KR102623337B1 - 파우치형 셀 내장형 배터리 관리 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 셀 내장형 배터리 관리 시스템은 배터리 셀로 적층된 파우치형 배터리 팩; 및 상기 파우치형 배터리 팩의 양단에 부착된 PCB 버스바를 포함하고, 상기 PCB 버스바는 복수의 배터리 셀 각각의 고 전압/전류 측정 및 제어, 과 충/방전 동작을 제어하는 BMS 회로가 실장된 것을 특징으로 한다.

Description

파우치형 셀 내장형 배터리 관리 시스템{Pouch-type Cell Built-in Battery Management System}
본 발명은 파우치형 셀 내장형 배터리 관리 시스템에 관한 것이다.
최근, 화석연료의 고갈에 의한 에너지원의 가격 상승, 환경 오염의 관심이 증폭되며, 친환경 대체 에너지원에 대한 요구가 미래생활을 위한 필수 불가결한 요인이 되고 있다. 이에 원자력, 태양광, 풍력, 조력 등 다양한 전력 생산기술들에 대한 연구가 지속되고 있으며, 이렇게 생산된 에너지를 더욱 효율적으로 사용하기 위한 전력저장장치 또한 지대한 관심이 이어지고 있다.
특히, 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서의 전지의 수요가 급격히 증가하고 있고, 최근에는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력원으로서 이차전지의 사용이 실현화되고 있으며, 그리드(Grid)화를 통한 전력 보조전원 등의 용도로도 사용영역이 확대되고 있어, 그에 따라 다양한 요구에 부응할 수 있는 전지에 대한 많은 연구가 행해지고 있다.
한편, 소형 모바일 기기들에는 디바이스 1 대당 하나 또는 두서너 개의 전지셀들이 사용됨에 반하여, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에는 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 전지모듈을 포함하는 배터리 팩이 사용된다.
배터리 팩(pack)을 생산할 때, 배터리 팩에 포함된 모든 셀들은 셀간 버스바가 적용되어 직렬로 연결되고, 셀 전압을 측정하기 위해서 각 셀당 2 개의 전선이 사용된다. 또한, 배터리 팩은 온도를 측정하고 통신을 하기 위한 전선들을 필요로 한다.
최근 배터리 팩 및 모듈에 무선 통신을 적용하여 각 모듈의 슬레이브(slave) BMS(Battery Management System)과 마스터(master) BMS 간의 통신을 위한 전선을 제거하기 위한 방법이 연구되고 있다. 또한, 기존의 피복을 갖는 전선을 대체하기 위해 FPCB를 이용한 셀 전압 측정 수단이 이용되기도 한다.
이렇게 전선, 버스바, 각 배터리 모듈 및 배터리 팩에 적용된 BMS의 무게를 최소화하여 배터리 팩의 에너지 밀도를 최대화하기 위한 방법이 활발하게 연구되고 있다.
하지만, 종래의 기술과 같이 배터리 모듈 및 팩을 구성할 경우, 많은 전선과 버스바가 필요하여 배터리 팩의 에너지 밀도를 향상시키는데 한계가 존재하고, 배터리 모듈 및 팩 조립 시 복잡성이 증가하여 많은 생산비를 요구 한다는 단점을 가진다.
공개특허공보 제10-2020-0040533호
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 종래의 문제점을 해결할 수 있는 파우치형 셀 내장형 배터리 관리 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 셀 내장형 배터리 관리 시스템은 배터리 셀로 적층된 파우치형 배터리 팩; 및 상기 파우치형 배터리 팩의 양단에 부착된 PCB 버스바를 포함하고, 상기 PCB 버스바는 FPCB로 결선된 제1 버스바 및 제2 버스바를 포함하고, 복수의 배터리 셀 각각의 고 전압/전류 측정 및 제어, 과 충/방전 동작을 제어하는 BMS 회로가 실장되고, 상기 제1 버스바는 상기 BMS 회로가 직렬 및/또는 병렬로 연결되도록 설계되며, 상기 BMS 회로의 배터리 셀의 전압/전류 측정, 온도 측정, 셀 밸런싱 유닛이 실장되고, 상기 제2 버스바는 상기 배터리 셀의 과전압, 과전류에 따른 상기 샐 밸런싱 유닛의 과 충/방전 동작을 제어하는 MCU; 및 상기 제1 버스바를 통해 전달된 배터리 셀의 셀 밸런싱 동작정보, 과 충/방전 동작에 대한 정보를 송출하고, 외부단말로부터 셀 밸런싱 제어정보를 수신하는 통신회로가 실장된 것을 특징으로 한다.
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일 실시예에서, 상기 제2 버스바는 각 배터리 셀에 할당된 BMS 회로와 상기 MCU 간을 연결하는 릴레이 제어유닛이 실장된 것을 특징으로 한다.
일 실시예에서, 상기 BMS 회로는 상기 MCU의 제어동작에 따라 과전압 차단 제어신호 및 과 방전 차단 FET 제어 신호를 출력하는 유닛이 실장된 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 셀 내장형 배터리 관리 시스템은 하나의 셀 단자와 연결되는 버스바 PCB에 BMS 회로를 적용함으로써, 소형화가 가능하고, 배터리 직/병렬 범용성 확대가 가능하다는 이점이 있다.
또한, BMS 일부 기능이 셀 버스바에 포함되어 있어 현재의 BMS 제품 군들보다 PCB 사이즈 축소가 가능하다는 이점이 있다.
또한, 직/병렬 설계 유연성을 가짐으로써 폐 배터리 활용성 증대가 가능하다는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치 타입 셀 내장형 배터리 관리 시스템의 장치 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 PCB 버스바의 세부 구성도이다.
도 3은 도 2에 도시된 PCB 버스바에 실장된 BMS부의 구성도이다.
도 4는 도 3에 도시된 BMS부의 회로도이다.
도 5는 도 3에 도시된 릴레이 제어 회로가 포함된 MCU의 구성도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면들에 기초하여 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 셀 내장형 배터리 관리 시스템을 보다 상세하게 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 셀 내장형 배터리 관리 시스템의 장치 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 셀 내장형 배터리 관리 시스템(100)은 파우치형 배터리 팩(110), PCB 버스바(120), BMS부(130)를 포함한다.
먼저, 배터리(battery)는 전기 장치에 전원을 공급하기 위해 화학적 에너지를 전기에너지로 변환하여 저장하고, 전류를 생성하는 구성으로, 파우치형 이차전지를 포함할 수 있다.
상기 파우치형 배터리 팩(110)은 전극조립체, 파우치케이스, 전극리드로 구성되며, 전극조립체는 일측에 양극탭이 돌출되게 형성된 양극판; 일측에 음극탭이 돌출되게 형성된 음극판; 양극판과 음 극판의 사이에 위치하는 분리막을 포함하여 구성되며, 전극조립체는 배터리 셀에서 요구되는 출력 전압 또는 충 방전 용량에 따라 스택형 또는 폴딩형 구조로 적층 형성된다.
이때, 양극판과 음극판은 펀칭(Punching) 가공 또는 노칭(Ntching) 가공을 통해 양극판에 양극텝이 돌출 형성되고, 음극판에 음극탭이 돌출 형성된다.
파우치케이스는 전극조립체를 수용하도록 구성되되, 내부에 주액된 전해액의 누액을 방지하기 위한 내전해액성과 우수한 성형성을 만족하도록 알루미늄 라미네이팅 필름으로 제조된다.
전극리드는 양극리드와 음극리드로 구성되되, 양극리드는 일단부가 파우치케이스 내부에서 양극탭에 접속되고, 일측은 파우치케이스 외부로 돌출되며, 음극리드는 일단부가 파우치케이스 내부에서 음극탭에 접속되고, 일측은 파우치케이스 외부로 돌출된다.
한편, 다층으로 적층된 전극조립체의 양극탭 및 음극탭에 각각 접속되는 양극리드 및 음극리드는 전극조립체에서 발생한 전기를 외부로 출력하기 위하여 양극탭 및 음극탭과 전기적으로 연결된다.
본 발명에서 언급하는 파우치형 배터리 팩의 구성은 일 예에 불과할 뿐, 다양한 방법으로 제작될 수 있다.
다음으로, 상기 PCB 버스바(120)는 파우치형 배터리 팩(110)의 양단에 위치하도록 제1 버스바(121), 제2 버스바(122)를 포함하고, 상기 제1 버스바(121)와 제2 버스바(122)는 FPCB로 결선된 구조일 수 있다.
상기 제1 버스바(121)는 패터리 팩 내의 배터리 셀의 셀 밸런싱, 전압/전류 측정, 저 전압/전류 충/방전과 관련된 기능을 수행하는 회로가 실장된 구성일 수 있다.
상기 제2 버스바(122)는 제1 버스바(121)의 실장된 회로들로부터 계측 또는 처리된 신호를 외부단말로 송출하기 위한 구성 및 각 회로들의 동작을 제어하기 위한 구성을 실장하기 위한 구성일 수 있다.
즉, 본원의 PCB 버스바(120)는 배터리 셀의 충방전 상태, 전압/전류, 밸런싱 등과 같이 배커리 셀과 관련된 정보를 수집 및/또는 모니터링하는 BMS부(130)가 실장된 구성일 수 있다.
예를 들어, 정보는 배터리 셀과 관련된 전기적 정보인 전류, 전압 또는 온도에 기초하여 배터리 셀의 상태를 추정할 수 있다.
배터리 셀의 상태는 배터리 충전 상태(SOC(State of Charge)) 및 배터리 건강 상태(SOH(State of Health))를 포함할 수 있다.
다음으로, 상기 BMS부(130)는 셀 밸런싱부(131), 셀 전압/전류 측정부(132), 센 온도측정부(133), MCU(134) 통신부(135)를 포함할 수 있다.
상기 셀 밸런싱부(130)는 배터리 셀 간의 전압 차이가 최소화된 상태에서 배터리 셀의 충전 및 방전되도록 지원하는 구성일 수 있다.
또한, 배터리 셀의 최대 전압과 최소 전압을 모니터링하여 과충전 또는 과방전 상태에서 배터리 셀 상태를 보호하는 기능을 지원하는 구성일 수 있다.
참고로, 셀 밸런싱 기능은 BMS의 설계와 구현에 따라 다를 수 있으며, 배터리 셀 또는 팩의 크기와 요구 사항에 맞춰 선택될 수 있다.
일반적으로 셀 밸런싱 방법은 패시브 밸런싱과 액티브 밸런싱으로 분류될 수 있고, 패시브 밸런싱은 단순하고 경제적인 해결책이고, 액티브 밸런싱은 더 정교한 밸런싱이 필요한 경우에 적합한 방식이다.
패시브 밸런싱은 저전압 셀을 보호하기 위해 사용되는 간단한 방법으로 배터리 팩 내의 각 셀에 별도의 저항을 연결하여 과충전된 셀의 전압을 낮추어, 이러한 저항을 통해 과충전된 셀로부터 전압을 분산시키고, 모든 셀의 전압을 균일하게 맞추는 방식이다.
액티브 밸런싱은 배터리 팩 내의 과충전된 셀로부터 에너지를 추출하여 저전압 셀로 이동시키는 방식으로, 각 셀사이에 스위치와 저항을 사용하여 과충전된 셀의 에너지를 저전압 셀로 이동시키는 스위치를 제어함으로써 이를 통해 셀 간의 전압 차이를 최소화하고 배터리 팩의 전압을 균일하게 유지하도록 하는 방식이다.
다음으로, 상기 셀 전압/전류 측정부(132)은 각 배터리 셀의 최대 허용 전압/전류를 측정하는 구성일 수 있고, 배터리 셀의 과/저 전압, 과/저전류를 계측하고, 베터리 셀의 전압/전류가 정상 범위를 벗어나는 지 여부를 검출하는 구성이다.
상기 셀 온도측정부(133)는 배터리 셀의 충/방전 온도를 측정하는 구성일 수 있다.
상기 MCU(134)는 셀 전압/전류 측정부(132)에서 계측한 배터리 셀의 전압/전류를 측정한 측정값, 셀 온도센서부(133)에서 계측한 배터리 셀의 온도를 기초로 배터리 셀의 과충전/과방전 상태를 판단하고, 과충전 또는 과방전 상태의 셀의 전압을 낮추거나 높이기 위하여 인접한 셀들 간의 에너지를 이동시키도록 동작하는 셀 밸런싱부(131)의 스위치 소자 동작을 제어하기 위한 제어신호를 제공한다.
또한, 상기 MCU(134)는 온도센싱부(133)을 통해 측정된 배터리 온도 값을 수신하고, 수신된 배터리 온도 값 및 미리 설정된 기준 온도 값 간의 비교 과정을 통해 배터리 온도 값이 기준 온도 값 미만인 경우 충전 가능한 상태(정상 상태)로 판단하여 폐 배터리 충전을 위한 단음 단계로 진행이 가능하도록 하며, 배터리 온도 값이 기준 온도 값을 초과하는 경우 충전이 불가능한 상태(비 정상 상태)로 판단하고, 이러한 경우 셀밸런싱부(131)를 제어하여 비정상 상태의 배터리 셀의 충/방전 동작을 제어하기 위한 제어신호를 제공할 수 있다.
추가적으로, 상기 MCU(134)는 각 배터리 셀의 상태정보(임피던스, 최소허용전류, 최소허용전압, 최대허용전류, 최대허용전압, 최소허용온도, 최대허용온도, 현재 전류, 현재 전압, 현재 내부온도, 상태(방전, 충전, 대기), 전압파형, 전류파형, 충/방전 횟수)를 이용하여 배터리 셀의 잔여수명 및 교체시기를 판단하기 위한 알고리즘을 프로그래밍될 수 있다.
참고로, 상기 MCU(134)는 배터리 팩의 각종 제어나 연산 작업을 수행할 수 있다. 예컨대, 배터리 팩의 과전압 내지 과전류 여부, 충전 스위치 및 방전 스위치의 제어, SOC(State Of Charge)나 SOH(State Of Health) 추정 등의 작업을 수행할 수 있고, ASIC(Application Specific Integrated Circuit)과 같이 다양한 제품으로 구현될 수 있다.
한편, 본원에서 언급한 MCU(134)는 FET 스위치의 단점인 내구성 고전압, 고전류에 취약성을 보완하기 위하여 고전압, 고전류 제어에 용이한 릴레이 제어 회로를 추가적으로 포함할 수도 있다.
다음으로 통신부(135)는 CAN(Controller Area Network) 통신을 위해 사용되는 CAN IC, LIN(Local Interconnect Network) 통신을 위해 사용되는 LIN IC, 이더넷 통신을 위해 사용되는 Ethernet IC 등과 같은 다양한 통신 IC를 구비할 수 있다.
상기 통신부(135)는, 그 기능을 수행하기 위해 전원이 공급되어야 한다. 이때, 통신부는, 해당 배터리 팩에 구비된 배터리 셀로부터 구동을 위한 전원, 다시 말해 통신 전원을 공급받을 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 파우치형 셀 내장형 배터리 관리 시스템은 하나의 셀 단자와 연결되는 PCB 버스바에 BMS 회로를 적용함으로써, 소형화가 가능하고, 배터리 직/병렬 범용성 확대가 가능하다는 이점이 있다.
또한, BMS 일부 기능이 셀 버스바에 포함되어 있어 현재의 BMS 제품 군들보다 PCB 사이즈 축소가 가능하다는 이점이 있다.
또한, 직/병렬 설계 유연성을 가짐으로써 폐 배터리 활용성 증대가 가능하다는 이점이 있다.
본 발명의 일 실시예에서 사용된 “부”는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPA(field programmable array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다
본 발명의 실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
전술된 내용은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 파우치형 셀 내장형 배터리 관리 시스템
110: 파우치 배터리 팩
120: PCB 버스바
121: 제1 버스바
122: 제2 버스바
130: BMS부
131: 셀 밸런싱부
132: 셀 전압/전류 측정부
133: 셀 온도측정부
134: MCU
135: 통신부

Claims (5)

  1. 배터리 셀로 적층된 파우치형 배터리 팩; 및
    상기 파우치형 배터리 팩의 양단에 부착된 PCB 버스바를 포함하고,
    상기 PCB 버스바는
    FPCB로 결선된 제1 버스바 및 제2 버스바를 포함하고, 복수의 배터리 셀 각각의 고 전압/전류 측정 및 제어, 과 충/방전 동작을 제어하는 BMS 회로가 실장되고,
    상기 제1 버스바는
    상기 BMS 회로가 직렬 및/또는 병렬로 연결되도록 설계되며, 상기 BMS 회로의 배터리 셀의 전압/전류 측정, 온도 측정, 셀 밸런싱 유닛이 실장되고,
    상기 제2 버스바는
    상기 배터리 셀의 과전압, 과전류에 따른 상기 셀 밸런싱 유닛의 과 충/방전 동작을 제어하는 MCU; 및
    상기 제1 버스바를 통해 전달된 배터리 셀의 셀 밸런싱 동작정보, 과 충/방전 동작에 대한 정보를 송출하고, 외부단말로부터 셀 밸런싱 제어정보를 수신하는 통신회로가 실장된 것을 특징으로 하는
    파우치형 셀 내장형 배터리 관리 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 버스바는
    각 배터리 셀에 할당된 BMS 회로와 상기 MCU 간을 연결하는 릴레이 제어유닛이 실장된 것을 특징으로 하는,
    파우치형 셀 내장형 배터리 관리 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 BMS 회로는
    상기 MCU의 제어동작에 따라 과전압 차단 제어신호 및 과 방전 차단 FET 제어 신호를 출력하는 유닛이 실장된 것을 특징으로 하는,
    파우치형 셀 내장형 배터리 관리 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20200040533A (ko) 2018-10-10 2020-04-20 삼성전자주식회사 배터리를 관리하는 버스바, 그 제조 방법 및 이를 이용한 배터리 관리 장치
KR20200141717A (ko) * 2019-06-11 2020-12-21 주식회사 엘지화학 전지 모듈 및 그 제조 방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200040533A (ko) 2018-10-10 2020-04-20 삼성전자주식회사 배터리를 관리하는 버스바, 그 제조 방법 및 이를 이용한 배터리 관리 장치
KR20200141717A (ko) * 2019-06-11 2020-12-21 주식회사 엘지화학 전지 모듈 및 그 제조 방법

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