JP7058845B2 - 二次電池の過充電防止装置及び方法 - Google Patents

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Description

本発明は、二次電池の過充電防止装置及び方法に関し、より詳しくは、少なくとも一つの二次電池を備えるＳＬＩ（Ｓｔａｒｔｉｎｇ Ｌｉｇｈｔｉｎｇ Ｉｇｎｉｔｉｏｎ，始動・照明・点火）バッテリーの過充電を防止する二次電池の過充電防止装置及び方法に関する。
本出願は、２０１８年９月２７日出願の韓国特許出願第１０－２０１８－０１１４９８９号に基づく優先権を主張し、当該出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に組み込まれる。
近来、ノートパソコン、ビデオカメラ、携帯電話などのような携帯用電子製品の需要が急激に伸び、エネルギー貯蔵用蓄電池、ロボット、衛星などの開発が本格化するにつれて、繰り返して充放電可能な高性能二次電池に対する研究が活発に行われている。
現在、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、ニッケル亜鉛電池及びリチウム二次電池などの二次電池が商用化しているが、中でもリチウム二次電池はニッケル系列の二次電池に比べてメモリ効果が殆ど起きず充放電が自在であって、自己放電率が非常に低くてエネルギー密度が高いなどの長所から脚光を浴びている。
一方、従来、スクーターまたはトラクターのような電動装置に取り付けられるＳＬＩバッテリーは、コストの面から鉛蓄電池を使用している。しかし、電圧調整器（ｒｅｇｕｌａｔｏｒ）のない電動装置に鉛蓄電池が取り付けられる場合、過充電によって鉛蓄電池の寿命が著しく短縮し、バッテリーを頻繁に交替しなければならず煩雑である。
そこで、電圧調整器が備えられたシステム（ｒｅｇｕｌａｔｅｄ ｓｙｓｔｅｍ）及び電圧調整器が備えられていないシステム（ｕｎｒｅｇｕｌａｔｅｄｓｙｓｔｅｍ）にすべて適用可能であり、過充電による寿命短縮を防止することができるＳＬＩバッテリーの適用が必要である。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、少なくとも一つの二次電池を備えるＳＬＩバッテリーの過充電を防止する、改善された過充電防止装置及び方法を提供することを目的とする。
本発明の他の目的及び長所は、下記の説明によって理解でき、本発明の実施形態によってより明らかに分かるであろう。また、本発明の目的及び長所は、特許請求の範囲に示される手段及びその組合せによって実現することができる。
上記の目的を達成するため、本発明の一実施形態による過充電防止装置は、バッテリーパックに備えられ、少なくとも一つの二次電池を備えるセルアセンブリの過充電を防止する装置であって、前記セルアセンブリの両端電圧を測定するように構成された電圧測定部と、前記セルアセンブリの一端と前記バッテリーパックのパック端子とを電気的に接続する充放電ライン上に備えられ、前記充放電ラインに流れる充電電流の導通を制御するように構成された充電ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ，電界効果トランジスタ）と、前記充電ＦＥＴの両端を電気的に接続して前記充放電ラインと電気的に並列で構成されたバイパスライン上に備えられて前記充電ＦＥＴと並列で接続され、前記充電ＦＥＴの開閉動作に応じて前記充電電流が流れるように構成されたバイパス抵抗と、前記電圧測定部から前記セルアセンブリの両端電圧値を受信し、受信した前記両端電圧値に基づいて前記充電ＦＥＴの開閉動作を制御するように構成されたプロセッサとを含む。
また、前記プロセッサは、前記セルアセンブリを充電させる前記充電電流が前記充放電ライン上に流れ、前記セルアセンブリの両端電圧値が予め決められた上限値に到達する場合、前記充電ＦＥＴをターンオフさせるように構成され得る。
また、前記プロセッサは、前記セルアセンブリを充電させる前記充電電流が前記充放電ライン上に流れ、前記セルアセンブリの両端電圧値が予め決められた下限値に到達する場合、前記充電ＦＥＴをターンオンさせるように構成され得る。
また、前記プロセッサは、前記セルアセンブリが前記充電電流によって充電されている間に、前記セルアセンブリの両端電圧値が予め決められた上限値及び下限値にそれぞれ到達する場合、複数回繰り返して前記充電ＦＥＴをターンオフ及びターンオンさせるように構成され得る。
また、前記電圧測定部は、前記バッテリーパックの両端電圧及び前記バイパス抵抗の両端電圧をさらに測定するように構成され得る。
また、前記プロセッサは、前記電圧測定部から前記バッテリーパックの両端電圧値及び前記バイパス抵抗の両端電圧値のうち少なくとも一つをさらに受信し、受信した前記バッテリーパックの両端電圧値及び前記バイパス抵抗の両端電圧値のうち少なくとも一つに基づいて前記充電ＦＥＴの開閉動作を制御するように構成され得る。
また、前記プロセッサは、前記充電ＦＥＴがターンオフされる場合、前記バッテリーパックの両端電圧値と前記予め決められた上限値との差に該当する電圧値と、前記セルアセンブリの電圧降下値との和に該当する電圧が前記バイパス抵抗に印加されるように、前記充電ＦＥＴの開閉動作を制御するように構成され得る。
また、前記プロセッサは、前記バイパス抵抗に前記充電電流が流れ、前記充電ＦＥＴがターンオフされているターンオフ周期中に、前記バッテリーパックの両端電圧値が一定に維持されるように、前記充電ＦＥＴの開閉動作を制御するように構成され得る。
また、前記充電ＦＥＴは、ゲート端子、ドレイン端子及びソース端子を備え、前記ゲート端子は前記プロセッサと電気的に接続され、前記ドレイン端子は前記セルアセンブリの負極端子と電気的に接続され、前記ソース端子は前記バッテリーパックの負極端子と電気的に接続されるように構成され得る。
また、前記バイパス抵抗は、一端が前記セルアセンブリの負極端子と前記充電ＦＥＴのドレイン端子とを接続する充放電ライン上に接続され、他端が前記バッテリーパックの負極端子と前記充電ＦＥＴのソース端子とを接続する充放電ライン上に接続されるように構成され得る。
また、上記の目的を達成するため、本発明の一実施形態によるＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ，バッテリーマネジメントシステム）は、本発明による過充電防止装置を含む。
また、上記の目的を達成するため、本発明の一実施形態によるバッテリーパックは、本発明による過充電防止装置を含む。
また、上記の目的を達成するため、本発明の一実施形態による電動装置は、本発明による過充電防止装置を含む。
また、上記の目的を達成するため、本発明の一実施形態による過充電防止方法は、バッテリーパックに備えられ、少なくとも一つの二次電池を備えるセルアセンブリの過充電を防止する方法であって、前記セルアセンブリの両端電圧を測定する段階と、前記電圧を測定する段階によって測定された前記セルアセンブリの両端電圧値を受信し、受信した前記両端電圧値に基づいて、前記セルアセンブリの一端と前記バッテリーパックのパック端子とを電気的に接続する充放電ライン上に備えられて前記充放電ラインに流れる充電電流の導通を制御するように構成された充電ＦＥＴの開閉動作を制御する段階と、前記充電ＦＥＴの両端を電気的に接続して前記充放電ラインと電気的に並列で構成されたバイパスライン上に備えられて前記充電ＦＥＴと並列で接続されたバイパス抵抗を通じて、前記充電ＦＥＴの開閉動作に応じて前記充電電流が流れるように制御する段階とを含む。
また、前記充電ＦＥＴの開閉動作を制御する段階では、前記セルアセンブリが前記充電電流によって充電されている間に、前記セルアセンブリの両端電圧値が予め決められた上限値及び下限値にそれぞれ到達する場合、複数回繰り返して前記充電ＦＥＴをターンオフ及びターンオンさせ得る。
また、前記充電電流が流れるように制御する段階では、前記バイパス抵抗に前記充電電流が流れ、前記充電ＦＥＴがターンオフされているターンオフ周期中に、前記バッテリーパックの両端電圧値が一定に維持されるように、前記充電ＦＥＴの開閉動作を制御し得る。
本発明の一態様によれば、セルアセンブリに印加される電圧を調整することで、電圧調整器が備えられたシステム（ｒｅｇｕｌａｔｅｄ ｓｙｓｔｅｍ）及び電圧調整器が備えられていないシステム（ｕｎｒｅｇｕｌａｔｅｄ ｓｙｓｔｅｍ）に全て適用することができる。
本発明の他の態様によれば、セルアセンブリが過充電状態に該当しない状態でバッテリーパックの出力電圧を一定に維持することができ、バッテリーパックの出力効率が維持され、二次電池の寿命を延ばすことができる。
本発明のさらに他の態様によれば、電圧調整器が備えられていないシステムにも適用できるため、バッテリーパック製造の効率性が向上し、製造コストを節減することができる。
外にも本発明は他の多様な効果を有し、このような本発明の他の効果は下記の説明によって理解でき、本発明の実施形態によってより明確に理解されるであろう。
本明細書に添付される次の図面は、本発明の望ましい実施形態を例示するものであり、発明の詳細な説明とともに本発明の技術的な思想をさらに理解させる役割をするものであるため、本発明は図面に記載された事項だけに限定されて解釈されてはならない。
従来のＳＬＩバッテリーが充電される過程を概略的に示した図である。 本発明の一実施形態によるＳＬＩバッテリーが充電される過程を概略的に示した図である。 本発明の一実施形態による過充電防止装置の構成を概略的に示した図である。 本発明の一実施形態による過充電防止装置が参照するバッテリーパック及びセルアセンブリの電圧プロファイルである。 本発明の一実施形態による過充電防止方法を概略的に示したフロー図である。
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施形態を詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び請求範囲に使われた用語や単語は通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に応ずる意味及び概念で解釈されねばならない。
したがって、本明細書に記載された実施形態及び図面に示された構成は、本発明のもっとも望ましい一実施形態に過ぎず、本発明の技術的な思想のすべてを代弁するものではないため、本出願の時点においてこれらに代替できる多様な均等物及び変形例があり得ることを理解せねばならない。
また、本発明の説明において、関連公知構成または機能についての具体的な説明が本発明の要旨を不明瞭にし得ると判断される場合、その詳細な説明は省略する。
明細書の全体において、ある部分がある構成要素を「含む」とするとき、これは特に言及されない限り、他の構成要素を除外するものではなく、他の構成要素をさらに含み得ることを意味する。また、明細書に記載された「プロセッサ」のような用語は、少なくとも一つの機能または動作を処理する単位を意味し、ハードウェア、ソフトウェア、またはハードウェアとソフトウェアとの組合せとして具現され得る。
さらに、明細書の全体において、ある部分が他の部分と「連結（接続）」されるとするとき、これは「直接的な連結（接続）」だけではなく、他の素子を介在した「間接的な連結（接続）」も含む。
本明細書において、二次電池は、負極端子及び正極端子を備え、物理的に分離可能な一つの独立したセルを意味する。一例として、一つのパウチ型リチウムポリマーセルを二次電池として見なし得る。
本発明の一実施形態による過充電防止装置は、バッテリーパックに備えられ、少なくとも一つの二次電池を備えるセルアセンブリ１０の過充電を防止する装置である。例えば、前記バッテリーパックは、ＳＬＩ（Ｓｔａｒｔｉｎｇ Ｌｉｇｈｔｉｎｇ Ｉｇｎｉｔｉｏｎ，始動・照明・点火）バッテリーであり得る。また、前記セルアセンブリ１０は、直列及び／または並列で接続された少なくとも一つの二次電池を備えることができる。
図１は従来のＳＬＩバッテリーが充電される過程を概略的に示した図であり、図２は本発明の一実施形態によるＳＬＩバッテリーが充電される過程を概略的に示した図である。
図１及び図２を参照すれば、ＳＬＩバッテリー１は、スターターモータ２に始動用電力を供給することができる。次いで、スターターモータ２は、ＳＬＩバッテリー１から供給を受けた始動用電力に基づいてエンジン３に始動用電力を伝達することができる。その後、エンジン３は、スターターモータ２から供給を受けた始動用電力に基づいて動作を開始することができる。また、エンジン３は、エンジン３の駆動による駆動電力を交流発電機４（ａｌｔｅｒｎａｔｏｒ）に伝達することができる。その後、交流発電機４は、エンジン３から供給を受けた駆動電力を整流器５（ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ）に伝達することができる。次いで、整流器５は、交流発電機４から供給を受けた駆動電力を整流することができる。
従来のＳＬＩバッテリー１は、図１に示されたように、整流器５によって整流された駆動電力を調整する電圧調整器６（ｒｅｇｕｌａｔｏｒ）から、調整された駆動電力の供給を受けて充電される。
本発明の一実施形態によるＳＬＩバッテリー１は、図２に示されたように、電圧調整器６を介さず、整流器５から直接駆動電力の供給を受けることができる。
このような構成を通じて、本発明の一実施形態によるＳＬＩバッテリー１は、図２に示されたように、電圧調整器６が取り付けられていないシステム（ｕｎｒｅｇｕｌａｔｅｄ ｓｙｓｔｅｍ）に備えられて、電圧調整器６による電圧調整がなくても、駆動電力を調整してバッテリーの過充電を防止することができる。
勿論、本発明の一実施形態によるＳＬＩバッテリー１は、電圧調整器６が取り付けられたシステム（ｒｅｇｕｌａｔｅｄ ｓｙｓｔｅｍ）に備えられてもよい。
図３は、本発明の一実施形態による過充電防止装置の構成を概略的に示した図である。
図３を参照すれば、本発明の一実施形態によるＳＬＩバッテリー１は、過充電防止装置を含む。また、本発明の一実施形態による過充電防止装置は、電圧測定部１００、充電ＦＥＴ２００、バイパス抵抗３００及びプロセッサ４００を含むことができる。
前記電圧測定部１００は、セルアセンブリ１０の両端電圧を測定することができる。例えば、図３に示されたように、電圧測定部１００は、電気的信号を送受信できるように、セルアセンブリ１０の両端とそれぞれ電気的に接続され得る。また、電圧測定部１００は、セルアセンブリ１０の両端から受信した電気的信号に基づいて、セルアセンブリ１０の両端電圧を測定し得る。
望ましくは、電圧測定部１００は、電気的信号を送受信できるように、プロセッサ４００と電気的に接続され得る。また、電圧測定部１００は、プロセッサ４００の統制の下、時間間隔を置いてセルアセンブリ１０の両端電圧を測定し、測定された電圧の大きさを示す信号をプロセッサ４００に出力することができる。例えば、電圧測定部１００は、当業界で一般に使用される電圧測定回路を用いて具現され得る。
前記充電ＦＥＴ２００は、セルアセンブリ１０の一端とバッテリーパックのパック端子とを電気的に接続する充放電ラインＬ１上に備えられる。例えば、図３に示されたように、充電ＦＥＴ２００は、セルアセンブリ１０の負極端子とバッテリーパックの負極パック端子とを電気的に接続する充放電ラインＬ１上に備えられ得る。
また、充電ＦＥＴ２００は、充放電ラインＬ１に流れる充電電流の導通を制御することができる。例えば、図３に示されたように、充電ＦＥＴ２００は、セルアセンブリ１０の負極端子からバッテリーパックの負極パック端子側に流れる充電電流の導通を制御し得る。
例えば、充電ＦＥＴ２００は、ゲート端子Ｇ、ドレイン端子Ｄ及びソース端子Ｓを備えたＦＥＴ素子であって、ゲート端子Ｇとソース端子Ｓとの間に印加された電圧によるチャネル形成如何に応じてターンオン又はターンオフされる。一例として、前記ＦＥＴ素子は、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ，金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）であり得る。
また、充電ＦＥＴ２００には、寄生ダイオードが備えられ得る。図３に示されたように、充電ＦＥＴ２００に寄生ダイオードが備えられる場合、充電ＦＥＴ２００は、ＦＥＴ本体と寄生ダイオードとに分けられる。ここで、寄生ダイオードは、ＦＥＴ本体と並列で接続されたダイオードであって、一方向に電流を導通させる整流作用を果たすことができる。一方、図３の実施形態において、充電ＦＥＴ２００は、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴとして具現されているが、充電ＦＥＴ２００がＮ型ＭＯＳＦＥＴに限定されることはない。
望ましくは、本発明の一実施形態による充電ＦＥＴ２００のゲート端子Ｇは、プロセッサ４００と電気的に接続され得る。例えば、図３に示されたように、ゲート端子Ｇは、電気的信号を送受信できるように、プロセッサ４００と電気的に接続され得る。また、充電ＦＥＴ２００のドレイン端子Ｄは、セルアセンブリ１０の負極端子と電気的に接続され得る。また、充電ＦＥＴ２００のソース端子Ｓは、バッテリーパックの負極端子と電気的に接続され得る。
前記バイパス抵抗３００は、充電ＦＥＴ２００の両端を電気的に接続して充放電ラインＬ１と電気的に並列で構成されたバイパスラインＬ２上に備えられ得る。例えば、図３に示されたように、バイパス抵抗３００は、バイパスラインＬ２上に備えられ得る。ここで、バイパスラインＬ２は、一端が充電ＦＥＴ２００のドレイン端子Ｄと接続され、他端が充電ＦＥＴ２００のソース端子Ｓに接続される線路であり得る。また、バイパスラインＬ２は、図３に示されたように、第１ノードｎ１と第２ノードｎ２とを接続する充放電ラインＬ１と電気的に並列で構成され得る。
また、バイパス抵抗３００は、充電ＦＥＴ２００と並列で接続され得る。例えば、図３に示されたように、バイパス抵抗３００は、第１ノードｎ１と第２ノードｎ２との間で充電ＦＥＴ２００と電気的に並列で接続され得る。
また、バイパス抵抗３００には、充電ＦＥＴ２００の開閉動作に応じて充電電流が流れ得る。例えば、図３に示されたように、セルアセンブリ１０の負極端子からバッテリーパックの負極端子側に充電電流が流れ、充電ＦＥＴ２００がターンオンされている場合、充放電ラインＬ１上には充電電流が流れ、バイパス抵抗３００が備えられたバイパスラインＬ２上には充電電流が流れなくなる。
また、セルアセンブリ１０の負極端子からバッテリーパックの負極端子側に充電電流が流れ、充電ＦＥＴ２００がターンオフされている場合、充放電ラインＬ１上には充電電流が流れず、バイパス抵抗３００が備えられたバイパスラインＬ２上には充電電流が流れるようになる。
望ましくは、本発明の一実施形態によるバイパス抵抗３００は、図３に示されたように、一端がセルアセンブリ１０の負極端子と充電ＦＥＴ２００のドレイン端子Ｄとを接続する充放電ラインＬ１上の第１ノードｎ１に接続され、他端がバッテリーパックの負極端子と充電ＦＥＴ２００のソース端子Ｓとを接続する充放電ラインＬ１上の第２ノードｎ２に接続され得る。
前記プロセッサ４００は、電圧測定部１００からセルアセンブリ１０の両端電圧値を受信し、受信した両端電圧値に基づいて充電ＦＥＴ２００の開閉動作を制御することができる。例えば、プロセッサ４００は、セルアセンブリ１０の両端電圧値に基づいて、充電ＦＥＴ２００のターンオン及びターンオフ動作を制御し得る。
望ましくは、本発明の一実施形態によるプロセッサ４００は、セルアセンブリ１０を充電させる充電電流が充放電ラインＬ１上に流れ、セルアセンブリ１０の両端電圧値が予め決められた上限値に到達する場合、充電ＦＥＴ２００をターンオフさせることができる。例えば、プロセッサ４００は、セルアセンブリ１０の両端電圧値が１４．８Ｖに到達する場合、充電ＦＥＴ２００をターンオフさせ得る。
望ましくは、本発明の一実施形態によるプロセッサ４００は、セルアセンブリ１０を充電させる充電電流が充放電ラインＬ１上に流れ、セルアセンブリ１０の両端電圧値が予め決められた下限値に到達する場合、充電ＦＥＴ２００をターンオンさせることができる。例えば、プロセッサ４００は、セルアセンブリ１０の両端電圧値が１４．３Ｖに到達する場合、充電ＦＥＴ２００をターンオンさせ得る。
望ましくは、本発明の一実施形態によるプロセッサ４００は、セルアセンブリ１０が充電電流によって充電されている間に、セルアセンブリ１０の両端電圧値が予め決められた上限値及び下限値にそれぞれ到達する場合、複数回繰り返して充電ＦＥＴ２００をターンオフ及びターンオンさせることができる。例えば、プロセッサ４００は、セルアセンブリ１０の両端電圧値が１４．８Ｖ及び１４．３Ｖにそれぞれ到達する場合、複数回繰り返して充電ＦＥＴ２００をターンオフ及びターンオンさせ得る。
望ましくは、プロセッサ４００は、電気的信号を送受信できるように、外部装置５０と電気的に接続され得る。例えば、プロセッサ４００は、外部装置５０から始動信号（ｉｇｎｉｔｉｏｎ ｓｉｇｎａｌ）を受信し得る。例えば、外部装置５０は、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ，電子制御ユニット）であり得る。
望ましくは、図２及び図３を参照すれば、本発明の一実施形態によるバッテリーパックは、スターターモータ２と接続され得る。また、本発明の一実施形態によるバッテリーパックは、整流器５と接続され得る。このような構成によって、本発明の一実施形態によるバッテリーパックは、整流器５から供給を受けた電力をスターターモータ２に伝達することができる。また、バッテリーパックは、整流器５から供給を受けた電力によって充電できる。
望ましくは、本発明の一実施形態による過充電防止装置は、図３に示されたように、メモリデバイス５００をさらに含むことができる。
前記メモリデバイス５００は、電気的信号を送受信できるように、プロセッサ４００と電気的に接続され得る。前記メモリデバイス５００は、過充電防止装置の動作に必要な情報を予め保存することができる。例えば、メモリデバイス５００は、セルアセンブリ１０の両端電圧値に対する予め決められた上限値及び下限値を予め保存し得る。
一方、プロセッサ４００は、上述したような動作を実行するため、当業界に知られたプロセッサ４００、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ‐Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ，特定用途向け集積回路）、他のチップセット、論理回路、レジスタ、通信モデム及び／またはデータ処理装置などを選択的に含む形態で具現され得る。
一方、メモリデバイス５００は、情報を記録し消去可能な保存媒体であれば、その種類に特に制限がない。例えば、メモリデバイス５００は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、レジスタ、ハードディスク、光記録媒体または磁気記録媒体であり得る。また、メモリデバイス５００は、プロセッサ４００によってそれぞれアクセスできるように、例えばデータバスなどを介してプロセッサ４００とそれぞれ電気的に接続され得る。また、メモリデバイス５００は、プロセッサ４００がそれぞれ実行する各種の制御ロジックを含むプログラム及び／または制御ロジックの実行時に発生するデータを、保存及び／または更新及び／または消去及び／または伝送することができる。
図４は、本発明の一実施形態による過充電防止装置が参照するバッテリーパック及びセルアセンブリの電圧プロファイルである。
図３及び図４を参照すれば、本発明の一実施形態による電圧測定部１００は、バッテリーパックの両端電圧及びバイパス抵抗３００の両端電圧をさらに測定することができる。例えば、図３に示されたように、電圧測定部１００は、電気的信号を送受信できるように、バッテリーパックの両端及びバイパス抵抗３００の両端とそれぞれ電気的に接続され得る。また、電圧測定部１００は、バッテリーパックの両端及びバイパス抵抗３００の両端から受信した電気的信号に基づいて、バッテリーパックの両端電圧及びバイパス抵抗３００の両端電圧を測定することができる。
望ましくは、本発明の一実施形態によるプロセッサ４００は、電圧測定部１００からバッテリーパックの両端電圧値及びバイパス抵抗３００の両端電圧値のうち少なくとも一つをさらに受信し、受信したバッテリーパックの両端電圧値及びバイパス抵抗３００の両端電圧値のうち少なくとも一つに基づいて充電ＦＥＴ２００の開閉動作を制御することができる。
例えば、図３及び図４の実施形態において、プロセッサ４００は、始動信号を受信すれば、充電ＦＥＴ２００をターンオンさせ得る。この場合、充電ＦＥＴのターンオン周期（１）中に、充放電ラインＬ１上に充電電流が流れ、セルアセンブリ１０が充電電流によって充電され、セルアセンブリ１０の両端電圧値が１４．８Ｖまで上昇する。次いで、プロセッサ４００は、セルアセンブリ１０の両端電圧値が１４．８Ｖであり、充電ＦＥＴ２００をターンオフするとバッテリーパックの両端電圧値が２２Ｖまで上昇すると演算し、充電ＦＥＴ２００をターンオフさせ得る。この場合、プロセッサ４００は、セルアセンブリ１０の内部抵抗とバイパス抵抗３００との合成抵抗値、及び整流器５から供給を受けた駆動電力に基づいて、充電ＦＥＴ２００をターンオフするとバッテリーパックの両端電圧値が２２Ｖまで上昇すると演算し、充電ＦＥＴ２００をターンオフさせ得る。または、プロセッサ４００は、セルアセンブリ１０の両端電圧値が１４．８Ｖであり、充電ＦＥＴ２００をターンオフすると７．２Ｖのバイパス抵抗３００の両端電圧値が印加されると演算し、充電ＦＥＴ２００をターンオフさせ得る。この場合、プロセッサ４００は、セルアセンブリ１０の内部抵抗とバイパス抵抗３００との合成抵抗値、及び整流器５から供給を受けた駆動電力に基づいて、充電ＦＥＴ２００をターンオフすると７．２Ｖのバイパス抵抗３００の両端電圧値が印加されると演算し、充電ＦＥＴ２００をターンオフさせ得る。例えば、図４の実施形態において、充電ＦＥＴのターンオン周期（１）中に充放電ラインＬ１上に２Ａの充電電流が流れ、充電ＦＥＴのターンオフ周期（２）中にバイパスラインＬ２上に０．１５Ａの充電電流が流れ得る。この場合、バイパス抵抗の抵抗値は４８Ωであり得る。
望ましくは、本発明の一実施形態によるプロセッサ４００は、充電ＦＥＴ２００がターンオフされる場合、バッテリーパックの両端電圧値と予め決められた上限値との差に該当する電圧値と、セルアセンブリ１０の電圧降下値との和に該当する電圧がバイパス抵抗３００に印加されるように、充電ＦＥＴ２００の開閉動作を制御することができる。
例えば、図４の実施形態において、プロセッサ４００は、バッテリーパックの両端電圧値（ＶＰ）と予め決められた上限値（１４．８Ｖ）との差に該当する電圧値（ａ）と、予め決められた上限値（１４．８Ｖ）とセルアセンブリ１０の両端電圧値（ＶＣ）との差に該当するセルアセンブリ１０の電圧降下値（ｂ）との和に該当する電圧（ａ＋ｂ）がバイパス抵抗３００に印加されるように、充電ＦＥＴ２００をターンオフさせ得る。ここで、セルアセンブリ１０の電圧降下値（ｂ）は、セルアセンブリ１０を流れる充電電流の大きさが減少して発生する電圧降下成分であり得る。
望ましくは、本発明の一実施形態によるプロセッサ４００は、バイパス抵抗３００に充電電流が流れ、充電ＦＥＴ２００がターンオフされているターンオフ周期中に、バッテリーパックの両端電圧値が一定に維持されるように、充電ＦＥＴ２００の開閉動作を制御することができる。
例えば、図２～図４を参照すれば、プロセッサ４００は、整流器５から供給される駆動電力に基づいて、バッテリーパックの両端電圧値が一定に維持されるように充電ＦＥＴ２００の開閉動作を制御し得る。また、プロセッサ４００は、充電ＦＥＴのターンオフ周期（２）中に、バッテリーパックの両端電圧値が２２Ｖと一定に維持されるように、充電ＦＥＴ２００の開閉動作を制御し得る。例えば、プロセッサ４００は、セルアセンブリ１０が充電電流によって充電されている間にセルアセンブリ１０の両端電圧値が予め決められた上限値及び下限値にそれぞれ到達する場合、複数回繰り返して充電ＦＥＴ２００をターンオフ及びターンオンさせ得る。例えば、プロセッサ４００は、セルアセンブリ１０の両端電圧値が１４．８Ｖ及び１４．３Ｖにそれぞれ到達する場合、複数回繰り返して充電ＦＥＴ２００をターンオフ及びターンオンさせ得る。
このような構成によって、本発明の一実施形態による過充電防止装置は、電圧調整器による電圧調整がなくてもバッテリーが過充電されないように充電電圧を調整し、始動用バッテリーとして利用できるようにバッテリーパックの出力電圧を一定電圧以上に一定に維持させることができる。
本発明による過充電防止装置は、ＢＭＳに適用できる。すなわち、本発明によるＢＭＳは、上述した本発明による過充電防止装置を含むことができる。このような構成において、本発明による過充電防止装置の各構成要素のうち少なくとも一部は、従来ＢＭＳに含まれた構成の機能を補完または追加することで具現され得る。例えば、本発明による過充電防止装置のプロセッサ４００及びメモリデバイス５００は、ＢＭＳの構成要素として具現され得る。
また、本発明による過充電防止装置は、バッテリーパックに備えることができる。すなわち、本発明によるバッテリーパックは、上述した本発明による過充電防止装置を含むことができる。ここで、バッテリーパックは、一つ以上の二次電池、前記過充電防止装置、電装品（ＢＭＳやリレー、ヒューズなどを備える）及びケースなどを含むことができる。
また、本発明による過充電防止装置は、電動装置に取り付けることができる。例えば、電動装置は、本発明による過充電防止装置が備えられたバッテリーパックを含むスクーター、トラクターまたは車両であり得る。
図５は、本発明の一実施形態による過充電防止方法を概略的に示したフロー図である。
段階Ｓ１００において、プロセッサは、始動信号を受信する。例えば、始動信号は、外部装置から受信される始動信号であり得る。
次いで、段階Ｓ１１０において、プロセッサは、充電ＦＥＴをターンオンさせる。この場合、セルアセンブリは、充放電ライン上を流れる充電電流によって充電され得る。
次いで、段階Ｓ１２０において、プロセッサは、セルアセンブリの両端電圧を測定する。そして、プロセッサは、セルアセンブリの両端電圧値（ＶＣ）が予め決められた上限値である１４．８Ｖ以上であるか否かを判断する。段階Ｓ１２０の結果が「はい」であれば、次の段階であるＳ１３０に進み、そうでなければ段階Ｓ１１０に戻る。
次いで、段階Ｓ１３０において、プロセッサは、バッテリーパックの両端電圧値と予め決められた上限値との差を演算し、演算された値とセルアセンブリの電圧降下値（ＶＩＲ）との和がバイパス抵抗の両端電圧値（ＶＲ）に該当するか否かを判断する。例えば、バッテリーパックの両端電圧値は２２Ｖであり、予め決められた上限値は１４．８Ｖであり得る。段階Ｓ１３０の結果が「はい」であれば、次の段階であるＳ１４０に進み、そうでなければ段階Ｓ１１０に戻る。
次いで、段階Ｓ１４０において、プロセッサは、充電ＦＥＴをターンオフさせる。
次いで、段階Ｓ１５０において、プロセッサは、セルアセンブリの両端電圧を測定する。そして、プロセッサは、セルアセンブリの両端電圧値（ＶＣ）が予め決められた下限値である１４．３Ｖ以下であるか否かを判断する。段階Ｓ１５０の結果が「はい」であれば段階Ｓ１１０に戻り、そうでなければ段階Ｓ１４０に戻る。
本発明の一実施形態による過充電防止方法は、電圧測定段階、充電ＦＥＴの開閉動作制御段階、充電電流制御段階を含む。
まず、電圧測定段階では、前記セルアセンブリの両端電圧を測定することができる。次いで、充電ＦＥＴの開閉動作制御段階では、前記電圧測定段階で測定された前記セルアセンブリの両端電圧値を受信し、受信した前記両端電圧値に基づいて、前記セルアセンブリの一端と前記バッテリーパックのパック端子とを電気的に接続する充放電ライン上に備えられて前記充放電ラインに流れる充電電流の導通を制御するように構成された充電ＦＥＴの開閉動作を制御することができる。次いで、充電電流制御段階では、前記充電ＦＥＴの開閉動作に応じて、前記充電電流が前記充電ＦＥＴと並列で接続されたバイパス抵抗を通じて流れるように制御することができる。ここで、前記バイパス抵抗は、前記充電ＦＥＴの両端を電気的に接続し、前記充放電ラインと電気的に並列で構成されたバイパスライン上に備えられ得る。
望ましくは、前記充電ＦＥＴの開閉動作制御段階では、前記セルアセンブリが前記充電電流によって充電されている間に、前記セルアセンブリの両端電圧値が予め決められた上限値及び下限値にそれぞれ到達する場合、複数回繰り返して前記充電ＦＥＴをターンオフ及びターンオンさせ得る。
望ましくは、前記充電電流制御段階では、前記バイパス抵抗に前記充電電流が流れ、前記充電ＦＥＴがターンオフされているターンオフ周期中に、前記バッテリーパックの両端電圧値が一定に維持されるように、前記充電ＦＥＴの開閉動作を制御し得る。
また、前記制御ロジックがソフトウェアとして具現されるとき、プロセッサは、プログラムモジュールの集合として具現され得る。このとき、プログラムモジュールはメモリ装置に保存され、プロセッサによって実行され得る。
また、プロセッサの多様な制御ロジックは少なくとも一つが組み合わせられ、組み合わせられた制御ロジックは、コンピュータ可読のコード体系で作成されてコンピュータによってアクセス可能なものであれば、その種類に特に制限がない。一例として、前記記録媒体は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、レジスタ、ＣＤ‐ＲＯＭ、磁気テープ、ハードディスク、フロッピーディスク（登録商標）及び光データ記録装置を含む群から選択された少なくとも一つを含む。また、前記コード体系は、ネットワークで接続されたコンピュータに分散して保存されて実行され得る。また、前記組み合わせられた制御ロジックを具現するための機能的なプログラム、コード及びセグメントは、本発明が属する技術分野のプログラマによって容易に推論可能である。
以上のように、本発明を限定された実施形態と図面によって説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の属する技術分野で通常の知識を持つ者によって本発明の技術思想と特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正及び変形が可能であることは言うまでもない。
１：ＳＬＩバッテリー
１０：セルアセンブリ
５０：外部装置
１００：電圧測定部
２００：充電ＦＥＴ
３００：バイパス抵抗
４００：プロセッサ
５００：メモリデバイス
Ｌ１：充放電ライン
Ｌ２：バイパスライン

Claims (14)

  1. バッテリーパックに備えられ、少なくとも一つの二次電池を備えるセルアセンブリの過充電を防止する装置であって、
    前記セルアセンブリの両端電圧を測定するように構成された電圧測定部と、
    前記セルアセンブリの一端と前記バッテリーパックのパック端子とを電気的に接続する充放電ライン上に備えられ、前記充放電ラインに流れる充電電流の導通を制御するように構成された充電ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）と、
    前記充電ＦＥＴの両端を電気的に接続して前記充放電ラインと電気的に並列で構成されたバイパスライン上に備えられて前記充電ＦＥＴと並列で接続され、前記充電ＦＥＴの開閉動作に応じて前記充電電流が流れるように構成されたバイパス抵抗と、
    前記電圧測定部から前記セルアセンブリの両端電圧値を受信し、受信した前記両端電圧値に基づいて前記充電ＦＥＴの開閉動作を制御するように構成されたプロセッサとを含み、
    前記電圧測定部は、前記バッテリーパックの両端電圧及び前記バイパス抵抗の両端電圧をさらに測定するように構成されている、過充電防止装置。
  2. 前記プロセッサは、前記セルアセンブリを充電させる前記充電電流が前記充放電ライン上に流れ、前記セルアセンブリの両端電圧値が予め決められた上限値に到達する場合、前記充電ＦＥＴをターンオフさせるように構成されている、請求項１に記載の過充電防止装置。
  3. 前記プロセッサは、前記セルアセンブリを充電させる前記充電電流が前記充放電ライン上に流れ、前記セルアセンブリの両端電圧値が予め決められた下限値に到達する場合、前記充電ＦＥＴをターンオンさせるように構成されている、請求項１または２に記載の過充電防止装置。
  4. 前記セルアセンブリが前記充電電流によって充電されている間に、前記セルアセンブリの両端電圧値が予め決められた上限値及び下限値にそれぞれ到達する場合、複数回繰り返して前記充電ＦＥＴをターンオフ及びターンオンさせるように構成されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の過充電防止装置。
  5. 前記プロセッサは、前記電圧測定部から前記バッテリーパックの両端電圧値及び前記バイパス抵抗の両端電圧値のうち少なくとも一つをさらに受信し、受信した前記バッテリーパックの両端電圧値及び前記バイパス抵抗の両端電圧値のうち少なくとも一つに基づいて前記充電ＦＥＴの開閉動作を制御するように構成されている、請求項４に記載の過充電防止装置。
  6. 前記プロセッサは、前記充電ＦＥＴがターンオフされる場合、前記バッテリーパックの両端電圧値と前記予め決められた上限値との差に該当する電圧値と、前記セルアセンブリの電圧降下値との和に該当する電圧が前記バイパス抵抗に印加されるように、前記充電ＦＥＴを制御するように構成されている、請求項５に記載の過充電防止装置。
  7. 前記プロセッサは、前記バイパス抵抗に前記充電電流が流れ、前記充電ＦＥＴがターンオフされているターンオフ周期中に、前記バッテリーパックの両端電圧値が一定に維持されるように、前記充電ＦＥＴを制御するように構成されている、請求項６に記載の過充電防止装置。
  8. 前記充電ＦＥＴは、ゲート端子、ドレイン端子及びソース端子を備え、
    前記ゲート端子は、前記プロセッサと電気的に接続され、
    前記ドレイン端子は、前記セルアセンブリの負極端子と電気的に接続され、
    前記ソース端子は、前記バッテリーパックの負極端子と電気的に接続されるように構成されている、請求項１から７のいずれか一項に記載の過充電防止装置。
  9. 前記バイパス抵抗は、一端が前記セルアセンブリの負極端子と前記充電ＦＥＴのドレイン端子とを接続する充放電ライン上に接続され、他端が前記バッテリーパックの負極端子と前記充電ＦＥＴのソース端子とを接続する充放電ライン上に接続されるように構成されている、請求項８に記載の過充電防止装置。
  10. 請求項１から９のいずれか一項に記載の過充電防止装置を含むＢＭＳ（バッテリーマネジメントシステム）。
  11. 請求項１から９のいずれか一項に記載の過充電防止装置を含むバッテリーパック。
  12. バッテリーパックに備えられ、少なくとも一つの二次電池を備えるセルアセンブリの過充電を防止する方法であって、
    前記セルアセンブリの両端電圧を測定する段階と、
    前記両端電圧を測定する段階によって測定された前記セルアセンブリの両端電圧値を受信し、受信した前記両端電圧値に基づいて、前記セルアセンブリの一端と前記バッテリーパックのパック端子とを電気的に接続する充放電ライン上に備えられて前記充放電ラインに流れる充電電流の導通を制御するように構成された充電ＦＥＴの開閉動作を制御する段階と、
    前記充電ＦＥＴの両端を電気的に接続して前記充放電ラインと電気的に並列で構成されたバイパスライン上に備えられて前記充電ＦＥＴと並列で接続されたバイパス抵抗を通じて、前記充電ＦＥＴの開閉動作に応じて前記充電電流が流れるように制御する段階とを含み、
    前記セルアセンブリの両端電圧を測定する段階において、前記バッテリーパックの両端電圧及び前記バイパス抵抗の両端電圧をさらに測定する、過充電防止方法。
  13. 前記充電ＦＥＴの開閉動作を制御する段階では、前記セルアセンブリが前記充電電流によって充電されている間に、前記セルアセンブリの両端電圧値が予め決められた上限値及び下限値にそれぞれ到達する場合、複数回繰り返して前記充電ＦＥＴをターンオフ及びターンオンさせる、請求項１２に記載の過充電防止方法。
  14. 前記充電電流が流れるように制御する段階では、前記バイパス抵抗に前記充電電流が流れ、前記充電ＦＥＴがターンオフされているターンオフ周期中に、前記バッテリーパックの両端電圧値が一定に維持されるように、前記充電ＦＥＴを制御する、請求項１２または１３に記載の過充電防止方法。
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