KR101916970B1

KR101916970B1 - 배터리 관리 시스템 및 그를 포함하는 배터리 팩

Info

Publication number: KR101916970B1
Application number: KR1020130007101A
Authority: KR
Inventors: 김봉영; 신기호; 안치형
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2013-01-22
Filing date: 2013-01-22
Publication date: 2018-11-08
Also published as: KR20140094358A; US9263902B2; US20140203736A1

Abstract

본 발명은 배터리 관리 시스템 및 그를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다.
일례로, 배터리부와 전기적으로 연결되며, 충전경로 및 방전경로를 가지며, 상기 충전경로와 상기 방전경로의 공통구간인 공통경로가 형성되는 충/방전 경로부; 상기 방전경로 상에 설치되고 전동기와 전기적으로 연결된 출력부; 상기 방전경로 상에 설치되어 상기 방전경로를 개폐하는 방전 스위치부; 상기 충전경로 상에 설치되어 상기 충전경로를 개폐하는 충전 스위치부; 상기 공통경로 상에 설치된 제 1 저항; 및 배터리의 전압을 검출하고, 상기 방전 스위치부와 상기 충전 스위치부의 동작을 제어하여 상기 배터리의 충/방전 시 상기 제 1 저항에 흐르는 전류를 각각 검출하는 제어부를 포함하는 배터리 관리 시스템을 개시한다.

Description

배터리 관리 시스템 및 그를 포함하는 배터리 팩{BATTERY MANAGEMENT SYSTEM AND BATTERY PACK HAVING THE SAME}

본 발명은 배터리 관리 시스템 및 그를 포함하는 배터리 팩에 관한 것이다.

이차 전지는 셀룰러 폰(Cellular phone), 노트북 컴퓨터, 캠코더, PDA(personal digital assistants) 등 휴대용 전자기기뿐만 아니라, 전동공구나 무선 청소기 등의 모터에 전력을 공급하기 위해 사용되고 있다.

이러한 이차 전지는 배터리 셀과 배터리 관리 시스템을 포함하는 배터리 팩의 형태로 제작되고 있으며, 배터리 팩에 설치되는 외부 단자를 통해 외부 전원 또는 외부 부하에 의한 배터리 셀의 충전 또는 방전이 이루어진다. 배터리 관리 시스템은 배터리 셀의 전압과 전류를 측정하고, 측정된 데이터에 기초하여 배터리 셀의 보호 동작을 제어하는 역할을 한다.

최근에는 배터리 관리를 위한 어플리케이션이 다양해짐에 따라, 기존의 배터리 관리 시스템이 가지고 있는 성능 이외에도 다양한 추가 기능이 요구되고 있다. 이에 따라, 최근 다양한 요구에 부응하기 위해 새로운 추가 기능을 탑재한 배터리 팩의 개발이 필요하다.

본 발명은, 전동기 제어가 가능하며, 이에 따른 제조 비용이 감소된 배터리 관리 시스템 및 그를 포함하는 배터리 팩을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 관리 시스템은, 배터리부와 전기적으로 연결되며, 충전경로 및 방전경로를 가지며, 상기 충전경로와 상기 방전경로의 공통구간인 공통경로가 형성되는 충/방전 경로부; 상기 방전경로 상에 설치되고 전동기와 전기적으로 연결된 출력부; 상기 방전경로 상에 설치되어 상기 방전경로를 개폐하는 방전 스위치부; 상기 충전경로 상에 설치되어 상기 충전경로를 개폐하는 충전 스위치부; 상기 공통경로 상에 설치된 제 1 저항; 및 배터리의 전압을 검출하고, 상기 방전 스위치부와 상기 충전 스위치부의 동작을 제어하여 상기 배터리의 충/방전 시 상기 제 1 저항에 흐르는 전류를 각각 검출하는 제어부를 포함한다.

또한, 상기 제어부는, 상기 배터리의 전압 감소 시 상기 방전 스위치부의 PWM 듀티 제어를 통해, 상기 제 1 저항에 흐르는 전류량을 조절하여 상기 전동기로 일정한 전력이 공급되도록 할 수 있다.

또한, 상기 제 1 저항은 션트 저항(shunt resistor)을 포함할 수 있다.

또한, 상기 방전경로는 제 1 방전경로와 제 2 방전경로를 포함하고, 상기 출력부는, 상기 제 1 방전경로에 설치된 제 1 출력부 및 상기 제 2 방전경로에 설치된 제 2 출력부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 방전 스위치부는, 상기 제 1 방전경로 상에 설치된 제 1 방전 스위치부; 및 상기 제 2 방전경로 상에 설치된 제 2 방전 스위치부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제 1 저항은 상기 제 1 방전 스위치부와 상기 배터리의 음극단자 사이에 연결되고, 상기 제 2 방전 스위치와 상기 배터리의 음극단자 사이에 연결된 제 2 저항을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제어부는, 상기 배터리의 전압 감소 시 상기 제 2 방전 스위치부의 PWM 듀티 제어를 통해, 상기 제 2 저항에 흐르는 전류량을 조절하여 상기 제 2 전동기로 일정한 전력이 공급되도록 할 수 있다.

또한, 상기 제 2 저항은, 션트 저항(shunt resistor) 또는 소스-드레인 온 저항을 이용하는 FET(field effect transistor)을 포함할 수 있다.

또한, 제 1 충전단자 및 제 2 충전단자를 더 포함하고, 상기 충전 스위치부는 상기 제 1 방전 스위치부 및 상기 제 1 저항의 연결노드와 상기 제 2 충전단자 사이에 연결될 수 있다.

또한, 상기 배터리의 충전 시 소정의 전압강하를 통해 상기 배터리에 정격전압이 공급되도록 상기 제 1 충전단자 및 상기 배터리의 양극단자 사이에 연결된 적어도 하나의 전압강하용 다이오드를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 팩은, 다수의 배터리를 포함하는 배터리부; 상기 배터리부와 전기적으로 연결되며, 충전경로 및 방전경로를 가지며, 상기 충전경로와 상기 방전경로의 공통구간인 공통경로가 형성되는 충/방전 경로부; 상기 방전경로 상에 설치되고 전동기와 전기적으로 연결된 출력부; 상기 방전경로 상에 설치되어 상기 방전경로를 개폐하는 방전 스위치부; 상기 충전경로 상에 설치되어 상기 충전경로를 개폐하는 충전 스위치부; 상기 공통경로 상에 설치된 제 1 저항; 및 상기 배터리부의 전압을 검출하고, 상기 방전 스위치부와 상기 충전 스위치부의 동작을 제어하여 상기 배터리부의 충/방전 시 상기 제 1 저항에 흐르는 전류를 각각 검출하는 제어부를 포함한다.

또한, 상기 제어부는, 상기 배터리부의 전압 감소 시 상기 방전 스위치부의 PWM 듀티 제어를 통해, 상기 제 1 저항에 흐르는 전류량을 조절하여 상기 전동기로 일정한 전력이 공급되도록 할 수 있다.

또한, 상기 제 1 저항은 상기 제 1 방전 스위치부와 상기 배터리부의 음극단자 사이에 연결되고, 상기 제 2 방전 스위치와 상기 배터리부의 음극단자 사이에 연결된 제 2 저항을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제어부는, 상기 배터리부의 전압 감소 시 상기 제 2 방전 스위치부의 PWM 듀티 제어를 통해, 상기 제 2 저항에 흐르는 전류량을 조절하여 상기 제 2 전동기로 일정한 전력이 공급되도록 할 수 있다.

또한, 상기 배터리부의 충전 시 소정의 전압강하를 통해 상기 배터리에 정격전압이 공급되도록 상기 제 1 충전단자 및 상기 배터리부의 양극단자 사이에 연결된 적어도 하나의 전압강하용 다이오드를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 전동기 제어가 가능하며, 이에 따른 제조 비용이 감소된 배터리 관리 시스템 및 그를 포함하는 배터리 팩을 제공할 수 있다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩의 회로도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩의 방전 제어 방식을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩의 충전 제어 방식을 나타낸 도면이다.

본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩(100)의 구성에 대하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩(100)의 회로도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩(100)은, 배터리부(110), 충/방전 경로부, 출력부(Vo1+, Vo1-, Vo2+, Vo2-), 방전 스위치부(121, 123), 충전 스위치부(130), 제 1 저항(R1), 제 2 저항(R2) 및 제어부(140)를 포함한다. 더불어, 배터리 팩(100)은 전압강하용 다이오드(151), 역전류방지용 다이오드(153), 압력 스위치부(160) 및 경고 표시부(170)를 더 포함할 수 있다.

여기서, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 관리 시스템은, 배터리부(110)를 제외한 충/방전 경로부, 출력부(Vo1+, Vo1-, Vo2+, Vo2-), 방전 스위치부(121, 123), 충전 스위치부(130), 제 1 저항(R1), 제 2 저항(R2), 제어부(140), 전압강하용 다이오드(151), 압력 스위치부(160) 및 경고 표시부(170)로 구성될 수 있다.

배터리부(110)는 에너지의 충전 및 방전이 가능한 적어도 하나 이상의 배터리 셀을 포함할 수 있다. 도 1에서는 배터리부(110)가 서로 직렬 연결된 8개의 배터리 셀(B1 … B8)을 도시하고 있으나, 이로서 본 발명을 한정하는 것은 아니고, 팩 사양에 따라 적절한 개수로 구성될 수 있으며, 직렬 연결, 병렬 연결 또는 직/병렬 혼합연결로 구조로 설치될 수 있다.

상기 충/방전 경로부는 배터리부(110)와 전기적으로 연결되며, 충전 및 방전 시 충전 전류 및 방전 전류가 흐르는 대전류 경로(High Current Path, HCP)를 의미한다. 상기 충/방전 경로부는 충전경로, 방전경로 및 공통경로로 이루어질 수 있다.

상기 충전경로는 배터리 팩(100)의 양극 충전단자(Pc+)에서부터 A 노드, 그리고 배터리부(110)를 거쳐 E, D, C 노드 및 배터리 팩(100)의 음극 충전단자(Pc-)에 이르는 경로로 의미할 수 있다.

상기 방전경로는 제 1 방전경로와 제 2 방전경로로 이루어질 수 있다. 제 1 방전경로는 배터리부(110)의 양극단자(B1+)에서부터 A, B, C, D, E 노드와 배터리부(110)의 음극단자(B8-)에 이르는 경로를 의미할 수 있다. 상기 제 2 방전경로는 배터리부(110)의 양극단자(B1+)에서부터 A, B, F, G, E 노드와 배터리부(110)의 음극단자(B8-)에 이르는 경로를 의미할 수 있다.

상기 공통경로는, 배터리부(110)의 충전 시 충전전류가 흐르고 방전 시 방전전류가 흐르는, 상기 충전경로 및 상기 제 1 방전경로의 공통구간을 의미한다. 도 1을 참조하면, 상기 공통경로는 C, D, E 노드와 배터리부(110)의 음극단자(B8-)를 연결하는 구간으로 나타낼 수 있다.

출력부(Vo1+, Vo1-, Vo2+, Vo2-)는 제 1 출력부(Vo1+, Vo1-)와 제 2 출력부(Vo2+, Vo2-)를 포함할 수 있으며, 배터리 팩(100)의 방전단자에 해당한다.

제 1 출력부(Vo1+, Vo1-)는 제 1 양극 출력단(Vo1+)과 제 1 음극 출력단(Vo1-)을 포함할 수 있다. 제 1 출력부(Vo1+, Vo1-)는 상기 제 1 방전경로 상에 설치될 수 있으며, 좀 더 구체적으로, B 노드와 제 1 방전 스위치부(121) 사이에 연결될 수 있다. 또한, 제 1 출력부(Vo1+, Vo1-)는 제 1 전동기(M1)와 전기적으로 연결되어 배터리부(110)의 방전 시 제 1 전동기(M1)로 전력을 출력할 수 있다.

제 2 출력부(Vo2+, Vo2-)는 제 2 양극 출력단(Vo2+)과 제 2 음극 출력단(Vo2-)을 포함할 수 있다. 제 2 출력부(Vo2+, Vo2-)는 상기 제 2 방전경로 상에 설치될 수 있으며, 좀 더 구체적으로, F 노드와 제 2 방전 스위치부(123) 사이에 연결될 수 있다. 또한, 제 2 출력부(Vo2+, Vo2-)는 제 2 전동기(M2)와 전기적으로 연결되어 배터리부(110)의 방전 시 제 2 전동기(M2)로 전력을 출력할 수 있다.

한편, 제 1 전동기(M1)는 상기 공통경로를 갖는 상기 제 1 방전경로와 연결되어 있으므로, 제 1 전동기(M1)를 메인 전동기로, 제 2 전동기(M2)를 서브 전동기로 구성하는 것이 바람직하다. 이에 대한 보다 상세한 설명은 후술하도록 한다.

방전 스위치부(121, 123)는 제 1 방전 스위치부(121)와 제 2 방전 스위치부(123)를 포함할 수 있다.

제 1 방전 스위치부(121)는 상기 제 1 방전경로 상에 설치될 수 있다. 좀 더 구체적으로, 제 1 방전 스위치부(121)는 제 1 출력부(Vo1+, Vo1-)와 E 노드 사이에 연결될 수 있다. 제 1 방전 스위치부(121)는 MOSFET(metal oxide silicon field effect transistor)를 포함할 수 있으며, 제어부(140)에 의해 제어되어 상기 제 1 방전경로를 개폐하는 역할을 할 수 있다.

제 2 방전 스위치부(123)는 상기 제 2 방전경로 상에 설치될 수 있다. 좀 더 구체적으로, 제 2 방전 스위치부(123)는 제 2 출력부(Vo2+, Vo2-)와 G 노드 사이에 연결될 수 있다. 제 2 방전 스위치부(123)는 MOSFET(metal oxide silicon field effect transistor)를 포함할 수 있으며, 제어부(140)에 의해 제어되어 상기 제 2 방전경로를 개폐하는 역할을 할 수 있다.

충전 스위치부(130)는 상기 충전경로 상에 설치될 수 있다. 좀 더 구체적으로, 충전 스위치부(130)는 C 노드와 배터리 팩(100)의 음극 충전단자(Pc-) 사이에 연결될 수 있다. 충전 스위치부(130)는 MOSFET(metal oxide silicon field effect transistor)를 포함할 수 있으며, 제어부(140)에 의해 제어되어 상기 충전경로를 개폐하는 역할을 한다.

제 1 저항(R1)은 상기 공통경로 상에 설치될 수 있다. 좀 더 구체적으로, 제 1 저항(R1)은 C 노드와 D 노드 사이에 연결될 수 있다. 이에 따라, 제 1 저항(R1)은 배터리부(110)의 충전 시 충전전류가 흐르며, 방전 시 방전전류 즉 제 1 전동기(M1)의 구동전류가 흐를 수 있다. 여기서, D 노드는 제어부(140)의 아날로그 프론트 앤드(141)와 연결되어 있고, 제 1 저항(R1)에 흐르는 충/방전전류를 검출하기 위한 센싱노드로서 역할을 할 수 있다. 제어부(140)는 D 노드로부터 검출되는 전압과 배터리부(110)의 음극단자(B8-)의 전압을 이용하여 제 1 저항(R1)에 흐르는 충/방전전류를 검출할 수 있다. 이러한 제 1 저항(R1)은 션트 저항(shunt resistor)을 포함할 수 있다.

제 2 저항(R2)은 상기 제 2 방전경로 상에 설치될 수 있다. 좀 더 구체적으로, 제 2 저항(R2)은 G 노드와 E 노드 사이에 연결될 수 있다. 이에 따라, 제 2 저항(R2)는 배터리부(110)의 방전 시 방전전류가 흐를 수 있다. 여기서, G 노드는 제어부(140)가 제 2 저항(R2)에 흐르는 방전전류를 검출하기 위한 센싱노드로서 역할을 할 수 있다. 이러한 제 2 저항(R2)은 션트 저항(shunt resistor) 또는 소스-드레인 온 저항을 이용하는 FET 저항을 포함할 수 있다. 제 2 저항(R2)가 FET 저항을 포함하는 경우 도 2에 도시된 바와 같이 FET의 제 1 단자(드레인 단자)는 G 노드에 연결되고, 제 2 단자(소스 단자)는 접지 및 E 노드를 통해 배터리부(110)의 음극단자(B8-)와 연결되며, 게이트 단자는 제어부(140)의 마이크로 컴퓨터 유닛(143)과 연결될 수 있다. FET 저항(R2)의 동작은 게이트 단자를 통해 연결된 마이크로 컴퓨터 유닛(143)을 통해 제어될 수 있다. 마이크로 컴퓨터 유닛(143)은 G 노드로부터 검출되는 전압과, E 노드 혹은 배터리부(110)의 음극단자(B8-)의 전압을 이용하여 FET 저항(R2)에 흐르는 방전전류를 검출할 수 있다.

제어부(140)는 아날로그 프론트 앤드(Analog Front End, AFE)와 마이크로 컴퓨터 유닛(Micro Computer Unit, MCU)을 포함할 수 있다.

아날로그 프론트 앤드(AFE)는 배터리부(110)의 전압을 검출하는 동시에 셀 밸런싱(cell balancing)을 수행할 수 있으며, 검출된 전압 정보는 마이크로 컴퓨터 유닛(MCU)의 ADC(Analog Digital Convertor)로 전송할 수 있다. 또한, 아날로그 프론트 앤드(AFE)는 상기 공통경로 상의 D 노드와 연결되어 배터리부(110)의 충/방전 시 제 1 저항(R1)에 흐르는 충전전류 및 방전전류를 센싱할 수 있다. 이때 아날로그 프론트 앤드(AFE)는 상기 충/방전전류를 ADC(Analog Digital Convertor)를 통해 디지털 값으로 변환하여 마이크로 컴퓨터 유닛(MCU)으로 전송할 수 있다.

마이크로 컴퓨터 유닛(MCU)은 아날로그 프론트 앤드(AFE)와 통신하도록 구성되어 있으며, 충전/방전 제어 신호 및 밸런싱 제어 신호를 아날로그 프론트 엔드(AFE)에 제공할 수 있다. 또한, 마이크로 컴퓨터 유닛(MCU)은 제 1 및 제 2 방전 스위치부(121, 123)의 동작을 제어할 수 있다. 예를 들어, 마이크로 컴퓨터 유닛(MCU)은, 배터리부(110)의 방전모드 시 제 1 및 제 2 방전 스위치부(121, 123)을 턴온시키는 제어신호를 출력하며, 충전모드 시 제 1 및 제 2 방전 스위치부(121, 123)을 턴오프시키는 제어신호를 출력할 수 있다.

또한, 마이크로 컴퓨터 유닛(MCU)은 아날로그 프론트 엔드(AFE)로부터 전송된 배터리부(110)의 전압 정보에 기초하여, 상기 제어신호의 PWM 듀티를 조절할 수 있다. 예를 들어, 방전모드 시 배터리부(110)의 전압이 감소되는 경우, 마이크로 컴퓨터 유닛(MCU)은, 상기 제어신호의 PWM 듀티비를 증가시켜 제 1 및 제 2 전동기(M1, M2)로 출력되는 전류량이 증가되도록 할 수 있다. 이때, 마이크로 컴퓨터 유닛(MCU)은, D 노드로부터 제 1 저항(R1)에 흐르는 방전전류를 검출하여, 제 1 및 제 2 전동기(M1, M2)에 일정한 전력이 공급되도록 상기 제어신호의 PWM 듀티비를 조절할 수 있다.

배터리부(110)의 전압이 감소되는 경우, 제 1 및 제 2 전동기(M1, M2)의 출력이 저하되어 제 1 및 제 2 전동기(M1, M2)이 회전력이 감소하게 된다. 그러나, 이러한 경우 제어부(140)는 제 1 및 제 2 방전 스위치부(121, 123)의 PWM 듀티 제어를 통해 출력 전류량을 증가시키고, 제 1 저항(R1)에 흐르는 방전전류를 모니터링함으로써, 제 1 및 제 2 전동기(M1, M2)에 일정한 전력을 공급할 수 있도록 할 수 있다.

전압강하용 다이오드(151)는 배터리 팩(100)의 양극 충전단자(Pc+)와 A 노드 즉, 배터리부(110)의 양극단자(B1+) 사이에 연결되어, 배터리부(110)의 충전 시 전압강하를 통해 배터리부(110)에 정격전압이 공급되도록 할 수 있다. 배터리부(110)의 정격전압보다 충전기를 통해 공급되는 전압이 높은 경우, 전압강하용 다이오드(151)를 이용한 전압강하를 통해 원하는 레벨로 변환할 수 있다. 이와 같이 전압레벨을 변환하기 위해 DC-DC 컨버터를 대신하여 적정 개수의 전압강하용 다이오드(151)를 설치함으로써 제조 비용을 줄일 수 있다.

역전류방지용 다이오드(153)는 배터리부(110)의 방전 시 배터리 팩(100)의 음극 충전단자(Pc-)에서 제 1 저항(R1)으로 전류가 흐르지 않도록 방지하는 역할을 한다.

압력 스위치부(160)는 외부로부터 압력이 가해지는 경우 턴온될 수 있다. 이때, 마이크로 컴퓨터 유닛(143)는 압력 스위치부(160)의 턴온을 인식하고, 이에 대응하는 제어신호를 경고 표시부(170)로 출력할 수 있다. 경고 표시부(170)는 다수의 발광 다이오드를 포함할 수 있으며, 마이크로 컴퓨터 유닛(143)으로부터 제어신호를 입력 받아, 경고 표시를 나타낼 수 있다.

배터리 팩(100)이 청소기에 적용되는 경우, 상기 청소기의 먼지통에 이물질이 일정치 이상 차게 되면, 이에 상응하는 압력이 발생하게 된다. 이러한 압력이 압력 스위치부(160)에 가해짐으로써, 경고 표시부(170)를 통해 경고 표시로 나타내어 진다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩(100)의 충/방전 동작 방식에 대하여 설명한다.

먼저, 배터리 팩(100)의 방전 제어 방식에 대하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩(100)의 방전 제어 방식을 나타낸 도면이다.

배터리부(110)의 방전 모드 시, 제어부(140)는, 제 1 및 제 2 방전 스위치부(121, 123)를 턴온시키고, 충전 스위치부(130)를 턴오프시켜, 배터리부(110)의 양극단자(B1+)로부터 A, B, C, D, E 노드를 거쳐 배터리부(110)의 음극단자(B8-)에 이르는 제 1 방전노드와, 배터리부(110)의 양극단자(B1+)로부터 A, B, F, G, E 노드를 거쳐 배터리부(110)의 음극단자(B8-)에 이르는 제 2 방전노드에 각각 방전전류가 흐를 수 있도록 한다. 이에 따라, 제 1 출력부(Vo1+, Vo1-)와 제 2 출력부(Vo2+, Vo2-)를 통해 제 1 및 제 2 전동기(M1, M2)에는 전력이 공급될 수 있다.

제어부(140)는, 배터리부(110)의 전압과 제 1 및 제 2 저항(R1, R2)에 흐르는 방전전류를 각각 검출하고, 배터리부(110)의 전압이 감소되는 경우, 제 1 및 제 2 방전 스위치부(121, 123)로 인가되는 제어신호의 PWM 듀티비를 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 제 1 출력부(Vo1+, Vo1-)와 제 2 출력부(Vo2+, Vo2-)를 출력되는 전류량이 증가하게 되는데, 이때 제어부(140)는, 제 1 및 제 2 저항(R1, R2)을 통해 검출된 방전전류에 기초하여, 제 1 및 제 2 전동기(M1, M2)에 각각 일정한 전력이 공급되도록 상기 제어신호의 PWM 듀티비를 조절할 수 있다.

다음, 배터리 팩(100)의 충전 제어 방식에 대하여 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 팩(100)의 충전 제어 방식을 나타낸 도면이다.

배터리부(110)의 충전모드 시, 제어부(140)는 충전 스위치부(130)를 턴온시키고, 제 1 및 제 2 방전 스위치부(121, 123)를 턴오프시켜, 양극 충전단자(Pc+)로부터 A 노드, 배터리부(110), E, D, C 노드 및 음극 충전단자(Pc-)에 이르는 충전경로에 충전전류가 흐를 수 있도록 한다. 이에 따라, 배터리부(110)의 충전동작이 이루어질 수 있다.

제어부(140)는 제 1 저항(140)을 통해 흐르는 충전전류를 검출하고, 배터리부(110)에 과전류를 흐르는지를 검출할 수 있으며, 이에 따른 보호동작을 제어할 수 있다. 배터리 관리 시스템의 과전류 보호동작에 대해서는 해당 기술분야에서 이미 공개된 기술이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.

기존에는 배터리의 충전전류와 방전전류를 검출하기 위하여, 전동기의 제어수단과 배터리 팩 부분에 센서 저항을 각각 설치하였으나, 본 발명의 실시예에 따르면, 충전경로와 방전경로의 공통된 구간인 공통경로 상에 설치된 하나의 저항을 공유함으로써, 배터리 팩(100)의 제조비용을 줄일 수 있다.

또한, 전동기를 별도의 제어수단에 통해 제어하지 않고, 배터리 팩 부분에서 제어함으로써, 기존에 배터리 팩과 전동기 제어수단 간의 통신수단을 생략할 수 있어, 배터리 팩이 적용되는 장치의 제조비용을 줄일 수 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 배터리 관리 시스템과 배터리 팩을 실시하기 위한 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.

100: 배터리 팩
110: 배터리부
121: 제 1 방전 스위치부
123: 제 2 방전 스위치부
130: 충전 스위치부
140: 제어부
151: 전압강하용 다이오드
153: 역전류방지용 다이오드
160: 압력 스위치부
170: 경고 표시부
M1: 제 1 전동기
M2: 제 2 전동기
Vo1+, Vo1-: 제 1 출력부
V02+, Vo2-: 제 2 출력부
R1: 제 1 저항
R2: 제 2 저항
Pc+: 제 1 충전단자
Pc-: 제 2 충전단자

Claims

배터리와 전기적으로 연결되며, 충전경로 및 방전경로를 가지며, 상기 충전경로와 상기 방전경로의 공통구간인 공통경로가 형성되는 충/방전 경로부;
상기 방전경로 상에 설치되고 전동기와 전기적으로 연결된 출력부;
상기 방전경로 상에 설치되어 상기 방전경로를 개폐하는 방전 스위치부;
상기 충전경로 상에 설치되어 상기 충전경로를 개폐하는 충전 스위치부;
상기 공통경로 상에 설치된 제 1 저항; 및
상기 배터리의 전압을 검출하고, 상기 방전 스위치부와 상기 충전 스위치부의 동작을 제어하여 상기 배터리의 충/방전 시 상기 제 1 저항에 흐르는 전류를 각각 검출하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 배터리의 전압 감소 시 상기 방전 스위치부의 PWM 듀티 제어를 통해, 상기 제 1 저항에 흐르는 전류량을 조절하여 상기 전동기로 일정한 전력이 공급되도록 하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 저항은 션트 저항(shunt resistor)을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 방전경로는 제 1 방전경로와 제 2 방전경로를 포함하고,
상기 출력부는, 상기 제 1 방전경로에 설치된 제 1 출력부 및 상기 제 2 방전경로에 설치된 제 2 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
제 4 항에 있어서,
상기 방전 스위치부는,
상기 제 1 방전경로 상에 설치된 제 1 방전 스위치부; 및
상기 제 2 방전경로 상에 설치된 제 2 방전 스위치부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
제 5 항에 있어서,
상기 제 1 저항은 상기 제 1 방전 스위치부와 상기 배터리의 음극단자 사이에 연결되고,
상기 제 2 방전 스위치와 상기 배터리의 음극단자 사이에 연결된 제 2 저항을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
제 6 항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 배터리의 전압 감소 시 상기 제 2 방전 스위치부의 PWM 듀티 제어를 통해, 상기 제 2 저항에 흐르는 전류량을 조절하여 제 2 전동기로 일정한 전력이 공급되도록 하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
제 6 항에 있어서,
상기 제 2 저항은, 션트 저항(shunt resistor) 또는 소스-드레인 온 저항을 이용하는 FET(field effect transistor)을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
제 6 항에 있어서,
제 1 충전단자 및 제 2 충전단자를 더 포함하고,
상기 충전 스위치부는 상기 제 1 방전 스위치부 및 상기 제 1 저항의 연결노드와 상기 제 2 충전단자 사이에 연결된 것을 특징으로 하는 배터리 관리 시스템.
제 9 항에 있어서,
상기 배터리의 충전 시 소정의 전압강하를 통해 상기 배터리에 정격전압이 공급되도록 상기 제 1 충전단자 및 상기 배터리의 양극단자 사이에 연결된 적어도 하나의 전압강하용 다이오드를 더 포함하는 것을 특징을 하는 배터리 관리 시스템.
다수의 배터리를 포함하는 배터리부;
상기 배터리부와 전기적으로 연결되며, 충전경로 및 방전경로를 가지며, 상기 충전경로와 상기 방전경로의 공통구간인 공통경로가 형성되는 충/방전 경로부;
상기 방전경로 상에 설치되고 전동기와 전기적으로 연결된 출력부;
상기 방전경로 상에 설치되어 상기 방전경로를 개폐하는 방전 스위치부;
상기 충전경로 상에 설치되어 상기 충전경로를 개폐하는 충전 스위치부;
상기 공통경로 상에 설치된 제 1 저항; 및
상기 배터리부의 전압을 검출하고, 상기 방전 스위치부와 상기 충전 스위치부의 동작을 제어하여 상기 배터리부의 충/방전 시 상기 제 1 저항에 흐르는 전류를 각각 검출하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 배터리부의 전압 감소 시 상기 방전 스위치부의 PWM 듀티 제어를 통해, 상기 제 1 저항에 흐르는 전류량을 조절하여 상기 전동기로 일정한 전력이 공급되도록 하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
삭제
제 11 항에 있어서,
상기 제 1 저항은 션트 저항(shunt resistor)을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제 11 항에 있어서,
상기 방전경로는 제 1 방전경로와 제 2 방전경로를 포함하고,
상기 출력부는, 상기 제 1 방전경로에 설치된 제 1 출력부 및 상기 제 2 방전경로에 설치된 제 2 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제 14 항에 있어서,
상기 방전 스위치부는,
상기 제 1 방전경로 상에 설치된 제 1 방전 스위치부; 및
상기 제 2 방전경로 상에 설치된 제 2 방전 스위치부를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩
제 15 항에 있어서,
상기 제 1 저항은 상기 제 1 방전 스위치부와 상기 배터리부의 음극단자 사이에 연결되고,
상기 제 2 방전 스위치와 상기 배터리부의 음극단자 사이에 연결된 제 2 저항을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제 16 항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 배터리부의 전압 감소 시 상기 제 2 방전 스위치부의 PWM 듀티 제어를 통해, 상기 제 2 저항에 흐르는 전류량을 조절하여 제 2 전동기로 일정한 전력이 공급되도록 하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제 16 항에 있어서,
상기 제 2 저항은, 션트 저항(shunt resistor) 또는 소스-드레인 온 저항을 이용하는 FET(field effect transistor)을 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제 16 항에 있어서,
제 1 충전단자 및 제 2 충전단자를 더 포함하고,
상기 충전 스위치부는 상기 제 1 방전 스위치부 및 상기 제 1 저항의 연결노드와 상기 제 2 충전단자 사이에 연결된 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
제 19 항에 있어서,
상기 배터리부의 충전 시 소정의 전압강하를 통해 상기 배터리에 정격전압이 공급되도록 상기 제 1 충전단자 및 상기 배터리부의 양극단자 사이에 연결된 적어도 하나의 전압강하용 다이오드를 더 포함하는 것을 특징을 하는 배터리 팩.