KR101596488B1 - 오작동 방지 알고리즘을 포함하는 배터리 관리 시스템 및 방법 - Google Patents

오작동 방지 알고리즘을 포함하는 배터리 관리 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배터리 관리 시스템 및 방법을 개시한다. 본 발명에 따른 배터리 관리 시스템은, 배터리 팩의 고전위 단자 또는 저전위 단자 중 적어도 어느 한 단자에 연결된 퓨즈; 배터리 팩에 포함된 다수의 배터리 셀의 전압을 측정하고, 상기 측정된 전압값(이하 '제1 전압값')을 메인 제어부에 출력하고, 상기 제1 전압값이 미리 설정된 기준 전압값보다 높은 경우 퓨즈를 개방시키도록 제어 신호를 출력하는 보조 제어부; 상기 보조 제어부로부터 출력된 제어 신호에 의해 상기 퓨즈를 절단시키는 퓨즈 절단부; 상기 보조 제어부와 상기 퓨즈 절단부 사이에 전기적으로 연결된 퓨즈 제어 스위치; 및 배터리 팩에 포함된 다수의 배터리 셀의 전압을 측정하고, 상기 측정된 전압값(이하 '제2 전압값')과 상기 보조 제어부가 측정한 제1 전압값을 비교하여 상기 배터리 셀이 과충전된 것으로 판단된 경우 상기 퓨즈 제어 스위치를 턴온(turn on)시키는 제어 신호를 출력하는 메인 제어부;를 포함한다. 본 발명에 따르면, 오류가 발생한 배터리 셀의 전압값에 근거하여 배터리 팩의 퓨즈를 절단할 가능성을 현저하게 낮출 수 있다. 따라서, 잘 못 퓨즈를 절단하여 배터리 팩을 사용하지 못하게되어 발생하는 경제적 시간적 손실을 방지할 수 있다.

Description

오작동 방지 알고리즘을 포함하는 배터리 관리 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR HAVING ALGORITHM OF MALFUNCTION PREVENTION}
본 발명은 배터리 관리 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배터리 셀의 과충전 방지를 위해 퓨즈를 절단할 경우 오작동을 방지할 수 있는 배터리 관리 시스템 및 방법에 관한 것이다.
근래에 들어서 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, Electric Vehicle, Hybrid Electric Vehicle, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서-- 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높아 여러 분야에서 각광을 받고 있다.
상기와 같은 이차 전지를 사용하여 원하는 출력 또는 충전 용량을 얻기 위해 다수의 이차 전지를 직렬 또는 병렬로 연결하여 배터리 팩을 구성한다. 그리고, 상기 배터리 팩에 사용되는 각각의 이차 전지는 배터리 셀로 명명된다.
한편, 이러한 배터리 팩에서 주요 연구 과제 중의 하나는 배터리 팩 또는 배터리 셀의 안전성을 향상시키는데 있다. 배터리 셀은 내부 단락, 과충전, 과방전 등에 의한 발열로 인해 전해질 분해 반응과 열폭주 현상이 발생할 경우 전지 내부의 압력이 급격히 상승하여 전지의 폭발이 유발될 수 있다. 특히, 과충전으로 인한 폭발 사고를 방지하기 위해, 각각의 배터리 셀에 대한 전압을 측정하고 이를 모니터링 한다. 그리고, 과충전으로 폭발의 위험이 있다고 판단될 경우, 더 이상 충전되는 것을 방지하기 위해 배터리 팩과 연결된 퓨즈를 절단한다.
배터리 팩에는 배터리 셀의 전압을 측정하고, 배터리 팩의 충전 및 방전을 제어하는 제어 시스템이 함께 포함되는 것이 일반적이다. 이러한 제어 시스템은 다양한 제어 알고리즘을 수행하기 위해 외부 기기와 통신선을 통해서 데이터를 주고 받기도 한다. 따라서, 상기 제어 시스템은 IC로 제작되는 것이 일반적이다. 그러나, 최근 무선 인터넷의 발달 및 고출력 배터리 팩의 사용으로 인해 상기 IC에 다양한 주파수의 노이즈 또는 전자기적 충격파가 영향을 미칠수 있다. 따라서, 상기 IC가 측정한 배터리 셀의 전압에 오류가 발생할 수도 있다.
잘못 측정된 전압값에 근거하여 배터리 셀이 과충전된 것으로 판단하고 더 이상 충전되는 것을 방지하기 위해 배터리 팩과 연결된 퓨즈를 절단한 경우, 상기 배터리 팩은 더 이상 사용할 수 없게 된다. 이 경우, 제조자 또는 점검자가 상기 배터리 팩을 수거하여 모든 배터리 셀을 하나하나 모두 점검하여 이상이 없다는 것을 확인한 후에야 겨우 사용이 가능하기 때문이다.
이처럼, 잘 못 측정된 전압값에 의해서 배터리 팩에 포함된 퓨즈를 절단할 경우, 그 경제적 시간적 손실이 상당히 크다. 따라서, 배터리 셀의 전압을 측정하고 퓨즈를 절단하는 과정에 이르기 까지 오작동이 발생할 가능성을 낮출 수 있는 알고리즘의 필요성이 대두되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술을 인식하여 안출된 것으로서, 배터리 셀의 전압 측정 시 오작동을 방지할 수 있는 알고리즘을 포함하는 배터리 관리 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 관리 시스템은, 배터리 팩의 고전위 단자 또는 저전위 단자 중 적어도 어느 한 단자에 연결된 퓨즈; 배터리 팩에 포함된 다수의 배터리 셀의 전압을 측정하고, 상기 측정된 전압값(이하 '제1 전압값')을 메인 제어부에 출력하고, 상기 제1 전압값이 미리 설정된 기준 전압값보다 높은 경우 퓨즈를 개방시키도록 제어 신호를 출력하는 보조 제어부; 상기 보조 제어부로부터 출력된 제어 신호에 의해 상기 퓨즈를 절단시키는 퓨즈 절단부; 상기 보조 제어부와 상기 퓨즈 절단부 사이에 전기적으로 연결된 퓨즈 제어 스위치; 및 배터리 팩에 포함된 다수의 배터리 셀의 전압을 측정하고, 상기 측정된 전압값(이하 '제2 전압값')과 상기 보조 제어부가 측정한 제1 전압값을 비교하여 상기 배터리 셀이 과충전된 것으로 판단된 경우 상기 퓨즈 제어 스위치를 턴온(turn on)시키는 제어 신호를 출력하는 메인 제어부;를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 메인 제어부는 상기 제2 전압값이 미리 설정된 기준 전압값보다 높은 경우 상기 제1 전압값과 상기 제2 전압값을 비교한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 메인 제어부는 상기 제1 전압값과 상기 제2 전압값의 차이가 미리 설정된 임계값 이하인 경우, 상기 배터리 셀이 과충전된 것으로 판단한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 메인 제어부는 상기 배터리 셀이 과충전 여부를 판단하는 프로세스를 반복 실행하여 미리 설정된 횟수 이상 연속 배터리 셀의 과충전으로 판단된 경우, 상기 퓨즈 제어 스위치를 턴온(turn on)시키는 제어 신호를 출력한다.
본 발명에 따른 상기 보조 제어부는, 상기 배터리 셀의 전압을 측정하는 전압 측정 모듈; 상기 측정된 전압값을 디지털 전압값으로 변환하는 A/D 컨버터; 및 상기 측정된 전압값 및 미리 설정된 기준 전압값을 저장하는 메모리부;를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 상기 메인 제어부는, 상기 배터리 셀의 전압을 측정하는 전압 측정 모듈; 상기 측정된 전압값을 디지털 전압값으로 변환하는 A/D 컨버터; 및 상기 측정된 전압값 및 미리 설정된 기준 전압값을 저장하는 메모리부;를 포함한다.
본 발명에 따른 배터리 관리 시스템은, 직렬 또는 병렬로 연결된 복수의 배터리 셀;을 포함하는 배터리 팩의 일 구성 요소가 될 수 있다. 또한, 상기 배터리 팩은 전력 저장 시스템의 일 구성 요소가 될 수 있다. 나아가, 상기 배터리 팩은, 상기 배터리 팩으로부터 전력을 공급 받는 부하;를 포함하는 배터리 구동 시스템의 일 구성 요소가 될 수 있다. 이때, 상기 부하는 전기 구동 수단 또는 전력 변환 회로가 될 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 관리 방법은, (a) 보조 제어부가 배터리 팩에 포함된 다수의 배터리 셀의 전압을 측정한 제1 전압값을 메인 제어부에 출력하며, 상기 제1 전압값이 미리 설정된 기준 전압값보다 높은 경우 퓨즈를 절단시키도록 제어 신호를 출력하는 단계; 및 (b) 메인 제어부가 배터리 팩에 포함된 다수의 배터리 셀의 전압을 측정한 제2 전압값과 상기 제1 전압값 비교하여 상기 배터리 셀이 과충전된 것으로 판단된 경우 퓨즈 제어 스위치를 턴온(turn on)시키는 제어 신호를 출력하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 (b)단계는 상기 메인 제어부가 상기 제2 전압값이 미리 설정된 기준 전압값보다 높은 경우 상기 제1 전압값과 상기 제2 전압값을 비교하는 단계이다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 (b)단계는 상기 메인 제어부가 상기 제1 전압값과 상기 제2 전압값의 차이가 미리 설정된 임계값 이하인 경우, 상기 배터리 셀이 과충전된 것으로 판단하는 단계이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 (b)단계는 상기 메인 제어부가 상기 배터리 셀이 과충전 여부를 판단하는 프로세스를 반복 실행하여 미리 설정된 횟수 이상 연속 배터리 셀의 과충전으로 판단된 경우, 상기 퓨즈 제어 스위치를 턴온(turn on)시키는 제어 신호를 출력하는 단계이다.
본 발명에 따른 상기 (a)단계는, 상기 보조 제어부가 상기 배터리 셀의 전압을 측정하는 단계; 상기 보조 제어부가 상기 측정된 전압값을 디지털 전압값으로 변환하는 단계; 및 상기 보조 제어부가 상기 변환된 전압값을 제1 전압값으로 저장하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 따른 상기 (b)단계는, 상기 메인 제어부가 상기 배터리 셀의 전압을 측정하는 단계; 상기 메인 제어부가 상기 측정된 전압값을 디지털 전압값으로 변환하는 단계; 및 상기 메인 제어부가 상기 측정된 전압값을 제2 전압값으로 저장하는 단계;를 포함한다.
본 발명에 따르면, 오류가 발생한 배터리 셀의 전압값에 근거하여 배터리 팩의 퓨즈를 절단할 가능성을 현저하게 낮출 수 있다. 따라서, 잘 못 퓨즈를 절단하여 배터리 팩을 사용하지 못하게되어 발생하는 경제적 시간적 손실을 방지할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 방법이다.
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 아니되며, 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 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템(100)의 구성을 개략적으로 도시한 블럭도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 관리 시스템(100)은 보조 제어부(110), 메인 제어부(120), 퓨즈(143), 퓨즈 제어 스위치(141) 및 퓨즈 절단부(142)를 포함한다.
상기 보조 제어부(110) 및 메인 제어부(120)는 배터리 팩(130)에 포함된 다수의 배터리 셀(131)의 전압을 측정할 수 있도록 전기적으로 연결되어 있다.
상기 배터리 팩(130)은 하나 이상의 배터리 셀(131)을 포함하는 것으로 배터리 셀(131)의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 상기 배터리 셀(131)은 재충전이 가능하고 충전 또는 방전 전압을 고려해야 하는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드늄 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지 등으로 구성할 수 있다. 그러나, 본 발명이 배터리 셀(131)의 종류, 출력전압, 충전용량, 배터리 팩(130)에 포함된 배터리 셀의 개수 등에 의해 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 배터리 팩(130)에는 상기 배터리 팩(130)으로부터 전력을 공급받는 부하 또는 상기 배터리 팩(130)에 충전 전력을 공급하는 충전기가 연결될 수 있다. 부하의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 비디오 카메라, 휴대용 전화기, 휴대용 PC, PMP, MP3플레이어 등과 같은 휴대용 전자기기, 전기 자동차나 하이브리드 자동차의 모터, DC to DC 컨버터 등으로 구성할 수 있다. 다만, 도면의 간소화를 위해 상기 부하 또는 충전기는 별도로 도시하지 않았으며, 상기 부하 또는 충전기의 종류에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
상기 보조 제어부(110) 및 메인 제어부(120)는 각각의 배터리 셀(131)의 전압을 측정할 수 있는 전압 측정 모듈(111, 121)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 보조 제어부(110) 및 메인 제어부(120)는 상기 전압 측정 모듈(111, 121)에서 출력된 전기적 신호를 디지털 전압값으로 변환하는 A/D 컨버터(112, 122)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 보조 제어부(110) 및 메인 제어부(120)는 상기 디지털 전압값을 각각 제1 전압값 및 제2 전압값으로 저장하는 메모리부(113, 123)를 포함할 수 있다.
상기 메모리부(113, 123)는 RAM, ROM, EEPROM등 데이터를 기록하고 소거할 수 있다고 알려진 공지의 반도체 소자나 하드 디스크와 같은 대용량 저장매체로서, 디바이스의 종류에 상관 없이 정보가 저장되는 디바이스를 총칭하는 것으로서 특정 메모리 디바이스를 지칭하는 것은 아니다. 또한, 도면에 도시된 바와 같이, 상기 보조 제어부(110) 및 메인 제어부(120) 내부에 포함될 수도 있지만, 외부에 위치할 수도 있다.
상기 전압 측정 모듈(110, 120) 및 A/D 컨버터(112, 122)의 구성 및 작동원리는 본 발명이 속하는 기술분야에 통상의 지식을 가진 자(이하 '당업자')에게 널리 알려진바, 자세한 설명은 생략하도록 한다.
상기 보조 제어부(110)는 상기 제1 전압값을 상기 메인 제어부(120)에게 출력하도록 구성된다. 도 1에 도시된 예시는, 상기 보조 제어부(110)는 상기 제1 전압값을 상기 메인 제어부(120)에게 통신선(114)을 통해 출력하는 실시예이다. 상기 보조 제어부(110)와 상기 메인 제어부(120)는 당업자에게 널리 알려진 통신 규약을 통해서 상호 연결될 수 있으며, 상기 보조 제어부(110)가 상기 통신 규약에 따른 통신선(114)을 이용하여 상기 메인 제어부(120)에게 제1 전압값을 전송할 수 있다. 그러나 본 발명이 상기 제1 전압값의 전송 방법에 의해 제한되는 것은 아니다.
상기 메인 제어부(120)는 상기 배터리 팩(130)의 충전 또는 방전을 제어할 수 있도록 스위치 소자(124, 125)를 턴 온(turn on) 또는 턴 오프(turn off) 시킨다. 상기 스위치 소자(124, 125)는 FET 소자가 될 수 있으며, 상기 스위치 소자의 종류에 의해 본 발명이 제한되지 않는다.
상기 퓨즈(143)는 배터리 팩(130)의 고전위 단자 또는 저전위 단자 중 적어도 어느 한 단자에 연결된다. 상기 퓨즈(143)는 낮은 온도에서 녹아버리는　합금이 될 수 있다. 상기 퓨즈(143)가 끊어질 경우, 상기 배터리 팩(130)은 충전 또는 방전할 수 없도록 외부 기기와 전기적 연결이 해제된다.
상기 퓨즈 절단부(142)는 상기 보조 제어부(110)로부터 출력된 제어 신호에 의해 상기 퓨즈를 절단 시킨다. 상기 퓨즈(143)가 낮은 온도에서 녹아버리는 합금일 경우, 상기 퓨즈 절단부(142)는 상기 퓨즈(143)에 열을 가하는 장치일 수 있다. 그러나, 상기 퓨즈(143)의 종류 및 상기 퓨즈 절단부(142)의 종류에 의해 본 발명이 제한되는 것은 아니다.
상기 퓨즈 제어 스위치(141)는 상기 보조 제어부(110)와 상기 퓨즈 절단부(142) 사이에 전기적으로 연결되어 있다. 또한, 상기 메인 제어부(120)의 제어 신호에 의해 턴온(turn on)되도록 일단이 상기 메인 제어부(120)와 연결되어 있다. 따라서, 상기 퓨즈 제어 스위치(141)는 상기 상기 메인 제어부(120)의 제어 신호에 의해 턴온(turn on)되었을 때, 상기 보조 제어부(110)에서 출력된 제어 신호를 상기 퓨즈 절단부(142)에 전달할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 방법에 대해서 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 방법이다.
먼저, 단계 200에서, 상기 보조 제어부(110)가 상기 배터리 팩(130)에 포함된 다수의 배터리 셀(131)의 전압을 측정한다. 그리고, 상기 보조 제어부(110)는 프로세스를 단계 202로 이행한다.
다음 단계 202에서, 상기 보조 제어부(110)가 상기 측정된 전압값을 디지털 전압값으로 변환하고, 상기 변환된 전압값을 제1 전압값(V1)으로 상기 메모리부(113)에 저장한다. 그리고, 상기 보조 제어부(110)는 프로세스를 단계 204로 이행한다.
다음 단계 204에서, 상기 보조 제어부(110)가 제1 전압값(V1)을 상기 메인 제어부(120)에 출력한다. 그리고, 상기 보조 제어부(110)는 프로세스를 단계 206로 이행한다.
다음 단계 206에서, 상기 보조 제어부(110)는 상기 제1 전압값(V1)이 미리 설정된 기준 전압값(VR)보다 큰지 판단한다. 상기 기준 전압값(VR)은 각 배터리 셀(131)의 과충전 여부를 판단하는 기준 값이다. 따라서, 상기 배터리 셀(131)의 종류 또는 특성에 맞추어 다양하게 설정될 수 있다. 또한, 상기 기준 전압값(VR)은 상기 메모리부(113)에 저장될 수 있다.
한편, 상기 제1 전압값(V1)은 상기 배터리 팩(130)에 포함된 각각의 배터리 셀(131)에 대한 전압값이다. 따라서, 상기 배터리 팩(130)에 포함된 어느 하나의 배터리 셀(131)이라도 상기 기준 전압값(VR)보다 높은 전압값을 가진다면(단계 206의 'YES'), 상기 보조 제어부(110)는 프로세스를 단계 208로 이행한다. 반면, 상기 배터리 팩(130)에 포함된 어느 하나의 배터리 셀(131)이라도 상기 기준 전압값(VR)보다 높은 전압값을 가지지 않는다면(단계 206의 'NO'), 상기 보조 제어부(110)는 프로세스를 단계 200으로 이행한다.
단계 206에서, 상기 보조 제어부(110)의 판단이 'NO'라면, 어느 배터리 셀(131)도 과충전 되지 않았다는 것을 의미한다. 따라서, 상기 배터리 셀(131)이 폭발하는 안전사고의 위험이 낮은 것으로 판단한다. 그리고, 상기 보조 제어부(110)는 프로세스를 단계 200으로 이행하고, 단계 200 내지 단계 206을 반복 실행하여 상기 배터리 셀(131)의 전압을 모니터링한다.
단계 206에서, 상기 보조 제어부(110)의 판단이 'YES'라면, 상기 배터리팩(130)에 포함된 적어도 어느 하나 이상의 배터리 셀(131)이 과충전된 것을 의미한다. 즉, 상기 보조 제어부(110)는 배터리 셀(131)이 폭발하는 안전사고의 위험이 높은 것으로 판단한다. 따라서, 상기 보조 제어부(110)는 프로세스를 단계 208로 이행하여 상기 퓨즈(143)를 절단시키도록 제어 신호를 출력한다. 이 것은 상기 과충전된 배터리 셀(131)이 더 이상 충전되는 것을 방지하기 위함이다.
상기 보조 제어부(110)가 출력한 제어 신호는 상기 퓨즈 절단부(142)로 하여금 상기 퓨즈(143)를 절단하도록 하는 신호이다. 그러나, 상기 퓨즈 제어 스위치(141)가 턴온(turn on)되어 있지 않다면, 아무리 상기 보조 제어부(110)가 제어 신호를 출력하여도, 상기 제어 신호는 퓨즈 절단부(142)에 도달하지 않는다.
한편, 단계 210에서, 상기 메인 제어부(120)가 상기 배터리 팩(130)에 포함된 다수의 배터리 셀(131)의 전압을 측정한다. 그리고, 상기 메인 제어부(120)는 프로세스를 단계 212로 이행한다.
다음 단계 212에서, 상기 메인 제어부(120)가 상기 측정된 전압값을 디지털 전압값으로 변환하고, 상기 변환된 전압값을 제2 전압값(V2)으로 상기 메모리부(123)에 저장한다. 그리고, 상기 메인 제어부(120)는 프로세스를 단계 214로 이행한다.
다음 단계 214에서, 상기 메인 제어부(120)는 상기 보조 제어부(110)로부터 출력된 제1 전압값(V1)을 상기 메모리부(123)에 저장한다. 그리고, 상기 메인 제어부(120)는 프로세스를 단계 216로 이행한다.
한편, 단계 214는 설명의 편의를 위해 단계 212 이후에 실행되는 것으로 도시하였으나, 본 단계의 실행 순서는 상기 도 2에 도시된 실시예에 한정되지 않는다. 본 단계 214는 앞서 설명된 단계 210 및 단계 212보다 먼저 실행될 수 있으며, 단계 210 및 단계 212와 무관하게 별도의 프로세스에 의해 수행될 수 있다.
다음 단계 216에서, 상기 메인 제어부(120)는 상기 제2 전압값(V2)이 미리 설정된 기준 전압값(VR)보다 큰지 판단한다. 상기 기준 전압값(VR)은 상기 보조 제어부(110)의 메모리부(113)에 저장된 기준 전압값(VR)과 동일한 값이다.
상기 제2 전압값(V2) 역시 상기 배터리 팩(130)에 포함된 각각의 배터리 셀(131)에 대한 전압값이다. 따라서, 상기 배터리 팩(130)에 포함된 어느 하나의 배터리 셀(131)이라도 상기 기준 전압값(VR)보다 높은 전압값을 가진다면(단계 216의 'YES'), 상기 메인 제어부(120)는 프로세스를 단계 218로 이행한다. 반면, 상기 배터리 팩(130)에 포함된 어느 하나의 배터리 셀(131)이라도 상기 기준 전압값(VR)보다 높은 전압값을 가지지 않는다면(단계 216의 'NO'), 상기 메인 제어부(120)는 프로세스를 단계 210으로 이행한다.
단계 216에서, 상기 메인 제어부(120)의 판단이 'NO'라면, 어느 배터리 셀(131)도 과충전이 되지 않을 것을 의미한다. 따라서, 상기 배터리 셀(131)이 폭발하는 안전사고의 위험이 낮은 것으로 판단한다. 그리고, 상기 메인 제어부(120)는 프로세스를 단계 210으로 이행하고, 단계 210 내지 단계 214를 반복 실행하여, 상기 배터리 셀(131)의 전압을 모니터링한다.
단계 216에서, 상기 메인 제어부(120)의 판단이 'YES'라면, 어느 배터리 셀(131)이 과충전된 것을 의미한다. 즉, 상기 메인 제어부(120)는 배터리 셀(131)이 폭발하는 안전사고의 위험이 높은 것으로 판단한다. 한편, 상기 메인 제어부(120)가 상기 배터리 셀(131)의 전압을 측정하는 과정에서 오류가 발생할 가능성이 있다. 따라서, 상기 메인 제어부(120)는 프로세스를 단계 218로 이행한다.
단계 218에서, 상기 메인 제어부(120)는 상기 보조 제어부(110)에서 측정한 제1 전압값(V1)과 메인 제어부(120)에서 측정한 제2 전압값(V2)의 차이값을 계산한다. 그리고, 상기 차이값의 크기(절대값)가 미리 설정된 임계값(VT)이하인지 여부를 판단한다. 상기 차이값의 크기(절대값)가 미리 설정된 임계값(VT)이상인 경우(단계 218의 'NO'), 상기 메인 제어부(120)는 프로세스를 단계 210으로 이행한다. 반대의 경우, 상기 차이값의 크기(절대값)가 미리 설정된 임계값(VT)이하인 경우(단계 218의 'YES'), 상기 메인 제어부(120)는 프로세스를 단계 220으로 이행한다.
단계 218에서, 상기 메인 제어부(120)의 판단이 'NO'라면, 상기 메인 제어부(120)에서 측정한 배터리 셀(131)의 전압값 즉, 제2 전압값(V2) 또는 상기 보조 제어부(110)에서 측정한 배터리 셀(131)의 전압값 즉, 제1 전압값(V1) 중 어느 하나에 오류가 발생한 것으로 판단한다. 다시 말해서, 상기 배터리 셀(131)은 과충전 상태가 아니지만, 상기 보조 제어부(110) 또는 메인 제어부(120)는 상기 배터리 셀(131)이 과충전 상태에 있는 것으로 잘못 판단한 것이다. 이 경우, 상기 보조 제어부(110)에서의 측정에서 오류가 발생한 것인지 아니면, 상기 메인 제어부(120)에서의 측정에서 오류가 발생한 것인지 알 수는 없다. 불확실한 상황에서 상기 퓨즈(143)를 절단하게 된다면, 상기 배터리 팩(130)은 더 이상 사용할 수 없는 상태가 된다. 따라서, 다시 한번 상기 배터리 셀(131)의 전압을 측정하고, 상기 배터리 셀(131)의 과충전 여부를 판단할 필요가 있다. 그래서, 상기 메인 제어부(120)는 프로세스를 단계 210으로 이행한다.
단계 218에서, 상기 메인 제어부(120)의 판단이 'YES'라면, 상기 메인 제어부(120)에서 측정한 배터리 셀(131)의 전압값 즉, 제2 전압값(V2)과 상기 보조 제어부(110)에서 측정한 배터리 셀(131)의 전압값 즉, 제1 전압값(V1) 사이의 차이가 오차 범위내에 속하는 것을 의미한다. 따라서, 상기 메인 제어부(120)는 상기 배터리 셀(131) 중 적어도 어느 하나 이상이 과충전된 것으로 판단하고, 상기 메인 제어부(120)는 프로세스를 단계 220으로 이행한다.
단계 220에서, 상기 메인 제어부(120)는 상기 퓨즈 제어 스위치(141)를 턴온(turn on)시키는 제어 신호를 출력한다. 단계 220에서 상기 퓨즈 제어 스위치(141)를 턴온(turn on)되었기 때문에, 단계 208에서 보조 제어부(110)에서 퓨즈를 절단시키도록 출력된 제어 신호가 상기 퓨즈 절단부(142)에 도달하게 된다.
따라서, 단계 230에서 상기 퓨즈 절단부(142)가 상기 퓨즈(143)를 절단한다. 이로 인해, 상기 배터리 셀(131)은 더 이상 과충전되지 않으며, 상기 배터리 팩(130)이 폭발하는 위험을 낮출 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 메인 제어부(120)가 상기 배터리 셀(131)이 과충전 여부를 판단하는 프로세스(단계 210 내지 단계 218)를 반복 실행하여 미리 설정된 횟수 이상 연속 배터리 셀의 과충전으로 판단된 경우, 상기 퓨즈 제어 스위치를 턴온(turn on)시키는 제어 신호를 출력한다. 상기 프로세스의 반복 횟수는 다양하게 설정되어 상기 메모리부(123)에 저장될 수 있다. 반복적인 과충전 여부의 판단을 거쳐서 배터리 셀의 과충전 여부가 확실한 경우, 상기 퓨즈(143)를 절단하므로 배터리 셀 전압의 측정 오류로 인한 문제를 해결할 수 있다.
상기 보조 제어부(110) 및 메인 제어부(120)는 앞서 설명된 다양한 제어 로직을 실행하기 위해 본 발명이 속한 기술분야에 알려진 프로세서, ASIC(application-specific integrated circuit), 다른 칩셋, 논리 회로, 레지스터, 통신 모뎀, 데이터 처리 장치 등을 포함할 수 있다. 또한, 상술한 제어 로직이 소프트웨어로 구현될 때, 상기 보조 제어부(110) 및 메인 제어부(120)는 프로그램 모듈의 집합으로 구현될 수 있다. 이 때, 프로그램 모듈은 메모리에 저장되고, 프로세서에 의해 실행될 수 있다. 여기서, 메모리는 프로세서 내부 또는 외부에 있을 수 있고, 잘 알려진 다양한 수단으로 프로세서와 연결될 수 있다. 또한, 메모리는 메모리부(113, 123)의 내부 또는 외부에 위치할 수 있다. 상기 메모리는 디바이스의 종류에 상관 없이 정보가 저장되는 디바이스를 총칭하는 것으로서 특정 메모리 디바이스를 지칭하는 것은 아니다.
본 발명에 따른 배터리 관리 장치(100)는 다수의 배터리 셀이 직렬 또는 병렬로 연결된 셀 어셈블리와 셀 어셈블리의 충방전을 제어하는 시스템을 포함하는 배터리 팩의 일 구성요소가 될 수 있다. 이러한 경우, 상기 배터리 관리 장치 (100)는 상기 셀 어셈블리의 충방전을 제어하는 시스템과 통합될 수도 있고 별도의 회로 장치를 구성하는 것도 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 관리 장치 (100)는 상기 배터리 팩을 복수개 포함하는 전력 저장 시스템의 일 구성 요소가 될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터리 관리 장치 (100)는 배터리 팩과 이로부터 전력을 공급받는 부하를 포함하는 배터리 구동 시스템의 일 구성요소가 될 수 있다.
상기 배터리 구동 시스템의 일 예로는 전기차(EV), 하이브리드 자동차(HEV), 전기 자전거(E-Bike), 전동 공구(Power tool), 상기 복수의 배터리 팩을 포함하는 전력 저장 장치(Energy Storage System), 무정전 전원 장치(UPS), 휴대용 컴퓨터, 휴대용 전화기, 휴대용 오디오 장치, 휴대용 비디오 장치 등이 될 수 있으며, 상기 부하의 일 예로는 배터리 팩이 공급하는 전력에 의해 회전력을 제공하는 모터 또는 배터리 팩이 공급하는 전력을 각종 회로 부품이 필요로 하는 전력으로 변환하는 전력 변환 회로일 수 있다.
본 발명에 따르면, 오류가 발생한 배터리 셀의 전압값에 근거하여 배터리 팩의 퓨즈를 절단할 가능성을 현저하게 낮출 수 있다. 따라서, 잘 못 퓨즈를 절단하여 배터리 팩을 사용하지 못하게되어 발생하는 경제적 시간적 손실을 방지할 수 있다.
한편, 본 발명을 설명함에 있어서, 도 1에 도시된 본 발명에 따른 배터터리 관리 시스템(100)에 대한 각 구성은 물리적으로 구분되는 구성요소라기보다는 논리적으로 구분되는 구성요소로 이해되어야 한다.
즉, 각각의 구성은 본 발명의 기술사상을 실현하기 위하여 논리적인 구성요소에 해당하므로 각각의 구성요소가 통합 또는 분리되더라도 본 발명의 논리 구성이 수행하는 기능이 실현될 수 있다면 본 발명의 범위 내에 있다고 해석되어야 하며, 동일 또는 유사한 기능을 수행하는 구성요소라면 그 명칭 상의 일치성 여부와는 무관하게 본 발명의 범위 내에 있다고 해석되어야 함은 물론이다.
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.
100 : 배터리 관리 시스템
110 : 보조 제어부
111, 121 : 전압 측정 모듈
112, 122 : A/D 컨버터
113, 123 : 메모리부
114 : 통신선
120 : 메인 제어부
124, 125 : 스위치 소자
130 : 배터리 팩
131 : 배터리 셀
141 : 퓨즈 제어 스위치
142 : 퓨즈 절단부
143 : 퓨즈

Claims (16)

  1. 배터리 팩의 고전위 단자 또는 저전위 단자 중 적어도 어느 한 단자에 연결된 퓨즈;
    배터리 팩에 포함된 다수의 배터리 셀의 전압을 측정하고, 상기 측정된 전압값(이하 '제1 전압값')을 메인 제어부에 출력하고, 상기 제1 전압값이 미리 설정된 기준 전압값보다 높은 경우 퓨즈를 개방시키도록 제어 신호를 출력하는 보조 제어부;
    상기 보조 제어부로부터 출력된 제어 신호에 의해 상기 퓨즈를 절단시키는 퓨즈 절단부;
    상기 보조 제어부와 상기 퓨즈 절단부 사이에 전기적으로 연결된 퓨즈 제어 스위치; 및
    배터리 팩에 포함된 다수의 배터리 셀의 전압을 측정하고, 상기 측정된 전압값(이하 '제2 전압값')과 상기 보조 제어부가 측정한 제1 전압값을 비교하여 상기 배터리 셀이 과충전된 것으로 판단된 경우 상기 퓨즈 제어 스위치를 턴온(turn on)시키는 제어 신호를 출력하는 메인 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 메인 제어부는, 상기 제2 전압값이 미리 설정된 기준 전압값보다 높은 경우 상기 제1 전압값과 상기 제2 전압값을 비교하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 메인 제어부는, 상기 제1 전압값과 상기 제2 전압값의 차이가 미리 설정된 임계값 이하인 경우, 상기 배터리 셀이 과충전된 것으로 판단하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 메인 제어부는, 상기 배터리 셀이 과충전 여부를 판단하는 프로세스를 반복 실행하여 미리 설정된 횟수 이상 연속 배터리 셀의 과충전으로 판단된 경우, 상기 퓨즈 제어 스위치를 턴온(turn on)시키는 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 보조 제어부는,
    상기 배터리 셀의 전압을 측정하는 전압 측정 모듈;
    상기 측정된 전압값을 디지털 전압값으로 변환하는 A/D 컨버터; 및
    상기 측정된 전압값 및 미리 설정된 기준 전압값을 저장하는 메모리부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 메인 제어부는,
    상기 배터리 셀의 전압을 측정하는 전압 측정 모듈;
    상기 측정된 전압값을 디지털 전압값으로 변환하는 A/D 컨버터; 및
    상기 측정된 전압값 및 미리 설정된 기준 전압값을 저장하는 메모리부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 배터리 관리 시스템; 및
    직렬 또는 병렬로 연결된 복수의 배터리 셀;을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
  8. 제7항에 따른 복수의 배터리 팩을 포함하는 전력 저장 시스템.
  9. 제7항에 따른 배터리 팩; 및
    상기 배터리 팩으로부터 전력을 공급 받는 부하;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 구동 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 부하는 전기 구동 수단 또는 전력 변환 회로임을 특징으로 하는 배터리 구동 시스템.
  11. (a) 보조 제어부가 배터리 팩에 포함된 다수의 배터리 셀의 전압을 측정한 제1 전압값을 메인 제어부에 출력하며, 상기 제1 전압값이 미리 설정된 기준 전압값보다 높은 경우 퓨즈를 절단시키도록 제어 신호를 출력하는 단계; 및
    (b) 메인 제어부가 배터리 팩에 포함된 다수의 배터리 셀의 전압을 측정한 제2 전압값과 상기 제1 전압값 비교하여 상기 배터리 셀이 과충전된 것으로 판단된 경우 퓨즈 제어 스위치를 턴온(turn on)시키는 제어 신호를 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 (b)단계는, 상기 메인 제어부가 상기 제2 전압값이 미리 설정된 기준 전압값보다 높은 경우 상기 제1 전압값과 상기 제2 전압값을 비교하는 단계인 것을 특징으로 하는 배터리 관리 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 (b)단계는, 상기 메인 제어부가 상기 제1 전압값과 상기 제2 전압값의 차이가 미리 설정된 임계값 이하인 경우, 상기 배터리 셀이 과충전된 것으로 판단하는 단계인 것을 특징으로 하는 배터리 관리 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 (b)단계는, 상기 메인 제어부가 상기 배터리 셀이 과충전 여부를 판단하는 프로세스를 반복 실행하여 미리 설정된 횟수 이상 연속 배터리 셀의 과충전으로 판단된 경우, 상기 퓨즈 제어 스위치를 턴온(turn on)시키는 제어 신호를 출력하는 단계인 것을 특징으로 하는 배터리 관리 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 (a)단계는,
    상기 보조 제어부가 상기 배터리 셀의 전압을 측정하는 단계;
    상기 보조 제어부가 상기 측정된 전압값을 디지털 전압값으로 변환하는 단계; 및
    상기 보조 제어부가 상기 변환된 전압값을 제1 전압값으로 저장하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 방법.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 (b)단계는,
    상기 메인 제어부가 상기 배터리 셀의 전압을 측정하는 단계;
    상기 메인 제어부가 상기 측정된 전압값을 디지털 전압값으로 변환하는 단계; 및
    상기 메인 제어부가 상기 측정된 전압값을 제2 전압값으로 저장하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 방법.
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