WO2022197018A1 - 퓨즈 박스 진동 감지 보호 회로 - Google Patents

퓨즈 박스 진동 감지 보호 회로 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a battery pack for detecting vibration flowing into a fuse box and a bus bar of a battery pack for a vehicle, and more particularly, to a battery pack including a vibration detecting element for detecting vibration flowing into the fuse box and the bus bar from the outside. It's about
  • the battery of such an electric vehicle can be configured in various ways by connecting a plurality of battery cells in series/parallel according to the required output voltage and charging/discharging capacity, and a battery module including at least one battery cell includes a protection circuit, etc. Add the configuration of to configure the battery pack structure.
  • the fuse used in electric vehicles is melted and cut off when an overcurrent flows in the battery module or pack circuit and blocks the circuit to protect the battery cell from ignition and damage.
  • the fuses are grouped so that they can be combined and separated from each other in the fuse box.
  • Patent Document 1 KR2020-0011810 A
  • Patent Document 2 JP2019-087723 A
  • Patent Document 3 KR2020-0090101 A
  • Patent Document 4 KR2014-0117154 A
  • the present invention provides a means for detecting vibration in a fuse box that is vulnerable to vibration in the battery pack and is well transmitted to the vibration applied to the pack.
  • Another object of the present invention is to provide a battery pack capable of increasing user safety from damage to a fuse box vulnerable to vibration and damage due to disconnection with a bus bar by sensing vibration applied to a fuse box of an electric vehicle through a vibration detection element.
  • a battery pack includes one or more battery modules including a plurality of battery cells; a bus bar connected to the module terminal of the battery module to electrically connect one or more battery modules, and connected to an external BMS of the battery pack; a fuse box in which a fuse connecting each of the battery modules and the bus bar is accommodated; a vibration detection element attached to one surface of the fuse box or one surface of a bus bar connected to an external BMS of a battery pack to detect vibrations flowing into a fuse connected to each battery module; and the vibration detection element is directly connected to the BMIC through terminals at both ends, the BMS including the BMIC and connected to the vibration detection element to perform a protection operation according to the sensed vibration of the battery module; It is characterized in that it includes.
  • the vibration detection element is attached to the bus bar and the fuse box in the form of a tape or in the form of an FPCB transferred on a flexible substrate to sensitively sense the inflow of vibration, and is not damaged even by a temporary impact.
  • the fuse box and the bus bar are characterized in that cumulative damage is generated due to vibrations introduced from the outside.
  • the vibration detection element measures a change in voltage value according to the vibration detection of the bus bar and the fuse box and transmits it to the BMS, and the BMS compares the voltage value with a predetermined reference level, and the maximum allowable at the predetermined reference level When the level is exceeded, it is characterized by performing a protective action and sending an alarm to the user.
  • a battery pack includes a battery module, a bus bar electrically connecting the battery module, and a fuse box in which a fuse is accommodated, and detecting vibration attached to one side of the fuse box or one side of the bus bar It is composed by including the elements together.
  • the fuse box or bus bar is a place where accumulated damage due to vibrations introduced from the outside of the battery pack is largely generated, and a vibration detection element is attached thereto to sensitively sense it.
  • the vibration detection element detects vibrations flowing through the fuse box and the bus bar, and transmits a change in a voltage value according to the sensed vibration to the BMS connected to both ends of the vibration detection element, and the BMS uses the received voltage value as a predetermined standard.
  • 1 is a battery pack according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a battery module and a battery pack including the same according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a block diagram of a fuse according to the present invention.
  • FIG. 4 is a block diagram of a fuse box according to the present invention.
  • FIG. 5 is a configuration diagram of a fuse case in accordance with the present invention except for a fuse cover;
  • FIG. 6 is a battery pack according to another embodiment of the present invention.
  • a battery including a battery module 100 , a fuse 210 , a fuse box 200 including a fuse case 220 and a vibration detection element 230 , and a bus bar 300 . It is composed of a pack 10 and a battery management system (BMS) 400 that controls the battery pack 10 .
  • BMS battery management system
  • the battery module 100 is configured by connecting a plurality of battery cells in series or in parallel, and at least one of these battery modules 100 is connected to configure the battery pack 10 .
  • the plurality of battery cells may be configured as cylindrical, pouch, and prismatic battery cells.
  • the type of the battery cell may include, but is not limited to, a lithium ion battery, a lithium polymer battery, a nickel cadmium battery, and a nickel hydride battery.
  • the fuse box 200 is composed of a fuse 210, a fuse case in which the fuse 210 is accommodated, and a vibration detection element 230 attached to one surface of the fuse case. make it easy
  • the fuse box 200 may be disposed inside the battery pack 10 at a position between the bus bars 300 connected to the terminals of each battery module 100 , and also accommodate a plurality of fuses 210 to accommodate the battery pack. (10) It may be disposed at one end of the bus bar 300 connected to the outside.
  • the fuse box 200 may be formed at a portion where the electrode terminal of the battery pack and the bus bar are connected as shown in FIG. 1 , or may be formed at a connection portion between each module 100 and the bus bar as shown in FIG. 6 . .
  • one end of the bus bar 300 is connected to the BMS 400 of FIG. 2 .
  • the fuse case of the fuse box 200 - the battery terminal 222 and the bus bar 300 . is connected to one end, and the BMS 400 may be connected to the fuse case terminal 224 .
  • fuse boxes 200 are illustrated as being connected between each battery module 100 and the bus bar 300 , an additional fuse box 200 is connected to one end of the bus bar 300 . It may be arranged to connect between electrode terminals (not shown) of the battery pack 10 .
  • the fuse 210 is configured to be connected to a circuit through which the charge/discharge current of the battery module 100 flows, and is connected between the battery module 100 and the bus bar 300 to connect at least one battery module 100, respectively. It is configured to be connected to the bus bar 300 through the fuse 210 .
  • the bus bar 300 and electrode terminals (not shown) of the battery pack 10 or the bus bar 300 and the external BMS 400 are connected through the fuse 210 .
  • the fuse 210 is accommodated in the fuse box 200 and may be positioned at each connection portion connected between the battery module 100 and the bus bar 300 , and a plurality of fuses 210 of one fuse box 200 . ) may be accommodated and located at one end of the bus bar 300 connected to an external terminal (electrode terminal or terminal connected to the BMS) of the battery pack 10 .
  • FIG. 3 shows a detailed configuration of the fuse 210 .
  • the fuse 210 includes the fuse terminal 212 and is inserted into the fuse case to be connected to the fuse case-battery terminal 222 to connect the battery module 100 to an external device and a battery management system.
  • the fuse 210 is made of metal such as copper and tin, and when an overcurrent flows through the battery module 100 or the circuit of the pack, the fuse-breaking part 211 is melted to block the battery module 100 from the overcurrent.
  • the vibration detection element 230 of the present invention detects vibration from the outside in order to prevent or detect the loss of the overcurrent blocking function in advance.
  • FIG. 5 shows the structure of the fuse case 220 .
  • the fuse case of FIG. 5 may have a structure covered with a fuse cover 221 as shown in FIG. 4 .
  • the fuse case has a fuse cover 221 including a fuse accommodating part capable of accommodating the fuse 210 therein, and a fuse case terminal 224 is formed inside the fuse accommodating part.
  • the bus bar 300 is connected to one end of the fuse case terminal 224 , and the terminal of the battery modules 100 is connected to the fuse case-battery terminal 222 , and the bus bar ( 300 ) and the battery module 100 are connected through a fuse 210 .
  • the bus bar 300 is connected to the fuse case-battery terminal 222 , the fuse case terminal 224 is connected to the BMS 400 , and the fuse 210 is connected to the bus bar 300 .
  • the BMS 400 are arranged to form a path.
  • one end of the bus bar 300 may be connected to the fuse case terminal 224 , and the fuse case-battery terminal 222 may be connected to the BMS 400 .
  • an abnormality such as disconnection of the circuit connecting the fuse 210 or the battery module 100 and the bus bar 300 may occur due to the breakage of the fuse case, and when the fuse 210 problem occurs, the battery module ( 100) or the pack cannot be cut off from overcurrent, or power insensitivity of the battery pack 10 occurs, thereby causing a problem in the stability of the user using the battery pack 10 .
  • the vibration detection element 230 is mounted at a position where vibrations from the outside of the battery pack 10 are transmitted more sensitively to the fuse 210 in the process of being transmitted to the inside, and is attached to detect the vibration.
  • the vibration detection element 230 is disposed insulated from each of the wires/fuses in the fuse box.
  • the vibration detection element 230 may be disposed to physically contact the fuse 210 while maintaining an electrically insulated state, and may be configured to directly sense the vibration applied to the fuse 210 , FIGS. 4 and 5 . As shown in Fig. , it may be disposed on the fuse case terminal 224 or disposed on one surface of the fuse case 220 to sense vibration of the fuse box. Also, the vibration detection element 230 may be disposed on one surface of the fuse cover 221 to directly sense vibration applied to the fuse.
  • the vibration transmitted from the outside through the bus bar 300 is generated by the pack. Vibration may be introduced into the fuse 210 and the fuse box 200 in the process of being transmitted to the inside. Accordingly, the vibration detecting element 230 may be attached to be positioned on at least one surface of the fuse box 200 so as to detect the vibration flowing into the bus bar 300 .
  • each of the battery modules 100 is connected through a plurality of fuses 210 . It is connected to the bus bar 300 . Therefore, when the vibration generated outside the battery pack 10 is introduced through the bus bar 300 , it is also transmitted to the fuse 210 and the fuse box 200 before being transmitted to the battery module 100 . Accordingly, the vibration detection element 230 may be attached to each of the plurality of fuse boxes 200 to sense vibration transmitted to the fuse box 200 connected to the terminal of the battery module 100 .
  • the vibration detection element 230 When the above-described vibration detection element 230 is mounted on the vehicle battery pack 10 , the purpose is to detect vibrations and vibrations transmitted to the fuse box 200 while driving. Therefore, the vibration detection element 230 is transferred in the form of a tape or a flexible protection circuit board (FPCB) transferred on a flexible substrate, so that the vibration generated during vehicle driving is prevented from flowing into the fuse box 200 and the bus bar 300 . It can detect even a momentary moment sensitively, and it can detect vibration continuously without being damaged even by a temporary shock.
  • FPCB flexible protection circuit board
  • the vibration detection element 230 is directly connected to the CMC 410 of the BMS 400 by a ring terminal or a wire harness connection structure through terminals formed at both ends, and the BMIC of the CMC 410 . It is connected to the master BMS 400 through 411 and transmits a change in resistance value due to the detected vibration to the BMS 400 .
  • bus bar 300 shows the configuration of the bus bar 300 . Although only one bus bar 300 is shown in the drawing, negative/positive bus bars to which the module terminals (negative/positive terminals) of the battery modules 100 are respectively connected may be formed, and one end of the battery pack 100 ) is connected to an external electrode terminal (not shown).
  • the bus bar 300 electrically connects the one or more battery modules 100 to each other through a module terminal (not shown), and is electrically connected to each battery module 100 through the fuse 210 .
  • the bus bar 300 is connected to the fuse case-bus bar terminal 223 through the fuse case terminal 224 of the fuse box 200 .
  • One end of the bus bar 300 is partially exposed to the outside of the battery pack 10 in order to be connected to the battery pack 10 external electric equipment and is connected to the BMS 400 through which the vibration outside the battery pack 10 is prevented. delivered inside the pack.
  • cumulative damage may occur.
  • a portion connected to the fuse box 200 or the external BMS 400 is damaged due to vibration generated outside the battery pack 10 such as driving of a vehicle and accumulated damage caused thereby to the battery module 100 . Communication errors may occur.
  • a vibration detection element 230 when the vibration detection element 230 is mounted on one surface of the fuse box 200 including the plurality of fuses 210 , but is not located on one surface of the bus bar 300 , the bus bar 300 .
  • a vibration detection element 230 may also be attached to one end of the bus bar 300 connected to the external BMS 400 .
  • FIG. 2 shows a connection relationship between the battery pack 10 and the BMS 400 .
  • the BMS 400 may be formed separately from the battery pack, or may be formed inside the battery pack.
  • the battery pack 10 includes the battery modules 100 and a bus bar 300 connecting the modules 100 . Limited.
  • the BMS 400 may be configured to be included in each module as a module BMS, and in this case, at least one module BMS functions as the master BMS 420 .
  • BMS (400) collectively refers to the battery management system, the cell monitoring circuit CMC (Cell Monitoring Circuit) 410, the battery monitoring IC BMIC (Battery Monitoring Circuit) 411 and the Master BMS (420) that manages the entire system includes
  • the CMC 410 is a circuit inserted into the battery module 100 and is connected to the vibration detection element 230 through the internal BMIC 411 to check the state of the battery cell.
  • the BMIC 411 is directly connected to both ends of the vibration detection element 230 to monitor a change in voltage value due to vibration or mechanical deformation of the fuse box 200 and the bus bar 300, and the detected information is transferred to the Master. It is transmitted to the BMS (420).
  • Master BMS 420 is a BMS that manages the entire battery system and communicates with the vehicle through MCU, and vibration or mechanical vibration of battery cells and modules by the vibration detection element 230 from the BMIC 411 of the CMC 410 or Receives information on voltage value change according to deformation.
  • the voltage value may be divided into a predetermined reference level according to the maximum allowable deformation specification of the vibration detection element 230 , and the protection operation of the battery pack 10 may be performed according to the range of the detected vibration, and an alarm may be transmitted to the user.
  • the first level based on the initial state level that is the level of the vibration detection element in the state before deformation, the second level that is the maximum allowable level of deformation, and the third and fourth levels that exceed the maximum allowable level of deformation are referenced. level can be specified.
  • the vibration detected by the vibration detection element exceeds the second level, an alarm is sent to the user, and when the third level exceeds the third level, the alarm is transmitted and the battery is charged and discharged and the vehicle is operated below the rated rating, and the fourth level If it exceeds, it is determined that the user vibration detection element 230 is damaged, and a measurement impossible alarm may be transmitted.
  • the detection level reference and detection time according to the change in the resistance value of the vibration detection element 230 may be changed according to a user's request.

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Abstract

본 발명의 실시 예에 따르는 배터리 팩은, 복수 개의 배터리 셀이 구비된 하나 이상의 배터리 모듈과, 상기 배터리 모듈의 모듈 단자와 연결되어 하나 이상의 배터리 모듈을 전기적으로 연결하여 배터리 팩 외부 BMS와 연결하는 버스바, 상기 배터리 모듈의 모듈 단자를 상기 버스바와 연결하는 퓨즈가 수납되는 퓨즈 박스와, 상기 퓨즈 박스의 일면 또는 배터리 팩 외부 BMS과 연결되는 버스바 일면에 부착되어, 배터리 모듈 각각과 연결되는 퓨즈로 유입되는 진동을 검출하는 진동 검출 소자를 포함하며, 상기 진동 검출 소자는 양단의 단자를 통해 BMIC와 직접적으로 연결되는 것을 특징으로 하며, 상기 BMIC를 포함하며 상기 진동 검출 소자와 연결되어 배터리 모듈의 감지된 진동에 따라 보호 동작을 수행하는 BMS로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

퓨즈 박스 진동 감지 보호 회로
본 발명은 자동차용 배터리 팩의 퓨즈 박스 및 버스바로 유입되는 진동을 감지하는 배터리 팩에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 퓨즈 박스 및 버스바에 외부에서 유입되는 진동을 감지하는 진동 검출 소자를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다.
최근 환경 오염 문제로 자동차 배출가스에 관련한 규제가 강화되면서 친환경 자동차의 수요가 증가하고 있으며. 이러한 이유에서 외부에서 전기에너지를 공급받아 배터리에 충전한 후, 배터리가 공급하는 전기에너지로 모터를 구동시켜 동력을 얻는 전기자동차에 관한 연구와 개발이 활발히 이루어지고 있다.
이러한 전기자동차의 배터리는 요구되는 출력 전압 및 충방전 용량에 따라 다수의 배터리 셀을 직/병렬 연결함으로써 다양하게 배터리 모듈을 구성할 수 있으며, 적어도 하나의 배터리 셀을 포함하는 배터리 모듈에 보호회로 등의 구성을 추가하여 배터리 팩 구조를 구성한다.
전기자동차에서 사용되는 퓨즈는 배터리 모듈 또는 팩 회로에 과전류가 흐르면 용융 차단되어 회로를 차단함으로써 배터리 셀의 발화 및 손상 등으로부터 보호하는 역할을 하는데, 이러한 차량 내에 설치된 배터리 모듈 및 팩과 연결되게 형성된 다수개의 퓨즈들은 퓨즈 박스에서 각각 결합 및 분리가 가능하도록 집합되어 있다.
또한 최근 전기자동차는 다수의 배터리 셀이 직/병렬 연결 구조로 연결되면서 모듈이 대형화 됨에 따라 배터리 셀의 수가 증가하면서, 차량 운행 시 발생되는 외부 진동 및 충격이 내부로 유입되면서 퓨즈 또는 퓨즈 박스와 버스바와의 단선 등 파손 발생 확률이 증가하게 된다. 이러한 배터리 팩의 퓨즈 박스 및 버스바의 파손시 배터리 팩 전원 무감에 현상에 의해 사용자 안정성에 문제를 발생시킨다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 하기의 특허문헌에 게재되어 있다.
(특허문헌 1) KR2020-0011810 A
(특허문헌 2) JP2019-087723 A
(특허문헌 3) KR2020-0090101 A
(특허문헌 4) KR2014-0117154 A
본 발명은 배터리 팩에 가해지는 진동을 효과적으로 검출하기 위하여 배터리 팩 내에서 진동에 취약하며 팩에 가해지는 진동이 잘 전달되는 퓨즈박스에서 진동을 검출하는 수단을 제공한다.
또한 본 발명은 전기자동차의 퓨즈 박스에 가해지는 진동을 진동 검출 소자를 통해 감지하여 진동으로부터 취약한 퓨즈 박스의 손상 및 버스바와의 단선으로 인한 파손으로부터 사용자 안정성을 높일 수 있는 배터리 팩을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 배터리 팩은, 복수 개의 배터리 셀이 구비된 하나 이상의 배터리 모듈; 상기 배터리 모듈의 모듈 단자와 연결되어 하나 이상의 배터리 모듈을 전기적으로 연결하며, 배터리 팩 외부 BMS와 연결되는 버스바; 상기 각각의 배터리 모듈과 상기 버스바를 연결하는 퓨즈가 수납되는 퓨즈 박스; 상기 퓨즈 박스의 일면 또는 배터리 팩 외부 BMS과 연결되는 버스바 일면에 부착되어, 배터리 모듈 각각과 연결되는 퓨즈로 유입되는 진동을 검출하는 진동 검출 소자; 및 상기 진동 검출 소자는 양단의 단자를 통해 BMIC와 직접적으로 연결되는 것을 특징으로 하며, 상기 BMIC를 포함하며 상기 진동 검출 소자와 연결되어 배터리 모듈의 감지된 진동에 따라 보호 동작을 수행하는 BMS; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 진동 검출 소자는 버스바 및 퓨즈 박스에 테이프 형태 또는 유연 기판 위에 전사된 FPCB 형태로 부착되어 진동의 유입을 민감하게 감지하며, 일시적인 충격에도 손상되지 않는 것을 특징으로 한다.
상기 퓨즈 박스 및 버스바는 외부에서 유입되는 진동으로 인한 누적 데미지가 발생하는 것을 특징으로 한다.
상기 진동 검출 소자는 버스바 및 퓨즈 박스의 진동 감지에 따른 전압값의 변화를 측정하여 BMS에 전달하고, 상기 BMS는 전압값을 소정의 기준 레벨과 비교하고, 상기 소정의 기준 레벨에서 최대 허용 가능 레벨을 초과하는 경우 보호 동작 수행 및 사용자에게 알람을 전송하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 배터리 팩은 배터리 모듈, 상기 배터리 모듈을 전기적으로 연결하는 버스바와, 퓨즈가 수납되는 퓨즈 박스를 포함하며 상기 퓨즈 박스의 일면 또는 상기 버스바의 일면에 부착되는 진동 검출 소자를 함께 포함하여 구성된다. 상기 퓨즈 박스 또는 버스바는 배터리 팩 외부에서 유입되는 진동으로 인한 누적 데미지가 크게 발생되는 곳으로서 진동 검출 소자가 부착되어 이를 민감하게 감지할 수 있다. 상기 진동 검출 소자는 퓨즈 박스 및 버스바를 통해 유입되는 진동을 감지하고, 감지된 진동에 따른 전압값의 변화를 진동 검출 소자의 양단에 연결된 BMS로 전달하며, BMS는 전달받은 전압값을 소정의 기준 레벨과 비교하여 보호 동작을 수행함으로써 배터리 팩의 외부에서 유입되는 진동으로 인한 퓨즈 박스의 무감 현상 등의 과전류 차단 기능 상실을 사전에 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩
도 3은 본 발명에 따른 퓨즈의 구성도
도 4는 본 발명에 따른 퓨즈 박스의 구성도
도 5은 본 발명에 따른 퓨즈 케이스의 퓨즈 커버를 제외한 구성도
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 배터리 팩
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다. 단지 본 발명의 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명의 실시 예를 설명하기 위하여 도면은 과장될 수 있고, 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략될 수 있고, 도면상의 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하도록 한다.
도 1을 참조하면, 본 발명은 배터리 모듈(100), 퓨즈(210), 퓨즈 케이스(220)와 진동 검출 소자(230)를 포함하는 퓨즈 박스(200), 버스바(300)를 포함하는 배터리 팩(10)과 배터리 팩(10)을 제어하는 BMS(Battery Management System, 배터리 관리 시스템)(400)로 구성된다.
1. 본 발명의 배터리 팩의 구성
A. 배터리 모듈(100)
배터리 모듈(100)은 복수개의 배터리 셀이 직렬 또는 병렬 연결되어 구성되며, 이러한 배터리 모듈(100)이 적어도 하나 이상 연결되어 배터리 팩(10)을 구성한다. 상기 복수개의 배터리 셀들은 원통형, 파우치형, 및 각형 배터리 셀로 구성될 수 있다. 또한, 상기 배터리 셀의 종류로는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지 및 니켈 수소 전지 등을 포함할 수 있지만 이에 한정하지 않는다.
B. 퓨즈 박스(200)
도 4에 본 발명의 퓨즈 박스(200)의 구성을 보인다. 퓨즈 박스(200)는 퓨즈(210), 퓨즈(210)가 수납되는 퓨즈 케이스와 퓨즈 케이스 일면에 부착되는 진동 검출 소자(230)로 구성되어 있으며, 퓨즈 교환 등의 작업 시 퓨즈의 결합 및 분리를 수월하게 한다. 퓨즈 박스(200)는 배터리 팩(10) 내부에서 각각의 배터리 모듈(100) 단자와 연결되는 버스바(300) 사이의 위치에 배치될 수 있으며, 또한 다수의 퓨즈(210)를 수납하여 배터리 팩(10) 외부와 연결되는 버스바(300)의 일단에 배치될 수 있다.
퓨즈 박스(200)는 도 1에 도시된 것처럼 배터리 팩의 전극단자와 버스바가 연결되는 부위에 형성되거나, 도 6에 도시된 것처럼 각 모듈들(100)과 버스바의 연결부위에 형성될 수 있다.
도 1과 같이 형성되는 경우, 버스바(300)의 일단은 도 2의 BMS(400)에 연결되는데, 이 경우, 퓨즈박스(200)의 퓨즈 케이스-배터리 단자(222)와 버스바(300)의 일단이 연결되고, 퓨즈 케이스 단자(224)에 BMS(400)이 연결될 수 있다.
도 3 내지 6을 들어 설명하면, 퓨즈박스(200)들이 각 배터리 모듈(100)과 버스바(300) 사이에 연결되는 것으로 도시하였지만, 추가의 퓨즈박스(200)가 버스바(300) 일단과 배터리 팩(10)의 전극단자(미도시) 사이를 연결하도록 배치될 수 있다.
(1) 퓨즈(210)
퓨즈(210)는 배터리 모듈(100)의 충/방전 전류가 흐르는 회로상에 접속되도록 구성되며, 배터리 모듈(100)과 버스바(300) 사이에서 접속되어 적어도 하나 이상의 배터리 모듈(100) 각각을 퓨즈(210)를 통하여 버스바(300)에 연결하도록 구성된다. 퓨즈 박스(200)에 연결되는 경우, 버스바(300)와 배터리 팩(10)의 전극단자(미도시) 또는 버스바(300)와 외부 BMS(400)를 퓨즈(210)를 통하여 연결한다.
퓨즈(210)는 퓨즈 박스(200)에 수납되어 배터리 모듈(100)과 버스바(300) 사이에서 접속되는 연결부위 각각에 위치할 수 있으며, 하나의 퓨즈 박스(200)의 복수개의 퓨즈(210)가 수납되어 배터리 팩(10)의 외부단자(전극단자 또는 BMS와 연결되는 단자)와 연결되는 버스바(300) 일단에 위치할 수 있다.
도 3에 퓨즈(210)의 세부 구성을 도시하였다.
퓨즈(210)는 퓨즈 단자(212)를 포함하여 구성되어 퓨즈 케이스에 삽입됨으로써 퓨즈 케이스-배터리 단자(222)와 연결되어 배터리 모듈(100)을 외부 기기 및 배터리 관리 시스템과 접속시킨다.
퓨즈(210)는 구리, 주석 등의 금속으로 구성되며 배터리 모듈(100) 또는 팩의 회로에 과전류가 흐르면 퓨즈 파단부(211)는 용융되어 배터리 모듈(100)을 과전류로부터 차단한다.
퓨즈(210)가 외부로부터의 지속적인 진동 등이 발생 하는 경우, 퓨즈 파단부(211)이 물리적으로 파단되어, 배터리 팩(10)과 관련하여 무감 현상 등을 일으킬 수 있어 과전류 차단 기능을 상실함으로써, 사용자의 안전에 문제를 발생시키게 된다. 본 발명의 진동 검출 소자(230)는 이러한 과전류 차단 기능 상실을 사전에 방지하거나 감지하기 위하여 외부로부터의 진동을 감지한다.
(2) 퓨즈 케이스 (220)
도 5에 퓨즈 케이스(220)의 구조를 보인다. 도 5의 퓨즈 케이스는 도 4에 도시된 것과 같이 퓨즈 커버(221)로 덮히는 구조를 가질 수 있다. 퓨즈 케이스는 내부에 퓨즈(210)를 수납할 수 있는 퓨즈 수납부가 포함 된 퓨즈 커버(221)가 형성되어 있으며 퓨즈 수납부 내측으로는 퓨즈 케이스 단자(224)가 형성되어 있다.
도 6과 같은 배치의 경우, 퓨즈 케이스 단자(224)의 일단으로는 버스바(300)이 연결되고, 배터리 모듈(100)들의 단자는 퓨즈 케이스-배터리 단자(222)가 연결되어, 버스바(300)와 배터리 모듈(100)들이 퓨즈(210)을 통해 연결된다.
도 1과 같은 배치의 경우, 버스바(300)이 퓨즈 케이스-배터리 단자(222)에 연결되고, 퓨즈 케이스 단자(224)가 BMS(400)에 연결되어, 퓨즈(210)가 버스바(300)와 BMS(400) 사이의 경로를 형성하도록 배치된다. 또는 이와 반대로, 버스바(300)의 일단이 퓨즈 케이스 단자(224)에 연결되고, 퓨즈 케이스-배터리 단자(222)가 BMS(400)에 연결되도록 구성될 수 있다.
종래에는 퓨즈 케이스의 파손으로 인해 퓨즈(210) 또는 배터리 모듈(100)과 버스바(300)를 연결하는 회로의 단선과 같은 이상이 발생할 수 있었으며 퓨즈(210) 문제가 발생하는 경우, 배터리 모듈(100) 또는 팩을 과전류로부터 차단하지 못하거나, 배터리 팩(10)의 전원 무감 현상을 일으켜 배터리 팩(10)을 사용하는 사용자의 안정성에 문제를 발생시킨다.
(3) 진동 검출 소자 (230)
진동 검출 소자(230)는 배터리 팩(10) 외부의 진동이 내부로 전달 되는 과정에서 퓨즈(210)로 더 민감하게 전달되는 위치에서 장착되어 진동을 감지하도록 부착된다.
진동 검출 소자(230)은 퓨즈 박스내에서 각 배선들/퓨즈 들과 절연 배치된다.
진동 검출 소자(230)는 퓨즈(210)에 전기적으로는 절연상태를 유지하도록 하면서, 물리적으로 접촉하도록 배치되어 퓨즈(210)에 가해지는 진동을 직접적으로 감지하도록 구성될 수 있으며, 도 4, 5에 도시된 것처럼 퓨즈 케이스 단자(224)상에 배치되거나, 퓨즈케이스(220)의 일면에 배치되어 퓨즈 박스의 진동을 감지하도록 구성될 수 있다. 또한 진동 검출 소자(230)은 퓨즈 커버(221)의 일면에 배치되어 퓨즈에 가해지는 진동을 직접적으로 감지할 수 있다.
퓨즈 박스(200)가 다수의 퓨즈(210)를 수납하여 배터리 팩(10)의 외부와 연결되는 버스바(300) 일면에 위치하는 경우, 버스바(300)를 통해 외부에서 전달되는 진동이 팩 내부로 전달되는 과정에서 퓨즈(210) 및 퓨즈 박스(200)로 진동이 유입될 수 있다. 따라서 진동 검출 소자(230)는 버스바(300)로 유입되는 진동을 검출할 수 있도록 퓨즈 박스(200)의 적어도 일면에 위치하도록 부착될 수 있다.
퓨즈 박스(200)가 하나의 퓨즈(210)를 수납하여 배터리 모듈(100) 단자와 버스바(300) 사이에서 연결되도록 위치되는 경우, 배터리 모듈(100) 각각은 복수의 퓨즈(210)를 통해 버스바(300)에 연결된다. 따라서 배터리 팩(10) 외부에서 발생한 진동이 버스바(300)를 통해 유입되면 배터리 모듈(100)로 전달되기 전에 퓨즈(210) 및 퓨즈 박스(200)에도 전달된다. 따라서 진동 검출 소자(230)는 배터리 모듈(100) 단자와 연결된 퓨즈 박스(200)로 전달되는 진동을 감지할 수 있도록 복수개의 퓨즈 박스(200) 각각에 부착될 수 있다.
상술한 진동 검출 소자(230)는 차량용 배터리 팩(10)에 탑재되는 경우 운행 중 퓨즈 박스(200)에 전달되는 진동 및 진동을 검출하는 것을 목적으로 한다. 따라서 진동 검출 소자(230)는 테이프 형태 또는 유연 기판 위에 전사된 FPCB(flexible protection circuit board)형태로 전사되어, 자동차 주행 시 발생되는 진동이 퓨즈 박스(200) 및 버스바(300)로 유입되는 것을 일시적인 순간에서도 민감하게 감지할 수 있으며, 일시적인 충격에도 손상되지 않고 지속적으로 진동을 감지할 수 있다.
도 2에 도시된 것과 같이, 진동 검출 소자(230)는 양단에 형성된 단자를 통해 링 터미널 또는 와이어 하네스 연결구조로 BMS(400)의 CMC(410)와 직접적으로 연결되며, CMC(410)의 BMIC(411)를 통해 master BMS(400)와 연결되어 검출된 진동으로 인한 저항값의 변화를 BMS(400)로 전달한다.
C. 버스바(300)
도 1과 도 6에 버스바(300)의 구성을 보인다. 도면에는 하나의 버스바(300) 만을 도시하였지만, 배터 모듈들(100)의 모듈단자(음극/양극단자)가 각각 연결되는 음극/양극 버스바가 각각 형성될 수 있으며, 그 일단은 배터리 팩(100)의 외부 전극 단자(미도시)와 연결된다.
버스바(300)는 상기 적어도 하나 이상의 배터리 모듈(100)들을 모듈단자(미도시)를 통해 서로 전기적으로 연결하며, 각각의 배터리 모듈(100)과는 상기 퓨즈(210)를 통해 전기적으로 접속될 수 있다.
버스바(300)는 퓨즈 박스(200)의 퓨즈 케이스 단자(224)를 통해 퓨즈 케이스-버스바 단자(223)와 연결된다. 버스바(300)의 일단은 배터리 팩(10) 외부 전장장비와 연결되기 위해 일부가 배터리 팩(10) 외부로 노출되어 BMS(400)과 연결되어 있으며 이를 통해 배터리 팩(10) 외부의 진동이 팩 내부로 전달된다. 또한 진동이 누적되는 경우 누적 데미지가 발생할 수 있다. 버스바(300)는 자동차 주행 등의 배터리 팩(10) 외부에서 발생하는 진동 및 이로 인한 누적 데미지에 의해 퓨즈 박스(200) 또는 외부 BMS(400)과 연결되는 부위가 손상되어 배터리 모듈(100)과의 통신 오류 등을 발생시킬 수 있다.
상술한 것과 같이 다수의 퓨즈(210)를 포함한 퓨즈 박스(200)의 일면에 진동 검출 소자(230)는 장착하지만, 이와 달리 버스바(300)의 일면에 위치하지 않는 경우, 버스바(300)로 유입되어 발생되는 누적 데미지로 인한 손상을 방지하기 위해, 외부 BMS(400)과 연결되는 버스바(300) 일단에 또한 진동 검출 소자(230)가 부착될 수 있다.
D. BMS (Battery Management System)(400)
도 2에 배터리 팩(10)과 BMS(400)의 연결관계를 보인다.
BMS(400)은 배터리 팩과 분리하여 별도로 형성되거나, 배터리 팩 내부에 형성가능하다. BMS(400)가 배터리 팩(10)과 분리되어 별도로 형성되는 경우, 배터리 팩(10)은 배터리 모듈들(100)과 모듈들(100)을 연결하는 버스바(300) 등을 포함하는 구성으로 제한된다.
BMS(400)는 각 모듈들에 모듈 BMS 로 포함되어 구성될 수 있으며, 이 경우, 적어도 하나의 모듈 BMS가 마스터 BMS(420)로 기능한다.
BMS(400)는 배터리 관리 시스템을 통칭하며, 셀 감시 회로인 CMC(Cell Monitoring Circuit)(410), 배터리 감시 IC인 BMIC(Battery Monitoring Circuit)(411)와 전체 시스템을 관장하는 Master BMS(420)를 포함한다.
(1) CMC (Cell Monitoring Circuit)(410)
CMC(410)는 배터리 모듈(100) 내 삽입되는 회로로 배터리 셀의 상태를 확인하기 위해 내부 BMIC(411)를 통해 진동 검출 소자(230)와 연결된다.
(2) BMIC (Battery Monitoring Circuit)(411)
BMIC(411)는 진동 검출 소자(230)의 양단과 직접 연결되어 있어 퓨즈 박스(200) 및 버스바(300)의 진동 또는 기구적 변형에 따른 전압값의 변화를 모니터링 하며, 감지된 정보를 Master BMS(420)로 전달한다.
(3) Master BMS(420)
*Master BMS(420)는 전체 배터리 시스템을 관장하는 BMS로서 MCU를 통해 차량과 통신하며, CMC(410)의 BMIC(411)으로부터 진동 검출 소자(230)에 의한 배터리 셀 및 모듈의 진동 또는 기구적 변형에 따른 전압값 변화 정보를 전달받는다. 진동 검출 소자(230)의 변형 최대 허용 가능 사양에 따라 소정의 기준 레벨로 전압값을 구분하여 검출된 진동의 범위에 따라 배터리 팩(10)의 보호 동작을 수행하고 사용자에게 알람을 전송할 수 있다.
예를 들어, 변형 전 상태의 진동 검출 소자의 레벨인 초기 상태 레벨을 기준으로 하는 제1레벨, 변형 최대 허용 가능 레벨인 제2레벨 및 변형 최대 허용 가능 레벨을 초과하는 제3, 4레벨을 기준 레벨로 지정할 수 있다. 진동 검출 소자에 의해 검출된 진동이 제2레벨을 초과하는 경우 사용자에게 알람을 전송하며, 제3레벨을 초과하는 경우 알람 전송과 함께 배터리 충방전 및 차량 운행 시 정격 이하로 작동시키며, 제4레벨을 초과하는 경우 사용자 진동 검출 소자(230)의 파손으로 판단하여 측정 불가 알람을 전송할 수 있다. 진동 검출 소자(230) 저항값 변경에 따른 검출 레벨 기준 및 감지 시간은 사용자의 요구에 따라 변경이 가능하다.
한편, 본 발명의 도면에서 사용한 부호가 나타내는 구성은 다음과 같다.
10: 배터리 팩
100: 배터리 모듈
200: 퓨즈 박스
210: 퓨즈
211: 파단부
212: 퓨즈 단자
220: 퓨즈 케이스
221: 퓨즈 커버
222: 퓨즈 케이스-배터리 단자
223: 퓨즈 케이스-버스바 단자
224: 퓨즈 케이스 단자
230: 진동 검출 소자
300: 버스바
400: BMS
410: CMC
411: BMIC
420: Master BMS

Claims (10)

  1. 배터리 팩에 있어서,
    복수 개의 배터리 셀이 구비된 하나 이상의 배터리 모듈;
    상기 배터리 모듈의 모듈 단자와 연결되어 하나 이상의 배터리 모듈을 전기적으로 연결하는 버스바;
    퓨즈가 수납되는 퓨즈 박스;
    를 포함하여 구성되며,
    상기 퓨즈 박스는,
    상기 퓨즈 박스의 일면 또는 상기 버스바 일면에 절연되어 부착되어, 배터리 팩으로 유입되는 진동을 검출하는 진동 검출 소자; 를 포함하여 구성되는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 진동 검출 소자는 버스바 또는 퓨즈 박스에 테이프 형태 또는 유연 기판 위에 전사된 FPCB 형태로 부착되어 진동의 유입을 감지하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 퓨즈박스는,
    상기 버스바와 배터리 모듈의 모듈 단자의 연결부위에 배치되어, 버스바와 배터리 모듈 사이의 경로를 형성하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 퓨즈박스는,
    배터리 모듈의 모듈단자에 연결되는 퓨즈 케이스-배터리 단자;
    버스바에 연결되는 퓨즈 케이스 단자;
    상기 퓨즈 케이스-배터리 단자와 퓨즈 케이스 단자를 연결하는 퓨즈;
    를 포함하여 구성되어, 배터리 모듈과 버스바를 퓨즈를 통하여 연결하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 퓨즈박스는,
    상기 버스바의 일단에 배치되어, 상기 버스바와 BMS 사이의 경로를 형성하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 퓨즈박스는,
    BMS에 연결되는 퓨즈 케이스-배터리 단자;
    버스바의 일단에 연결되는 퓨즈 케이스 단자;
    상기 퓨즈 케이스-배터리 단자와 퓨즈 케이스 단자를 연결하는 퓨즈;
    를 포함하여 구성되어, 버스바와 BMS 사이를 배터리 모듈과 버스바를 퓨즈를 통하여 연결하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제4항 또는 6항에 있어서,
    상기 진동 검출소자는,
    상기 퓨즈 케이스 단자로부터 연장되는 퓨즈 케이스 버스바 단자상에 절연배치되는 것;
    을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제4항 또는 6항에 있어서,
    상기 진동 검출소자는,
    상기 퓨즈에 물리적으로 접촉하도록 절연배치되는 것;
    을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제4항 또는 6항에 있어서,
    상기 퓨즈박스는,
    상기 퓨즈를 덮는 퓨즈 커버를 구비하며,
    상기 진동 검출소자는 상기 퓨즈 커버의 일면에 배치되는 것;
    을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 진동 검출 소자는 버스바 및 퓨즈 박스의 진동 감지에 따른 전압값의 변화를 측정하여 BMS에 전달하고,
    상기 BMS는 전압값을 소정의 기준 레벨과 비교하고,
    상기 소정의 기준 레벨에서 최대 허용 가능 레벨을 초과하는 경우 보호 동작 수행 및 사용자에게 알람을 전송하는 것을 특징으로 배터리 팩.
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