KR20220170513A - 배터리관리시스템의 충전검출 웨이크업 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 슬립모드 상태의 배터리관리시스템을 효과적으로 웨이크업시키는 장치에
관한 것이다. 일반적으로 배터리팩은 내부배터리에서 동작전원을 공급받는
배터리관리시스템을 내장하고 있는데 이 소비전력을 최소화하여 배터리팩의
완전방전을 방지하기 위해 배터리 전압이 일정전압이하일 경우 슬립모드를 적용한다. 아울러 이를 웨이크업하기 위한 장치로써 구성이 간단하고 자체 소비전력이
최소화되는 효과를 구현하기 위해 충전검출 회로로 포토커플러를 사용하였다.
슬립모드에서 충전기 연결시 방전 FET의 Body Diode를 통해 흐르는 충전전류가
포토커플러를 동작시켜 발생한 충전검출 신호를 이용하여 MCU를 웨이크업하고 이어 배터리관리시스템 전체를 웨이크업하여 배터리 팩을 충전모드로 동작시키게 된다.

Description

배터리관리시스템의 충전검출 웨이크업 장치{BMS wake-up device by charge detection}

본 발명은 배터리관리시스템 (BMS, Battery Management System)에 관한 것으로써

슬립상태의 BMS를 외부의 충전전류에 의해 웨이크업 시키는 기술에 관한 것이다.

현재 다양한 분야에서 사용되는 재충전가능 한 이차전지 배터리팩은 대부분

배터리관리시스템(BMS)을 내장하고 있다.

BMS는 배터리의 전압, 온도, 전류등을 모니터링 하고 이 정보를 기초로 하여

배터리 보호 및 외부 부하에 전력을 안정적으로 공급하기 위하여 충전 및

방전스위치 회로를 제어한다.

이러한 BMS는 내부의 배터리로 부터 전원을 공급받아 동작하게 되며

동작모드는 일반상태 및 슬립상태로 구분할 수 있다.

배터리의 전압이 낮은경우 BMS의 자체 소비전력을 최소화하지 않으면

전지모듈이 완전방전되어 배터리 팩으로서의 기능을 상실할 수 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 배터리가 저전압일 경우 BMS를 슬립(SLEEP)으로

제어하여 자체 소비전력을 최소화하는 기술이 사용되고 있다.

배터리 팩의 동작이 필요한 경우 충전을 통해 웨이크업(Wake-up)하여 일반상태로 (Normal)절환하는 장치가 필요하나 종래의 웨이크업 기술은 구조가 복잡하고

비싸며 장치 자체의 소비전력도 작지않은 문제가 있다.

본 발명은 배터리관리시스템이 슬립상태가 되어 충전 FET 및 방전 FET가 모두

OFF 상태일 때 충전을 검출하고 웨이크업하여 배터리관리시스템이 일반상태로

천이하여 정상적인 충전을 진행하는 것을 목적으로 한다.

충전 FET 및 방전 FET가 모두 OFF 상태일때 충전전압 인가시 방전 FET의 바디다이오드로(Body Diode)흐르는 충전전류를 포토커플러 (Photo Coupler)를 이용하여 변환하고 이를 BMS의 웨이크업 신호로 사용한다.

본 발명에 사용되는 충전검출 웨이크업 장치는 구조가 간단하고 자체소비전력도

매우작아 효과적으로 배터리관리시스템에 적용하기에 적합하다.

도면 1은 본 발명의 배터리팩 및 충전기의 구성을 나타낸다.
배터리팩은 배터리 및 배터리관릿시스템(BMS)으로 구성되어 진다.
BMS는 전원부, AFE, MCU, 충전 방전 스위치 및 충전검출부로 구성되어진다.
전원부는 BMS에 동작전원을 공급하기위해 배터리로 부터 전원을 입력받아 동작한다
AFE (Analog Front End)부는 배터리의 전압, 온도, 전류등을 모니터링한다
MCU (Micro Control Unit)부는 전원부, AFE부, 충전 방전 스위치부등을 제어하여 배터리팩 전체의 동작을 관리한다. 배터리의 전압에 따라 BMS를 슬립 및 일반모드 제어한다.
도면 2는 충전 방전 스위치 및 충전검출부의 구성을 나타낸다.
MCU의 제어에 의해 충전 방전을 제어하기 위한 충전 MOSFET 및 방전 MOSFET
및 슬립시 충전검출을 위한 포토커플러 및 포토커플러의 전류를 제한하기 위한 저항으로 구성된다
도면3은 BMS가 일반모드일 경우 충전전류의 흐름을 보여준다.
도면 4는 BMS가 슬립모드일 경우 충전전류 인가시의 흐름을 보여준다.

첨부된 도면을 참조로 본 발명의 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다. 도면 1은 본 발명에 따른 배터리팩 및 충전기의 구성을 나타낸다.

MCU는 내부의 배터리 전압에 따라 BMS의 동작모드를 일반모드 (Nrmal Mode)및 슬립모드 (Sleep Mode)로 제어한다.

일반모드는 배터리의 전압이 일정이상으로 배터리팩은 정상동작을 수행한다. 이때 MCU는 CFET 및 DFET를 통해 충전 및 방전을 제어한다. 도면 3에서와 같이

외부충전기(500)에 의해 충전이 개시된 경우 MCU가 CFET (402)를 ON으로 제어하여

정상적인 충전이 동작된다. 이때 저항(404)에 의해 충전검출용 포토커플러쪽(401)

으로는 무시할 만한 극소량의 충전전류가 흘러 path가 형성되지 않는다.

슬립모드는 배터리의 전압이 낮은 경우 MCU에 의해 제어되며 BMS의 자체 소비전력을 최소화하기 위해 충전FET (402), 방전FET (403)도 OFF로 된다.

이때 슬립모드를 웨이크업하기 위해 충전기(500)를 P(+)단자에 연결하여 충전개시시 충전FET (402), 방전FET (403)가 모두 OFF되어 충전전류가 흐를수 있는 path가

형성되지 않아 배터리팩은 충전되지 않으며 웨이크업 되지도 않는다.

본 발명에서 제시된 포토커플러를 적용시 충전FET, 방전FET 모두 OFF가 된

상태에서도 충전전류를 검출할 수 있으며 이 신호를 (CHARGE_DETECT)

웨이크업 신호로 사용하여 BMS를 슬립모드에서 일반모드로 절환시킬 수 있다.

도면 4에서와 같이 슬립상태에서 방전 FET(403)가 OFF된 경우에도 방전 FET(403)의

Body Diode는 충전전류 대비 정방향으로 구성되어 있어 P(+)에서 포토커플러(401)을 거쳐 B(+)방향으로 전류가 흐를수 있는 path가 형성되어 충전을 검출 할 수 있다. 이때 충전 FET (402)의 Body Diode는 충전 path대비 역방향으로 구성되어 있어

충전 path를 형성하지 않는다.

100 : 배터리팩
200 : 배터리
300 : 배터리관리시스템 (BMS)
400 : 충전 방전 스위치 제어 및 충전검출부
401 : 충전검출용 포토커플러
402 : 충전 MOSFET CFET : 충전 MOSFET 제어신호
403 : 방전 MOSFET DFET : 방전 MOSFET 제어신호
404 : 저항
500 : 외부 충전기
P(+) : 배터리팩 출력 B(+) : 배터리 출력

Claims (3)

1. 배터리관리시스템을 내장한 배터리팩에 있어서,
   배터리의 전압이 기준전압 이하로 검지되면 충전 FET 및 방전 FET를 OFF하고
   웨이크업소스를 충전검출로 설정하는 것을 포함하여 배터리관리시스템을
   슬립모드로 동작시키는 과정.
   
2. 제 1항에 있어서,
   웨이크업소스인 충전검출을 하기위해 포토커플러를 사용하는 장치
   
3. 제 2항에 있어서,
   포토커플러에 의해 제어된 신호를 소스로하여 MCU를 웨이크업 하는 장치

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