KR20120020704A - 배터리 관리 시스템에서의 전원 구동 회로 - Google Patents

배터리 관리 시스템에서의 전원 구동 회로 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다수 개의 배터리셀의 셀 밸런싱 상태나 전원 충전 상태를 유지하도록 관리하는 BMS에서, 전원을 공급하기 위한 전원 구동 회로를 구성하는 포토 커플러(PC)와 이에 연결된 다른 트랜지스터(TR) 사이에 점퍼(Jumper)를 연결하여 전원 구동 회로를 구성함으로써, 개시 신호(Wakeup Signal)나 점화 신호(Ignition Signal) 등을 인가받지 않는 상태에서도 전원이 구동되도록 하여 셀 밸런싱 동작이나 전원 충전 상태를 유지할 수 있도록 된, BMS에서의 전원 구동 회로에 관한 것이다.
본 발명에 따른 배터리 관리 시스템에서의 전원 구동 회로는, 배터리셀에 연결하기 위한 커넥터; 상기 배터리셀로부터 상기 커넥터를 통해 인가된 전원을 스위칭하는 제1 스위칭부; 점화 신호(Ignition Signal)나 개시 신호(Wakeup Signal)에 따라 작동되어 상기 제1 스위칭부로부터 상기 전원을 인가받는 포토 커플러; 상기 제1 스위칭부에 연결되고, 상기 제1 스위칭부를 통해 전원을 인가받아 셀 밸런싱 동작을 포함한 배터리 관리 기능을 제어하는 제어부; 상기 제1 스위칭부로부터 상기 전원을 인가받아 스위칭하여 장치의 전원을 온(ON) 시키는 제2 스위칭부; 및 상기 포토 커플러와 상기 제2 스위칭부 사이에 연결됨과 더불어 상기 제1 스위칭부에 연결되어 접지된 점퍼를 포함한다.

Description

배터리 관리 시스템에서의 전원 구동 회로{Power driving circuit in battery management system}
본 발명은 배터리 관리 시스템(Battery Management System, 이하 BMS)에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 다수 개의 배터리셀의 셀 밸런싱 상태나 전원 충전 상태를 유지하도록 관리하는 BMS에서, 전원을 공급하기 위한 전원 구동 회로를 구성하는 포토 커플러(PC)와 이에 연결된 다른 트랜지스터(TR) 사이에 점퍼(Jumper)를 연결하여 전원 구동 회로를 구성함으로써, 개시 신호(Wakeup Signal)나 점화 신호(Ignition Signal) 등을 인가받지 않는 상태에서도 전원이 구동되도록 하여 셀 밸런싱 동작이나 전원 충전 상태를 유지할 수 있도록 된, BMS에서의 전원 구동 회로에 관한 것이다.
일반적으로 전기 자동차에 구비되는 배터리 팩은 대략 1.2V의 전압 용량을 갖는 단위 셀을 10개로 하여 하나의 모듈로 구성하고, 차량마다 다소 차이가 있으나 통상적으로 26개의 모듈을 하나의 배터리 팩으로 구성하며, 동력원으로 사용하기 좋은 가장 이상적인 배터리 팩은 각 배터리 모듈의 전압이 하나의 배터리를 사용하는 것과 같이 전압 차이가 '0'인 특성을 갖고 있어야 한다.
이와 같이 전기 자동차의 동력원인 배터리에 대해서 충방전 전압 및 전류의 제어와 배터리의 온도, 충전 상태 등의 관리가 자동차의 성능과 효율을 좌우하므로, 이러한 것을 관리하는 배터리 관리 시스템(BMS)은 항상 최적의 배터리 상태를 유지하도록 제반적인 상태(배터리 셀의 전류, 전압, 온도, 가스, 압력 등)를 모니터링 한 후 제어하는 기능을 담당한다.
도 1은 종래 BMS에서의 전원 구동 회로를 나타낸 회로도이다.
도 1에서, 전기 자동차 등에 사용된 종래 BMS에서는 전원 구동 회로를 이루는 포토 커플러(PC)에서, 포토 커플러를 구성하는 포토 트랜지스터의 에미터와 컬렉터 사이에 점퍼(Jumper)를 연결함으로써, 차량의 엔진 점화에 따른 점화 신호(Ignition Signal)가 점화 애노드(Ignition Anode)에서 점화 캐소드(Ignition Cathode)로 인가됨에 따라 포토 다이오드(PD)에 구동전류(Ir)가 발생되고, 포토 다이오드(PD)에 흐르는 구동전류(Ir)에 대응하여 포토 트랜지스터가 턴온 될 때 점퍼에 의해 포토 트랜지스터가 쇼트(Short)되어, 포토 트랜지스터에 연결된 다른 트랜지스터(Q2)가 구동되어 전원이 온(Power On) 되게 된다. 따라서, 배터리 셀에 대한 셀 밸런싱 동작 등이 이루어지게 된다.
그런데, 종래 BMS에서는 전술한 바와 같이 점화 신호(Ignition Signal)나 개시 신호(Wakeup Signal) 등을 인가받아 셀 밸런싱 동작 등을 수행하게 되지만, BMS가 에너지 저장 시스템에 적용된 경우 개시 신호(Wakeup Signal)나 점화 신호(Ignition Signal) 등을 인가받지 않는 상태에서도 셀 밸런싱 동작 등을 수행해야 하나, 도 1에 도시된 바와 같이 점퍼로 인해 항상 점화 신호(Ignition Signal)가 인가되고 있는 상태로 인지됨으로써, 개시 신호(Wakeup Signal)나 점화 신호(Ignition Signal) 등을 인가받지 않는 상태에서 동작하는 시스템에 적합하지 않다는 문제점이 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 다수 개의 배터리셀의 셀 밸런싱 상태나 전원 충전 상태를 유지하도록 관리하는 BMS에서, 전원을 공급하기 위한 전원 구동 회로를 구성하는 포토 커플러(PC)와 이에 연결된 다른 트랜지스터(TR) 사이에 점퍼(Jumper)를 연결하여 전원 구동 회로를 구성함으로써, 개시 신호(Wakeup Signal)나 점화 신호(Ignition Signal) 등을 인가받지 않는 상태에서도 전원이 구동되도록 하여 셀 밸런싱 동작이나 전원 충전 상태를 유지할 수 있도록 된, BMS에서의 전원 구동 회로를 제공함에 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 관리 시스템에서의 전원 구동 회로는, 배터리셀에 연결하기 위한 커넥터; 상기 배터리셀로부터 상기 커넥터를 통해 인가된 전원을 스위칭하는 제1 스위칭부; 점화 신호(Ignition Signal)나 개시 신호(Wakeup Signal)에 따라 작동되어 상기 제1 스위칭부로부터 상기 전원을 인가받는 포토 커플러; 상기 제1 스위칭부에 연결되고, 상기 제1 스위칭부를 통해 전원을 인가받아 셀 밸런싱 동작을 포함한 배터리 관리 기능을 제어하는 제어부; 상기 제1 스위칭부로부터 상기 전원을 인가받아 스위칭하여 장치의 전원을 온(ON) 시키는 제2 스위칭부; 및 상기 포토 커플러와 상기 제2 스위칭부 사이에 연결됨과 더불어 상기 제1 스위칭부에 연결되어 접지된 점퍼를 포함한다.
여기서, 상기 제1 스위칭부는 FET로 구성되고, 상기 제2 스위칭부는 NPN형 트랜지스터로 구성될 수 있다.
또한, 상기 제2 스위칭부가 NPN형 트랜지스터인 경우, 베이스 단과 상기 제1 스위칭부 사이에 캐패시터가 연결되어 있으며, 상기 제1 스위칭부로부터의 전원을 상기 캐패시터를 통해 베이스단으로 인가하여 상기 NPN형 트랜지스터를 구동시킨다.
또한, 상기 점화 신호(Ignition Signal)나 개시 신호(Wakeup Signal)가 상기 포토 커플러에 인가되지 않는 상태에서, 상기 배터리셀로부터 상기 커넥터를 통해 상기 제1 스위칭부에 인가된 전원이 상기 제1 스위칭부에 연결된 상기 점퍼를 통해 접지로 흐르게 됨으로써, 상기 제1 스위칭부로부터 전원을 인가받은 상기 제어부가 셀 밸런싱 동작을 포함한 배터리 관리 기능을 제어하게 된다.
그리고, 상기 점화 신호(Ignition Signal) 또는 상기 개시 신호(Wakeup Signal)가 상기 포토 커플러에 인가되는 경우, 상기 포토 커플러가 동작하게 되어 상기 포토 커플러에 연결된 상기 제1 스위칭부로부터 전원이 상기 포토 커플러와 제2 스위칭부로 인가됨으로써 상기 제2 스위칭부가 동작하게 되어 장치의 전원이 온 되게 된다.
본 발명에 의하면, 점화 신호(Ignition Signal) 또는 개시 신호(Wakeup Signal)가 인가되지 않는 상태에서 점퍼에 의해 전원이 인가되어 BMS가 셀 밸런싱 동작이나 다른 배터리 관리 기능 등을 제어할 수 있다.
또한, 점화 신호(Ignition Signal) 또는 개시 신호(Wakeup Signal)가 인가되는 상태에서도 셀 밸런싱 동작이나 전원 충전 상태를 유지할 수 있다.
도 1은 종래 BMS에서의 전원 구동 회로를 나타낸 회로도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 관리 시스템에서의 전원 구동 회로를 나타낸 구성도이다.
본 발명의 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 명세서에 첨부된 도면에 의거한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 관리 시스템에서의 전원 구동 회로를 나타낸 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 관리 시스템에서의 전원 구동 회로(200)는, 배터리셀에 연결하기 위한 커넥터(210); 배터리셀로부터 커넥터(210)를 통해 인가된 전원을 스위칭하는 제1 스위칭부(220); 점화 신호(Ignition Signal)나 개시 신호(Wakeup Signal)에 따라 작동되어 제1 스위칭부(220)로부터 전원을 인가받는 포토 커플러(230); 제1 스위칭부(220)에 연결되고, 제1 스위칭부(220)를 통해 전원을 인가받아 셀 밸런싱 동작을 포함한 배터리 관리 기능을 제어하는 제어부(240); 제1 스위칭부(220)로부터 전원을 인가받아 스위칭하여 장치의 전원을 온(ON) 시키는 제2 스위칭부(250); 및 포토 커플러(230)와 제2 스위칭부(250) 사이에 연결됨과 더불어 제1 스위칭부(220)에 연결되어 접지된 점퍼(260)를 포함한다.
여기서, 제1 스위칭부(220)는 FET로 구성되고, 제2 스위칭부(250)는 NPN형 트랜지스터로 구성될 수 있으며, 포토 커플러(230)는 발광 다이오드와 포토 트랜지스터로 구성될 수 있다.
또한, 제1 스위칭부(220)에는 직렬 연결의 저항(R3)과 캐패시터(C2)가 병렬로 연결되어 있고, 커넥터(210)와 제2 스위칭부(220) 사이에 퓨즈(Fuse)를 비롯한 다이오드(D1)와 저항(R1)이 직렬로 연결되며, 캐패시터(C1)와 다이오드(D2) 및 저항(R2)이 병렬로 연결되어 있다.
또한, 제1 스위칭부(220)와 포토 커플러(230) 사이에 전원 인가를 위한 저항(R4)이 직렬로 연결되고, 제1 스위칭부(220)와 제2 스위칭부(250) 사이에도 전원 인가를 위한 저항(R5)이 직렬로 연결되어 있다. 이때, 제2 스위칭부(250)가 NPN형 트랜지스터(TR)인 경우, 베이스 단과 제1 스위칭부(220) 사이에 캐패시터(C5)가 연결되어 있으며, 제1 스위칭부(220)로부터의 전원이 캐패시터(C5)를 통해 베이스단으로 인가되어 NPN형 트랜지스터(TR)를 구동시킨다. 여기서, NPN형 트랜지스터(TR)의 베이스단에는 저항(R9)을 통해 전원 단자(Power On)가 연결된다.
또한, 제1 스위칭부(220)와 포토 커플러(230) 사이에 다이오드(D3)를 통해 점화 상태(Ignition State) 신호를 출력하는 점화 상태 단자가 연결되며, 이 다이오드(D3)와 점화 상태 단자 사이에 전원전압(5V)과 저항(R7, R8) 및 접지가 직렬로 연결된 구성이 병렬로 연결된다.
또한, 제1 스위칭부(220)와 제어부(240) 사이에 인덕터(L1)가 직렬로 연결되고, 캐패시터(C3, C4) 및 저항(R6)이 병렬로 연결된다.
또한, BMS에서의 전원 구동 회로(200)는 점화 신호(Ignition Signal)나 개시 신호(Wakeup Signal)가 포토 커플러(230)에 인가되지 않는 상태에서, 배터리셀로부터 커넥터(210)를 통해 제1 스위칭부(220)에 인가된 전원이 제1 스위칭부(220)에 연결된 점퍼(260)를 통해 접지로 흐르게 됨으로써, 제1 스위칭부(220)로부터 전원을 인가받은 제어부(240)가 셀 밸런싱 동작을 포함한 배터리 관리 기능을 제어하게 된다.
그리고, BMS에서의 전원 구동 회로(200)는 점화 신호(Ignition Signal) 또는 개시 신호(Wakeup Signal)가 포토 커플러(230)에 인가되는 경우, 포토 커플러(230)를 구성하는 발광 다이오드에서 발광된 빛이 포토 트랜지스터에 인가되어 포토 트랜지스터가 턴 온 됨으로써 포토 커플러(230)가 동작하게 되어 포토 커플러(230)에 연결된 제1 스위칭부(220)로부터 전원이 포토 커플러(230)와 제2 스위칭부(250)로 인가됨으로써 제2 스위칭부(250)가 동작하게 되어 장치의 전원이 온 되게 된다.
따라서, 본 발명에 따른 BMS에서의 전원 구동 회로(200)는 점화 신호(Ignition Signal) 또는 개시 신호(Wakeup Signal)가 인가되지 않는 상태에서도 점퍼(260)에 의해 제1 스위칭부(220)로부터 접지로 전원이 흐르게 됨에 따라 제1 스위칭부(220)를 통해 제어부(240)로 전원이 인가되어 제어부(240)가 셀 밸런싱 동작이나 다른 배터리 관리 기능 등을 제어할 수 있게 된다.
전술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 다수 개의 배터리셀의 셀 밸런싱 상태나 전원 충전 상태를 유지하도록 관리하는 BMS에서, 전원을 공급하기 위한 전원 구동 회로를 구성하는 포토 커플러(PC)와 이에 연결된 다른 트랜지스터(TR) 사이에 점퍼(Jumper)를 연결하여 전원 구동 회로를 구성함으로써, Wakeup Signal이나 Ignition Signal 등을 인가받지 않는 상태에서도 전원이 구동되도록 하여 셀 밸런싱 동작이나 전원 충전 상태를 유지할 수 있도록 된, BMS에서의 전원 구동 회로를 실현할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있으므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명은 다수의 배터리 셀에 대한 밸런싱 동작이나 다른 관리 기능을 제어하는 배터리 관리 시스템에 전원을 공급하여 동작하게 하는 BMS 전원 구동 회로에 적용할 수 있다.
또한, Wakeup Signal이나 Ignition Signal 등을 인가받지 않는 상태에서도 전원이 구동되도록 하는 시스템 등에 적용할 수 있다.
200 : BMS에서의 전원 구동 회로 210 : 커넥터
220 : 제1 스위칭부 230 : 포토 커플러
240 : 제어부 250 : 제2 스위칭부
260 : 점퍼 R1 ~ R10 : 저항
L1 : 인덕터 C1 ~ C5 : 캐패시터
D1 ~ D3 : 다이오드 PC : 포토 커플러
Fuse : 퓨즈

Claims (5)

  1. 배터리셀에 연결하기 위한 커넥터;
    상기 배터리셀로부터 상기 커넥터를 통해 인가된 전원을 스위칭하는 제1 스위칭부;
    점화 신호(Ignition Signal)나 개시 신호(Wakeup Signal)에 따라 작동되어 상기 제1 스위칭부로부터 상기 전원을 인가받는 포토 커플러;
    상기 제1 스위칭부에 연결되고, 상기 제1 스위칭부를 통해 전원을 인가받아 셀 밸런싱 동작을 포함한 배터리 관리 기능을 제어하는 제어부;
    상기 제1 스위칭부로부터 상기 전원을 인가받아 스위칭하여 장치의 전원을 온(ON) 시키는 제2 스위칭부; 및
    상기 포토 커플러와 상기 제2 스위칭부 사이에 연결됨과 더불어 상기 제1 스위칭부에 연결되어 접지된 점퍼;
    를 포함하는 배터리 관리 시스템에서의 전원 구동 회로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 스위칭부는 FET로 구성되고, 상기 제2 스위칭부는 NPN형 트랜지스터로 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템에서의 전원 구동 회로.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 스위칭부가 NPN형 트랜지스터인 경우, 베이스 단과 상기 제1 스위칭부 사이에 캐패시터가 연결되어 있으며, 상기 제1 스위칭부로부터의 전원을 상기 캐패시터를 통해 베이스단으로 인가하여 상기 NPN형 트랜지스터를 구동시키는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템에서의 전원 구동 회로.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 점화 신호(Ignition Signal)나 개시 신호(Wakeup Signal)가 상기 포토 커플러에 인가되지 않는 상태에서, 상기 배터리셀로부터 상기 커넥터를 통해 상기 제1 스위칭부에 인가된 전원이 상기 제1 스위칭부에 연결된 상기 점퍼를 통해 접지로 흐르게 됨으로써, 상기 제1 스위칭부로부터 전원을 인가받은 상기 제어부가 셀 밸런싱 동작을 포함한 배터리 관리 기능을 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템에서의 전원 구동 회로.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 점화 신호(Ignition Signal) 또는 상기 개시 신호(Wakeup Signal)가 상기 포토 커플러에 인가되는 경우, 상기 포토 커플러가 동작하게 되어 상기 포토 커플러에 연결된 상기 제1 스위칭부로부터 전원이 상기 포토 커플러와 제2 스위칭부로 인가됨으로써 상기 제2 스위칭부가 동작하게 되어 장치의 전원이 온 되는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템에서의 전원 구동 회로.
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