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KR20070110567A - 방수기능을 구비한 ｂｍｓ - Google Patents

방수기능을 구비한 ｂｍｓ Download PDF

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KR20070110567A
KR20070110567A KR1020060043199A KR20060043199A KR20070110567A KR 20070110567 A KR20070110567 A KR 20070110567A KR 1020060043199 A KR1020060043199 A KR 1020060043199A KR 20060043199 A KR20060043199 A KR 20060043199A KR 20070110567 A KR20070110567 A KR 20070110567A
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양재훈
노종열
윤준일
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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 발명은 중대형 전지팩의 작동을 제어하는 시스템으로서, 전지팩 작동 제어를 위한 회로 및 소자들로 이루어진 인쇄회로기판(BMS PCB)과 그것의 일측에 부착되어 있는 커넥터, 및 상기 커넥터의 일부가 외부로 노출된 상태로 BMS PCB를 내장하는 상하 체결형의 본체 및 커버로 이루어진 하우징으로 구성되어 있고, 상기 하우징의 본체 및 커버 사이에는 그것의 계면을 따라 밀착되며 본체와 커버의 체결부위에 함께 체결되는 구조의 방수용 부재가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 시스템을 제공한다.
따라서, 본 발명에 따른 배터리 제어 시스템은, 고온 및 다습의 환경에서 하우징 내부로 수분이 침투하는 것을 억제하여 BMS PCB의 손상 및 부식을 방지하고, 궁극적으로 전지팩의 신뢰성 및 사용수명을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

방수기능을 구비한 ＢＭＳ {BMS Having Waterproof Function}
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 배터리 제어 시스템의 분해 사시도이다;
도 2는 도 1의 변형예에 따른 시스템의 일부 확대도이다.
본 발명은 방수기능을 구비한 배터리 제어 시스템(BMS: Battery Management System)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 중대형 전지팩의 작동을 제어하는 시스템으로서, 전지팩 작동 제어를 위한 회로 및 소자들로 이루어진 인쇄회로기판(BMS PCB)과 그것의 일측에 부착되어 있는 커넥터, 및 상기 커넥터의 일부가 외부로 노출된 상태로 BMS PCB를 내장하는 상하 체결형의 본체와 커버로 이루어진 하우징으로 구성되어 있고, 상기 하우징의 본체와 커버 사이에는 그것의 계면을 따라 밀착되며 본체와 커버의 체결부위에 함께 체결되는 구조의 방수용 부재가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 시스템을 제공한다.
최근, 충방전이 가능한 이차전지는 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다. 또한, 이차전지는, 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등의 에너지원으로서도 주목받고 있다. 따라서, 이차전지를 사용하는 에플리케이션의 종류는 이차전지의 장점으로 인해 매우 다양화되고 있으며, 향후에는 지금보다는 많은 분야와 제품들에 이차전지가 적용될 것으로 예상된다.
이와 같이 이차전지의 적용 분야와 제품들이 다양화됨에 따라, 전지의 종류 또한 그에 알맞은 출력과 용량을 제공할 수 있도록 다양화되고 있다. 예를 들어, 휴대폰, PDA, 디지털 카메라, 노트북 컴퓨터 등과 같은 소형 모바일 기기들은 해당 제품들의 소형 경박화 경향에 따라 그에 상응하도록 디바이스 1 대당 하나 또는 두서너 개의 소형 경량의 이차전지(단위전지)들이 사용되고 있다. 반면에, 전기자전거, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등과 같은 중대형 디바이스들은 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 단위전지들을 전기적으로 연결한 전지팩이 사용되고 있다.
중대형 전지팩은 일정한 크기의 하우징(케이스) 내부에 다수의 단위전지들을 장착하여 이를 전기적으로 연결하고, 그러한 케이스의 내면 또는 외면에 상기 단위전지들의 전압, 전류, 온도 등을 감지하고 전지의 작동을 제어하는 BMS (Battery Management System) 회로부를 포함하는 것으로 구성되어 있다.
한편, 전기자전거, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등에 사용되는 전지 팩은, 예를 들어, 장마철과 같은 다습한 조건 및 장기간의 사용시 다양한 환경에서도 오작동을 유발하지 않도록 내구성을 갖추어야 한다.
특히, BMS는 콤팩트한 전지팩의 구조에 의하여 회로가 밀집되어 있고 소자들의 탑재 밀도가 매우 높기 때문에, BMS 내부로 외부 물질, 특히, 습기 등이 유입되었을 경우, 그로 인해 회로 및 소자들이 부식되기 쉽다. 따라서, 회로 및 소자들의 단락이 유발되고 전지팩의 오작동 또는 수명이 크게 저하될 수 있다. 이러한 수분 등의 침투에 의한 오작동을 방지하기 위하여, 방수 부재를 구비하고 있는 시스템에 대한 많은 기술들이 소개되어 왔다. 예를 들어, 일본 특허출원공개 제2004-056164호 및 일본 특허출원특허공개 제2001-007547호에서는 방수부재로서 하우징의 본체와 커버의 접합면에 O-링을 끼워 넣어 전지 내부로 수분이 침투하는 것을 방지하고 있다.
그러나, O-링을 단순히 끼워넣는 상기 기술들은, 가혹한 조건에 노출될 가능성이 높은 중대형 전지에서 바람직하게 적용되기에는 한계가 있다. 즉, O-링은 중대형 전지팩에서 진동 및 충격 등에 의하여 이탈될 가능성이 높고, 이러한 O-링의 이탈시 만들어지는 이격틈으로 더 많은 수분이 침투할 수 있고, 미세한 도전성 입자들이 유입될 수 있다.
따라서, 이러한 문제점을 근본적으로 해결할 수 있고 중대형 전지팩에 바람직하게 적용될 수 있는 배터리 제어 시스템에 대한 필요성이 높은 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 심도 있는 연구와 다양한 실험을 거듭한 끝에, 전지팩 작동 제어를 위한 회로 및 소자들로 이루어진 인쇄회로기판(BMS PCB)을 내장하는 하우징의 본체 및 커버 사이에, 그것의 계면을 따라 밀착되며 본체와 커버의 체결부위에 함께 체결되는 구조의 방수용 부재를 설치할 경우, 고온 및 다습의 환경에서 하우징 내부로 수분이 침투하는 것을 억제하여 BMS PCB의 손상 및 부식을 방지하며, 궁극적으로 전지팩의 신뢰성을 향상시키고 사용수명을 연장시킬 수 있는 잇점을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
따라서, 본 발명에 따른 배터리 제어 시스템은 중대형 전지팩의 작동을 제어하는 시스템으로서, 전지팩 작동 제어를 위한 회로 및 소자들로 이루어진 인쇄회로기판(BMS PCB)과 그것의 일측에 부착되어 있는 커넥터, 및 상기 커넥터의 일부가 외부로 노출된 상태로 BMS PCB를 내장하는 상하 체결형의 본체와 커버로 이루어진 하우징으로 구성되어 있고, 상기 하우징의 본체 및 커버 사이에는 그것의 계면을 따라 밀착되며 본체와 커버의 체결부위에 함께 체결되는 구조의 방수용 부재가 설치되어 있는 것으로 구성되어 있다.
따라서, 본 발명에 따른 배터리 제어 시스템은 상기 본체와 커버를 결합할 때 그것의 계면을 방수용 부재로 완전 밀착시킴으로써, 내장되어 있는 BMS PCB를 수분 등의 외부물질로부터 보호하고, 더욱이 외부로부터 진동, 충격 등이 가해지더라도 방수용 부재가 안정적인 고정 상태를 유지할 수 있으므로 전지팩의 안전성을 더욱 향상시킬 수 있다.
한편, 상기 배터리 제어 시스템을 방수용 부재로 밀봉할 경우, 작동시 발생되는 열은 시스템 내부에 축적될 수 있다. 그러나, 현재 사용되고 있거나 그것을 기반으로 개량될 수 있는 시스템에서, 가장 높은 동작온도를 가진 전원공급부품으로 인한 온도 상승이 상온을 기준으로 최대 8℃에 지나지 않으므로, 발생열의 축적에 대한 문제는 제기되지 않는다.
본 발명에서, 상기 방수용 부재는 상기 본체 및 커버의 계면에 적용될 수 있는 구조라면 특별히 제한되는 것은 아니며, 상기 계면의 형상에 따라 변동 가능한 구조로 이루어져 있다. 구체적으로, 상기 방수용 부재는 O-링(ring)인 것이 바람직하며, 그것을 따라 본체 및 커버의 체결부위와 대응하는 별도의 체결구조가 구비되어 있는 형태일 수 있다.
하나의 바람직한 예에서, 상기 하우징의 본체 측벽에는 내면에 나사선을 가진 체결용 홈이 형성되어 있고, 그에 상응하는 커버에는 관통홈이 형성되어 있으며, 상기 관통홈과 체결용 홈에 별도의 나사를 삽입 및 체결함으로써, 상기 하우징의 본체 및 커버를 결합할 수 있다. 이때, 상기 체결용 홈은, 구체적으로 본체의 측벽에서 상기 커버와의 계면에 형성되어 있을 수 있으며, 본체의 측벽에서 그것의 내부로 돌출되어 있는 연장부의 계면에 형성되어 있을 수도 있다.
이러한 구조에서, 상기 O-링은 커버의 관통홈에 대응하는 체결구를 포함하고 있으며, 상기 나사에 의한 체결시 하우징 부재와 함께 체결되어 있다. 즉, 상기 나사는 커버의 관통홈 및 O-링의 체결구를 관통하여 본체의 체결용 홈에 체결될 수 있다. 여기서, 상기 O-링의 체결구는 상기 본체의 관통홈에 따라 그 형태가 달라질 수 있다. 예를 들어, 상기에서 설명한 바와 같이, 상기 관통홈이 본체의 측벽에서 커버와의 계면에 형성되어 있는 경우에는 O-링 자체를 관통하는 형태의 체결구일 수 있으며, 상기 관통홈이 본체의 측벽에서 그것의 내부로 돌출되어 있는 연장부의 계면에 형성되어 있을 경우에는 O-링에 붙어있는 형태의 체결구일 수 있다.
본 발명에서, 상기 방수용 부재는 내구성이 우수하고 탄성을 가진 소재라면 특별히 제한되지 않고 다양할 수 있으며, 예를 들어, 고무 소재일 수 있다.
하나의 바람직한 예에서, 커넥터와 하우징의 계면에도 방수용 부재가 설치될 수 있다. 즉, 상기 방수용 부재는 커넥터의 장착 위치에 따라 달라질 수도 있지만, 상기 커넥터가 BMS PCB의 일측에서 그것의 외면이 하우징의 본체 및 커버에 모두 접하는 구조일 경우, 커넥터의 외면을 따라 밀착되는 형태로 설치될 수 있다.
또한, 상기 커넥터 및 하우징의 계면에는 상기 본체 및 커버의 계면에서와 같은 체결부위가 적용될 수 있는 바, 이 경우, 상기 커넥터 및 하우징의 계면에 설치되는 방수용 부재에는, 상기 본체 및 커버의 계면에 설치되는 방수용 부재와 같은 구조의 체결구가 형성될 수도 있다. 다만, 상기 커넥터 및 하우징의 계면에 설치되는 방수용 부재는 BMS PCB 및 커넥터가 결합될 때, 상기 방수용 부재의 체결구가 상기 BMS PCB 및 커넥터에 형성되어 있는 체결구들과 함께 별도의 나사에 의하여 체결된다는 점에서 다를 수 있다.
본 발명에서, 상기 계면은 부재들의 접촉면을 의미하지만, 실질적으로 직접 닿지 않았더라도 부재들의 조립과정에서 결합을 이루기 위하여 접하는 부재들의 면을 의미할 수도 있다.
본 발명은 또한 이러한 전지팩 제어 시스템을 포함하고 있는 중대형 전지팩을 제공한다.
본 발명에 따른 중대형 전지팩은 고출력 대용량의 중대형 전지 시스템에 바람직하게 사용될 수 있으며, 상기 고출력 대용량의 범위는 특별히 한정되지 않는다.
예를 들어, 본 발명에 따른 전지팩은 진동, 충격 등과 같이 많은 외력이 가해지는 전기자전거(E-bike), 전기오토바이, 전기자동차, 하이브리드 전기자동차 등과 같은 차량의 동력원 등을 포함한 다양한 분야와 제품들의 전원으로 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 전지팩은 컴팩트한 구조와 안전성 등으로 인해. 전기자동차 또는 하이브리드 전기자동차의 동력원으로 특히 바람직하다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다.
도 1에는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 배터리 제어 시스템을 포함하고 있는 전지팩의 분해 사시도가 모식적으로 도시되어 있고, 도 2는 도 1의 변형예에 따른 시스템의 일부 확대도가 모식적으로 도시되어 있다.
우선 도 1을 참조하면, 배터리 제어 시스템(100)은 전지팩(도시하지 않음)의 작동을 제어하는 BMS PCB(200)와, 그것의 일측에 부착되어 있는 커넥터(300), 및 커넥터(300)의 일부가 외부로 노출된 상태로 BMS PCB(200)를 내장하는 본체(400) 및 그것을 덮는 커버(500)로 이루어진 하우징(400, 500)으로 구성되어 있다. 또한, 그것의 내부로 수분이 침투하는 것을 방지하기 위하여, 본체(400)와 커버(500), 및 커넥터(300)와 하우징(400, 500) 사이에 밀착되는 두 개의 O-링(제 1 O-링, 제 2 O-링: 600, 700)을 포함하고 있다.
본체(400)의 양 측벽(410, 420)에는 내면에 나사선을 가진 체결용 홈(480)들이 내부로 돌출된 형태로 형성되어 있고, 커버(500)에는 체결용 홈(480)들에 상응하는 관통홈(580)들이 형성되어 있으며, 제 1 O-링(600)에는 커버(500)의 관통홈(580)들에 대응하는 체결구(680)들이 형성되어 있다. 따라서, 나사(800)들은, 커버(500)의 관통홈(580)들 및 제 1 O-링(600)의 체결구(680)들을 관통한 뒤, 본체(400)의 체결용 홈(480)에 체결된다. 이와 같이, 제 1 O-링(600)이 그것의 체결구(680)에 의해 본체(400)와 커버(500) 사이에 안정적으로 고정되므로, 외부로부터 진동, 충격 등이 가해지더라도 이탈됨이 없이 안정적인 고정 상태를 유지할 수 있다.
BMS PCB(200)는 본체(400)에 용이하게 장착될 수 있도록, 그것의 양 측부에 관통홈(580) 및 체결구(680)의 외형에 대응하는 만입부(250)가 형성되어 있다.
도 2에서 보는 바와 같이, 커넥터(300)와 하우징(400, 500) 사이에 설치되는 제 2 O-링(701)에도 체결구(791)들이 형성될 수 있다. 이럴 경우, 제 2 O-링(701) 의 체결구(791)은 커넥터(701)의 체결구(도시하지 않음) 및 BMS PCB(200)의 체결구(290)와 더불어 별도의 나사(900)에 의하여 체결될 수 있다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리 제어 시스템은, 고온 및 다습의 환경에서 하우징 내부로 수분이 침투하는 것을 억제하여 BMS PCB의 손상 및 부식을 방지하고, 궁극적으로 전지팩의 신뢰성 및 사용수명을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 중대형 전지팩의 작동을 제어하는 시스템으로서, 전지팩 작동 제어를 위한 회로 및 소자들로 이루어진 인쇄회로기판(BMS PCB)과 그것의 일측에 부착되어 있는 커넥터, 및 상기 커넥터의 일부가 외부로 노출된 상태로 BMS PCB를 내장하는 상하 체결형의 본체 및 커버로 이루어진 하우징으로 구성되어 있고, 상기 하우징의 본체 및 커버 사이에는 그것의 계면을 따라 밀착되며 본체와 커버의 체결부위에 함께 체결되는 구조의 방수용 부재가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 방수용 부재는 O-링(ring)인 것을 특징으로 하는 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 하우징의 본체 측벽에는 내면에 나사선을 가진 체결용 홈이 형성되어 있고, 그에 상응하는 커버에는 관통홈이 형성되어 있으며, 상기 관통홈과 체결용 홈에 나사를 삽입하여 체결하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서, 방수용 부재에는 상기 관통홈에 대응하는 체결구가 형성되어 있어서, 나사에 의한 체결시 하우징 부재와 함께 체결되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 방수용 부재는 내구성이 우수하고 탄성을 가진 소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 커넥터와 하우징의 계면에도 방수용 부재가 설치되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중의 어느 하나에 따른 전지팩 제어 시스템을 포함하고 있는 중대형 전지팩.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 전지팩은 전기자동차 또는 하이브리드 전기자동차의 동력원으로 사용되는 것을 특징으로 하는 중대형 전지팩.
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