KR102063937B1 - Apparatus and method for managing battery pack - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배터리 팩의 과전류 상황에서, MCU와 같은 릴레이 제어 유닛이 오작동되더라도, 이러한 릴레이 제어 유닛의 오작동과 관계 없이, 배터리 팩의 과전류가 신속하고 정확하게 차단될 수 있도록 구조가 개선된 배터리 팩 관리 장치를 개시한다. 본 발명에 따른 배터리 팩 관리 장치는, 하나 이상의 이차 전지를 포함하는 셀 어셈블리와 상기 셀 어셈블리의 이차 전지를 충방전하기 위한 전류가 흐르는 충방전 경로를 구비하는 배터리 팩을 관리하는 장치로서, 상기 배터리 팩의 충방전 경로 상에 구비되어 상기 충방전 경로를 선택적으로 개폐하는 릴레이; 상기 릴레이로 턴온 전류를 공급하여 상기 릴레이를 턴온시키는 전류 공급부; 상기 배터리 팩의 충방전 경로 상에 구비된 션트 저항; 상기 션트 저항 양단의 전압을 증폭하여 출력하는 증폭기; 상기 증폭기에 의해 출력된 전압과 기준 전압을 비교하는 비교기; 상기 비교기의 출력단에 연결되어, 상기 비교기의 출력단으로부터 공급되는 전류에 의해 열을 발생시키는 발열 저항; 및 상기 릴레이와 상기 전류 공급부 사이에 위치하고, 상기 발열 저항의 발열에 의해 상기 전류 공급부로부터 상기 릴레이로의 턴온 전류를 제한하는 전류 제한부를 포함한다.The present invention provides a battery pack management device having an improved structure such that an overcurrent of a battery pack can be cut off quickly and accurately regardless of a malfunction of the relay control unit even if a relay control unit such as an MCU malfunctions in an overcurrent situation of the battery pack. To start. The battery pack management apparatus according to the present invention is a device for managing a battery pack including a cell assembly including at least one secondary battery and a charge and discharge path through which current flows to charge and discharge the secondary battery of the cell assembly. A relay provided on the charge / discharge path of the pack to selectively open / close the charge / discharge path; A current supply unit which turns on the relay by supplying a turn-on current to the relay; A shunt resistor provided on the charge / discharge path of the battery pack; An amplifier for amplifying and outputting a voltage across the shunt resistor; A comparator for comparing the voltage output by the amplifier with a reference voltage; A heat generating resistor connected to the output terminal of the comparator and generating heat by a current supplied from the output terminal of the comparator; And a current limiter positioned between the relay and the current supply unit and configured to limit a turn-on current from the current supply unit to the relay by heat generation of the heat generating resistor.

Description

배터리 팩 관리 장치 및 관리 방법{Apparatus and method for managing battery pack}Battery pack management device and management method {Apparatus and method for managing battery pack}

본 발명은 배터리 팩을 관리하는 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 릴레이를 제어하는 제어 유닛이 비정상 상태에서도 배터리 팩에 이상 전류가 흐를 때 보호 기능이 수행될 수 있도록 구성된 배터리 팩 관리 장치와 이를 포함하는 배터리 팩, 그리고 배터리 팩 관리 방법 등에 관한 것이다.The present invention relates to a technology for managing a battery pack, and more particularly, a battery pack management device configured to perform a protection function when an abnormal current flows in a battery pack even when a control unit for controlling a relay is abnormal. It relates to a battery pack, and a battery pack management method.

근래에 들어서, 카메라, 휴대용 전화기 등과 같은 휴대용 전자 제품의 수요가 급격하게 증대되고, 에너지 저장용 축전지, 로봇, 위성 등의 사용 및 개발이 확대됨에 따라, 이에 사용되는 배터리 팩에 대한 관심이 집중되고 그 연구 또한 활발히 진행되고 있다.In recent years, as the demand for portable electronic products such as cameras, mobile phones, and the like is rapidly increasing, and the use and development of energy storage batteries, robots, satellites, and the like, interest in battery packs used therein is increasing. The research is also active.

특히, 최근에는 스마트폰을 비롯하여, 노트북이나 넷북, 울트라북 등과 같은 다양한 형태의 휴대용 컴퓨터가 널리 이용되고 있다. 이러한 휴대용 컴퓨터는 컴퓨터로서의 뛰어난 성능과 기능을 제공함과 동시에 이동성이라는 편리함까지 갖추고 있으므로, 많은 사용자들에게 이용되고 있다. 따라서, 이제는 각 가정이나 회사는 물론, 강의실이나 도서관, 버스, 전철 등에서도 이러한 휴대용 컴퓨터가 이용되는 모습을 쉽게 볼 수 있으며, 그 사용은 대중들에게 점차 보편화 되어 가고 있다.In particular, recently, various types of portable computers such as laptops, netbooks, ultrabooks, etc. have been widely used. Such portable computers are used by many users because they provide excellent performance and functions as computers and also have convenience of mobility. Therefore, it is now easy to see the use of such portable computers in homes and businesses, as well as in classrooms, libraries, buses and trains, and its use is becoming more common to the public.

이러한 휴대용 컴퓨터를 비롯하여 여러 장치에 사용되는 배터리 팩에는, 셀이라고도 불리는 이차 전지가 통상적으로 하나 이상 포함된다. 그리고, 현재 상용화된 이차 전지로는 니켈 카드뮴 전지, 니켈 수소 전지, 니켈 아연 전지, 리튬 이차 전지 등이 있다. 그 중, 리튬 이차 전지는 니켈 계열의 이차 전지에 비해 메모리 효과가 거의 일어나지 않아 충 방전이 자유롭고, 자가 방전율이 매우 낮으며 에너지 밀도가 높다는 등의 장점으로 인해 더욱 각광을 받고 있다.Battery packs used in many devices, including such portable computers, typically include one or more secondary batteries, also called cells. In addition, commercially available secondary batteries include nickel cadmium batteries, nickel hydrogen batteries, nickel zinc batteries, and lithium secondary batteries. Among them, lithium secondary batteries are getting more attention due to advantages such as free charge and discharge, very low self discharge rate, and high energy density compared to nickel-based secondary batteries.

이처럼 배터리 팩의 적용 영역이 더욱 확장됨에 따라, 이러한 배터리 팩에 대한 안전성이 매우 중요한 이슈로 부각되고 있다. 특히, 노트북이나 휴대폰 등의 경우, 사용 인구가 급격히 증가하고 있고, 배터리의 폭발은 휴대용 전자제품의 파손을 가져올 뿐만 아니라 인명 피해 내지 화재로 연결될 수 있다는 점에서 배터리의 안전성 확보가 시급하다. 따라서, 배터리 팩에는 일반적으로 배터리 팩의 충방전을 관리하고 안전성을 확보하기 위한 관리 장치가 구비된다.As the application area of the battery pack is further expanded, safety of such a battery pack is emerging as a very important issue. In particular, in the case of a laptop or a mobile phone, the population of users is rapidly increasing, and the explosion of the battery not only causes damage to portable electronic products, but also secures safety of the battery in that it may lead to personal injury or fire. Therefore, the battery pack is generally provided with a management device for managing the charge and discharge of the battery pack and to ensure safety.

이러한 배터리 팩 관리 장치에는 다양한 구성이 포함될 수 있는데, 대표적으로는 충방전 전류가 흐르는 경로에 구비된 션트 저항(센스 저항), 이러한 션트 저항으로부터 전류를 센싱하여 과전류 시 충방전 경로 상의 릴레이를 차단하는 MCU(Micro Controller Unit) 등의 제어 유닛을 들 수 있다. Such a battery pack management device may include various configurations, and typically includes a shunt resistor (sense resistor) provided in a path through which charge and discharge current flows, and senses current from the shunt resistor to block a relay on the charge / discharge path during overcurrent. Control units, such as a microcontroller unit (MCU), are mentioned.

이러한 구성에 있어서, 배터리 팩에 과전류가 흐르는 경우, 제어 유닛, 이를테면 MCU가 정상적인 상태에서는, 릴레이를 턴오프시킴으로써 배터리 팩의 충방전 경로를 차단시킬 수 있다. 하지만, MCU와 같은 제어 유닛은, 전자 부품으로서 고장 내지 일시적인 오작동의 위험성을 갖고 있다. 물론, 기술이 발전함에 따라 근래에는 이러한 MCU 등의 고장이나 오작동의 발생 가능성이 많이 낮아지긴 하였지만, 단 한 번의 오작동에도 배터리 팩 자체는 물론이고, 배터리 팩으로부터 전원을 공급받는 장비의 손상을 가져올 수 있다. In such a configuration, when an overcurrent flows in the battery pack, in a normal state of the control unit, such as the MCU, the charge / discharge path of the battery pack may be interrupted by turning off the relay. However, a control unit such as an MCU has a risk of failure or temporary malfunction as an electronic component. Of course, with the development of technology, the possibility of failure or malfunction of such MCUs has been much lowered in recent years, but even a single malfunction can cause damage to the battery pack itself and the equipment powered by the battery pack. have.

특히, 최근에는 배터리 팩으로부터 구동 전원을 공급받는 순수 전기 자동차 및 하이브리드 자동차를 비롯한 전기 자동차에 대한 상용화가 본격적으로 이루어지고 있다. 그런데, 이러한 전기 자동차의 경우, 배터리 팩에 과전류가 흐를 때, 배터리 팩 자체는 물론이고, 전기 자동차의 전원 계통에도 손상을 가할 수 있다. 더욱이, 전기 자동차의 운행 중에 배터리 팩이나 전기 자동차의 전원 계통에 이상이 발생하면, 큰 사고로 이어질 수 있기 때문에, 배터리 팩의 과전류 발생 시 이를 적절하게 차단하는 것은 더욱 중요하다 할 수 있다. 뿐만 아니라, 전기 자동차에 이용되는 배터리 팩의 경우, 출력 전류가 매우 크기 때문에, 과전류 상황은 더욱 위험하며, 심한 경우 화재를 발생시킬 수도 있다.In particular, in recent years, commercialization of electric vehicles, including pure electric vehicles and hybrid vehicles, which are supplied with driving power from battery packs, has been made in earnest. However, in the case of such an electric vehicle, when an overcurrent flows in the battery pack, it may damage not only the battery pack itself but also the power system of the electric vehicle. In addition, if an abnormality occurs in the battery pack or the power system of the electric vehicle while the electric vehicle is in operation, it may lead to a big accident, so it may be more important to properly shut off the battery pack when an overcurrent occurs. In addition, in the case of battery packs used in electric vehicles, because the output current is very large, the overcurrent situation is more dangerous, and in severe cases may cause a fire.

또한, 최근에는 스마트 그리드 시스템의 구축이나 신재생 에너지에 대한 관심이 더욱 증대되면서, 전력을 저장하기 위한 전력저장장치(ESS; Energy Storage System)에 대한 개발 및 생산이 보다 활발하게 이루어지고 있다. 그런데, 이러한 전력저장장치에 포함된 배터리 팩의 경우, 매우 방대한 양의 이차 전지가 포함될 수 있기 때문에, MCU에 과부하가 걸리는 경우가 많으며, 이로 인해 MCU의 오작동 발생 가능성이 높아질 수 있다. 뿐만 아니라, 전력저장장치에는 많은 MCU가 포함되기 때문에, 고장 내지 오작동이 일어난 MCU의 파악이 쉽지 않으며, 특정 MCU에서 오작동이 발생하더라도 즉각적인 대처가 쉽지 않다.In addition, in recent years, as the interest in the construction of smart grid systems or renewable energy is further increased, development and production of energy storage systems (ESS) for storing power have been more actively performed. However, since the battery pack included in the power storage device may include a very large amount of secondary batteries, the MCU is often overloaded, which may increase the possibility of malfunction of the MCU. In addition, since the power storage device includes a large number of MCUs, it is difficult to identify the MCU that has failed or malfunctioned, and it is not easy to immediately deal with a malfunction in a specific MCU.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 배터리 팩의 과전류 상황에서, MCU와 같은 릴레이 제어 유닛이 오작동되더라도, 이러한 릴레이 제어 유닛의 오작동과 관계 없이, 배터리 팩의 과전류가 신속하고 정확하게 차단될 수 있도록 구조가 개선된 배터리 팩 관리 장치와 방법, 그리고 이러한 관리 장치를 포함하는 배터리 팩 및 자동차 등을 제공하는 것을 목적으로 한다.Therefore, the present invention was devised to solve the above problems, and in the overcurrent situation of the battery pack, even if the relay control unit such as the MCU malfunctions, regardless of the malfunction of the relay control unit, the overcurrent of the battery pack is fast. It is an object of the present invention to provide a battery pack management apparatus and method having an improved structure so as to be blocked correctly and accurately, and a battery pack and a vehicle including the management apparatus.

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.Other objects and advantages of the present invention can be understood by the following description, and will be more clearly understood by the embodiments of the present invention. Also, it will be readily appreciated that the objects and advantages of the present invention may be realized by the means and combinations thereof indicated in the claims.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩 관리 장치는, 하나 이상의 이차 전지를 포함하는 셀 어셈블리와 상기 셀 어셈블리의 이차 전지를 충방전하기 위한 전류가 흐르는 충방전 경로를 구비하는 배터리 팩을 관리하는 장치로서, 상기 배터리 팩의 충방전 경로 상에 구비되어 상기 충방전 경로를 선택적으로 개폐하는 릴레이; 상기 릴레이로 턴온 전류를 공급하여 상기 릴레이를 턴온시키는 전류 공급부; 상기 배터리 팩의 충방전 경로 상에 구비된 션트 저항; 상기 션트 저항 양단의 전압을 증폭하여 출력하는 증폭기; 상기 증폭기에 의해 출력된 전압과 기준 전압을 비교하는 비교기; 상기 비교기의 출력단에 연결되어, 상기 비교기의 출력단으로부터 공급되는 전류에 의해 열을 발생시키는 발열 저항; 및 상기 릴레이와 상기 전류 공급부 사이에 위치하고, 상기 발열 저항의 발열에 의해 상기 전류 공급부로부터 상기 릴레이로의 턴온 전류를 제한하는 전류 제한부를 포함한다.A battery pack management apparatus according to the present invention for achieving the above object, the battery pack including a cell assembly including at least one secondary battery and a charge and discharge path through which current flows for charging and discharging the secondary battery of the cell assembly. An apparatus for managing a battery, comprising: a relay provided on a charge / discharge path of the battery pack to selectively open and close the charge / discharge path; A current supply unit which turns on the relay by supplying a turn-on current to the relay; A shunt resistor provided on the charge / discharge path of the battery pack; An amplifier for amplifying and outputting a voltage across the shunt resistor; A comparator for comparing the voltage output by the amplifier with a reference voltage; A heat generating resistor connected to the output terminal of the comparator and generating heat by a current supplied from the output terminal of the comparator; And a current limiter positioned between the relay and the current supply unit and configured to limit a turn-on current from the current supply unit to the relay by heat generation of the heat generating resistor.

여기서, 상기 전류 제한부는, PTC 소자 또는 TCO 소자일 수 있다.Here, the current limiting unit may be a PTC device or a TCO device.

또한, 상기 비교기는, 상기 증폭기에 의해 출력된 전압이 상기 기준 전압보다 큰 경우 출력단으로 전류를 출력하고, 상기 증폭기에 의해 출력된 전압이 상기 기준 전압보다 작은 경우 출력단으로 전류를 출력하지 않도록 구성될 수 있다.The comparator may be configured to output a current to an output terminal when the voltage output by the amplifier is greater than the reference voltage and not output a current to an output terminal when the voltage output by the amplifier is less than the reference voltage. Can be.

또한, 상기 증폭기 및 상기 비교기 중 적어도 하나는, OP AMP일 수 있다.In addition, at least one of the amplifier and the comparator may be an OP AMP.

또한, 상기 릴레이는, 상기 전류 공급부로부터 전류가 일정 크기 이상 지속적으로 공급됨에 따라 턴온 상태를 유지하도록 구성될 수 있다.In addition, the relay may be configured to maintain a turn-on state as the current is continuously supplied from the current supply unit more than a predetermined size.

또한, 본 발명에 따른 배터리 팩 관리 장치는, 상기 전류 공급부로 하여금 상기 릴레이로 턴온 전류를 공급하도록 상기 전류 공급부를 제어하는 제어 유닛을 더 포함할 수 있다.In addition, the battery pack management apparatus according to the present invention may further include a control unit for controlling the current supply to cause the current supply to supply the turn-on current to the relay.

또한, 상기 제어 유닛은, 상기 비교기로 상기 기준 전압을 가변적으로 공급하도록 구성될 수 있다.In addition, the control unit may be configured to variably supply the reference voltage to the comparator.

또한, 본 발명에 따른 배터리 팩 관리 장치는, 상기 비교기로 상기 기준 전압을 고정적으로 공급하는 기준 전원을 더 포함할 수 있다.In addition, the battery pack management apparatus according to the present invention may further include a reference power supply for supplying the reference voltage to the comparator.

또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩은, 본 발명에 따른 배터리 팩 관리 장치를 포함한다.In addition, the battery pack according to the present invention for achieving the above object includes a battery pack management apparatus according to the present invention.

또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동차는, 본 발명에 따른 배터리 팩 관리 장치를 포함한다.In addition, the vehicle according to the present invention for achieving the above object includes a battery pack management apparatus according to the present invention.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩 관리 방법은, 하나 이상의 이차 전지를 포함하는 셀 어셈블리와 상기 셀 어셈블리의 이차 전지를 충방전하기 위한 전류가 흐르는 충방전 경로를 구비하는 배터리 팩을 관리하는 방법으로서, 증폭기에 의해 션트 저항 양단의 전압이 증폭되는 단계; 상기 증폭기에 의해 증폭된 전압과 기준 전압이 비교기로 입력되는 단계; 상기 증폭기에 의해 증폭된 전압이 상기 기준 전압보다 높은 경우, 상기 비교기의 출력단으로 일정 크기 이상의 전류가 출력되는 단계; 상기 비교기의 출력단으로 일정 크기 이상의 전류가 출력되어 상기 비교기의 출력단에 구비된 발열 저항이 발열되는 단계; 상기 발열 저항의 발열에 의해 전류 공급부로부터 릴레이로 공급되는 턴온 전류가 제한되는 단계; 및 상기 릴레이가 턴오프되는 단계를 포함한다.A battery pack management method according to the present invention for achieving the above object, a battery pack having a cell assembly including at least one secondary battery and a charge and discharge path through which current flows to charge and discharge the secondary battery of the cell assembly. CLAIMS What is claimed is: 1. Inputting a voltage amplified by the amplifier and a reference voltage to a comparator; Outputting a current of a predetermined magnitude or more to an output terminal of the comparator when the voltage amplified by the amplifier is higher than the reference voltage; Outputting a current of a predetermined magnitude or more to an output terminal of the comparator to generate a heat generating resistor provided at the output terminal of the comparator; Limiting a turn-on current supplied from the current supply unit to the relay by the heat of the heat generating resistor; And the relay is turned off.

본 발명의 일 측면에 의하면, MCU와 같은 릴레이 제어 유닛과는 별도로, 배터리 팩에 과전류가 흐르는 경우, 신속하고 정확하게 배터리 팩의 충방전 경로가 차단될 수 있다.According to an aspect of the present invention, apart from a relay control unit such as an MCU, when an overcurrent flows in the battery pack, the charge / discharge path of the battery pack may be blocked quickly and accurately.

특히, 본 발명의 경우, 과전류 상황에서 고장 내지 일시적인 오작동으로 인해 제어 유닛에 의한 릴레이의 턴오프가 제대로 이루어지지 못한 경우, 별도로 구성된 회로를 통해 릴레이가 턴오프되도록 하여, 배터리 팩의 충방전 경로가 차단되도록 할 수 있다.Particularly, in the case of the present invention, when the relay is not turned off by the control unit due to a failure or temporary malfunction in an overcurrent situation, the relay is turned off through a separately configured circuit, so that the charge / discharge path of the battery pack Can be blocked.

그러므로, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, 배터리 팩의 과전류 상황에서 배터리 팩의 안전성이 확보될 수 있다. 또한, 본 발명의 이러한 측면에 의하면, MCU와 같은 제어 유닛의 오작동을 보완할 수 있다.Therefore, according to this aspect of the present invention, the safety of the battery pack can be ensured in an overcurrent situation of the battery pack. In addition, according to this aspect of the present invention, a malfunction of a control unit such as an MCU can be compensated for.

또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 릴레이가 제대로 동작하지 못할 정도의 높은 온도 조건에서 릴레이를 향하는 턴오프 전류 신호를 제한함으로써, 비정상적인 고온 상황에서 MCU와 같은 제어 유닛의 제어 없이도 릴레이가 자동적으로 턴오프되도록 할 수 있다.In addition, according to one aspect of the present invention, by limiting the turn-off current signal to the relay in a high temperature condition that the relay can not operate properly, the relay automatically turns without control of a control unit such as MCU in abnormal high temperature conditions Can be turned off.

그리고, 본 발명의 일 측면에 의하면, 종래 배터리 팩 관리 장치에서 션트 저항 등을 그대로 이용할 수 있으며, 그 이외에 추가로 많은 수의 부품을 포함시키거나 과도한 설계 변경을 하지 않아도 된다. In addition, according to an aspect of the present invention, the shunt resistor and the like can be used as it is in the conventional battery pack management device, and in addition, it is not necessary to include a large number of parts or make excessive design changes.

그러므로, 본 발명의 이러한 측면에 의하면 경제적이고 효율적인 배터리 팩 관리 장치의 구성이 가능하다.Therefore, according to this aspect of the present invention, it is possible to configure an economical and efficient battery pack management apparatus.

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, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 관리 장치의 동작 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 관리 장치의 연결 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 관리 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.The following drawings, which are attached to this specification, illustrate exemplary embodiments of the present invention, and together with the detailed description of the present invention, serve to further understand the technical spirit of the present invention. It should not be construed as limited to.
1 is a view schematically showing an operation configuration of a battery pack management apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram schematically illustrating a connection configuration of a battery pack management apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart schematically illustrating a battery pack management method according to an embodiment of the present invention.

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.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms or words used in the specification and claims should not be construed as having a conventional or dictionary meaning, and the inventors should properly explain the concept of terms in order to best explain their own invention. Based on the principle that can be defined, it should be interpreted as meaning and concept corresponding to 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 사상에 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all of the technical spirit of the present invention, various modifications that can be replaced at the time of the present application It should be understood that there may be equivalents and variations.

도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 관리 장치의 동작 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다. 또한, 도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 관리 장치의 연결 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.1 is a view schematically showing an operation configuration of a battery pack management apparatus according to an embodiment of the present invention. 2 is a diagram schematically illustrating a connection configuration of a battery pack management apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 팩 관리 장치는, 릴레이(100), 전류 공급부(200), 션트 저항(300), 증폭기(400), 비교기(500), 발열 저항(600) 및 전류 제한부(700)를 포함할 수 있다. 그리고, 이러한 배터리 팩 관리 장치가 관리하는 배터리 팩에는, 셀 어셈블리(10)와 충방전 경로(P)가 구비될 수 있다.1 and 2, the battery pack management apparatus according to the present invention includes a relay 100, a current supply unit 200, a shunt resistor 300, an amplifier 400, a comparator 500, and a heating resistor 600. ) And the current limiter 700. In addition, the battery pack managed by the battery pack management apparatus may include a cell assembly 10 and a charge / discharge path P.

여기서, 셀 어셈블리(10)는, 하나 이상의 이차 전지를 포함한다. 특히, 1개의 이차 전지만으로는 배터리 팩의 고출력 내지 고용량을 확보하기 어려우므로, 셀 어셈블리(10)에는 다수의 이차 전지가 포함될 수 있다. 그리고, 이러한 이차 전지에는 외장재가 파우치 형태로 구성된 파우치형 이차 전지 또는 외장재가 금속 캔으로 구성된 캔형 이차 전지 등, 다양한 형태의 이차 전지가 포함될 수 있다. 셀 어셈블리(10)에 다수의 이차 전지가 포함되는 경우, 이차 전지 사이는 직렬 및/또는 병렬로 전기적으로 연결될 수 있다. 다만, 도 2에서는 셀 어셈블리(10)에 4개의 이차 전지가 직렬로 연결된 구성이 도시되어 있으나, 이는 일례에 불과할 뿐, 셀 어셈블리(10)에는 다양한 개수의 이차 전지가 다양한 연결 형태로 포함될 수 있다.Here, the cell assembly 10 includes one or more secondary batteries. In particular, since only one secondary battery is difficult to secure a high output or high capacity of the battery pack, the cell assembly 10 may include a plurality of secondary batteries. In addition, the secondary battery may include various types of secondary batteries, such as a pouch type secondary battery in which an exterior material is formed in a pouch form or a can type secondary battery in which the exterior material is formed of a metal can. When the cell assembly 10 includes a plurality of secondary batteries, the secondary batteries may be electrically connected in series and / or in parallel. In FIG. 2, four secondary batteries are connected in series to the cell assembly 10, but this is only an example, and the cell assembly 10 may include various numbers of secondary batteries in various connection forms. .

상기 충방전 경로(P)는, 셀 어셈블리(10)의 이차 전지를 충전 내지 방전시키기 위한 전류가 흐르는 경로이다. 상기 충방전 경로(P)는, 배터리 팩에서 충전기나 부하와 같은 외부 장치와 연결되기 위해 외부로 노출된 팩 단자와 셀 어셈블리(10) 사이의 전원 경로라 할 수 있다. 예를 들어, 도 1의 구성을 참조하면, 셀 어셈블리(10)의 양극 단자와 양극 팩 단자(Pack +) 사이, 및 셀 어셈블리(10)의 음극 단자와 음극 팩 단자(Pack -) 사이의 전류 경로가 충방전 경로(P)라 할 수 있다.The charge / discharge path P is a path through which a current flows to charge or discharge the secondary battery of the cell assembly 10. The charge / discharge path P may be referred to as a power path between the pack terminal exposed to the outside and the cell assembly 10 to be connected to an external device such as a charger or a load in the battery pack. For example, referring to the configuration of FIG. 1, a current between the positive terminal and the positive pack terminal (Pack +) of the cell assembly 10 and between the negative terminal and the negative pack terminal (Pack −) of the cell assembly 10 is shown. The path may be referred to as a charge / discharge path (P).

상기 릴레이(100)는, 배터리 팩의 충방전 경로(P) 상에 구비될 수 있다. 그리고, 상기 릴레이(100)는, 이러한 배터리 팩의 충방전 경로(P)를 선택적으로 개폐시킬 수 있다. 상기 릴레이(100)는, 전자기적인 현상을 이용하여 전류 경로를 개폐시키는 전자적 스위치라 할 수 있다. 특히, 상기 릴레이(100)는, 코일에 전류를 흘리면 자석이 되는 성질을 이용하는 것으로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 코일(110)과 스위치(120)를 구비할 수 있다. 상기 릴레이(100)에는, 전자기 릴레이, 리드 릴레이, 프로그램 릴레이, 반드체 릴레이 등 다양한 형태가 포함될 수 있다.The relay 100 may be provided on the charge / discharge path P of the battery pack. In addition, the relay 100 may selectively open and close the charge / discharge path P of the battery pack. The relay 100 may be referred to as an electronic switch that opens and closes a current path using an electromagnetic phenomenon. In particular, the relay 100 uses a property of becoming a magnet when a current flows through the coil, and as illustrated in FIG. 2, the relay 100 may include a coil 110 and a switch 120. The relay 100 may include various forms such as an electromagnetic relay, a reed relay, a program relay, and a relay.

상기 전류 공급부(200)는, 릴레이(100)로 턴온 전류를 공급할 수 있다. 그리고, 이와 같이 릴레이(100)로 턴온 전류가 공급되면, 릴레이(100)는 턴온되어 충방전 경로에 전류가 흐를 수 있다. 즉, 상기 전류 공급부(200)는, 릴레이(100)를 턴온시킬 수 있다.The current supply unit 200 may supply a turn-on current to the relay 100. When the turn-on current is supplied to the relay 100 in this manner, the relay 100 may be turned on so that a current may flow in the charge / discharge path. That is, the current supply unit 200 may turn on the relay 100.

여기서, 상기 전류 공급부(200)는, 릴레이(100)의 코일(110) 양단에 연결되어, 릴레이(100)의 코일(110)로 턴온 전류를 공급할 수 있다. 그리고, 릴레이(100)의 코일(110)로 턴온 전류가 공급되면, 코일(110) 주변의 스위치(120)가 이동되어 개폐될 수 있다. 예를 들어, 릴레이(100)의 코일(110)로 턴온 전류가 공급되면, 릴레이(100)의 코일(110)은 전자석이 되어, 철편을 이동시킬 수 있다. 그리고, 이와 같은 과정에서, 철편에 구비된 스위치(120)의 접점이 열리거나 닫힐 수 있다.Here, the current supply unit 200 may be connected to both ends of the coil 110 of the relay 100 to supply turn-on current to the coil 110 of the relay 100. When the turn-on current is supplied to the coil 110 of the relay 100, the switch 120 around the coil 110 may be moved and opened and closed. For example, when the turn-on current is supplied to the coil 110 of the relay 100, the coil 110 of the relay 100 may become an electromagnet to move the iron piece. In this process, the contact point of the switch 120 provided in the iron piece may be opened or closed.

바람직하게는, 상기 릴레이(100)는, 전류 공급부(200)로부터 전류가 일정 크기 이상 지속적으로 공급됨에 따라 턴온 상태를 유지하도록 구성될 수 있다. Preferably, the relay 100 may be configured to maintain a turn-on state as the current is continuously supplied from the current supply unit 200 by a predetermined amount or more.

즉, 상기 릴레이(100)는, 전류가 공급될 때에만 스위치(120) 접점의 개폐가 이루어지고, 전류가 멈추면 스프링 등의 복원력에 의해 이전 상태로 돌아가도록 구성될 수 있다. 특히, 릴레이(100)는, 전류 공급부(200)에 의해 코일(110)로 일정 수준 이상의 전류가 공급되면, 스위치(120)가 닫혀짐으로써, 턴온 상태가 되도록 구성될 수 있다. 이러한 릴레이(100) 구성에서, 전류 공급부(200)가 코일(110)로 일정 수준 이상의 전류를 공급하지 못하면, 릴레이(100)의 스위치(120)는 열릴 수 있다. 예를 들어, 전류 공급부(200)가 릴레이(100)의 코일(110)로 전류를 전혀 공급하지 못하거나 전류를 공급하더라도 그 크기가 일정 수준 미만인 경우, 릴레이(100)는 턴오프 상태가 될 수 있다.That is, the relay 100 may be configured to open and close the contact point of the switch 120 only when a current is supplied, and to return to a previous state by a restoring force such as a spring when the current is stopped. In particular, the relay 100 may be configured to be turned on by closing the switch 120 when a current of a predetermined level or more is supplied to the coil 110 by the current supply unit 200. In such a relay 100 configuration, if the current supply unit 200 does not supply a current higher than a predetermined level to the coil 110, the switch 120 of the relay 100 may be opened. For example, if the current supply unit 200 does not supply any current to the coil 110 of the relay 100 or supplies current, the relay 100 may be turned off when the magnitude is less than a predetermined level. have.

상기 션트 저항(300)은, 배터리 팩의 충방전 경로 상에 구비될 수 있다. 상기 션트 저항(300)은, 그 자체의 저항값과 양단에서 측정된 전압값을 통해 전류가 측정되도록 할 수 있다. 상기 션트 저항(300)의 저항값은, 배터리 팩의 종류 등에 따라 다양하게 구성될 수 있다. The shunt resistor 300 may be provided on the charge / discharge path of the battery pack. The shunt resistor 300 may allow a current to be measured through a resistance value of itself and a voltage value measured at both ends thereof. The resistance value of the shunt resistor 300 may be variously configured according to the type of the battery pack.

한편, 상기 릴레이(100), 전류 공급부(200), 션트 저항(300) 등은, 종래 배터리 팩에 구비된 구성요소를 그대로 이용해도 무방하고, 별도로 마련될 수도 있다.Meanwhile, the relay 100, the current supply unit 200, the shunt resistor 300, or the like may be used as it is, or may be provided separately.

상기 증폭기(400)는, 션트 저항(300)에 연결되어, 션트 저항(300) 양단의 전압을 증폭하여 출력할 수 있다. 션트 저항(300)은, 일반적으로 저항값이 작게 설계되기 때문에 전압값이 크지 않을 수 있다. 하지만, 상기 증폭기(400)를 통해, 션트 저항(300) 양단의 전압값은 크게 증폭될 수 있다. The amplifier 400 may be connected to the shunt resistor 300 to amplify and output the voltage across the shunt resistor 300. Since the shunt resistor 300 is generally designed with a small resistance value, the shunt resistor 300 may not have a large voltage value. However, through the amplifier 400, the voltage value across the shunt resistor 300 can be amplified significantly.

특히, 상기 증폭기(400)는, 도 2에 도시된 바와 같이, OP AMP(OPerating AMPlifier; 연산 증폭기)로 구현될 수 있다. 이 경우, 상기 증폭기(400)의 두 입력단은, 션트 저항(300) 양단에 연결될 수 있다. 그리고, 상기 증폭기(400)의 하나의 출력단은, 비교기(500)로 연결될 수 있다. 따라서, 션트 저항(300) 양단의 전압은, 증폭기(400)로 입력되어 증폭된 후, 비교기(500)로 입력될 수 있다.In particular, the amplifier 400 may be implemented as an OP AMP (OPerating AMPlifier) as shown in FIG. 2. In this case, two input terminals of the amplifier 400 may be connected to both ends of the shunt resistor 300. One output terminal of the amplifier 400 may be connected to the comparator 500. Therefore, the voltage across the shunt resistor 300 may be input to the amplifier 400 and then amplified and then input to the comparator 500.

상기 비교기(500)는, 상기 증폭기(400)에 의해 출력된 전압과 기준 전압을 비교할 수 있다. 그리고, 이와 같은 비교 결과에 따라 서로 다른 신호를 출력할 수 있다. 즉, 상기 비교기(500)는, 2개의 입력값을 비교하고, 비교 결과에 따라 출력이 서로 달라지도록 할 수 있다.The comparator 500 may compare the voltage output by the amplifier 400 with a reference voltage. In addition, different signals may be output according to the comparison result. That is, the comparator 500 may compare two input values and allow the outputs to be different from each other according to the comparison result.

특히, 상기 비교기(500)는, 도 2에 도시된 바와 같이, OP AMP로 구현될 수 있다. 이 경우, 상기 비교기(500)는, 2개의 입력단(제1 입력단, 제2 입력단)과 1개의 출력단을 구비할 수 있다. In particular, the comparator 500 may be implemented as an OP AMP, as shown in FIG. 2. In this case, the comparator 500 may include two input terminals (first input terminal and second input terminal) and one output terminal.

상기 비교기(500)의 두 입력단 중 하나의 입력단, 즉 제1 입력단은 증폭기(400)와 연결될 수 있다. 더욱이, 증폭기(400)도 OP AMP로 구현된 경우, 증폭기(400)의 출력단은 비교기(500)의 제1 입력단에 직접 연결될 수 있다. 따라서, 증폭기(400)의 출력 전압은 +로 표시된 비교기(500)의 제1 입력단으로 입력될 수 있다. 또한, 상기 비교기(500)에서 -로 표시된 제2 입력단에는 기준 전압이 공급될 수 있다. 따라서, 상기 비교기(500)는, 2개의 입력단으로 각각 입력된 증폭기(400)의 증폭 전압과 기준 전압을 서로 비교할 수 있다. One input terminal of the two input terminals of the comparator 500, that is, the first input terminal may be connected to the amplifier 400. Furthermore, when the amplifier 400 is also implemented as an OP AMP, the output terminal of the amplifier 400 may be directly connected to the first input terminal of the comparator 500. Therefore, the output voltage of the amplifier 400 may be input to the first input terminal of the comparator 500 denoted by +. In addition, a reference voltage may be supplied to the second input terminal marked with − in the comparator 500. Accordingly, the comparator 500 may compare the amplification voltage and the reference voltage of the amplifier 400 respectively input to the two input terminals.

상기 비교기(500)는, 이러한 비교 결과에 따라 출력단으로 서로 다른 신호를 출력할 수 있다. The comparator 500 may output different signals to the output terminal according to the comparison result.

바람직하게는, 상기 비교기(500)는, 증폭기(400)에 의해 출력된 전압이 기준 전압보다 큰 경우 출력단으로 전류를 출력하고, 증폭기(400)에 의해 출력된 전압이 기준 전압보다 작은 경우 출력단으로 전류를 출력하지 않을 수 있다.Preferably, the comparator 500 outputs a current to the output terminal when the voltage output by the amplifier 400 is greater than the reference voltage, and outputs a current to the output terminal when the voltage output by the amplifier 400 is smaller than the reference voltage. It may not output current.

예를 들어, 상기 비교기(500)는, 증폭기(400)에 의한 증폭 전압이 기준 전압보다 큰 경우 출력단으로 5V의 전압을 출력하고, 증폭기(400)에 의한 증폭 전압이 기준 전압보다 작은 경우 출력단으로 0V의 전압을 출력하도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 비교기(500)는, 증폭기(400)로부터 입력된 전압이 기준 전압보다 크면 출력단에 소정 전압이 출력되도록 하고, 그렇지 않으면 출력단에 전압이 전혀 출력되지 않도록 구성될 수 있다.For example, the comparator 500 outputs a voltage of 5 V to the output terminal when the amplification voltage by the amplifier 400 is greater than the reference voltage, and outputs a voltage of 5 V to the output terminal when the amplification voltage by the amplifier 400 is smaller than the reference voltage. It can be configured to output a voltage of 0V. That is, the comparator 500 may be configured such that a predetermined voltage is output to the output terminal when the voltage input from the amplifier 400 is greater than the reference voltage. Otherwise, the comparator 500 may be configured such that no voltage is output to the output terminal.

상기 발열 저항(600)은, 비교기(500)의 출력단에 구비될 수 있다. 예를 들어, 상기 발열 저항(600)은, 일단이 비교기(500)의 출력단에 직접 연결되고, 타단이 접지되도록 구성될 수 있다. 따라서, 비교기(500)가 비교 결과에 따라 출력단으로 전원을 출력하면, 발열 저항(600)에는 전류가 흐를 수 있다. 그리고, 발열 저항(600)은, 이러한 전류의 흐름을 통해 열을 발생시킬 수 있다.The heat generating resistor 600 may be provided at an output terminal of the comparator 500. For example, the heat generating resistor 600 may be configured such that one end is directly connected to the output terminal of the comparator 500 and the other end is grounded. Therefore, when the comparator 500 outputs power to the output terminal according to the comparison result, current may flow in the heating resistor 600. In addition, the heat generating resistor 600 may generate heat through the flow of the current.

상기 전류 제한부(700)는, 릴레이(100)와 전류 공급부(200) 사이에 위치할 수 있다. 특히, 상기 전류 제한부(700)는, 발열 저항(600)에 인접하는 위치에 배치되어, 발열 저항(600)의 발열 여부 내지 발열 크기에 따라, 턴온 전류를 차단하도록 구성될 수 있다. The current limiting unit 700 may be located between the relay 100 and the current supplying unit 200. In particular, the current limiting unit 700 may be disposed at a position adjacent to the heat generating resistor 600 to block the turn-on current, depending on whether the heat generating resistor 600 is heated or the size of the heat generated.

이를테면, 상기 전류 제한부(700)는, 발열 저항(600)이 열을 발생시키면, 릴레이(100)로 공급되는 턴온 전류를 제한할 수 있다. 즉, 상기 전류 제한부(700)는, 발열 저항(600)이 발열하지 않거나 발열량이 소정 수준 미만이라면, 전류 공급부(200)로부터 릴레이(100)로 공급되는 턴온 전류를 제한하지 않는다. 하지만, 상기 전류 제한부(700)는, 발열 저항(600)이 발열하여 그 발열량이 소정 수준 이상이라면, 전류 공급부(200)로부터 릴레이(100)로 공급되는 턴온 전류를 제한할 수 있다. 그러므로, 이 경우, 전류 공급부(200)가 턴온 전류를 공급하더라도 릴레이(100)는 턴온되지 않을 수 있다.For example, the current limiting unit 700 may limit the turn-on current supplied to the relay 100 when the heat generating resistor 600 generates heat. That is, the current limiting unit 700 does not limit the turn-on current supplied from the current supply unit 200 to the relay 100 when the heat generating resistor 600 does not generate heat or the heat generation amount is less than a predetermined level. However, the current limiting unit 700 may limit the turn-on current supplied from the current supply unit 200 to the relay 100 when the heat generating resistor 600 generates heat and its heat generation amount is higher than or equal to a predetermined level. Therefore, in this case, even if the current supply unit 200 supplies the turn-on current, the relay 100 may not be turned on.

특히, 전류 제한부(700)는, 발열 저항(600)의 발열에 의해, 저항값이 변함으로써 릴레이(100)와 전류 공급부(200) 사이의 전류 경로를 제한할 수 있다. 예를 들어, 상기 전류 제한부(700)는, 발열 저항(600)의 발열에 의해, 저항값이 무한대에 가깝도록 크게 증대되어 릴레이(100)와 전류 공급부(200) 사이의 전류 경로를 완전히 차단할 수 있다. 또는, 상기 전류 제한부(700)는, 발열 저항(600)의 발열에 의해, 저항값이 다소 증대되어 릴레이(100)의 코일(110)로 공급되는 턴온 전류의 크기를 감소시킬 수 있다. 이 경우, 릴레이(100)의 코일(110)로 턴온 전류가 공급되더라도, 전류의 크기가 작아 릴레이(100)의 스위치(120)는 접점이 연결되지 않아 릴레이(100)가 턴온되지 않도록 할 수 있다.In particular, the current limiting unit 700 may limit the current path between the relay 100 and the current supply unit 200 by changing the resistance value due to the heat generated by the heat generating resistor 600. For example, the current limiting unit 700 is greatly increased so that the resistance value is close to infinity by the heat generation of the heat generating resistor 600 to completely block the current path between the relay 100 and the current supply unit 200. Can be. Alternatively, the current limiting part 700 may increase the resistance value by heat generation of the heat generating resistor 600 to reduce the magnitude of the turn-on current supplied to the coil 110 of the relay 100. In this case, even when the turn-on current is supplied to the coil 110 of the relay 100, the current is small so that the switch 120 of the relay 100 may not allow the relay 100 to be turned on because the contact is not connected. .

바람직하게는, 상기 전류 제한부(700)는, PTC 소자일 수 있다.Preferably, the current limiting unit 700 may be a PTC device.

PTC(Positive Temperature Coefficient) 소자는, 온도에 따라 저항값이 변하는 소자이다. 즉, 상기 PTC 소자는, 낮은 온도에서는 저항값이 낮고, 높은 온도에서는 저항값이 높을 수 있다. 본 발명에 따른 배터리 팩 관리 장치에서, 이러한 PTC 소자는 일단이 릴레이(100)의 코일(110)에 직접 연결되고, 타단이 전류 공급부(200)에 직접 연결될 수 있다. 따라서, 상기 PTC 소자는, 온도가 일정 수준 이상 높아지는 경우, 양단으로 더 이상 전류가 흐르지 못하게 할 수 있다.A PTC (Positive Temperature Coefficient) element is an element whose resistance value changes with temperature. That is, the PTC device may have a low resistance at low temperatures and a high resistance at high temperatures. In the battery pack management apparatus according to the present invention, one end of the PTC device may be directly connected to the coil 110 of the relay 100, and the other end may be directly connected to the current supply unit 200. Therefore, the PTC device can prevent the current from flowing further at both ends when the temperature is increased by a predetermined level or more.

특히, 상기 PTC 소자는, 발열 저항(600)에 인접하는 위치에 배치되어, 발열 저항(600)의 발열에 의해 저항값이 변경되도록 구성될 수 있다. 더욱이, 상기 PTC 소자는, 발열 저항(600)에 전류가 흘러 열이 발생되는 경우, 발생된 열로 인해 저항값이 상승하도록 구성될 수 있다.In particular, the PTC device may be disposed at a position adjacent to the heat generating resistor 600 to change the resistance value by the heat of the heat generating resistor 600. In addition, the PTC device may be configured to increase the resistance value due to the generated heat when a current flows through the heat generating resistor 600.

이를 위해, 상기 PTC 소자는, 발열 저항(600)의 발열 여부에 따라 저항값이 변경될 수 있을 만한 위치 및/또는 사양을 갖도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 PTC 소자는, 발열 저항(600)에 접촉하거나 그에 최대한 근접하여, 이를테면 발열 저항(600)과 수 mm 이내의 거리에 배치될 수 있다.To this end, the PTC device may be configured to have a position and / or specification where the resistance value may be changed depending on whether the heating resistor 600 generates heat. For example, the PTC device may be disposed in contact with or as close as possible to the heat generating resistor 600, for example, within a distance of several mm from the heat generating resistor 600.

다만, 본 발명에 따른 전류 제한부(700)가, 이러한 PTC 소자로 한정되는 것은 아니며, 다른 소자로 구현될 수도 있다. 예를 들어, 상기 전류 제한부(700)는, TCO 소자일 수 있다. TCO(Thermal Cut-Off) 소자는, 온도 퓨즈로서 금속 케이스 내에 유기물 입자의 감온 소자가 수용되는 형태로 구성될 수 있다. 그리고, 이러한 TCO 소자는, 일정 온도 이상으로 증가시 감온 소자가 용융 액화되어 접점이 열리도록 할 수 있다. 그 밖에, 상기 전류 제한부(700)는, 다른 퓨즈나 FET(Field Effect Transistor)로 구현될 수도 있다.However, the current limiting unit 700 according to the present invention is not limited to such a PTC device, but may be implemented as another device. For example, the current limiter 700 may be a TCO device. The thermal cut-off (TCO) device may be configured in a form in which a thermal element of organic particles is accommodated in a metal case as a thermal fuse. In addition, such a TCO device may cause the thermosensitive device to melt and liquefy when the temperature increases above a predetermined temperature to open a contact. In addition, the current limiter 700 may be implemented by another fuse or a field effect transistor (FET).

본 발명에 따른 배터리 팩 관리 장치는, 제어 유닛(800)을 더 포함할 수 있다. The battery pack management apparatus according to the present invention may further include a control unit 800.

상기 제어 유닛(800)은, 전류 공급부(200)를 제어할 수 있다. 특히, 상기 제어 유닛(800)은, 전류 공급부(200)로 하여금 릴레이(100)로 턴온 전류를 공급하도록 할 수 있다. 즉, 상기 제어 유닛(800)이 전류 공급부(200)에게 턴온 전류를 공급하도록 제어 신호를 전송하면, 전류 공급부(200)는 릴레이(100)로 턴온 전류를 공급할 수 있다. 그리고, 상기 제어 유닛(800)이 전류 공급부(200)에게 턴온 전류를 공급하지 않도록 제어 신호를 전송하면, 전류 공급부(200)는 릴레이(100)로 턴온 전류를 공급하지 않을 수 있다.The control unit 800 may control the current supply unit 200. In particular, the control unit 800 may cause the current supply unit 200 to supply the turn-on current to the relay 100. That is, when the control unit 800 transmits a control signal to supply the turn-on current to the current supply unit 200, the current supply unit 200 may supply the turn-on current to the relay 100. If the control unit 800 transmits a control signal not to supply the turn-on current to the current supply unit 200, the current supply unit 200 may not supply the turn-on current to the relay 100.

상기 제어 유닛(800)은, 전류 공급부(200)를 제어하는 구성요소로서, 본 발명에 따른 배터리 팩 관리 장치에서 새롭게 구비된 것일 수 있으나, 종래 배터리 팩 관리 장치나 배터리 팩 또는 배터리 팩에 연결된 다른 장비의 관리 시스템에 구비된 것일 수 있다. 특히, 상기 제어 유닛(800)은, MCU(Micro Controller Unit)일 수 있다. MCU는, 일반적인 배터리 팩에 많이 포함되는 구성요소로서, 셀 어셈블리(10)의 과충전이나 과방전, 과전압 및 과전류 등과 같은 배터리 팩의 이상 상황을 판단할 수 있다. 그리고, MCU는, 이러한 이상 상황 발생 시, FET나 퓨즈 등을 제어하여 배터리 팩의 보호 동작을 수행할 수 있다. 또한, 상기 제어 유닛(800)은, ASIC(Application Specific Integrated Circuit)과 같이, 다양한 제품으로 구현될 수 있다.The control unit 800, as a component for controlling the current supply unit 200, may be newly provided in the battery pack management apparatus according to the present invention, but is connected to a conventional battery pack management apparatus or a battery pack or a battery pack. It may be provided in the management system of the equipment. In particular, the control unit 800 may be a micro controller unit (MCU). The MCU is a component included in many battery packs, and may determine an abnormal state of the battery pack such as overcharge, overdischarge, overvoltage, overcurrent, and the like of the cell assembly 10. In addition, when such an abnormality occurs, the MCU may perform a protection operation of the battery pack by controlling a FET or a fuse. In addition, the control unit 800 may be implemented in various products, such as an application specific integrated circuit (ASIC).

또한, 본 발명에 따른 배터리 팩 관리 장치는, 도 2에 도시된 바와 같이, 기준 전원(Ref)을 더 포함할 수 있다.In addition, the battery pack management apparatus according to the present invention may further include a reference power source Ref as shown in FIG. 2.

상기 기준 전원(Ref)은, 비교기(500)로 기준 전압을 공급할 수 있다. 따라서, 상기 비교기(500)는, 이와 같이 기준 전원(Ref)에 의해 공급되는 기준 전압을 증폭기(400)에 의해 증폭된 전압과 비교할 수 있다. 특히, 상기 기준 전원(Ref)은, 기준 전압을 고정적으로 공급할 수 있다. 즉, 상기 기준 전원(Ref)은, 동일한 크기의 전압을 비교기(500)의 하나의 입력단에 계속해서 공급할 수 있다.The reference power source Ref may supply a reference voltage to the comparator 500. Accordingly, the comparator 500 may compare the reference voltage supplied by the reference power supply Ref with the voltage amplified by the amplifier 400. In particular, the reference power supply Ref can supply the reference voltage fixedly. That is, the reference power source Ref may continuously supply voltages having the same magnitude to one input terminal of the comparator 500.

한편, 비교기(500)로 입력되는 기준 전압은, 기준 전원이 아닌 다른 구성 요소에 의해 공급될 수 있다. 예를 들어, 상기 제어 유닛(800)은, 비교기(500)로 기준 전압을 공급하도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 비교기(500)로 공급되는 기준 전압은, MCU와 같은 제어 유닛(800)에 의해 공급될 수 있다. 이때, 상기 제어 유닛(800)은, 비교기(500)로 기준 전압을 가변적으로 공급할 수 있다. 예를 들어, 상기 제어 유닛(800)은, 충전 시와 방전 시에 비교기(500)로 입력되는 기준 전압을 서로 다른 크기로 공급할 수 있다. 또는, 상기 제어 유닛(800)은, 방전 시에도 배터리 팩의 방전 상태, 또는 부하의 종류나 상태 등에 따라 서로 다른 크기의 기준 전압을 비교기(500)로 입력할 수 있다. On the other hand, the reference voltage input to the comparator 500 may be supplied by a component other than the reference power. For example, the control unit 800 may be configured to supply a reference voltage to the comparator 500. That is, the reference voltage supplied to the comparator 500 may be supplied by a control unit 800 such as an MCU. In this case, the control unit 800 may variably supply a reference voltage to the comparator 500. For example, the control unit 800 may supply reference voltages input to the comparator 500 in different sizes during charging and discharging. Alternatively, the control unit 800 may input reference voltages having different magnitudes into the comparator 500 according to the discharge state of the battery pack or the type or state of the load even during discharge.

본 발명의 이러한 실시예에 의하면, 비교기(500)의 기준 전압이 상황에 따라 적절한 크기로 변경되도록 함으로써, 배터리 팩의 사양이나 구동 상태, 부하 등의 변화 등에 따라 능동적으로 대처하여 배터리 팩이 효율적으로 관리되도록 할 수 있다.According to this embodiment of the present invention, the reference voltage of the comparator 500 is changed to an appropriate magnitude according to the situation, thereby actively responding to changes in the specification, driving state, load, and the like of the battery pack, thereby efficiently Can be managed

본 발명에 따른 배터리 팩 관리 장치는, 배터리 팩 자체에 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 배터리 팩은, 상술한 배터리 팩 관리 장치를 포함할 수 있다. The battery pack management apparatus according to the present invention may be applied to the battery pack itself. Therefore, the battery pack according to the present invention may include the above-described battery pack management apparatus.

또한, 본 발명에 따른 배터리 팩 관리 장치는, 자동차에 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 자동차는, 상술한 배터리 팩 관리 장치를 포함할 수 있다. 특히, 하이브리드 자동차를 포함한 전기 자동차의 경우, 배터리 팩으로부터 구동력을 얻기 때문에, 배터리 팩에 대한 안전성 확보는 매우 중요하다 할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 배터리 팩 관리 장치가 적용되는 경우, 자동차용 배터리 팩의 효과적인 안전성 확보가 이루어질 수 있다.In addition, the battery pack management apparatus according to the present invention may be applied to an automobile. Therefore, the vehicle according to the present invention may include the above-described battery pack management apparatus. In particular, in the case of an electric vehicle including a hybrid vehicle, since driving power is obtained from the battery pack, it may be very important to secure safety for the battery pack. Therefore, when the battery pack management apparatus according to the present invention is applied, it is possible to secure an effective safety of the vehicle battery pack.

도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 팩 관리 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.3 is a flowchart schematically illustrating a battery pack management method according to an embodiment of the present invention.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 배터리 팩 관리 방법에 의하면, 먼저 증폭기에 의해 션트 저항 양단의 전압이 증폭된다(S110). 그리고, 증폭기에 의해 증폭된 전압과 기준 전압이 비교기로 입력된다(S120). 다음으로, 증폭 전압과 기준 전압이 서로 비교되어(S130), 증폭 전압이 기준 전압보다 크면, 비교기의 출력단으로 일정 크기 이상의 전류가 출력된다(S140). 다음으로, 이처럼 비교기의 출력단으로 출력된 전류에 의해, 발열 저항이 열을 발생시킨다(S150). 그러면, 이러한 발열 저항의 발열에 의해, 전류 공급부로부터 릴레이로 공급되는 턴온 전류가 제한될 수 있다(S160). 그리고 이러한 턴온 전류의 제한에 의해, 릴레이는 턴오프될 수 있다(S170). 여기서, 이전 상태에서 릴레이가 턴온 상태인 경우, 상기 S170 단계에서는 이러한 턴온 상태가 더 이상 유지되지 못하고 턴오프 상태로 변경될 수 있다. 또한, 이전 상태에서 릴레이가 턴오프 상태인 경우, 상기 S170 단계에서는, 전류 공급부에 의해 턴온 전류가 공급되더라도, 릴레이는 턴온되지 않고 턴오프 상태가 그대로 유지될 수 있다.As shown in FIG. 3, according to the battery pack management method of the present invention, first, the voltage across the shunt resistor is amplified by the amplifier (S110). The voltage amplified by the amplifier and the reference voltage are input to the comparator (S120). Next, the amplification voltage and the reference voltage are compared with each other (S130), if the amplification voltage is greater than the reference voltage, a current of a predetermined magnitude or more is output to the output terminal of the comparator (S140). Next, the heat generating resistor generates heat by the current output to the output terminal of the comparator (S150). Then, the turn-on current supplied from the current supply unit to the relay may be limited by the heat of the heat generating resistor (S160). In addition, the relay may be turned off by limiting the turn-on current (S170). In this case, when the relay is turned on in the previous state, the turn-on state may not be maintained any more and may be changed to the turn-off state in step S170. In addition, when the relay is turned off in the previous state, in step S170, even if the turn-on current is supplied by the current supply unit, the relay may not be turned on and the turn-off state may be maintained as it is.

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.As described above, although the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, the present invention is not limited thereto and is intended by those skilled in the art to which the present invention pertains. Of course, various modifications and variations are possible within the scope of equivalents of the claims to be described.

10: 셀 어셈블리
P: 충방전 경로
100: 릴레이
110: 코일, 120: 스위치
200: 전류 공급부
300: 션트 저항
400: 증폭기
500: 비교기
600: 발열 저항
700: 전류 제한부
800: 제어 유닛10: cell assembly
P: charge / discharge path
100: relay
110: coil, 120: switch
200: current supply
300: shunt resistance
400: amplifier
500: comparator
600: exothermic resistance
700: current limit
800: control unit

Claims (11)

하나 이상의 이차 전지를 포함하는 셀 어셈블리와 상기 셀 어셈블리의 이차 전지를 충방전하기 위한 전류가 흐르는 충방전 경로를 구비하는 배터리 팩을 관리하는 장치에 있어서,
코일과 스위치를 구비하며 상기 배터리 팩의 충방전 경로 상에 위치하여 상기 충방전 경로를 선택적으로 개폐하는 릴레이;
상기 릴레이의 코일 양단에 연결되어 상기 릴레이의 코일로 턴온 전류를 공급하여 상기 릴레이의 스위치를 턴온시키는 전류 공급부;
상기 배터리 팩의 충방전 경로 상에 구비된 션트 저항;
상기 션트 저항 양단의 전압을 증폭하여 출력하는 증폭기;
2개의 입력단과 하나의 출력단을 구비하는 OP AMP로 구현되며, 상기 2개의 입력단 중 하나의 입력단에 상기 증폭기에 의해 출력된 전압이 입력되고 다른 하나의 입력단에 기준 전압이 입력되어, 상기 증폭기에 의해 출력된 전압과 상기 기준 전압을 비교하며, 비교 결과에 따라 상기 출력단에 서로 다른 신호를 출력하는 비교기;
상기 비교기의 출력단에 직접 연결되어, 상기 비교기의 출력단으로부터 공급되는 전류에 의해 열을 발생시키는 발열 저항; 및
상기 릴레이의 코일과 상기 전류 공급부 사이에 위치하고, 상기 발열 저항의 발열에 의해 상기 전류 공급부로부터 상기 릴레이의 코일로 공급되는 턴온 전류를 제한하는 전류 제한부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리 장치.An apparatus for managing a battery pack having a cell assembly including at least one secondary battery and a charge / discharge path through which current flows to charge and discharge the secondary battery of the cell assembly.
A relay having a coil and a switch and positioned on a charge / discharge path of the battery pack to selectively open and close the charge / discharge path;
A current supply unit connected to both ends of the coil of the relay to supply turn-on current to the coil of the relay to turn on the switch of the relay;
A shunt resistor provided on the charge / discharge path of the battery pack;
An amplifier for amplifying and outputting a voltage across the shunt resistor;
It is implemented as an OP AMP having two input stages and one output stage, a voltage output by the amplifier is input to one of the two input terminals and a reference voltage is input to the other input terminal, by the amplifier A comparator comparing the output voltage with the reference voltage and outputting different signals to the output terminal according to a comparison result;
A heating resistor connected directly to an output terminal of the comparator and generating heat by a current supplied from an output terminal of the comparator; And
A current limiting part disposed between the coil of the relay and the current supply part and configured to limit a turn-on current supplied from the current supply part to the coil of the relay by heat generation of the heating resistance;
Battery pack management device comprising a. 제1항에 있어서,
상기 전류 제한부는, PTC 소자 또는 TCO 소자인 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리 장치.The method of claim 1,
The current limiting unit is a battery pack management device, characterized in that the PTC element or TCO element. 제1항에 있어서,
상기 비교기는, 상기 증폭기에 의해 출력된 전압이 상기 기준 전압보다 큰 경우 출력단으로 전류를 출력하고, 상기 증폭기에 의해 출력된 전압이 상기 기준 전압보다 작은 경우 출력단으로 전류를 출력하지 않는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리 장치.The method of claim 1,
The comparator outputs a current to an output terminal when the voltage output by the amplifier is greater than the reference voltage, and does not output a current to an output terminal when the voltage output by the amplifier is smaller than the reference voltage. Battery pack management device. 제1항에 있어서,
상기 증폭기는, OP AMP인 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리 장치.The method of claim 1,
The amplifier is a battery pack management device, characterized in that the OP AMP. 제1항에 있어서,
상기 릴레이는, 상기 전류 공급부로부터 전류가 일정 크기 이상 지속적으로 공급됨에 따라 턴온 상태를 유지하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리 장치.The method of claim 1,
The relay is a battery pack management device, characterized in that configured to maintain a turn-on state as the current is continuously supplied over a predetermined size from the current supply. 제1항에 있어서,
상기 전류 공급부로 하여금 상기 릴레이로 턴온 전류를 공급하도록 상기 전류 공급부를 제어하는 제어 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리 장치.The method of claim 1,
And a control unit for controlling the current supply to cause the current supply to supply turn-on current to the relay. 제6항에 있어서,
상기 제어 유닛은, 상기 비교기로 상기 기준 전압을 가변적으로 공급하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리 장치.The method of claim 6,
And the control unit variably supplies the reference voltage to the comparator. 제1항에 있어서,
상기 비교기로 상기 기준 전압을 고정적으로 공급하는 기준 전원을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리 장치.The method of claim 1,
And a reference power supply for supplying the reference voltage to the comparator in a fixed manner. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 배터리 팩 관리 장치를 포함하는 배터리 팩.A battery pack comprising the battery pack management device according to any one of claims 1 to 8. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 배터리 팩 관리 장치를 포함하는 자동차.An automobile comprising a battery pack management device according to any one of claims 1 to 8. 하나 이상의 이차 전지를 포함하는 셀 어셈블리와 상기 셀 어셈블리의 이차 전지를 충방전하기 위한 전류가 흐르는 충방전 경로를 구비하는 배터리 팩을 관리하는 방법에 있어서,
증폭기에 의해 션트 저항 양단의 전압이 증폭되는 단계;
상기 증폭기에 의해 증폭된 전압과 기준 전압이 OP AMP로 구현된 비교기의 2개의 입력단으로 각각 입력되는 단계;
상기 증폭기에 의해 증폭된 전압이 상기 기준 전압보다 높은 경우, 상기 비교기의 출력단으로 일정 크기 이상의 전류가 출력되는 단계;
상기 비교기의 출력단으로 일정 크기 이상의 전류가 출력되어 상기 비교기의 출력단에 직접 연결된 형태로 구비된 발열 저항이 발열되는 단계;
상기 발열 저항의 발열에 의해 전류 공급부로부터 릴레이의 코일로 공급되는 턴온 전류가 제한되는 단계; 및
상기 턴온 전류의 제한으로 상기 릴레이의 스위치가 턴오프되는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩 관리 방법.A method of managing a battery pack having a cell assembly including at least one secondary battery and a charge / discharge path through which a current flows to charge and discharge the secondary battery of the cell assembly.
Amplifying the voltage across the shunt resistor by an amplifier;
A voltage amplified by the amplifier and a reference voltage are respectively input to two input terminals of a comparator implemented with an OP AMP;
Outputting a current of a predetermined magnitude or more to an output terminal of the comparator when the voltage amplified by the amplifier is higher than the reference voltage;
Outputting a current of a predetermined magnitude or more to an output terminal of the comparator to generate a heating resistance provided in a form directly connected to the output terminal of the comparator;
Limiting the turn-on current supplied from the current supply unit to the coil of the relay by the heat of the heat generating resistor; And
The switch of the relay is turned off due to the limit of the turn-on current
Battery pack management method comprising a.
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