KR102663023B1 - 배터리 팩 및 배터리 팩의 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에서는 배터리 팩 및 배터리 팩의 제어 방법이 개시된다. 상기 배터리 팩은, 배터리 셀과, 배터리 셀의 온도 정보를 측정하기 위한 것으로, 온도 변화에 따른 저항 변화의 특성이 서로 상이한 제1, 제2 종 온도측정요소를 각각 구비하는 제1, 제2 측정 회로부를 포함하며, 상기 제1, 제2 측정 회로부는 공통 기저 기판 상에 형성되어 있거나 또는 서로 다른 개별 기저 기판 상에 형성되어 있는 측정 회로부를 포함한다.
본 발명에 의하면, 온도 변화에 따른 저항 특성이 서로 상이한 제1, 제2 종 온도측정요소를 혼용함으로써, 오류적인 과열의 포착을 방지할 수 있으며, 누락 없이 과열을 포착할 수 있는 배터리 팩 및 배터리 팩의 제어 방법이 제공될 수 있다.

Description

배터리 팩 및 배터리 팩의 제어 방법{Battery pack and control method for the same}
본 발명은 배터리 팩 및 배터리 팩의 제어 방법에 관한 것이다.
통상적으로 이차 전지는 충전이 불가능한 일차 전지와는 달리, 충전 및 방전이 가능한 전지이다. 이차 전지는 모바일 기기, 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 전기 자전거, 무정전 전원공급장치(uninterruptible power supply) 등의 에너지원으로 사용되며, 적용되는 외부기기의 종류에 따라 단일 전지의 형태로 사용되기도 하고, 다수의 전지들을 연결하여 하나의 단위로 묶은 팩 형태로 사용되기도 한다.
휴대폰과 같은 소형 모바일 기기는 단일 전지의 출력과 용량으로 소정시간 동안 작동이 가능하지만, 노트북과 같이 보다 큰 사이즈의 모바일 기기나 전력소모가 많은 전기 자동차, 하이브리드 자동차와 같이 장시간 구동, 고전력 구동이 필요한 경우에는 출력 및 용량의 문제로 다수의 전지를 포함하는 팩 형태가 선호되며, 내장된 전지의 개수에 따라 출력전압이나 출력전류를 높일 수 있다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 공개특허공보 제10-2020-0122124호에 기재되어 있다.
본 발명의 일 실시형태는, 온도 변화에 따른 저항 특성이 서로 상이한 제1, 제2 종 온도측정요소를 혼용함으로써, 오류적인 과열의 포착을 방지할 수 있으며, 누락 없이 과열을 포착할 수 있는 배터리 팩 및 배터리 팩의 제어 방법을 포함한다.
상기와 같은 목적 및 그 밖의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 배터리 팩은,
배터리 셀; 및
상기 배터리 셀의 온도 정보를 측정하기 위한 것으로, 온도 변화에 따른 저항 변화의 특성이 서로 상이한 제1, 제2 종 온도측정요소를 각각 구비하는 제1, 제2 측정 회로부를 포함하며, 상기 제1, 제2 측정 회로부는 공통 기저 기판 상에 형성되어 있거나 또는 서로 다른 개별 기저 기판 상에 형성되어 있는 측정 회로부를 포함한다.
예를 들어, 상기 제1 종 온도측정요소는 온도 변화에 따른 저항 변화의 특성이 정 특성을 갖고,
상기 제2 종 온도측정요소는 온도 변화에 따른 저항 변화의 특성이 부 특성을 갖는다.
예를 들어, 상기 배터리 셀은 제1 방향을 따라 배열되며,
상기 제1 측정 회로부는 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 배터리 셀의 양편으로 배치된 제1 측정 회로부의 쌍을 포함하고,
상기 제2 측정 회로부는 상기 제2 방향을 따라 상기 배터리 셀의 양편으로 배치된 제2 측정 회로부의 쌍을 포함한다.
본 발명의 다양한 실시형태에서, 상기 제1 측정 회로부는 배터리 셀의 양편으로 쌍으로 배치되지 않고, 예를 들어, 둘 이상 다수의 제1 측정 회로부를 포함할 수 있으며, 유사하게, 상기 제2 측정 회로부는 배터리 셀의 양편으로 쌍으로 배치되지 않고, 예를 들어, 둘 이상 다수의 제2 측정 회로부를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 배터리 팩은, 상기 제1, 제2 측정 회로부의 출력에 근거하여 배터리 셀의 과열 여부를 판단하는 배터리 관리부를 더 포함한다.
예를 들어, 상기 제1 측정 회로부의 쌍은, 상기 배터리 관리부에 대해 병렬적으로 연결되며,
상기 제2 측정 회로부의 쌍은, 상기 배터리 관리부에 대해 병렬적으로 연결된다.
예를 들어, 상기 제1 측정 회로부의 쌍은, 상기 제2 방향을 따라 배터리 셀의 양편의 가장자리 위치에 배치되고,
상기 제1 측정 회로부의 쌍 사이의 배터리 셀의 중앙 위치에는 그라운드 배선이 배치되며,
상기 제1 측정 회로부의 쌍을 형성하는 서로 다른 제1 측정 회로부와 그라운드 배선 사이에는 각각 제2 측정 회로부가 배치된다.
예를 들어, 상기 제1 측정 회로부의 쌍은, 상기 제2 방향을 따라 중앙 위치를 기준으로 대칭적인 구조로 형성된다.
예를 들어, 상기 제1 종 온도측정요소는 상기 제1 측정 회로부의 쌍을 형성하는 각각의 제1 측정 회로부의 양단 사이에서 제1 방향을 따라 전후방으로 균형을 이루도록 배치되어, 상기 쌍을 이루는 제1 측정 회로부 중에서 어느 하나의 제1 측정 회로부는 나머지 다른 하나의 제1 측정 회로부에 대한 리던던시(redundancy)를 제공한다.
예를 들어, 상기 제1 종 온도측정요소는,
상기 제1 측정 회로부의 쌍을 형성하는 어느 하나의 제1 측정 회로부의 양단 사이에서는 제1 방향을 따라 전방 위치로 편중되도록 배치되며,
상기 제1 측정 회로부의 쌍을 형성하는 나머지 다른 하나의 제1 측정 회로부의 양단 사이에서는 제1 방향을 따라 후방 위치로 편중되도록 배치된다.
예를 들어, 상기 제1 종 온도측정요소는, 상기 제1 측정 회로부의 양단 사이에서 직렬 연결되는 다수의 제1 종 온도측정요소를 포함하며,
상기 제2 종 온도측정요소는, 상기 제2 측정 회로부의 양단 사이에 연결된 단일의 제2 종 온도측정요소를 포함한다.
예를 들어, 상기 배터리 셀은 제1 방향을 따라 배열되며,
상기 제1 종 온도측정요소는 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 상기 배터리 셀의 가장자리 위치에서, 제1 방향을 따라 일 열로 배치된다.
예를 들어, 상기 제1 종 온도측정요소는, 상기 배터리 셀이 배열된 제1 방향을 따라 각각의 배터리 셀 마다 할당되도록 다수로 배치되고,
상기 제2 종 온도측정요소는, 상기 제1 방향을 따라 다수로 배치되되, 제1 종 온도측정요소와 같거나 또는 제1 종 온도측정요소 보다 적은 개수로 배치된다.
예를 들어, 상기 제1 종 온도측정요소 또는 제2 종 온도측정요소는, 상기 공통 기저 기판 또는 개별 기저 기판 상에, 패턴 형성되거나 또는 칩 형태로 실장되어 있다.
예를 들어, 상기 제1 종 온도측정요소 또는 제2 종 온도측정요소는, 프린트 스크린으로 패턴 형성되거나 또는 굴곡부를 포함하는 도전성 라인으로 패턴 형성된다.
예를 들어, 상기 배터리 셀은, 전극이 형성된 전극면과, 상기 전극면과 반대되는 바닥면과, 상기 전극면과 바닥면 사이를 연결해주는 것으로 상대적으로 넓은 면적을 차지하는 넓은 측면과 상대적으로 좁은 면적을 차지하는 좁은 측면을 포함한다.
예를 들어, 상기 제1 측정회로부 및 제2 측정회로부 중에서 적어도 어느 하나는, 적어도 배터리 셀의 단자면 상에 배치된다.
예를 들어, 상기 제1 측정회로부 및 제2 측정회로부 중에서 적어도 어느 하나는, 적어도 배터리 셀의 넓은 측면 상에 배치된다.
예를 들어, 상기 제1 측정회로부 및 제2 측정회로부 중에서 적어도 어느 하나는, 적어도 배터리 셀의 좁은 측면 상에 배치된다.
예를 들어, 상기 제1 측정회로부 및 제2 측정회로부 중에서 적어도 어느 하나는, 적어도 배터리 셀의 바닥면 상에 배치된다.
예를 들어, 상기 배터리 셀은 배터리 셀의 외형을 형성하는 것으로, 육면체 형태로 형성된 케이스를 포함하는 각형 배터리 셀, 원통형 형태로 형성된 케이스를 포함하는 원형 배터리 셀, 또는 파우치 형태로 형성된 케이스를 포함하는 파우치형 배터리 셀을 포함한다.
예를 들어, 상기 공통 기저 기판 또는 개별 기저 기판은, 연성의 절연필름 또는 경성의 절연기판을 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 팩의 제어 방법은, 배터리 셀과, 상기 배터리 셀의 온도 정보를 측정하기 위한 것으로, 온도 변화에 따른 저항 변화의 특성이 서로 상이한 제1, 제2 종 온도측정요소를 각각 구비하는 제1, 제2 측정 회로부를 포함하는 배터리 팩의 제어 방법으로서,
상기 제1 측정 회로부의 출력에 근거한 제1 측정 값과, 상기 제2 측정 회로부의 출력에 근거한 제2 측정 값의 차이 값을 이용하여 배터리 셀의 과열 여부를 판단한다.
예를 들어, 상기 제1 종 온도측정요소는 온도 변화에 따른 저항 변화의 특성이 정 특성을 갖고,
상기 제2 종 온도측정요소는 온도 변화에 따른 저항 변화의 특성이 부 특성을 갖는다.
예를 들어, 상기 제1 종 온도측정요소는 온도 변화에 따른 저항 변화의 프로파일의 변곡점 이상에서 비선형적으로 급격한 변화를 보이고,
상기 제2 종 온도측정요소는 온도 변화에 따른 저항 변화의 프로파일에서 선형적으로 완만한 변화를 보인다.
예를 들어, 상기 제1 측정 값이 제1 종 온도측정요소의 변곡점에 해당되는 트리거 포인트 이상에 해당되는지 여부를 판단하고, 제1 측정 값이 트리거 포인트 이상이면서 상기 제2 측정 값이 임계 값 이상이면, 배터리 셀의 과열로 판단한다.
예를 들어, 상기 제1, 제2 측정 값은 각각 상기 제1, 제2 종 온도측정요소의 저항 변화를 추종하여 온도 변화에 따라 변화하고,
상기 제1, 제2 측정 값의 차이 값의 크기는, 온도 상승에 따라 증가한다.
예를 들어, 상기 배터리 셀의 과열 여부의 판단에서는,
상기 제1, 제2 측정 값의 차이 값과 임계 값과 비교한 결과에 따라, 상기 차이 값이 임계 값 이상 이면 배터리 셀의 과열로 판단한다.
예를 들어, 상기 임계 값은, 상기 제1 종 온도측정요소의 저항에 근거한 제1 온도 데이터와 상기 제2 종 온도측정요소의 저항에 근거한 제2 온도 데이터 사이의 차이 값으로 사전에 설정된 값이다.
예를 들어, 상기 제1, 제2 측정 값의 차이 값의 연산에서는,
상기 제1 측정 회로부에 구비된 제1 종 온도측정요소의 개수와 상기 제2 측정 회로부에 구비된 제2 종 온도측정요소의 개수를 동등하게 맞추어 환산된 제1, 제2 환산 측정 값을 이용한다.
예를 들어, 상기 제1 측정 회로부는, 상기 배터리 셀이 배열된 제1 방향을 따라 각각의 배터리 셀 마다 할당되도록 배치된 다수의 제1 종 온도측정요소를 포함하고,
상기 제2 측정 회로부는, 각각 단일의 제2 종 온도측정요소를 포함하는 서로 다른 제2 측정 회로부를 포함한다.
예를 들어, 상기 다수의 제1 종 온도측정요소는, 제1 측정 회로부의 양단 사이에서 직렬 연결되고,
상기 단일의 제2 종 온도측정요소는, 각각 서로 다른 제2 측정 회로부의 양단 사이에 연결된다.
예를 들어, 상기 제1, 제2 환산 측정 값으로의 환산에서는,
제1 측정 회로부의 출력에 근거한 제1 측정 값이 제1 환산 측정 값으로 환산되고,
서로 다른 제2 측정 회로부의 출력에 근거한 서로 다른 제2 측정 값 중에서 대표 값과 배터리 셀의 개수를 승산한 값이 제2 환산 측정 값으로 환산된다.
본 발명에 의하면, 온도 변화에 따른 저항 특성이 서로 상이한 제1, 제2 종 온도측정요소를 혼용함으로써, 오류적인 과열의 포착을 방지할 수 있으며, 누락 없이 과열을 포착할 수 있는 배터리 팩 및 배터리 팩의 제어 방법이 제공된다.
도 1에는 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 팩의 분해 사시도가 도시되어 있다.
도 2에는, 도 1에 도시된 배터리 셀의 사시도가 도시되어 있다.
도 3에는 도 1에 도시된 측정 회로부의 배치를 보여주는 도면이 도시되어 있다.
도 4 및 도 5에는, 제1, 제2 종 온도측정요소의 일 실시형태로서, 온도 변화에 따른 저항 변화가 정 특성을 보이는 PTC 및 부 특성을 보이는 NTC의 거동을 보여주는 도면이 도시되어 있다.
도 6에는, 본 발명의 일 실시형태에 따른 측정 회로부의 구성을 보여주는 도면이 도시되어 있다.
도 7에는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 측정 회로부의 구성을 보여주는 도면이 도시되어 있다.
도 8a 내지 도 8d에는 본 발명의 서로 다른 실시형태에 따른 측정 회로부의 구성을 보여주는 도면들이 도시되어 있다.
도 9에는 도 3의 변형된 실시형태에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다.
도 10에는 도 1의 변형된 실시형태에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다.
도 11에는 제1, 제2 측정 회로부의 연결 상태를 보여주는 도면이 도시되어 있다.
도 12에는 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 팩의 제어 방법을 설명하기 위한 플로우 차트가 개시되어 있다.
도 13에는 본 발명의 일 실시형태에서 배터리 관리부의 개략적인 구성을 보여주는 도면이 도시되어 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시형태에 관한 배터리 팩 및 배터리 팩의 제어 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 1에는 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 팩의 분해 사시도가 도시되어 있다. 도 2에는, 도 1에 도시된 배터리 셀의 사시도가 도시되어 있다. 도 3에는 도 1에 도시된 측정 회로부의 배치를 보여주는 도면이 도시되어 있다. 도 4 및 도 5에는, 제1, 제2 종 온도측정요소의 일 실시형태로서, 온도 변화에 따른 저항 변화가 정 특성을 보이는 PTC 및 부 특성을 보이는 NTC의 거동을 보여주는 도면이 도시되어 있다. 도 6에는, 본 발명의 일 실시형태에 따른 측정 회로부의 구성을 보여주는 도면이 도시되어 있다. 도 7에는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 측정 회로부의 구성을 보여주는 도면이 도시되어 있다. 도 8a 내지 도 8d에는 본 발명의 서로 다른 실시형태에 따른 측정 회로부의 구성을 보여주는 도면들이 도시되어 있다.
도면들을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 팩은, 배터리 셀(C)과, 배터리 셀(C)의 온도 정보를 측정하기 위한 것으로, 온도 변화에 따른 저항 변화의 특성이 서로 상이한 제1, 제2 종 온도측정요소(P,N)를 각각 구비하는 제1, 제2 측정 회로부(M1,M2)를 포함하되, 제1, 제2 측정 회로부(M1,M2)는 공통 기저 기판(S) 상에 형성되어 있는 측정 회로부(M)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 팩은, 제1 방향(Z1)을 따라 배열된 다수의 배터리 셀(C)을 포함할 수 있다. 상기 배터리 셀(C)은, 각형, 원형과 같이 다양한 형태로 형성될 수 있으며, 본 발명의 일 실시형태에서 상기 배터리 셀(C)은, 대략 육면체 형태로 형성된 케이스(Ca)를 포함하는 각형 배터리 셀로 마련될 수 있다. 본 발명의 다양한 실시형태에서, 상기 배터리 셀(C)은, 대략 원통형 케이스(Ca)를 포함하는 원형 배터리 셀로 마련될 수도 있다.
상기 배터리 셀(C)은, 전극 조립체(미도시)와, 전극 조립체(미도시)를 수용하는 케이스(Ca)와, 상기 케이스(Ca) 상에 형성되며 상기 전극 조립체(미도시)와 전기적으로 연결된 전극(E1,E2)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 전극(E1,E2)은 제1 방향(Z1)과 교차하는 제2 방향(Z2)을 따라 서로 이격되도록 배치된 서로 다른 제1, 제2 전극(E1,E2)을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 배터리 셀(C)은, 케이스(Ca)의 종류에 따라 상대적으로 경한 골격을 포함하여 육면체 형상으로 형성되는 각형 배터리 셀(C)로 마련되거나 또는 상대적으로 유연한 파우치 형태의 케이스(Ca)를 포함하는 파우치형 배터리 셀(C)로 마련될 수도 있으며, 이하에서 설명되는 기술적 특징은, 각형 배터리 셀(C) 및 파우치형 배터리 셀(C) 모두에서 실질적으로 동일하게 적용될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 배터리 셀(C) 내지 배터리 셀(C)의 외형을 형성하는 케이스(Ca)는, 전극(E1,E2)이 형성된 전극면(U)과 상기 전극면(U)과 반대되는 바닥면(B)과 상기 전극면(U)과 바닥면(B) 사이를 연결하는 것으로, 상대적으로 넓은 면적으로 제1 방향(Z1)을 따라 배열된 다수의 배터리 셀(C)끼리 서로 마주하는 넓은 측면(SS1)과 상대적으로 좁은 면적을 차지하는 좁은 측면(SS2)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 전극면(U)과 바닥면(B)은, 제1, 제2 방향(Z2)과 교차하는 제3 방향(Z3)을 따라 마주할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 팩은, 배터리 셀(C)의 온도 정보를 측정하기 위한 측정 회로부(M)를 포함할 수 있는데, 상기 측정 회로부(M)는, 배터리 셀(C)이 배열되는 제1 방향(Z1)을 따라 연장될 수 있으며, 배터리 셀(C)의 전극면(U) 상을 따라 또는 좁은 측면(SS2) 상을 따라 연장되거나 또는 대체로 제1 방향(Z1)을 따라 연장되면서 서로 이웃한 배터리 셀(C)의 넓은 측면(SS1) 사이 사이에 개재되는 가지(미도시)를 포함하는 형태로 형성될 수도 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 측정 회로부(M)는, 배터리 셀(C)이 배열되는 제1 방향(Z1)을 따라 연장될 수 있으며, 제2 방향(Z2)을 따라 양편의 가장자리 위치에 배치된 서로 다른 제1, 제2 전극(E1,E2) 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 측정 회로부(M)는, 제2 방향(Z2)을 따라 제1, 제2 전극(E1,E2) 중에서 어느 일 전극(E1,E2)과, 제1, 제2 전극(E1,E2) 사이의 중앙 위치에 형성된 벤트 홀(D) 사이에 배치될 수 있다. 상기 측정 회로부(M)는, 제1, 제2 전극(E1,E2) 중에서 어느 일 전극(E1,E2)과 벤트 홀(D) 사이에 배치됨으로써, 벤트 홀(D)을 통하여 배출되는 고온 고압의 가스 방출을 방해하지 않을 수 있고, 고온 고압의 가스 방출에 의한 손상을 회피할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 팩은, 배터리 셀(C)의 온도 정보를 측정하기 위한 것으로, 온도 변화에 따른 저항 변화의 특성이 서로 상이한 제1, 제2 종 온도측정요소(P,N)를 각각 구비한 제1, 제2 측정 회로부(M1,M2)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 종 온도측정요소(P)는 온도 변화에 따른 전기적인 저항의 변화가 정 특성을 보이는 PTC 소자를 포함할 수 있고, 제2 종 온도측정요소(N)는 온도 변화에 따른 전기적인 저항의 변화가 부 특성을 보이는 NTC 소자를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 도 4 및 도 5에는 각각 제1 종 온도측정요소(P)의 정 특성을 보여주는 프로파일과 제2 종 온도측정요소(N)의 부 특성을 보여주는 프로파일이 도시되어 있다. 예를 들어, 상기 제1 종 온도측정요소(P)는 실온(실온 저항: R25)으로부터의 온도 변화에 따라 상대적으로 낮은 온도 구간에서는 거의 변화를 보이지 않다가, 변곡점(CP, 실온 저항의 2배, 2xR25)을 중심으로 상대적으로 높은 온도 구간에서부터 급격한 변화를 보이는 비선형적인 거동을 가질 수 있다. 보다 구체적으로, 상대적으로 낮은 온도 구간에서는 온도 변화에 따른 저항의 변화를 거의 보이지 않다가, 실온 저항(R25)의 2배 저항(2xR25)에 해당되는 온도(변곡점 CP) 이상의 높은 온도 구간에서부터는 급격한 변화를 보일 수 있다. 예를 들어, 온도 증가에 따라 제1 종 온도측정요소(P)의 급격한 저항 변화가 개시되는 임계점(ex. 변곡점 CP)을 포착하는 방식으로 이상 온도를 감지할 수 있으며, 사전에 설정된 임계점을 포착하여 이상 온도 내지는 이상 온도의 징후를 감지할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서는, 제1 종 온도측정요소(P)와 함께, 제1 종 온도측정요소(P)와는 저항 특성이 서로 상이한 제2 종 온도측정요소(N)를 함께 도입하고 제1, 제2 종 온도측정요소(P,N)의 출력을 종합적으로 고려하여 과열 여부를 판단하므로, 제1 종 온도측정요소(P)의 출력만으로 과열 여부를 판단하는 비교예와 대비할 때, 배터리 셀(C)의 이상 온도 내지는 과열을 누락 없이 정밀하게 포착할 수 있다. 앞서 설명된 바와 같이, 상기 제1 종 온도측정요소(P)는 비선형적인 거동 및 고온 구간에서의 급격한 저항 변화로 인하여, 배터리 셀(C)의 온도를 정확하게 측정하는 것이 용이하지 않을 수 있다.
상기 제1 종 온도측정요소(P)의 비선형적인 거동과는 달리, 상기 제2 종 온도측정요소(N)는 실온으로부터 대략 선형적인 변화를 보일 수 있으며, 제1 종 온도측정요소(P)와 같이, 낮은 온도 구간과 높은 온도 구간에서 서로 다른 비선형적인 거동을 보이지 않고, 대략 낮은 온도 구간과 높은 온도 구간에 걸쳐서 선형적인 변화를 보일 수 있다. 이에, 제1 종 온도측정요소(P) 보다는, 제2 종 온도측정요소(N)를 통하여 배터리 셀(C)의 온도를 보다 정확하게 측정할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서는 온도 변화에 따른 저항 변화의 특성이 상이한 제1, 제2 종 온도측정요소(P,N)를 함께 도입하여, 오류적인 과열의 포착을 방지할 수 있으며, 누락없이 과열을 포착할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 팩은, 제1 방향(Z1)을 따라 일 열로 배열된 다수의 배터리 셀(C)을 포함할 수 있으며, 일 열로 배열된 다수의 배터리 셀(C)로부터 상태 정보를 측정하기 위한 측정 회로부(M)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 측정 회로부(M)는 서로 다른 측정 위치에 배열된 적어도 둘 이상 다수의 제1 종 온도측정요소(P)를 포함하는 제1 측정 회로부(M1)와, 서로 다른 측정 위치에 배열된 적어도 둘 이상 다수의 제2 종 온도측정요소(N)를 포함하는 제2 측정 회로부(M2)를 포함할 수 있다. 상기 제1 측정 회로부(M1)는 각각 다수의 제1 종 온도측정요소(P)를 포함하는 적어도 둘 이상의 제1 측정 회로부(M1)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1 측정 회로부(M1)는, 배터리 셀(C)이 배열된 제1 방향(Z1)을 따라 각각의 배터리 셀(C) 마다 할당되도록 배치된 다수의 제1 종 온도측정요소(P)를 포함할 수 있다. 이때, 각각의 제1 종 온도측정요소(P)는 할당된 각각의 배터리 셀(C)의 온도에 반응하면서 저항의 변화를 보일 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 다수의 제1 종 온도측정요소(P)는 제1 방향(Z1)을 따라 제1 측정 회로부(M1)의 가장자리 위치에서 제1 방향(Z1)을 따라 일 열로 배치될 수 있으며, 각각 배터리 셀(C)과 대응되는 측정 위치에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1 측정 회로부(M1)는 두 개 또는 두 개 이상의 제1 측정 회로부(M1)를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 제1-1 측정 회로부(M1-1)와 제1-2 측정 회로부(M1-2)를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1 측정 회로부(M1)는 제2 방향(Z2)을 따라 좌우의 서로 다른 측정 위치에 쌍으로 배치되어 서로 다른 측정 위치에서 배터리 셀(C)의 온도를 검출할 수 있고 또한, 실질적으로 동일한 구성의 제1 측정 회로부(M1)가 제2 방향(Z2)을 따라 대칭적인 위치에 배치됨으로써, 어느 하나의 제1 측정 회로부(M1)의 단선에도 불구하고 또 다른 제1 측정 회로부(M1)를 통하여 온도 검출이 중단되지 않도록 리던던시(redundancy)를 제공할 수 있다. 다만, 본 발명의 다양한 실시형태에서, 상기 제1 측정 회로부(M1)는 제2 방향(Z2)을 따라 좌우의 서로 다른 측정 위치에서 쌍으로 배치되지 않고, 단일의 제1 측정 회로부(M1)를 포함할 수도 있으며, 예를 들어, 제2 방향(Z2)을 따라 좌우 어느 일 측의 측정 위치 또는 제2 방향(Z2)을 따라 중앙의 측정 위치에 배치된 단일의 제1 측정 회로부(M1)를 통하여서도 배터리 셀(C)의 온도 검출이 이루어질 수 있다.
각각의 제1 측정 회로부(M1)에 있어, 상기 제1 종 온도측정요소(P)는 제1 측정 회로부(M1)의 양단 사이에서 직렬 연결될 수 있다. 즉, 배터리 셀(C)이 배열되는 제1 방향(Z1)을 따라 상기 제1 종 온도측정요소(P)는 제1 측정 회로부(M1)의 양단 사이에서 직렬 연결될 수 있으며, 직렬 연결되어 있는 제1 종 온도측정요소(P)의 저항을 합산한 합산 저항을 통하여 배터리 셀(C)의 이상 온도 내지는 과열을 포착해낼 수 있다. 앞서 설명된 바와 같이, 제2 방향(Z2)을 따라 서로 다른 측정 위치에서 리던던시(redundancy)를 제공하도록 쌍으로 배치된 제1 측정 회로부(M1)는 실질적으로 동일한 구조로 형성될 수 있으며, 각각 제1 측정 회로부(M1)의 양단 사이에서 직렬 연결되어 있는 다수의 제1 종 온도측정요소(P)의 저항을 합산한 합산 저항을 검출할 수 있으며, 각각의 제1 측정 회로부(M1) 마다 별개의 합산 저항을 검출할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서는 서로 다른 제1 측정 회로부(M1)의 합산 저항을 모두 고려하여, 예를 들어, 서로 다른 제1 측정 회로부(M1)의 서로 다른 합산 저항의 최대 값 또는 평균 값과 같이, 서로 다른 제1 측정 회로부(M1)의 합산 저항을 모두 고려하여, 배터리 셀(C)의 이상 온도 내지는 과열을 포착하거나 또는 이들 제1 측정 회로부(M1)의 합산 저항 중에서 택일적으로 어느 하나의 합산 저항만을 고려하여 배터리 셀(C)의 이상 온도 내지는 과열을 포착할 수도 있으며, 서로 다른 제1 측정 회로부(M1)로부터 출력되는 합산 저항을 입력으로 하여, 제1 측정 회로부(M1)의 단선 조건을 만족하는지 여부를 판단하여, 단선된 제1 측정 회로부(M1)의 합산 저항을 배제하고 나머지 다른 제1 측정 회로부(M1)의 합산 저항으로 배터리 셀(C)의 이상 온도 내지는 과열을 포착할 수 있다.
상기 제1 측정 회로부(M1)와 달리, 상기 제2 측정 회로부(M2)는 각각 단일의 제2 종 온도측정요소(N)를 포함하는 적어도 둘 이상의 제2 측정 회로부(M2)를 포함할 수 있으며, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제2 측정 회로부(M2)는 두 개의 제2 측정 회로부(M2)를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 제2-1 측정 회로부(M2-1)와 제2-2 측정 회로부(M2-2)를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 서로 다른 제2 측정 회로부(M2, 제2-1 측정 회로부 M2-1와 제2-2 측정 회로부 M2-2)는 배터리 셀(C)이 배열된 제1 방향(Z1)을 따라 서로 다른 측정 위치에 배치되어 서로 다른 측정 위치에서 배터리 셀(C)의 온도를 검출하기 위한 서로 다른 제2 종 온도측정요소(N)를 포함할 수 있다.
다시 말하면, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제2 종 온도측정요소(N)는 각각의 제2 측정 회로부(M2)를 형성할 수 있으며, 서로 다른 제2 종 온도측정요소(N)는 서로 다른 제2 측정 회로부(M2)의 양단에 연결되어 서로 다른 측정 채널을 통하여 후술하는 배터리 관리부(BMS, Battery Management System)와 연결될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제2 종 온도측정요소(N)의 출력은 서로 다른 측정 채널을 제공하는 서로 다른 제2 측정 회로부(M2, 예를 들어, 제2 측정 회로부 M2의 배선)를 통하여 배터리 관리부(BMS, Battery Management System)의 서로 다른 전극(E1,E2)과 연결될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제2 종 온도측정요소(N)는 칩 형태로 형성될 수 있으며, 제2 종 온도측정요소(N)의 출력은 각각 전용의 측정 채널 내지는 제2 측정 회로부(M2, 예를 들어, 제2 측정 회로부 M2의 배선)를 통하여 배터리 관리부(BMS, Battery Management System)에 입력될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제2 측정 회로부(M2)는, 제2 방향(Z2)을 따라 측정 회로부(M)의 양편 가장자리 위치에 쌍으로 배치된 제1 측정 회로부(M1) 사이의 측정 위치에 쌍으로 배치될 수 있다. 쌍으로 배치되는 제2 측정 회로부(M2)에 각각 구비되는 제2 종 온도측정요소(N)는, 제1 방향(Z1)을 따라 서로 다른 측정 위치에 배치되면서, 이와 함께, 제2 방향(Z2)을 따라 서로 이웃하게 배치되는 제2 측정 회로부(M2) 간의 물리적인 간섭을 회피하도록, 상기 제2 종 온도측정요소(N)는 제2 방향(Z2)을 따라 서로 다른 측정 위치에 배치될 수 있다. 다시 말하면, 쌍으로 배치되는 제2 측정 회로부(M2)에 각각 구비되는 제2 종 온도측정요소(N)는 제1 방향(Z1) 및 제2 방향(Z2)을 따라 서로로부터 이격된 측정 위치에 배치될 수 있으며, 예를 들어, 제1, 제2 방향(Z2)을 함께 추종하는 대각선 위치를 따라 배치될 수 있다.
서로 다른 제1 측정 회로부(M1, 제1-1 측정 회로부 M1-1와 제1-2 측정 회로부 M1-2) 및 서로 다른 제2 측정 회로부(M2, 제2-1 측정 회로부 M2-1와 제2-2 측정 회로부 M2-2)는, 그라운드 배선(G)을 공유할 수 있으며, 상기 그라운드 배선(G)은, 제2 방향(Z2)을 따라 서로 다른 제2 측정 회로부(M2) 사이에 해당되는 중앙 위치에 배치될 수 있으며, 그라운드 배선(G)의 배선 저항을 고려하여 둘 이상 가닥의 도전 배선(G1)과 서로 다른 도전 배선(G1) 간의 연결 배선(G2) 등을 포함할 수 있다. 상기 그라운드 배선(G)은 서로 다른 제1 측정 회로부(M1, 제1-1 측정 회로부 M1-1와 제1-2 측정 회로부 M1-2)와 제2 측정 회로부(M2, 제2-1 측정 회로부 M2-1와 제2-2 측정 회로부 M2-2)의 일단을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 제2 방향(Z2)을 따라 상기 측정 회로부(M)의 가장자리 위치에는 서로 다른 제1 측정 회로부(M1, 제1-1 측정 회로부 M1-1와 제1-2 측정 회로부 M1-2)가 배치될 수 있으며, 서로 다른 제1 측정 회로부(M1, 제1-1 측정 회로부 M1-1와 제1-2 측정 회로부 M1-2) 사이의 중앙 위치에는 그라운드 배선(G)이 배치될 수 있고, 각각의 제1 측정 회로부(M1, 제1-1 측정 회로부 M1-1와 제1-2 측정 회로부 M1-2)와 그라운드 배선(G) 사이에는 각각 서로 다른 제2 측정 회로부(M2, 제2-1 측정 회로부 M2-1와 제2-2 측정 회로부 M2-2)가 배치될 수 있다.
도 6에 도시된 실시형태에서, 서로 다른 제1 측정 회로부(M1), 즉, 제1-1 측정 회로부(M1-1)와 제1-2 측정 회로부(M1-2)는 서로 대칭적으로 배열된 다수의 제1 종 온도측정요소(P)를 포함할 수 있으며, 배터리 셀(C)이 배열된 제1 방향(Z1)을 따라 전후로 균형 있게 배치된 제1 종 온도측정요소(P)를 통하여 제1 방향(Z1)을 따라 배터리 셀(C)의 이상 온도 내지는 과열을 전후 균형 있게 감지할 수 있다. 예를 들어, 도 6의 실시형태에서, 제1-1 측정 회로부(M1-1)와 제1-2 측정 회로부(M1-2)는, 제2 방향(Z2)을 따르는 온도 편차 및 측정 오류 등을 무시할 때, 실질적으로 동등한 출력을 기대할 수 있다.
상기 제1 종 온도측정요소(P)는, 서로 다른 제1 측정 회로부(M1)가 서로 마주하는 제2 방향(Z2)을 따라 가장자리 위치에서, 제1 방향(Z1)을 따라 배열될 수 있으며, 제2 방향(Z2)을 따라 가장자리 위치에서 배터리 셀(C)의 제1, 제2 전극(E1,E2)을 통하여 배터리 셀(C) 내부의 온도에 민감하게 반응할 수 있으며, 또한, 상기 제1 종 온도측정요소(P)는, 서로 다른 제1 측정 회로부(M1)에 속하는 서로 다른 제1 종 온도측정요소(P) 간의 물리적인 간섭이나 열적인 간섭을 회피하도록, 제2 방향(Z2)을 따라 가장 멀리 떨어진 양편의 가장자리 위치에 대칭적으로 배치될 수 있다. 이에 따라, 각각의 제1 측정 회로부(M1)에서 제2 방향(Z2)을 따라 가장자리 위치의 배선을 따라 다수의 제1 종 온도측정요소(P)가 연결될 수 있으며, 제2 방향(Z2)을 따라 내측 위치의 배선에는 제1 종 온도측정요소(P)가 연결되지 않을 수 있다.
도 7에는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 측정 회로부(M)를 개략적으로 도시한 도면이 도시되어 있다. 도 7에 도시된 측정 회로부(M)는 서로 다른 제1 측정 회로부(M1, 제1-1 측정 회로부 M1-1와 제1-2 측정 회로부 M1-2)를 포함할 수 있으며, 각각의 제1 측정 회로부(M1, 제1-1 측정 회로부 M1-1와 제1-2 측정 회로부 M1-2)는 양단 사이에서 직렬 연결된 다수의 제1 종 온도측정요소(P)를 포함할 수 있다.
도 7에 도시된 실시형태에서, 서로 다른 제1 측정 회로부(M1), 즉, 제1-1 측정 회로부(M1-1)와 제1-2 측정 회로부(M1-2)는 서로 비대칭적으로 배열된 다수의 제1 종 온도측정요소(P)를 포함할 수 있으며, 상기 제1-1 측정 회로부(M1-1)는 배터리 셀(C)이 배열된 제1 방향(Z1)을 따라 전방에 편중된 다수의 제1 종 온도측정요소(P)를 포함할 수 있는데 반하여, 상기 제1-2 측정 회로부(M1-2)는 제1 방향(Z1)을 따라 후방에 편중된 다수의 제1 종 온도측정요소(P)를 포함할 수 있다. 이와 같이, 본 발명에서는 배터리 셀(C)이 배열된 제1 방향(Z1)을 따라 서로 다른 측정 위치를 갖도록, 예를 들어, 제1-1 측정 회로부(M1-1)는 제1 방향(Z1)을 따라 전방의 측정 위치에 배치된 다수의 제1 종 온도측정요소(P)를 구비하는 한편으로, 제1-2 측정 회로부(M1-2)는 제1 방향(Z1)을 따라 후방의 측정 위치에 배치된 다수의 제 온도측정요소를 구비함으로써, 제1-1 측정 회로부(M1-1)의 출력을 통해서는 제1 방향(Z1)을 따라 전방 측에 배치된 배터리 셀(C)의 이상 온도 내지는 과열을 민감하게 포착할 수 있고, 제1-2 측정 회로부(M1-2)의 출력을 통해서는 제1 방향(Z1)을 따라 후방 측에 배치된 배터리 셀(C)의 이상 온도 내지는 과열을 민감하게 포착할 수 있으며, 예를 들어, 제1-1 측정 회로부(M1-1)와 제1-2 측정 회로부(M1-2)의 출력을 종합하는 방식으로, 제1 방향(Z1)을 따라 배열된 배터리 셀(C)의 이상 온도 내지는 과열을 전후로 균형 있게 감지할 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1-1 측정 회로부(M1-1)에 구비되는 제1 종 온도측정요소(P)의 개수와 제1-2 측정 회로부(M1-2)에 구비되는 제1 종 온도측정요소(P)의 개수는 동등하게 설계될 수 있으며, 배터리 셀(C)이 배열되는 제1 방향(Z1)을 따라 전체 제1 측정 회로부(M1)에 구비되는 제1 종 온도측정요소(P)의 개수를 절반하여, 제1 방향(Z1)을 따라 전방의 측정 위치에 배치되는 절반의 제1 종 온도측정요소(P)를 연결하여 제1-1 측정 회로부(M1-1)를 형성할 수 있고, 후방의 측정 위치에 배치되는 나머지 절반의 제1 종 온도측정요소(P)를 연결하여 제1-2 측정 회로부(M1-2)를 형성함으로써, 각각의 제1-1 측정 회로부(M1-1)가 담당하는 측정 부담과 제1-2 측정 회로부(M1-2)가 담당하는 측정 부담이 균등하게 이분되도록 할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 제1-1 측정 회로부(M1-1)와 제1-2 측정 회로부(M1-2)가 담당하는 전방의 측정 위치의 개수(또는 전방의 배터리 셀 C의 개수)와 후방의 측정 위치의 개수(또는 후방의 배터리 셀 C의 개수)가 동등하다는 점을 감안할 때, 상기 제1-1 측정 회로부(M1-1)의 배선 저항과 상기 제1-2 측정 회로부(M1-2)의 배선 저항을 균형 있게 설계하는 것이 배선 저항으로 인하여 야기되는 제1-1 측정 회로부(M1-1)의 합산 저항과 제1-2 측정 회로부(M1-2)의 합산 저항 간의 편차를 제거 내지는 최소화시키는데 유리할 수 있으며, 이에, 본 발명의 일 실시형태에서, 제1-1 측정 회로부(M1-1)의 전체적인 배선 길이와 제1-2 측정 회로부(M1-2)의 전체적인 배선 길이는 서로 동등하게 설계될 수 있다. 예를 들어, 제1 방향(Z1)을 따라 제1 측정 회로부(M1)의 전방 위치에서 제1 측정 회로부(M1)의 일단부에 형성된 단자(Me)와 배터리 관리부(BMS, Battery Management System)의 전극이 연결될 때, 상대적으로 전방의 측정 위치를 담당하는 제1-1 측정 회로부(M1-1)는 제1 방향(Z1)을 따라 전방의 측정 위치(전방의 제1 종 온도측정요소 P)만을 가로질러 연장되지 않고, 후방에서 제1 방향(Z1)을 따라 연장되는 연장부를 포함하여, 전체적인 배선 길이에서 제1-2 측정 회로부(M1-2)와 균형을 이룰 수 있다.
본 발명의 다양한 실시형태에서, 상기 제1-1 측정 회로부(M1-1)에 구비되는 제1 종 온도측정요소(P)의 개수와 제1-2 측정 회로부(M1-2)에 구비되는 제1 종 온도측정요소(P)의 개수는 서로 상이하게 설계될 수 있으며, 배터리 셀(C)이 배열되는 제1 방향(Z1)을 따라 전체 제1 측정 회로부(M1)에 구비되는 제1 종 온도측정요소(P)의 개수를 설정된 비율로 분할하여, 제1 방향(Z1)을 따라 전방의 측정 위치에 배치되는 제1 종 온도측정요소(P) 일부를 연결하여 제1-1 측정 회로부(M1-1)를 형성할 수 있고, 후방의 측정 위치에 배치되는 나머지 일부의 제1 종 온도측정요소(P)를 연결하여 제1-2 측정 회로부(M1-2)를 형성할 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 다양한 실시형태에서, 제1 종 온도측정요소(P)의 분해능이나 산포성과 같은 제1 종 온도측정요소(P)의 특성을 고려하여, 제1 종 온도측정요소(P)의 개수를 절반이 아닌 3등분과 같은 홀수의 등분으로 분할하여, 각각 서로 다른 제1 측정 회로부(M1)를 구성할 수 있다.
도 7에 도시된 실시형태에서는 서로 비대칭적인 제1 종 온도측정요소(P)의 배열을 갖는 서로 다른 제1 측정 회로부(M1)를 이용하여, 측정 회로부(M)에 구비되는 제1 종 온도측정요소(P)의 개수를 전체적으로 줄임으로써, 측정 회로부(M)의 제조 비용을 절감하면서도, 제1 방향(Z1)을 따라 배열되는 다수의 제1 종 온도측정요소(P)를 절반하여, 절반의 제1 종 온도측정요소(P)를 이용하여 제1-1 측정 회로부(M1-1)를 형성하고, 나머지 절반의 제1 종 온도측정요소(P)를 이용하여 제1-2 측정 회로부(M1-2)를 형성하는 방식으로, 서로 다른 제1-1 측정 회로부(M1-1)와 제1-2 측정 회로부(M1-2)를 구성하여, 어느 하나의 제1 측정 회로부(M1)의 단선에도 불구하고 나머지 다른 하나의 제1 측정 회로부(M1)를 이용하여 온도 측정의 중단됨이 없이 이상 온도 내지는 과열을 포착해낼 수 있다.
도 8a 및 도 8b를 함께 참조하면, 상기 측정 회로부(M)는 측정 회로부(M)의 지지 기반을 형성하는 공통 기저 기판(S)으로서, 연성의 절연필름(S1)을 포함하는 연성회로기판 또는 강성의 절연기판(S2)을 포함하는 강성회로기판으로 패키징될 수 있으며, 제1, 제2 측정 회로부(M1,M2)는 서로로부터 분리되지 않는 하나의 부품으로 모듈화될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제1, 제2 측정 회로부(M1,M2)는 공통 기저 기판(S) 상에 지지될 수 있으며, 예를 들어, 상기 제1, 제2 측정 회로부(M1,M2)가 공통 기저 기판(S)으로서의 연성의 절연필름(S1) 상에 지지됨으로써, 상기 제1, 제2 측정 회로부(M1,M2)는 하나의 연성회로기판으로 패키징될 수 있으며, 또한, 상기 제1, 제2 측정 회로부(M1,M2)가 공통 기저 기판(S)으로서의 강성의 절연기판(S2) 상에 지지됨으로써, 상기 제1, 제2 측정 회로부(M1,M2)는 하나의 강성회로기판으로 패키징될 수 있다. 참고로, 본 명세서를 통하여, 배터리 셀(C)이 배열된 제1 방향(Z1)과 교차하는 제2 방향(Z2)을 따라 측정 회로부(M)의 가장자리 위치 또는 중앙 위치는, 측정 회로부(M)의 기저를 형성하는 공통 기저 기판(S)의 가장자리 위치 또는 중앙 위치에 해당될 수 있다.
도 8a 내지 도 8d를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1, 제2 종 온도측정요소(P,N)는 다양한 형태로 구현될 수 있는데, 예를 들어, 상기 제1 종 온도측정요소(P)는 공통 기저 기판(S) 상에 프린트 스크린을 통하여 패터닝될 수 있으며(도 8a 및 도 8b), 이와 달리, 칩 형태로 공통 기저 기판(S) 상에 실장될 수도 있다(도 8d). 또한, 상기 제2 종 온도측정요소(N)는 칩 형태로 공통 기저 기판(S) 상에 실장될 수 있다(도 8a 내지 도 8d). 여기서, 공통 기저 기판(S) 상에는 도전성 라인(CL)이 패터닝될 수 있으며, 도전성 라인(CL)과 연결되도록, 프린트 스크린으로 패터닝된 제1 종 온도측정요소(P)가 배치되거나(도 8a 및 도 8b) 또는 칩 형태의 제2 종 온도측정요소(N)가 실장될 수 있다(도 8a 내지 도 8d). 도 8a 및 도 8b를 참조하면, 일부 실시형태에서 상기 제1, 제2 측정 회로부(M1,M2)는 유연한 절연필름(S1)을 공통 기저 기판(S)으로 하여 이에 지지되거나(도 8a), 또는 강성의 절연기판(S2)을 공통 기저 기판(S)으로 하여, 이에 지지될 수 있으며(도 8b), 상기 제1 종 온도측정요소(P)는 상기 공통 기저 기판(S) 상에 프린트 스크린으로 패터닝되거나(도 8a, 도 8b), 또는 칩 형태로 실장될 수 있고(도 8d), 상기 제2 종 온도측정요소(N)는 공통 기저 기판(S) 상에 칩 형태로 실장될 수 있다. 한편, 도 8c를 참조하면, 상기 제1 종 온도측정요소(P)는 공통 기저 기판(S) 상의 도전성 라인(CL)으로 패터닝될 수 있으며, 예를 들어, 일부 도전성 라인(CL) 구간에는 저항의 증가를 위한 굴곡부를 형성하여, 온도 변화에 따른 저항의 변화분이 용이하게 측정될 수 있도록 할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제2 종 온도측정요소(N)는 칩 형태로 마련되어, 각각 별도의 측정 채널을 제공하기 위한 전용의 제2 측정 회로부(M2)를 구성할 필요가 있을 수 있고, 이에 따라 공간적인 제약 및 각각의 측정 채널을 통하여 제2 종 온도측정요소(N)의 신호를 수신하는 배터리 관리부(BMS, Battery Management System)의 채널 제약 등으로 인하여, 상기 제2 종 온도측정요소(N)는 제1 종 온도측정요소(P) 보다 적은 개수로 마련될 수 있다. 다만, 본 발명의 다양한 실시형태에서, 상기 제1 종 온도측정요소(P)와 제2 종 온도측정요소(N)는 서로 동수로 설계될 수도 있다.
본 발명의 다양한 실시형태에서, 상기 제1 종 온도측정요소(P)와 제2 종 온도측정요소(N)는 서로 같은 형태로 형성되거나 또는 서로 상이한 형태로 형성될 수 있으며, 상기 제1 종 온도측정요소(P) 또는 제2 종 온도측정요소(N)는, 공통 기저 기판(S) 또는 개별 기저 기판(S3,S4, 도 9 참조) 상에 패턴 형성되거나 또는 칩 형태로 실장될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1 종 온도측정요소(P) 또는 제2 종 온도측정요소(N)는, 프린트 스크린으로 패턴 형성되거나 또는 굴곡부를 포함하는 도전성 라인(CL)으로 패턴 형성될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1, 제2 온도측정요소(P,N)를 포함하는 측정 회로부(M)는, 제1 방향(Z1)을 따라 배터리 셀(C)의 단자면(U)을 가로질러 연장될 수 있으며, 본 발명의 다양한 실시형태에서, 상기 측정 회로부(M)는 배터리 셀(C)의 단자면(U) 외에 다른 넓은 측면(SS1)이나 좁은 측면(SS2) 또는 바닥면(B)을 가로질러 연장될 수 있으며, 상기 측정 회로부(M)는 배터리 셀(C)의 단자면(U), 넓은 측면(SS1), 좁은 측면(SS2) 또는 바닥면(B) 중에서 적어도 두 개의 면을 둘러싸도록 배치될 수도 있다.
도 9에는 도 3의 변형된 실시형태에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다. 도면을 참조하면, 상기 제1 종 온도측정요소(P)를 포함하는 제1 측정 회로부(M1)와 제2 종 온도측정요소(N)를 포함하는 제2 측정 회로부(M2)는 서로 다른 별개의 기저 기판(S3,S4) 상에 형성될 수 있으며, 예를 들어, 상기 배터리 셀의 벤트 홀(D)을 기준으로 배터리 셀(C)의 서로 반대 편에 각각 배치될 수 있다.
도 9에 도시된 실시형태에서, 제1 측정 회로부(M1)는 기저 기판(S3)의 양편으로 배치된 제1 측정 회로부(M1)의 쌍(제1-1 측정 회로부 M1-1, 제1-2 측정 회로부 M1-2)을 포함할 수 있으나, 본 발명의 다양한 실시형태에서, 상기 제1 측정 회로부(M1)는 기저 기판(S3)의 중앙 위치에 배치된 단일의 제1 측정 회로부(M1)를 포함할 수 있으며, 이 경우에도, 제1 측정 회로부(M1)와 제2 측정 회로부(M2)는 배터리 셀(C)의 벤트 홀(D)을 중심으로 배터리 셀(C)의 서로 반대 편에 각각 배치될 수 있다.
도 9에 도시된 실시형태에서, 상기 제1, 제2 측정 회로부(M1,M2)는 배터리 셀(C)의 단자면(U) 상에 함께 형성되어 있으나, 상기 제1, 제2 측정 회로부(M1,M2)는 배터리 셀(C)의 단자면(U), 넓은 측면(SS1), 좁은 측면(SS2), 바닥면(B) 중에서 서로 다른 면 상에 각각 배치될 수 있으며, 제1, 제2 측정 회로부(M1,M2)의 적어도 일부는 서로 다른 면 상에 배치되면서, 이웃한 또 다른 면을 둘러싸는 형태로 형성될 수도 있다.
도 10에는 도 1의 변형된 실시형태에 따른 배터리 팩을 설명하기 위한 도면이 도시되어 있다. 도면을 참조하면, 상기 배터리 팩은 배터리 셀(C)이 배열된 제1 방향(Z1)을 따라 이웃하는 배터리 셀(C)끼리 서로 마주하는 넓은 측면(SS1) 사이에 개재되는 제1 종 온도측정요소(P)를 포함하는 제1 측정 회로부(M1)를 포함할 수 있다. 상기 제1 측정 회로부(M1)는 절개선(LN)을 통하여 제1 종 온도측정요소(P 또는 제1 종 온도측정요소 P의 쌍)가 배치된 측정부(SP)를 제1 측정 회로부(M1)의 본체부(MB)로부터 분리시키고, 제1 측정 회로부(M1)의 본체부(MB)로부터 분리된 측정부(SP)를 이웃하는 배터리 셀(C) 사이의 넓은 측면(SS1) 사이에 개재하는 방식으로 형성될 수 있다.
도 10에 도시된 배터리 팩은, 유연한 파우치 형태의 배터리 셀(C)을 포함할 수 있으며, 이때, 상기 제1 측정 회로부(M1)를 상대적으로 넓은 면적을 차지하는 배터리 셀(C)의 넓은 측면(SS1) 사이에 안정적으로 배치할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시형태에서 상기 제1 측정 회로부(M1)와 유사하게, 제2 측정 회로부(M2)도 절개선(LN)을 통하여 본체부(MB)로부터 분리된 형태로 형성된 측정부(SP)를 포함하고, 상기 측정부(SP)가 제1 방향(Z1)을 따라 배열된 이웃한 배터리 셀(C) 사이에 개재되는 형태로 형성될 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1, 제2 온도측정요소(P,N)를 포함하는 측정 회로부(M)는, 제1 방향(Z1)을 따라 배터리 셀(C)의 단자면(U)을 가로질러 연장될 수 있으며, 본 발명의 다양한 실시형태에서, 상기 측정 회로부(M)는 배터리 셀(C)의 단자면(U) 외에 다른 넓은 측면(SS1)이나 좁은 측면(SS2) 또는 바닥면(B)을 가로질러 연장될 수 있으며, 상기 측정 회로부(M)는 배터리 셀(C)의 단자면(U), 넓은 측면(SS1), 좁은 측면(SS2) 또는 바닥면(B) 중에서 적어도 두 개의 면을 둘러싸도록 배치될 수도 있다.
도 11에는 제1, 제2 측정 회로부의 연결 상태를 보여주는 도면이 도시되어 있다. 도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 팩은, 제1, 제2 측정 회로부(M1,M2)의 양단에 연결되어, 제1, 제2 측정 회로부(M1,M2)의 출력에 근거하여 배터리 셀(C)의 이상 온도 내지는 과열 여부를 판단하는 배터리 관리부(BMS)를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 측정 회로부(M1)는 배터리 관리부(BMS)에 대해 병렬적으로 연결된 한 쌍의 제1 측정 회로부(M1, 제1-1 측정 회로부 M1-1, 제1-2 측정 회로부 M1-2)를 포함할 수 있고, 유사하게, 제2 측정 회로부(M2)는 배터리 관리부(BMS)에 대해 병렬적으로 연결된 한 쌍의 제2 측정 회로부(M2, 제2-1 측정 회로부 M2-1, 제2-2 측정 회로부 M2-2)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 한 쌍의 제1 측정 회로부(M1) 각각은 배터리 셀(C)이 배열된 제1 방향(Z1)을 따라 직렬적으로 연결된 다수의 제1 종 온도측정요소(P, P1,P2,..,PN)를 포함할 수 있고, 상기 한 쌍의 제2 측정 회로부(M2) 각각은 단일의 제2 종 온도측정요소(N, N1,N2)를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 제1 측정 회로부(M1)의 출력은, 직렬적으로 연결된 제1 종 온도측정요소(P) 중에서 과열된 배터리 셀(C1)에 할당된 제1 종 온도측정요소(P, P2)를 통하여 과열에 따라 증가된 저항 변화분을 포함하는 제1 측정 값(V1)을 산출할 수 있다. 이와 달리, 상기 제2 측정 회로부(M2)의 출력은 제2 측정 회로부(M2)에 각각 구비된 제2 종 온도측정요소(N)의 측정 위치에 따라 과열된 배터리 셀(C1)에 해당된 제2 종 온도측정요소(N, N1)를 통하여 과열에 따라 감소된 저항 변화분을 포함하는 제2 측정 값(V2)을 산출하거나 또는 과열된 배터리 셀(C1)을 벗어난 제2 종 온도측정요소(N, N2)를 통하여 과열에 따른 저항 변화분을 포함하지 않는 제2 측정 값(V2)을 산출할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서는, 제1, 제2 측정 회로부(M1,M2)의 제1, 제2 측정 값(V1,V2)의 차이 값(V1-V2)으로부터 배터리 셀(C)의 과열을 판단하되, 이때, 제1, 제2 측정 회로부(M1,M2)의 제1, 제2 측정 값(V1,V2)의 차이 값(V1-V2)의 절대 값을 이용하여, 배터리 셀(C)의 과열 여부를 판단함으로써,
i) 제1 측정 값(V1) > 제2 측정 값(V2)으로서, 제1 측정 값(V1)과 제2 측정 값(V2)의 차이 값(V1-V2)이 사전에 설정된 임계 값 보다 큰 경우와,
ii) 제2 측정 값(V2) > 제1 측정 값(V1)으로서, 제2 측정 값(V2)과 제1 측정 값(V1)의 차이 값(V2-V1)이 사전에 설정된 임계 값 보다 큰 경우에 배터리 셀(C)의 과열로 판단할 수 있다.
i) 제1 측정 값(V1) > 제2 측정 값(V2)으로서, 제1 측정 값(V1)과 제2 측정 값(V2)의 차이 값(V1-V2)이 사전에 설정된 임계 값 보다 큰 경우에 대해,
상기 제2 종 온도측정요소(N)가 과열된 배터리 셀(C1)에 할당된 경우, 또는 제2 종 온도측정요소(N)가 할당된 배터리 셀(C1)에서 과열이 발생된 경우에 해당될 수 있다. 이때, 제1, 제2 종 온도측정요소(P,N)가 모두 배터리 셀(C)의 과열을 포착할 수 있으며, 배터리 셀(C)의 과열로 인한 제1 종 온도측정요소(P)의 저항의 증가분과 제2 종 온도측정요소(N)의 저항의 감소분으로 인하여, 제1 종 온도측정요소(P)를 포함하는 제1 측정 회로부(M1)의 제1 측정 값(V1)과 제2 종 온도측정요소(N)를 포함하는 제2 측정 회로부(M2)의 제2 측정 값(V2)은 제1 측정 값(V1) > 제2 측정 값(V2)의 관계를 만족할 수 있다. 그리고, 제1, 제2 측정 값(V1,V2)의 차이 값(V1-V2)이 사전에 설정된 임계 값 이상이면, 배터리 셀(C)의 과열로 판단할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1 측정 값(V1)은, 과열된 배터리 셀(C1)과 함께 과열되지 않은 배터리 셀(C)을 함께 포착하는데 반하여, 상기 제2 측정 값(V2)은 과열된 배터리 셀(C1)을 중점적으로 포착하기 때문에, 상기 제1 측정 값(V1)에 반영되는 제1 종 온도측정요소(P)의 저항의 증가분 보다는 상기 제2 측정 값(V2)에 반영되는 제2 종 온도측정요소(N)의 저항의 감소분이 두드러지게 나타나면서, 제1, 제2 측정 값(V1,V2)의 차이 값(V1-V2)이 증가하며, 사전에 설정된 임계 값 이상이면 배터리 셀(C)의 과열로 판단할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 제1 측정 값(V1)은 제1 측정 회로부(M1)의 직렬적으로 연결된 제1 종 온도측정요소(P)의 합산 저항으로 나타나므로, 제1 측정 값(V1)은 그대로 제1 환산 측정 값으로 하고, 제1 측정 값(V1)과 대비되는 제2 측정 값(V2)은 제2 종 온도측정요소(N)의 저항과 함께 제1 종 온도측정요소(P)에 대응되는 개수(또는 배터리 셀 C의 개수)를 감안한 제2 환산 측정 값으로 환산한 다음에, 제1, 제2 환산 측정 값의 차이 값과 임계 값을 비교할 수 있다.
상기 임계 값과의 비교 대상이 되는 제1, 제2 환산 측정 값은, 전체 배터리 셀(C)의 개수를 감안하여 전체 배터리 셀(C)의 개수에 대응되게 환산된 값이 될 수 있고, 이때, 제1 환산 측정 값은 과열된 배터리 셀(C1, 과열로 인하여 상승된 저항)과 과열되지 않은 배터리 셀(C, 과열로 인한 저항 상승 없음)의 저항 값을 모두 포함하지만, 예를 들어, 제2 환산 측정 값은 과열된 배터리 셀의 저항 값(과열로 인하여 감소된 저항)에 배터리 셀(C)의 개수를 승산한 값에 해당될 수 있기 때문에, 제1 환산 측정 값의 증가분 보다는 제2 환산 측정 값의 감소분이 상대적으로 두드러지게 나타나면서, 제1, 제2 환산 측정 값의 차이 값이 배터리 셀(C)의 과열로 인하여 확대될 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 일 실시형태에서는, 각각의 제1, 제2 종 온도측정요소(P,N)의 출력에 의하기 보다는 전체 배터리 셀(C)의 개수를 감안한 제1, 제2 측정 값(V1,V2) 내지는 제1, 제2 환산 측정 값을 이용하여 배터리 셀(C)의 과열 신호를 증폭시킬 수 있고, 이에 따라, 배터리 셀(C)의 과열을 누락 없이 포착할 수 있다.
ii) 제1 측정 값(V1) < 제2 측정 값(V2)으로서, 제2 측정 값(V2)과 제1 측정 값(V1)의 차이 값(V2-V1)이 사전에 설정된 임계 값 보다 큰 경우에 대해,
상기 제2 종 온도측정요소(N)가 과열된 배터리 셀(C1)의 측정 위치를 벗어난 경우, 또는 제2 종 온도측정요소(N)가 할당된 배터리 셀(C) 외의 다른 배터리 셀에서 과열이 발생된 경우에 해당될 수 있다. 이때, 과열된 배터리 셀(C1)의 저항의 증가분을 포착한 제1 종 온도측정요소(P)의 제1 측정 값(V1)과 과열된 배터리 셀(C1)의 저항의 감소분을 포착하지 못한 제2 측정 값(V2)은, 제1 측정 값(V1) < 제2 측정 값(V2)의 관계를 만족할 수 있다. 그리고, 제1, 제2 측정 값(V1,V2)의 차이 값(V2-V1)이 사전에 설정된 임계 값 이상이면, 배터리 셀(C)의 과열로 판단할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서 상기 제1 측정 값(V1)이 과열된 배터리 셀(C1)로 인하여 증가한다고 하더라도, 제2 측정 값(V2)은 배터리 셀(C)의 과열을 포착하지 못하여 감소되지 않은 상대적으로 큰 저항을 가질 수 있기 때문에, 제1 측정 값(V1) < 제2 측정 값(V2)의 관계를 만족할 수 있다. 앞서 설명된 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태에서는, 제1, 제2 종 온도측정요소(P,N)의 개수의 차이를 감안하여, 배터리 팩에 구비된 전체 배터리 셀(C)의 개수를 감안하여 환산된 제1, 제2 환산 측정 값을 이용할 수 있고, 전체 배터리 셀(C)의 개수와 동수로 마련된 제1 종 온도측정요소(P)를 포함하는 제1 측정 회로부(M1)의 제1 측정 값(V1)은 그대로 제1 환산 측정 값으로 할 수 있고, 예를 들어, 단일 제2 종 온도측정요소(N)를 포함하는 제2 측정 회로부(M2)의 제2 측정 값(V2)은 제2 측정 값(V2)에 배터리 셀(C)의 개수를 승산한 값을 제2 환산 측정 값으로 할 수 있다. 이때, 상기 제1 환산 측정 값은 과열된 배터리 셀(과열로 인하여 상승된 저항)과 과열되지 않은 배터리 셀(과열로 인한 저항 상승 없음)의 저항 값을 모두 포함하지만, 예를 들어, 제2 환산 측정 값은 과열되지 않은 배터리 셀(과열로 인한 저항 감소 없음)의 저항 값에 배터리 개수를 승산한 값으로 표현될 수 있기 때문에, 과열된 일부 배터리 셀(C1)의 증가분이 반영된 제1 환산 측정 값 보다는 배터리 셀(C)의 과열로 인한 감소가 없는 제2 환산 측정 값이 상대적으로 크게 나타날 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 배터리 셀(C)의 과열 여부를 판단함에 있어서, 제1 종 온도측정요소(P)의 변곡점(CP)에 해당되는 트리거 포인트 이상인지를 판단하는 단계가 제1, 제2 측정 값(V1,V2)의 차이 값(V1-V2) 내지는 제1, 제2 환산 측정 값의 차이 값으로부터 과열 여부를 판단하는 단계에 선행 또는 후행되면서, 상기 차이 값(V1-V2)으로부터의 판단을 보충할 수 있으며, ii) 제1 측정 값(V1) < 제2 측정 값(V2)으로서, 제2 측정 값(V2)과 제1 측정 값(V1)의 차이 값(V2-V1)이 사전에 설정된 임계 값 보다 큰 경우에 대해, 배터리 셀의 과열이 없는 경우에도 배터리 셀의 과열로 판단되는 오류를 배제할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서는, 상기 제1, 제2 측정 값 내지는 제1, 제2 환산 측정 값으로부터 온도 정보를 산출하는 단계가 더 포함될 수 있으며, 이러한 온도 정보를 이용하여 과열 여부에 대한 보충적인 판단을 수행할 수 있고, 예를 들어, 온도 정보를 이용하여 과열 여부를 판단하는 단계가 제1, 제2 측정 값(V1,V2)의 차이 값(V1-V2) 내지는 제1, 제2 환산 측정 값의 차이 값으로부터 과열 여부를 판단하는 단계에 선행 또는 후행되면서, 상기 차이 값(V1-V2)으로부터의 판단을 보충할 수 있으며, ii) 제1 측정 값(V1) < 제2 측정 값(V2)으로서, 제2 측정 값(V2)과 제1 측정 값(V1)의 차이 값(V2-V1)이 사전에 설정된 임계 값 보다 큰 경우에 대해, 배터리 셀의 과열이 없는 경우에도 배터리 셀의 과열로 판단되는 오류를 배제할 수 있다.
도 12에는 본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 팩의 제어 방법을 설명하기 위한 플로우 차트가 개시되어 있다. 도 13에는 본 발명의 일 실시형태에서 배터리 관리부의 개략적인 구성을 보여주는 도면이 도시되어 있다.
이하에서는, 도 12를 참조하여, 본 발명의 다른 측면에 따른 배터리 팩의 제어 방법에 대해 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 팩의 제어 방법은, 배터리 셀(C)과, 상기 배터리 셀(C)의 온도 정보를 측정하기 위한 것으로, 온도 변화에 따른 저항 변화의 특성이 서로 상이한 제1, 제2 종 온도측정요소(P,N)를 각각 구비하는 제1, 제2 측정 회로부(M1,M2)를 포함하는 배터리 팩의 제어 방법으로서, 상기 제1 측정 회로부(M1)의 출력에 근거한 제1 측정 값(V1)과, 상기 제2 측정 회로부(M2)의 출력에 근거한 제2 측정 값(V2)의 차이 값(V1-V2)을 이용하여 배터리 셀(C)의 과열 여부를 판단할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서는 서로 저항 특성이 상이한 제1, 제2 종 온도측정요소(P,N)를 구비한 제1, 제2 측정 회로부(M1,M2)를 이용하여 배터리 셀(C)의 이상 온도 내지는 과열을 정밀하게 포착할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 의하면, 상기 제1 종 온도측정요소(P)는 온도 변화에 따른 저항 변화의 프로파일이 변곡점(CP) 이상에서 비선형적으로 급격한 변화를 보이고, 상기 제2 종 온도측정요소(N)는 온도 변화에 따른 저항 변화의 프로파일에서 선형적으로 완만한 변화를 보일 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서는 제1 측정 값(V1)이 제1 종 온도측정요소(P)의 변곡점(CP)에 해당되는 트리거 포인트 이상에 해당되는지 여부를 판단하고, 제1 측정 값(V1)이 트리거 포인트 이상이면서, 상기 제2 측정 값(V2)이 임계 값 이상이면, 배터리 셀(C)의 과열로 판단할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서는 제1 종 온도측정요소(P)를 포함하는 제1 측정 회로부(M1)로부터의 제1 측정 값(V1)과 제2 측정 회로부(M2)로부터의 제2 측정 값(V2)으로부터 산출된 차이 값(V1-V2)과 임계 값을 상호 비교하고, 비교 결과에 따라 배터리 셀(C)의 이상 온도 내지는 과열로 판단할 수 있다. 이하에서는 제1, 제2 측정 값(V1,V2)의 차이 값(V-V2)과 임계 값의 비교에 따른 배터리 셀의 과열 판단에 대해 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 배터리 팩의 제어 방법은, 배터리 관리부(BMS, Battery Management System) 내지는 배터리 관리부의 전반적인 동작을 제어하기 위한 제어부(10, 도 13)의 제어 하에 이루어질 수 있다. 상기 배터리 관리부(BMS)의 개략적인 구성에 대해서는 도 13을 참조하여 후에 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1 측정 값(V1)은, 제1 측정 회로부(M1)의 출력으로부터 얻어질 수 있으며, 제1 측정 회로부(M1)의 저항 내지는 제1 측정 회로부(M1)에 구비된 제1 종 온도측정요소(P)의 저항에 해당되거나 또는 제1 측정 회로부(M1)의 전압 강하에 해당될 수 있다. 유사하게, 상기 제2 측정 값(V2)은, 제2 측정 회로부(M2)의 출력으로부터 얻어질 수 있으며, 제2 측정 회로부(M2)의 저항 내지는 제2 측정 회로부(M2)에 구비된 제2 종 온도측정요소(N)의 저항에 해당되거나 또는 제2 측정 회로부(M2)의 전압 강하에 해당될 수 있다.
상기 제어부(10, 도 13)는 제1 측정 회로부(M1)의 출력으로부터 제1 측정 값(V1)을 산출할 수 있고, 유사하게, 제2 측정 회로부(M2)의 출력으로부터 제2 측정 값(V2)을 산출할 수 있다. 그리고, 상기 제어부(10, 도 13)는 제1 측정 값(V1)으로부터 제1 환산 측정 값을 산출하고, 유사하게, 제2 측정 값(V2)으로부터 제2 환산 측정 값을 산출할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따른 측정 회로부(M)의 구성에 따라 상기 제어부(10, 도 13)는 서로 다른 방식으로 제1, 제2 측정 값(V2)과 제1, 제2 환산 측정 값을 산출할 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같은 측정 회로부(M)의 구성에서, 상기 제어부(10, 도 13)는 제1 측정 값(V1)으로, 제1 측정 회로부(M1)의 양단 사이에서 직렬 연결되어 있는 다수의 제1 종 온도측정요소(P)의 저항이 합산된 합산 저항을 제1 측정 값(V1)으로 산출할 수 있고, 또한, 상기 제어부(10, 도 13)는 제2 측정 값(V2)으로, 제2 측정 회로부(M2)의 양단 사이에 연결되어 있는 제2 종 온도측정요소(N)의 저항을 제2 측정 값(V2)으로 산출할 수 있다. 이때, 상기 제어부(10, 도 13)는 제1 측정 값(V1)을 그대로 제1 환산 측정 값으로 하여 이후의 연산 처리를 수행할 수 있으며, 제2 측정 값(V2)에 대해서는 별도의 환산을 통하여 제2 환산 측정 값을 산출할 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 환산 측정 값은 제1 측정 회로부(M1)의 양단 사이에 직렬 연결되어 있는 다수의 제1 종 온도측정요소(P)의 저항을 합산한 합산 저항에 해당되므로, 제2 환산 측정 값 역시 제1 종 온도측정요소(P)와 동등한 개수의 제2 종 온도측정요소(N)의 저항을 합산한 합산 저항으로 산출될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제어부(10, 도 13)는 제2 측정 회로부(M2)의 양단에 연결되어 있는 단일의 제2 종 온도측정요소(N)의 저항(후술하는 대표 값)과, 제1 종 온도측정요소(P)의 개수를 승산하여, 제2 환산 측정 값을 산출할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제2 측정 회로부(M2)는 둘 이상 다수로 구비될 수 있으며, 서로 다른 제2 측정 회로부(M2)에 구비된 서로 다른 제2 종 온도측정요소(N)의 출력에 근거하여 서로 다른 제2 측정 값(V2)이 얻어질 수 있고, 서로 다른 제2 측정 값(V2) 중에서 택일된 어느 하나의 제2 측정 값(V2), 예를 들어, 최대치의 제2 측정 값(V2)을 대표 값으로 하여, 상기 대표 값에 제1 종 온도측정요소(P)의 개수를 승산하여 제2 환산 측정 값을 산출할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시형태에서, 상기 제어부(10, 도 13)는 서로 다른 제2 측정 값(V2)의 평균 값을 대표 값으로 하고, 상기 대표 값에 제1 종 온도측정요소(P)의 개수를 승산하여 제2 환산 측정 값을 산출할 수도 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1 측정 회로부(M1)의 양단 사이에 연결되어 있는 제1 종 온도측정요소(P)의 개수는 제1 방향(Z1)을 따라 배열되어 있는 전체 배터리 셀(C)의 개수와 같을 수 있고, 예를 들어, 제1 방향(Z1)을 따라 배열되어 있는 각각의 배터리 셀(C) 마다 제1 종 온도측정요소(P)가 할당될 수 있다. 이와 같은 구성에서, 상기 제어부(10, 도 13)는, 상기 제2 종 온도측정요소(N)의 저항으로부터 취해진 대표 값에, 제1 종 온도측정요소(P)의 개수 대신에, 배터리 셀(C)의 개수를 승산하여 제2 환산 측정 값을 얻을 수도 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1 측정 회로부(M1)는, 단선에 대비한 리던던시(redundancy)를 제공하기 위한 목적으로, 각각 배터리 셀(C)의 개수와 동등한 개수의 제1 종 온도측정요소(P)를 구비한 제1 측정 회로부(M1)의 쌍을 포함할 수도 있으며, 이 경우에 제1 종 온도측정요소(P)의 개수란 각각의 제1 측정 회로부(M1)에 구비된 제1 종 온도측정요소(P)의 개수 내지는 배터리 셀(C)의 개수를 의미할 수 있고, 제1 측정 회로부(M1)의 쌍에 구비된 제1 종 온도측정요소(P)의 개수는 배터리 셀(C)의 개수의 배수에 해당될 수 있으며, 제1 측정 회로부(M1)의 쌍에 구비된 제1 종 온도측정요소(P)의 개수는, 제2 환산 측정 값의 산출에서 고려되지 않을 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같은 측정 회로부(M)의 구성에서, 상기 제어부(10, 도 13)는 제1 측정 값(V1)으로, 제1 측정 회로부(M1, 제1-1 측정 회로부 M1-1)의 양단 사이에서 직렬 연결되어 있는 다수의 제1 종 온도측정요소(P)의 저항이 합산된 합산 저항과 또 다른 제1 측정 회로부(M1, 제1-2 측정 회로부 M1-2)의 양단 사이에서 직렬 연결되어 있는 다수의 제1 종 온도측정요소(P)의 합산 저항을 합산한 총 합산 저항을 제1 측정 값(V1)으로 산출할 수 있다. 그리고, 상기 제어부(10, 도 13)는 제2 측정 값(V2)으로, 제2 측정 회로부(M2)의 양단 사이에 연결되어 있는 제2 종 온도측정요소(N)의 저항을 제2 측정 값(V2)으로 산출할 수 있다. 이때, 상기 제어부(10, 도 13)는 제1 측정 값(V1)을 그대로 제1 환산 측정 값으로 하여 이후의 연산 처리를 수행할 수 있으며, 제2 측정 값(V2)에 대해서는 별도의 환산을 통하여 제2 환산 측정 값을 산출할 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 환산 측정 값은 제1 측정 회로부(M1)의 양단 사이에 직렬 연결되어 있는 다수의 제1 종 온도측정요소(P)의 저항을 합산한 합산 저항과 또 다른 제1 측정 회로부(M1)의 양단 사이에 직렬 연결되어 있는 다수의 제1 종 온도측정요소(P)의 저항을 합산한 합산 저항을 모두 더한 총 합산 저항에 해당되므로, 제2 환산 측정 값 역시 제1 종 온도측정요소(P)와 동등한 개수의 제2 종 온도측정요소(N)의 저항을 합산한 합산 저항으로 산출될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제어부(10, 도 13)는 제2 측정 회로부(M2)의 양단에 연결되어 있는 단일의 제2 종 온도측정요소(N)의 저항(후술하는 대표 값)과, 제1 종 온도측정요소(P)의 개수를 승산하여, 제2 환산 측정 값을 산출할 수 있다.
상기 제2 환산 측정 값의 산출을 위한 제1 종 온도측정요소(P)의 개수에 대해, 상기 제1 측정 회로부(M1)는 단선에 대비한 리던던시(redundancy)를 제공하기 위한 목적으로, 서로 다른 제1 측정 회로부(M1)의 쌍을 포함할 수 있고, 각각의 제1 측정 회로부(M1)는 제1 방향(Z1)을 따라 전방의 배터리 셀(C)에 할당된 다수의 제1 종 온도측정요소(P)를 포함하는 제1-1 측정 회로부(M1-1)와 제1 방향(Z1)을 따라 후방의 배터리 셀(C)에 할당된 다수의 제1 종 온도측정요소(P)를 포함하는 제1-2 측정 회로부(M1-2)를 포함할 수 있으며, 제1 종 온도측정요소(P)의 개수는, 서로 다른 제1-1 측정 회로부(M1-1)에 구비된 제1 종 온도측정요소(P)의 개수와 제1-2 측정 회로부(M1-2)에 구비된 제1 종 온도측정요소(P)의 개수를 합산한 개수에 해당될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1 종 온도측정요소(P)는 제1 방향(Z1)을 따라 배열된 배터리 셀(C)의 개수와 동등한 개수로 마련될 수 있으며, 제1 방향(Z1)을 따라 배열된 각각의 배터리 셀(C) 마다 하나의 제1 종 온도측정요소(P)가 할당될 수 있다. 예를 들어, 제1 방향(Z1)을 따라 배열된 배터리 셀(C)을 절반하여, 전방 절반의 배터리 셀(C)에는 제1-1 측정 회로부(M1-1)의 제1 종 온도측정요소(P)가 할당되고, 후방 절반의 배터리 셀(C)에는 제1-2 측정 회로부(M1-2)의 제1 종 온도측정요소(P)가 할당될 수 있다. 이때, 전체 제1 종 온도측정요소(P)의 개수는 배터리 셀(C)의 개수와 동등할 수 있으며, 제1-1 측정 회로부(M1-1)와 제1-2 회로부에 구비된 제1 종 온도측정요소(P)의 개수를 합산한 개수에 해당될 수 있다.
상기 제2 환산 측정 값의 산출을 위한 제2 종 온도측정요소(N)의 대표 값에 대해, 상기 제2 측정 회로부(M2)는 둘 이상 다수로 구비될 수 있으며, 서로 다른 제2 측정 값(V2) 중에서 택일된 어느 하나의 제2 측정 값(V2), 예를 들어, 최대치의 제2 측정 값(V2)을 대표 값으로 하여, 상기 대표 값에 제1 종 온도측정요소(P)의 개수를 승산하여 제2 환산 측정 값을 산출할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시형태에서, 상기 제어부(10, 도 13)는 서로 다른 제2 측정 값(V2)의 평균 값을 대표 값으로 하여, 제2 환산 측정 값을 산출할 수도 있다.
후술하는 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태에서는 제1, 제2 환산 측정 값의 차이 값에 근거하여 배터리 셀(C)의 이상 온도 내지는 과열을 감지할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시형태에서, 상기 제1 종 온도측정요소(P)와 제2 종 온도측정요소(N)는 동등한 개수로 마련될 수 있고, 제1 측정 회로부(M1)의 양단 사이에 연결되는 제1 종 온도측정요소(P) 및 제2 측정 회로부(M2)의 양단 사이에 연결되는 제2 종 온도측정요소(N)는, 직렬과 병렬과 같이 다양하게 연결될 수 있기 때문에, 본 발명의 다양한 실시형태에서, 상기 제1 환산 측정 값과 제2 환산 측정 값의 차이 값은, 제1 측정 값(V1)과 제2 측정 값(V2)의 차이 값(V1-V2)으로 포괄적으로 표현될 수 있고, 본 명세서를 통하여 제1 환산 측정 값과 제2 환산 측정 값의 차이 값은, 제1, 제2 종 온도측정요소(P,N)를 동등한 개수로 맞춘다는 의미를 포함하는 것이고, 보다 광범위하게 제1 측정 값(V1)과 제2 측정 값(V2)의 차이 값(V1-V2)으로 표현될 수 있다. 이하에서는 환산 전후의 혼동을 방지하기 위하여, 제1, 제2 측정 값(V2)의 차이 값(V1-V2) 대신에, 제1, 제2 환산 측정 값의 차이 값으로 표현하고 있으나, 보다 광범위하게, 제1, 제2 환산 측정 값의 차이 값은 제1, 제2 측정 값(V2)의 차이 값(V1-V2)으로 포괄적으로 표현될 수 있다. 참고로, 본 발명의 일 실시형태에서, 제1, 제2 환산 측정 값의 차이 값 내지는 제1, 제2 측정 값(V2)의 차이 값(V1-V2)이란 양적인 대소만을 고려하며, 그 양(+)/부(-)는 참고하지 않을 수 있고, 이런 의미에서 상기 차이 값은, 제1, 제2 환산 측정 값의 차이 값에 대한 절대 값으로 표현될 수 있으며, 상기 제어부(10, 도 13)는 상기 차이 값을 부호가 없이 크기만을 갖는 데이터로 정의하거나 함수를 통하여 절대 값으로 변환한 후, 후술하는 임계 값과 대소 비교할 수 있다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에서는, 제1, 제2 측정 회로부(M1,M2)의 제1, 제2 측정 값(V1,V2)의 차이 값(V1-V2)으로부터 배터리 셀(C)의 과열을 판단하되, 이때, 제1, 제2 측정 회로부(M1,M2)의 제1, 제2 측정 값(V1,V2)의 차이 값(V1-V2)의 절대 값을 이용하여, 배터리 셀(C)의 과열 여부를 판단함으로써,
i) 제1 측정 값(V1) > 제2 측정 값(V2)으로서, 제1 측정 값(V1)과 제2 측정 값(V2)의 차이 값(V1-V2)이 사전에 설정된 임계 값 보다 큰 경우와,
ii) 제2 측정 값(V2) > 제1 측정 값(V1)으로서, 제2 측정 값(V2)과 제1 측정 값(V1)의 차이 값(V2-V1)이 사전에 설정된 임계 값 보다 큰 경우에 배터리 셀(C)의 과열로 판단할 수 있다.
i) 제1 측정 값(V1) > 제2 측정 값(V2)으로서, 제1 측정 값(V1)과 제2 측정 값(V2)의 차이 값(V1-V2)이 사전에 설정된 임계 값 보다 큰 경우에 대해,
상기 제2 종 온도측정요소(N)가 과열된 배터리 셀(C1)에 할당된 경우, 또는 제2 종 온도측정요소(N)가 할당된 배터리 셀(C1)에서 과열이 발생된 경우에 해당될 수 있다. 이때, 제1, 제2 종 온도측정요소(P,N)가 모두 배터리 셀(C)의 과열을 포착할 수 있으며, 배터리 셀(C)의 과열로 인한 제1 종 온도측정요소(P)의 저항의 증가분과 제2 종 온도측정요소(N)의 저항의 감소분으로 인하여, 제1 종 온도측정요소(P)를 포함하는 제1 측정 회로부(M1)의 제1 측정 값(V1)과 제2 종 온도측정요소(N)를 포함하는 제2 측정 회로부(M2)의 제2 측정 값(V2)은, 제1 측정 값(V1) > 제2 측정 값(V2)의 관계를 만족할 수 있다. 그리고, 제1, 제2 측정 값(V1,V2)의 차이 값(V1-V2)이 사전에 설정된 임계 값 이상이면, 배터리 셀(C)의 과열로 판단할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1 측정 값(V1)은, 과열된 배터리 셀(C1)과 함께 과열되지 않은 배터리 셀(C)을 함께 포착하는데 반하여, 상기 제2 측정 값(V2)은 과열된 배터리 셀(C1)을 중점적으로 포착하기 때문에, 상기 제1 측정 값(V1)에 반영되는 제1 종 온도측정요소(P)의 저항의 증가분 보다는 상기 제2 측정 값(V2)에 반영되는 제2 종 온도측정요소(N)의 저항의 감소분이 두드러지게 나타나면서, 제1, 제2 측정 값(V1,V2)의 차이 값(V1-V2)이 증가하며, 사전에 설정된 임계 값 이상이면 배터리 셀(C)의 과열로 판단할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 제1 측정 값(V1)은 제1 측정 회로부(M1)의 직렬적으로 연결된 제1 종 온도측정요소(P)의 합산 저항으로 나타나므로, 제1 측정 값(V1)은 그대로 제1 환산 측정 값으로 하고, 제1 측정 값(V1)과 대비되는 제2 측정 값(V2)은 제2 종 온도측정요소(N)의 저항과 함께 제1 종 온도측정요소(P)에 대응되는 개수(또는 배터리 셀 C의 개수)를 감안한 제2 환산 측정 값으로 환산한 다음에, 제1, 제2 환산 측정 값의 차이 값과 임계 값을 비교할 수 있다.
상기 임계 값과의 비교 대상이 되는 제1, 제2 환산 측정 값은, 전체 배터리 셀(C)의 개수를 감안하여 전체 배터리 셀(C)의 개수에 대응되게 환산된 값이 될 수 있고, 이때, 제1 환산 측정 값은 과열된 배터리 셀(C1, 과열로 인하여 상승된 저항)과 과열되지 않은 배터리 셀(C, 과열로 인한 저항 상승 없음)의 저항 값을 모두 포함하지만, 예를 들어, 제2 환산 측정 값은 과열된 배터리 셀의 저항 값(과열로 인하여 감소된 저항)에 배터리 셀(C)의 개수를 승산한 값에 해당될 수 있기 때문에, 제1 환산 측정 값의 증가분 보다는 제2 환산 측정 값의 감소분이 상대적으로 두드러지게 나타나면서, 제1, 제2 환산 측정 값의 차이 값이 배터리 셀(C)의 과열로 인하여 확대될 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 일 실시형태에서는, 각각의 제1, 제2 종 온도측정요소(P,N)의 출력에 의하기 보다는 전체 배터리 셀(C)의 개수를 감안한 제1, 제2 측정 값(V1,V2) 내지는 제1, 제2 환산 측정 값을 이용하여 배터리 셀(C)의 과열 신호를 증폭시킬 수 있고, 이에 따라, 배터리 셀(C)의 과열을 누락 없이 포착할 수 있다.
ii) 제1 측정 값(V1) < 제2 측정 값(V2)으로서, 제2 측정 값(V2)과 제1 측정 값(V1)의 차이 값(V2-V1)이 사전에 설정된 임계 값 보다 큰 경우에 대해,
상기 제2 종 온도측정요소(N)가 과열된 배터리 셀(C1)의 측정 위치를 벗어난 경우, 또는 제2 종 온도측정요소(N)가 할당된 배터리 셀(C) 외의 다른 배터리 셀(C)에서 과열이 발생된 경우에 해당될 수 있다. 이때, 과열된 배터리 셀(C1)의 저항의 증가분을 포착한 제1 종 온도측정요소(P)의 제1 측정 값(V1)과 과열된 배터리 셀(C1)의 저항의 감소분을 포착하지 못한 제2 측정 값(V2)은, 제1 측정 값(V1) < 제2 측정 값(V2)의 관계를 만족할 수 있다. 그리고, 제1, 제2 측정 값(V1,V2)의 차이 값(V2-V1)이 사전에 설정된 임계 값 이상이면, 배터리 셀(C)의 과열로 판단할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서 상기 제1 측정 값(V1)이 과열된 배터리 셀(C1)로 인하여 증가한다고 하더라도, 제2 측정 값(V2)은 배터리 셀(C)의 과열을 포착하지 못하여 감소되지 않은 상대적으로 큰 저항을 가질 수 있기 때문에, 제1 측정 값(V1) < 제2 측정 값(V2)의 관계를 만족할 수 있다. 앞서 설명된 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태에서는, 제1, 제2 종 온도측정요소(P,N)의 개수의 차이를 감안하여, 배터리 팩에 구비된 전체 배터리 셀(C)의 개수를 감안하여 환산된 제1, 제2 환산 측정 값을 이용할 수 있고, 전체 배터리 셀(C)의 개수와 동수로 마련된 제1 종 온도측정요소(P)를 포함하는 제1 측정 회로부(M1)의 제1 측정 값(V1)은 그대로 제1 환산 측정 값으로 할 수 있고, 예를 들어, 단일 제2 종 온도측정요소(N)를 포함하는 제2 측정 회로부(M2)의 제2 측정 값(V2)은 제2 측정 값(V2)에 배터리 셀(C)의 개수를 승산한 값을 제2 환산 측정 값으로 할 수 있다. 이때, 상기 제1 환산 측정 값은 과열된 배터리 셀(과열로 인하여 상승된 저항)과 과열되지 않은 배터리 셀(과열로 인한 저항 상승 없음)의 저항 값을 모두 포함하지만, 예를 들어, 제2 환산 측정 값은 과열되지 않은 배터리 셀(과열로 인한 저항 감소 없음)의 저항 값에 배터리 개수를 승산한 값으로 표현될 수 있기 때문에, 과열된 일부 배터리 셀(C1)의 증가분이 반영된 제1 환산 측정 값 보다는 배터리 셀(C)의 과열로 인한 감소가 없는 제2 환산 측정 값이 상대적으로 크게 나타날 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 배터리 셀(C)의 과열 여부를 판단함에 있어서, 제1 종 온도측정요소(P)의 변곡점(CP)에 해당되는 트리거 포인트 이상인지를 판단하는 단계가 제1, 제2 측정 값(V1,V2)의 차이 값(V1-V2) 내지는 제1, 제2 환산 측정 값의 차이 값으로부터 과열 여부를 판단하는 단계에 선행 또는 후행되면서, 상기 차이 값(V1-V2)으로부터의 판단을 보충할 수 있으며, 예를 들어, ii) 제1 측정 값(V1) < 제2 측정 값(V2)으로서, 제2 측정 값(V2)과 제1 측정 값(V1)의 차이 값(V2-V1)이 사전에 설정된 임계 값 보다 큰 경우에 대해, 배터리 셀의 과열이 없는 경우에도 배터리 셀의 과열로 판단되는 오류를 배제할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서는, 상기 제1, 제2 측정 값 내지는 제1, 제2 환산 측정 값으로부터 온도 정보를 산출하는 단계가 더 포함될 수 있으며, 이러한 온도 정보를 이용하여 과열 여부에 대한 보충적인 판단을 수행할 수 있고, 예를 들어, 온도 정보를 이용하여 과열 여부를 판단하는 단계가 제1, 제2 측정 값(V1,V2)의 차이 값(V1-V2) 내지는 제1, 제2 환산 측정 값의 차이 값으로부터 과열 여부를 판단하는 단계에 선행 또는 후행되면서, 상기 차이 값(V1-V2)으로부터의 판단을 보충할 수 있으며, ii) 제1 측정 값(V1) < 제2 측정 값(V2)으로서, 제2 측정 값(V2)과 제1 측정 값(V1)의 차이 값(V2-V1)이 사전에 설정된 임계 값 보다 큰 경우에 대해, 배터리 셀의 과열이 없는 경우에도 배터리 셀의 과열로 판단되는 오류를 배제할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 임계 값은 이하와 같이 설정될 수 있다. 상기 임계 값은, 제1, 제2 측정 값(V1,V2)의 차이 값(V1-V2) 내지는 제1, 제2 환산 측정 값의 차이 값과 비교대상이 되는 값으로, 예를 들어, 제1 환산 측정 값이 나타내는 일군의 제1 종 온도측정요소(P)의 저항으로부터 산출된 제1 온도 데이터와 제2 환산 측정 값이 나타내는 일군의 제2 종 온도측정요소(N)의 저항으로부터 산출된 제2 온도 데이터의 차이 값으로 설정될 수 있다.
상기 일군의 제1 종 온도측정요소(P)란, 제1 환산 측정 값의 산출 근거에 해당되는 개수의 제1 종 온도측정요소(P)를 의미할 수 있고, 본 발명의 일 실시형태에서 상기 제1 측정 회로부(M1)에 포함되어 있는 다수의 제1 종 온도측정요소(P)를 의미할 수 있다. 상기 일군의 제2 종 온도측정요소(N)란, 제2 환산 측정 값의 산출 근거에 해당되는 개수의 제2 종 온도측정요소(N)를 의미할 수 있고, 본 발명의 일 실시형태에서 상기 제1 측정 회로부(M1)에 포함되어 있는 다수의 제1 종 온도측정요소(P)와 같은 개수의 제2 종 온도측정요소(N)를 의미할 수 있다.
상기 제1 온도 데이터란, 일군의 제1 종 온도측정요소(P)의 저항으로부터 산출된 온도 데이터로서, 각각의 개별적인 제1 종 온도측정요소(P)로부터 산출된 개별적인 배터리 셀(C)의 온도라기 보다는, 배터리 팩을 형성하는 다수의 배터리 셀(C)의 온도를 집합적으로 정의한 정량적인 파라메타로서, 정성적인 온도라기 보다는, 집합적으로 일군의 제1 종 온도측정요소(P)의 저항으로부터 산출된 온도 데이터를 의미할 수 있다.
유사하게, 상기 제2 온도 데이터란, 일군의 제2 종 온도측정요소(N)의 저항으로부터 산출된 온도 데이터로서, 각각의 개별적인 제2 종 온도측정요소(N)로부터 산출된 개별적인 배터리 셀(C)의 온도라기 보다는, 배터리 팩을 형성하는 다수의 배터리 셀(C)의 온도를 집합적으로 정의한 정량적인 파라메타로서, 정성적인 온도라기 보다는, 집합적으로 일군의 제2 종 온도측정요소(N)의 저항으로부터 산출된 온도 데이터를 의미할 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 일 실시형태에서, 제1 제2 온도 데이터란, 개벌적인 배터리 셀(C)의 정성적인 온도 정보를 의미하지 않고, 다수의 배터리 셀(C)의 온도 정보를 집합적으로 정의한 것으로, 다수의 배터리 셀(C)의 온도 정보를 포함하지만, 온도 정보와는 다른 차원의 파라메타 일 수 있다. 예를 들어, 상기 제1, 제2 온도 데이터란, 도 4 및 도 5에 도시된 제1, 제2 종 온도측정요소(P,N)의 거동으로부터 일군의 제1, 제2 종 온도측정요소(P,N)의 집합적인 저항을 입력으로 하여, 온도 정보를 출력한 것으로 이해될 수 있으며, 이때, 상기 제1, 제2 온도 데이터는, 개개의 제1, 제2 종 온도측정요소(P,N)의 저항을 입력으로 하지 않고, 집합적으로 일군의 제1, 제2 종 온도측정요소(P,N)의 저항을 입력으로 하였기 때문에, 이러한 일군의 제1, 제2 종 온도측정요소(P,N)의 집합적인 저항을 입력으로 하여 출력된 제1, 제2 온도 데이터는, 개개의 배터리 셀(C)의 온도와는 상이할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1, 제2 온도 데이터는, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같은 제1, 제2 종 온도측정요소(P,N)의 거동에 근거하고, 과열 판단의 기준온도를 입력으로 하여, 제1, 제2 종 온도측정요소(P,N)의 저항을 출력하며, 출력된 제1, 제2 종 온도측정요소(P,N)의 저항에, 제1, 제2 환산 측정 값의 근거가 되는 일군의 제1, 제2 종 온도측정요소(P,N)의 개수를 합산한 값으로 정의될 수 있으며, 이와 같이 산출된 제1, 제2 온도 데이터의 차이 값이 상기 임계 값으로 사전에 설정될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1, 제2 온도 데이터는, 저항의 단위를 가질 수도 있고, 또는 도 4 및 도 5에 도시된 제1, 제2 종 온도측정요소(P,N)의 거동에 근거하여 저항으로부터 출력된 온도 단위를 가질 수도 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시형태에서 상기 임계 값이 온도 단위를 가질 경우, 임계 값과 비교대상이 되는 제1, 제2 환산 측정 값 역시 온도 단위를 가질 수 있으며 예를 들어, 일군의 제1 종 온도측정요소(P)의 저항 또는 일군의 제2 종 온도측정요소(N)의 저항을 입력으로 하고, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같은 제1, 제2 종 온도측정요소(P,N)의 온도를 출력한 값에 해당될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 임계 값에 대해, 상기 임계 값은 제1 종 온도측정요소(P)의 저항에 근거한 제1 온도와 제2 종 온도측정요소(N)의 저항에 근거한 제2 온도 사이의 온도 차이가 10도 내지 15도일 때(예를 들어, 제1, 제2 온도 차이가 10도 내지 15도 사이에서 설정된 어느 하나의 온도)를 포착하여, 배터리 셀(C)의 이상 온도 내지는 과열로 판단할 수 있다. 즉, 제1 종 온도측정요소(P)의 저항에 근거한 제1 온도와 제2 종 온도측정요소(N)의 저항에 근거한 제2 온도 사이의 온도 차이가 10도 내지 15도 중에서 어느 하나의 온도일 때의 일군의 제1, 제2 종 온도측정요소의 저항으로부터 제1, 제2 온도 데이터를 산출하고, 산출된 제1, 제2 온도 데이터의 차이 값을 임계 값으로 설정할 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 온도 변화에 따른 저항 변화가 정 특성을 보이는 제1 종 온도측정요소(P)에 근거한 제1 환산 측정 값과, 온도 변화에 따른 저항 변화가 부 특성을 보이는 제2 종 온도측정요소(N)에 근거한 제2 환산 측정 값의 차이 값은, 온도 상승에 따라 증가하게 되므로, 상기 차이 값이 어느 정도 이상으로 증가하면, 배터리 셀(C)의 이상 온도 내지는 과열로 판단할 수 있다. 이때, 배터리 셀(C)의 이상 온도 내지는 과열로 판단하는 임계 값으로서, 제1 종 온도측정요소(P)의 저항에 근거한 제1 온도와 제2 종 온도측정요소(N)의 저항에 근거한 제2 온도 사이의 온도 차이가 10도 내지 15도 중에서 어느 하나의 온도일 때의 일군의 제1, 제2 종 온도측정요소(P,N)의 저항으로부터 제1, 제2 온도 데이터를 산출하고, 산출된 제1, 제2 온도 데이터의 차이 값을 임계 값으로 설정할 수 있다.
상기 임계 값을 설정하는 또 다른 관점에 대해 설명하면, 이하와 같다. 즉, 도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 제1 종 온도측정요소(P)의 저항 특성은 고온 구간에서 온도 변화에 따라 급격한 상승을 보이면서 온도 측정의 오류가 발생할 수 있으며, 온도의 상승에 따라 이러한 온도 측정의 오류는 점진적으로 확대될 수 있다. 본 발명에서는 이러한 제1 종 온도측정요소(P)의 저항 특성을 보완하기 위하여, 제1 종 온도측정요소(P)와 함께, 제2 종 온도측정요소(N)를 병행적으로 적용하며, 제1 종 온도측정요소(P)의 저항에 근거한 제1 온도와 제2 종 온도측정요소(N)의 저항에 근거한 제2 온도 사이의 온도 차이가 10도 내지 15도 중에서 어느 하나의 온도일 때의 일군의 제1, 제2 종 온도측정요소(P,N)의 저항으로부터 제1, 제2 온도 데이터를 산출하고, 산출된 제1, 제2 온도 데이터의 차이 값을 임계 값으로 설정할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제1, 제2 온도의 온도 차이가 10도 내지 15도 사이에서 사전에 설정된 일 온도에 해당될 때는 임계 조건을 만족하는 것으로 판단하고, 예를 들어, 제1, 제2 온도의 온도 차이가 10도 내지 15도 사이 중에서 10도 일 때, 임계 조건에 해당되는 것으로 판단할 수 있는데, 본 발명의 일 실시형태에서는, 배터리 셀(C)의 이상 온도 내지는 과열을 조기에 포착하기 위한 목적으로, 제1, 제2 온도의 온도 차이가 10도일 때를 임계 조건 내지는 임계 값으로 설정할 수 있다. 다만 본 발명의 다양한 실시형태에서는, 배터리 셀(C)의 고속 충전과 같은 상황에서의 온도 상승을 고려하여, 예를 들어, 제1, 제2 온도의 온도 차이가 15도일 때를 임계 조건 내지는 임계 값으로 설정할 수도 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 측정 회로부(M)는 배터리 관리부와 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 측정 회로부(M)의 일단부에 형성된 단자(Me, 도 6 및 도 7)는 배터리 관리부의 커넥터(미도시)와 연결될 수 있다. 도 13을 참조하면, 상기 배터리 관리부는, 배터리 관리부의 전반적인 동작을 제어하기 위한 제어부(10)와, 상기 측정 회로부(M)와 연결되어 측정 회로부(M)의 출력을 수신하며, 측정 회로부(M)로부터 수신되는 온도 정보에 관한 출력을 양자화된 디지털 값으로 변환하여 제어부(10)로 전달하고, 제어부(10, 도 10)의 제어 신호에 따라 충전 스위치(SW2) 및 방전 스위치(SW1)에 대한 온/오프 제어 신호를 출력하는 아날로그 프론트 엔드(AFE, 20)를 포함할 수 있다. 상기 배터리 관리부는 배터리 셀(C)과 이웃한 위치에 배치된 측정 회로부(M) 및 전압 측정 단자(V)를 통하여 온도 및 전압에 관한 정보를 입수할 수 있다. 또한, 상기 배터리 셀(C)의 충, 방전 경로 상에는 전류 센서(R)가 배치되어 배터리 셀(C)의 충, 방전 전류량을 측정할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 제어부(10)는 앞서 설명된 바와 같이, 제1, 제2 측정 회로부(M1,M2)의 출력에 근거한 제1, 제2 측정 값(V2)의 차이 값(V1-V2)을 산출하고, 산출된 제1, 제2 측정 값(V2)의 차이 값(V1-V2)과 사전에 설정된 임계 값을 서로 비교하며, 비교 결과에 따라 배터리 셀(C)의 이상 온도 내지는 과열을 포착할 수 있다. 배터리 셀(C)의 과열로 판단한 제어부(10)는 충전 스위치(SW2) 및/또는 방전 스위치(SW1)에 대한 오프 신호를 출력하여 배터리 셀(C)의 충, 방전 동작을 중지시키는 보호 동작을 개시할 수 있고, 이에 따라, 배터리 셀(C)의 과열에 이어지는 폭발이나 발화와 같은 사고를 미연에 방지할 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다.
C: 배터리 셀 M: 측정 회로부
M1: 제1 측정 회로부 M2: 제2 측정 회로부
P: 제1 종 온도측정요소 N: 제2 종 온도측정요소
S: 공통 기저 기판

Claims (32)

  1. 배터리 셀; 및
    상기 배터리 셀의 온도 정보를 측정하기 위한 것으로, 온도 변화에 따른 저항 변화의 특성이 서로 상이한 제1, 제2 종 온도측정요소를 각각 구비하는 제1, 제2 측정 회로부를 포함하며, 상기 제1, 제2 측정 회로부는 공통 기저 기판 상에 형성되어 있거나 또는 서로 다른 개별 기저 기판 상에 형성되어 있는 측정 회로부를 포함하고,
    상기 제1 종 온도측정요소는, 상기 배터리 셀이 배열된 제1 방향을 따라 각각의 배터리 셀 마다 할당되도록 다수로 배치되고,
    상기 제2 종 온도측정요소는, 상기 제1 방향을 따라 다수로 배치되되, 제1 종 온도측정요소와 같거나 또는 제1 종 온도측정요소 보다 적은 개수로 배치되는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 종 온도측정요소는 온도 변화에 따른 저항 변화의 특성이 정 특성을 갖고,
    상기 제2 종 온도측정요소는 온도 변화에 따른 저항 변화의 특성이 부 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 셀은 제1 방향을 따라 배열되며,
    상기 제1 측정 회로부는 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 배터리 셀의 양편으로 쌍으로 배치되고,
    상기 제2 측정 회로부는 상기 제2 방향을 따라 상기 배터리 셀의 양편으로 쌍으로 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1, 제2 측정 회로부의 출력에 근거하여 배터리 셀의 과열 여부를 판단하는 배터리 관리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 쌍으로 배치된 제1 측정 회로부는, 상기 배터리 관리부에 대해 병렬적으로 연결되며,
    상기 쌍으로 배치된 제2 측정 회로부는, 상기 배터리 관리부에 대해 병렬적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 쌍으로 배치된 제1 측정 회로부는, 상기 제2 방향을 따라 배터리 셀의 양편의 가장자리 위치에 배치되고,
    상기 쌍으로 배치된 제1 측정 회로부 사이의 배터리 셀의 중앙 위치에는 그라운드 배선이 배치되며,
    상기 쌍으로 배치된 제1 측정 회로부를 형성하는 서로 다른 제1 측정 회로부와 그라운드 배선 사이에는 각각 제2 측정 회로부가 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 쌍으로 배치된 제1 측정 회로부는, 상기 제2 방향을 따라 중앙 위치를 기준으로 대칭적인 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 종 온도측정요소는 상기 쌍을 이루는 제1 측정 회로부의 양단 사이에서 제1 방향을 따라 전후방으로 균형을 이루도록 배치되어, 상기 쌍을 이루는 제1 측정 회로부 중에서 어느 하나의 제1 측정 회로부는 나머지 다른 하나의 제1 측정 회로부에 대한 리던던시(redundancy)를 제공하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 제1 종 온도측정요소는,
    상기 쌍을 이루는 제1 측정 회로부 중 어느 하나의 제1 측정 회로부의 양단 사이에서는 제1 방향을 따라 전방 위치로 편중되도록 배치되며,
    상기 쌍을 이루는 제1 측정 회로부 중 나머지 다른 하나의 제1 측정 회로부의 양단 사이에서는 제1 방향을 따라 후방 위치로 편중되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 종 온도측정요소는, 상기 제1 측정 회로부의 양단 사이에서 직렬 연결되는 다수로 마련되며,
    상기 제2 종 온도측정요소는, 상기 제2 측정 회로부의 양단 사이에 연결된 단일 개수로 마련되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 셀은 제1 방향을 따라 배열되며,
    상기 제1 종 온도측정요소는 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 상기 배터리 셀의 가장자리 위치에서, 제1 방향을 따라 일 열로 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  12. 삭제
  13. 제1항에 있어서,
    상기 제1 종 온도측정요소 또는 제2 종 온도측정요소는, 상기 공통 기저 기판 또는 개별 기저 기판 상에, 패턴 형성되거나 또는 칩 형태로 실장되어 있는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 종 온도측정요소 또는 제2 종 온도측정요소는, 프린트 스크린으로 패턴 형성되거나 또는 굴곡부를 포함하는 도전성 라인으로 패턴 형성되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 셀은, 전극이 형성된 전극면과, 상기 전극면과 반대되는 바닥면과, 상기 전극면과 바닥면 사이를 연결해주는 것으로 상대적으로 넓은 면적을 차지하는 넓은 측면과 상대적으로 좁은 면적을 차지하는 좁은 측면을 포함하는 배터리 팩.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 측정 회로부 및 제2 측정 회로부 중에서 적어도 어느 하나는, 배터리 셀의 단자면 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 제1 측정 회로부 및 제2 측정 회로부 중에서 적어도 어느 하나는, 배터리 셀의 넓은 측면 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 제1 측정 회로부 및 제2 측정 회로부 중에서 적어도 어느 하나는, 배터리 셀의 좁은 측면 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 제1 측정 회로부 및 제2 측정 회로부 중에서 적어도 어느 하나는, 배터리 셀의 바닥면 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 셀은 배터리 셀의 외형을 형성하는 것으로, 육면체 형태로 형성된 케이스를 포함하는 각형 배터리 셀, 원통형 형태로 형성된 케이스를 포함하는 원형 배터리 셀, 또는 파우치 형태로 형성된 케이스를 포함하는 파우치형 배터리 셀을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 공통 기저 기판 또는 개별 기저 기판은, 연성의 절연필름 또는 경성의 절연기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  22. 배터리 셀과, 상기 배터리 셀의 온도 정보를 측정하기 위한 것으로, 온도 변화에 따른 저항 변화의 특성이 서로 상이한 제1, 제2 종 온도측정요소를 각각 구비하는 제1, 제2 측정 회로부를 포함하는 배터리 팩의 제어 방법으로서,
    상기 제1 측정 회로부의 출력에 근거한 제1 측정 값과, 상기 제2 측정 회로부의 출력에 근거한 제2 측정 값의 차이 값을 이용하여 배터리 셀의 과열 여부를 판단하는 배터리 팩의 제어 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 제1 종 온도측정요소는 온도 변화에 따른 저항 변화의 특성이 정 특성을 갖고,
    상기 제2 종 온도측정요소는 온도 변화에 따른 저항 변화의 특성이 부 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 제어 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 제1 종 온도측정요소는 온도 상승에 따른 저항 변화의 프로파일의 변곡점 이상에서 비선형적으로 상승을 보이고,
    상기 제2 종 온도측정요소는 온도 상승에 따른 저항 변화의 프로파일에서 선형적으로 하강을 보이는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 제어 방법.
  25. 제22항에 있어서,
    i) 제1 측정 값(V1) > 제2 측정 값(V2)으로서, 제1 측정 값(V1)과 제2 측정 값(V2)의 차이 값(V1-V2)이 사전에 설정된 임계 값 보다 큰 경우와,
    ii) 제2 측정 값(V2) > 제1 측정 값(V1)으로서, 제2 측정 값(V2)과 제1 측정 값(V1)의 차이 값(V2-V1)이 사전에 설정된 임계 값 보다 큰 경우에 배터리 셀(C)의 과열로 판단하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 제어 방법.
  26. 삭제
  27. 삭제
  28. 삭제
  29. 제22항에 있어서,
    상기 제1, 제2 측정 값의 차이 값의 연산에서는,
    상기 제1 측정 회로부에 구비된 제1 종 온도측정요소의 개수와 상기 제2 측정 회로부에 구비된 제2 종 온도측정요소의 개수를 동등하게 맞추어 환산된 제1, 제2 환산 측정 값을 이용하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 제어 방법.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 제1 측정 회로부에 구비된 제1 종 온도측정요소는, 상기 배터리 셀이 배열된 제1 방향을 따라 각각의 배터리 셀 마다 할당되도록 다수로 마련되고,
    상기 제2 측정 회로부에 구비된 제2 종 온도측정요소는, 단일 개수로 마련되며,
    각각 단일 개수의 제2 종 온도측정요소를 포함하는 서로 다른 제2 측정 회로부가 마련되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 제어 방법.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 제1 종 온도측정요소는, 제1 측정 회로부의 양단 사이에서 직렬 연결되는 다수로 마련되고,
    상기 제2 종 온도측정요소는, 각각 서로 다른 제2 측정 회로부의 양단 사이에 연결되는 단일 개수로 마련되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 제어 방법.
  32. 제30항에 있어서,
    상기 제1, 제2 환산 측정 값으로의 환산에서는,
    제1 측정 회로부의 출력에 근거한 제1 측정 값이 제1 환산 측정 값으로 환산되고,
    서로 다른 제2 측정 회로부의 출력에 근거한 서로 다른 제2 측정 값 중에서 대표 값과 배터리 셀의 개수를 승산한 값이 제2 환산 측정 값으로 환산되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 제어 방법.
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WO2011109389A2 (en) * 2010-03-01 2011-09-09 Boston-Power, Inc. Thermal sensor device with average temperature and hot spot feedback
DE102010010144B4 (de) * 2010-03-04 2013-08-29 Magna Steyr Fahrzeugtechnik Ag & Co. Kg Akkumulator und Überwachungsschaltung für Akkumulator
US9198292B2 (en) * 2012-05-08 2015-11-24 Samsung Sdi Co., Ltd. Battery pack including circuit board assembly having first circuit board connected to terminals and second circuit board connected to first circuit board
FR3016217A1 (fr) * 2014-01-03 2015-07-10 Commissariat Energie Atomique Dispositif et procede de detection d'un echauffement d'un ensemble-batterie
KR102480959B1 (ko) * 2019-04-17 2022-12-23 주식회사 엘지에너지솔루션 이차전지 및 그 이차전지를 포함하는 전지모듈

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