KR101442188B1 - 배터리 팩 과열 경고 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 배터리 팩 과열 경고 장치 및 방법을 개시한다. 본 발명에 따른 배터리 팩 과열 경고 장치는, 배터리 팩에 포함된 배터리 셀의 표면 온도(Ta)와 배터리 팩 외부의 외기 온도(Tb)를 측정하는 센싱부; 상기 배터리 셀로부터 공급되는 충전 전류에 의해 충전이 이루어지는 보조 전원부; 상기 보조 전원부로부터 전원을 공급받아 동작하는 경고부; 상기 센싱부에서 측정된 상기 표면 온도 및 외기 온도의 차이(ΔT)를 계산하고, 상기 온도차이(ΔT)가 미리 설정한 임계값을 초과하면, 보조 전원부의 충전을 제어하고, 상기 온도차이(ΔT)가 미리 설정한 위험수준값을 초과하면, 상기 보조 전원부를 사용하여 상기 경고부를 동작시키는 제어부; 및 상기 온도차이(ΔT)의 임계값 및 위험수준값을 저장하는 메모리부; 를 포함한다.
Description
본 발명은 배터리 팩의 과열 경고 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배터리 셀의 표면 온도와 외기 온도 차이를 계산하여 배터리 팩의 과열을 시각적 또는 청각적으로 경고하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 배터리 팩은 배터리 셀과, 상기 배터리 셀의 과충전 및 과방전을 방지하는 보호회로와, 상기 배터리 셀 및 보호회로를 감싸는 팩 케이스로 이루어져 있다.
상기 배터리 셀은 니켈-카드뮴 전지(nickel-cadmium battery), 납 축전지, 니켈-수소 전지(NiMH : nickel metal hydride battery), 리튬-이온 전지(lithium ion battery), 리튬 폴리머 전지(lithium polymer battery), 리튬 금속 전지 등이 있다.
또한, 상기 보호회로는 인쇄회로기판 형태로 제작되어 상기 배터리 셀에 전기적으로 연결됨으로써, 그 배터리 셀의 과충전이나 과방전을 방지하는 역할을 한다.
마지막으로, 상기 팩 케이스는 상기 배터리 셀을 노트북 컴퓨터, PDA, 휴대폰, 디지털 카메라와 같은 전자 장치에 전기적 및 기구적으로 결합시키는 역할을 한다.
배터리 팩의 온도는 자체적으로 발생하거나 외부로부터 제공되는 열기에 의해 규정 온도 이상으로 상승할 수 있다. 예를 들어, 배터리 팩에 내장된 셀 내부에서 단락이 발생되거나 배터리 팩이 장착된 전자 장치에서 전력을 비정상적으로 많이 소모하는 경우 또는 배터리 팩이 장착된 전자 장치가 고온의 환경(직사광선 노출, 여름 철의 밀폐된 차량 내부 등)에 노출될 경우 배터리 팩의 온도가 급상승할 수 있다.
이와 같이 배터리 팩의 온도가 규정 온도 이상으로 상승하면, 배터리 셀에 내장된 전해액 또는 활물질 등의 분해에 의해 다량의 가스가 방출되면서 셀의 내부 압력이 급격히 상승하여 셀이 폭발할 수 있으며 배터리 셀의 전기화학적 특성을 열화시켜 배터리 팩의 수명을 감소시키는 문제가 있다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위해서는 배터리 팩의 과열 여부를 적절한 시점에 사용자에게 경고할 수 있는 기술이 필요하다. 일 예로, 대한민국 특허공개공보10-2008-0036773는, 배터리 팩의 온도를 센싱하여 미리 설정한 온도보다 높은 경우에 사용자에게 배터리의 과열을 경고하는 장치를 개시하고 있다.
하지만 상기 선행기술의 경우, 단순히 배터리 셀의 온도만을 기준으로 배터리의 과열 여부를 판단하며 배터리 팩이 사용되는 환경까지 고려하여 배터리의 과열 여부를 판단하지는 않는다. 즉, 온도상승이 배터리 팩이 사용되는 주변 환경 온도의 영향에 따른 자연스러운 온도상승인지 아니면 주변 환경 온도의 영향보다는 배터리 셀 자체의 문제에서 비롯된 것인지 판단하지 않고 단순히 배터리의 온도가 일정 온도 이상이 될 경우 배터리가 과열된 상태에 있음을 경고한다. 이러한 과열 경고 방식은 주변 환경 온도의 영향에 따른 자연스러운 온도 상승에 대해서까지도 과열 경보가 이루어지는 한계가 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 배터리 팩의 표면 온도와 외기 온도 차이를 모니터하여 배터리 팩 자체의 문제로부터 비롯된 배터리 팩의 과열을 식별하여 사용자에게 경고할 수 있는 배터리 팩 과열 경고 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은, 배터리 팩이 과열 상태인 경우 배터리 팩의 충전 또는 방전 동작을 강제로 차단함으로써, 배터리 팩의 폭발과 같은 위험으로부터 사용자를 보호할 수 있는 배터리 팩 과열 경고 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 배터리 팩이 과열 조짐을 보이는 경우 보조 전원을 충전하고 배터리 팩이 실제 과열 상태에 들어간 경우 보조 전원을 사용하여 배터리의 과열 상태를 경고함으로써 배터리 팩의 고온 안전성을 보다 향상시킬 수 있는 배터리 팩 과열 경고 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 배터리 팩의 과열을 1차 경고 하였으나, 사용자가 인식하지 못하고 배터리 팩이 결합된 전자 장치를 사용하려 할 경우, 배터리 팩의 과열을 2차 경고함으로써, 과열된 배터리 팩의 사용을 중단할 수 있도록 하는 배터리 팩 과열 경고 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩 과열 경고 장치는, 배터리 팩에 포함된 배터리 셀의 표면 온도(Ta)와 배터리 팩 외부의 외기 온도(Tb)를 측정하는 센싱부; 상기 배터리 셀로부터 공급되는 충전 전류에 의해 충전이 이루어지는 보조 전원부; 상기 보조 전원부로부터 전원을 공급받아 동작하는 경고부; 상기 센싱부에서 측정된 상기 표면 온도 및 외기 온도의 차이(ΔT)를 계산하고, 상기 온도차이(ΔT)가 미리 설정한 임계값을 초과하면, 보조 전원부의 충전을 제어하고, 상기 온도차이(ΔT)가 미리 설정한 위험수준값을 초과하면, 상기 보조 전원부를 사용하여 상기 경고부를 동작시키는 제어부; 및 상기 온도차이(ΔT)의 임계값 및 위험수준값을 저장하는 메모리부;를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 제어부는 상기 온도차이(ΔT)가 미리 설정한 위험수준값을 초과하는 경우, 상기 배터리 팩의 충전 또는 방전 동작을 강제로 차단할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 제어부는 상기 온도차이(ΔT)가 미리 설정한 위험수준값을 초과한 상태에서 외부로부터 전원 공급요청 신호가 입력되는 경우, 상기 경고부를 동작시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 제어부는 상기 온도차이(ΔT)가 미리 설정한 위험수준값을 초과하면, 상기 경고부를 미리 설정한 시간동안 1차 경고 동작시키고, 상기 경고부의 1차 경고 동작후 상기 온도차이(ΔT)가 미리 설정한 위험수준값을 초과한 상태에서 외부로부터 전원 공급요청 신호가 입력되면, 상기 경고부를 2차 경고 동작시킬 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩 과열 경고 방법은, (a) 온도차이(ΔT)의 임계값 및 위험수준값을 저장하는 단계; (b) 배터리 팩에 포함된 셀의 표면 온도(Ta)와 배터리 팩 외부의 외기 온도(Tb)를 측정하는 단계; (c) 상기 측정된 표면 온도 및 외기 온도의 차이(ΔT)를 계산하는 단계; (d) 상기 온도차이(ΔT)가 미리 설정한 임계값을 초과하면, 보조 전원의 충전을 제어하는 단계; 및 (e) 상기 온도차이(ΔT)가 미리 설정한 위험수준값을 초과하면, 보조 전원의 전원을 사용하여 배터리 셀이 과열되었음을 시각적 또는 청각적으로 경고하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리 팩의 과열 상태가 시각적 또는 청각적으로 경고되므로 배터리의 과열 상태를 쉽게 파악할 수 있다. 이에 따라 사용자는 배터리 팩의 충 방전을 정지시키거나 열기가 있는 장소로부터 회피하여 배터리 팩의 폭발과 같은 위험 상황을 방지할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 사용자의 조치가 없어도, 배터리 팩의 충전 또는 방전을 강제로 차단하여 배터리 팩의 과열로부터 비롯되는 위험을 최소화 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 배터리가 과열 상태가 되었을 때 보조 전원을 사용하여 배터리의 과열 상태를 경고함으로써 과열 상태 경고 과정에서 배터리의 과열 상태가 심화되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 배터리 팩의 과열에 대한 1차 경고를 사용자가 인식하지 못한 경우에도 배터리 팩이 결합된 전자 장치의 사용이 개시될 때 배터리 팩의 과열이 2차로 경고되므로 사용자가 위험을 회피하기 위한 조치를 보다 확실하게 취할 수 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 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 일 실시예에 따른 배터리 팩 과열 경고 장치의 기능적 구성을 개략적으로 도시하는 블록도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 과열 경고 장치가 배터리 팩에 장착된 모습을 보여주는 실시 예시도이다.
도 3는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 과열 경고 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
도 4은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩 과열 경고 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
도 5는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩 과열 경고 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 과열 경고 장치의 기능적 구성을 개략적으로 도시하는 블록도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 과열 경고 장치가 배터리 팩에 장착된 모습을 보여주는 실시 예시도이다.
도 3는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 과열 경고 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
도 4은, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩 과열 경고 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
도 5는, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩 과열 경고 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 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 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩 과열 경고 장치의 구성을 도시한 블록 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 팩 과열 경고 장치는, 배터리(100)와 부하(160)사이에 연결되며, 센싱부(110), 보조 전원부(120), 보조 전원 충전 스위치(125), 경고부(130), 경고 스위치(135), 제어부(140), 메모리부(150) 및 충방전 제어 스위치(165)를 포함한다.
상기 배터리(100)는 하나 이상의 셀을 포함하는 것으로 배터리의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 재충전이 가능한 리튬 이온 전지, 리튬 금속 전지, 리튬 폴리머 전지, 니켈 카드늄 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 납 축전지 등으로 구성할 수 있다.
상기 부하(160)의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 비디오 카메라, 휴대용 전화기, 휴대용 PC, PMP, MP3플레이어 등과 같은 휴대용 전자기기, 전기 자동차나 하이브리드 자동차의 모터, DC to DC 컨버터 등으로 구성할 수 있다.
상기 센싱부(110)는 배터리(100)를 구성하는 배터리 셀의 표면 온도를 측정하는 제1온도센서(112)와 배터리 팩 외부의 외기 온도를 측정하는 제2온도센서(114)를 포함한다. 상기 제1온도센서(112)는 주기적으로 배터리 셀의 표면 온도를 측정하여 제어부(140)로 출력한다. 그리고 상기 제2온도센서(114)는 주기적으로 배터리 팩 외부의 외기 온도를 측정하여 제어부(140)로 출력한다.
상기 보조 전원부(120)는 제어부(140)가 보조 전원 충전 스위치(125)를 턴온시킬 경우 배터리(100)로부터 공급되는 충전 전류에 의해 충전이 이루어진다. 상기 보조 전원부(120)의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 충전 또는 방전이 가능한 2차 전지, 캐패시터(capacitor), 인덕터(inductor) 등 전기 에너지를 저장할 수 있는 것이라면 어떠한 것으로도 구성 할 수 있다. 상기 보조 전원부(120)는 배터리(100)가 과열되었을 때 경고부(130) 및/또는 제어부(140)에 동작 전원을 공급한다. 따라서 상기 보조 전원부(120)는 배터리(100)보다 고온에서의 안정성이 있는 부품으로 구성하는 것이 보다 바람직하다.
상기 경고부(130)는 제어부(140)가 경고 스위치(135)를 턴온시킬 경우 상기 보조 전원부(120)로부터 전원을 공급받아 배터리 팩이 과열 상태에 있음을 사용자에게 경고한다. 상기 경고부(130)는 시각적 및/또는 청각적 경고 부재를 통해 사용자에게 배터리 팩의 과열 상태를 경고할 수 있다. 상기 경고부(130)는 램프, LED, 부저 또는 스피커 등이 될 수 있다. 일 예로, 배터리 팩은 전자 장치의 후면이나 내부에 주로 장착이 되므로 청각적 경고 부재인 부저 또는 스피커를 사용하여 경고부(130)를 구성할 수 있다. 다른 예로, 배터리 팩의 외주면 중 외부로 노출되어 있는 표면에 LED, 램프 등의 시각적 경고 부재를 설치하여 경고부(130)를 구성할 수 있다.
상기 메모리부(150)는 배터리 셀의 표면 온도(Ta)와 배터리 팩 외부의 외기 온도(Tb)의 차이(ΔT)에 대한 임계값 및 위험수준값을 저장한다. 온도차이(ΔT)의 임계값은 위험수준값보다 작은 값이며, 일 예로 10℃의 값을 가질 수 있다. 온도차이(ΔT)의 위험수준값은 임계값보다 큰 값이며, 일 예로 20℃의 값을 가질 수 있다.
상기 메모리부(150)는 배터리 셀의 안전 온도 범위 값을 더 저장할 수 있다. 배터리 셀의 표면 온도 측정값이 안전 온도 범위 내에 있는 경우는, 온도차이(ΔT)가 임계값 또는 위험수준값을 초과하더라도 배터리 팩이 과열되었다고 보기 어렵다. 이러한 경우의 일 예로는, 배터리 팩을 장착한 전자 장치의 위치가 고온 지역(여름의 직사광선 노출)에서 상온 지역(실내)으로 갑자기 변경되어 배터리 셀과 외기의 온도 차이가 갑자기 하락한 경우를 들 수 있다. 상기 안전 온도 범위는 사용자의 사용환경에 따라 설정이 가능하며, 일 예로 0 ~ 40℃의 범위로 설정될 수 있다.
상기 메모리부(150)는 RAM, ROM, EEPROM등 데이터를 기록하고 소거 할 수 있다고 알려진 공지의 반도체 소자나 하드 디스크와 같은 대용량 저장매체로 이루어 질 수 있는데 본 발명이 이에 한하는 것은 아니다.
상기 제어부(140)는 상기 센싱부(110)에서 주기적으로 측정된 배터리 셀 표면 온도 및 외기 온도의 차이(ΔT)를 계산한다. 온도차이(ΔT)는 다음과 같은 수학식을 사용하여 산출한다.
상기 제어부(140)는 온도차이(ΔT)를 산출할 때마다 산출된 온도차이(ΔT)를 상기 메모리부(150)에 저장된 임계값과 비교한다. 상기 제어부(140)는 상기 온도차이(ΔT)가 미리 설정한 임계값을 초과하면 배터리 셀의 발열량이 이상적으로 증가하여 배터리 셀이 과열 조짐이 있는 것으로 판단하여 보조 전원 충전 스위치(125)를 턴온시켜 보조 전원부(120)의 충전을 개시한다.
또한, 상기 제어부(140)는 상기 온도차이(ΔT)가 임계값을 넘어서서 미리 설정한 위험수준값을 초과하면, 배터리 셀이 폭발 등이 일어날 수 있는 위험한 수준의 온도까지 과열되었다고 판단하고, 제어부(140)는 경고 스위치(135)를 턴온시켜 상기 보조 전원부(120)의 전원을 사용하여 상기 경고부(130)를 동작시킨다. 보조 전원부(120)의 전원을 사용하는 이유는, 배터리(100)의 전원을 사용하여 경고부(130)를 동작시키면 배터리 셀의 과열이 더욱 가속되기 때문이다.
상기 제어부(140)의 동작은 단순히 배터리 셀의 표면 온도를 기준으로 과열 상태를 경고하는 종래 기술과 달리 배터리 셀의 표면 온도와 배터리 팩의 외기 온도와의 온도차이를 기준으로 경고부(130)를 동작 시킨다. 배터리 팩의 외기 온도를 추가로 고려하면, 배터리 셀 내부의 이상 화학 반응, 외부의 충격으로 인한 배터리 셀의 내부 단락 등으로 인한 배터리 셀의 과열 상태를 보다 정확하게 판별하여 경고할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 제어부(140)는 상기 온도차이(ΔT)가 미리 설정한 위험수준값을 초과하는 경우, 상기 충방전 제어 스위치(165)를 오프시켜 상기 배터리 팩의 충전 또는 방전 동작을 강제로 차단할 수 있다. 이러한 경우, 사용자가 위험을 회피하기 위한 별도의 조치를 취하지 않더라도, 배터리 팩의 충전 또는 방전을 강제로 차단시켜 위험을 최소화 할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 제어부(140)는 상기 온도차이(ΔT)가 미리 설정한 위험수준값을 초과한 상태에서 외부로부터 전원 공급요청 신호가 입력되는 경우에 경고 스위치(135)를 '턴온'(Turn on)시켜 보조 전원부(120)의 전원을 사용하여 상기 경고부(130)를 동작시킬 수 있다.
이러한 동작을 위해, 상기 제어부(140)는 사용자의 조작에 의해 전자 장치에서 생성된 전원 공급요청 신호를 수신할 수 있는 통신 인터페이스 단자를 포함할 수 있다(도1의 Tx, Rx). 전원 공급요청 신호는 전자 장치에 전원을 '턴온'(Turn on)하는 신호뿐만 아니라 이미 '턴온'(Turn on)된 전자 장치에서 배터리(100)로부터의 전원 공급량을 증가시키기 위한 신호 등을 의미한다.
한편, 종래 기술에 따르면, 배터리의 과열 상태가 인지됨과 동시에 경고가 이루어진다. 이러한 경고 방식은, 사용자가 전자 장치를 사용 중이거나 전자 장치의 근처에 있는 경우에만 경고 사실을 인식할 수 있다는 문제점이 있다. 따라서 사용자가 전자 장치를 사용하지 않거나, 사용중이었으나 잠시 전자 장치로부터 떨어져 있어서 경고를 제대로 인식하지 못한 경우에는 과열 경고의 동작이 무의미해 질 수 있다. 하지만 상기 제어부(140)는 사용자의 전원 공급요청 신호가 입력되는 경우에도 경고부(130)를 동작시켜 과열 경고를 함으로써 상기와 같은 종래 기술의 문제를 해결할 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 제어부(140)는 상기 온도차이(ΔT)가 미리 설정한 위험수준값을 초과하면, 상기 경고부(130)를 미리 설정한 시간동안 1차 경고 동작시키고, 상기 경고부(130)의 1차 경고 동작 후 상기 온도차이(ΔT)가 미리 설정한 위험수준값을 초과한 상태에서 외부로부터 전원 공급요청 신호가 입력되면, 상기 경고부(130)를 2차 경고 동작시킬 수 있다.
이러한 실시 예에 따르면, 상기 1차 경고가 제공될 경우 사용자는 온도차이(ΔT)가 위험수준값을 초과하는 순간에 즉시 위험을 회피하기 위한 조치를 취할 수 있다. 나아가 상기 2차 경고가 제공될 경우 사용자가 비록 1차 경고를 인식하지 못한 경우에도 경고부(130)의 재 동작을 통해 사용자가 위험을 회피하기 위한 조치를 취할 수 있는 기회를 추가로 제공할 수 있다. 이러한 1차 및 2차 경고 동작은 보조 전원부(120)의 용량에 따라 미리 동작 시간을 설정할 수 있다. 일 예로, 경고부(130)의 1차 경고 동작은 보조 전원부(120)의 총 용량중 20%를 사용하고, 사용자가 전원 공급신호를 입력할 때까지 대기 전력으로 보조 전원부(120)의 총 용량중 60%를 사용하고, 경고부(130)의 2차 경고 동작은 보조 전원부(120)의 총 용량중 20%를 사용하도록 1차 및 2차 경고 동작의 시간을 설정할 수 있다.
한편, 상기 제어부(140)는 제1온도센서(112)로부터 출력된 표면 온도가 미리 설정한 안전 온도 범위에 속하는 경우, 상기의 온도차이(ΔT)에 관계없이 경고부(130)를 작동시키지 않을 수 있다. 즉, 사용자의 전자 장치 사용 환경은 고온 환경(고온의 실험실)에서 상온 환경(상온의 실내)으로 갑자기 변할 수 있다. 이러한 경우 배터리 셀의 표면과 외기의 온도 차이가 급격하게 증가하여 온도차이(ΔT)가 미리 설정한 위험온도값을 초과하더라도 배터리 팩이 과열 상태에 있다고 보기는 어렵다. 따라서 안전 온도 범위의 설정은, 전자 장치의 사용 환경에 따라서 배터리의 충전 또는 방전에 의한 통상적인 온도 상승이 배터리 팩의 과열로 오판되는 것을 방지할 수 있다. 일 예로 상기 안전 온도 범위는 0℃ ~ 40℃로 설정할 수 있다.
상기 제어부(140)는 본 발명에 따른 배터리 팩 과열 경고 방법을 프로그램화한 코드를 실행할 수 있는 마이크로프로세서로 구성할 수 있다. 대안적으로, 상기 제어부(140)는 본 발명에 따른 배터리 팩 과열 경고 방법의 제어 흐름을 논리 회로로 구현한 반도체 칩으로도 구성할 수 있다. 하지만 본 발명이 이에 한하는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 과열 경고 장치가 배터리 팩에 장착된 모습을 보여주는 실시 예시도이다.
상술한 본 발명에 따른 배터리 팩 과열 경고 장치는 배터리(100)와 함께 배터리 팩 내에 실장될 수 있다. 이 때, 경고부(130)는 배터리 팩의 외주면 중 일부 영역에서 배터리의 과열 상태를 다단계로 표시할 수 있는 LED 램프(131) 또는/및 배터리의 과열 상태를 청각적으로 알릴 수 있는 부저(132)의 형태로 배터리 팩에 설치될 수 있다.
나아가, 본 발명에 따른 배터리 팩 과열 경고 장치는 배터리 팩으로부터 전원을 공급받는 배터리 팩 구동 장치에 결합되어 사용될 수 있다.
일 예로, 본 발명은 노트북, 휴대폰, 개인 휴대용 멀티미디어 재생기와 같이 배터리로부터 구동 전압을 공급받는 각종 전자 제품에 포함되어 사용될 수 있다.
다른 예로, 본 발명은 화석연료 자동차, 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 전기 자전거와 같이 배터리가 탑재된 각종 동력 장치에 결합되어 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 배터러 팩 과열 경고 장치는 배터리 팩의 충방전을 제어하고 과충전 또는 과방전 등으로부터 배터리 팩을 보호하는 배터리 관리 장치(Battery Management System; BMS)에 포함되어 사용될 수 있다.
다음으로, 상술한 배터리 팩 과열 경고 장치를 이용한 배터리 팩 과열 경고 방법을 설명하기로 한다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 과열 경고 방법의 흐름을 도시한 순서도이다.
먼저, 제어부(140)는 온도차이(ΔT)의 임계값 및 위험수준값을 메모리부(150)에 저장한다(S10). 상기 임계값 및 위험수준값의 대소 관계는 앞서 설명하였으므로 반복적인 설명은 생략한다. 한편, 단계 S10의 수행을 위해, 상기 제어부(140)는 임계값 및 위험수준값을 입력 받을 수 있는 인터페이스와 연동될 수 있다. 상기 인터페이스는 데이터 통신 인터페이스일 수 있는데, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 제어부(140)는 배터리 셀의 표면온도 측정값(Ta)와 배터리 팩 외부의 외기온도 측정값(Tb)를 센싱부(110)로부터 수신하여 메모리부(150)에 저장한다(S20). 다음으로, 제어부(140)는 측정된 표면 온도 및 외기 온도의 차이(ΔT)를 계산한다(S30). 여기서 온도차이(ΔT)를 구하는 방법은 앞서 설명하였으므로 반복적인 설명은 생략한다.
만약, 상기 온도차이(ΔT)가 미리 설정한 임계값을 초과하지 않았다면(S30단계의 NO), 제어부(140)는 프로세스를 S20단계로 이행하여 배터리 셀의 표면온도 측정값(Ta)와 배터리 팩 외부의 외기온도 측정값(Tb)를 센싱부(110)로부터 수신받아 메모리부(150)에 저장하는 동작을 다시 진행한다.
반면, 온도차이(ΔT)가 미리 설정한 임계값을 초과하면(S30단계의 YES), 제어부(140)는 보조 전원 충전 스위치(125)를 '턴온'(Turn on)시켜 보조 전원부(120)를 충전시킨다(S40).
다음으로, 보조 전원부(120)의 충전이 완료되면, 제어부(140)는 상기 온도차이(ΔT)가 위험수준값을 초과하는지 판단한다(S50).
만약, 상기 온도차이(ΔT)가 미리 설정한 위험수준값을 초과하지 않았다면(S50단계의 NO), 제어부(140)는 프로세스를 S20단계로 이행하여 배터리 셀의 표면온도 측정값(Ta)와 배터리 팩 외부의 외기온도 측정값(Tb)을 입력받아 메모리부(150)에 저장하는 동작을 다시 진행한다.
반면, 온도차이(ΔT)가 미리 설정한 위험수준값을 초과하면(S50단계의 YES), 제어부(140)는 경고 스위치(135)를 턴온시켜 보조 전원부(120)와 경고부(130)를 연결함으로써 배터리 셀이 과열 상태에 있음을 시각적 또는 청각적으로 경고하는 동작을 제어한다(S60).
한편, 도면에 도시하지는 않았지만, 상기 S60 단계를 진행하기에 앞서, 상기 제어부(140)는 전원인가 스위치(145)를 턴온시켜 보조 전원부(120)로부터 동작 전원이 인가되도록 하고 배터리(100)로부터 인가되는 동작 전원을 차단할 수 있다. 그러면, 배터리(100)가 과열 상태에서 방전되는 것을 차단할 수 있으므로 그 만큼 배터리(100)의 발열량을 감소시킬 수 있다. 선택적으로, 상기 제어부(140)는 경고 동작을 수행하고 나서 충방전 스위치(165)를 턴오프시켜 배터리 팩의 충전 또는 방전 동작을 강제로 차단시키는 제어를 추가로 진행할 수 있다(S70).
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩 과열 경고 방법의 흐름을 도시한 순서도이다.
도 4를 참조하면, S10 내지 S50 단계까지는 앞서 설명한 실시예와 실질적으로 동일한 단계이므로 S50 단계 이후의 단계부터 설명하기로 한다.
즉, 제어부(140)는 배터리 셀의 표면과 외기의 온도차이(ΔT)가 미리 설정한 위험수준값을 초과한 것으로 판단되면(S50단계의 YES), 프로세스를 S55 단계로 이행하여 배터리 팩이 결합되어 있는 전원 장치로부터 전원 공급요청 신호가 입력되는지 여부를 판단한다(S55).
만약, 전원 공급요청 신호가 입력되지 않으면(S55단계의 NO), 제어부(140)는 프로세스를 S50단계로 이행하여. 온도차이(ΔT)가 미리 설정한 위험수준값을 초과하였는지 다시 판단한다.
반면, 전원 공급요청 신호가 입력되면(S55단계의 YES), 제어부(140)는 경고 스위치(135)를 턴온시켜 보조 전원부(120)와 경고부(130)을 연결함으로써 배터리 셀이 과열 되었음을 시각적 또는 청각적으로 경고하는 동작을 제어한다(S60).
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배터리 팩 과열 경고 방법의 흐름을 도시한 순서도이다.
도 5를 참조하면, S10 내지 S50 단계까지는 동일한 단계이므로 S50 단계 이후의 단계에 대해서만 설명하기로 한다.
즉, 제어부(140)는 배터리 셀 표면과 외기의 온도차이(ΔT)가 미리 설정한 위험수준값을 초과하면(S50단계의 YES), 제어부(140)는 경고 스위치(135)를 턴온시켜 보조 전원부(120)와 경고부(130)을 연결함으로써 배터리 셀이 과열 되었음을 시각적 또는 청각적으로 1차 경고하는 동작을 제어한다(S62). 그런 다음 제어부(140)는 프로세스를 S64 단계로 이행하여 전자 장치로부터 전원 공급요청 신호가 입력되는지 여부를 판단한다(S64).
만약, 전원 공급요청 신호가 입력되지 않았다면(S64단계의 NO), 제어부(140)는 프로세스 S50단계로 이행하여. 온도차이(ΔT)가 미리 설정한 위험수준값을 초과하였는지 여부를 다시 판단한다. 이 때, 온도차이(ΔT)가 미리 설정한 위험수준값을 초과하여도 1차 경고 동작이 반복되지 않을 수 있다.
반면, 전원 공급요청 신호가 입력되면(S64단계의 YES), 제어부(140)는 경고 스위치(135)를 턴온시켜 보조 전원부(120)와 경고부(130)을 연결함으로써 배터리 셀이 과열 되었음을 시각적 또는 청각적으로 2차 경고하는 동작을 제어한다(S66).
한편, 상기 도 4 내지 도 6의 발명에서 미도시하였지만, 제어부(140)는 제1온도센서(112)로부터 출력된 표면 온도가 미리 설정한 안전 온도 범위에 속하는 경우, 상기의 온도차이(ΔT)에 관계없이 경고부(130)를 작동시키지 않는 단계를 더 포함할 수 있다. 즉, 사용자의 전자 장치 사용 환경은 고온 환경(고온의 실험실)에서 상온 환경(상온의 실내)으로 갑자기 변할 수 있다. 이러한 경우 배터리 셀의 표면과 외기의 온도 차이가 급격하게 증가하여 온도차이(ΔT)가 미리 설정한 위험온도값을 초과하더라도 배터리 팩이 과열 상태에 있다고 보기는 어렵다. 따라서 안전 온도 범위의 설정은, 전자 장치의 사용 환경에 따라서 배터리의 충전 또는 방전에 의한 통상적인 온도 상승이 배터리 팩의 과열로 오판되는 것을 방지할 수 있다. 일 예로 상기 안전 온도 범위는 0 ~ 40℃로 설정할 수 있다.
상술한 본 발명에 따르면, 배터리 팩의 과열 상태가 시각적 또는 청각적으로 경고되므로 배터리의 과열 상태를 쉽게 파악할 수 있다. 이에 따라 사용자는 배터리 팩의 충 방전을 정지시키거나 열기가 있는 장소로부터 회피하여 배터리 팩의 폭발과 같은 위험 상황을 방지할 수 있다.
또한, 이러한 사용자의 위험을 회피하기 위한 조치가 없어도, 배터리 팩의 충전 또는 방전을 강제로 차단하여 배터리 팩의 과열로부터 비롯되는 위험을 최소화 할 수 있다.
또한, 본 발명은 배터리가 과열 상태가 되었을 때 보조 전원을 사용하여 배터리의 과열 상태를 경고함으로써 과열 상태 경고 과정에서 배터리의 과열 상태가 심화되는 것을 방지할 수 있다.
나아가 배터리 팩의 과열에 대한 1차 경고를 사용자가 인식하지 못한 경우에도 배터리 팩이 결합된 전자 장치의 사용이 개시될 때 배터리 팩의 과열이 2차로 경고되므로 사용자가 위험을 회피하기 위한 조치를 보다 확실하게 취할 수 있다.
한편, 본 발명을 설명함에 있어, 도 1 등에 도시된 본 발명의 배터리 팩 과열경고 장치에 대한 각 구성은 물리적으로 구분되는 구성요소라기보다는 논리적으로 구분되는 구성요소로 이해되어야 한다.
즉, 각각의 구성은 본 발명의 기술사상을 실현하기 위하여 논리적인 구성요소에 해당하므로 각각의 구성요소가 통합 또는 분리되어 수행되더라도 본 발명의 논리 구성이 수행하는 기능이 실현될 수 있다면 본 발명의 범위 내에 있다고 해석되어야 하며, 동일 또는 유사한 기능을 수행하는 구성요소라면 그 명칭 상의 일치성 여부와는 무관하게 본 발명의 범위 내에 있다고 해석되어야 함은 물론이다.
이상에서 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.
100 : 배터리 셀 110 : 센싱부
112 : 제1 온도 센서 114 : 제2 온도 센서
120 : 보조 전원부 125 : 보조 전원 충전 스위치
130 : 경고부 135 : 경고 스위치
140 : 제어부 145 : 전원 인가 스위치
150 : 메모리부 160 : 부하
165 : 충방전 제어 스위치
112 : 제1 온도 센서 114 : 제2 온도 센서
120 : 보조 전원부 125 : 보조 전원 충전 스위치
130 : 경고부 135 : 경고 스위치
140 : 제어부 145 : 전원 인가 스위치
150 : 메모리부 160 : 부하
165 : 충방전 제어 스위치
Claims (10)
- 배터리 팩에 포함된 배터리 셀의 표면 온도(Ta)와 배터리 팩 외부의 외기 온도(Tb)를 측정하는 센싱부;
상기 배터리 셀로부터 공급되는 충전 전류에 의해 충전이 이루어지는 보조 전원부;
상기 보조 전원부로부터 전원을 공급받아 동작하는 경고부;
상기 센싱부에서 측정된 상기 표면 온도 및 외기 온도의 차이(ΔT)를 계산하고, 상기 온도차이(ΔT)가 미리 설정한 임계값을 초과하면, 보조 전원부의 충전을 제어하고, 상기 온도차이(ΔT)가 미리 설정한 위험수준값을 초과하면, 상기 보조 전원부를 사용하여 상기 경고부를 동작시키는 제어부;및
상기 온도차이(ΔT)의 임계값 및 위험수준값을 저장하는 메모리부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 과열 경고 장치. - 제1항에 있어서, 상기 제어부는
상기 온도차이(ΔT)가 미리 설정한 위험수준값을 초과하는 경우, 상기 배터리 팩의 충전 또는 방전 동작을 강제로 차단하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 과열 경고 장치. - 제1항에 있어서, 상기 제어부는
상기 온도차이(ΔT)가 미리 설정한 위험수준값을 초과한 상태에서 외부로부터 전원 공급요청 신호가 입력되는 경우, 상기 경고부를 동작시키는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 과열 경고 장치. - 제1항에 있어서, 상기 제어부는
상기 온도차이(ΔT)가 미리 설정한 위험수준값을 초과하면, 상기 경고부를 미리 설정한 시간동안 1차 경고 동작시키고, 상기 경고부의 1차 경고 동작후 상기 온도차이(ΔT)가 미리 설정한 위험수준값을 초과한 상태에서 외부로부터 전원 공급요청 신호가 입력되면, 상기 경고부를 2차 경고 동작시키는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 과열 경고 장치. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 배터리 팩 과열 경고 장치를 포함하는 배터리 팩.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 배터리 팩 과열 경고 장치를 포함하는 배터리 구동 장치.
- (a) 온도차이(ΔT)의 임계값 및 위험수준값을 저장하는 단계;
(b) 배터리 팩에 포함된 셀의 표면 온도(Ta)와 배터리 팩 외부의 외기 온도(Tb)를 측정하는 단계;
(c) 상기 측정된 표면 온도 및 외기 온도의 차이(ΔT)를 계산하는 단계;
(d) 상기 온도차이(ΔT)가 미리 설정한 임계값을 초과하면, 보조 전원의 충전을 제어하는 단계; 및
(e) 상기 온도차이(ΔT)가 미리 설정한 위험수준값을 초과하면, 보조 전원의 전원을 사용하여 배터리 팩이 과열되었음을 시각적 또는 청각적으로 경고하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 과열 경고 방법. - 제 7항에 있어서, 상기 (e) 단계는,
상기 온도차이(ΔT)가 미리 설정한 위험수준값을 초과하면, 배터리 팩의 충전 또는 방전 동작을 강제로 차단시키는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 과열 경고 방법. - 제 7항에 있어서, 상기 (e) 단계는,
상기 온도차이(ΔT)가 미리 설정한 위험수준값을 초과한 상태에서 외부로부터 전원 공급요청 신호가 입력되는 경우, 보조 전원의 전원을 사용하여 배터리 셀이 과열되었음을 시각적 또는 청각적으로 경고하는 단계;
임을 특징으로 하는 배터리 팩 과열 경고 방법. - 제 7항에 있어서, 상기 (e) 단계는,
상기 온도차이(ΔT)가 미리 설정한 위험수준값을 초과하는 경우에 보조 전원으로부터 전원을 공급받아 배터리 셀이 과열되었음을 시각적 또는 청각적으로 미리 설정한 시간동안 1차 경고를 동작하는 단계; 및
상기 1차 경고 동작후 사용자의 전원 공급요청 신호가 입력되는 경우에 보조 전원의 전원을 사용하여 배터리 셀이 과열되었음을 시각적 또는 청각적으로 2차 경고를 동작하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 과열 경고 방법.
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