KR102046007B1 - 배터리 팩의 uvp 레벨 조정 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리 팩의 UVP레벨 조정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 배터리 팩의 방전 수행 시 전류 및/또는 온도에 따라 UVP레벨을 조정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

배터리 팩의 UVP 레벨 조정 장치 및 방법 {APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING UVP LEVEL OF BATTERY PACK}
본 발명은 배터리 팩의 UVP레벨 조정 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 배터리 팩의 방전 수행 시 전류 및/또는 온도에 따라 UVP레벨을 조정하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 배터리 팩에 사용되는 리튬 배터리는 안정성이 특히 우수하고 무게가 가벼워 전기자동차 및 각종 기기에 사용된다.
또한, 리튬 배터리는 충전이나 방전 수행 시 화학반응을 일으키므로 온도에 매우 민감한 장치이다.
따라서 온도가 너무 낮으면 화학반응이 느리게 일어나 배터리의 성능이 감소하고, 온도가 너무 높으면 화학반응이 지나치게 활발해져 배터리 고장을 일으킬 수 있다.
한편, 배터리 팩은 과방전과 같은 문제가 발생하지 않도록 일정 전압 이하로는 방전이 되지 않게 보호하는 회로를 포함하고 있다. 이때의 일정 전압을 UVP레벨이라고 하고 이 UVP 레벨만큼 전압이 떨어지면 방전을 중지시킨다.
종래에 배터리 팩 방전 시 UVP(Under Voltage Protection) 레벨은 배터리 팩의 방전 환경과 상관 없이 고정되어 있고 온도가 높은 경우, 온도가 낮은 경우에 비하여 상대적으로 배터리 팩의 사용시간이 짧아진다.
또한, 흐르는 전류의 값이 큰 경우, 작은 전류 값으로 방전되는 경우에 비하여 배터리 팩의 사용시간이 짧고 방전이 종료된 후 다음 동작을 수행하기 위해 회복되는 전압도 커서 각각의 방전 전류 값마다 다른 동작 전압을 설정해야 되는 번거로움이 있었다.
도 1은 방전 수행 시 UVP 레벨을 고정시킨 배터리 팩의 전류 크기 별로 사용시간과 회복전압을 나타낸 그래프이다.
도 1을 살펴보면 방전 수행 시 배터리 팩의 전류가 클수록 UVP레벨(가로축 3.25V)에 도달하는 시간이 짧고 회복 전압도 커지는 것을 확인 할 수 있다.
이와 같이 배터리 팩의 방전 수행 시 UVP 레벨이 고정되는 경우, 배터리 팩의 온도와 전류마다 회복 전압과 사용시간이 달라 배터리 팩을 효율적으로 사용하지 못하는 문제점이 발생한다.
KR 2008-0052277 A
본 발명은 배터리 팩이 방전 동작을 수행하는 경우, UVP 레벨을 유동적으로 제어하여 효과적인 배터리 팩의 사용을 가능하게 하는 배터리 팩의 UVP 레벨 조정 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 UVP 레벨 조정 장치는 하나 이상의 배터리 셀 및/또는 모듈을 포함하여 구성되는 배터리 팩의 UVP 레벨 조정 장치에 있어서, 방전 수행 시 상기 배터리 팩의 온도 및/또는 전류를 측정하는 측정부, 상기 방전 수행 시 상기 측정부에서 측정되는 온도 및/또는 전류에 대응되는 최적 UVP 레벨 테이블이 저장되어 있는 메모리 및 상기 최적 UVP 레벨 테이블로부터, 상기 측정부에서 측정된 배터리 팩의 온도 및/또는 전류에 알맞은 최적 UVP 레벨을 검출하고, 그 검출된 UVP 레벨을 배터리 팩의 UVP 레벨로 설정하는 제어부를 포함하여 구성된다.
상기 측정부는 상기 방전 수행 시 배터리 팩의 온도를 측정하는 온도 측정부 및 상기 방전 수행 시 배터리 팩의 방전 전류를 측정하는 전류 측정부를 포함한다.
상기 측정부는 배터리 팩의 전압을 측정하는 전압 측정부를 추가로 포함한다.
상기 최적 UVP 레벨 테이블에 저장된 최적 UVP 레벨은,
측정부에서 측정된 배터리 팩의 온도 및/또는 전류에 대응되고, 동일한 방전시간과 회복전압을 가지도록 설정한다.
상기 제어부는 상기 UVP레벨 테이블로부터 측정된 상기 온도 및/또는 전류에 대응되는 하나의 최적화된 UVP레벨을 검출하는 최적 UVP레벨 검출부 및 상기 검출된 최적 UVP레벨을 상기 배터리 팩의 UVP레벨로 설정하는 최적 UVP레벨 설정부를 포함한다.
상기 전압 측정부에서 전압을 측정하여 설정된 최적UVP레벨에 도달하면 방전을 중지시키는 방전 중지부를 추가로 포함한다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 UVP 레벨 조정 방법은 하나 이상의 배터리 셀 및/또는 모듈을 포함하여 구성되는 배터리 팩의 UVP 레벨 조정 방법에 있어서, 배터리 팩이 방전을 수행하는 경우, 방전 수행에 영향을 미치는 배터리 팩의 온도 및/또는 전류를 측정하는 내부 환경 측정단계, 저장된 최적 UVP 레벨 테이블에서 측정된 온도 및/또는 전류에 대응되는 최적 UVP 레벨을 검출하는 최적 UVP 레벨 검출단계; 및 상기 검출된 최적 UVP 레벨을 배터리 팩의 UVP레벨로 설정하는 최적 UVP 레벨 설정단계를 포함한다.
상기 내부 환경 측정단계는 배터리 팩의 전압을 측정하는 전압 측정단계를 더 포함한다.
상기 전압 측정단계에서 측정한 배터리 팩의 전압이 상기 최적 UVP레벨로 방전되면 배터리 팩을 방전 중지 상태로 설정하는 방전 중지단계를 더 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 UVP 레벨 조정 장치 및 방법은 방전 수행 시 배터리 팩의 방전 전류 및/또는 온도에 따라 UVP 레벨을 다르게 설정하여 효율적인 배터리 팩의 사용을 가능하게 할 수 있다.
도 1은 방전 수행 시 UVP 레벨을 고정시킨 배터리 팩의 전류 크기 별로 사용시간과 회복전압을 나타낸 그래프.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 UVP 레벨 조정 장치의 개략적인 구성도.
도 3은 방전 수행 시 전류에 따른 최적 UVP 레벨을 가진 배터리 팩의 사용시간과 회복전압을 나타낸 그래프.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 최적 UVP 레벨 조정 방법의 순서도.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 최적 UVP레벨 조정 방법 중 내부 환경 측정단계의 순서도.
이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명에 실시 예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명이 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 단지 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 식별하는 목적으로만 사용된다. 예컨대, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
1. 본 발명에 실시 예에 따른 배터리 팩의 UVP 레벨 조정 장치
본 발명의 배터리 팩의 UVP 레벨 조정 장치는 방전 수행 시 배터리 팩의 방전 전류 및/또는 온도에 따라 UVP 레벨을 다르게 조정하여 동일한 회복전압과 방전시간이 보장되도록 하는 것이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 UVP 레벨 조정 장치의 개략적인 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 UVP 레벨 조정 장치는 방전 수행 시 배터리 팩의 온도 및/또는 전류를 측정하는 측정부(100), 측정부(100)에서 측정한 온도 및/또는 전류에 대응되는 최적 UVP 레벨이 저장되어 있는 메모리(200)및 배터리 팩의 UVP 레벨을 조정하는 제어부(300)로 구성된다.
한편, 측정부(100)는 방전 수행 시 배터리 팩의 온도를 측정하는 온도 측정부(110), 배터리 팩의 전류를 측정하는 전류 측정부(120)및 전압을 측정하는 전압 측정부(130)로 구성된다.
더욱 상세하게, 온도 측정부(110)는 배터리 팩의 온도를 측정하며, 온도 측정부(110)에서 측정된 온도는 메모리(200)에 저장되거나 바로 제어부(300)로 전송되어 최적 UVP레벨 검출에 사용될 수 있다.
또한, 전류 측정부(120)는 배터리 팩의 방전 전류 값을 측정하는 구성으로 측정된 전류도 메모리(200)에 저장되거나 바로 제어부(300)로 전송되어 최적 UVP 레벨 검출에 사용될 수 있다.
또한, 전압 측정부(130)는 최적UVP레벨을 설정한 후 배터리 팩의 전압이 UVP 레벨로 도달하였는지 확인하기 위하여 측정한다. 여기서 배터리 팩의 전압이 UVP 레벨로 도달하였다면, 방전을 중지시킨다.
한편, 메모리(200)는 최적 UVP 레벨 테이블이 저장되어 있다. 여기서 최적 UVP 레벨은 배터리 팩이 일정 전압 이하로 방전 되지 않게 방전을 중지시키는 방전 종료 전압을 의미한다.
또한, 최적 UVP 레벨들은 배터리 팩의 전류와 온도만을 변화시켜가며 수행한 다수의 방전 실험을 통해 획득 할 수 있다.
한편, 제어부(300)는 측정부(100)에서 측정된 배터리 팩의 전류 및/또는 온도에 대응되는 최적 UVP 레벨을 최적 UVP테이블에서 검출하는 최적 UVP 레벨 검출부(310), 최적 UVP 레벨 검출부(310)에서 검출한 최적UVP 레벨을 배터리 팩의 UVP 레벨로 설정하는 UVP 레벨 설정부(320) 및 배터리 팩의 전압이 최적UVP 레벨에 도달하면 방전을 중지시키는 방전 중지부(330)로 구성된다.
더욱 상세하게, 최적 UVP 레벨 검출부(310)는 메모리에 저장되어 있는 전류 및/또는 온도를 읽어 최적 UVP레벨을 검출하거나, 전류 및/또는 온도를 측정한 후 바로 최적 UVP 레벨 검출부(310)로 전달되어 측정된 전류 및/또는 온도에 대응되는 값을 검출할 수 있다.
제어부(300)에서 최적 UVP레벨을 설정하여 나타나는 효과는 하기 도3을 참고한다.
도 3은 방전 수행 시 전류에 따른 최적 UVP 레벨을 가진 배터리 팩의 사용시간과 회복전압을 나타낸 그래프이다.
도3을 참조하면, 방전 수행 시 배터리 팩이 전류의 크기에 따라 각각 최적 UVP 레벨을 설정하여, 배터리 팩의 전류가 큰 경우에도 전류가 작은 경우랑 같이 동일한 방전시간과 회복전압을 가질 수 있다. 여기서 회복전압은 배터리 팩의 방전 수행이 중단되는 경우, 순간 불안정한 낮은 전압상태로 있다가 배터리 자체에서 배터리 동작이 가능한 정도의 전압으로 회복하는 전압을 의미한다.
또한, 동일한 회복전압은 충전 및 배터리 시간 유지등과 같은 배터리 자체 동작들을 수행하는 동작 전압들도 동일하게 맞출 수 있기 때문에 전류 및/또는 온도 별로 따로 설정하지 않아도 되는 편리성이 있다.
2. 본 발명에 실시 예에 따른 배터리 팩의 UVP 레벨 조정 방법
본 발명의 배터리 팩의 UVP 레벨 조정 방법은 방전 수행 시 배터리 팩의 전류와 온도를 측정하여 최적 UVP 레벨 테이블에서 해당되는 최적의 UVP레벨을 검출하여 배터리 팩의 UVP레벨로 설정할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 최적 UVP레벨 조정 방법의 순서도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 UVP레벨 조정 방법은 방전 수행 시 배터리 팩의 온도 및/또는 전류를 측정하는 내부 환경 측정단계(S410), 내부 환경 측정단계(S410)에서 측정된 배터리 팩의 내부 환경에 맞는 최적 UVP레벨을 최적 UVP레벨 테이블에서 검출하는 최적 UVP 레벨 검출단계(S420) 및 최적 UVP 레벨 검출단계(S420)에서 검출한 최적 UVP 레벨을 설정하는 최적 UVP레벨 설정단계(S430)를 수행할 수 있다.
더욱 상세하게, 하기 도 5를 이용하여 내부 환경 측정단계(S410)를 상세히 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 배터리 팩의 최적 UVP레벨 조정 방법 중 내부 환경 측정단계(S410)의 순서도이다.
도 5를 참조하면, 내부 환경 측정단계(S410)는 방전 수행 시 방전 시간과 회복 전압에 영향을 미치는 배터리 팩의 내부 환경을 측정하는 단계로, 방전 수행 시 배터리 팩의 온도를 측정하는 온도 측정단계(S411)와 방전 수행 시 배터리 팩에 흐르는 전류를 측정하는 전류 측정단계 (S412)로 구성된다.
또한, 최적 UVP 레벨 검출단계(S420)는 내부 환경 측정단계(S410)에서 측정된 배터리 팩의 내부 환경에 대응되는 최적 UVP레벨을 최적 UVP레벨 테이블에서 검출하는 단계이다.
또한, 최적 UVP레벨 설정단계(S430)는 최적 UVP 레벨 검출단계(S420)에서 검출한 최적 UVP 레벨을 배터리 팩의 UVP레벨로 설정하는 단계이다.
한편, 최적 UVP레벨을 설정한 후, 배터리 팩의 전압을 측정하고 설정한 UVP레벨에 도달하였는지 확인하여 최적 UVP레벨만큼 전압이 줄어들었으면, 방전을 중지하는 단계를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 서술한 특허청구범위 기술 내에서 다양한 실시 예가 가능할 수 있을 것이다.
100: 측정부
110: 온도 측정부
120: 전류 측정부
130: 전압 측정부
200: 메모리
300: 제어부
310: 최적 UVP 레벨 검출부
320: 최적 UVP 레벨 설정부
330: 방전 중지부

Claims (9)

  1. 하나 이상의 배터리 셀 및/또는 모듈을 포함하여 구성되는 배터리 팩의 UVP 레벨 조정 장치에 있어서,
    방전 수행 시 상기 배터리 팩의 방전전류를 측정하는 측정부;
    상기 방전 수행 시 상기 측정부에서 측정되는 방전전류에 대응되는 최적 UVP 레벨 테이블이 저장되어 있는 메모리; 및
    상기 최적 UVP 레벨 테이블로부터, 상기 측정부에서 측정된 배터리 팩의 방전전류에 대응하는 최적 UVP 레벨을 검출하고, 그 검출된 UVP 레벨을 배터리 팩의 UVP 레벨로 설정하는 제어부;
    를 포함하여 구성되며,
    상기 제어부는,
    상기 최적 UVP 레벨 테이블로부터, 상기 측정부에서 측정된 방전전류에 대응되는 하나의 최적화된 UVP 레벨을 검출하는 최적 UVP 레벨 검출부; 및
    상기 검출된 최적 UVP 레벨을 상기 배터리 팩의 UVP 레벨로 설정하는 최적 UVP 레벨 설정부;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하고,
    상기 최적 UVP 레벨 테이블에 저장된 최적 UVP 레벨은, 상기 측정부에서 측정된 배터리 팩의 방전전류에 대응되고, 동일한 방전시간 및 회복전압을 가지도록 설정되어, 상기 최적 UVP 레벨 설정부에 의해 설정된 최적 UVP 레벨에 따라 방전되는 배터리 팩은, 방전전류의 크기에 상관없이 동일한 방전시간과 회복전압을 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 UVP 레벨 조정 장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 측정부는,
    배터리 팩의 전압을 측정하는 전압 측정부를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 UVP 레벨 조정 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 3에 있어서,
    상기 전압 측정부에서 측정된 전압이, 상기 최적 UVP 레벨 설정부에 의해 설정된 최적 UVP 레벨에 도달하면 방전을 중지시키는 방전 중지부;
    를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 UVP 레벨 조정 장치.
  7. 하나 이상의 배터리 셀 및/또는 모듈을 포함하여 구성되는 배터리 팩의 UVP 레벨 조정 방법에 있어서,
    배터리 팩이 방전을 수행하는 경우, 방전 수행에 영향을 미치는 배터리 팩의 방전전류를 측정하는 내부 환경 측정단계;
    기 저장된 최적 UVP 레벨 테이블에서, 상기 측정된 방전전류에 대응되는 최적 UVP 레벨을 검출하는 최적 UVP 레벨 검출단계;
    상기 검출된 최적 UVP 레벨을 배터리 팩의 UVP레벨로 설정하는 최적 UVP 레벨 설정단계;
    상기 최적 UVP 레벨 설정 후, 상기 배터리 팩의 전압을 측정하는 전압 측정단계;
    상기 전압 측정단계에서 측정한 배터리 팩의 전압이 최적 UVP 레벨에 도달하면, 상기 배터리 팩을 방전 중지 상태로 설정하는 방전 중지단계;
    를 포함하여 구성되며,
    상기 기 저장된 최적 UVP 레벨 테이블에 포함된 최적 UVP 레벨은, 상기 전압 측정단계에서 측정된 배터리 팩의 방전전류에 대응되고, 동일한 방전시간 및 회복전압을 가지도록 설정되어, 상기 방전 중지단계에 의해 최적 UVP 레벨에 도달한 상태에서 방전이 중지되는 배터리 팩은, 방전전류의 크기에 상관없이 동일한 방전시간과 회복전압을 갖는 것을 특징으로 하는 배터리 팩의 UVP 레벨 조정 방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
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