KR102098435B1

KR102098435B1 - 프리 힐링 패스를 이용한 배터리 간 회로 보호 시스템 및 보호 방법

Info

Publication number: KR102098435B1
Application number: KR1020160090251A
Authority: KR
Inventors: 송현진; 이원태; 최양림
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2016-07-15
Filing date: 2016-07-15
Publication date: 2020-04-07
Also published as: US10958262B2; PL3392992T3; EP3392992A4; WO2018012916A1; KR20180008213A; EP3392992B1; US20190020337A1; CN108475918A; EP3392992A1; JP6609378B2; CN108475918B; JP2019504598A

Abstract

본 발명은 차량용 납축 배터리 및 리튬 폴리머 배터리가 서로 연결된 회로에 있어서 모스펫(MOSFET) 스위치를 통한 전원 차단 시 납축 배터리로부터 발생되는 역기전력이 모스펫 스위치에 인가되지 않도록 하여 모스펫 스위치를 과전류로부터 방지하고, 또한 납축 배터리의 충전 시 납축 배터리로부터 누출된 전류가 정해진 경로가 아닌 다른 경로로 도통되는 것을 사전에 차단할 수 있는 배터리 간 회로 보호 시스템 및 보호 방법에 관한 것이다.

Description

프리 힐링 패스를 이용한 배터리 간 회로 보호 시스템 및 보호 방법{SYSTEM AND METHOD FOR PROTECTING THE CIRCUIT BETWEEN THE BATTERY USING FREE WHEELING PATH}

본 발명은 프리 힐링 패스를 이용한 배터리 간 회로 보호 시스템 및 보호 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로, 차량용 납축 배터리 및 리튬 폴리머 배터리가 서로 연결된 회로에 있어서 모스펫(MOSFET) 스위치를 통한 전원 차단 시 납축 배터리로부터 발생되는 역기전력이 모스펫 스위치에 인가되지 않도록 하여 모스펫 스위치를 과전류로부터 방지하고, 또한 납축 배터리의 충전 시 납축 배터리로부터 누출된 전류가 정해진 경로가 아닌 다른 경로로 도통되는 것을 사전에 차단할 수 있는 배터리 간 회로 보호 시스템 및 보호 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 차량용 납축 배터리와 연결된 리튬 폴리머 배터리에 있어서 리튬 폴리머 배터리는 차량용 납축 배터리의 출력을 서포트하게 되는데, 외부 동력 단락 시 리튬 폴리머 배터리로부터 발생되는 전류를 차단하여야 한다.

이를 위하여 종래에는 금속 산화막 전계 효과 트랜지스터, 즉 모스펫(MOSFET)이라고 하는 스위칭 소자를 이용하여 이러한 차단 동작을 수행하였는데, 이때 모스펫을 이용하여 차량용 납축 배터리 및 리튬 폴리머 배터리 간의 전력을 갑자기 차단하게 되면 차량용 모터에서는 기존의 전류 흐름 방향과는 반대방향(역방향)으로 역기전력(counter eletromotive force)이 발생하게 되며, 이렇게 발생된 역기전력은 차량용 납축 배터리를 통해 회로 상에 통전된다는 문제점을 가지고 있었다.

일반적으로 차량용 모터는 회전 속도가 매우 빠르기 때문에 모터 내부 코일을 통과하는 자속의 변화량도 비례하여 빠르게 증가하게 되며 그에 따른 역기전력은 매우 높은 전력량을 나타내게 된다.

즉, 회로 상에 통전되는 역기전력은 매우 높은 전력량을 가진 과전류에 해당하기 때문에, 이러한 역기전력이 회로 상에 도통되는 경우, 회로 상에 실장된 각종 소자들이 과전류에 의해 파손될 우려가 있었다.

이를 방지하기 위하여, 종래에는 다수의 모스펫을 이용하여 역기전력을 환류될 수 있는 환류 경로(free wheeling path)를 구현하여 이용하였는데, 모스펫의 특성 상 하나의 모스펫으로는 기생다이오드의 방향성이 단일화되어 있어 한쪽 방향으로만 방향 제어가 가능하기 때문에 전류 방향성을 제어하기 위해서는 다수의 모스펫을 적용할 수 밖에 없다는 한계가 있었고, 이는 회로의 복잡성 및 회로 내 소자 집적도 증가에 따른 각종 전기적 문제점을 야기하게 되었다.

이에, 본 발명자는 상술된 종래의 환류 경로 회로가 가지는 문제점을 해결하기 위하여, 다수의 모스펫을 통해 환류 경로를 구현하는 것이 아닌, 전류의 방향을 다양한 방향으로 제어 가능한 실리콘 제어 정류기(일명 사이리스터, SCR)를 이용함으로써, 모스펫(MOSFET) 스위치를 통한 전원 차단 시 납축 배터리로부터 발생되는 역기전력이 모스펫 스위치에 인가되지 않도록 하여 모스펫 스위치를 과전류로부터 방지하고, 또한 납축 배터리의 충전 시 납축 배터리로부터 누출된 전류가 정해진 경로가 아닌 다른 경로로 도통되는 것을 사전에 차단할 수 있는 배터리 간 회로 보호 시스템 및 보호 방법을 발명하기에 이르렀다.

한국공개특허 제10-2012-0134434호

본 발명은 상술된 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 본 발명은 다수의 모스펫을 통해 환류 경로를 구현하는 것이 아닌, 전류의 방향을 다양한 방향으로 제어 가능한 실리콘 제어 정류기(일명 사이리스터, SCR)를 이용함으로써, 모스펫(MOSFET) 스위치를 통한 전원 차단 시 납축 배터리로부터 발생되는 역기전력이 모스펫 스위치에 인가되지 않도록 하여 모스펫 스위치를 과전류로부터 방지하고, 또한 납축 배터리의 충전 시 납축 배터리로부터 누출된 전류가 정해진 경로가 아닌 다른 경로로 도통되는 것을 사전에 차단할 수 있는 배터리 간 회로 보호 시스템 및 보호 방법을 제공하고자 한다.

본 발명에 따른 실시예들 중에서, 배터리 간 회로 보호 시스템은 제1 및 제2 배터리를 포함하여 형성되는 회로 상에서, 상기 제1 및 제2 배터리 간의 도통 상태(Continuity)를 제어하는 스위칭부 및 상기 제1 배터리의 누출전류를 차단하거나 또는 상기 제1 배터리의 역기전력을 제1 배터리 방향으로 환류(free wheeling)시킴으로써, 상기 역기전력으로부터 상기 스위칭부를 보호하는 환류부를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 환류부는 실리콘 제어 정류기(SCR) 및 상기 제1 배터리의 전압값을 검출하며, 검출된 전압값에 따라 상기 실리콘 제어 정류기의 동작상태를 온 상태로 변경시키기 위한 동작신호를 출력하는 전압값 검출기를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 전압값 검출기는 상기 검출된 전압값을 통해 상기 제1 배터리가 연결된 방향성을 판단하며, 상기 제1 배터리의 연결 방향이 정방향이 아닌 역방향인 것으로 판단되는 경우 상기 동작신호를 출력하지 않는 것을 특징으로 할 수 있다.

일 실시예에서, 외부 충전원을 통한 상기 제1 배터리의 충전 시 상기 제1 배터리로부터 상기 환류부 방향으로 누출되는 누출전류는 상기 실리콘 제어 정류기에 의해 차단될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 실리콘 제어 정류기가 온 상태로 동작하는 중, 상기 스위칭부가 개방(OPEN)되어 상기 제1 및 제2 배터리 간의 도통 상태가 단락 상태로 변경되는 경우, 상기 제1 배터리로부터 출력되는 역기전력을 상기 실리콘 제어 정류기를 통해 상기 제1 배터리 방향으로 환류시킬 수 있도록, 상기 전압값 검출기는 상기 실리콘 제어 정류기의 동작상태를 온 상태에서 환류 상태로 변경시키기 위한 환류신호를 출력할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제1 배터리로부터 출력되는 역기전력이 상기 실리콘 제어 정류기를 통해 상기 제1 배터리 방향으로 환류됨에 따라, 상기 스위칭부는 상기 역기전력으로부터 보호될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 스위칭부는 금속 산화막 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)일 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 간 회로 보호 방법은 제1 및 제2 배터리를 포함하여 형성되는 회로 상에서, 스위칭부를 통해 상기 제1 및 제2 배터리 간의 도통 상태(Continuity)를 제어하는 단계 및 환류부를 통해, 상기 제1 배터리의 누출전류를 차단하거나 또는 상기 제1 배터리의 역기전력을 제1 배터리 방향으로 환류(free wheeling)시킴으로써, 상기 역기전력으로부터 상기 스위칭부를 보호하는 단계를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 스위칭부를 보호하는 단계는 전압값 검출기를 통해 상기 제1 배터리의 전압값을 검출하는 단계 및 검출된 전압값에 따라 실리콘 제어 정류기의 동작상태를 온 상태로 변경시키기 위한 동작신호를 상기 실리콘 제어 정류기로 출력하는 단계를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 스위칭부를 보호하는 단계는 상기 검출된 전압값을 통해 상기 제1 배터리가 연결된 방향성을 판단하며, 상기 제1 배터리의 연결 방향이 정방향이 아닌 역방향인 것으로 판단되는 경우 상기 동작신호를 출력하지 않는 단계를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 스위칭부를 보호하는 단계는 외부 충전원을 통한 상기 제1 배터리의 충전 시, 상기 실리콘 제어 정류기를 통해 상기 제1 배터리로부터 상기 환류부 방향으로 누출되는 누출전류를 차단하는 단계를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 스위칭부를 보호하는 단계는 상기 실리콘 제어 정류기가 온 상태로 동작하는 중, 상기 스위칭부가 개방(OPEN)되어 상기 제1 및 제2 배터리 간의 도통 상태가 단락 상태로 변경되는 경우, 상기 제1 배터리로부터 출력되는 역기전력을 상기 실리콘 제어 정류기를 통해 상기 제1 배터리 방향으로 환류시킬 수 있도록, 상기 전압값 검출기를 통해 상기 실리콘 제어 정류기의 동작상태를 온 상태에서 환류 상태로 변경시키기 위한 환류신호를 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 스위칭부를 보호하는 단계는 상기 제1 배터리로부터 출력되는 역기전력이 상기 실리콘 제어 정류기를 통해 상기 제1 배터리 방향으로 환류됨에 따라, 상기 스위칭부가 상기 역기전력으로부터 보호되는 단계를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제1 및 제2 배터리 간의 도통 상태를 제어하는 단계는 금속 산화막 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)를 토대로 상기 스위칭부를 구현하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 실리콘 제어 정류기(SCR)를 이용하여 환류 경로(프리 힐링 패스)를 구현함으로써, 역기전력의 전류 방향성 및 누출 전류의 전류 방향성을 모두 제어할 수 있는 이점을 가진다.

또한 본 발명의 일 측면에 따르면, 전압값 검출기를 통해 차량용 납축 배터리가 정상적으로 연결된 경우에만 실리콘 제어 정류기의 동작상태를 온 상태에서 오프 상태로 변경시키기 때문에, 작업자의 부주의로 인해 배터리 연결 방향이 달라지더라도 실리콘 제어 정류기의 동작상태를 제어하여 오작동을 방지할 수 있는 이점을 가진다.

또한 본 발명의 일 측면에 따르면, 다수의 모스펫 적용을 배제함으로써 배터리 간 연결 회로의 복잡성이 해소되고, 그에 따른 소자 집적도도 현저히 감소될 수 있으며, 다수의 모스펫 적용에 따른 비용 발생 문제도 해결될 수 있는 이점을 가진다.

또한 본 발명의 일 측면에 따르면, 외부 충전원을 통한 납축 배터리 충전 시 납축 배터리로부터 누출될 수 있는 누출전류가 정해진 경로가 아닌 다른 경로로 도통되는 것을 실리콘 제어 정류기(SCR)를 이용하여 사전에 차단할 수 있는 이점을 가진다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 간 회로 보호 시스템(100)의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 실리콘 제어 정류기(120a)의 구성 및 동작 상태를 보다 구체적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 간 회로 보호 시스템(100)의 동작 순서를 개략적으로 도시한 도면이다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 간 회로 보호 시스템(100)의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 간 회로 보호 시스템(100)은 스위칭부(110) 및 환류부(120)를 포함하여 구성될 수 있다.

먼저, 스위칭부(110)는 제1 및 제2 배터리(1, 2)를 포함하여 형성되는 회로(3) 상에서 제1 및 제2 배터리(1, 2) 간의 도통 상태(Continuity)를 제어하는 역할을 수행할 수 있다.

여기에서, 제1 배터리(1)라 함은 황산을 전해질로 하며 음극(-)은 납, 양극(+)은 이산화납이 적용된 충방전이 가능한 차량용 납축 배터리를 의미할 수 있고, 제2 배터리(2)라 함은 일반적으로 리튬 폴리머 배터리와 같이 충방전이 가능한 리튬 전지를 의미할 수 있다.

또한, 제1 배터리(2)는 제1 배터리(1)의 출력을 보조하는 역할을 수행할 수 있으며, 제1 및 제2 배터리(1, 2)는 차량에 적용 가능하거나 충방전이 가능한 배터리에 해당하는 한 그 종류, 용량 및 출력량은 제한되지 아니함을 유의한다.

한편, 스위칭부(110)는 제1 및 제2 배터리(1, 2)가 서로 전기적으로 연결된 상태인 도통 상태를 연결(close)하거나 또는 개방(open)하는 스위칭 역할을 수행할 수 있으며, 일 예를 들어 금속 산화막 전계 효과 트랜지스터(모스펫, MOSFET)가 포함될 수 있다.

이러한 스위칭부(110)의 도통 상태가 연결 상태에서 개방 상태로 변경되는 경우에는, 제1 및 제2 배터리(1, 2) 간의 전기적인 연결 상태가 단락되게 된다.

한편, 스위칭부(110)의 도통 상태가 연결 상태에서 개방 상태로 변경되는 경우, 제1 배터리(1)와 연결된 외부 모터(미도시)로부터 발생되는 역기전력(counter eletromotive force)이 제1 배터리(1)를 통해 회로(3)에 인가될 수 있다.

외부 모터(미도시)는 회전 속도가 매우 빠르기 때문에 모터 내부 코일을 통과하는 자속의 변화량도 비례하여 빠르게 증가하게 되며, 그에 따른 역기전력 또한 매우 높은 전력량을 나타내게 된다.

즉, 회로(3) 상에 통전되는 역기전력은 매우 높은 전력량을 가진 과전류에 해당하기 때문에, 이러한 역기전력이 회로(3) 상에 도통되는 경우, 회로 상에 실장된 각종 소자들, 특히 상술한 모스펫(MOSFET)과 같은 스위칭부(110)가 역기전력에 의해 파손될 우려가 있기 때문에, 본 발명에서는 후술되는 환류부(120)를 통해 회로(3) 상의 각종 소자들, 특히 스위칭부(110)를 보호할 수 있다.

한편, 본 명세서에서 스위칭부(110)가 제1 및 제2 배터리(1, 2)를 전기적으로 연결되도록 하며, 제1 및 제2 배터리(1, 2) 간의 도통 상태를 변경하는 역할을 수행하는 한, 스위칭부(110)의 종류는 제한되지 아니함을 유의한다.

일 실시예에서, 본 발명에 따른 배터리 간 회로 보호 시스템(100)은 상술한 스위칭부(110)에 스위칭 신호를 인가함으로서 스위칭부(110)의 상태를 온 상태 또는 오프 상태로 제어하는 컨트롤러(110a)를 더 포함할 수 있다.

한편, 상술한 컨트롤러(110a)는 일반적으로 전기 차량용 배터리에 구비된 모스펫의 온 또는 오프 동작을 제어하는 차량용 MCU(Micro Controller Unit)을 의미할 수 있으며, 이는 종래의 공지된 기술을 이용하기 때문에 상세한 설명은 생략하기로 한다.

다음으로, 환류부(120)는 상술한 제1 및 제2 배터리(1, 2) 사이에서 병렬적으로 연결되며, 제1 배터리(1)의 누출전류를 차단하거나 또는 제1 배터리(1)로부터 출력되는 상술한 역기전력을 제2 배터리(2)가 아닌 제1 배터리(1) 방향으로 환류(free wheeling) 시킴으로써 스위칭부(110)를 보호하는 역할을 수행할 수 있다.

여기에서, 제1 배터리(1)의 누출전류라 함은, 제1 배터리(1)가 외부 충전원(미도시)를 통해 충전 시, 제1 배터리(1)로부터 스위칭부(110) 혹은 제2 배터리(2)를 향한 경로가 아닌, 환류부(120)를 향한 경로로 누출되는 전류를 의미할 수 있다.

이때, 이러한 누출전류가 환류부(120)로 누출되는 것을 차단하기 위하여, 환류부(120)는 실리콘 제어 정류기(SCR, 120a)를 포함할 수 있다.

실리콘 제어 정류기(120a)는 '사이리스터'라 칭할 수 있으며, 일반적인 트랜지스터가 통전할 수 없는 대전류 혹은 고전압의 전류 방향성을 제어하는 역할을 하는 소자를 의미할 수 있다.

여기에서, 실리콘 제어 정류기(120a)는 내부적으로 P-N-P-N 접합의 4층 구조 반도체 소자를 총칭하는 소자로서, P-N-P 역할을 수행하는 트랜지스터와 N-P-N 역할을 수행하는 트랜지스터가 서로 결합된 구조를 가질 수 있다.

이때, 실리콘 제어 정류기(120a)에 포함된 P-N-P 역할을 수행하는 트랜지스터 및 N-P-N 역할을 수행하는 트랜지스터는 각각 내부적으로 단방향의 전류 방향성을 가지는 서로 다른 다이오드(diode)를 가지고 있기 때문에, 제1 배터리(1)로부터 누출되는 누출전류의 전류 방향성이 상술한 각각의 다이오드의 전류 방향성과 역방향에 해당하는 경우 누출전류가 실리콘 제어 정류기(120a)로 입력되는 것이 차단될 수 있다.

따라서, 실리콘 제어 정류기(120a)에 의해 차단된 누출전류는 제2 배터리(2)로 공급될 수 있고, 이는 결과적으로 제1 배터리(1)로부터 누출되는 누출전류가 실리콘 제어 정류기(120a)에 의해 불필요하게 소모되는 것이 방지됨을 의미할 수 있다.

또한, 여기에서 제1 배터리(1)로부터 출력되는 역기전력을 제1 배터리(1) 방향으로 환류시킨다는 의미는, 스위칭부(110)의 동작상태가 연결(close) 상태에서 개방(open) 상태로 변경됨에 따라 제1 배터리(1)로부터 출력되는 역기전력이 제2 배터리(2) 방향으로 인가되지 못하도록 실리콘 제어 정류기(120a)가 중간에서 가로채어 도통되도록 한다는 의미로 해석될 수 있다.

한편, 본 명세서에서 환류는 프리 힐링(free wheeling)을 칭하는 의미이며, 환류부(120)는 역기전력이 도통될 수 있는 환류 경로(free wheeling path)를 제공하는 역할을 수행할 수 있다.

만약, 환류부(120)를 통해 역기전력이 환류되지 못하는 경우에는, 역기전력이 제2 배터리(2)를 통해 스위칭부(110)에 인가될 수 있고, 이때 스위칭부(110)는 개방(open) 상태에 해당하기 때문에 역기전력이 개방된 스위칭부(110)에 인가될 경우 스위칭부(110)가 과전류에 해당하는 역기전력에 의해 파손될 우려가 있다.

따라서, 환류부(120)는 이를 방지하기 위하여 역기전력을 미리 환류시켜 다시 제1 배터리(1)로 입력되도록 하는 역할을 수행할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 환류부(120)는 상술한 제1 배터리(1)의 전압값을 실시간으로 검출하며, 검출된 전압값에 따라 실리콘 제어 정류기(120a)의 동작상태를 오프 상태로 온 상태로 변경시키기 위한 동작신호를 출력하는 전압값 검출기(voltage detector, 120b)를 더 포함할 수 있다.

전압값 검출기(120b)는 제2 배터리(2)로부터 제1 배터리(1)로 도통되는 전류의 전압값을 측정하거나 또는 제1 배터리(1)의 연결 방향이 정방향으로 연결되는 경우 제1 배터리(1) 전류의 전압값을 측정함으로써 제1 배터리(1)가 연결된 방향성을 판단하는 역할을 수행할 수 있다.

예를 들어, 제1 배터리(1)가 정방향이 아닌 역방향으로 연결되는 경우, 전압값 검출기(120b)는 제1 배터리(1)로부터 전압값이 검출되지 않기 때문에 현재 제1 배터리(1)가 정방향이 아닌 역방향으로 연결된 것으로 판단하게 되고, 이러한 경우 동작신호를 실리콘 제어 정류기(120a) 방향으로 출력하기 않기 때문에 결과적으로 실리콘 제어 정류기(120a)의 동작 상태는 오프 상태가 유지될 수 있다.

따라서, 제1 배터리(1)가 역방향으로 연결되는 경우에는 실리콘 제어 정류기(120a)가 오프 상태를 유지함에 따라 의도치 않은 작업 오류가 발생되지 않게 된다.

일 실시예에서, 제1 배터리(1)가 정방향으로 연결되는 경우, 전압값 검출기(120b)는 제1 배터리(1)로부터 전압값이 검출되기 때문에 현재 제1 배터리(1)가 정방향으로 연결된 것으로 판단하게 되고, 이러한 경우 동작신호를 실리콘 제어 정류기(120a) 방향으로 출력하게 되어 결과적으로 실리콘 제어 정류기(120a)의 P-N-P 트랜지스터의 동작 상태가 오프 상태에서 온 상태로 변경되게 된다.

한편, 실리콘 제어 정류기(120a) 내부의 P-N-P 트랜지스터가 온 상태로 동작하는 중, 스위칭부(110)가 개방(open)되어 제1 및 제2 배터리(1, 2) 간의 도통 상태가 단락 상태로 변경됨에 따라 전압값 검출기(120b)를 통해 검출되는 전압값이 임계 전압값(예를 들어, 0.6v 이상 등)을 초과하는 경우, 전압값 검출기(120b)는 실리콘 제어 정류기(120a) 내부의 N-P-N 트랜지스터의 동작 상태를 오프 상태에서 온 상태로 변경시키기 위한 환류신호를 출력하게 되어 결과적으로 실리콘 제어 정류기(120a)의 N-P-N 트랜지스터의 동작 상태가 오프 상태에서 온 상태로 변경되어 최종적으로 환류부(120)의 환류 경로(free wheeling path)가 형성되게 된다.

따라서, 스위칭부(110)의 개방에 따라 제1 배터리(1)로부터 출력되는 역기전력은 상술한 환류부(120)의 환류 경로를 따라 다시 제1 배터리(1)로 입력되게 되고, 이에 따라 스위칭부(110)는 역기전력으로부터 파손이 방지될 수 있다.

다음으로는, 도 2를 통해 상술한 실리콘 제어 정류기(120a)의 개략적인 구성, 누출전류가 차단되는 과정 및 역기전력이 환류되는 과정을 살펴보기로 한다.

도 2는 도 1에 도시된 실리콘 제어 정류기(120a)의 구성 및 동작 상태를 보다 구체적으로 도시한 도면이다.

먼저, 도 2(a)를 살펴보면, 도 2(a)는 제1 배터리(1)가 정방향이 아닌 역방향으로 연결된 경우를 도시한 것으로서, 역방향 연결에 따른 전류 흐름이 감지되지 않기 때문에 전압값 검출기(120b)는 실리콘 제어 정류기(120a)를 동작시키기 위한 동작신호를 출력하지 않게 된다.

도 2(b)를 살펴보면, 도 2(b)는 제1 배터리(1)가 정방향으로 연결된 경우를 도시한 것으로서, 정방향 연결에 따른 전류 흐름이 감지되기 때문에 전압값 검출기(120b)는 실리콘 제어 정류기(120a)를 동작시키기 위한 동작신호를 출력하게 되고, 그에 따라 실리콘 제어 정류기(120a) 내의 P-N-P 트랜지스터의 동작상태가 온 상태로 변경되게 된다. 이때, N-P-N 트랜지스터는 현재 연결(close) 된 상태이다.

도 2(c)를 살펴보면, 도 2(c)는 제1 배터리(1)가 정방향으로 연결된 상태에서 스위칭부(110)가 개방(open)되어 제1 및 제2 배터리(1, 2)의 도통 상태가 단락 상태인 경우를 도시한 것으로서, 스위칭부(110) 개방에 따른 역기전력(0.6v 이상)이 검출되기 때문에 전압값 검출기(120b)는 실리콘 제어 정류기(120a)의 N-P-N 트랜지스터를 동작시키기 위한 환류신호를 출력하게 되고, 그에 따라 실리콘 제어 정류기(120a) 내의 N-P-N 트랜지스터의 동작상태가 온 상태로 변경되게 된다. 이때, P-N-P 트랜지스터 및 N-P-N 트랜지스터 모두 연결(close) 된 상태이기 때문에, 역기전력은 도 2(c)에 도시된 'A'로부터 'K' 방향의 경로를 따라 통전되어 제1 배터리(1)로 환류될 수 있다.

다음으로는, 도 3을 통해 본 발명에 따른 배터리 간 회로 보호 시스템(100)의 동작 순서를 살펴보기로 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 간 회로 보호 시스템(100)의 동작 순서를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 3을 살펴보면, 먼저 제1 배터리(1)가 연결되는 경우 전압값 검출기(120b)를 통해 제1 배터리(1)의 전압값을 검출한다(S301).

이때, 전압값 검출기(120b)는 검출되는 전압값을 토대로 현재 제1 배터리(1)가 정방향으로 연결된 상태인지 역방향으로 연결된 상태인지 방향성을 판단할 수 있으며, 만약 제1 배터리(1)가 정방향으로 연결된 경우에는 실리콘 제어 정류기(120a)로 동작신호를 출력함으로써 실리콘 제어 정류기(120a) 내부의 P-N-P 트랜지스터가 동작하게 되며(S302a), 만약 제1 배터리(1)가 역방향으로 연결된 경우에는 동작신호를 출력하지 않으며 제1 배터리(1)가 정방향으로 연결될 때까지 실리콘 제어 정류기(120a)의 동작 상태를 오프 상태로 유지시키게 된다(S302b).

상기 S302a 단계 후, 스위칭부(110)의 도통 상태가 연결(close) 상태로 변경됨에 따라, 제1 및 제2 배터리(1, 2)를 포함하는 회로(3) 상에는 전류가 도통되어 회로 동작이 수행될 수 있다(S303).

그 다음, 차량 운행이 종료되거나 또는 외부 동력단락 시, 스위칭부(110)가 개방됨으로써 회로가 단락되게 되고(S304), 전압값 검출기(120b)는 스위칭부(110) 개방에 따른 전압값 변화를 감지하게 된다(S305).

그 다음, 전압값 검출기(120b)는 환류신호를 실리콘 제어 정류기(120a)로 출력함으로써 실리콘 제어 정류기(120a) 내의 N-P-N 트랜지스터가 동작되도록 한다(S306).

따라서, 제1 배터리(1)로부터 출력되는 역기전력은 상기 S306 단계를 통해 형성된 환류 경로(free wheeling path)를 통해 제1 배터리(1) 방향으로 환류될 수 있으며(S307), 그에 따라 제2 배터리(2)와 연결된 스위칭부(110)는 역기전력으로부터 보호될 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

1: 제1 전지
2: 제2 전지
3: 회로
100: 배터리 간 회로 보호 시스템
110: 스위칭부
110a: 컨트롤러
120: 환류부
120a: 실리콘 제어 정류기
120b: 전압값 검출기

Claims

제1 및 제2 배터리를 포함하여 형성되는 회로 상에서, 상기 제1 및 제2 배터리 간의 도통 상태(Continuity)를 제어하는 스위칭부; 및
상기 제1 배터리의 누출전류를 차단하거나 또는 상기 제1 배터리의 역기전력을 제1 배터리 방향으로 환류(free wheeling)시킴으로써, 상기 역기전력으로부터 상기 스위칭부를 보호하는 환류부;를 포함하고,
상기 환류부는,
실리콘 제어 정류기(SCR); 및
상기 제1 배터리의 전압값을 검출하며, 검출된 전압값에 따라 상기 실리콘 제어 정류기의 동작상태를 온 상태로 변경시키기 위한 동작신호를 출력하는 전압값 검출기;를 포함하며,
상기 전압값 검출기는,
상기 검출된 전압값을 통해 상기 제1 배터리가 연결된 방향성을 판단하며, 상기 제1 배터리의 연결 방향이 정방향이 아닌 역방향인 것으로 판단되는 경우 상기 동작신호를 출력하지 않는 것을 특징으로 하는,
배터리 간 회로 보호 시스템.
제1 및 제2 배터리를 포함하여 형성되는 회로 상에서, 상기 제1 및 제2 배터리 간의 도통 상태(Continuity)를 제어하는 스위칭부; 및
상기 제1 배터리의 누출전류를 차단하거나 또는 상기 제1 배터리의 역기전력을 제1 배터리 방향으로 환류(free wheeling)시킴으로써, 상기 역기전력으로부터 상기 스위칭부를 보호하는 환류부;를 포함하고,
상기 환류부는,
실리콘 제어 정류기(SCR); 및
상기 제1 배터리의 전압값을 검출하며, 검출된 전압값에 따라 상기 실리콘 제어 정류기의 동작상태를 온 상태로 변경시키기 위한 동작신호를 출력하는 전압값 검출기;를 포함하며,
상기 실리콘 제어 정류기가 온 상태로 동작하는 중, 상기 스위칭부가 개방(OPEN)되어 상기 제1 및 제2 배터리 간의 도통 상태가 단락 상태로 변경되는 경우,
상기 제1 배터리로부터 출력되는 역기전력을 상기 실리콘 제어 정류기를 통해 상기 제1 배터리 방향으로 환류시킬 수 있도록, 상기 전압값 검출기는 상기 실리콘 제어 정류기의 동작상태를 온 상태에서 환류 상태로 변경시키기 위한 환류신호를 출력하는 것을 특징으로 하는,
배터리 간 회로 보호 시스템.
제2항에 있어서,
상기 전압값 검출기는,
상기 검출된 전압값을 통해 상기 제1 배터리가 연결된 방향성을 판단하며, 상기 제1 배터리의 연결 방향이 정방향이 아닌 역방향인 것으로 판단되는 경우 상기 동작신호를 출력하지 않는 것을 특징으로 하는,
배터리 간 회로 보호 시스템.
제1항 및 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
외부 충전원을 통한 상기 제1 배터리의 충전 시,
상기 제1 배터리로부터 상기 환류부 방향으로 누출되는 누출전류는 상기 실리콘 제어 정류기에 의해 차단되는 것을 특징으로 하는,
배터리 간 회로 보호 시스템.
제1항에 있어서,
상기 실리콘 제어 정류기가 온 상태로 동작하는 중, 상기 스위칭부가 개방(OPEN)되어 상기 제1 및 제2 배터리 간의 도통 상태가 단락 상태로 변경되는 경우,
상기 제1 배터리로부터 출력되는 역기전력을 상기 실리콘 제어 정류기를 통해 상기 제1 배터리 방향으로 환류시킬 수 있도록, 상기 전압값 검출기는 상기 실리콘 제어 정류기의 동작상태를 온 상태에서 환류 상태로 변경시키기 위한 환류신호를 출력하는 것을 특징으로 하는,
배터리 간 회로 보호 시스템.
제2항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제1 배터리로부터 출력되는 역기전력이 상기 실리콘 제어 정류기를 통해 상기 제1 배터리 방향으로 환류됨에 따라, 상기 스위칭부는 상기 역기전력으로부터 보호되는 것을 특징으로 하는,
배터리 간 회로 보호 시스템.
제1항 및 제2항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스위칭부는,
금속 산화막 전계 효과 트랜지스터(MOSFET);인 것을 특징으로 하는,
배터리 간 회로 보호 시스템.
제1 및 제2 배터리를 포함하여 형성되는 회로 상에서, 스위칭부를 통해 상기 제1 및 제2 배터리 간의 도통 상태(Continuity)를 제어하는 단계; 및
환류부를 통해, 상기 제1 배터리의 누출전류를 차단하거나 또는 상기 제1 배터리의 역기전력을 제1 배터리 방향으로 환류(free wheeling)시킴으로써, 상기 역기전력으로부터 상기 스위칭부를 보호하는 단계;를 포함하고,
상기 스위칭부를 보호하는 단계는,
전압값 검출기를 통해 상기 제1 배터리의 전압값을 검출하는 단계; 및
검출된 전압값에 따라 실리콘 제어 정류기의 동작상태를 온 상태로 변경시키기 위한 동작신호를 상기 실리콘 제어 정류기로 출력하는 단계;를 포함하며,
상기 스위칭부를 보호하는 단계는,
상기 검출된 전압값을 통해 상기 제1 배터리가 연결된 방향성을 판단하며, 상기 제1 배터리의 연결 방향이 정방향이 아닌 역방향인 것으로 판단되는 경우 상기 동작신호를 출력하지 않는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
배터리 간 회로 보호 방법.
제1 및 제2 배터리를 포함하여 형성되는 회로 상에서, 스위칭부를 통해 상기 제1 및 제2 배터리 간의 도통 상태(Continuity)를 제어하는 단계; 및
환류부를 통해, 상기 제1 배터리의 누출전류를 차단하거나 또는 상기 제1 배터리의 역기전력을 제1 배터리 방향으로 환류(free wheeling)시킴으로써, 상기 역기전력으로부터 상기 스위칭부를 보호하는 단계;를 포함하고,
상기 스위칭부를 보호하는 단계는,
전압값 검출기를 통해 상기 제1 배터리의 전압값을 검출하는 단계; 및
검출된 전압값에 따라 실리콘 제어 정류기의 동작상태를 온 상태로 변경시키기 위한 동작신호를 상기 실리콘 제어 정류기로 출력하는 단계;를 포함하며,
상기 스위칭부를 보호하는 단계는,
상기 실리콘 제어 정류기가 온 상태로 동작하는 중, 상기 스위칭부가 개방(OPEN)되어 상기 제1 및 제2 배터리 간의 도통 상태가 단락 상태로 변경되는 경우, 상기 제1 배터리로부터 출력되는 역기전력을 상기 실리콘 제어 정류기를 통해 상기 제1 배터리 방향으로 환류시킬 수 있도록, 상기 전압값 검출기를 통해 상기 실리콘 제어 정류기의 동작상태를 온 상태에서 환류 상태로 변경시키기 위한 환류신호를 출력하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
배터리 간 회로 보호 방법.
제9항에 있어서,
상기 스위칭부를 보호하는 단계는,
상기 검출된 전압값을 통해 상기 제1 배터리가 연결된 방향성을 판단하며, 상기 제1 배터리의 연결 방향이 정방향이 아닌 역방향인 것으로 판단되는 경우 상기 동작신호를 출력하지 않는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
배터리 간 회로 보호 방법.
제8항 및 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스위칭부를 보호하는 단계는,
외부 충전원을 통한 상기 제1 배터리의 충전 시, 상기 실리콘 제어 정류기를 통해 상기 제1 배터리로부터 상기 환류부 방향으로 누출되는 누출전류를 차단하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
배터리 간 회로 보호 방법.
제8항에 있어서,
상기 스위칭부를 보호하는 단계는,
상기 실리콘 제어 정류기가 온 상태로 동작하는 중, 상기 스위칭부가 개방(OPEN)되어 상기 제1 및 제2 배터리 간의 도통 상태가 단락 상태로 변경되는 경우, 상기 제1 배터리로부터 출력되는 역기전력을 상기 실리콘 제어 정류기를 통해 상기 제1 배터리 방향으로 환류시킬 수 있도록, 상기 전압값 검출기를 통해 상기 실리콘 제어 정류기의 동작상태를 온 상태에서 환류 상태로 변경시키기 위한 환류신호를 출력하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
배터리 간 회로 보호 방법.
제9항 및 제12항에
상기 스위칭부를 보호하는 단계는,
상기 제1 배터리로부터 출력되는 역기전력이 상기 실리콘 제어 정류기를 통해 상기 제1 배터리 방향으로 환류됨에 따라, 상기 스위칭부가 상기 역기전력으로부터 보호되는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
배터리 간 회로 보호 방법.
제8항 및 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 배터리 간의 도통 상태를 제어하는 단계는,
금속 산화막 전계 효과 트랜지스터(MOSFET)를 토대로 상기 스위칭부를 구현하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
배터리 간 회로 보호 방법.