KR100601557B1 - 배터리팩의 모니터링 장치 및 그 방법 - Google Patents

배터리팩의 모니터링 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배터리팩의 모니터링 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 해결하고자 하는 기술적 과제는 이차전지의 최대 충방전 전압, 충방전 전류, 베어셀의 온도 및 충방전 스위치의 온도를 모니터링하는데 있다.
이를 위해 본 발명에 의한 해결방법의 요지는 일정 전압으로 충방전 가능한 베어셀과, 베어셀의 충방전 전압을 감지하는 전압 센서와, 베어셀의 충방전 전류를 감지하는 전류 센서와, 베어셀의 온도를 감지하는 셀 온도 센서와, 충방전 스위치의 온도를 감지하는 스위치 온도 센서와, 위의 센서들로부터 입력된 신호를 처리하는 제어부와, 제어부에 의해 처리된 베어셀의 충방전 전압, 충방전 전류, 셀 온도 및 스위치 온도를 저장하는 데이터 저장부로 이루어진 배터리팩의 모니터링 장치가 개시된다.
배터리팩, 베어셀, 모니터링, 전압, 전류, 온도

Description

배터리팩의 모니터링 장치 및 그 방법{Battery management unit and its method}
도 1은 본 발명에 따른 배터리팩의 모니터링 장치를 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 배터리팩의 모니터링 방법중 충전시의 단계를 순차적으로 도시한 플로우 챠트이다.
도 3은 본 발명에 따른 배터리팩의 모니터링 방법중 방전시의 단계를 순차적으로 도시한 플로우 챠트이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10; 베어셀 20; 전압 센서
30; 전류 센서 40; 셀 온도 센서
50; 스위치 온도 센서 51; 충전 스위치
52; 방전 스위치 53; 보호회로
60; 제어부 70; 데이터 저장부
80; 통신 인터페이스부 91,92; 외부 단자
93; 클럭 단자 94; 데이터 단자
본 발명은 배터리팩의 모니터링 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세히는 이차전지의 최대 충방전 전압, 충방전 전류, 베어셀의 온도 및 충방전 스위치 온도를 모니터링할 수 있는 배터리팩의 모니터링 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 이차전지는 충방전에 의해 내부 활물질이 산화-환원되는 전기화학적 반응을 통해 화학 에너지와 전기 에너지간의 변환이 이루어진다. 이러한 이차 전지의 성능은 충전 방법, 방전 깊이, 사용 온도, 외부 부하율(load level) 및 충방전 횟수 등에 영향을 받는다.
또한, 최근의 이차 전지는 높은 에너지 밀도와 가벼운 질량을 갖는 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지 또는 연료 전지쪽으로 주로 개발되고 있으며, 산업용, 자동차용, 휴대용 또는 이동용 전원 장치에 다양하게 사용되고 있다.
한편, 이러한 이차 전지는 크게 베어셀과 배터리팩으로 구분할 수 있는데, 베어셀은 단순히 충방전 가능한 상태로서 어떠한 보호회로나 제어회로도 장착되지 않은 상태를 지칭하고, 배터리팩은 베어셀에 각종 회로가 장착되고, 또한 사용하고자 하는 외부 시스템에 알맞게 패키징된 것을 지칭한다.
여기서, 상기 회로는 주로 이차 전지의 충방전을 제어하고, 또한 이차 전지의 과충전(이차 전지의 충전 전압이 예를 들면, 4.3V 이상 충전되었을 경우를 과충전으로 정의함)이나 과방전(이차 전지의 방전 전압이 예를 들면, 2.5V 이하 방전되었을 경우를 과방전으로 정의함)시 회로를 차단함으로써, 이차 전지의 수명을 연장하고 또한 위험한 상황으로부터 사용자를 보호하는 역할을 한다.
그러나, 이러한 종래의 배터리팩은 충방전 상태를 제어하고, 과전압 및 과전류에 따른 회로 차단 기능만 있을 뿐, 배터리팩의 최대 충방전 전압, 최대 충방전 전류, 베어셀의 온도 및 충방전 스위치의 온도 등을 별도로 모니터링하는 기능이 없어, 최적의 조건에서 배터리팩을 유지/사용할 수 없고, 따라서 배터리팩의 교체시기도 정확히 예측하지 못하는 문제가 있다.
더욱이, 상술한 충방전 전압, 충방전 전류 및 온도와 같은 데이터를 별도로 저장하는 기능이 없어 배터리팩의 고장시 어떠한 원인에 의해 고장이 발생했는지 해독하기 어렵고 또한 평상시 배터리팩을 진단할 수 없는 문제가 있다.
또한, 외부 시스템의 안전한 운영을 위해 배터리팩의 상태에 따른 적당한 경보나 사전 예방 기능이 없음으로써, 외부 시스템의 운영이 불안정해지는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 이차전지의 최대 충방전 전압, 최대 충방전 전류, 베어셀의 온도 및 충방전 스위치의 온도를 모니터링할 수 있는 배터리팩의 모니터링 장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 배터리팩의 모니터링 장치는 일정 전압으로 충방전 가능한 베어셀과, 베어셀의 충방전 전압을 감지하고, 이를 일정한 전기적 신호로 출력하는 전압 센서와, 베어셀의 충방전 전류를 감지하고, 이를 일정한 전기적 신호로 출력하는 전류 센서와, 베어셀의 온도를 감지하고, 이 를 일정한 전기적 신호로 출력하는 셀 온도 센서와, 대전류 경로에 설치된 충방전 스위치의 온도를 감지하고, 이를 일정한 전기적 신호로 출력하는 스위치 온도 센서와, 전압 센서, 전류 센서, 셀 온도 센서 및 스위치 온도 센서로부터 입력된 신호를 디지털 신호로 변환하여 일정한 제어 명령에 따라 처리하는 제어부와, 제어부에 의해 처리된 베어셀의 충방전 전압, 충방전 전류, 온도 및 충방전 스위치의 온도를 저장하는 데이터 저장부와, 데이터 저장부의 데이터를 외부 시스템에 출력하는 통신 인터페이스부를 포함한다.
또한, 상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 배터리팩의 모니터링 방법은 충방전 가능한 베어셀이 충전기(또는 외부 시스템)에 연결되면, 베어셀의 충전(또는 방전) 전압, 충전(또는 방전) 전류, 온도 및 충방전 스위치의 온도를 감지하는 단계와, 배터리팩이 최초 충전(첫번째 충전)(또는 최초 방전(첫번째 방전)) 상태인지 판단하는 단계와, 최초 충전(또는 최초 방전) 상태로 판단되면 베어셀의 충전(또는 방전) 전압, 충전(또는 방전) 전류, 온도 및 충방전 스위치의 온도를 일정 주기로 감지하여 저장하는 단계와, 최초 충전 상태가 아닌 것으로 판단되면, 감지된 충전(또는 방전) 전압이 기존 충전(또는 방전) 전압보다 높은지 판단하여, 높을 경우 감지된 충전(또는 방전) 전압으로 갱신하여 저장하는 단계와, 감지된 충전(또는 방전) 전류가 기존 충전(또는 방전) 전류보다 높은지 판단하여, 높을 경우 감지된 충전(또는 방전) 전류로 갱신하여 저장하는 단계와, 감지된 베어셀의 온도가 기존의 베어셀 온도보다 높은지 판단하여, 높을 경우 감지된 베어셀의 온도로 갱신하여 저장하는 단계와, 감지된 충방전 스위치의 온도가 기존 충방전 스위치의 온도보다 높은지 판단하여, 높을 경우 감지된 충방전 스위치의 온도로 갱신하여 저장하는 단계를 포함한다.
상기와 같이 하여 본 발명에 의한 배터리팩의 모니터링 장치 및 그 방법은 배터리팩의 충방전 전압, 충방전 전류, 셀 온도 및 스위치 온도를 실시간으로 모니터링하게 됨으로써, 최적의 조건에서 배터리팩을 유지/사용할 수 있게 되고, 또한 배터리팩의 교체 시기를 정확히 예측할 수 있게 된다.
또한, 본 발명은 상술한 충방전 전압, 충방전 전류, 셀 온도 및 스위치 온도를 자체 저장하거나 또는 외부 시스템에 전송함으로써, 배터리팩의 고장 발생시 그 원인을 정확히 추적할 수 있게 된다.
더욱이, 본 발명은 외부 시스템에서 배터리팩의 상태를 항상 모니터링할 수 있게 됨으로써, 배터리팩의 진단이 더욱 쉬워지게 된다.
부가적으로, 본 발명은 외부 시스템에 배터리팩의 상태에 따른 알람기능이 있는 프로그램 등을 설치하게 되면, 외부 시스템을 더욱 안전하게 운영할 수 있게 된다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리팩의 모니터링 장치의 구성이 블록도로서 도시되어 있다.
도시된 바와 같이 본 발명에 따른 배터리팩의 모니터링 장치는 베어셀(10), 전압 센서(20), 전류 센서(30), 셀 온도 센서(40), 스위치 온도 센서(50), 제어부(60), 데이터 저장부(70), 통신 인터페이스부(80)를 포함할 수 있다.
상기 베어셀(10)은 적어도 하나 이상이 직렬 및/또는 병렬로 연결되어 있으며, 이는 일정 전압으로 충전되거나 또는 방전 가능하게 되어 있다. 또한, 이러한 베어셀(10)은 외부 단자(91,92)와 병렬로 연결되어 있다. 물론, 상기 외부 단자(91,92)에는 충전기가 연결되거나 또는 외부 시스템이 연결된다. 더욱이, 상기 베어셀(10)은 모든 종류의 이차전지일 수 있다. 예를 들어 상기 베어셀(10)은 리튬 이온 전지, 리튬 폴리머 전지, 또는 연료 전지일 수 있다.
상기 전압 센서(20)는 상기 베어셀(10)에 병렬로 연결되어, 상기 베어셀(10)의 충전시 충전 전압을, 상기 베어셀(10)의 방전시 방전 전압을 감지하고, 이를 일정한 전기적 신호로 변환하여 제어부(60)에 출력하도록 되어 있다.
상기 전류 센서(30)는 상기 베어셀(10)과 외부 단자(92) 사이의 대전류 경로에 직렬로 연결되어, 상기 베어셀(10)의 충전시 충전 전류를, 상기 베어셀(10)의 방전시 방전 전류를 감지하고, 이를 일정한 전기적 신호로 변환하여 제어부(60)에 출력하도록 되어 있다.
상기 셀 온도 센서(40)는 상기 베어셀(10)에 인접하여 설치되어 있으며, 이는 상기 베어셀(10)의 충방전시 온도를 감지하고, 이를 일정한 전기적 신호로 변환하여 제어부(60)에 출력하도록 되어 있다. 이러한 셀 온도 센서(40)는 서미스터, 권선 저항형 센서, 광역 저항 센서, 반도체 다이오드 센서, 메달코어형 센서, 열전대 또는 그 등가물이 이용될 수 있으나, 여기서 셀 온도 센서(40)의 종류를 한정하 는 것은 아니다.
상기 스위치 온도 센서(50)는 대전류 경로에서 충방전을 제어하는 충방전 스위치(51,52)의 상부에 설치되어 있으며, 이는 베어셀(10)의 충방전시 상기 충방전 스위치(51,52)의 표면 온도를 감지하고, 이를 일정한 전기적 신호로 변환하여 제어부(60)에 출력하도록 되어 있다. 여기서, 상기 충방전 스위치(51,52)는 베어셀(10)과 외부 단자(91) 사이의 대전류 경로에 직렬로 연결되어 있다. 또한, 상기 충방전 스위치(51,52)는 일례로 전계효과트랜지스터일 수 있으며, 이는 별도의 보호회로(53)에 의해 게이트 전압이 제어된다. 또한, 상기 보호회로(53)는 상기 전압 센서(20) 및 전류 센서(30)로부터 베어셀(10)의 충방전시 전압 및 전류 정보를 입력받을 수 있게 되어 있다. 또한, 상기 보호회로(53)는 충전중 베어셀(10)이 과충전 상태가 되면, 충전 스위치(51)를 오프시키고, 방전중 베어셀(10)이 과방전 상태가 되면, 방전 스위치(52)를 오프시킨다.
상기 제어부(60)는 상기 전압 센서(20), 전류 센서(30), 셀 온도 센서(40) 및 스위치 온도 센서(50)로부터 입력된 신호를 디지털 신호로 변환하고, 상기 변환된 디지털 데이터를 미리 정해진 제어 명령대로 처리한다. 즉, 상기 제어부는 상기 전압 센서(20), 전류 센서(30), 셀 온도 센서(40) 및 스위치 온도 센서(50)로부터 얻은 값을 하기할 데이터 저장부(70)에 전송한다.
상기 데이터 저장부(70)는 상기 제어부(60)에 의해 처리된 베어셀(10)의 충방전 전압, 충방전 전류, 온도 및 스위치 온도를 저장한다. 여기서, 상기 데이터 저장부(70)에는 최고 충방전 전압, 최고 충방전 전류, 최고 셀 온도 및 최고 스위치 온도가 기존의 데이터로부터 갱신되면서 저장된다. 또한, 상기 데이터 저장부(70)는 미리 각종 테스트에 의해 마련된 값들 예를 들면, 방전 효율에 따른 잔존 용량, 충전 효율에 따른 예상 충전 시간, 온도에 따른 충방전 효율 등의 데이터가 테이블화되어 저장되어 있다. 이러한 데이터 저장부(70)는 통상의 이이피롬(EEPROM), 플래시 메모리 또는 이의 등가물이 가능하며, 여기서 그 종류를 한정하는 것은 아니다.
상기 통신 인터페이스부(80)는 상기 제어부(60)에 연결되어 있으며, 외부 시스템에 상기 데이터 저장부(70)의 데이터를 전송하거나, 또는 외부 시스템으로부터의 소정 제어 신호를 상기 제어부(60)에 전송하는 역할을 한다. 물론, 이러한 통신 인터페이스부(80)는 제어부(60)에서 출력되는 병렬 데이터를 직렬 비트로 변환하도록 UART칩을 포함하는 통상의 RS-232C(Recommended Standard 232 Revision C) 방식일 수 있으나, 이것으로 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 더욱이, 상기 통신 인터페이스부(80)에는 외부 시스템과 연결되도록 클럭 단자(93) 및 데이터 단자(94)가 연결되어 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리팩의 모니터링 방법중 충전시의 단계가 플로우 챠트로서 도시되어 있다.
도시된 바와 같이 본 발명에 의한 배터리팩의 모니터링 방법은 충방전 가능한 배터리팩이 충전기에 연결되면, 충전 전압, 충전 전류, 셀 온도 및 스위치 온도를 감지하는 단계(S1)와, 배터리팩이 최초 충전(첫번째 충전) 상태인지 판단하는 단계(S2)와, 최초 충전 상태로 판단되면 충전 전압, 충전 전류, 셀 온도 및 스위치 온도를 저장하는 단계(S3)와, 최초 충전 상태가 아닌 경우 충전 전압이 기존 충전 전압보다 높으면 갱신하여 저장하는 단계(S4,S5)와, 충전 전류가 기존 충전 전류보다 높으면 갱신하여 저장하는 단계(S6,S7)와, 셀 온도가 기존 셀 온도보다 높으면 갱신하여 저장하는 단계(S8,S9)와, 스위치 온도가 기존 스위치 온도보다 높으면 갱신하여 저장하는 단계(S10,S11)로 이루어져 있다. 여기서, 상기 단계(S4 내지 S11)들은 도면에서는 순차적으로 도시하였지만, 이것들의 순서는 바뀔 수 있으며, 이러한 순서로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리팩의 모니터링 방법중 방전시의 단계가 플로우 챠트로서 도시되어 있다.
도시된 바와 같이 본 발명에 의한 배터리팩의 모니터링 방법은 충방전 가능한 배터리팩이 외부 시스템에 연결되면, 방전 전압, 방전 전류, 셀 온도 및 스위치 온도를 감지하는 단계(S1)와, 배터리팩이 최초 방전(첫번째 방전) 상태인지 판단하는 단계(S2)와, 최초 방전 상태로 판단되면 방전 전압, 방전 전류, 셀 온도 및 스위치 온도를 저장하는 단계(S3)와, 최초 방전 상태가 아닌 경우 방전 전압이 기존 방전 전압보다 높으면 갱신하여 저장하는 단계(S4,S5)와, 방전 전류가 기존 방전 전류보다 높으면 갱신하여 저장하는 단계(S6,S7)와, 셀 온도가 기존 셀 온도보다 높으면 갱신하여 저장하는 단계(S8,S9)와, 스위치 온도가 기존 스위치 온도보다 높으면 갱신하여 저장하는 단계(S10,S11)로 이루어져 있다. 여기서, 상기 단계(S4 내지 S11)들은 도면에서는 순차적으로 도시하였지만, 이것들의 순서는 바뀔 수 있으며, 이러한 순서로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
상기와 같은 구성을 하는 본 발명에 따른 배터리팩의 모니터링 장치 및 그 방법의 작동을 설명하면 다음과 같다.
여기서, 본 발명에 따른 배터리팩의 모니터링 장치는, 이해 및 설명의 편의를 위해 배터리팩이 충전기에 연결되었을 경우와 외부 시스템에 연결되었을 경우를 나누어서 설명하기로 한다.
[배터리팩이 충전기에 연결된 상태(도 2 참조)]
배터리팩이 충전기에 연결되면, 전류는 양극 외부 단자(91), 충방전 스위치(51,52), 베어셀(10)과 전압 센서(20), 전류 센서(30)를 통하여 음극 외부 단자(92)로 흐르게 된다.
이때, 전압 센서(20)를 통해서는 베어셀(10)에 충전되는 충전 전압이 감지되고, 전류 센서(30)를 통해서는 베어셀(10)에 흐르는 충전 전류가 감지되며, 셀 온도 센서(40)를 통해서는 베어셀(10)의 온도가 감지되고, 스위치 온도 센서(50)를 통해서는 충방전 스위치(51,52)의 온도가 감지된다.(S1)
물론, 이와 같이 감지된 모든 아날로그 신호는 제어부(60)로 입력되고, 아날로그/디지털컨버터(제어부 내부에 형성됨)에 의해 소정 디지털 신호로 변환되어, 일정한 제어 명령에 따라 처리된다.
한편, 배터리팩의 모니터링 장치가 최초로 충전될 때는 데이터 저장부(70)에 기존 데이터로서 저장된 것이 없기 때문에, 이를 참조하여 최초 충전 상태인지 판단한다.(S2) 예를 들면, 싸이클 카운트(cycle count) 값을 읽어와서 그 값이 '0'이면 최초 충전 상태로 판단한다.
위와 같이 최초 충전 상태로 판단되면, 상술한 단계(S1)에서 감지된 충전 전압, 충전 전류, 셀 온도 및 스위치 온도를 데이터 저장부(70)에 저장한다.(S3) 또한, 이러한 데이터의 저장은 대략 10~30분 단위로 갱신하면서 수행한다. 상기 갱신 시간을 10분 이하로 하면, 모니터링 장치에 의해 소비되는 전류가 너무 크고, 또한 데이터 저장부(70)의 한정된 용량을 효율적으로 사용할 수 없다. 상기 갱신 시간을 30분 이상으로 하면 베어셀(10) 및 충방전 스위치(51,52)의 변화를 적절하게 모니터링할 수 없게 된다.
이어서, 상기와 같이 최초 충전 상태가 아니라고 판단되면, 상술한 단계(S1)에서 감지된 충전 전압이 데이터 저장부(70)에 미리 기억된 기존의 충전 전압보다 큰지 판단한다.(S4)
상기 판단 결과 새롭게 감지된 충전 전압이 기존의 충전 전압보다 크면, 위의 새롭게 감지된 충전 전압을 신규 최고 충전 전압으로 갱신하여 데이터 저장부(70)에 저장한다.(S5)
이어서, 상기 감지된 충전 전압이 기존의 충전 전압보다 크지 않거나, 또는 신규 최고 충전 전압으로 갱신하여 데이터 저장부(70)에 저장한 단계(S4,S5)후에는, 상기 단계(S1)에서 감지된 충전 전류가 데이터 저장부(70)에 미리 기억된 기존의 충전 전류보다 큰지 판단한다.(S6)
상기 판단 결과 새롭게 감지된 충전 전류가 기존의 충전 전류보다 크면, 위의 새롭게 감지된 충전 전류를 신규 최고 충전 전류로 갱신하여 데이터 저장부(70) 에 저장한다.(S7)
이어서, 상기 감지된 충전 전류가 기존의 충전 전류보다 크지 않거나, 또는 신규 최고 충전 전류로 갱신하여 데이터 저장부(70)에 저장한 단계(S6,S7)후에는, 상기 단계(S1)에서 감지된 베어셀(10)의 셀 온도가 데이터 저장부(70)에 미리 기억된 기존의 셀 온도보다 큰지 판단한다.(S8)
상기 판단 결과 새롭게 감지된 셀 온도가 기존의 셀 온도보다 크면, 위의 새롭게 감지된 셀 온도를 신규 최고 셀 온도로 갱신하여 데이터 저장부(70)에 저장한다.(S9)
이어서, 상기 감지된 셀 온도가 기존의 셀 온도보다 크지 않거나, 또는 신규 최고 셀 온도로 갱신하여 데이터 저장부(70)에 저장한 단계(S8,S9)후에는, 상기 단계(S1)에서 감지된 충방전 스위치(51,52)의 온도가 데이터 저장부(70)에 미리 기억된 기존의 스위치 온도보다 큰지 판단한다.(S10)
상기 판단 결과 새롭게 감지된 스위치 온도가 기존의 스위치 온도보다 크면, 위의 새롭게 감지된 스위치 온도를 신규 최고 스위치 온도로 갱신하여 데이터 저장부(70)에 저장한다.(S11)
여기서, 상술한바 있지만, 상기 단계(S4,S5), 단계(S6,S7), 단계(S8,S9) 및 단계(S10,S11)는 그 순서가 바뀔 수도 있으며, 이러한 순서로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
[배터리팩이 외부 시스템에 연결된 상태(도 3 참조)]
배터리팩이 외부 시스템에 연결되면, 전류는 베어셀(10)의 양극 단자, 충방전 스위치(51,52), 외부 단자(91), 외부 시스템, 외부 단자(92), 전류 센서(30)를 통하여 다시 베어셀(10)의 음극 단자 및 전압 센서(20)로 흐르게 된다.
이때, 전압 센서(20)를 통해서는 베어셀(10)의 방전 전압이 감지되고, 전류 센서(30)를 통해서는 베어셀(10)의 방전 전류가 감지되며, 셀 온도 센서(40)를 통해서는 베어셀(10)의 온도가 감지되고, 스위치 온도 센서(50)를 통해서는 충방전 스위치(51,52)의 온도가 감지된다.(S1)
물론, 이와 같이 감지된 모든 아날로그 신호는 제어부(60)로 입력되고, 아날로그/디지털컨버터(제어부(60) 자체에 형성됨)에 의해 소정 디지털 신호로 변환되어, 일정한 제어 명령에 따라 처리된다.
한편, 배터리팩의 모니터링 장치가 최초로 방전될 때는 데이터 저장부(70)에 기존 데이터로서 저장된 것이 없기 때문에, 이를 참조하여 최초 방전 상태인지 판단한다.(S2) 예를 들면, 싸이클 카운트(cycle count) 값을 읽어와서 그 값이 '0'이면 최초 방전 상태로 판단한다.
위와 같이 최초 방전 상태로 판단되면, 상술한 단계(S1)에서 감지된 방전 전압, 방전 전류, 셀 온도 및 스위치 온도를 데이터 저장부(70)에 저장한다.(S3) 또한, 이러한 데이터의 저장은 대략 10~30분 단위로 갱신하면서 수행한다. 상기 갱신 시간을 10분 이하로 하면, 모니터링 장치에 의해 소비되는 전류가 너무 크고, 또한 데이터 저장부(70)의 한정된 용량을 효율적으로 사용할 수 없다. 상기 갱신 시간을 30분 이상으로 하면 베어셀(10) 및 충방전 스위치(51,52)의 변화를 적절하게 모니터링할 수 없게 된다.
이어서, 상기와 같이 최초 방전 상태가 아니라고 판단되면, 상술한 단계(S1)에서 감지된 방전 전압이 데이터 저장부(70)에 미리 기억된 기존의 방전 전압보다 큰지 판단한다.(S4)
상기 판단 결과 새롭게 감지된 방전 전압이 기존의 방전 전압보다 크면, 위의 새롭게 감지된 방전 전압을 신규 최고 방전 전압으로 갱신하여 데이터 저장부(70)에 저장한다.(S5)
이어서, 상기 감지된 방전 전압이 기존의 방전 전압보다 크지 않거나, 또는 신규 최고 방전 전압으로 갱신하여 데이터 저장부(70)에 저장한 단계(S4,S5)후에는, 상기 단계(S1)에서 감지된 방전 전류가 데이터 저장부(70)에 미리 기억된 기존의 방전 전류보다 큰지 판단한다.(S6)
상기 판단 결과 새롭게 감지된 방전 전류가 기존의 방전 전류보다 크면, 위의 새롭게 감지된 방전 전류를 신규 최고 방전 전류로 갱신하여 데이터 저장부(70)에 저장한다.(S7)
이어서, 상기 감지된 방전 전류가 기존의 방전 전류보다 크지 않거나, 또는 신규 최고 방전 전류로 갱신하여 데이터 저장부(70)에 저장한 단계(S6,S7)후에는, 상기 단계(S1)에서 감지된 베어셀(10)의 셀 온도가 데이터 저장부(70)에 미리 기억된 기존의 셀 온도보다 큰지 판단한다.(S8)
상기 판단 결과 새롭게 감지된 셀 온도가 기존의 셀 온도보다 크면, 위의 새롭게 감지된 셀 온도를 신규 최고 셀 온도로 갱신하여 데이터 저장부(70)에 저장한 다.(S9)
이어서, 상기 감지된 셀 온도가 기존의 셀 온도보다 크지 않거나, 또는 신규 최고 셀 온도로 갱신하여 데이터 저장부(70)에 저장한 단계(S8,S9)후에는, 상기 단계(S1)에서 감지된 충방전 스위치(51,52)의 온도가 데이터 저장부(70)에 미리 기억된 기존의 스위치 온도보다 큰지 판단한다.(S10)
상기 판단 결과 새롭게 감지된 스위치 온도가 기존의 스위치 온도보다 크면, 위의 새롭게 감지된 스위치 온도를 신규 최고 스위치 온도로 갱신하여 데이터 저장부(70)에 저장한다.(S11)
여기서도, 상기 단계(S4,S5), 단계(S6,S7), 단계(S8,S9) 및 단계(S10,S11)는 그 순서가 바뀔 수도 있으며, 이러한 순서로 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
한편, 통신 인터페이스부(80)를 통해서는 상술한 데이터 저장부(70)에 저장된 최고 충방전 전압, 최고 충방전 전류, 최고 셀 온도 및 최고 스위치 온도가 소정 신호 형태로서 외부 시스템에 전송된다. 즉, 데이터 단자(94)를 통하여 외부 시스템에 마련된 또 다른 데이터 저장부에 전송된다. 따라서, 외부 시스템에서는 상기 배터리팩의 각종 정보를 쉽게 모니터링할 수 있게 되고, 따라서 안전한 시스템의 운용이 가능해진다.
상기와 같이 하여 본 발명에 의한 배터리팩의 모니터링 장치 및 그 방법은 배터리팩의 충전 전압, 충전 전류, 방전 전압, 방전 전류, 셀 온도 및 스위치 온도를 모니터링하게 됨으로써, 최적의 조건에서 배터리팩을 유지/사용할 수 있게 되 고, 또한 배터리팩의 교체 시기를 정확히 예측할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 상술한 충전 전압, 충전 전류, 방전 전압, 방전 전류, 셀 온도 및 스위치 온도를 자체 저장하거나 또는 외부 시스템에 전송함으로써, 배터리팩의 고장 발생시 그 원인을 정확히 추적할 수 있는 효과가 있다.
더욱이, 본 발명은 외부 시스템에서 배터리팩의 상태를 항상 모니터링할 수 있게 됨으로써, 배터리팩의 진단이 더욱 쉬워지는 효과가 있다.
더불어, 본 발명은 외부 시스템에 배터리팩의 상태에 따른 알람기능이 있는 프로그램 등을 설치함으로써, 외부 시스템을 더욱 안전하게 운영할 수 있는 효과가 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 배터리팩의 모니터링 장치 및 그 방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

Claims (14)

  1. 삭제
  2. 일정 전압으로 충방전 가능한 베어셀과, 상기 베어셀의 충방전 전압을 감지하고, 이를 일정한 전기적 신호로 출력하는 전압 센서와, 상기 베어셀의 충방전 전류를 감지하고, 이를 일정한 전기적 신호로 출력하는 전류 센서와, 상기 베어셀의 온도를 감지하고, 이를 일정한 전기적 신호로 출력하는 셀 온도 센서와, 상기 전압 센서, 전류 센서 및 셀 온도 센서로부터 입력된 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력하는 제어부와, 상기 제어부로부터의 출력 신호에 의해 상기 베어셀의 충방전 전압, 충방전 전류 및 온도를 저장하는 데이터 저장부를 포함하고,
    상기 베어셀의 양단에는 충전기 또는 외부 시스템이 연결될 수 있도록 외부 단자가 연결되고, 상기 베어셀과 외부 단자 사이에는 충방전 스위치가 연결되며, 상기 충방전 스위치에는 그것의 온도를 감지하여 제어부에 출력하는 스위치 온도 센서가 더 설치된 것을 특징으로 하는 배터리팩의 모니터링 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 데이터 저장부에는 상기 스위치 온도 센서로부터 감지된 온도가 더 저장됨을 특징으로 하는 배터리팩의 모니터링 장치.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 충방전 스위치에는 상기 전압 센서 및 전류 센서로부터 전기적 신호를 입력받아 상기 충방전 스위치를 온,오프하는 보호회로가 더 연결된 것을 특징으로 하는 배터리팩의 모니터링 장치.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 제어부에는 외부 시스템으로 상기 데이터 저장부에 저장된 충방전 전압, 충방전 전류, 베어셀 온도 및 충방전 스위치 온도를 전송할 수 있도록 통신 인터페이스부가 더 연결된 것을 특징으로 하는 배터리팩의 모니터링 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 통신 인터페이스부는 RS-232C(Recommended Standard 232 Revision C) 방식인 것을 특징으로 하는 배터리팩의 모니터링 장치.
  7. 제 2 항에 있어서, 상기 셀 온도 센서는 서미스터, 권선 저항형 센서, 광역 저항 센서, 반도체 다이오드 센서, 메달코어형 센서 또는 열전대 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 배터리팩의 모니터링 장치.
  8. 제 2 항에 있어서, 상기 스위치 온도 센서는 서미스터, 권선 저항형 센서, 광역 저항 센서, 반도체 다이오드 센서, 메달코어형 센서 또는 열전대 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 배터리팩의 모니터링 장치.
  9. 충방전 가능한 베어셀이 충전기에 연결되면, 베어셀의 충전 전압, 충전 전류, 온도 및 충방전 스위치의 온도를 감지하는 단계와,
    상기 배터리팩이 최초 충전 상태인지 판단하는 단계와,
    최초 충전 상태로 판단되면 상기 베어셀의 충전 전압, 충전 전류, 온도 및 충방전 스위치의 온도를 일정 주기로 감지하여 저장하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 배터리팩의 모니터링 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 최초 충전 상태가 아닌 것으로 판단되면,
    감지된 충전 전압이 기존 충전 전압보다 높은지 판단하여, 높을 경우 감지된 충전 전압으로 갱신하여 저장하는 단계와,
    감지된 충전 전류가 기존 충전 전류보다 높은지 판단하여, 높을 경우 감지된 충전 전류로 갱신하여 저장하는 단계와,
    감지된 베어셀의 온도가 기존의 베어셀 온도보다 높은지 판단하여, 높을 경우 감지된 베어셀의 온도로 갱신하여 저장하는 단계와,
    감지된 충방전 스위치의 온도가 기존 충방전 스위치의 온도보다 높은지 판단하여, 높을 경우 감지된 충방전 스위치의 온도로 갱신하여 저장하는 단계가 더 포함된 것을 특징으로 하는 배터리팩의 모니터링 방법.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 주기는 10~30분인 것을 특징으로 하는 배터리팩의 모니터링 방법.
  12. 충방전 가능한 베어셀이 외부 시스템에 연결되면, 베어셀의 방전 전압, 방전 전류, 온도 및 충방전 스위치의 온도를 감지하는 단계와,
    상기 배터리팩이 최초 방전 상태인지 판단하는 단계와,
    최초 방전 상태로 판단되면 상기 베어셀의 방전 전압, 방전 전류, 온도 및 충방전 스위치의 온도를 일정 주기로 감지하여 저장하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 배터리팩의 모니터링 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 최초 방전 상태가 아닌 것으로 판단되면,
    감지된 방전 전압이 기존 방전 전압보다 높은지 판단하여, 높을 경우 감지된 방전 전압으로 갱신하여 저장하는 단계와,
    감지된 방전 전류가 기존 방전 전류보다 높은지 판단하여, 높을 경우 감지된 방전 전류로 갱신하여 저장하는 단계와,
    감지된 베어셀의 온도가 기존의 베어셀 온도보다 높은지 판단하여, 높을 경우 감지된 베어셀의 온도로 갱신하여 저장하는 단계와,
    감지된 충방전 스위치의 온도가 기존 충방전 스위치의 온도보다 높은지 판단하여, 높을 경우 감지된 충방전 스위치의 온도로 갱신하여 저장하는 단계가 더 포함된 것을 특징으로 하는 배터리팩의 모니터링 방법.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 주기는 10~30분인 것을 특징으로 하는 배터리팩의 모니터링 방법.
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