KR101502965B1 - 전자기기 전원공급장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차의 모터로 구동 전력을 공급하는 차량용 배터리 팩이 모터 이외에 자동차에서 사용되는 다른 전자기기에도 전원을 공급할 수 있도록 하는 장치를 개시한다. 본 발명에 따른 하나 이상의 배터리 셀이 포함된 배터리 모듈을 복수 개 구비하여 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차의 모터로 구동 전력을 공급하는 차량용 배터리로부터 전자기기에 전원을 공급하는 장치는, 상기 복수의 배터리 모듈 각각의 양단으로부터 상기 전자기기로 전원을 공급하는 경로를 제공하는 전자기기용 전력 라인; 상기 전자기기용 전력 라인 상에 구비되어 상기 전자기기로 전원을 공급하는 경로를 선택적으로 개폐하는 스위칭부; 및 상기 스위칭부의 동작을 제어하여 상기 복수의 배터리 모듈 중 상기 전자기기로 전원을 공급하는 배터리 모듈을 선택하는 제어부를 포함한다.

Description

전자기기 전원공급장치{Power supplying apparatus for electronic device}
본 발명은 전기자동차 또는 하이브리드 자동차에 사용되는 차량용 배터리로부터 전자기기에 전원을 공급하는 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차의 모터로 구동 전력을 공급하는 차량용 배터리 팩이 모터 이외에 자동차에서 사용되는 다른 전자기기에도 전원을 공급할 수 있도록 하는 장치에 관한 것이다.
근래에 들어서, 노트북, 비디오 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 개발이 본격화됨에 따라, 반복적인 충방전이 가능한 고성능 이차 전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있는데, 이 중에서 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높은 장점으로 각광을 받고 있다.
최근에는 탄소 에너지가 점차 고갈되고 환경에 대한 관심이 높아지면서, 미국, 유럽, 일본, 한국을 비롯하여 전 세계적으로 하이브리드 자동차와 전기 자동차에 대한 수요가 점차 증가하고 있다. 이러한 하이브리드 자동차나 전기 자동차는 배터리 팩의 충방전 에너지를 이용하여 차량 구동력을 얻기 때문에, 엔진만을 이용하는 자동차에 비해 연비가 뛰어나고 공해 물질을 배출하지 않거나 감소시킬 수 있다는 점에서 많은 소비자들에게 좋은 반응을 얻고 있다. 따라서, 하이브리드 자동차나 전기 자동차의 핵심적 부품인 차량용 배터리에 보다 많은 관심과 연구가 집중되고 있다.
하이브리드 자동차나 전기 자동차에서 차량용 배터리는 모터에 구동 전력을 공급한다.
도 1은, 종래 기술에 따른 차량용 배터리(10)로부터 모터(20)로 구동 전력을 공급하기 위한 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 차량용 배터리(10)는 인버터(40), 릴레이(50, 60), 링크 캐패시터(90) 등이 구비된 소정 경로를 거쳐 모터(20)로 구동 전력을 공급한다. 그리고, 배터리(10)에는 BMS(Battery Management System)(30)가 구비되어 배터리(10)의 충방전 제어, 릴레이의 제어 등을 수행한다. 또한, 이러한 구동전력 공급 경로에는 프리차지 저항(70) 및 프리차지 릴레이(80) 등이 구비되어 배터리(10)의 전압이 인버터(40)에 인가될 때 순간적인 과전류가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
한편, 자동차에는 이러한 모터(20) 이외에 전원 공급을 필요로 하는 구성들이 있다. 예를 들어, 사용자들은 자동차 안에서 네비게이션이나 휴대폰, 청소기 등과 같은 전자기기를 사용하고자 하기 때문에, 자동차에는 이러한 전자기기에 전원을 공급할 수 있도록 하는 전자기기용 전원이 제공되는 것이 일반적이다. 이러한 전자기기용 전원은 보통 소형 전자기기를 위한 것이기 때문에, 전자기기의 소비 전력이 수십W~수백W 정도에 불과하며, 그 출력 전압은 12V나 24V 정도로 낮다. 반면, 전기 자동차나 하이브리드 자동차의 전기 모터는 소비 전력이 수십kW~수백kW 에 이를 수 있기 때문에, 이의 구동을 위한 차량용 배터리의 전압은 이를테면 수백 V 정도로 매우 높다.
따라서, 종래에는 전기 자동차나 하이브리드 자동차에서 모터 구동을 위한 차량용 배터리와는 별도로 전자기기용 전원을 공급하기 위한 배터리가 구비되고 있다. 예를 들어, 전기 자동차는 모터 구동을 위한 리튬 배터리와 전자기기용 전원을 공급하기 위한 납산 배터리를 모두 구비한다.
이처럼, 모터 구동용 고전압 배터리와 전자기기 전원공급용 배터리를 별도로 구비하는 경우, 제조 비용이 증가할 뿐 아니라, 관리해야할 배터리의 수가 많아지므로 관리의 부담이 커지게 된다. 또한, 복수의 배터리 장착으로, 전기 자동차나 하이브리드 자동차의 무게나 부피를 줄이기 어렵고, 다른 장비를 탑재할 공간이 부족해질 수 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 전기 자동차나 하이브리드 자동차에서 모터에 구동 전력을 공급하는 배터리가 전자기기에도 전원을 공급할 수 있도록 하는 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전자기기 전원공급장치는, 하나 이상의 배터리 셀이 포함된 배터리 모듈을 복수 개 구비하여 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차의 모터로 구동 전력을 공급하는 차량용 배터리로부터 전자기기에 전원을 공급하는 장치로서, 상기 복수의 배터리 모듈 각각의 양단으로부터 상기 전자기기로 전원을 공급하는 경로를 제공하는 전자기기용 전력 라인; 상기 전자기기용 전력 라인 상에 구비되어 상기 전자기기로 전원을 공급하는 경로를 선택적으로 개폐하는 스위칭부; 및 상기 스위칭부의 동작을 제어하여 상기 복수의 배터리 모듈 중 상기 전자기기로 전원을 공급하는 배터리 모듈을 선택하는 제어부를 포함한다.
바람직하게는, 상기 복수의 배터리 모듈 각각의 SOC를 측정하는 SOC 측정부를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 SOC 측정부에 의해 측정된 SOC에 기초하여 상기 전자기기로 전원을 공급하는 배터리 모듈을 선택한다.
또한 바람직하게는, 상기 제어부는, 상기 전원을 공급하는 배터리 모듈로 상기 복수의 배터리 모듈 각각을 순차적으로 선택한다.
또한 바람직하게는, 상기 전자기기용 전력 라인 상에 구비된 전압 레귤레이터를 더 포함한다.
또한 바람직하게는, 상기 배터리 모듈로부터 상기 전자기기로 공급되는 전력을 측정하는 전력 측정부를 더 포함한다.
또한 바람직하게는, 상기 스위칭부는, 상기 복수의 배터리 모듈 양단에 각각 구비된 온오프 스위치로 구성된다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩은, 상술한 전자기기 전원공급장치를 포함한다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동차는, 상술한 전자기기 전원공급장치를 포함한다.
본 발명에 의하면, 전기 자동차나 하이브리드 자동차에서 모터를 구동시키기 위한 차량용 배터리가 전자기기에도 전원을 공급할 수 있도록 한다.
따라서, 모터에 전원을 공급하기 위한 배터리와 전자기기에 전원을 공급하기 위한 배터리를 별도로 구비할 필요가 없게 되어, 전기 자동차나 하이브리드 자동차의 제조 비용이 줄어들 수 있으며, 하나의 배터리만 관리하면 되므로 관리가 용이해질 수 있다. 또한, 자동차에 하나의 배터리만 탑재하면 되므로, 배터리 탑재 공간 및 이로 인한 무게를 줄일 수 있고, 이로 인해 자동차의 소형화 및 경량화 달성이나 다른 장비의 탑재가 용이해질 수 있다.
특히, 본 발명의 일 측면에 의하면, 전자기기에 전원을 공급함과 동시에 배터리 모듈 간 밸런싱도 수행할 수 있으므로, 배터리 모듈 밸런싱 과정에서 발생할 수 있는 불필요한 에너지 소모를 막고 별도의 밸런싱 회로나 장치를 구비할 필요가 없게 된다.
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, 종래 기술에 따른 차량용 배터리로부터 모터로 구동 전력을 공급하기 위한 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차의 전자기기 전원공급장치의 기능적 구성을 개략적으로 도시하는 블록도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기기 전원공급장치가 모터에 구동 전력을 공급하는 배터리에 연결된 회로 구성의 일례를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 4는, 도 3의 전자기기 전원공급장치에서 스위칭부 구성에 대한 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따라 전자기기 전원공급장치에 의해 전자기기로 전원이 공급되면서 그와 함께 배터리 모듈 간 밸런싱이 이루어지는 과정을 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 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차의 전자기기 전원공급장치의 기능적 구성을 개략적으로 도시하는 블록도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기기 전원공급장치가 모터(20)에 구동 전력을 공급하는 배터리에 연결된 회로 구성의 일례를 개략적으로 도시하는 도면이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전자기기 전원공급장치는, 모터 구동용 차량용 배터리(900)에 연결되는데, 이때 차량용 배터리(900)는 다수의 배터리 모듈(910)로 구성될 수 있다. 그리고, 각각의 배터리 모듈(910)은 하나 이상의 배터리 셀(901)을 포함할 수 있으며, 배터리 모듈(910) 내에서 배터리 셀(901)은 서로 직렬로 연결된 구조를 가질 수 있다.
본 발명에 따른 전자기기 전원공급장치는, 이와 같이 배터리 모듈(910) 단위로 구성된 차량용 배터리(900)에 연결되어 전자기기(30)에 전원을 공급한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 전자기기 전원공급장치는, 전자기기용 전력 라인(100), 스위칭부(200) 및 제어부(300)를 포함한다.
상기 전자기기용 전력 라인(100)은, 배터리 모듈(910) 각각의 양단으로부터 전자기기(30)로 전원을 공급하는 경로를 제공한다. 즉, 전자기기용 전력 라인(100)의 일단은, 배터리 모듈(910) 단위로 차량용 배터리(900)에 연결되며, 다른 단은 전자기기(30)가 접속되는 전자기기 접속단자(130)에 연결된다.
보다 구체적으로 살펴보면, 전자기기용 전력 라인(100)은 양극 라인(110)과 음극 라인(120)을 구비하여, 양극 라인(110)이 배터리 모듈(910) 각각의 양극에 접속되고 음극 라인(120)이 배터리 모듈(910) 각각의 음극에 접속된다. 그리고, 각각의 배터리 모듈(910) 양단에 연결된 양극 라인(110) 및 음극 라인(120)은 전자기기 접속단자(130)로 연결되는 하나의 양극 라인(110) 및 음극 라인(120)으로 통합 연결됨으로써 각각의 배터리 모듈(910)로부터 전자기기(30)로 전원을 공급하는 경로를 형성할 수 있다.
상기 스위칭부(200)는, 전자기기용 전력 라인(100) 상에 구비되어 전자기기(30)로 전원을 공급하는 경로를 선택적으로 개폐한다. 즉, 상기 스위칭부(200)의 동작을 통해 어느 배터리 모듈(910)이 전자기기 접속단자(130)에 연결될지 그 경로가 선택된다. 이때, 스위칭부(200)는, 하나의 배터리 모듈(910)이 전자기기 접속단자(130)에 연결되도록 할 수도 있고, 둘 이상의 배터리 모듈(910)이 함께 전자기기 접속단자(130)에 연결되도록 할 수도 있다.
도 4는, 도 3의 전자기기 전원공급장치에서 스위칭부(200) 구성에 대한 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 상기 스위칭부(200)는 복수의 온오프 스위치로 이루어지되, 이러한 온오프 스위치는 복수의 배터리 모듈(910) 양단에 각각 구비된다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 차량용 배터리(900)가 제1 배터리 모듈(911) 내지 제4 배터리 모듈(914)을 포함하는 경우, 스위칭부(200)는 S11, S12, S13, S14, S21, S22, S23, S24 스위치와 같이, 적어도 8개의 온오프 스위치를 포함하고, 각 배터리 모듈(910)의 양단에 이러한 온오프 스위치가 각각 설치되도록 할 수 있다. 즉, 제1 배터리 모듈(911) 양단에 S11 스위치 및 S21 스위치가 구비되고, 제2 배터리 모듈(912) 양단에 S12 스위치 및 S22 스위치가 구비되며, 제3 배터리 모듈(913) 양단에 S13 스위치 및 S23 스위치가 구비되고 제4 배터리 모듈(914) 양단에 S14 스위치 및 S24 스위치가 구비될 수 있다.
다만, 도 4에 도시된 스위칭부(200)의 구성은 일례에 불과하며, 본 발명이 이러한 스위칭부(200)의 구성으로 한정되는 것은 아니다. 즉, 스위칭부(200)는 전자기기(30)로 전원을 공급하기 위한 배터리 모듈(910)을 복수의 배터리 모듈(910) 중에서 선택할 수 있도록 하는 다양한 형태로 구현될 수 있다.
상기 제어부(300)는, 스위칭부(200)의 동작을 제어함으로써, 복수의 배터리 모듈(910) 중 전자기기(30)로 전원을 공급하는 배터리 모듈(910)을 선택할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제어부(300)는 전자기기(30)로 전원을 공급하는 배터리 모듈(910)을 1개 선택할 수 있다. 예를 들어, 상기 도 4의 실시예에서, 제어부(300)는 S11 스위치 및 S21 스위치를 온시키고 나머지 스위치는 모두 오프시킬 수 있으며, 이로써 전자기기(30)로 전원을 공급하기 위한 배터리 모듈(910)로 제1 배터리 모듈(911)을 선택할 수 있다. 즉, 제어부(300)에 의해 S11 스위치 및 S21 스위치만 온되고 나머지 스위치는 모두 오프되면, 제1 배터리 모듈(911)로부터 전자기기 접속단자(130)로 전력이 공급될 수 있는 경로가 열리게 되며, 나머지 배터리 모듈(910)에 대해서는 전력 공급 경로가 차단된다. 다른 예로, 전자기기(30)로 전원을 공급하는 배터리 모듈(910)로 제3 배터리 모듈(913)을 선택하고자 하는 경우, 제어부(300)는 S13 스위치 및 S23 스위치를 온시키고 나머지 스위치를 모두 오프시킨다. 그러면, 제3 배터리 모듈(913)로부터만 전자기기(30)로 전원이 공급될 수 있고, 나머지 배터리 모듈(910)은 전자기기(30)로의 전원 공급이 이루어지지 않는다.
한편, 상기 실시예에서는 제어부(300)가 전자기기(30)로 전원을 공급하는 배터리 모듈(910)을 1개만 선택하는 것을 위주로 설명되었으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 제어부(300)는 전자기기(30)로 전원을 공급하는 배터리 모듈(910)을 복수 개 선택할 수도 있다. 예를 들어, 도 4의 실시예에서, 제어부(300)는 제2 배터리 모듈(912) 및 제4 배터리 모듈(914)이 함께 전자기기(30)로 전원을 공급하는 배터리 모듈(910)이 되도록 할 수 있으며, 이 경우 제어부(300)는 S12, S22, S14 및 S24 스위치를 온시키고 나머지 스위치는 모두 오프시킨다.
이처럼, 제어부(300)는 배터리 모듈(910) 양단의 전압과 전자기기(30)의 입력 전압을 비교하여, 전원을 공급하는 배터리 모듈(910)의 개수를 선택할 수 있다.
상기 제어부(300)는 차량용 배터리 팩의 BMS(Battery Management System)에 의해 구현될 수 있다. 여기서, BMS란 배터리 팩의 충방전 동작을 전반적으로 제어하는 배터리(900) 관리 장치를 의미한다. 그러나, 본 발명이 반드시 이러한 제어부(300)의 실시 형태에 의해 한정되는 것은 아니며, 제어부(300)는 BMS와 별도로 구성될 수 있다. 또한, 제어부(300)는 차량용 배터리 팩 외부에 별도로 구비될 수 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 전자기기 전원공급장치는, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, SOC 측정부(400)를 더 포함할 수 있다.
상기 SOC 측정부(400)는 복수의 배터리 모듈(910) 각각에 대하여 SOC(State Of Charge), 즉 충전 상태를 측정한다. 상기 SOC 측정부(400)는, 배터리(900) 용량 카운팅(Ah-counting) 방식, OCV(Open Circuit Voltage) 측정 방식, 배터리(900)의 임피던스 측정 방식 등 다양한 방식에 의해 배터리 모듈(910) 각각에 대한 SOC를 측정할 수 있으며, 본 발명은 이러한 SOC 측정부(400)의 측정 방식에 의해 제한되지 않는다. 이러한 SOC 측정부(400)는 차량용 배터리 팩의 BMS에 의해 구현될 수 있다.
이와 같이 SOC 측정부(400)가 배터리 모듈(910) 각각에 대한 SOC를 측정하는 경우, 상기 제어부(300)는 이러한 SOC에 기초하여 전자기기(30)로 전원을 공급하는 배터리 모듈(910)을 선택할 수 있다. 즉, SOC 측정부(400)가 배터리 모듈(910) 각각의 SOC를 측정하고 측정된 결과를 제어부(300)에 전송하면, 제어부(300)는 수신된 SOC를 서로 비교하고, 그러한 SOC 비교 결과를 기초로 배터리 모듈(910)을 선택할 수 있다.
더욱 바람직하게는, 제어부(300)는 SOC가 가장 높은 것으로 측정된 배터리 모듈(910)을 전자기기(30)로 전원을 공급하는 배터리 모듈(910)로 선택할 수 있다.
예를 들어, 도 4의 실시예에서, SOC 측정부(400)에 의해 측정된 SOC가, 제1 배터리 모듈(911)은 70%, 제2 배터리 모듈(912)은 80%, 제3 배터리 모듈(913)은 50%, 제4 배터리 모듈(914)은 60%라고 가정한다. 이 경우, 제어부(300)는 이러한 SOC 측정 결과를 SOC 측정부(400)로부터 전송받고, 각각의 SOC를 비교한다. 그리고, 제어부(300)는 SOC가 가장 높은 배터리 모듈(910), 즉 제2 배터리 모듈(912)을 전자기기(30)에 전원을 공급하기 위한 배터리 모듈(910)로 선택할 수 있다. 따라서, 제어부(300)는 제2 배터리 모듈(912)로부터 전자기기(30)로 전원이 공급되도록 하기 위해, S12 스위치 및 S22 스위치를 온시키고, 나머지 스위치는 모두 오프되도록 할 수 있다.
상기 실시예와 같이, SOC를 측정하여 SOC가 높은 배터리 모듈(910)로부터 전자기기(30)로 전원이 공급되도록 하면, 배터리 모듈(910) 간 밸런싱, 다시 말해 셀 밸런싱 효과가 달성될 수 있다. 차량용 배터리(900)에 포함되어 있는 복수의 배터리 모듈(910)은 충방전이 계속되는 과정에서 배터리 모듈(910) 간 SOC 차가 발생할 수 있다. 이러한 SOC 불평등은 배터리(900)의 성능 및 효율을 저하시킬 수 있기 때문에, 배터리 모듈(910) 간 SOC 차를 줄이는 밸런싱 과정이 필요하다. 종래 기술에 의하면 이러한 배터리 모듈(910) 밸런싱을 위해서는 밸런싱 회로나 장치와 같은 별도의 구성요소가 구비될 필요가 있었으나, 본 발명의 상기 실시예에 의하면 전자기기(30)에 전원을 공급함과 동시에 배터리 모듈(910) 밸런싱이 수행되도록 할 수 있으므로, 별도의 밸런싱 회로나 장치가 필요하지 않다.
여기서, 상기 SOC 측정부(400)는 배터리 모듈(910) 각각에 대한 SOC를 주기적으로 측정할 수 있다. 예를 들어, SOC 측정부(400)는 복수의 배터리 모듈(910) 각각에 대한 SOC를 1분마다 측정할 수 있다. 그리고, 이와 같이 주기적으로 측정된 SOC는 SOC 측정부(400)로부터 제어부(300)로 전송될 수 있다.
그러면, 제어부(300)는 배터리 모듈(910) 각각에 대한 SOC를 최신 정보로 업데이트하고, 업데이트된 SOC를 서로 비교할 수 있다. 따라서, 제어부(300)는 최신의 상황을 반영하여 SOC가 가장 높은 배터리 모듈(910)을 선정할 수 있다. 특히, 특정 배터리 모듈(910)이 선택되어 해당 배터리 모듈(910)로부터 전자기기(30)에 전원이 공급되는 과정에서 해당 배터리(900)의 SOC는 감소될 수 있고, 따라서, SOC가 가장 높은 배터리 모듈(910)이 달라질 수 있다.
예를 들어, 상기 도 4의 실시예에서, SOC 측정부(400)에 의해 측정된 결과가 제1 배터리 모듈(911)은 70%, 제2 배터리 모듈(912)은 80%, 제3 배터리 모듈(913)은 50%, 제4 배터리 모듈(914)은 60%라고 가정한다. 이때, 제어부(300)는 SOC가 가장 높은 제2 배터리 모듈(912)을 전자기기(30)로 전원을 공급하기 위한 배터리 모듈(910)로 선택할 수 있다. 그런데, 제2 배터리 모듈(912)이 전자기기(30)로 전원을 계속적으로 공급하다 보면, 제1 배터리 모듈(911)의 SOC인 70%보다 낮아질 수 있다. 이 경우, SOC 측정부(400)가 주기적으로 SOC를 측정하는 실시예에 의하면, 제2 배터리 모듈(912)의 SOC가 제1 배터리 모듈(911)의 SOC보다 낮아지는 것을 체크할 수 있으며, 이를 통해, 제어부(300)는 전자기기(30)로 전원을 공급하는 배터리 모듈(910)을 제2 배터리 모듈(912)에서 제1 배터리 모듈(911)로 변경할 수 있다.
이처럼, SOC 측정부(400)가 각 배터리 모듈(910)의 SOC를 주기적으로 측정하고, 이 결과에 기초하여 제어부(300)가 배터리 모듈(910)을 선택하는 실시예에 의하면, SOC의 변화 상황을 반영할 수 있어, 배터리 모듈(910) 밸런싱이 보다 효과적으로 이루어질 수 있다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따라 전자기기 전원공급장치에 의해 전자기기(30)로 전원이 공급되면서 그와 함께 배터리 모듈(910) 간 밸런싱이 이루어지는 과정을 나타내는 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 전자기기 접속단자(130)에 전자기기가 접속되는 경우(S110), SOC 측정부(400)에 의해 각 배터리 모듈(910)의 SOC가 측정된다(S120). 그러면, 제어부(300)는 SOC가 가장 높은 배터리 모듈(910)을 선택하여(S130), 해당 배터리 모듈(910)로부터 전자기기(30)로 전원이 공급되도록 한다(S140). 이후, 전자기기 접속단자(130)에 대하여 전자기기(30)의 접속이 해제되는지 감지하고(S150), 전자기기(30)의 접속이 해제되면 배터리 모듈(910)로부터 전자기기(30)로 전원을 공급하는 과정은 종료된다. 하지만, 전자기기(30)의 접속이 해제되지 않은 경우, 일정 시간이 경과되는지 판단하여(S160), 일정 시간이 경과할 때마다 상기 S120 단계 내지 S150 단계를 반복하여 수행한다.
한편, 상기에서는, 배터리 모듈(910) 각각의 SOC에 따라 전자기기(30)에 전원을 공급하기 위한 배터리 모듈(910)이 선택되도록 함으로써, 차량용 배터리(900)로부터 전자기기(30)에 전원을 공급함과 동시에 배터리 모듈(910) 간 밸런싱이 이루어질 수 있도록 하는 실시예에 관하여 설명되었다. 하지만, 본 발명이 반드시 이러한 실시예로 한정되는 것은 아니다.
일례로, 상기 제어부(300)는, 전원을 공급하는 배터리 모듈(910)로 복수의 배터리 모듈(910) 각각을 순차적으로 선택할 수 있다. 예를 들어, 상기 도 4의 실시예에서, 제어부(300)는 전자기기(30)로 전원을 공급하는 배터리 모듈(910)로 제1 배터리 모듈(911)을 먼저 선택할 수 있다. 그리고, 이후, 제어부(300)는 제2 배터리 모듈(912), 제3 배터리 모듈(913), 제4 배터리 모듈(914), 제1 배터리 모듈(911), 제2 배터리 모듈(912), ...의 순서로 각 배터리 모듈(910)이 순차적으로 전자기기용 전원공급을 위한 배터리 모듈(910)로 선택되도록 할 수 있다.
이때, 제어부(300)는, 전자기기(30)에 전원을 공급하기 위한 배터리 모듈(910)이 일정 시간마다 변경되도록 할 수 있다. 즉, 제어부(300)는 배터리 모듈(910)을 주기적으로 변경하여, 소정 시간마다 다른 배터리 모듈(910)이 전자기기(30)에 전원이 공급되도록 할 수 있다. 예를 들어, 상기 도 4의 실시예에서, 제어부(300)는 제1 내지 제4 배터리 모듈(911, 912, 913, 914)이 1분씩 순차적으로 전자기기(30)에 전원을 공급하도록 할 수 있다.
또한 바람직하게는, 본 발명에 따른 전자기기 전원공급장치는, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 전압 레귤레이터(500)를 더 포함할 수 있다. 상기 전압 레귤레이터(500)(voltage regulator)는, 전자기기용 전력 라인(100) 상에 구비되어, 전자기기(30)로 공급되는 전압을 안정화시킨다. 이와 같이, 전자기기용 전력 라인(100) 상에 전압 레귤레이터(500)가 구비되면, 배터리 모듈(910)로부터 공급되는 전압이나 전자기기(30)에 관계없이 전자기기 접속단자(130)에 안정된 출력 전압을 제공할 수 있다.
다만, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 전압 레귤레이터(500) 이외에 다양한 전압 변환 장치가 전자기기용 전력 라인(100) 상에 구비될 수 있다. 예를 들어, 출력 전압의 변환이 가능한 변압기가 전압 레귤레이터(500)와 함께, 또는 이를 대체하여 구비될 수 있다. 이 경우, 전자기기(30)의 종류에 따라 필요한 전압의 크기가 달라진다 하더라도 변압기의 출력 전압 크기 변환을 통해 이에 대처할 수 있다. 따라서, 이 경우 서로 다른 입력 전압 크기를 갖는 전자기기(30)에 대하여 공통으로 사용되는 이점을 가질 수 있다.
또한 바람직하게는, 본 발명에 따른 전자기기 전원공급장치는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 전력 측정부(600)를 더 포함할 수 있다. 상기 전력 측정부(600)는, 제어부(300)에 의해 선택된 배터리 모듈(910)이 전자기기(30)로 전력을 공급할 때, 전자기기(30)로 공급된 전력의 양을 측정한다. 즉, 상기 전력 측정부(600)는, 배터리 모듈(910)에 대한 전자기기(30)의 소비 전력을 측정할 수 있다. 이러한 실시예에 의하면, 전자기기(30)로 공급된 전력량이 파악되고 파악된 결과가 제어부(300), SOC 측정부(400) 및/또는 BMS에 제공됨으로써, 해당 배터리 모듈(910)로부터 전력을 계속 공급해야 하는지 여부를 판단하거나, 해당 배터리 모듈(910)의 SOC를 계산하는 자료로 이용될 수 있다.
또한 바람직하게는, 본 발명에 따른 전자기기 전원공급장치는, 도 2에 도시된 바와 같이, 접속 감지부(700)를 더 포함할 수 있다. 상기 접속 감지부(700)는, 전자기기용 전력 라인(100)의 전자기기 접속단자(130)에 전자기기(30)가 접속되는 것을 감지한다. 이러한 실시예에서, 상기 접속 감지부(700)가 전자기기 접속단자(130)에 전자기기(30)가 접속되는 것을 감지하면, 이러한 정보를 제어부(300)에 전송할 수 있다. 그러면, 제어부(300)는 이때에 비로소 스위칭부(200)의 동작을 제어하여 소정의 배터리 모듈(910)을 선택하고 해당 배터리 모듈(910)로부터 전자기기(30)로 전원이 공급되도록 할 수 있다.
또한 바람직하게는, 본 발명에 따른 전자기기 전원공급장치는, 도 2에 도시된 바와 같이, 전압 측정부(800)를 더 포함할 수 있다. 상기 전압 측정부(800)는, 차량용 배터리(900)에 포함된 배터리 모듈(910) 각각에 대하여 양단 전압을 측정한다. 그리고, 전압 측정부(800)는 이와 같이 측정한 각 배터리 모듈(910)의 전압을 제어부(300)에 전송한다. 그러면, 제어부(300)는 전압 측정부(800)에 의해 측정된 배터리 모듈(910) 각각의 전압에 기초하여 전자기기(30)로 전원을 공급하는 배터리 모듈(910)을 하나 또는 그 이상 선택할 수 있다.
예를 들어, 전압 측정부(800)에 의해 제1 배터리 모듈(911), 제2 배터리 모듈(912), 제3 배터리 모듈(913) 및 제4 배터리 모듈(914)의 전압이 각각, 4.1V, 4.0V, 3.9V, 4.0V로 측정되면, 제어부(300)는 전압이 가장 높은 제1 배터리 모듈(911)을 전자기기(30)에 전원을 공급하기 위한 배터리 모듈(910)로 선택할 수 있다.
이러한 실시예에서, 상기 전압 측정부(800) 및/또는 제어부(300)는 BMS에 의해 구현될 수도 있다.
한편, 상기 도 3 및 도 4의 실시예에서는, 4개의 배터리 모듈(910)을 기준으로 설명되었으나, 이는 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 본 발명이 이러한 배터리 모듈(910)의 특정 개수에 의해 한정되는 것은 아니다. 따라서, 차량용 배터리(900)에 3개 이하의 배터리 모듈(910)이 포함되거나, 5개 이상의 배터리 모듈(910)이 포함되는 경우에도 본 발명은 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 배터리 팩은 상술한 전자기기 전원공급장치를 포함한다. 즉, 상술한 전자기기 전원공급장치는 배터리 팩에 일체되는 형태로 구현될 수 있다. 이 경우, 배터리 팩에는 상술한 전자기기 전원공급장치 이외에 다수의 배터리 모듈(910), BMS, 보호 회로 등이 포함될 수 있다.
본 발명에 따른 자동차는 상술한 전자기기 전원공급장치를 포함한다. 특히, 상술한 전자기기 전원공급장치는 전기 모터에 의해 구동되는 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차에 적용될 수 있다. 이 경우, 전자기기 전원공급장치는 모터에 구동전력을 공급하는 배터리 팩에 일체화되거나 그와 별도로 구현될 수 있다.
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.
한편, 본 명세서에서는, '제어부', '스위칭부', 'SOC 측정부' 등과 같이 '부'라는 용어가 사용되었으나, 이러한 용어는 논리적인 구성 단위를 나타내는 것으로서, 반드시 물리적으로 분리될 수 구성요소, 또는 반드시 물리적으로 분리되어야 하는 구성요소를 나타내는 것이 아니라는 점은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에게 자명하다.
20: 모터
40: 인버터
50, 60: 릴레이
70: 프리차지 저항
80: 프리차지 릴레이
100: 전자기기용 전력 라인
110: 양극 라인
120: 음극 라인
200: 스위칭부
300: 제어부
400: SOC 측정부
500: 전압 레귤레이터
600: 전력 측정부

Claims (14)

  1. 하나 이상의 배터리 셀이 포함된 배터리 모듈을 복수 개 구비하여 전기 자동차 또는 하이브리드 자동차의 모터로 구동 전력을 공급하는 차량용 배터리로부터 전자기기에 전원을 공급하는 장치에 있어서,
    상기 복수의 배터리 모듈 각각의 양단으로부터 상기 전자기기로 전원을 공급하는 경로를 제공하는 전자기기용 전력 라인;
    상기 전자기기용 전력 라인 상에 구비되어 상기 전자기기로 전원을 공급하는 경로를 선택적으로 개폐하는 스위칭부; 및
    상기 스위칭부의 동작을 제어하여 상기 복수의 배터리 모듈 중 상기 전자기기로 전원을 공급하는 배터리 모듈을 선택하는 제어부
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기기 전원공급장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 배터리 모듈 각각의 SOC를 측정하는 SOC 측정부를 더 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 SOC 측정부에 의해 측정된 SOC에 기초하여 상기 전자기기로 전원을 공급하는 배터리 모듈을 선택하는 것을 특징으로 하는 전자기기 전원공급장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 SOC 측정부에 의해 SOC가 가장 높은 것으로 측정된 배터리 모듈을 상기 전자기기로 전원을 공급하는 배터리 모듈로 선택하는 것을 특징으로 하는 전자기기 전원공급장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 SOC 측정부는 배터리 모듈 각각의 SOC를 주기적으로 측정하고,
    상기 제어부는 상기 SOC 측정부에 의해 주기적으로 측정된 SOC에 따라 상기 전자기기로 전원을 공급하는 배터리 모듈을 선택하는 것을 특징으로 하는 전자기기 전원공급장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 전원을 공급하는 배터리 모듈로 상기 복수의 배터리 모듈 각각을 순차적으로 선택하는 것을 특징으로 하는 전자기기 전원공급장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전자기기용 전력 라인 상에 구비된 전압 레귤레이터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기기 전원공급장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 모듈로부터 상기 전자기기로 공급되는 전력을 측정하는 전력 측정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기기 전원공급장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전자기기용 전력 라인의 전자기기 접속단자에 상기 전자기기가 접속되는 것을 감지하는 접속 감지부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기기 전원공급장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 스위칭부는, 상기 복수의 배터리 모듈 양단에 각각 구비된 온오프 스위치로 구성되는 것을 특징으로 하는 전자기기 전원공급장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 전자기기로 전원을 공급하는 1개의 배터리 모듈을 선택하는 것을 특징으로 하는 전자기기 전원공급장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 모듈 각각의 전압을 측정하는 전압 측정부를 더 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 전압 측정부에 의해 측정된 전압에 따라 상기 전자기기로 전원을 공급하는 배터리 모듈을 하나 이상 선택하는 것을 특징으로 하는 전자기기 전원공급장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, BMS에 의해 구현되는 것을 특징으로 하는 전자기기 전원공급장치.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 전자기기 전원공급장치를 포함하는 배터리 팩.
  14. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 전자기기 전원공급장치를 포함하는 자동차.
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