説明

バッテリパック

【課題】本発明は、エアバック用衝撃感知センサ、衝撃感知センサ、または水分感知センサからバッテリパックが損傷したと判断された場合、その信号を受信したバッテリ制御部がバッテリモジュール間に位置するサブリレーに伝達することにより、バッテリモジュール間の電気的接続を遮断することができるバッテリパックに関する。
【解決手段】本発明に係るバッテリパックは、一方向に整列された複数のバッテリセルからなる少なくとも1つのバッテリモジュールと、前記バッテリモジュールの出力ライン及び前記バッテリモジュール間の接続ラインに設けられる複数のリレーと、前記複数のリレーに接続され、前記バッテリモジュールを制御するバッテリ制御部(BCU)と、前記バッテリ制御部に接続された少なくとも1つの感知センサとを備え、前記バッテリ制御部は、前記感知センサの信号に応じて前記複数のリレーを制御する。この構成により、バッテリパックの安全性を向上させることができる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、バッテリパックに関し、より具体的には、安全性を向上させることができるバッテリパックに関する。
【背景技術】
【0002】
通常、バッテリセルは、モバイル機器、電気自動車、ハイブリッド自動車、電気などのエネルギー源として使用され、適用される外部機器の種類によって多様にその形態を変化させて使用する。
【0003】
携帯電話のような小型モバイル機器は、単一バッテリセルの出力と容量で所定時間の間作動が可能である。しかし、電力消耗が多い電気自動車、ハイブリッド自動車のように、長時間駆動、高電力駆動が必要な場合は、出力及び容量を高めることができるように、複数のバッテリセルを電気的に接続して大容量のバッテリモジュールを構成する。バッテリモジュールは、内蔵されたバッテリセルの数によって出力電圧や出力電流を高めることができる。
【0004】
このようなバッテリモジュールを電気的に複数個接続してバッテリパックを構成することができる。このとき、バッテリパックには、各バッテリセルの状態を制御するためのバッテリ制御部(Battery Control Unit)と、バッテリ制御部の信号に応じて電流を遮断するように作動するリレーとが備えられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、エアバック用衝撃感知センサ、衝撃感知センサ、または水分感知センサからバッテリパックが損傷したと判断された場合、その信号を受けたバッテリ制御部がバッテリモジュール間に位置するサブリレーに伝達することにより、バッテリモジュール間の電気的接続を遮断することができるバッテリパックを提供することを目的とする。
【0006】
また、本発明は、インターロック回路または別途の回路を構成し、バッテリパックの修理が必要な場合、バッテリモジュール間に位置するサブリレーを作動させることにより、バッテリモジュール間の電気的接続を遮断することができるバッテリパックを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明に係るバッテリパックは、一方向に整列された複数のバッテリセルからなる少なくとも1つのバッテリモジュールと、前記バッテリモジュールの出力ライン及び前記バッテリモジュール間の接続ラインに設けられる複数のリレーと、前記複数のリレーに接続され、前記複数のバッテリセルを制御するバッテリ制御部(Battery Circuit Unit)と、前記バッテリ制御部に接続された少なくとも1つの感知センサとを備え、前記バッテリ制御部は、前記感知センサの信号に応じて前記複数のリレーを制御する。
【0008】
ここで、前記リレーは、前記バッテリ制御部から信号を受信した場合、前記バッテリモジュール間の電気的接続を遮断することができる。
【0009】
そして、前記センサは、エアバック用衝撃感知センサ、衝撃感知センサ、または水分感知センサを備えることができる。
【0010】
このとき、前記エアバック用衝撃感知センサと前記バッテリ制御部との間には、エアバック制御部をさらに備えることができる。
【0011】
このような前記エアバック用衝撃感知センサは、出力された信号を前記バッテリ制御部と前記エアバック制御部に同時に伝達することができる。
【0012】
また、前記エアバック用衝撃感知センサは、出力された信号をエアバック制御部を介してバッテリ制御部に伝達することができる。
【0013】
さらに、前記複数のリレーは、バッテリモジュールの出力ラインに設けられるメインリレーと、前記バッテリモジュール間の接続ラインに設けられるサブリレーとを備えることができる。
【0014】
そして、前記メインリレーと前記サブリレーは、同時に作動するか、個別に作動することができる。
【0015】
しかも、前記バッテリ制御部には、インターロック回路(interlock circuit)がさらに接続され、バッテリパックの修理時、前記リレーを選択的に制御することができる。
【発明の効果】
【0016】
本発明によれば、衝撃や浸水によりバッテリパックの絶縁が破壊された場合、または必要な時に、バッテリパックの出力電圧をバッテリモジュールのレベルに低くすることにより、発火または感電などの危険を低減し、安全性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】本発明の一実施形態に係るバッテリパックを示す斜視図である。
【図2】本発明の一実施形態に係るバッテリパックの概略ブロック図である。
【図3】本発明の一実施形態に係るバッテリパックの動作を説明するためのフローチャートである。
【図4】本発明の他の実施形態に係るバッテリパックの動作を説明するためのフローチャートである。
【図5】本発明のさらに他の実施形態に係るバッテリパックの概略ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下、添付した図面を参考にして、本発明の実施形態及びその他当業者が本発明の内容を容易に理解するために必要な事項について詳細に記載する。ただし、本発明は、請求の範囲に記載された範囲内で様々な異なる形態で実現可能なため、下記に説明する実施形態は、表現の如何にかかわらず、例示的なものにすぎない。
【0019】
本実施形態を説明するにあたり、かかる公知の機能あるいは構成に関する具体的な説明が本発明の要旨をあいまいにする可能性があると判断された場合、その詳細な説明は省略する。そして、図面において、同一の構成要素については、たとえ他の図面上に表示されても、できる限り同一の参照番号及び符号で表していることに留意しなければならない。合わせて、図面において、各層の厚さや大きさは、説明の便宜及び明確性のために誇張し得るものであり、実際の層の厚さや大きさと異なることがある。
【0020】
図1は、本発明の一実施形態に係るバッテリパックを示す斜視図である。
【0021】
図1に示すように、本発明の一実施形態に係るバッテリパックは、少なくとも1つのバッテリモジュール100と、複数のリレー20、30と、バッテリ制御部(BCU)200と、少なくとも1つの感知センサ50a、50b、50c、60、70a、70bとを備える。
【0022】
まず、バッテリモジュール100は、高電圧の大容量バッテリモジュール100であって、複数のバッテリセル10が一定間隔をおいて一方向に整列された形態を帯びる。ここで、バッテリセル10は、多様な形態で形成可能であるが、本発明の実施形態では、バッテリセル10が角形に形成された場合について説明する。
【0023】
このようなバッテリセル10は、セパレータを介してその両側に正極板と負極板とが配置される電極組立体を備え、既定量の電力を充放電させる通常の構造で構成されることができる。そして、各バッテリセル10の上部には、正極端子11及び負極端子12が一定間隔を維持した状態で突出している。ここで、正極端子11と負極端子12は、それぞれ外周面にねじ山が形成されたボルト形態からなる。
【0024】
そして、いずれか1つのバッテリセル10の正極端子11及び負極端子12は、隣接する他のバッテリセル10の正極端子11及び負極端子12と交差して配列可能である。これにより、いずれか1つのバッテリセル10の正極端子11及びそれに隣接する他のバッテリセル10の負極端子12には、バスバー15が挿入されてナット16により締結される。
【0025】
各バッテリセル10の正極端子11及び負極端子12がバスバー15に締結されることにより、電気的に接続されたバッテリモジュール100を構成することができる。このようなバッテリモジュール100において、前記のような電極端子11、12とバスバー15との締結構造が繰り返されることにより、バッテリセル10は直列接続可能である。
【0026】
このようなバッテリモジュール100は、図1から明らかなように、4つが電気的に接続されており、各バッテリモジュール100の間にはサブリレー20が設置できる。このとき、サブリレー20は、隣接するバッテリモジュール100の接続ライン21に設けられることが好ましい。すなわち、いずれか1つのバッテリモジュール100のバッテリセル10に形成された正極端子11または負極端子12と、他のバッテリモジュール100のバッテリセルに形成された負極端子12または正極端子11とがサブリレー20を介して電気的に接続される。
【0027】
そして、4つのバッテリモジュール100のうち、両端に位置するバッテリモジュール100の各出力ライン31、41には、正極メインリレー30と負極メインリレー40がそれぞれ設置できる。
【0028】
このようなサブリレー20、正極メインリレー30、及び負極メインリレー40は、バッテリ制御部200に電気的に接続可能である。これにより、サブリレー20、正極メインリレー30、及び負極メインリレー40は、バッテリ制御部200の信号に応じて制御作動できる。特に、サブリレー20は、バッテリモジュール100間の電気的接続を遮断することができる。このとき、バッテリ制御部200に信号を伝達するものは、バッテリ制御部200に接続された少なくとも1つの感知センサ50a、50b、50c、60、70a、70bであり得る。
【0029】
ここで、感知センサ50a、50b、50c、60、70a、70bは、エアバック用衝撃感知センサ50a、50b、50c、衝撃感知センサ70a、70b、または水分感知センサ60を備えることができる。これにより、バッテリ制御部200は、感知センサ50a、50b、50c、60、70a、70bから出力された信号を受信して、サブリレー20、正極メインリレー30、及び負極メインリレー40に伝達することができる。
【0030】
このとき、エアバック用衝撃感知センサ50a、50b、50cとバッテリ制御部200との間には、エアバック制御部50がさらに形成されることができる。これにより、エアバック用衝撃感知センサ50a、50b、50cは、出力された信号をバッテリ制御部200とエアバック制御部50に同時に伝達することができる。あるいは、エアバック用衝撃感知センサ50a、50b、50cは、出力された信号をエアバック制御部50を介してバッテリ制御部に伝達することもできる。
【0031】
そして、サブリレー20、正極メインリレー30、及び負極メインリレー40は、同時に作動するか、個別に作動可能である。これにより、バッテリ制御部200は、エアバック用衝撃感知センサ50a、50b、50c、衝撃感知センサ70a、70b、または水分感知センサ60の信号に応じて、サブリレー20、正極メインリレー30、及び負極メインリレー40をそれぞれ制御可能である。
【0032】
このようなバッテリパックは、数十個のバッテリセル10が接続されているため、各バッテリセル10の状態を管理するためのバッテリ制御部200が必要となる。バッテリパックを充電する場合、各バッテリセル10は、複数回繰り返し充電して使用する間、互いに異なるエネルギーレベルに充電され放電される。まず、複数のバッテリセル10が互いに異なるエネルギーレベルに放電された後、再充電すると、充電されたバッテリセル10のエネルギーレベルも互いに異なって形成される。この状態で充電と放電が数回繰り返されると、一部のバッテリセル10は過放電され、使用末期の電位が0V以下となる。この状態でユーザが引き続きバッテリセル10を放電させたり使用したりすると、このバッテリセル10は電位が変わるといった現象が現れる。
【0033】
このように、エネルギーレベルが互いに異なるバッテリセル10が直列に接続されて充電される場合、低いエネルギーレベルのバッテリセル10が充電状態に到達する前に、比較的高いエネルギーレベルのバッテリセル10が充電完了信号を送る。これにより、充電器は充電を完了するようになる。また、過放電されたバッテリセル10が完全充電状態になる前に、他のバッテリセル10は過充電状態に到達するようになる。すなわち、複数のバッテリセル10のうちの一部は不完全充電−過放電、または電池の逆転を繰り返し、残りのバッテリセル10は完全充電または過充電−不完全放電を繰り返すことになり、結局、バッテリセル10は損傷を受けるようになる。
【0034】
したがって、本発明における大容量バッテリパックは、バッテリセル10の損傷を低減するために、各バッテリセル10の状態を管理するためのバッテリ制御部200が具備できる。このようなバッテリ制御部200には、バッテリパックの異常時、電流を遮断するためのメインリレー30、40及びサブリレー20が接続可能である。また、バッテリ制御部200には、バッテリセル10の異常時、その信号を送るための複数の感知センサ50a、50b、50c、60、70a、70bが接続可能である。
【0035】
以下では、バッテリモジュール100のハウジング110、120、130、140について詳細に説明する。
【0036】
ハウジング110、120、130、140は、バッテリセル10の外側に配置された一対のエンドプレート110、120と、一対のエンドプレート110、120を接続する接続部材130、140とからなり得る。
【0037】
このとき、複数のバッテリセル10は、一対のエンドプレート110、120と、一対のエンドプレート110、120を接続する接続部材130、140とによって区画された空間の中で一方向に整列されて具備できる。複数のバッテリセル10は、広い前面が互いに対向するように並列して整列される。
【0038】
そして、接続部材130、140は、バッテリセル10の両側面を支持するサイドブラケット130と、バッテリセル10の底面を支持するボトムブラケット140とを備えることができる。各々のブラケット130、140の一端はいずれか1つのエンドプレート110に締結され、ブラケット130、140の他端は他のエンドプレート120に締結される。このとき、一対のエンドプレート110、120、サイドブラケット130、及びボトムブラケット140は、ボルト−ナットなどの部材によって締結可能である。
【0039】
一対のエンドプレート110、110は、それぞれ最外郭のバッテリセル10と面接触するように配置され、複数のバッテリセル10を内側へ加圧する。このとき、一対のエンドプレート110、120、サイドブラケット130、及びボトムブラケット140により支持される複数のバッテリセル10は、正極端子11及び負極端子12が互いに交互に位置し、直列接続可能である。
【0040】
このようなハウジング110、120、130、140は、複数のバッテリセル10を安定的に固定するために形成されるものであり、本実施形態の形態に限定されず、多様に変形して実施することができる。また、バッテリセル10の接続構造及び個数は、バッテリパックの設計によって多様に変形可能である。
【0041】
図2は、本発明の一実施形態に係るバッテリパックのブロック図である。
【0042】
図2に示すように、本発明の一実施形態に係るバッテリパックは、バッテリモジュール100と、正極メインリレー30と、負極メインリレー40と、サブリレー20とを備える。
【0043】
バッテリモジュールは、複数のバッテリセル10(図1参照)からなり、4つのバッテリモジュール100を備える。そして、正極メインリレー30及び負極メインリレー40は、バッテリモジュール100の出力ライン31、41にそれぞれ設けられる。また、サブリレー20は、バッテリモジュール100間の接続ライン21に設けられる。
【0044】
このような正極メインリレー30、負極メインリレー40、及びサブリレー20はバッテリ制御部200に電気的に接続される。また、バッテリ制御部200は、エアバック用衝撃感知センサ50a、50b、50c、水分感知センサ60、及び衝撃感知センサ70a、70bに電気的に接続される。
【0045】
ここで、エアバック用衝撃感知センサ50a、50b、50cは、出力された信号をエアバック制御部50とバッテリ制御部200に同時に伝達することができる。これにより、エアバック用衝撃感知センサ50a、50b、50cから信号が出力さると、エアバックが作動すると同時に、バッテリモジュール100間の電気的接続を遮断することができる。また、エアバック用衝撃感知センサ50a、50b、50cは、出力された信号をエアバック制御部50を介してバッテリ制御部200に伝達することができる。
【0046】
このような接続構造により、バッテリ制御部200は、複数の感知センサ50a、50b、50c、60、70a、70bの信号に応じて、正極メインリレー30、負極メインリレー40、及びサブリレー20を制御することができる。すなわち、バッテリ制御部200は、各感知センサ50a、50b、50c、60、70a、70bが出力する信号をサブリレー20に伝達することにより、バッテリモジュール100間の電気的接続を遮断することができる。そして、バッテリ制御部200は、各感知センサ50a、50b、50c、60、70a、70bが出力する信号を正極メインリレー30と負極メインリレー40に伝達することにより、バッテリパック自体の電源を遮断することもできる。
【0047】
このとき、バッテリモジュール100間のすべてのサブリレー20が作動すると、バッテリモジュール100間のすべての接続ライン21が遮断されるため、バッテリパックの電圧が1/4に減少することができる。これにより、衝撃や浸水によりバッテリパックの絶縁が破壊された場合にバッテリパックの出力電圧をいずれか1つのバッテリモジュール100のレベルに低くすることにより、発火または感電などの危険を低減し、安全性を向上させることができる。
【0048】
また、感知センサ50a、50b、50c、60、70a、70bが信号を出力する場合、メインリレー30、40を作動させてバッテリパックの電源を遮断することもできる。このような正極メインリレー30、負極メインリレー40、及びサブリレー20は、同時に作動するか、個別に作動するように制御可能である。
【0049】
図3は、本発明の一実施形態に係るバッテリパックの動作を説明するためのフローチャートである。
【0050】
図3に示すように、バッテリパックの電源をオン(ON)にする(S1)。
【0051】
すると、バッテリ制御部200に接続されたエアバック用衝撃感知センサ50a、50b、50c、水分感知センサ60、及び衝撃感知センサ70a、70bが作動する。衝撃や水分が感知されない場合、感知センサ50a、50b、50c、60、70a、70bは信号を出力しない。そして、バッテリパックの損傷が感知、すなわち、バッテリパックに衝撃や水分が感知されると、その信号をバッテリ制御部200に伝達する。このとき、感知センサ50a、50b、50c、60、70a、70bは信号を出力する(S2)。
【0052】
このように出力された信号はバッテリ制御部200に伝達される(S3)。以後、バッテリ制御部200は、その信号をリレー20に伝達する(S4)。これにより、サブリレー20は、各バッテリモジュール100間の電気的接続を遮断するように作動する(S5)。
【0053】
このようにバッテリモジュール100間を接続する接続ライン21にサブリレー20が設けられることにより、感知センサ50a、50b、50c、60、70a、70bの信号がバッテリ制御部200を介して各サブリレー20に伝達可能である。したがって、必要な時に、バッテリモジュール100間を流れる電流の流れを遮断し、バッテリパックの電圧を低くすることができる。すなわち、バッテリパックの絶縁が破壊された場合、バッテリモジュール100間の電気的接続を遮断することにより、感電による危険を低減することができる。
【0054】
図4は、本発明の他の実施形態に係るバッテリパックの動作を説明するためのフローチャートである。
【0055】
図4に示すように、エアバック用衝撃感知センサ50a、50b、50cで衝撃を感知すると、その信号を出力する(S11)。出力された信号は、エアバック制御部50とバッテリ制御部200に同時に伝達可能である。エアバック制御部50に伝達された信号はエアバックを作動するようにすることができる(S12、S12’)。
【0056】
そして、バッテリ制御部200に伝達された信号はサブリレー20に伝達され、サブリレー20を作動させる(S13)。このとき、エアバック用衝撃感知センサ50a、50b、50cで発生した信号をバッテリ制御部200を介して受信した場合、サブリレー20は、バッテリモジュール100間の電気的接続を遮断するように作動可能である。
【0057】
これにより、衝撃や浸水によりバッテリパックの絶縁が破壊された場合、バッテリパックの出力電圧をバッテリモジュールのレベルに低くすることにより、発火または感電などの危険を低減し、安全性を向上させることができる。
【0058】
図5は、本発明のさらに他の実施形態に係るバッテリパックの概略ブロック図である。
【0059】
図5に示すように、本発明のさらに他の実施形態に係るバッテリパックには、インターロック回路80’がさらに設置できる。本実施形態では、前述した一実施形態と同一の構成要素に関する説明は省略する。
【0060】
インターロック回路は、2つ以上の回路で一方が動作している場合、他方の回路に入力があっても動作しないようにする回路である。これにより、インターロック回路80’が接続されたバッテリパックは、修理時、サブリレー20’を選択的に制御することができる。すなわち、バッテリパックを修理するとき、バッテリ制御部200’の信号なしにサブリレー20’を作動させ、バッテリモジュール100間の電源を選択的に遮断することができる。
【0061】
前述した実施形態では、直列接続構造のバッテリパックを一例として説明したが、並列接続構造のバッテリパックに適用できることはいうまでもない。
【符号の説明】
【0062】
10:バッテリセル
20、20’:サブリレー
30、30’、40、40’:メインリレー
50、50’:エアバック制御部
50a、50a’、50b、50b’、50c、50c’:エアバック用衝撃感知センサ
60、60’:水分感知センサ
70a、70a’、70b、70b’:衝撃感知センサ
80’:インターロック回路
100、100’:バッテリモジュール
200、200’:バッテリ制御部(BCU)

【特許請求の範囲】
【請求項1】
一方向に整列された複数のバッテリセルからなる少なくとも1つのバッテリモジュールと、
前記バッテリモジュールの出力ライン及び前記バッテリモジュール間の接続ラインに設けられる複数のリレーと、
前記複数のリレーに接続され、前記複数のバッテリセルを制御するバッテリ制御部(Battery Circuit Unit)と、
前記バッテリ制御部に接続された少なくとも1つの感知センサとを備え、
前記バッテリ制御部は、前記感知センサの信号に応じて前記複数のリレーを制御することを特徴とするバッテリパック。
【請求項2】
前記リレーは、前記バッテリ制御部から信号を受信した場合、前記バッテリモジュール間の電気的接続を遮断することを特徴とする請求項1に記載のバッテリパック。
【請求項3】
前記センサは、エアバック用衝撃感知センサ、衝撃感知センサ、または水分感知センサを備えることを特徴とする請求項1に記載のバッテリパック。
【請求項4】
前記エアバック用衝撃感知センサと前記バッテリ制御部との間には、エアバック制御部をさらに備えることを特徴とする請求項3に記載のバッテリパック。
【請求項5】
前記エアバック用衝撃感知センサは、出力された信号を前記バッテリ制御部と前記エアバック制御部に同時に伝達することを特徴とする請求項4に記載のバッテリパック。
【請求項6】
前記エアバック用衝撃感知センサは、出力された信号をエアバック制御部を介してバッテリ制御部に伝達することを特徴とする請求項4に記載のバッテリパック。
【請求項7】
前記複数のリレーは、バッテリモジュールの出力ラインに設けられるメインリレーと、前記バッテリモジュール間の接続ラインに設けられるサブリレーとを備えることを特徴とする請求項1に記載のバッテリパック。
【請求項8】
前記メインリレーと前記サブリレーは、同時に作動するか、個別に作動可能であることを特徴とする請求項7に記載のバッテリパック。
【請求項9】
前記バッテリ制御部には、インターロック回路がさらに接続され、バッテリパックの修理時、前記リレーを選択的に制御することを特徴とする請求項1に記載のバッテリパック。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2012−161232(P2012−161232A)
【公開日】平成24年8月23日(2012.8.23)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−92912(P2011−92912)
【出願日】平成23年4月19日(2011.4.19)
【出願人】(511098552)エスビー・リモーティヴ・カンパニー・リミテッド (1)
【Fターム(参考)】