KR20110064055A - 배터리 관리 시스템 보호 회로 장치 및 이를 구비한 배터리 팩 - Google Patents

배터리 관리 시스템 보호 회로 장치 및 이를 구비한 배터리 팩 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량용 배터리 팩에 구비된 배터리 관리 시스템의 셀 전압 측정 회로에 비정상적인 역전압이 인가될 경우에 배터리 관리 시스템 및 내부 회로를 보호할 수 있는 보호 회로 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 배터리 팩 내부 셀들의 전압을 측정하고 제어하는 배터리 관리 시스템의 연결 부분에서 셀로부터 역전압 인가시 상기 배터리 관리 시스템을 보호하기 위한 회로 장치로서, 상기 배터리 관리 시스템에서 상기 배터리 셀의 전압을 센싱하기 위한 센싱라인 상에 설치된 과전류 차단 수단; 상기 배터리 셀의 양극에 연결된 양극 센싱라인과 상기 배터리 셀의 음극에 연결된 음극 센싱라인 사이를 연결하는 우회라인; 및 상기 우회라인 상에서 상기 음극 센싱라인에서 상기 양극 센싱라인 방향으로만 전류가 흐르도록 설치되는 다이오드;를 포함하는 배터리 관리 시스템 보호 회로 장치가 개시된다.
배터리셀, 역전압, 보호장치, PTC

Description

배터리 관리 시스템 보호 회로 장치 및 이를 구비한 배터리 팩{Circuit device for protecting battery management system and battery pack comprising the same}
본 발명은 차량용 배터리 팩에 구비된 배터리 관리 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배터리 관리 시스템의 셀 전압 측정 회로에 비정상적인 역전압이 인가될 경우에 배터리 관리 시스템 및 내부 회로를 보호할 수 있는 보호 회로 장치에 관한 것이다.
최근들어 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
특히, 최근에는 탄소 에너지가 점차 고갈되는 환경에 대한 관심이 높아지면서, 미국, 유럽, 일본, 한국을 비롯하여 전 세계적으로 하이브리드 자동차와 전기 자동차에 세간의 이목이 집중되고 있다. 이러한 하이브리드 자동차나 전기 자동차에 있어서 가장 핵심적 부품은 차량 모터에 구동력을 부여하는 배터리이다. 하이브리드 자동차나 전기 자동차는 배터리의 충방전을 통해 차량의 구동력을 얻을 수 있기 때문에, 엔진만을 이용하는 자동차에 비해 연비가 뛰어나고 공해 물질을 배출하지 않거나 감소시킬 수 있다는 점에서 사용자들이 점차 크게 늘어나고 있는 실정이다.
이러한 하이브리드 자동차나 전기 자동차에 사용되는 차량용 배터리의 경우, 일반 휴대용 전자제품 등에 사용되는 배터리와 달리 자동차에 장착되는 특성상 극한의 상황 및 비정상적인 상황에 자주 처할 수 있어 문제의 소지가 있다. 즉, 배터리 또는 배터리 팩이 외부환경에 의해서 내부 회로의 연결에 손상이 발생하거나 안전 플러그 등의 결함으로 내부의 연결이 끊어질 경우가 있을 수 있다. 이러할 경우 배터리 팩 내부의 배터리 셀들에 과전류 및 역전압이 발생할 수 있는 데, 종래 차량용 배터리 팩에는 대부분 이러한 비정상 상황을 대비한 배터리 팩 보호 장치가 구비되어 있어, 위와 같은 상황에서도 배터리 및 배터리 셀을 보호하도록 하고 있다.
그러나 종래의 배터리 팩 보호 장치들은 배터리 팩 내부의 배터리 셀을 보호하거나 배터리 팩 자체를 보호하는 수단에 그치고 있는 실정이어서, 차량용 배터리 팩에서 중요한 부분을 차지하는 배터리 관리 시스템에 대한 보호 수단은 아직 미흡 한 부분이 많은 상태이다.
다시 말해서, 외부 환경이나 비정상 상황에 의해서 배터리 팩 내부 회로 연결이 끊어지거나 손상될 경우에 배터리 관리 시스템에는 역전압이 유도될 수 있는 문제의 소지가 있다. 이와 같이 배터리 관리 시스템에 역전압이 유도될 경우, 배터리 관리 시스템의 셀 전압 측정 회로 또는 제어 회로 등에 고장을 유발하게 된다. 기존에는 이러한 문제를 방지하기 위하여, 수동 소자에 의한 전류 제한 방식을 이용하였는데, 이때에는 용량이 상대적으로 크고 사양이 높은 저항 소자를 이용하여 역전압에 의한 문제를 해결하였다.
그러나 이러한 기존의 방식은 고가의 저항 소자가 필요하고 저항의 용량이 상대적으로 크기 때문에 그 부피 역시 많은 공간을 차지할 수밖에 없었다. 아울러, 역전압에 의한 전류가 배터리 관리 시스템 쪽으로 흐르는 것을 제한적으로 막을 수는 있으나, 상당량의 전류가 흐를 수 있는 것을 완전히 막을 수는 없는 문제가 있다.
즉, 배터리 팩의 비정상 상황에 의해서 배터리 관리 시스템으로 역전압이 인가되거나, 과전류가 흐를 경우에 고 사양의 저항으로 이를 제한적으로 막아낼 수 있을 뿐, 전류나 전압을 완전히 차단하여 배터리 관리 시스템을 보호할 수 없는 어려움이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안한 것으로, 차량용 배터리 팩의 비상 상황 및 비정상 상황에 의해 배터리 관리 시스템에 역전압 또는 과전류가 인가될 경우 이를 완벽하게 차단할 수 있는 보호 회로 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 첨부된 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 배터리 관리 시스템 보호 회로 장치는, 배터리 팩 내부 셀들의 전압을 측정하고 제어하는 배터리 관리 시스템의 연결 부분에서 셀로부터 역전압 인가시 상기 배터리 관리 시스템을 보호하기 위한 회로 장치로서, 상기 배터리 관리 시스템에서 상기 배터리 셀의 전압을 센싱하기 위한 센싱라인 상에 설치된 과전류 차단 수단; 상기 배터리 셀의 양극에 연결된 양극 센싱라인과 상기 배터리 셀의 음극에 연결된 음극 센싱라인 사이를 연결하는 우회라인; 및 상기 우회라인 상에서 상기 음극 센싱라인에서 상기 양극 센싱라인 방향으로만 전류가 흐르도록 설치되는 다이오드;를 포함한다.
바람직하게, 상기 우회라인 상에는 저항 R이 추가로 설치되며, 상기 저항 R은, 상기 우회라인 상에 설치된 다이오드와 상기 음극 센싱라인의 연결단 사이에 설치된다.
아울러, 상기 과전류 차단 수단은 상기 양극 센싱라인 및 상기 음극 센싱라인 상에 각각 설치되고, 상기 과전류 차단 수단은 PTC(Positive Temperature Coefficient) 소자인 것이 바람직하다.
또한, 상기 우회라인은, 상기 센싱라인 상에서 과전류 차단 수단과 배터리 관리 시스템 연결단 사이에 위치하는 것이 바람직하다.
나아가, 역전압 발생시 차단할 전류의 기준값은 상기 과전류 차단 수단의 문턱전류 값을 조절하여 설정하거나 또는, 상기 과전류 차단 수단의 문턱전류 값 및 상기 저항 R의 저항값을 조절하여 설정하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 적어도 하나의 배터리 셀이 결합된 코어 팩; 상기 코어 팩의 셀 전압을 측정하고 상기 코어 팩의 과충전 또는 과방전을 방지하 고 과전류 유입을 차단하도록 제어하는 배터리 관리 시스템; 상기 배터리 관리 시스템에서 상기 코어 팩 배터리 셀의 전압을 센싱하기 위한 센싱라인 상에 설치되는 과전류 차단 수단과, 상기 배터리 셀의 양극에 연결된 양극 센싱라인과 상기 배터리 셀의 음극에 연결된 음극 센싱라인 사이를 연결하는 우회라인과, 상기 우회라인 상에서 상기 음극 센싱라인에서 상기 양극 센싱라인 방향으로만 전류가 흐르도록 설치되는 다이오드로 이루어져 상기 배터리 관리 시스템을 보호하는 보호 회로 모듈; 및 상기 코어 팩, 상기 배터리 관리 시스템 및 상기 보호 회로 모듈의 조립체를 내부에 실장하는 팩 하우징;을 포함하는 배터리 관리 시스템 보호 회로가 구비된 배터리 팩이 제공된다.
본 발명에 따르면, 배터리 팩의 배터리 관리 시스템 입력단 측에 PTC 소자를 이용한 과전류 차단 수단과 역전압 인가시 역전압 방향으로 설정된 다이오드가 설치된 우회라인을 구비하는 배터리 관리 시스템 보호 회로 장치로 인해서, 역전압에 의해 우회라인을 통해 전류가 흐를시에 PTC 소자가 개방되어 전류 흐름이 원천적으로 차단되어 배터리 관리 시스템에는 전혀 영향을 주지 않으므로 회로 손상 및 고장을 방지할 수 있다.
또한, PTC 소자와 다이오드를 이용한 우회라인 구조를 통해, 역전압 발생시 즉각적으로 전류가 차단되어 기존의 고 용량 및 고 사양의 저항을 이용하여 배터리 관리 시스템을 보호하는 방식과 달리 적은 비용과 적은 공간으로도 보호 회로 장치를 구현할 수 있다.
나아가, 다이오드를 통한 우회라인 구조를 통해 배터리 셀의 전압 센싱라인이 단선될 경우에도 배터리 관리 시스템의 셀 전압 측정 회로가 정상적으로 동작할 수 있는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템 보호 회로가 구비된 배터리 팩의 내부 구성을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 관리 시스템 보호 회로가 구비된 배터리 팩은 코어 팩(300)과 배터리 관리 시스템(200)과 배터리 관리 시스템 보호 회로 장치(100)와 팩 하우징(미도시) 등을 포함한다.
상기 코어 팩(300)은 복수의 배터리 셀(301,302,303)들이 연결되어 결합된 구조를 취하며, 각 배터리 셀들은 전기 에너지를 충전하고 방전하는 역할을 수행한다. 상기 코어 팩(300)의 배터리 셀들은 각각 직렬로 연결되어 배터리 팩을 이용하는 전동 장치의 전압 용량을 만족시키게 된다. 또한, 상기 코어 팩(300)에 포함된 각각의 배터리 셀 마다 양극 단자와 음극 단자에 센싱라인(L)이 연결된다. 아울러, 상기 코어 팩(300)의 배터리 셀에는 각각 스위치가 설치되며, 후술할 배터리 관리 시스템(200)의 제어에 따라 스위치가 개폐되어 각각의 셀 전압 또는 복수의 셀 전압을 측정할 수 있도록 한다.
상기 배터리 관리 시스템(BMS:Battery Management System,200)은 상기 코어 팩(300)의 배터리 셀들의 전압을 측정하고, 상기 코어 팩(300)의 과충전 또는 과방전을 방지하고 과전류 유입을 차단하도록 제어하는 역할을 수행한다. 상기 배터리 관리 시스템(200)은 셀 전압 측정 회로(210)와 제어 회로(220) 등으로 이루어진다.
상기 셀 전압 측정 회로(210)는 상기 코어 팩(300)의 배터리 셀과 전기적으로 연결되어 상기 배터리 셀의 전압을 측정하는 역할을 수행한다. 상기 셀 전압 측정 회로(210)는 상기 코어 팩(300)의 배터리 셀 양극 단자와 음극 단자에 각각 센싱라인이 연결되어 배터리 셀 양단의 전압을 측정하게 된다. 또한, 상기 셀 전압 측정 회로(210) 내에는 높은 임피던스가 존재하여 배터리 셀 양단의 전압을 측정할 때에도 전류는 거의 흐르지 않게 된다.
상기 제어 회로(220)는 상기 코어팩(300) 및 배터리 팩 전체에서 측정되는 다양한 정보를 기초로 하여 배터리를 제어하고 관리하는 역할을 수행한다. 또한, 상기 제어 회로(220)는 상기 셀 전압 측정 회로(210)에서 측정한 배터리 셀의 전압 값을 이용해 배터리 셀 또는 코어 팩(300)의 충전 및 방전 상태를 체크하고, 과충전 및 과방전을 방지하고 과전류 유입을 차단하는 등의 제어 처리를 수행한다.
아울러 상기 제어 회로(220)는 상기 셀 전압 측정 회로(210)에서 상기 코어 팩(300)의 배터리 셀 전압을 측정할 수 있도록 상기 코어 팩(300)에 설치된 스위치를 제어하는 역할을 수행한다. 즉, 상기 셀 전압 측정 회로(210)에서 측정하고자 하는 배터리 셀의 스위치는 연결하고, 그 외 나머지 배터리 셀의 스위치는 개방하도록 제어하여 정확한 목표 배터리 셀의 전압을 측정할 수 있도록 한다. 나아가, 상기 셀 전압 측정 회로(210)에서 상기 코어 팩(300)의 복수의 배터리 셀에 대한 전압을 측정하고자 할 경우에는, 원하는 복수의 배터리 셀에 대하여 스위치를 연결하고 나머지는 스위치를 개방하여, 목표한 복수의 배터리 셀들의 전압을 측정하게 된다.
상기 배터리 관리 시스템 보호 회로(100)는 상기 코어 팩(300)과 상기 배터리 관리 시스템(200) 사이를 연결하는 센싱라인(L) 상에 위치하여, 상기 코어 팩(300) 측에서 센싱라인(L)을 통해 역전압 및 과전류가 인가될 때에 이를 차단하는 역할을 수행한다. 상기 배터리 관리 시스템 보호 회로(100)는 상기 센싱라인(L) 상에 위치하며, 상기 센싱라인(L)은 상기 코어 팩(300)의 배터리 셀 양단 중 양극에 연결된 양극 센싱라인과 음극에 연결된 음극 센싱라인으로 구분된다.
상기 팩 하우징은 도면에는 도시되지 않았지만, 상기 배터리 관리시스템(200), 상기 코어 팩(300), 상기 배터리 관리 시스템 보호 회로(100)의 조립체를 내부에 실장하는 외부 케이스이다.
이하에서 추가 도면을 통해 상기 배터리 관리 시스템 보호 회로(100)를 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템 보호 회로 장치의 회로 구성을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 BMS 보호 회로 장치(100)는, 코어 팩의 배터리 셀과 배터리 관리 시스템의 셀 전압 측정 회로(210) 사이에 전기적으로 연결된 센싱라인 상에 배치되며, 구체적으로 양극 센싱라인(L1)과 음극 센싱라인(L2) 사이에 설치되는 과전류 차단 수단(PTC), 우회회로(L3), 다이오드(D), 저항(R) 등으로 이루어진다.
먼저, 정상 상태일 때 상기 셀 전압 측정 회로(21)에 접속한 양극 센싱라인(L1)에는 배터리 셀의 양극 단자가 연결되고, 음극 센싱라인(L2)에는 배터리 셀의 음극 단자가 연결된다. 따라서, 상기 셀 전압 측정 회로(210)는 상기 양극 센싱라인과 상기 음극 센싱라인과 각각 연결되어 상기 배터리 셀 양단의 전압을 측정하게 된다.
아울러, 상기 과전류 차단 수단(PTC)은 배터리 셀과 셀 전압 측정 회로를 연결하는 센싱라인 상에 설치된다. 보다 상세하게는 상기 양극 센싱라인(L1)과 상기 음극 센싱라인(L2) 상에 각각 상기 과전류 차단 수단(PTC)이 설치된다. 또는, 상기 과전류 차단 수단(PTC)은 상기 양극 센싱라인(L1) 또는 음극 센싱라인(L2) 중 어느 하나에만 설치될 수도 있다.
상기 과전류 차단 수단(PTC)은 PTC(Positive Temperature Coefficient) 소자 를 이용할 수 있다. 상기 PTC 소자는 온도에 따라 저항이 가변되는 소자로써, PTC 소자 사이로 전류가 흐를 경우 일정 이상의 과전류가 흐르게 되면 내부 저항이 증가하여 전류의 흐름을 차단하는 동작을 수행하는 소자이다. 상기 PTC 소자에는 문턱전류(threshold current) 값이 존재하는데, 이 문턱전류 값 이상으로 전류가 인가되면, 저항이 증가되어 전류 흐름을 차단하는 특성을 나타낸다. 상기 PTC 소자는 다양한 문턱전류 특성을 갖는 소자들이 있으며, 이를 용도에 따라 선택적으로 취하여 이용하게 된다.
또한, 상기 BMS 보호 회로 장치(100)는 상기 양극 센싱라인(L1)과 상기 음극 센싱라인(L2) 사이를 연결하는 우회라인(L3)이 설치된다. 상기 우회라인(L3)은 도면에서와 같이, 상기 양극 센싱라인(L1) 상의 P1 접점과 상기 음극 센싱라인(L2) 상의 P2 접점 사이를 전기적으로 연결시키는 라인이다. 특히, 상기 우회라인(L3)은 상기 센싱라인 상에 설치된 과전류 차단 수단(PTC)과 상기 셀전압 측정 회로(210)의 접속단 사이에 위치한다.
아울러, 상기 BMS 보호 회로 장치(100)의 상기 우회라인(L3) 상에는 다이오드 소자(D)와 저항 소자(R)가 설치된다. 바람직하게는, 상기 우회라인(L3) 상에 설치된 다이오드 소자(D)와 상기 음극 센싱라인(L2)과 상기 우회라인(L3)의 연결단 사이에 상기 저항 소자(R)가 설치된다. 또한, 상기 다이오드 소자(D)는 상기 음극 센싱라인(L2)에서 상기 양극 센싱라인(L1) 방향으로 전류가 흐르도록 설치된다. 여기서, 상기 저항 소자(R)는 생략될 수 있다.
이와 같은 BMS 보호 회로 장치(100)의 구성은 도면에서와 같이 배터리 셀에 서 정상 상태의 정전압이 인가되는 경우에는, 상기 셀 전압 측정 회로(210)에 정상적인 양극 전압과 음극 전압이 인가되어 전압 측정이 수행되고, 이때에 전류는 I1 방향에서 I2 방향으로 흐르게 된다. 여기서, 상기 우회라인(L3)에 설치된 다이오드 소자(D)로 인해서, P1에서 P2 방향으로는 전류가 흐르지 않게 된다. 나아가, 상기 셀 전압 측정 회로에는 높은 임피던스가 존재하기 때문에, I1에서 I2로 흐르는 전류는 제한적으로 존재하게 된다. 즉, 미세 전류만이 흐르게 된다. 이로 인해, 상기 센싱라인에 설치된 과전류 차단 수단(PTC)에는 문턱전류 미만으로 전류가 흐르게 되어, 전류 차단 동작이 일어나지 않게 되므로 정상적인 셀 전압 측정이 가능하게 된다.
따라서, 도면과 같은 정상 상태에서는 상기 BMS 보호 회로 장치(100)에 의해 상기 셀 전압 측정 회로(210)로 정전압이 인가되고, 전류는 I1에서 I2 방향으로 제한적으로 흐르게 되어, 상기 우회라인(L3)은 전류가 차단되며 과전류 차단 수단(PTC) 역시 동작하지 않는 상태가 유지된다. 즉, 상기 셀 전압 측정 회로에서의 정상적인 전압 측정 동작이 이루어질 수 있는 상태가 유지된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템 보호 회로 장치의 회로 구성에서 비정상 상태의 역전압이 인가되었을 경우의 동작을 나타낸 도면이다.
도면에서와 같이 코어 팩 또는 배터리 셀 측에서 양극 센싱라인(L1)과 음극 센싱라인(L2)에 비정상적인 역전압이 인가되었다. 따라서, 양극 센싱라인(L1)에는 음극 전압이 인가되고 음극 센싱라인(L2)에는 양극 전압이 인가된 상태이다.
이와 같은 상태에서, 본 발명에 따른 BMS 보호 회로 장치는 다음과 같은 동작을 수행하게 된다. 먼저, 배터리 셀 양단에 역전압이 인가됨에 따라 전류는 I3에서 I4 그리고 I5 방향으로 흐르게 된다.
즉, 상기 셀 전압 측정 회로(210)는 높은 임피던스를 갖기 때문에 전류 흐름이 제한되고, 상기 우회라인(L3)의 다이오드 소자(D)는 P2에서 P1 방향으로 전류가 흐를 수 있도록 설치되었기 때문에, I4 방향으로 전류가 흐르게 된다. 이때, 상기 저항 소자(R)의 저항치를 초과하는 전류가 흐를 때에 I4 방향으로 전류가 흐를 수 있다.
이와 같이, 역전압 발생에 따라 전류가 상기 우회라인을 통해 흐르게 되면, 정전압이 인가되어 상기 셀 전압 측정 회로(210)를 통해 제한적인 전류가 흐를 때와는 다르게, 많은 양의 전류가 일시에 흐르는 현상이 발생하게 된다.
이에 따라 상기 센싱라인 상에 설치된 과전류 차단 수단(PTC)에는 정해진 문턱전류 이상의 전류가 흘러가게 되고, 이와 함께 상기 과전류 차단 수단(PTC)은 저항이 증가하여 전류를 차단하는 동작이 이루어진다.
결과적으로, 역전압이 발생하여 전류가 우회라인을 통해 역방향으로 흐름과 동시에, 과전류 차단 수단(PTC)이 개방되어 전류를 차단하게 된다. 따라서, 상기 BMS 보호 회로 장치의 구조에 의해서 과전류 차단 수단(PTC) 후단에 위치한 셀 전압 측정 회로 및 우회라인 그리고 배터리 관리 시스템으로는 전류가 원천적으로 차단되어 각 회로의 고장 및 오동작을 방지할 수 있게 된다.
또한, 상기 저항 소자(R)는 상대적으로 저용량 저사양의 소자를 이용할 수 있어, 종래의 수동 소자를 이용하는 방식에서 이용되는 고용량 고사양의 소자에 비해 적은 비용과 적은 공간을 차지하면서도 보호 회로를 구성할 수 있는 효과가 있다. 즉, 상기 저항 소자(R)가 저용량일 경우 저항치가 낮더라도, 상기 과전류 차단 수단(PTC)을 문턱전류 값이 낮은 소자를 설치하게 되면, 효과적으로 역전압에 의한 전류를 차단할 수 있게 된다.
다시 말해서, 상기 BMS 보호 회로 장치에 의해서 차단할 수 있는 전류의 기준값은 상기 우회라인에 설치된 저항 소자(R)의 저항값 특성과 상기 과전류 차단 수단(PTC)의 문턱전류 값 특성에 의하여 조절될 수 있다. 즉, 차단할 기준 전류값을 설정하면, 상기 저항 소자(R)와 상기 과전류 차단 수단(PTC)의 특성을 조절하여, 이를 구현할 수 있다.
예를 들어 일정한 기준 전류값을 구현하기 위해서는 상기 BMS 보호 회로 설계시에, PTC 소자와 저항을 적절히 선택하여 설치하게 된다. 즉, 문턱전류값이 높은 PTC 소자를 선택하면 낮은 저항값을 갖는 저항 소자를 이용하면 된다. 또한, 문턱 전류값이 낮은 PTC 소자를 선택하면 높은 저항값을 갖는 저항 소자를 이용하면 된다. 이와 반대의 경우에도 마찬가지이다.
따라서, 비용 및 공간의 제약 등을 감안하여 다양한 소자를 선택할 수 있는 기회의 폭이 넓어 보다 효율적인 회로를 구성할 수 있는 효과가 있다.
아울러, BMS 보호 회로 장치의 역방향 다이오드가 설치된 우회라인 구조로 인해, 다수의 센싱라인과 다수의 보호 회로 장치가 병렬로 연결되는 구조에서, 최 하단 음극 센싱라인이 단선되는 경우에도 다른 배터리 셀들의 전압 측정은 정상적 으로 이루어질 수 있는 부수적인 효과를 제공한다.
즉, 최 하단 음극 센싱라인(L2)이 단선될 경우에 셀 전압 측정 회로의 최 하단 음극 센싱라인(L2) 연결부는 우회라인(L3)을 통해 양극 센싱라인(L1)으로 연결되므로, 다른 배터리 셀들의 전압 측정에는 영향을 미치지 않게 된다.
다시 말해서, 기존 방식과 같은 경우에는 최 하단의 그라운드(접지) 라인이 단선 될 경우, 나머지 셀들의 전압 측정이 불가능했던 데 반해, 본 실시예를 통해서는 접지 라인(L2)이 단선 되어도, 우회라인(L3)을 통해 그 위의 상위 라인(L1)이 접지 역할을 수행할 수 있어, 나머지 셀들의 전압 측정이 가능하다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술된 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템 보호 회로가 구비된 배터리 팩의 내부 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템 보호 회로 장치의 회로 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템 보호 회로 장치의 회로 구성에서 비정상 상태의 역전압이 인가되었을 경우의 동작을 나타낸 도면이다.

Claims (14)

  1. 배터리 팩 내부 셀들의 전압을 측정하고 제어하는 배터리 관리 시스템의 연결 부분에서 셀로부터 역전압 인가시 상기 배터리 관리 시스템을 보호하기 위한 회로 장치로서,
    상기 배터리 관리 시스템에서 상기 배터리 셀의 전압을 센싱하기 위한 센싱라인 상에 설치된 과전류 차단 수단;
    상기 배터리 셀의 양극에 연결된 양극 센싱라인과 상기 배터리 셀의 음극에 연결된 음극 센싱라인 사이를 연결하는 우회라인; 및
    상기 우회라인 상에서 상기 음극 센싱라인에서 상기 양극 센싱라인 방향으로만 전류가 흐르도록 설치되는 다이오드;를 포함하는 배터리 관리 시스템 보호 회로 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 우회라인 상에는 저항 R이 추가로 설치되는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템 보호 회로 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 저항 R은, 상기 우회라인 상에 설치된 다이오드와 상기 음극 센싱라인의 연결단 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템 보호 회로 장 치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 과전류 차단 수단은 상기 양극 센싱라인 및 상기 음극 센싱라인 상에 각각 설치된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템 보호 회로 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 과전류 차단 수단은 PTC(Positive Temperature Coefficient) 소자인 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템 보호 회로 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 우회라인은, 상기 센싱라인 상에서 과전류 차단 수단과 배터리 관리 시스템 연결단 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템 보호 회로 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    역전압 발생시 차단할 전류의 기준값은 상기 과전류 차단 수단의 문턱전류 값을 조절하여 설정하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템 보호 회로 장치.
  8. 제 2 항에 있어서,
    역전압 발생시 차단할 전류의 기준값은 상기 과전류 차단 수단의 문턱전류 값 및 상기 저항 R의 저항값을 조절하여 설정하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템 보호 회로 장치.
  9. 적어도 하나의 배터리 셀이 결합된 코어 팩;
    상기 코어 팩의 셀 전압을 측정하고 상기 코어 팩의 과충전 또는 과방전을 방지하고 과전류 유입을 차단하도록 제어하는 배터리 관리 시스템;
    상기 배터리 관리 시스템에서 상기 코어 팩 배터리 셀의 전압을 센싱하기 위한 센싱라인 상에 설치되는 과전류 차단 수단과, 상기 배터리 셀의 양극에 연결된 양극 센싱라인과 상기 배터리 셀의 음극에 연결된 음극 센싱라인 사이를 연결하는 우회라인과, 상기 우회라인 상에서 상기 음극 센싱라인에서 상기 양극 센싱라인 방향으로만 전류가 흐르도록 설치되는 다이오드로 이루어져 상기 배터리 관리 시스템을 보호하는 보호 회로 모듈; 및
    상기 코어 팩, 상기 배터리 관리 시스템 및 상기 보호 회로 모듈의 조립체를 내부에 실장하는 팩 하우징;을 포함하는 배터리 관리 시스템 보호 회로가 구비된 배터리 팩.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 보호 회로 모듈의 우회라인 상에 설치된 다이오드와 상기 음극 센싱라인의 연결단 사이에는 저항 R이 추가로 설치되는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템 보호 회로가 구비된 배터리 팩.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 보호 회로 모듈의 과전류 차단 수단은, PTC(Positive Temperature Coefficient) 소자이고, 상기 양극 센싱라인 및 상기 음극 센싱라인 상에 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템 보호 회로가 구비된 배터리 팩.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 보호 회로 모듈의 우회라인은, 상기 센싱라인 상에서 과전류 차단 수단과 배터리 관리 시스템 연결단 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템 보호 회로가 구비된 배터리 팩.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 배터리 셀의 양극 및 음극에 연결되는 센싱라인은 상기 배터리 관리 시스템 내의 셀 전압 측정 회로에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템 보호 회로가 구비된 배터리 팩.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 셀 전압 측정 회로에는 임피던스가 존재하여 전류 흐름이 제한되는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템 보호 회로가 구비된 배터리 팩.
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