KR101671906B1

KR101671906B1 - 배터리를 제어하기 위한 장치 및 이를 위한 방법

Info

Publication number: KR101671906B1
Application number: KR1020150020344A
Authority: KR
Inventors: 이한상; 서관수
Original assignee: 경일대학교산학협력단; ㈜ 에이치엠지
Priority date: 2015-02-10
Filing date: 2015-02-10
Publication date: 2016-11-04
Also published as: KR20160098666A

Abstract

본 발명은 배터리를 제어하기 위한 장치 및 이를 위한 방법에 관한 것으로, 이러한 본 발명은, 배터리가 부하에 제공하는 전원 전류의 공급을 스위칭하는 전원스위치와, 부하의 전원 입력단에 진단 전압이 인가되도록 하는 진단 전류의 공급을 스위칭하는 진단스위치와, 상기 진단스위치가 온 될 때, 상기 부하의 전원 입력 단의 전압을 측정하는 전원진단모듈과, 상기 전원 전류가 기 설정된 임계치 이상이면, 상기 전원스위치를 오프 하여 부하에 공급하는 전원을 차단하고, 기 설정된 대기 시간 동안 대기한 후, 상기 진단스위치를 온 시켜 부하의 전원 입력단에 진단 전압을 인가하며, 상기 전원진단모듈이 측정한 상기 부하의 전원 입력 단의 전압이 상기 진단 전압과 동일하면, 상기 전원스위치를 온 시켜 상기 부하에 전원을 재공급하는 전원제어모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 제어 장치와 이에 따른 방법을 제공한다.

Description

배터리를 제어하기 위한 장치 및 이를 위한 방법{apparatus for controlling battery and method thereof}

본 발명은 배터리 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 배터리 과전류 발생 시 부하를 차단하고, 회복 절차로 다시 부하를 연결하는 등의 배터리를 제어하기 위한 장치 및 이를 위한 방법에 관한 것이다.

최근, 각종 구동 장치용 동력, 상시 전원 공급 장치, 독립 운영 장치, 스마트폰과 같은 기기 등과 같은 다양한 장치에서 배터리의 이용이 급격히 증가하고 있다. 이러한 장치들에 이용되는 배터리들은 납축전지(또는 연축전지), 니켈카드뮴(Ni_Cd) 전지, 니켈수소 전지(NiMH), 리튬 이온 전지(Li-Ion), 리튬 이온 폴리머 전지와 같은 다양한 종류의 전지들이 상용화되어 이용되고 있다. 또한, 이러한 전지들 외에도 연료전지와 같은 기존의 전지와 다른 종류의 전지들이 개발되어 이용되거나, 상용화에 근접하고 있다. 이와 같은 전지들은 충방전, 연료의 재투입과 같은 방법에 의해 반복적으로 사용 가능한 이차전지 또는 이차전지에 준하는 전지들이다.

이러한 배터리들은 다양한 배터리의 종류와 각 장치의 사용 목적에 따라 다른 사용 환경, 사용특성을 가진다. 예를 들면, 배터리들은 지속적인 충전이 이루어지고, 일시적으로 전력을 출력하도록 하는가 하면, 반복적으로 충전 및 방전을 수행하도록 하는 경우도 있을 수 있다. 또한, 배터리들은 사용 환경에 따라 저온환경, 고온 환경, 물리적인 충격이 빈번한 환경과 같이 다양한 환경에서 사용되고 있다.

한국등록특허 제10-0863956호 2008년 10월 10일 등록 (명칭: 배터리 관리 시스템 및 그 구동방법)

본 발명의 목적은 부하의 연결에 따라 과방전이 발생할 경우, 부하로의 연결을 해제하고, 과방전이 해소된 후 자동으로 부하와의 재연결을 자동으로 수행할 수 있는 배터리를 제어하기 위한 장치 및 이를 위한 방법을 제공함에 있다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 제어 장치는 배터리가 부하에 제공하는 전원 전류의 공급을 스위칭하는 전원스위치와, 부하의 전원 입력단에 진단 전압이 인가되도록 하는 진단 전류의 공급을 스위칭하는 진단스위치와, 상기 진단스위치가 온 될 때, 상기 부하의 전원 입력 단의 전압을 측정하는 전원진단모듈과, 상기 전원 전류가 기 설정된 임계치 이상이면, 상기 전원스위치를 오프 하여 부하에 공급하는 전원을 차단하고, 기 설정된 대기 시간 동안 대기한 후, 상기 진단스위치를 온 시켜 부하의 전원 입력단에 진단 전압을 인가하며, 상기 전원진단모듈이 측정한 상기 부하의 전원 입력 단의 전압이 상기 진단 전압과 동일하면, 상기 전원스위치를 온 시켜 상기 부하에 전원을 재공급하는 전원제어모듈을 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 배터리 제어장치는 상기 배터리의 버스바 및 셀 표면의 온도를 측정하는 온도측정모듈을 더 포함한다. 이에 따라, 상기 전원제어모듈은 상기 온도측정모듈이 측정한 상기 버스바 및 셀 표면의 온도에 따라 상기 대기 시간을 설정하는 것을 특징으로 한다.

상기 전원제어모듈은 상기 전원스위치가 오프 되어 부하에 공급되는 전원이 차단된 시점에 상기 버스바 온도 및 상기 셀 표면 온도의 차이가 클수록 상기 대기 시간을 짧게 설정하는 것을 특징으로 한다.

더욱이, 상기 전원제어모듈은 상기 전원스위치가 오프 되어 부하에 공급되는 전원이 차단된 시점에 상기 버스바 온도 및 상기 셀 표면 온도의 차이가 기 설정된 임계치 미만이면, 상기 전원스위치가 오프 되어 부하에 공급되는 전원이 차단된 시점으로부터 기 설정된 시간 동안 셀 표면의 온도와 버스바의 온도의 변화의 기울기의 값이 클수록 대기 시간을 길게 설정하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 배터리 제어 방법은 배터리가 부하에 제공하는 전원 전류가 기 설정된 임계치 이상이면, 부하에 공급하는 전원을 차단하는 단계와, 상기 차단 후 기 설정된 대기 시간이 도과되면, 부하의 전원 입력단에 진단 전압을 인가하는 단계와, 상기 인가에 따라 상기 부하의 전원 입력 단의 전압을 측정하는 단계와, 상기 측정된 상기 부하의 전원 입력 단의 전압이 상기 진단 전압과 동일하면, 상기 부하에 전원을 재공급하는 단계를 포함한다.

상기 대기 시간은 상기 부하에 공급되는 전원이 차단된 시점에 상기 배터리의 버스바 및 셀 표면의 온도에 따라 설정하는 것을 특징으로 한다.

상기 부하에 공급되는 전원이 차단된 시점에 상기 버스바 온도 및 상기 셀 표면 온도의 차이가 클수록 상기 대기 시간을 짧게 설정하는 것을 특징으로 한다.

상기 부하에 공급되는 전원이 차단된 시점에 상기 버스바 온도 및 상기 셀 표면 온도의 차이가 기 설정된 임계치 미만이면, 상기 부하에 공급되는 전원이 차단된 시점으로부터 기 설정된 시간 동안 셀 표면의 온도와 버스바의 온도의 변화의 기울기의 값이 클수록 대기 시간을 길게 설정하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 과방전이 발생하면 부하를 차단한 후, 과방전의 원인이 해소되면 자동으로 회복하는 프로세스를 제공한다. 이에 따라, 과방전의 원인이 해소되면 수동으로 부하와의 연결을 다시 해야 하는 번거로움을 해소할 수 있다.

더욱이, 배터리의 버스바 및 셀 표면의 온도에 따라 배터리의 과전류가 회복될 수 있는 예상 시간을 추정하여, 대기 시간 동안 대기한 후, 회복 프로세스를 시작함으로써, 효율적인 회복 프로세스를 수행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 제어 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 온도측정모듈의 배터리의 온도를 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 제어 방법 중 대기 시간을 결정하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 제어 방법 중 대기 시간을 결정하는 방법을 설명하기 위한 그래프이다.

본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 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 실시예에 불과할 뿐, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음을 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.

먼저, 본 발명의 실시예에 따른 배터리를 제어하기 위한 장치의 구성을 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 제어 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 제어 장치는 부하(400)에 전원을 공급하는 배터리(100)를 제어하기 위한 것이다. 이러한 배터리 제어 장치는 제어부(200) 및 스위치부(300)를 포함한다. 또한, 제어부(200)는 전원진단모듈(210), 온도측정모듈(220) 및 전원제어모듈(230)을 포함한다. 그리고 스위치부(300)는 전원스위치(310) 및 진단스위치(320)를 포함한다.

배터리(100)는 복수의 배터리 셀을 포함한다. 복수의 배터리 셀은 버스바(busbar)를 통해 연결될 수 있다. 본 발명의 실시예에서 배터리(100)는 다양한 부하(400)에 전원을 제공한다. 여기서, 부하(400)는 스마트폰, 디지털카메라, 태블릿, 패블릿, 노트북 등의 휴대용 기기가 될 수 있다. 또한, 부하(400)는 차량용 블랙박스, 전등, 기타 다양한 전자기기가 될 수 있다.

스위치부(300)는 전원스위치(310) 및 진단스위치(320)를 포함한다. 전원스위치(310)는 배터리(100)에서 제공하는 전원의 공급을 스위칭을 통해 조절한다. 즉, 전원스위치(310)가 온(ON, closed)된 경우, 배터리(100)로부터 전원 전류가 부하(400)에 공급된다. 반면, 전원스위치(310)가 오프(OFF, opened)된 경우, 배터리(100)로부터 부하(600)에 공급되는 전원 전류가 차단된다. 전원스위치(310)는 제어부(200)의 제어에 따라 온 되거나, 오프 될 수 있다. 진단스위치(320)는 과전류로 인해 전원스위치(310)가 오프 된 경우, 전원을 다시 공급할지 여부, 즉, 전원스위치(310)를 다시 온 시켜 배터리(100)의 전원을 다시 부하(400)에 공급할지 여부를 판단하기 위한 진단을 위해 사용된다. 진단스위치(320)가 온 되면, 부하(400)의 전원 입력단에 진단 전압이 인가된다. 이러한 진단 전압은 uA 단위의 진단 전류를 이용하여 공급된다. 전원스위치(310) 및 진단스위치(320)는 트랜지스터 등을 이용하여 형성될 수 있다.

제어부(200)는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 제어 장치의 전반적인 동작을 제어하고, 내부 블록들 간의 신호 흐름을 제어한다. 이러한 제어부(200)는 마이크로제어유닛(MCU: Micro Controller Unit), 중앙처리장치(CPU: Central Processing Unit), 디지털신호처리장치(DSP: Digital Signal Processor) 등으로 구현될 수 있다. 이러한 제어부(200)는 기능적으로, 전원진단모듈(210), 온도측정모듈(220) 및 전원제어모듈(230)을 포함한다.

전원진단모듈(210)은 배터리(100)로부터 부하(400)로 공급되는 전원 전류를 측정할 수 있다. 전원진단모듈(210)은 전원 전류를 측정하면, 측정된 전원 전류의 측정치를 전원제어모듈(230)에 제공한다. 기본적으로, 전원제어모듈(230)은 전원 전류의 측정치가 기 설정된 임계치 이상이면, 전원스위치(310)를 오프 시켜 부하(400)에 공급되는 전원을 차단하도록 제어한다. 부하(400)에 공급되는 전원이 차단되면, 전원제어모듈(230)은 기 설정된 대기 시간 동안 대기한 후, 회복 프로세스를 수행한다. 회복 프로세스가 시작되면, 전원제어모듈(230)은 진단스위치(320)를 온 시켜 부하(400)의 전원 입력 단, 즉, 배터리(100)의 전원 전류가 제공되는 전원 입력단에 진단 전압을 인가한다. 이때, 전원진단모듈(210)은 부하(400)의 전원 입력 단의 전압을 측정한다. 과전류를 발생시키는 부하(400)의 문제가 해결되지 않은 경우, 내부 저항으로 인해 부하(400)의 전원 입력단에 측정되는 전압(전압 측정치)은 진단 전압으로부터 전압 강하가 발생한 상태로 측정될 것이다. 이러한 경우, 전원제어모듈(230)은 전원스위치(310)의 오프 상태를 유지한다. 즉, 부하(400)에 전원 공급을 차단한 상태를 유지한다. 반면, 부하(400)의 문제가 해결된 경우, 진단 전압과 동일한 전압이 측정될 것이다. 이러한 경우, 전원제어모듈(230)은 전원스위치(310)를 온 시켜, 부하(400)에 전원 공급을 재개한다.

온도측정모듈(220)은 배터리(100)의 온도를 측정하기 위한 것이다. 온도측정모듈(220)은 배터리(100)의 온도를 지속적으로 측정하여, 측정되는 온도를 전원제어모듈(230)에 제공한다. 이러한 온도측정모듈(220)은 온도 센서로 구현될 수 있다. 배터리(100)는 복수의 셀(셀 1, 셀 2, 셀 3, ..., 셀 n)과 복수의 셀을 연결하는 버스바를 포함한다. 온도측정모듈(220)은 버스바의 온도 및 복수의 셀의 셀 표면 온도를 따로 측정한다. 앞서 설명된 바와 같이, 부하(400)에 공급되는 전원이 차단되면, 기 설정된 대기 시간 동안 대기한 후, 회복 프로세스가 시작된다. 본 발명의 실시예에 따르면, 부하(400)에 발생된 문제가 해결될 수 있는 시간을 예측하여 예측된 시간을 대기 시간으로 설정한 후, 대기 시간이 도과되면 회복 프로세스를 수행한다. 이러한 대기 시간을 결정하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따르면, 전원제어모듈(230)은 온도측정모듈(220)이 측정한 버스바 및 셀 표면의 온도에 따라 대기 시간을 설정한다. 대기 시간을 설정하는 방법에 대해서는 아래에서 보다 상세하게 설명될 것이다.

다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 제어 장치의 배터리 제어 방법을 설명하기로 한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 제어 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 2를 참조하면, S110 단계에서 전원스위치(310)는 온 상태이며 진단스위치(320)는 오프 상태이다. 이러한 상태를 도 3에 도시하였다. 도시된 바와 같이, 최초 부하(400)가 연결되면, 제어부(200)의 전원제어모듈(230)은 S110 단계에서 전원스위치(310)를 온 시키고, 진단스위치(320)를 오프 시킨다. 이에 따라, S110 단계에서 배터리(100)로부터 부하(400)에 전원이 공급된다. 즉, 배터리(100)는 부하(400)로 전원 전류를 제공한다.

부하(400)에 전원 전류가 공급되면, 제어부(200)의 전원진단모듈(210)은 S120 단계에서 배터리(100)로부터 출력되는 전류, 즉, 전원 전류를 지속적으로 측정한다. 즉, 전원스위치(310)가 온 상태이기 때문에 배터리(100)는 부하(400)로 전원 전류를 공급할 것이며, 전원진단모듈(210)은 부하(400)에 제공되는 전원 전류를 측정할 수 있다. 전원진단모듈(210)은 전원 전류의 측정치를 전원제어모듈(230)에 제공한다.

이어서, 제어부(200)의 전원제어모듈(230)은 S130 단계에서 전원 전류의 측정치가 기 설정된 임계치 이상인지 여부를 판단한다. S130 단계의 판단 결과, 전원 전류의 측정치가 기 설정된 임계치 이상이면, 과전류가 발생된 것으로 판단하여 S140 단계로 진행한다. 반면, 전원 전류의 측정치가 기 설정된 임계치 미만이면, 과전류가 아닌 통상의 전원 전류가 흐르는 상태이기 때문에 S120 단계로 진행하여, S120 및 S130 단계를 반복한다.

반면, 전원 전류의 측정치가 기 설정된 임계치 이상이면, 제어부(200)의 전원제어모듈(230)은 과전류가 발생된 것으로 판단하여 S140 단계에서 전원스위치(310)를 오프 시킨다. S140 단계에서 진단스위치(320) 또한 오프 상태임을 유의하여야 한다. 이러한 상태를 도 4에 도시하였다. 도시된 바와 같이, 전원스위치(310)가 오프 되었기 때문에 배터리(100)에서 부하(400)로 제공되는 전원 전류가 차단된다. 이로써, 과전류로부터 부하(100), 기타 주변 회로 등을 보호할 수 있다.

이와 같이, 과전류로 인해 부하(400)에 공급되는 전원 전류가 차단된 후, 자동으로 회복 프로세스가 진행된다. 회복 프로세스에 따라 과전류 상태가 해소 여부를 파악하고, 과전류 상태가 해소되면 자동으로 다시 부하(400)에 전원을 공급한다. 구체적으로 다음과 같다.

전원스위치(310)를 오프 시킨 후, 회복 프로세스를 시작하기 전, 제어부(200)는 S150 단계에서 대기 시간 동안 대기한다. 여기서, 대기 시간에 대해서는 아래에서 보다 상세하게 설명될 것이다.

대기 시간이 경과하면, 회복 프로세스가 시작된다. 제어부(200)의 전원제어모듈(230)은 S160 단계에서 진단스위치(320)를 온 시켜 진단 전압을 부하(400)의 전원 입력단에 인가한다. 이러한 상태를 도 5에 도시하였다. 도시된 바와 같이, 진단스위치(320)가 온 되면, 기 설정된 크기의 진단 전압이 uA 단위의 진단 전류로 공급된다. 여기서, 기 설정된 크기의 진단 전압은 배터리(100)의 용량 보다 수십배 혹은 수백배 작은 크기를 가지는 것이 바람직하다.

제어부(200)의 전원진단모듈(210)은 S170 단계에서 부하(400)의 전원 입력 단의 전압을 측정한다. 이에 따라, 전원진단모듈(210)은 부하(400)의 전원 입력 단의 전압의 측정치를 전원제어모듈(230)에 제공한다.

그러면, 제어부(200)의 전원제어모듈(230)은 S180 단계에서 전압의 측정치가 진단 전압과 같은지 여부를 판단한다. 만약, S180 단계의 판단 결과, 전압의 측정치가 진단 전압과 동일하지 않으면, S140 단계로 진행하여 S140 단계 내지 S180 단계를 반복한다. 좀 더 상세하게 설명하면 다음과 같다. 진단스위치(320)가 온 되어 기 설정된 크기의 진단 전압이 uA 단위의 전류로 부하(400)의 전원 입력단에 공급될 때, 과전류를 발생시키는 부하(400)의 문제가 해결되지 않은 경우, 내부 저항으로 인해 측정되는 전압(전압 측정치)은 진단 전압으로부터 전압 강하가 발생한 상태로 측정된다. 이러한 경우, 전원제어모듈(230)은 S140 단계 내지 S180 단계를 반복한다. 이때, 전원제어모듈(230)은 도 4에 도시된 바와 같이, S140 단계에서 전원스위치(310)의 오프 상태를 유지하고, 동시에, 진단스위치(320)를 다시 오프 시킬 것이다.

반면, S180 단계의 판단 결과, 전압의 측정치가 진단 전압과 동일하면, S190 단계로 진행한다. 좀 더 상세하게 설명되면, 과전류를 발생시키는 부하(400)의 문제가 해결된 경우, 전압 강하가 발생하지 않으며, 전원진단모듈(210)은 부하(400)의 전원 입력단에서 진단 전압을 그대로 측정할 수 있다. 따라서 제어부(200)의 전원제어모듈(230)은 S190 단계에서 전원스위치(310)를 온 시키고, 진단스위치(320)를 오프 시켜 배터리(100)의 출력을 재개한다.

이와 같이, 본 발명에 따르면, 과전류가 발생하면, 일정 대기시간 동안 대기하고, 다시 배터리 전원 공급을 재개해도 될지 여부를 지속적으로 판단하여, 자동으로 배터리 전원을 공급하는 회복 프로세스를 제공한다. 이에 따라, 사용자의 조작에 의해 수동으로 이루어지던 번거로움을 해소할 수 있다.

한편, 앞서 설명된 바와 같이, 과전류가 발생하면 일정 시간 동안 배터리 전원의 공급하지 않는 대기 시간 동안 대기한 후, 회복 프로세스를 진행한다. 그러면, 이러한 대기 시간을 결정하는 방법에 대해서 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 온도측정모듈의 배터리의 온도를 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 제어 방법 중 대기 시간을 결정하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. 도 8 내지 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 제어 방법 중 대기 시간을 결정하는 방법을 설명하기 위한 그래프이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 배터리(100)는 복수의 셀(셀 1, 셀 2, 셀 3, ..., 셀 n)과 복수의 셀을 연결하는 버스바를 포함한다. 온도측정모듈(220)은 버스바의 온도 및 복수의 셀의 셀 표면 온도를 따로 측정한다. 그리고 제어부(200)의 전원제어모듈(230)은 앞서 S150 단계의 대기 시간을 셀 표면 온도 및 버스바의 온도에 따라 결정한다. 이러한 대기 시간을 결정하는 방법은 다음과 같은 절차에 따라 이루어진다.

도 7을 참조하면, 제어부(200)의 온도측정모듈(220)은 S210 단계에서 지속적으로 셀 표면 및 버스바의 온도를 측정하여 누적하여 기록한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 온도측정모듈(220)은 배터리의 셀 표면 및 배터리의 버스바(busbar)의 온도를 따로 측정할 수 있다.

이때, 제어부(200)의 전원제어모듈(230)은 S220 단계에서 과전류가 발생한 것으로 판단할 수 있다(S120, S130 및 S140 단계 참조). 과전류가 발생하면, 전원제어모듈(230)은 S230 단계에서 온도측정모듈(220)이 측정한 셀 표면 및 버스바의 온도를 기초로 대기 시간을 결정한다.

부하(400)로 인해 급격한 과전류가 흐른다면 버스바의 온도가 일차적으로 상승하고, 버스바의 온도 상승에 따라 셀 표면 온도가 부수적으로 올라간다. 버스바의 온도는 급격히 올라가는 현상에 비해 셀 표면 온도의 변화가 미미하다면 순간적인 과전류만 흐르는 상태라고 할 수 있다. 반면, 버스바의 온도와 셀 표면의 온도가 같이 상승한다면 순간적인 과전류가 아니라 문제가 오랜 시간 지속될 수 있다. 예컨대, 부하(400)에 쇼트가 발생하면 계속 과전류가 흘러 온도는 급격히 올라간다. 이에 따라, 전원제어모듈(230)은 과전류 발생 시, 버스바의 온도와 셀 표면의 온도를 비교하여 대기 시간을 결정한다.

도 8 내지 도 10의 그래프는 온도측정모듈(220)이 측정한 셀 표면 및 버스바의 온도의 예들이다. 전원제어모듈(230)은 과전류가 발생하여 전원스위치(310)를 오프한 시점에서 셀 표면의 온도와 버스바의 온도의 차이에 따라 대기 시간을 결정한다. 이때, 전원제어모듈(230)은 셀 표면의 온도와 버스바의 온도의 차이가 클수록 대기 시간을 짧게 하고 셀 표면의 온도와 버스바의 온도의 차이가 작을수록 대기 시간을 길게 한다. 도시된 바와 같이, 셀 표면의 온도와 버스바의 온도의 차이는 도 8의 예의 차이(D1)가 가장 크며, 그 다음으로 도 9의 예의 차이(D2)가 크며, 그리고 도 10의 예의 차이(D3)가 가장 작다. 이에 따라, 도 8의 경우에 대기 시간은 도 8의 예의 경우에 가장 짧고, 도 10의 예의 경우 가장 길게 결정된다.

전술한 바에 따르면, 도 9 및 도 10의 예와 같이, 버스바의 온도 상승에 따라 셀 표면의 온도가 이를 추종하여 상승하는 경우, 셀 표면의 온도의 변화가 미미한 도 8의 예에 비해 회복 시간이 길어진다. 이에 더하여, 도 9 및 도 10의 예와 같이, 버스바의 온도 상승에 따라 셀 표면의 온도가 이를 추종하여 상승하는 경우, 온도 변화의 기울기가 급격할수록 부하(400)의 문제가 심각하며 회복할 수 없거나, 회복 시간이 길어진다. 따라서 본 발명의 실시예에 따르면, 셀 표면의 온도와 버스바의 온도의 차이(D)가 기 설정된 임계치 미만이면(도 9 및 도 10), 과전류 발생 후, 기 설정된 시간(T) 동안의 셀 표면의 온도와 버스바의 온도의 기울기에 따라 대기 시간을 결정한다.

즉, 전원제어모듈(230)은 과전류가 발생하여 전원스위치(310)를 오프한 후, 온도측정모듈(220)이 측정한 셀 표면의 온도와 버스바의 온도의 차이(D)가 기 설정된 임계치 미만이면, 전원스위치(310)를 오프한 후, 기 설정된 시간(T) 동안 온도측정모듈(220)을 통해 셀 표면의 온도와 버스바의 온도의 변화를 측정한다. 그런 다음, 전원제어모듈(230)은 셀 표면의 온도 및 버스바의 온도의 변화의 기울기 중 어느 하나에 기초하여 대기 시간을 결정한다. 즉, 전원제어모듈(230)은 셀 표면 온도 변화의 기울기, 버스바 온도 변화의 기울기 혹은 셀 표면 온도 변화의 기울기와 버스바 온도 변화의 기울기의 평균 기울기를 이용하여 대기 시간을 결정한다. 이때, 전원제어모듈(230)은 기울기 값이 클수록 대기 시간을 길게 결정하며, 기울기 값이 작을수록 대기 시간을 짧게 결정한다. 예컨대, 도 9의 도면부호 G1은 전원스위치(310)를 오프한 후, 기 설정된 시간(T) 동안 측정된 셀 표면의 온도와 버스바의 온도의 변화에서, 버스바 온도 변화의 기울기 혹은 셀 표면 온도 변화의 기울기와 버스바 온도 변화의 기울기의 평균 기울기이다. 또한, 도 10의 도면부호 G2는 전원스위치(310)를 오프한 후, 기 설정된 시간(T) 동안 측정된 셀 표면의 온도와 버스바의 온도의 변화에서, 버스바 온도 변화의 기울기 혹은 셀 표면 온도 변화의 기울기와 버스바 온도 변화의 기울기의 평균 기울기이다. 도시된 바와 같이, G2가 G1 보다 기울기의 값이 크다. 따라서 전원제어모듈(230)은 도 10에 도시된 예의 대기 시간을 도 9에 도시된 예의 대기 시간 보다 길게 설정한다.

전술한 바와 같이, 배터리의 버스바 및 셀 표면의 온도에 따라 배터리의 과전류가 회복될 수 있는 예상 시간을 추정하여, 대기 시간을 설정하고, 대기 시간 동안 대기한 후, 회복 프로세스를 시작함으로써, 효율적인 회복 프로세스를 수행할 수 있다. 즉, 진단스위치(320)의 스위칭(온/오프)의 횟수를 줄일 수 있어, 스위칭에 따라 발생할 수 있는 노이즈를 예방할 수 있으며, 프로세스 자원을 절약할 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 제어 방법은 다양한 컴퓨터수단을 통하여 판독 가능한 프로그램 형태로 구현되어 컴퓨터로 판독 가능한 기록매체에 기록될 수 있다. 여기서, 기록매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 기록매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 예컨대 기록매체는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광 기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치를 포함한다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 와이어뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 와이어를 포함할 수 있다. 이러한 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.

이상 본 발명을 몇 가지 바람직한 실시예를 사용하여 설명하였으나, 이들 실시예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 균등론에 따라 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다.

100: 배터리 200: 제어부
210: 전원진단모듈 220: 온도측정모듈
230: 전원제어모듈 300: 스위치부
310: 전원스위치 320: 진단스위치
400: 부하

Claims

배터리가 부하에 제공하는 전원 전류의 공급을 스위칭하는 전원스위치;
부하의 전원 입력단에 진단 전압이 인가되도록 하는 진단 전류의 공급을 스위칭하는 진단스위치;
상기 진단스위치가 온 될 때, 상기 부하의 전원 입력 단의 전압을 측정하는 전원진단모듈; 및
상기 전원 전류가 기 설정된 임계치 이상이면, 상기 전원스위치 및 진단스위치 양자 모두를 오프시켜 부하에 공급하는 전원을 차단하고,
상기 차단 후, 기 설정된 대기 시간이 도과되면, 상기 진단스위치를 온 시켜 부하의 전원 입력단에 진단 전압을 인가하며,
상기 전원진단모듈이 측정한 상기 부하의 전원 입력 단의 전압이 상기 진단 전압과 동일하면, 상기 전원스위치를 온 시켜 상기 부하에 전원을 재공급하고,
상기 전원진단모듈이 측정한 상기 부하의 전원 입력 단의 전압이 상기 진단 전압으로부터 전압 강하가 발생한 상태로 측정되면, 상기 전원스위치의 오프 상태를 유지한 채, 상기 진단스위치를 다시 오프시키고, 상기 기 설정된 대기 시간 동안 대기하도록 제어하는 전원제어모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 배터리의 버스바 및 셀 표면의 온도를 측정하는 온도측정모듈;을 더 포함하며,
상기 전원제어모듈은 상기 온도측정모듈이 측정한 상기 버스바 및 셀 표면의 온도에 따라 상기 대기 시간을 설정하는 것을 특징으로 하는 배터리 제어 장치.
제2항에 있어서,
상기 전원제어모듈은
상기 전원스위치가 오프 되어 부하에 공급되는 전원이 차단된 시점에 상기 버스바 온도 및 상기 셀 표면 온도의 차이가 클수록 상기 버스바 온도 및 상기 셀 표면 온도의 차이가 상대적으로 작은 경우 대비 상기 대기 시간을 짧게 설정하는 것을 특징으로 하는 배터리 제어 장치.
제2항에 있어서,
상기 전원제어모듈은
상기 전원스위치가 오프 되어 부하에 공급되는 전원이 차단된 시점에 상기 버스바 온도 및 상기 셀 표면 온도의 차이가 기 설정된 임계치 미만이면, 상기 전원스위치가 오프 되어 부하에 공급되는 전원이 차단된 시점으로부터 기 설정된 시간 동안 상기 셀 표면의 온도와 상기 버스바의 온도의 변화의 기울기의 값이 클수록 상기 셀 표면의 온도와 상기 버스바의 온도의 변화의 기울기의 값이 상대적으로 작은 경우 대비 대기 시간을 길게 설정하는 것을 특징으로 하는 배터리 제어 장치.
배터리가 부하에 제공하는 전원 전류가 기 설정된 임계치 이상이면, 상기 배터리가 부하에 제공하는 전원 전류의 공급을 스위칭하는 전원스위치 및 상기 부하의 전원 입력단에 진단 전압이 인가되도록 하는 진단 전류의 공급을 스위칭하는 진단스위치 양자 모두를 오프하여 부하에 공급하는 전원을 차단하는 단계;
상기 차단 후 기 설정된 대기 시간이 도과되면, 상기 진단스위치를 온시켜 부하의 전원 입력단에 진단 전압을 인가하는 단계;
상기 진단 전압의 인가에 따라 상기 부하의 전원 입력 단의 전압을 측정하는 단계; 및
상기 측정된 상기 부하의 전원 입력 단의 전압이 상기 진단 전압과 동일하면, 상기 전원스위치를 온 시켜 상기 부하에 전원을 재공급하고, 상기 부하의 전원 입력 단의 전압이 상기 진단 전압으로부터 전압 강하가 발생한 상태로 측정되면, 상기 전원스위치의 오프 상태를 유지한 채, 상기 진단스위치를 다시 오프시키고, 상기 기 설정된 대기 시간 동안 대기하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 제어 방법.
제5항에 있어서,
상기 대기 시간은 상기 부하에 공급되는 전원이 차단된 시점에 상기 배터리의 버스바 및 셀 표면의 온도에 따라 설정하는 것을 특징으로 하는 배터리 제어 방법.
제5항에 있어서,
상기 배터리는 복수의 셀과 복수의 셀을 연결하는 버스바를 포함하며,
상기 부하에 공급되는 전원이 차단된 시점에 상기 버스바의 온도 및 상기 셀의 표면 온도의 차이가 클수록 상기 버스바 온도 및 상기 셀 표면 온도의 차이가 상대적으로 작은 경우 대비 상기 대기 시간을 짧게 설정하는 것을 특징으로 하는 배터리 제어 방법.
제7항에 있어서,
상기 부하에 공급되는 전원이 차단된 시점에 상기 버스바의 온도 및 상기 셀의 표면 온도의 차이가 기 설정된 임계치 미만이면, 상기 부하에 공급되는 전원이 차단된 시점으로부터 기 설정된 시간 동안 상기 셀 표면의 온도와 상기 버스바의 온도의 변화의 기울기의 값이 클수록 상기 셀 표면의 온도와 상기 버스바의 온도의 변화의 기울기의 값이 상대적으로 작은 경우 대비 대기 시간을 길게 설정하는 것을 특징으로 하는 배터리 제어 방법.