와 연결되지 않고 순서대로 연결되는 경우에만 BMS(200)의 IC와 연결될 수 있다.
따라서, 솔더 아이(Solder eye)를 적용하지 않아도 되므로 제조 비용의 상승 문제를 방지할 수 있다. 또한, 작업자가 순서에 맞게 솔더링(soldering)을 진행하는 경우에도 작업자의 미숙으로 인한 불량 발생, 즉 BMS(200)의 IC에 전기적 데미지을 방지할 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (11)

  1. 복수의 배터리 셀;
    상기 복수의 배터리 셀을 관리하는 BMS; 및
    상기 복수의 배터리 셀을 순서적으로 상기 BMS에 접속되도록 하는 접속 제어부를 포함하며,
    상기 접속 제어부는 하측 배터리 셀의 전위와 해당 배터리 셀의 전위에 따라 해당 배터리 셀을 BMS에 접속시키는 배터리 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 접속 제어부는 일 방향으로 최하측 배터리 셀로부터 최상측 배터리 셀까지 순서적으로 BMS와 연결되도록 하는 배터리 장치.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 접속 제어부는 임의의 배터리 셀이 랜덤으로 연결되는 경우 해당 배터리 셀은 BMS와 연결되지 않고 순서대로 연결되는 경우 BMS와 연결되도록 하는 배터리 장치.
  4. 청구항 2에 있어서, 상기 접속 제어부는 상기 BMS가 실장된 기판 상에 실장된 배터리 장치.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 접속 제어부는 상기 복수의 배터리 셀로부터 각각 연장된 복수의 연결 단자와 BMS의 IC 연결 단자 사이에 마련된 배터리 장치.
  6. 청구항 2에 있어서, 상기 접속 제어부는 복수의 스위칭부를 포함하는 배터리 장치.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 복수의 스위칭부는 하측 배터리 셀의 전위와 해당 배터리 셀의 전위에 따라 구동되어 해당 배터리 셀의 전위를 BMS에 인가하는 배터리 장치.
  8. 청구항 6에 있어서, 상기 접속 제어부는 최하측 배터리 셀이 BMS와 직접 연결되도록 하고, 최상측 배터리 셀은 하나의 스위치를 통해 BMS와 연결되도록 하며, 최하측 배터리 셀과 최상측 배터리 셀 사이의 배터리 셀들은 두개의 스위치를 통해 BMS와 연결되도록 하는 배터리 장치.
  9. 청구항 8에 있어서, 최상측 배터리 셀은 P형 FET를 통해 BMS와 연결되고, 최하측 배터리 셀과 최상측 배터리 셀 사이의 배터리 셀들은 P형 FET 및 N형 FET를 통해 BMS와 연결되는 배터리 장치.
  10. 청구항 9에 있어서, 최하측 배터리 셀과 최상측 배터리 셀 사이의 배터리 셀들의 P형 FET는 하측 배터리 셀의 전위와 해당 배터리 셀의 전위에 따라 구동되어 해당 배터리 셀의 전위를 BMS에 전달하고, N형 FET는 접지 전위와 해당 배터리 셀의 전위에 따라 구동되어 상측 배터리 셀의 P형 FET의 초기 전위를 유지하는 배터리 장치.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 P형 FET 및 상기 N형 FET와 각각 병렬 연결된 다이오드를 더 포함하는 배터리 장치.
PCT/KR2021/014041 2020-10-14 2021-10-12 배터리 장치 WO2022080829A1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202180008272.4A CN114930671A (zh) 2020-10-14 2021-10-12 电池装置
EP21880476.3A EP4080719A4 (en) 2020-10-14 2021-10-12 BATTERY DEVICE
US17/794,056 US20230045593A1 (en) 2020-10-14 2021-10-12 Battery device
JP2022542423A JP7475461B2 (ja) 2020-10-14 2021-10-12 バッテリー装置

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200132676A KR20220049256A (ko) 2020-10-14 2020-10-14 배터리 장치
KR10-2020-0132676 2020-10-14

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022080829A1 true WO2022080829A1 (ko) 2022-04-21

Family

ID=81208501

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2021/014041 WO2022080829A1 (ko) 2020-10-14 2021-10-12 배터리 장치

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20230045593A1 (ko)
EP (1) EP4080719A4 (ko)
JP (1) JP7475461B2 (ko)
KR (1) KR20220049256A (ko)
CN (1) CN114930671A (ko)
TW (1) TW202215697A (ko)
WO (1) WO2022080829A1 (ko)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120319652A1 (en) * 2011-06-17 2012-12-20 GM Global Technology Operations LLC Scalable method of proportional active state of charge balancing for managing variations in the state of health of batteries
KR20140003201A (ko) * 2012-06-29 2014-01-09 삼성에스디아이 주식회사 돌입 전류를 저감하는 에너지 저장 장치 및 그 방법
JP2014103785A (ja) * 2012-11-20 2014-06-05 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 電池管理装置およびその制御方法ならびにプログラム、それを備えた電池監視システム
US20150340743A1 (en) * 2012-06-22 2015-11-26 Robert Bosch Gmbh Battery Management System having an Increased Robustness against Negative Voltages
KR101680189B1 (ko) 2013-09-24 2016-11-28 주식회사 엘지화학 배터리 관리 시스템
KR20200077916A (ko) * 2018-12-21 2020-07-01 에스케이이노베이션 주식회사 배터리 시스템

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4537993B2 (ja) * 2006-12-19 2010-09-08 本田技研工業株式会社 電圧監視回路
JP5860886B2 (ja) * 2011-09-07 2016-02-16 日立オートモティブシステムズ株式会社 電池制御装置、蓄電装置および車両
KR102256602B1 (ko) * 2017-12-14 2021-05-26 주식회사 엘지에너지솔루션 전압 측정 장치 및 방법

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120319652A1 (en) * 2011-06-17 2012-12-20 GM Global Technology Operations LLC Scalable method of proportional active state of charge balancing for managing variations in the state of health of batteries
US20150340743A1 (en) * 2012-06-22 2015-11-26 Robert Bosch Gmbh Battery Management System having an Increased Robustness against Negative Voltages
KR20140003201A (ko) * 2012-06-29 2014-01-09 삼성에스디아이 주식회사 돌입 전류를 저감하는 에너지 저장 장치 및 그 방법
JP2014103785A (ja) * 2012-11-20 2014-06-05 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 電池管理装置およびその制御方法ならびにプログラム、それを備えた電池監視システム
KR101680189B1 (ko) 2013-09-24 2016-11-28 주식회사 엘지화학 배터리 관리 시스템
KR20200077916A (ko) * 2018-12-21 2020-07-01 에스케이이노베이션 주식회사 배터리 시스템

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP4080719A4

Also Published As

Publication number Publication date
TW202215697A (zh) 2022-04-16
US20230045593A1 (en) 2023-02-09
CN114930671A (zh) 2022-08-19
EP4080719A1 (en) 2022-10-26
JP7475461B2 (ja) 2024-04-26
EP4080719A4 (en) 2023-08-09
JP2023509975A (ja) 2023-03-10
KR20220049256A (ko) 2022-04-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2018066797A1 (ko) 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차
WO2022080908A1 (ko) 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지 팩
WO2017014470A1 (ko) 배터리 모듈 어셈블리 및 이를 포함하는 배터리 팩
WO2012128445A1 (ko) 배터리 팩 연결 제어 장치 및 방법
WO2017014449A1 (ko) 단자 플레이트 및 bms가 직접 연결된 구조의 전지모듈
WO2020067665A1 (ko) 배터리 셀 조립체, 이러한 배터리 셀 조립체를 포함하는 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차
WO2011126314A2 (ko) 전지모듈용 전압 검출 어셈블리 및 이를 포함하는 전지모듈
WO2009157676A9 (ko) 안전성이 향상된 중대형 전지팩
WO2013015524A1 (ko) 안전성이 향상된 전지팩
WO2018038348A1 (ko) 배터리 관리 시스템
WO2018199521A1 (ko) 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차
WO2018105874A1 (ko) 배터리 팩 충전 시스템
WO2017014448A1 (ko) 와이어 고정 리브들을 구비하고 있는 전지모듈
WO2018080177A1 (ko) 전지 시스템 용 버스바 및 이를 포함하는 전지 시스템
WO2021033956A1 (ko) 배터리 시스템 및 배터리 시스템의 운용 방법
WO2021066344A1 (ko) 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차
WO2021029524A1 (ko) 연쇄발화 방지를 위한 에너지 드레인 저항체를 구비한 배터리 팩
WO2012148211A2 (ko) 배터리 모듈
CN114765298A (zh) 电池组
WO2018030636A1 (ko) 배터리 팩
WO2021066337A1 (ko) 배터리 모듈, 이러한 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차
WO2011031067A2 (ko) 배터리 관리 시스템의 입출력 제어 회로
WO2022080829A1 (ko) 배터리 장치
WO2022035108A1 (ko) 배터리 장치 및 그 제조 방법
WO2021075743A1 (ko) 배터리 팩 및 이러한 배터리 팩을 포함하는 자동차

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21880476

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022542423

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021880476

Country of ref document: EP

Effective date: 20220719

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE