KR101418174B1 - 레귤레이터를 이용한 배터리 관리 시스템 셧다운 회로 운영 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배터리 관리 시스템(Battery Management System)의 전원 공급원인 레귤레이터(Regulator)의 비교회로를 이용하여 배터리 관리 시스템에 전원 공급을 하지 않도록 비교회로단의 로우신호가 인가되어 레귤레이터의 출력단이 중지하는 상태로 되며, 충전이 시작되면 지속적으로 배터리 관리 시스템에 전원공급이 되도록 하여 배터리팩과 에너지 저장 시스템 사용할 수 있도록 한 레귤레이터를 이용한 배터리 관리 시스템 셧다운 회로 운영 장치에 관한 것이다. 이와 같은 본 발명은 배터리팩과 제어부(200)에 전기적으로 연결되어 제어부(200)에 공급되는 공급전압이 일정하도록 하는 레귤레이터(400)와; 상기 레귤레이터(400)와 제어부(200)에 전기적으로 연결되어 상기 제어부(200)의 제어신호에 따라 상기 레귤레이터(400)가 셧다운 상태가 되도록 하는 셧다운 회로부(100)와; 상기 셧다운 회로부(100)에 전기적으로 연결되어 상기 제어부(200)의 제어신호에 따라 배터리 관리 시스템의 충전기를 통해 충전이 시작되는지를 감지하는 충전기 감지회로부(300)와; 상기 레귤레이터(400)와 셧다운 회로부(100)와 충전기 감지회로부(300)에 전기적으로 연결되어 상기 레귤레이터(400)와 셧다운 회로부(100)와 충전기 감지회로부(300)를 제어하는 제어부(200)를 포함하여 구성된다.

Description

레귤레이터를 이용한 배터리 관리 시스템 셧다운 회로 운영 장치{Apparatus of Operation shutdown circuit using regulator for Battery management system}

본 발명은 배터리 관리 시스템의 셧다운 회로에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배터리 관리 시스템(Battery Management System)의 전원 공급원인 레귤레이터(Regulator)의 비교회로를 이용하여 배터리 관리 시스템에 전원 공급을 하지 않도록 비교회로단의 로우신호가 인가되어 레귤레이터의 출력단이 중지하는 상태로 되며, 충전이 시작되면 지속적으로 배터리 관리 시스템에 전원공급이 되도록 하여 배터리팩과 에너지 저장 시스템 사용할 수 있도록 한 레귤레이터를 이용한 배터리 관리 시스템 셧다운 회로 운영 장치에 관한 것이다.

에너지 저장 시스템(ESS : Energy Storage System)은 에너지를 배터리처럼 저장해서 언제든 꺼내 쓸 수 있는 저장장치를 의미하는 것으로, 지금까지의 전기에너지는 생산과 저장의 차이가 있어 전기에너지를 사용하는데 있어 생산이 함께 움직여줘야 하는데 ESS는 에너지를 효과적으로 저장해 사용하는 것으로 에너지 생산에 대한 여유를 가질 수 있게 해준다.

그래서 ESS가 활성화되면 비교적 에너지 소비량이 적은 새벽에 생산되는 에너지를 저장하여 에너지 공급이 몰릴 때 효과적으로 사용할 수 있고 에너지 생산 가동률을 높일 수 있다.

그리고 미미하게 모이는 신재생에너지를 축적하여 에너지를 나눠 쓸 수 있기 때문에 지금의 전력난을 많이 해소시킬수 있는 중요한 에너지 시스템으로 인식되고 있다.

제주도에서 펼쳐지는 ESS 실증 사업은 한 개의 변전소와 맞먹는 규모의 8메가 와트급으로 진행되고 있어 전력난을 해소해 줄 수 있는 것으로 기대가 되고 있다.

근래 국가적 차원에서 에너지 확보를 위한 신재생 에너지 보급 확대 정책으로 풍력, 태양광 등의 에너지 생산 설비가 급속히 증가하는 추세이다.

이러한, 신재생 에너지는 화석에너지의 고갈문제와 환경문제에 대한 핵심 해결방안이라는 점에서 선진국을 비롯하여 각 국가에서 연구가 활발히 진행 중이다.특히 신재생 에너지 중 태양 에너지를 이용하여 전력을 발전시키는 태양광 발전 시스템은 공해가 없고, 설치 및 유지보수가 용이하다는 장점 등으로 인해 최근 각광을 받고 있다.

또한 최근에는 충방전이 가능한 이차전지를 이용하여 와이어리스 모바일 기기의 에너지원으로 광범위하게 사용되고 있다.

이러한 에너지 저장 시스템의 저장장치는 전기 에너지를 저장할 수 있도록 원통형 Cell을 여러 개로 묶어 만든 배터리팩을 하나만 사용하는 것이 아니라 여러 개를 연결해서 사용하기 때문에, 여러 개의 배터리팩을 원활하게 운영할 수 있도록 각 배터리팩의 전압, 전류, 온도 등의 상태 정보를 모니터링하고 제어하기 위한 배터리 관리 시스템(Battery Management System;이하 BMS라 칭함)를 구비하고 있다. BMS는 중대형 2차전지가 전기 함출과 출력 균형을 조절하도록 하여 폭발사고 등을 방지한다.

한편 배터리팩은 출하 및 방치 상태에서 불필요한 소비전력을 줄이기 위하여 슬립상태로 있는데, 배터리팩의 마이컴(microcontroller : MCU)은 슬리(Sleep) 상태에서 기동하기 위하여 Wake up 신호를 확인하기 위해 소정의 전류 즉 슬립상태유지전류가 소비되는 현상이 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래 기술에 따른 배터리 관리 시스템을 설명하기로 한다.

도 1은 종래 기술에 따른 배터리 관리 시스템을 설명하기 위한 블록 구성도이다.

종래 기술에 따른 배터리 관리 시스템은 도 1에 나타낸 바와 같이 마이컴(MCU)(10) 및 충전기 감지회로(20)로 구성된다.

여기서 마이컴(10)은 배터리 관리 시스템을 제어하며 배터리 팩에 대한 충전 방전 및 관리 제어를 수행한다.

충전기 감지회로(20)는 배터리 관리 시스템의 충전기(도시하지 않음)를 통해 충전이 시작되는지를 감지한다.

이때, 마이컴(10)은 슬립상태에서 충전기 감지회로(20)를 통해 충전이 감지되면 배터리 관리 시스템을 액티브 상태로 변경하여 배터리 관리 시스템의 충전 및 방전을 제어한다.

그러나 이와 같은 종래 기술에 있어서는 배터리팩을 출하 및 방치 상태에서도 마이컴(microcontroller)에서는 슬립 상태에서 액티브 상태로 되기 위한 슬립 상태 유지전류가 소비되는 문제가 있었다.

그런데 이 때 보관 시기가 길어질수록 배터리(Battery)의 용량이 줄어들게 되며 전압이 허용치 이하로 떨어지게 되면 셀(Cell)수명이 줄어들며 결국 사용하지 못하게 되는 문제가 있었다.

[선행기술문헌]
(문헌 1) 출원번호 제10-2006-7007294호(출원일자 2006년 04월 14일)

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 배터리 관리 시스템(Battery Management System)의 전원 공급원인 레귤레이터(Regulator)의 비교회로를 이용하여 배터리 관리 시스템에 전원 공급을 하지 않도록 비교회로단의 로우신호가 인가되어 레귤레이터의 출력단이 중지하는 상태로 되며, 충전이 시작되면 지속적으로 배터리 관리 시스템에 전원공급이 되도록 하여 배터리팩과 에너지 저장 시스템 사용할 수 있도록 한 레귤레이터를 이용한 배터리 관리 시스템 셧다운 회로 운영 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 레귤레이터를 이용한 배터리 관리 시스템 셧다운 회로 장치는,
배터리팩과 제어부(200)에 전기적으로 연결되어 제어부(200)에 공급되는 공급전압이 일정하도록 하는 레귤레이터(400)와;
상기 레귤레이터(400)와 제어부(200)에 전기적으로 연결되어 상기 제어부(200)의 제어신호에 따라 상기 레귤레이터(400)가 셧다운 상태가 되도록 하는 셧다운 회로부(100)와;
상기 셧다운 회로부(100)에 전기적으로 연결되어 상기 제어부(200)의 제어신호에 따라 배터리 관리 시스템의 충전기를 통해 충전이 시작되는지를 감지하는 충전기 감지회로부(300)와;
상기 레귤레이터(400)와 셧다운 회로부(100)와 충전기 감지회로부(300)에 전기적으로 연결되어 상기 레귤레이터(400)와 셧다운 회로부(100)와 충전기 감지회로부(300)를 제어하는 제어부(200)를 포함하여 구성된다.

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본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 레귤레이터(Regulator)의 액티브(Active)상태와 셧다운(Shutdown)상태를 조절하여 배터리팩과 에너지 저장 시스템의 장기간 보관에 관계없이 배터리를 사용할 수 있다.

둘째, 사용자가 배터리팩과 에너지 저장 시스템의 필요 유무에 따라 사용과 사용중지를 선택할 수 있다.

셋째, 배터리팩과 에너지 저장 시스템의 유통과정에서 배터리의 상태가 최적이 되도록 유지 할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 배터리 관리 시스템을 설명하기 위한 블록 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 배터리 관리 시스템의 셧다운을 설명하기 위한 블록 구성도,
도 3은 도 2에 나타낸 셧다운회로부를 상세히 설명하기 위한 회로도,
도 4 내지 도 5는 본 발명에 따른 배터리 관리 시스템의 셧다운 회로 운용 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

아울러, 본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며 이 경우는 해당되는 발명의 설명부분에서 상세히 그 의미를 기재하였으므로, 단순한 용어의 명칭이 아닌 용어가 가지는 의미로서 본 발명을 파악하여야 함을 밝혀두고자 한다. 또한 실시예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고, 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.

도 2는 본 발명에 따른 배터리 관리 시스템의 셧다운을 설명하기 위한 블록 구성도이고, 도 3은 도 2에 나타낸 셧다운회로부를 상세히 설명하기 위한 회로도이다.

본 발명에 따른 배터리 관리 시스템의 셧다운 회로는 도 2 내지 도 3에 나타낸 바와 같이, 셧다운 회로부(100), 제어부(200), 충전기 감지회로부(300) 및 레귤레이터(400)로 구성된다.

여기서, 레귤레이터(400)는 배터리팩(도시는 생략함)과 제어부(200)에 전기적으로 연결되어 상기 제어부(200)에 공급되는 공급전압이 일정하도록 한다.

그리고, 셧다운 회로부(100)는 레귤레이터(400)와 제어부(200)에 전기적으로 연결되어 상기 제어부(200)의 제어신호에 따라 상기 레귤레이터(400)가 셧다운 상태가 되도록 한다.

그리고, 상기 충전기 감지회로부(300)는 셧다운 회로부(100)에 전기적으로 연결되어 상기 제어부(200)의 제어신호에 따라 배터리 관리 시스템의 충전기(도시하지 않음)를 통해 충전이 시작되는지를 감지한다. 그리고 감지결과는 제어부(MCU)(200)로 전송된다.

그리고, 상기 제어부(200)는 배터리 관리 시스템을 제어하며 배터리 팩에 대한 충전 방전 및 관리 제어를 수행한다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 배터리 관리 시스템을 좀 더 설명하면, 상기 셧다운 회로부(100)는 제어부(200)의 제어신호에 따라 레귤레이터(400)를 셧다운(Shutdown) 상태로 하기 위해서 셧다운 신호단(140)에 신호를 전송함으로서 레귤레이터(Regulator)의 비교회로단(110)을 강제로 로우(LOW)로 변경하여 셧다운 상태를 만든다.

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이때, 레귤레이터(400)를 액티브(Active) 상태로 하기 위해서는 충전기의 전압이 인가가 되어야 하며, 이때 충전기 감지회로부(300)로부터 셧다운 해제를 위한 신호가 충전입력단(130)으로부터 입력되면 비교회로단(110)이 하이(High)가 되어 셧다운 상태를 해제하며, 이와 동시에 레귤레이터(400)의 Vout단(120)이 셧다운 회로부(100)의 비교회로단(110)에 하이(High)를 지속적으로 보내며 액티브(Active) 상태로 유지하게 한다.

이러한 셧다운 회로부(100)의 회로 구성은 도 3에 나타낸 바와 같이, 레귤레이터(400)의 셧다운을 제어하기 위한 셧다운 신호단(140)이 게이트에 연결되어 게이트가 제1커패시터(C1), 제2저항(R2)와 병렬연결되고, 제2저항(R2)의 일단이 제1저항(R1)을 통해 제어부(200)에 연결되며, 레귤레이터(400)의 비교회로단(110)과는 제3저항(R3)을 사이에 두고 드레인에 연결되고, 레귤레이터(400)의 셧다운(Shutdown) 해제를 위한 충전입력단(130)이 드레인측에 구성되어 충전기 감지회로부(300)와 제2다이오드(D2)를 통해 연결되며, 레귤레이터(400)의 Vout단(120)이 드레인측에 구성되어 제5저항(R5) 및 제1다이오드(D1)와 직렬연결되어 있다.

이러한 회로 구성에 따라 레귤레이터(400)를 셧다운 상태로 하기 위해서는 셧다운 신호단(140)에 신호를 전송함으로서 레귤레이터(400)의 비교회로단(110)을 강제로 로우(LOW)로 변경하여 셧다운 상태를 만든다.

그리고 레귤레이터(400)를 액티브(Active) 상태로 하기 위해서는 충전기의 전압이 인가가 되어야 하며, 이는 셧다운 해제를 하기 위해 필요한 것이다.

충전기 전압을 감지하여 충전입력단(130)에 입력하여 비교회로단(110)이 하이(High가) 되어 셧다운 상태를 해제하며, 이와 동시에 레귤레이터(400)의 Vout단(120)이 비교회로단(110)에 하이(High)를 지속적으로 보내며 액티브(Active) 상태로 유지하게 한다.

도 4 내지 도 5는 본 발명에 따른 배터리 관리 시스템의 셧다운 회로 운용 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

본 발명에 따른 배터리 관리 시스템의 셧다운 회로 운용 방법은 액티브 상태와 셧다운 상태로 운용하게 되는데, 우선 액티브 상태는 도 4에 나타낸 바와 같이, 충전기 감지회로부(300)에서 통해 충전기를 감지하면(S110), 충전기 감지회로는 하이신호를 출력한다(S130).

그에 따라 레귤레이터의 비교회로단에 하이가 입력되고(S150), 레귤레이터(400)의 Vout단(120)이 비교회로단(110)에 하이(High)를 지속적으로 보내며 액티브(Active) 상태로 유지하게 한다(S170).

그리고 셧다운 상태는 도 5에 나타낸 바와 같이, 제어부(MCU)에서 셧다운 신호를 셧다운 회로부(100)로 전달한다(S210).

셧다운 회로부(100)는 레귤레이터 비교 회로단에 로우 신호를 입력한다(S230).

로우신호를 입력받은 레귤레이터(400)는 Vout 출력을 중지한다(S250).

이때, 레귤레이터(400)의 Vout단(120)이 비교회로단(110)에 로우(Low)를 지속적으로 보내며 셧다운 상태로 유지하게 한다(S270).

이상과 같은 예로 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 예들에 국한되는 것이 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서 본 발명에 개시된 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 예들에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 셧다운 회로부 200 : 제어부(MCU)
300 : 충전기 감지회로부 400 : 레귤레이터

Claims (5)

1. 배터리팩과 제어부(200)에 전기적으로 연결되어 제어부(200)에 공급되는 공급전압이 일정하도록 하는 레귤레이터(400)와;
   상기 레귤레이터(400)와 제어부(200)에 전기적으로 연결되어 상기 제어부(200)의 제어신호에 따라 상기 레귤레이터(400)가 셧다운 상태가 되도록 하는 셧다운 회로부(100)와;
   상기 셧다운 회로부(100)에 전기적으로 연결되어 상기 제어부(200)의 제어신호에 따라 배터리 관리 시스템의 충전기를 통해 충전이 시작되는지를 감지하는 충전기 감지회로부(300)와;
   상기 레귤레이터(400)와 셧다운 회로부(100)와 충전기 감지회로부(300)에 전기적으로 연결되어 상기 레귤레이터(400)와 셧다운 회로부(100)와 충전기 감지회로부(300)를 제어하는 제어부(200)를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 레귤레이터를 이용한 배터리 관리 시스템 셧다운 회로 장치.
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