(57)【要約】  本発明の一態様による直並列変換装置は、複数のバッテリーセルの正極及び負極のそれぞれに連結される入力板と、入力板から離隔して配置され、外部端子に連結される出力板と、入力板と出力板との間に回転自在に介在されて入力板及び出力板に電気的に連結され、回転を通じて複数のバッテリーセルの直列連結と並列連結とを変換する回転板と、入力板、出力板、回転板が収容されるケースとを含む。
2020521307.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のバッテリーセルの正極及び負極のそれぞれに連結される入力板と、
前記入力板から離隔して配置され、外部端子に連結される出力板と、
前記入力板と前記出力板との間に回転自在に介在されて前記入力板及び前記出力板に電気的に連結された回転板であって、回転を通じて前記複数のバッテリーセルの直列連結と並列連結とを変換する回転板と、
前記入力板、前記出力板及び前記回転板を収容するケースと、
を含む直並列変換装置。
【請求項２】
前記回転板には、前記入力板に接触可能な第１突出部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の直並列変換装置。
【請求項３】
前記出力板には、前記回転板に接触可能な第２突出部が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の直並列変換装置。
【請求項４】
前記入力板、前記回転板及び前記出力板は互いに積層され、前記入力板は固定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の直並列変換装置。
【請求項５】
前記出力板は、前記入力板に近くなる方向と前記入力板から遠くなる方向に移動可能に設けられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の直並列変換装置。
【請求項６】
前記出力板は、前記回転板に接触して前記回転板と一緒に前記入力板に近くなる方向と前記入力板から遠くなる方向に移動することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の直並列変換装置。
【請求項７】
前記出力板及び前記ケースには、固定突起または固定溝が形成され、前記固定突起と前記固定溝との結合によって前記出力板の回転を制限することを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の直並列変換装置。
【請求項８】
前記回転板は、回転自在に設けられた回転軸に連結され、前記出力板には、前記回転軸が挿入されるように貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の直並列変換装置。
【請求項９】
前記回転軸には、
前記回転板を前記入力板から遠くなる方向に移動させる移動手段、及び、
前記回転板を前記入力板に近くなる方向に移動させる弾性部材が結合され、前記ケースには、前記弾性部材が載置される弾性部材載置部、
が形成されていることを特徴とする請求項８に記載の直並列変換装置。
【請求項１０】
前記回転軸には、前記回転板を回転させる回転手段が設けられ、
前記回転手段は、
前記ケースに設けられた複数の第１鋸歯であって、一端部が傾くように第１傾斜部が形成され、互いに所定の間隔だけ離隔した複数の第１鋸歯と、
前記回転軸に結合された複数の第２鋸歯であって、前記第１鋸歯の前記第１傾斜部に対応する第２傾斜部が形成され、互いに所定の間隔だけ離隔した複数の第２鋸歯と、
を含むことを特徴とする請求項８又は９に記載の直並列変換装置。
【請求項１１】
前記回転板の少なくとも一部には、絶縁区域が形成されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の直並列変換装置。
【請求項１２】
前記絶縁区域は、前記回転板の中心部を通過するように直線状に形成されていることを特徴とする請求項１１に記載の直並列変換装置。
【請求項１３】
前記回転板の回転によって、前記回転板がいずれか一つのセルの正極と他の一つのセルの負極とに同時に連結される同時連結領域を含むことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の直並列変換装置。
【請求項１４】
請求項１〜請求項１３のいずれか一項に記載の直並列変換装置と、
前記直並列変換装置に連結される複数のバッテリーセルと、
前記直並列変換装置を通じて前記複数のバッテリーセルに電気的に連結されて前記バッテリーセルを制御するバッテリー管理ユニットと、
を含む、直並列変換装置を備えたバッテリーモジュール。
【請求項１５】
前記回転板の回転によって、前記回転板がいずれか一つのセルの正極と他の一つのセルの負極とに同時に連結される同時連結領域を含み、
前記バッテリー管理ユニットが前記同時連結領域に連結されることを特徴とする請求項１４に記載の直並列変換装置を備えたバッテリーモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直並列変換装置及びそれを備えたバッテリーモジュールに関し、より詳しくは、複数のバッテリーセルを多様な直並列形態に簡単に変換可能な直並列変換装置及びそれを備えたバッテリーモジュールに関する。
【０００２】
本出願は、２０１８年１月３０日出願の韓国特許出願第１０−２０１８−００１１１２７号に基づく優先権を主張し、該当出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に組み込まれる。
【背景技術】
【０００３】
モバイル機器に対する技術開発及び需要の増加とともに、エネルギー源としての二次電池の需要が急増している。二次電池としては、従来、ニッケルカドミウム電池または水素イオン電池が使用されたが、近年、ニッケル系列の二次電池に比べてメモリ効果が殆ど起きず充電及び放電が自在であって、自己放電率が非常に低くてエネルギー密度が高いリチウム二次電池が広く使用されている。
【０００４】
このようなリチウム二次電池は、主にリチウム系酸化物及び炭素材をそれぞれ正極活物質及び負極活物質として使用する。リチウム二次電池は、このような正極活物質及び負極活物質がそれぞれ塗布された正極板及び負極板がセパレータを介在して配置された電極組立体と、電極組立体を電解液とともに密封収納する外装材、すなわち電池ケースとを備える。
【０００５】
リチウム二次電池は、正極、負極、これらの間に介在されるセパレータ及び電解質からなり、正極活物質及び負極活物質の種類によってリチウムイオン電池（ＬＩＢ）、リチウムポリマー電池（ＰＬＩＢ）などに分けられる。通常、このようなリチウム二次電池の電極は、アルミニウムまたは銅のシート、メッシュ、フィルム、ホイルなどの集電体に正極または負極の活物質を塗布し乾燥することで形成される。
【０００６】
従来、スライディング方式の直並列スイッチを使用して複数のバッテリーセルの連結関係を直列または並列に変換する技術が開示されている。しかし、このようにスライディング方式の直並列スイッチを使用する場合、バッテリーセルの連結が単調（monotonous）になる。また、複雑に連結されたバッテリーセルをスイッチングするためにはスイッチを長くするか又はスイッチの個数を増やさなければならず、体積が増加する問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、複数のバッテリーセルを多様な直並列形態に簡単に変換できる直並列変換装置及びそれを備えたバッテリーモジュールを提供することを目的とする。
【０００８】
また、全体体積の増加を防止できる直並列変換装置及びそれを備えたバッテリーモジュールを提供することを目的とする。
【０００９】
また、入力板または出力板に連結されたワイヤの絡みを防止できる直並列変換装置及びそれを備えたバッテリーモジュール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】
【００１０】
本発明の一態様によれば、複数のバッテリーセルの正極及び負極のそれぞれに連結される入力板と、前記入力板から離隔して配置され、外部端子に連結される出力板と、前記入力板と前記出力板との間に回転自在に介在されて前記入力板及び前記出力板に電気的に連結された回転板であって、回転を通じて前記複数のバッテリーセルの直列連結と並列連結とを変換する回転板と、前記入力板、前記出力板及び前記回転板を収容するケースとを含む直並列変換装置が提供される。
【００１１】
また、前記回転板には、前記入力板に接触可能な第１突出部が形成され得る。
【００１２】
そして、前記出力板には、前記回転板に接触可能な第２突出部が形成され得る。
【００１３】
また、前記入力板、前記回転板及び前記出力板は互いに積層され、前記入力板は固定され得る。
【００１４】
そして、前記出力板は、前記入力板に近くなる方向と前記入力板から遠くなる方向に移動可能に設けられ得る。
【００１５】
また、前記出力板は、前記回転板に接触して前記回転板と一緒に前記入力板に近くなる方向と前記入力板から遠くなる方向に移動し得る。
【００１６】
そして、前記出力板及び前記ケースには、固定突起または固定溝が形成され、前記固定突起と前記固定溝との結合によって前記出力板の回転を制限し得る。
【００１７】
また、前記回転板は、回転自在に設けられた回転軸に連結され、前記出力板には、前記回転軸が挿入されるように貫通孔が形成され得る。
【００１８】
そして、前記回転軸には、前記回転板を前記入力板から遠くなる方向に移動させる移動手段、及び前記回転板を前記入力板に近くなる方向に移動させる弾性部材が結合され、前記ケースには、前記弾性部材が載置される弾性部材載置部が形成され得る。
【００１９】
また、前記回転軸には、前記回転板を回転させる回転手段が設けられ、前記回転手段は、前記ケースに設けられた複数の第１鋸歯であって、一端部が傾くように第１傾斜部が形成され、互いに所定の間隔だけ離隔した複数の第１鋸歯と、前記回転軸に結合された複数の第２鋸歯であって、前記第１鋸歯の前記第１傾斜部に対応する第２傾斜部が形成され、互いに所定の間隔だけ離隔した複数の第２鋸歯とを含み得る。
【００２０】
そして、前記回転板の少なくとも一部には、絶縁区域が形成され得る。
【００２１】
また、前記絶縁区域は、前記回転板の中心部を通過するように直線状に形成され得る。
【００２２】
そして、前記回転板の回転によって、前記回転板がいずれか一つのセルの正極と他の一つのセルの負極とに同時に連結される同時連結領域を含み得る。
【００２３】
一方、本発明の他の態様によれば、上述した直並列変換装置と、前記直並列変換装置に連結される複数のバッテリーセルと、前記直並列変換装置を通じて前記複数のバッテリーセルに電気的に連結されて前記バッテリーセルを制御するバッテリー管理ユニット（ＢＭＵ：Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ）とを含む、直並列変換装置を備えたバッテリーモジュールが提供される。
【００２４】
また、前記回転板の回転によって、前記回転板がいずれか一つのセルの正極と他の一つのセルの負極とに同時に連結される同時連結領域を含み、前記バッテリー管理ユニットが前記同時連結領域に連結され得る。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の一態様によれば、入力板、回転板及び出力板によって複数のバッテリーセルを多様な直並列形態に簡単に変換することができる。
【００２６】
また、回転板の全体面積は維持しながら、必要なときに回転板の面積分割個数のみを増加させることで、より複雑な直並列連結の変換が可能であるため、全体体積の増加を防止することができる。
【００２７】
また、入力板及び出力板は回転しないように構成されるため、入力板または出力板に連結されたワイヤの絡みを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態による直並列変換装置が備えられたバッテリーモジュールの概略図である。
【図２】本発明の一実施形態による直並列変換装置の断面図である。
【図３】本発明の一実施形態による直並列変換装置において、入力板、出力板及びケースの分解斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態による直並列変換装置において、回転手段によって回転軸が回転する過程を示した図である。
【図５】本発明の一実施形態による直並列変換装置において、回転手段によって回転軸が回転する過程を示した図である。
【図６】本発明の一実施形態による直並列変換装置において、回転手段によって回転軸が回転する過程を示した図である。
【図７】本発明の一実施形態による直並列変換装置において、回転手段によって回転軸が回転する過程を示した図である。
【図８】本発明の一実施形態による直並列変換装置において、一例による直並列連結のための入力板（ａ）、回転板（ｂ）、出力板（ｃ）を分離して示した概略図である。
【図９】図８に示されたてバッテリーセルが直並列連結される様子を示した図である。
【図１０】本発明の一実施形態による直並列変換装置において、他の例による直並列連結のための入力板（ａ）、回転板（ｂ）、出力板（ｃ）を分離して示した概略図である。
【図１１】図１０に示されたバッテリーセルが直並列連結される様子を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施形態を詳しく説明する。本明細書及び請求範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解釈されねばならない。したがって、本明細書に記載された実施形態及び図面に示された構成は、本発明のもっとも望ましい一実施形態に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを代弁するものではないため、本出願の時点においてこれらに代替できる多様な均等物及び変形例があり得ることを理解せねばならない。
【００３０】
図面において、各構成要素またはその構成要素を成す特定部分の大きさは、説明の便宜上及び明確性のため、誇張、省略または概略して示された。したがって、各構成要素の大きさは実際の大きさを専ら反映するものではない。また、関連する公知機能又は構成についての具体的な説明が本発明の要旨を不明瞭にし得ると判断される場合、その説明は省略する。
【００３１】
さらに、本明細書で使われる「結合」または「連結」との用語は、一つの部材と他の部材との直接結合または直接連結だけでなく、継ぎ部材を介在した一つの部材と他の部材との間接結合または間接連結も含む。
【００３２】
図１は本発明の一実施形態による直並列変換装置が備えられたバッテリーモジュールの概略図であり、図２は本発明の一実施形態による直並列変換装置の断面図であり、図３は本発明の一実施形態による直並列変換装置で入力板、出力板及びケースの分解斜視図である。
【００３３】
図１〜図３を参照すれば、本発明の一実施形態による直並列変換装置１０は、入力板１００、出力板２００、回転板３００及びケース４００を含む。
【００３４】
入力板１００は、複数のバッテリーセル２０の正極及び負極のそれぞれに連結される。例えば、入力板１００は、８個の分割面を有し得（図８の（ａ）及び図１０の（ａ）を参照）、８個の分割面のそれぞれに４個のバッテリーセル２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄの正極及び負極が連結される。すなわち、円形で形成された入力板１００が等しい面積を有するように８等分され、８等分された入力板１００の８個の分割面に４個のバッテリーセル２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄの正極及び負極が連結される。ここで、バッテリーセル２０を４個にし、入力板１００を８等分して設けることは一例示に過ぎず、バッテリーセル２０の個数及び入力板１００の分割面の個数は多様であり得る。また、必要に応じて、入力板１００の分割面が等しくなく、相異なる面積を有しても良い。以下、説明の便宜上、入力板１００が同一面積の８等分に分割され、バッテリーセル２０が４個である場合について説明する。
【００３５】
入力板１００は、多様な方式でバッテリーセル２０の負極及び正極に連結され、例えば導電体であるワイヤ５０を介して連結され得る（図１を参照）。ただし、連結方式がワイヤ５０に限定されることはない。
【００３６】
入力板１００は、ケース４００に収容され、多様な方式でケース４００に固定される。例えば、ケース４００に固定溝（図示せず）が形成され、入力板１００に固定突起（図示せず）が形成されて、ケース４００の固定溝（図示せず）と入力板１００の固定突起（図示せず）とが結合されることで入力板１００がケース４００に固定され得る。または、図３を参照すれば、ケース４００に固定突起４１０が形成され、入力板１００に固定溝１１０が形成されて、ケース４００の固定突起４１０と入力板１００の固定溝１１０とが結合されることで入力板１００がケース４００に固定され得る。後述するが、回転板３００は、入力板１００に近くなる方向と入力板１００から遠くなる方向に直線的に移動でき、回転することもできる。そして、出力板２００は、回転はできないが、回転板３００に接触して回転板３００と一緒に入力板１００に近くなる方向と入力板１００から遠くなる方向に直線的に移動することができる。しかし、入力板１００は、ケース４００に完全に固定されているため、直線的な移動も回転もできない。
【００３７】
入力板１００は、回転板３００及び出力板２００が互いに積層されるように配置される。例えば、図２を参照すれば、入力板１００が図２を基準にして左側に配置され、出力板２００が図２を基準にして右側に配置され、回転板３００が入力板１００と出力板２００との間に配置されて、相互接触して電気的に連結されている。後述するが、バッテリーセル２０の直列連結と並列連結とを変換するときは、回転板３００が入力板１００から離れて回転し、再び入力板１００に接触する。これについて詳しくは後述する。
【００３８】
出力板２００は、入力板１００から離隔して配置される。ここで、バッテリーセル２０の電圧がバッテリーセル２０に電気的に連結された入力板１００、回転板３００及び出力板２００を通って出力され、このように出力された電圧が各種の電子機器、電子装置または自動車などの外部端子４０に連結されて各種電子機器、電子装置または自動車に供給される。
【００３９】
出力板２００は、多様な方式で外部端子４０に連結され、例えば導電体であるワイヤ６０を介して連結され得る（図１を参照）。ただし、連結方式がワイヤ６０に限定されることはない。
【００４０】
出力板２００は、ケース４００に収容され、多様な方式でケース４００に固定される。例えば、ケース４００に固定溝（図示せず）が形成され、出力板２００に固定突起（図示せず）が形成されて、ケース４００の固定溝（図示せず）と出力板２００の固定突起（図示せず）とが結合されることで出力板２００がケース４００に固定され得る。または、図３を参照すれば、ケース４００に固定突起４２０が形成され、出力板２００に固定溝２２０が形成されて、ケース４００の固定突起４２０と出力板２００の固定溝２２０とが結合されることで出力板２００がケース４００に固定され得る。このように出力板２００がケース４００に固定されることで、回転板３００の回転方向に回転することが制限される。ただし、出力板２００は固定溝２２０が固定突起４２０に沿って直線的に移動することはできる。すなわち、出力板２００は、図２を参照すれば、図２を基準にして左右方向、すなわち矢印のＮ方向またはＦ方向に直線的に移動することはできるが、回転はできない。このように入力板１００及び出力板２００が回転できないようにケース４００に固定されるため、入力板１００とバッテリーセル２０とを連結するワイヤ５０同士、及び出力板２００と外部端子４０とを連結するワイヤ６０同士が互いに絡まず、これによって入力板１００とバッテリーセル２０との電気的連結、及び出力板２００と外部端子４０との電気的連結を安定させることができる。すなわち、例えば、入力板１００が回転するように設けられれば、入力板１００とバッテリーセル２０とを連結する複数のワイヤ５０が互いに絡んで電気的連結が不安定になり、さらに入力板１００の回転数が増加すれば、互いに絡んだワイヤ５０の張力によってそれ以上回転できなくなる問題も生じる。そして、このような問題は出力板２００が回転するように設けられる場合にも同様に生じる。しかし、本発明の一実施形態による直並列変換装置１０は、入力板１００及び出力板２００が回転できないように構成され、入力板１００と出力板２００との間で回転板３００のみが回転するため、上述したような問題、すなわち、入力板１００または出力板２００に連結されたワイヤ５０、６０の絡みによる各種の問題を防止することができる。
【００４１】
出力板２００には、回転板３００に接触可能な第２突出部２１０が形成される。すなわち、第２突出部２１０を通じて出力板２００と回転板３００とが電気的に連結されるため、第２突出部２１０は接点の機能を有する。第２突出部２１０は、多様な個数及び多様な形状を有し得、出力板２００と一体的に製作されても良く、溶接などによって出力板２００に結合されても良い。
【００４２】
出力板２００は、入力板１００に近くなる方向、すなわち、図２のＮ方向と、入力板１００から遠くなる方向、すなわち、図２のＦ方向に移動するように設けられ、このとき、出力板２００の第２突出部２１０が回転板３００に接触して、回転板３００と一緒に入力板１００に近くなる方向と入力板１００から遠くなる方向に移動することができる。後述するように、回転板３００が入力板１００から遠くなる方向に移動すれば、回転板３００に接触した第２突出部２１０と出力板２００も回転板３００と一緒に入力板１００から遠くなる。そして、弾性部材６００の弾性回復力が作用すれば、出力板２００と回転板３００が入力板１００に近くなる方向に移動するが、このとき、回転板３００は回転手段７００によって回転でき、上述したように出力板２００は回転できないため、回転板３００は第２突出部２１０に接触したまま回転する。ここで、回転板３００と第２突出部２１０との接触摩擦力を減少できるように、回転板３００に接触する第２突出部２１０の端部には丸み付けられた曲面が形成され得る。
【００４３】
回転板３００は、図２に示されたように、入力板１００と出力板２００との間に回転自在に介在され、入力板１００と出力板２００とに電気的に連結される。そして、回転板３００は、回転を通じて複数のバッテリーセル２０の直列連結と並列連結とを変換させることができる。ここで、回転板３００には、入力板１００に接触可能な第１突出部３１０が形成される。すなわち、第１突出部３１０を通じて回転板３００と入力板１００とが電気的に連結されるため、第１突出部３１０は接点の機能を有する。第１突出部３１０は、多様な個数及び多様な形状を有し得、回転板３００と一体的に製作されても良く、溶接などによって回転板３００に結合されても良い。
【００４４】
回転板３００は、入力板１００に近くなる方向、すなわち、図２のＮ方向と、入力板１００から遠くなる方向、すなわち、図２のＦ方向とに移動するように設けられる。例えば、図２を参照すれば、回転板３００は、回転自在に設けられた回転軸３２０に連結されて、回転軸３２０の回転によって回転板３００も回転することになる。このとき、出力板２００には回転軸３２０が挿入されるように貫通孔２３０（図３を参照）が形成され得る。回転軸３２０は多様な方式で回転することができる。例えば、回転軸３２０にモーターなどの動力源を結合して回転軸３２０を回転させても良く、または、回転軸３２０に回転板３００を回転させる回転手段７００を設けても良い。
【００４５】
図４〜図７は、本発明の一実施形態による直並列変換装置において、回転手段によって回転軸が回転する過程を示した図である。
【００４６】
図４〜図７を参照すれば、回転手段７００は複数の第１鋸歯７１０及び複数の第２鋸歯７２０を含む。複数の第１鋸歯７１０は、ケース４００に設けられ、その一端部が傾くように形成された第１傾斜部７１１を有する。ここで、複数の第１鋸歯７１０は互いに所定の間隔だけ離隔している。第１鋸歯７１０同士の所定の間隔は等しいことが望ましいが、これに限定されない。複数の第２鋸歯７２０は、回転軸３２０に結合され、第１鋸歯７１０の第１傾斜部７１１に対応する第２傾斜部７２１が形成されている。複数の第２鋸歯７２０は互いに所定の間隔だけ離隔している。第２鋸歯７２０同士の所定の間隔は、第１鋸歯７１０同士の所定の間隔と同様に、等しいことが望ましいが、これに限定されない。回転手段７００である第１鋸歯７１０及び第２鋸歯７２０によって回転軸３２０が回転する過程について説明する。図４を参照すれば、参照符号Ａで示されたある一つの第１鋸歯７１０に対し、図４を基準にして右側に参照符号Ｂで示されたある一つの第２鋸歯７２０が位置する。そして、図４において回転軸３２０が、例えばソレノイドによって入力板１００から遠くなる方向、すなわち、図４のＸ方向に移動すれば、参照符号Ａで示された第１鋸歯７１０と参照符号Ｂで示された第２鋸歯７２０とは、図５のように位置する。ただし、回転軸３２０を移動させる手段がソレノイドに限定されることはなく、ステッピングモーターなどの各種の動力源が回転軸３２０を入力板１００から遠くなる方向に移動させるように設けられても良い。そして、参照符号Ａで示された第１鋸歯７１０と参照符号Ｂで示された第２鋸歯７２０とが図５のように位置すれば、ソレノイドの作動が中止し、回転軸３２０が、例えば弾性部材６００の弾性回復力によって入力板１００に近くなる方向、すなわち、図６のＹ方向に移動する。このとき、参照符号Ｂで示された第２鋸歯７２０の第２傾斜部７２１が参照符号Ａで示された第１鋸歯７１０の第１傾斜部７１１に沿ってＹ方向に移動しながら、回転軸３２０が図６の矢印Ｋの方向に回転し、これによって図７のように、参照符号Ｂで示された第２鋸歯７２０は参照符号Ａで示された第１鋸歯７１０に対し、図７を基準にして左側に位置するようになる。このような方式で所定の角度だけ回転軸３２０が回転することができ、回転軸３２０に結合された回転板３００も回転することができる。すなわち、回転板３００は、入力板１００から遠くなる方向に移動して、第１突出部３１０が入力板１００から離れた状態、すなわち回転板３００と入力板１００とが互いに接触しない状態で回転する。回転板３００はモーターなどによって回転されても良く、上述した回転手段７００によって回転されても良い。回転板３００がモーターなどによって回転されれば、回転板３００が入力板１００から離れた状態で回転し、回転が完了すれば入力板１００側に移動して入力板１００に接触するように構成される。そして、回転板３００が回転手段７００、すなわち、複数の第１鋸歯７１０と複数の第２鋸歯７２０によって回転されれば、回転板３００が入力板１００から離れた後、入力板１００側に移動しながら同時に回転するように構成される。
【００４７】
回転板３００は、入力板１００から遠くなる方向、例えば図２のＦ方向と、入力板１００に近くなる方向、例えば図２のＮ方向に移動することができる。回転板３００の移動のため、回転板３００に結合された回転軸３２０を移動させる移動手段５００及び弾性部材６００が備えられる。移動手段５００は、回転軸３２０に結合されて、回転板３００を入力板１００から遠くなる方向に移動させる。移動手段５００は、例えばソレノイドを含むが、これに限定されず、モーターなどの各種の動力源を含み得る。弾性部材６００は、回転軸３２０に結合されて、回転板３００を入力板１００に近くなる方向に移動させる。そのため、ケース４００には弾性部材６００が載置される弾性部材載置部４３０が形成される。図２を参照すれば、移動手段５００によって回転軸３２０がＦ方向に移動すれば、回転軸３２０に結合された回転板３００だけでなく、回転板３００に接触した出力板２００もＦ方向に一緒に移動する。そこで、弾性部材６００は出力板２００によって収縮する。そして、移動手段５００の作動が停止すれば、弾性部材６００の弾性回復力によって出力板２００がＮ方向に移動し、出力板２００に接触した回転板３００もＮ方向に移動する。そして、上述したように、回転板３００がＮ方向に移動しながら、回転手段７００によって所定の角度だけ回転する。ここで、弾性部材６００は、弾性を有する多様な材質を含み、例えばコイルスプリングを含み得る。
【００４８】
回転板３００の少なくとも一部には、絶縁区域３３０が形成される（図８の（ｂ）及び図１０の（ｂ）を参照）。ここで、絶縁区域３３０は、回転板３００の中心部を通過するように直線状に形成され得る。このような絶縁区域３３０によって、回転板３００が出力板２００に接触した状態で回転して入力板１００に接触しても、短絡することを防止することができる。ただし、絶縁区域３３０の形状及び位置は、必要に応じて多様であり得る。
【００４９】
回転板３００は、回転板３００の回転によっていずれか一つのセルの正極と他の一つのセルの負極とに同時に連結される同時連結領域３４０を含み得る（図１０の（ｂ）を参照）。例えば、図１０の（ｂ）に示された一つの同時連結領域３４０であるＩ’領域は、第１バッテリーセル２０ａの正極及び第２バッテリーセル２０ｂの負極に連結され、他の一つの同時連結領域３４０であるＩＩＩ’領域は第３バッテリーセル２０ｃの負極及び第４バッテリーセル２０ｄの正極に連結される。このような同時連結領域３４０にはバッテリー管理ユニット３０（ＢＭＵ）が連結される。これについて詳しくは後述する。
【００５０】
ケース４００には、入力板１００、出力板２００及び回転板３００が収容される。ケース４００には、入力板１００が固定されるように固定溝（図示せず）または固定突起４１０が形成され、出力板２００が固定されるように固定溝（図示せず）または固定突起４２０が形成され得る。そして、ケース４００には、回転板３００が回転及び移動できるように駆動溝４４０（図２を参照）が形成される。すなわち、回転板３００は、ケース４００に形成された駆動溝４４０内で回転し、さらに、図２のＮ方向及びＦ方向に移動することができる。
【００５１】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態による直並列変換装置１０の作用及び効果について説明する。
【００５２】
図１及び図２を参照すれば、ケース４００の内部に入力板１００、回転板３００及び出力板２００が順に積層される。ここで、入力板１００、出力板２００及び回転板３００は円形で形成され得る。入力板１００はケース４００に固定される。そして、回転板３００は、入力板１００から離れるか又は入力板１００に接触するように移動できるだけでなく、入力板１００から離れた状態で回転することもできる。そして、出力板２００は、ケース４００に結合されて回転は制限されるが、回転板３００に接触して回転板３００と一緒に入力板１００から遠くなるか又は入力板１００に近くなる方向に移動することができる。このように、回転板３００が入力板１００から離れて回転した後、入力板１００に接触すれば、複数のバッテリーセル２０の電気的連結状態が変換される。以下、このような複数のバッテリーセル２０の電気的連結状態の変換について図面を参照して説明する。
【００５３】
図８の（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施形態による直並列変換装置において、一例による直並列連結のための入力板、回転板、出力板を分離して示した概略図であり、図９は図８に示されたてバッテリーセルが直並列連結される様子を示した図であり、図１０の（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施形態による直並列変換装置において、他の例による直並列連結のための入力板、回転板、出力板を分離して示した概略図であり、図１１は図１０に示されたバッテリーセルが直並列連結される様子を示した図である。
【００５４】
図８の（ａ）〜（ｃ）には、入力板１００、回転板３００及び出力板２００が同一平面に示されている。
【００５５】
図８の（ａ）〜（ｃ）を参照すれば、入力板１００は８個の分割面を有し、８個の分割面のそれぞれに４個のバッテリーセル２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄの正極及び負極が連結される。そして、回転板３００は、Ｉ領域で第１バッテリーセル２０ａの負極及び第２バッテリーセル２０ｂの負極に連結され、これは図９のＩ領域に対応する。そして、回転板３００は、ＩＩ領域で第３バッテリーセル２０ｃの負極及び第４バッテリーセル２０ｄの負極に連結され、これは図９のＩＩ領域に対応する。そして、回転板３００は、ＩＩＩ領域で第１バッテリーセル２０ａの正極及び第２バッテリーセル２０ｂの正極に連結され、これは図９のＩＩＩ領域に対応する。そして、回転板３００は、ＩＶ領域で第３バッテリーセル２０ｃの正極及び第４バッテリーセル２０ｄの正極に連結され、これは図９のＩＶ領域に対応する。一方、出力板２００は回転することができず、単に回転板３００の回転によって出力の連結状態が変換される。すなわち、出力板２００のＸ領域には外部端子４０の負極が連結され、出力板２００のＹ領域には外部端子４０の正極が連結される。これは図９のＸ及びＹに対応する。回転板３００が回転して図８の（ｂ）のように位置する場合、４個のバッテリーセル２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄは図９のように並列で連結される。
【００５６】
そして、回転板３００が回転して図１０の（ｂ）のように位置する場合について説明する。図１０の（ａ）〜（ｃ）も、図８の（ａ）〜（ｃ）と同様に、入力板１００、回転板３００及び出力板２００が同一平面に示されている。
【００５７】
図１０の（ａ）〜（ｃ）を参照すれば、入力板１００は図８の（ａ）と同様に８個の分割面を有し、８個の分割面のそれぞれに４個のバッテリーセル２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄの正極及び負極が連結される。そして、回転板３００は、Ｉ’領域で第１バッテリーセル２０ａの正極及び第２バッテリーセル２０ｂの負極に連結され、これは図１１のＩ’領域に対応する。図１０の（ｂ）において、回転板３００のＩ’領域は出力板２００のＶＭに連結される領域であって、同時連結領域３４０に該当し、出力板２００を通じてバッテリー管理ユニット３０が連結される。そして、回転板３００は、ＩＩ’領域で第１バッテリーセル２０ａの負極及び第４バッテリーセル２０ｄの負極に連結され、これは図１１のＩＩ’領域に対応する。そして、回転板３００は、ＩＩＩ’領域で第３バッテリーセル２０ｃの負極及び第４バッテリーセル２０ｄの正極に連結され、これは図１１のＩＩＩ’領域に対応する。図１０の（ｂ）において、回転板３００のＩＩＩ’領域は出力板２００のＶＭに連結される領域であって、同時連結領域３４０に該当し、出力板２００を通じてバッテリー管理ユニット３０が連結される。そして、回転板３００は、ＩＶ’領域で第２バッテリーセル２０ｂの正極及び第３バッテリーセル２０ｃの正極に連結され、これは図１１のＩＶ’領域に対応する。一方、出力板２００は回転することができず、単に回転板３００の回転によって出力の連結状態が変換される。図１０の（ｃ）及び図１１の連結では、回転板３００の極性と出力板２００の極性とが同一である。回転板３００が回転して図１０の（ｂ）のように位置する場合、図１１のように第１バッテリーセル２０ａと第２バッテリーセル２０ｂとは直列で連結され、第３バッテリーセル２０ｃと第４バッテリーセル２０ｄとも直列で連結され、それぞれ直列で連結された第１バッテリーセル２０ａ及び第２バッテリーセル２０ｂと、第３バッテリーセル２０ｃ及び第４バッテリーセル２０ｄとは並列で連結される。このように、回転板３００の回転によってバッテリーセル２０の直並列連結を多様に変換することができる。ここでは、入力板１００が８個の分割面を有して４個のバッテリーセル２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄに連結されているが、入力板１００の分割面及びバッテリーセル２０の個数を変化させれば、より多様な直並列連結の変換が可能である。一方、入力板１００と出力板２００はいずれも回転できないため、入力板１００とバッテリーセル２０とを連結するワイヤ５０、及び出力板２００と外部端子４０とを連結するワイヤ６０が最初の位置を維持し続け、ワイヤ５０、６０の絡みを防止することができる。
【００５８】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態による直並列変換装置を備えたバッテリーモジュール１について説明する。
【００５９】
図１を参照すれば、本発明の一実施形態による直並列変換装置を備えたバッテリーモジュール１は、直並列変換装置１０、複数のバッテリーセル２０、及びバッテリー管理ユニット３０を含む。
【００６０】
直並列変換装置１０については上述した説明で代替する。
【００６１】
バッテリーセル２０は、例えば円筒型、角形またはパウチ型などの多様な形態であり得、本実施形態では複数のバッテリーセル２０が備えられ、複数のバッテリーセル２０が直並列変換装置１０に連結される。そして、それぞれのバッテリーセル２０には電極リードが備えられる。バッテリーセル２０に備えられる電極リードは、外部に露出して外部機器に連結される一種の端子であって、伝導性材質からなり得る。電極リードは、正極電極リード及び負極電極リードを含む。正極電極リードと負極電極リードとは、バッテリーセル２０の長手方向で互いに逆方向に配置しても良く、バッテリーセル２０の長手方向で同じ方向に位置しても良い。バッテリーセル２０の電極リードはワイヤ５０を介して入力板１００に連結される。バッテリーセル２０は、正極板−セパレータ−負極板の順に配列される単位セル、または、正極板−セパレータ−負極板−セパレータ−正極板−セパレータ−負極板の順に配列されたバイセル（Ｂｉ−Ｃｅｌｌ）を電池容量に合わせて複数個積層させた構造を有し得る。
【００６２】
バッテリー管理ユニット３０は、直並列変換装置１０を通じて複数のバッテリーセル２０に電気的に連結されてバッテリーセル２０を制御する。例えば、バッテリー管理ユニット３０は、バッテリーセル２０の作動を制御する保護回路を含み得、または、バッテリーセル２０に連結されてバッテリーセル２０の充電または放電を制御し、バッテリーセル２０の温度などをセンシングすることもできる。ここで、バッテリー管理ユニット３０が連結される直並列変換装置１０は回転板３００を含み、回転板３００は回転板３００の回転によっていずれか一つのセルの正極と他の一つのセルの負極とに同時に連結される同時連結領域３４０を含み、このような同時連結領域３４０にバッテリー管理ユニット３０が連結され得る。すなわち、バッテリー管理ユニット３０は、同時連結領域３４０に連結されてバッテリーセル２０の温度などをセンシングするか、充電または放電を制御するか、または、バッテリーセル２０を保護する保護回路を制御することができる。
【００６３】
以上のように、本発明を限定された実施形態と図面によって説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者によって本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明は、直並列変換装置及びそれを備えたバッテリーモジュールに関し、特に、二次電池関連産業に適用可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１  バッテリーモジュール
１０  直並列変換装置
２０  バッテリーセル
２０ａ  第１バッテリーセル
２０ｂ  第２バッテリーセル
２０ｃ  第３バッテリーセル
２０ｄ  第４バッテリーセル
３０  バッテリー管理ユニット
４０  外部端子
５０  ワイヤ
６０  ワイヤ
１００  入力板
１１０  固定溝
２００  出力板
２１０  第２突出部
２２０  固定溝
２３０  貫通孔
３００  回転板
３１０  第１突出部
３２０  回転軸
３３０  絶縁区域
３４０  同時連結領域
４００  ケース
４１０  固定突起
４２０  固定突起
４３０  弾性部材載置部
４４０  駆動溝
５００  移動手段
６００  弾性部材
７００  回転手段
７１０  第１鋸歯
７１１  第１傾斜部
７２０  第２鋸歯
７２１  第２傾斜部
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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