WO2022014879A1

WO2022014879A1 - 무빙 플레이트를 포함하는 배터리 분리 유닛

Info

Publication number: WO2022014879A1
Application number: PCT/KR2021/007596
Authority: WO
Inventors: 황성택; 이원태; 차재혁
Original assignee: LG Energy Solution Ltd
Current assignee: LG Energy Solution Ltd
Priority date: 2020-07-15
Filing date: 2021-06-17
Publication date: 2022-01-20
Anticipated expiration: 2023-01-15
Also published as: CN114982036A; ES3044635T3; EP4160782B1; US12199421B2; KR102909862B1; HUE073278T2; EP4160782A4; US20230198245A1; JP2023526364A; KR20220009277A; JP7523847B2; EP4160782A1

Abstract

본 발명은 배터리 팩에 연결되어 배터리 팩의 과전류를 차단하는 퓨즈, 배터리 팩의 전압 또는 전류를 측정하는 하나 이상의 센서, 센서에서 측정된 전압 또는 전류 값에 따라 배터리 팩과 부하를 연결 또는 분리하는 하나 이상의 릴레이, 상기 퓨즈, 센서, 릴레이가 실장되는 하우징 및 릴레이와 센서를 하우징에 고정하며, 릴레이와 센서의 크기에 따라 위치 변경이 가능한 무빙 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 분리 유닛에 관한 것이다.

Description

무빙 플레이트를 포함하는 배터리 분리 유닛

본 출원은 2020년 07월 15일자 한국 특허 출원 제2020-0087783호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.

본 발명은 무빙 플레이트를 구비하여 전장부품의 크기가 상이한 경우에도 동일한 하우징에 전장부품들을 실장할 수 있는 배터리 분리 유닛에 관한 것이다.

스마트폰, 노트북, 디지털 카메라 등 모바일 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 충방전이 가능한 이차전지에 관한 기술이 활발해지고 있다. 또한, 이차 전지는 대기오염 물질을 유발하는 화석 연료의 대체 에너지원으로, 전기 자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(P-HEV) 및 에너지 저장 디바이스(ESS) 등에 적용되고 있다.

현재 널리 사용되는 이차전지의 종류에는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등이 있다. 이러한 단위 이차전지 셀, 즉, 단위 배터리 셀의 작동 전압은 약 2.0V ~ 5.0V이다. 따라서, 이보다 더 높은 출력 전압이 요구될 경우, 복수 개의 배터리 셀을 직렬로 연결하여 셀 모듈 어셈블리를 구성하기도 하며, 또한 셀 모듈 어셈블리를 요구되는 출력 전압 또는 충방전 용량에 따라 직렬이나 병렬로 연결하여 배터리 모듈을 구성할 수도 있으며, 이러한 적어도 하나의 배터리 모듈을 이용하여 추가적인 구성요소를 부가하여 배터리 팩을 제작하는 것이 일반적이다.

이와 같이 모듈이나 팩의 형태로 사용되는 경우, 과전류가 흐르는 등의 이상이 발생할 경우 과열에 의하여 배터리 셀이 파손되는 등의 문제가 생길 수 있어, 배터리 셀의 전압, 전류 등의 상태 값들을 측정하고 모니터링하여 과충전 또는 과방전이 인가되는 것을 방지하는 것이 필요하다.

이를 위해 배터리 분리 유닛(BDU, Battery Disconnect Unit)이 배터리 관리 시스템(BMS, Battery Management System) 내에 구비된다. 일반적으로 배터리 분리 유닛은 퓨즈, 릴레이, 센서 등의 전장부품이 하우징에 실장된 형태로 구비되어 있다.

도 1은 종래 기술의 배터리 분리 유닛에서 인서트 볼트만이 결합되어 있는 하우징의 평면도이다.

도 1을 참조하여 종래 기술의 하우징을 살표보면, 하우징에는 실장되는 릴레이나 센서 등을 고정하는 인서트 볼트(3)가 구비되어 있어, 인서트 볼트(3)를 사용하여 하우징(2)에 릴레이나 센서 등을 체결하게 된다.

그러나 종래의 배터리 분리 유닛은 하우징(2)에 인서트 볼트(3)의 위치가 고정되어 있어서, 배터리 팩의 구성이나 용량 등에 따라 전장부품의 크기가 달라질 경우 하우징(2)도 이에 대응하여 새로운 것으로 개발하여야 하는 문제가 있다.

또한 이로 인하여 개발 비용이 증가하고, 수익성이 하락하는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 전장부품의 크기에 따라 하우징에서 위치 변경이 가능한 무빙 플레이트를 구비하여 전장부품의 크기가 상이하더라도 동일한 하우징에 전장부품들을 실장할 수 있는 배터리 분리 유닛을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 분리 유닛은 배터리 팩의 이상 발생 시 부하를 보호하기 위하여 배터리 팩을 부하로부터 전기적으로 분리시키는 배터리 분리 유닛으로서, 배터리 팩에 연결되어 배터리 팩의 과전류를 차단하는 퓨즈, 배터리 팩의 전압 또는 전류를 측정하는 하나 이상의 센서, 센서에서 측정된 전압 또는 전류 값에 따라 배터리 팩과 부하를 연결 또는 분리하는 하나 이상의 릴레이와 퓨즈, 센서 및 릴레이가 실장되는 하우징 및 릴레이와 센서를 하우징에 고정하며, 릴레이와 센서의 크기에 따라 위치 변경이 가능한 무빙 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 배터리 분리 유닛은 하우징이 무빙 플레이트가 삽입되는 삽입부 및 무빙 플레이트를 하우징에 체결하기 위한 제1 체결부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 배터리 분리 유닛은 제1 체결부가 삽입부를 사이에 두고 서로 마주보는 한 쌍의 체결 홀이 일정한 간격을 두고 복수 개 형성된 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 배터리 분리 유닛은 하우징이 탑재되는 장치에 고정하기 위한 고정부를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 배터리 분리 유닛은 무빙 플레이트가 릴레이와 센서를 고정하는 인서트 볼트를 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 배터리 분리 유닛은 무빙 플레이트가 제1 체결부와 결합되어 하우징과 무빙 플레이트를 기계적으로 체결하기위한 제2 체결부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 배터리 분리 유닛은 릴레이가 두 개 이상인 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 포함하는 배터리 관리 시스템(BMS, Battery Management System)은 본 발명에 따른 배터리 분리 유닛 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 디바이스는 본 발명에 따른 배터리 관리 시스템을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 디바이스는 전기 자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(P-HEV) 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 배터리 분리 유닛은 무빙 플레이트를 구비하여 하우징에 실장되는 전장부품들의 크기가 달라지더라도 하우징의 신규 개발이나 교체없이 기존의 하우징을 공용으로 사용할 수 있는 장점이 있다.

또한 본 발명의 배터리 분리 유닛은 무빙 플레이트를 구비하여 하우징을 공용으로 사용함으로써 하우징을 신규로 개발하는 비용을 줄일 수 있는 장점이 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무빙 플레이트만이 체결된 하우징의 평면도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무빙 플레이트의 사시도이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이가 실장된 상태의 하우징의 일부를 나타낸 평면도이다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 릴레이가 실장된 상태의 하우징의 일부를 나타낸 평면도이다.

본 출원에서 "포함한다", "가지다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이하, 본 발명에 따른 배터리 분리 유닛에 관하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

먼저 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무빙 플레이트만이 체결된 하우징의 평면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무빙 플레이트의 사시도이다.

도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 하우징(100)과 무빙 플레이트(200)를 살펴보면, 하우징(100)은 무빙 플레이트(200)가 삽입되는 삽입부(110), 무빙 플레이트(200)를 하우징(100)에 체결하기 위한 제1 체결부(120) 및 전장부품들이 실장된 하우징(100)을 배터리 분리 유닛이 탑재되는 장치에 고정할 수 있는 고정부(130)를 포함한다.

여기서 제1 체결부(120)는 삽입부(110)를 사이에 두고 서로 마주보는 한 쌍의 체결 홀이 일정한 간격을 두고 복수 개 형성되어 있어, 하우징(100)에 실장되는 전장부품들의 크기에 따라 무빙 플레이트(200)를 이동시켜 체결할 수 있다.

한편, 배터리 분리 유닛에 사용되는 전장부품들로는 릴레이, 센서, 퓨즈 등이 있으며, 이들은 배터리 분리 유닛의 구성에 따라 하나 또는 둘 이상이 하우징(100)에 실장될 수 있다.

또한, 무빙 플레이트(200)는 전장부품들과 결합되어 전장부품들을 하우징(100)에 고정하기 위한 인서트 볼트(210) 및 하우징(100)의 제1 체결부(120)와 중첩되어 볼트 등으로 체결됨으로써 무빙 플레이트(200)를 하우징(100)에 기계적으로 체결시키는 제2 체결부(220)를 포함한다.

이러한 무빙 플레이트(200)는 하나의 하우징(100) 내에 하나 이상 구비될 수 있다.

즉, 하우징(100) 내에 실장되는 전장부품들의 개수에 대응하여 무빙 플레이트(200)의 개수도 유동적으로 결정될 수 있다.

이와 같이 제1 체결부(120)와 제2 체결부(220)가 볼트 등의 기계적 체결 방법으로 체결됨으로써 결합 및 분리가 용이하고, 제1 체결부(120)가 일정한 간격으로 복수 개의 쌍으로 형성되어 있어, 실장되는 전장부품들의 크기에 대응하여 무빙 플레이트(200)를 적절한 위치에 고정시킴으로써, 배터리 팩의 구성에 따라 새로운 하우징을 별도로 마련하지 않고 동일한 하우징(100)으로 다양한 구성의 배터리 분리 유닛을 제조할 수 있게 된다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 릴레이가 실장된 상태의 하우징의 일부를 나타낸 평면도이고, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 릴레이가 실장된 상태의 하우징의 일부를 나타낸 평면도이다.

즉, 도 4 및 도 5는 도 2에서 점선으로 표시된 부분에 서로 다른 크기의 릴레이(300)가 실장되는 경우를 보여주는 도면들이다.

도 4 및 도 5를 참조하여 전장부품들의 크기가 다른 경우에도 하우징(100)의 변경없이 무빙 플레이트(200)를 적용한 하우징(100)을 사용하여 전장부품들을 실장하는 방법에 관하여 살펴보고자 한다.

한편 도 4 및 도 5에서는 전장부품 중 릴레이(300)의 크기가 상이한 경우를 도시하고 있으나, 릴레이(300) 뿐만 아니라 다른 전장부품들의 크기가 다른 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.

먼저 릴레이(300)를 실장하기 위해서는 릴레이(300)의 크기에 맞춰 무빙 플레이트(200)를 하우징(100)의 삽입부(110)에 위치시키고, 그 다음으로 제1 체결부(120)와 제2 체결부(220)를 볼트 등으로 체결하여 무빙 플레이트(200)를 하우징(100)에 고정시킨다.

즉, 도 4에서와 같이 상대적으로 크기가 작은 릴레이(300)를 실장하는 경우에는 릴레이(300)의 양 측에 위치한 두 개의 무빙 플레이트(200)를 하우징(100)의 제1 체결부(120) 중 직선 거리가 가장 짧은 곳에 고정시키고, 도 5에서와 같이 도 4의 릴레이(300)보다 상대적으로 크기가 큰 릴레이(300)를 실장하는 경우에는 두 개의 무빙 플레이트(200)를 도 4에 비해 상대적으로 직선 거리가 긴 곳에 고정시킴으로써 실장되는 릴레이(300)의 크기에 유연하게 대응할 수 있다.

다음으로 고정된 무빙 플레이트(200)의 인서트 볼트(210)에 릴레이(300)를 결합함으로써 릴레이(300)를 하우징(100)에 고정시킬 수 있다.

또한 도면에 도시하지는 않았으나, 동일한 과정으로 크기가 상이한 센서 등의 여러 전장부품들을 동일한 하우징(100)에 무빙 플레이트(200)의 적용만으로 실장할 수 있다.

이와 같이 무빙 플레이트(200)를 적용함으로써 배터리 팩의 구성 및 용량 등에 따라 상이한 크기의 전장부품들을 실장하는 경우에도 동일한 하우징(100)을 사용할 수 있어, 배터리 팩에 따라 신규로 하우징을 개발해야 하는 부담을 줄일 수 있다.

이러한 본 발명에 따른 배터리 분리 유닛을 배터리 관리 시스템(BMS, Battery Management System)에 적용하여 다양한 구성의 배터리와 함께 각종 디바이스에 장착할 수 있다.

여기서 BMS는 잔존 용량(State Of Charging; SOC), 잔존 수명(State Of Health; SOH), 최대 입출력 전력 허용량, 출력 전압 등의 배터리의 상태를 추정하고, 추정한 상태 정보를 이용하여 배터리를 관리한다.

그리고 이러한 상태 정보를 이용하여 배터리의 충전 또는 방전을 제어하며, 배터리의 교체 시기 추정도 가능하다.

BMS는 특히 전기 자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(P-HEV) 등의 디바이스에 적용하여 배터리를 안정적으로 구동할 수 있도록 한다.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연하다.

(부호의 설명)

2, 100 : 하우징

3, 210 : 인서트 볼트

110 : 삽입부

120 : 제1 체결부

130 : 고정부

200 : 무빙 플레이트

220 : 제2 체결부

300 : 릴레이

Claims

배터리 팩의 이상 발생 시 부하를 보호하기 위하여 배터리 팩을 상기 부하로부터 전기적으로 분리시키는 배터리 분리 유닛으로서,

상기 배터리 팩에 연결되어 배터리 팩의 과전류를 차단하는 퓨즈;

상기 배터리 팩의 전압 또는 전류를 측정하는 하나 이상의 센서;

상기 센서에서 측정된 전압 또는 전류 값에 따라 상기 배터리 팩과 상기 부하를 연결 또는 분리하는 하나 이상의 릴레이(300);

상기 퓨즈, 상기 센서 및 상기 릴레이(300)가 실장되는 하우징(100); 및

상기 릴레이(300)와 상기 센서를 상기 하우징(100)에 고정하며, 상기 릴레이(300)와 상기 센서의 크기에 따라 위치 변경이 가능한 무빙 플레이트(200)를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 분리 유닛.
제1항에 있어서, 상기 하우징(100)은 상기 무빙 플레이트(200)가 삽입되는 삽입부(110) 및 상기 무빙 플레이트(200)를 상기 하우징(100)에 체결하기 위한 제1 체결부(120)를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 분리 유닛.
제2항에 있어서, 제1 체결부(120)는 상기 삽입부(110)를 사이에 두고 서로 마주보는 한 쌍의 체결 홀이 일정한 간격을 두고 복수 개 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 분리 유닛.
제3항에 있어서, 상기 하우징(100)은 상기 배터리 분리 유닛이 탑재되는 장치에 고정하기 위한 고정부(130)를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 배터리 분리 유닛.
제3항에 있어서, 상기 무빙 플레이트(200)는 상기 릴레이(300)와 상기 센서를 고정하는 인서트 볼트(210)를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 배터리 분리 유닛.
제3항에 있어서, 상기 무빙 플레이트(200)는 상기 제1 체결부(120)와 결합되어 상기 하우징(100)과 상기 무빙 플레이트(200)를 기계적으로 체결하기위한 제2 체결부(220)를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 분리 유닛.
제1항에 있어서, 상기 릴레이(300)는 두 개 이상인 것을 특징으로 하는 배터리 분리 유닛.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 배터리 분리 유닛을 포함하는 배터리 관리 시스템(BMS, Battery Management System).
제8항의 배터리 관리 시스템을 포함하는 디바이스.
제9항에 있어서, 상기 디바이스는 전기 자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV), 플러그-인 하이브리드 전기자동차(P-HEV) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 디바이스.