KR20210017555A - 배터리 팩 전원 차단 장치 - Google Patents

배터리 팩 전원 차단 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩 전원 차단 장치는 배터리 모듈의 충방전 전류가 흐르는 선로를 차단하는 전원 차단부, 외부로부터 상기 전원 차단부의 동작 신호를 수신하는 통신부, 및 상기 전원 차단부의 동작 신호에 기초하여 상기 전원 차단부에 포함된 히터 저항으로 전력을 인가하도록 제어되는 스위칭부를 포함하며, 상기 히터 저항에 전력이 인가되어 발열되면 상기 전원 차단부가 동작하여 상기 선로에 흐르는 전류가 차단될 수 있다.

Description

배터리 팩 전원 차단 장치{BATTERY PACK CUT-OFF APPARATUS}
본 발명은 배터리 팩의 전원을 차단하기 위한 장치에 관한 것이다.
배터리 팩의 경우 배터리 관리 시스템(Battery Management System, BMS)에 의해 배터리의 충방전을 제어하는 스위칭 소자(Field Effect Transistor, FET) 중 하나가 소손되었을 때, 소손되지 않은 스위칭 소자로 전류가 흘러 전류의 경로(Path)가 추가로 형성될 수 있다.
이러한 문제를 방지하기 위해 종래에는 배터리의 충방전 선로에 직렬로 연결되고 배터리 관리 시스템(BMS)에 제어에 의해 충방전 선로를 차단시킬 수 있는 보호 소자로서, 예를 들면, 신호 퓨즈(Signal Fuse)를 사용하기도 한다. 따라서, 과전압, 저전압, 과열 등의 이상 발생시 배터리 관리 시스템(BMS)으로부터 보호 소자에 결함(Fault) 신호를 인가함으로써 배터리 팩을 보호하는 방법을 이용하였다.
그러나, 보호 소자에 신호를 전송하는 배터리 관리 시스템(예를 들면, MCU, ASIC)에 고장이 발생하는 경우에는 보호 소자가 정상적으로 동작할 수 없게 되는 문제가 발생하였다.
또한, 종래에는 도난, 해킹 등에 의해 인증되지 않은 배터리 팩이 장착되는 경우, 외부에서 배터리 팩의 충방전을 차단시킬 수 방법이 없었다.
본 발명은 배터리 팩에 마련된 보호 소자의 충방전 차단 기능을 외부에서 제어할 수 있고, 보안 문제가 발생한 배터리 팩에 대해 외부에서 전원을 차단시킬 수 있는 배터리 팩 전원 차단 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩 전원 차단 장치는 배터리 모듈의 충방전 전류가 흐르는 선로를 차단하는 전원 차단부, 외부로부터 상기 전원 차단부의 동작 신호를 수신하는 통신부, 및 상기 전원 차단부의 동작 신호에 기초하여 상기 전원 차단부에 포함된 히터 저항으로 전력을 인가하도록 제어되는 스위칭부를 포함하며, 상기 히터 저항에 전력이 인가되어 발열되면 상기 전원 차단부가 동작하여 상기 선로에 흐르는 전류가 차단될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩 전원 차단 장치는 상기 배터리 모듈의 충방전을 제어하고, 상기 배터리 모듈의 이상 검출시 상기 전원 차단부가 상기 충방전 전류의 선로를 차단시키도록 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩 전원 차단 장치는 상기 제어부와 상기 통신부로부터 상기 전원 차단부의 동작 신호를 수신하는 수신부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩 전원 차단 장치는 상기 배터리 모듈의 충방전 전류의 흐름을 제어하는 스위칭 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩 전원 차단 장치의 상기 스위칭부는 FET(Field Effect Transistor)일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩 전원 차단 장치는 상기 배터리 모듈의 전압, 전류 및 온도 중 적어도 하나에 기초하여 이상 여부를 검출하는 진단부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩 전원 차단 장치는 서버에서 상기 배터리 팩에 대해 보안 위반이 감지된 경우, 상기 통신부는 외부로부터 상기 전원 차단부의 동작 신호를 수신할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩 전원 차단 장치의 상기 배터리 팩 각각에는 고유 번호가 미리 할당되며, 상기 서버는 상기 고유 번호에 기초하여 보안 위반이 감지된 배터리 팩을 판단할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩 전원 차단 장치에 있어서, 상기 서버는 상기 보안 위반이 감지된 배터리 팩에 대해 도난 번호를 할당할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩 전원 차단 장치의 상기 통신부는 NFC(Near Field Communication) 방식으로 외부와 통신할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩 전원 차단 장치의 상기 통신부는 충전 스테이션, 가정용 충전기 또는 다른 배터리 팩 중 적어도 하나를 포함하는 외부 장치와 통신할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩 전원 차단 방법은 전원 차단 소자와 통신 소자를 포함하는 배터리의 팩의 전원 차단 방법으로서, 외부로부터 전원 차단 소자의 동작 신호를 수신하는 단계, 상기 전원 차단 소자의 동작 신호에 기초하여 상기 전원 차단 소자에 포함된 히터 저항으로 전력을 인가하는 단계 및 상기 히터 저항에 전력이 인가되어 발열되면 상기 충방전 전류가 흐르는 선로를 차단하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 배터리 팩 전원 차단 장치에 따르면, 배터리 팩에 마련된 보호 소자의 충방전 차단 기능을 외부에서 제어할 수 있고, 보안 문제가 발생한 배터리 팩에 대해 외부에서 전원을 차단시킬 수 있다.
도 1은 일반적인 배터리 관리 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩 전원 차단 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩 전원 차단 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩 전원 차단 장치의 하드웨어 구성을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시 예들에 대해 상세히 설명하고자 한다. 본 문서에서 도면상의 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
본 문서에 개시되어 있는 본 발명의 다양한 실시 예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 다양한 실시 예들은 여러 가지 형태로 실시될 수 있으며 본 문서에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
다양한 실시 예에서 사용된 "제1", "제2", "첫째", 또는 "둘째" 등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 해당 구성 요소들을 한정하지 않는다. 예를 들면, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성 요소로 바꾸어 명명될 수 있다.
본 문서에서 사용된 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미를 가지는 것으로 해석될 수 있으며, 본 문서에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 문서에서 정의된 용어일지라도 본 발명의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.
도 1은 일반적인 배터리 관리 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩(1)과 상위 시스템에 포함되어 있는 상위 제어기(2)를 포함하는 배터리 제어 시스템을 개략적으로 나타내는 구성도가 도시된다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 배터리 팩(1)은 하나의 이상의 배터리 셀로 이루어지고, 충방전 가능한 배터리 모듈(10)과, 배터리 모듈(10)의 + 단자 측 또는 - 단자 측에 직렬로 연결되어 배터리 모듈(10)의 충방전 전류 흐름을 제어하기 위한 스위칭부(14)와, 배터리 모듈(10)의 전압, 전류, 온도 등을 모니터링하여, 과충전 및 과방전 등을 방지하도록 제어 및 관리하는 배터리 관리 시스템(20)을 포함한다. 여기서, 배터리 관리 시스템(20)이 배터리 모듈에 연결되어 있는 구성으로 설명하지만, 배터리 셀마다 연결되어 배터리 셀의 전압, 전류, 온도 등을 모니터링하고 측정할 수 있다. 배터리 셀마다 배터리 셀 관리 시스템(미도시)을 배치하고, 복수의 배터리 셀 관리 시스템 각각은 배터리 모듈을 모니터링하고 제어하는 배터리 관리 시스템(20)과 데이터를 송수신할 수 있다. 배터리 셀 관리 시스템은 배터리 관리 시스템(20)과 동작과 기능이 유사하다.
여기서, 스위칭부(14)는 배터리 모듈(10)의 충전 또는 방전에 대한 전류 흐름을 제어하기 위한 반도체 스위칭 소자로서, 예를 들면, 적어도 하나의 MOSFET이 이용될 수 있다.
또한, BMS(20)는, 배터리 모듈(10)의 전압, 전류, 온도 등을 모니터링 하기 위해서, 반도체 스위칭 소자의 게이트, 소스 및 드레인 등의 전압 및 전류를 측정하거나 산출할 수 있고, 또한, 반도체 스위칭 소자(14)에 인접해서 마련된 센서(12)를 이용하여 배터리 모듈의 전류, 전압, 온도 등을 측정할 수 있다. BMS(20)는 상술한 각종 파라미터를 측정한 값을 입력받는 인터페이스로서, 복수의 단자와, 이들 단자와 연결되어 입력받은 값들의 처리를 수행하는 회로 등을 포함할 수 있다.
또한, BMS(20)는, 스위칭 소자(14), 예를 들면, MOSFET의 ON/OFF를 제어할 수도 있으며, 배터리 모듈(10)에 연결되어 배터리 모듈(10)의 상태를 감시할 수 있다.
상위 제어기(2)는 BMS(20)로 배터리 모듈에 대한 제어 신호를 전송할 수 있다. 이에 따라, BMS(20)는 상위 제어기로부터 인가되는 신호에 기초하여 동작이 제어될 수 있을 것이다. 본 발명의 배터리 셀은 ESS 또는 차량 등에 이용되는 배터리 팩에 포함된 구성일 수 있다. 다만, 이러한 용도에 한정되는 것은 아니다.
이와 같은 배터리 팩(1)의 구성 및 BMS(20)의 구성은 공지된 구성이므로, 보다 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
한편, 본 발명의 실시 예들에 따른 전원 차단 장치는 배터리 팩에 연결되어 전원을 차단할 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니며, 배터리 모듈(10) 또는 상기 배터리 모듈(10) 내에 직렬로 연결되는 복수의 배터리 셀 각각에 연결되어 배터리 셀의 전원을 차단할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩 전원 차단 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩 전원 차단 장치(200)는 전원 차단부(210), 통신부(220), 스위칭부(230) 및 제어부(240)를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩은 충방전이 가능한 복수의 배터리 셀들로 이루어지는 배터리 모듈을 포함할 수 있다.
전원 차단부(210)는 배터리 모듈의 충방전 전류가 흐르는 선로를 차단할 수 있다. 또한, 전원 차단부(210)는 기준 온도에 도달하면 작동되는 히터(Heater) 저항을 포함할 수 있다. 이 경우, 전원 차단부(210)는 외부로부터 수신된 동작 신호에 기초하여 전력이 인가되고 히터 저항이 발열되면, 전원 차단부(210)가 동작하여 충방전 선로에 흐르는 전류가 차단될 수 있다.
또한, 전원 차단부(210)는 배터리 모듈의 과전압(Over Voltage), 저전압(Under Voltage), 이상 온도(Over Temperature) 등의 결함이 검출되면 제어부(240)로부터 전원 차단부(210)의 동작 신호를 수신함으로써, 배터리 모듈의 충방전 전류의 선로를 차단할 수 있다.
그리고, 전원 차단부(210)는 통신부(220)에 의해 외부 장치(예를 들면, 충전 스테이션, 가정용 충전기, 주변 배터리 팩 등)로부터 전원 차단부(210)의 동작 신호가 수신되는 경우에도 히터 저항을 동작하여 배터리 모듈의 충방전 전류의 선로를 차단할 수 있다.
통신부(220)는 외부로부터 전원 차단부(210)의 동작 신호를 수신할 수 있다. 통신부(220)는 충전 스테이션, 가정용 충전기 또는 주변의 다른 배터리 팩을 포함하는 외부 장치 또는 외부 서버와 통신할 수 있다. 이 때, 통신부(220)는 NFC(Near Field Communication) 방식으로 외부와 통신할 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니며 근거리 통신 외에도 다양한 통신 방식이 사용될 수 있다.
또한, 통신부(220)는 외부 서버에서 배터리 팩에 대해 보안 위반(예를 들면, 도난 또는 해킹)이 감지된 경우, 해당 배터리 팩의 전원을 차단하기 위해 외부로부터 전원 차단부(210)의 동작 신호를 수신할 수 있다.
스위칭부(230)는 전원 차단부(210)의 동작 신호에 기초하여 전원 차단부에 포함된 히터 저항으로 전력을 인가하도록 제어할 수 있다. 즉, 스위칭부(230)는 적어도 하나의 스위치를 포함하고, 스위치의 온/오프 제어를 통해 전원 차단부(210)가 충방전 전류의 선로 차단할 수 있도록 스위칭 제어할 수 있다.
제어부(240)는 배터리 모듈의 충방전을 제어하고, 배터리 모듈의 이상 검출시 전원 차단부(210)가 충방전 전류의 선로를 차단시키도록 제어할 수 있다. 즉, 제어부(240)는 평상시에는 배터리 모듈의 상태를 모니터링하고, 배터리 모듈의 충전 상태에 따라 충방전을 제어하는 기능을 한다.
또한, 제어부(240)는 이상 검출 회로(미도시)에서 배터리 모듈의 이상(예를 들면, 과전압, 과전류, 이상 온도 등)을 검출하면 전원 차단부(210)로 전원 차단부(210)의 동작 신호를 전송할 수 있다. 예를 들면, 제어부(240)는 MCU, ASIC 등을 포함하는 배터리 관리 시스템(BMS)일 수 있다.
한편, 도 2에는 나타내지 않았으나, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩 전원 차단 장치(200)는 스위칭 회로부(미도시)를 포함할 수 있다. 스위칭 회로부는 적어도 하나의 스위치를 포함하고, 스위치의 온/오프 제어를 통해 배터리 모듈을 충방전하기 위한 전류의 흐름을 제어할 수 있다. 예를 들면, 스위칭 회로부는 FET(Field Effect Transistor)일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩 전원 차단 장치(200)는 수신부(미도시)를 포함할 수 있다. 수신부는 제어부(240)와 통신부(220)로부터 전원 차단부(210)의 동작 신호를 수신할 수 있다. 이 경우, 수신부는 제어부(240)로부터의 전원 차단부(210)의 동작 신호와 통신부(220)를 통해 외부 장치로부터 수신한 전원 차단부(210)의 동작 신호를 선택적으로 전원 차단부(210)로 전달할 수 있다. 예를 들면, 수신부는 논리합(OR) 회로일 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩 전원 차단 장치(200)는 배터리 모듈의 전압, 전류 및 온도 중 적어도 하나에 기초하여 배터리 모듈의 이상 여부를 검출하는 진단부(미도시)를 포함할 수 있다. 진단부는 배터리 모듈의 이상이 검출되면, 이상 검출 신호를 제어부(240)로 전송할 수 있다. 이상이 검출된 경우, 제어부(240)는 전원 차단부(210)로 동작 신호를 전송함으로써 배터리 모듈의 충방전 전류의 선로를 차단할 수 있다.
한편, 배터리 팩 각각에 대해서는 미리 고유 번호가 할당될 수 있으며, 배터리 팩의 할당된 고유 번호는 외부 서버에 저장되어 있을 수 있다. 이 때, 서버는 배터리 팩의 고유 번호에 기초하여 보안 위반이 감지된 배터리 팩을 판단할 수 있다.
또한, 서버는 보안 위반이 감지된 배터리 팩에 대해 도난 번호를 할당하고, 할당된 도난 번호를 충전 스테이션, 가정용 충전기, 주변 배터리 팩 등 외부 장치로 전송할 수 있다. 따라서, 보안 위반이 감지된 배터리 팩이 외부 장치와 통신을 하는 경우, 해당 배터리 팩의 통신부(220)로 전원 차단부(210)의 동작 신호를 전송함으로써, 보안이 문제되는 배터리 팩의 사용이 불가능하도록 할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩 전원 차단 장치에 따르면, 배터리 팩에 마련된 보호 소자의 충방전 차단 기능을 외부에서 제어할 수 있고, 보안 문제가 발생한 배터리 팩에 대해 외부에서 전원을 차단시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩(300)은 배터리 모듈(302), 근거리 통신 소자(304), 전원 차단 회로(306), 스위칭 회로(308), 스위칭 제어 회로(310), MCU(312), 통신 소자(314), 상위 제어기(316), 이상 검출 회로(318) 및 밸런싱 회로(320)를 포함할 수 있다.
배터리 모듈(302)은 충방전이 가능한 복수의 배터리 셀들을 포함할 수 있다. 또한, 배터리 모듈(302)은 직렬 또는 병렬로 연결되어 배터리 팩을 구성할 수 있다.
근거리 통신 소자(304)는 배터리 팩(300)의 안테나(ANT)와 연결되어 외부 장치(350)의 안테나로부터 신호를 수신할 수 있다. 예를 들면, 근거리 통신 소자(304)는 도 2의 통신부(220)일 수 있다. 이 때, 근거리 통신 소자(304)를 통해 수신되는 신호는 전원 차단 회로(306)의 동작 신호일 수 있다.
예를 들면, 근거리 통신 소자(304)는 NFC 태그 칩을 포함할 수 있다. NFC 태그 칩은 수동(Passive) 방식으로 RF(Radio Frequency) 신호를 수신하면, 에너지를 공급(Harvest) 받아 칩이 작동하게 된다. 즉, NFC 태그 칩은 근접한 외부 장치(350)의 안테나와 자기장 변화에 의해 유도성 결합을 일으키는 안테나와 유도성 결합에 의해 외부 장치와 양방향 통신하는 회로 소자를 포함할 수 있다.
또한, NFC 태그 칩은 신호의 수신 여부를 외부의 칩으로 전송할 수 있도록 별도의 PIN이 할당되어 있을 수 있다. 즉, 근거리 통신 소자(304)는 PIN 신호를 통해 전원 차단 회로를 동작시켜 충방전 경로를 차단할 수 있다.
전원 차단 회로(306)는 근거리 통신 소자(304) 또는 MCU(312)로부터 전원 차단부(210)의 동작 신호를 수신하면, 신호 퓨즈를 작동시켜 충방전 전류의 선로를 차단할 수 있다. 예를 들면, 전원 차단 회로(306)는 히터 저항을 포함하는 퓨즈, 스위치 및 논리합 OR 소자를 포함할 수 있다. 즉, 전원 차단 회로(306)는 도 2의 전원 차단부(210), 스위칭부(230) 및 수신부(미도시)의 기능을 수행할 수 있다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 전원 차단 회로(306)는 논리합 OR 소자를 통해 근거리 통신 소자(304) 또는 MCU(312)로부터 전원 차단 회로(306)의 동작 신호를 선택적으로 수신하고, 스위치를 온하여 퓨즈의 히터 저항을 작동시켜 충방전 전류의 경로를 차단할 수 있다.
스위칭 회로(308)는 스위치를 포함하며, 스위치의 온/오프 제어를 통해 배터리 모듈을 충방전하기 위한 전류의 흐름을 제어할 수 있다. 이 때, 스위칭 회로(308)는 FET를 포함할 수 있다. 예를 들면, 스위칭 회로는 전술한 스위칭 회로부(미도시)일 수 있다.
스위칭 제어 회로(310)는 스위칭 회로(308)의 온/오프를 제어하는 기능을 할 수 있다. 예를 들면, 스위칭 제어 회로(310)는 FET 드라이버일 수 있다.
MCU(312)는 배터리 모듈(302)의 상태를 모니터링하고, 스위칭 회로(308)를 통해 배터리 모듈(302)의 충방전을 제어할 수 있다. 또한, MCU(312)는 이상 검출 회로(318)를 통해 배터리 모듈(302)의 이상 검출시 전원 차단 회로(306)로 하여금 충방전 전류의 선로를 차단시키도록 제어할 수 있다. 예를 들면, MCU(312)는 도 2의 제어부(240)일 수 있다.
통신 소자(314)는 MCU(312)와 상위 제어기(316) 사이에서 통신을 수행할 수 있다.
상위 제어기(316)는 통신 소자(314)를 통해 MCU(312)에 제어 명령 신호를 전송할 수 있다.
이상 검출 회로(318)는 배터리 모듈의 전압, 전류 및 온도 중 적어도 하나에 기초하여 배터리 모듈의 이상 여부(예를 들면, 과전압, 과열)를 검출할 수 있다. 또한, 이상 검출 회로(318)는 배터리 모듈(302)의 이상이 검출되면, 검출 신호를 MCU(312)로 전송하고, MCU(312)는 전원 차단 회로(306)로 동작 신호를 전송함으로써 배터리 모듈(302)의 충방전 전류의 선로를 차단할 수 있다. 예를 들면, 이상 검출 회로(318)는 전술한 진단부(미도시)일 수 있다.
밸런싱 회로(320)는 각 배터리 셀의 양단에 연결되는 스위칭 소자, 저항 및 ADC로 이루어진 회로이다. 밸런싱 회로(320)는 MCU(312)의 제어에 따라 스위칭 소자를 ON/OFF 제어하여 저항을 통해 배터리 셀의 밸런싱 전류를 소모시켜 전압을 낮춤으로써, 각 배터리 셀의 전압이 일치하도록 조절할 수 있다.
한편, 외부 장치(350)는 충전 스테이션, 가정용 충전기, 직렬 또는 병렬로 연결되는 주변의 배터리 팩을 포함할 수 있다. 이 때, 외부 장치(350)는 안테나를 통해 근거리 통신 소자(304)와 통신을 수행할 수 있으며, 근거리 통신 소자(304)로 전원 차단 회로(306)의 동작 신호를 전송할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩 전원 차단 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩 전원 차단 방법은 전원 차단 소자와 근거리 통신 소자를 이용하여 배터리의 팩의 전원을 차단하는 방법일 수 있다.
먼저, 외부로부터 전원 차단 소자의 동작 신호를 수신할 수 있다(S410). 이 때, 전원 차단 소자는 기준 온도에 도달하면 발열하여 작동하는 히터 저항을 포함할 수 있다.
단계 S410에서는, 예를 들면, 배터리 모듈의 상태를 감시하고 충방전을 제어하는 배터리 관리 시스템(BMS)에 이상이 발생하여 배터리팩 내부에서 전원 차단을 수행할 수 없는 경우에 외부 장치(예를 들면, 충전 스테이션, 가정용 충전기, 주변의 다른 배터리 팩 등)로부터 전원 차단 소자의 동작 신호를 수신할 수 있다.
또한, 단계 S410에서는 외부 서버에서 배터리 팩에 대해 보안 위반(예를 들면, 도난, 해킹 등)이 감지된 경우, 해당 배터리 팩의 전원을 차단하기 위해 외부로부터 전원 차단 소자의 동작 신호를 수신할 수 있다.
그리고, 전원 차단 소자의 동작 신호에 기초하여 전원 차단 소자에 포함된 히터 저항으로 전력을 인가할 수 있다(S420). 이 때, 전원 차단 소자의 동작 신호는 별도의 논리합 OR 회로 등에서 수신될 수 있고, 전원 차단 소자의 동작 신호에 의하여 스위치가 온 상태가 되고, 해당 전원 차단 소자의 동작 신호에 기초한 전력이 스위치를 통해 전원 차단 소자로 전송할 수 있다.
다음으로, 히터 저항에 전력이 인가되어 발열되면 충방전 전류가 흐르는 선로를 차단할 수 있다(S430). 즉, 히터 저항에 전력이 인가되어 소정의 기준 온도 이상이 되면 히터 저항이 작동하여 충방전 전류의 선로를 차단시킬 수 있다.
이처럼, 본 발명의 배터리 팩 전원 차단 방법에 따르면, 배터리 팩에 마련된 보호 소자의 충방전 차단 기능을 외부에서 제어할 수 있고, 보안 문제가 발생한 배터리 팩에 대해 외부에서 전원을 차단 시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩 전원 차단 장치의 하드웨어 구성을 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩 전원 차단 장치(500)는 MCU(510), 메모리(520), 입출력 I/F(530), 통신 I/F(540)를 포함할 수 있다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 배터리 팩 전원 차단 장치(500)는 각종 처리 및 각 구성을 제어하는 마이크로컨트롤러(MCU; 510)와, 운영 체제 프로그램 및 각종 프로그램(예로서, 배터리 팩의 이상 진단 프로그램 또는 배터리 팩의 온도 추정 프로그램) 등이 기록되는 메모리(520)와, 배터리 셀 모듈 및/또는 스위칭부(예로써, 반도체 스위칭 소자)와의 사이에서 입력 인터페이스 및 출력 인터페이스를 제공하는 입출력 인터페이스(530)와, 유무선 통신망을 통해 외부(예로써, 상위 제어기)와 통신 가능한 통신 인터페이스(540)를 구비할 수 있다. 이와 같이, 본 발명에 따른 컴퓨터 프로그램은 메모리(520)에 기록되고, 마이크로 컨트롤러(510)에 의해 처리됨으로써 예를 들면 도 2에서 도시한 각 기능 블록들을 수행하는 모듈로서 구현될 수도 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 팩 전원 차단 장치에 따르면, 배터리 팩에 마련된 보호 소자의 충방전 차단 기능을 외부에서 제어할 수 있고, 보안 문제가 발생한 배터리 팩에 대해 외부에서 전원을 차단시킬 수 있다.
이상에서, 본 발명의 실시 예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.
또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 배터리 팩 2: 상위 제어기
10: 배터리 모듈 12: 센서
14: 스위칭부 20: BMS
200: 배터리 팩 전원 차단 장치 210: 전원 차단부
220: 통신부 230: 스위칭부
240: 제어부 300: 배터리 팩
302: 배터리 모듈 304: 근거리 통신 소자
306: 전원 차단 회로 308: 스위칭 회로
310: 스위칭 제어 회로 312: MCU
314: 통신 소자 316: 상위 제어기
318: 이상 검출 회로 320: 밸런싱 회로
350: 외부 장치 500: 배터리 팩 전원 차단 장치
510: MCU 520: 메모리
530: 입출력 I/F 540: 통신 I/F

Claims (12)

  1. 배터리 모듈의 충방전 전류가 흐르는 선로를 차단하는 전원 차단부;
    외부 장치로부터 상기 전원 차단부의 동작 신호를 수신하는 통신부; 및
    상기 전원 차단부의 동작 신호에 기초하여 상기 전원 차단부에 포함된 히터 저항으로 전력을 인가하도록 제어되는 스위칭부를 포함하며,
    상기 히터 저항에 전력이 인가되어 발열되면 상기 전원 차단부가 동작하여 상기 선로에 흐르는 전류가 차단되는 배터리 팩 전원 차단 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리 모듈의 충방전을 제어하고, 상기 배터리 모듈의 이상 검출시 상기 전원 차단부가 상기 충방전 전류의 선로를 차단하도록 제어하는 제어부를 포함하는 배터리 팩 전원 차단 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어부 또는 상기 통신부로부터 상기 전원 차단부의 동작 신호를 수신하고, 상기 동작 신호를 기초로 한 전력을 상기 스위칭부로 전달하는 수신부를 포함하는 배터리 팩 전원 차단 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리 모듈의 충방전 전류의 흐름을 제어하는 스위칭 제어부를 포함하는 배터리 팩 전원 차단 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 스위칭부는 FET(Field Effect Transistor)인 배터리 팩 전원 차단 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 배터리 모듈의 전압, 전류 및 온도 중 적어도 하나에 기초하여 이상 여부를 검출하는 진단부를 포함하는 배터리 팩 전원 차단 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    서버에서 상기 배터리 팩에 대해 보안 위반이 감지된 경우, 상기 통신부는 상기 외부 장치로부터 상기 전원 차단부의 동작 신호를 수신하는 배터리 팩 전원 차단 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 배터리 팩 각각에는 고유 번호가 미리 할당되며,
    상기 서버는 상기 고유 번호에 기초하여 보안 위반이 감지된 배터리 팩을 판단하는 배터리 팩 전원 차단 장치.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 서버에 의하여 상기 보안 위반이 감지된 배터리 팩에 대해 도난 번호가 할당되는 배터리 팩 전원 차단 장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 통신부는 NFC(Near Field Communication) 방식으로 외부와 통신하는 배터리 팩 전원 차단 장치.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 통신부는 충전 스테이션, 가정용 충전기 또는 다른 배터리 팩 중 적어도 하나를 포함하는 외부 장치와 통신하는 배터리 팩 전원 차단 장치.
  12. 전원 차단부와 통신부를 포함하는 배터리의 팩의 전원 차단 장치에 의하여 수행되는,
    상기 통신부에 의하여 외부 장치로부터 전원 차단부의 동작 신호를 수신하는 단계;
    상기 전원 차단부 동작 신호에 기초하여 상기 전원 차단부에 포함된 히터 저항으로 전력을 인가하는 단계; 및
    상기 히터 저항에 전력이 인가되어 발열되면 상기 전원 차단부에 의하여 상기 배터리의 충방전 전류가 흐르는 선로가 차단되는 단계를 포함하는 배터리 팩 전원 차단 방법.
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