KR102042569B1 - Protection circuit and protection circuit control method - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 복수의 배터리의 일부가 전류 경로 상으로부터 제외된 경우에도, 잔존하는 배터리의 출력에 따라 보호 소자를 적절하게 작동시킨다. 복수의 배터리(3)가 병렬로 접속되어 이루어지는 배터리 모듈(4)과, 각 배터리(3)마다 설치되며, 당해 배터리(3)의 충전 또는 방전의 전류 경로의 일부를 구성하는 제1 보호 소자(5)와, 배터리 모듈(4)의 충전 또는 방전의 전류 경로의 일부를 구성하는 제2 보호 소자(7)를 구비하고, 제2 보호 소자(7)는, 발열 저항체와, 충전 또는 방전의 전류 경로의 일부를 구성함과 함께 발열 저항체의 열 또는 자기 발열에 의해 용단되는 가용 도체를 갖는 복수의 퓨즈부(20, 21)를 구비하고, 복수의 퓨즈부(20, 21)는, 각 발열 저항체에 의해 각 가용 도체를 개별로 용단 가능하게 되어 있다.The present invention properly operates the protection element in accordance with the output of the remaining battery, even when some of the plurality of batteries are excluded from the current path. A battery module 4 in which a plurality of batteries 3 are connected in parallel and a first protection element provided for each battery 3 and constituting a part of a current path for charging or discharging the battery 3 ( 5) and a second protection element 7 constituting a part of the current path for charging or discharging the battery module 4, wherein the second protection element 7 includes a heat generating resistor and a current for charge or discharge. Comprising a part of the path and provided with a plurality of fuses (20, 21) having a soluble conductor melted by heat or self-heating of the heat generating resistor, the plurality of fuses (20, 21), each of the heat generating resistor By this, each soluble conductor can be melted separately.
Description
본 발명은, 기판 상에 발열 저항체와 퓨즈 엘리먼트를 설치한 보호 소자를 사용하여, 배터리 팩의 과전류나 과전압을 방지하는 보호 회로, 및 보호 회로의 제어 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
최근, 배터리와 모터를 사용한 HEV(Hybrid Electric Vehicle; 하이브리드 전기 자동차)나 EV(Electric Vehicle; 전기 자동차)가 급속히 보급되고 있다. HEV나 EV의 동력원으로서는, 에너지 밀도와 출력 특성으로부터 리튬 이온 이차 전지가 사용되어 오고 있다. 자동차 용도에서는, 고전압, 대전류가 필요해진다. 이로 인해, 고전압, 대전류에 견딜 수 있는 전용 셀이 개발되고 있지만, 제조 비용상의 문제로부터 대부분의 경우, 복수의 배터리 셀을 직렬, 병렬로 접속함으로써, 범용 셀을 사용하여 필요한 전압 전류를 확보하고 있다.In recent years, HEVs (hybrid electric vehicles) and electric vehicles (EVs) using batteries and motors are rapidly spreading. As power sources for HEV and EV, lithium ion secondary batteries have been used in terms of energy density and output characteristics. In automotive applications, high voltage and high current are required. As a result, dedicated cells capable of withstanding high voltages and large currents have been developed. However, due to manufacturing costs, in most cases, a plurality of battery cells are connected in series and in parallel to secure a necessary voltage current using a general purpose cell. .
리튬 이온 이차 전지는 우수한 특성을 가지고 있지만, 충방전 특성의 관리가 불가결하며, 이상한 배터리 셀에 대하여 통상 그대로의 처리를 하면, 발화나 폭발과 같은 위험이 발생할지도 모른다. 따라서, 배터리 셀이 복수가 되면, 셀간의 전압 밸런스가 중요해지고, 이상한 셀이 포함되면, 그 이외의 정상적인 셀에도 영향을 주어, 올바른 충방전이 행해지지 않게 되어 버린다는 문제가 있다.Although lithium ion secondary batteries have excellent characteristics, management of charge / discharge characteristics is indispensable, and if a normal battery cell is treated as usual, a risk such as ignition or explosion may occur. Therefore, when there are a plurality of battery cells, the voltage balance between the cells becomes important, and when an abnormal cell is included, other normal cells are also affected, and there is a problem that correct charging and discharging are not performed.
이러한 사태를 피하기 위해, 많은 리튬 이온 이차 전지를 사용한 배터리 시스템에서는, 충방전 경로 상에 접속된 퓨즈 소자와, 배터리 전체를 관리하는 전원 관리 시스템(BMS: Battery Management System)이 내장되어 있다. BMS에서는 배터리 셀마다의 충방전 상태(전압, 용량 등)를 관리하고 있으며, 이상이 검지되면, FET 스위치 등을 사용하여 퓨즈 소자에 외부로부터 신호를 부여하여 회로의 출력 부분을 차단하고, 이상 발열에 의한 출화 등의 트러블을 회피한다.In order to avoid such a situation, in the battery system using many lithium ion secondary batteries, the fuse element connected on the charge / discharge path | route and the power management system (BMS: Battery Management System) which manages the whole battery are built-in. The BMS manages the charge / discharge status (voltage, capacity, etc.) for each battery cell, and when an abnormality is detected, a signal is supplied to the fuse element from the outside by using a FET switch or the like to cut off the output portion of the circuit, and abnormal heat generation. Avoid troubles such as fire.
최근에는, 지금까지 행해져 온 충방전의 상태 관리(SOC: State of Charge) 뿐만 아니라, 배터리 시스템의 용량 열화(SOH: State of Health), 배터리 수명(SOL: State of Life)의 생각에 기초한 배터리 시스템 관리가 중요시되고 있다.Recently, a battery system based on not only the state of charge (SOC) state management (SOC), but also the state of health (SOH) and the state of life (SOL) of the battery system. Management is becoming important.
그런데, 고속 이동 중인 자동차 등에서는, 급격한 구동력의 저하나 급정지는 도리어 위험한 경우가 있어, 비상시를 상정한 배터리 관리가 요구되고 있다. 예를 들어, 주행 중에 배터리 시스템의 이상이 일어났을 때에도, 수리 공장 또는 안전한 장소까지 이동하기 위한 구동력, 또는 비상등이나 에어컨용의 구동력을 공급할 수 있는 것이 위험 회피상 바람직하다.By the way, in the automobile etc. which are moving at a high speed, sudden fall of driving force and sudden stop may be dangerous, and battery management assumed emergency is calculated | required. For example, even when an abnormality of the battery system occurs while driving, it is preferable to avoid the danger to be able to supply the driving force for moving to a repair shop or a safe place, or the driving force for an emergency light or an air conditioner.
그러나, 도 6에 도시한 바와 같이, 복수의 배터리 스택(51)이 병렬로 접속된 배터리 팩(50)에 있어서, 충방전 경로 상에만 보호 소자(52)를 설치한 경우, 배터리 스택(51)을 구성하는 배터리 셀(53)의 일부에 이상이 발생하여 보호 소자(52)를 작동시키면, 배터리 팩(50) 전체의 충방전 경로가 차단되어 버려, 더 이상 전력을 공급할 수 없다.However, as shown in FIG. 6, in the
따라서, 도 7에 도시한 바와 같이, 배터리 팩(50) 전체의 충방전 경로 상에 회로 전체의 전류 경로를 차단하는 회로 보호 소자(54)를 설치함과 함께, 한쪽 배터리 스택(51a)에 당해 배터리 스택(51a)의 전류 경로를 차단하는 스택 보호 소자(55)를 설치하는 보호 회로가 제안되어 있다. 이에 따르면, 한쪽 배터리 스택(51a)의 배터리 셀(53)에 이상이 발생한 경우, 스택 보호 소자(55)를 작동시킴으로써, 당해 배터리 스택(51)만이 배터리 팩(50)의 충방전 경로 상으로부터 제거되어, 출력은 떨어지지만, 남은 배터리 스택(51b)에 의해 전력을 계속 공급할 수 있다.Therefore, as shown in FIG. 7, the
회로 보호 소자(54)는, 배터리 팩(50)의 충방전 경로의 일부를 구성함과 함께, 과전류가 흘렀을 때에, 자기 발열에 의해 용융하여 전류 경로를 차단하는 퓨즈 엘리먼트가 사용되고 있다. 이 퓨즈 엘리먼트는, 전체 배터리 스택(51a, 51b)에 의한 통상의 충방전에 충분히 견딜 수 있는 용량을 구비하고, 전체 배터리 스택(51a, 51b)의 통상의 출력에 대하여 예를 들어 1.5배의 과전류가 흐르면 용단되는 용량을 갖는다.The
여기서, 한쪽 배터리 스택(51a)의 배터리 셀(53)에 이상이 발생하여, 스택 보호 소자(55)를 작동시켜 당해 한쪽 배터리 셀(51)을 배터리 팩(50)의 충방전 경로로부터 제거한 경우, 회로 보호 소자(54)의 퓨즈 엘리먼트는, 잔존하는 다른 쪽 배터리 스택(51b)에 의한 출력에 대하여 과잉 용량이 되어 버린다. 이로 인해, 다른 쪽 배터리 스택(51b)의 배터리 셀(53)에 이상이 발생하여, 회로 보호 소자(54)의 퓨즈 엘리먼트에 과전류가 흐른 경우에도, 적절하게 용단되지 않아, 열 폭주를 방지할 수 없게 된다.Here, when an abnormality occurs in the
따라서, 본 발명은, 복수의 배터리의 일부가 전류 경로 상으로부터 제거된 경우에도, 잔존하는 배터리의 출력에 따라 보호 소자를 적절하게 작동시킬 수 있는 보호 회로, 및 보호 회로의 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is therefore an object of the present invention to provide a protection circuit capable of appropriately operating the protection element in accordance with the output of the remaining battery even when a part of the plurality of batteries is removed from the current path, and a control method of the protection circuit. The purpose.
상술한 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 관한 보호 회로는, 복수의 배터리가 병렬로 접속되어 이루어지는 배터리 모듈과, 각 상기 배터리에 설치되며, 당해 배터리의 충전 또는 방전의 전류 경로의 일부를 구성하는 제1 보호 소자와, 상기 배터리 모듈의 충전 또는 방전의 전류 경로의 일부를 구성하는 제2 보호 소자를 구비하고, 상기 제2 보호 소자는, 발열 저항체와, 충전 또는 방전의 전류 경로의 일부를 구성함과 함께 상기 발열 저항체의 열 또는 자기 발열에 의해 용단되는 가용 도체를 갖는 복수의 퓨즈부를 구비하고, 복수의 상기 퓨즈부는, 각 상기 발열 저항체에 의해 각 상기 가용 도체를 개별로 용단 가능하게 되어 있는 것이다.MEANS TO SOLVE THE PROBLEM In order to solve the above-mentioned subject, the protection circuit which concerns on this invention is provided in the battery module with which several battery is connected in parallel, and each said battery, and comprises a part of the electric current path | route of charge or discharge of the said battery. A first protection element and a second protection element constituting a part of a current path of charging or discharging of the battery module, wherein the second protection element constitutes a heat generating resistor and a part of a current path of charge or discharge. In addition, a plurality of fuse portions having a soluble conductor melted by heat or self-heating of the heat generating resistor are provided, and the plurality of fuse portions are capable of separately melting each of the soluble conductors by the heat generating resistor. will be.
또한, 본 발명에 관한 보호 회로의 제어 방법은, 복수의 배터리가 병렬로 접속되어 이루어지는 배터리 모듈과, 각 상기 배터리에 설치되며, 당해 배터리의 충전 또는 방전의 전류 경로의 일부를 구성하는 제1 보호 소자와, 상기 배터리 모듈의 충전 또는 방전의 전류 경로의 일부를 구성하는 제2 보호 소자를 구비하고, 상기 제2 보호 소자는, 상기 배터리의 수에 따라, 발열 저항체와, 충전 또는 방전의 전류 경로의 일부를 구성함과 함께 상기 발열 저항체의 열 또는 자기 발열에 의해 용단되는 가용 도체를 갖는 복수의 퓨즈부를 구비하고, 이상이 일어난 상기 배터리에 설치된 상기 제1 보호 소자를 작동시켜, 이상이 일어난 상기 배터리를 전류 경로로부터 차단하고, 이상이 일어난 상기 배터리의 차단에 따라, 각 상기 발열 저항체에 의해 각 상기 가용 도체를 개별로 용단한다.Moreover, the control method of the protection circuit which concerns on this invention is the battery module in which a some battery is connected in parallel, and is provided in each said battery, and the 1st protection which comprises a part of the current path of the charge or discharge of the said battery. An element, and a second protection element constituting a part of a current path for charging or discharging the battery module, wherein the second protection element includes a heat generating resistor and a current path for charging or discharging according to the number of batteries. And a plurality of fuses having soluble conductors melted by heat or self-heating of the heat generating resistor, and activating the first protection element installed in the battery in which an abnormality occurs. The battery is disconnected from the current path, and in accordance with the disconnection of the battery in which an abnormality occurs, the respective availability is determined by each of the heating resistors. The melting the separately.
본 발명에 따르면, 배터리에 과전압 등의 이상이 검지된 경우, 배터리의 스택 보호 소자를 작동시켜, 배터리를 회로 상으로부터 격리함과 함께, 잔존하는 배터리에만 의해 충방전이 가능해진다. 여기서, 본 발명에서는, 배터리의 스택 보호 소자를 작동시킴과 함께, 회로 보호 소자를 작동시키고, 일부의 퓨즈부를 용단시킨다. 이에 따라, 본 발명에 따르면, 배터리의 감소에 의해 최대 출력이 감소한 경우에도, 배터리 모듈의 충방전 경로의 일부를 구성하는 회로 보호 소자의 정격을 낮출 수 있고, 배터리의 최대 출력에 따른 회로 보호 소자로 할 수 있다.According to the present invention, when an abnormality such as an overvoltage is detected in a battery, the stack protection element of the battery is operated to isolate the battery from the circuit, and the battery can be charged and discharged only by the remaining battery. Here, in the present invention, the stack protection element of the battery is operated, the circuit protection element is operated, and some fuse parts are blown off. Accordingly, according to the present invention, even when the maximum output decreases due to the reduction of the battery, the rating of the circuit protection element constituting a part of the charge / discharge path of the battery module can be lowered, and the circuit protection element according to the maximum output of the battery. You can do
도 1은, 본 발명이 적용된 보호 회로의 구성을 도시하는 도면이다.
도 2(a)는, 스택 보호 소자의 구성을 도시하는 단면도이고, 도 2(b)는, 스택 보호 소자의 구성을 도시하는 평면도이다.
도 3은, 스택 보호 소자의 회로도이다.
도 4는, 회로 보호 소자의 평면도이다.
도 5는, 회로 보호 소자의 회로도이다.
도 6은, 종래의 배터리 팩의 회로 구성을 도시하는 도면이다.
도 7은, 다른 종래의 배터리 팩의 회로 구성을 도시하는 도면이다.1 is a diagram illustrating a configuration of a protection circuit to which the present invention is applied.
FIG. 2A is a cross-sectional view showing the configuration of the stack protection element, and FIG. 2B is a plan view showing the structure of the stack protection element.
3 is a circuit diagram of a stack protection element.
4 is a plan view of the circuit protection element.
5 is a circuit diagram of a circuit protection element.
6 is a diagram illustrating a circuit configuration of a conventional battery pack.
7 is a diagram illustrating a circuit configuration of another conventional battery pack.
이하, 본 발명이 적용된 보호 회로 및 보호 회로의 제어 방법에 대하여, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명은, 이하의 실시 형태만으로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에 있어서 다양한 변경이 가능한 것은 물론이다. 또한, 도면은 모식적인 것이며, 각 치수의 비율 등은 현실의 것과는 상이한 경우가 있다. 구체적인 치수 등은 이하의 설명을 참작하여 판단해야 할 것이다. 또한, 도면 상호간에 있어서도 서로의 치수 관계나 비율이 상이한 부분이 포함되어 있는 것은 물론이다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the protection circuit to which this invention was applied, and the control method of a protection circuit are demonstrated in detail, referring drawings. In addition, this invention is not limited only to the following embodiment, Of course, various changes are possible in the range which does not deviate from the summary of this invention. In addition, drawing is typical, and ratio of each dimension etc. may differ from an actual thing. Specific dimensions and the like should be determined in consideration of the following description. In addition, of course, the part from which the relationship and the ratio of a mutual dimension differ also in between drawings is contained.
[보호 회로] [Protection circuit]
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명이 적용된 보호 회로(1)는, 복수의 배터리 셀(2)이 직렬로 접속된 복수의 배터리 스택(3)을 갖고, 각 배터리 스택(3)끼리가 병렬로 접속된 배터리 모듈(4)을 갖는다. 여기에서는, 설명의 편의상, 2개의 배터리 스택(3a, 3b)이 병렬 접속된 배터리 모듈(4)을 예로 들어 설명하지만, 본 발명은, 배터리 스택(3)이 3개 이상 병렬 접속되어 있을 수도 있다. 각 배터리 스택(3a, 3b)에는, 각각 스택 보호 소자(5)가 내장되어 있다. 또한, 보호 회로(1)는, 회로 전체의 전류 경로를 차단하는 회로 보호 소자(7)와, 배터리 스택(3a, 3b) 내의 충방전을 제어함과 함께, 각 배터리 셀(2)의 이상 전압을 검출하고, 검출 결과에 따라 스택 보호 소자(5) 및 회로 보호 소자(7)를 구동하는 BMS 제어 소자(8)를 갖고, 이들 배터리 스택(3a, 3b), 회로 보호 소자(7) 및 BMS 제어 소자(8)가 내장된 배터리 팩(9)을 구성한다.As shown in FIG. 1, the
[스택 보호 소자] [Stack protection element]
스택 보호 소자(5)는, 배터리 스택(3a 또는 3b)의 출력을 안전하게 차단하기 위해, BMS 제어 소자(8)로부터의 신호에 의해 전류 경로를 차단하는 기능을 갖는 퓨즈 소자를 포함하고, 전류 경로의 일부를 구성하는 퓨즈 엘리먼트가 용단됨으로써, 불가역적으로 당해 배터리 스택(3a 또는 3b)의 전류 경로를 차단한다.The
구체적으로 스택 보호 소자(5)는, 도 2(a) 및 도 2(b)에 도시한 바와 같이 절연 기판(11)과, 절연 기판(11)에 적층되며, 절연 부재(15)에 덮인 발열 저항체(14)와, 절연 기판(11)의 양단부에 형성된 전극(12(A1), 12(A2))과, 절연 부재(15) 상에 발열 저항체(14)와 중첩되도록 적층된 발열체 인출 전극(16)과, 양단부가 전극(12(A1), 12(A2))에 각각 접속되고, 중앙부가 발열체 인출 전극(16)에 접속된 가용 도체(13)를 구비한다.Specifically, as shown in FIGS. 2A and 2B, the
사각형 형상의 절연 기판(11)은, 예를 들어 알루미나, 유리 세라믹스, 멀라이트, 지르코니아 등의 절연성을 갖는 부재에 의해 형성된다. 그 이외에, 유리 에폭시 기판, 페놀 기판 등의 프린트 배선 기판에 사용되는 재료를 사용할 수도 있지만, 퓨즈 용단시의 온도에 유의할 필요가 있다.The rectangular insulating
발열 저항체(14)는, 비교적 저항값이 높고 통전하면 발열하는 도전성을 갖는 부재이며, 예를 들어 W, Mo, Ru 등을 포함한다. 이들의 합금 또는 조성물, 화합물의 분말 형상체를 수지 결합제 등과 혼합하여, 페이스트상으로 한 것을 절연 기판(11) 상에 스크린 인쇄 기술을 사용하여 패턴 형성하여, 소성하는 등에 의해 형성한다.The
발열 저항체(14)를 덮도록 절연 부재(15)가 배치되고, 이 절연 부재(15)를 개재하여 발열 저항체(14)에 대향하도록 발열체 인출 전극(16)이 배치된다. 발열 저항체(14)의 열을 효율적으로 가용 도체에 전달하기 위해, 발열 저항체(14)와 절연 기판(11) 사이에 절연 부재(15)를 적층할 수도 있다.The insulating
발열체 인출 전극(16)의 일단부는, 발열체 전극(18(P1))에 접속된다. 또한, 발열 저항체(14)의 타단부는, 다른 쪽 발열체 전극(18(P2))에 접속된다.One end of the heating element lead-
가용 도체(13)는 발열 저항체(14)의 발열, 또는 가용 도체(13)의 자기 발열에 의해 빠르게 용단되는 저융점 금속으로 이루어지며, 예를 들어 Sn을 주성분으로 하는 Pb 프리 땜납을 적절하게 사용할 수 있다. 또한, 가용 도체(13)는, 저융점 금속과, Ag, Cu 또는 이들을 주성분으로 하는 합금 등의 고융점 금속과의 적층체일 수도 있다.The
고융점 금속과 저융점 금속을 적층함으로써, 스택 보호 소자(5)를 리플로우 실장하는 경우에, 리플로우 온도가 저융점 금속층의 용융 온도를 초과하여, 저융점금속이 용융되어도, 가용 도체(13)로서 용단되는 것에 이르지 않는다. 이러한 가용 도체(13)는, 고융점 금속에 저융점 금속을 도금 기술을 사용하여 성막함으로써 형성할 수도 있고, 다른 주지된 적층 기술, 막 형성 기술을 사용함으로써 형성할 수도 있다. 또한, 가용 도체(13)는, 저융점 금속을 사용하여 외층을 구성하는 경우에는, 당해 저융점 금속을 이용하여 발열체 인출 전극(16) 및 전극(12(A1), 12(A2))으로 땜납 접속할 수 있다.When laminating the
또한, 스택 보호 소자(5)는, 외층의 저융점 금속층(13b)의 산화 방지를 위해, 가용 도체(13) 상의 거의 전체면에 플럭스를 도포할 수도 있다. 또한, 스택 보호 소자(5)는, 내부를 보호하기 위해 커버 부재를 절연 기판(11) 상에 적재할 수도 있다.The
이상과 같은 본 발명이 적용된 스택 보호 소자(5)는, 도 3에 도시한 바와 같은 회로 구성을 갖는다. 즉, 스택 보호 소자(5)는, 발열체 인출 전극(16)을 개재하여 직렬 접속된 가용 도체(13)와, 가용 도체(13)의 접속점을 개재하여 통전하여 발열시킴으로써 가용 도체(13)를 용융하는 발열 저항체(14)를 포함하는 회로 구성이다. 또한, 스택 보호 소자(5)에서는, 가용 도체(13)가 충방전 전류 경로 상에 직렬 접속되고, 발열 저항체(14)가 BMS 제어 소자(7)와 접속된다. 스택 보호 소자(5)의 2개의 전극(12) 중, 한쪽은 A1에 접속되고, 다른 쪽은 A2에 접속된다. 또한, 발열체 인출 전극(16)과 이것에 접속된 발열체 전극(18)은 P1에 접속되고, 다른 쪽 발열체 전극(18)은 P2에 접속된다.The
[회로 보호 소자] [Circuit protection element]
이어서, 회로 전체의 전류 경로를 차단하는 회로 보호 소자(7)에 대하여 설명한다. 회로 보호 소자(7)는, 배터리 팩(9)의 출력을 안전하게 차단하기 위해, BMS 제어 소자(8)로부터의 신호에 의해 전류 경로를 차단하는 기능을 갖는 퓨즈 소자를 포함하고, 전류 경로의 일부를 구성하는 퓨즈 엘리먼트가 용단됨으로써, 불가역적으로 당해 배터리 팩(9)의 전류 경로를 차단한다.Next, the
이하에서는, 도 1에 도시한 바와 같이 2개의 배터리 스택(3a, 3b)이 병렬로 접속되어 있는 배터리 팩(9)에 사용되는 회로 보호 소자(7)에 대하여 설명하지만, 본 발명은 복수의 배터리 스택이 접속된 모든 배터리 팩에 사용할 수 있다.Hereinafter, the
구체적으로 회로 보호 소자(7)는, 도 4에 도시한 바와 같이 2개의 배터리 스택(3a, 3b)에 대응하여, 개별로 용단 가능한 제1, 제2 퓨즈부(20, 21)를 갖는다. 제1, 제2 퓨즈부(20, 21)는, 절연 기판(22) 상에 형성되어 있다.Specifically, the
제1 퓨즈부(20)는 절연 기판(22)에 적층되며, 제1 절연 부재(23)에 덮인 제1 발열 저항체(24)와, 절연 기판(22)의 양단부에 형성된 제1 전극(25(A1), 25(A2))과, 제1 절연 부재(23) 상에 제1 발열 저항체(24)와 중첩되도록 적층된 제1 발열체 인출 전극(28)과, 양단부가 제1 전극(25(A1), 25(A2))에 각각 접속되며, 중앙부가 제1 발열체 인출 전극(28)에 접속된 제1 가용 도체(29)를 구비한다.The
제2 퓨즈부(21)는 절연 기판(22)에 적층되며, 제2 절연 부재(30)에 덮인 제2 발열 저항체(31)와, 절연 기판(22)의 양단부에 형성된 제2 전극(32(A1), 32(A2))과, 제2 절연 부재(30) 상에 제2 발열 저항체(31)와 중첩되도록 적층된 제2 발열체 인출 전극(34)과, 양단부가 제2 전극(32(A1), 32(A2))에 각각 접속되며, 중앙부가 제2 발열체 인출 전극(34)에 접속된 제2 가용 도체(35)를 구비한다.The
절연 기판(22), 제1, 제2 절연 부재(23, 30), 제1, 제2 발열 저항체(24, 31), 제1, 제2 발열체 인출 전극(28, 34) 및 제1, 제2 가용 도체(29, 35)는, 각각 상술한 스택 보호 소자(5)의 절연 기판(11), 절연 부재(15), 발열 저항체(14), 발열체 인출 전극(16) 및 가용 도체(13)와 마찬가지의 구성을 갖는다.Insulating
또한, 제1 전극(25(A1), 25(A2)) 및 제2 전극(32(A1), 32(A2))도, 상술한 전극(12(A1), 12(A2))과 마찬가지의 구성을 갖는다. 또한, 제1 전극(25(A1)) 및 제2 전극(32(A1))은 전기적으로 접속되어 배터리 팩(9)의 전류 경로에 연속되며, 제1 전극(25(A2)) 및 제2 전극(32(A2))도 전기적으로 접속되어 배터리 팩(9)의 전류 경로에 연속된다.The first electrodes 25 (A1), 25 (A2) and the second electrodes 32 (A1, 32 (A2)) are also similar to the above-described electrodes 12 (A1) and 12 (A2). Has a configuration. In addition, the first electrode 25 (A1) and the second electrode 32 (A1) are electrically connected to each other and are continuous in the current path of the battery pack 9, and the first electrode 25 (A2) and the second electrode. Electrode 32 (A2) is also electrically connected and continues in the current path of battery pack 9.
제1 발열체 인출 전극(28)의 일단부는, 제1 발열체 전극(27(P1))에 접속된다. 또한, 제1 발열 저항체(24)의 타단부는, 제1 발열체 전극(27(P2))에 접속된다. 마찬가지로, 제2 발열체 인출 전극(34)의 일단부는, 제2 발열체 전극(33(P1))에 접속된다. 또한, 제2 발열 저항체(31)의 타단부는, 제2 발열체 전극(33(P2))에 접속된다.One end of the first heating element lead-
또한, 회로 보호 소자(7)에 있어서도, 제1, 제2 가용 도체(29, 35) 상의 거의 전체면에 플럭스를 도포할 수도 있다. 또한, 회로 보호 소자(7)는, 내부를 보호하기 위해 커버 부재를 절연 기판(22) 상에 적재할 수도 있다.Also in the
이상과 같은 본 발명이 적용된 회로 보호 소자(7)는, 도 5에 도시한 바와 같은 회로 구성을 갖는다. 즉, 회로 보호 소자(7)의 제1 퓨즈부(20)는, 제1 발열체 인출 전극(28)을 개재하여 직렬 접속된 제1 가용 도체(29)와, 제1 가용 도체(29)의 접속점을 개재하여 통전하여 발열시킴으로써 제1 가용 도체(29)를 용융하는 제1 발열 저항체(24)를 포함하는 회로 구성이다. 또한, 회로 보호 소자(7)의 제2 퓨즈부(21)는, 제2 발열체 인출 전극(34)을 개재하여 직렬 접속된 제2 가용 도체(35)와, 제2 가용 도체(35)의 접속점을 개재하여 통전하여 발열시킴으로써 제2 가용 도체(35)를 용융하는 제2 발열 저항체(31)를 포함하는 회로 구성이다.The
또한, 회로 보호 소자(7)에서는, 제1, 제2 가용 도체(29, 35)가 배터리 팩(9)의 충방전 전류 경로 상에 직렬 접속되며, 제1, 제2 발열 저항체(24, 31)가 BMS 제어 소자(7)와 접속된다. 제1 퓨즈부(20)는, 2개의 제1 전극(25) 중, 한쪽은 A1에 접속되고, 다른 쪽은 A2에 접속되고, 또한, 제1 발열체 인출 전극(28)과 이것에 접속된 제1 발열체 전극(27)은 P1에 접속되고, 다른 쪽의 제1 발열체 전극(27)은 P2에 접속된다. 마찬가지로 제2 퓨즈부(21)의 2개의 제2 전극(32) 중, 한쪽은 A1에 접속되고, 다른 쪽은 A2에 접속되고, 또한, 제2 발열체 인출 전극(34)과 이것에 접속된 제2 발열체 전극(33)은 P1에 접속되고, 다른 쪽의 제2 발열체 전극(33)은 P2에 접속된다.In the
[BMS 제어 소자] [BMS control element]
BMS 제어 소자(8)는, 각 배터리 셀(2)의 전압을 검출함과 함께, 검출 결과에 따라 스택 보호 소자(5) 및 회로 보호 소자(7)의 각 가용 도체(13, 29, 35)를 용단하는 것이다. BMS 제어 소자(8)는, 스택 보호 소자(5)의 발열 저항체(14) 및 회로 보호 소자(7)의 제1, 제2 발열 저항체(24, 31)와 접속되며, 각 발열 저항체(14, 24, 31)에 개별로 전류를 공급함으로써, 개별로 발열시킬 수 있다. 이에 따라, BMS 제어 소자(8)는 보호 소자(5, 7)의 각 가용 도체(13, 29, 35)를 개별로 용단할 수 있다.While the
스택 보호 소자(5) 및 회로 보호 소자(7)는, 배터리 셀(2)의 이상에 의한 과전류에 의해서도 가용 도체(13, 29, 35)가 자기 발열에 의해 용단되어, 전류 경로를 차단할 수 있다. 또한, 스택 보호 소자(5) 및 회로 보호 소자(7)는, BMS 제어 소자(8)에 의해 과전류를 검지하고, 발열 저항체(14, 24, 31)를 발열시켜, 가용 도체(13, 29, 35)를 용단시킬 수도 있다.In the
이와 같이, 스택 보호 소자(5) 및 회로 보호 소자(7)는, 가용 도체(13, 29, 35)가 발열 저항체(14, 24, 31)의 열에 의해, 또는 자기 발열에 의해 용단되기 때문에, 전류 경로를 불가역적으로 차단할 수 있으며, 회로의 이상 동작에 의한 영향이 없다. 따라서, 보호 소자로서의 기능을 확실하게 실현할 수 있다. 또한, 스택 보호 소자(5) 및 회로 보호 소자(7)는, 소위 퓨즈 방식의 보호 소자와 같이, 과전류에서만 동작하는 것은 아니고, 이상 전압이나, 후술하는 그 이외의 요인에 의해서도 작동시킬 수 있어, 모든 사태에 대응할 수 있다. 또한, 스택 보호 소자(5) 및 회로 보호 소자(7)는, 전기 스위치 방식의 보호 소자와 같이 전류 경로의 차단 상태의 유지에 전력을 필요로 하지 않고, 차단 상태를 확실하게 유지할 수 있다.Thus, in the
[보호 회로의 구동 공정] [Drive process of protection circuit]
이어서, 보호 회로(1)의 구동 공정에 대하여 설명한다. 보호 회로(1)는, 배터리 팩(9)에 정격보다도 큰 과전류가 발생하고, 스택 보호 소자(5)의 가용 도체(13)나, 회로 보호 소자(7)의 제1, 제2 가용 도체(29, 35)에 통전하면, 가용 도체(13, 29, 35)가 자기 발열(줄열)에 의해 용단되어, 배터리 팩(9)의 충방전 경로가 차단된다.Next, the drive process of the
또한, 보호 회로(1)는, BMS 제어 소자(8)에 의해 배터리 스택(3a, 3b)을 구성하는 배터리 셀(2)의 전압을 모니터하고, 일부의 배터리 셀(2)에 과전압이 발생하면, BMS 제어 소자(8)에 의해 당해 배터리 셀(2)을 갖는 배터리 스택(3)을 전류 경로로부터 차단하기 위해, 당해 배터리 스택(3)에 설치되어 있는 스택 보호 소자(5)의 발열 저항체(14)에 대하여 개별로 전류를 공급하고, 개별로 발열시킨다. 이에 따라, BMS 제어 소자(8)는, 당해 스택 보호 소자(5)의 가용 도체(13)를 개별로 용단할 수 있으며, 이상이 발생한 배터리 셀(2)을 갖는 배터리 스택(3)만을 회로로부터 차단하고, 잔존하는 배터리 스택(3)에 의해 전력을 공급할 수 있다.In addition, the
예를 들어, 도 1에 도시한 바와 같이, BMS 제어 소자(8)는 배터리 스택(3a)의 배터리 셀(2)에 과전압 등의 이상이 검지된 경우, 배터리 스택(3a)의 스택 보호 소자(5)의 발열 저항체(14)에 통전함으로써 가용 도체(13)를 용단하고, 배터리 스택(3a)을 회로 상으로부터 격리한다. 이에 따라, 보호 회로(1)는, 잔존하는 배터리 스택(3b)에만 의해 충방전이 가능해진다.For example, as shown in FIG. 1, when an abnormality such as an overvoltage is detected in the
여기서, 보호 회로(1)는, BMS 제어 소자(8)에 의해 배터리 스택(3a)의 스택 보호 소자(5)를 작동시킴과 함께, 회로 보호 소자(7)를 작동시키고, 제1 퓨즈부(20)를 용단시킨다. 이에 따라, 보호 회로(1)는, 배터리 스택(3)의 감소에 따라, 배터리 팩(9)의 충방전 경로의 일부를 구성하는 회로 보호 소자(7)의 정격을 낮출 수 있다.Here, the
즉, 회로 보호 소자(7)는, 배터리 스택(3)의 수에 따라 복수의 퓨즈부를 구비하고, 이에 따라 배터리 스택(3)의 용량에 따른 대용량의 정격을 갖는다. 그리고, 보호 회로(1)는, 일부의 배터리 스택(3)을 배터리 팩(9)의 충방전 경로로부터 차단함과 함께, 회로 보호 소자(7)의 일부 퓨즈부를 작동시켜 충방전 경로로부터 차단한다.That is, the
이에 따라, 보호 회로(1)는, 배터리 스택(3)의 감소에 따라 회로 보호 소자(7)의 정격을 낮출 수 있으며, 잔존하는 배터리 스택(3)의 용량에 적합한 정격으로 할 수 있다. 따라서, 보호 회로(1)는, 잔존하는 배터리 스택(3b)의 배터리 셀(2)에 이상이 발생하고, 회로 보호 소자(7)에 과전류가 흐른 경우에도, 배터리 스택(3a)의 감소 전과 동일한 출력으로 잔존하는 제2 퓨즈부(21)의 제2 가용 도체(35)를 적절하게 용단시킬 수 있다. 즉, 보호 회로(1)는, 회로 보호 소자(7)의 작동 조건을 전원 출력에 따라 가변으로 할 수 있으며, 안전성을 향상시킬 수 있다.Accordingly, the
또한, 회로 보호 소자(7)의 퓨즈부는, 1개의 배터리 스택(3)에 대하여 1개 설치할 수도 있고, 복수의 배터리 스택(3)에 대하여 1개 설치하여, 복수의 배터리 스택(3)의 감소에 따라 퓨즈부를 용단하여, 정격을 낮추도록 할 수도 있다. 또한, 회로 보호 소자(7)의 퓨즈부는, 1개의 배터리 스택(3)에 대하여 복수 설치하여, 1개의 배터리 스택(3)의 감소에 따라 복수의 퓨즈부를 용단하도록 할 수도 있다.Moreover, one fuse part of the
또한, 더욱 안전을 위해, 보호 회로(1)는 전류 경로에 전류 센서를 설치하여, 과전류를 정확하게 검출하여 BMS 제어 소자(8)에 의해 회로 보호 소자(7)를 작동시키고, 회로를 차단하도록 할 수도 있다. 또한, 제1, 제2 퓨즈부(20, 21)는, 도 4에 도시한 바와 같이 절연 기판(22)의 1면 상에 병렬하여 형성될 수도 있고, 절연 기판(22)의 표리에 각각 형성될 수도 있다.In addition, for the sake of safety, the
[BMS 제어 소자의 구동 트리거] [Drive trigger of BMS control element]
또한, 상기에서는, 배터리 스택(3) 내에 있어서의 배터리 셀(2)의 이상 전압을 검지함으로써 스택 보호 소자(5) 및 회로 보호 소자(7)의 퓨즈부를 용단시켜, 당해 배터리 스택(3)을 전류 경로 상으로부터 분리함과 함께 회로 보호 소자(7)의 정격을 낮추도록 했지만, 스택 보호 소자(5) 및 회로 보호 소자(7)의 퓨즈부를 용단시키는 트리거로서는, 배터리 모듈(4)이 탑재되는 기기측에 따라 다양하게 설정할 수 있다.In addition, in the above description, the abnormality voltage of the
예를 들어 배터리 모듈(4)을 EV나 HEV에 탑재하는 경우나 전동 공구에 탑재하는 경우, 배터리 셀(2)의 이상 이외에도, 사고에 의한 충격이나, 수몰, 화재 등에 의한 온도 상승과 같은 사태가 일어난 경우에 BMS 제어 소자(8)에 지령이 발신되어, 각 배터리 스택(3)의 스택 보호 소자(5) 및 회로 보호 소자(7)의 퓨즈부를 용단하여, 전류 경로를 차단하도록 할 수도 있다. 또한, 다른 배터리 셀(2)에 비해 특히 열화가 진행된 배터리 셀(2)이 발생한 경우에도, 당해 배터리 셀(2)의 영향을 억제하기 위해, 스택 보호 소자(5) 및 회로 보호 소자(7)의 퓨즈부를 용단하여, 전류 경로로부터 분리하도록 할 수도 있다. 또한, 배터리 모듈(4)을 가정용 전원으로서 사용하는 경우, 화재나, 대규모 지진에 의한 도괴, 해일에 의한 수몰 등의 사태가 일어난 경우에도, 각 배터리 스택(3)의 스택 보호 소자(5) 및 회로 보호 소자(7)의 퓨즈부를 용단하고, 전류 경로를 차단하도록 할 수도 있다.For example, when the battery module 4 is mounted on an EV or HEV or mounted on a power tool, in addition to the abnormality of the
1: 보호 회로
2: 배터리 셀
3: 배터리 스택
5: 스택 보호 소자
7: 회로 보호 소자
8: BMS 제어 소자
9: 배터리 팩
11: 절연 기판
12: 전극
13: 가용 도체
14: 발열 저항체
15: 절연 부재
16: 발열체 인출 전극
17: 플럭스
18: 발열체 전극
19: 커버 부재
20: 제1 퓨즈부
21: 제2 퓨즈부
22: 절연 기판
23: 제1 절연 부재
24: 제1 발열 저항체
25: 제1 전극
27: 제1 발열체 전극
28: 제1 발열체 인출 전극
29: 제1 가용 도체
30: 제2 절연 부재
31: 제2 발열 저항체
32: 제2 전극
33: 제2 발열체 전극
34: 제2 발열체 인출 전극
35: 제2 가용 도체1: protection circuit
2: battery cell
3: battery stack
5: stack protection device
7: circuit protection device
8: BMS control element
9: battery pack
11: insulation board
12: electrode
13: soluble conductor
14: heating resistor
15: insulation member
16: heating element lead-out electrode
17: flux
18: heating element electrode
19: cover member
20: first fuse unit
21: second fuse unit
22: insulated substrate
23: first insulating member
24: first heat generating resistor
25: first electrode
27: first heating element electrode
28: first heating element lead-out electrode
29: first soluble conductor
30: second insulating member
31: second heat generating resistor
32: second electrode
33: second heating element electrode
34: second heating element lead-out electrode
35: second soluble conductor
Claims (6)
각 상기 배터리에 설치되며, 당해 배터리의 충전 또는 방전의 전류 경로의 일부를 구성하는 제1 보호 소자와,
상기 배터리 모듈의 충전 또는 방전의 전류 경로의 일부를 구성하는 제2 보호 소자를 구비하고,
상기 제2 보호 소자는, 상기 배터리의 수에 따라, 발열 저항체와, 충전 또는 방전의 전류 경로의 일부를 구성함과 함께 상기 발열 저항체의 열 또는 자기 발열에 의해 용단되는 가용 도체를 갖는 복수의 퓨즈부를 구비하고,
이상이 일어난 상기 배터리에 설치된 상기 제1 보호 소자를 작동시켜, 이상이 일어난 상기 배터리를 전류 경로로부터 차단하고,
복수의 상기 퓨즈부는, 이상이 일어난 상기 배터리의 차단에 따라, 각 상기 발열 저항체에 의해 각 상기 가용 도체를 개별로 용단 가능하게 되어 있는 보호 회로.A battery module in which a plurality of batteries are connected in parallel,
A first protection element installed in each of the batteries and constituting a part of a current path of charging or discharging the battery;
A second protection element constituting a part of a current path of charging or discharging of the battery module,
The second protection element comprises a plurality of fuses having a heat generating resistor and a soluble conductor fused by heat or self-heating of the heat generating resistor according to the number of batteries, and forming a part of a current path of charging or discharging. With wealth,
Operating the first protection element installed in the battery in which the abnormality occurs, disconnecting the battery from the abnormality from the current path,
The said fuse part is a protection circuit which enables each said soluble conductor to be separately melted by each said heat generating resistor according to the interruption | blocking of the said battery in which an abnormality occurred.
각 상기 배터리에 설치되며, 당해 배터리의 충전 또는 방전의 전류 경로의 일부를 구성하는 제1 보호 소자와,
상기 배터리 모듈의 충전 또는 방전의 전류 경로의 일부를 구성하는 제2 보호 소자를 구비하고,
상기 제2 보호 소자는, 상기 배터리의 수에 따라, 발열 저항체와, 충전 또는 방전의 전류 경로의 일부를 구성함과 함께 상기 발열 저항체의 열 또는 자기 발열에 의해 용단되는 가용 도체를 갖는 복수의 퓨즈부를 구비하고,
이상이 일어난 상기 배터리에 설치된 상기 제1 보호 소자를 작동시켜, 이상이 일어난 상기 배터리를 전류 경로로부터 차단하고,
이상이 일어난 상기 배터리의 차단에 따라, 각 상기 발열 저항체에 의해 각 상기 가용 도체를 개별로 용단하는 보호 회로의 제어 방법.A battery module in which a plurality of batteries are connected in parallel,
A first protection element installed in each of the batteries and constituting a part of a current path of charging or discharging the battery;
A second protection element constituting a part of a current path of charging or discharging of the battery module,
The second protection element comprises a plurality of fuses having a heat generating resistor and a soluble conductor fused by heat or self-heating of the heat generating resistor according to the number of batteries, and forming a part of a current path of charging or discharging. With wealth,
Operating the first protection element installed in the battery in which the abnormality occurs, disconnecting the battery from the abnormality from the current path,
The control method of the protection circuit which melt | dissolves each said soluble conductor individually by each said heat generating resistor according to the interruption | blocking of the said battery which a fault generate | occur | produced.
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