KR101413251B1 - 2차 전지 관리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 2차 전지의 관리 장치를 개시한다. 본 발명에 따른 2차 전지 관리 장치는, 2차 전지의 충전전류 또는 방전전류의 흐름을 개폐하는 전류 제어 스위치부; 충방전 장치와의 접속 여부에 따라 하기 전원 공급 라인에 전원 도통 상태와 전원 차단 상태를 선택적으로 제공하는 커넥터부; 상기 충방전 장치와의 통신 인터페이스를 제공하는 통신 단자부; 2차 전지로부터 전원을 공급 받아 전원을 필요로 하는 부품에 인가하는 전원부; 전원 인가 스위치부가 설치되어 상기 2차 전지로부터 공급되는 전원을 상기 전원부에 인가 또는 차단하는 전원 공급 라인; 및 상기 커넥터부를 통한 상기 충방전 장치의 접속 시 상기 통신 단자부를 통해 통신 요구 신호의 수신 감지하여 상기 전원 인가 스위치부에 턴온 신호를 인가하는 스위치 제어부; 및 상기 전원부와 연결되어 전원 인가 여부에 따라 2차 전지의 관리 동작을 개시 또는 종료하는 제어부를 포함한다.

Description

2차 전지 관리 장치{Apparatus for managing secondary battery}
본 발명은 2차 전지 관리 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 2차 전지의 관리 동작이 필요하지 않은 상태에서는 전원의 소비를 완전히 차단할 수 있는 2차 전지 관리 장치에 관한 것이다.
최근 들어, 노트북이나 휴대폰과 같은 모바일 장치, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 자동차와 같은 각종 동력 이동수단, 정전 시 전원을 공급하기 위한 전력 백업 장치, 대용량의 전력을 저장하여 두었다가 다른 장치에 전력을 공급하는 대용량 전력 저장 장치 등에 2차 전지가 폭 넓게 사용되고 있다.
다양한 종류의 전지 중에서 리튬을 이용한 전지는 다른 종류의 전지에 비해 에너지 밀도 및 작동 전압이 높고 수명이 길다는 장점을 가지고 있어 가장 많이 사용되고 있다.
2차 전지는 BMS(Battery Management System)라고 불리는 전지 관리 장치와 결합되어 사용된다. 전지 관리 장치는 2차 전지의 충전과 방전을 적정한 수준으로 제어하고 과방전, 과충전, 과열 등의 이상 상황이 발생되면 2차 전지의 충전이나 방전을 중단시켜 2차 전지의 폭발이나 성능의 저하를 방지하는 동작을 수행한다.
2차 전지 관리 장치는 위와 같은 동작을 수행하기 위해 2차 전지로부터 전원을 공급받는 마이크로프로세서를 포함한다. 마이크로프로세서는 단위 시간당 소모하는 전력이 크지 않으므로 2차 전지의 사용이 중단된 상태에서도 동작 상태를 그대로 유지한다. 즉 2차 전지가 충전모드 또는 방전모드에 있지 않더라도 마이크로프로세서는 2차 전지의 전압, 전류, 온도 등을 모니터링하면서 지속적으로 2차 전지의 관리 동작을 유지한다. 따라서 2차 전지가 장시간 사용되지 않으면 마이크로프로세서에 의한 전력 소모로 인해 2차 전지의 충전상태(State Of Charge:SOC)가 지속적으로 낮아지게 된다.
이러한 SOC의 저하는 불필요한 전력의 소모라는 측면에서 바람직하지 않다. 2차 전지가 충전 또는 방전 상태에 있지 않으면 사실상 2차 전지 관리 장치의 동작이 필요하지 않기 때문이다. 또한, 2차 전지의 SOC 저하는 몇몇 특수한 상황에서 2차 전지를 과방전 상태로 만드는 문제를 유발할 수 있다. 예를 들어, 2차 전지를 제조할 때에는 일정한 수준의 SOC(예: 30%)가 될 때까지 2차 전지를 충전시킨다. 하지만 2차 전지가 제조된 후 재고 관리 창고나 수출용 컨테이너에 장시간 보관되거나 유통 기간이 길어져 2차 전지의 사용 개시가 늦어지면 2차 전지 관리 장치에 의해 2차 전지의 전력이 모두 소모되어 2차 전지가 과방전 상태에 도달할 수 있는 것이다.
따라서 본 발명이 속한 기술분야에서는 2차 전지의 충전과 방전을 모니터링해야 하는 시점과 그렇지 않은 시점을 감지하여 2차 전지 관리 장치의 동작 전원 인가와 해제를 제어할 수 있는 기술이 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제를 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 충방전 장치와의 상호 접속 또는 충방전 장치로부터의 통신 요구 신호의 인가를 감지하여 2차 전지로부터 공급되는 전력 사용과 2차 전지의 관리 동작을 개시할 수 있는 2차 전지 관리 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 충방전 장치와의 상호 접속 해제 또는 충방전 장치로부터의 통신 요구 신호의 인가 중단을 감지하여 2차 전지로부터 공급되는 전력 사용의 중단과 2차 전지의 관리 동작을 중단할 수 있는 2차 전지 관리 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 2차 전지가 과방전 상태에 도달하는 경우 2차 전지와 충방전 장치의 전기적 연결을 해제하고 2차 전지로부터 공급되는 전력 사용을 중단할 수 있는 2차 전지 관리 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 2차 전지 관리 장치는, 2차 전지의 충전전류 또는 방전전류의 흐름을 개폐하는 전류 제어 스위치부; 충방전 장치와의 접속 여부에 따라 하기 전원 공급 라인에 전원 도통 상태와 전원 차단 상태를 선택적으로 제공하는 커넥터부; 상기 충방전 장치와의 통신 인터페이스를 제공하는 통신 단자부; 2차 전지로부터 전원을 공급 받아 전원을 필요로 하는 부품에 인가하는 전원부; 전원 인가 스위치부가 설치되어 상기 2차 전지로부터 공급되는 전원을 상기 전원부에 인가 또는 차단하는 전원 공급 라인; 및 상기 커넥터부를 통한 상기 충방전 장치의 접속 시 상기 통신 단자부를 통해 통신 요구 신호의 수신 감지하여 상기 전원 인가 스위치부에 턴온 신호를 인가하는 스위치 제어부; 및 상기 전원부와 연결되어 전원 인가 여부에 따라 2차 전지의 관리 동작을 개시 또는 종료하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 스위치 제어부가 통신 요구 신호의 수신을 감지하여 전원 인가 스위치부를 턴온시키는 동작을 수행하는 경우, 상기 커넥터부는 충방전 장치와의 접속 인터페이스만을 제공하여도 무방하다. 반대로, 상기 커넥터부가 충방전 장치와의 접속 여부에 따라 전원 공급 라인에 전원 도통 상태와 전원 차단 상태를 선택적으로 제공하는 경우, 상기 스위치 제어부는 전원 인가 스위치부에 턴온 신호를 인가하는 구성을 구비하지 않아도 무방하다.
바람직하게, 상기 제어부는 2차 전지의 관리 동작을 개시한 후 상기 전류 제어 스위치부를 턴온시킨다.
바람직하게, 상기 전원 공급 라인은 상기 커넥터부에 구비된 단자에 독립적으로 연결된 제1전원 공급 라인과 제2전원 공급 라인을 포함하고, 상기 제1전원 공급 라인과 상기 제2전원 공급 라인은 상기 충방전 장치의 대응 커넥터에 구비된 단락 단자와의 연결 여부에 따라 전기적으로 연결 또는 분리된다.
본 발명에 있어서, 상기 스위치 제어부는 상기 커넥터부를 통한 상기 충방전 장치의 접속 해제 시 상기 통신 단자부를 통한 통신 요구 신호의 수신 정지를 감지하여 상기 턴온 신호의 인가를 정지할 수 있다.
선택적으로, 상기 스위치 제어부는 2차 전지의 충전 전류 또는 방전 전류가 흐르는 선로의 전압을 측정하고 전압이 미리 정한 수준 이상이면 상기 전원 인가 스위치부에 턴온 신호를 인가할 수 있다.
바람직하게, 본 발명에 따른 2차 전지 관리 장치는, 2차 전지의 셀 전압을 측정하여 상기 제어부로 출력하는 셀 전압 측정부를 더 포함하고, 상기 제어부는 특정 셀 전압 또는 셀들의 전체 전압이 과방전 상태에 도달한 것을 감지하면 상기 전류 제어 스위치부를 턴오프시킨 후 상기 전원 인가 스위치부를 턴오프시킨다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 2차 전지 관리 장치와 충방전 장치의 상호 접속 및 상호 접속의 해제에 따라 2차 전지 관리 장치의 동작을 개시하고 종료함으로써 충방전 장치의 접속 해제가 유지되는 동안 2차 전지 관리 장치가 2차 전지의 전력을 소모하는 것을 방지할 수 있다. 본 발명의 다른 측면에 따르면, 충방전 장치로부터 전송되는 통신 요구 신호의 감지 여부에 따라 2차 전지 관리 장치의 동작을 개시하고 종료함으로써 충방전 장치의 접속 해제가 유지되는 동안 2차 전지 관리 장치가 2차 전지의 전력을 소모하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 2차 전지의 과방전에 따른 보호 동작을 수행한 후 2차 전지 관리 장치의 동작을 중단시킴으로써 과방전 보호 동작 수행 이후에 2차 전지 관리 장치가 2차 전지의 전력을 소모하는 것을 방지할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 2차 전지 관리 장치의 구성과 함께 2차 전지 관리 장치가 충방전 장치와 상호 접속된 상태를 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 2차 전지 관리 장치와 충방전 장치의 상호 접속이 해제된 상태를 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 충방전 장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 2차 전지 관리 장치(20)의 구성과 함께 2차 전지 관리 장치(20)가 충방전 장치(30)와 접속된 상태를 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 2차 전지 관리 장치(20)는 다수의 셀을 구비한 2차 전지(10)와 결합되어 2차 전지(10)의 충전과 방전을 제어하고 과충전, 과방전, 과열 등의 이상 상황으로부터 2차 전지를 보호하는 기능을 수행한다.
2차 전지 관리 장치(20)는 전류 제어 스위치부(21), 커넥터부(22), 전원 공급 라인(23a, 23b) 및 제어부(24)를 포함한다.
전류 제어 스위치부(21)는 제어부(24)의 통제에 따라 2차 전지(10)의 충전전류 또는 방전전류가 흐르는 전류 흐름 경로를 개폐한다. 전류 제어 스위치부(21)가 턴온되면 충전모드에서는 충방전 장치(30)로부터 충전전류가 2차 전지(10) 측으로 흐르고 방전모드에서는 2차 전지(10)로부터 방전전류가 충방전 장치(30)측으로 흐른다. 반대로, 전류 제어 스위치부(21)가 턴오프되면 충전모드에서는 2차 전지(10) 측으로 흐르는 충전전류가 차단되고 방전모드에서는 충방전 장치(30) 측으로 흐르는 방전전류가 차단된다. 전류 제어 스위치부(21)는 전계효과 트랜지스터(FET) 소자와 같은 반도체 소자나 릴레이 소자 등으로 구현할 수 있는데, 본 발명이 전류 제어 스위치부(21)의 종류에 의해 한정되는 것은 아니다.
커넥터부(22)는 충방전 장치(30)와 기계적인 접속 인터페이스를 제공한다. 따라서 커넥터부(22)는 충방전 장치(30) 측에 구비된 대응 커넥터부(31)와 결합된다. 커넥터부(22)와 대응 커넥터부(31)는 각각 암 커넥터 및 수 커넥터 또는 그 반대일 수 있다. 커넥터부(22)는 충전전류 또는 방전전류가 흐르는 고전위 선로(Pack+) 및 저전위 선로(Pack-)가 접속되는 단자(221, 222)와, 고전위 선로(Pack+)로부터 분기된 제1전원 공급 라인(23a)이 접속되는 단자(223)와, 2차 전지(10)로부터 공급되는 전원이 인가될 부품과 연결된 제2전원 공급 라인(23b)이 접속되는 단자(224)를 포함한다. 그리고 대응 커넥터부(31)는 상기 고전위 선로(Pack+) 및 저전위 선로(Pack-)와 대응하는 충방전 장치(30) 측의 선로가 접속되는 단자(311, 312)와, 커넥터(22) 및 대응 커넥터(31)가 상호 접속되었을 때 제1전원 공급 라인(23a)과 제2전원 공급 라인(23b)을 전기적으로 연결시키는 단락 단자(313)를 포함한다. 커넥터(22)와 대응 커넥터(31)가 접속 해제되면 단락 단자(313)에 의해 형성된 제1전원 공급 라인(23a)과 제2전원 공급 라인(23b)의 전기적 연결은 자동으로 해제된다. 그러면 2차 전지(10)로부터 공급되는 전원이 2차 전지 관리 장치(20)에 인가되지 않으므로 2차 전지 관리 장치(20)의 동작이 자동으로 중단된다.
도 2는 2차 전지 관리 장치(20)와 충방전 장치(30)가 서로 분리됨으로써 대응 커넥터(31) 측의 단락 단자(313)에 의해 형성된 제1전원 공급 라인(23a)과 제2전원 공급 라인(23b)의 전기적 연결이 해제된 모습을 보여주는 도면이다.
이하에서는, 커넥터(22)와 대응 커넥터(31)의 상호 결합 시 단락 단자(313)를 통해 제1전원 공급 라인(23a)과 제2전원 공급 라인(23b)이 전기적으로 연결되어 2차 전지(10)의 전원이 2차 전지 관리 장치(20)에 공급될 수 있는 상태를 '전원 도통 상태'라 칭하기로 한다. 또한, 커넥터(22)와 대응 커넥터(31)의 상호 결합 해제 시 제1전원 공급 라인(23a)과 제2전원 공급 라인(23b)의 전기적 연결이 해제되어 2차 전지(10)의 전원이 2차 전지 관리 장치(20)에 공급될 수 없는 상태를 '전원 차단 상태'라 칭하기로 한다. 나아가 커넥터(22)와 대응 커넥터(31)의 결합 여부에 따라 전원 도통 상태와 전원 차단 상태가 결정되므로 커넥터(22)가 전원 공급 라인(23a, 23b)에 전원 도통 상태와 전원 차단 상태를 제공하는 것으로 이해하여도 무방하다.
전원 공급 라인(23a, 23b)에 전원 도통 상태와 전원 차단 상태를 제공하는 방식은 상기한 바에 한정되는 것은 아니다. 따라서 커넥터(22)와 대응 커넥터(31)의 접속 또는 접속 해제에 따라 제1전원 공급 라인(23a)과 제2전원 공급 라인(23b)이 전기적으로 연결되거나 연결 해제되는 것을 구현할 수 있는 구성이라면 어떠한 것이라도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 할 것이다. 예를 들어, 커넥터(22)와 대응 커넥터(31)가 서로 결합되는 면에 제1전원 공급 라인(23a)과 제2전원 공급 라인(23b) 사이의 연결을 스위칭하는 기계적 릴레이의 접점을 설치하고 커넥터(22)와 대응 커넥터(31)가 결합되면 릴레이의 접점이 붙고 반대로 커넥터(22)와 대응 커넥터(31)가 결합 해제되면 릴레이의 접점이 떨어지는 방식을 채용하는 것도 가능하다.
커넥터(22)와 대응 커넥터(31)의 상호 접속으로 인해 전원 도통 상태가 되면 2차 전지 관리 장치(20)에 포함된 각종 부품 중 전원을 필요로 하는 부품에 전원을 공급하는 BMS 전원부(25)에 2차 전지(10)로부터 공급되는 전원이 인가된다. 반대로, 커넥터(22)와 대응 커넥터(31)의 상호 접속 해제로 인해 전원 차단 상태가 되면 BMS 전원부(25)에 2차 전지(10)로부터 공급되는 전원의 인가가 차단된다.
제어부(24)는 전원 도통 상태가 되면 BMS 전원부(25)를 통해 동작 전원을 인가 받아 2차 전지(10)의 관리 동작을 개시한다. 즉 제어부(24)는 2차 전지 관리 동작에 필요한 프로그램을 기동시킨 후 전류 제어 스위치부(21)를 턴온시킨다. 그런 다음 제어부(24)는 2차 전지(10)의 충방전을 제어하고 2차 전지(10)에 대한 각종 보호 동작을 수행한다. 반대로, 제어부(24)는 전원 차단 상태가 되면 BMS 전원부(25)로부터 동작 전원을 공급받지 못한다. 따라서 제어부(24)는 2차 전지(10)에 대한 관리 동작을 중단한다. 이에 따라, 전원 차단 상태에서는 2차 전지 관리 장치(20)의 동작에 의한 2차 전지(10)의 전력 소모가 방지된다. 제어부(24)는 마이크로프로세서와 같은 반도체 칩으로 구현할 수 있다.
필수적인 것은 아니지만, 2차 전지 관리 장치(20)는 충방전 장치(30)와 통신 신호를 송수신할 수 있는 통신 단자부(28)를 더 포함할 수 있다. 2차 전지 관리 장치(20)에 통신 단자부(28)가 구비되는 경우 충방전 장치(30)에는 대응 통신 단자부(32)가 구비되고, 통신 단자부(28)는 대응 통신 단자부(32)와 상호 접속 또는 상호 접속 해제되는 것이 바람직하다. 통신 단자부(28)는 대응 통신 단자부(32)와 접속되어 통신 인터페이스를 형성한다.
제어부(24)는 통신 단자부(28)와 대응 통신 단자부(32)의 결합을 통해 형성된 통신 인터페이스를 통해 충방전 장치(30)와 주기적으로 통신을 수행할 수 있다. 즉, 충방전 장치(30)는 일정한 주기로 통신 요구 신호를 통신 인터페이스를 통해 2차 전지 관리 장치(20)로 전송할 수 있다. 그러면 제어부(24)는 통신 요구 신호를 주기적으로 수신한 후 충방전 장치(30)가 필요로 하는 데이터를 통신 인터페이스를 통해 전송한다. 제어부(24)가 전송할 수 있는 데이터로는 2차 전지(10)의 전압, 충전전류 또는 방전전류의 크기, 2차 전지(10)의 온도, 2차 전지(10)의 전압 및 전류 프로파일, SOC 등을 들 수 있다. 하지만 본 발명은 통신 인터페이스를 통해 전송되는 정보의 종류에 의해 한정되는 것은 아니다.
대안적인 실시예에서, 2차 전지 관리 장치(20)는 통신 단자부(28)를 통해 통신 요구 신호가 수신되는지 여부에 따라 2차 전지(10)에 대한 관리 동작을 개시할 수 있다. 즉 2차 전지 관리 장치(20)는 통신 단자부(28)를 통해 통신 요구 신호가 수신되면 2차 전지(10)로부터 전원 공급 라인(23a, 23b)을 통해 동작 전원을 공급 받아 동작을 개시한다.
위와 같은 기능을 구현하기 위해, 2차 전지 관리 장치(20)는 제2전원 공급 라인(23b) 상에 설치된 전원 인가 스위치부(26)를 더 포함할 수 있다. 물론, 전원 인가 스위치부(26)는 제1전원 공급 라인(23a)에 설치되어도 무방하다. 전원 인가 스위치부(26)는 전계 효과 트랜지스터와 같은 반도체 소자나 릴레이 스위치 등으로 구현할 수 있다. 하지만 본 발명이 전원 인가 스위치부(26)의 종류에 의해 한정되는 것은 아니다. 또한 2차 전지 관리 장치(20)는 통신 단자부(28)를 통해 충방전 장치(30)로부터 인가되는 통신 요구 신호의 수신을 감지하여 전원 인가 스위치부(26)에 턴온 신호를 인가하는 스위치 제어부(27)를 더 포함할 수 있다. 2차 전지 관리 장치(20)와 충방전 장치(30)의 접속 해제로 인해 통신 단자부(28)를 통해 통신 요구 신호가 수신되지 않으면, 스위치 제어부(27)는 이를 감지하여 전원 인가 스위치부(26)에 턴온 신호의 인가를 중단한다. 그러면, 전원 인가 스위치부(26)가 턴오프되어 BMS 전원부(25)에 2차 전지(10)로부터 공급되는 전원이 인가되지 않으므로 2차 전지 관리 장치(20)의 동작이 중단되어 2차 전지(10)의 전력 소모가 방지되는 효과가 있다.
필수적인 것은 아니지만, 스위치 제어부(27)는 2차 전지(10)의 충전전류 또는 방전전류가 흐르는 고전위 선로(Pack+)의 전압을 감지하고 전압이 적정한 수준이면 전원 인가 스위치부(26)에 턴온 신호를 인가할 수 있다. 여기서, 적정한 수준은 미리 설정할 수 있다.
2차 전지 관리 장치(20)는 2차 전지(10)의 전압을 모니터링하여 2차 전지(10)의 전체 전압 또는 특정 셀의 전압이 방전 하한 값까지 저하되는 경우 과방전 보호 동작을 수행한 후 동작을 중지할 수 있다. 이를 위해, 2차 전지 관리 장치(20)는 2차 전지(10)에 포함된 각 셀의 전압을 측정하여 제어부(24)로 출력하는 셀 전압 측정부(29)를 더 포함할 수 있다. 이런 경우, 제어부(24)는 셀 전압 측정부(29)에 의해 측정된 각 셀 전압 데이터로부터 2차 전지(10)의 전체 전압 또는 특정 셀 전압이 방전 하한 값까지 저하되어 과방전 상태가 유발되었는지 판별할 수 있다. 그리고 과방전 상태가 유발된 것으로 판별되면, 전류 제어 스위치부(21)를 턴온프시켜 방전전류의 흐름을 차단한 후, 스위치 제어부(27)를 제어하여 전원 인가 스위치부(26)를 턴오프시킨다. 그러면 BMS 전원부(25)에 공급되던 동작 전원이 차단됨으로써 2차 전지 관리 장치(20)의 동작이 중단되고 2차 전지(10)의 전력 소모가 방지되는 효과가 있다.
충방전 장치(30)는 충전모드에서 2차 전지(10)에 충전전류를 제공하고, 방전모드에서 2차 전지(10)로부터 방전전류를 공급 받는 장치이다.
도 3은 충방전 장치(30)의 일 실시예를 도시한 블록도이다.
도 3을 참조하면, 충방전 장치(30)는 충전전류 제공을 위해 상용 교류 전원(33)을 공급 받아 충전전류를 생성할 수 있는 충전 유닛(34)을 포함한다. 선택적으로, 충방전 장치(30)는 상용 교류 전원(33)을 공급 받아 직류 전원을 생성하여 자체 부하 또는 외부 부하(37)에 공급하는 정전류 공급 유닛(35)을 더 포함할 수 있다. 선택적으로 충방전 장치(30)는 2차 전지 관리 장치(20) 측에 전지 상태 정보를 요구하여 전송 받고 전송 받은 정보를 유무선 통신망을 통해 모니터링 서버와 같은 외부의 관리 장치로 전송하는 통신 유닛(36)을 포함할 수 있다.
필수적인 것은 아니지만, 2차 전지 관리 장치(20)와 충방전 장치(30)는 상호 연동하여 부하(37)에 대한 전원 백업 시스템을 구성할 수 있다. 즉, 평상 시에는 충방전 장치(30)는 상용 교류 전원(33)을 공급받아 직류 전원으로 변환한 후 부하(37)에 인가한다. 또한 이와는 병렬적으로 충방전 장치(30)는 상용 교류 전원(33)이 공급하는 교류 전류를 직류 전류로 변환하여 2차 전지(10)에 공급함으로써 2차 전지(10)를 충전시킨다. 한편 정전 등으로 인해 상용 교류 전원(33)의 공급이 차단되면, 충방전 장치(30)는 2차 전지(10)로부터 방전전류를 공급 받아 이를 부하(37)가 필요로 하는 적정한 레벨의 직류 전류로 변환한 후 부하(37)에 인가한다.
위와 같은 기능의 구현을 위해, 2차 전지 관리 장치(20)는 고전위 선로(Pack+)의 전압을 모니터링하여 고전위 선로(Pack+)의 전압이 적정한 수준이 아니면 정전 등이 발생된 것으로 판단하여 전류 제어 스위치부(21)를 방전 모드로 동작시켜 2차 전지(10)로부터 충방전 장치(30) 측에 방전전류를 공급한다. 방전전류의 공급이 계속되면 2차 전지(10)의 충전 상태가 방전 하한 값까지 떨어지게 되는데, 이러한 경우 2차 전지 관리 장치(10)의 제어부(24)는 전류 제어 스위치부(21)를 턴오프시키고 스위치 제어부(27)를 통제하여 전원 인가 스위치부(26)를 턴오프시킴으로써 2차 전지 관리 장치(20)의 동작 자체를 정지시킨다. 그러면 2차 전지(10)의 전력이 더 이상 소모되지 않는 효과가 발생한다.
상술한 실시예에 따르면, 2차 전지 관리 장치(20) 측의 커넥터(22)와 충방전 장치(30)의 대응 커넥터(31)가 상호 접속되거나 상호 접속이 해제됨에 따라 2차 전지 관리 장치(20)의 동작이 개시 또는 종료되는 것을 기본으로 하면서 선택적으로 충방전 장치(30)로부터 통신 단자부(28)에 수신되는 통신 요구 신호의 수신을 감지하여 2차 전지 관리 장치(20)의 동작이 개시 또는 종료될 수 있다는 것을 설명하였다.
하지만 그 반대의 실시예도 가능하다. 즉, 2차 전지 관리 장치(20) 측의 통신 단자부(28)와 충방전 장치(30)의 대응 통신 단자부(32)가 상호 접속되거나 상호 접속이 해제됨에 따라 2차 전지 관리 장치(20)의 동작이 개시 또는 종료되는 것을 기본으로 하면서 선택적으로 2차 전지 관리 장치(20) 측의 커넥터(22)와 충방전 장치(30)의 대응 커넥터(31)가 상호 접속되거나 상호 접속이 해제됨에 따라 2차 전지 관리 장치(20)의 동작을 개시 또는 종료시키는 것도 가능하다.
또한, 커넥터(22)와 대응 커넥터(31)의 상호 접속과 상호 접속의 해제를 이용한 2차 전지 관리 장치(20)의 오온프 제어와, 통신 단자부(28)를 통한 통신 요구 신호의 수신 여부에 따른 2차 전지 관리 장치(20)의 온오프 제어는 어느 한쪽만을 선택하여 적용하여도 좋고, 두 가지 온오프 제어 방식 모두를 적용하는 것도 가능할 것임은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.
본 발명에 따르면, 2차 전지 관리 장치로부터 충방전 장치가 접속 해제되면 전원 공급 라인을 통해 2차 전지로부터 전원이 공급되지 않으므로 2차 전지가 장시간 방치되더라도 2차 전지의 전력이 소모되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 2차 전지 관리 장치와 충방전 장치의 접속이 유지된 상태에서 장시간 방치되더라도 2차 전지의 전압이 일정한 수준까지 저하되면 전원 공급 라인을 통해 2차 전지로부터 공급되던 전원이 차단되므로 2차 전지가 과방전되는 것을 방지할 수 있다. 나아가 정전 상황이 발생되면, 2차 전지의 방전에 의해 충방전 장치에 전력이 공급되므로 충방전 장치가 일정한 시간 동안 정상적으로 작동한다. 하지만 2차 전지의 방전으로 2차 전지의 전압이 일정 수준까지 떨어지면 2차 전지 관리 장치의 전원 소모가 중단되므로 정전 상황에서 2차 전지가 과방전되는 것을 방지할 수 있다. 그리고 정전이 해제되면 상용 교류 전원에 의해 충방전 장치가 작동을 시작하면서 통신 단자부를 통해 통신 요구 신호가 수신되고 고전위 단자(Pack+)에도 적정한 수준의 전압이 유지되므로 2차 전지 관리 장치가 동작을 시작하여 2차 전지의 충전 및 보호 동작을 개시한다. 한편, 2차 전지가 납품되기 전에는 2차 전지 관리 장치에 충방전 장치가 접속되지 않은 상태이므로 2차 전지 관리 장치에 전원이 인가되는 것이 차단되어 2차 전지의 전력이 소모되는 것을 방지할 수 있다.
상술한 모든 실시예에서, 2차 전지(10)의 충전전류 또는 방전전류가 흐르는 고전위 선로(Pack+)의 전압을 모니터링하여 전압이 적정한 수준이면 2차 전지 관리 장치(20)의 동작 상태를 유지하는 제어 방식을 선택적으로 적용할 수 있음은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.
또한, 상술한 모든 실시예에서, 2차 전지 관리 장치(20)의 제어부(24)와 스위치 제어부(27)는 별도의 구성요소로 설명되었으나, 이는 기능 상의 구분에 불과한 것이므로 하나의 구성요소로 통합될 수 있음은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.
또한, 상술한 실시예에서, 커넥터부(22)와 통신 단자부(28)는 별개의 구성요소로 분리되어 있는 것으로 설명하였다. 하지만 커넥터부(22)와 통신 단자부(28)는 하나의 구성요소로 통합될 수 있다. 즉, 커넥터부(22)에 통신 단자부(28)를 통합할 수도 있고 그 반대도 가능하다.이런 경우, 커넥터부(22)와 통신 단자부(28)는 하나의 구성요소에 포함된 서브 구성요소로 이해되어야 함은 자명하다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
10: 2차 전지 20: 2차 전지 관리 장치 30: 충방전 장치
21: 전류 제어 스위치부 22: 커넥터부 23: 전원 공급 라인
24: 제어부 25: BMS 전원부 26: 전원 인가 스위치부
27: 스위치 제어부 28: 통신 단자부 29: 셀 전압 측정부
31: 대응 커넥터부 32: 대응 통신 단자부 33: 상용 교류 전원
34: 충전 유닛 35: 정전류 공급 유닛 36: 통신 유닛

Claims (16)

  1. 2차 전지의 충전전류 또는 방전전류의 흐름을 개폐하는 전류 제어 스위치부;
    충방전 장치와의 접속 및 접속 해제 시, 상기 충방전 장치의 대응 커넥터부에 구비된 단락 단자 또는 릴레이 접점에 의한 전기적 연결의 수동적 온오프에 따라 전원 도통 상태 또는 전원 차단 상태를 제공하는 커넥터부;
    2차 전지로부터 전원을 공급 받아 전원을 필요로 하는 부품에 인가하는 전원부;
    상기 전원 도통 상태와 상기 전원 차단 상태의 전환에 따라 2차 전지로부터 공급되는 전원을 상기 전원부에 인가 또는 차단하는 전원 공급 라인; 및
    상기 전원부와 연결되어 전원 인가 여부에 따라 2차 전지의 관리 동작을 개시 또는 종료하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 2차 전지 관리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 2차 전지의 관리 동작을 개시한 후 상기 전류 제어 스위치부를 턴온시키는 것을 특징으로 하는 2차 전지 관리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전원 공급 라인은 상기 커넥터부에 구비된 단자에 독립적으로 연결된 제1전원 공급 라인과 제2전원 공급 라인을 포함하고,
    상기 제1전원 공급 라인과 상기 제2전원 공급 라인은 상기 충방전 장치의 대응 커넥터에 구비된 상기 단락 단자 또는 상기 릴레이 접점과의 연결 여부에 따라 전기적으로 연결 또는 분리되는 것을 특징으로 하는 2차 전지 관리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전원 공급 라인 상에 설치되어 제어 신호에 따라 상기 전원부에 전원을 인가 또는 차단하는 전원 인가 스위치부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 2차 전지 관리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 충방전 장치와의 통신 인터페이스를 제공하는 통신 단자부; 및
    상기 커넥터부를 통한 상기 충방전 장치의 접속 시 상기 통신 단자부를 통해 통신 요구 신호의 수신을 감지하여 상기 전원 인가 스위치부에 턴온 신호를 인가하는 스위치 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 2차 전지 관리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 스위치 제어부는 상기 커넥터부를 통한 상기 충방전 장치의 접속 해제 시 상기 통신 단자부를 통한 통신 요구 신호의 수신 정지를 감지하여 상기 턴온 신호의 인가를 정지하는 것을 특징으로 하는 2차 전지 관리 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 스위치 제어부는 2차 전지의 충전 전류 또는 방전 전류가 흐르는 선로의 전압을 측정하고 전압이 적정한 수준이면 상기 전원 인가 스위치부에 턴온 신호를 인가하는 것을 특징으로 하는 2차 전지 관리 장치.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 2차 전지의 셀 전압을 측정하여 상기 제어부로 출력하는 셀 전압 측정부를 더 포함하고,
    상기 제어부는 특정 셀 전압 또는 셀들의 전체 전압이 과방전 상태에 도달한 것을 감지하면 상기 전류 제어 스위치부를 턴오프시킨 후 상기 전원 인가 스위치부를 턴오프시키는 것을 특징으로 하는 2차 전지 관리 장치.
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