KR101028291B1 - 배터리 팩과 부하 간의 스위치부 제어장치 및 방법, 그리고 상기 장치를 포함하는 배터리 팩 및 배터리 관리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리 팩과 부하 간의 스위치부 제어장치 및 방법, 그리고 상기장치를 포함하는 배터리 팩 및 배터리 관리장치를 개시한다. 본 발명에 따른 스위치부 제어장치는, 배터리 팩과 부하의 연결을 제어하는 제1 및 제2스위치부의 턴오프 회수 및 순서를 전류범위에 따라 저장하는 메모리; 및 방전전류의 크기 레벨이 속한 전류범위에 대응하는 턴오프 회수 및 순서를 참조하여 상기 제1 및 제2스위치부의 턴오프 순서를 균등화하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 배터리 팩과 부하의 연결 해제시 부하 측으로 인가되는 방전전류의 크기 레벨에 따라 스위치부의 턴오프 회수를 균등화함으로써, 스위치부의 고장 또는 오작동 빈도를 줄이고, 스위치부의 사용 수명을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
배터리 팩, 릴레이 스위치부, 동작 순서 제어

Description

배터리 팩과 부하 간의 스위치부 제어장치 및 방법, 그리고 상기 장치를 포함하는 배터리 팩 및 배터리 관리 장치{Apparatus and Method for switch control between battery pack and load, and Battery pack and Battery management system including the same}
본 발명은 스위치부 제어장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배터리 팩과 부하의 전송 선로 상에 설치된 스위치부의 제어장치 및 방법과, 상기 제어장치를 포함하는 배터리 팩 및 배터리 관리 장치에 관한 것이다.
가솔린, 경유 등의 화석연료에 의하여 구동하는 자동차는 다량의 유해 배기가스를 발생시켜 대기를 오염시키고, 지구 온난화의 주요한 요인으로 작용하여 지구 환경에 많은 폐해를 주고 있다. 이러한 문제점을 해소하기 위해, 화석연료의 사용을 줄이거나, 대체 연료를 이용한 차량의 개발이 활발히 진행되고 있다. 또한 최근에는 고용량 배터리 팩으로부터 전기 에너지를 공급받아 주행이 가능한 HEV(Hybrid Electrical Vehicle) 또는 EV(Electrical Vehicle)에 대한 관심이 증대되고 있다.
상기 HEV는 화석연료를 사용하는 엔진에 의한 주행이 가능하고, 동시에 배터 리 팩으로부터 공급되는 전기 에너지에 의해 구동되는 모터에 의해서도 주행이 가능하다. 상기 HEV는 차량의 제동 또는 감속시 HCU(Hybrid Control Unit)의 제어를 통해 동력모드에서 발전모드로 전환된다. 이때 상기 배터리 팩은 HCU와 접속된 배터리 제어유닛(BMS;Battery Management System)의 제어에 의해 엔진에 연결된 발전기로부터 생산되는 전기에너지에 의해 충전된다. 반대로, 동력모드에서는 상기 배터리 팩이 모터 측으로 전류를 공급함으로써 모터가 차량을 주행시키게 된다.
상기 배터리 팩과, 부하에 해당하는 모터는 릴레이 스위치부를 통해 상호 연결된다. 그리고 릴레이 스위치부를 제어하여 배터리 팩과 부하를 연결하고 해제한다.
도 1은 배터리 팩과 부하가 릴레이 스위치부를 통해 접속되어 있는 상태를 개념적으로 도시한 회로 도이다.
도 1을 참조하여 종래의 릴레이 스위치부 제어방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 배터리 팩(10)을 부하(40)에 연결할 때에는 (??)측 릴레이 스위치부(30)를 온 시킨다. 그런 다음, 프리 차지 스위치부(22)를 온 시켜 프리 차지 스위치부(22)와 직렬 연결된 전류제한 저항(R)에 의해 크기 레벨이 제한된 전류를 부하에 인가한다. 이 상태에서 일정한 시간이 경과되면, (+)측 릴레이 스위치부(20)를 온 시키고 프리 차지 스위치부(22)를 턴오프 시킨다.
여기서, 프리 차지 스위치부(22)를 사용하여 배터리 팩(10)과 부하(40)를 연결하는 이유는 배터리 팩(10)을 부하(40)에 연결할 때 부하(40) 측에 돌입 전류가 인가되는 것을 방지하기 위함이다.
반대로, 배터리 팩(10)과 부하(40)의 연결을 해제할 때에는 미리 정해진 순서에 따라 (+)측 및 (-)측 릴레이 스위치부(20, 30)를 턴오프시켜 배터리 팩(10)과 부하(40)의 연결을 해제한다.
릴레이 스위치부가 턴오프될 때에는 릴레이의 인덕턴스 성분으로 인해 릴레이 스위치부의 접점에서 아크가 발생된다. 발생된 아크는 릴레이 스위치부의 접점에 손상을 줌으로써 릴레이 스위치부의 수명을 단축시킨다.
종래의 릴레이 제어 방법에서는 릴레이 스위치부의 조작 순서가 미리 정해져 있으므로 아크로 인한 릴레이 스위치부의 손상이 어느 한쪽 릴레이 스위치부에 상대적으로 집중된다. 이에 따라, 2개의 릴레이 스위치부 중 어느 한쪽 릴레이 스위치부의 고장 및 오동작 빈도수가 증가하고 스위치부 교체 주기가 단축되는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 배터리 팩과 부하를 연결하는데 사용되는 스위치부의 고장 빈도를 줄이고, 부품 사용 수명을 증가시킬 수 있는 배터리 팩과 부하 간의 스위치부 제어장치 및 방법과, 상기 제어장치를 포함하는 배터리 팩 및 배터리 관리 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩과 부하 간의 스위치부 제어장치는, 배터리 팩과 부하의 연결을 제어하는 제1 및 제2스위치부의 턴오프 회수 및 순서를 전류범위에 따라 저장하는 메모리; 및 방전전류의 크기 레벨이 속한 전류범위에 대응하는 턴오프 회수 및 순서를 상기 메모리로부터 참조하여 상기 제1 및 제2스위치부의 턴오프 순서를 균등화하는 제어부;를 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 제1스위치부는 배터리 팩의 양극과 부하를 연결한 고전위 선로 상에 설치되고, 상기 제2스위치부는 배터리 팩의 음극과 부하를 연결한 저전위 선로 상에 설치될 수 있다.
바람직하게, 상기 제어부는 배터리 팩과 부하의 연결 해제 시 방전전류의 크기 레벨을 검출하고, 메모리에 저장된 전류범위 중 상기 방전전류의 크기 레벨이 속하는 전류범위에 해당하는 스위치부 턴오프 회수와 순서를 메모리로부터 리드하고, 리드된 스위치부 턴오프 회수와 순서를 이용하여 제1 및 제2스위치부의 턴오프 순서를 균등화시킨다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 제어부는 제1 및 제2스위치부 중 턴오프 회수가 작은 스위치부터 턴오프시킨다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 제어부는 제1 및 제2스위치부의 턴오프 회수가 동일하면 가장 최근에 턴오프 동작을 하지 않은 스위치부터 턴오프시킨다.
본 발명에 따른 장치는, 상기 고전위 선로의 바이패스 선로 상에 설치된 프리 차지 스위치부; 및 상기 프리차지 스위치부와 직렬 접속된 전류제한 저항을 더 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 제어부는 배터리 팩과 부하의 연결 시 제2스위치부, 프리 차지 스위치부 및 제1스위치부 순서로 턴온시키고, 상기 제1스위치부가 턴온되면 일정 시간 이후에 프리 차지 스위치부를 턴오프시킨다.
바람직하게, 상기 제어부는 배터리 팩과 부하 간의 연결이 해제된 시점을 기준으로 배터리의 방전전류 크기 레벨이 속하는 전류범위에 해당하는 제1 및 제2스위치부의 턴오프 회수 및 순서를 갱신하여 메모리에 저장한다.
한편, 본 발명에 따른 스위치부 제어장치는, 배터리 팩 내에 구비되거나, 배터리 관리 장치의 일부 구성요소로 포함될 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 부하와 배터리 팩의 연결을 제어하는 스위치부 제어방법은, 배터리 팩과 부하를 연결하는 제1 및 제2스위치부의 턴오프 회수 및 순서를 전류범위에 따라 메모리에 저장하여 관리하는 단계; 배터리 팩과 부하의 연결 해제 시 배터리의 방전전류 크기 레벨을 검출하는 단계; 및 검출된 방전전류 크기 레벨이 속하는 전류범위에 해당하는 제1 및 제2스위치부의 턴오프 회수 및 순서를 상기 메모리로부터 참조하여 제1 및 제2스위치부의 턴오프 순서를 균등화시켜 배터리 팩과 부하의 연결을 해제하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 의하면, 배터리 팩과 부하의 연결 해제시 부하 측으로 인가되는 방전전류의 레벨에 따라 스위치부의 턴오프 회수를 균등화함으로써, 스위치부의 고장 또는 오작동 빈도를 줄이고, 스위치부의 사용 수명을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 팩과 부하 간의 스위치부 제어장치를 도시한 회로 구성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리 팩과 부하 간의 스위치부 제어장치(50)는 부하(40)와 부하(40)에 전원을 공급하는 배터리 팩(10)의 전송선로 상에 배치된 제1스위치부(20), 프리 차지 스위치부(22) 및 제2스위치부(30)의 동작을 전반적으로 제어한다.
상기 제1스위치부(20)는 배터리 팩(10)의 양극과 부하(40)를 연결한 고전위 선로(Pack+) 상에 설치된다. 그리고 상기 제2스위치부(30)는 배터리 팩(10)의 음극과 부하(40)를 연결한 저전위 선로(Pack-) 상에 설치된다. 또한 상기 프리 차지 스위치부(22)는 고전위 선로의 바이 패스 선로(1) 상에 설치되며, 전류 제한 저항(R)과 직렬 접속된다.
바람직하게, 상기 제1스위치부(20), 프리 차지 스위치부(22) 및 제2스위치부(30)는 릴레이 스위치부로 구성한다. 하지만 본 발명은 배터리 팩(10)과 부하(40)를 연결하는 스위치부의 종류에 의해 한정되지 않는다.
상기 배터리 팩(10)은 반복적인 충방전이 가능한 다수의 단위 셀이 직렬 또는 병렬로 연결된 셀 어셈블리를 포함한다. 상기 단위 셀은 울트라 캐패시터를 포함하는 전기 이중층 캐패시터 또는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드늄 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등과 같은 공지의 2차 전지이다.
상기 부하(40)는 배터리 팩(10)으로부터 전원을 공급받아 동력을 생산하는 모터, 배터리 팩(10)으로부터 인가되는 방전전압을 다른 전압 레벨로 변환하는 DC-DC 컨버터 등이다. 하지만 본 발명은 부하(40)의 종류에 의해 한정되지 않으므로, 부하(40)는 배터리 팩(100으로부터 동작 전원을 인가 받는 어떠한 장치나 시스템도 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에 따른 스위치부 제어장치(50)는, 배터리 팩(10)에서 부하(40)로 인가된 방전전류의 크기 레벨 정보와 제1스위치부(20)와 제2스위치부(30)의 턴오프 회수 및 순서(예컨대, 가장 최근 동작 순서)를 저장하는 메모리(54)와, 제1 및 제2스위치부(20, 30)와 프리 차지 스위치부(22)에 동작 제어신호를 인가하여 스위치부들의 동작을 제어하는 제어부(52)를 포함한다.
상기 제어부(52)는 배터리 팩(10)과 부하(40)를 연결할 때에는 제2스위치부(30), 프리 차지 스위치부(22), 및 제1스위치부(20) 순서로 스위치부를 턴온시키고, 제1스위치부(20)가 턴온되면 일정 시간 이후에 프리 차지 스위치부(22)를 턴오 프시킨다. 이러한 스위치부 조작 순서는 도 1을 참조하여 설명한 종래의 스위치부 제어 방법과 동일하다.
상기 제어부(52)는 배터리 팩(10)과 부하(40) 사이의 연결을 해제할 때 제1 및 제2스위치부(20, 30)의 턴오프 순서를 일정하게 유지하지 않고 배터리 팩(10)에서 부하(40)로 인가된 방전전류의 크기 레벨과 함께 방전전류의 크기 레벨에 따른 과거의 스위치부 턴오프 회수와 순서를 메모리(54)로부터 참조하여 현재의 스위치부 턴오프 순서를 변경함으로써 방전전류의 크기 레벨에 따라 제1 및 제2스위치부(20, 30)의 턴오프 순서를 균등화시킨다.
즉, 상기 제어부(52)는 상기 배터리 팩(10)과 부하(40)의 연결 해제 요청이 있으면 배터리 팩(10)에서 부하(40)로 인가된 방전전류의 크기 레벨을 검출하여 방전전류의 크기 레벨이 속하는 전류범위를 메모리(54)에서 식별한다. 그런 다음, 상기 제어부(52)는 식별된 전류범위에 대응하는 제1 및 제2스위치부(20, 30)의 과거 턴오프 회수 및 순서를 상기 메모리(54)로부터 리드한다. 상기 연결 해제 요청은 배터리 관리 장치 등의 외부 장치로부터 입력될 수도 있고, 상기 제어부(52) 내에서 미리 스케쥴링되어 발생될 수도 있다. 그런 다음, 상기 제어부(52)는 제1스위치부(20)와 제2스위치부(30)의 과거 턴오프 회수 및 순서를 고려하여 턴오프 회수가 작은 스위치부터 턴오프 시킨다. 한편, 턴오프 회수가 동일할 경우에는 가장 최근에 턴오프되지 않은 스위치부부터 턴오프시켜 배터리 팩(10)과 부하(40)의 연결을 해제한다. 또한, 상기 제어부(52)는 배터리 팩(10)과 부하(40)간의 연결이 해제된 현재 시점을 기준으로 배터리의 방전전류 크기 레벨이 속하는 전류범위에 해당하는 제1 및 제2스위치부(20, 30)의 턴오프 회수 및 순서 정보를 갱신하여 메모리(54)에 저장하고 배터리 팩(10)과 부하(40)간의 연결 해제 동작을 완료한다.
하기 표 1은 방전전류의 전류범위 별로 대응하는 스위치부의 턴오프 회수 및 순서 정보의 일 예를 보여준다. 하기 표 1에서, 괄호 안의 수 0은 스위치부가 가장 최근에 턴오프 동작을 하지 않았다는 것을 의미하고, 1은 스위치부가 가장 최근에 턴오프 동작을 했다는 것을 의미한다. 예를 들어, Middle 전류 범위의 경우 직전에 배터리 팩과 부하의 연결을 해제할 때에는 제2스위치부를 먼저 턴오프하고, 그 다음으로 제1스위치부를 턴오프하였음을 의미한다. 물론, 가장 최근의 스위치부 턴오프 순서를 나타나는 코드 체계는 상기한 바에 한정되지 않고 여러 가지 변형이 가능하다. 상기 스위치부의 턴오프 회수 및 순서 정보는 메모리(54)에 디지털 데이터로 저장된다.
전류 범위 제1스위치부 턴오프 회수
(최근 작동 여부)		 제2스위치부 턴오프 회수
(최근 작동 여부)
Low(≤10A) 2(0) 3(1)
Middle(10A~50A) 2(1) 1(0)
High(50A≥) 4(0) 4(1)
[표 1]
상기 표1과 도 2를 참조하여 스위치부의 턴오프 순서 제어 과정을 좀더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
일 예로, 배터리 팩(10)에서 부하(40)로 인가된 방전전류의 크기 레벨이 5A 였다고 가정하자. 이런 경우, 제어부(52)는 메모리(54)에 저장된 전류범위 중 5A가 속하는 전류범위인 Low 범위의 제1 및 제2스위치부(20, 30)의 턴오프 회수 정보를 리드한다. 상기 표1에 따르면, 제1스위치부(20)의 턴오프 회수는 제2스위치부(30)의 턴오프 회수보다 1이 작다. 따라서 제어부(52)는 제1스위치부(20)와 제2스위치부(30)의 턴오프 회수를 비교하고 제2스위치부(30) 보다 턴오프 회수가 1회 적은 제1스위치부(20)를 먼저 턴오프시킨 후 제2스위치부(30)를 턴오프 시킨다.
다른 예로, 배터리 팩(10)에서 부하(40)로 인가된 방전전류의 크기 레벨이 30A 였다고 가정하다. 이런 경우, 제어부(52)는 메모리(54)에 저장된 전류범위 중 30A가 속하는 Middle 범위의 제1 및 제2스위치부(20, 30)의 턴오프 회수를 리드한다. 상기 표1에 따르면, 제2스위치부(30)의 턴오프 회수가 제1스위치부(20)의 턴오프 회수보다 1이 작다. 따라서 상기 제어부(52)는 제1스위치부(20)와 제2스위치부(30)의 턴오프 회수를 비교하고 턴오프 회수가 제1스위치부(20) 보다 1회 적은 제2스위치부(30)를 먼저 턴오프시킨 후 제1스위치부(20)를 턴오프 시킨다.
또 다른 예로, 배터리 팩(10)에서 부하(40)로 인가된 방전전류의 크기 레벨이 60A 였다고 가정하자. 이런 경우, 제어부(52)는 메모리(54)에 저장된 전류범위 중 60A가 속하는 High 범위의 제1 및 제2스위치부(20, 30)의 턴오프 회수를 리드한다. 상기 표1에 따르면, 제1스위치부(20)와 제2스위치부(30)의 턴오프 회수가 같다. 이런 경우, 제어부(52)는 제1스위치부(20) 및 제2스위치부(30)의 턴오프 순서를 메모리(54)로부터 리드하여 제1스위치부(20)와 제2스위치부(30)중 가장 최근에 턴오프 동작을 하지 않은 스위치부를 식별하고 식별된 스위치부부터 먼저 턴오프 동작시킨다. 즉, 상기 제어부(52)는 제2스위치부(30)가 가장 최근에 턴오프 동작을 하였으므로 제1스위치부(20)를 먼저 턴오프시킨 후 그 다음으로 제2스위치부(30)를 턴오프 시킨다.
상기에서 설명된 실시예에서, Low, Middle, High로 설정된 전류 범위는 본 발명을 설명하기 위한 일 예시에 불과하다. 따라서, 전류범위는 다양하게 설계 변경이 가능함은 물론이다.
한편, 도 2에는 배터리 팩(10)으로부터 부하(40) 측으로 흐르는 방전전류의 크기 레벨을 측정하여 메모리(54)에 저장하기 위한 구성이 도시되어 있지 않다. 하지만 방전전류의 측정 기술은 공지된 기술로 용이하게 구현 가능하다.
일 예로, 방전전류가 흐르는 선로에 전류 센서를 설치하고 전류 센서가 출력하는 방전전류 값을 제어부(52)가 입력 받아 메모리(54)에 저장할 수 있다. 다른 예로, 방전전류가 흐르는 선로 상에 전류 측정용 저항을 설치하고 제어부(54)가 저항을 알고 있는 전류 측정용 저항의 양단 전압을 검출하여 오옴의 법칙에 의해 방전전류 값을 계산한 후 메모리(54)에 저장할 수 있다. 또 다른 예로, 상기 제어부는 부하(40)가 장착된 장치로부터 방전전류 값을 입력받아 메모리(54)에 저장할 수도 있다. 예컨대, 부하(40)가 자동차의 모터인 경우 자동차에 탑재된 배터리 관리 장치는 모터로 공급되는 방전전류를 검출하여 그 값을 지속적으로 모니터링하므로 상기 제어부(52)는 통신 인터페이스를 통해 상기 배터리 관리 장치로부터 방전전류 값을 전송 받아 메모리(54)에 저장할 수도 있다. 이 이외에도 제어부(52)가 방전전류의 크기 레벨을 획득하는 방식은 여러 가지 변형이 가능할 것임은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.
상술한 본 발명에 따른 스위치부 제어장치는 배터리 팩 내에 구비될 수도 있 고, 배터리의 충방전을 제어하는 배터리 관리 장치 내에 포함될 수도 있다. 따라서 본 발명은 상기 스위치부 제어장치의 설치 위치에 한정되지 않음은 자명하다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 팩과 부하 간의 스위치부 제어방법을 도시한 흐름도이다.
먼저, 단계(S100)에서 배터리 팩과 부하의 연결 해제 요청이 있으면 제어부(52)는 메모리로(54)부터 배터리 팩(10)에서 부하(40)로 인가되는 방전전류 크기 레벨 정보를 리드하고, 리드된 방전전류 크기 레벨이 속하는 전류범위에 해당하는 제1 및 제2스위치부(20, 30) 턴오프 회수 및 순서 정보를 리드한다.
다음으로, 단계(S200)에서 제어부(52)는 리드된 전류범위의 제1 및 제2스위치부(20, 30)의 턴오프 회수가 동일한지를 판단한다.
상기 S200 단계에서 제1 및 제2스위치부(20, 30)의 턴오프 회수가 동일하지 않은 것으로 판단되면, 단계(S300)으로 이행하여 턴오프 회수가 적은 스위치부터 턴오프하여 배터리 팩(10)과 부하(40)의 연결을 완전히 해제한다.
단계(S400)에서는, 방전전류의 크기 레벨이 속한 전류범위에 해당하는 제1 및 제2스위치부(20, 30)의 턴오프 회수 및 순서 정보를 갱신하여 메모리(54)에 저장한다. 단계(S400)을 진행하는 목적은 차후에 배터리 팩과 부하의 연결을 해제할 때 턴오프 회수와 순서 정보를 참고하기 위함이다.
한편, 상기 S200 단계에서 제1 및 제2스위치부(20, 30)의 턴오프 회수가 동일한 것으로 판단되면, 단계(S500)으로 이행하여 제1 및 제2스위치부(20, 30)의 턴오프 순서로부터 가장 최근에 턴오프 동작을 한 스위치부를 식별하고, 최근에 턴오 프되지 않은 스위치부부터 턴오프시켜 배터리 팩(10)과 부하(40)의 연결을 완전히 해제한다. 예를 들어, 제1스위치부(20)가 가장 최근에 턴오프 동작을 하였다면, 제2스위치부(30)부터 턴오프시켜 배터리 팩(10)과 부하(40)의 연결을 완전히 해제한다.
단계(S600)에서는, 방전전류의 크기 레벨이 속한 전류범위에 해당하는 제1 및 제2스위치부(20, 30)의 턴오프 회수 및 순서 정보를 갱신하여 메모리(54)에 저장한다. 단계(S600)을 진행하는 목적은 차후에 배터리 팩과 부하의 연결을 해제할 때 턴오프 회수와 순서 정보를 참고하기 위함이다.
상술한 바와 같이, 배터리 팩(10)과 부하(40)를 연결하는 제1 및 제2스위치부(20, 30)를 방전전류의 크기 레벨에 따라 균등하게 턴오프 시키면 아크 손상의 상대적 집중으로 인해 특정 스위치부의 고장 또는 오작동 빈도수가 증가하고, 스위치부 사용 수명이 감소되는 현상을 방지할 수 있다.
특히, 본 발명은 스위치부의 턴오프 회수와 순서를 방전전류의 레벨에 따라 차등적으로 관리함으로써 스위치부 손상의 편중을 더욱 효과적으로 방지할 수 있다. 즉 전류범위에 구분을 두지 않고 스위치부의 턴오프 순서를 관리하면, 전체 턴오프 회수가 작은 스위치부터 턴오프 되더라도 스위치부 손상의 편중이 발생될 수 있다. 전체 턴오프 회수가 작은 스위치부라도 방전전류가 큰 환경에서 턴오프된 경우가 많다면 전체 턴오프 회수가 많은 스위치부보다 스위치부 손상이 더 클 수 있기 때문이다. 하지만 본 발명은 방전전류의 크기 레벨에 따라 턴오프 회수를 균등화시키므로 위와 같은 문제를 근본적으로 해결할 수 있다.
이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술된 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되지 않아야 한다.
도 1은 배터리 팩과 부하가 릴레이 스위치부를 통해 접속되어 있는 상태를 개념적으로 도시한 회로도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 팩과 부하 간의 스위치부 제어장치를 도시한 회로 구성도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 팩과 부하 간의 스위치부 제어방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.

Claims (17)

  1. 배터리 팩과 부하의 연결을 제어하는 제1 및 제2스위치부의 턴오프 회수 및 순서를 전류범위에 따라 저장하는 메모리; 및
    방전전류의 크기 레벨이 속한 전류범위에 대응하는 턴오프 회수 및 순서를 참조하여 상기 제1 및 제2스위치부의 턴오프 순서를 균등화하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩과 부하 간의 스위치부 제어장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1스위치부는 배터리 팩의 양극과 부하를 연결한 고전위 선로 상에 설치되고,
    상기 제2스위치부는 배터리 팩의 음극과 부하를 연결한 저전위 선로 상에 설치되는 것을 특징으로 하는 배터리 팩과 부하 간의 스위치부 제어장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 배터리 팩과 부하의 연결 해제 시 방전전류의 크기 레벨을 검출하고, 메모리에 저장된 전류범위 중 상기 방전전류의 크기 레벨이 속하는 전류범위에 해당하는 스위치부 턴오프 회수와 순서를 메모리로부터 리드하고, 리드된 스위치부 턴오프 회수와 순서를 이용하여 제1 및 제2스위치부의 턴오프 순서를 균등화시키는 것을 특징으로 하는 배터리 팩과 부하 간의 스위치부 제어장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 제1 및 제2스위치부 중 턴오프 회수가 작은 스위치부터 턴오프시키는 것을 특징으로 하는 배터리 팩과 부하 간의 스위치부 제어 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 제1 및 제2스위치부의 턴오프 회수가 동일하면 가장 최근에 턴오프 동작을 하지 않은 스위치부터 턴오프시키는 것을 특징으로 하는 배터리 팩과 부하 간의 스위치부 제어장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 고전위 선로의 바이패스 선로 상에 설치된 프리 차지 스위치부; 및
    상기 프리차지 스위치부와 직렬 접속된 전류제한 저항을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩과 부하 간의 스위치부 제어장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는 배터리 팩과 부하의 연결 시 제2스위치부, 프리 차지 스위치부 및 제1스위치부 순서로 턴온시키고, 상기 제1스위치부가 턴온되면 일정 시간 이후에 프리 차지 스위치부를 턴오프시키는 것을 특징으로 하는 배터리 팩과 부하 간의 스위치부 제어장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 배터리 팩과 부하 간의 연결이 해제된 시점을 기준으로 배터리의 방전전류 크기 레벨이 속하는 전류범위에 해당하는 제1 및 제2스위치부의 턴오프 회수 및 순서를 갱신하여 메모리에 저장하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩과 부하 간의 스위치부 제어장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 배터리 팩과 부하 간의 스위치부 제어장치를 포함하는 배터리 팩.
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 배터리 팩과 부하 간의 스위치부 제어장치를 포함하는 배터리 관리 장치.
  11. (a) 배터리 팩과 부하를 연결하는 제1 및 제2스위치부의 턴오프 회수 및 순서를 전류범위에 따라 메모리에 저장하는 단계;
    (b) 배터리 팩과 부하의 연결 해제 시 배터리의 방전전류 크기 레벨을 검출하는 단계; 및
    (c) 검출된 방전전류 크기 레벨이 속하는 전류범위에 해당하는 제1 및 제2스위치부의 턴오프 회수 및 순서를 상기 메모리로부터 참조하여 제1 및 제2스위치부의 턴오프 순서를 균등화시켜 배터리 팩과 부하의 연결을 해제하는 단계;를 포함하 는 것을 특징으로 하는 배터리 팩과 부하 간의 스위치부 제어방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서, 제1 및 제2스위치부 중 턴오프 회수가 작은 스위치부터 턴오프시켜 배터리 팩과 부하의 연결을 해제시키는 것을 특징으로 하는 배터리 팩과 부하 간의 스위치부 제어 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서, 제1 및 제2스위치부의 턴오프 회수가 동일하면 가장 최근에 동작하지 않은 스위치부터 턴오프시켜 배터리 팩과 부하의 연결을 해제하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩과 부하 간의 스위치부 제어방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 (c) 단계는,
    상기 메모리에 저장된 전류범위 중 상기 검출된 방전전류 크기 레벨이 속하는 전류범위를 식별하는 단계;
    상기 식별된 전류범위에 해당하는 제1 및 제2스위치부의 턴오프 회수 및 순서를 상기 메모리로부터 리드하는 단계; 및
    상기 리드된 제1 및 제2스위치부의 턴오프 회수 및 순서를 참조하여 제1 및 제2스위치부의 턴오프 순서를 균등화시켜 배터리 팩과 부하의 연결을 해제하는 단 계를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩과 부하 간의 스위치부 제어방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 메모리에서 방전전류의 크기 레벨이 속하는 전류범위를 식별하는 단계; 및
    상기 식별된 전류범위에 해당하는 제1 및 제2스위치부의 턴오프 회수 및 순서를 갱신하여 메모리에 저장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩과 부하 간의 스위치부 제어방법.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 제1스위치부는 배터리 팩의 양극과 부하를 연결한 고전위 선로 상에 설치된 스위치부이고, 상기 제2스위치부는 배터리 팩의 음극과 부하를 연결한 저전위 선로 상에 설치된 스위치부임을 특징으로 하는 배터리 팩과 부하 간의 스위치부 제어방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 고전위 선로의 바이패스 선로 상에 프리 차지 스위치부를 제공하는 단계를 더 포함하고,
    상기 (b) 단계를 진행하기 전에, 상기 제2스위치부, 프리 차지 스위치부 및 제1스위치부 순서로 턴온시키고, 상기 제1스위치부가 턴온되면 일정 시간 이후에 프리 차지 스위치부를 턴오프시키는 것을 특징으로 하는 배터리 팩과 부하 간의 스위치부 제어방법.
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