WO2023043128A1 - 유니버설 배터리 팩 및 유니버설 배터리 팩을 사용하는 시스템 - Google Patents

유니버설 배터리 팩 및 유니버설 배터리 팩을 사용하는 시스템 Download PDF

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WO2023043128A1
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output
battery
voltage
receptacle
series
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PCT/KR2022/013493
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English (en)
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김수훈
알리존 우글리 팔바노브아크말존
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주식회사 델타엑스
나노인텍 주식회사
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    • H01M50/249—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders specially adapted for aircraft or vehicles, e.g. cars or trains
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    • H01M50/269—Mechanical means for varying the arrangement of batteries or cells for different uses, e.g. for changing the number of batteries or for switching between series and parallel wiring
    • 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
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    • 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 disclosure relates to a universal battery pack and a system using the universal battery pack, and more specifically, to using one standard battery pack in several systems having different operating voltages.
  • the present disclosure provides a standard battery pack that can be commonly used in various transportation devices such as electric vehicles, electric bikes, electric kickboards, golf carts, and the like, and a system using the standard battery pack.
  • a battery pack includes a housing; Six battery modules accommodated in the housing, and formed at one end of the housing to be connected to a receptacle of an external device, including six output units having a positive output unit and a negative output unit, and a sensing unit connected to each of the sensing lines. It includes a connection module that Each battery module includes first to seventh battery cells connected in series with each other, a first output terminal having one end connected to the positive electrode of the first battery cell, a second output terminal having one end connected to the negative electrode of the seventh battery cell, and the and sensing lines for monitoring states of the first to seventh battery cells, wherein each battery module is electrically independent so that a potential between the first output terminal and the second output terminal of each battery module is determined.
  • the positive connection part of the output unit is electrically connected to the other end of the first output terminal of the battery module and the negative connection part is electrically connected to the other end of the second output terminal of each battery module in a one-to-one correspondence, so that the six output parts are connected to the first output terminal. It is configured to independently relay the output voltage.
  • the six output units are configured to be connected in series or parallel according to the configuration of the receptacle of the external device.
  • the battery cell is a lithium ion battery and may have a nominal voltage of 3.6V to 3.8V.
  • connection module provides various configurations according to the configuration of the receptacle of the external device when the connection module is coupled to the receptacle. For example, a first configuration in which all of the six outputs are connected in series to provide a voltage six times the first output voltage, three of the six outputs are serially connected, and two pairs of three outputs are connected in series. A second configuration that is connected in parallel to provide a voltage three times the first output voltage, two of the six output units are connected in series, and three pairs of two output units connected in series are connected in parallel to obtain a voltage of the first output voltage It is configured to provide only one of a third configuration providing a double voltage and a fourth configuration in which all six output units are connected in parallel to provide the first output voltage.
  • the six output units may be arranged symmetrically when the connection module is viewed from the front.
  • a battery pack includes a housing; Six battery modules accommodated in the housing, and formed at one end of the housing to be connected to a receptacle of an external device, including six output units having a positive output unit and a negative output unit, and a sensing unit connected to each of the sensing lines. It includes a connection module that Each battery module includes first to eighth battery cells connected in series to each other, a first output terminal having one end connected to the positive electrode of the first battery cell, a second output terminal having one end connected to the negative electrode of the eighth battery cell, and the and sensing lines for monitoring states of the first to eighth battery cells, wherein each battery module is electrically independent so that a potential between the first output terminal and the second output terminal of each battery module is determined.
  • the positive connection part of the output unit is electrically connected to the other end of the first output terminal of the battery module and the negative connection part is electrically connected to the other end of the second output terminal of each battery module in a one-to-one correspondence, so that the six output parts are connected to the first output terminal. It is configured to independently relay the output voltage.
  • the six output units are configured to be connected in series or parallel according to the configuration of the receptacle of the external device.
  • the battery cell is a lithium iron phosphate battery and may have a nominal voltage of 3.1V to 3.3V.
  • connection module provides various configurations according to the configuration of the receptacle of the external device when the connection module is coupled to the receptacle. For example, a first configuration in which all of the six outputs are connected in series to provide a voltage six times the first output voltage, three of the six outputs are serially connected, and two pairs of three outputs are connected in series. A second configuration that is connected in parallel to provide a voltage three times the first output voltage, two of the six output units are connected in series, and three pairs of two output units connected in series are connected in parallel to obtain a voltage of the first output voltage It is configured to provide only one of a third configuration providing a double voltage and a fourth configuration in which all six output units are connected in parallel to provide the first output voltage.
  • the six output units may be arranged symmetrically when the connection module is viewed from the front.
  • a battery pack includes a housing; It includes six battery modules accommodated in the housing and a connection module formed at one end of the housing, configured to be connected to a receptacle of an external device, and having six output units.
  • Each of the battery modules includes an output terminal and is configured to independently provide a first output voltage through the output terminal.
  • Each output unit is connected to each output terminal of the battery module in a one-to-one correspondence to independently relay the first output voltage to the receptacle.
  • the six output units are configured to be connected in series or in parallel according to the configuration of the receptacle of the external device, and any one of 1, 2, 3, and 6 times the first output voltage according to the configuration of the receptacle. It is configured to provide only one voltage to the external device.
  • a battery system includes a battery pack including six battery modules and a connection module; and a battery system including a receptacle electrically connectable to the battery pack, and a plurality of devices obtaining a driving voltage when the battery pack and the receptacle are connected.
  • Each of the battery modules includes an output unit and is configured to independently provide a first output voltage through the output unit, and the connection module is configured to be connected to the receptacles of the plurality of devices to provide the first output voltage from each of the battery modules. configured to independently relay a voltage to the receptacle.
  • the plurality of devices require a first driving voltage for driving and include a first receptacle, wherein the first receptacle includes six output connection portions electrically connected to the output portion of the battery module, respectively.
  • the output connection part is connected in series in units of three, and two pairs of output connection parts connected in series are connected in parallel so that the first receptacle converts a voltage three times the first output voltage into the first driving voltage.
  • the battery pack of the present disclosure can use a standard battery of a unified standard for each different transportation device requiring a variety of voltages, so battery management is easy, and transportation device manufacturers can escape from difficulties in battery quality management. .
  • FIG. 1 is a conceptual diagram of an environment using a battery pack according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2A is a conceptual diagram of a battery pack according to an embodiment of the present disclosure.
  • 2B is a conceptual diagram illustrating a connection between one battery module of a battery pack and an external device according to an embodiment of the present disclosure.
  • 2C is a conceptual diagram of a battery pack according to an embodiment of the present disclosure.
  • 3A is a partial view of a battery pack according to an embodiment of the present disclosure.
  • 3B is a partial view of a battery pack according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 4A is an exemplary view of a receptacle of a transportation device connected to a battery according to an embodiment of the present disclosure.
  • 4B is an exemplary view of coupling a battery and a receptacle according to an embodiment of the present disclosure.
  • 4c to 4f are exemplary views illustrating a rear surface of a receptacle according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG 5 is an exemplary diagram of a battery charging device according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 6 is an exemplary view showing the use of two or more battery packs according to an embodiment of the present disclosure.
  • expressions such as “has,” “can have,” “includes,” or “can include” indicate the presence of a corresponding feature (eg, numerical value, function, operation, or component such as a part). , which does not preclude the existence of additional features.
  • expressions such as “A or B,” “at least one of A and/and B,” or “one or more of A or/and B” may include all possible combinations of the items listed together. .
  • “A or B,” “at least one of A and B,” or “at least one of A or B” (1) includes at least one A, (2) includes at least one B, Or (3) may refer to all cases including at least one A and at least one B.
  • a component e.g., a first component
  • another component e.g., a second component
  • the certain component may be directly connected to the other component or connected through another component (eg, a third component).
  • an element e.g, a first element
  • another element e.g., a second element
  • the element and the above It may be understood that other components (eg, a third component) do not exist between the other components.
  • processor configured (or configured) to perform A, B, and C refers to a dedicated processor (e.g., : embedded processor), or a general-purpose processor (eg, CPU or application processor) capable of performing corresponding operations by executing one or more software programs stored in a memory device.
  • a dedicated processor e.g., : embedded processor
  • a general-purpose processor e.g, CPU or application processor
  • an environment 100 includes a battery pack 110, various transportation devices (an electric vehicle 120, an electric kickboard 130, an electric bike 150, and a charging device 140.
  • Electric vehicle 120, electric kickboard 130, and electric bike 150 are examples of transportation devices, and it will be understood that not only transportation devices, but also devices that obtain power from electric batteries may all be included in the environment 100.
  • Environment 100 In (100) the user commonly uses the battery pack 110 for the electric vehicle 120, the electric kickboard 130, and the electric bike 150, and charges the battery pack 110 through the charging device 140 so it can be reused.
  • the electric vehicle 120, the electric kickboard 130, and the electric bike 150 each have receptacles 122, 132, and 152.
  • the electric vehicle 120, the electric kickboard 130, and the electric bike 150 are mechanically and/or electrically connected to the battery pack 110 through receptacles 122, 132, and 152, respectively, and the battery pack 110 Power can be supplied from
  • receptacles 122 , 132 , and 152 may be mechanically connected to battery pack 110 .
  • a connection portion between the receptacles 122 , 132 , and 152 and the battery pack 110 may have the same shape.
  • different voltages may be required for operation of the electric vehicle 120, the electric kickboard 130, and the electric bike 150, respectively.
  • the electric vehicle 120 is 72V (eg, the first required voltage or the first driving voltage)
  • the electric kickboard 130 is 24V (eg, the second required voltage or the second driving voltage)
  • the electric bike 150 may require an operating voltage of 48V (eg, a third required voltage or a third driving voltage).
  • Other devices not shown may require a driving voltage of 144V (eg, a fourth required voltage or a fourth driving voltage).
  • a voltage between 5V and 30V eg, a fifth required voltage and a fifth driving voltage
  • may be required to drive other devices 160 such as a laptop, a smart phone, or a camper.
  • the electric vehicle 120, the electric kickboard 130, the electric bike 150, and other devices 160 each include receptacles 122, 132, and 152, and the receptacles 122, 132, and 152 are the same battery pack 110 ) and can be mechanically and/or electrically connected, one battery pack 110, that is, using the same battery pack 110, the electric vehicle 120, the electric kickboard 130, the electric bike 150 and others Devices 160 may be powered respectively. Accordingly, it is possible to drive various devices having different driving voltages by producing/using the battery pack 110 of the same standard.
  • the receptacles 122, 132, and 152 are supplied from the battery pack 110 to the electric vehicle 120. , It may be configured to supply voltage required for driving the electric kickboard 130 and the electric bike 150. Detailed structures of the receptacles 122, 132, and 152 will be described later.
  • the charging device 140 may be installed in various places that are easily accessible by users.
  • the charging device 140 may be installed in various places such as convenience stores, bakeries, marts, restaurants, and subway stations.
  • a user may rent, return, or charge the battery pack 110 at any time through the charging device 140 .
  • the battery pack 110 may have a unique identification symbol (eg, identification number, barcode, QR code, etc.).
  • the charging device 140 may monitor the battery state through a unique identification symbol of the battery pack 110 .
  • the charging device 140 is configured to simultaneously charge a plurality of battery packs 110 .
  • the charging device 140 includes a plurality of terminals, and each terminal may be mechanically/electrically connected to each of the battery packs 110 .
  • FIG. 2A is a conceptual diagram of a battery pack 110 according to an embodiment of the present disclosure.
  • the battery pack 110 includes a housing 118 and a plurality of battery modules 110a to 110f accommodated in the housing 118 .
  • the number of battery modules 110a to 110f may be six.
  • the number of battery modules may be changed.
  • each of the battery modules 110a to 110f may include a plurality of battery cells for lithium secondary batteries.
  • lithium secondary batteries for example, refers to nickel, manganese, cobalt, ternary secondary batteries, but is not limited thereto.
  • the first to sixth battery modules 110a to 110f may include seven battery cells 110a-1 to 110a-7.
  • the number of battery cells 110a-1 to 110a-7 may be appropriately adjusted according to the nominal voltage of one battery cell.
  • the battery cells 110a-1 to 110a-7 shown in FIG. 2A are cylindrical, battery cells that can be recharged and reused, such as a pouch type or a prismatic shape, are included in the present disclosure.
  • the first battery module 110a includes seven battery cells 110a-1 to 110a-7. Each of the battery cells 110a-1 to 110a-7 may have a nominal voltage of about 3.6V to about 3.8V. Seven battery cells 110a-1 to 110a-7 of the first battery module 110a are connected in series. Accordingly, the first battery module 110a may be configured to supply a voltage of 24V.
  • the first battery module 110a includes first and second output terminals 110aa and 110ab.
  • the first output terminal 110aa may be electrically connected to the positive electrode of the first battery module 110a, and the second output terminal 110ab may be electrically connected to the negative electrode of the first battery module 110a.
  • the first output terminal may be referred to as a positive output terminal and the second output terminal may be referred to as a negative output terminal.
  • the first output terminal 110aa is connected to one positive electrode of the battery cells 110a-1 to 110a-7 of the first battery module 110a
  • the second output terminal 110ab is connected to the first battery module 110a. It may be electrically connected to any negative electrode of the battery cells 110a-1 to 110a-7 of 110a.
  • the battery pack 110 may include six battery modules 110a to 110f providing a voltage of 24V.
  • the first battery module 110a will be described as an example.
  • 2B is a conceptual diagram illustrating a connection between one battery module 110a of the battery pack 110 and an external device according to an embodiment of the present disclosure.
  • External devices may include, for example, an electric vehicle 120, an electric kickboard 130, an electric bike 150, and other devices 160.
  • the battery pack 110 includes a connection module 112, and the connection module 112 may be mechanically/electrically coupled to an external device. For convenience of explanation, only the first battery module 110a among the six battery modules 110a to 110f is shown and described.
  • the first battery module 110a includes first and second output terminals 110aa and 110ab.
  • One end of the first output terminal 110aa may be electrically connected to the positive electrode of the first battery module 110a, and one end of the second output terminal 110ab may be electrically connected to the negative electrode of the first battery module 110a.
  • the output terminals 110aa and 110ab supply power to the external device through the receptacles 122, 132, and 152 of the electric vehicle 120, the electric kickboard 130, and the electric bike 150, for example. is a terminal for Accordingly, the other end of the first output terminal 110aa and the other end of the second output terminal 110ab may be electrically connected to the connection module 112 .
  • the first battery module 110a may further include sensing lines 210 to 260 .
  • One ends of the sensing lines 210 to 260 may be electrically connected between the series-connected battery cells 110a-1 to 110a-7.
  • one end of the first sensing line 210 is between the first and second battery cells 110a-1 and 110a-2, and between the second and third battery cells 110a-2 and 110a-3.
  • One end of the second sensing line 220 is between the third and fourth battery cells 110a-3 and 110a-4, and one end of the third sensing line 230 is between the fourth and fifth battery cells 110a.
  • One end of the fourth sensing line 240 between -4 and 110a-5, and one end of the fifth sensing line 250 between the fifth and sixth battery cells 110a-5 and 110a-6 are One end of the sixth sensing line 260 may be electrically connected between the sixth and seventh battery cells 110a-6 and 110a-7, respectively. Since the sensing lines 210 to 260 exist between the seven battery cells 110a-1 to 110a-7, in one embodiment, there may be six sensing lines.
  • the sensing lines 210 to 260 may be lines for monitoring and balancing states of each of the battery cells 110a-1 to 110a-7, eg, current and voltage.
  • the output terminals 110aa and 110ab may be used as sensing lines, and although not shown, a separate sensing line may be disposed at one end of a battery cell connected to the output terminals 110aa and 110ab. In this case, the number of sensing lines may be 8.
  • the output terminals 110aa and 110ab of the battery module 110a and the sensing lines 210 to 260 are electrically connected to the connection module 112 , respectively.
  • the battery pack 110 has 12 output terminals and 36 sensing lines. (or 48). 3A shows 48 sensing units 112a corresponding to the sensing lines.
  • 2C is a conceptual diagram of a battery pack 310 according to an embodiment of the present disclosure.
  • the battery pack 310 includes a plurality of battery modules 310a to 310f.
  • the number of battery modules 310a to 310f may be six.
  • the number of battery modules may be changed.
  • each of the battery modules 310a to 310f may include a plurality of lithium iron phosphate battery cells whose positive electrode material is iron phosphate.
  • the first to sixth battery modules 310a to 310f may include eight battery cells 310a-1 to 310a-8.
  • a nominal voltage of each of the battery cells 310a-1 to 310a-8 may be about 3.1V to about 3.3V.
  • Eight battery cells 310a-1 to 310a-8 of the first battery module 310a are connected in series.
  • the first battery module 310a may be configured to supply a voltage of 24V. Except for the nominal voltage and number of each battery cell 310a-1 to 310a-8, the structure is similar to that shown in FIGS. 2A and 2B. That is, although not shown, each of the battery modules 310a to 310f has two output terminals (anode and cathode), and a sensing line for monitoring the state of each battery cell 310a-1 to 310a-8 is adjacent. It can be disposed between the battery cells that do. A detailed description of the output terminal and the sensing line is omitted.
  • one battery module when one battery module is configured to provide a voltage of about 24V, it will be appreciated that the number of battery cells may vary according to the nominal voltage of the battery cells.
  • the present disclosure configures six battery modules configured to provide a voltage of about 24V into one battery pack 110 or 310, so that one battery pack 110 or 310 can be used in a plurality of various devices having different required voltages.
  • connection module 112 is disposed at one end of the battery pack 110 .
  • One end of the connection module 112 may be electrically connected to the output terminals and sensing lines of the battery modules 110a to 110f, and the other end of the connection module 112 may be coupled to the receptacles 122, 132, and 152.
  • the body of the connection module 112 may be formed of an insulating material.
  • the connection module 112 includes a sensing unit 112a for electrical connection with a sensing line and an output unit 112b for electrical connection with an output terminal.
  • One of the output units 112b may include a positive output unit (not shown) and a negative output unit (not shown).
  • the positive output unit may be electrically connected to the first output terminals of the battery modules 110a to 110f and the negative output unit may be electrically connected to the second output terminals of the battery modules 110a to 110f.
  • the connection module 112 may further include a holding part 112c that maintains coupling with the receptacles 122 , 132 , and 152 .
  • the sensing unit 112a and the output unit 112b are shown as concave in FIG. 3A, they may also have a protruding shape.
  • the shapes of the sensing unit 112a and the output unit 112b may be changed according to the shapes of the receptacles 122 , 132 , and 152 .
  • the number of sensing units 112a and output units 112b may be the same as the number of sensing lines and output terminals of battery modules 110a to 110f, respectively.
  • the number of sensing units 112a may be 36 or 48 and the number of output units 112b may be 12.
  • the sensing unit 112a and the output unit 112b are electrically independent.
  • the body of the connection module 112 is formed of an insulating material, and the sensing unit 112a and the output unit 112b are electrically connected to the sensing lines and output terminals of the battery modules 110a to 110f, respectively.
  • the sensing lines and output terminals of the battery modules 110a to 110f are connected to respective output cables (not shown), and the ends of the output cables are crimp-connected to electrically conductive terminals, and the crimped terminals are connected. It can be inserted into each opening of module 112.
  • the plurality of output units 112b may be symmetrically arranged so that the same arrangement occurs even when the connection module 112 rotates.
  • the plurality of output units 112b may be arranged in point symmetry or line symmetry when the connection module 112 is viewed from the front.
  • the output unit 112b may be configured in a vertically symmetrical arrangement of cathodes and anodes. In this case, there is no problem in electrical connection even when the connection module 112 is rotated by 180 degrees and inserted into the receptacles 122, 132, and 152 in any direction.
  • the top-bottom symmetrical arrangement of the cathode and anode is exemplarily shown in FIGS. 4C to 4F.
  • the output unit 112b may be arranged symmetrically in various ways.
  • the output unit 112b may be arranged while drawing a circle (or hexagon) around one point.
  • six output units 112b may be disposed at an angle of 60 degrees.
  • the battery packs 110 and 310 include six battery modules 110a to 110f and 310a to 310f providing a voltage of 24V.
  • the battery packs 110 and 310 are configured to provide various voltages according to the connection of the six battery modules 110a to 110f and 310a to 310f, and the six battery modules 110a to 110f and 310a to 310f are connected in series or parallel. The connection is not made on the side of the battery packs 110 and 310, but on the side of an external device using the battery packs 110 and 310.
  • the output terminals or connection modules of the battery packs 110 and 310 may be configured to provide various voltages (eg, 24V, 48V, 72V, 144V) by being variably connected in series or parallel from the outside.
  • 24V is an exemplary voltage and may be referred to as the first output voltage.
  • the output voltage of one battery module may be adjusted by the battery pack manufacturer. It will also be understood that providing a voltage of 24V does not mean exactly 24V, but provides a voltage between about 23V and 26V. The use of one battery pack for various devices with different required voltages will be described in detail later.
  • FIG. 3B is a partial view of the battery pack 110 according to an embodiment of the present disclosure.
  • a handle 114 may be formed at the other end of the battery pack 110 .
  • a user may move the battery pack 110 using the handle 114 .
  • 4A is an exemplary view of a receptacle 422 of a transportation device connected to a battery according to an embodiment of the present disclosure.
  • 4B is an exemplary view of coupling a battery pack 110 and a receptacle 422 according to an embodiment of the present disclosure.
  • the front surface of the receptacle 422 is configured to be mechanically coupled to the connection module 112 of the battery pack 110 .
  • a plurality of sensing connection units 422a and a plurality of output connection units 422b may be formed on the front surface of the receptacle 422 .
  • the bottom portion of the front surface of receptacle 422 may include an insulating member.
  • the sensing connection part 422a and the output connection part 422b are formed as electrical conductors and may be formed through the bottom part.
  • the serial and parallel connections of the output connections 422b may be electrically connected by wires or bus bars at the rear of the receptacle 422 .
  • a substrate may be attached to the rear surface of the receptacle 422 to connect the output connectors 422b in series or in parallel.
  • the battery packs 110 and 310 can have various voltages by simply inserting the battery packs 110 and 310 into the receptacle 422 without separately adjusting the connection of the output terminals of the battery packs 110 and 310. can provide. This will be described later with reference to FIGS. 4C to 4F.
  • the sensing connection unit 422a and the output connection unit 422b are electrically connected to the sensing unit 112a and the output unit 112b, respectively.
  • the sensing connection unit 422a and the output connection unit 422b correspond to the sensing unit 112a and the output unit 112b, respectively.
  • the sensing connection unit 422a and the output connection unit 422b and the sensing unit 112a and the output unit 112b may have a relationship like a plug and a socket.
  • the coupling between the connection module 112 and the receptacle 422 may be in the same relationship as between a plug and a socket.
  • the number of sensing connection units 422a and output connection units 422b may be the same as the number of sensing units 112a and output units 112b.
  • the number of output connection units 422b may be six.
  • the output connection part 422b may include a positive output connection part (not shown) and a negative output connection part (not shown).
  • the positive output connection part may be electrically connected to the positive output part and the negative output connection part may be electrically connected to the negative output part.
  • the sensing connection part 422a and the output connection part 422b may have shapes respectively corresponding to the sensing part 112a and the output part 112b.
  • the sensing connection unit 422a and the output connection unit 422b when the sensing unit 112a and the output unit 112b are formed to protrude, the sensing connection unit 422a and the output connection unit 422b have a concave shape to accommodate the sensing unit 112a and the output unit 112b. can have When the sensing unit 112a and the output unit 112b are concave, the sensing connection unit 422a and the output connection unit 422b may have a convex shape to be accommodated in the sensing unit 112a and the output unit 112b. .
  • the receptacle 422 may further include an edge portion 422c for coupling with the connection module 112 .
  • the edge portion 422c is formed to surround the sensing connection portion 422a and the output connection portion 422b.
  • the edge portion 422c may correspond to the holding portion 112c and may be configured to be coupled with the holding portion 112c.
  • 4A shows 36 sensing connection units 422a.
  • the receptacle 422 is an external device, for example, an electric vehicle 120, an electric kickboard 130, and an electric bike 150 BMS (Battery Management System, not shown) and electrical / mechanical can be connected to
  • the BMS collects and analyzes information on the battery pack 110, battery modules 110a to 110f, and battery cells 110a-1 to 110a-7, and supplies/controls power from the battery pack 110 to external devices. function can be performed.
  • the BMS may include a Power Relay Assembly (PRA).
  • PRA Power Relay Assembly
  • the battery modules 110a to 110f are connected to the receptacle 422 of the external device to provide one of 24V, 48V, 72V, and 144V voltage according to the electrical connection path on the rear surface of the receptacle 422. determined according to
  • 4C to 4F are exemplary views illustrating a rear surface of a receptacle 422 according to an embodiment of the present disclosure.
  • the rear surface corresponding to the sensing connector 422a is omitted.
  • the arrangements 422ba to 422bf of the positive (+) and negative (-) electrodes shown in FIGS. 4C to 4F are exemplary and may be changed depending on the position of the output terminal of the battery pack 110 and the like.
  • 4C to 4F show six pairs of output connections 422ba to 422bf each having positive (+) and negative (-) terminals, and the pair of positive and negative electrodes are first and second output terminals of one battery module. can correspond to each. That is, a pair of anode and cathode can provide a voltage of 24V each. As described above, 24V is an exemplary voltage and may be referred to as the first output voltage.
  • the arrangement of cathodes and anodes of the output connectors 422ba to 422bf may be configured in a vertically symmetrical manner. That is, as shown in FIGS. 4C to 4F , the output connection parts 422ba to 422bc and the output connection parts 422bd to 422bf are arranged symmetrically. Negative and positive electrodes of the output units of the battery packs 110 and 310 may also be arranged as shown in FIGS. 4C to 4F . According to this symmetrical arrangement, it is easy to connect the battery packs 110 and 310 to the receptacle 422 because the arrangement is the same even when rotated at an angle of 180 degrees.
  • the output terminals 405 and 410 of FIG. 4C can provide a voltage of 24V.
  • the output connections including positive (+) and negative (-) are connected in series in three units (422ba to 422bc, 422bd to 422bf), and two pairs (422ba to 422bc, 422bd) in which three are connected in series. to 422bf) are connected in parallel.
  • the output terminals 405 and 410 of FIG. 4D can provide a voltage of 72V.
  • Figure 4d is exemplary, and it will be appreciated that series/parallel connections other than those shown in Figure 4d are possible to provide 72V. For example, 72V can be provided even when two units are connected in parallel and three pairs of two connected in parallel are connected in series.
  • the output connections including positive (+) and negative (-) are connected in series in two units (422ba to 422bd, 422bb to 422be, 422bc to 422bf), and three pairs (422ba) in which two are connected in series. to 422bc, 422bd to 422bf) are connected in parallel.
  • the output terminals 405 and 410 of FIG. 4C can provide a voltage of 48V.
  • FIG. 4E is exemplary, and it will be appreciated that other series/parallel connections than shown in FIG. 4E are possible to provide 48V. For example, 48V can be provided even when three units are connected in parallel and two pairs of three connected in parallel are connected in series.
  • serial connection units 422ba to 422bf including an anode (+) and a cathode (-) are serially connected to each other.
  • the output terminals 405 and 410 of FIG. 4C can provide a voltage of 144V.
  • the output terminals 405 and 410 of FIGS. 4C to 4F are electrically connected to an actuator (not shown) such as a BMS or a motor of a device equipped with the receptacle 422 to supply voltages required by each device. It can be configured to provide.
  • an actuator such as a BMS or a motor of a device equipped with the receptacle 422 to supply voltages required by each device. It can be configured to provide.
  • the rear surface of the receptacle 422 may include at least one of a printed circuit board (PCB), wiring formed on the PCB, and a bus bar.
  • PCB printed circuit board
  • the electrical connection of the rear surface of the receptacle 422 is not limited to wiring and bus bars, and for example, the electrical connection of 6 pairs (422ba to 422bf) of positive (+) and negative (-) is well known to those skilled in the art. It will be appreciated that implementations may be made using known techniques.
  • the driving voltage of one battery pack 110 is different by using the receptacle 422 connecting the output terminals of the battery modules 110a to 110f of one battery pack 110 in different series and parallel relationships.
  • a variety of external devices can be driven. That is, the electric vehicle 120, the electric kickboard 130, and the electric bike 150 receive a desired voltage from the battery pack 110 through different receptacles 122, 132, and 152 when the required voltages are all different.
  • FIG 5 is an exemplary diagram of a battery pack charging device 140 according to an embodiment of the present disclosure.
  • the charging device 140 includes a plurality of storage units 142 and a display 144 .
  • the charging device 140 may further include a processor, a communication module, and the like.
  • the accommodating unit 142 accommodates the battery pack 110 .
  • a receptacle (not shown) is disposed inside the storage unit 142 , and the storage unit 142 is configured to be electrically connected to and charged with the battery pack 110 .
  • the display 144 may provide information about the battery pack 110 to a user.
  • the charging device 140 may be installed and used in various places like a vending machine.
  • the charging device 140 may include a separate charging unit (not shown) or may be connected to a power source through a wire to charge the battery pack 110 .
  • FIG. 6 is an exemplary view showing the use of two or more battery packs according to an embodiment of the present disclosure.
  • two or more battery packs 110 may be used together. Through this, the use time of the battery pack 110 may be increased.
  • one battery pack includes two (Fig. 6 (a)), three (Fig. 6 (b)), or six (Fig. 6 (c)) battery modules. pack can be performed.
  • a battery pack including 6 battery modules is shown in FIGS. 2A and 2C , 6, 12, or 24 battery modules may be included in one battery pack.
  • voltages of 24V, 48V, 72V, and 144V can be provided from one battery pack.
  • a battery pack may be manufactured such that one battery pack provides voltages of N V, 2 ⁇ N V, 3 ⁇ N V, and 6 ⁇ N V.
  • one battery module may include a plurality of battery cells to provide a voltage of N V and have two output terminals, and a battery pack may include six battery modules.
  • a required voltage from one battery pack can be provided to a mobile device according to a receptacle provided by the mobile device.
  • a manufacturer of a mobile device that obtains power through a secondary battery may manufacture and sell a mobile device equipped with a receptacle coupled to a battery pack according to the present disclosure.
  • the receptacle is configured to provide a required voltage by connecting output terminals of the battery pack in series or parallel according to a required voltage. Therefore, the manufacturer can sell the mobile device without a battery pack, and the user can easily subscribe (purchase or rent) the battery pack separately and install it on the mobile device to use the mobile device.
  • a user may use the same battery pack for a first transportation device requiring a first driving voltage and a second transportation device requiring a second driving voltage different from the first driving voltage. Accordingly, manufacturers of the first and second transport devices can manufacture the first and second transport devices without considering which battery pack to use. Battery pack manufacturers can also improve production efficiency by producing one type of battery pack without the need to manufacture various battery packs with fixed supply voltages.
  • 310a, 310b, 310c, 310d, 310e, 310f battery module

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Abstract

본 개시의 배터리 팩은 하우징; 상기 하우징에 수납된 6개의 배터리 모듈 및 상기 하우징의 일단에 형성되어 외부 장치의 리셉터클과 연결되도록 구성되고 6개의 출력부를 갖는 연결 모듈을 포함한다. 상기 배터리 모듈 각각은 출력 단자를 포함하고 상기 출력 단자를 통해 제1 출력 전압을 독립적으로 제공하도록 구성된다. 각 출력부는 상기 배터리 모듈의 각 출력 단자와 일대일 대응으로 연결되어 상기 제1 출력 전압을 상기 리셉터클로 독립적으로 중계하도록 구성된다. 상기 6개의 출력부는 상기 외부 장치의 상기 리셉터클의 구성에 따라 직렬 또는 병렬로 연결 가능하도록 구성되어, 상기 리셉터클의 구성에 따라 상기 제1 출력 전압의 1배, 2배, 3배 및 6배 중 어느 하나의 전압만을 상기 외부 장치로 제공하도록 구성된다.

Description

유니버설 배터리 팩 및 유니버설 배터리 팩을 사용하는 시스템
본 출원은 2021년 09월 14일자로 출원된 한국 특허출원 번호 제10-2021-0122459호에 대한 우선권주장출원으로서, 해당 출원의 명세서 및 도면에 개시된 모든 내용은 인용에 의해 본 출원에 원용된다.
본 개시는 유니버설 배터리 팩 및 유니버설 배터리 팩을 사용하는 시스템에 관한 것으로, 자세하게는 하나의 표준 배터리 팩을 사용 전압이 상이한 여러 시스템에서 이용하는 것이다.
화석 에너지를 동력원으로 사용하는 경우 환경 문제가 발생하여, 친환경 에너지로 전기 에너지를 사용하려는 시도가 늘고 있다. 최근 충전식 배터리가 자동차, 킥보드 등에 사용되고 있는데, 각 장치마다 요구되는 전압이 달라 각각 별도의 배터리가 필요하다.
<선행기술문헌>
한국특허 등록번호 제10-1933449호
한국특허 등록번호 제10-2264429호
한국특허 공개번호 제10-2021-0047750호
한국특허 공개번호 제10-2021-0004187호
본 개시는 다양한 운송 장치, 예를 들어, 전기 자동차, 전기 바이크, 전동킥보드, 골프 카트 등에 공용으로 사용될 수 있는 표준 배터리 팩 및 표준 배터리 팩을 사용하는 시스템을 제공한다.
본 개시의 일 형태에 의하면, 배터리 팩은 하우징; 상기 하우징에 수용된 6개의 배터리 모듈, 및 상기 하우징의 일단에 형성되어 외부 장치의 리셉터클과 연결되도록 구성되며, 양극 출력부 및 음극 출력부를 갖는 6개의 출력부 및 상기 센싱 라인들 각각과 연결된 센싱부를 포함하는 연결 모듈을 포함한다. 각 배터리 모듈은 서로 직렬로 연결된 제1 내지 제7 배터리 셀, 상기 제1 배터리 셀의 양극에 일단이 연결된 제1 출력 단자, 상기 제7 배터리 셀의 음극에 일단이 연결된 제2 출력 단자 및, 상기 제1 내지 상기 제7 배터리 셀의 상태를 모니터링하기 위한 센싱 라인들을 포함하며, 상기 각 배터리 모듈은 전기적으로 독립되어 상기 각 배터리 모듈의 상기 제1 출력 단자 및 상기 제2 출력 단자 사이의 전위가 제1 출력 전압을 제공하도록 구성된다. 상기 출력부의 양극 연결부는 상기 배터리 모듈의 상기 제1 출력 단자의 타단과, 음극 연결부는 상기 각 배터리 모듈의 상기 제2 출력 단자의 타단과 전기적으로 일대일 대응으로 연결되어 상기 6개의 출력부는 상기 제1 출력 전압을 독립적으로 중계하도록 구성된다. 상기 6개의 출력부는 상기 외부 장치의 상기 리셉터클의 구성에 따라 직렬 또는 병렬로 연결 가능하도록 구성된다.
일 실시예에서, 상기 배터리 셀은 리튬 이온 배터리로 공칭 전압이 3.6V 내지 3.8V일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 연결 모듈은 상기 연결 모듈이 상기 리셉터클에 결합될 때 상기 외부 장치의 상기 리셉터클의 구성에 따라, 여러 구성을 제공한다. 예를 들어, 상기 6개의 출력부가 모두 직렬 연결되어 상기 제1 출력 전압의 6배의 전압을 제공하는 제1 구성, 상기 6개의 출력부 중 3개씩 직렬 연결되고, 직렬 연결된 3개의 출력부 2쌍이 병렬 연결되어 상기 제1 출력 전압의 3배의 전압을 제공하는 제2 구성, 상기 6개의 출력부 중 2개씩 직렬 연결되고, 직렬 연결된 2개의 출력부 3쌍이 병렬 연결되어 상기 제1 출력 전압의 2배의 전압을 제공하는 제3 구성, 및 상기 6개의 출력부가 모두 병렬 연결되어 상기 제1 출력 전압을 제공하는 제4 구성 중 어느 하나만의 구성을 제공하도록 구성된다.
일 실시예에서, 상기 6개의 출력부는 상기 연결 모듈을 정면에서 보았을 때 대칭을 이루도록 배치될 수 있다.
본 개시의 일 형태에 의하면, 배터리 팩은 하우징; 상기 하우징에 수용된 6개의 배터리 모듈, 및 상기 하우징의 일단에 형성되어 외부 장치의 리셉터클과 연결되도록 구성되며, 양극 출력부 및 음극 출력부를 갖는 6개의 출력부 및 상기 센싱 라인들 각각과 연결된 센싱부를 포함하는 연결 모듈을 포함한다. 각 배터리 모듈은 서로 직렬로 연결된 제1 내지 제8 배터리 셀, 상기 제1 배터리 셀의 양극에 일단이 연결된 제1 출력 단자, 상기 제8 배터리 셀의 음극에 일단이 연결된 제2 출력 단자 및, 상기 제1 내지 상기 제8 배터리 셀의 상태를 모니터링하기 위한 센싱 라인들을 포함하며, 상기 각 배터리 모듈은 전기적으로 독립되어 상기 각 배터리 모듈의 상기 제1 출력 단자 및 상기 제2 출력 단자 사이의 전위가 제1 출력 전압을 제공하도록 구성된다. 상기 출력부의 양극 연결부는 상기 배터리 모듈의 상기 제1 출력 단자의 타단과, 음극 연결부는 상기 각 배터리 모듈의 상기 제2 출력 단자의 타단과 전기적으로 일대일 대응으로 연결되어 상기 6개의 출력부는 상기 제1 출력 전압을 독립적으로 중계하도록 구성된다. 상기 6개의 출력부는 상기 외부 장치의 상기 리셉터클의 구성에 따라 직렬 또는 병렬로 연결 가능하도록 구성된다.
일 실시예에서, 상기 배터리 셀은 리튬 인산 철 배터리로 공칭 전압이 3.1V 내지 3.3V일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 연결 모듈은 상기 연결 모듈이 상기 리셉터클에 결합될 때 상기 외부 장치의 상기 리셉터클의 구성에 따라, 여러 구성을 제공한다. 예를 들어, 상기 6개의 출력부가 모두 직렬 연결되어 상기 제1 출력 전압의 6배의 전압을 제공하는 제1 구성, 상기 6개의 출력부 중 3개씩 직렬 연결되고, 직렬 연결된 3개의 출력부 2쌍이 병렬 연결되어 상기 제1 출력 전압의 3배의 전압을 제공하는 제2 구성, 상기 6개의 출력부 중 2개씩 직렬 연결되고, 직렬 연결된 2개의 출력부 3쌍이 병렬 연결되어 상기 제1 출력 전압의 2배의 전압을 제공하는 제3 구성, 및 상기 6개의 출력부가 모두 병렬 연결되어 상기 제1 출력 전압을 제공하는 제4 구성 중 어느 하나만의 구성을 제공하도록 구성된다.
일 실시예에서, 상기 6개의 출력부는 상기 연결 모듈을 정면에서 보았을 때 대칭을 이루도록 배치될 수 있다.
본 개시의 일 형태에 의하면, 배터리 팩은 하우징; 상기 하우징에 수납된 6개의 배터리 모듈 및 상기 하우징의 일단에 형성되어 외부 장치의 리셉터클과 연결되도록 구성되고 6개의 출력부를 갖는 연결 모듈을 포함한다. 상기 배터리 모듈 각각은 출력 단자를 포함하고 상기 출력 단자를 통해 제1 출력 전압을 독립적으로 제공하도록 구성된다. 각 출력부는 상기 배터리 모듈의 각 출력 단자와 일대일 대응으로 연결되어 상기 제1 출력 전압을 상기 리셉터클로 독립적으로 중계하도록 구성된다. 상기 6개의 출력부는 상기 외부 장치의 상기 리셉터클의 구성에 따라 직렬 또는 병렬로 연결 가능하도록 구성되어, 상기 리셉터클의 구성에 따라 상기 제1 출력 전압의 1배, 2배, 3배 및 6배 중 어느 하나의 전압만을 상기 외부 장치로 제공하도록 구성된다.
본 개시의 일 형태에 의하면, 배터리 시스템은 6개의 배터리 모듈 및 연결 모듈을 포함하는 배터리 팩; 및 상기 배터리 팩과 전기적으로 연결 가능한 리셉터클을 구비한 배터리 시스템으로, 상기 배터리 팩과 상기 리셉터클이 연결될 때 구동 전압을 얻는 복수의 장치를 포함한다. 상기 배터리 모듈 각각은 출력부를 포함하고 상기 출력부를 통해 제1 출력 전압을 독립적으로 제공하도록 구성되고, 상기 연결 모듈은 상기 복수의 장치의 상기 리셉터클과 연결되도록 구성되어 상기 배터리 모듈 각각으로부터 상기 제1 출력 전압을 상기 리셉터클로 독립적으로 중계하도록 구성된다. 상기 복수의 장치는, 구동을 위해 제1 구동 전압을 요구하고 제1 리셉터클을 포함하는 제1 장치 - 상기 제1 리셉터클은 상기 배터리 모듈의 상기 출력부와 각각 전기적으로 연결되는 6개의 출력 연결부를 포함하고, 상기 출력 연결부는 3개 단위로 직렬 연결되고 상기 3개가 직렬 연결된 출력 연결부 2쌍은 병렬 연결되어 상기 제1 리셉터클은 상기 제1 출력 전압의 3배의 전압을 상기 제1 구동 전압으로 변환하도록 구성됨 - ; 구동을 위해 제2 구동 전압을 요구하고 제2 리셉터클을 포함하는 제2 장치 - 상기 제2 리셉터클은 상기 배터리 모듈의 상기 출력부와 각각 전기적으로 연결되는 6개의 출력 연결부를 포함하고, 상기 출력 연결부는 전부 병렬 연결되어 상기 제1 출력 전압이 상기 제2 구동 전압으로 출력하도록 구성됨 - ; 구동을 위해 제3 구동 전압을 요구하고 제3 리셉터클을 포함하는 제3 장치 - 상기 제3 리셉터클은 상기 배터리 모듈의 상기 출력부와 각각 전기적으로 연결되는 6개의 출력 연결부를 포함하고, 상기 출력 연결부는 2개 단위로 직렬 연결되고 상기 2개가 직렬 연결된 출력 연결부 3쌍은 병렬 연결되어 상기 제3 리셉터클은 상기 제1 출력 전압의 2배의 전압을 상기 제3 구동 전압으로 변환하도록 구성됨 - ; 및 구동을 위해 제4 구동 전압을 요구하고 제4 리셉터클을 포함하는 제4 장치 - 상기 제4 리셉터클은 상기 배터리 모듈의 상기 출력부와 각각 전기적으로 연결되는 6개의 출력 연결부를 포함하고, 상기 출력 연결부는 모두 직렬 연결되어 상기 제4 리셉터클은 상기 제1 출력 전압의 6배의 전압을 상기 제4 구동 전압으로 변환하도록 구성됨 - 중 적어도 2개를 포함한다.
본 개시의 배터리 팩은, 하나의 통일된 규격의 표준 배터리를 다양한 전압을 요구하는 각각의 다른 운송 장치에 사용할 수 있어 배터리 관리가 용이하고, 운송 장치 제조 업체는 배터리 품질 관리의 어려움에서 벗어날 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 배터리 팩을 사용하는 환경의 개념도이다.
도 2a는 본 개시의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 개념도이다.
도 2b는 본 개시의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 하나의 배터리 모듈과 외부 장치와의 연결을 도시하는 개념도이다.
도 2c는 본 개시의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 개념도이다.
도 3a는 본 개시의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 부분도이다.
도 3b는 본 개시의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 부분도이다.
도 4a는 본 개시의 일 실시예에 따른 배터리와 연결되는 운송 장치의 리셉터클의 예시도이다.
도 4b는 본 개시의 일 실시예에 따른 배터리와 리셉터클의 결합의 예시도이다.
도 4c 내지 도 4f는 본 개시의 일 실시예에 따른 리셉터클의 후면을 도시한 예시도이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 배터리 충전 장치의 예시도이다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 2개 이상의 배터리 팩의 사용을 보여주는 예시도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 개시에 대해 상세히 설명하도록 한다. 본 개시를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대해 상세한 설명은 생략한다. 덧붙여, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 개시의 기술적 사상의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 개시의 기술적 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
본 개시에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 개시의 실시예의 다양한 변경(modifications), 균등물(equivalents), 및/또는 대체물(alternatives)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
본 개시에서, "가진다," "가질 수 있다," "포함한다," 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 해당 특징(예: 수치, 기능, 동작, 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다. 본 개시에서, "A 또는 B," "A 또는/및 B 중 적어도 하나," 또는 "A 또는/및 B 중 하나 또는 그 이상" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, "A 또는 B," "A 및 B 중 적어도 하나," 또는 "A 또는 B 중 적어도 하나"는, (1) 적어도 하나의 A를 포함, (2) 적어도 하나의 B를 포함, 또는 (3) 적어도 하나의 A 및 적어도 하나의 B 모두를 포함하는 경우를 모두 지칭할 수 있다.
본 개시에서 사용된 "제1," "제2," "첫째," 또는 "둘째," 등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다.
어떤 구성요소(예: 제1 구성요소)가 다른 구성요소(예: 제2 구성요소)에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어((operatively or communicatively) coupled with/to)" 있다거나 "접속되어(connected to)" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소(예: 제1 구성요소)가 다른 구성요소(예: 제2 구성요소)에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 다른 구성요소(예: 제3 구성요소)가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
본 개시에서 사용된 표현 "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, "~에 적합한(suitable for)," "~하는 능력을 가지는(having the capacity to)," "~하도록 설계된(designed to)," "~하도록 변경된(adapted to)," "~하도록 만들어진(made to)," 또는 "~를 할 수 있는(capable of)"과 바꾸어 사용될 수 있다. 용어 "~하도록 구성된(또는 설정된)"은 하드웨어적으로 "특별히 설계된(specifically designed to)" 것 만을 반드시 의미하지 않을 수 있다. 대신, 어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다. 예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성된(또는 설정된) 프로세서," A, B, 및 C를 수행하도록 구성된(또는 설정된) 모듈"은 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서(예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서(generic-purpose processor)(예: CPU 또는 application processor)를 의미할 수 있다.
본 개시에 기재된 선행 문헌은 그 전체가 본 개시에 결합된다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 배터리 팩(110)을 사용하는 환경(100)의 개념도이다. 도 1을 참조하면, 환경(100)은 배터리 팩(110), 다양한 운송 장치(전기 자동차(120), 전동 킥보드(130) 및 전기 바이크(150) 및 충전 장치(140)를 포함한다. 전기 자동차(120), 전동 킥보드(130) 및 전기 바이크(150)는 운송 장치의 예시이며, 운송 장치뿐 아니라, 전기 배터리로부터 동력을 얻는 장치는 모두 환경(100)에 포함될 수 있음이 이해될 것이다. 환경(100)에서, 사용자는 배터리 팩(110)을 전기 자동차(120), 전동 킥보드(130) 및 전기 바이크(150)에 공용으로 사용하고, 배터리 팩(110)을 충전 장치(140)를 통해 충전하여 재사용할 수 있다.
전기 자동차(120), 전동 킥보드(130) 및 전기 바이크(150)는 각각 리셉터클(receptacle, 122, 132, 152)을 구비한다. 전기 자동차(120), 전동 킥보드(130) 및 전기 바이크(150)는 각각 리셉터클(receptacle, 122, 132, 152)을 통해 배터리 팩(110)과 기계적, 및 또는 전기적으로 연결되고 배터리 팩(110)으로부터 전력을 공급받을 수 있다. 일 실시예에서, 리셉터클(122, 132, 152)은 배터리 팩(110)과 기계적으로 연결될 수 있다. 리셉터클(122, 132, 152)과 배터리 팩(110)의 연결부위는 동일한 형상을 가질 수 있다.
일 실시예에서, 전기 자동차(120), 전동 킥보드(130) 및 전기 바이크(150)의 운행을 위해 각각 다른 전압이 요구될 수 있다. 예를 들어, 전기 자동차(120)는 72V(예를 들어, 제1 요구 전압 또는 제1 구동 전압), 전동 킥보드(130)는 24V(예를 들어, 제2 요구 전압 또는 제2 구동 전압) 그리고 전기 바이크(150)는 48V(예를 들어, 제3 요구 전압 또는 제3 구동 전압)의 운행 전압이 요구될 수 있다. 도시되지 않은 다른 장치는 144V(예를 들어, 제4 요구 전압 또는 제4 구동 전압)의 구동 전압이 요구될 수 있다. 또, 랩탑, 스마트 폰, 캠핑 등과 같은 기타 장치(160)의 구동을 위해 5V에서 30V 사이의 전압(예를 들어, 제5 요구 전압, 제5 구동 전압)이 요구될 수 있다. 기존에는 전기 자동차(120), 전동 킥보드(130), 전기 바이크(150) 및 기타 장치(160)를 사용하기 위해서 각각 다른 전압을 갖는 배터리 팩을 사용하여야 했다. 본 개시에 따르면, 전기 자동차(120), 전동 킥보드(130) 및 전기 바이크(150)는 각각 리셉터클(122, 132, 152)을 구비하고, 리셉터클(122, 132, 152)은 동일한 배터리 팩(110)과 기계적 및/또는 전기적으로 연결될 수 있기 때문에, 하나의 배터리 팩(110), 즉 동일한 배터리 팩(110)을 이용하여 전기 자동차(120), 전동 킥보드(130), 전기 바이크(150) 및 기타 장치(160)에 각각 전력을 공급할 수 있다. 따라서, 동일한 규격의 배터리 팩(110)을 생산/사용함으로써 구동 전압이 상이한 다양한 장치를 구동시키는 것이 가능하다. 이때, 전기 자동차(120), 전동 킥보드(130) 및 전기 바이크(150)의 운행을 위해 각각 다른 전압이 요구되므로, 리셉터클(122, 132, 152)은 배터리 팩(110)으로부터 전기 자동차(120), 전동 킥보드(130) 및 전기 바이크(150)의 구동에 필요한 전압을 공급하도록 구성될 수 있다. 리셉터클(122, 132, 152)의 자세한 구조에 대해서는 후술한다.
일 실시예에서, 충전 장치(140)는 사용자의 접근이 용이한 다양한 장소에 설치될 수 있다. 예를 들어, 충전 장치(140)는 편의점, 빵집, 마트, 음식점, 지하철 역 등 다양한 장소에 설치될 수 있다. 사용자는 충전 장치(140)를 통해 언제든지 배터리 팩(110)을 대여, 반납, 충전할 수 있다. 배터리 팩(110)은 고유의 식별 기호(예를 들어, 식별 번호, 바코드, QR코드 등)을 구비할 수 있다. 충전 장치(140)는 배터리 팩(110)의 고유 식별 기호를 통해 배터리 상태를 모니터링할 수 있다. 충전 장치(140)는 복수의 배터리 팩(110)을 동시에 충전 가능하도록 구성된다. 예를 들어, 충전 장치(140)는 복수의 단자를 구비하고, 각 단자는 배터리 팩(110) 각각과 기계적/전기적으로 연결될 수 있다.
도 2a는 본 개시의 일 실시예에 따른 배터리 팩(110)의 개념도이다.
도 2a를 참조하면, 배터리 팩(110)은 하우징(118) 및 하우징(118)에 수납되는 복수의 배터리 모듈(110a 내지 110f)를 포함한다. 예를 들어 배터리 모듈(110a 내지 110f)의 개수는 6일 수 있다. 상기 배터리 모듈의 개수는 변경 가능하다. 일 실시예에서, 각각의 배터리 모듈(110a 내지 110f)은 리튬 이차 전지용 배터리 셀을 복수 개 포함할 수 있다. 리튬 이차 전지용이라 함은 예를 들어, 니켈, 망간, 코발트, 삼원계 계열의 이차 전지를 말하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 2a를 참조하면, 제1 내지 제6 배터리 모듈(110a 내지 110f)은 7개의 배터리 셀(110a-1 내지 110a-7)을 포함할 수 있다. 배터리 셀(110a-1 내지 110a-7)의 수는 하나의 배터리 셀의 공칭 전압에 따라 적절히 조절될 수 있다. 도 2a에 도시된 배터리 셀(110a-1 내지 110a-7)은 원통형으로 도시되었으나, 파우치형, 각형 등 충전해서 재사용할 수 있는 배터리 셀은 본 개시에 포함된다. 일 실시예에서, 제1 배터리 모듈(110a)은 7개의 배터리 셀(110a-1 내지 110a-7)을 포함한다. 각각의 배터리 셀(110a-1 내지 110a-7)은 공칭 전압이 약 3.6V 내지 3.8V일 수 있다. 제1 배터리 모듈(110a)의 7개의 배터리 셀(110a-1 내지 110a-7)은 직렬 연결된다. 이에 따라, 제1 배터리 모듈(110a)은 24V의 전압을 공급하도록 구성될 수 있다. 제1 배터리 모듈(110a)은 제1 및 제2 출력 단자(110aa, 110ab)를 포함한다.
도 2b를 참조하면, 제1 출력 단자(110aa)는 제1 배터리 모듈(110a)의 양극에, 제2 출력 단자(110ab)는 제1 배터리 모듈(110a)의 음극에 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 제1 출력 단자를 양극 출력 단자, 제2 출력 단자를 음극 출력 단자라고 명명할 수도 있다. 예를 들어, 제1 출력 단자(110aa)는 제1 배터리 모듈(110a)의 배터리 셀(110a-1 내지 110a-7)의 어느 하나의 양극에, 제2 출력 단자(110ab)는 제1 배터리 모듈(110a)의 배터리 셀(110a-1 내지 110a-7)의 어느 하나의 음극에 전기적으로 연결될 수 있다. 도 2b에는 편의를 위해 제1 배터리 모듈(110a)의 출력 단자(110aa, 110ab)만 도시되었지만, 도 2a에 도시된 배터리 팩(110)의 경우, 배터리 팩(110)의 6개의 배터리 모듈(110a 내지 110f) 각각이 2개의 출력 단자를 갖기 때문에 배터리 팩(110)은 총 12개의 출력 단자를 가질 수 있다. 제2 내지 제6 배터리 모듈(110b 내지 110f)도 제1 배터리 모듈(110a)과 동일하게 형성될 수 있다. 따라서, 배터리 팩(110)은 24V의 전압을 제공하는 6개의 배터리 모듈(110a 내지 110f)을 포함할 수 있다. 이하 제1 배터리 모듈(110a)를 예를 들어 설명한다.
도 2b는 본 개시의 일 실시예에 따른 배터리 팩(110)의 하나의 배터리 모듈(110a)과 외부 장치와의 연결을 도시하는 개념도이다. 외부 장치는, 예를 들어, 전기 자동차(120), 전동 킥보드(130), 전기 바이크(150) 및 기타 장치(160)를 포함할 수 있다. 배터리 팩(110)은 연결 모듈(112)을 포함하고, 연결 모듈(112)은 외부 장치와 기계적/전기적으로 결합될 수 있다. 설명의 편의를 위해 6개의 배터리 모듈(110a 내지 110f) 중 제1 배터리 모듈(110a)만 도시하고 설명한다.
일 실시예에서, 제1 배터리 모듈(110a)은 제1 및 제2 출력 단자(110aa, 110ab)를 포함한다. 제1 출력 단자(110aa)의 일단은 제1 배터리 모듈(110a)의 양극에, 제2 출력 단자(110ab)의 일단은 제1 배터리 모듈(110a)의 음극에 전기적으로 연결될 수 있다. 출력 단자(110aa, 110ab)는 외부 장치, 예를 들어, 전기 자동차(120), 전동 킥보드(130) 및 전기 바이크(150)의 리셉터클(122, 132, 152)을 통해 외부 장치에 전력을 공급하기 위한 단자이다. 따라서, 제1 출력 단자(110aa)의 타단과, 제2 출력 단자(110ab)의 타단은 연결 모듈(112)에 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 배터리 모듈(110a)은 센싱 라인(210 내지 260)을 더 포함할 수 있다. 센싱 라인(210 내지 260)의 일단은 직렬 연결된 각 배터리 셀(110a-1 내지 110a-7) 사이에 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 배터리 셀(110a-1, 110a-2) 사이에 제1 센싱 라인(210)의 일단이, 제2 및 제3 배터리 셀(110a-2, 110a-3) 사이에 제2 센싱 라인(220)의 일단이, 제3 및 제4 배터리 셀(110a-3, 110a-4) 사이에 제3 센싱 라인(230)의 일단이, 제4 및 제5 배터리 셀(110a-4, 110a-5) 사이에 제4 센싱 라인(240)의 일이, 제5 및 제6 배터리 셀(110a-5, 110a-6) 사이에 제5 센싱 라인(250)의 일단이, 제6 및 제7 배터리 셀(110a-6, 110a-7) 사이에 제6 센싱 라인(260)의 일단이 각각 전기적으로 연결될 수 있다. 7개의 배터리 셀(110a-1 내지 110a-7) 사이에 센싱 라인(210 내지 260)이 존재하므로, 일 실시예에서, 센싱 라인은 6개 일 수 있다.
센싱 라인(210 내지 260)의 타단은 연결 모듈(112)에 전기적으로 연결될 수 있다. 센싱 라인(210 내지 260)은 각 배터리 셀(110a-1 내지 110a-7)의 상태, 예를 들어, 전류, 전압 등을 모니터링하고 밸런싱하기 위한 라인일 수 있다. 출력 단자(110aa, 110ab)는 센싱 라인으로 사용될 수 있고, 도시되지는 않았으나 출력 단자(110aa, 110ab)와 연결되는 배터리 셀의 일단에 별도의 센싱 라인이 배치될 수도 있다. 이 경우, 센싱 라인은 8개가 될 수 있다.
배터리 모듈(110a)의 출력 단자(110aa, 110ab)와 센싱 라인(210 내지 260)은 각각 연결 모듈(112)과 전기적으로 연결된다.
일 실시예에서, 제2 내지 제6 배터리 모듈(110b 내지 110f)도 제1 배터리 모듈(110a)과 동일하게 형성될 수 있으므로, 배터리 팩(110)의 출력 단자는 12개, 센싱 라인은 36개(또는 48개)일 수 있다. 도 3a에는 센싱 라인에 대응하는 센싱부(112a)가 48개로 도시되었다.
도 2c는 본 개시의 일 실시예에 따른 배터리 팩(310)의 개념도이다.
도 2c를 참조하면, 배터리 팩(310)은 복수의 배터리 모듈(310a 내지 310f)를 포함한다. 예를 들어 배터리 모듈(310a 내지 310f)의 개수는 6일 수 있다. 상기 배터리 모듈의 개수는 변경 가능하다. 일 실시예에서, 각각의 배터리 모듈(310a 내지 310f)은 양극재가 인산철인 리튬 인산철 배터리 셀을 복수 개 포함할 수 있다. 제1 내지 제6 배터리 모듈(310a 내지 310f)은 8개의 배터리 셀(310a-1 내지 310a-8)을 포함할 수 있다. 배터리 셀(310a-1 내지 310a-8) 각각의 공칭 전압은 약 3.1V 내지 3.3V일 수 있다. 제1 배터리 모듈(310a)의 8개의 배터리 셀(310a-1 내지 310a-8)은 직렬 연결된다. 이에 따라, 제1 배터리 모듈(310a)은 24V의 전압을 공급하도록 구성될 수 있다. 각 배터리 셀(310a-1 내지 310a-8)의 공칭 전압 및 개수를 제외하고, 도 2a 및 도 2b에 도시된 구조와 유사하다. 즉, 도시되지는 않았으나, 각 배터리 모듈(310a 내지 310f)은 2개의 출력 단자(양극, 음극)를 갖고, 각 배터리 셀(310a-1 내지 310a-8)의 상태를 모니터하기 위한 센싱 라인이 인접하는 배터리 셀 사이에 배치될 수 있다. 출력 단자 및 센싱 라인에 대한 더 자세한 설명은 생략한다.
다른 실시예에서, 하나의 배터리 모듈이 약 24V의 전압을 제공하도록 구성되는 경우, 배터리 셀의 개수는 배터리 셀의 공칭 전압에 따라 변경이 가능함은 이해될 것이다. 본 개시는 약 24V의 전압을 제공하도록 구성된 배터리 모듈 6개를 하나의 배터리 팩(110, 310)으로 구성하여, 하나의 배터리 팩(110, 310)을 요구 전압이 다른 복수의 다양한 장치에 사용할 수 있는 장점이 있다.
도 3a는 본 개시의 일 실시예에 따른 배터리 팩(110)의 부분도이다. 도 3a를 참조하면, 배터리 팩(110)의 일단에 연결 모듈(112)이 배치된다. 연결 모듈(112)의 일단은 배터리 모듈(110a 내지 110f)의 출력 단자 및 센싱 라인과 전기적으로 연결되고, 연결 모듈(112)의 타단은 리셉터클(122, 132, 152)과 결합될 수 있다. 연결 모듈(112)의 몸체는 절연 물질로 형성될 수 있다. 연결 모듈(112)은 센싱 라인과의 전기적 연결을 위한 센싱부(112a) 및 출력 단자와의 전기적 연결을 위한 출력부(112b)를 포함한다. 출력부(112b)들 중 하나는 양극 출력부(도시하지 않음) 및 음극 출력부(도시하지 않음)를 포함할 수 있다. 양극 출력부는 배터리 모듈(110a 내지 110f)의 제1 출력 단자와, 음극 출력부는 배터리 모듈(110a 내지 110f)의 제2 출력 단자와 전기적으로 연결될 수 있다. 연결 모듈(112)은 리셉터클(122, 132, 152)과 결합을 유지하는 유지부(112c)를 더 포함할 수 있다. 도 3a에 센싱부(112a) 및 출력부(112b)는 오목하게 표시되었으나 돌출된 형상일 수도 있다. 센싱부(112a) 및 출력부(112b)의 모양은 리셉터클(122, 132, 152)의 형상에 맞추어 변경될 수 있다. 일 실시예에서, 센싱부(112a) 및 출력부(112b)의 수는 배터리 모듈(110a 내지 110f)의 센싱 라인 및 출력 단자의 수와 각각 동일할 수 있다. 예를 들어, 센싱부(112a)는 36개 또는 48개이고 출력부(112b)의 수는 12개일 수 있다. 센싱부(112a) 및 출력부(112b)는 전기적으로 독립적이다. 일 실시예에서, 연결 모듈(112)의 몸체는 절연 물질로 형성되고, 센싱부(112a) 및 출력부(112b)는 배터리 모듈(110a 내지 110f)의 센싱 라인 및 출력 단자와 전기적으로 각각 연결된다. 예를 들어, 배터리 모듈(110a 내지 110f)의 센싱 라인 및 출력 단자는 각각의 출력 케이블(도시하지 않음)과 연결되어, 출력 케이블 말단은 전기적 전도성이 있는 터미널과 압착 연결되고, 압착된 터미널이 연결 모듈(112)의 각 개구에 삽입될 수 있다.
일 실시예에서, 복수의 출력부(112b)는 연결 모듈(112)이 회전하더라도 동일한 배치가 되도록 대칭으로 배치될 수 있다. 복수의 출력부(112b)는 연결 모듈(112)을 정면에서 보았을 때 점 대칭 또는 선 대칭을 이루도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 출력부(112b)는 음극과 양극의 배열이 상하 대칭형으로 구성될 수 있다. 이 경우 연결 모듈(112)을 180도 회전을 하여, 리셉터클(122, 132, 152)에 어떤 방향으로 삽입하더라도 전기적 연결에 문제가 없다. 상하가 대칭적인 음극과 양극의 배열은 도 4c 내지 도 4f에 예시적으로 도시되어 있다. 그러나, 도 4c 내지 도 4f에 도시된 예시 외에 출력부(112b)는 다양하게 대칭을 이루어 배치될 수 있다. 예를 들어, 출력부(112b)가 하나의 점을 중심으로 원(또는 육각형)을 그리며 배치될 수도 있다. 예를 들어, 60도 각도로 6개의 출력부(112b)가 배치되어 있을 수도 있다.
도 2a, 도 2b, 도 2c 및 도 3a를 다시 참조하면, 배터리 팩(110, 310)은 24V의 전압을 제공하는 6개의 배터리 모듈(110a 내지 110f, 310a 내지 310f)을 포함한다. 배터리 팩(110, 310)은 6개의 배터리 모듈(110a 내지 110f, 310a 내지 310f)의 연결에 따라 다양한 전압을 제공하도록 구성되며, 6개의 배터리 모듈(110a 내지 110f, 310a 내지 310f)의 직렬, 병렬 연결은 배터리 팩(110, 310) 측에서 이루어지는 것이 아니고, 배터리 팩(110, 310)을 사용하는 외부 장치 측에서 이루어진다. 즉, 배터리 팩(110, 310)의 출력 단자 또는 연결 모듈은 외부에서 직렬, 병렬 연결이 가변적으로 이루어져 다양한 전압(예를 들어, 24V, 48V, 72V, 144V)을 제공하도록 구성될 수 있다. 여기서 24V는 예시적인 전압으로, 이를 제1 출력 전압으로 명명할 수 있다. 또한, 배터리 모듈 1개의 출력 전압이 배터리 팩 제조사에 의해 조절될 수 있음이 이해될 것이다. 또한, 24V의 전압을 제공한다는 것은 정확하게 24V만을 의미하는 것은 아니고, 약 23V 내지 26V 사이의 전압을 제공하는 것으로 이해될 것이다. 하나의 배터리 팩이 요구 전압이 상이한 다양한 장치에 사용되는 것에 대해서는 나중에 자세히 설명한다.
도 3b는 본 개시의 일 실시예에 따른 배터리 팩(110)의 부분도이다. 도 3b를 참조하면, 배터리 팩(110)의 타단에 핸들(114)이 형성될 수 있다. 사용자는 핸들(114)을 이용하여 배터리 팩(110)을 이동시킬 수 있다.
도 4a는 본 개시의 일 실시예에 따른 배터리와 연결되는 운송 장치의 리셉터클(422)의 예시도이다. 도 4b는 본 개시의 일 실시예에 따른 배터리 팩(110)과 리셉터클(422)의 결합의 예시도이다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 리셉터클(422)의 전면은 배터리 팩(110)의 연결 모듈(112)과 기계적으로 결합 가능하도록 구성된다. 도 4a에 도시된 것과 같이, 리셉터클(422)의 전면에는 복수의 센싱 연결부(422a) 및 복수의 출력 연결부(422b)가 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 리셉터클(422)의 전면의 바닥부는 절연 부재를 포함할 수있다. 센싱 연결부(422a) 및 출력 연결부(422b)는 전기적 전도체로 형성되며 바닥부를 관통하여 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 리셉터클(422)의 후면에서 배선 또는 버스바에 의해 전기적으로 출력 연결부(422b)의 직렬, 병렬 연결이 이루어질 수 있다. 또는 리셉터클(422)의 후면에 기판을 부착하여 출력 연결부(422b)의 직렬, 병렬 연결이 이루어질 수 있다.
따라서, 배터리 팩(110, 310)은 단지 배터리 팩(110, 310)을 리셉터클(422)에 삽입하는 것만으로, 배터리 팩(110, 310)의 출력 단자들의 연결을 별도로 조절하는 것 없이, 다양한 전압을 제공할 수 있다. 이에 대해서는 도 4c 내지 도 4f를 참조하여 나중에 설명한다.
센싱 연결부(422a) 및 출력 연결부(422b)는 센싱부(112a) 및 출력부(112b) 각각과 전기적으로 연결된다. 센싱 연결부(422a) 및 출력 연결부(422b)는 센싱부(112a) 및 출력부(112b)에 각각 대응된다. 예를 들어, 센싱 연결부(422a) 및 출력 연결부(422b)와 센싱부(112a) 및 출력부(112b)는 플러그와 소켓과 같은 관계일 수 있다. 또는 연결 모듈(112)과 리셉터클(422)의 결합은 플러그와 소켓과 같은 관계일 수 있다. 따라서, 센싱 연결부(422a) 및 출력 연결부(422b)의 개수는 센싱부(112a) 및 출력부(112b)의 수와 동일할 수 있다. 예를 들어, 출력 연결부(422b)는 6개일 수 있다.
출력 연결부(422b)는 양극 출력 연결부(도시하지 않음) 및 음극 출력 연결부(도시하지 않음)를 포함할 수 있다. 양극 출력 연결부는 양극 출력부와, 음극 출력 연결부는 음극 출력부와 각각 전기적으로 연결될 수 있다.
일 실시예에서, 센싱 연결부(422a) 및 출력 연결부(422b)는 센싱부(112a) 및 출력부(112b)에 각각 대응되는 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 센싱부(112a) 및 출력부(112b)가 돌출되게 형성되는 경우, 센싱 연결부(422a) 및 출력 연결부(422b)는 센싱부(112a) 및 출력부(112b)를 수용하도록 오목한 형상을 가질 수 있다. 센싱부(112a) 및 출력부(112b)가 오목하도록 형성되는 경우, 센싱 연결부(422a) 및 출력 연결부(422b)는 센싱부(112a) 및 출력부(112b)에 수용되도록 볼록한 형상을 가질 수 있다. 리셉터클(422)은 연결 모듈(112)과 결합을 위한 에지부(422c)를 더 포함할 수 있다. 에지부(422c)는 센싱 연결부(422a) 및 출력 연결부(422b)를 둘러싸도록 형성된다. 에지부(422c)는 유지부(112c)에 대응하고 유지부(112c)와 결합되도록 구성될 수 있다. 도 4a는 센싱 연결부(422a)가 36개로 도시되었다.
일 실시예에 있어서, 리셉터클(422)은 외부 장치, 예를 들어, 전기 자동차(120), 전동 킥보드(130) 및 전기 바이크(150)의 BMS(Battery Management System, 도시하지 않음)와 전기적/기계적으로 연결될 수 있다. BMS는 배터리 팩(110), 배터리 모듈(110a 내지 110f), 배터리 셀(110a-1 내지 110a-7)에 대한 정보를 취합 및 분석하고, 배터리 팩(110)으로부터 외부 장치에 전력을 공급/제어하는 기능을 수행할 수 있다. BMS는 PRA(Power Relay Assembly)를 포함할 수 있다. 리셉터클(422)과 배터리 팩(110)의 연결 모듈(112)이 기계적으로 결합함에 의해, 배터리 팩(110)의 배터리 모듈(110a 내지 110f)들의 전기적 연결이 외부 장치가 요구하는 전압에 따라 형성될 수 있다. 예를 들어, 리셉터클(422)의 후면의 전기적 연결 통로에 따라, 배터리 모듈(110a 내지 110f)의 연결은 24V, 48V, 72V 및 144V 중 어느 하나의 전압을 제공하도록 외부 장치의 리셉터클(422)에 따라 정해진다.
도 4c 내지 도 4f는 본 개시의 일 실시예에 따른 리셉터클(422)의 후면을 도시한 예시도이다. 설명의 편의상 센싱 연결부(422a)에 대응되는 후면은 생략하였다. 도 4c 내지 도 4f에 도시된 양극(+), 음극(-)의 배치(422ba 내지 422bf)는 예시적인 것으로 배터리 팩(110)의 출력 단자의 위치 등에 따라 변경될 수 있음이 이해될 것이다. 도 4c 내지 도 4f는 각각 양극(+) 및 음극(-)으로 이루어진 출력 연결부 6쌍(422ba 내지 422bf)을 도시하며, 한 쌍의 양극 및 음극은 하나의 배터리 모듈의 제1 및 제2 출력 단자에 각각 대응할 수 있다. 즉, 한 쌍의 양극 및 음극은 각각 24V의 전압을 제공할 수 있다. 상술한 것과 같이 24V는 예시적인 전압으로, 제1 출력 전압으로 명명될 수 있다.
일 실시예에서, 출력 연결부(422ba 내지 422bf)의 음극과 양극의 배열이 상하 대칭형으로 구성될 수 있다. 즉, 도 4c 내지 도 4f에 도시된 것과 같이, 출력 연결부(422ba 내지 422bc)와 출력 연결부(422bd 내지 422bf) 대칭을 이루어 배치된다. 배터리 팩(110, 310)의 출력부의 음극과 양극도 도 4c 내지 도 4f에 도시된 것과 같이 배치될 수 있다. 이러한 대칭적인 배치에 따르면 180도 각도로 회전하여도 동일한 배치이므로 배터리 팩(110, 310)을 리셉터클(422)에 연결하기가 수월하다.
도 4c를 참조하면 양극(+) 및 음극(-)의 6쌍(422ba 내지 422bf)은 병렬로 연결된다. 따라서, 도 4c의 출력 단자(405, 410)은 24V의 전압을 제공할 수 있다.
도 4d를 참조하면 양극(+) 및 음극(-)을 포함하는 출력 연결부는 3개 단위로(422ba 내지 422bc, 422bd 내지 422bf) 직렬로 연결되고, 3개가 직렬 연결된 2쌍(422ba 내지 422bc, 422bd 내지 422bf)은 병렬로 연결된다. 따라서, 도 4d의 출력 단자(405, 410)은 72V의 전압을 제공할 수 있다. 도 4d는 예시적인 것으로, 72V를 제공하기 위하여 도 4d에 도시된 것과 다른 직렬/병렬 연결도 가능함이 이해될 것이다. 예를 들어, 2개 단위로 병렬 연결되고, 2개가 병렬 연결된 3쌍이 직렬로 연결되어도 72V를 제공할 수 있다.
도 4e를 참조하면 양극(+) 및 음극(-)을 포함하는 출력 연결부는 2개 단위로(422ba 내지 422bd, 422bb 내지 422be, 422bc 내지 422bf) 직렬로 연결되고, 2개가 직렬 연결된 3쌍(422ba 내지 422bc, 422bd 내지 422bf)은 병렬로 연결된다. 따라서, 도 4c의 출력 단자(405, 410)은 48V의 전압을 제공할 수 있다. 도 4e는 예시적인 것으로, 48V를 제공하기 위하여 도 4e에 도시된 것과 다른 직렬/병렬 연결도 가능함이 이해될 것이다. 예를 들어, 3개 단위로 병렬로 연결되고, 3개가 병렬 연결된 2쌍이 직렬로 연결되어도 48V를 제공할 수 있다.
도 4f를 참조하면 양극(+) 및 음극(-)을 포함하는 6개의 직렬 연결부(422ba 내지 422bf)는 서로 직렬로 연결된다. 따라서, 도 4c의 출력 단자(405, 410)은 144V의 전압을 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 도 4c 내지 도 4f의 출력 단자(405, 410)는 BMS 또는 리셉터클(422)이 장착된 장치의 모터와 같은 구동기(도시하지 않음)에 전기적으로 연결되어 각 장치가 요구하는 전압을 제공하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에서, 리셉터클(422)의 후면은 PCB(Printed Circuit Board), PCB에 형성된 배선, 버스 바 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 그러나 리셉터클(422) 후면의 전기적 연결은 배선, 버스 바에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어, 양극(+) 및 음극(-)의 6쌍(422ba 내지 422bf)의 전기적 연결은 본 분야의 기술자에게 잘 알려진 기술을 사용하여 구현될 수 있음이 이해될 것이다.
이와 같이, 하나의 배터리 팩(110)의 배터리 모듈(110a 내지 110f)의 출력 단자들을 서로 다른 직렬, 병렬관계로 연결하는 리셉터클(422)을 이용하여 하나의 배터리 팩(110)으로 구동 전압이 다른 다양한 외부 장치를 구동할 수 있다. 즉, 전기 자동차(120), 전동 킥보드(130) 및 전기 바이크(150) 등은 요구 전압이 다 상이한 경우, 상이한 리셉터클(122, 132, 152)를 통해 배터리 팩(110)으로부터 원하는 전압을 공급받을 수 있다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 배터리 팩 충전 장치(140)의 예시도이다.
도 5를 참조하면, 충전 장치(140)는 복수의 수납부(142) 및 디스플레이(144)를 포함한다. 도시되지는 않았지만, 충전 장치(140)는 프로세서, 통신 모듈 등을 더 포함할 수 있다. 수납부(142)는 배터리 팩(110)을 수납한다. 수납부(142)의 내부에는 리셉터클(도시하지 않음)이 배치되고, 수납부(142)는 배터리 팩(110)과 전기적으로 연결 및 충전이 가능하도록 구성된다. 디스플레이(144)는 사용자에게 배터리 팩(110)에 관한 정보를 제공할 수 있다. 충전 장치(140)는 자판기처럼 다양한 장소에 설치되어 이용될 수 있다. 충전 장치(140)는 별도의 충전 유닛(도시하지 않음)을 구비하거나, 유선으로 전력원과 연결되어 배터리 팩(110)을 충전하도록 구성될 수 있다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 2개 이상의 배터리 팩의 사용을 보여주는 예시도이다. 도 6을 참조하면, 배터리 팩(110)은 2개 이상이 함께 사용될 수 있다. 이를 통해 배터리 팩(110)의 사용 시간을 늘릴 수 있다. 일 실시예에서, 하나의 배터리 팩에 2개(도 6의 (a)), 3개(도 6의 (b)), 또는 6개(도 6의 (c))의 배터리 모듈을 포함하도록 배터리 팩을 실시할 수 있다. 예를 들어, 도 2a 및 도 2c에는 6개의 배터리 모듈을 포함하는 배터리 팩이 도시되었지만, 6개, 12개, 24개 등의 배터리 모듈이 하나의 배터리 팩에 포함될 수 있다.
본 개시에 따르면 24V, 48V, 72V, 144V의 전압을 하나의 배터리 팩에서 제공 가능하다. 이를 확장하여, 하나의 배터리 팩이 N V, 2×N V, 3×N V 및 6×N V의 전압을 제공하도록 배터리 팩을 제조할 수도 있다. 예를 들어, 하나의 배터리 모듈이 N V의 전압을 제공하도록 복수의 배터리 셀을 포함하고, 2개의 출력 단자를 구비하며, 배터리 팩은 6개의 배터리 모듈을 포함할 수 있다. 이동 장치가 구비한 리셉터클이 6개의 배터리 모듈을 전부 직렬로 연결하는 경우 6×N V, 배터리 모듈 2개씩을 직렬로 연결하여 직렬 연결된 배터리 모듈 3쌍을 병렬로 연결하는 경우 2×N V, 배터리 모듈 3개씩을 직렬로 연결하여 직렬 연결된 배터리 모듈 2쌍을 병렬로 연결하는 경우 3×N V, 배터리 모듈을 모두 병렬로 연결하는 경우 N V의 전압을 제공할 수 있다. 본 개시에 따르면, 이동 장치가 구비한 리셉터클에 따라 하나의 배터리 팩으로부터 요구되는 전압을 이동 장치에게 제공할 수 있다.
본 개시에 따르면, 이차 전지를 통해 동력을 얻는 이동 장치의 제조사는 본 개시에 따른 배터리 팩과 결합되는 리셉터클을 장착한 이동 장치를 제조해서 판매할 수 있다. 리셉터클은 요구되는 전압에 따라 배터리 팩의 출력 단자들을 직렬, 병렬로 연결하여 요구되는 전압을 제공하도록 구성된다. 따라서, 제조사는 배터리 팩 없이 이동 장치의 판매가 가능하고, 사용자는 배터리 팩을 별도로 손쉽게 구독(구매 또는 대여)하여 이동 장치에 장착하여 이동 장치를 사용할 수 있다.
본 개시에 따르면, 사용자는 제1 구동 전압이 요구되는 제1 운송 장치와, 제1 구동 전압과 상이한 제2 구동 전압이 요구되는 제2 운송 장치에 동일한 배터리 팩을 사용할 수 있다. 따라서, 제1 운송 장치 및 제2 운송 장치의 제조사는 어떠한 배터리 팩을 사용할 것인지 고려하지 않고 제1 운송 장치 및 제2 운송 장치를 제조할 수 있다. 배터리 팩의 제조사 역시 제공 전압이 고정된 다양한 배터리 팩을 제조할 필요 없이 한 종류의 배터리 팩을 생산하여 생산 효율을 향상시킬 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
<부호의 설명>
100: 환경
110, 310: 배터리 팩
120: 전기 자동차
130: 킥보드
140: 충전 장치
150: 전기 바이크
122, 132, 152: 리셉터클
110a, 110b, 110c, 110d, 110e, 110f: 배터리 모듈
110a-1, 110a-2, 110a-3, 110a-4, 110a-5, 110a-6, 110a-7: 배터리 셀
110aa, 110ab: 출력 단자
112: 연결 모듈
112a: 센싱부
112b: 출력부
112c: 유지부
114: 핸들
210, 220, 230, 240, 250, 260: 센싱 라인
310a, 310b, 310c, 310d, 310e, 310f: 배터리 모듈
310a-1, 310a-2, 310a-3, 310a-4, 310a-5, 310a-6, 310a-7, 310a-8: 배터리 셀
422: 리셉터클
422a: 센싱 연결부
422b: 출력 연결부
422c: 에지부

Claims (10)

  1. 하우징; 및
    상기 하우징에 수용된 6개의 배터리 모듈 - 각 배터리 모듈은 서로 직렬로 연결된 제1 내지 제7 배터리 셀, 상기 제1 배터리 셀의 양극에 일단이 연결된 제1 출력 단자, 상기 제7 배터리 셀의 음극에 일단이 연결된 제2 출력 단자 및, 상기 제1 내지 상기 제7 배터리 셀의 상태를 모니터링하기 위한 센싱 라인들을 포함하며, 상기 각 배터리 모듈은 전기적으로 독립되어 상기 각 배터리 모듈의 상기 제1 출력 단자 및 상기 제2 출력 단자 사이의 전위가 제1 출력 전압을 제공하도록 구성됨 - ; 및
    상기 하우징의 일단에 형성되어 외부 장치의 리셉터클과 연결되도록 구성되며, 양극 출력부 및 음극 출력부를 갖는 6개의 출력부 및 상기 센싱 라인들 각각과 연결된 센싱부를 포함하는 연결 모듈 - 상기 출력부의 양극 연결부는 상기 배터리 모듈의 상기 제1 출력 단자의 타단과, 음극 연결부는 상기 각 배터리 모듈의 상기 제2 출력 단자의 타단과 전기적으로 일대일 대응으로 연결되어 상기 6개의 출력부는 상기 제1 출력 전압을 독립적으로 중계하도록 구성됨 - ; 을 포함하고,
    상기 6개의 출력부는 상기 외부 장치의 상기 리셉터클의 구성에 따라 직렬 또는 병렬로 연결 가능하도록 구성된,
    배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 셀은 리튬 이온 배터리로 공칭 전압이 3.6V 내지 3.8V인,
    배터리 팩.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 연결 모듈은 상기 연결 모듈이 상기 리셉터클에 결합될 때 상기 외부 장치의 상기 리셉터클의 구성에 따라,
    상기 6개의 출력부가 모두 직렬 연결되어 상기 제1 출력 전압의 6배의 전압을 제공하는 제1 구성,
    상기 6개의 출력부 중 3개씩 직렬 연결되고, 직렬 연결된 3개의 출력부 2쌍이 병렬 연결되어 상기 제1 출력 전압의 3배의 전압을 제공하는 제2 구성,
    상기 6개의 출력부 중 2개씩 직렬 연결되고, 직렬 연결된 2개의 출력부 3쌍이 병렬 연결되어 상기 제1 출력 전압의 2배의 전압을 제공하는 제3 구성, 및
    상기 6개의 출력부가 모두 병렬 연결되어 상기 제1 출력 전압을 제공하는 제4 구성 중 어느 하나만의 구성을 제공하도록 구성된,
    배터리 팩.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 6개의 출력부는 상기 연결 모듈을 정면에서 보았을 때 대칭을 이루도록 배치된,
    배터리 팩.
  5. 하우징; 및
    상기 하우징에 수용된 6개의 배터리 모듈 - 각 배터리 모듈은 서로 직렬로 연결된 제1 내지 제8 배터리 셀, 상기 제1 배터리 셀의 양극에 일단이 연결된 제1 출력 단자, 상기 제8 배터리 셀의 음극에 일단이 연결된 제2 출력 단자 및, 상기 제1 내지 상기 제8 배터리 셀의 상태를 모니터링하기 위한 센싱 라인들을 포함하며, 상기 각 배터리 모듈은 전기적으로 독립되어 상기 각 배터리 모듈의 상기 제1 출력 단자 및 상기 제2 출력 단자 사이의 전위가 제1 출력 전압을 제공하도록 구성됨 - ; 및
    상기 하우징의 일단에 형성되어 외부 장치의 리셉터클과 연결되도록 구성되며, 양극 출력부 및 음극 출력부를 갖는 6개의 출력부 및 상기 센싱 라인들 각각과 연결된 센싱부를 포함하는 연결 모듈 - 상기 출력부의 양극 연결부는 상기 배터리 모듈의 상기 제1 출력 단자의 타단과, 음극 연결부는 상기 각 배터리 모듈의 상기 제2 출력 단자의 타단과 전기적으로 일대일 대응으로 연결되어 상기 6개의 출력부는 상기 제1 출력 전압을 독립적으로 중계하도록 구성됨 - ; 을 포함하고,
    상기 6개의 출력부는 상기 외부 장치의 상기 리셉터클의 구성에 따라 직렬 또는 병렬로 연결 가능하도록 구성된,
    배터리 팩.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 배터리 셀은 리튬 인산 철 배터리로 공칭 전압이 3.1V 내지 3.3V인,
    배터리 팩.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 연결 모듈은 상기 연결 모듈이 상기 리셉터클에 결합될 때 상기 외부 장치의 상기 리셉터클의 구성에 따라,
    상기 6개의 출력부가 모두 직렬 연결되어 상기 제1 출력 전압의 6배의 전압을 제공하는 제1 구성,
    상기 6개의 출력부 중 3개씩 직렬 연결되고, 직렬 연결된 3개의 출력부 2쌍이 병렬 연결되어 상기 제1 출력 전압의 3배의 전압을 제공하는 제2 구성,
    상기 6개의 출력부 중 2개씩 직렬 연결되고, 직렬 연결된 2개의 출력부 3쌍이 병렬 연결되어 상기 제1 출력 전압의 2배의 전압을 제공하는 제3 구성, 및
    상기 6개의 출력부가 모두 병렬 연결되어 상기 제1 출력 전압을 제공하는 제4 구성 중 어느 하나만의 구성을 제공하도록 구성된,
    배터리 팩.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 6개의 출력부는 상기 연결 모듈을 정면에서 보았을 때 대칭을 이루도록 배치된,
    배터리 팩.
  9. 하우징;
    상기 하우징에 수납된 6개의 배터리 모듈 - 상기 배터리 모듈 각각은 출력 단자를 포함하고 상기 출력 단자를 통해 제1 출력 전압을 독립적으로 제공하도록 구성됨 - ; 및
    상기 하우징의 일단에 형성되어 외부 장치의 리셉터클과 연결되도록 구성되고 6개의 출력부를 갖는 연결 모듈 - 각 출력부는 상기 배터리 모듈의 각 출력 단자와 일대일 대응으로 연결되어 상기 제1 출력 전압을 상기 리셉터클로 독립적으로 중계하도록 구성됨 - ; 을 포함하고,
    상기 6개의 출력부는 상기 외부 장치의 상기 리셉터클의 구성에 따라 직렬 또는 병렬로 연결 가능하도록 구성되어, 상기 리셉터클의 구성에 따라 상기 제1 출력 전압의 1배, 2배, 3배 및 6배 중 어느 하나의 전압만을 상기 외부 장치로 제공하도록 구성된,
    배터리 팩.
  10. 6개의 배터리 모듈 및 연결 모듈을 포함하는 배터리 팩; 및
    상기 배터리 팩과 전기적으로 연결 가능한 리셉터클을 구비한 배터리 시스템으로, 상기 배터리 팩과 상기 리셉터클이 연결될 때 구동 전압을 얻는 복수의 장치를 포함하는 배터리 시스템으로,
    상기 배터리 모듈 각각은 출력부를 포함하고 상기 출력부를 통해 제1 출력 전압을 독립적으로 제공하도록 구성되고, 상기 연결 모듈은 상기 복수의 장치의 상기 리셉터클과 연결되도록 구성되어 상기 배터리 모듈 각각으로부터 상기 제1 출력 전압을 상기 리셉터클로 독립적으로 중계하도록 구성되고,
    상기 복수의 장치는,
    구동을 위해 제1 구동 전압을 요구하고 제1 리셉터클을 포함하는 제1 장치 - 상기 제1 리셉터클은 상기 배터리 모듈의 상기 출력부와 각각 전기적으로 연결되는 6개의 출력 연결부를 포함하고, 상기 출력 연결부는 3개 단위로 직렬 연결되고 상기 3개가 직렬 연결된 출력 연결부 2쌍은 병렬 연결되어 상기 제1 리셉터클은 상기 제1 출력 전압의 3배의 전압을 상기 제1 구동 전압으로 변환하도록 구성됨 - ;
    구동을 위해 제2 구동 전압을 요구하고 제2 리셉터클을 포함하는 제2 장치 - 상기 제2 리셉터클은 상기 배터리 모듈의 상기 출력부와 각각 전기적으로 연결되는 6개의 출력 연결부를 포함하고, 상기 출력 연결부는 전부 병렬 연결되어 상기 제1 출력 전압이 상기 제2 구동 전압으로 출력하도록 구성됨 - ;
    구동을 위해 제3 구동 전압을 요구하고 제3 리셉터클을 포함하는 제3 장치 - 상기 제3 리셉터클은 상기 배터리 모듈의 상기 출력부와 각각 전기적으로 연결되는 6개의 출력 연결부를 포함하고, 상기 출력 연결부는 2개 단위로 직렬 연결되고 상기 2개가 직렬 연결된 출력 연결부 3쌍은 병렬 연결되어 상기 제3 리셉터클은 상기 제1 출력 전압의 2배의 전압을 상기 제3 구동 전압으로 변환하도록 구성됨 - ; 및
    구동을 위해 제4 구동 전압을 요구하고 제4 리셉터클을 포함하는 제4 장치 - 상기 제4 리셉터클은 상기 배터리 모듈의 상기 출력부와 각각 전기적으로 연결되는 6개의 출력 연결부를 포함하고, 상기 출력 연결부는 모두 직렬 연결되어 상기 제4 리셉터클은 상기 제1 출력 전압의 6배의 전압을 상기 제4 구동 전압으로 변환하도록 구성됨 - 중 적어도 2개를 포함하는,
    배터리 시스템.
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