KR101595935B1 - 자기장 세기를 측정하여 배터리 사용을 중단하는 배터리 관리 장치 및 배터리 관리 방법 - Google Patents

자기장 세기를 측정하여 배터리 사용을 중단하는 배터리 관리 장치 및 배터리 관리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배터리 시스템의 주변에 인가되는 자기장을 측정하여 위험 자기장이라 판단될 경우 배터리의 사용을 중단하여 배터리를 보호하는 배터리 관리 장치 및 배터리 관리 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르는 배터리 관리 장치는, 배터리 주변에 인가되는 위험 자기장을 측정하여 충/방전의 중단을 제어하는 배터리 관리 장치에 있어서, 배터리를 대상으로 충/방전을 제어하는 배터리 제어 모듈; 배터리 주변의 자기장 세기를 측정하는 자기장 센서 모듈; 상기 자기장 센서 모듈이 측정한 자기장의 세기와 자기장이 인가되는 시간에 기초하여 위험 자기장의 인가 여부를 판단하고, 판단 결과에 따라서 배터리 사용을 통제하기 위한 제어 신호를 상기 배터리 제어 모듈로 출력하는 중앙 제어 모듈; 및 상기 배터리 제어 모듈의 제어에 의하여 배터리의 배선을 전기적으로 연결 또는 단선시키는 스위치 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

자기장 세기를 측정하여 배터리 사용을 중단하는 배터리 관리 장치 및 배터리 관리 방법{Apparatus for interrupt battery use by measuring intensity of magnetic field and method thereof}
본 발명은 배터리 시스템에서 측정된 외부 자기장의 세기가 임계치 이상으로 판단될 경우, 배터리 사용을 중단하여 배터리의 스웰링 및 폭발로부터 안정성을 유지하는 배터리 관리 장치 및 배터리 관리 방법에 관한 것이다.
배터리 시스템은 회사, 발전소 등 고정 장소에서 전력 공급원으로 사용될 수 있고, 전원 공급 차량, 전기차 등과 같이 이동 환경에서 전력 공급원으로 사용될 수 있다.
전술한 배터리 시스템의 고정형 또는 이동형 이용 환경에 있어서, 외부 환경에 의한 자기장 변화는 배터리 시스템에 오동작을 일으킬 수 있다. 예를 들면, 태양의 흑점 크기나 수가 변화되면 큰 자기장이 지구 대기에 형성될 수 있다. 또한, 대 전류가 흐르는 송전 탑과 송전 케이블 근처나 발전소 주변에서도 큰 자기장이 형성될 수 있다. 이러한 큰 자기장이 형성되는 환경에 배터리 시스템이 노출되는 경우 배터리 시스템에서 오동작이 발생할 가능성이 있다. 특히, 전기차가 큰 자기장이 형성된 지역을 운행 중인 경우라면 배터리의 오동작으로 인해 자동차 사고가 발생할 수도 있다. 배터리 시스템이 외부 자기장에 노출되는 경우에 발생하는 오동작의 사례를 들면, 먼저, BMS(Battery Management System)의 중앙 제어 유닛(MCU : Micro Control Unit)이나 ASIC(Application Specific Integrated Circuit)으로 구현된 아날로그 전단 회로(analogue front end)에 포함된 릴레이(relay) 소자가 오동작을 일으킬 수 있다. 또한, BMS를 구성하는 회로 기판의 배선에 전류가 유기됨으로써 유기된 전류가 제어 신호로 잘못 해석되어 의도하지 않은 기능이 개시되거나 정상 기능이 갑작스럽게 종료될 수 있다.
또한, 배터리 셀을 구성하는 금속 집전체에 자기장에 의해 큰 와전류가 유도되어 금속 집전체 내에서 저항 발열이 이루어짐으로써 배터리 셀이 과열될 수 있다. 배터리 셀이 과열되면, 배터리 셀의 외장재가 스웰링(swelling)될 수 있고 스웰링 현상이 심해지면 배터리 셀이 폭발하는 사고로도 이어질 수 있다.
따라서, 배터리 시스템이 자기장이 형성되는 환경에 노출될 경우, 배터리 시스템의 안정성은 물론이며 당해 배터리의 전원으로 동작하는 각종 전자 기계 장치의 안정성을 보장하는 기술이 요구된다.
본 발명은 전술한 바와 같은 점에 착안하여 창출된 것으로서, 배터리 시스템의 외부에서 인가되는 자기장 세기를 측정하여 배터리의 사용 여부를 제어함으로써 배터리의 안정성을 보장하는 배터리 관리 장치 및 그 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 배터리 시스템의 오동작을 일으키는 자기장의 영향력을 고려할 때 자기장의 지속 시간 및 외부 온도 등의 환경 변수를 함께 고려하여 배터리 사용의 안정성을 더욱 향상시킬 수 있는 배터리 관리 장치 및 그 제어 방법을 제공하는데 있다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 관리 장치는, 배터리 주변에 인가되는 위험 자기장을 측정하여 충/방전의 중단을 제어하는 배터리 관리 장치로서, 배터리를 대상으로 충/방전을 제어하는 배터리 제어 모듈; 배터리 주변의 자기장 세기를 측정하는 자기장 센서 모듈; 상기 자기장 센서 모듈이 측정한 자기장의 세기와 자기장이 인가되는 시간에 기초하여 위험 자기장의 인가 여부를 판단하고, 판단 결과에 따라서 배터리 사용을 통제하기 위한 제어 신호를 상기 배터리 제어 모듈로 출력하는 중앙 제어 모듈; 및 상기 배터리 제어 모듈의 제어에 의하여 배터리의 배선을 전기적으로 연결 또는 단선시키는 스위치 모듈을 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 자기장 센서 모듈은, 배터리 팩의 외부에 설치된다.
바람직하게, 상기 자기장 센서 모듈은, 홀 효과(hall effect)에 의하여 발생하는 홀 전압을 이용하여 자기장을 측정한다.
선택적으로 본 발명에 따른 배터리 관리 장치는, 배터리 주변에 형성되는 온도를 측정하여 측정된 온도 값을 상기 중앙 제어 모듈로 출력하는 온도 센서 모듈을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 중앙 제어 모듈은, 측정된 자기장 세기가 임계 자기장 세기를 초과하고, 측정된 온도가 임계 온도를 초과하면 위험 자기장이 인가된 것으로 판단하여 상기 배터리 제어 모듈로 배터리 사용을 통제하기 위한 제어 신호를 출력한다.
선택적으로, 본 발명에 따른 배터리 관리 장치는, 임계 자기장 세기를 초과하는 자기장이 인가된 시간을 계수하는 타이머 모듈을 더 포함할 수 있다.
이러한 경우, 상기 중앙 제어 모듈은, 계수 시간이 임계 시간을 초과하면 상기 배터리 제어 모듈로 배터리 사용을 통제하기 위한 제어 신호를 출력하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 타이머 모듈은, 임계 자기장 세기를 초과하는 자기장이 연속적 또는 단속적으로 인가된 시간을 누산하여 시간을 계수할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 중앙 제어 모듈은, 측정된 자기장 세기가 임계 자기장 세기를 초과하고, 측정된 온도가 임계 온도 미만일 경우, 상기 타이머 모듈을 이용하여 위험 자기장이 인가된 지속 시간을 계수하고, 계수 시간이 임계 시간을 초과하면, 상기 배터리 제어 모듈로 배터리 사용을 통제하기 위한 제어 신호를 출력한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 관리 방법은, 배터리 주변에 인가되는 위험 자기장을 측정하여 충/방전의 중단을 제어하는 배터리 관리 장치가 하기의 단계들을 실행하는 배터리 관리 방법으로서, (a)상기 배터리 관리 장치가 배터리를 대상으로 충/방전을 제어하는 단계; (b)배터리 주변에 인가된 자기장 세기 값을 측정하는 단계; (c)상기 측정된 자기장의 세기와 자기장이 인가되는 시간에 기초하여 위험 자기장의 인가 여부를 판단하는 단계; 및 (d)위험 자기장의 인가로 판단되면, 배터리 사용을 중단시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 배터리의 주변에서 인가된 자기장에 의하여 배터리가 내부 발열되어 배터리의 스웰링 및 폭발의 위험성이 존재할 경우, 배터리의 충전 또는 방전을 중단함으로써 배터리 및 배터리의 이용 기기를 보호할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 배터리의 중단 여부를 제어하는데 있어서 위험 자기장이 인가되는 상태에서 자기장의 지속 시간을 고려하여 배터리의 사용을 중단함으로써 배터리의 안정적 이용을 보장한다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술한 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되지 않아야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 충/방전을 제어하는 배터리 관리 장치의 예시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기장을 측정하여 충/방전을 제어하는 배터리 관리 장치의 개략적 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩의 충/방전을 제어하는 배터리 관리 방법의 개략적 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기장과 자기장 지속 시간을 비교하여 배터리 사용 중단을 결정하는 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 자기장이 단속적으로 인가되는 경우, 누산된 자기장 지속 시간을 이용하여 배터리 사용 중단을 결정하는 개념도이다.
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.
<1. 장치 구성>
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(1)를 도시한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(1)는 배터리 팩(100)에 설치되어 배터리의 충전 및 방전 기능을 제어하는 것으로서, 모니터 장치와 연결되어 수신된 명령에 따라서 배터리의 충/방전 기능을 제어하고, 배터리 용량 및 현재 제어 상태를 송신한다.
본 발명에서 배터리 팩(100)은 충전 및 방전 기능에 의하여 전원 공급의 주체가 되는 복수의 배터리 셀의 집합체를 말한다. 배터리 팩(100)은 요구되는 전력량에 따라 개별 배터리 셀을 직렬 또는 병렬 연결하여 다양한 크기 및 용량의 전력 공급원으로 제작될 수 있다.
그리고 상기 배터리 관리 장치(1)(BMS : Battery Management System)는 주문형 반도체(ASIC), 메모리, 스위치 회로 등이 포함되는 PCB 기판 형태로 제작되어 배터리 팩(100)과 결합된다. 본 발명에서는, 배터리 관리 장치(1)가 배터리 팩(100) 주변에 설치된 자기장 감지 센서(2)를 이용하여 자기장의 세기를 측정한다. 그리고 측정된 자기장의 비정상적 인가로 배터리의 오동작 및 스웰링(swelling) 등의 위험 상황이 초래될 수 있다고 판단되면, 배터리 관리 장치(1)가 배터리 팩(100)의 충전 및 방전을 중단하도록 제어한다.
상기 자기장 감지 센서(2)는 배터리 팩(100)의 임의 위치의 외면에 설치될 수 있다. 도 1에서는 배터리 관리 장치(1)와 자기장 감지 센서(2)가 유선에 의하여 연결되어 있는 것으로 도시하였으나 반드시 이에 한정하는 것은 아니고, 무선 통신 인터페이스를 통하여 무선으로 연결되어도 무방하다. 나아가, 자기장 감지 센서(2)를 배터리 관리 장치(1)와 하나의 통합 회로로 구현하는 것도 얼마든지 가능하다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(1)의 개략적 구성을 도시한 장치 구성도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(1)는 당해 장치(1)의 전체 기능을 중앙 제어하며, 자기장 센서 모듈(12)로부터 측정된 자기장 세기를 수신하여 충/방전의 중단 여부를 결정한 후, 결정된 결과를 배터리 제어 모듈(13)로 전달하는 중앙 제어 모듈(11), 배터리 주변의 자기장 세기를 측정하는 자기장 센서 모듈(12), 배터리 팩(100)을 대상으로 충/방전을 제어하는 배터리 제어 모듈(13) 및 배터리 제어 모듈(13)로부터 제어 신호를 인가받아 배터리 팩(100)의 배선을 전기적으로 연결 또는 단선시키는 스위치 모듈(14)을 포함하여 구성된다.
상기 중앙 제어 모듈(11)은 배터리 제어 모듈(13)을 이용하여 배터리 팩(100)의 충전 또는 방전을 제어하는 과정에서, 자기장 센서 모듈(12)이 내보내는 아날로그 전압의 신호를 수신한 후 디지털 변환하여 배터리 팩(100)의 주변에 현재 인가되고 있는 자기장의 세기 값을 얻는다. 그리고 상기 중앙 제어 모듈(11)은 현재의 자기장 세기 값과 임계치의 자기장 세기 값을 비교하여 임계치를 초과하는 위험 자기장이 배터리 팩(100) 주변에 인가되고 있음을 판단하면, 당해 배터리 팩(100)의 사용을 중단하기 위한 제어 신호를 배터리 제어 모듈(13)로 출력한다.
상기 자기장 센서 모듈(12)은 제어 대상의 배터리 팩(100)의 외면 또는 주변에 설치되어 현재 배터리 팩(100)에 인가되는 자기장의 세기를 측정하고, 측정된 자기장 세기에 대응하는 값을 아날로그 전압 신호로 중앙 제어 모듈(11)로 출력한다.
바람직하게, 자기장 센서 모듈(12)은 홀 효과(hall effect)를 이용하여 자기장을 측정한다. 전류가 흐르는 곳에 자기장이 형성될 경우, 도선 내의 전하들을 한쪽 면으로 휘게 만든다. 여기서, 홀 효과는 자기장 인가에 의하여 도선의 한쪽면에 음전하가 쌓여 음전위로 대전되고 반대편에 양전하가 쌓여 양전위로 대전되는 현상을 말한다. 상기 자기장 센서 모듈(12)은 이러한 홀 효과에 의해 도선에 발생하는 전위차를 이용하여 자기장의 세기를 측정한다. 홀 효과에 의한 자기장 센서 모듈(12)은 널리 상용화되어 있는데, 본 발명의 목적 달성에 부합하는 것이라면 어떠한 제품이라도 사용이 가능하다.
상기 배터리 제어 모듈(13)은 중앙 제어 모듈(11)로부터 수신되는 제어 신호에 따라 배터리 팩(100)을 구성하는 내부 배터리 셀들을 대상으로 충전 및 방전을 제어한다.
상기 스위치 모듈(14)은 배터리 제어 모듈(13)로부터 스위치 온 또는 오프의 동작 제어 신호를 인가받아 충전 또는 방전 전류가 흐르는 메인 배선에 설치된 스위치 소자를 온 또는 오프시킨다. 이러한 스위치 소자의 온 또는 오프에 의해 배터리 팩(100)의 충전 또는 방전이 유지되거나 중단된다.
선택적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(1)는 온도 센서 모듈(15)을 더 포함할 수 있다. 온도 센서 모듈(15)은 주기적으로 배터리 팩(100)의 온도를 측정하여 측정된 값을 중앙 제어 모듈(11)로 출력한다. 그러면, 중앙 제어 모듈(11)은 배터리 팩(100)의 온도 값을 입력받아 저장한다.
배터리 팩(100) 주변에 인가되어 임계치를 초과하는 세기를 가진 위험 자기장은 배터리 팩(100)에 포함된 각종 금속 플레이트, 특히 활물질이 코팅되어 있는 얇은 금속 집전판에 와류를 발생시킨다. 와류가 생기면 저항 열이 발생되므로 이로 인해 배터리 팩(100)의 온도가 상승할 수 있다. 그리고 배터리 팩(100)에 인가되는 위험 자기장의 세기에 따라서 배터리 팩(100)의 온도가 규격 온도 이상으로 상승할 수 있다. 이런 경우, 배터리 팩(100)을 구성하는 단위 셀의 과도한 스웰링으로 인해 배터리 팩(100)의 폭발사고가 발생할 가능성도 있다.
위와 같은 점을 감안하여, 중앙 제어 모듈(11)은 임계치를 초과하는 세기를 가진 위험 자기장이 배터리 팩(100)에 인가된 상태가 되면, 온도 센서 모듈(15)이 출력한 온도 측정 값을 모니터하여 온도 측정 값이 임계치를 넘으면 배터리의 충전 또는 방전을 중단하기 위한 제어 신호를 배터리 제어 모듈(13)로 출력한다. 그러면, 배터리 제어 모듈(13)은 스위치 모듈(14)을 제어하여 충전 또는 방전 전류가 흐르는 메인 배선에 설치된 스위치 소자를 오프시켜 배터리 팩(100)의 충전 또는 방전을 중단시킨다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(1)는 타이머 모듈(16)을 더 포함할 수 있다. 상기 타이머 모듈(16)은 임계치를 넘는 세기의 위험 자기장이 배터리 팩(100)에 인가되면, 자기장의 인가가 지속되는 시간을 계수한다. 이를 위해, 중앙 제어 모듈(11)은 임계치를 넘는 세기의 자기장이 배터리 팩(100)에 인가되기 시작하면 계수 시작 신호를 타이머 모듈(16)로 출력한다. 그러면 타이머 모듈(16)은 일정한 간격으로 계수 시간을 중앙 제어 모듈(13)로 출력한다. 도면에는, 타이머 모듈(16)이 중앙 제어 모듈(11)과 분리된 것으로 도시되어 있으나, 타이머 모듈(16)의 기능이 중앙 제어 모듈(11) 내에 통합될 수도 있음은 자명하다.
임계치를 초과하는 세기의 자기장이 배터리 팩(100)에 인가되더라도 위험 자기장의 인가 유지 시간이 짧으면 배터리 팩(100)의 충전 또는 방전을 중단시키지 않아도 무방하다. 위험 자기장이 인가되는 시간이 짧으면 배터리 팩(100)에 포함된 금속 플레이트, 특히 활물질이 코팅된 금속 집전체에 유기된 와전류에 의한 저항 발열이 제한되고 배터리 관리 장치 내에 포함된 각종 금속 도선에 자기장으로 인해 생기는 유도 전류의 크기도 제한되기 때문이다. 따라서 임계치를 초과하는 세기의 위험 자기장이 배터리 팩(100)에 인가되더라도 그 유지 시간이 길 경우에만 배터리 팩(100)의 충전 또는 방전을 중단시키는 것이 보다 바람직하다.
따라서 중앙 제어 모듈(11)이 임계치를 넘는 세기의 위험 자기장이 배터리 팩(100)에 인가되기 시작한 것을 감지하면, 타이머 모듈(16)을 통해 자기장이 인가되는 시간을 계수하여 계수 시간이 일정 임계치를 초과하는 경우에 한해 배터리 팩(100)의 사용을 중단하기 위한 제어 신호를 배터리 제어 모듈(13)로 출력하는 것이 바람직하다. 이러한 경우, 임계치를 초과한 자기장이 배터리 팩(100)에 인가되는 상황이 발생되더라도 위험 상황이 초래될 수 있는 시점이 된 경우에만 배터리 팩(100)의 사용을 통제하는 것이 가능해진다.
상기 배터리 관리 장치(1)는 현재 배터리 팩(100)에 인가되는 자기장의 세기, 더 나아가서는 배터리 팩(100)의 온도 및/또는 자기장의 인가가 유지되는 시간을 종합적으로 고려하여 다양한 방식으로 배터리 팩(100)의 사용을 통제할 수 있다.
예를 들면, 임계치를 초과하는 자기장의 세기를 측정한 경우, 먼저 배터리 팩(100)의 온도가 위험 수준으로 정의된 임계치 온도를 초과하는지 여부에 따라서 배터리 팩(100)의 사용을 통제할 수 있다. 즉, 배터리 팩(100)의 온도가 임계치 온도를 초과하는 조건이 성립되면, 배터리 팩(100)의 사용을 즉시 중단하고, 반대의 조건이 성립되면 현재 배터리 팩(100)의 사용을 그대로 유지한다.
다음으로, 현재의 배터리 팩(100) 온도가 위험 수준으로 정의된 임계치 온도 이하일 경우에는 임계치를 초과하는 세기의 자기장 인가가 지속되는 시간을 계수하고, 계수 시간이 위험 수준으로 정의된 임계 지속 시간을 초과하는지 여부에 따라 배터리 팩(100)의 사용을 통제할 수 있다. 즉, 계수 시간이 임계 지속 시간을 초과하는 조건이 성립되면 배터리 팩(100)의 사용을 즉시 중단하고, 반대의 조건이 성립되면 배터리 팩(100)의 사용을 그대로 유지한다.
이상의 배터리 관리 장치(1)를 구성하는 개별 구성 요소들의 상세한 기능과 동작은 후술하는 방법 구성을 통하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
<2. 방법 구성>
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 방법은 전술한 배터리 관리 장치(1)에 의하여 바람직하게 실현될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 방법의 개략적 순서를 도시한 순서도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(1)의 중앙 제어 모듈(11)은 배터리 제어 모듈(13)을 이용하여 배터리 팩(100)의 충전 또는 방전을 제어한다(S11). 여기서, 충전은 외부 전원으로부터 전력을 공급받아 배터리 팩(100)을 충전하는 것을 의미하고, 반대로 방전은 배터리 팩(100)이 외부의 로드에 충전된 전력을 공급하는 것을 의미한다. 배터리 팩(100)이 하이브리드 자동차에 장착된 경우 전원은 엔진과 결합된 제너레이터가 될 수 있고 로드는 전동 모터일 수 있다. 하지만, 본 발명이 전원과 로드의 종류에 의해 한정되는 것은 아니다.
배터리 팩(100)의 충전 또는 방전이 진행되는 동안, 중앙 제어 모듈(11)은 자기장 센서 모듈(12)로부터 배터리 팩(100)에 인가되는 자기장 세기의 출력 값을 수신하여 배터리 주변의 자기장을 측정한다(S12). 이를 위해, 상기 자기장 센서 모듈(12)은 홀 효과(hall effect)를 이용하여 자기장의 세기를 측정하고 측정된 값을 중앙 제어 모듈(11)측으로 출력한다.
중앙 제어 모듈(11)은 자기장 세기의 검출 값을 수신하는 것과는 별도로, 온도 센서 모듈(15)로부터 배터리 팩(100)의 온도 측정 값을 수신하여 배터리 팩(100)의 온도를 측정한다(S121). 이를 위해, 상기 온도 센서 모듈(15)은 주기적으로 배터리 팩(100)의 온도를 측정하고 측정된 값을 중앙 제어 모듈(11)로 출력한다.
자기장의 세기 및 온도를 측정한 중앙 제어 모듈(11)은 자기장 세기의 측정 값이 위험 수준으로 정의한 임계 자기장 세기보다 큰 지 비교한다(S13).
비교 과정에서 배터리 팩(100)의 주변에서 측정된 현재 자기장의 세기가 임계 자기장의 세기보다 크다고 판단되면, 중앙 제어 모듈(11)은 배터리 팩(100)의 온도 측정값과 위험 수준으로 정의된 임계 온도의 비교를 수행한다(S131).
비교 결과 배터리 팩(100)의 측정 온도가 임계치 온도를 초과한 것으로 판단되면, 중앙 제어 모듈(11)은 배터리 사용을 중단하는 것으로 결정한다(S14). 이어서, 중앙 제어 모듈(11)은 배터리 제어 모듈(13)로 배터리 사용의 중단을 위한 제어 신호를 인가한다.
그러면, 배터리 제어 모듈(13)은 스위치 모듈(14)을 제어하여 충전 또는 방전 전류가 흐르는 선로 상에 설치된 스위치 소자를 오프시켜 배터리의 충전 또는 방전을 즉시 중단한다(S15).
한편, 상기 단계(S12)에서 측정된 자기장의 세기가 임계 자기장 세기를 초과한 상태이지만, 상기 단계(S131)에서 검출된 배터리 팩(100)의 온도가 임계 온도보다 높지 않다고 판단되면, 중앙 제어 모듈(11)은 타이머 모듈(16)을 이용하여 임계 자기장 세기를 초과하는 세기의 자기장 인가가 지속되는 시간을 계수하기 시작한다(S132).
그리고 중앙 제어 모듈(11)은 계수된 지속 시간이 위험 수준으로 정의된 임계 지속 시간보다 큰지 비교를 수행한다(S133).
비교 결과 계수된 지속 시간이 임계 지속 시간을 초과한 것으로 판단되면, 중앙 제어 모듈(11)은 전술한 단계(S14) 및 단계(S15)를 수행하여 배터리의 충전 또는 방전을 중단한다. 반면, 계수된 지속 시간이 임계 지속 시간을 초과하지 않으면 중앙 제어 모듈(11)은 임계 자기장 세기를 넘는 자기장이 배터리 팩(100)에 인가되었더라도 배터리 팩(100)의 오동작 등 문제 발생의 가능성이 낮은 것으로 판단하여 별다른 조치없이 배터리 팩(100)의 자기장 세기, 온도, 위험 자기장 지속 시간을 측정한다. 그리고 위험 자기장의 인가로 판단되어 배터리 사용을 중단하였다가 위험 자기장의 상황이 해제되면, 중앙 제어 모듈(11)은 중단 이전의 배터리 사용 상태로 모드를 전환할 수 있다.
한편, 상술한 실시예에서 단계(S131)의 생략이 고려될 수 있다. 즉 배터리 팩(100)의 온도를 임계 온도와 비교하여 모니터링하는 구성은 배터리 팩(100)에 인가되는 자기장의 세기를 임계 자기장의 세기와 모니터링하는 구성에 선택적으로 병합될 수 있다.
본 발명에서, 중앙 제어 모듈(11)이 임계 자기장 세기를 초과하는 위험 자기장이 인가되는 시간을 계수하는 방식은 여러 가지 변형이 가능하다.
도 4와 도 5는 위험 자기장의 지속 시간을 계수하는 방식들을 예시한 그래프이다.
도 4를 참조하면, 타이머 모듈(16)은 위험 자기장이 연속적으로 인가되는 시간(t2- t1)을 계수할 수 있다. 연속적인 자기장이 인가되는 경우, 측정된 자기장의 세기가 임계 자기장 세기를 초과하고, 초과되는 자기장의 세기가 임계 지속 시간을 초과하여 지속되면, 중앙 제어 모듈(11)이 위험 자기장이라 판단하여 배터리 사용을 중단하도록 제어한다.
도 5를 참조하면, 위험 자기장이 단속적으로 인가되는 경우에는 자기장이 인가되는 시간(t2-t1, t4-t3, t6-t5)을 선별적으로 판별하여 단속적으로 누산하는 것도 가능하다. 다만, 위험 자기장이 인가되지 않는 휴지 시간이 일정 시간 이내인 조건(t3-t2 < 임계 휴지 시간)을 만족하는 시간 구간에서만 위험 자기장의 인가 시간을 누산((t2-t1) + (t4-t3))하는 것이 바람직하다. 나아가, 시간 t4 이후에 정상 자기장이 형성되었다가 다시 시간 t5에서 위험 자기장이 인가되어 상기 휴지 시간의 조건(t5-t4 < 임계 휴지 시간)을 만족할 경우, 기존의 누산 시간((t2-t1) + (t4-t3))에 자기장의 인가 시간((t6-t5)을 누산하는 것이다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 장치(1) 및 배터리 관리 방법은 다양한 배터리 사용 환경에 적용될 수 있으며 특정 사용 환경으로 제한되지 않음은 물론이다.
배터리 사용 환경의 적용 예시로써, 각종 장치나 기계 부품으로 배터리 전원을 공급하는 도중에 위험 자기장의 발생을 원인으로 배터리 사용을 중단할 필요가 있는 경우에는 위험 자기장 발생을 원인으로 잠시 배터리 사용을 중단한다는 경보를 출력하는 것이 바람직하다.
예를 들면, 공장에서 일시적으로 필요한 전력을 공급하고자 이동형 배터리 차량을 통해 전원을 공급할 때, 위험 자기장 발생을 원인으로 전력 공급의 일시적 중단이 요구되면, 위험 자기장 발생으로 배터리 사용을 강제적으로 중단시킨다는 메시지를 본 발명에 따른 배터리 관리 장치(1)와 연결된 그래픽 표시 장치나 오디오 장치를 통하여 작업자에게 알리는 것이 바람직하다. 다른 예로서, 전기 자동차의 배터리와 같이 차량 운행의 대체 에너지원으로 사용되는 경우를 가정하면, 차량이 위험 자기장 발생 지역을 운행 중일 때, 위험 자기장 인가로 배터리 사용의 중단이 필요하다고 판단되면, 배터리 사용을 중단 상태로 제어하기 전에 미리 차량에 구비된 표시 장치를 통하여 위험 자기장 인가로 배터리 사용의 중단이 이루어질 것임을 운전자에게 경보하여 운전자가 적절한 조치, 예컨대 안전한 곳으로의 차량 정차나 엔진 구동 모드로의 전환 조치를 사전에 취할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 위와 같은 경보 기능을 구현하기 위해, 본 발명에 따른 중앙 제어 모듈(11)은 경보 메시지의 출력을 위해 그래픽 표시 장치나 오디오 출력 장치와 그래픽 또는 오디오 신호의 출력을 위해 적절하게 결합될 수 있음은 본 발명이 속한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.
상술한 실시예에서, "모듈"이라는 용어는 배터리 관리 장치의 하드웨어적 구분을 의미하는 용어로 사용된 것이 아니다. 따라서 복수의 모듈이 하나의 모듈로 통합될 수도 있고, 하나의 모듈이 복수의 모듈로 분할될 수도 있다. 또한, 모듈은 하드웨어 모듈을 의미할 수도 있지만, 소프트웨어의 모듈을 의미할 수도 있다. 따라서 본 발명은 모듈이라는 용어에 의해 특별히 한정되지 않음을 이해하여야 할 것이다.
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.

Claims (16)

  1. 배터리 주변에 인가되는 위험 자기장을 측정하여 충/방전의 중단을 제어하는 배터리 관리 장치로서,
    배터리를 대상으로 충/방전을 제어하는 배터리 제어 모듈;
    배터리 주변의 자기장 세기를 측정하는 자기장 센서 모듈;
    상기 자기장 센서 모듈이 측정한 자기장의 세기와 자기장이 인가되는 시간에 기초하여 위험 자기장의 인가 여부를 판단하고, 판단 결과에 따라서 배터리 사용을 통제하기 위한 제어 신호를 상기 배터리 제어 모듈로 출력하는 중앙 제어 모듈; 및
    상기 배터리 제어 모듈의 제어에 의하여 배터리의 배선을 전기적으로 연결 또는 단선시키는 스위치 모듈
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 자기장 센서 모듈은,
    배터리 팩의 외부에 설치되는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 자기장 센서 모듈은,
    홀 효과(hall effect)에 의하여 발생하는 홀 전압을 이용하여 자기장을 측정하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    배터리 주변에 형성되는 온도를 측정하여 측정된 온도 값을 상기 중앙 제어 모듈로 출력하는 온도 센서 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 중앙 제어 모듈은,
    측정된 자기장 세기가 임계 자기장 세기를 초과하고, 측정된 온도가 임계 온도를 초과하면 위험 자기장이 인가된 것으로 판단하여 상기 배터리 제어 모듈로 배터리 사용을 통제하기 위한 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  6. 제 1항 또는 제 5항에 있어서,
    임계 자기장 세기를 초과하는 자기장이 인가된 시간을 계수하는 타이머 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    중앙 제어 모듈은,
    계수 시간이 임계 시간을 초과하면 상기 배터리 제어 모듈로 배터리 사용을 통제하기 위한 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 타이머 모듈은,
    임계 자기장 세기를 초과하는 자기장이 연속적 또는 단속적으로 인가된 시간을 누산하여 시간 계수하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 중앙 제어 모듈은,
    측정된 자기장 세기가 임계 자기장 세기를 초과하고, 배터리 주변에 형성되는 온도를 측정하는 온도 센서 모듈에 의해 측정된 온도가 임계 온도 미만일 경우, 상기 타이머 모듈을 이용하여 위험 자기장이 인가된 지속 시간을 계수하고, 계수 시간이 임계 시간을 초과하면, 상기 배터리 제어 모듈로 배터리 사용을 통제하기 위한 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 장치.
  10. 배터리 주변에 인가되는 위험 자기장을 측정하여 충/방전의 중단을 제어하는 배터리 관리 장치의 배터리 관리 방법으로서,
    (a)상기 배터리 관리 장치가 배터리를 대상으로 충/방전을 제어하는 단계;
    (b)배터리 주변에 인가된 자기장 세기 값을 측정하는 단계;
    (c)상기 측정된 자기장의 세기와 자기장이 인가되는 시간에 기초하여 위험 자기장의 인가 여부를 판단하는 단계; 및
    (d)위험 자기장의 인가로 판단되면, 배터리 사용을 중단시키는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    (b) 단계는,
    배터리의 온도를 측정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    (c) 단계는,
    배터리 주변의 자기장 세기가 임계 자기장 세기를 초과하고, 측정된 온도가 임계 온도를 초과하면 위험 자기장이 인가된 것으로 판단하는 단계임을 특징으로 하는 배터리 관리 방법.
  13. 제 11항에 있어서,
    (b) 단계는,
    임계 자기장 세기를 초과하는 자기장이 인가된 시간을 계수하는 시계 계수 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    (c) 단계는,
    계수 시간이 임계 시간을 초과하는지 여부를 더 고려하여 위함 자기장 인가 여부를 판단하는 단계임을 특징으로 하는 배터리 관리 방법.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 시간 계수 단계는, 임계 자기장 세기를 초과하는 자기장이 연속적 또는 단속적으로 인가된 시간을 누산하여 시간을 계수하는 단계임을 특징으로 하는 배터리 관리 방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    (c) 단계는,
    측정된 자기장 세기가 임계 자기장 세기를 초과하고, 측정된 온도가 임계 온도 미만일 경우, 계수된 시간이 임계 시간을 초과하면, 위험 자기장이 인가된 것으로 판단하는 단계임을 특징으로 하는 배터리 관리 방법.
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