KR100818519B1

KR100818519B1 - 배터리 관리 방법 및 장치

Info

Publication number: KR100818519B1
Application number: KR1020060040619A
Authority: KR
Inventors: 김주영; 박정민; 윤준일; 김도연; 정도양
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2006-05-04
Filing date: 2006-05-04
Publication date: 2008-03-31
Also published as: EP2033258A1; EP2033258B1; KR20070107971A; CN101443949B; WO2007129843A1; EP2033258A4; CN101443949A; US20090174410A1; US8400116B2

Abstract

본 발명은 전지팩의 전원오프 지속시간을 측정할 수 있는 배터리 관리 장치 및 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기한 본 발명에 따르는 배터리 관리 장치는, 전원 온시에 충전하고, 상기 전원 오프시에 방전하는 커패시터; 상기 커패시터에 충전된 전압을 방전시키는 방전회로; 상기 커패시터의 충전을 위해 상기 커패시터와 소정 전원을 연결 또는 해제하는 제1스위칭부; 상기 커패시터와 상기 방전회로간을 연결 또는 해제하는 제2스위칭부; 상기 커패시터에 충전된 전압을 센싱하는 전압 센싱부; 상기 센싱된 전압에 따라 전원오프 지속시간을 산출하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

전지팩, 전원오프 지속시간

Description

배터리 관리 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS OF CONTROLLING BATTERY}

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 관리 장치의 구성도.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 관리 방법의 흐름도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 제어부

102 : 메모리부

104 : 전원오프 지속시간 검출부

106 : 제1스위칭부

108 : 다이오드

110 : 커패시터

112 : 방전저항

114 : 제2스위칭부

116 : 전압측정부

본 발명은 배터리 관리 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전원 오프 지속 시간을 측정하여 배터리의 충전용량의 산출오류를 최소화하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

일반적으로 휴대용 전자기기 등은 배터리의 잔여용량(STATE OF CHARGING)이 소정치 이하가 되면 휴대용 전자기기를 통해 작업중이던 데이터를 보호하거나, 낮은 잔여용량의 배터리에 의한 비정상 동작을 방지하기 위해 절전모드로 진입하여, 상기 휴대용 전자기기가 안정적으로 동작할 수 있게 한다.

그런데, 상기 배터리의 충전용량은 배터리의 충전 횟수, 주변 급격한 온도 변화, 배터리 팩의 불안정 등을 이유로 잘못 측정되는 경우가 많았다.

좀더 설명하면, 리튬 이온 배터리를 비롯한 배터리 팩(2차 전지)은 대전류 충방전 직후 전원 오프되었다가 짧은 시간내에 다시 전원 온되는 경우에 불안정화되어, 상기 배터리 팩의 개방전압이 실제 충전용량에 대응되지 않는 문제가 있었다.

이와 같이 배터리 팩의 개방전압이 실제 충전용량에 대응되지 않는 경우에는, 상기 배터리 팩의 개방전압을 토대로 충전용량을 산출한 값이 정확하지 않는 문제가 있었다.

상기한 배터리 팩은 전원오프 지속시간이 소정 시간 이상이 되면 안정화되므로, 종래에는 배터리 팩의 전원오프 지속시간을 측정하여, 상기 전원오프 지속시간에 따라 상이한 방식으로 배터리 팩의 잔여용량을 산출함으로써, 잔여용량 산출에 대한 정확도를 향상시킬 수 있는 기술의 개발이 절실히 요망되었다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 배터리 팩의 전원오프 지속시간을 측정할 수 있는 배터리 관리 장치 및 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한 본 발명의 다른 목적은 배터리 팩의 전원오프 지속시간에 따라 각기 상이한 방식으로 배터리 팩의 잔여용량을 산출함으로써, 잔여용량 산출에 대한 정확도를 향상시킬 수 있는 배터리 관리 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

상기의 목적을 이루고 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따르는 배터리 관리 장치는, 전원 온시에 충전하고, 상기 전원 오프시에 방전하는 커패시터; 상기 커패시터에 충전된 전압을 방전시키는 방전회로; 상기 커패시터의 충전을 위해 상기 커패시터와 소정 전원을 연결 또는 해제하는 제1스위칭부; 상기 커패시터와 상기 방전회로간을 연결 또는 해제하는 제2스위칭부; 상기 커패시터에 충전된 전압을 센싱하는 전압 센싱부; 상기 센싱된 전압에 따라 전원오프 지속시간을 산출하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따르는 배터리 관리 장치는, 전원 온시에 충전하고, 전원 오프시에 방전되는 충전회로를 포함하는 전원오프 지속시간 검출부; 상기 전원 온시에 상기 충전회로에 충전된 전압에 따라 전원오프 지속시간을 산출하고, 상기 전원오프 지속시간이 소정시간 미만이면 전지팩의 안정화 특성을 나타내는 특성곡선을 통해 개방전압을 예측하고, 상기 예측된 개방전압을 기준으로 전지의 잔여용량을 산출하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따르는 배터리 관리 방법은, 전원 온 동안 충전되는 충전소자의 충전전압을 전원 오프시에 측정하여 저장함과 아울러 상기 충전소자를 방전하는 단계; 전원 온시에 상기 충전소자의 충전전압을 측정하고, 상기 측정된 충전전압과 상기 저장된 충전전압의 차이에 따른 전원오프 지속시간을 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 방법은, 상기 전원오프 지속시간이 소정시간 미만인지를 체크하는 단계; 상기 전원오프 지속시간이 소정시간 이상이면 전원 온시의 전지팩의 개방전압에 따라 상기 전지팩의 잔여용량을 검출하고, 상기 전원오프 지속시간이 소정시간 미만이면 전지팩의 안정화 특성을 나타내는 특성곡선을 통해 개방전압을 예측하고, 상기 예측된 개방전압을 기준으로 전지팩의 잔여용량을 산출하는 단계를 더 포함함을 특징으로 한다.

본 발명은 전지팩의 전원오프 지속시간을 측정하고, 상기 측정된 전원오프 지속시간에 따라 각기 상이한 방식으로 전지팩의 잔여용량(STATE OF CHARGING; 이하, SOC라 칭함)을 산출함으로서, 전지가 재가동될 때 잔여용량 산출에 대한 정확도를 향상시킬 수 있다.

이러한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 관리 장치(Battery Management System; 이하 BMS라 칭함)의 개략적인 구성을 도 1을 참조하여 설명한다.

상기 배터리 관리 장치의 제어부(100)는 배터리 관리 장치를 전반적으로 제어함은 물론이며, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 전원오프 지속시간을 측정하 고, 상기 측정된 전원오프 지속시간에 따라 각기 상이한 방식으로 전지팩의 SOC를 산출한다.

메모리부(102)는 제어부(100)의 제어 프로그램을 포함하는 다양한 정보를 저장하고, 특히 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 커패시터(110)의 만충전전압과 커패시터(110)의 충전전압을 저장한다.

전원오프 지속시간 검출부(104)는 소정 전원(DC 5[V])의 출력단과 연결되어, 전원온시에 상기 소정 전원을 입력받아 충전하고, 전원오프시에 방전하는 커패시터(110), 상기 커패시터(110)의 충전전압을 측정하는 전압측정부(116), 및 제1 및 제2스위칭부(116), 방전저항(112), 보호 다이오드(1108)를 포함한다.

상기 전원오프 지속시간 검출부(104)의 동작을 좀더 설명하면, 제1 및 제2스위칭부(116)는 제어부(100)의 제어에 따라 커패시터(110)와 상기 소정 전원의 양단간을 연결하거나, 커패시터(110)와 상기 소정 전원간의 연결을 해제함과 아울러 커패시터(110)와 방전저항(112)를 연결한다.

다이오드(108)는 커패시터(110)의 충전전압이 상기 소정 전원으로 역유입되는 것을 차단한다.

전압측정부(116)는 커패시터(110)의 양단에 걸리는 전압을 측정하고, 그 결과를 제어부(100)에 제공한다. 여기서, 상기 측정된 전압은 커패시터(110)와 저항(112)에 의해 R-C 방전곡선으로 시간에 따른 지수함수로 나타나므로 오프지속시간에 대응된다.

상기한 커패시터(110)는 low-ESR 제품과 경년변화율과 자가방전률이 낮은 필 름 커패시터 등을 채용하며, 저항(112)으로는 고정밀도의 방전 저항을 채용한다.

또한 커패시터(110)와 저항(112)의 경년 변화 특성이 상반되는 소자를 선택하여 동작에 따른 열화 특성이 전체 방전곡선에 미치는 영향을 최소화 한다.

상기 커패시터(110)는 1시간 정도의 방전시간을 가지도록 하며, 이는 전지팩의 상태가 안정화 시간에 대응되는 것이다. 이러한 시간은 전지의 특성에 따라 적절하게 선택되어야 한다.

이제, 상기한 배터리 관리 장치의 동작을 도 2를 참조하여 상세히 설명한다.

제어부(100)는 전원 오프 또는 전원 온이 이행되는지를 체크한다(200,202단계). 상기 BMS 온이 이행되면, 제어부(100)는 전원측정부(116)를 통해 커패시터(110)의 충전전압을 검출함과 아울러, 커패시터(110)와 상기 소정 전원을 연결하도록 제1 및 제2스위칭부(106,114)를 제어한다(206단계). 여기서, 상기 커패시터(110)와 상기 소정 전원이 연결됨에 따라 상기 커패시터(110)가 충전된다.

상기 커패시터(110)의 충전전압이 검출되면, 제어부(100)는 전원 오프시의 커패시터(110)의 충전전압이 메모리부(102)에 저장되어 있는지를 체크한다(208단계). 상기 커패시터(110)의 충전전압이 저장되어 있으면, 제어부(100)는 상기 저장된 충전전압을 독출하고, 상기 독출된 충전전압과 현재 커패시터(110)의 충전전압의 차이를 토대로 하여 전원오프 지속시간을 산출한다(212,214단계).

상기한 바와 다르게 상기 커패시터(110)의 충전전압이 메모리부(102)에 저장되어 있지 않으면, 제어부(100)는 메모리부(102)에 저장된 커패시터(110)의 만충전 전압을 독출하고, 상기 독출된 만충전 전압과 현재 커패시터(110)의 충전전압의 차 이를 토대로 하여 전원오프 지속시간을 산출한다(210,214단계).

이후, 제어부(100)는 상기 전원오프 지속시간이 소정시간, 예를들어 1시간 이상인지를 체크한다(216단계). 상기 전원오프 지속시간의 측정은 제어부(100)에 내장되거나 외부에 장착되는 RTC(Real Time Clock)를 이용한다. 상기 전원오프 지속시간이 소정시간이면, 전지팩이 충분히 안정되었다는 것으로 판단하여 전지팩의 개방전압을 측정하여 SOC를 산출한다(218단계).

상기한 바와 다르게 상기 전원오프 지속시간이 소정시간 미만이면, 현재 전지팩이 불안정 상태인 것으로 판단하여 전지팩 불안정 상태를 고려하여 SOC를 산출한다. 상기 전지팩 불안정 상태를 고려한 SOC 산출은 전원 온 이후, 안정화 시간과 그때의 개방전압을 예측하여 SOC를 산출하는 것 등이 될 수 있다.

즉, 커패시터(110)에 의해 예측된 전원오프 지속시간이 소정시간 미만이면, 전지에 적용된 최종 전류로부터 전지가 안정화되는 특성곡선의 종지점의 개방전압을 예측하고, 상기 예측된 개방전압을 기준으로 전지의 SOC를 산출한다.

상기한 바와 다르게 전원 오프가 이행되면, 제어부(100)는 전압측정부(116)를 통해 커패시터(110)의 충전전압을 검출함과 동시에, 커패시터(110)와 소정 전원간의 연결을 해제함과 아울러 방전저항(112)과 커패시터(110)간을 연결하도록 제1 및 제2스위칭부(106,114)를 제어한다(222단계). 여기서, 상기 커패시터(110)와 방전저항(112)이 연결됨에 따라 상기 커패시터(110)는 방전된다.

이후 제어부(100)는 상기 측정된 커패시터 충전전압을 메모리부(102)에 저장한다.

상기한 바와 같이 본 발명은 전지팩의 전원오프 지속시간을 측정하고, 상기 측정된 전원오프 지속시간에 따라 각기 상이한 방식으로 전지팩의 잔여용량을 산출함으로서, 잔여용량 산출에 대한 정확도를 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims

배터리 관리 장치에 있어서,

전원 온시에 충전하고, 상기 전원 오프시에 방전하는 커패시터;

상기 커패시터에 충전된 전압을 방전시키는 방전회로;

상기 커패시터의 충전을 위해 상기 커패시터와 소정 전원을 연결 또는 해제하는 제1스위칭부;

상기 커패시터와 상기 방전회로간을 연결 또는 해제하는 제2스위칭부;

상기 커패시터에 충전된 전압을 센싱하는 전압 센싱부;

상기 센싱된 전압에 따라 전원오프 지속시간을 산출하는 제어부

를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
제1항에 있어서,

상기 커패시터에 충전된 전압이 상기 소정 전원으로 유입되지 않도록 차단하는 다이오드를 더 구비함을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
배터리 관리 장치에 있어서,

전원 온시에 충전하고, 전원 오프시에 방전되는 충전회로를 포함하는 전원오프 지속시간 검출부;

상기 전원 온시에 상기 충전회로에 충전된 전압에 따라 전원오프 지속시간 을 산출하고, 상기 전원오프 지속시간이 소정시간 미만이면 전지팩의 안정화 특성을 나타내는 특성곡선을 통해 개방전압을 예측하고, 상기 예측된 개방전압을 기준으로 전지의 잔여용량을 산출하는 제어부

를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
제3항에 있어서, 상기 전원오프 지속시간 검출부는;

전원 온시에 충전하고, 상기 전원 오프시에 방전하는 커패시터;

상기 커패시터에 충전된 전압을 방전시키는 방전회로;

상기 커패시터의 충전을 위해 상기 커패시터와 소정 전원을 연결 또는 해제하는 제1스위칭부;

상기 커패시터와 상기 방전회로간을 연결 또는 해제하는 제2스위칭부;

상기 커패시터에 충전된 전압을 센싱하여 상기 제어부에 제공하는 전압 센싱부

로 구성됨을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
배터리 관리 방법에 있어서,

전원 온 동안 충전되는 충전소자의 충전전압을 전원 오프시에 측정하여 저장함과 아울러 상기 충전소자를 방전하는 단계;

전원 온시에 상기 충전소자의 충전전압을 측정하고, 상기 측정된 충전전압과 상기 저장된 충전전압의 차이에 따른 전원오프 지속시간을 산출하는 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 방법.
제5항에 있어서,

상기 전원오프 지속시간이 소정시간 미만인지를 체크하는 단계;

상기 전원오프 지속시간이 소정시간 이상이면 전원 온시의 전지팩의 개방전압에 따라 상기 전지팩의 잔여용량을 검출하고,

상기 전원오프 지속시간이 소정시간 미만이면 전지팩의 안정화 특성을 나타내는 특성곡선을 통해 개방전압을 예측하고, 상기 예측된 개방전압을 기준으로 전지팩의 잔여용량을 산출하는 단계

를 더 포함함을 특징으로 하는 배터리 관리 방법.