KR101562881B1 - Apparatus for managing battery pack and battery pack and laptop computer including the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 배터리 팩에 과전류가 흐르지 않도록 배터리 팩의 충방전 전류를 제어함으로써 배터리 팩의 손상을 방지하는 배터리 팩 관리 장치를 개시한다.
본 발명에 따른 배터리 팩 관리 장치는 배터리 팩의 충방전 경로 상에 구비되고, 상기 배터리 팩에 구비된 배터리 셀을 충전시키기 위해 상기 배터리 셀로 공급되는 충전 전류를 스위칭하는 충전 스위칭부; 상기 배터리 팩의 충방전 경로 상에 구비되고, 상기 배터리 셀로부터 공급되는 방전 전류를 스위칭하는 방전 스위칭부; 상기 충전 스위칭부와 상기 방전 스위칭부의 스위칭 동작을 제어하는 제어부; 및 상기 배터리 팩의 충방전 경로 상에 설치된 인덕터를 포함한다.
본 발명에 따르면, 배터리 팩에 발생할 수 있는 과전류 및 과전압 조건을 방지할 수 있다.Disclosed is a battery pack management apparatus for preventing damage to a battery pack by controlling a charging / discharging current of the battery pack so that an overcurrent does not flow to the battery pack.
A battery pack management apparatus according to the present invention includes a charge switching unit provided on a charging / discharging path of a battery pack and switching a charging current supplied to the battery cell to charge the battery cell provided in the battery pack; A discharge switching unit provided on a charging / discharging path of the battery pack and switching a discharging current supplied from the battery cell; A control unit for controlling switching operations of the charge switching unit and the discharge switching unit; And an inductor disposed on the charge / discharge path of the battery pack.
According to the present invention, overcurrent and overvoltage conditions that may occur in the battery pack can be prevented.
Description
본 발명은 배터리 팩을 관리하는 배터리 팩 관리 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 배터리 팩의 충방전 경로 상에 러시 전류가 흐르지 않도록 배터리 팩의 충방전 전류를 제어할 수 있는 안전성이 향상된 배터리 팩 관리 장치와 이를 포함하는 배터리 팩 및 노트북에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a battery pack management device for managing a battery pack, and more particularly to a battery pack management device for managing a charge / discharge current of a battery pack so that a rush current does not flow on a charge / And a battery pack and a notebook computer including the same.
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.In recent years, demand for portable electronic products such as notebook computers, video cameras, and portable telephones has been rapidly increased, and development of batteries, robots, and satellites for energy storage has been accelerated. Thus, a high performance rechargeable battery Researches are being actively conducted.
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.The secondary rechargeable batteries are nickel-cadmium batteries, nickel-hydrogen batteries, nickel-zinc batteries, and lithium secondary batteries. Among them, lithium secondary batteries have almost no memory effect compared to nickel- It is very popular because of its low self-discharge rate and high energy density.
특히, 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 배터리에 보다 많은 관심과 연구가 집중되고 있다.Particularly, as carbon energy is gradually depleted and the interest in environment is increasing recently, demand for hybrid cars and electric vehicles is gradually increasing all over the world including USA, Europe, Japan and Korea. Since such hybrid vehicles and electric vehicles use the charge / discharge energy of the battery pack to obtain the vehicle driving power, they are more fuel-efficient than the vehicles using only the engine and can not discharge or reduce pollutants. . Therefore, more attention and research are focused on batteries, which are a key component of hybrid cars and electric vehicles.
한편, 최근 배터리와 관련하여 사회적으로 가장 큰 이슈가 되고 있는 것이 배터리의 안전성 문제이다. 노트북이나 휴대폰과 같은 전자제품에 대한 사용 인구가 급격히 증가하고 있고, 배터리의 폭발은 휴대용 전자제품의 파손을 가져올 뿐만 아니라 화재로 연결될 수 있다는 점에서 배터리의 안전성 확보가 시급하다. 특히, 하이브리드 자동차나 전기 자동차에 사용되는 중대형 배터리는 직병렬로 연결된 다수의 단위 전지셀로 구성되어, 전압이나 출력이 매우 높다는 점에서 배터리의 안전성 확보는 더욱 중요하다. 따라서, 종래에는 배터리의 이상 상태 감지시 충방전 전류를 차단하여 배터리의 안전성을 확보하는 다양한 장치들이 사용되고 있다.On the other hand, the safety issue of the battery is one of the biggest social issues in recent years. The use population of electronic products such as notebooks and mobile phones is rapidly increasing. The battery explosion can not only lead to breakage of portable electronic products but also can lead to fire, so it is urgent to secure the safety of the battery. Particularly, a middle- or large-sized battery used in a hybrid vehicle or an electric vehicle is composed of a plurality of unit battery cells connected in series and in parallel, and securing the safety of the battery is more important in that the voltage and the output are very high. Accordingly, various devices for securing the safety of the battery by shutting off the charge / discharge current when the abnormal state of the battery is detected have been used.
도 1은, 종래의 배터리 팩 관리 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.Fig. 1 is a view schematically showing a configuration of a conventional battery pack managing apparatus.
도 1을 참조하면, 종래의 배터리 팩 관리 장치는, 배터리 셀(10)과 배터리 팩의 입출력 단자(Pack+, Pack-) 사이에 구비된다. 그리고, 이러한 관리 장치는, 배터리 팩의 충방전 경로 상에 접속되어, 배터리 팩의 입출력 단자(Pack+, Pack-)에 충방전 회로(20)가 연결된 경우, 충전 또는 방전 여부에 따라 충전 전류 및 방전 전류를 각각 스위칭하는 충전 스위치(40) 및 방전 스위치(30), 그리고 이러한 충전 스위치(40) 및 방전 스위치(30)를 제어하는 제어부(50)를 포함한다. 이때, 제어부(50)는 MCU(Micro Control Unit)와 같은 소자로 구성되어, 충방전 스위치(30, 40)를 제어하여 외부 회로인 충방전 회로(20)에 충전 장치가 연결된 경우에는 충전을 유도하고 충방전 회로(20)에 부하 등의 전력소비장치가 연결된 경우에는 방전을 유도한다.Referring to FIG. 1, a conventional battery pack management apparatus is provided between a
배터리 팩 관리 장치에서 충방전 스위치로는 FET(Field Effect Transistor)가 많이 사용된다. 그런데, 이러한 FET에는 통상적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 기생 다이오드(32, 42) 성분이 FET 본체(31, 41)와 병렬로 연결된 구성을 갖고 있다. 이러한 기생 다이오드(32, 42)는 높은 저항 특성을 가지고 있다. 기생 다이오드(32, 42)로 미량의 전류가 흐를 경우에는 큰 문제가 없으나 기생 다이오드(32, 42)로 과전류가 흐를 경우에는 기생 다이오드(32, 42)의 높은 저항 특성으로 인해 기생 다이오드(32, 42)에 큰 줄열(Joule's heat)이 발생할 수 있다. 따라서, 기생 다이오드(32, 42)의 온도가 상승하게 되고 이로 인해 FET 본체(31, 41) 등이 손상될 우려가 있다.In the battery pack management device, a field effect transistor (FET) is often used as a charge / discharge switch. As shown in Fig. 1, the
예를 들어, 방전 FET 본체(31)가 턴 온 되고 충전 FET 본체(41)가 턴 오프 되는 경우, 즉 방전 초기에는 2점 쇄선으로 도시된 D경로를 따라 전류가 흐르게 되고, 충전 FET 본체(41)가 턴 온 되고 방전 FET 본체(31)가 턴 오프 되는 경우, 즉 충전 초기에는 1점 쇄선으로 도시된 C경로를 따라 전류가 흐르게 되어 FET에 구비된 기생 다이오드(32, 42)로 전류가 흐를 수 있다. 일반적으로, 배터리 팩 관리 장치에 포함된 제어부(50) 등이 충방전 전류를 제어하여 기생 다이오드(32, 42)에 과전류가 흐르지 않도록 하지만, 충전이나 방전 초기에 발생하는 러시 전류(rush current)에 의한 순간적인 과전류 조건은 제대로 제어할 수 없다는 문제가 있다.For example, when the discharging FET
도 2는, 종래의 배터리 팩에서 방전 또는 충전 초기의 전류의 크기 변화를 나타내는 그래프이다. 도 2를 참조하면, 시간 t0에서 배터리 팩에 방전 회로 또는 충전 회로를 연결하는 경우, 연결 초기에 배터리 팩에 순간적으로 러시 전류(rush current)라고 하는 과전류가 흐를 수 있다. 즉, 충방전 회로(20)를 연결한 순간(t0)부터 일정 시간(t1)이 경과되기 전까지, 배터리 팩의 충방전 경로에 기생 다이오드(32, 42)의 허용 전류(i1)보다 많은 양의 전류가 흐를 수 있다. 2 is a graph showing a change in magnitude of a current at the initial stage of discharging or charging in a conventional battery pack. Referring to FIG. 2, when a discharging circuit or a charging circuit is connected to the battery pack at time t 0 , an overcurrent referred to as a rush current may instantaneously flow through the battery pack at the beginning of connection. That is, the charging current of the
비록, 종래의 배터리 팩 관리 장치에 의하면 과전류가 감지된 경우, 제어부(50)가 퓨즈와 같은 차단 장치(60)를 이용하여 과전류를 차단할 수 있지만, 과전류가 흐른 순간부터 제어부(50)가 과전류를 감지하고 이를 차단하기까지는 어느 정도 시간이 소요된다.Although the conventional battery pack management apparatus detects the overcurrent, the
따라서, 이처럼 과전류가 흐른 순간부터 차단되기까지 소요된 시간 동안, 과전류는 FET의 기생 다이오드(32, 42)로 흐르게 되며, 이로 인해 기생 다이오드(32, 42)를 포함한 FET가 손상될 수 있다.Therefore, during the time from the moment the overcurrent flows until it is cut off, the overcurrent flows to the
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서 러시 전류에 의한 과전류 발생을 억제하여 배터리 팩 관리 장치 자체의 손상을 막고 궁극적으로 배터리 팩 및/또는 배터리 팩에 연결된 충방전 회로를 보호하는 안전성이 향상된 배터리 팩 관리 장치 및 이를 이용한 배터리 팩 및 노트북을 제공하는 것을 목적으로 한다.Disclosure of Invention Technical Problem [8] Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and it is an object of the present invention to provide a battery pack and a battery pack, And an object of the present invention is to provide an improved battery pack management apparatus, a battery pack using the same, and a notebook computer.
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 특허청구범위에 나타난 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.Other objects and advantages of the present invention will become apparent from the following description, and it will be understood by those skilled in the art that the present invention is not limited thereto. It is also to be understood that the objects and advantages of the invention may be realized and attained by means of the instrumentalities and combinations thereof.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩 관리장치는 배터리 팩의 충방전 경로 상에 구비되고, 상기 배터리 팩에 구비된 배터리 셀을 충전시키기 위해 상기 배터리 셀로 공급되는 충전 전류를 스위칭하는 충전 스위칭부; 상기 배터리 팩의 충방전 경로 상에 구비되고, 상기 배터리 셀로부터 공급되는 방전 전류를 스위칭하는 방전 스위칭부; 상기 충전 스위칭부와 상기 방전 스위칭부의 스위칭 동작을 제어하는 제어부; 및 상기 배터리 팩의 충방전 경로 상에 설치된 인덕터를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a battery pack management apparatus, which is provided on a charge / discharge path of a battery pack, and switches a charging current supplied to the battery cell to charge the battery cell provided in the battery pack A charge switching unit; A discharge switching unit provided on a charging / discharging path of the battery pack and switching a discharging current supplied from the battery cell; A control unit for controlling switching operations of the charge switching unit and the discharge switching unit; And an inductor disposed on the charge / discharge path of the battery pack.
바람직하게는, 상기 충전 스위칭부 및 상기 방전 스위칭부는, FET를 구비한다.Preferably, the charge switching unit and the discharge switching unit include FETs.
또한 바람직하게는, 상기 충전 스위칭부 및 상기 방전 스위칭부는, MOSFET를 구비한다.Further, preferably, the charge switching unit and the discharge switching unit include a MOSFET.
또한 바람직하게는, 상기 인덕터와 병렬로 연결된 우회 선로; 및 상기 인덕터 및 상기 우회 선로 중 어느 하나의 경로로 전류가 흐르도록 스위칭하는 우회 스위칭부를 더 포함한다.Also preferably, a bypass line connected in parallel with the inductor; And a bypass switching unit for switching the current to flow through any one of the inductor and the bypass line.
더욱 바람직하게는, 상기 제어부는, 상기 충전 스위칭부를 턴 온 시키기 이전에 또는 동시에 상기 충전 전류가 상기 인덕터로 흐르도록 상기 우회 스위칭부를 제어한다.More preferably, the control unit controls the bypass switching unit so that the charge current flows to the inductor before or simultaneously with turning on the charge switching unit.
또한 바람직하게는, 상기 제어부는, 상기 방전 스위칭부를 턴 온 시키기 이전에 또는 동시에 상기 방전 전류가 상기 인덕터로 흐르도록 상기 우회 스위칭부를 제어한다.Also preferably, the control unit controls the bypass switching unit so that the discharge current flows to the inductor before or simultaneously with turning on the discharge switching unit.
또한 바람직하게는, 상기 제어부는 충전 또는 방전이 시작되고 기준시간이 흐른 뒤에 상기 우회 선로로 전류가 흐르도록 상기 우회 스위칭부를 제어한다.Also, preferably, the control unit controls the bypass switching unit so that current flows to the bypass line after a charging or discharging is started and a reference time has elapsed.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩은, 상술한 배터리 팩 관리 장치를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a battery pack including the battery pack management device.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 노트북은, 상술한 배터리 팩 관리 장치를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a notebook computer including the above-described battery pack management device.
본 발명에 따르면 충방전 경로 상에 구비된 인덕터에 의해 전류의 급격한 변화가 억제될 수 있다. 이로 인해, 배터리 팩에 모터와 같은 방전 회로, 또는 충전 장치나 발전기와 같은 충전 회로가 연결되는 초기에 흐를 수 있는 러시 전류를 억제할 수 있다. 따라서, 러시 전류가 발생하지 않게 되어 배터리 팩 관리 장치 자체, 배터리 팩 및 배터리 팩에 연결된 충방전 회로의 손상 등이 방지될 수 있다.According to the present invention, an abrupt change of the current can be suppressed by the inductor provided on the charge / discharge path. This makes it possible to suppress a rush current that can flow initially when a discharge circuit such as a motor or a charging circuit such as a charging device or a generator is connected to the battery pack. Therefore, the rush current is not generated, and the damage or the like of the charge / discharge circuit connected to the battery pack management device itself, the battery pack, and the battery pack can be prevented.
더욱이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 인덕터를 우회하는 우회 선로를 구비하여 러시 전류가 예상되는 충전 초기, 방전 초기, 충전에서 방전으로의 전환시 및 방전에서 충전으로의 전환시 등에는 인덕터로 전류를 흐르도록 하고 러시 전류 발생 조건이 제거된 이후에는 우회 선로로 전류가 흐르도록 하여, 전력낭비가 감소될 수 있다.Further, according to an embodiment of the present invention, when a bypass line is provided to bypass the inductor and is switched to an initial state of charge, an initial discharge state, a charge to a discharge state, Current is allowed to flow and after the rush current generation condition is removed, current flows to the bypass line, so that the power dissipation can be reduced.
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, 종래의 배터리 팩 관리 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는, 종래의 배터리 팩에서 방전 또는 충전 초기의 전류의 크기 변화를 나타내는 그래프이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 관리 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4는, 본 발명의 보다 구체적인 실시예에 따른 배터리 팩 관리 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩 관리 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are incorporated in and constitute a part of the specification, illustrate preferred embodiments of the invention and, together with the description of the invention given below, serve to further the understanding of the technical idea of the invention, And should not be construed as limiting.
1 is a view schematically showing a configuration of a conventional battery pack managing apparatus.
2 is a graph showing a change in magnitude of a current at the initial stage of discharging or charging in a conventional battery pack.
3 is a view schematically showing a configuration of a battery pack managing apparatus according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram schematically showing a configuration of a battery pack managing apparatus according to a more specific embodiment of the present invention.
5 is a view schematically showing a configuration of a battery pack managing apparatus according to another embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 특허청구범위에 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.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms and words used in the present description and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor should design the concept of the term appropriately in order to describe its own invention in the best way possible. It should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.
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.Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 관리 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.3 is a view schematically showing a configuration of a battery pack managing apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 팩 관리 장치는 배터리 팩의 충방전 경로상에 접속되고, 방전 스위칭부(300) 및 충전 스위칭부(400)와 제어부(500) 및 인덕터(600)를 포함한다.3, the battery pack management apparatus according to the present invention includes a
상기 방전 스위칭부(300)는 배터리 팩의 충방전 경로상에 구비되어 방전 전류를 스위칭한다. 즉, 배터리 팩의 입출력 단자(Pack+, Pack-)에 외부 회로인 방전 회로(200)가 접속된 경우, 배터리 팩에 구비된 배터리 셀(100)로부터 방전 회로(200)로 방전 전류가 공급되는데, 상기 방전 스위칭부(300)는, 이러한 방전 전류를 선택적으로 개폐하는 역할을 한다.The
상기 충전 스위칭부(400)는 배터리 팩의 충방전 경로상에 구비되어 충전 전류를 스위칭한다. 즉, 배터리 팩의 입출력 단자에 외부 회로인 충전 회로(200)가 접속된 경우, 이러한 충전 회로(200)로부터 배터리 팩에 구비된 배터리 셀(100)로 충전 전류가 공급되는데, 상기 충전 스위칭부(400)는, 이러한 충전 전류를 선택적으로 개폐하는 역할을 한다.The
바람직하게는 충전 스위칭부(400) 및 방전 스위칭부(300)는, FET(Field Effect Transistor)로 구현될 수 있다. 더욱 바람직하게는, 충전 스위칭부(400) 및 방전 스위칭부는(300), MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)으로 구현될 수 있다.The
다만, 본 발명이 반드시 이러한 충전 스위칭부(400) 및 방전 스위칭부(300)의 구체적인 형태로 한정되는 것은 아니며, 이외에도 상기 충전 스위칭부(400) 및 방전 스위칭부(300)는 본 발명의 출원시까지 개시된 다양한 스위칭 소자들에 의해 구현될 수 있다. However, the present invention is not limited to the specific form of the
상기 제어부(500)는, 충전 스위칭부(400)와 방전 스위칭부(300)의 스위칭 동작을 제어한다. 특히, 상기 제어부(500)는 배터리 팩에 연결된 충방전 회로(200)의 상태 등을 고려하여 충전 스위칭부(400)와 방전 스위칭부(300)의 스위칭 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 제어부(500)는, 충방전 회로(200)에 모터 등의 부하가 연결된 경우에는 방전이 가능하도록 충전 스위칭부(400)와 방전 스위칭부(300)를 제어하고, 충방전 회로(200)에 발전기 등의 충전 회로가 연결된 경우에는 충전이 가능하도록 충전 스위칭부(400)와 방전 스위칭부(300)를 제어한다. 이러한 제어부(500)는 배터리 셀(100)로부터 동작을 위한 구동전력을 공급받을 수도 있고, 이와 달리 별도로 구비된 전력공급장치로부터 구동전력을 공급받을 수도 있다.The
한편, 도면에 도시된 바와 같이, 배터리 팩의 충방전 경로에는 센스 저항(800)이 설치될 수 있다. 이 경우, 제어부(500)는 센스 저항 양단의 전압을 측정하여 배터리 팩의 충방전 전류를 모니터링할 수 있다. 만일, 과전류가 발생한 것으로 감지된 때에는, 제어부(500)는 충전 스위칭부(400) 또는 방전 스위칭부(300)를 오프 상태로 제어하여 충방전 전류를 차단할 수 있다. 또는, 과전류가 발생한 것으로 감지된 경우, 제어부(500)는 충방전 경로 상에 설치된 별도의 차단회로, 이를테면 도면에 도시된 퓨즈(900)를 제어하여 충방전 전류를 차단하는 것도 가능하다.Meanwhile, as shown in the figure, a
상기 인덕터(600)는, 배터리 팩의 충방전 경로 상에 설치된다. 그리고, 이러한 인덕터(600)는, 충전 전류의 급격한 변화나 방전 전류의 급격한 변화를 억제할 수 있다.The
여기서, 인덕터(600)는 권선형의 코일만을 의미하는 것이 아니라 인덕턴스를 갖고 하기 수학식 1을 만족하는 소자를 의미하는 것으로 다른 수동소자와 능동소자 등의 조합에 의해 구현될 수도 있다. 권선형의 코일로 구현된 인덕터는 가격이 비싸고 크기가 크므로, 대안으로 소형화에 유리한 시뮬레이티드 인덕터가 채용될 수 있으며 그 밖에도 인덕턴스를 사용자의 요구에 따라 변경할 수 있는 가변 인덕터가 채용될 수도 있다. 가변 인덕터가 채용된 경우 인덕턴스의 변화는 제어부(500)에 의해 제어될 수 있을 것이다.Here, the
한편, 예를 들어, 배터리 셀(100)이 방전 회로(200)에 전류를 공급하는 방전 상태에서 배터리 셀(100)이 충전 회로(200)로부터 전류를 공급받는 충전 상태로 전환되는 경우에 전류의 흐름에 급격한 변화가 발생할 우려가 있다. 그러나, 본 발명에 의하면, 충방전 경로 상에 인덕터(600)가 설치되어 있으므로 인덕터(600)가 전류의 급격한 변화를 억제하여 러시 전류(rush current)의 발생이 완화 또는 방지될 수 있다.On the other hand, for example, when the
배터리의 안전성과 관련하여 배터리 팩의 충방전 경로 상에 흐르는 러시 전류가 주로 문제가 되므로 전류를 중심으로 설명하였고 이하에서도 전류를 중심으로 설명할 것이다. 다만, 이와 같은 설명은 전압에도 그대로 적용될 수 있으므로 인덕터(600)가 배터리 팩의 충방전 경로상에 설치됨으로 인해 러시 전압도 예방될 수 있다.Since the rush current flowing on the charging / discharging path of the battery pack mainly relates to the safety of the battery, the current is mainly described and the current will be mainly described below. However, since the above description can be applied to the voltage as it is, the
이하에서는 다른 실시예를 통해 본 발명에 대해 보다 구체적으로 살펴본다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to other examples.
도 4는, 본 발명의 보다 구체적인 실시예에 따른 배터리 팩 관리 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 4를 참조하면, 충전 스위칭부(400)와 방전 스위칭부(300)는 FET, 특히 MOSFET으로 구현될 수 있다.4 is a diagram schematically showing a configuration of a battery pack managing apparatus according to a more specific embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, the
FET는 크게 JFET와 MOSFET의 2종류로 나뉘며, 전압에 의해 제어되어 채널 형성 여부가 결정될 수 있다. The FET is divided into two types, JFET and MOSFET, and it is controlled by the voltage to determine whether to form a channel.
FET는, FET 본체(301, 401)와 이에 병렬로 연결된 기생 다이오드(302, 402) 성분이 포함될 수 있다. 여기서, 기생 다이오드(302, 402)는 일반 다이오드와 유사한 특성을 가지므로 정류작용을 하는데, 높은 저항 특성을 가지고 있어 기생 다이오드(302, 402)로 과전류가 흐르게 되면 줄열(Joule's heat)에 의해 온도가 상승하게 되고 FET 본체(301, 401)뿐만 아니라 주변의 회로 소자들이 손상될 수 있다. The FET may include
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기의 실시예는 N형 MOSFET이 사용되어 충전 스위칭부(400)와 방전 스위칭부(300)가 구현되었으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 P형 MOSFET 등 기생 다이오드를 갖는 다양한 트랜지스터가 채용될 수 있다. MOSFET의 동작 원리는 통상의 기술자에게 자명한 사항이므로 MOSFET의 동작 원리에 대한 상세한 설명은 생략하고, FET 본체(301, 401)와 이에 병렬로 연결된 기생 다이오드(302, 402)를 통해 흐르는 충방전 전류의 흐름을 중심으로 살펴본다.4, the N-type MOSFET is used to implement the
먼저, 배터리 팩이 휴지 또는 방전 등의 상태에서 충전 상태로 전환되는 경우, 제어부(500)는 충전 스위칭부(400), 즉 충전 FET 본체(301)의 게이트(gate)에 전압을 인가하게 된다. 이처럼 충전 FET 본체(301)의 게이트에 전압이 인가되면 드레인(drain)과 소스(source)사이에 채널이 형성되고 충전 FET 본체(401)는 턴 온 되어 배터리 팩의 충방전 경로에는 충전 전류가 흐르게 된다. 이 때, 방전 FET 본체(301)가 턴 오프 되고 충전 FET 본체(401)가 턴 온 된 상태에서 충전 전류는, 도 4에서 1점 쇄선으로 도시된 C 경로를 따라 방전 FET의 기생 다이오드(302)를 통해 흐를 수 있다. First, when the battery pack is switched from a rest state or a discharge state to a charged state, the
따라서, 충전 전류로서 과전류가 흐른다면, 이러한 과전류는 방전 FET의 기생 다이오드(302)로 흐르게 되어 방전 FET는 손상될 수 있다. 특히, 충전 상태로의 전환 과정에서 통상적인 충전 전류보다 높은 전류값을 갖는 러시 전류가 흐를 수 있는데, 이러한 러시 전류로 인해 짧은 시간 내에 방전 FET의 기생 다이오드(302)에 과전류가 흐를 수 있다. 그리고, 이 경우 방전 FET에 포함된 기생 다이오드(302)의 높은 저항 특성에 의한 발열로 방전 FET 등이 손상될 수 있다. 그러나, 본 발명에 의하면, 배터리 팩의 충방전 경로 상에 설치된 인덕터(600)에 의해 충전 전류로서 과전류가 흐르는 것이 억제되므로 방전 FET의 기생 다이오드(302)로 큰 전류가 흐르지 않게 되어 방전 FET 등의 손상을 막을 수 있다.Therefore, if an overcurrent flows as a charging current, such an overcurrent flows to the
다음으로, 배터리 팩이 휴지 또는 충전 등의 상태에서 방전 상태로 전환되는 경우, 제어부(500)는 방전 스위칭부(300), 즉 방전 FET 본체(301)의 게이트에 전압을 인가하게 된다. 게이트에 전압이 인가되면 드레인과 소스 사이에 채널이 형성되고 방전 FET 본체(301)는 턴 온 되어, 배터리 팩의 충방전 경로에는 방전 전류가 흐르게 된다. 이 때, 충전 FET 본체(401)가 턴 오프 되고 방전 FET 본체(301)가 턴 온 된 상태에서 방전 전류는, 도 4에서 2점 쇄선으로 도시된 D 경로를 따라 충전 FET의 기생 다이오드(402)를 통해 흐를 수 있다. Next, when the battery pack is switched from the idle state or the charging state to the discharging state, the
따라서, 방전 전류로서 과전류가 흐르는 경우, 이러한 과전류는 충전 FET의 기생 다이오드(402)로 흐를 수 있게 된다. 특히, 방전 초기나 충전에서 방전으로의 전환과정 등에서 러시 전류가 흐를 수 있는데 이로 인해 짧은 시간 내에 충전 FET의 기생 다이오드(402)에 과전류가 흐를 수 있다. 이 경우 기생 다이오드(402)의 높은 저항 특성에 의한 발열로 충전 FET 등이 손상될 수 있다. 그러나, 본 발명에 의하면, 배터리 팩의 충방전 경로 상에 설치된 인덕터(600)에 의해 방전 전류로서 과전류가 흐르는 것이 억제되므로 충전 FET 등의 손상을 막을 수 있다. Therefore, when an overcurrent flows as a discharge current, such an overcurrent can flow to the
상기 인덕터(600)는, 예상되는 러시 전류의 크기나 배터리 팩의 사양 등 여러 조건을 고려하여 인덕턴스가 결정될 수 있다. 바람직하게는, 인덕터(600)로 가변 인덕터가 채용된 경우, 충방전 회로(200) 및 주변 환경의 변화에 쉽게 적응할 수 있는 장점이 있다.The inductance of the
바람직하게는, 본 발명에 따른 배터리 팩 관리 장치는, 우회 선로를 더 포함할 수 있다. 이에 대해서는, 도 5를 참조하여 보다 상세하게 설명하도록 한다.Preferably, the battery pack managing apparatus according to the present invention may further include a detour line. This will be described in more detail with reference to FIG.
도 5는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩 관리 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다. 5 is a view schematically showing a configuration of a battery pack managing apparatus according to another embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 도 4와 비교할 때, 인덕터(600)에 병렬로 연결된 우회 선로가 더 구비된 점에 차이가 있다. 따라서, 도 4에 도시된 실시예와 공통되는 구성요소에 대해서는 상세한 설명을 생략하고 새로운 구성요소인 우회 선로를 중심으로 살펴본다.Referring to FIG. 5, there is a difference in that a bypass line connected in parallel to the
상기 우회 선로(R)는 인덕터(600)와 병렬로 연결되어 전류가 인덕터(600)를 경유하지 않고 우회 선로(R)를 따라 흐를 수 있도록 한다.The bypass line (R) is connected in parallel with the inductor (600) so that current can flow along the bypass line (R) without passing through the inductor (600).
충방전 경로상에 구비된 인덕터(600)는 충방전의 전환과정에서 과전류의 발생을 억제하는 효과를 갖지만, 러시 전류가 제거된 이후에는 임피던스 성분으로서 오히려 전류의 원활한 흐름을 방해하게 된다. 특히, 충방전 경로에 일정한 크기의 전류가 흐르는 경우, 이상적으로는 코일과 같은 인덕터(600)의 임피던스 성분이 0이 되어야 할 것이나, 실제적으로는 임피던스 성분을 갖고 있기 마련이며, 충방전 전류의 크기 또한 완전하게 일정한 값을 갖기는 어렵다. 따라서, 러시 전류의 발생 조건이 제거된 이후에는 우회 선로(R)로 충방전 전류가 흐르도록 하는 것이 바람직하다. The
예를 들어, 충방전의 전환 상태를 지나 지속적인 충전 상태 또는 방전 상태가 유지되는 경우에는 충전 FET 본체(401) 및 방전 FET 본체(301)를 모두 턴 온 시켜 전류가 FET 본체(301, 401)를 통해 흐르게 할 수 있다. 이 경우에는 충전 또는 방전 전류가 기생 다이오드(302, 402)를 경유하지 않으므로 과열에 의한 충전 FET 또는 방전 FET의 손상이 발생할 우려가 적다. 오히려 이러한 상태에서는 원활한 전류의 흐름이 요구되므로 임피던스 성분을 줄이는 것이 전력의 효율 면에서 유리할 수 있다.For example, when the charging state or the discharging state is maintained after the charge / discharge switching state, both the charging FET
이처럼, 우회 선로(R)가 구비된 실시예에서, 상기 배터리 팩 관리 장치는, 도 5에 도시된 바와 같이, 우회 스위칭부(700)를 더 포함할 수 있다.As described above, in the embodiment where the bypass line R is provided, the battery pack managing apparatus may further include a
상기 우회 스위칭부(700)는, 배터리 팩에 흐르는 충방전 전류가 인덕터(600) 또는 우회 선로(R)로 선택적으로 흐르도록 스위칭한다. 그리고, 이러한 우회 스위칭부(700)의 스위칭 동작은 제어부(500)에 의해 제어될 수 있다. 즉, 제어부(500)는, 우회 스위칭부(700)를 통해, 충방전 전류가 병렬로 연결된 우회 선로(R)로 흐르도록 할 것인지 인덕터(600)를 거쳐 흐르도록 할 것인지 제어할 수 있다.The
예를 들어, 제어부(500)는, 휴지 상태나 방전 상태에서 충전 상태로 전환시에는, 충전 스위칭부(400)를 턴 온 시키기 이전에 또는 그와 동시에, 우회 스위칭부(700)를 제어하여 충전 전류가 흐르는 경로가 인덕터(600)를 경유하도록 할 수 있다. 이러한 실시예에 의하면, 충전 스위칭부(400)가 턴 온 되더라도 충전 전류가 인덕터(600)로 흐르게 되므로, 충전 개시에 따른 러시 전류가 발생하지 않게 된다. 따라서, 러시 전류로 인한 방전 스위칭부(300)의 손상이 방지될 수 있다.For example, when switching from the idle state or the discharging state to the charging state, the
마찬가지로, 제어부(500)는, 휴지 상태나 충전 상태에서 방전 상태로 전환시에는, 방전 스위칭부(300)를 턴 온 시키기 이전에 또는 적어도 동시에, 방전 전류가 인덕터(600)로 흐르도록 우회 스위칭부(700)를 제어하는 것이 좋다. 이러한 실시예에 의하면, 방전 상태로 전환시 전류가 인덕터(600)를 경유할 수 있도록 하여 러시 전류로 인한 과전류 발생이 억제될 수 있다.Similarly, when switching from the idle state or the charged state to the discharged state, the
또한 바람직하게는, 상기 제어부(500)는, 방전 또는 충전이 시작되고 기준시간이 흐른 뒤에 우회 선로(R)로 전류가 흐르도록 우회 스위칭부(700)를 제어할 수 있다. 여기서의 기준시간은 방전 또는 충전 개시시에 발생한 러시 전류가 제거 되기까지 소요되는 시간 등으로 설정될 수 있고, 이는 실험에 의해 결정될 수 있으며 배터리 팩의 환경 등 여러 조건에 따라 다르게 설정될 수도 있다. 기준시간에 도달한 이후에는 특별한 사정이 없는 한 러시 전류가 발생하지 않으므로, 이러한 실시예와 같이 우회 선로(R)를 통해 전류가 흐르도록 하는 것이 좋다.Also, the
대안으로, FET 본체(301, 401)가 모두 턴 온 되어 더 이상 기생 다이오드(302, 402)로 전류가 흐르지 않게 되면 우회 선로(R)를 통해 전류가 흐르도록 하는 것도 가능하다.Alternatively, it is also possible that current flows through the bypass line (R) when the FET bodies (301, 401) are all turned on and the current no longer flows through the parasitic diodes (302, 402).
더욱 바람직하게는 상기의 실시예들을 조합하는 것도 가능하다. 즉, 충전 상태나 방전 상태로 전환되는 경우에는 미리 또는 동시에 충방전 전류가 인덕터(600)로 흐르도록 우회 스위칭부(700)를 제어하고, 충전 또는 방전이 시작된 이후 기준시간이 흐르면 우회 선로(R)로 전류가 흐르도록 우회 스위칭부(700)를 제어하거나 FET 본체(301, 401)가 모두 턴 온 되면 우회 선로(R)로 전류가 흐르도록 우회 스위칭부(700)를 제어할 수도 있다.More preferably, the above embodiments can be combined. That is, when switching to the charging state or the discharging state, the
이 밖에도 상기 제어부(500)는, 다양한 방법에 의해 우회 스위칭부(700)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(500)는, 충방전 회로(200)의 상태가 불안정하여 전류의 변화가 큰 경우에는 우회 선로(R)를 이용하기 보다는 인덕터(600)로 전류가 흐르도록 할 수 있다. 즉, 제어부(500)는 외부 회로인 충방전 회로(200)의 상태 등을 고려하여 우회 선로(R)의 사용 여부 및 사용 방법 등을 적절하게 선택할 수 있다.In addition, the
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.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It will be understood that various modifications and changes may be made without departing from the scope of the appended claims.
한편, 본 명세서에서는 '제어부', '스위칭부' 등과 같이 '부'라는 용어를 사용하였으나, 이는 논리적인 구성 단위를 나타내는 것으로서, 반드시 물리적으로 분리될 수 있는 구성요소를 나타내는 것이 아니라는 점은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에게 자명하다.
In the present specification, the term " part " such as a " control part ", a " switching part ", or the like is used, but it is a logical constitutional unit and not necessarily an element that can be physically separated. Lt; RTI ID = 0.0 > art. ≪ / RTI >
100: 배터리 셀
200: 충방전 회로
300: 방전 스위칭부
400: 충전 스위칭부
301, 401: FET 본체
302, 402: 기생 다이오드
500: 제어부
600: 인덕터
700: 우회 스위칭부
800: 센스 저항
900: 퓨즈100: Battery cell
200: charge / discharge circuit
300: discharge switching unit
400: Charge switching section
301, 401: FET body
302, 402: parasitic diode
500:
600: Inductor
700: bypass switching part
800: Sense resistance
900: Fuse
Claims (9)
상기 배터리 팩의 상기 충방전 경로 상에 구비되고, 상기 배터리 셀로부터 공급되는 방전 전류를 스위칭하되, 상기 방전 전류의 진행 방향과 반대되는 역방향 전류를 도통시킬 수 있는 기생다이오드가 포함된 FET를 포함하는 방전 스위칭부;
상기 충전 스위칭부와 상기 방전 스위칭부의 스위칭 동작을 제어하는 제어부; 및
상기 배터리 팩의 충방전 경로 상에 설치된 인덕터
를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리 장치.The battery pack is provided with a charging and discharging path of a battery pack and switches a charging current supplied to the battery cell to charge the battery cell of the battery pack, A charge switching unit including an FET including a parasitic diode;
And a FET having a parasitic diode disposed on the charge / discharge path of the battery pack and capable of switching a discharge current supplied from the battery cell and conducting a reverse current opposite to the direction of the discharge current, A discharge switching unit;
A control unit for controlling switching operations of the charge switching unit and the discharge switching unit; And
An inductor provided on a charging / discharging path of the battery pack,
The battery pack management apparatus comprising:
상기 충전 스위칭부 및 상기 방전 스위칭부의 FET는, MOSFET인 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리 장치.The method according to claim 1,
Wherein the charge switching unit and the FET of the discharge switching unit are MOSFETs.
상기 인덕터와 병렬로 연결된 우회 선로; 및
상기 인덕터 및 상기 우회 선로 중 어느 하나의 경로로 전류가 흐르도록 스위칭하는 우회 스위칭부
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리 장치.The method according to claim 1,
A bypass line connected in parallel with the inductor; And
A bypass switching part for switching the current to flow through any one of the inductor and the bypass line,
The battery pack management device further comprising:
상기 제어부는, 상기 충전 스위칭부를 턴 온 시키기 이전에 또는 동시에 상기 충전 전류가 상기 인덕터로 흐르도록 상기 우회 스위칭부를 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리 장치.5. The method of claim 4,
Wherein the control unit controls the bypass switching unit so that the charge current flows to the inductor before or simultaneously with turning on the charge switching unit.
상기 제어부는, 상기 방전 스위칭부를 턴 온 시키기 이전에 또는 동시에 상기 방전 전류가 상기 인덕터로 흐르도록 상기 우회 스위칭부를 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리 장치.5. The method of claim 4,
Wherein the control unit controls the bypass switching unit so that the discharge current flows to the inductor before or simultaneously with turning on the discharge switching unit.
상기 제어부는 충전 또는 방전이 시작되고 기준시간이 흐른 뒤에 상기 우회 선로로 전류가 흐르도록 상기 우회 스위칭부를 제어하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리 장치.5. The method of claim 4,
Wherein the control unit controls the detour switching unit so that a current flows to the bypass line after a charging or discharging is started and a reference time has elapsed.
A notebook computer comprising the battery pack management device according to any one of claims 1 and 3 to 7.
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