KR20190137683A - 배터리 시스템 - Google Patents

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슈테판 독지
미카엘 하인들
게랄트 리히터
비르기트 바이센슈타이너
페테르 쿠르치크
만프레드 마르츨
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Abstract

본 발명은 제1 노드(11)와 제2 노드(12) 사이에 직렬로 전기적으로 연결되어 있는 복수의 배터리 셀(10)을 포함하는 배터리 시스템(100)에 관한 것이다. 또한, 중간 노드(13)는 복수의 배터리 셀(10)을 배터리 셀(10)들의 제1 서브 세트(14)와 배터리 셀(10)들의 제2 서브 세트(15)로 분할한다. 강압 컨버터(30)는 제1 노드(11)와 제2 노드(12) 사이에서 복수의 배터리 셀(10)과 병렬로 연결되어 있고, 출력 노드(31)를 갖는다. 제1 다이오드(40)는 그것의 애노드가 중간 노드(13)에 연결되어 있고, 그것의 캐소드가 출력 노드(31)에 연결되어 있다. 배터리 시스템(100)은 또한 출력 노드(31)와 제1 노드(11) 사이에 상호 연결되어 있고 강압 컨버터(30)를 제어하도록 구성된 제어 유닛(20)을 포함한다. 배터리 시스템(100)은 제어 유닛(20) 및 배터리 시스템(100)의 임의의 다른 제어 전자 기기의 통합 중복 전원 공급을 허용한다.

Description

배터리 시스템{BATTERY SYSTEM}
본 발명은 배터리 시스템의 시스템 기본 칩과 같은, 제어 유닛을 위한 통합 중복 전원 공급 장치를 갖는 배터리 시스템에 관한 것이고, 바람직하게는 배터리 시스템의 배터리 셀 중 적어도 일부 중에서 통합된 밸런싱을 갖는다.
충전식 또는 이차전지는 충전 및 방전이 반복될 수 있다는 점에서, 화학 물질의 전기 에너지로의 비가역적 변환만을 제공하는 일차전지와 상이하다. 저용량의 재충전 가능한 배터리는 휴대 전화, 노트북 컴퓨터, 및 캠코더와 같은 소형 전자 장치의 전원 공급 장치로서 사용되고, 고용량의 재충전 가능한 배터리는 하이브리드 자동차 등의 전원 공급 장치로서 사용된다.
일반적으로, 이차전지는 양극, 음극, 및 양극과 음극 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전극 조립체, 전극 조립체를 수용하는 케이스, 그리고 전극 조립체와 전기적으로 연결되어 있는 전극 단자를 포함한다. 양극, 음극, 및 전해질 용액의 전기 화학적 반응을 통해 배터리의 충방전을 가능하게 하기 위해, 케이스로 전해액이 주입된다. 원통형 또는 직사각형과 같은 케이스의 형상은 배터리의 용도에 따라 다르다.
재충전 가능한 배터리는 직렬 및/또는 병렬로 결합된 다수의 단위 배터리 셀로 형성된 배터리 모듈로서 사용되어, 예를 들어 하이브리드 자동차의 모터 구동을 위한, 높은 에너지 밀도를 제공할 수 있다. 즉, 배터리 모듈은 예를 들어, 전기 자동차용 고전력 재충전 가능한 배터리를 구현하기 위해 필요한 전력량에 따라 복수의 단위 배터리 셀의 전극 단자들을 상호 연결하여 형성된다. 배터리 시스템을 구성하기 위해 하나 이상의 배터리 모듈이 기계적 및 전기적으로 통합되고, 열 관리 시스템이 장착되며, 하나 이상의 전기 소비자와 통신하도록 설정된다.
배터리 시스템에 연결되어 있는 다양한 전기 소비자의 동적 전력 수요를 충족시키기 위해, 배터리 전력 출력 및 충전에 대한 정적 제어만으로는 충분하지 않다. 따라서, 배터리 시스템과 전기 소비자들의 컨트롤러들 사이에 정보가 꾸준히 또는 간헐적으로 교환되어야 한다. 이 정보는 배터리 시스템의 실제 충전 상태(SoC: state of charge), 잠재적인 전기적 성능, 충전 능력, 및 내부 저항은 물론 실제 또는 예측 전력 수요 또는 소비자 잉여분을 포함한다.
전술한 파라미터의 모니터링, 제어, 및/또는 설정을 위해, 배터리 시스템은 일반적으로 배터리 관리 시스템(BMS: battery management system), 배터리 관리 유닛(BMU: battery management unit), 및 셀 감시 회로(CSC: cell supervision circuit) 중 하나 이상을 포함한다. 이러한 제어 유닛은 배터리 시스템의 필수 부품일 수 있고 공통의 하우징 내에 배치될 수 있거나 또는 적절한 통신 버스를 통해 배터리 시스템과 통신하는 원격 제어 유닛의 일부일 수 있다. 이들 제어 유닛은 배터리 시스템에서 다양한 기능을 수행할 수 있다. CSC는 일반적으로 배터리 모듈 레벨에 장착되며, 셀 전압 및 온도를 측정하고 모듈 내에서 셀 밸런싱을 제공하도록 구성된다. 복수의 CSC는 통상적으로 데이터 전송을 위해 서로 연결되어 있으며, BMU와도 연결되어 있다. BMU는 모든 배터리 모듈로부터 전압 데이터를 수신하고, 배터리 시스템 전체를 제어하며, 전기 소비자와 통신하기 위해, 예를 들어 CAN 또는 SPI 인터페이스와 같은 적절한 통신 버스를 통해, 배터리 시스템의 외부에 통신 인터페이스를 제공한다.
차량의 전기 모터에 전원을 공급하기 위해, 48V와 같은 고전압이 배터리 시스템에 의해 공급되어야 한다. 또한 배터리 시스템은 이러한 전기 소비자에게 전원을 공급하기 위해 48V 보드 넷(board net)에 연결되어 있다. 그러나, 배터리 시스템의 제어 유닛은 일반적으로 더 낮은 전압에서 작동한다. 배터리 시스템은 일반적으로 차량의 12V 보드 넷에 의해 제공될 수 있는 추가적인 12V 전원을 필요로 한다.
배터리 시스템의 보안 관련 기능이 항상 보장되어야 하므로, 차량의 비-활성 단계 중에도 12V 보드 시스템이 방전되어, 이러한 접근 방식은 단점이 있다. 따라서 자가-공급 배터리 시스템이 바람직하다.
본 발명의 목적은 제어 유닛의 신뢰성 있는 전력 공급을 허용하고 또한 비용에 민감한, 배터리 시스템의 시스템 기반 칩과 같은, 제어 유닛을 위한 통합 전원 공급 장치를 갖는 배터리 시스템을 제공하는 것이다.
제1 노드와 제2 노드 사이에 직렬로 전기적으로 연결되어 있는 복수의 배터리 셀을 포함하는 배터리 시스템이 제공됨에 따라, 본 발명에 의해 종래 기술의 단점들 중 하나 이상은 방지될 수 있거나 또는 적어도 감소될 수 있다. 복수의 배터리 셀은 제1 노드와 제2 노드 사이에 병렬로 연결되어 있는 배터리 셀들을 더 포함할 수 있다. 예시적으로, 병렬로 연결되어 있는 복수의 셀을 각각 포함하는 복수의 서브 모듈은 제1 노드와 제2 노드 사이에 직렬로 연결될 수 있다. 즉, 제1 노드와 제2 노드 사이에 직렬로 연결되어 있는 모든 배터리 셀의 추가 전압이 제1 노드와 제2 노드 사이에 인가된다. 바람직하게, 36V와 52V 사이의 전압, 특히 바람직하게는 48V가 배터리 시스템의 제1 노드와 제2 노드 사이에 인가된다.
배터리 시스템은 복수의 배터리 셀을 배터리 셀들의 제1 서브 세트 및 배터리 셀들의 제2 서브 세트로 분할하는 중간 노드를 더 포함한다. 즉, 제1 노드와 중간 노드 사이에 직렬로 연결되어 있는 모든 배터리 셀의 추가 전압이 제1 노드와 중간 노드 사이에 인가되고, 중간 노드와 제2 노드 사이에 직렬로 연결되어 있는 모든 배터리 셀의 추가 전압은 중간 노드와 제2 노드 사이에 인가된다. 바람직하게, 제1 노드와 중간 노드 사이에 인가되는 전압은 제2 노드와 중간 노드 사이에 인가된 전압과 상이하다. 더욱 바람직하게, 제1 노드와 중간 노드 사이에 인가되는 전압은 12V와 36V 사이, 바람직하게는 12V에서 24V 사이, 더욱 바람직하게 12V와 14V 사이이다. 바람직하게, 배터리 시스템의 모든 배터리 셀들은 동일하다.
대안적으로, 배터리 셀들의 제1 서브 세트 및 제2 서브 세트는 직렬로 연결되어 있는 동일한 수량의 배터리 셀들을 포함하고, 제1 서브 세트의 공칭(nominal) 출력 전압은 배터리 셀들의 제2 서브 세트의 공칭 출력 전압과 동일하다. 더욱 바람직하게, 제1 서브 세트 및 제2 서브 세트는 병렬로 연결되어 있는 동일한 수량의 배터리 셀들을 포함한다. 또한 바람직하게, 각 서브 세트는 제1 단자와 제2 단자 사이에 직렬로 연결되어 있는 배터리 셀의 절반을 포함한다. 대안적으로, 제1 서브 세트에서 병렬 및/또는 직렬로 연결되어 있는 배터리 셀들의 수량은 제2 서브 세트에서 병렬 및/또는 직렬로 연결되어 있는 배터리 셀들의 수량과 상이하다. 더 바람직하게는, 제1 서브 세트의 배터리 셀들은 제2 셀 서브 세트의 배터리 셀들과 상이한 용량(capacity)을 가질 수 있다.
배터리 시스템은 제1 노드와 제2 노드 사이에 복수의 배터리 셀과 병렬로 연결되어 있는 강압 컨버터를 더 포함한다. 강압 컨버터는 또한 강압 컨버터의 출력 전압이 제공되는 출력 노드를 갖는다. 바람직하게, 강압 컨버터의 입력 전압은 제1 노드와 제2 노드 사이에 인가되는 전압이고, 출력 노드에 인가되는 출력 전압은 입력 전압보다 더 낮다. 즉, 강압 컨버터는 제1 노드와 제2 노드 사이의 입력 전압을 출력 노드, 바람직하게는 출력 노드와 제1 노드 사이에 인가하는 제2 전압(출력 전압)으로 변환하도록 구성된다. 더욱 바람직하게, 제1 노드는 접지 전위(GND)를 갖는다. 변환된 전압(출력 전압)은 초기 전압(입력 전압)보다 더 낮다. 바람직하게, 강압 컨버터는 벅(buck) 컨버터, 벅-부스트(buck-boost) 컨버터, 순방향 컨버터, 플라이백(flyback) 컨버터, 풀 브리지(full bridge) 컨버터, 및 푸시-풀(push-pull) 컨버터 중 하나이다.
본 발명의 배터리 시스템은 중간 노드와 출력 노드 사이에 상호 연결되어 있는 제1 다이오드를 더 포함하고, 제1 다이오드의 애노드는 중간 노드에 연결되어 있으며 제1 다이오드의 캐소드는 출력 노드에 연결되어 있다. 본 발명의 내용에서, 제1 다이오드는 중간 노드와 출력 노드 사이에 상호 연결되어 있는 임의의 구성 요소 또는 회로를 지칭하며, 중간 노드로부터 출력 노드로 전류가 흐르게 하지만, 출력 노드로부터 중간 노드로 전류가 흐르는 것은 방지한다. 본 발명의 배터리 시스템은 출력 노드와 제1 노드 사이에 상호 연결되어 있고, 바람직하게 강압 컨버터의 출력 전압을 제어하기 위해, 강압 컨버터를 제어하도록 구성된 제어 유닛을 더 포함한다.
본 발명의 배터리 시스템은 배터리 시스템의 제어 유닛을 위한, 듀얼 전원 공급 장치, 즉 중복 전원 공급 장치를 제공한다. 여기서, 제어 유닛에는 배터리 시스템의 모든 배터리 셀의 총 전압의 일부가 항상 공급되므로, 제어 전자 장치에 대한 저전압 및 과전압이 방지된다. 상세하게, 제어 유닛에는 제1 다이오드 및 출력 노드를 통해 배터리 셀들의 제1 서브 세트의 전압이 공급되거나 또는 제어 유닛에는 강압 컨버터의 출력 전압, 즉 복수의 배터리 셀 전체의 강압 전압이 공급된다. 따라서, 본 발명의 배터리 시스템은 배터리 시스템의 통합된 특징으로서 제어 유닛의 전자 기기를 위한 듀얼 또는 중복 전원 공급 장치를 제공한다.
본 발명의 배터리 시스템은 배터리 시스템의 고전압 영역, 즉 배터리 시스템의 모든 셀과 제어 유닛 사이에 별도의 벅 컨버터 칩이 사용되지 않아도 되므로 전자 장치의 전기 공급을 위한 비용-최적화된 접근법을 제공한다. 더욱 바람직하게, 배터리 시스템의 강압 컨버터는 제어 유닛의 슬립 모드에서 스위치 오프되도록 구성된다. 다시 말해서, 강압 컨버터는 제어 유닛의 슬립 모드에서 출력 노드에 출력 전압을 제공하지 않는다. 따라서, 제어 유닛이 배터리 셀들의 제1 서브 세트를 통해 이중으로 전원이 공급됨에 따라, 강압 컨버터가 영구적으로 동작하지 않아도 하므로, 배터리 시스템의 슬립 전류 또는 대기 전류가 유리하게 감소된다. 한편, 제1 서브 세트로부터의 블리드 아웃(bleed out)은 적어도 제어 유닛의 활성 상태에서 제어 유닛을 강압 컨버터를 통해 전원을 공급함으로써 방지된다. 또한, 제1 다이오드에 의해 제1 서브 세트의 원치 않는 충전 또는 과충전이 방지된다.
특히 바람직한 실시예에서, 배터리 셀들의 제1 서브 세트는 18V와 26V 사이, 바람직하게는 14V 사이의 전압을 공급한다. 더욱 바람직하게, 강압 컨버터의 출력 전압은 18V와 41V 사이, 특히 바람직하게 18V와 36V 사이, 그리고 더욱 바람직하게 약 24V로 설정될 수 있다. 제어 유닛은 12V 도메인과 통신하도록 구성되지만, 바람직하게는 12V와 41V 사이의 전압, 바람직하게는 18V와 36V 사이의 전압, 및 더욱 바람직하게 14V에서 24V의 전압으로 안전하게 공급되도록 구성된다. 특히 바람직하게, 중간 노드는 복수의 배터리 셀을 분할하여, 배터리 셀들의 제1 서브 세트가 제어 유닛의 동작 전압을 제공한다. 즉, 제어 유닛의 동작 전압은 중간 노드와 제1 노드 사이에 인가된다.
본 발명의 특히 바람직한 실시예에 따르면, 제어 유닛은 시스템 기본 칩(SBC: system basis chip) 및 배터리 관리 유닛(BMU: battery management unit)을 포함한다. 여기서, BMU는 SBC에 직렬로 연결되어 있고, SBC는 출력 노드에 연결되어 있으며, BMU는 제1 노드에 연결되어 있다. 더욱 바람직하게, SBC는 BMU의 동작 전압을 BMU의 전원 핀에 공급하도록 구성된다. 바람직하게, SBC는 배터리 시스템의 모든 추가 제어 전자 장치에 전원을 공급하도록 구성된다.
또한 바람직하게, SBC는 추가 기능, 특히 바람직하게 웨이크-업(wake-up) 기능 또한 바람직하게 감시 기능을 제공하도록 구성된다. 여기서, SBC는 추가 제어 유닛의 슬립 모드에서 배터리 시스템을 제어하고, 결국 추가 제어 유닛을 활성화시킨다. 바람직하게 BMU는 배터리 시스템의 하나 이상의 배터리 셀에 대해 적어도 하나의 제어 기능을 제공하도록 구성된다. 특히 바람직하게, BMU는 적어도 하나의 배터리 셀의 전압 및/또는 온도를 측정하도록 구성된다. 바람직하게, BMU는 적어도 하나의 셀의 액티브 및/또는 패시브 밸런싱을 제공하도록 구성된다.
더욱 바람직하게, SBC는 내부 벅 컨버터를 포함하며, 6V와 41V 사이의 동작 전압이 안전하게 공급될 수 있다. 따라서, 배터리 시스템의 강압 컨버터는 SBC에 다소 높은 출력 전압을 제공할 수 있는 반면, SBC는 BMU 및 바람직하게는 추가 제어 유닛에도 과전압 보호 기능을 더 제공한다.
바람직하게, 배터리 시스템의 강압 컨버터는 제3 노드 및 제2 노드와 제3 노드 사이에 상호 연결되어 있는 제1 스위치를 포함한다. 바람직하게 강압 컨버터는 제2 다이오드를 더 포함하고, 제2 다이오드의 애노드는 제1 노드에 연결되어 있고, 제2 다이오드의 캐소드는 제3 노드에 연결되어 있다. 본 발명의 내용에서, 제2 다이오드는 제1 노드와 제3 노드 사이에 상호 연결되어 있는 임의의 구성 요소 또는 회로를 지칭하며, 제1 노드로부터 제3 노드로 전류가 흐르게 하지만, 제3 노드로부터 제1 노드로 전류가 흐르는 것은 방지한다. 강압 컨버터는 제3 노드와 출력 노드 사이에 상호 연결되어 있는 인덕터를 더 포함하고, 인덕터와 제1 노드 사이에 상호 연결되어 있는 커패시터를 더 포함한다. 즉, 강압 컨버터는 벅 컨버터이다. 이 실시예에서, 제어 유닛, 특히 바람직하게 BMU가, 벅 컨버터의 제1 스위치를 제어하도록 구성된다. 이로써, 제어 유닛은 벅 컨버터의 듀티 사이클을 제어하고, 따라서 PMW를 통해 출력 전압을 제어한다. 더욱 바람직하게, 제어 유닛의 슬립 모드에서, 제1 스위치는 비-도통으로 설정되도록 구성된다. 특히, 이러한 슬립 모드에서, SBC는 BMU에 공급 전압을 제공하지 않도록 구성되고, BMU는 제1 스위치를 도통 상태로 설정하지 않는다. 바람직하게, 제1 스위치는 PNP MOSFET과 같은 MOSFET이다. 바람직하게, BMU는 MOSFET의 게이트에 인가되는 신호를 제어한다.
또 다른 바람직한 실시예에서, 배터리 시스템은 제1 다이오드에 병렬로 연결되어 있는, 제2 스위치를 포함하는 충전 경로를 더 포함한다. 즉, 충전 경로는 제1 다이오드를 우회하여 제2 스위치의 스위칭 상태에 따라 출력 노드로부터 중간 노드로 전류가 흐르게 한다. 따라서, 제2 스위치를 제어함으로써, 강압 컨버터의 출력 전압이 배터리 시스템의 능동 밸런싱에 이용될 수 있다. 제2 스위치가 비도통 상태로 설정되면, (출력 노드에서의 전위에 따라) 강압 컨버터의 출력 전압만이 제어 유닛에 공급되고, 제2 스위치가 도통 상태로 설정되면, (출력 노드에서의 전위에 따라) 강압 컨버터의 출력 전압이 배터리 셀들의 제1 서브 세트를 충전한다. 따라서, 본 발명의 배터리 시스템은 배터리 셀들의 제1 서브 세트와 제2 서브 세트 사이의 통합된 밸런싱을 허용한다. 따라서, 일단 제어 유닛이 다시 활성화되면, 제어 유닛의 슬립 모드에서 제어 유닛에 전원을 공급함으로써 제1 서브 세트의 궁극적인 충전 손실이 균등해질 수 있다.
특히 바람직한 실시예에서, 충전 경로는 제1 다이오드의 캐소드와 제2 스위치 사이에 상호 연결되어 있는 정전류원을 더 포함한다. 대안적으로 정전류원 전류 리미터가 사용될 수 있다. 따라서, 배터리 셀들의 제1 서브 세트의 과충전이 효과적으로 방지될 수 있다. 바람직하게, 제2 스위치는 PNP 트랜지스터이고, PNP 트랜지스터의 에미터는 제1 다이오드의 캐소드에 연결되어 있고, PNP 트랜지스터의 컬렉터는 제1 다이오드의 애노드에 연결되어 있다. 이 실시예에서, 전류 리미터는 PNP 트랜지스터의 베이스가 추가적인 NPN 트랜지스터의 콜렉터뿐만 아니라 저항 네트워크를 통해 PNP 트랜지스터의 에미터에 연결되어 있다는 점에서 유리하게 구현되며, NPN 트랜지스터의 에미터는 제1 노드에 연결되어 있다. NPN 트랜지스터의 베이스를 제어하여, 제2 스위치 기능이 구현되는 한편, 트랜지스터 및 저항 네트워크 모두가 함께 전류 리미터로서 기능한다. 바람직하게, 제어 유닛은 NPN 트랜지스터의 베이스 또는 게이트에 인가되는 신호를 제어하고 제2 스위치를 제어한다.
더욱 바람직하게, 충전 경로는 제1 다이오드의 애노드와 제2 스위치 사이에 상호 연결되어 있는 제4 노드를 포함한다. 따라서, 제4 노드에서의 전류 또는 전압은 제1 스위치, 즉 벅 컨버터 및/또는 제2 스위치의 정확한 기능을 나타낸다. 더욱 바람직하게, 제4 노드는 BMU의 입력 핀, 특히 진단 입력 핀에 연결되어 있다. 이 실시예에서 더욱 바람직하게, BMU는 입력 핀에 인가되는 전압 또는 전류 신호에 기초하여, 제1 스위치 및/또는 제2 스위치의 진단을 수행하도록 구성된다. BMU는 진단에 기초하여, 예를 들어 제1 스위치 및/또는 제2 스위치의 고장이 검출되면, 제어 신호를 출력하도록 더 구성될 수 있다. 제어 신호에 기초하여, 제어 유닛 또는 배터리 시스템의 다른 전자 부품은 예를 들어, 배터리 시스템의 스위치를 켜거나 경고를 출력할 수 있다.
더욱 바람직하게, 제1 저항은 제1 다이오드의 제4 노드와 애노드 사이에 상호 연결되어 있고, 제2 저항과 제3 저항은 모두 제4 노드와 제1 노드 사이에 상호 연결되어 있다. 그리고 BMU의 입력 핀은 제2 저항과 제3 저항 사이에 있는 제5 노드에 연결되어 있다. 그러면 입력 핀에 인가되는 진단 신호는 제1 내지 제3 저항으로 인한 전압 강하이다.
또한 바람직하게, 배터리 시스템은 출력 노드와 제1 노드 사이에 상호 연결되어 있는 추가 부하를 포함한다. 이 추가 부하에는, 특히 제어 장치가 활성화되어 있고 강압 컨버터가 출력 노드에 전원을 제공하면, 출력 노드를 통해 전원이 제공된다. 바람직하게, 제3 스위치는 추가 부하와 제1 노드 사이에 상호 연결되어 있고, 더욱 바람직하게 제3 스위치는 제어 유닛에 의해 제어되고 및/또는 제어 유닛의 슬립 모드에서 비도통 상태로 설정되도록 구성된다. 제어 유닛이 내부 벅 컨버터를 갖는 SBC를 포함하면, 출력 노드에 인가되는 강압 컨버터의 출력 전압은 바람직하게 이 전압이 SBC의 안전 동작 전압 내에 있는 한, 추가 부하의 동작 전압에 적합하게된이다.
더욱 바람직하게, 고전압 부하가 제1 노드와 제2 노드 사이에 상호 연결되어 있다. 대안적으로, 배터리 시스템은 제1 노드와 제2 노드 사이에 전기적으로 상호 연결되어 있는 배터리 시스템 외부의 고전압 부하에 연결되도록 구성된다. 전기 자동차에서, 이러한 고전압 부하는 예를 들어, 전기 엔진 또는 고전압 영역에 의해 전원이 공급될 다른 구성 요소일 수 있다. 이러한 실시예에서, 추가 부하는 바람직하게 제4 스위치를 제어하도록 구성된 릴레이이고, 제4 스위치는 고전압 부하와 제1 노드 및 제2 노드 중 하나 사이에 상호 연결되어 있다. 즉, 배터리 분리 유닛(BDU: battery disconnect unit)은 릴레이와 제4 스위치의 조합에 의해 구현될 수 있다. 본 발명의 배터리 시스템은 제어 유닛(SBC)에 그의 동작 전압을 동시에 공급하면서, 릴레이의 스위칭 또는 유지 전류를 유리하게 공급할 수 있게 한다. 바람직하게, 제어 유닛, 특히 바람직하게 BMU가, 제3 스위치와 제4 스위치 중 적어도 하나를 제어하도록 구성된다.
본 발명의 다른 양태는 종속항 또는 다음의 도면의 설명에서 개시된다.
특징들은 첨부된 도면을 참조하여 예시적인 실시예들을 상세히 설명함으로써 당업자에게 명백해질 것이다.
도 1은 제1 실시예에 따른 배터리 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 2는 제2 실시예에 따른 배터리 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 3은 제3 실시예에 따른 배터리 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 4는 제4 실시예에 따른 배터리 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 5는 제5 실시예에 따른 배터리 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 6은 제1 다이오드 상에서의 전류를 개략적으로 도시한다.
도 7은 출력 노드에서의 전압 및 충전 경로를 통한 전류를 개략적으로 도시한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 작용 효과 및 그 구현 방법을 설명한다. 도면에서, 동일한 참조 부호는 동일한 소자를 나타내며, 중복되는 설명은 생략된다. 그러나, 본 발명은 다양한 형태로 구체화될 수 있으며, 여기에 도시된 실시예들에만 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 오히려, 이들 실시예들은 본 개시가 철저하고 완전하게 될 수 있도록 예로서 제공되며, 당업자에게 본 발명의 양태 및 특징을 충분히 전달할 것이다.
따라서, 본 발명의 양태들 및 특징들의 완전한 이해를 위해 당업자에게 필요하지 않다고 여겨지는 프로세스들, 요소들, 및 기술들은 설명되지 않을 수 있다. 도면에서, 소자, 층, 및 영역의 상대적 크기는 명확성을 위해 과장될 수 있다.
여기서 사용된 바와 같이, "및/또는"이라는 용어는 하나 이상의 연관되고 열거된 항목의 임의의 및 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 발명의 실시예들을 기술할 때 "할 수 있다"를 사용하는 것은 "본 발명의 하나 이상의 실시예"를 의미한다. 본 발명의 실시예들에 대한 이하의 설명에서, 단수 형태의 용어는 문맥이 다른 것을 명백하게 나타내지 않는 한 복수 형태를 포함할 수 있다.
"제1" 및 "제2"라는 용어는 다양한 요소를 설명하기 위해 사용되지만, 이들 요소는 이들 용어에 의해 제한되어서는 안됨을 이해할 것이다. 이 용어는 한 요소를 다른 요소와 구별하기 위해서만 사용된다. 예를 들어, 제1 요소는 제2 요소로 명명될 수 있고, 마찬가지로, 제2 요소는 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서, 제1 요소로 명명될 수 있다. 여기서 사용된 바와 같이, "및/또는"이라는 용어는 하나 이상의 관련되고 열거된 항목의 임의 및 모든 조합을 포함한다. "적어도 하나"와 같은 표현은, 요소들의 목록에 선행하여, 요소의 전체 목록을 수정하고 목록의개별 요소를 수정하지 않다.
여기서 사용되는 용어 "실질적으로", "약" 및 유사한 용어는 근사의 용어로 사용되고 정도의 용어로 사용되지 않으며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 인식될 수 있는 측정된 값 또는 계산된 값의 고유한 편차를 설명하기 위한 것이다. 또한, 용어 "실질적으로"가 수치를 사용하여 표현될 수 있는 특징과 조합하여 사용되면, "실질적인"이라는 용어는 그 수치를 중심으로 한 값의 ±5%의 범위를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 배터리 시스템(100)을 개략적으로 도시한다. 배터리 시스템(100)은 제1 노드(11)와 제2 노드(12) 사이에 직렬로 연결되어 있는 복수의 12개의 배터리 셀(10)을 포함한다. 각 배터리 셀(10)은 약 4V의 전압을 제공하여 약 48V의 전압이 제1 노드(11)와 제2 노드(12) 사이에 인가된다. 배터리 셀(10)의 스택은 셀 스택을 배터리 셀(10)들의 제1 서브 세트(14)와 배터리 셀(10)들의 제2 서브 세트(15)로 분할하는 중간 노드(13)를 더 포함한다. 여기서, 4개의 배터리 셀(10)은 제1 노드(11)와 중간 노드(13) 사이에 배치되고, 8개의 배터리 셀(10)은 중간 노드(13)와 제2 노드(12) 사이에 배치된다. 따라서, 제1 노드(11)와 중간 노드(13) 사이에는 약 16V의 전압이 인가되고, 중간 노드(13)와 제2 노드(12) 사이에는 약 32V의 전압이 인가된다.
약 48V의 전체 전압이 강압 컨버터(30)의 입력 전압이 될 수 있도록, 제1 노드(11)와 제2 노드(12) 사이의 배터리 셀(10)들에 병렬로 강압 컨버터(30)가 연결되어 있다. 강압 컨버터(30)는 강압 컨버터(30)의 출력 전압이 인가되는 출력 노드(31)을 포함한다. 정확하게, 강압 컨버터(30)의 출력 전압은 출력 노드(31)와 제1 노드(11) 사이에 인가되고, 제1 노드(11)는 접지 전위(GND)로 설정된다. 강압 컨버터(30)의 출력 노드(31)는 제1 다이오드(40)를 통해 중간 노드(13)에 연결되어 있다. 여기서, 제1 다이오드(40)의 애노드는 중간 노드(13)에 연결되어 있고, 제1 다이오드(40)의 캐소드는 출력 노드(31)에 연결되어 있다.
제어 유닛(20)은 출력 노드(31)와 제1 노드(11) 사이에 상호 연결되어 있다. 제어 유닛(20)은 또한 강압 컨버터(30), 특히 강압 컨버터(30)의 출력 전압을 제어하기 위해, 제어 신호(CS)를 강압 컨버터(30)에 출력하도록 구성된다. 강압 컨버터(30)가 스위치 오프되면, 제어 유닛(20)에는 제1 다이오드(40) 및 출력 노드(31)를 통해 단독으로 전원이 공급된다. 즉, 배터리 셀(10)들의 제1 서브 세트(14)의 전압, 즉 약 16V가 제어 유닛(20)에 인가된다. 강압 컨버터(30)가 스위치 온되면, 약 48V의 입력 전압에서 강압된 강압 컨버터(30)의 출력 전압이 출력 노드(31)에 인가된다. 출력 노드(31)에서의 강압 컨버터(30)의 출력 전압이 배터리 셀(10)들의 제1 서브 세트(14)의 전압을 초과하면, 출력 노드(31)로부터 중간 노드(13)를 향하는 전류는 제1 다이오드(40)에 의해 차단되고 제어 유닛(20)에는 강압 컨버터(30)에 의해서만 전원이 공급된다. 따라서, 배터리 시스템(100)에 의해 중복 이중 전원 공급 장치가 제공되고, 배터리 셀(10)들의 제1 서브 세트(14)의 과충전이 제1 다이오드(40)에 의해 방지된다. 배터리 시스템(100)에서, 강압 컨버터(30)는 제어 유닛(20)이 활성 상태인 경우에만 스위치 온되고, 제어 유닛(20)이 슬립 모드에 있으면 스위치 오프된다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 배터리 시스템(100)을 개략적으로 도시한다. 도 2에서, 도 1과 동일한 참조 부호는 도 1에서와 동일한 구성 요소를 지칭하며, 반복된 설명은 생략된다.
도 2의 배터리 시스템(100)에서, 강압 컨버터(30)는 제3 노드(32) 및 제2 노드(12)와 제3 노드(32) 사이에 상호 연결되어 있는 제1 스위치(33)를 포함하는 벅 컨버터(30)이다. 벅 컨버터(30)는 제2 다이오드(34)를 더 포함하며, 제2 다이오드(34)의 애노드는 제1 노드(11)에 연결되어 있고, 제2 다이오드(34)의 캐소드는 제3 노드(32)에 연결되어 있다. 벅 컨버터(30)는 제3 노드(32)와 출력 노드(31) 사이에 상호 연결되어 있는 인덕터(35) 및 인덕터(35)와 제1 노드(11) 사이에서 상호 연결되어 있고, 제2 다이오드(34)에 병렬로 연결되어 있는 커패시터(36)를 더 포함한다.
도 2의 제어 유닛은 배터리 관리 유닛(BMU)(22)과 직렬로 연결되어 있는 시스템 기본 칩(SBC)(21)을 포함한다. SBC(21)는 배터리 셀(10)들의 제1 서브 세트(14)의 전압 또는 출력 노드(31)를 통해 강압 컨버터(30)의 출력 전압을 수신하고, BMU(22)의 공급 핀(23)을 통해 BMU(22)의 동작 전압을 공급한다. 거기에서, BMU(22)의 동작 전압은 약 12V이고, 따라서 출력 노드(31)에 인가된 전압보다 더 낮다. BMU(22)는 제어 신호(CS)의 수신에 응답하여 도통 상태으로 설정되고 제어 신호(CS)를 수신하지 않음에 응답하여 비도통 상태로 설정되는 벅 컨버터(30)의 제1 스위치(33)에, 제어 신호(CS)를 출력하도록 더 구성된다. BMU(22)는 펄스 폭 변조로써 벅 컨버터(30)의 듀티 사이클 및 출력 노드(31)에 공급되는 출력 전압을 제어한다.
슬립 모드에서, BMU(22)가 제어 신호(CS)를 제1 스위치(33)로 계속 출력하지 않으므로, 벅 컨버터(30)는 스위치 오프된다. 그런 다음, SBC(21)에는 제1 노드(31)를 통해 배터리 셀(10)들의 제1 서브 세트(14)에 의해 전원이 공급되고, SBC(21)는 BMU(22)의 동작 전압을 BMU(22)에 제공하지 않을 수 있다. 기동 이벤트가, 예를 들어 기동 신호를 수신하거나 또는 소정의 시간이 경과되었다고 결정함으로써, SBC(21)에 의해 인식되면, SBC(21)는, 예를 들어 BMU(22)의 동작 전압을 단시간에 BMU(22)에 제공함으로써, BMU(22)에 기동 신호를 송신할 수 있다. 그러면, BMU(22)는 제1 스위치(33)를 제어하기 시작하고, 따라서 벅 컨버터(30)는 출력 노드(31)를 통해 SBC에 전압을 공급하기 시작한다. 이 전압은 BMU(22)에 동작 전압을 연속적으로 공급하기에 충분하다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 배터리 시스템(100)을 개략적으로 도시한다. 도 3에서, 도 1 및 도 2와 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, 그 반복된 설명은 생략된다.
도 3의 배터리 시스템(100)은 제1 다이오드(40)에 병렬로 연결되어 있는 충전 경로(41)를 더 포함한다. 충전 경로(41)는 정전류원(43)과 제2 스위치(42)를 포함하고, 정전류원(43)은 제1 다이오드(40)의 캐소드에 연결되어 있고 제2 스위치(42)는 제1 다이오드(40)의 애노드에 연결되어 있다. 도 3의 BMU(22)는 또 다른 제어 신호(CS)를 제2 스위치(42)에 출력하여 제2 스위치(42)를 제어하도록 더 구성된다. 충전 경로(41)는 출력 노드(31)를 통해 셀(10)의 제1 서브 세트(14)에 벅 컨버터(30)의 출력 전압을 충전하도록 한다.
제1 스위치(33)가 연속적으로 비전도성으로, 예를 들어 슬립 모드로, 설정되면, 제1 다이오드(40) 및 출력 노드(31)를 통해 셀(10)의 제1 서브 세트(14)에 의해서만 SBC(21)에 전원이 공급된다. 따라서, 제1 서브 세트(14)는 배터리 셀(10)들의 제2 서브 세트(15)보다 더 많이 소모된다. SBC(21) 및 BMU(22)가 기동하면, BMU(22)는 벅 컨버터(30)를 동작시키기 위해 교번으로 도통 상태 및 비도통 상태로 설정되도록 제1 스위치(33)를 제어하므로, 벅 컨버터(30)는 출력 노드(31)에 전압을 공급한다. 이 전압이 제1 서브 세트(14)에 의해 제공된 전압을 초과하면, 제2 스위치(42)를 도통 상태로 설정함으로써 제1 서브 세트(14)의 충전이 가능해진다. 따라서, 일정한 전류가 출력 노드(31)로부터 충전 경로(41)를 통해 배터리 셀(10)들의 제1 서브 세트(14)로 흐르고, 그것들을 충전한다.
충전 경로(41)는 제2 스위치(42)와 제1 다이오드(40)의 애노드 사이에 상호 연결되어 있는 제4 노드(44)를 더 포함한다. 제1 저항(45)은 제4 노드(44)와 중간 노드(13) 사이에 연결되어 있다. 또한, 제4 노드(44)와 제1 노드(11) 사이에는 제2 저항(46)과 제3 저항(47)이 연결되어 있다. 제5 노드(48)는 제2 저항(46)과 제3 저항(47) 사이에 위치되어 있고, BMU(22)의 진단 입력 핀(24)에 연결되어 있다. 진단 입력 핀(24)에서의 신호는 출력 노드(31)로부터 셀(10)의 제1 서브 세트(14) 로의 충전 전류에 기인한 저항들(45, 46, 47)에서의 전압 강하에 대응한다. 이 신호는 벅 컨버터(30), 특히 제1 스위치(33) 및 제2 스위치(42)의 정확한 기능 모두를 나타낸다. 따라서, 진단 입력 핀(24)에서의 신호는 예를 들어 배터리 시스템(100)을 비상 차단하기 위해, 배터리 시스템(100)에 오류 상태가 존재하는지를 결정하는 데 사용될 수 있다.
제2 스위치(42)가 비도통 상태로 설정되면, 도 3의 제어 유닛(21, 22)은 도 1 및 도 2와 관련하여 이미 설명된 바와 같이 이중 전력 공급 장치로서 동작된다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 배터리 시스템(100)을 개략적으로 도시한다. 도 4에서, 도 1 내지도 3의 것과 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, 그 반복된 설명은 생략된다.
도 4의 배터리 시스템(100)은 배터리 시스템(100)의 모든 다른 구성 요소의 하류(downstream) 또는 심지어 배터리 시스템(100)의 외부에 배치될 수 있는, 제1 노드(11)와 제2 노드(12) 사이에 상호 연결되어 있는 고전압 부하(63)를 더 포함한다. 고전압 부하(63)는 배터리 시스템(100)을 포함하는 전기 자동차의 전기 엔진일 수 있다.
배터리 시스템(100)은 제어 유닛들, 즉 SBC(21) 및 BMU(22)와 병렬로, 출력 노드(31)와 제1 노드(11) 사이에 상호 연결되어 있는 추가 부하(61)를 더 포함한다. 도 4에서, 추가 부하(61)는 릴레이(64)로 도시되어 있다. 제3 스위치(62)는 추가 부하(61)/릴레이(64)와 제1 노드(11) 사이에 상호 연결되어 있다. 제3 스위치(62)는 벅 컨버터(30)의 출력 전압이 출력 노드(31)를 통해 릴레이(64)에 공급되도록 제어할 수 있는 BMU(22)에 의해 제어된다. 릴레이(64)는 제2 노드(12)와 고전압 부하(63) 사이에 연결되어 있는 제4 스위치(65)를 제어한다. 특히, 도통 상태가 되도록 제3 스위치(62)를 제어하여, 릴레이(64)는 제4 스위치(65)를 비도통 상태로 설정한다. 따라서, 제3 스위치(62)를 제어하는 BMU(22)는 예를 들어, 진단 입력 핀(24) 상으로 결함 상태를 나타내는 신호를 수신하는 것에 응답하여, 배터리 시스템(100)의 비정상적인 작동 상태의 경우에, 그것의 전기 소비자들의 배터리 팩 시스템(100)을 분리하기 위한 배터리 분리 유닛(BDU: battery disconnect unit)으로 동작할 수 있다.
배터리 시스템(100)의 슬립 모드, 즉 BMU(22)의 슬립 모드에서, SBC(21)에는 제1 다이오드(40) 및 출력 노드(31)를 통해 배터리 셀(10)들의 제1 서브 세트(14)에 의해서만 전원이 공급된다. 여기서, 제1 스위치(33) 및 제3 스위치(62)는 연속적으로 비도통 상태로 설정되지만, 제4 스위치(65)는 도통 상태 또는 비도통 상태 중 하나로 설정될 수 있다. 기동을 위해, SBC(21)는 예를 들어, SBC(21) 등의 커패시터의 제어된 방전에 의해 제어되어, 단시간에 BMU(22)의 동작 전압을 BMU(22)에 공급한다. 그런 다음, BMU(22)는 벅 컨버터(30)를 동작시키기 위해 제1 스위치(33)를 제어하기 시작하고, 따라서 더 높은 전압이 벅 컨버터(30)에 의해 출력 노드(31)에 인가된다. 또한, BMU(22)는 배터리 시스템(100)에 의해 고전압 부하(63)에 전원을 공급하기 위해 제4 스위치(65)가 도통 상태가 되도록 제어할 수 있다. 비정상 상태가 검출되면, BMU(22)는 출력 노드(31)에서 벅 컨버터(30)의 출력 전압을 릴레이(64)에 제공하기 위해 제3 스위치(62)를 닫을 수 있다. 또한, 출력 노드(31)에서의 전압이 릴레이(64)의 스위칭 전압으로 증가될 수 있도록, BMU(22)는 제1 스위치(33)를 제어할 수 있다. 이 전압은 BMU(22)의 동작 전압을 초과할 수 있지만, 여전히 BMU(22)에 적절한 동작 전압을 공급하는 SBC(21)의 안전 동작 전압 범위 내에 있다. 출력 노드(31)로부터 스위칭 전압을 수신하는 것에 응답하여, 릴레이(64)는 제4 스위치(65)를 비도통 상태로 설정하고, 따라서 배터리 시스템(100)과 고전압 부하(63)를 분리한다.
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 배터리 시스템(100)을 개략적으로 도시한다. 도 5에서, 도 1 내지 도 4와 동일한 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, 그 반복된 설명은 생략된다.
도 5의 배터리 시스템(100)에서, 제1 스위치(33)는 BMU(22)에 의해 게이트 전압이 제어되는 MOSFET으로 구현된다. 또한, 제2 스위치는 PNP 트랜지스터(51)에 의해 구현되며, 이 PNP 트랜지스터(51)의 베이스는 저항 네트워크(52)를 통해 그것의 에미터 및 NPN 트랜지스터(53)의 컬렉터에 연결되어 있고, NPN 트랜지스터(53)의 에미터는 제1 노드(11)에 연결되어 있고 베이스에서의 전류가 BMU(22)에 의해 제어된다. PNP 트랜지스터(51), 저항 네트워크(52), 및 NPN 트랜지스터(53)의 조합은 충전 경로(41)에서 제2 스위치 및 전류 리미터를 구현하며, 충전 경로(41)를 통한 충전 전류를 허용하기 위한 스위칭 신호는 NPN 트랜지스터(53)의 베이스에 제공된다.
도 6은 도 5의 배터리 시스템(100)의 제1 다이오드(40) 상에서의 전류를 개략적으로 도시한다. 여기서, 배터리 시스템(100) 및 BMU(22)의 슬립 모드 중에, 슬립 전류는 100μ￥μA이다. 이는 기본적인 감시 기능을 수행하고 기동 기능을 제공하기 위해 SBC(21)에 의해 요구되는 전류이다. 단지 몇 밀리 초 동안 지속되는 짧은 시동 단계 중에, BMU(22)를 기동시키기 위해 SBC(21)는 증가된 전류를 최대 100mA로 끌어 낸다. BMU(22)가 기동하면, BMU(22)는 제1 스위치(33)를 통해 벅 컨버터(30)를 동작시키므로, 배터리 셀(10)들의 제1 서브 세트(14)의 전압을 초과하는 출력 전압은 출력 노드(31)에 공급된다. 따라서, 제1 다이오드(40)를 통해 전류가 흐르지 않는다. 트랜지스터(51, 53) 및 저항 네트워크(52)에 의해 구현되는 전류 리미터가 충전 경로(41)를 통과하는 전류를 30mA로 제한하면, 1개월의 슬립 모드로 인한 전하 불균형은 총 충전 시간 2.4 시간(t = (24 * 30 * 100μ￥μA)/(30 mA)) 동안 셀(10)의 제1 서브 세트(14)를 충전하여 동일해질 수 있다.
도 7은 출력 노드(31)에서의 전압 및 도 5의 배터리 시스템의 충전 경로(41) 상의 전류를 개략적으로 도시한다. 상측 곡선은 출력 노드(31)에서 초기에 스위치 오프된 벅 컨버터(30)의 출력 전압이다. 약 1ms에서 벅 컨버터(30)가 스위치 온되고, 출력 노드(31)에서 전압 과도 상태가 발생한다. 그러나, BMU(22)에 의해 제1 스위치(33)를 적절하게 제어하여 이러한 과도 상태가 방지될 수 있다. 그런 다음, 벅 컨버터(30)는 약 28V의 거의 일정한 출력 전압을 출력 노드(31)에 제공한다.
충전 경로(41) 상의 전류는, 약 2ms 후에 PNP 트랜지스터(51)의 채널을 도통 상태로 설정하기 위해, NPN 트랜지스터(53)의 베이스 전류가 제1 노드 (11)의 전압을 PNP 트랜지스터(51)의 베이스에 공급하도록 제어되는 때까지, 초기에 0이다. 그러면 저항 네트워크(52)는 충전 경로(41)를 통해 약 18mA의 일정한 충전 전류를 허용한다.
여기에 설명된 본 발명의 실시예들에 따른 전자 또는 전기 장치 및/또는 임의의 다른 관련 장치 또는 구성 요소는 임의의 적합한 하드웨어, 펌웨어(예를 들어, 주문형 통합 회로(ASIC: application-specific integrated circuit)), 소프트웨어, 또는 소프트웨어, 펌웨어, 및 하드웨어의 조합을 이용하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 이들 장치의 다양한 구성 요소는 하나의 통합 회로(IC) 칩 상에 또는 개별 IC 칩 상에 형성될 수 있다. 또한, 이들 장치의 다양한 구성 요소는 가요성 인쇄 회로 필름(flexible printed circuit film), 테이프 캐리어 패키지(TCP: tape carrier package), 인쇄 회로 기판(PCB: printed circuit board) 또는 하나의 기판 상에 구현될 수 있다. 여기서 기재된 전기적 연결 또는 상호 연결은, 예를 들어 PCB 상에서 또는 다른 종류의 회로 캐리어 상에서, 배선들 또는 전도성 소자들에 의해 구현된다. 전도성 소자들은 예를 들어 표면 금속화(surface metallizations)와 같은 금속화, 및/또는 핀(pin) 및/또는 전도성 중합체 또는 세라믹을 포함할 수 있다. 또한, 전기 에너지는 무선 접속을 통해, 예를 들어 전자기 방사 및/또는 빛을 사용하여 전송될 수 있다.
또한, 이들 장치의 다양한 구성 요소는 여기에 설명된 다양한 기능을 수행하기 위해 하나 이상의 프로세서 상에서 실행되고, 하나 이상의 컴퓨팅 장치 내에서 실행되며, 컴퓨터 프로그램 명령을 실행하고 다른 시스템 구성 요소와 상호 작용하는 프로세스 또는 스레드일 수 있다. 컴퓨터 프로그램 명령은 예를 들어 랜덤 액세스 메모리(RAM: random access memory)와 같은, 표준 메모리 장치를 사용하는 컴퓨팅 장치에서 구현될 수 있는 메모리에 저장된다. 컴퓨터 프로그램 명령은 또한 예를 들어 CD-ROM, 플래시 드라이브 등과 같은 다른 비일시적(non-transitory) 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장될 수 있다.
또한, 당업자는 다양한 컴퓨팅 장치의 기능이 단일 컴퓨팅 장치에 결합되거나 또는 통합될 수 있거나, 또는 특정 컴퓨팅 장치의 기능이 본 발명의 예시적인 실시예들의 범위를 벗어나지 않으면서 하나 이상의 다른 컴퓨팅 장치에 걸쳐 분산될 수 있음을 인식해야 한다.
10: 배터리 셀
11: 제1 노드
12: 제2 노드
13: 중간 노드
14: 배터리 셀의 제1 서브 세트
15: 배터리 셀의 제2 서브 세트
20: 제어 유닛
21: 시스템 기반 칩(SBC)
22: 배터리 관리 유닛(BMU)
23: 전원 핀
24: 입력 핀
30: 강압 컨버터
31: 출력 노드
32: 제3 노드
33: 제1 스위치
34: 제2 다이오드
35: 인덕터
36: 커패시터
37: MOSFET 트랜지스터
40: 제1 다이오드
41: 충전 경로
42: 제2 스위치
43: 정전류원
44: 제4 노드
45: 제1 저항
46: 제2 저항
47: 제3 저항
48: 제5 노드
51: PNP 트랜지스터
52: 저항 네트워크
53: NPN 트랜지스터
61: 추가 부하
62: 제3 스위치
63: 고전압 부하
64: 릴레이
65: 제4 스위치

Claims (15)

  1. 제1 노드와 제2 노드 사이에 직렬로 전기적으로 연결되어 있고, 중간 노드에서 제1 서브 세트와 제2 서브 세트로 분할되는 복수의 배터리 셀,
    상기 제1 노드와 상기 제2 노드 사이에서 상기 복수의 배터리 셀과 병렬로 연결되어 있고, 출력 노드를 갖는 강압 컨버터,
    애노드가 상기 중간 노드에 연결되어 있고 캐소드가 상기 출력 노드에 연결되어 있는 제1 다이오드, 그리고
    상기 출력 노드와 상기 제1 노드 사이에서 상호 연결되어 있고, 상기 강압 컨버터를 제어하도록 구성된 제어 유닛
    을 포함하는 배터리 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 강압 컨버터는 상기 제어 유닛의 슬립 모드에서 스위치 오프되도록 구성되는,
    배터리 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어 유닛은 직렬로 연결되어 있는 시스템 기본 칩(SBC: system basis chip) 및 배터리 관리 유닛(BMU: battery management unit)을 포함하고,
    상기 SBC는 상기 출력 노드에 연결되어 있고 상기 BMU는 제1 노드에 연결되어 있는,
    배터리 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 SBC는 상기 BMU의 동작 전압을 BMU의 공급 핀에 공급하도록 구성되고, 내부 벅 컨버터를 포함하는,
    배터리 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 강압 컨버터는,
    상기 제2 노드와 제3 노드 사이에 상호 연결되어 있는 제1 스위치,
    애노드가 상기 제1 노드에 연결되어 있고 캐소드가 상기 제3 노드에 연결되어 있는 제2 다이오드,
    상기 제3 노드와 상기 출력 노드 사이에서 상호 연결되어 있는 인덕터, 및
    상기 인덕터와 상기 제1 노드 사이에서 상호 연결되어 있는 커패시터를 포함하는,
    배터리 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 스위치는 MOSFET 트랜지스터인,
    배터리 시스템.
  7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 다이오드에 병렬로 연결되어 있고, 제2 스위치를 포함하는 충전 경로를 더 포함하는 배터리 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 충전 경로는 상기 제1 다이오드의 캐소드와 상기 제2 스위치 사이에 연결되어 있는 정전류원 또는 전류 리미터를 더 포함하는 배터리 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제2 스위치는 에미터가 상기 제1 다이오드의 캐소드에 연결되어 있고, 컬렉터가 제1 다이오드의 애노드에 연결되어 있는 PNP 트랜지스터인,
    배터리 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 PNP 트랜지스터의 베이스는 저항 네트워크를 통해 상기 PNP 트랜지스터의 에미터 및 NPN 트랜지스터의 컬렉터에 연결되어 있고, 상기 NPN 트랜지스터의 에미터는 상기 제1 노드에 연결되어 있는,
    배터리 시스템.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 충전 경로 상에는 상기 제1 다이오드의 애노드와 상기 제2 스위치 사이에 상호 연결되어 있고 BMU의 입력 핀에 연결되어 있는 제4 노드가 위치하는,
    배터리 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제4 노드와 상기 중간 노드 사이에 상호 연결되어 있는 제1 저항, 및 상기 제4 노드와 상기 제1 노드 사이에 상호 연결되어 있는 제2 트랜지스터 및 제3 트랜지스터
    를 더 포함하고,
    상기 입력 핀은 상기 제2 저항 및 상기 제3 저항 사이의 제5 노드에 연결되어 있는,
    배터리 시스템.
  13. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 출력 노드와 상기 제1 노드 사이에 상호 연결되어 있는 추가 부하 및 상기 추가 부하와 상기 제1 노드 사이에 상호 연결되어 있는 스위치
    를 더 포함하는 배터리 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    고전압 부하를 더 포함하거나, 또는
    상기 배터리 시스템 외부의 고전압 부하에 연결되도록 구성되며,
    상기 고전압 부하는 상기 제1 노드와 상기 제2 노드 사이에 상호 연결되어 있고,
    상기 추가 부하는 상기 고전압 부하와 상기 제1 노드 및 상기 제2 노드 중 하나 사이에 상호 연결되어 있는 제4 스위치를 제어하도록 구성된 릴레이인,
    배터리 시스템.
  15. 제5항에 있어서,
    상기 제어 유닛은 상기 제1 스위치, MOSFET 트랜지스터, 제2 스위치, PNP 트랜지스터, NPN 트랜지스터, 제3 스위치, 및 제4 스위치 중 적어도 하나를 제어하도록 구성된,
    배터리 시스템.
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